CN106451932B - 一种新型空心杯碳刷永磁电动机及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型空心杯碳刷永磁电动机，包括机壳、磁钢、绕组、换向器、碳刷架和后盖，所述磁钢设置在所述机壳内，所述换向器与所述绕组连接，所述绕组设置在所述磁钢与机壳之间，所述碳刷架设置在所述后盖上并与所述换向器连接，所述后盖与所述机壳连接；所述机壳、换向器、碳刷架均为一体化设计。本发明结构简单，部件少，成本低，使用寿命长，运行平稳，体积小，效率高，具有很好的市场前景。

Description

一种新型空心杯碳刷永磁电动机及其制造方法
技术领域
本发明涉及电机领域，尤其涉及一种新型空心杯碳刷永磁电动机及其制造方法。
背景技术
空心杯碳刷永磁电动机因其结构紧凑、无铁损、效率高、结构形式多样等特点而被广泛使用。随着新技术、新材料的发展以及人们对电机的寿命、振动、效率等性能指标的提高，迫切需要空心杯有刷永磁电动机在综合性能上不断提升，在成本合理的基础上实现优良的电机性能。尤其是在无人飞行器和机器人领域，需要空心杯碳刷永磁电动机具有高效率、高推重比、长寿命等特性。
此外，现有的空心杯有刷永磁电动机领域上使用的有刷永磁电动机还存在以下不足：(1)使用于无人飞行器的空心杯有刷永磁电动机因金属刷易磨断，寿命短无法满足客户要求；(2)空心杯有刷永磁电动机通常要求永磁电动机加大负载作业，导致动力电机处于经常性的大电流工作的常态，大电流带来的金属刷过流大，易发热烧毁；(3)空心杯有刷永磁电动机使用的金属刷加工制作成本高，易变形。(4)使用的无刷永磁电动机因控制不方便，导致响应速度没有有刷永磁电动机反应速度快。(5)无刷永磁电动机使用铁芯增加了产品的重量，不利于无人飞行器和机器人轻量化的设计要求；另外，无刷永磁电动机的铁芯结构铁损大并且齿槽转矩大。
发明内容
本发明针对现有技术的以上技术缺陷提供了一种新型空心杯碳刷永磁电动机，该电动机使用寿命长、转速高、运行平稳、体积小、重量轻而且效率高。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种新型空心杯碳刷永磁电动机，包括机壳1、磁钢3、绕组2、换向器8、碳刷架6和后盖9，所述磁钢3设置在所述机壳1内，所述换向器8与所述绕组2连接，所述绕组2设置在所述磁钢3与机壳1之间，所述碳刷架6设置在所述后盖9上并与所述换向器8连接，所述后盖9与所述机壳1连接；所述机壳1、换向器8、碳刷架6均为一体化设计。
优选地，所述换向器8包括换向片802、骨架803和转轴801，所述换向片802、骨架803和转轴801依次连接。
优选地，所述转轴801在与骨架803连接处设置有滚花8011。
优选地，所述骨架803在与绕组2连接处设置有凹槽8032；所述骨架803上设置有与换向片802相匹配的换向片槽8031和换向片管8033；所述骨架803中心设置有转轴孔8034。
优选地，所述碳刷架6包括端子601和刷片602，所述端子601和刷片602连接；所述刷片602上设置有碳晶卡槽6021；所述端子601上设置有连接孔6011和定位孔6012。
优选地，所述机壳1上设置有轴套101，所述轴套101的一端与机壳端面的中心连接；所述轴套101两端设置有轴承室。
优选地，所述后盖9的中心处设置有轴承室903；所述后盖9还设置有端子孔901、定位柱和机壳卡槽902。
优选地，还包括垫片5、轴承和碳晶7，所述轴承设置在轴承室内；所述垫片5设置在所述换向器8与轴套101上轴承室内的轴承之间；所述碳晶7设置所述碳晶卡槽6021内。
一种新型空心杯碳刷永磁电动机的制造方法，包括碳刷永磁电动机的加工步骤和碳刷永磁电动机的组装步骤：
所述碳刷永磁电动机的加工步骤，具体为：
A：通过机台分别将换向器8、碳刷架6、机壳1整体成型；
B：将轴承组件安装在机壳1和后盖9的相应的位置，使换向器8连接绕组2，碳刷架6连接后盖9，然后将绕组2安装在机壳1内，再将后盖9安装在机壳1上；
C：通过精密数控CNC车床加工机壳1或者通过旋压式加工然后再精加工；
所述碳刷永磁电动机的组装步骤，包括：
D：将轴承铆进轴承室内，磁钢3套在轴套101上，定子组件组装完毕；
这里，所述定子组件包括第一轴承401、第二轴承402、磁钢3和机壳1。
E：将换向片802、骨架803和转轴801依次连接组成换向器8，换向器8连接于绕组2上，通过胶水加固；
F：将碳晶7设置于碳刷架6，碳刷架6连接于后盖9上，碳刷架6和换向器8连接，后盖9和机壳1连接。
优选地，所述轴承组件，包括轴套101及设置在轴套101内的第一轴承401和第二轴承402。
与现有技术相比，本发明新型空心杯碳刷永磁电动机至少具有以下有益效果：
1)本发明的碳刷永磁电动机通过将磁钢设置在机壳的轴套上，轴承设置在轴套的轴承室内，然后将绕组和换向器连接，再将转轴穿过轴承和轴套，绕组设置在磁钢和机壳之间；碳晶设置碳刷架上，碳刷架设置在后盖上，碳晶和换向片连接；后盖和机壳连接在一起。
2)本发明的碳刷永磁电动机，结构简单，部件少，成本低，使用寿命长，运行平稳，体积小，效率高；其直径可以做到Φ13mm以下，填补了小型化空心杯碳刷机种的空白，具有很好的市场前景。
附图说明
图1为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的整体结构爆炸示意图；
图2为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的机壳剖面结构示意图；
图3为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的转子组件爆炸示意图；
图4为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的后盖组件爆炸示意图；
图5为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的碳刷架结构示意图；
图6为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的整体结构剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
图1为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的整体结构爆炸示意图。
如图1所示，本发明新型空心杯碳刷永磁电动机，包括机壳1、空心杯电枢绕组2、磁钢3、第一轴承401、第二轴承402、第三轴承403、垫片5、碳刷架6、碳晶7、换向器8和后盖9。其中：
第一轴承401、第二轴承402、磁钢3和机壳1组成定子组件。第一轴承401和第二轴承402均设置在轴套101内(请同时参考图2)，组成轴承组件。这种双轴承结构能够保障定子组件的同心度，稳固轴承结构的强度并且在提供高转速的前提下，降低噪音和振动，同时能够保证转子双出力轴的稳定性。磁钢3设置在机壳1内。
换向器8和绕组2组成转子组件。绕组2设置在磁钢3和机壳1之间，用来提供磁场；换向器8穿过绕组2和垫片5，垫片5用来对电机可转动部分进行间隙调节，可控制转动部分的轴向窜动。换向器8和绕组2之间通过胶水粘接，可满足高转速运转时的回旋力和拔脱力，使连接更加稳定。
第三轴承403、后盖9、碳刷架6和碳晶7组成后盖组件，第三轴承403设置在后盖9内，碳刷架6与后盖9连接，碳晶7设置在碳刷架6上，碳晶7用来和换向器8连接。
图2为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的机壳剖面结构示意图。
如图2所示，机壳1内包括轴套101；轴套101与机壳1一体化设计，机壳1可通过精密数控(Computer Numerical Control，CNC)车床加工、整体注塑或采取旋压式加工后再进行精加工的方式加工而成，有较好的同心度和精度。轴套101用来连接磁钢3。传统式的轴套101和机壳1的的连接方式与一体化设计的轴套101和机壳1的连接方式相比，传统式的轴套101与机壳1连接处用胶水加固或者激光点焊机点焊加固，没有一体化设计的稳定性好，从而满足电机运转时产生的回旋力和拔脱力。机壳1内的轴套101两端分别设置有第一轴承室1011和第二轴承室1012，所述第一轴承室1011和第二轴承室1012分别用来放置第一轴承401和第二轴承402，双轴承结构能够保证转子双出力转轴的稳定性。机壳1与轴套101保证了定子组同心度，为转子组件提供稳定的运转，保障了转子组件的运转精度。机壳端面上设置有散热孔(未示出)，散热孔用来散发电机内部产生的热量，从而避免电机内部过热。
图3为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的转子组件爆炸示意图。
如图3所示，换向器8和空心杯电枢绕组2组成转子组件。换向器8包括换向片802、骨架803和转轴801。转轴801与骨架803连接处设置有滚花8011，滚花8011用来增加转轴801与骨架803的回旋力和拔脱力，使接触更加牢固，不易脱落。骨架803上设置有换向片管8033、换向片槽8031、凹槽8032和转轴孔8034。换向片802通过套在换向片管8033上与骨架803连接，换向片802最后与换向片槽8031相互卡住，然后注塑一体成型，以增加骨架803与换向片802之间的回旋力和拔脱力,使连接更加稳固。转轴801穿过转轴孔和骨架803连接，转轴801与骨架803连接处设置的滚花8011增加了转轴801与骨架803之间的摩擦力、回旋力和拔脱力。骨架803与绕组2的连接处还设置有凹槽8032，凹槽8032便于胶水浸入，增加骨架803与绕组2之间的回旋力和拔脱力。换向片802、骨架803和转轴801连接为一体，提高了生产效率。
图4为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的后盖组件爆炸示意图。
如图4所示，第三轴承403、后盖9、碳刷架6和碳晶7组成后盖组件。后盖9上设置有第三轴承室903、端子孔901、机壳卡槽902和定位柱(图中未示出)；碳刷架6采用一体式弯折弹片。碳刷架6包括端子601。碳刷架6通过端子601穿过端子孔901连接于后盖9。碳晶7设置在碳刷架6上，第三轴承403设置在后盖9的第三轴承室903内。
图5为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的碳刷架结构示意图。
如图5所示，碳刷架6包括刷片602和端子601两部分，不采用传统的焊接工艺，改良了碳刷与端子的导通性，避免了因虚焊而影响碳刷与端子的电连接性能。刷片602上设置有碳晶卡槽6021，碳晶7通过碳晶卡槽6021和碳刷架6连接；端子601上设置有连接孔6011和定位孔6012，连接孔6011用来连接外部电源，固定孔6012用来固定碳刷架6和后盖9，固定柱(图中未示出)穿过固定孔6012连接于端子601，然后将固定柱热熔，熔平后即碳刷架6和后盖9固定。
图6为本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的整体结构剖面示意图；如图6所示(请同时参考其他图)，本发明包括机壳1、绕组2、磁钢3、第一轴承401、第二轴承402、第三轴承403、垫片5、碳刷架6、碳晶7、换向器8、轴套101和后盖9。其中：
机壳1与轴套101一体化设计，有效保证定子组同心度和稳定的运转；传统式的机壳1与轴套101组立后，使用点UV胶或使用激光点焊加固，不能有效保证定子组同心度和稳定的运转。第一轴承401、第二轴承402设置在轴套101两端的轴承室内，第三轴承403设置在后盖9的轴承室内，垫片5设置在第二轴承402和换向器8的骨架803之间，垫片5对可转动部分进行间隙调节，用来控制转动部分的轴向窜动。磁钢3套在轴套101上，然后通过胶水连接，防止圆周打滑，使固定定位更加稳固。换向器8和绕组2固定连接后，绕组2设置在磁钢3和机壳1之间，转轴801通过垫片5、第二轴承402、轴套101和第一轴承401连接于机壳1。碳晶7通过碳晶卡槽6021碳刷架6通过端子601穿过后盖9上的端子孔901连接于后盖9，定位柱穿过定位孔6012将碳刷架6固定在后盖9上。碳晶7和换向片8033连接，后盖9扣在机壳1上，机壳1与后盖9连接，在机壳卡槽902处将机壳1与后盖9卡住。
本发明新型空心杯碳刷永磁电动机的制造方法，包括碳刷永磁电动机的加工步骤和碳刷永磁电动机的组装步骤，具体为：
所述碳刷永磁电动机的加工步骤，包括：
A：通过机台分别将换向器8、碳刷架6、机壳1整体成型；
B：将轴承组件安装在机壳1和后盖9的相应的位置，使换向器连接绕组，碳刷架连接后盖，然后将绕组安装在机壳内，再将后盖安装在机壳上。
这里，所述轴承组件，包括轴套及设置在轴套内的第一轴承和的第二轴承。
C：通过精密数控CNC车床加工机壳或者通过旋压式加工然后再精加工。
所述碳刷永磁电动机的组装步骤，包括：
D：将轴承铆进轴承室内，磁钢套在轴套上，定子组件组装完毕；
这里，所述定子组件包括第一轴承、第二轴承、磁钢和机壳。
E：将换向片、骨架和转轴依次连接组成换向器，换向器连接于绕组上，通过胶水加固；
F：将碳晶设置与碳刷架，碳刷架连接于后盖上，碳刷架和换向器连接，后盖和机壳连接。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种新型空心杯碳刷永磁电动机，包括机壳(1)、磁钢(3)、绕组(2)、换向器(8)、碳刷架(6)和后盖(9)，所述磁钢(3)设置在所述机壳(1)内，所述换向器(8)与所述绕组(2)连接，所述绕组(2)设置在所述磁钢(3)与机壳(1)之间，所述碳刷架(6)设置在所述后盖(9)上并与所述换向器(8)连接，所述后盖(9)与所述机壳(1)连接；其特征在于，所述机壳(1)、所述换向器(8)及所述碳刷架(6)分别为一体化设计；其中：
所述换向器(8)包括换向片(802)、骨架(803)和转轴(801)；所述换向片(802)、骨架(803)和转轴(801)依次连接，所述转轴(801)在 与骨架(803)连接处设置有滚花(8011)，所述骨架(803)在 与绕组(2)连接处设置有凹槽(8032)；所述骨架(803)上设置有与换向片(802)相匹配的换向片槽(8031)和换向片管(8033)；所述骨架(803)中心设置有转轴孔(8034)；
所述碳刷架(6)包括端子(601)和刷片(602)，所述端子(601)和刷片(602)连接；所述刷片(602)上设置有碳晶卡槽(6021)；所述端子(601)上设置有连接孔(6011)和定位孔(6012)。
2.根据权利要求1所述的新型空心杯碳刷永磁电动机，其特征在于，所述机壳(1)上设置有轴套(101)，所述轴套(101)的一端与机壳端面的中心连接；所述轴套(101)两端设置有轴承室。
3.根据权利要求1所述的新型空心杯碳刷永磁电动机，其特征在于，所述后盖(9)的中心处设置有轴承室(903)；所述后盖(9)还设置有端子孔(901)、定位柱和机壳卡槽(902)。
4.根据权利要求3所述的新型空心杯碳刷永磁电动机，其特征在于，还包括垫片(5)、轴承和碳晶(7)，所述轴承设置在轴承室内；所述垫片(5)设置在所述换向器(8)与轴套(101)上轴承室内的轴承之间；所述碳晶(7)设置在所述碳晶卡槽(6021)内。
5.一种新型空心杯碳刷永磁电动机的制造方法，其特征在于，包括碳刷永磁电动机的加工步骤和碳刷永磁电动机的组装步骤：
所述碳刷永磁电动机的加工步骤，具体为：
A：通过机台分别将换向器(8)、碳刷架(6)、机壳(1)整体成型；
B：将轴承组件安装在机壳(1)和后盖(9)的相应的位置，使换向器(8)连接绕组(2)，碳刷架(6)连接后盖(9)，然后将绕组(2)安装在机壳(1)内，再将后盖(9)安装在机壳(1)上；
C：通过精密数控CNC车床加工机壳(1)或者通过旋压式加工然后再精加工；
所述碳刷永磁电动机的组装步骤，包括：
D：将轴承铆进轴承室内，磁钢(3)套在轴套(101)上，定子组件组装完毕；
所述定子组件包括第一轴承(401)、第二轴承(402)、磁钢(3)和机壳(1)；
E：将换向片(802)、骨架(803)和转轴(801)依次连接组成换向器(8)，换向器(8)连接于绕组(2)上，通过胶水加固；
F：将碳晶(7)设置于碳刷架(6)，碳刷架(6)连接于后盖(9)上，碳刷架(6)和换向器(8)连接，后盖(9)和机壳(1)连接。
6.根据权利要求5所述的新型空心杯碳刷永磁电动机的制造方法，其特征在于，所述轴承组件包括轴套(101)及设置在轴套(101)内的第一轴承(401)和第二轴承(402)。
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