專利名稱：電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
該發(fā)明涉及一種電動機，特別是涉及一種高功率的小型PMDC (永磁 直流)電動才幾。
背景技術(shù)：
io 目前許多裝置和設(shè)備中都使用電動機，許多設(shè)備都希望電動機的體 積能夠更小、重量能夠更輕、功率能夠更高，比較典型的如用于真空吸 塵器中的刷輥的電動機。
這種電動機位于吸塵器的地板清潔附屬裝置中，因此希望其能夠越 輕越好，以便于減小整個附屬裝置的重量。而且，電動機的尺寸越小，
15整個附屬裝置的尺寸也就越小，這樣將有利于使吸塵器在更小或者更狹 窄的空間中工作，尤其是像床下或沙發(fā)下等一些低矮狹窄的場合。
相應(yīng)地，技術(shù)人員還希望能夠在不增大電動機尺寸的條件下提高小
型PMDC電動機的輸出功率；或者說在不降低輸出功率的條件下減小小
型PMDC電動機的體積。 20—般地，用于電動刷輥的電動機具有尺寸為70mm x 40mm的圓柱形
外殼，其輸出功率一般情況下小于20瓦，其中輸出功率的瓦特值是使
用 一種被稱作為功率表的電動機標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備而測量得出的。
基于我們對電動機所作的改進，可以設(shè)計出輸出功率至少為30瓦，
或者更高為35瓦的電動機，這必將受到廣大吸塵器制造廠家和消費者 25 的極大青睞。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種小型PMDC電動機，其包 括外殼；以及轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子具有一個樞軸，與樞軸嚙合的轉(zhuǎn)子鐵心，在 30轉(zhuǎn)子鐵心附近與樞軸嚙合的換向器，纏繞在轉(zhuǎn)子鐵心的極上并終止于換向器整流子片的繞組，其中轉(zhuǎn)子鐵心的直徑為23mm士3mm,且其具有12 個極，換向器的形狀為圓柱形，電動機的輸出功率為大于25瓦，且其 預(yù)期壽命為至少600個小時。
優(yōu)選地，所述電動機的額定輸出功率為大于或等于30瓦。 5優(yōu)選地，所述換向器具有24個整流子片。
優(yōu)選地，所述換向器整流子片在圓柱形外表面之間的直徑為 15mm士2mm。
優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子鐵心的軸向長度為小于或等于30mm。
優(yōu)選地，所述外殼是圓柱形的。 io優(yōu)選地，所述外殼是圓柱形的，且所述圓柱形外殼由在對角線方向 面對的兩個平面形側(cè)面和另外兩個弓形側(cè)面接合而成，其中弓形永久,茲 鐵設(shè)置在所述弓形側(cè)面的內(nèi)部，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計將會使得電動機具有高 度較低的外形。
優(yōu)選地，所述外殼的兩個弓形側(cè)面之間的外直徑小于40mm。 15優(yōu)選地，其中電刷的長度為12mm士4mm。
優(yōu)選地，通過外殼的平面并且如果存在的話包括磁通環(huán)測得的電機 高度為31mm士3mm。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供一種包括如上面所述的電動機的真 空吸塵器電動刷輥附屬裝置，其中所述電動機用于驅(qū)動所述刷輥。
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作為例子，本發(fā)明的 一個優(yōu)選實施例將參照附圖進行詳細(xì)的描述， 其中
附圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的電動機的透視圖； 25 附圖2是附圖1中所示電動機的截面附圖3是附圖1中所示電動機的端蓋的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖； 附圖4是附圖1中所示電動機一部分的轉(zhuǎn)子的視圖；以及 附圖5是附圖4中所示轉(zhuǎn)子的繞組的繞組。
30具體實施方式
附圖1中示出了一種用于驅(qū)動吸塵器的刷輥的小型PMDC電動機10, 所述電動機10位于吸塵器的刷子頭部。這種吸塵器裝置是一種公知的 電動工具，其可提供良好的清潔效果，尤其是用于如毯子或地毯等的清 潔。其中，電動機的尺寸，特別是電動機外殼的直徑或軸向高度是降低
5電動刷子高度的最主要影響因素。
如附圖2中所示的電動機，其具有成延伸的罐形金屬外殼12,所述 罐形具有一封閉端14和一開口端16，其中開口端16由一端蓋20所封 閉，磁通環(huán)18嚙合在外殼12的外表面上，并被看作是外殼12的一部 分。 一般情況下，磁通環(huán)的作用是用于減小電動機外殼磁通回線的磁阻。
io 外殼12里容納轉(zhuǎn)子22和形成定子的永久磁鐵24。所述轉(zhuǎn)子22具 有一樞軸26，轉(zhuǎn)子鐵心28和換向器30都安裝在該樞軸26上，轉(zhuǎn)子繞 組32纏繞在轉(zhuǎn)子鐵心28的極上并終止于換向器30的整流子片36的柄 腳34上，風(fēng)扇38被固定在轉(zhuǎn)子鐵心28上并與外殼12的開口部分40 相配合，其轉(zhuǎn)動時可使得空氣流動以冷卻電動機IO。
15 外殼12的封閉端14具有容納軸承53的輪轂，所述輪轂用來旋轉(zhuǎn)地 支撐所述轉(zhuǎn)子22的樞軸26的一端。
端蓋20支撐電動機端子(在該實施例中其與引線42相連接)和由 兩個籠狀電刷44形成的電刷齒輪，其中電刷44通過與換向器30之間 的滑動電接觸將電能從電動機端子傳輸?shù)嚼@組上。
20 如附圖2和3中所示，端蓋20具有一個支撐樞軸26的軸承52的金 屬板50,金屬板50與外殼12的開口端16相嚙合，并通過擠壓外殼的 邊緣而使其固定在相應(yīng)位置。電刷插板54固定在金屬板50的內(nèi)表面上， 所述電刷插板是一個由工程塑膠材料制成的電絕緣支撐元件，其用來支 撐電動機端子42，電刷44，特別是用于容納電刷滑動的電刷籠46的銅
25 襯部分，以及其它可能的電子元件，如噪聲抑制電容56， 二極管(未示 出)等。電刷彈簧48設(shè)置在電刷籠46的內(nèi)部，其用于推動電刷44與 換向器的整流子片36之間的接觸。
如圖中所示，電刷籠46也可以被固定到電刷插板上?？蛇x地，電刷 籠是由電刷插板的一部分整體形成的溝道，電刷可以被滑動地收容在其
30中。然而，為了提高電動機的使用壽命，增加了電刷44的長度；而且，為了容納更長的電刷，電刷籠46和電刷插板54都被力口長，從而使得電 刷籠46在徑向上延伸超過電動機外殼12的徑向尺寸。當(dāng)電刷44對準(zhǔn) 或者被安裝到水平板上時，電動機在垂直方向上的尺寸不會由于電刷44 長度的增加而增大。
5 對于優(yōu)選實施例中的電動機而言，所用的電刷長度為12mm。可以預(yù) 料到，對于直徑為40mm及以下的電動機而言，相比于以前使用的長度 為6mm的電刷，使用長度在8 - 16mm之間電刷將會使得電動機的壽命得 到大幅度的提高。
為了使常用的300系列電動機的額定輸出功率大于25瓦，其中的永 io 久磁鐵使用的是由高能稀土材料燒結(jié)而成的弓形磁體，電動機被設(shè)計為 在空載狀況下轉(zhuǎn)速超過10000 rpm的高速電動機，其中300系列電動機 外殼的外直徑約為30mm。在該實施例中，在29mm外直徑的基礎(chǔ)上再加 上磁通環(huán)18的厚度lmm，整個外殼的外直徑將達到31mm，考慮到該外 直徑尺寸可以有10%的變化范圍，整個電動機外殼的外直徑尺寸范圍為 15 31mm士3mm。
電動機設(shè)計為運行在經(jīng)全波整流的交流線電壓，因此這里的電動機 是一個高壓直流(HVDC)電動機。
另外，還希望能夠增加電動機的使用壽命，所熟知的是，為了使任 何電動機具有更高的輸出功率，可以簡單地通過提高電源電壓或降低繞 20 組電阻來實現(xiàn)，這將會相應(yīng)地增加電動機的電流及其輸出功率，但同時 也將會顯著地降低電動機的有效使用壽命。
在該實施例中，電動^L的電源^皮設(shè)計為^f吏用由110V交流電壓經(jīng)過全 波整流后得到的110V直流電壓，電動機的輸出功率可以達到30瓦及以 上，且其平均使用壽命將達到至少600個小時。 25 如附圖4所示的轉(zhuǎn)子22具有一個12極的轉(zhuǎn)子鐵心28，其中轉(zhuǎn)子繞 組32 (附圖4中未示出)被纏繞在其上。轉(zhuǎn)子繞組連接到換向器30的 柄腳34上，其中換向器30用于與電刷滑動接觸以將電能從電源傳輸?shù)?轉(zhuǎn)子繞組上。換向器30具有24個換向器整流子片36，即為常見的24 銅條式換向器。
30轉(zhuǎn)子繞組的實際排列方式如附圖5所示，可以看出，轉(zhuǎn)子繞組具有24個線圈，其中每個線圏在其尾部與相鄰的換向器整流子片相連接，每 個繞組纏繞在轉(zhuǎn)子鐵心的五個極上，并且每組的五個極固定或支撐兩個 線圈。通過這種方式，纏繞在相同的兩組極上的兩個線圈連接到相鄰的 換向器整流子片，其中每個換向器整流子片同時與兩個線圈相連。在這
5種情況下，每個換向器整流子片上承擔(dān)的負(fù)載將會減小，從而使得電動 機在不產(chǎn)生過大早期磨損的條件下承載較大的負(fù)載。
附圖5中所示的轉(zhuǎn)子繞組排列方式是通過一種雙扭繞組設(shè)備來完成 的，因此從圖中可以看出柄腳a和柄腳m上都連接有兩根導(dǎo)線，它們分 別是纏繞過程中的起始引線和終止引線。
io 另外，通過將換向器自身的徑向尺寸設(shè)計的盡可能地小，還使得電 刷物理磨損也得到了降低。在這種情況下，將圓柱形換向器設(shè)計為半徑 為7隨的24銅條式換向器，應(yīng)該知道，對于4壬>河一個半徑為IO腿及以 下，優(yōu)選為8mm及以下的24銅條式換向器，由于降低了換向器接觸面 相對于電刷之間運動的面速度，相對于普通的24銅條式換向器而言，
15電刷物理磨損程度將會得到顯著的改善，其中換向器的半徑指的是從軸 向中心點到電刷接觸面的外表面之間的距離。
為了進一步地使電動機更加小型化，還可以進一步減小轉(zhuǎn)子鐵心的 長度，例如，轉(zhuǎn)子的軸向長度可以被設(shè)計為30隱及以下。
盡管上面參考附圖對本發(fā)明的一個實施例進行了詳細(xì)的描述，本領(lǐng)
20 域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)知道的是，對于本發(fā)明的眾多可能的改進也應(yīng)當(dāng)落入 到本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍可通過參考下面的 權(quán)利要求來進行限定。
權(quán)利要求
1.一種小型PMDC電動機，包括一外殼(12)；以及一轉(zhuǎn)子(22)，所述轉(zhuǎn)子具有一樞軸(26)，與樞軸(26)嚙合的轉(zhuǎn)子鐵心(28)，在轉(zhuǎn)子鐵心(28)附近與所述樞軸(26)嚙合的換向器(30)，纏繞在所述轉(zhuǎn)子鐵心(28)的極上且終止于所述換向器(30)的整流子片(36)的轉(zhuǎn)子繞組(32)，其中，所述轉(zhuǎn)子鐵心(28)的直徑為23mm±3mm，且所述轉(zhuǎn)子鐵心(28)具有12個極，所述換向器(30)為一圓柱形換向器，其特征在于所述電動機的輸出功率大于25瓦，且所述電動機的預(yù)期使用壽命為至少600個小時。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機，其中所述電動機的額定輸出功 率為大于或等于30瓦。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機，其中所述換向器30具有24 個整流子片(36)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機，其中所述整流子片(36)形成直徑為15mm士2mm的圓柱形表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機，其中所述轉(zhuǎn)子鐵心(28)的 軸向長度為小于或等于30mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機，其中所述外殼(12)是圓柱 20 形的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電動機，其中外殼(12)是由兩個在對角 線方向上面對的平面形側(cè)面與另外兩個弓形側(cè)面相接合而形成的圓柱 形，其中弓形永久磁鐵(24)被設(shè)置在所述弓形側(cè)面的內(nèi)側(cè)表面上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動機，其中所述外殼(12)在兩個所述 25 弓形側(cè)面之間的外直徑小于4 Omm 。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動機，其中電刷的長度為12mm士4腿.
10. 據(jù)權(quán)利要求8所述的電動機，其中通過外殼(12)的平面并且如 果存在的話包括磁通環(huán)(18)測得的電機高度為31mm士3mm。
11. 一種吸塵器電動刷輥附屬裝置，其包括根據(jù)上面任一項權(quán)利要 30 求所述的電動機，其中所述電動^/L用來驅(qū)動所述刷輥。
全文摘要
一種小型永磁直流電動機，其具有一用于容納永久磁鐵定子和轉(zhuǎn)子的外殼，其中所述轉(zhuǎn)子具有一直徑為23mm±3mm的轉(zhuǎn)子鐵心和一圓柱形換向器，且所述轉(zhuǎn)子鐵心具有12個極，所述電動機具有超過25瓦的輸出功率，且所述電動機的預(yù)期使用壽命為至少600個小時。
文檔編號H02K23/00GK101409490SQ200710170199
公開日2009年4月15日 申請日期2007年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月8日
發(fā)明者葉偉成, 張建文, 環(huán)文軍 申請人:德昌電機股份有限公司