专利名称：小型电机的制作方法
本申请为株式会社三协精机制作所于1998年8月12日向中国专利局提交的题为“小型电机”的申请号为98122434.2的中国专利申请的分案申请。
本发明涉及一种4-6(4-磁极-6-凸极)结构的小型有刷DC电机，它包括一个用来熄灭电弧的变阻器，并且特别涉及到一种在电枢铁心上绕制线圈的手段。
如图5所示，一般来说，在一个4-6(4-磁极-6-凸极)结构的小型有刷DC电机的电枢50的结构中，为了把线圈53绕在电枢铁心51上径向突出的六个凸极52上，并且把六个竖片55电连接到六个换向器54的端子上，需要事先在一个环形变阻器56的一侧用一个基片或是电极印刷图形57(图中的阴影部分)制成的厚膜构成一个电路，绕在六个凸极52上的线圈53的绕组被连接到从对应的换向器54上延伸出来的六个竖片55上，并且通过焊接58把环形变阻器56的印刷电路图形57连接到竖片55的表面上，从而构成一个电枢50。
图5中所示的电极印刷图形57是一种导电的电路图形，因此插入电枢的旋转中心而形成了一对两个长和短的等电位的竖片；用于三对竖片的三个电路图形被制成相同的形状，并且彼此间保持电气上相互独立。
也就是说，用于电连接一对竖片的电路图形从在靠近该对竖片的另一对中短竖片外侧的一个长竖片开始延伸通过仍为靠近该对竖片的所述另一对中长竖片的下方延伸到相关的短竖片。三个电路印刷图形57被设在环形变阻器56的一侧，通过焊接58，印刷图形57各连接一对长短竖片。另外，三个电路图形设置成独立包含设在环形变阻器56内部的三个电极，并且电连接到一起。
所述的接线结构中使用了在环形变阻器56中构成的电路作为通过换向器54的线圈53电流换向回路的一部分。
然而，为了电机的平面化和小型化，很难将电极印刷图形57设置在环形变阻器56中，并且要专门设计和制造环形变阻器56，这样会不可避免地提高产品的成本。
另外，如果设置在环形变阻器56中的电极印刷图形57变得越来越小，图形之间就容易发生接触，与竖片55的定位精度也会要求很严格；在连接或是焊接线圈端子时有可能发生电气短路。
本发明的目的是把用于具有三个电极部件的2-3(2-磁极-3-凸极)结构的普通电枢的具有三个电极的标准环形变阻器应用于4-6结构的电枢。它是由绕凸极的线圈缠绕方法来实现的，用标准的3-电极变阻器提供一种相当于为4-6结构的电枢专门设计的变阻器的过电压抑制效果。
具体地说就是将六个竖片中的三个和线圈绕组端子一起直接焊接在变阻器的三个电极上，并且仅将线圈绕组端子焊接在各自处在变阻器的电极之间的剩下的三个竖片上而形成电枢，简言之，包括与竖片的连接，线圈绕组以如同一笔画出的方式绕凸极绕线。
按照本发明的一个方面所提供的三相电机包括一个电枢铁心，具有六个径向排列的凸极和一个绕在凸极上的三相线圈绕组；连接到所述三相线圈的六个竖片；按照一对一的关系与所述竖片连接的换向器；连接到所述一些竖片上用于抑制过电压的环形变阻器；与所述换向器滑动接触的用来提供电流的电刷；以及放置在凸极对面的具有四个磁极的永磁体，其中，所述环形变阻器具有三个电极部件，所述六个竖片中交替的三个竖片被连接到所述三个电极部件上，所述三相线圈的各同相部分具有缠绕在一对所述竖片上的绕组，该对竖片中的一个与所述三个电极部件中的一个相连，该对竖片相对于所述电枢铁心的转轴对称设置，并且所述同相部分中的一个连接到与所述电极部件相连的竖片上，并且该同相部分还缠绕在一对凸极上，该对凸极中的一个在圆周方向上靠近与所述电极部件相连的所述竖片，并且该对凸极相对于所述转轴对称设置。
根据本发明另一方面提供的三相电机包括一个电枢铁心，具有六个径向排列的凸极和一个绕在凸极上的三相线圈绕组；连接到所述三相线圈的六个竖片；按照一对一的关系与所述竖片连接的换向器；连接到所述一些竖片上用于抑制过电压的环形变阻器；与所述换向器滑动接触的用来提供电流的电刷；以及放置在凸极对面的具有四个磁极的永磁体，其中，所述环形变阻器具有三个电极部件，所述六个竖片中交替的三个竖片被连接到所述三个电极上，所述三相线圈的各同相部分具有缠绕在一对所述竖片上的绕组，该对竖片中的一个与所述三个电极部件中的一个相连，该对竖片相对于所述电枢铁心的转轴对称设置，并且所述环形变阻器具有在一个外圆周面和一个端面相互隔离的三个电极。
根据本发明又一方面提供的三相电机包括一个电枢铁心，具有六个径向排列的凸极和一个绕在凸极上的三相线圈绕组；连接到所述三相线圈的六个竖片；按照一对一的关系与所述竖片连接的换向器；连接到所述一些竖片上用于抑制过电压的环形变阻器；与所述换向器滑动接触的用来提供电流的电刷；以及放置在凸极对面的具有四个磁极的永磁体，其中，所述环形变阻器具有三个电极部件，所述六个竖片中交替的三个竖片被连接到所述三个电极部件上，所述三相线圈的各同相部分具有缠绕在一对所述竖片上的绕组，该对竖片中的一个与所述三个电极部件中的一个相连，该对竖片相对于所述电枢铁心的转轴对称设置，并且所述每个竖片具有突出部分，其向外突出超过所述环形变阻器的外圆周面，所述突出部分与所述线圈相连。
根据本发明再一方面提供的三相电机包括一个电枢铁心，具有六个径向排列的凸极和一个绕在凸极上的三相线圈绕组；连接到所述三相线圈的六个竖片；按照一对一的关系与所述竖片连接的换向器；连接到所述一些竖片上用于抑制过电压的环形变阻器；与所述换向器滑动接触的用来提供电流的电刷；以及放置在凸极对面的具有四个磁极的永磁体，其中，所述环形变阻器具有三个电极部件，所述六个竖片中交替的三个竖片被连接到所述三个电极部件上，所述三相线圈的同相部分具有缠绕在一对竖片上的绕组，该对竖片中的一个与所述三个电极部件中的一个相连，所述一对竖片相对于所述电枢铁心的转轴对称设置，并且绕所述凸极的缠绕三相线圈的至少一个线路是缠绕在所述一对竖片和将所述一对竖片连接在一起的同一线路。
如上所述，按照本发明的小型电机，供2-3(2-磁极-3-凸极)结构电枢使用的普通环形变阻器可以用于灭弧装置，用来抑制4-6(4-磁极-6-凸极)结构电枢的过电压，不需要专门的加工和特别的接线图形，这样做对部件与部件的精度没有特殊要求，并且可以使结构和部件得到充分的简化。
由于是按照一笔画出的图形的形式缠绕线圈，便于实现自动化，并且可以提高产量。另外，变阻器可以小型化，从而使电枢本身的装配也可以小型化。
图1A是本发明的小型电机的一个实施例的电枢的平面图，图1B是从图1A中B-B线方向获得的一个截面图2A是一个示意图，图2B是一个接线图，用来说明按照本发明的小型电机的电枢线圈绕组的绕组图形；图3A是图2A的一个放大图，表示一笔画出的图形，用来说明按照本发明的小型电机的电枢线圈绕组，图3B和3C被用来表示一笔画出的其它图形的放大图；图4表示本发明的小型电机中使用的变阻器的实施例；图4a是变阻器的一个平面图，电极部件位于外圆周的侧面，图4b是变阻器的另一个平面图，电极部件位于一个面上；以及图5是现有技术的小型电机电刷的一个平面图。
以下要参照附图来说明按照本发明的小型电机的一个实施例。图1A是一个小型有刷DC电机的电枢10的平面图，图1B是从图1A中B-B线方向获得的一个截面图。这种结构的小型电机包含用来提供电流的与换向器15滑动接触的电刷和具有四个磁极的永磁体。面对面放置的凸极是公知的，图中没有表示。
将轴12插入电枢铁心11的中心并且固定，并且在电枢铁心11的表面上施加一个绝缘子或是绝缘涂层，用于围绕凸极P1-P6的线圈14的电绝缘，然后将一个换向器支架20固定在轴12上电枢铁心11一侧的预定位置上，用来单独隔离整体连接在竖片R1-R6上的6个换向器15并且支撑在整体模制的内插(或是外插)模件中。用一个拉拔机(未示出)把线圈14绕制在从电枢铁心11的中心径向延伸的凸极P1-P6周围，每个凸极的外围部位有一个弧形部分16。
在图2A中示出一个绕线装置，在图2B中示出一种接线图形。在图3A中进一步将图2A中示出的一笔画出的图形展开成平面。为了便于说明，在图3A-3C中用实线表示从绕组起点处的第一对竖片和凸极线圈绕组部分以及在绕组终点的一对竖片和凸极线圈绕组部分，并且用虚线表示中间对的竖片和中间的凸极线圈绕组部分。尽管图3中的线路在两端被切断了，代表线路中对应的左、右端子的A，B，C和D与对应的部分(字母)连在一起，并且绕组起点S到绕组结尾E是由一条连续的线路构成的，这是本领域的技术人员所公知的。
在图3A-3C中，标号P1-P6代表凸极，而标号R1-R6表示竖片，其位置对应着图2A中的凸极和竖片。以下要参照图2A和3A来说明以如同一笔画出的图形的方式缠绕线圈14的绕组和绕组17。
在图2A和图3A中，绕组17(实线)的绕组起点S被绕在竖片R1上，线路依次通过与竖片R1相对于电枢铁心11旋转中心点对称的相对竖片R4缠绕在与竖片R4相邻的凸极P1周围，并且相对于电枢铁心11旋转中心点与凸极P1对称的相对凸极P2上，从左侧的线路端子A出来，进入右侧的线路端子A，绕在竖片R3上，通过相对的竖片R6(虚线)经过相邻的凸极P3从左侧的线路端子B出来，进入右侧的线路端子B，再引到相对的凸极P4上。接着通过竖片R5(实线)绕到相对的竖片R2上，从挨着凸极P5的右侧线路端子C出来，进入左侧的线路端子C，绕在凸极P6上，并且将绕组终点端子E绕在竖片R4上。
用标号(字母)来表示的顺序如下S-R1-R4-P1-P2-(左A-右A)-R3-R6-P3-(左B-右B)-P4-R5-R2-P5-(右C-左C)-P6-R4-E。图3B和3C表示用的其他图形。为了简化而采用与所述类似的方式来说明。
图3BS-R1-R4-P1-(右A-左A)-P2-R6-R3-(右B-左B)-P3-P4-R2-(左C-右C)-R5-P5-(右D-左D)-P6-R4-E。
图3CS-R1-R4-P1-P2-(左A-右A)-R3-R6-P3-(左B-右B)-P4-R5-R2-P5-(右C-左C)-P6-R4-E。
按照任何一种所述图形，线圈14被绕在含有与竖片R1-R6的连接的凸极P1-P6上。也就是说，对于绕组17，将线路绕在凸极P1-P6上，然后从一个凸极到另一个凸极绕竖片R1-R6的端子上缠绕。图3B是图3A的等效电路图，但是连接顺序不一样，因为仅仅在图3A中的两对竖片(R3和R6，R5和R2)改变了连接顺序并且成对竖片为等电位的。图3C与图3A的区别仅仅是绕组17的路线不同，它们在凸极和竖片上的绕制顺序是相同的。图3A-3C的图形只是一些例子，当然也可以采用其他一笔画出的图形。
接着如图1B所示，一个变阻器18从与电枢铁心10-11相对的一侧(图中的顶面)相对于换向器支架20固定在换向器支架环21的外径上。换向器支架环21的外径与变阻器18的环形内表面22为松配合，用来抑制强力配合中对变阻器的损伤。变阻器18具有通过焊接24和绕组17一起固定在三个竖片R2，R4和R6上的三个电极部件19。仅有绕组17通过焊接25连接到其他竖片R1，R3和R5上。
在图1B中用虚线表示的一个小直径变阻器18可以从电枢铁心11一侧(图中的下面)连接到换向器支架20的法兰部件23的位置上。此时换向器支架20的法兰部件23的直径是收缩的，以便配合在变阻器18的环形内表面22上。
图4表示变阻器18的一个实施例；图4A表表示的变阻器18a具有三个在外圆周侧面上彼此隔离的尺寸相等的电极部件19a，和一个用来装配的内表面22a，而图4B表示的变阻器18b具有三个在一个面上沿着圆周彼此隔离的尺寸相等的扁平电极部件19a，和一个用来装配的内表面22b。在所述说明中使用的标号18代表图4A中的变阻器18a。
也就是说，图4A中的变阻器18a，电极19a，以及内表面22a分别对应着变阻器18，电极19和内表面22。通过将电极部件19b焊接到竖片R2，R4和R6上，图4B中所示的变阻器18b也可以起到变阻器18的作用。
如上所述，按照本发明的小型电机，供2-3(2-磁极-3-凸极)结构电枢使用的普通环形变阻器可以用于灭弧装置，用来抑制4-6(4-磁极-6-凸极)结构电枢的过电压，不需要专门的加工和特别的接线图形，这样做对部件与部件的精度没有特殊要求，并且可以使结构和部件得到充分的简化。
由于是按照一笔画出的图形的形式缠绕线圈，便于实现自动化，并且可以提高产量。另外，变阻器可以小型化，从而使电枢本身的装配也可以小型化。
权利要求
1.一种三相电机包括一个电枢铁心，具有六个径向排列的凸极和一个绕在凸极上的三相线圈绕组；连接到所述三相线圈的六个竖片；按照一对一的关系与所述竖片连接的换向器；连接到所述一些竖片上用于抑制过电压的环形变阻器；与所述换向器滑动接触的用来提供电流的电刷；以及放置在凸极对面的具有四个磁极的永磁体，其特征在于，所述环形变阻器具有三个电极部件，所述六个竖片中交替的三个竖片被连接到所述三个电极部件上，所述三相线圈的各同相部分具有缠绕在一对所述竖片上的绕组，该对竖片中的一个与所述三个电极部件中的一个相连，该对竖片相对于所述电枢铁心的转轴对称设置，并且所述同相部分中的一个连接到与所述电极部件相连的竖片上，并且该同相部分还缠绕在一对凸极上，该对凸极中的一个在圆周方向上靠近与所述电极部件相连的所述竖片，并且该对凸极相对于所述转轴对称设置。
2.按照权利要求1的三相电机，其特征在于，所述三相线圈的各同相部分缠绕在相对于所述转轴对称的对应成对的凸极上及相对于所述转轴对称的成对竖片上。
3.一种三相电机包括一个电枢铁心，具有六个径向排列的凸极和一个绕在凸极上的三相线圈绕组；连接到所述三相线圈的六个竖片；按照一对一的关系与所述竖片连接的换向器；连接到所述一些竖片上用于抑制过电压的环形变阻器；与所述换向器滑动接触的用来提供电流的电刷；以及放置在凸极对面的具有四个磁极的永磁体，其特征在于，所述环形变阻器具有三个电极部件，所述六个竖片中交替的三个竖片被连接到所述三个电极部件上，所述三相线圈的各同相部分具有缠绕在一对所述竖片上的绕组，该对竖片中的一个与所述三个电极部件中的一个相连，该对竖片相对于所述电枢铁心的转轴对称设置，并且所述环形变阻器具有在一个外圆周面和一个端面相互隔离的三个电极。
4.一种三相电机包括一个电枢铁心，具有六个径向排列的凸极和一个绕在凸极上的三相线圈绕组；连接到所述三相线圈的六个竖片；按照一对一的关系与所述竖片连接的换向器；连接到所述一些竖片上用于抑制过电压的环形变阻器；与所述换向器滑动接触的用来提供电流的电刷；以及放置在凸极对面的具有四个磁极的永磁体，其特征在于，所述环形变阻器具有三个电极部件，所述六个竖片中交替的三个竖片被连接到所述三个电极部件上，所述三相线圈的各同相部分具有缠绕在一对所述竖片上的绕组，该对竖片中的一个与所述三个电极部件中的一个相连，该对竖片相对于所述电枢铁心的转轴对称设置，并且所述每个竖片具有突出部分，其向外突出超过所述环形变阻器的外圆周面，所述突出部分与所述线圈相连。
5.一种三相电机包括一个电枢铁心，具有六个径向排列的凸极和一个绕在凸极上的三相线圈绕组；连接到所述三相线圈的六个竖片；按照一对一的关系与所述竖片连接的换向器；连接到所述一些竖片上用于抑制过电压的环形变阻器；与所述换向器滑动接触的用来提供电流的电刷；以及放置在凸极对面的具有四个磁极的永磁体，其特征在于，所述环形变阻器具有三个电极部件，所述六个竖片中交替的三个竖片被连接到所述三个电极部件上，所述三相线圈的同相部分具有缠绕在一对竖片上的绕组，该对竖片中的一个与所述三个电极部件中的一个相连，所述一对竖片相对于所述电枢铁心的转轴对称设置，并且绕所述凸极的缠绕三相线圈的至少一个线路是缠绕在所述一对竖片和将所述一对竖片连接在一起的同一线路。
6.按照权利要求5所述的三相电机，其特征在于，所述六个竖片构成三对竖片，所述每一对竖片被连续连接在一起。
7.按照权利要求5所述的三相电机，其特征在于，所述六个竖片通过三相线圈的一条线路与所述凸极连接在一起。
8.按照权利要求5所述的三相电机，其特征在于，所述六个竖片分别从所述六个换向器开始沿径向延伸，并设置成使从所述凸极延伸出的所述三相线圈在轴向上偏移，从而所述三相线圈与所述竖片连接并将所述竖片连接在一起。
9.按照权利要求8所述的三相电机，其特征在于，所述每一竖片具有延伸超出所述环形变阻器的外周部分，并且所述三相线圈与所述突出部分相连。
10.按照权利要求8所述的三相电机，其特征在于，所述每一竖片沿圆周定位在连续的凸极之间。
11.按照权利要求5所述的三相电机，其特征在于，缠绕在所述凸极上的所述三相线圈的所有线路也缠绕在所述一对竖片上并将该对竖片连接在一起。
全文摘要
在一个绕组的绕组起点S被绕在一个竖片R1上时,让线路依次通过一个竖片R4围绕靠近竖片R4的一个凸极P1和与P1相对的凸极P2,并且从竖片R3通过一个相对的竖片R6引到一个相邻的凸极P3和一个相对的凸极P4上。接着通过一个竖片R5绕过一个相对的竖片R2,一个相邻的凸极P5,以及一个凸极P6,然后在竖片R4上结束。插入一个变阻器18,并且将三个电极19焊接在对应的竖片R2,R4和R6上。
文档编号H02K23/30GK1359185SQ0112321
公开日2002年7月17日 申请日期2001年7月17日 优先权日1997年8月12日
发明者片桐昌幸, 武井宏光 申请人:株式会社三协精机制作所