專利名稱：安裝永久磁鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型直流電動機，特別是一種永久磁鐵的固定磁化位置的安裝方法和將永久磁鐵固定于構(gòu)成電動機外殼的殼體上的方法。
在如圖9所示的小型直流電動機100中，一般情況下，由燒結(jié)成型而制成的環(huán)形永久磁鐵102固定于杯狀電動機外殼101的內(nèi)側(cè)，電樞106與軸承104支撐的轉(zhuǎn)軸105一體旋轉(zhuǎn)，其外圓周表面與環(huán)形永久磁鐵102的內(nèi)壁表面103相對同時保持一設(shè)定的氣隙d。周向具有數(shù)個狹縫的換向器108固定于轉(zhuǎn)軸105上。一對電刷109與換向器108形成滑動接觸，以便電樞106的線圈107經(jīng)過電刷109和換向器108而獲得電壓。在小型電刷式直流電動機中，線圈電壓的換向精度，即極性的轉(zhuǎn)換是由下列其中之一的相對位置關(guān)系決定的，即永久磁鐵102相對于電動機外殼101的磁化位置，換向器108的狹縫相對于電樞106的凸極的位置，電刷109與換向器108滑動接觸的位置，電刷109相對于固定永久磁鐵102的電動機外殼101的固定位置。如果這些位置關(guān)系不相互匹配或其中之一的位置發(fā)生偏差時，那么轉(zhuǎn)矩波動和齒槽效應(yīng)就會增大，因此就削弱了電動機的性能。增加電動機的相數(shù)即極性轉(zhuǎn)換的切換次數(shù)，可增加電動機的轉(zhuǎn)矩，降低能耗和減小電動機的體積。在此情況下，特別是由于這些位置關(guān)系引起的電動機的性能下降就變得非常顯著。
因此，就必須研究一種用于提高永久磁鐵相對于電動機磁鐵的位置精度的方法。
通常在現(xiàn)有技術(shù)的小型直流電動機100中，環(huán)形永久磁鐵102定位和固定于杯狀電動機外殼101的內(nèi)側(cè)上的方法是通過使用粘合劑的粘接方法，或使用環(huán)形永久磁鐵和杯狀外殼鑲嵌造型的整體模制的方法而實現(xiàn)的。
然而，在使用粘合劑的粘接方法的情況下，由于沒有定位的參考點，這樣外殼中磁化位置和固定位置之間的位置精度就會變得不穩(wěn)定。而且，還存在這些缺點由于粘合劑施加的厚度，不均勻性，環(huán)境溫度，固化時間及類似的原因，粘接強度就會不夠穩(wěn)定，并且粘合劑可能會弄到不需要的地方。
相反，在使用外鑲嵌整體模制方法的情況下，磁化位置和外殼之間的位置精度經(jīng)過磁化前的整體模制而得到足夠的保證。然而，由于杯狀外殼具有底端，因此底端就防礙了磁化處理，以致于無法進行完全的磁化處理。而且，整體模制方法由于不同軸性的原因就會涉及磁化的分散現(xiàn)象，因此電動機的轉(zhuǎn)矩特性就會削弱。如果磁化后再進行整體模制處理，那么模制的溫度就會使磁化力減弱。
本發(fā)明的目的是提供一種永久磁鐵的安裝方法，其中永久磁鐵的磁化位置相對于電動機外殼能夠得到精確地保證，因而轉(zhuǎn)矩波動和齒槽效應(yīng)就減弱了。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種永久磁鐵的安裝方法，它包括下列步驟在環(huán)形永久磁鐵的一端面設(shè)置一定位槽和一固定槽；在與上述定位槽接合的凸起設(shè)置在磁化裝置上，和所述磁化裝置的所述凸起與所述永久磁鐵的所述定位槽接合的條件下，對所述的永久磁鐵進行預(yù)定的磁化處理，以此定位所述永久磁鐵；將經(jīng)過所述磁化處理的所述永久磁鐵的所述定位槽相對于一個安裝夾具進行定位；把經(jīng)過定位的所述永久磁鐵恰當(dāng)?shù)夭迦胍步?jīng)過定位的所述電動機外殼中；使所述電動機外殼的一部分產(chǎn)生塑性變形，并使所述的變形部分與所述永久磁鐵的所述固定槽接合，以此固定所述永久磁鐵。
在本發(fā)明的永久磁鐵的安裝方法中，在永久磁鐵的一端面設(shè)置了一定位槽，以便其后完成磁化的定位和磁鐵安裝于外殼上的定位。
因此，磁化位置的安裝精度有了較大的改進。定位槽，固定槽和凸起能夠避免錯誤地識別磁鐵的前端和后端及磁化位置相對于轉(zhuǎn)向的方向。結(jié)果，電動機的轉(zhuǎn)矩波動和齒槽效應(yīng)就被減弱了。
而且，在永久磁鐵的這個端面還設(shè)置了固定槽，永久磁鐵通過彎曲外殼的端面就被固定了。因此，就無需使用粘合劑，永久磁鐵還能被拆開以便重新使用，從而減少了浪費。設(shè)置在永久磁鐵另一端的凸起便于在相對于電樞鐵芯的推力方向上調(diào)節(jié)磁鐵中心，并減少了永久磁鐵的加工余量從而降低了材料的成本。結(jié)果，制造成本大大地下降了。
此外，由于槽設(shè)置在永久磁鐵的一個端面上和凸起設(shè)置在對應(yīng)于槽的另一端面的位置上，如果未被充磁的永久磁鐵在安裝前堆放在一起，磁鐵的凸起可插入相鄰的磁鐵的槽中而順序地堆放。因此，能夠保證側(cè)向的穩(wěn)定性，而且這種結(jié)構(gòu)也便于儲存和運輸。


圖1是使用本發(fā)明的永久磁鐵安裝方法制造的小型直流電動機的部分剖視側(cè)面圖。
圖2是本發(fā)明的永久磁鐵安裝方法中的永久磁鐵的平面圖。
圖3是沿圖2中3-3線的剖視圖。
圖4是沿圖2中4-4線的剖視圖。
圖5是本發(fā)明的永久磁鐵安裝方法中的磁化步驟的實施例的透視圖。
圖6是本發(fā)明的永久磁鐵安裝方法中的杯狀外殼的側(cè)剖視圖。
圖7是本發(fā)明的永久磁鐵安裝方法中的安裝夾具實施例的示意側(cè)視圖，圖7(A)是由A所指部分的放大視圖，表示切割和彎曲刀具的作用。
圖8是本發(fā)明的永久磁鐵安裝方法中的一個連接導(dǎo)件實施例的示意放大透視圖。
圖9是現(xiàn)有技術(shù)中的小型直流電動機的側(cè)剖視圖。
以下，通過圖1所示的小型電刷式直流電動機10描述本發(fā)明的永久磁鐵安裝方法的一個實施例。
在圖1的小型電刷式直流電動機10中，11表示電樞，其中線圈13分別纏繞在多個凸極12上。旋轉(zhuǎn)支撐在軸承14上的轉(zhuǎn)軸15穿過并固定于電樞的中心部位。轉(zhuǎn)軸15還穿過并固定于與線圈13電連接的換向器17上。換向器17具有換向片17a，換向片的數(shù)量與電動機的相數(shù)相對應(yīng)，它還具有狹縫，這些狹縫分別設(shè)置在調(diào)節(jié)換向片17a之間。嵌入蓋板21中的供電電刷16與換向器17形成滑動接觸。
在電流流過電刷16時，也就是說，在電流經(jīng)過與電刷16形成滑動接觸的換向器17供給線圈13時，使其旋轉(zhuǎn)的磁場由線圈13纏繞的凸極12和與凸極12相對的永久磁鐵20而形成。當(dāng)具有凸極12的電樞11旋轉(zhuǎn)時，與電刷16形成滑動接觸的換向器17經(jīng)過狹縫轉(zhuǎn)換至另一個上以便電流供給下一相的線圈13上。這樣，供電轉(zhuǎn)換重復(fù)進行，電樞11連續(xù)轉(zhuǎn)動。
參考標(biāo)號18表示由鐵磁性材料制造成的電動機外殼。被磁化出數(shù)個磁極的永久磁鐵20固定于電動機外殼的內(nèi)壁。如圖2所示，永久磁鐵20具有設(shè)置在一端面27上的定位槽30和固定槽31，和設(shè)置在另一端面28上的凸起32。蓋板21通過一支座22支持供電電刷16，并閉合電動機外殼18的開口23。
轉(zhuǎn)軸15在軸向由固定于蓋板21上的推力軸承24支撐。
參考標(biāo)號25表示由電動機外殼18的塑性變形部分形成的接合卡爪，卡爪分別與永久磁鐵20的固定槽31接合。在永久磁鐵20固定于電動機外殼18上的同時或之后，電動機外殼18圓周內(nèi)壁的對應(yīng)于固定槽31的端面62的部分通過壓力加工被切割并與周邊材料相剝脫，以此形成接合卡爪25。此后，接合卡爪25在根部被彎曲以分別與固定槽31相接合，借此永久磁鐵20的位置被確定，磁鐵就固定在電動機外殼18內(nèi)。
組裝后剔除次品時，如果弄壞或拔起接合卡爪25，則永久磁鐵20就會與電動機外殼18相分離并從中拆除，該永久磁鐵還能重新使用。如果永久磁鐵20通過粘合劑或外鑲嵌方法固定于電動機外殼18上時，就很難拆分電動機。如果使用本實施例的結(jié)構(gòu)，由于使用這些制造方法，它就能減少生產(chǎn)過程中的浪費。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形永久磁鐵20的模制產(chǎn)品的平面視圖，圖3是沿3-3線的剖視圖，圖4是沿4-4線的剖視圖。參見圖2，在永久磁鐵20的一端面27上設(shè)置兩對凹槽，其中一對凹槽用作定位槽30，另一對用作固定槽31。每對包括形狀相同和位置相互相距90°相位的兩個凹槽，也就是說，在環(huán)形永久磁鐵的直徑線的兩端上相對。
在圖3和4中，定位槽30和固定槽31被顯示出以具有不同的尺寸。另一種情況是，這些槽也可以設(shè)置成具有同一的尺寸和相同的形狀。
在永久磁鐵20的另一端面28上，凸起32位于圓周上，其與定位槽30和固定槽31具有相同的相位。凸起32的高度h等于或稍微大于電動機外殼18的端角r的半徑，寬度w設(shè)定為能夠允許凸起插入較窄的一對定位槽30和固定槽31中，或者，例如為一對固定槽31中。厚度e設(shè)定成這樣以便外周側(cè)從永久磁鐵20的環(huán)形壁的厚度E開始逐漸地減小，僅僅保留內(nèi)壁，以此避免永久磁鐵20的外周緣與外殼18的端角產(chǎn)生相互影響。
永久磁鐵20的裝配高度H可以通過僅調(diào)節(jié)凸起32的較小面的高度h而被調(diào)節(jié)。因此，切削量就減少了，使得材料的使用不會被浪費，從而降低了材料的成本。而且，操作也能方便地迅速地實施，因此就縮短了調(diào)節(jié)時間。
當(dāng)永久磁鐵20堆放或運輸時，那么在磁鐵的槽接合至相鄰磁鐵的凸起上時，磁鐵就能夠順序地疊壓。因此，磁鐵能夠被順序地穩(wěn)固堆放，這樣一次就能夠處理大量的磁鐵。
下面，參考圖5將描述永久磁鐵20磁化的過程。在此情況下，由于磁極的位置精度是非常重要的，磁化處理的同時，用作凸起并能插入永久磁鐵20的定位槽30中的鍵35要預(yù)先設(shè)置在磁化頭33的基座面34上，并且定位槽30分別與鍵35相接合。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，磁極相對于定位槽30的位置就能被精確地確定。圖中L表示與電源線連接的導(dǎo)線。
定位槽30的寬度a設(shè)定成大于固定槽31的寬度b，磁化頭33的鍵35的寬度k設(shè)定成與定位槽30的寬度a相配合，以此僅允許定位槽30與磁化頭33的鍵35相接合。這樣，只有定位槽30被容許參與定位操作，以便磁極的位置能形成一一對應(yīng)，并總能被校準(zhǔn)。
圖6是電動機外殼18的側(cè)剖視圖。在圓周壁36的開口23上設(shè)置分別對應(yīng)于永久磁鐵20上的定位槽30的凹槽37。電動機外殼18的內(nèi)徑大致等于或稍微大于永久磁鐵20的外徑以便永久磁鐵20通過在過渡配合范圍內(nèi)的安裝能夠壓力插入電動機外殼18中。為了把蓋板21裝入開口23上，在開口23的周緣上設(shè)置一個臺階38，因而增大其直徑。一槽孔39用作軸承14的固定連接部。通孔40用與完成周向定位，它相對于凹槽37具有恒定的位置關(guān)系。
磁化處理后，永久磁鐵20就被安裝至電動機外殼18上。這種安裝是通過使用如圖7所示的安裝夾具41而實現(xiàn)的。在壓機(未示出)的沖程線上設(shè)置一砧座42(固定臺)和夾具頭43，同時它們的中心同軸線。砧座42和夾具頭43在軸向移動，同時在周向的相位關(guān)系保持恒定的位置。
砧座(固定臺)42包括一凹模44，其直徑與電動機外殼18的外徑相同，位于與夾具頭43相對的表面上。電動機外殼18就裝入到凹模44中。凹模44的深度D不大于或大致等于電動機外殼18的軸向長度T。安裝至電動機外殼18的槽孔39中的止擋46從凹模44的底端面45的中心突出。插入通孔40中的銷47直立在與止檔在徑向相距的位置上。銷47用于固定電動機外殼18。在電動機外殼18被定位和永久磁鐵20的固定完成后，止檔46被機械地舉起以用來從凹模44中推出電動機外殼18。
在夾具頭43中，一組合刀具49通過一螺栓50固定于芯桿51的中心上。組合刀具在徑向和對應(yīng)于永久磁鐵20的固定槽31的至少兩個位置具有一個切割和彎曲刀具48。夾具頭包括一環(huán)繞芯桿51滑動的套筒52；一位于芯桿51的凸起53和套筒52之間的壓縮彈簧54，它使得套筒52向下移至砧座42；與設(shè)置在套筒52的側(cè)面上的槽55相接合的導(dǎo)銷56，它用于限制套筒52由于壓縮彈簧的推力作用而產(chǎn)生的移動范圍，并且還直線地導(dǎo)向套筒。切割和彎曲刀具48與套筒52之間的周向位置關(guān)系通過從芯桿51的側(cè)面直立的導(dǎo)銷56的旋轉(zhuǎn)鎖定功能而保持恒定。
一連接導(dǎo)向件57經(jīng)過凸起58固定于套筒52的底端面，它與砧座(固定臺)42相對。連接導(dǎo)向件57的內(nèi)環(huán)59的外徑與永久磁鐵20的內(nèi)徑相配合，從連接導(dǎo)向件57的外壁端面60直立的定位鍵61能夠分別地插入定位槽30中(見圖8)。
連接導(dǎo)向件57是由鐵磁性材料制成的。在永久磁鐵20緊緊地插入內(nèi)環(huán)59中，以及定位槽30與定位鍵61定位并被插入時，從而，永久磁鐵20通過自身的磁力作用被吸引至連接導(dǎo)向件57上。設(shè)有凹槽30和31的永久磁鐵的一面27就緊緊地與外壁的端面60形成接觸。結(jié)果，就能精確地確定周向的磁化位置，永久磁鐵和電動機外殼18之間的周向的恒定位置關(guān)系就自然地建立了，電動機外殼18通過插銷47相對于砧座(固定臺)42在周向定位。
另一方面，在連接導(dǎo)向件57固定于套筒52上時，通過用于將刀具48固定于芯桿51上的方孔64從而能夠被引導(dǎo)，該方孔64具有與刀具48的截面形狀相同的形狀，開在對應(yīng)于刀具48的位置上(見圖8)。在夾具頭43處于上部位置或與砧座42相分離時，由于壓縮彈簧54的伸長作用而受到向下推移的套筒52由導(dǎo)銷56對其進行限位以便被支撐在底端的極限位置，切割和彎曲刀具48的邊緣所處的位置高于設(shè)有凹槽30和31的被固定的永久磁鐵20的端面27。
在夾具頭43朝著砧座(固定臺)42下降時，連接導(dǎo)向件57的外壁端面60使永久磁鐵20緊緊地插入與砧座(固定臺)42連接的電動機外殼18中，凸起32的頂端面與外殼的底端面65緊密接觸后靜止。此后，壓縮彈簧54受到壓縮，切割和彎曲刀具48的邊緣朝著外殼的端面62下降。
此時，由鍵61鎖定其轉(zhuǎn)動的永久磁鐵20與由方孔64引導(dǎo)的切割和彎曲刀具48之間的周向位置關(guān)系就不會改變了。
參見圖7和8，將描述本發(fā)明的永久磁鐵安裝方法的一個例子。在電動機外殼18緊緊地插入砧座(固定臺)42的凹模44中時，電動機外殼18的槽孔39和通孔40分別與止檔46和插銷47配合，結(jié)果電動機外殼18就位于預(yù)定的方向，并被穩(wěn)固地放置。在永久磁鐵20如上所述固定于連接導(dǎo)向件57上時，就建立了磁化位置和電動機外殼18之間的預(yù)定位置關(guān)系。
當(dāng)壓機(未示出)工作并且夾具頭43朝砧座(固定臺)42下降時，隨著所連接的導(dǎo)向件57的外壁端面60的移動永久磁鐵20就緊緊地插入電動機外殼18中，凸起32的頂端與外殼的底端面65緊密接觸，然后向下移動停止。在這連續(xù)的過程中，芯桿51擠壓壓縮彈簧54并壓著永久磁鐵20向下，切割和彎曲刀具48開始起作用。如圖7(A)放大所示，外殼開口23的周壁的端部被切割一個寬度，該寬度稍微小于或大致等于固定槽31的寬度。
除了使用切割和彎曲刀具48外，還可以使用下面的方法。如圖8所示，在不同于固定槽31位置的沿周向等距離的分布的數(shù)個位置上，各設(shè)置一具有不同于固定槽31的切割位置且對應(yīng)于永久磁鐵20的高度H的填隙刀具63。這些填隙刀具63同時開始工作以便永久磁鐵20以相似的方法通過端面外周緣的肩部填入受壓位置。刀具48產(chǎn)生的切割片彎向電動機外殼18的內(nèi)側(cè)以形成接合卡爪25，隨后咬入永久磁鐵20的固定槽31。因此，永久磁鐵20的磁化位置和電動機外殼18之間在周向的位置關(guān)系就確定了，接合卡爪25就壓靠著固定槽31的底端的外角。刀具63產(chǎn)生的切割片填入永久磁鐵20的端面的外周緣。這樣，刀具48和63產(chǎn)生的切割片與外殼的底端面65配合而能卡住和固定住切割片和底端面之間的永久磁鐵20。
如上所述，在安裝夾具41中，永久磁鐵20通過定位槽31和與磁化頭33的鍵35相類似的鍵61被定位，并且在固定槽31位置處通過塑性加工而固定，該塑性加工是通過切割和彎曲刀具48在電動機外殼18的端面62實現(xiàn)的。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，磁化和安裝通過使用相同的參考位置，即永久磁鐵20的定位槽30而完成，因此永久磁鐵20相對于電動機外殼的磁化位置的精度就能得到保證。因而電動機的轉(zhuǎn)矩波動和齒槽效應(yīng)就減弱了。
如上所述，在本發(fā)明的永久磁鐵安裝方法中，定位槽設(shè)置在永久磁鐵的端面以便實現(xiàn)磁化和磁鐵相對于外殼安裝的定位。因此，大大提高了磁化位置的安裝精度。定位槽，固定槽和凸起能夠避免錯誤地識別磁鐵的前、后端和磁化位置相對于轉(zhuǎn)向的方向。從而電動機的轉(zhuǎn)矩波動和齒槽效應(yīng)就可減弱。
而且，在永久磁鐵的端面還設(shè)置了固定槽，永久磁鐵通過彎曲外殼的端面被固定。因而，就無需使用粘合劑，永久磁鐵還能被拆開以便重新使用，從而減少了浪費。設(shè)置在永久磁鐵另一端的凸起便于在相對于電樞鐵芯的推力方向上調(diào)節(jié)磁鐵中心，并減少了永久磁鐵的加工余量，因而降低了材料的成本費。結(jié)果，制造成本大大下降了。
此外，由于槽設(shè)置在永久磁鐵的一個端面上并且凸起設(shè)置在對應(yīng)于槽的另一端面的位置上，當(dāng)組裝前未被充磁的永久磁鐵被堆放時，磁鐵的槽插入相鄰的磁鐵的凸起中，從而磁鐵能夠被連續(xù)地疊壓。因而，能保證側(cè)向的穩(wěn)定性，并且這種結(jié)構(gòu)也便于儲存和運輸。
權(quán)利要求
1．一種永久磁鐵的安裝方法，包括以下步驟在環(huán)形永久磁鐵的一端面設(shè)置一定位槽和一固定槽；在磁化裝置上設(shè)置有與所述定位槽接合的凸起，并且所述磁化裝置的所述凸起與所述永久磁鐵的所述定位槽接合，以此定位所述永久磁鐵的條件下，對所述永久磁鐵進行預(yù)先磁化處理；對經(jīng)過所述磁化處理的所述永久磁鐵的所述定位槽相對于一個安裝夾具進行定位；把圓筒形的電動機外殼定位在所述的安裝夾具上；把經(jīng)過定位的所述永久磁鐵恰當(dāng)?shù)夭迦虢?jīng)過定位的所述電動機外殼中；使所述電動機外殼的一部分產(chǎn)生塑性變形，并使所述的變形部分與所述永久磁鐵的所述固定槽接合，以此固定所述永久磁鐵。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵的安裝方法，其中所述的定位槽和所述的固定槽是同一凹槽。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵的安裝方法，其中所述的定位槽和所述的固定槽設(shè)置在不同的位置，與所述磁化裝置的所述凸起的接合僅僅限制于與所述定位槽的接合。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的永久磁鐵的安裝方法，其中在所述永久磁鐵的另一端面上與所述定位槽或所述固定槽相對應(yīng)的位置設(shè)置有具有預(yù)定高度的凸起。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的永久磁鐵的安裝方法，其中定位槽和固定槽之一設(shè)有數(shù)個，所述的凸起設(shè)有數(shù)個以便與所述定位槽和所述固定槽之一的數(shù)量相對應(yīng)，所述的凸起具有相同的高度。
全文摘要
在環(huán)形永久磁鐵20的一端面上徑向地設(shè)置其相位差為90°的凹槽,用作定位槽和固定槽。定位槽通過鍵相對于固定卡爪定位,并且通過塑性加工固定在固定槽中,所述塑性加工是通過切割和彎曲刀具在電動機外殼的端面實現(xiàn)的。因此,磁化和安裝可通過使用相同的參考位,即永久磁鐵的定位槽來完成,因而能保證磁化及安裝的位置精度。
文檔編號H02K15/03GK1211101SQ9811982
公開日1999年3月17日 申請日期1998年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月28日
發(fā)明者片桐昌幸, 武井宏光 申請人:株式會社三協(xié)精機制作所