CN1374735A - 一种小型电动机的转子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

来自卷线机的进行缠绕的绕线前端围绕一个换向器引线缠绕规定的圈数,然后围绕对应的凸极进行缠绕。然后,同样地继续围绕其它的换向器引线和其它的凸极缠绕,在围绕绕线前端第一次进行缠绕的同一换向器引线进行缠绕之后,将绕线切断。只有将围绕换向器引线缠绕的与从卷线机输送的进行缠绕的绕线同步的绕线部分在进行缠绕之前需要清除其绝缘层,并对换向器引线的缠绕部分进行焊接。

Description

一种小型电动机的转子及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种小型电动机的转子以及其制造方法。这种转子以容易操作的方式使绕线端部与换向器引线之间有令人满意的电连接。

背景技术

根据现有技术的各换向器片段和绕线端部的连接参考图7加以介绍。图7是小型电机的换向器单元的示意性透视图。在图中，标记11代表转子的轴，22是换向器片段；24是换向器芯部；26是换向器引线。因此，换向器单元包括设置在由树脂制成的换向器芯部24上的换向器片段22和换向器引线26，用于连接绕线端的各个换向器引线在换向器片段22的端部与之形成一体。图8显示了处于与绕线端连接的图7所示换向器单元的形状。换向器引线26如图所示通过朝换向器片段弯曲，而下压绕线端并通过点焊连接起来。

图9在右半部仅显示了变阻器，在左半部显示了处于固定和连接状态的变阻器。在一个具有换向器的小型电动机中，当与换向器滑动接触的电刷通过换向器片段之间时会产生电弧，该电弧可干扰连通的设备或缩短电刷的使用寿命。为了解决这个问题，将变阻器作为电弧的抑制元件安装到电动机的转子是都知道的一种现有技术。这种变阻器的示例具有图9右半部所示形状。其整个形状是炸面包圈般的碟状，并具有与转子的磁极数目一样多的电极，即与换向器片段的数目一样多。变阻器21的各个电极钎焊到一个个换向器引线26上，钎焊不仅电连接了变阻器21，还使变阻器同心地机械固定到换向器单元20上。

用作电子元件导线的电线，包括用于这种小型电动机的绕线，通常具有绝缘层，由绝缘材料如氨基甲酸乙酯，聚酯或类似材料形成。然而小型电动机的绕线要求其端部电气和机械连接到各个换向器引线，如果将低熔点的材料用作绕线的绝缘层，绕线端和各换向器引线必须进行电弧焊接，通过电弧热量熔化和去除绝缘层，因此就可以令人满意地建立电连接，而不需要任何其它的操作。

但是，当具有高熔点的材料用作绕线的绝缘层时，其难以被电弧热量熔化，会带来不能建立令人满意的电连接的问题。此外，绝缘层燃烧可产生有毒的气体，需采取防止污染的措施。

发明内容

因此，本发明的一个目的是解决上面提到的这些问题并且能够使换向器引线有令人满意的电连接，即使难以被电弧热量熔化的高熔点材料被用作绕线的绝缘层时也是如此。

本发明的另一个目的是能够选择可连接带有绝缘层的绕线的最适合的换向器引线材料，从而通过实际上将绕线材料限定为铜和清除绝缘层来增强连接的可靠性，即使可使用许多不同的带绝缘层的绕线。

因此，根据本发明的一种小型电动机的转子及其制造方法包括设置在转子轴上的多个具有凸极结构的转子磁极和换向器单元，各个所述转子磁极包括围绕层叠的芯部的绕组，各绕线的两端连接到所述换向器引线，所述引线与所述换向器单元的对应换向器片段的顶部连接。来自卷线机的进行缠绕的绕线前端围绕一个换向器引线缠绕第一规定圈数，然后围绕对应的凸极缠绕第二规定圈数。之后，同样地继续围绕其它换向器引线和其它凸极缠绕，在围绕绕线前端第一次进行缠绕的同一换向器引线进行缠绕之后，将绕线切断。只有将围绕换向器引线缠绕的与来自卷线机的进行缠绕的绕线同步的绕线部分在进行缠绕之前需要去除其绝缘层，然后对换向器引线的缠绕部分进行焊接。

附图说明

图1是将安装到转子轴上的换向器单元形状的示意性透视图；

图2显示了用于冲压换向器引线的金属母板和换向器引线；

图3显示了换向器引线如何安装到换向器固定件上；

图4显示本发明可以应用的小型电动机的转子的结构；

图5是显示了各绕组的两端和对应的换向器引线之间连接的示意图；

图6显示了绝缘层是如何除去的；

图7是显示根据现有技术的小型电动机的换向器单元的示意性透视图；

图8显示了处于与绕线端连接状态的图7所示的换向器单元的形状；

图9在右半部只显示了变阻器，在左半部显示了处于安装和连接状态的变阻器；

图10显示了根据现有技术的通过电阻焊连接起来的铜线和铜端子；和

图11显示了通过电阻焊连接起来的铜线和磷青铜端子。

具体实施方式

图4中示出了本发明可以应用于的小型电动机的转子的结构。这里定子侧的结构未予显示，但任何适当的传统结构可与该转子一起使用。例如，安装小型电动机可通过将图示的转子插入中空的设有底部的圆柱形金属壳体中，依靠在其内圆周面上的两个磁铁安装；安装壳体盖以覆盖金属壳体的开口端。这样通过两个轴承形成了对转子轴11两端的支撑，一个轴承设置在壳体底部的中心，另一个设置在壳体盖上。通常，还要设置由壳体盖支撑的电刷，该电刷当与转子的换向器滑动接触时，与进入壳体盖并凸出于内部的的输入端子连接，以提供来自外面的电能。

在转子轴11上以通常的方式设置安装了多个具有凸极结构的转子磁极。各个转子磁极以通常的方式包括围绕层叠的芯部14形成的绕组13。与磁极的数目一样多的绕组的各自的两端，在围绕连接到对应的换向器片段的换向器引线进行缠绕之后，通过电弧焊接进行连接。结果是各个换向器引线的端部，如图所示，与围绕其上的绕线一起被焊接成球状。

图1显示了安装到转子轴的换向器单元结构的示意性透视图。在图中，标记11代表转子轴；22代表换向器片段；24代表换向器芯部；26代表换向器引线。如图所示，换向器单元包括设置在树脂制成的换向器芯部24上的换向器片段22和连接到换向器片段22的可与绕线端连接的换向器引线26。尽管这些换向器引线26可以与换向器片段一体形成并大致上以直角进行弯曲，但如下面会详细介绍的那样，换向器片段最好是与换向器引线分开形成，换向器引线26固定到对应的换向器片段顶部。在将换向器单元插入图1的右半部显示的变阻器的中心孔，使换向器引线26分别接触变阻器的对应电极后，对接触部分进行焊接。换向器单元装配的细节将在下面介绍。

图5上显示各绕组的两端和对应的换向器引线之间连接的示意图。带绝缘层的绕线的前端围绕一个换向器引线缠绕。围绕层叠的芯部缠绕绕组的第一圈，在这一圈完成后，围绕第二个换向器引线绕几圈。带绝缘层的绕线不切断地连续在第二换向器引线上缠绕。在这个缠绕完成后，绕第三个换向器引线缠绕。在这之后，以同样的方式，带绝缘层的绕线不切断地连续缠绕，直至返回到第一换向器引线并重新缠绕，之后才将带绝缘层的绕线切断。

根据本发明，在绕线连续围绕换向器引线的缠绕过程中，绝缘层与从卷线机输送到工件(转子)的带绝缘层的绕线同步地被清除。因此在连续输送的带绝缘层的绕线之中，只有将围绕换向器引线缠绕的绕线部分在进行缠绕之前被除去了绝缘层。

图6显示了绝缘层是如何除去的。为了围绕转子的层叠的芯部进行绕线缠绕，可以采用如具有已知类型的飞轮(flier)的图示卷线机。飞轮型卷线机主要包括沿预定的圆形轨道转动的飞轮，固定在飞轮上的管嘴，管嘴可从其顶部输送要缠绕的绕线；和靠模(未示出)，其可用于引导进行缠绕的绕线到达将进行缠绕的位置。位于要进行操作的对象附近的飞轮在沿靠模的外缘引导绕线的同时围绕要进行操作的凸极旋转，并围绕凸极的外圆面连续缠绕。进行缠绕的绕线是从管嘴的顶部提供的。在这个过程中，对围绕在进行操作的凸极上的圈数进行了计数，当围绕凸极的圈数达到预定的数目缠绕就终止，绕线以预定的圈数绕在换向器引线上。在该绕组之后，如上所述，以相似的方式继续完成下一个绕组。

根据本发明，在卷线机上结合了用于与进行缠绕的绕线和输送进行缠绕的绕线同步地清除在前面介绍过的绕线部分上的绝缘层的清线器。清线器可以在进行缠绕前仅清除将围绕换向器引线缠绕的绕线部分的绝缘层。尽管绝缘层的清除可以通过任何希望的方式来实现，例如通过化学的方法或激光辐射，但最好是采用机械清除，因为这样可以简化结构。机械清除的实现可以通过暂时停止将以预定的圈数围绕进行操作的凸极缠绕的绕线的输送，使切削工具靠在绕线的外圆面，然后沿输送方向拉动进行缠绕的绕线，同时转动切削工具。

在绕线以这种方式进行缠绕，各绕组的绕线两端连接到换向器引线后，转子放到电弧焊接机，进行电弧焊接换向器引线的顶端部已经有绕线端缠绕的地方，并通过电弧的热量将绕线端连接到换向器引线的顶端部。

通过以这种方式对绕线端和换向器引线进行电弧焊接或其它焊接之前清除绕线部分上的绝缘层，可以实现完全令人满意的电连接。

另外，由于清除绝缘层实际上将绕线材料仅限定于铜，用于连接到带绝缘层的绕线的换向器引线的最适合的材料可以选择磷青铜。由于磷青铜的熔点低于铜的熔点100度或更多，材料不仅可以耐受电弧焊还可以耐受任何其它的热沉积方法。利用电阻焊进行的连接将在下面结合图10和图11进行进一步的介绍。

图10显示了根据现有技术的铜线和U形铜端子(换向器引线)通过电阻焊进行的连接。由于铜线和铜端子是用同样的材料制成因此具有相同的熔点，端子不能渗透，在焊接时易于出现未连接；相反的，如果U形的磷青铜端子用于图11所示的铜线，端子将在铜线上渗透，这是因为磷青铜端子的熔点低于铜的熔点100度或更多。因此，当使用电阻焊时，清除绝缘层将使铜线可靠地电连接到磷青铜的端子。

图3显示了换向器引线是如何安装到换向器固定件上的。这里换向器固定件指的是换向器片段的端部，即换向器片段上将要安装换向器引线的部分。换向器引线安装在图3A所示的换向器固定件的表面上，以便引线可以从那里以与固定件成直角沿径向向外延伸。

图3 B显示了在一个换向器引线已经安装后要安装第二个换向器引线的状态。另外，如图2所示，换向器引线可以通过可卷绕的平的金属母板冲压(以及切割)形成。换向器引线包括支撑变阻器的基部，和以台阶方式缩小以便绕线端可以缠绕其上的顶端部。所确定的缩小的顶端部的长度和宽度要能够最有利于绕线端在其上缠绕。尽管可以在换向器引线冲压出之后将其固定在换向器固定件上，但最好是在焊接固定的同时将换向器引线冲压出来，或者在固定之后将换向器引线冲压出来，因为这样可使操作更容易。

图3C显示了固定换向器引线已经完成(这里只显示了两个换向器引线)的状态。通过预先形成换向器引线然后进行固定，而不是与换向器固定件整体形成，因此不必要形成复杂的形状，带来的优点有：可以提高材料的产出量，由于不会发生在整体形成中易于发生的零件互相缠绕，有助于实现自动化；和可以选择最适合于换向器片段的材料，而不必考虑换向器引线的材料。

图3D显示了图1所示的带有中心孔的变阻器固定在换向器单元上的状态，在换向器单元上早已安装了换向器引线，变阻器的电极钎焊到各个对应的换向器引线上。由于各换向器引线侧面和碟状变阻器的侧面电极通过这种方式钎焊到一起，钎焊接头可以通过回流钎焊技术操作非常容易地实现。此外，由于换向器单元在这个阶段仍旧是独立的元件，不存在焊料溅落到转子的其它零件包括绕组的危险，因此，可以省却清洗步骤。

图3E显示了整个换向器单元固定在轴上，绕线已经缠绕，绕线端围绕换向器引线缠绕的状态。虽然绕线可以围绕各个换向器引线缠绕许多圈，在放大图中显示只有一圈的绕组以使视图更清楚。之后，在各个换向器引线的顶端部进行电弧焊接完成转子(见图4)。

在本发明中，在各换向器引线的供绕线缠绕部分和与从卷线机输送的绕线同步地围绕换向器引线缠绕的绕线部分之间的焊接是在已经将实际要进行缠绕的绕线部分清除了绝缘层之后进行的。因此，即使将具有过高熔点不能被电弧热量熔化的材料用作绕线的绝缘层，也可以建立令人满意的电连接。此外不必要担心有毒的气体产生，这对环境保护很有好处。

另外，通过清除绝缘层并因而实际上将可使用的许多不同类型的带绝缘层的绕线的材料限定为铜，本发明可使最适合于换向器引线的材料来与绕线连接，因而提高了连接可靠性。

Claims (10)

1.一种设置在转子轴上的小型电动机的转子，带有多个具有凸极结构的转子磁极和换向器单元，各个所述转子磁极包括围绕层叠的芯部的绕组，各绕线的两端连接到所述换向器引线，所述引线与所述换向器单元的对应换向器片段的顶部连接；其中，

各个所述绕线的两端和对应的换向器引线之间的连接部分通过缠绕去除了绝缘层的绕线和焊接缠绕部分形成。

2.如权利要求1所述的小型电动机的转子，其特征在于，各个所述换向器引线包括基部，其以基本垂直径向的方向从所述换向器片段顶部向外延伸并连接到所述换向器片段；和顶端部，其以台阶方式缩小以便绕线端围绕其上缠绕。

3.如权利要求2所述的小型电动机的转子，其特征在于，中心设有孔的碟状变阻器沿轴的轴向在所述绕组的背面固定在各所述换向器引线的基部，所述变阻器的各个电极钎焊到对应的所述基部。

4.如权利要求1所述的小型电动机的转子，其特征在于，所述换向器引线是U形的，用熔点低于铜熔点的材料制成。

5.如权利要求4所述的小型电动机的转子，其特征在于，所述换向器引线的材料是磷青铜。

6.一种小型电动机的转子的制造方法，所述小型电动机的转子设置在转子的轴上并带有多个具有凸极结构的转子磁极和换向器单元，各个所述转子磁极包括围绕层叠的芯部的绕组，各绕线的两端连接到所述换向器引线，所述引线与所述换向器单元的对应换向器片段的顶部连接；所述方法包括步骤：

从卷线机输送的进行缠绕的绕线前端围绕一个换向器引线缠绕第一规定圈数，然后围绕对应的凸极缠绕第二规定圈数；然后，同样地继续围绕其它的换向器引线和其它的凸极进行缠绕，在围绕绕线前端第一次进行缠绕的同一换向器引线进行缠绕之后，将绕线切断；

只有将围绕所述换向器引线缠绕的绕线部分在与从所述卷线机输送的进行缠绕的绕线同步缠绕之前要清除其绝缘层；和

焊接所述换向器引线的缠绕部分。

7.如权利要求6所述的小型电动机的转子的制造方法，其特征在于，所述方法还包括从可卷绕的平的金属母板冲压切割所述换向器引线的步骤，所述换向器引线具有连接到所述换向器片段顶部的基部和以台阶方式缩小以便所述绕线端可缠绕其上的顶端部，同时，将所述换向器引线以基本垂直径向的方向从所述换向器片段顶部向外固定在所述换向器片段的顶部。

8.如权利要求7所述的小型电动机的转子的制造方法，其特征在于，所述方法还包括将中心设有孔的碟状变阻器沿轴的轴向在所述绕组的背面固定在各所述换向器引线的基部，并将所述变阻器的各个电极钎焊到对应的所述基部的步骤。

9.如权利要求6所述的小型电动机的转子的制造方法，其特征在于，所述换向器引线是U形的，用熔点低于铜熔点的金属制成。

10.如权利要求9所述的小型电动机的转子的制造方法，其特征在于，所述换向器引线的材料是磷青铜。

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