[发明专利]用于监测电机中换向器系统的电刷磨损的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于监测电机中换向器系统的电刷磨损的设备和方法。

背景技术

由DE 10 2004 035 318 A1已知，根据电动机的转数确定电动机碳刷的磨损。在这种情况下，对电动机运行期间的转子转数进行合计或者由检测到的电压值导出。如果转数超过某个临界值，则输出警告信号。

由DE 10 2005 061 412 A1已知，换向器的电刷被设计为具有多个导电性不同部分的双组分部件。通过阻抗传感器在电刷不断磨损期间记录测量信号中阻抗的不同，其可以显示。但是前提是，具有两个导电性不同部分的电刷结构。

发明内容

本发明的目的在于，能够以简单的措施可靠地检测电机换向器中的电刷磨损。

所述目的根据本发明通过各独立权利要求的特征实现。从属权利要求给出了有利的改进方案。

依据本发明的设备或者方法用于监测电机例如电动机或者发电机中电刷的磨损。在一种有利的应用中规定，用于监测磨损的设备被用在内燃机的起动电动机中。

换向器系统包括多个电刷用于传输电流，其中至少一个电刷被可调节地容纳在电刷架内，并且被弹簧元件朝集电器的方向施加力。通过本身已知的实施方式，在电刷磨损的情况下将电刷朝集电器的方向校准，从而在长的运行时间期间内保证电刷和旋转的集电器之间可靠的电流传输。

在依据本发明的设备中，在电刷的调节方向看，至少一个电刷具有限定的、优选地最大磨损行程，其中随着达到该限定的磨损行程，电刷和集电器之间的接触面积改变。通过测量值检测达到限定的磨损行程。

该实施方式使得能够使用由唯一的一种电刷材料制成的电刷，因为用以检测规定的磨损行程的测量值与材料差异无关，而仅与电刷所走过的进给量有关。该进给量要么可以通过机械的方式感知，例如通过到达止挡并且触发接触，要么可以根据优选的实施方式以电的方式通过检测电机的电特征值感知，该电特征值由于接触面积不同而变化。

根据一种优选的实施方式，接触面积随着达到规定的磨损行程而减小，这里属于此类情况的还有电刷和集电器外周面之间的接触被中断的情况。通过接触面积减小或者接触被中断，至少一个电特征值改变，这可以通过相应的测量装置或者电子设备确定。接触面积的减小导致电阻升高，从而导致整车电路中电压降减小，该电压降可以确定，接着例如显示一个信号，即该电刷的磨损行程已经用尽，等候置换电刷。

根据一种优选的实施方式，电机的至少两个电刷具有不同的限定的磨损行程，因此在磨损近似相同的前提下，这些磨损行程在不同的时间点达到。一旦具有减小的限定的磨损行程的电刷用到该电刷和集电器之间的接触面积变化的程度，则显示相应的信号，同时具有较长限定的磨损行程的电刷仍然一直与集电器接触并传输电流。因此基本上在继续磨损的情况下也能够保持电流传输并且向用户显示当前的磨损状态。尽管至少一个电刷磨损，但电机仍然能够完全地或者以至少只略微减少的程度继续运行。

根据一种有利的实施方式，至少一个电刷的进给量在朝向集电器的方向上被限制到最大允许的磨损行程，特别地，这借助于止挡实现。该止挡以有利的方式位于电刷架上，或者替代地位于另外的在壳体侧的部件上。为了限制进给量，要么限制弹簧元件的调节运动，使得随着到达止挡，不再通过弹簧元件的力朝集电器的方向继续对电刷施加力。根据另一种实施方式，通过止挡限制电刷的调节运动，使得被弹簧元件朝集电器的方向施加力的电刷随着到达止挡而达到最大允许的磨损行程，这里电刷和集电器之间的接触面积也要么减小或者该接触完全被中断。止挡例如以朝内的凸缘的形式被构造在电刷架上，其以希望的方式限制进给量。

根据另一种有利的、用于限制进给运动的止挡的非强制必需的实施方式，电刷体包括具有恒定横截面积的磨损段以及与磨损段相比具有多个不相同的横截面面积的基段。磨损段遭受所允许的磨损，其中，随着用尽磨损段，基段开始与集电器接触，并且由于基段具有多个不相同的横截面面积，电特征值，特别是电机中的电压发生变化，可以对其进行记录。特别地，基段的横截面面积比磨损段的小，其中原则上也可以考虑基本段具有较大的横截面积。