專利名稱：微型電動機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用有三個以上凸極的轉子和有三個以上槽的換向器的微型電動機。該電機具有抗燃燒和自鈍功能。
傳統的使用有三個以上凸極的轉子和有三個以上槽的換向器的微型電動機不具有自鈍功能。因此，當電動機超負荷或強迫其停轉時，過量電流流過電機，或者即使臨時使電機停轉，但除去負荷后電機偶然立即突然啟動時，電機容易由于過熱而被燒毀。結果，當微型電動機用于模型飛機時，如果模型飛機掉到地面上，微型電機就有可能燒毀，或者由于電機突然重新啟動，飛機容易失控。另外，如果兒童偶然將手指伸進裝有沒有自鈍功能微型電動機的電扇罩里將非常危險。
為了使微型電動機具有自鈍功能，當電機轉子處于自然停轉位置時，電機的結構可能使電流中斷。限制有兩個轉子凸極微型電動極的自然停轉位置比較容易，在有限的停轉位置可以容易地斷電。
這里“自鈍功能”指在打開電源的情況下，用換向器上專門設計的絕緣墊防止電流通過，迫使電機停轉的一種功能。重新啟動具有自鈍功能的電機需要借助一個外力(如，手)。
這里所說的“自然停轉”是指關掉電源后，由于慣性作用，電機繼續轉動一會兒后停下來。
圖11為一個有兩個凸緣的微型電機轉子。圖12實際上是圖11沿I-I線的剖面圖。圖7，7是轉子軸，8是轉子凸極芯，10是換向器，11是極芯8的邊，16是相應極的線圈。由于該微型電動機有一個由兩塊磁鐵的雙極定子(圖中未顯示)，僅有兩個角度可使電機由于齒槽效應影響而自然停轉，即，一個角度為一個轉子凸極朝定子的N極，而另一個轉子凸極朝S極；另一個角度為從上述位置旋轉180°，一個轉子凸極面向定子的S極，而另一個轉子凸極面向N極。當轉子處于任何一個自然停轉位置時，傳統的具有自鈍功能的微型電動機都可斷電。
圖13為圖11中所示傳統結構的轉子里的整流子的部件分解適視圖。帶有兩個絕緣片15的由絕緣樹脂制成換向器的圓柱14外周表面有兩個換向器片12，位于兩個換向器片12之間的絕緣片15與換向器圓柱14整體成型，用來隔絕換向器片。13是換向器支撐環。當電機轉子處于任何自然停轉位置時，兩個刷子應分別置于兩個絕緣墊15上。這樣，可以使有雙極轉子的微型電動機具有自鈍功能，因為當轉子處于任何停轉位置時都可斷電，不會突然重新啟動。
為了獲得大扭矩而不增加電極體積，電機需要有三個以上轉子凸極。傳統的有三個以上轉子極的電機實際上不可能具有自鈍功能。由于電機換向器原來是用于向轉子線圈輸送電流，不希望通過在換向器表面裝許多絕緣墊，增加不向轉子送電流的不傳導角度，從而增大電機的扭矩。另一方面，有三個以上轉子極的電機具有多個自然停轉位置。例如，在一個三極電機里，電機位于360％時停轉，實際上不可能為了保持電機扭矩在所有的停轉位置都斷電。
圖14是傳統的三極轉子微型電動機停轉位置的輔助示意圖。圖14左邊的圖是角度為0°時自然停轉位置(a)，第一個轉子凸極芯面向定子的s極。它代表了自然停轉的角度。從原來的位置旋轉60°到達位置(b)，第二個轉子凸極面向定子的N極，電極自然停轉。再向前旋轉60°到位置(c)，第三個轉子凸極面向定子的S極，電極自然停轉。同樣，每旋轉60°有一自然停轉位置。由于360°的位置(s)與0°位置相同，總共有六個自然停轉位置。為了具有自鈍功能，必須在三個整流子片之間所有的三個縫隙中插入絕緣墊，以便在所有六個自然停轉位置斷電。但是，如上所述，這實際上是不可能的。為了防止電機突然啟動，即使只插入一個絕緣墊以便在0°的位置斷電，旋轉60°后在下一個位置(b)或(c)……也不會斷電。圖14中提到的“能夠啟動”和“不能啟動”就是指這種情況。
本發明的目的是通過在任何轉子自然停轉位置斷電，并且通過在無電流通過電機轉子時將不傳導角度減少到最少數來維持電機扭矩防止使裝有帶三個以上凸極的轉子的微型電動機具有自鈍功能，以免電機被燒毀或停轉之后突然啟動。
根據本發明制成的微型電動機轉子共有三個以上凸極，至少切掉一小塊部份或全部轉子芯一面的邊，將轉子自然停轉的位置限制為兩個，多個換向片之間只有一個絕緣墊，當轉子處于自然停轉位置時，絕緣墊可以與兩個刷子中的任何一個相接觸，這樣，有三個以上凸極的微電動機轉子芯整體作用如典型的兩極電機。
本發明通過將轉子自然停轉位置限制在兩個，換向片之間只裝一個絕緣墊，在轉子任何一個自然停轉位置都可斷電，同時縮小沒有電流通過電機轉子的不傳導角度以保持電機扭矩，使有三個以上凸極的轉子電機如兩極結構電機獲得“高扭矩和高電機性能”。這樣，當電機因超負荷被迫停轉時可以主動斷電。由于以這種方式使電機停轉后電機不會重新啟動或失控，只有借助一個外力才能重新啟動電機，不需要使用開關，因此可以有效地減輕電機重量，簡化電路，更加經濟。另外，這種具有自鈍功能的電機可以安全用于模型飛機、電扇等處。
根據本發明制成的微型電動機有三個轉子凸極，一個極芯有兩個對稱的邊，其余兩個極芯有兩個邊，至少切掉其中與有兩個對稱邊的極芯在一面的極芯邊的一小部份。這種結構將轉子自然停轉的位置限制為兩個，與有兩極轉子的電機一樣，電流不能通過這些自然停轉位置。
由于將在有兩個對稱邊一面的極芯按切割方向與中軸輻射方向之間留下的預定角度至少切掉了一部份，留下盡可能多的極芯面積，使根據本發明制成的微型電動機具有大齒槽效應。
由于朝層壓方向層壓極芯兩面最外面的層壓片未被切掉，即使為了保證高齒槽效應切掉大部份極芯，根據本發明制成的微型電動機的線圈也不會從極芯上掉下來。
根據本發明制成的微型電動機有四個轉子凸極，四個極的邊至少都被從右面或左面交替地切掉一部份。這種有四個轉子凸極的微型電機也能在任何只有一個絕緣的停轉位置斷電。
根據本發明制成的微型電動機可以通過調整絕緣墊的寬度或高度沒有電流通過轉子的不傳導角度。這樣可以重新啟動電機需要的力。
附圖簡要說明圖1為體現本發明的微型電動機整體結構示意圖及上半部分的剖面圖。
圖2為圖1中所示微型電動機換向器和磁極芯軸向剖面圖。
圖3為圖1中所示微型電動機轉子的平面圖。
圖4為圖3中所示轉子換向器和極的軸向剖面圖。
圖5為有三個轉子凸極的微型電動機換向器分解透視圖。
圖6為根據本發明制成的使用有一個芯結構的三個轉子凸極的微型電動機停轉位置輔助示意圖。
圖7為通過調整絕緣墊的寬度或高度重新啟動電機用力大小的輔助示意圖。
圖8為切掉轉子凸極芯邊一小部份的示意圖。
圖9為另一個切掉轉子凸極芯邊一小部份的例子的示意圖。
圖10為體現本發明的有四個轉子凸極的微型電動機。
圖11為傳統的使用兩個轉子凸極的微型電動機的轉子。
圖12為沿圖11中I-I線部份的剖面圖。
圖13為圖11中所示傳統轉子換向器的分解放大透視圖。
圖14為傳統的三級轉子微型電動機停轉位置輔助示意圖。
實施例說明下面將介紹一種體現本發明的有三個轉子凸極的微型電動機。圖1為一種體現本發明的微型電機整體結構示意圖及上半部份的剖面圖。圖2為圖1中微型電動機換向器和極芯的剖面圖。圖3為圖1中微型電動機轉子的示意圖。圖4為圖3中轉子的換向器和芯的剖面圖。圖中，1是構成兩極定子極的磁鐵，2是外殼，3是軸承，7是軸，8是構成轉子凸極的芯，10是整流子，11是轉子凸極的芯邊，16是相應轉子凸極線圈。
圖中微型電動機的定子為由磁鐵組成的兩極結構，而轉子為有線圈的凸出的三極結構。這種通常給換向器通電后即旋轉的微型電機的特征在于下面將要介紹的轉子凸極芯邊11的結構和換向器結構。即，該微型電動機的轉子實際是凸出的三極型，至少切掉三個轉子凸極中的兩個凸極一面芯邊11的一小部份，使整個極芯結構類似兩極結構。這樣，如上面提到的兩極轉子電機一樣將自然停轉位置限制為兩個，電流在這些位置被切斷。
圖5為凸出三極轉子換向器的分解透視圖。圖5中12是具有相同結構的三個換向片，13是換向器支撐環，14是換向器圓柱，15是絕緣墊。預告確定了用于換向器的唯一的一個絕緣墊15的周邊寬度，使其可以與換向器圓柱一起用絕緣樹脂整體成型。后面還要詳細介紹操作過程，當絕緣墊15處于任何一個轉子自然停轉位置時，兩個刷子中的任何一個都應與之相接觸。因此處在轉子自然停轉位置時會斷電。盡管根據本發明制成的微型電機有一用于使換向器外周表面中斷電流的絕緣墊，即使電刷碰巧壓在絕緣墊上，電機在額定負荷下旋轉時可以靠慣性保持旋轉。如果由于超負荷使電機旋轉力減弱，慣性變小，刷子沒有壓在絕緣墊上，電機斷電并停轉，只有靠外力才能重新啟動電機。
圖6為根據本發明制成的使用有一個芯結構的凸出三極轉子微型電動機自然停轉位置輔助示意圖。本發明中所使用的三個轉子凸極中的一個，如前述現有技術，有對稱的芯邊，參見附圖11和12，其余兩個極中的每一個在對稱極一邊的邊至少被切掉一部份。這樣，被切掉一部份邊的極芯是對稱的，然而轉子凸極作為一個整體，對稱極中心線兩邊是對稱的，相當于一個兩極結構，對稱極作為一個極，其余兩個被切掉一部份邊的極為另一個極。
如圖6中左圖所示，這種微型電動機處在0°自然停轉位置(a)時，由于齒槽效應的影響停轉。這時，三個轉子凸極中的對稱極朝定子的s極，而其余兩個轉子凸極朝定子的N極。處在停轉位置(a)，正面刷子如圖所示與換向片相接觸，而負面刷子置于與換向器圓柱整體形成的絕緣墊上。這樣，電路通過換向片從正面刷到負面刷，線圈被切斷，電流不能流過電路。因此，可以防止電機突然啟動。施加一個外力(如，手)可以重新啟動停轉的電機。
電機在180°自然停轉位置(b)再次停轉時對稱極朝定子另一N極，其他兩個轉子凸極朝定子S極。在該停轉位置(b)，正面刷置于絕緣墊上，電流不能通過，電機不會突然重新啟動。電機在360°自然停轉位置(c)再次停轉，360°與0°位置相同，因此，電機僅在0°和180°的位置停轉，刷子在這兩個位置與絕緣墊相接觸，電流不能通過。
圖7為通過改變絕緣墊的寬度或高度調整重新啟動電機所需要的力的輔助示意圖。可以通過改變絕緣片周邊寬度調整刷子與絕緣墊相接觸防止電流通過的角度。為了防止電機突然啟動，需要增加重新啟動需要的外力。但是不傳導角度過大會縮短給轉子加電流的傳導時間，以致縮小扭矩。因此，必須針對微型電機的用途適當調整重新啟動電機所需要的力。
圖7為正面電刷與絕緣墊15相接觸；圖7中上面兩幅圖為絕緣片表面緊貼在整流子外周表面，下面兩幅圖中絕緣片的表面離開整流子的外表面。從圖7中可以看出不僅可以通過改變絕緣片的寬度調整不傳導角度，也可以通過改變其高度調整該角度。不論在圖7上面兩幅圖中還是在圖7中下面兩幅圖中，由于轉子都是逆時針轉動時，當正面的電刷都處在左邊圖中所示轉子的位置時與絕緣相接觸，與換向器分開。從圖中還可以看出，這種狀態一直保持到轉子旋轉到右邊圖中所示的位置。從圖7中還可看出改變絕緣墊的寬度可將轉子的不傳導角度調到27.47°，只改變其高度不改變其寬度可以將絕緣墊調到85.73°。
圖8為另一個被切掉一部份的轉子凸極芯邊的例子。如圖中所示，沿輻射方向(即，從中心軸向外的方向)按預定角度θ(最好為48°-88°)切掉芯邊的一小部份。這樣，可以得到大齒槽效應并保留下盡可能多的未切掉的極芯。
圖9也是一個被切掉一部份的轉子凸極例子。在這個例子中，切掉一小部份芯邊，而兩邊最外面的層壓板未被切掉。這樣，即使為了得到大齒槽效應切掉較大的極芯，線圈也不會從極芯掉下來。
圖10為根據本發明制成的有四個轉子凸極的微型電動機。該電機的轉子凸極芯中至少交替切斷伸向極芯兩邊兩個極邊中的一個的一小部份，挨著凸極的未切掉的邊面對面相對，挨著凸極的切掉一部份的邊面對面相對，形成兩極結構的極芯。這種有四個轉子凸極的微型電動機只有兩個自然停轉位置，一個位置如圖中所示，另一位置從圖中位置旋轉180°，只用一個絕緣墊就可在任一停轉位置斷電，由于芯邊被部份切掉，很容易繞上線圈。
權利要求
1.一種有一個兩極定子和一個有三個以上凸極的轉子，一個換向器和電刷的微型電動機。轉子的每一凸極有一個帶伸向兩面的兩個邊和一個線圈的極芯；本發明的改進在于切掉部份或全部上述轉子凸極芯將該轉子自然停轉位置限制為兩個，上述換向器的多個換向片之間只有一個絕緣墊，當轉子處于任何一停轉位置時，兩個電刷中的一個都會與絕緣墊相接觸，使上述有三個以上凸極的轉子整體作用相當于兩極結構。
2.如權利要求1所述微型電動機，其特征在于所說轉子有三個凸極，其中一個極芯有對稱的邊，其余兩個極芯各有兩個邊，與有對稱邊的極芯在同一邊的極芯至少被切掉一小部份。
3.如權利要求2所述微型電動機，其特征在于上述被切掉的極芯邊和自中心軸向外輻射方向之間預定角度切掉上述芯邊的一小部份。
4.如權利要求2所述微型電動機，其特征在于上述極芯邊至少被切掉一小部份，但不切掉層壓極芯最外面兩邊的層壓片。
5.如權利要求1所述微型電動機，其特征在于轉子有四個轉子凸極；四個轉子極每間隔一個至少切掉一部份芯邊。
6.如權利要求1所述微型電動機，其特征在于通過調整上述絕緣墊的寬度或高度調整其不傳導角度。
全文摘要
本發明涉及一種有一個兩極定子和一個有三個以上凸極的轉子的微型電動機。每一凸極有一帶朝兩邊伸出的邊的極芯和一個線圈。將每一面部分或全部轉子凸極芯的芯邊至少切掉一小部分,使轉子自然停轉位置限制為兩個,使轉子呈兩極結構。多個定子片之間只有一個絕緣墊,當轉子處于自然停轉的位置時,換向器與兩個電刷中的一個接觸。由于根據本發明制成的電機在自然停轉位置時可以斷電并且通過縮小轉子不傳導角度保持扭矩,因而具有自鈍功能,電機停轉后可以防止電機被燒毀或突然重新啟動。
文檔編號H02K1/24GK1197323SQ98107390
公開日1998年10月28日 申請日期1998年3月5日 優先權日1997年3月6日
發明者松下郁男, 伊藤文芳, 大西惠 申請人:馬淵馬達株式會社