专利名称：直流电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种小型有刷电机，特别是涉及到一种包含电枢和换向器装置的转子结构。
在图9中所示的一种普通2-3(2-磁极-3-凸极)结构的小型有刷电机中的转子100包括一个电枢铁心101，不同相位的线圈绕组110被绕在三个凸极102上，一个换向器装置106具有三个被缝隙104隔开的换向器部件103，以及一个轴105，电枢铁心101和换向器装置106被固定在轴上。在这种小型有刷电机中，每一相线圈绕组110的励磁变化定时精度主要受到凸极102的中心线P1和缝隙104的中心线P2之间的定位精度的影响。因此，如果中心线P1和P2在圆周方向上没有对准，线圈绕组110的励磁变化定时精度就会变差，其结果就会增大误差和转矩波动。
另一方面，在先前将换向器装置106压入轴105的时候是利用一个夹具来执行粗略定位的。
在这种小型有刷电机中，在转子100和电机壳107之间的插入方向上设有一个小空隙S。如
图10所示，空隙S的尺寸是根据电机壳107的内部底面和电枢铁心101的一个突出的绝缘子108之间的尺寸或是夹在轴105的一个端部与电机壳107之间的一个调节板109的厚度来调节的。
另外，为了把线圈绕组110绕到电枢铁心101的凸极102上，在用来连接凸极102的环形基座110上没有设置用来支撑线圈绕组110的绕组端部112的元件。如果用一个绕线机来绕制自由线圈，线圈绕组110有可能进入基座111，造成绕组断裂。
另外，如图11所示，换向器支架115的一个安装环117被模制得很薄，为了把线圈绕组110电连接到一个竖片113上，如果电烙铁114的压力过大，或是电烙铁114在焊接过程中施压的时间过长，竖片113就会朝着箭头B的方向弯曲，如果换向器支架115是用合成树脂制成的，还容易造成受热变形H。
如上所述，在普通的2-3(2-磁极-3-凸极)结构的小型有刷电机中，在换向器装置106被压入轴中时，采用夹具来粗略定位可以产生一定的效果。然而，对于具有大量凸极的4-6(4-磁极-6-凸极)结构的小型有刷电机来说，缝隙104和换向器部件103的数量增加了，因此，每个换向器部件的开口角度只有一半甚至更小，与换向器支架115的接触面积也会减少。因此，换向器部件103容易下落，并且换向器装置106的装配精度和电枢铁心101的凸极102与换向器装置106之间的定位精度需要更加严格。
在现有技术的间隙S调节方法中，将电枢铁心101压入轴105内的尺寸，电枢铁心101的厚度，绝缘子108的厚度，以及调节板109的厚度等等每一种尺寸精度会造成各种各样的累计误差，因而很难保证精度。特别是对于扁平的电机，这种影响很大。
另外，对于基座111中的绕组端部112的绕组断面来说，具有少量凸极的2-3结构的小型有刷电机容易在宽的加工范围内调节；对于4-6结构的小型有刷电机来说，凸极之间的间隙变窄了，因此很难校正绕组的断面，这样，绕组就不能太厚，而电机特性可能受到不利的影响。
此外，与2-3结构的小型有刷电机相比，4-6结构的小型有刷电机中挤满了大量用于竖片113的焊接工作点，这样就容易积聚焊接的热量，并且换向器支架115上用于夹持竖片113的部位很薄。因此，换向器装置106容易出现受热变形，这样就难以保持精度，而电机特性也不能保证稳定。
本发明的目的是提供一种具有高精度的4-6结构小型有刷DC电机，它可以用一种简单的结构来克服上述的所有问题。
按照本发明的一个方面所提供的DC电机包括带有一个底的端部闭合的圆筒外壳，并且将驱动磁铁附着在内圆周面上；由带有线圈绕组的电枢铁心构成的一个转子，插入电枢铁心的一个轴孔中的一个轴，以及一个换向器装置；与换向器装置形成滑动接触的一个电刷；在远离轴孔的位置上轴向贯通电枢铁心的多个通孔，在上述通孔中装有电枢铁心；以及朝着上述外壳的底部轴向突出的凸块，在上述凸块上装有换向器，换向器装置的凸块被插入电枢铁心的通孔，将换向器装置和电枢铁心相互固定在一起。
如上所述，按照本发明的DC电机，在换向器部件缝隙的中心线上径向布置的换向器装置的凸块沿着位于电枢铁心中径向布置的凸极的中心线被插入通孔，并且在轴上执行整体定位，从而构成一个转子。因此，电枢铁心的凸极与换向器装置的换向器部件之间的位置关系可以精确地定位，这样就提高了线圈绕组的励磁变化定时精度，并且改善了电机的特性。
在换向器支架的凸块顶部与外壳的底之间设有活动间隙，可以在间隙范围内调节转子在插入方向上的移动，这样就能以满意的精度来控制转子在插入方向上的移动范围，并且使电机的性能保持一致。
从换向器装置上贯通电枢铁心的基座并且伸向外壳的底的凸块可以调节绕在基座端部的线圈绕组，并且防止绕组断裂。这样就能防止线圈绕组出现松动，并且能够稳定和有效地增加匝数，改善电机的特性。
另外，用于夹持竖片的换向器支架是通过受热和结构与换向器装置的凸块加固在一起的，凸块的位置紧挨着竖片，并且被固定地装入电枢铁心。这样，线圈绕组与竖片之间的焊接处理就可以在不会造成换向器装置受热变形的情况下进行，并且可以提高电连接的可靠性。
另外，绝缘子被夹在电枢铁心和换向器支架之间，换向器支架的凸块被插入绝缘子内部的通孔并且固定，这样就能夹住绝缘子，使其不会在圆周方向上移动。
图1是按照本发明的一个DC电机的侧视图，电机的一侧采用了剖视图；图2是按照本发明的DC电机中的一个电枢铁心的平面图；图3是按照本发明的DC电机中的换向器装置的平面图；图4是沿着图3中的线4-4提取的一个换向器装置的侧部剖视图；图5是一个示意图，用来说明在本发明的DC电机中的换向器装置和电枢铁心的配合问题；图6是一个示意图，用来说明换向器装置和电枢铁心在本发明的DC电机中完成配合之后的状态；图7是一个平面图，表示换向器装置的凸块，绕组，以及引线在本发明的DC电机中的相互关系；图8是一个分解图，用来说明绝缘子在本发明的DC电机中的另一种应用实施例；图9是一个示意图，表示现有技术中的一个2-3结构的有刷DC电机的转子；图10是现有技术的DC电机的侧视图，电机的一侧采用了剖视图；以及图11是一个剖视图，用来说明在现有技术的DC电机中焊接竖片和线圈绕组的过程。
以下参照图1到8说明按照本发明的DC电机的一个实施例。图1是按照本发明的一个DC电机的侧视图，电机的一侧采用了剖视图。
图1表示了一个底部11朝上的端部闭合的圆筒外壳10，固定的磁铁M附着在其内圆周面上。一个轴承12被固定地压入底11的中心，用来支撑转子13的轴14，使其绕枢轴转动。设在电枢铁心15(图2)中心的一个轴孔16被压入轴14内，将电枢铁心15固定在轴14的轴向上的一个预定位置，并且在上面装设一个绝缘子或是绝缘层17。
如图2所示，4-6结构的小型有刷DC电机的电枢铁心15具有六个凸极19，它们以相等的间距从基座18上径向突出，并且在每个凸极19的外端扩展出一个弧形部分20。基座18上设有与轴孔16平行的三个尺寸相同的通孔22(参见图2)，轴孔16在一个平面图中精确地符合每个凸极19的几何中心线21，所述通孔在一个与轴孔16同心的圆周C1上具有相等的间隔。
接着将换向器装置23(见图3和4)的中心孔24压入轴14，并且与电枢铁心15的基座18接合。如图3所示，4-6结构的小型有刷DC电机的换向器装置23夹持着六个与合成树脂的模制件制的换向器支架25模制成整体的换向器部件26。换向器部件26彼此之间在换向器支架25的圆筒部分一侧27上是等间距的，并且在相邻的换向器部件26之间的预定距离处设有一个缝隙28，用于换向器部件之间的电气绝缘。标号29是一个保持环，用来防止换向器部件26分离，E表示一个用来熄灭火花电弧的可变电阻二极管。
缝隙28必须与电枢铁心15接合，使缝隙的中心位置精确地配合凸极19的轴线21。这样就能使2-3结构的小型有刷DC电机中的缝隙和凸极的轴线之间的偏差(偏移角)达到或是小于3°；在4-6结构的小型有刷DC电机中则应该达到1.5°以下。
然后，在包含换向器支架25的中心线和缝隙28的中心位置的平面中，中心处在与通孔22的间距圆周C1直径相同的一个圆周C2上的凸块30被整体模制在与换向器部件26的支撑侧相反的一侧上。凸块30的顶部30a比通孔22的内径稍窄一点，凸块30的基座30b所具有的外径可以装入通孔22。
在把中心孔24装入轴14内之前，将凸块30的顶部30a引入电枢铁心15的通孔22，使换向器装置23定位。然后将换向器支架25的中心孔24压入轴14。
最后，在到达图6所示的预定尺寸的位置之前，将凸块30的基座30b压入通孔22，换向器装置23的换向器部件缝隙28保持与凸极19的轴线21的对准关系，并且换向器装置23的可以固定在轴14上指定的位置，使轴14的后端与凸块顶面30c之间的距离保持预定的尺寸A。同时，凸块30的顶部30a贯通电枢铁心15，并且伸到轴14的外侧。
在图6中，电枢铁心15被设在中心，其阶梯部分15a在轴向上变薄。换向器支架25的凸块30穿过电枢铁心15的通孔22，顶部30a没有从电枢铁心15的上部端面上突出，保持换向器装置23和电枢铁心15之间的良好连接关系。
参见图1，在外壳10和一个盖31被组合到一起时，如果至少能一直保持盖31的推进轴承部分32和外壳10的底33之间的精确距离，就可以用轴承部分32来调节轴14的后端。这样就能在轴14上的一个点上确定轴向上的预定距离A，这样就能提供一个最佳的活动间隙D，用来确定凸块顶面30c和底33在推进方向上的振动。一个电刷支架34被固定在盖31上，用来使供电电刷35与换向器部件26保持滑动接触。
以下要参照图7和8来说明本发明的DC电机的另一个实施例。在图7的实施例中，在一个4-6结构电枢铁心15的每个凸极19中制成一个通孔22，并且使通孔22的内径处在基座18和凸极19之间的边界上。
另一方面，换向器装置23上设有沿着包含缝隙28的中心位置的轴向延长线突出的六个凸块30。如果按照上述的实施例将电枢铁心15和换向器装置23装入一个轴14，就能在凸块30的一侧调节线圈绕组36的基座端部37。因而可以绕制较厚的导线，而不会在基座端部37处出现松动，在有限的空间内可以制成大量的匝数，改善电机的输出效率。在图7的示意图中，仅仅在两个凸极19上安装了线圈绕组36，但是，显然在其他凸极19上也绕制了导线。
另外，参见图4，引线38在径向延伸的换向器部件26上径向突出，构成与换向器部件26成为整体的电连接端子，通过焊接操作来完成线圈绕组的电连接。尽管换向器支架25上用来支撑引线38的法兰部分39很薄，每个引线38仍可以在结构上固定在后面的两侧，使凸块30具有很大的热容量，并且将凸块30固定在通孔22中，再固定到电枢铁心15上，并且有效地起到一个固定器的作用。这样就能防止焊接处理过程中造成的变形。
在每一个实施例中，采用本发明的4-6结构DC电机都包括具有四个磁极的驱动磁铁M和具有六个凸极19的电枢铁心15。按照这种结构，线圈绕组36的励磁变化次数被增加了，与2-3结构的DC电机相比可以增加大约30％的转矩。反之，为了提供相同的转矩，随着励磁变化次数的增加可以缩小电机的尺寸。
在图8的实施例中，用一个绝缘子17来将绕在各个凸极19上的导线与凸极19隔开。绝缘子17的平面图形类似于电枢铁心15，并且包括与凸极19并且比凸极19稍宽一点的径向突出部件40。在绝缘子17内部对应着电枢铁心15的通孔22的位置上设有通孔41。通孔41被插入凸块30，并且将绝缘子17固定在电枢铁心15中，使绝缘子17和凸极18在固定的位置上以良好的精度保持对准的关系，不会在圆周方向上发生移动。这样就能解决线圈绕线机在线圈绕组内部造成绝缘故障或是导线断裂的问题，并且可以缩短加工时间。
如上所述，按照本发明的DC电机，在换向器部件缝隙的中心线上径向布置的换向器装置的凸块沿着位于电枢铁心中径向布置的凸极的中心线被插入通孔，并且在轴上执行整体定位，从而构成一个转子。因此，电枢铁心的凸极与换向器装置的换向器部件之间的位置关系可以精确地定位，这样就提高了线圈绕组的励磁变化定时精度，并且改善了电机的特性。
在换向器支架的凸块顶部与外壳的底之间设有活动间隙，可以在间隙范围内调节转子在插入方向上的移动，这样就能以满意的精度来控制转子在插入方向上的移动范围，并且使电机的性能保持一致。
从换向器装置上贯通电枢铁心的基座并且伸向外壳的底的凸块可以调节绕在基座端部的线圈绕组，并且防止绕组断裂。这样就能防止线圈绕组出现松动，并且能够稳定和有效地增加匝数，改善电机的特性。
另外，用于夹持竖片的换向器支架是通过受热和特定结构与换向器装置的凸块加固在一起的，凸块的位置紧挨着竖片，并且被固定地装入电枢铁心。这样，线圈绕组与引线之间的焊接处理就可以在不会造成换向器装置受热变形的情况下进行，并且可以提高电连接的可靠性。
另外，绝缘子被夹在电枢铁心和换向器支架之间，换向器支架的凸块被插入绝缘子内部的通孔并且固定，这样就能夹住绝缘子，使其不会在圆周方向上移动。
权利要求
1．一种直流电机包括带有一个底的端部闭合的圆筒外壳，并且将驱动磁铁附着在内圆周面上；由带有线圈绕组的电枢铁心构成的一个转子，插入电枢铁心的一个轴孔中的一个轴，以及一个换向器装置；与换向器装置形成滑动接触的一个电刷；在远离轴孔的位置上轴向贯通电枢铁心的多个通孔，在上述通孔中装有电枢铁心；以及朝着上述外壳的底轴向突出的凸块，在上述凸块上装有换向器，换向器装置的凸块被插入电枢铁心的通孔，将换向器装置和电枢铁心相互固定在一起。
2．根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于，进一步包括设在换向器装置的凸块顶部与外壳的底之间的间隙；在间隙范围内调节上述转子在插入方向上的移动。
3．根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于，电枢铁心的通孔被设在连接凸极的基座中，换向器装置的凸块在通孔中延伸，并且处在竖直的位置，用来围绕着电枢磁极的凸极来调节线圈绕组的基座端侧。
4．根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于，换向器装置具有一个法兰，凸块竖立在法兰上面，上述转子的绝缘子被夹在电枢铁心和法兰之间，并且将转向器装置的凸块插入设在绝缘子内部的通孔，以将绝缘子固定在电枢铁心和法兰之间。
5．根据权利要求1所述的直流电机，其特征在于，电枢铁心上具有六个凸极，而驱动磁铁具有四个磁极。
全文摘要
在径向布置的换向器部件26的缝隙中心位置的径向线上,将换向器装置23的凸块30插入径向布置在电枢铁心15内的凸极19的中心轴线上的通孔22中,并且制成一个相对于凸极19具有高定位精度中心点的转子。一个凸块的顶面30c被定位在轴14的上面,与轴的后端相距一个精确的预定尺寸A,以便提高活动间隙D的精度。换向器装置23与凸块30保持固定,这样就能防止焊接处理过程中的受热变形造成的尺寸偏差。
文档编号H02K3/32GK1217602SQ98124319
公开日1999年5月26日 申请日期1998年8月11日 优先权日1997年8月11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