专利名称：低速直流有刷电动轮毂的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电动车用低速直流有刷电动轮毂的设计领域，特别涉及直流有刷电机的平面换向器，碳刷盒以及压力弹簧的结构设计。
综上所述，已有的电动轮毂结构具有噪音小，成本低，易大批量生产等优点；但同时也有工艺均比较粗糙，没有细化装配程序。起动力矩小，效率低，爬坡能力差，碳刷易磨损等缺点。
发明内容
本实用新型的目的在于克服已有技术之不足，设计出一种新结构的低速直流有刷电动轮毂，主要是通过对平面换向器，碳刷盒，弹簧的结构进行改进，使电机充分发挥最大潜力。新结构电机具有起动力矩大，效率高，爬坡能力强，碳刷不易磨损等优点。
本实用新型设计的一种低速直流有刷电机轮毂，包括装配成一体的铁芯，线圈，磁钢，平面换向器，碳刷，碳刷盒，铝合金轮网，端盖，定子，电机轴，轴承，恒压簧组成部分；其特征在于，所说的平面换向器的边缘具有三个定位爪，其背面有一个保证与换向器铜片同心和垂直的定位孔，该换向器铜片之间镶嵌有云母片以及换向器周边有通风散热的空隙。
所说的碳刷盒为扇形状，其中心处可有一个定位孔；该碳刷盒上可放置多个碳刷的碳刷槽，该碳刷槽的端面有可放置恒压簧的空间；扇形的两边有两个螺钉孔。
所说的恒压簧可为由平面钢带绕成的两个相同直径园圈构成的发条恒力簧，该两个园圈之间的钢带部分放置碳刷。
本实用新型有以下良好的效果1.起动力矩大该电机在额定电压36V时，堵转电流为32A，堵转力矩大于40牛米。(以往有刷电机轮毂不到20牛米)这将有利于电动自行车的快速(零)起动。
2.过载能力强，爬坡能力强该电机在36V时，最大输出功率大于300W，且在36V10A时输出功率为230W时，工作15分钟电机的温升不超过60度。(以往轮毂电机似乎就有烧毁的危险)这对于城市坡道，立交桥均可顺利通过。
3.效率曲线前沿好，高效区宽该电机起动特性好，在2.5A-6A运行时，即输出功率在70W-150W范围内，该电机效率均大于75％。碳刷磨合后，其最高效率可接近80％。
4.该电机热容量大，散热条件好，短时过载能力强。
5.改进碳刷和恒压簧配合后，使其碳刷的寿命可大于5000小时。
图1为已有的直流低速有刷电机轮毂的结构总装示意图。
图2为本实用新型的一种实施例结构总装示意图。
图3为本实施例的换向器与碳刷安装的准确位置示意图，其中，图3a为线槽与铜片对中示意图，图3b为碳刷安装在两个磁钢的中间位置示意图。
图4为本实施例的换向器的结构示意图，其中，图4a为正视图，图4b为俯视剖示图。
图5为本实施例的碳刷盒结构示意图，其中，图5a为正视图，图5b为A-A剖示图。
图6为本实施例的发条恒力弹簧示意图，其中，图6a为该弹簧回弹曲线图，图6b为该弹簧结构示意图。
本实用新型设计的直流低速有刷电机轮毂的实施例结构，如图2所示。本实施例包括矽钢片铁芯20，电机线圈21，钕铁硼磁钢22，平面换向器23，碳刷盒定位销24碳刷盒紧固螺定25，碳刷盒26，碳刷27，铝合金杯型轮网28，铝端盖29，电机定子210，电机轴211，两端轴承212，碳刷恒压簧213；其特怔在于，本实施例主要对平面换向器23，碳刷盒26，和碳刷恒压簧213三个部件进行了改进，这三个部件的结构及功能详细说明如下本实用新型工艺结构改进的主要目的在于，在电机组装过程中，能一次将碳刷和换向器安装在准确的位置上。如图3a所示，线槽31与铜片32对中。如图3b所示，碳刷33安装在两个磁钢341、342的几何中心。改变了以往只能凭目测或胎具粗定位的方法。
本实用新型的平面换向器施例结构如图4所示，它与已有结构的改进部分包括1)它具有三个定位爪41；2)它具有与换向器铜片同园心且垂直于铜片表面的定位孔42；3)它在铜片与铜片之间镶嵌云母片43；4)除了三爪支撑外，周围皆为空隙44，便于通风散热.以即离心甩碳粉。
本实施例的平面换向器具有以下特点其一有三个定位爪41，能保证换向铜片中心与矽钢片线槽中心对齐，且共同指向同一个园心的工艺结构。这样的工艺设计能确保被碳刷短路的换向线圈处于N，S两磁极之间的几何中心线附近。以减小换向电流，从而也减小了碳刷换向时的火花。这样的工艺保证使电机的空载电流减小，提高了电机效率。由于碳刷换向电弧减小，使碳刷和换向器的寿命增加。
其二该平面换向器的背面有一个精度很高的定位孔42，组装时可通过该孔将平面换向器用螺钉固定在杯形轮网的定位轴上。保证旋转轴与平面换向器的同心以及换向面与旋转轴的垂直。同心能使碳刷沿换向器滑行时，间隔均匀，垂直能减小电机旋转时碳刷的抖动。从而减少电弧，增加碳刷，换向器的寿命，使电机旋转更加稳定。
其三该平面换向器的57个铜片是整块铜板和酚醛树脂铸成一体，再经机械加工而成，以保证位置准确，片宽和间隙均匀。铜片与铜片之间缝隙，用镶嵌云母片绝缘方法处理，以保证铜片之间无碳粉短路现象，减少漏电，提高了电机的效率和寿命。(现有的平面换向器因镶嵌云母片工艺相当复杂而都没有镶嵌。)其四该平面换向器的正面除了三点定位以外，其余部分皆为空隙44，这样能保证碳粉离心甩出以及内部散热，提高了电机的过载能力。
本实施例的碳刷盒结构如图5所示，可放置4个碳刷。一个电机内可用一个或二个碳刷盒。图中扇形外边缘51与电机定子内圈壁紧贴，由定位孔52中的定位销将碳刷盒准确地定位在定子上，定子上的定位孔能保正碳刷安装在两片磁钢的几何中心(参看图3b)。53是左，右各一的两个螺钉孔。刷盒组装完后用两个螺钉从定子圈背后紧固在电机定子上(可参看图1)。54是碳刷引线螺钉。55是放置碳刷恒压簧的槽穴。56是碳刷槽。
本实施例的碳刷盒具有如下特点其一该碳刷盒有一个定位孔52，组装时通过定位销(参看图2中的24)与定子接合，保证碳刷中心与两块钕铁硼磁铁N，S极之间的几何中心对齐，且共同指向同一个园心(参看图3b)。这样的工艺设计能确保“线槽”旋转到磁极N，S几何中心附近时，碳刷正好落在换向器的铜片上。这样能减小换向电流，从而减小电机的空载电流，提高了电机的效率。同时也减小了换向电弧，提高了碳刷和换向器的寿命。
其二该碳刷盒可以放置恒压簧(参看图5中的55)，从而使碳刷恒力压在换向器上，减少碳刷的抖动，碳刷磨损后，压力还是保持恒定，提高碳刷和换向器的寿命。
其三该碳刷盒可从定子背后固定(参看图2中的25)。在装配电动轮毂时可将定子先吸入电机腔体内，然后再把装好恒压簧和碳刷的碳刷盒从定子背后，通过定位孔定位，用螺钉紧固。这样便减少了碳刷和恒压簧与定子同时吸入电机腔体，碳刷和恒压簧易损坏的现象，也为今后更换碳刷提供了方便。
本实施例的恒力簧采用发条型恒力簧如图6a所示，它是由一条很薄的不锈弹簧钢带，两边卷成多圈相同直经的园圈61、62组成。中间部分63放置碳刷，当碳刷下压时，园圈中的钢带被拉直。由于弹簧钢带有复原的本能，故对碳刷造成一定的压力。
经查表计算200W左右的低速直流电机碳刷与换向器之间的压力在85-90克时为最佳状态。
本实施例采用小于0.1mm厚的不锈钢弹簧发条，用模具卷成盘形簧，其回弹力近似恒压力。将新碳刷压入碳刷盒，此时“恒力簧”被拉伸到13mm，检测其回弹力为98克。当碳刷磨损10mm后，“恒力簧”回缩到3mm，检测其回弹力仍有78克。这些数据表明在弹刷整个磨损寿命时间内，碳刷与换向器之间的压力始终保持在78-98克之内，很接近85-90克的理想值，如图6b回弹力曲线所示。由于“恒压簧”的试制成功，弹刷和换向器的寿命都能延长了一倍以上，同时由于电机的机械耗损值也保持在一个较低的，恒定的范围内，电机的旋转也更为平稳，从而提高了电机的性能。
本实施例采用的恒力簧以后有以下优点其一，由于恒压力，碳刷和换向器之间的抖动减小，那么电弧就减少，因此碳刷和换向器的寿命能延长一倍以上。
其二，由于恒压力，电弧减少，碳刷和换向器之间的磨合就较好，这样碳刷与换向器之间的接触电阻较小。其结果是电机的内阻变小，电机的输出功率增加，电机的效率有了提高。
其三，由于恒压力，电弧较小，电机的旋转也更为平稳。因此电机的机械耗损值也保持在一个较低的，恒定的范围内，从而提高了电机的机械寿命，其输出特性更为平稳。
权利要求1.一种低速直流有刷电机轮毂，包括装配成一体的铁芯，线圈，磁钢，平面换向器，碳刷，碳刷盒，铝合金轮网，端盖，定子，电机轴，轴承，恒压簧组成部分；其特征在于，所说的平面换向器的边缘具有三个定位爪，其背面有一个保证与换向器铜片同心和垂直的定位孔，该换向器铜片之间镶嵌有云母片以及换向器周边有通风散热的空隙。
2.如权利要求1所述的低速直流有刷电机轮毂，其特征在于，所说的碳刷盒为扇形状，其中心处有一个定位孔；该碳刷盒上可放置多个碳刷的碳刷槽，该碳刷槽的端面有放置恒压簧的空间，扇形的两边有两个螺钉孔。
3.如权利要求1所述的低速直流有刷电机轮毂，其特征在于，所说的恒压簧为由平面钢带绕成的两个相同直径园圈构成的发条恒力簧，该两个园圈之间的钢带部分放置碳刷。
专利摘要本实用新型设计的一种低速直流有刷电机轮毂,包括装配成一体的铁芯,线圈,磁钢,平面换向器,碳刷,碳刷盒,铝合金轮网,端盖,定子,电机轴,轴承,恒压簧组成部分;平面换向器的边缘具有三个定位爪,其背面有一个保证与换向器铜片同心和垂直的定位孔,该换向器铜片之间镶嵌有云母片以及换向器周边有通风散热的空隙。本实用新型的通过对平面换向器,碳刷盒,弹簧的结构进行改进,使电机充分发挥最大潜力,新结构电机具有起动力矩大,效率高,爬坡能力强,碳刷不易磨损等优点。
文档编号H01R39/06GK2494061SQ0123349
公开日2002年5月29日 申请日期2001年8月24日 优先权日2001年8月24日
发明者马贵龙, 傅春林, 胡社文, 钱琪, 方棣棠, 李树青, 范言刚, 王书奇, 袁年平, 陈辉 申请人:北京清华电动车技术开发有限公司