CN101882839B - 空心杯有刷直流电机及其碳刷-端子组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空心杯有刷直流电机及其碳刷-端子组件。包括圆筒形机壳、前端盖和后端盖、设置在电机转轴上紧邻后端盖的换相器、以及设置在后端盖上与换相器相配合的碳刷-端子组件。碳刷-端子组件包括一对端子和一对碳刷，端子穿过设置在后端盖上的端子插槽由内向外延伸、碳刷分别通过碳刷导线与对应的端子相连接，端子的内端部设置有一个通孔，碳刷导线一端固定在碳刷上，另一端穿过通孔后与端子一起插入并固定在所述端子插槽中。本发明采用全新的弹刷装配结构，免除了碳刷与端子的焊接工位，并且改良了碳刷与端子的导通效果，做到了无需工装夹具也可迅速正确的组装好端盖组。采用螺丝、四角螺母来紧锁定子和端盖组，使结构更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电机，更具体地说，涉及一种空心杯有刷直流电机及其碳刷-端子组件。
背景技术
目前的空心杯有刷电机的碳刷导线与端子都是通过焊接的方式连接的，这种连接方式有时会因虚焊而影响碳刷与端子的电连接性能，从而导致电机无法工作。并且采用焊接工艺还需要设置焊接工位，需要更多的操作设备、人员及空间。
另外，现有空心杯有刷电机的碳刷大多是带有弹性的两个弯曲碳刷片，结构比较复杂，且装配时有碳刷打断现象。
再有，现有空心杯有刷电机的端盖与定子机壳是铆合连接，定子机壳与其它配件的轴向、径向脱落力小，结构不稳定。并且由于从机壳上拆卸前端盖和后端盖均会使机壳受到损坏，导致定子组件、转子组件和端盖组件报废，造成电机一旦出现问题无法返修的情况。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述空心杯有刷电机的碳刷导线与端子都是通过焊接的方式连接，容易出现虚焊，影响电连接性能的缺陷，提供一种无需焊接工序的空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件。
本发明还提供一种包含上述碳刷-端子组件的空心杯有刷直流电机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件，包括一对端子和一对碳刷，所述端子穿过设置在电机的后端盖上的端子插槽由内向外延伸、所述碳刷分别通过碳刷导线与对应的端子相连接，所述端子的内端部设置有一个通孔，所述碳刷导线一端固定在所述碳刷上，另一端穿过所述通孔后与所述端子一起插入并固定在所述端子插槽中，所述后端盖由绝缘材料制成。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件中，所述碳刷为柱状体，所述后端盖的内表面相对于轴心对称地设置有一对与碳刷的形状、尺寸相匹配的套筒式碳刷架，所述碳刷沿径向可滑动地套装于所述碳刷架的空腔内；所述后端盖的内表面上设置有一对弹簧，用于对所述碳刷施加朝向轴心的夹持力以使碳刷能够与位于电机转轴上的换相器良好电接触。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件中，所述碳刷的横截面为矩形，所述碳刷朝向轴心的端面设置为曲率半径与所述换相器外径相匹配的曲柱面。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件中，所述碳刷架背离轴心一端的左、右两侧中部从外向内沿径向开设有滑槽，所述碳刷背离轴心的一端的中部设置有用于限位弹簧脚的浅槽，所述碳刷导线与碳刷的连接点靠近碳刷背离轴心的一端的中部，随着所述碳刷沿径向在所述碳刷架的空腔内滑动，所述弹簧脚及碳刷导线在所述滑槽中移动。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件中，所述端子为T型片状，其脚部伸向后端盖的外部；所述端子与端子插槽之间的缝隙中灌有用于固定端子的粘结剂。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：构造一种空心杯有刷直流电机，包括圆筒形机壳、分别设置在所述机壳前、后端的前端盖和后端盖、设置在电机转轴上紧邻所述后端盖的换相器、以及设置在所述后端盖上与所述换相器相配合的碳刷-端子组件，其特征在于：所述碳刷-端子组件包括一对端子和一对碳刷，所述端子穿过设置在所述后端盖上的端子插槽由内向外延伸、所述碳刷分别通过碳刷导线与对应的端子相连接，所述端子的内端部设置有一个通孔，所述碳刷导线一端固定在所述碳刷上，另一端穿过所述通孔后与所述端子一起插入并固定在所述端子插槽中，其中所述后端盖由绝缘材料制成。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机中，所述碳刷为柱状体，所述后端盖的内表面相对于轴心对称地设置有一对与碳刷的形状、尺寸相匹配的套筒式碳刷架，所述碳刷沿径向可滑动地套装于所述碳刷架的空腔内；所述后端盖的内表面上设置有一对弹簧，用于对所述碳刷施加朝向轴心的夹持力以使碳刷能够与所述换相器良好电接触。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机中，所述碳刷的横截面为矩形，所述碳刷朝向轴心的端面设置为向内凹的柱形曲面，其曲率半径与换相器的外径相匹配。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机中，所述碳刷架背离轴心一端的左、右两侧中部沿径向从外向内开设有滑槽，所述碳刷背离轴心的一端的中部设置有用于限位弹簧脚的横槽，所述碳刷导线与碳刷的连接点靠近碳刷背离轴心的一端的中部，随着所述碳刷沿径向在所述碳刷架的空腔内滑动，所述弹簧脚及碳刷导线在所述滑槽中移动。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机中，所述端子为T型片状，其脚部伸向后端盖的外部；所述端子与端子插槽之间的缝隙中灌有用于固定端子的粘结剂。
本发明要解决的另一个技术问题在于，针对现有技术的空心杯有刷电机的定子机壳与其它配件的轴向、径向脱落力小，结构不稳定的缺陷，提供一种采用螺丝、四角螺母来紧锁定子和端盖组的空心杯有刷直流电机。所采用的技术方案是：
在上述的空心杯有刷直流电机中，将所述机壳的前端部通过至少一个开口销钉紧锁于所述前端盖外周。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机中，还包括一个固定在所述后端盖外侧的后盖，所述机壳的后端设置有向内的环形折边，其内径与后端盖的外径相匹配；所述后端盖的外表面开设有螺母放置槽，所述后盖对应于所述螺母放置槽的位置处设置有螺丝安装孔，螺丝安装孔中心线到后盖内侧外周的距离小于螺母的外径；螺母放置在螺母放置槽中，且螺母放置槽的尺寸大于螺母的高度和外周尺寸，使得当螺母放置在该槽中后至少可以沿径向移动；当螺丝安装于螺母中时，螺母朝向外周的部分向外伸出到折边内，从而将后端盖锁定在机壳上。
在本发明所述的空心杯有刷直流电机中，所述螺母为四角螺母。
实施本发明的空心杯有刷直流电机，具有以下有益效果：
全新的弹刷装配结构，免除了碳刷与端子的焊接工位，并且改良了碳刷与端子的导通效果，做到了无需工装夹具也可迅速正确的组装好端盖组。
去除了传统的铆合工艺孔，更改为用螺丝、四角螺母来紧锁定子和端盖组，使结构更加稳定，并改善了电机的外观，并且电机返修时不会报废定子组件、转子组件和端盖组件，直接有效地节约了成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机中转子的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机中定子(已安装上前端盖)的结构示意图；
图4是传统空心杯有刷直流电机中定子的结构示意图；
图5是根据本发明实施例的碳刷、端子在后端盖上的布置示意图；
图6A是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机中后端盖的内表面的示意图；
图6B是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机中后端盖的外表面的示意图；
图7A是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机中后盖内表面的示意图；
图7B是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机中后盖外表面的示意图；
图8A是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机中端子和碳刷的结构示意图；
图8B是图8A的侧视图；
图9A是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机中碳刷架的示意图；
图9B是碳刷放置在图9A所示的碳刷架中的示意图；
图9C是图9B所示的放置有碳刷的碳刷架插在后端盖的碳刷架安装座上的示意图；
图9D是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机中碳刷架的插脚已弯折固定在后端盖上的示意图；
图10是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机后端盖组的安装步骤示意图；
图11A-图11C是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机后端盖与机壳结合部分的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的空心杯有刷直流电机包括后端盖组10、转子组件20、定子组件30。
其中，如图2所示，转子组件20包括转轴23、固定在转轴一端的换相器21、与换相器相连且与转轴同轴设置的绕组杯24。
如图3所示，定子组件30包括与转轴同轴设置的圆筒形机壳31、磁钢32、轴承套33及安装在机壳前端314的前端盖40。前端盖40上还安装有轴承35并设置有减振圈37。定子组件组装时，先将磁钢32、轴承套33安装在前端盖上，再将前端盖40与机壳31过盈装配，并通过开口销钉36将机壳31紧锁在前端盖40上。在图4所示的现有技术中，前端盖40是过盈装配在机壳前端，未采用其它固定措施，这样可能会由于轴向和径向的脱落力不够大，使用过程中前端盖和机壳发生分离脱落的现象。本发明的电机中，通过开口销钉36紧锁机壳31和前端盖40，保证了定子机壳31与其它配件的轴向、径向脱落力，使得电机结构非常稳定。
与目前现有空心杯有刷直流电机的机壳采用拉伸壳不同，本发明的直流空心杯有刷电机的机壳、前端盖、轴承套均是精密机加工制作，使电机本身有更高精度的同心度、圆度，大幅度减小了因料件、装配不良引起的空载电流大、噪声大等不良现象。
电机组装时，将转子组件的转轴23推进定子组件的轴承套33中，转子组件上的绕组杯24随同插入磁钢32与机壳31之间，之后可将后端盖组10固定在机壳后端311。后端盖组10及其与机壳31的连接方式将在后面详细介绍。
图5是根据本发明实施例的碳刷、端子在后端盖上的布置示意图。如图5所示，后端盖组10包括后端盖600及安装在其上的碳刷510、碳刷导线520、端子530、碳刷架540和弹簧550。后端盖600上还设置有4个螺钉安装孔座507，501为后端盖600的中心，其也是电机转轴的轴心。
图6A是根据本发明一实施例的电机中后端盖的内表面的示意图。如图6A所示，后端盖600的内表面610上设置有端子插槽606、碳刷架安装座607和弹簧安装柱608。其中碳刷架安装座607两侧设置有插孔617。在本发明中后端盖600由绝缘材料制成，以保持碳刷架和碳刷对之间、端子对之间的绝缘性。
图6B是根据本发明实施例的电机中后端盖的外表面的示意图。如图6B所示，作为选择，后端盖600的外表面620上设置有螺母放置槽609，其作用将在后面结合图11A-11B进行说明。
在本发明的一实施例中，后端盖组10还包括一个后盖。图7A是根据本发明实施例的电机中后盖700从内表面710向外看的示意图。后盖700上设置有4个螺纹孔707，其与图5中的4个螺钉安装孔座507在位置和尺寸上相配合，螺钉可穿过螺钉安装孔座507拧入螺纹孔707从而将后盖700固定在后端盖600上。另外，如图7A所示，后盖700内侧的外径小于外侧的外径，在圆周处形成台阶705。且后盖内侧的外径与后端盖600的外径相等。
图7B是根据本发明实施例的电机中后盖700从外表面720向内看的示意图。后盖700上设置有通孔709，其位置与图6B中所示的螺母放置槽609的位置相配合，用途将在后面结合图11A-11B进行说明。
图8A是根据本发明实施例的电机中端子530和碳刷510的结构示意图。如图8A所示，端子530为T型片状，其内端部532设置有一个通孔534。
图8B是图8A的侧视图，其中还示出了将端子530和碳刷510连接起来的碳刷导线520。从图中可以看出，碳刷导线520的一端穿在通孔534中。图8B还示出碳刷510的一端为向内凹的弧形511，即该端部为曲柱面，在设计上，其曲率半径与换相器外径相匹配，以便当转子旋转时碳刷510的端部与换相器接触良好。
需要说明的是，端子530的形状不限于T型片状，也可以设计成其它形状，如圆柱、方柱、长方柱等。
图9A-9D是根据本发明实施例的电机中碳刷及碳刷架的示意图。如图9A所示，碳刷架540为套筒式碳刷架，其主体为中空且下部开口的长方体框架，左、右两侧下部设置有插脚543。碳刷架540的左、右两侧中部从外边缘向中心部位开设有滑槽542。如图9B所示，当碳刷510在弹簧弹力的作用下在碳刷架540的空腔内沿箭头所示方向滑动时，碳刷导线520在滑槽542中移动。
图9C中，碳刷架540安装在碳刷架安装座607上，其插脚543通过安装座607两侧的插孔617伸向后端盖的外表面，其中碳刷510安装在碳刷架540的空腔内。碳刷510外侧(背离轴心的一端)中部设置有浅槽512，用于限位弹簧脚。图9D中，碳刷架的插脚部向外侧弯折，其目的是将碳刷架固紧在安装座607上。
在本实施例中，碳刷510为长方体。但本发明不限于长方体的碳刷，碳刷也可以使用其它形状，如圆柱体、椭圆柱体等，当然碳刷架540的形状大小也需要与碳刷相配合。另外，本领域技术人员应当知晓，还可以采用其它结构来实施碳刷架，例如还可以一体成型的方式在端盖600的内表面形成套筒形碳刷架。
图10是根据本发明实施例的空心杯有刷直流电机后端盖组的安装步骤示意图。如图所示：
步骤a中，将碳刷导线520穿入端子530的通孔534中。
步骤b中，将端子530压入后端盖的端子插槽606中。将端子530压到与端子插槽606表面平齐的位置，并在端子与端子插槽606之间的缝隙中灌入粘结剂(如环氧胶)，以将端子固定在端子插槽606中。端子插槽606为长十字形并且朝向后端盖中心501的一侧是敞开的，使得当将端子530压入端子插槽606中时碳刷导线520可从端子插槽606的表面向下滑动。
步骤c中，将碳刷510装入碳刷架540后，将碳刷架540的插脚543插入碳刷架安装座607两侧的插孔617中，并将插脚向外侧弯折，以将碳刷架固定在后端盖上，使碳刷架无串动、摇摆，且碳刷滑动灵活。
步骤d中，将弹簧550套到弹簧安装柱608上，弹簧550的一只弹簧脚卡在碳刷510的浅槽512里，另一只弹簧脚被安装孔座507挡住，以限位弹簧脚，使弹簧对碳刷510施加朝向轴心的夹持力。随着碳刷沿径向在碳刷架的空腔内滑动，弹簧脚及碳刷导线也在滑槽542中移动。
经过a步骤到d步骤组装成图5所示的碳刷-端子组件。如图5所示，一对套筒式碳刷架540安装在后端盖600的内表面610上，碳刷510沿径向可滑动地套装于碳刷架的空腔内。碳刷架540和碳刷510相对于轴心501对称，且碳刷510的形状、尺寸与碳刷架540的形状、尺寸相匹配的。一对弹簧550分别套在后端盖600的内表面610上对应的弹簧安装柱608上，其两只弹簧脚中一只卡在碳刷510的浅槽512里，另一只被安装孔座507挡住。弹簧550用于对碳刷施加朝向轴心的夹持力以使碳刷能够与位于电机转轴上的换相器良好电接触。
在步骤e中，将轴承35安装到后盖700的中心孔中。
在步骤f中，将螺钉穿过螺钉安装孔座507拧入后盖700的螺纹孔707中，从而将后盖700安装到已组装碳刷-端子组件的后端盖600上。之后，将螺母670放置到螺母放置槽609中。此外，当后盖是由金属材料(如铝)制成时，为防止后盖与电刷导通短路，在后盖700与后端盖600之间还夹有绝缘挡板650(例如挡板纸)。
经过以上步骤，后端盖组10组装完毕。图10中的10-1是后端盖组10的侧视图、10-2是后视图。
图11A-图11C是根据本发明实施例的电机后端盖与机壳结合部分的结构示意图。图11A所示为后端盖组10尚未推入机壳31后端时的状态示意图；图11B所示为后端盖组10已推入机壳31后端但螺钉680尚未拧入的状态示意图；图11C所示为螺钉已拧入，后端盖组10紧锁在机壳31后端的状态示意图。
如图11A所示，机壳31后端311的端部设置有一个向内的环形折边312。该环形折边的内径与后端盖600的外径相匹配，使得后端盖600可以推入机壳后端(如图11B所示)。在图11B中，螺母670放入螺母放置槽609中。在设计上，螺母放置槽的尺寸大于螺母的高度和外周尺寸，使得当螺母放入该槽后至少可以沿径向移动。另外，后盖700上的螺丝安装孔709位置的设置应使螺丝安装孔709中心线到后盖内侧外周的距离小于螺母的外径，使得后端盖过盈装配于机壳后端之后，当螺丝拧入螺母中时，螺母朝向外周的部分向外伸出到折边内(如图11C所示)，从而将后端盖组锁定在机壳上，使得后端盖组不会因电机转动而脱落。
在本发明中，螺母可以是四角螺母、六角螺母等。在本发明的一实施例中，使用了四角螺母。
本发明全新的弹刷装配结构，免除了碳刷与端子的焊接工位，并且改良了碳刷与端子的导通效果，做到了无需工装夹具也可迅速正确的组装好端盖组。
本发明，去除了传统的铆合工艺孔，更改为用螺丝、四角螺母来紧锁定子和端盖组，直接改善了电机的外观，并且电机返修时不会报废定子组件、转子组件和端盖组件，直接有效的节约了成本。
Claims (13)
1.一种空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件，包括一对端子(530)和一对碳刷(510)，所述端子穿过设置在电机的后端盖(600)上的端子插槽(606)由内向外延伸、所述碳刷分别通过碳刷导线(520)与对应的端子相连接，其特征在于，所述端子的内端部(532)设置有一个通孔(534)，所述碳刷导线一端固定在所述碳刷上，另一端穿过所述通孔后与所述端子一起插入并固定在所述端子插槽中，所述后端盖由绝缘材料制成。
2.根据权利要求1所述的空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件，其特征在于，所述碳刷(510)为柱状体，所述后端盖(600)的内表面(610)相对于轴心(501)对称地设置有一对与碳刷的形状、尺寸相匹配的套筒式碳刷架(540)，所述碳刷沿径向可滑动地套装于所述碳刷架的空腔内；所述后端盖(600)的内表面(610)上设置有一对弹簧(550)，用于对所述碳刷施加朝向轴心的夹持力以使碳刷能够与位于电机转轴上的换相器良好电接触。
3.根据权利要求2所述的空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件，其特征在于，所述碳刷(510)的横截面为矩形，所述碳刷朝向轴心的端面(511)设置为曲率半径与所述换相器外径相匹配的曲柱面。
4.根据权利要求3所述的空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件，其特征在于，所述碳刷架背离轴心一端的左、右两侧中部从外向内沿径向开设有滑槽(542)，所述碳刷背离轴心的一端的中部设置有用于限位弹簧脚的浅槽(512)，所述碳刷导线(520)与碳刷的连接点靠近碳刷背离轴心的一端的中部，随着所述碳刷沿径向在所述碳刷架的空腔内滑动，所述弹簧脚及碳刷导线在所述滑槽中移动。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的空心杯有刷直流电机的碳刷-端子组件，其特征在于，所述端子(530)为T型片状，其脚部伸向后端盖的外部；所述端子与端子插槽(606)之间的缝隙中灌有用于固定端子的粘结剂。
6.一种空心杯有刷直流电机，包括圆筒形机壳(31)、分别设置在所述机壳前、后端的前端盖(40)和后端盖(600)、设置在电机转轴(23)上紧邻所述后端盖的换相器(21)、以及设置在所述后端盖上与所述换相器相配合的碳刷-端子组件，其特征在于：所述碳刷-端子组件包括一对端子(530)和一对碳刷(510)，所述端子穿过设置在所述后端盖(600)上的端子插槽(606)由内向外延伸、所述碳刷分别通过碳刷导线(520)与对应的端子相连接，所述端子的内端部(532)设置有一个通孔(534)，所述碳刷导线一端固定在所述碳刷上，另一端穿过所述通孔后与所述端子一起插入并固定在所述端子插槽中，其中所述后端盖由绝缘材料制成。
7.根据权利要求6所述的空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述碳刷(510)为柱状体，所述后端盖(600)的内表面(610)相对于轴心(501)对称地设置有一对与碳刷的形状、尺寸相匹配的套筒式碳刷架(540)，所述碳刷沿径向可滑动地套装于所述碳刷架的空腔内；所述后端盖(600)的内表面(610)上设置有一对弹簧(550)，用于对所述碳刷施加朝向轴心的夹持力以使碳刷能够与所述换相器良好电接触。
8.根据权利要求7所述的空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述碳刷(510)的横截面为矩形，所述碳刷朝向轴心的端面(511)设置为向内凹的柱形曲面，其曲率半径与换相器的外径相匹配。
9.根据权利要求8所述的空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述碳刷架背离轴心一端的左、右两侧中部沿径向从外向内开设有滑槽(542)，所述碳刷背离轴心的一端的中部设置有用于限位弹簧脚的横槽，所述碳刷导线(520)与碳刷的连接点靠近碳刷背离轴心的一端的中部，随着所述碳刷沿径向在所述碳刷架的空腔内滑动，所述弹簧脚及碳刷导线在所述滑槽中移动。
10.根据权利要求9所述的空心杯有刷直流电机，其特征在于，其特征在于，所述端子(530)为T型片状，其脚部伸向后端盖的外部；所述端子与端子插槽(606)之间的缝隙中灌有用于固定端子的粘结剂。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述机壳的前端部通过至少一个开口销钉紧锁于所述前端盖外周。
12.根据权利要求6至10中任一项所述的空心杯有刷直流电机，其特征在于，还包括一个固定在所述后端盖外侧的后盖(700)，所述机壳(31)的后端(311)设置有向内的环形折边(312)，其内径与后端盖(600)的外径相匹配；所述后端盖(600)的外表面(620)开设有螺母放置槽(609)，所述后盖(700)对应于所述螺母放置槽的位置处设置有螺丝安装孔(709)，螺丝安装孔(709)中心线到后盖内侧外周的距离小于螺母的外径；螺母(670)放置在螺母放置槽(609)中，且螺母放置槽的尺寸大于螺母的高度和外周尺寸，使得当螺母放置在该槽中后至少可以沿径向移动；当螺丝安装于螺母中时，螺母朝向外周的部分向外伸出到折边内，从而将后端盖锁定在机壳上。
13.根据权利要求12所述的空心杯有刷直流电机，其特征在于，所述螺母为四角螺母。
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