专利名称：小型电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在音频设备、机动车电气设备等上的小型电动机，更具体地说，涉及改进的、降低由电刷和整流子之间的滑动接触引起的整流子磨损的小型电动机。
图1是说明本发明可应用于其上的一种典型的小型电动机的主要部分的纵向剖视正视图。在图1中，标号1指的是由诸如软钢之类的金属材料制造并成形成一个带底的空心圆筒的壳体，在壳体的内周表面上固定地安装着成形成弧形节段的永久磁体2。在壳体1内装有包含有对着永久磁体2的电枢3和整流子4的转子5。
标号6指的是包含有例如由合成树脂或任何其它绝缘材料制成的绝缘构件61和由金属材料制成的保持构件62并固定到壳体1的开口端上的壳体盖。标号7指的是其每个端部均成形成叉形使之与整流子4作滑动接触、并与电连接到其上的输入端子8一起固定到壳体盖6上的电刷。标号9和10指的是轴承，它们分别固定地装到壳体1的底部上和壳体盖6的中心部分上以支持构成转子5的轴11。
采用上述的结构，当电流从输入端子8经电刷7和构成转子5的整流子4馈到电枢3上时，就会给存在于由固定地装到壳体1的内周表面上的永久磁体2形成的磁场中的电枢3赋予一个旋转力，使转子5旋转以通过轴11驱动外部设备(未示出)。
在一个具有上述结构的小型电动机中，整流子4用例如银-铜合金材料制成，而电刷7则例如用银-钯合金材料制成，使它们可以相互直接滑动接触而无需使用润滑剂。整流子的取得是通过热轧银-铜合金材料、将此热轧材料进行退火以令金属元素结构均匀、再将退火的材料轧制到一个预定的厚度。在上述的退火过程中，沉积到银固溶体中的铜固溶体的含量是可变的，因而导致增大整流子4的耐磨性可变性。
此外，上述常规类型的小型电动机在使用中通常都将电刷加到整流子上的滑动接触压力调定在1-5克力的范围。然而，近年来，用于音频设备、机动车电气设备等的小型电动机的性能要求越来越严格，特别是对稳定的和改进的电动机转速和电流的要求增大了。结果是，越来越多的小型电动机都要求按其电刷7加到整流子4上的滑动接触压力比常规类型的小型电动机为高的规格来制造，以稳定电刷7与整流子4之间的滑动接触状态。这就必须提高整流子4的耐磨性。
近来，随着小型电动机的使用环境变得更为严峻，这就要求小型电动机能经受低温环境、封闭空间、长时间连续工作和其它恶劣使用条件。因此，也就要求电刷7和/或整流子4具有极好的耐磨性。在这方面，常规类型的小型电动机远远不能满足这些要求。
本发明的第一个目的在于提供具有稳定特性的小型电动机。
本发明的第二目的在于提供具有较大的电刷加到整流子上的滑动接触压力的小型电动机。
本发明的第三目的在于提供具有长使用寿命和高可靠性的小型电动机。
图1是说明本发明可应用到其上的一种典型的小型电动机的主要部分的纵向剖视正视图。
图2是说明电刷加到整流子上的滑动接触压力与整流子的磨损量之间的关系的曲线图。
图3是说明铜固溶体的面积系数与整流子的磨损量之间的关系的曲线图。
图4是说明铜固溶体的面积系数与整流子的磨损指数之间的关系的曲线图。
将铜含量为2%、6%和8%重量比的银-铜合金材料进行热轧，并经受600℃、740℃和780℃保温约1小时的固溶处理，使铜以固溶体的形式进入银内，然后在水中淬火。然后将经固溶处理的银-铜合金材料部分在400℃、520℃和600℃保温30-90分钟并进行空气冷却，以获得在金属元素结构方面铜固溶体沉淀在银固溶体内的面积系数分别为2.5%、11.0%和15.0%的银-铜合金材料。
另方面，作为控制样品，上述的银-铜合金材料采用常规方式进行热轧、在500-550℃保温30到60分钟并进行空气冷却，以获得铜固溶体的面积系数为5.0%、7.0%和9.0%的银-铜合金材料。
将这些银-铜合金材料轧制成结合到转子5上的整流子4(见图1)。采用这些转子5装配的小型电动机进行了磨损试验。在试验中，电刷7用含有50%重量比的钯的银-钯合金材料制成，电刷7加到整流子4上的滑动接触压力调定到1、5和9克力，将小型电动机以2700转/分的转速连续转动100小时。经连续工作100小时后，对整流子4的磨损量进行测量。
下表示出对于每一铜含量和滑动接触压力的整流子的磨损量与沉淀在构成整流子的银-铜合金中的银固溶体中的铜固溶体的面积系数之间的关系。
从上表中可明显发现，与现有技术的整流子E-G相比，本发明的整流子A-D的整流子磨损量明显地降低了。在具有不同的铜含量的构成整流子的银-铜合金材料的整流子的磨损状态中都可观察到几乎相同的趋势。因此下面仅对铜含量为6%重量比的整流子进行研究。
图2是说明电刷加到整流子上的滑动接触压力与整流子的磨损量之间的关系的曲线图，是通过抽取铜含量为6%重量比的整流子的数值绘制的。图2中的符号与上表同。从图2可明显看出，随着滑动接触压力增大，整流子的磨损量也几乎成正比地增大。在现的技术的整流子E-G中，磨损量的增大率在9克力的滑动接触压力下很显著。反之，在本发明的整流子A-D中，磨损量的增大率即使在高达9克力的滑动接触压力下仍然保持很低，磨损量小于现有技术的1/2。这就表明，本发明的整流子即使在高的滑动接触压力下都可满意地使用。
接着，图3示出铜固溶体的面积系数与整流子的磨损量之间的关系，也是跟图2的情况一样是抽取铜含量为6%重量比的整流子的数值绘制的。图3表明，具有从3%到10%的铜固溶体面积系数的整流子(相当于现有技术的整流器E-G)具有比较大的整流子磨损量，这个磨损量随着滑动接触压力的增大而增大。在其银-铜合金材料是经过热轧、退火然后再轧制成整流子的现有技术中，发现如果沉淀在银固溶体中的铜固溶体的面积系数处于3-10%范围内，就会加速整流子的磨损。
图4是说明铜固溶体的面积系数和整流子的磨损指数之间的关系的曲线图，它是图3的一种变型。在图4中，整流子的磨损指数是一个表示相应于不同的铜固溶体的面积系数的整流子磨损量的数字，根据铜的固溶体的面积系数为0时磨损指数为100绘制出来的。从图4可明显看出，具有3-10%范围的铜固溶体的面积系数的整流子的磨损指数处于190-240的范围内，几乎是铜固溶体的面积系数在这个范围以外的整流子的相应指数100-130的两倍。现在，很清楚，通过将铜固溶体的面积系数控制在0-3%的范围内或超过10%，在任何滑动接触压力下，这种整流子的磨损量都几乎可比现有技术的整流子的磨损量降低一半。虽然这种现象的原因不很清楚，但实验证明，通过以上述方式控制铜固溶体的面积系数，整流子的金属元素结构可以稳定，整流子的耐磨性可以提高。
在本发明中，用铜含量少于2%重量比的银-铜合金材料来作为整流子的材料是不合适的，因为其有利于耐磨性的硬度会被降低。使用铜含量大于8%重量比的银-铜合金材料也是不合适的，因为铜处于固溶线附近，银-铜共晶结构会生长，使热处理困难，降低整流子的耐磨性。
作为在本发明中的银-铜合金，不仅可使用二元合金的银-铜合金，而且也可使用含有可与银形成固溶体的元素的三元以上的合金。
如果在构成本发明的整流子的银-铜合金材料的金属元素结构中，沉淀在银固溶体内的铜固溶体的面积系数的数值在超过3%和不大于10%的范围内，整流子的耐磨性会显著地降低。因此，铜固溶体的面积系数应控制在0-3%或大于10%。
作为控制铜固溶体面积系数的一种方法，是有效地使用固溶处理或固溶处理和退火相结合。即，可通过将银-铜合金材料加热到银-铜合金材料固溶线以上的温度(例如600-780℃)并将该材料淬火到所有的铜含量都被固溶处理到银中去的状态，将铜固溶体的面积系数降低到零。根据经固溶处理的银-铜合金材料的成分，通过将银-铜合金材料加热到400-600℃并在这个温度保温一个预定的时间使银-铜合金材料经受退火处理，可将铜固溶体的面积系数控制到上述的数值。
如果电刷加到整流子上的滑动接触压力小于1克力，会导致电刷跳动，使电刷与整流子之间的滑动接触不稳定，并导致小型电动机性能变坏。另一方面，如果滑动接触压力超过9克力，电刷与整流子之间的摩擦力会增大，加速整流子磨损，导致小型电动机使用寿命降低。
由于可以控制形成整流子的银-铜合金材料中沉淀在银固溶体的面积系数，具有上述结构和作用的本发明可大大提高整流子的耐磨性和增长小型电动机的使用寿命。由于整流子的耐磨性提高了，电刷对整流子的滑动接触压力可以增大，因而提高了两者之间的滑动接触的稳定性，改善了小型电动机的电流和转速特性。
权利要求
1.一种含有一个壳体、一个转子和一个壳体盖的小型电动机，其壳体由金属材料制成并成形成一个带底的空心圆筒，在壳体内周表面上固定地安装着永久磁体，其转子含有对着所述永久磁体的电枢和整流子，其壳体盖安装到所述壳体的开口端上并具有与所述整流子形成滑动接触的电刷和与所述电刷电连接的输入端子，所述转子可旋转地支承在设在所述壳体的底部上和所述壳体盖上的轴承上，其特征在于，所述电刷是由银-钯合金材料制造的，所述整流子是由含有2-8%铜的银-铜合金材料制成的，在所述银-铜合金材料的金属元素结构中的沉淀在银固溶体中的铜固溶体的面积系数调定到0-3%，所述电刷对所述整流子的滑动接触压力调定到1-9克力。
2.按权利要求1所述的小型电动机，其特征在于，采用一种通过轧制一种银-铜合金材料然后对所述经轧制的银-铜合金材料进行固溶处理所获得的材料，或一种通过固溶处理一种银-铜合金材料然后对所述经固溶处理过的银-铜合金材料进行退火所获得的材料。
3.一种含有一个壳体、一个转子和一个壳体盖的小型电动机，其壳体由金属材料制成并成形成一个带底的空心圆筒，在壳体内周表面上固定地安装着永久磁体，其转子含有对着所述永久磁体的电枢和整流子，其壳体盖安装到所述壳体的开口端上并具有与所述整流子形成滑动接触的电刷和与电刷电连接的输入端子，所述转子可旋转地支承地设在所述壳体的底部上和所述壳体盖上的轴承上，其特征在于，所述电刷是由银-钯合金材料制造的，所述整流子是由含2-8%铜的银-铜合金材料制成的，在所述银-铜合金材料的金属元素结构中的沉淀在银固溶体中的铜固溶体的面积系数调定到大于10%，所述电刷对所述整流子的滑动接触压力调定到1-9克力。
4.按权利要求3所述的小型电动机，其特征在于，采用一种通过轧制一种银-铜合金材料然后对所述经轧制的银-铜合金材料进行固溶处理和退火所获得的材料。
全文摘要
一种小型电动机，其壳体是带底金属空心圆筒，永久磁体固定在其内周表面上；其转子含有电枢与整流子；其壳体盖装在壳体开口端上并装有与整流子滑动接触的电刷和与电刷连接的输入端子；转子可旋转地支承在设在壳体底部及壳体盖上的轴承内。电刷由银-钯合金材料制成；整流子由含2—8％铜的银-铜合金材料制成，其沉淀在银固溶体中的铜固溶体的面积系数调定到0—3％或超过10％，电刷加到整流子上的滑动接触压力调定到1—9克力。
文档编号H01R39/20GK1079587SQ9310687
公开日1993年12月15日 申请日期1993年6月4日 优先权日1992年6月4日
发明者中村启次, 澁谷功 申请人:马渊马达株式会社