專利名稱：高功率直流馬達的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高功率直流馬達，尤指一種利用一轉向器令轉子上所有電磁鐵同時通以相同電流，以提高輸出功率及改善效率的直流馬達。
直流馬達是一種相當重要的動力裝置，其經常運用于汽車及其他消費性電器產品上，如圖9所示，是現有直流馬達經簡化后的示意圖，其主要是于一永久磁鐵90間設有一轉子，該轉子是由三組等角度的電磁鐵91～93組成，每一電磁鐵91～93上分別繞設有線圈910～930，各線圈910～930是呈串接狀態，其相鄰接線端分別連接至一環狀轉向器94的三組電極片941～943上，該三組電極片941～943是以等角度排列，且對應于兩供電的電刷95、96。
當轉子轉動時，轉向器94同時旋轉，其上三組電極片941～943將輪流與兩電刷95、96接觸，而使與電極片941～943連接的電磁鐵910～930變換極性，以便與永久磁鐵形成吸斥作用，令轉子維持運轉狀態。
但前述的現有直流馬達在輸出功率仍未臻理想，如圖所示，由于電刷95、96與轉向器94三組電極片941～943的配置關系，通常距離永久磁鐵90NS磁極較遠的電磁鐵91線圈910是通過兩電極片941、942直接與電刷95、96接觸，而可獲得一個單位的電流，然而其他兩組距離NS磁極較近的電磁鐵92、93，其線圈920、930卻在串聯狀態下通過電極片941、942與電刷95、96連接，由于此一串接關系使兩組線圈920、930僅能取得1/2單位的電流。
因此，距NS磁極較遠的電磁鐵91因有一個單位的電流通過其線圈910，故可產生一個單位的磁場強度，而距NS磁極較近的兩組電磁鐵92、93因通過其線圈920、930的電流僅1/2單位，故僅能產生1/2單位的磁場強度，然該電磁鐵91相距NS磁極的距離(九十度)是其他兩電磁鐵92、93距NS磁極(三十度)的三倍，因此較遠的電磁鐵91僅能產生其他兩組電磁鐵92、93一半的扭力，換言之，馬達消耗了二個單位的電流，卻僅產生了1.25個單位的扭力，可見其輸出功率及運轉效率均顯然未盡理想。
因此，本實用新型主要目的乃在提供一種高功率直流馬達，其主要是令馬達轉子上所有電磁鐵分別與轉向器所設多組獨立的電極片連接，各電極片將同時與電刷接觸，以便同時通以電流，而使得馬達產生較高的輸出功率。
本實用新型次一目的在提供一種可提高運轉效率的直流馬達，主要是通過該轉向器令較接近永久磁鐵磁極的兩電磁鐵通電，而令距離較遠的另一電磁鐵斷路，故于任何時間，接近磁極的兩組電磁鐵均有一個單位的電流通過，藉此可提高馬達的運轉效率。
本實用新型在于提供一種高功率直流馬達，它主要是于一機殼內設有一環狀永久磁鐵，該永久磁鐵間設有一轉子，轉子上分設有三組電磁鐵，中央處并設有一主軸，其中三組電磁鐵上分別繞設有線圈，又主軸內側端設有一轉向器，該轉向器是分別與各電磁鐵的線圈連接，又機殼底部分設有兩組電源端子，兩電源端子于機殼內分別連接有一電刷，兩電刷又分別與轉向器接觸，其特征在于該轉向器主要是于一絕緣座外壁分設有三組接觸片，每一接觸片是分別由兩略呈半圓狀的金屬片構成，并相對環設于絕緣座的圓柱狀外壁上，而可分別與兩電刷接觸。
本實用新型與已有技術相比優點和積極效果非常明顯。由以上的技術方案可知，本實用新型主要是通過一改進的轉向器令馬達轉子上的所有電磁鐵線圈同時通以相同電流，藉此以有效提高馬達輸出功率，且通過轉向器的另一設計，可使距離永久磁鐵磁極較遠且效率較低的電磁鐵暫時斷電，僅維持較近的兩組電磁鐵通電，以有效提高運轉效率，又以前述設計可運用于直流發電機，亦可獲得相同的輸出功率及運轉效率改善。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的具體結構特征及目的。
附圖簡要說明
圖1是本實用新型的俯視圖。
圖2是本實用新型的剖視圖。
圖3是本實用新型轉向器的外觀圖。
圖4分別為本實用新型轉向器于不同角度處的剖視圖。
圖5A～圖5F是本實用新型的仰視剖視暨動作示意圖。
圖6是本實用新型轉向器另一較佳實施例的外觀圖。
圖7分別為本實用新型轉向器于不同角度處的剖視圖。
圖8A～圖8C是本實用新型另一較佳實施例的仰視剖視暨動作示意圖。
圖9是現有馬達的結構示意圖。
首先請參閱圖1、2所示，其主要是于一機殼10內設有一環狀永久磁鐵11，該永久磁鐵11間設有一轉子20，轉子20上分設有三組電磁鐵21～23，中央處并設有一主軸24，其中三組電磁鐵21～23上分別繞設有線圈210～230，又主軸24內側端設有一轉向器30，該轉向器30是分別與各電磁鐵21～23的線圈210～230連接，又機殼10底部分設有兩組電源端子12、13，兩電源端子12、13于機殼10內分別連接有一電刷15、16，兩電刷15、16又分別與轉向器30接觸；以上所述為直流馬達的基本構造，且其組合型式并非本實用新型主要目的所在，容不再贅述。
至于本實用新型主要特征構造在于該轉向器30，其詳細構造請參閱圖3、4所示，該轉向器30主要是于一絕緣座34外壁分設有三組接觸片31～33，其中絕緣座34上形成有軸向的軸孔，供穿設于主軸24內側端上，又每一接觸片31～33是分別由兩略呈半圓狀的金屬片構成，并相對環設于絕緣座34的圓柱狀外壁上，于本實施例中，各相鄰接觸片31～33是以內外逐層環設于絕緣座34上，故各相鄰接觸片31～33及與絕緣座34間均充填有環氧樹脂或凡立水，以作為絕緣隔離及固定之用；再每一接觸片31～33于通過中心線的兩對角處分別形成有一大缺口311～331及一小缺口312～332，其中大缺口311～331內并充填有絕緣材料313～333，又各接觸片31～33于其兩金屬片上分別延伸形成有一倒L形狀的接線端子314～334，每一接觸片31～33即以其上兩相對的接線端子314～334分別與各電磁鐵21～23的線圈210～230連接。
另前述兩電刷15、16是呈一片狀，其寬度恰可同時接觸絕緣座34外壁上的三組接觸片31～33，因此在一般狀態下，三組電磁鐵21～23的線圈210～230將分別通過其對應的接觸片31～33同時接通電源，只是極性互有不同。
而在轉子20運轉狀態下，三組電磁鐵21～23配合轉向器30三組接觸片31～33執行切換極性的動作均屬相同，為便于說明與了解，在圖5A～F所顯示的動作，將僅以其中一組電磁鐵21作出說明，首先如圖5A，永久磁鐵11中的轉子20將沿順時針方向轉動，在此一轉動角度下，電磁鐵21恰對正于永久磁鐵11N極，此時其對應的接觸片31恰分別以大、小缺口311、312分別對正于兩電刷16、15，其中電刷15將跨接于小缺口312兩端使接觸片31的兩金屬片短路，消除其上原有磁場，以便該電磁鐵21于后續行程中的極性變換。又大缺口311則以其間的絕緣材料313將另一電刷16頂開，以防止兩電刷15、16經接觸片31形成短路。
當轉子20持續運轉至60度處(如圖5B)，線圈210通過接觸片31的兩金屬片分別與兩電刷15、16接觸，而使電磁鐵21變換極性為N極，至運轉至120度處(如圖5C)，電磁鐵21依然保持為N極。
待轉子20運轉至180度處(如圖5D)，電磁鐵21是對正于永久磁鐵11S極，此時其對應的接觸片31恰分別以大、小缺口311、312分別對正于兩電刷15、16，其中電刷16將跨接于小缺口312兩端使接觸片31的兩金屬片短路，消除其上原有磁場，以便該電磁鐵21往后的變換極性。又大缺口311則以其間的絕緣材料313將另一電刷15頂開，以防止兩電刷15、16短路。
又當轉子20持續運轉240度處(如圖5E)，線圈210通過接觸片31的兩金屬片分別與兩電刷16、15接觸，由于兩電刷16、15使接觸片31的兩金屬片極性互換，而使電磁鐵21極性變換為S極，至運轉至300度處(如圖5F)，電磁鐵21依然保持為S極，直至其對正于永久磁鐵11的N極為止。
由上述說明可了解轉子20其中一組電磁鐵21運轉及極性變換的詳細狀況，而其他兩組電磁鐵22、23的運轉及極性切換與前一電磁鐵21完全相同，不同處僅在于角度的差異。
又如前述可知，本實用新型是于轉向器分設三組接觸片31～33同時與兩電刷15、16接觸，三組接觸片31～33又分別與三組電磁鐵21～23的線圈210～230連接，而令轉子20運轉時，其三組電磁鐵21～23的線圈210～230上分別流過相同的電流，在此狀況下，每一組電磁鐵21～23均將流過一個單位的電流，并分別產生一個單位的磁場強度，而三組電磁鐵21～23在某些角度，將有其中一組電磁鐵距離NS磁極較遠，另兩組電磁鐵則較接近NS磁極，因此距離較遠的電磁鐵僅能產生其他兩組電磁鐵1/2的扭力，故馬達計消耗了三個單位的電流，但產生2又1/2的扭力，而明顯優于現有直流馬達的運轉效率。
由前述可知，距離NS磁極較遠的電磁鐵雖與其他兩組電磁鐵相同，亦消耗一個單位的電流，但產生的扭力卻僅為1/2，顯見該較遠電磁鐵的運轉效率是極低的，為能有效提高馬達的運轉效率，可通過轉向器30的另一設計，進一步使電磁鐵在距離NS磁極較遠時，完全切斷其電流，而僅于其他兩組較近電磁鐵分別流過一個單位的電流，由兩磁鐵分別產生一個單位的扭力，如此可將馬達運轉效率提高至百分之百。
以上提高馬達運轉效率的具體構造，請參閱圖6、7所示，其主要是于轉向器30上每一接觸片31～33的其中一金屬片外壁面上形成有適當角度的凹部315～335，凹部315～335內分別充填有絕緣材料316～336，藉以使接觸片31～33運轉至特定角度時，即由絕緣材料316～336與電刷15、16接觸，而使與接觸片31～33連接的電磁鐵31～33于通過該角度時暫時切斷電源。
其具體實施例首先請參閱圖8A所示(以下仍以電磁鐵21為例)，當電磁鐵21通過永久磁鐵11N極時，其對應的接觸片31暫時短路以消除原來磁場，便于切換另一極性，待電磁鐵21偏離N極時，其接觸片31兩金屬片恰分別與兩電刷15、16接觸即變換極性為N極，待電磁鐵21轉至60度以上(如圖8B)，電刷15即與接觸片31上的絕緣材料316接觸，同時令電磁鐵21的線圈210與電源隔離，而暫時切斷電源，此種斷電狀態將持續至120度處(如圖8C)，當電磁鐵21接近S極時，電刷15將脫離絕緣材料316恢復與金屬片接觸，使電磁鐵21恢復通電，藉此，當電磁鐵21離N或S極較遠時(超過60度)，即令其暫時斷電，在此同時，其他兩組電磁鐵22、23卻接近NS極，而兩組電磁鐵22、23仍正常通電，且因距離磁極較近，故可產生相同單位的扭力，在消耗兩個單位電流而產生兩個單位扭力的狀況下，即可有效提高馬達的運轉效率。
權利要求1.一種高功率直流馬達，主要是于一機殼內設有一組永久磁鐵，該永久磁鐵間設有一轉子，轉子上分設有數組電磁鐵，中央處并設有一主軸，其中各組電磁鐵上分別繞設有線圈，又主軸內側端設有一轉向器，該轉向器是分別與各電磁鐵的線圈連接，又機殼底部分設有兩組電源端子，兩電源端子于機殼內分別連接有一電刷，兩電刷又分別與轉向器接觸，其特征在于該轉向器主要是于一絕緣座外壁分設有數組接觸片，每一接觸片是分別由兩略呈半圓狀的金屬片構成，并相對環設于絕緣座的圓柱狀外壁上，而可分別與兩電刷接觸。
2.根據權利要求1所述的高功率直流馬達，其特征在于該轉向器的每一接觸片于通過中心線的兩對角處分別形成有一大缺口及一小缺口，其中大缺口內并充填有絕緣材料，又各接觸片于其兩金屬片上分別延伸形成有倒L形狀的接線端子，以便與各電磁鐵的線圈連接。
3.根據權利要求1所述的高功率直流馬達，其特征在于該轉向器的各相鄰接觸片是以內外逐層環設于絕緣座上，又相鄰接觸片及與絕緣座間充填有環氧樹脂或凡立水，以予絕緣隔離及固定。
4.根據權利要求1所述的高功率直流馬達，其特征在于該轉向器每一接觸片的其中一金屬片外壁形成有適當角度的凹部，凹部內充填有絕緣材料。
專利摘要本實用新型涉及一種高功率直流馬達，它主要是利用一種改進的轉向器使馬達轉子上所有電磁鐵同時通以相同電流，藉以令馬達產生較高的輸出功率，該轉向器亦可令較接近永久磁鐵磁極的兩電磁鐵通電，而令距離較遠的另一電磁鐵斷路，故于任何時間，接近磁極的兩組電磁鐵均有一個單位的電流通過，藉此可提高馬達效率及輸出功率。
文檔編號H01R39/00GK2267574SQ9620084
公開日1997年11月12日 申請日期1996年5月7日 優先權日1996年5月7日
發明者沈明德 申請人:沈明德