專利名稱：直流電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直流電動機，特別涉及這種類型的、緊湊型的、高輸出電動機。
背景技術：
四磁極、四電刷的直流電動機已經(jīng)應用于需要高輸出和小尺寸的場合、諸如摩托車用的啟動電動機。在四磁極、四電刷直流電動機中，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的電樞通過軸頸安裝在一圓筒形軛里，而圓筒形軛構(gòu)成定子殼體。一換向器安裝在電樞的一端。四塊弧形磁鐵按照90度的有規(guī)律間隔利用粘結(jié)劑固定在定子殼體的內(nèi)側(cè)壁上。這些磁鐵通常是用鐵素體基磁性材料(具有約0.4T磁通密度)制造的。一轉(zhuǎn)子軸通過軸頸安裝在定子里。線圈卷繞在一芯子上，而芯子安裝在轉(zhuǎn)子軸上，以便形成電樞。芯子包括許多輻射狀的芯片，繞組以給定的方式卷繞在芯片上，以便形成線圈。換向器包括許多與線圈的芯片對應的接觸片，并安裝在轉(zhuǎn)子軸的一端。四個電刷與換向器接觸，換向器的轉(zhuǎn)動允許電刷依次接觸接觸片。
在摩托車里，空間約束大，啟動電動機的尺寸減少是必需的。構(gòu)成傳統(tǒng)啟動電動機的定子的鐵素體基磁鐵的厚度從制造的技術角度看被限制在約5-6mm。
此外，為了提高啟動摩托車發(fā)動機的方便性，對啟動電動機輸出的改進也是必需的。對啟動電動機輸出的改進需要增加磁鐵的磁場密度(磁通密度)，以便產(chǎn)生較高的能量。為此，必須允許大電流流過線圈側(cè)，以便對應于磁鐵的較高磁通密度產(chǎn)生的較高能量。大電流需要粗的線圈的繞組。通常，導電體的直徑是0.9mm或更小。由于結(jié)構(gòu)上的、諸如芯子形狀的需要、以及便于卷繞操作的需要，這個尺寸是限定的。
使用包含釹(Nd)或它的化合物的磁性材料制造的釹基磁鐵作為高能磁鐵可增加輸出。釹基磁鐵的磁通密度約是1.2T。
然而，如果單純地增加磁鐵的體積以提高磁力、從而增加電動機輸出，磁鐵將變厚，而設備的直徑將增加。這顯然與減少電動機尺寸的要求有矛盾。此外，如果使用釹基高能磁鐵，而線圈導電體的直徑限于0.9mm，對應于這種磁鐵材料的顯著的輸出增加將不可能出現(xiàn)。
如果在摩托車的啟動電動機中使用高能磁鐵，將要求這種電動機具有有限的尺寸范圍。這意味著，由于有限的外徑，磁鐵厚度的增加必須有較小的電樞，因此不會產(chǎn)生大的輸出。這樣，即使輸出特性僅由作為參數(shù)的磁鐵的厚度或體積、或電樞的外徑代表，峰值輸出特性也不可能實現(xiàn)，因為軛的形狀和尺寸不可能任意選擇。因此，磁鐵的形狀和尺寸根據(jù)制造的便利性或成本已被確定，從而不能獲得優(yōu)選的輸出特性。
因此，本發(fā)明的一個主要目的是提供一種直流電動機，它在尺寸上是小的，但能實現(xiàn)較大的輸出。
這個目的是通過一參數(shù)確定磁鐵尺寸而獲得的，利用該參數(shù)，對應于軛形狀和尺寸的峰值輸出特性可以適當?shù)卮_認。
本發(fā)明的另一目的是提供一種直流電動機，其中，輸出特性基于一新的參數(shù)，從而可實現(xiàn)尺寸減少和高輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明適用于一種直流電動機，該電動機包括一定子，該定子包括沿圓周間隔的、有規(guī)律地固定在一圓筒形軛的內(nèi)側(cè)壁上的許多弧形磁鐵。一轉(zhuǎn)子軸通過軸頸可轉(zhuǎn)動地安裝在定子里。一電樞芯子形成于轉(zhuǎn)子軸上，并包括許多輻射狀的芯片和卷繞在所述芯片上、形成線圈的繞組。磁鐵由選自包含釹(Nd)的磁性材料和鐵素體基材料組成的材料集合的磁性材料形成。所述磁鐵的厚度用t表示，而所述電樞的外徑用d表示，d/t的值在約4-25范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明的另一特征，磁鐵材料是包含釹(Nd)的磁性材料，繞組的直徑在1.0-2.5mm范圍內(nèi)，而d/t的值在約8-25范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明的又一特征，磁性材料是鐵素體基磁性材料，d/t的值在約4-15范圍內(nèi)。這些關系與現(xiàn)有技術中的結(jié)構(gòu)對照可以發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)的、使用鐵素體基磁鐵的直流電動機里，用于摩托車的傳統(tǒng)的鐵素體基磁鐵直流電動機的d/t的實測量在2-3范圍內(nèi)。
附圖的簡要說明

圖1是按照本發(fā)明的、用作摩托車的啟動電動機的直流電動機剖視的側(cè)視圖；圖2是沿著圖1中的2-2線的剖視圖；圖3是在用A、B、C和D表示的各種情況下的電動機的最大輸出的計算值的表；圖4A、B、C和D是圖3中的計算值的圖表，用d/t作為參數(shù)；圖5是部分類似于圖3的表，是在其它各種情況下的電動機的最大輸出的計算值；圖6A、B、C和D是圖5中的計算值的圖表，用d/t作為參數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容首先參看圖1和2，摩托車的啟動電動機用標號11總的表示。啟動電動機11包括一定子12，它具有用適當材料制造的圓筒形軛13。四塊弧形永久磁鐵14沿圓周相等間隔粘結(jié)在軛13的內(nèi)側(cè)表面上。
一電樞或轉(zhuǎn)子15以下述方式通過軸頸可轉(zhuǎn)動地安裝在定子12里。電樞15包括一面向磁鐵14并安裝在轉(zhuǎn)子軸17上的芯子16。換向器18安裝在轉(zhuǎn)子軸17的一端，并靠近芯子16。如圖2所示，芯子16包括許多輻射狀的芯片19，而導電體21卷繞在芯片19上并形成線圈22。換向器18包括與芯片19數(shù)量對應的接觸片23，按照卷繞的方式，四個或兩個電刷(未畫出)在外側(cè)與換向器18接觸。電刷通過螺旋彈簧24被壓在換向器18的接觸片23上。
電動機11的外殼是由一對封閉圓筒形軛13兩端部的端蓋25和26形成的。端蓋25(前蓋)覆蓋在發(fā)動機(未畫出)附近的軛13的一側(cè)。另一端蓋26形成后蓋，覆蓋軛13的右側(cè)，從而分別形成用標號27表示的電動機外殼。轉(zhuǎn)子軸17分別通過軸承28和29可轉(zhuǎn)動地安裝在前后蓋25和26里。
在后蓋26里提供正極接線端31，以便提供來自車輛的電池的電力。正極接線端31與在正極側(cè)電刷(未畫出)連接。在負極側(cè)(接地側(cè))的電刷(未畫出)通過安裝支架32(或負極接線端)接地，而安裝支架32可與后蓋26一體形成。
前蓋25里安裝一油密封件33，以防止油從發(fā)動機側(cè)進入電動機殼體27，以及一O型環(huán)34，以便密封發(fā)動機安裝部分。在發(fā)動機側(cè)一端的轉(zhuǎn)子軸17上安裝一齒輪35，以便在與發(fā)動機飛輪的一個齒輪(未畫出)嚙合時使一曲軸轉(zhuǎn)動。
在組裝上述啟動電動機11時，首先將繞組21卷繞在芯子16上，形成線圈22，然后組裝換向器18，以形成電樞15。在轉(zhuǎn)子軸17的一端配合安裝后蓋26，以覆蓋電樞15的換向器18一側(cè)。電刷(未畫出)固定在后蓋26上，如上所述，電刷在螺旋彈簧24的作用下被向內(nèi)偏壓。因此，當后蓋26安裝在轉(zhuǎn)子軸17的端部時，它與轉(zhuǎn)子軸17配合，而電刷被換向器18向外推動，以便反抗螺旋彈簧24的作用。在用這種方式將后蓋26組裝在電樞15上之后，圓筒形軛13與電樞15的芯子16配合，最后組裝前蓋25。
在上述的啟動電動機11里，磁鐵14是鐵素體基磁鐵，或包含釹(Nd)或它的化合物的高能磁鐵。釹磁鐵的磁通密度約是1.2T。由于這種高能磁鐵，它的厚度可以減少，用約1.5mm厚度的磁鐵可獲得700W的輸出。結(jié)果，電動機的外徑可以減少，而60mm直徑的電動機可以獲得上述700W的輸出。
在傳統(tǒng)的鐵素體基磁鐵(具有0.4T的磁通密度)的情況下，700W的輸出需要約5mm的磁鐵厚度，這樣，電動機11的外徑將增加至約70mm。
在該實施例里，為了給線圈22提供與高能磁鐵對應的大電流、以獲得有效的較高輸出，繞組21的直徑與傳統(tǒng)的0.9mm或更小的導電體相比約增加1.0-2.5mm。由于具有這種厚度范圍內(nèi)的導電體，可獲得對應于這種高能磁鐵的有效輸出，如圖2所示，導電體可通過芯片19之間的間隔而平穩(wěn)地卷繞在芯子上。
由于使用高能磁鐵和用一定厚度的繞組形成線圈，電動機的尺寸減少和較高輸出可通過使用高能磁鐵的減少的厚度和高的磁通密度實現(xiàn)。
在這些實施例里，當磁鐵14的厚度用t表示、而電樞15的外徑用d表示時，磁鐵14和電樞15的尺寸被確定，d/t對于釹基磁鐵在8-25范圍內(nèi)，對于鐵素體基磁鐵在4-15范圍內(nèi)。通過使用d/t作為參數(shù)這種方式確定形狀和尺寸，意味著，首先通過試驗或計算發(fā)現(xiàn)對應于d/t的輸出特性，然后，從輸出特性確定對于峰值輸出的d/t的范圍，如下所述。
圖3是一張表，它顯示了在空間系數(shù)是常數(shù)時，對于釹基和鐵素體基的、60mm和68mm軛直徑的電動機來說，最大輸出Pmax(W)及t和d/t的計算值。圖4A、B、C和D是圖表，分別顯示了對于上述同一電動機用d/t作為參數(shù)時的輸出特性(Pmax)?？臻g系數(shù)是導電體占據(jù)的截面積與在芯子截面里的芯片之間的空白區(qū)之比。
在這些圖中可看到，在使用鐵素體基磁鐵的(B)和(D)、以及使用釹基磁鐵的(A)和(C)情況下，對于較高的輸出，有一個d/t范圍。此外，從圖4A、B、C和D中可看到，從用d/t作為參數(shù)、特別是當使用釹基磁鐵時的圖表中可容易地發(fā)現(xiàn)峰值。
在釹基磁鐵情況下，厚度t從制造角度看需要2mm或更大。如果從選擇最大輸出范圍這個觀點出發(fā)，d/t在約8-25的范圍內(nèi)。
在鐵素體基磁鐵情況下，從制造該磁鐵的觀點出發(fā)，該厚度對于60mm的軛來說通常需要6mm或更大，而對于68mm的軛來說需要5mm或更大。因此，d/t在2-3范圍內(nèi)，它對于最大輸出來說超出范圍。然而，在該實施例里，即使磁鐵的厚度(例如)是5mm或更小，4-15的d/t范圍也可選擇，從而提供一小尺寸和大功率的電動機。
圖5顯示了一類似于圖3、當空間系數(shù)改變時的計算值的表，而圖6A、B、C和D顯示了用d/t作為參數(shù)時最大輸出特性的圖表。
從這些圖中可看到，即使空間系數(shù)改變，計算結(jié)果也類似于圖3和圖4A、B、C和D，而在使用鐵素體基磁鐵的(B)和(D)、以及使用釹基磁鐵的(A)和(C)的情況下，最大輸出有一個范圍。如圖3和圖4A、B、C和D所示，d/t的范圍對于釹基磁鐵來說約是8-25、對于鐵素體基磁鐵來說約是4-15。
在上面所述的本發(fā)明里，由于將電樞直徑d對磁鐵厚度t的比值d/t作為參數(shù)，因此通過試驗或模擬計算可發(fā)現(xiàn)輸出特性，而對于所需的大輸出可通過輸出特性確定d/t的范圍，因此，在使用這種形狀或用途的電動機的情況下，可獲得大功率的電動機。
特別是，如果對于釹基磁鐵來說d/t的范圍確定約是8-25，通過使用高能磁鐵、以及具有能令人滿意地使用這種能量的直徑的導電體、可有效地獲得大輸出。這樣，如果導電體的直徑在1.0-2.5mm范圍內(nèi)，可產(chǎn)生特別顯著的效果。
在鐵素體基磁鐵情況下，如果d/t的范圍確定是4-15，可獲得一種小尺寸和大功率的電動機。這樣，如果磁鐵的厚度是6mm或更小，可實現(xiàn)高輸出及足夠的尺寸減少。
如果該電動機特別作為摩托車的啟動電動機使用，可獲得一種能安裝在有限空間里的、小尺寸大功率的啟動電動機。當然，上面所述的是較佳的實施例，在不脫離由附后的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明構(gòu)思和范圍的情況下還可以作出許多改變或改進。
權(quán)利要求
1.一種直流電動機，該電動機包括一定子，該定子包括沿圓周間隔的、有規(guī)律地固定在一圓筒形軛的內(nèi)側(cè)壁上的許多弧形磁鐵，一轉(zhuǎn)子軸通過軸頸可轉(zhuǎn)動地安裝在所述定子里，一在所述轉(zhuǎn)子軸上電樞芯子包括許多輻射狀的芯片和卷繞在所述芯片上、形成線圈的繞組，其中，所述磁鐵由選自包含釹(Nd)的磁性材料和鐵素體基材料組成的材料集合的磁性材料形成，其中，所述磁鐵的厚度用t表示，而所述電樞的外徑用d表示，d/t的值在4-25范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的直流電動機，其特征在于，導電體的直徑在1.0-2.5mm范圍內(nèi)，而d/t的值在8-25范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的直流電動機，其特征在于，磁鐵材料是包含釹(Nd)的磁性材料。
4.如權(quán)利要求3所述的直流電動機，其特征在于，電動機包括摩托車啟動電動機。
5.如權(quán)利要求1所述的直流電動機，其特征在于，磁性材料是鐵素體基磁性材料。
6.如權(quán)利要求5所述的直流電動機，其特征在于，d/t的值在約4-15范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的直流電動機，其特征在于，電動機包括摩托車啟動電動機。
全文摘要
一種直流電動機,它尺寸小并能實現(xiàn)較高的輸出,其中,磁鐵尺寸通過一參數(shù)確定,利用該參數(shù),對應于軛形狀和尺寸的峰值輸出特性可容易地找到。
文檔編號H02K23/02GK1373551SQ0210515
公開日2002年10月9日 申請日期2002年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月20日
發(fā)明者鈴木顕, 栗田洋一 申請人:株式會社萌利克