CN1069150A - 微型直流电机 - Google Patents

Abstract

微型直流电机包括在内圆周壁上装有永久磁铁 的壳体，包括电枢和整流子的转子，装有电刷和输入 接线端的壳体盖；转子由装在壳体和壳体盖上的轴承 支持，微型直流电机安装在密封的壳体所构成的气密 封的内部空间中，这密封壳体由带底的中空圆筒和适 合密封壳体开口端的密封盖组成，输出轴通过磁耦合 与转子轴相连，可转动地装设在密封底部的外面。

Description

本发明与音响设备、精密设备等所用的微型直流电机有关，尤其是与一种改良的微型直流电机有关，该电机能防止因空气中的氧气和其他物质对电机的侵蚀使电机元件受损变坏，将装电机的内部空间或电机本身的内部空间变成气密封结构，阻止空气的进出。

图1是常规微型直流电机关键部分的纵向剖面图。图1中数字1代表由金属材料，如低碳钢制作的壳体，构成有底的中空圆筒，在圆筒的内圆周壁上固定成圆弧段形的永久磁铁。在壳体1内部装有转子5，转子由面对永久磁铁2的电枢3和整流子4构成。数字6表示由合成树脂或其他绝缘材料制作的壳体盖，盖是这样制作使盖与壳体1的开口端啮合。数字7表示电刷臂，以与整流子4滑动接触，电刷臂和输入接线端8一起固定在壳体盖6上，输入端8与电刷臂7在电气上相连接。数字9和10代表轴承，固定在壳体1底部和壳体盖6的中心，以便可转动地支持转子5的轴11和12。

应用上述结构，当电流从输入端8经过转子5的整流子4和电刷臂7流通到电枢3，就把转动力传给电枢3，因电枢是在壳体1内圆周表面上永久磁铁2形成的电磁场内，从而使转子5旋转，通过外面的轴11驱动外部设备（未显示）。

在上述结构的常规微型直流马达中，由壳体1和壳体盖6所确定的内部空间并不能完全密封，因而也不能防止外部大气通过轴承9进出内部空间。这就产生一个问题，马达的元件被在电刷7的尖端和整流子4之间产生的电火花和焦耳热量所氧化。电机元件的氧化可能导致增加滑动接独点的接触电阻，进一步加速火花放电所造成的危害，加快电刷和整流子的摩损，从而大大降低电机的使用寿命。

大多数常规微型电机采用烧结的含油轴承或滚珠轴承作为支持轴11和12的轴承9和10。尽管壳体和盖之间很容易密封，但轴承9本身或轴11和轴承9在外面之间的隙缝不可能完全密封。这样空气通过通过轴承9本身或轴11和轴承9之间的缝隙可以进出马达的内部。有上述透气结构的微型直流电机不能保持它的内部空间很干净，特别是在含有腐蚀性气体或有机物蒸汽的环境下使用时，这些有害气体就会进入到电机的内部空间。在电火花和热都存在的条件下这些有害气体就会在内部空间与元件材料发生化学反应，从而化学反应的产物与整流子和电刷磨损的细粒混合产生一种发黑的物质。由于它的绝缘特性，这种发黑物质使整流子4和电刷之间的接触变得不稳定，增加整流子和电刷之间的接触电阻。这样，常规的微型直流电机就产生一个问题，当腐蚀性气体或有机物蒸汽进入到电机内部时，就会使电气滑动接触和其他电机元件的性能变坏，大大降低电机的各项性能。

本发明的第一个目标是提供一种微型直流电机，有这样的结构，即装电机的内部空间或电机本身的内部空间是与电机外的大气隔离的。

本发明的第二个目标是提供一种微型电流电机，有这样的结构，即装电机的内部空间或电机本身的内部空间的氧浓度可以减小。

本发明的第三个目标是提供一种微型直流电机，有这样的结构，即装电机的内部空间或电机本身的内部空间的湿度可以控制在最佳水平。

本发明的第四个目标是提供一种微型直流电机可以防止电机元件的氧化，防止有害的气体进入到电机内部，在很长时间内保持稳定的性能。

图1是表示常规微型直流电机关键部分的纵向剖面图;

图2是本发明第一实施方案的纵向剖面图;

图3和图4是实施本发明的微型直流电机和常规微型直流电机中电流的示波器波形图;

图5至图8是本发明第二至第五实施方案的关键部分纵向剖面图。

图2是本发明第一实施方案的纵向剖面图。图2中数字13表示密封壳体，由非磁性材料如铝或合成树脂制成的中空圆筒体，大直径部分13a和小直径部分13b成一整体。数字14代表铝制的隔板，固定在大直径部分13a和小直径部分13b的分界处，以形成气密封结构。隔板14也可以与密封壳体13成一整体。数字15表示由绝缘材料制成的密封盖，做成板状，固定在大直径部分13a的开口端。数字16表示图1所示这种结构的微型直流电机固定在密封盖15上;它的输入端8穿过密封盖15，伸出到外面。数字17代表一种粘结剂，涂到密封壳体13和密封盖15以及与输入端8伸出部分相邻的区域，把它们粘接起来。用上述的结构，由密封壳体13和密封盖15所确定的内部空间18处于气密状态，防止了外部空气的进出。

接着，数字19表示可转动地固定在密封壳体13的小直径部分13b的输出轴，该轴通过轴承架20和轴承21（例如烧结的含油轴承）与微型直流电机16的轴11中心对齐。数字22表示使轴11和输出轴19相连的磁耦合，通过这种电磁方式功率从轴11传到输出轴19。即在轴11和输出轴19上各自固定一个夹持器23;在每个夹持器23的端面以这样的方式固定圆盘形的永久磁铁24，使磁铁在隔板14的两侧面对面安装;永久磁铁24可以这样磁化，使在圆周方向交替放置许多N和S磁极，或者永久磁铁24也可以把许多磁铁电这样排列组成磁铁块，使得在圆周方向交替放置N和S磁极。

用上述的结构，当输入端8接上直流电源（未显示），微型直流电机16开始工作，使轴11转动。轴11的转动使磁耦合22转动，与磁耦合22电磁相连的输出轴19也就跟着转动，从而驱动外部设备（未显示）。在这种情况下由于装微型直流电机16的内部空间18是与电机的外部大气密封隔离的，所以既使在含有腐蚀性气体或有机物蒸汽的环境下使用，腐蚀性气体或有机物蒸汽也不能进入到内部空间18。结果，本发明的微型直流电机决不会遇到如图1所示常规微型直流电机所产生的功能变坏的问题，可以在很长时间内稳定操作。

下面将描述附着硫试验和含有机物蒸汽的大气环境试验的结果。在附着硫试验中，微型直流电机放在86°温箱中，与硫粉末放在一起，连续操作48小时。然后用电子探针微区分析（EPMA）法定量分析进入到微型直流电机内部元件上的硫。试验结果揭示如图1所示的常规微型直流电机内检测到大量的硫，而在图2所示的本发明的微型直流电机内没有观察到硫的存在。

在含有机物蒸汽的大气环境试验中，将乙二醇放入保持50℃的恒温箱中，微型直流电机在这样的空气中操作100小时，然后测量流入电机的电流波形。图3和图4显示出现在示波器上的电流波形;图3显示本发明微型直流电机的电流波形，图4显示常规的微型直流电机的电流波形。从图3和4中很清楚看到，常规电机的电流波表波动很大，说明电机的特性已明显变坏。另一方面本发明的电机有非常好的电流波形，这说明既使操作在含有机物蒸汽的环境中，各项性能也没有变坏的迹象。

图5是本发明第二实施方案的纵向剖面图。相同的部件用图2用的相同数字表示。在图5中永久磁铁24a作为磁耦合22的一个部件通过夹持器23固定在轴11上，成中空圆筒形，并成这样的方式使许多N和S磁极交替出现在空的外圆周表面上。在密封壳体13的小直径部分13b中装设永久磁铁24a。另一个永久磁铁24b装设在成杯状的夹持器26的开口端，夹持器通过轴承25可转动地固定在小直径部分13b，磁铁成中空圆筒形，并成这样的方式使许多N和S磁极交替出现在它的内圆周表面上，而对永久磁铁24a。输出轴19与轴11中心对齐，装设在夹持器26的外终端的表面上。

用上述的结构，当微型直流电机16开始工作时，轴11转动，通过磁耦合22使夹持器26和输出轴19转动。同图2显示的第一实施方案一样，从而可以驱动外部设备（未显示）。在这种情况下，微型直流电机16装在密封壳体13和密封盖15确定的内部空间18内，处于气密状态，有与图2所示的第一实施方案相同的空气屏蔽效果。

图6是本发明第3实施方案的纵向剖面图。相同的部件用图1、2和5所用的相同数字表示。图6中壳体1由大直径部分1a和小直径部分1b组成;小直径部分1b形成内封结构，在该结构的外端有槽27，在槽27中装设轴承28以便可转动地支持输出轴19和夹持器26。壳体盖与大直径部分1a的开口端啮合，在壳体盖6和壳体1连接处用粘接剂17粘接，使壳体1和壳体盖6确定的内部空间成为密封的结构。在轴11上通过夹持器23装设构成磁耦合22的中空圆盘形永久磁铁24。另一个永久磁铁24固定在夹持器26的开口端。永久磁铁24各个相对的端面是以这样的方式磁化，使得在圆周方向交替放置许多N和S磁极。永久磁铁24也可将许多磁铁片以这样的方式排列成磁铁块，使得在圆周方向交替放置N和S磁极。

用上述结构进行操作与本发明的第一和第二实施方案相同;使输出轴19旋转，同时阻止空气进入内部空间18。图6显示的结构可以省去图2和5显示的实施方案中所用的密封壳体13和密封盖15，从而使整个电机装置很紧凑，尺寸小。

图7是本发明第4实施方案关键部分的纵向剖面图。相同的部件用图5和6中所用的相同的数字表示。图7中数字29表示装设在小直径部分1b的轴承，可转动地支持轴11。构成磁耦合22的永久磁铁24a成中空圆筒形，直接固定在轴11上，与中空圆筒形的永久磁铁24b面对面放置。这结构的其他特点与图5和6显示的相似。操作也与图5和6显示的实施方案相同。

对第一实施方案进行过的附着试验和含有机物蒸汽的大气环境试验，同样也对第2至第4实施方案进行了测试。试验结果表明第2至第4实施方案也能达到第一实施方案所达到的优良性。

图8是本发明第5实施方案关键部分的纵向剖面图。相同的部件用图2中所用的相同数字表示。图8中数字30表示做成中空圆筒形的功能部件，装设在内部空间18。在这个实施方案中功能部件30是纯粉，包装在透气的过泸器或纸内，或者与树脂混合钠成环形等等。功能部件30通过粘接或压接或其他方法固定在内部空间18的某个位置，以不影响电机的转动为准。

这样的按排使得内部空间18内空气中的氧气通过化学反应4Fe+30→2Fe    O被功能部件30吸收，显著地减小在内部空间18内的氧含量，最终导致无氧的状态。这样就可以防止由于构成微型直流电机的电刷和整流子（未显示）之间的电火花和焦耳热所引起的元部件的氧化。

表1显示接同样规格制造的微型直流电机寿命试验的结果。

表1

从表1明显可见，常规的微型直流电机序号1至5，由于在电机内存在空气因此元件材料被氧化，以致平均寿命只有134小时。另一方面本发明的微型直流电机序号6至10。由于在其内部空间18装设具有除氧作用的功能部件30，如图8所示，因此其平均寿命增加到350小时。这是由于内部空间18内的氧浓度显著降低，防止了电机元件的氧化。注意在表1所用的术语“不正常停车”指的是由于元件材料的磨损使电机转轴停车转动，而术语“正常停车”指的是电机转动保持正常，因试验而造成不连续运转。

在这个实施方案中，以纯铁粉作为功能部件30进行了描述。但是本发明并不局限于纯铁粉，也可使用如Al，B，C，Cr，Mn，Si，Ti，V，Zr和任何其他元素，或他们的化合物，或两种以上的混合物，只要他们中的任何一种与空气中的氧气有很大的亲合力就行。功能部件30的形状也可适当选择，只要它能够放到内部空间18内而不影响电机的功能。

接着将描述本发明的第6实施方案，参看图2。在图2中内部空间18内的空气被高纯度的氮气（大于99.9%）或二氧化碳所代替。具有这种结构的微型直流电机进行寿命试验的结果列在表2中。表中还给出如图2所示具有同样规格的一般类型直流电机的试验结果。表2中所用术语“不正常停车”指的是由于元件材料磨损使电机轴停止转动。

从表2明显可见，一般类型的微型直流电机序号1至4，由于电机内空气的存在对元件材料有氧化作用，其平均寿命只有334小时。另一方面本发明的微型直流电机（序号5-12）的平均寿命比一般类型的微型直流电机的寿命增加3至5倍，因为图2所示内部空间18内的空气已被氮气或二氧化碳所代替形成隋性气体环境。因此内部空间18内存在的隋性气体环境阻止了电机元件材料的氧化。除了这相实施方案所用的气体，氦气、氩气等许多都可作为惰性气体。

参看图8，下面将描述本发明第7个实施方案。图8中硅胶、沸石、棉花或任何其他有调节湿度作用的材料都可用作功能部件30。将这些材料包装在透气的过泸器或纸里，或与树脂混合物成环形，用粘接剂粘接、压接或任何其他合适的方法将这些材料固定在内部空间18内的一个位置，以不影响电机的性能为准。然后用高纯度（大于99.9%）的氮气置换内部空间18中的空气。

对具有上述结构4个微型直流电机进行寿命试验的结果表明，在5800个小时的试验后电机仍能继续运转。这个实施方案微型直流电机16的规格指标与第6实施方案的相同。这个实施方案微型直流电机的平均寿命比一般类型的微型直流电机的平均寿命长十倍以上，比第6实施方案序号5-8的电机平均寿命长5倍以上。这是由于在内部空间18内装设有具有湿度调节作用的功能部件30，使内部空间18内温度在20-60℃范围时保持相对温度为40-80%，除了第6实施方案能达到的寿命外，因吸附了单分子水膜，有利于电机元件之间的润滑而产生的结果。当惰性气体用二氧化碳、氦气、氩气专而不是氮气时也能达到同样的寿命。功能部件30的形状可以适当选择，只要它能放到内部空间18内而不影响电机的性能，同第5实施方案的情况一样。

用惰性气体置换内部空间内的空气所达到的效果和寿命已经参考图2的上述各实施方案进行了描述。很自然，图5至7所显示的各种结构当然也能达到相似的效果和寿命。

具有上述各种结构和操作性能的本发明可以获得下列效果：

（1）本发明的微型直流电机，其装电机的内部空间或电机本身的内部空间有气密封结构，能在很长的时间内稳定运转，既使在含有腐蚀性气体或有机物蒸汽的环境中也是一样。

（2）因为本发明的微型直流电机可以大大减小在装电机的内部空间或电机本身的内部空间内的氧浓度，使之成无氧状态或惰性气体环境从而可以防止元件材料因电火花和焦耳热的氧化。这就导致极大地提高电机的寿命。

（3）通过在装电机的内部空间内或电机本身的内部空间内装设调节湿度的元件，从而可以将内部空间内气体的湿度控制在最佳湿度，通过吸附单分子水膜，可以促进滑动元件之间的润滑。因此获得增加电机使用寿命的效果。

Claims (5)

1、一种微型直流电机，包括由金属材料制成的带底的中空圆筒形壳体，由面对该永久磁铁的电枢和整流子构成的转子，与壳体开口端相匹配的壳体盖，壳体盖有与整流子滑动接触的电刷和与电刷电气相连的输入端；该转子由装设在该壳体底部和该壳体盖上的轴承支持，其特征是该微型直流电机安装在密封壳体所构成的气密结构的内部空间中，这密封壳体由带底的中空圆筒和适合密封壳体开口端的密封盖组成，输出轴通过磁耦合与转子轴相连，可转动地装设在密封壳底部的外面。

2、一种微型直流电机包括由金属材料制成的带底的中空圆筒形壳体，在其内圆周壁上固定永久磁铁，由面对该永久磁铁的电枢和整流子构成的转子，与壳体开口端相匹配的壳体盖，壳体盖有与整流子滑动接触的电刷和与电刷电气相连的输入端;该转子由装设在该壳体底部和该壳体盖上的轴承支持，其特征是该壳体和该壳体盖构成的内部空间为气密封结构;输出轴通过磁耦合与转子轴相连，可转动地装设在该壳体底部的外面。

3、如权利要求1或2所述的微型直流电机，其特征是，在内部空间装有除氧剂，有去氧的功能。

4、如权利要求1或2所述的微型直流电机，其特征是，在内部空间充有惰性气体。

5、如权利要求4所述的微型直流电机，其特征是在内部空间装有调节湿度的功能部件。

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