CN101673989A - 精密空心杯直流减速电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于减速电机领域，提供了一种精密空心杯直流减速电机，包括定子组件和转子组件，转子组件设于定子组件的内部，转子组件包括转轴、换向器、固定件和线圈，转轴穿设固定于固定件内，换向器具有一通孔，转轴穿设于通孔内，线圈固定于固定件的外侧，线圈与定子组件之间具有间隙，换向器的化学成份的组成按重量百分比为：Au：4－8％；Ag：90－95％；Pd：0.5－2％；Ni：0.5－1％。本发明采用Au、Ag、Pd、Ni复合材料作为换向器的材料，使换向器具有耐腐蚀、抗氧化、耐磨性强、导电率高和接触电阻低的优点，显著提高了换向器的寿命。本发明还提供了一种制造如前所述的换向器的注塑模具。

Description

精密空心杯直流减速电机

技术领域

本发明属于减速电机领域，尤其涉及一种精密空心杯直流减速电机。

背景技术

精密空心杯直流减速电机广泛应用于医疗器材、军事、航空航天等领域，适用于需要较大输出扭矩和极低回程间隙的场合，例如各种高精密自动机床、高速自动印刷机、医疗设备、ATM自动取款机、银行金融设备、高档玻璃窗自动调光装置等领域。

精密空心杯直流减速电机克服了铁芯电动机不可逾越的技术障碍，而且其突出的特点集中在电动机的主要性能方面，使其具备了广阔的应用领域，尤其是随着工业技术的飞速发展，对电动机的伺服特性不断提出更高的期望和要求，使精密空心杯直流减速电机在很多应用场合拥有不可替代的地位。

精密空心杯直流减速电机具有转动惯量小、换向性能好、效率高、调速范围广、电流小等特点。精密空心杯直流减速电机的应用，从军事、高科技领域进入大工业和民用领域后，十多年来得到迅速的发展，尤其是在工业发达国家，已经涉及到大部分行业和许多产品，例如需要快速响应的随动系统，导弹的飞行方向快速调节，高倍率光驱的随动控制，快速自动调焦，高灵敏度的记录和检测设备，工业机器人，仿生义肢等，精密空心杯减速电机能很好地满足这些技术要求。另外，对驱动元件要求平稳持久拖动的产品，如各类便携式的仪器仪表，个人随身装备，野外作业的仪器设备，电动车等，同样一组电源，供电时间比铁芯电动机可以延长一倍以上。还有，各种飞行器，包括航空、航天、航模等，利用精密空心杯减速电机重量轻，体积小，能耗低的优点，可以最大限度地减轻飞行器的重量。

目前，国内开发的许多精密空心杯直流减速电机，因电机性能不符合要求，其产品的整体水平始终与国外同类产品存在较大差距，限制了很多产品的开发与发展，比如医疗器械、义肢、机器人、摄像机、照相机和一些特殊领域。

换向器是决定精密空心杯直流减速电机的关键部件，换向是否良好直接影响电机性能，换向器的质量直接关系到电机工作的可靠性，现有的换向器一般由Cu、Ag合金材料制成，换向器防腐能力差，接触不可靠，耐磨性不够，导致换向器性能差、电机寿命短。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种精密空心杯直流减速电机，该电机的换向器具有极强的防腐能力，较好的接触可靠性和耐磨性强。

本发明是这样实现的，一种精密空心杯直流减速电机，包括定子组件和转子组件，所述转子组件设于所述定子组件的内部，所述转子组件包括转轴、换向器、固定件和线圈，所述转轴穿设固定于所述固定件内，所述换向器具有一通孔，所述转轴穿设于所述通孔内，所述线圈固定于所述固定件的外侧，所述线圈与所述定子组件之间具有间隙，所述换向器的化学成份的组成按重量百分比为：Au：4-8％；Ag：90-95％；Pd：0.5-2％；Ni：0.5-1％。

具体地，所述换向器为9极换向片结构。

具体地，所述线圈一体成型，其绕线为对角跨距均匀布置。

具体地，所述定子组件包括机壳、磁钢、衬套和轴承，所述机壳、磁钢、衬套、轴承与所述转轴的中心轴线相同，所述衬套固定设置于所述机壳内，所述磁钢位于所述机壳与衬套之间且固定于所述衬套的外侧，所述轴承位于所述转轴的两端且与所述衬套固定连接。

进一步地，该精密空心杯直流减速电机还包括双座板结构和碳刷组合结构，所述双座板结构设置于所述定子组件和转子组件的端部，所述碳刷组合结构与换向器之间滑动连接，所述碳刷组合结构与换向器安装于所述双座板结构上。

具体地，所述双坐板结构包括第一座板和与第一坐板固定连接的第二座板，所述第一座板与第二座板之间形成空腔，所述碳刷组合结构位于所述空腔内，所述第二座板上具有通孔，所述换向器穿设于第二座板的通孔内，其一端固定于所述固定件的端部，另一端固定在第一座板上，所述碳刷组合结构包括分别位于所述换向器两侧的两个碳刷，所述碳刷一端枢接于所述第一座板上，所述换向器的侧壁与碳刷的另一端滑动连接。

进一步地，该精密空心杯直流减速电机还包括设置于定子组件端部的齿轮箱，所述齿轮箱的减速比范围为4-1996。

本发明采用Au、Ag、Pd、Ni复合材料作为换向器的材料，使换向器具有耐腐蚀、抗氧化、耐磨性强、导电率高和接触电阻低的优点，显著提高了换向器的寿命。

本发明的另一目的在于提供一种制造如前所述的换向器的注塑模具，包括一定模板、一动模上板及一动模下板，所述定模板与所述动模上板配合，所述动模上板与所述动模下板配合，所述动模下板上设有一与所述动模上板配合的插片镶件板，所述插片镶件板上设有6个沿圆周方向等间距排布的换向器型芯，所述各换向器型芯包括9个沿圆周方向等间距拼接设置的小镶件，所述各小镶件之间的腔体与所述换向片的形状一致。

具体地，所述动模下板上设有若干用于将成型后的换向器顶出的顶针，所述各顶针设于其下方的一限位板上。

进一步地，该注塑模具还包括若干用于对所述动模上板和动模下板导向的大导柱和小导柱，所述大导柱位于所述动模上板和动模下板的边角处，所述小导柱位于所述插片镶件板位置处。

本发明采用由小镶件拼接组合而成的注塑模具，解决了现有的换向器在注塑时容易造成短路、出现死点的问题，保证了片间距和电机性能的稳定；镶块式的设计，小镶件磨损后容易更换，提高了整个模具的使用寿命，节约了模具制造成本；采用在插片镶件板上设置6个换向器型芯，显著提高了换向器的生产效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的精密空心杯直流减速电机结构示意图；

图2是图1中的转子组件的结构示意图；

图2A是图2的右视图；

图3是图2中的转子组件中的换向器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种线圈绕制方式示意图；

图5是本发明实施例提供的一种线圈结构示意图；

图6是图1中的定子组件的结构示意图；

图7是图1中的双座板结构、碳刷组合结构和换向器的位置关系示意图；

图8是本发明实施例提供的制造换向器的注塑模具的示意图；

图9是图8中的动模下板的示意图；

图10是图9中的插片镶件板上设有6个沿圆周方向等间距排布的换向器型芯的示意图；

图11是图10中的单个换向器型芯未放置换向片、注塑成型前的示意图；

图12是图10中的单个换向器型芯放置换向片、注塑成型后的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1、图2及图2A所示，本发明实施例提供的一种精密空心杯直流减速电机，包括定子组件1和转子组件2，所述转子组件2设于所述定子组件1的内部，所述转子组件2包括转轴21、换向器22、固定件23和线圈24，所述转轴21穿设固定于所述固定件23内，所述换向器22具有一通孔，所述转轴21穿设于所述通孔内，所述线圈24固定于所述固定件23的外侧，所述线圈24与所述定子组件1之间具有间隙，所述换向器22的化学成份的组成按重量百分比为：Au：4-8％；Ag：90-95％；Pd：0.5-2％；Ni：0.5-1％。

本发明提供的换向器22采用Au、Ag、Pd、Ni各材料的具体作用如下：

Au(金)：Au是所有金属中化学稳定性最好的元素，在空气中和水中永远不会氧化及硫化，所以Au用作换向器材料，换向器接触电阻低，且长期使用性能稳定；由于Au耐磨性非常强，而且极为柔软，在所有金属中最富有延展性，因此，换向器在长期使用过程中，换向器的磨损非常小，且在制造换向器时，便于加工；

Ag(银)：Ag在所有金属中具有最好的导电能力，Ag作为中小电流范围的触点材料有着最为广泛的应用；另外，因为接触电阻低，即使以大电流进行连续工作，也可以将温度的上升控制在较低的水平；Ag硬度低而易于加工，且在常温下不易氧化；

Pd(钯)：Pd具有良好的延展性和可塑性，能锻造、压延和拉丝，Pd的化学性质不活泼，常温下在空气和潮湿环境中稳定；合金中加入Pd可以提高材料的抗机械磨损性能和耐电弧烧蚀性能；同时，Pd也可以大大改善材料的高温耐腐蚀性能；另外，Pd的加入，可以改变合金表面的性能，在换向器和电刷片的滑动磨擦过程中，使磨屑不容易粘附于电刷片的表面，减少了换向器的磨损，因而，延长了电机的使用寿命。

Ni(镍)：Ni主要起到细化晶粒的作用。

本发明提供的换向器22各组分具体的实施例如下：

换向器使用不同材料的特性和电机寿命比较：

由上表可知，本发明采用AuAgPdNi材料的换向器，显著提高了换向器的熔点和延长了使用寿命，另外，硬度也有所提高。

本发明还提供了一种如前所述的换向器22制造工艺，包括以下步骤：配料→熔炼→均匀化处理→锻打→软化处理→孔型轧制→软化处理→拉丝→软化处理→拉丝→孔型轧制→多模异型拉丝→去应力退火→检验→包装。

如图3所示，具体地，所述换向器22为9极换向片结构，即换向器22包括9个等间距设置的换向片221，各换向片221之间的片间距能保证0.15±0.003的设计要求，换向片221在电机运转过程中不易变形，片间距稳定，并能保证换向器22的圆度，保证了电机不会出现短路、死点现象。与现有的换向器结构(如7级换向器)相比，本发明的换向器22的换向片221片间距变小，增加了电机的输出力矩，降低了电机的工作电流，提高了电机的输出功率和工作效率，同时，提高了整个电机的各项性能。

如图2及图2A所示，具体地，所述转子组件的固定件23采用耐高温的PA46(尼龙46)制成，它具有极佳的短期和长期耐热性，增强型PA46的热变形温度HDT为290℃，另外它还具有极佳的抗疲劳强度和耐磨性，良好的耐化学性，加工性能好等优点，确保了电机在高温、高速的条件下正常工作。

如图4和图5所示，具体地，所述线圈24一体成型，其绕线为对角跨距均匀布置。绕制过程中，首先在绕线模具(周围均匀铣42个槽)上，按A1-A22-A1、B2-B23-B2......的方式对角跨距依次斜绕成空心杯线圈24，接着在线圈24上涂抹酒精，将线圈热整形、烘烤，并在线圈24上涂抹环氧树脂，最后线圈24烘烤定形。

如图6所示，具体地，定子组件1包括机壳11、磁钢12、衬套13和轴承14，所述衬套13固定设置于所述机壳11内，所述磁钢12位于所述机壳11与衬套13之间且固定于衬套13的外侧，所述轴承14位于所述转轴21的两端且与衬套13固定连接。所述机壳11、磁钢12、衬套13、轴承14与转轴21的中心轴线相同。该结构各个组件同轴设计，利用了电机内部的有效空间，提高了气隙磁密，减小了工作电流；所述衬套13与机壳11固定配合的设计方案解决了电机应掉落试验后电机定子组件1同心度变差、以至死机的问题；所述磁钢12采用高性能、耐高温的铝镍钴材料，工作温度可达到400度，实现了电机的大功率、大力矩输出，同时解决了电机在较高温度环境下输出衰减的问题。

如图1和图7所示，进一步地，本发明提供的精密空心杯直流减速电机还包括双座板结构3和碳刷组合结构4。所述双座板结构3设置于所述定子组件1和转子组件2的端部，所述碳刷组合结构4与所述换向器22之间滑动连接，所述碳刷组合结构4与换向器22安装于所述双座板结构3上。

具体地，所述双坐板结构3包括第一座板31以及与所述第一坐板31固定连接的第二座板32，所述第一座板31与第二座板32之间形成空腔33，所述碳刷组合结构4位于所述空腔33内。

具体地，所述第二座板32上具有盲孔321，所述换向器22的一端设于所述第二座板32的盲孔321内，所述换向器22另一端固定在所述第一座板31上。

具体地，所述碳刷组合结构4包括分别位于所述换向器22两侧的两个碳刷41，所述碳刷41一端枢接于所述第一座板31上，所述换向器22的侧壁与碳刷41的另一端滑动连接，从而保证了碳刷41与换向器5之间接触可靠，使电机起动灵敏、使用寿命长。

如图1所示，更进一步地，该精密空心杯直流减速电机还包括齿轮箱6，该齿轮箱6设置于定子组件1上与双座板结构3相对的端部，且其采用行星齿轮。根据客户的不同使用要求，可将减速比范围设计为4-1996。另外，齿轮箱6的部分关键零部件采用耐磨性强的陶瓷材料，可延长齿轮箱6的使用寿命，并能提供更大的连续转矩输出和瞬间转矩输出。

如图3、图8～图12所示，本发明还提供了一种制造如前所述的换向器22的注塑模具9，该注塑模具9包括一定模板91、一动模上板92及一动模下板93，所述定模板91与所述动模上板92配合，所述动模上板92与所述动模下板93配合，所述动模下板93上设有一与所述动模上板92配合的插片镶件板94，所述插片镶件板94上设有6个沿圆周方向等间距排布的换向器型芯95，所述各换向器型芯95又包括9个沿圆周方向等间距拼接设置的小镶件951，所述各小镶件951之间的腔体952与所述换向片221的形状一致。

注塑时，将换向片221放入各小镶件951之间的腔体952内，然后合模注塑，即可成型出换向器22(如图12所示)。本发明采用由小镶件951拼接组合而成的注塑模具9，解决了现有的换向器在注塑时容易造成短路、出现死点的问题，保证了片间距和电机性能的稳定；镶块式的设计，小镶件951磨损后容易更换，提高了整个注塑模具9的使用寿命，节约了注塑模具9的制造成本；采用在插片镶件板94上设置6个换向器型芯95，显著提高了换向器22的生产效率。

如图8所示，进一步地，所述动模下板93上设有若干用于将成型后的换向器22顶出的顶针96，所述各顶针96设于其下方的一限位板上97，该限位板97可控制顶针96的运动行程。

如图9和图10所示，进一步地，该注塑模具9还包括若干用于对所述动模上板92和动模下板93导向的大导柱98和小导柱99，所述大导柱98位于所述动模上板92和动模下板93的边角处，所述小导柱99位于所述插片镶件板94位置处。本发明采用内外导柱的结构，提高了注塑模具9的定位精度，更能保证换向器22注塑成型的质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种精密空心杯直流减速电机，包括定子组件和转子组件，所述转子组件设于所述定子组件的内部，所述转子组件包括转轴、换向器、固定件和线圈，所述转轴穿设固定于所述固定件内，所述换向器具有一通孔，所述转轴穿设于所述通孔内，所述线圈固定于所述固定件的外侧，所述线圈与所述定子组件之间具有间隙，其特征在于：所述换向器的化学成份的组成按重量百分比为：Au：4-8％；Ag：90-95％；Pd：0.5-2％；Ni：0.5-1％。

2、如权利要求1所述的精密空心杯直流减速电机，其特征在于：所述换向器为9极换向片结构。

3、如权利要求1所述的精密空心杯直流减速电机，其特征在于：所述线圈一体成型，其绕线为对角跨距均匀布置。

4、如权利要求1所述的精密空心杯直流减速电机，其特征在于：所述定子组件包括机壳、磁钢、衬套和轴承，所述机壳、磁钢、衬套、轴承与所述转轴的中心轴线相同，所述衬套固定设置于所述机壳内，所述磁钢位于所述机壳与衬套之间且固定于所述衬套的外侧，所述轴承位于所述转轴的两端且与所述衬套固定连接。

5、如权利要求1所述的精密空心杯直流减速电机，其特征在于：还包括双座板结构和碳刷组合结构，所述双座板结构设置于所述定子组件和转子组件的端部，所述碳刷组合结构与换向器之间滑动连接，所述碳刷组合结构与换向器安装于所述双座板结构上。

6、如权利要求5所述的精密空心杯直流减速电机，其特征在于：所述双坐板结构包括第一座板和与第一坐板固定连接的第二座板，所述第一座板与第二座板之间形成空腔，所述碳刷组合结构位于所述空腔内，所述第二座板上具有通孔，所述换向器穿设于第二座板的通孔内，其一端固定于所述固定件的端部，另一端固定在第一座板上，所述碳刷组合结构包括分别位于所述换向器两侧的两个碳刷，所述碳刷一端枢接于所述第一座板上，所述换向器的侧壁与碳刷的另一端滑动连接。

7、如权利要求1所述的精密空心杯直流减速电机，其特征在于：还包括设置于定子组件端部的齿轮箱，所述齿轮箱的减速比范围为4-1996。

8、一种制造权利要求1～7任一项所述的换向器的注塑模具，包括一定模板、一动模上板及一动模下板，所述定模板与所述动模上板配合，所述动模上板与所述动模下板配合，其特征在于：所述动模下板上设有一与所述动模上板配合的插片镶件板，所述插片镶件板上设有6个沿圆周方向等间距排布的换向器型芯，所述各换向器型芯包括9个沿圆周方向等间距拼接设置的小镶件，所述各小镶件之间的腔体与所述换向片的形状一致。

9、如权利要求8所述的一种制造直流减速电机换向器的注塑模具，其特征在于：所述动模下板上设有若干用于将成型后的换向器顶出的顶针，所述各顶针设于其下方的一限位板上。

10、如权利要求9所述的一种制造直流减速电机换向器的注塑模具，其特征在于：还包括若干用于对所述动模上板和动模下板导向的大导柱和小导柱，所述大导柱位于所述动模上板和动模下板的边角处，所述小导柱位于所述插片镶件板位置处。

Images