專(zhuān)利名稱：直流電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流電動(dòng)機(jī)，特別涉及這種類(lèi)型的、緊湊型的、高輸出電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
四磁極、四電刷的直流電動(dòng)機(jī)已經(jīng)應(yīng)用于需要高輸出和小尺寸的場(chǎng)合、諸如摩托車(chē)用的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。在四磁極、四電刷直流電動(dòng)機(jī)中，構(gòu)成轉(zhuǎn)子的電樞通過(guò)軸頸安裝在一圓筒形軛里，而圓筒形軛構(gòu)成定子殼體。一換向器安裝在電樞的一端。四塊弧形磁鐵按照90度的有規(guī)律間隔利用粘結(jié)劑固定在定子殼體的內(nèi)側(cè)壁上。這些磁鐵通常是用鐵素體基磁性材料(具有約0.4T磁通密度)制造的。一轉(zhuǎn)子軸通過(guò)軸頸安裝在定子里。線圈卷繞在一芯子上，而芯子安裝在轉(zhuǎn)子軸上，以便形成電樞。芯子包括許多輻射狀的芯片，繞組以給定的方式卷繞在芯片上，以便形成線圈。換向器包括許多與線圈的芯片對(duì)應(yīng)的接觸片，并安裝在轉(zhuǎn)子軸的一端。四個(gè)電刷與換向器接觸，換向器的轉(zhuǎn)動(dòng)允許電刷依次接觸接觸片。
在摩托車(chē)?yán)铮臻g約束大，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的尺寸減少是必需的。構(gòu)成傳統(tǒng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的定子的鐵素體基磁鐵的厚度從制造的技術(shù)角度看被限制在約5-6mm。
此外，為了提高啟動(dòng)摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的方便性，對(duì)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出的改進(jìn)也是必需的。對(duì)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出的改進(jìn)需要增加磁鐵的磁場(chǎng)密度(磁通密度)，以便產(chǎn)生較高的能量。為此，必須允許大電流流過(guò)線圈側(cè)，以便對(duì)應(yīng)于磁鐵的較高磁通密度產(chǎn)生的較高能量。大電流需要粗的線圈的繞組。通常，導(dǎo)電體的直徑是0.9mm或更小。由于結(jié)構(gòu)上的、諸如芯子形狀的需要、以及便于卷繞操作的需要，這個(gè)尺寸是限定的。
使用包含釹(Nd)或它的化合物的磁性材料制造的釹基磁鐵作為高能磁鐵可增加輸出。釹基磁鐵的磁通密度約是1.2T。
然而，如果單純地增加磁鐵的體積以提高磁力、從而增加電動(dòng)機(jī)輸出，磁鐵將變厚，而設(shè)備的直徑將增加。這顯然與減少電動(dòng)機(jī)尺寸的要求有矛盾。此外，如果使用釹基高能磁鐵，而線圈導(dǎo)電體的直徑限于0.9mm，對(duì)應(yīng)于這種磁鐵材料的顯著的輸出增加將不可能出現(xiàn)。
如果在摩托車(chē)的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)中使用高能磁鐵，將要求這種電動(dòng)機(jī)具有有限的尺寸范圍。這意味著，由于有限的外徑，磁鐵厚度的增加必須有較小的電樞，因此不會(huì)產(chǎn)生大的輸出。這樣，即使輸出特性僅由作為參數(shù)的磁鐵的厚度或體積、或電樞的外徑代表，峰值輸出特性也不可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檐椀男螤詈统叽绮豢赡苋我膺x擇。因此，磁鐵的形狀和尺寸根據(jù)制造的便利性或成本已被確定，從而不能獲得優(yōu)選的輸出特性。
因此，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是提供一種直流電動(dòng)機(jī)，它在尺寸上是小的，但能實(shí)現(xiàn)較大的輸出。
這個(gè)目的是通過(guò)一參數(shù)確定磁鐵尺寸而獲得的，利用該參數(shù)，對(duì)應(yīng)于軛形狀和尺寸的峰值輸出特性可以適當(dāng)?shù)卮_認(rèn)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種直流電動(dòng)機(jī)，其中，輸出特性基于一新的參數(shù)，從而可實(shí)現(xiàn)尺寸減少和高輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明適用于一種直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)包括一定子，該定子包括沿圓周間隔的、有規(guī)律地固定在一圓筒形軛的內(nèi)側(cè)壁上的許多弧形磁鐵。一轉(zhuǎn)子軸通過(guò)軸頸可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在定子里。一電樞芯子形成于轉(zhuǎn)子軸上，并包括許多輻射狀的芯片和卷繞在所述芯片上、形成線圈的繞組。磁鐵由選自包含釹(Nd)的磁性材料和鐵素體基材料組成的材料集合的磁性材料形成。所述磁鐵的厚度用t表示，而所述電樞的外徑用d表示，d/t的值在約4-25范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明的另一特征，磁鐵材料是包含釹(Nd)的磁性材料，繞組的直徑在1.0-2.5mm范圍內(nèi)，而d/t的值在約8-25范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明的又一特征，磁性材料是鐵素體基磁性材料，d/t的值在約4-15范圍內(nèi)。這些關(guān)系與現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu)對(duì)照可以發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)的、使用鐵素體基磁鐵的直流電動(dòng)機(jī)里，用于摩托車(chē)的傳統(tǒng)的鐵素體基磁鐵直流電動(dòng)機(jī)的d/t的實(shí)測(cè)量在2-3范圍內(nèi)。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是按照本發(fā)明的、用作摩托車(chē)的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)剖視的側(cè)視圖；圖2是沿著圖1中的2-2線的剖視圖；圖3是在用A、B、C和D表示的各種情況下的電動(dòng)機(jī)的最大輸出的計(jì)算值的表；圖4A、B、C和D是圖3中的計(jì)算值的圖表，用d/t作為參數(shù)；圖5是部分類(lèi)似于圖3的表，是在其它各種情況下的電動(dòng)機(jī)的最大輸出的計(jì)算值；圖6A、B、C和D是圖5中的計(jì)算值的圖表，用d/t作為參數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容首先參看圖1和2，摩托車(chē)的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)用標(biāo)號(hào)11總的表示。啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)11包括一定子12，它具有用適當(dāng)材料制造的圓筒形軛13。四塊弧形永久磁鐵14沿圓周相等間隔粘結(jié)在軛13的內(nèi)側(cè)表面上。
一電樞或轉(zhuǎn)子15以下述方式通過(guò)軸頸可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在定子12里。電樞15包括一面向磁鐵14并安裝在轉(zhuǎn)子軸17上的芯子16。換向器18安裝在轉(zhuǎn)子軸17的一端，并靠近芯子16。如圖2所示，芯子16包括許多輻射狀的芯片19，而導(dǎo)電體21卷繞在芯片19上并形成線圈22。換向器18包括與芯片19數(shù)量對(duì)應(yīng)的接觸片23，按照卷繞的方式，四個(gè)或兩個(gè)電刷(未畫(huà)出)在外側(cè)與換向器18接觸。電刷通過(guò)螺旋彈簧24被壓在換向器18的接觸片23上。
電動(dòng)機(jī)11的外殼是由一對(duì)封閉圓筒形軛13兩端部的端蓋25和26形成的。端蓋25(前蓋)覆蓋在發(fā)動(dòng)機(jī)(未畫(huà)出)附近的軛13的一側(cè)。另一端蓋26形成后蓋，覆蓋軛13的右側(cè)，從而分別形成用標(biāo)號(hào)27表示的電動(dòng)機(jī)外殼。轉(zhuǎn)子軸17分別通過(guò)軸承28和29可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在前后蓋25和26里。
在后蓋26里提供正極接線端31，以便提供來(lái)自車(chē)輛的電池的電力。正極接線端31與在正極側(cè)電刷(未畫(huà)出)連接。在負(fù)極側(cè)(接地側(cè))的電刷(未畫(huà)出)通過(guò)安裝支架32(或負(fù)極接線端)接地，而安裝支架32可與后蓋26一體形成。
前蓋25里安裝一油密封件33，以防止油從發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)殼體27，以及一O型環(huán)34，以便密封發(fā)動(dòng)機(jī)安裝部分。在發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)一端的轉(zhuǎn)子軸17上安裝一齒輪35，以便在與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的一個(gè)齒輪(未畫(huà)出)嚙合時(shí)使一曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
在組裝上述啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)11時(shí)，首先將繞組21卷繞在芯子16上，形成線圈22，然后組裝換向器18，以形成電樞15。在轉(zhuǎn)子軸17的一端配合安裝后蓋26，以覆蓋電樞15的換向器18一側(cè)。電刷(未畫(huà)出)固定在后蓋26上，如上所述，電刷在螺旋彈簧24的作用下被向內(nèi)偏壓。因此，當(dāng)后蓋26安裝在轉(zhuǎn)子軸17的端部時(shí)，它與轉(zhuǎn)子軸17配合，而電刷被換向器18向外推動(dòng)，以便反抗螺旋彈簧24的作用。在用這種方式將后蓋26組裝在電樞15上之后，圓筒形軛13與電樞15的芯子16配合，最后組裝前蓋25。
在上述的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)11里，磁鐵14是鐵素體基磁鐵，或包含釹(Nd)或它的化合物的高能磁鐵。釹磁鐵的磁通密度約是1.2T。由于這種高能磁鐵，它的厚度可以減少，用約1.5mm厚度的磁鐵可獲得700W的輸出。結(jié)果，電動(dòng)機(jī)的外徑可以減少，而60mm直徑的電動(dòng)機(jī)可以獲得上述700W的輸出。
在傳統(tǒng)的鐵素體基磁鐵(具有0.4T的磁通密度)的情況下，700W的輸出需要約5mm的磁鐵厚度，這樣，電動(dòng)機(jī)11的外徑將增加至約70mm。
在該實(shí)施例里，為了給線圈22提供與高能磁鐵對(duì)應(yīng)的大電流、以獲得有效的較高輸出，繞組21的直徑與傳統(tǒng)的0.9mm或更小的導(dǎo)電體相比約增加1.0-2.5mm。由于具有這種厚度范圍內(nèi)的導(dǎo)電體，可獲得對(duì)應(yīng)于這種高能磁鐵的有效輸出，如圖2所示，導(dǎo)電體可通過(guò)芯片19之間的間隔而平穩(wěn)地卷繞在芯子上。
由于使用高能磁鐵和用一定厚度的繞組形成線圈，電動(dòng)機(jī)的尺寸減少和較高輸出可通過(guò)使用高能磁鐵的減少的厚度和高的磁通密度實(shí)現(xiàn)。
在這些實(shí)施例里，當(dāng)磁鐵14的厚度用t表示、而電樞15的外徑用d表示時(shí)，磁鐵14和電樞15的尺寸被確定，d/t對(duì)于釹基磁鐵在8-25范圍內(nèi)，對(duì)于鐵素體基磁鐵在4-15范圍內(nèi)。通過(guò)使用d/t作為參數(shù)這種方式確定形狀和尺寸，意味著，首先通過(guò)試驗(yàn)或計(jì)算發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于d/t的輸出特性，然后，從輸出特性確定對(duì)于峰值輸出的d/t的范圍，如下所述。
圖3是一張表，它顯示了在空間系數(shù)是常數(shù)時(shí)，對(duì)于釹基和鐵素體基的、60mm和68mm軛直徑的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，最大輸出Pmax(W)及t和d/t的計(jì)算值。圖4A、B、C和D是圖表，分別顯示了對(duì)于上述同一電動(dòng)機(jī)用d/t作為參數(shù)時(shí)的輸出特性(Pmax)?？臻g系數(shù)是導(dǎo)電體占據(jù)的截面積與在芯子截面里的芯片之間的空白區(qū)之比。
在這些圖中可看到，在使用鐵素體基磁鐵的(B)和(D)、以及使用釹基磁鐵的(A)和(C)情況下，對(duì)于較高的輸出，有一個(gè)d/t范圍。此外，從圖4A、B、C和D中可看到，從用d/t作為參數(shù)、特別是當(dāng)使用釹基磁鐵時(shí)的圖表中可容易地發(fā)現(xiàn)峰值。
在釹基磁鐵情況下，厚度t從制造角度看需要2mm或更大。如果從選擇最大輸出范圍這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，d/t在約8-25的范圍內(nèi)。
在鐵素體基磁鐵情況下，從制造該磁鐵的觀點(diǎn)出發(fā)，該厚度對(duì)于60mm的軛來(lái)說(shuō)通常需要6mm或更大，而對(duì)于68mm的軛來(lái)說(shuō)需要5mm或更大。因此，d/t在2-3范圍內(nèi)，它對(duì)于最大輸出來(lái)說(shuō)超出范圍。然而，在該實(shí)施例里，即使磁鐵的厚度(例如)是5mm或更小，4-15的d/t范圍也可選擇，從而提供一小尺寸和大功率的電動(dòng)機(jī)。
圖5顯示了一類(lèi)似于圖3、當(dāng)空間系數(shù)改變時(shí)的計(jì)算值的表，而圖6A、B、C和D顯示了用d/t作為參數(shù)時(shí)最大輸出特性的圖表。
從這些圖中可看到，即使空間系數(shù)改變，計(jì)算結(jié)果也類(lèi)似于圖3和圖4A、B、C和D，而在使用鐵素體基磁鐵的(B)和(D)、以及使用釹基磁鐵的(A)和(C)的情況下，最大輸出有一個(gè)范圍。如圖3和圖4A、B、C和D所示，d/t的范圍對(duì)于釹基磁鐵來(lái)說(shuō)約是8-25、對(duì)于鐵素體基磁鐵來(lái)說(shuō)約是4-15。
在上面所述的本發(fā)明里，由于將電樞直徑d對(duì)磁鐵厚度t的比值d/t作為參數(shù)，因此通過(guò)試驗(yàn)或模擬計(jì)算可發(fā)現(xiàn)輸出特性，而對(duì)于所需的大輸出可通過(guò)輸出特性確定d/t的范圍，因此，在使用這種形狀或用途的電動(dòng)機(jī)的情況下，可獲得大功率的電動(dòng)機(jī)。
特別是，如果對(duì)于釹基磁鐵來(lái)說(shuō)d/t的范圍確定約是8-25，通過(guò)使用高能磁鐵、以及具有能令人滿意地使用這種能量的直徑的導(dǎo)電體、可有效地獲得大輸出。這樣，如果導(dǎo)電體的直徑在1.0-2.5mm范圍內(nèi)，可產(chǎn)生特別顯著的效果。
在鐵素體基磁鐵情況下，如果d/t的范圍確定是4-15，可獲得一種小尺寸和大功率的電動(dòng)機(jī)。這樣，如果磁鐵的厚度是6mm或更小，可實(shí)現(xiàn)高輸出及足夠的尺寸減少。
如果該電動(dòng)機(jī)特別作為摩托車(chē)的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)使用，可獲得一種能安裝在有限空間里的、小尺寸大功率的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)然，上面所述的是較佳的實(shí)施例，在不脫離由附后的權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明構(gòu)思和范圍的情況下還可以作出許多改變或改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)包括一定子，該定子包括沿圓周間隔的、有規(guī)律地固定在一圓筒形軛的內(nèi)側(cè)壁上的許多弧形磁鐵，一轉(zhuǎn)子軸通過(guò)軸頸可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述定子里，一在所述轉(zhuǎn)子軸上電樞芯子包括許多輻射狀的芯片和卷繞在所述芯片上、形成線圈的繞組，其中，所述磁鐵由選自包含釹(Nd)的磁性材料和鐵素體基材料組成的材料集合的磁性材料形成，其中，所述磁鐵的厚度用t表示，而所述電樞的外徑用d表示，d/t的值在4-25范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于，導(dǎo)電體的直徑在1.0-2.5mm范圍內(nèi)，而d/t的值在8-25范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于，磁鐵材料是包含釹(Nd)的磁性材料。
4.如權(quán)利要求3所述的直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于，電動(dòng)機(jī)包括摩托車(chē)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
5.如權(quán)利要求1所述的直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于，磁性材料是鐵素體基磁性材料。
6.如權(quán)利要求5所述的直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于，d/t的值在約4-15范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的直流電動(dòng)機(jī)，其特征在于，電動(dòng)機(jī)包括摩托車(chē)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
一種直流電動(dòng)機(jī),它尺寸小并能實(shí)現(xiàn)較高的輸出,其中,磁鐵尺寸通過(guò)一參數(shù)確定,利用該參數(shù),對(duì)應(yīng)于軛形狀和尺寸的峰值輸出特性可容易地找到。
文檔編號(hào)H02K23/02GK1373551SQ0210515
公開(kāi)日2002年10月9日 申請(qǐng)日期2002年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月20日
發(fā)明者鈴木顕, 栗田洋一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社萌利克