一种电机及采用了该电机的扫地机器人的制作方法

本发明属于电机领域，尤其涉及移动机器人内部的电机。

背景技术：

由于现在人们对生活便利性要求不断的提高，智能机器人越来越受世界用户所喜爱，各种类型的，各种功能型的智能机器人都层出不穷，如扫地机器人、割草机器人、洒水喷药机器人。

目前市场上家庭扫地机里的500机型的轮组电机运转寿命在800小时左右。寿命短的原因为，第一：电机里面用的外径3.3mm的胶芯换向器。因这种换向器的尺寸结构及材质问题，在电机长时间运转时，碳精粉就会堆积过多。因碳精粉成分里含有铜粉，铜粉就有机率把换向器铜片(铜片之间本要相互绝缘)之间连接导通。这样电机就短路了，电机电流猛烈变大进而烧坏电机，所以电机寿命时间就变短了。第二：电机里面用的干压铁氧体磁石。这种磁石磁通密度中心值为350高斯，有些偏低，为满足扫地机的负载需求，需要加大电机力矩，电机绕线就选用线径0.15的漆皮线。这样电机的启动电流在1.3a左右,这就导致启动电流较大，电流大就会造成电机换向火花大，碳精磨损加剧，电机寿命短。

技术实现要素：
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为解决背景技术中的技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种电机，包括磁石、电刷臂、碳精、转轴、换向器、线圈；

所述碳精固定在电刷臂上，所述线圈固定在转轴上，所述换向器表面有凹槽，所述换向器包括绝缘部和导电部，所述导电部覆盖在绝缘部的表面，所述碳精与所述导电部接触，所述导电部的外径为3.8～4.2mm。

进一步地，为了即使有少量碳精堆积在凹槽中也不会将导电部短路，在本实施例中的一个优化方案中，所述凹槽设置在绝缘部上，所述导电部为两个及两个以上的导电片，所述凹槽将导电片间隔开。

进一步地，为了使换向器表面附着的碳精粉不容易卡在凹槽中，在本实施例中的一个优化方案中，所述凹槽的宽度为0.33～0.40mm。

进一步地，为了减小换向器的形状和体积受温度影响的变化程度，在本实施例中的一个优化方案中，换向器绝缘部材质为电木，所述电木的热膨胀系数为1.5～2.5(×10^-5/℃)。

进一步地，为了为了减小摩擦带来的热量，并且减少不必要的磨损，在本实施例中的一个优化方案中，所述换向器的圆度不大于0.006mm，粗糙度不大于2.0μm。

进一步地，为了为了减小摩擦带来的热量，并且减少不必要的磨损，在本实施例中的一个优化方案中，所述磁石为湿压铁氧体磁石，中心磁通密度为400～480高斯。

优选地，结合电机的整体体积和需要的磁通量两者综合考虑，在本实施例中的一个优化方案中，所述湿压铁氧体磁石的中心磁通密度为460高斯。

进一步地，为了减小启动火花，加大电阻，在本实施例中的一个优化方案中，所述线圈由漆皮线缠绕组成，所述漆皮线的线径为0.13～0.15mm。

为了增大离心力减少碳精粉在换向器槽里的堆积又不至于将电机的整体体积增大太多，所述导电部外径为4.0mm。

本发明还提供了一种扫地机器人，所述扫地机器人包括：机器主体和/或驱动轮组和/或滚刷和/或边刷和/或吸风机和/或激光雷达，所述驱动轮组和/或滚刷和/或边刷和/或吸风机和/或激光雷达采用了上述的电机。

本发明的有益效果：因为适当加大了换向器导电部的外径，可以让在使用过程中因不断磨损而附着在换向器凹槽内的碳精粉更容易被甩出去，从而降低换向器被碳精粉堵住凹槽而导致短路的风险，也就避免了电机电流猛烈变大进而烧坏电机，提高电机的寿命。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电机示意图；

图2为本发明电机爆炸图；

图3为本发明电机换向器的第一视图的放大图；

图4为本发明电极换向器的第二视图的放大图；

图5为本发明电机换向器的截面图；

图6为本发明第二实施例的第一示意图；

图7为本发明第二实施例的第二示意图。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明。另外，为了便于说明，本实施例说明中使用了左、右、内、外等方位词，但这并不限制本发明的保护范围。

本申请中提到的圆度是指工件的横截面接近理论圆的程度，最大半径与最小半径之差为0时，圆度为0，测量工具为圆度仪，用途是测环形工件的圆度。

本申请中提到的粗糙度是指：表面粗糙度(surfaceroughness)是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度。其两波峰或两波谷之间的距离(波距)很小(在1mm以下)，它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。

在本申请列举的第一个实施例中，如图1至图2，提出了一种电机1，用于家用小型移动机器人，这种电机包括外壳1、磁石2、电刷臂3、碳精4、顶盖5、转轴6、换向器7、线圈8。顶盖5和外壳1共同构成电机的外部，电机内部主要分为转子和定子，其中，磁石2分为n、s两块，是固定在电机内部提供永磁场的，碳精4固定在电刷臂3上，电刷臂3固定在电机内部，线圈8是由漆皮线81缠绕组成并且固定在转轴6上的，根据图2所示，转轴6有三个轴枝61，3段线圈8分别缠绕固定在三个轴枝61上，当电机通电后漆皮线81内有电流通过，根据左手定则，线圈8受到的力形成一个力矩，使得转轴转动。

如图3至5所示，换向器7分为绝缘部71和导电部72，导电部72均匀覆盖在绝缘部71的表面，传统电机换向器7的绝缘部71材质通常为胶芯尼龙，热膨胀系数为8.0×10^-5/k，本实施例采用的换向器绝缘部71材质为电木，电木的化学名称叫酚醛塑料，膨胀系数为1.5～2.5×10^-5/℃，改变材质后的换向器7更加耐热，减小了因发热而膨胀的程度，从而保证了换向器7的圆度，也保证了电机火花不会过大，电机的磨损程度降低。

胶芯换向器改为电木换向器后，换向器7的圆度不超过0.006mm，粗糙度不超过2.0μm。达到这样精度的换向器7可以进一步减小碳精4的磨损，提高电机的寿命。为了达到上述精度可以将换向器7表面加工的工艺需由抛光改为车床精车。

根据电机的工作原理，碳精4是电动机或发电机或其他旋转机械的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，碳精4是固定在电刷臂3上的，电刷臂3是固定在电机内部的，碳精4与换向器7的导电部72接触，当电机启动的时候换向器7会不断旋转，所以导电部72会不断摩擦碳精，碳精4的材质主要有石墨，浸脂石墨，金属(含铜，银)石墨，由于石墨较软，故碳精4较容易被磨损，而由于不断被摩擦，当电机使用了一段时间后换向器7表面就会附着碳精4上掉落的碳精粉。换向器的绝缘部71为一个类圆柱体，导电部72为三片导电片，本实施例中导电片为铜片，三片铜片互不相连，铜片覆盖在绝缘部71的表面，绝缘部71的表面有3个均匀分布的凹槽73，凹槽73使铜片间相互间隔，可以使铜片间的绝缘效果更好。但是由于碳精粉是导电的，当碳精粉累计到一定程度后，会使本应该互不接通的铜片间相互短路形成环火，换向器7很快就会出现故障。

换向器7被铜片覆盖的部分的横截面的直径称为外径d，在本实施例中换向器的外径d由原来的3.3mm增加为4.0mm，根据离心力的计算公式f＝mω^2r，其中m为质量，ω为角速度，2r为直径，也就是这里说的外径d，由此可知外径d增大则离心力也增大，附着在换向器7表面的碳精粉会因离心力加大更容易被甩出去，从而减少碳精粉在换向器凹槽73里的堆积，避免因碳精粉堆积过多而造成的短路。

在本实施例中，换向器凹槽73的宽度w由0.3mm增加为本实施例采用的0.35mm，凹槽73的宽度w加大，有效减少了堆积在凹槽73中的碳精粉，降低碳精粉将相邻铜片接通的风险，从而避免电机的短路现象。

在本实施例中，换向器凹槽73的深度也适当增加，这样即使少量的碳精粉堆积在凹槽中，由于凹槽具备一定深度，位于换向器7表面的导电部72的相邻铜片也不会被碳精粉接通。

换向器7的凹槽73是设置在绝缘部71表面的，并且凹槽73是没有被导电部72覆盖的，所以也可以理解为凹槽73是即设置在换向器7表面，也设置在绝缘部71表面的。

如图2所示，在本实施例中，电机的磁石2采用了湿压铁氧体磁石，磁通密度做到了460高斯，较原来使用的干压铁氧体磁石的磁通密度增大，所以在电机保持同样的力矩情况下，漆皮线81线径由0.15mm改为0.14mm，这里的线径遵循行业标准指的是不含漆皮裸线的直径。转子阻值由6.8欧姆加大为7.5欧姆，电机的启动电流由1.3a降低为1.15a。这样电机的启动火花就被减小了，避免烧坏电机内部零件，提高了电机寿命。

如图6、7所示，在本申请的第二实施例中，提供了一种扫地机器人，扫地机器人包括：机器主体100、驱动轮组101、滚刷102、边刷103、吸风机(图中未示出)、激光雷达(图中未示出)等，其中左右驱动轮组101、滚刷102、边刷103均在机器主体的底部，激光雷达在机器主体100顶部、吸风机在机器主体100内部，上述的左右驱动轮组101、滚刷102、边刷103、吸风机、激光雷达均会用到上述电机，因此具有该电机的全部有益效果，在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明所提出的电机在额定电压为15.0vdc时，负载运行1500小时以上，大大提高电机的使用寿命，这种电机可以用在移动电器中，比如扫地机器人，割草机器人等，可以大幅提高这些电器的使用寿命。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。