专利名称：微型电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用有三个以上凸极的转子和有三个以上槽的换向器的微型电动机。该电机具有抗燃烧和自钝功能。
传统的使用有三个以上凸极的转子和有三个以上槽的换向器的微型电动机不具有自钝功能。因此，当电动机超负荷或强迫其停转时，过量电流流过电机，或者即使临时使电机停转，但除去负荷后电机偶然立即突然启动时，电机容易由于过热而被烧毁。结果，当微型电动机用于模型飞机时，如果模型飞机掉到地面上，微型电机就有可能烧毁，或者由于电机突然重新启动，飞机容易失控。另外，如果儿童偶然将手指伸进装有没有自钝功能微型电动机的电扇罩里将非常危险。
为了使微型电动机具有自钝功能，当电机转子处于自然停转位置时，电机的结构可能使电流中断。限制有两个转子凸极微型电动极的自然停转位置比较容易，在有限的停转位置可以容易地断电。
这里“自钝功能”指在打开电源的情况下，用换向器上专门设计的绝缘垫防止电流通过，迫使电机停转的一种功能。重新启动具有自钝功能的电机需要借助一个外力(如，手)。
这里所说的“自然停转”是指关掉电源后，由于惯性作用，电机继续转动一会儿后停下来。
图11为一个有两个凸缘的微型电机转子。图12实际上是图11沿I-I线的剖面图。图7，7是转子轴，8是转子凸极芯，10是换向器，11是极芯8的边，16是相应极的线圈。由于该微型电动机有一个由两块磁铁的双极定子(图中未显示)，仅有两个角度可使电机由于齿槽效应影响而自然停转，即，一个角度为一个转子凸极朝定子的N极，而另一个转子凸极朝S极；另一个角度为从上述位置旋转180°，一个转子凸极面向定子的S极，而另一个转子凸极面向N极。当转子处于任何一个自然停转位置时，传统的具有自钝功能的微型电动机都可断电。
图13为图11中所示传统结构的转子里的整流子的部件分解适视图。带有两个绝缘片15的由绝缘树脂制成换向器的圆柱14外周表面有两个换向器片12，位于两个换向器片12之间的绝缘片15与换向器圆柱14整体成型，用来隔绝换向器片。13是换向器支撑环。当电机转子处于任何自然停转位置时，两个刷子应分别置于两个绝缘垫15上。这样，可以使有双极转子的微型电动机具有自钝功能，因为当转子处于任何停转位置时都可断电，不会突然重新启动。
为了获得大扭矩而不增加电极体积，电机需要有三个以上转子凸极。传统的有三个以上转子极的电机实际上不可能具有自钝功能。由于电机换向器原来是用于向转子线圈输送电流，不希望通过在换向器表面装许多绝缘垫，增加不向转子送电流的不传导角度，从而增大电机的扭矩。另一方面，有三个以上转子极的电机具有多个自然停转位置。例如，在一个三极电机里，电机位于360％时停转，实际上不可能为了保持电机扭矩在所有的停转位置都断电。
图14是传统的三极转子微型电动机停转位置的辅助示意图。图14左边的图是角度为0°时自然停转位置(a)，第一个转子凸极芯面向定子的s极。它代表了自然停转的角度。从原来的位置旋转60°到达位置(b)，第二个转子凸极面向定子的N极，电极自然停转。再向前旋转60°到位置(c)，第三个转子凸极面向定子的S极，电极自然停转。同样，每旋转60°有一自然停转位置。由于360°的位置(s)与0°位置相同，总共有六个自然停转位置。为了具有自钝功能，必须在三个整流子片之间所有的三个缝隙中插入绝缘垫，以便在所有六个自然停转位置断电。但是，如上所述，这实际上是不可能的。为了防止电机突然启动，即使只插入一个绝缘垫以便在0°的位置断电，旋转60°后在下一个位置(b)或(c)……也不会断电。图14中提到的“能够启动”和“不能启动”就是指这种情况。
本发明的目的是通过在任何转子自然停转位置断电，并且通过在无电流通过电机转子时将不传导角度减少到最少数来维持电机扭矩防止使装有带三个以上凸极的转子的微型电动机具有自钝功能，以免电机被烧毁或停转之后突然启动。
根据本发明制成的微型电动机转子共有三个以上凸极，至少切掉一小块部份或全部转子芯一面的边，将转子自然停转的位置限制为两个，多个换向片之间只有一个绝缘垫，当转子处于自然停转位置时，绝缘垫可以与两个刷子中的任何一个相接触，这样，有三个以上凸极的微电动机转子芯整体作用如典型的两极电机。
本发明通过将转子自然停转位置限制在两个，换向片之间只装一个绝缘垫，在转子任何一个自然停转位置都可断电，同时缩小没有电流通过电机转子的不传导角度以保持电机扭矩，使有三个以上凸极的转子电机如两极结构电机获得“高扭矩和高电机性能”。这样，当电机因超负荷被迫停转时可以主动断电。由于以这种方式使电机停转后电机不会重新启动或失控，只有借助一个外力才能重新启动电机，不需要使用开关，因此可以有效地减轻电机重量，简化电路，更加经济。另外，这种具有自钝功能的电机可以安全用于模型飞机、电扇等处。
根据本发明制成的微型电动机有三个转子凸极，一个极芯有两个对称的边，其余两个极芯有两个边，至少切掉其中与有两个对称边的极芯在一面的极芯边的一小部份。这种结构将转子自然停转的位置限制为两个，与有两极转子的电机一样，电流不能通过这些自然停转位置。
由于将在有两个对称边一面的极芯按切割方向与中轴辐射方向之间留下的预定角度至少切掉了一部份，留下尽可能多的极芯面积，使根据本发明制成的微型电动机具有大齿槽效应。
由于朝层压方向层压极芯两面最外面的层压片未被切掉，即使为了保证高齿槽效应切掉大部份极芯，根据本发明制成的微型电动机的线圈也不会从极芯上掉下来。
根据本发明制成的微型电动机有四个转子凸极，四个极的边至少都被从右面或左面交替地切掉一部份。这种有四个转子凸极的微型电机也能在任何只有一个绝缘的停转位置断电。
根据本发明制成的微型电动机可以通过调整绝缘垫的宽度或高度没有电流通过转子的不传导角度。这样可以重新启动电机需要的力。
附图简要说明图1为体现本发明的微型电动机整体结构示意图及上半部分的剖面图。
图2为图1中所示微型电动机换向器和磁极芯轴向剖面图。
图3为图1中所示微型电动机转子的平面图。
图4为图3中所示转子换向器和极的轴向剖面图。
图5为有三个转子凸极的微型电动机换向器分解透视图。
图6为根据本发明制成的使用有一个芯结构的三个转子凸极的微型电动机停转位置辅助示意图。
图7为通过调整绝缘垫的宽度或高度重新启动电机用力大小的辅助示意图。
图8为切掉转子凸极芯边一小部份的示意图。
图9为另一个切掉转子凸极芯边一小部份的例子的示意图。
图10为体现本发明的有四个转子凸极的微型电动机。
图11为传统的使用两个转子凸极的微型电动机的转子。
图12为沿图11中I-I线部份的剖面图。
图13为图11中所示传统转子换向器的分解放大透视图。
图14为传统的三级转子微型电动机停转位置辅助示意图。
实施例说明下面将介绍一种体现本发明的有三个转子凸极的微型电动机。图1为一种体现本发明的微型电机整体结构示意图及上半部份的剖面图。图2为图1中微型电动机换向器和极芯的剖面图。图3为图1中微型电动机转子的示意图。图4为图3中转子的换向器和芯的剖面图。图中，1是构成两极定子极的磁铁，2是外壳，3是轴承，7是轴，8是构成转子凸极的芯，10是整流子，11是转子凸极的芯边，16是相应转子凸极线圈。
图中微型电动机的定子为由磁铁组成的两极结构，而转子为有线圈的凸出的三极结构。这种通常给换向器通电后即旋转的微型电机的特征在于下面将要介绍的转子凸极芯边11的结构和换向器结构。即，该微型电动机的转子实际是凸出的三极型，至少切掉三个转子凸极中的两个凸极一面芯边11的一小部份，使整个极芯结构类似两极结构。这样，如上面提到的两极转子电机一样将自然停转位置限制为两个，电流在这些位置被切断。
图5为凸出三极转子换向器的分解透视图。图5中12是具有相同结构的三个换向片，13是换向器支撑环，14是换向器圆柱，15是绝缘垫。预告确定了用于换向器的唯一的一个绝缘垫15的周边宽度，使其可以与换向器圆柱一起用绝缘树脂整体成型。后面还要详细介绍操作过程，当绝缘垫15处于任何一个转子自然停转位置时，两个刷子中的任何一个都应与之相接触。因此处在转子自然停转位置时会断电。尽管根据本发明制成的微型电机有一用于使换向器外周表面中断电流的绝缘垫，即使电刷碰巧压在绝缘垫上，电机在额定负荷下旋转时可以靠惯性保持旋转。如果由于超负荷使电机旋转力减弱，惯性变小，刷子没有压在绝缘垫上，电机断电并停转，只有靠外力才能重新启动电机。
图6为根据本发明制成的使用有一个芯结构的凸出三极转子微型电动机自然停转位置辅助示意图。本发明中所使用的三个转子凸极中的一个，如前述现有技术，有对称的芯边，参见附图11和12，其余两个极中的每一个在对称极一边的边至少被切掉一部份。这样，被切掉一部份边的极芯是对称的，然而转子凸极作为一个整体，对称极中心线两边是对称的，相当于一个两极结构，对称极作为一个极，其余两个被切掉一部份边的极为另一个极。
如图6中左图所示，这种微型电动机处在0°自然停转位置(a)时，由于齿槽效应的影响停转。这时，三个转子凸极中的对称极朝定子的s极，而其余两个转子凸极朝定子的N极。处在停转位置(a)，正面刷子如图所示与换向片相接触，而负面刷子置于与换向器圆柱整体形成的绝缘垫上。这样，电路通过换向片从正面刷到负面刷，线圈被切断，电流不能流过电路。因此，可以防止电机突然启动。施加一个外力(如，手)可以重新启动停转的电机。
电机在180°自然停转位置(b)再次停转时对称极朝定子另一N极，其他两个转子凸极朝定子S极。在该停转位置(b)，正面刷置于绝缘垫上，电流不能通过，电机不会突然重新启动。电机在360°自然停转位置(c)再次停转，360°与0°位置相同，因此，电机仅在0°和180°的位置停转，刷子在这两个位置与绝缘垫相接触，电流不能通过。
图7为通过改变绝缘垫的宽度或高度调整重新启动电机所需要的力的辅助示意图。可以通过改变绝缘片周边宽度调整刷子与绝缘垫相接触防止电流通过的角度。为了防止电机突然启动，需要增加重新启动需要的外力。但是不传导角度过大会缩短给转子加电流的传导时间，以致缩小扭矩。因此，必须针对微型电机的用途适当调整重新启动电机所需要的力。
图7为正面电刷与绝缘垫15相接触；图7中上面两幅图为绝缘片表面紧贴在整流子外周表面，下面两幅图中绝缘片的表面离开整流子的外表面。从图7中可以看出不仅可以通过改变绝缘片的宽度调整不传导角度，也可以通过改变其高度调整该角度。不论在图7上面两幅图中还是在图7中下面两幅图中，由于转子都是逆时针转动时，当正面的电刷都处在左边图中所示转子的位置时与绝缘相接触，与换向器分开。从图中还可以看出，这种状态一直保持到转子旋转到右边图中所示的位置。从图7中还可看出改变绝缘垫的宽度可将转子的不传导角度调到27.47°，只改变其高度不改变其宽度可以将绝缘垫调到85.73°。
图8为另一个被切掉一部份的转子凸极芯边的例子。如图中所示，沿辐射方向(即，从中心轴向外的方向)按预定角度θ(最好为48°-88°)切掉芯边的一小部份。这样，可以得到大齿槽效应并保留下尽可能多的未切掉的极芯。
图9也是一个被切掉一部份的转子凸极例子。在这个例子中，切掉一小部份芯边，而两边最外面的层压板未被切掉。这样，即使为了得到大齿槽效应切掉较大的极芯，线圈也不会从极芯掉下来。
图10为根据本发明制成的有四个转子凸极的微型电动机。该电机的转子凸极芯中至少交替切断伸向极芯两边两个极边中的一个的一小部份，挨着凸极的未切掉的边面对面相对，挨着凸极的切掉一部份的边面对面相对，形成两极结构的极芯。这种有四个转子凸极的微型电动机只有两个自然停转位置，一个位置如图中所示，另一位置从图中位置旋转180°，只用一个绝缘垫就可在任一停转位置断电，由于芯边被部份切掉，很容易绕上线圈。
权利要求
1.一种有一个两极定子和一个有三个以上凸极的转子，一个换向器和电刷的微型电动机。转子的每一凸极有一个带伸向两面的两个边和一个线圈的极芯；本发明的改进在于切掉部份或全部上述转子凸极芯将该转子自然停转位置限制为两个，上述换向器的多个换向片之间只有一个绝缘垫，当转子处于任何一停转位置时，两个电刷中的一个都会与绝缘垫相接触，使上述有三个以上凸极的转子整体作用相当于两极结构。
2.如权利要求1所述微型电动机，其特征在于所说转子有三个凸极，其中一个极芯有对称的边，其余两个极芯各有两个边，与有对称边的极芯在同一边的极芯至少被切掉一小部份。
3.如权利要求2所述微型电动机，其特征在于上述被切掉的极芯边和自中心轴向外辐射方向之间预定角度切掉上述芯边的一小部份。
4.如权利要求2所述微型电动机，其特征在于上述极芯边至少被切掉一小部份，但不切掉层压极芯最外面两边的层压片。
5.如权利要求1所述微型电动机，其特征在于转子有四个转子凸极；四个转子极每间隔一个至少切掉一部份芯边。
6.如权利要求1所述微型电动机，其特征在于通过调整上述绝缘垫的宽度或高度调整其不传导角度。
全文摘要
本发明涉及一种有一个两极定子和一个有三个以上凸极的转子的微型电动机。每一凸极有一带朝两边伸出的边的极芯和一个线圈。将每一面部分或全部转子凸极芯的芯边至少切掉一小部分,使转子自然停转位置限制为两个,使转子呈两极结构。多个定子片之间只有一个绝缘垫,当转子处于自然停转的位置时,换向器与两个电刷中的一个接触。由于根据本发明制成的电机在自然停转位置时可以断电并且通过缩小转子不传导角度保持扭矩,因而具有自钝功能,电机停转后可以防止电机被烧毁或突然重新启动。
文档编号H02K1/24GK1197323SQ98107390
公开日1998年10月28日 申请日期1998年3月5日 优先权日1997年3月6日
发明者松下郁男, 伊藤文芳, 大西惠 申请人:马渊马达株式会社