專利名稱：小型直流電動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種體積小并易于安裝的小型直流電動機。
背景技術：
在用于激光打印機、噴墨打印機、和其它電子設備中的直流電動機中，存在這樣的需要，即，在保持電動機性能的同時減小電動機尺寸。
因此，在通過改變固定元件的磁性組成部分(磁鐵、電動機架)的形狀來保持決定電動機性能的旋轉元件的磁性組成部分(電樞鐵心的外徑和疊片厚度)的狀態(tài)下，將電動機的外形造得較小。
對于要進行旋轉的直流電動機，由于磁化的磁極數(shù)(N任意正數(shù))與槽數(shù)(M任意正數(shù))的比基本變?yōu)?N∶3M，所以磁鐵磁化的磁極數(shù)是2極、4極、6極、8極、...。通常，直流電動機形成為橢圓形和圓筒狀，并且在橢圓形電動機的情況下，磁鐵被磁化為2極，而在圓筒狀電動機的情況下，磁鐵被磁化為2極至2N極。對于要減小尺寸的圓筒狀電動機，等級(最大能量乘積(BH)max)增加，在保持電動機性能的同時，磁鐵的厚度減小，并且鐵心的外徑減小。然而，在磁鐵厚度改變的情況下，一般來說，僅通過提升磁鐵的等級來保持電動機性能是非常困難的。
另外，在需要減小尺寸的電動機中，由于必須縮小容納空間，所以要盡可能小地形成電動機架。因此，在很多情況下，電動機架形成為圓筒狀和橢圓形以便匹配轉子形狀，并且對于一類其上安裝有場磁鐵的電動機架，也類似地使用圓筒狀和橢圓形。
以下在JP-A-07-059322(在此使用的術語“JP-A”的意思是“未實審已公開的日本專利申請”)中公開了現(xiàn)有技術，其嘗試在保持電動機性能的同時實現(xiàn)電動機外部尺寸減小和容易的安裝。通過把電動機架形成為其角部的數(shù)目與磁鐵的磁化磁極數(shù)相同的四邊形，在不改變電樞鐵心的外形，并且進一步在不減小磁鐵磁極的中心部分的厚度從而保持電動機性能的情況下，能夠減小電動機尺寸。
圖8是在JP-A-07-059322中描述的小型直流電動機的截面圖。
圖8中的小型直流電動機100包括四邊形筒狀電動機架101，其具有基本上為正方形的橫截面；磁鐵102，其容納在電動機架101內，并且在磁鐵102中具有一圓筒狀空間，磁鐵102具有以如下方式交替磁化為N極和S極的四個磁極，該方式為，磁極的中心分別位于四邊形筒狀電動機架角部；轉子103，其以一定的徑向縫隙容納在所述圓筒狀空間中；以及饋電端(未示出)，其從四邊形筒狀電動機架101的一側拉出，從而能夠將該電動機水平放置在印刷電路板(未示出)上來使用。
在JP-A-07-059322中公開的具有四磁極場磁鐵102的小型直流電動機100中，場磁鐵102具有交替磁化為N極和S極的四個磁極，容納場磁鐵102的電動機架形成為具有基本上為正方形的橫截面，并且磁化場磁鐵102使得磁極的中心位于正方形的角部。用作場磁鐵102的磁鐵由塑性磁鐵組成，并且與四邊形筒狀電動機架101一起成型。
根據(jù)該結構，由于電動機采取有角的或四角柱形，所以可通過用粘性雙面涂覆帶來粘合把該電動機固定到印刷電路板等。由于在四邊形角部磁鐵102的厚度增加，所以實際的磁導系數(shù)增加。
然而，在JP-A-07-059322中描述的小型直流電動機中，由于甚至連電動機架的四角都填充了磁鐵，所以該磁鐵的厚度比實際驅動性能所需的厚度要大。即，當從旋轉的中心的徑向看時，磁鐵的厚度在與電動機架的四角部分對應的磁鐵部分變得最厚，并且超過了形成有磁性(磁通密度性)所需的正弦曲線特性的位置的磁鐵厚度。因此，可把與電動機架的四角部分對應的磁鐵部分切去一定的范圍，該切去的范圍不會使磁性出現(xiàn)問題。
另外，由于具有一個優(yōu)點，即，在固定電動機架時可在電動機架具有多個平側面的情況下容易地固定電動機架，所以，可理解為在電動機架的每一原始平側面的部分都保持完整的情況下整體具有該優(yōu)點。前述現(xiàn)有技術示例具有這些所指出的問題。

發(fā)明內容
考慮到所指出的問題，本發(fā)明的一個目的在于提供一種小型直流電動機，其易于安裝，并且在不降低驅動性能的情況下減小尺寸。
為了達到該目的將提供以下方案。
(1)提供一種包括電動機架的小型直流電動機，所述電動機架包括一筒狀部分，所述筒狀部分具有恒定厚度并且具有包括四邊和連接部分的形狀的橫截面，每一連接部分連接所述四邊中相鄰的兩邊，并且位于包括所述四邊的四邊形的相應角的內側；并且所述電動機架還具有磁鐵，其內側具有圓周表面并且其外側與所述電動機架相吻合的接觸。
(2)提供一種如以上(1)所述的小型直流電動機，其中，每一連接部分為弧形。
(3)提供一種如以上(1)所述的小型直流電動機，其中，每一連接部分為弧形，所述弧形與所述磁鐵的圓周表面的半徑成比例。
(4)提供一種如以上(1)所述的小型直流電動機，其中，每一連接部分為直線形。
(5)提供一種如以上(1)所述的小型直流電動機，其中，所述電動機架的橫截面的形狀為具有2(n+1)個邊和角，并且n表示一正整數(shù)。
(6)提供一種如以上(1)所述的小型直流電動機，其中，所述磁鐵包括在沿著圓周表面的一個方向上交替磁化為不同磁極的部分。
(7)提供一種如以上(6)所述的小型直流電動機，其中，磁化的部分彼此分開。
(8)提供一種如以上(6)所述的小型直流電動機，其中，磁化為不同磁極的部分與所述電動機架的連接部分之一接觸。
(9)提供一種如以上(1)所述的小型直流電動機，其中，在所述磁鐵的徑向上最大寬度(L2)與最小寬度(L1)的比率被設置在2.0≤L2/L1≤3.0的范圍內。
(10)提供一種如以上(3)所述的小型直流電動機，其中，所述連接部分的弧形與所述磁鐵的圓周表面的半徑的比的范圍從65％到85％。
(11)提供一種如以上(1)所述的小型直流電動機，其包括旋轉地安置在所述電動機架內的電樞部件，其中，所述電樞部件包括由磁線繞成的筒狀線圈的電樞繞組成型元件；以及內軛，其包括以面對所述電樞繞組成型元件的方式固定的筒狀部分。
(12)提供一種如以上(1)所述的小型直流電動機，其包括旋轉地安置在所述電動機架內的電樞部件，其中，所述電樞部件包括由磁線繞成的筒狀線圈的電樞繞組成型元件；以及筒狀可移動背軛，其與所述電樞繞組成型元件的內側接觸。
由于本發(fā)明的小型直流電動機被做成諸如包括電動機架和磁鐵，其中所述電動機架包括筒狀部分，所述筒狀部分具有恒定厚度并且具有包括四邊和連接部分的形狀的橫截面，每一連接部分連接四邊中相鄰的兩邊，并且位于包括所述四邊的四邊形中的相應角的內側，所述磁鐵內側具有圓周表面并且其外側與所述電動機架相吻合的接觸，因此，該磁鐵的形狀可在尺寸上變得更小，同時保持所需的磁性，并且與此相關的是，所述電動機架的形狀可做成易于安裝且在尺寸上更小。
即使在所述電動機架的橫截面的形狀為具有2(n+1)個邊和角的情況下，也具有所期望的優(yōu)點。在這點上，n表示一正整數(shù)。由于從徑向看所述磁鐵最大寬度(L2)與最小寬度(L1)的比率被設置在2.0≤L2/L1≤3.0的范圍內，所以該磁鐵的形狀可在尺寸上做得更小，同時保持所需的磁性。
通過在無芯電動機或無槽有芯電動機中結合本發(fā)明的場磁鐵結構，那些電動機可在尺寸上做得更小，同時增加了要產生的轉矩。


參照下面附圖將更好地理解在此公開的本發(fā)明圖1A、1E、和1I是一側的示圖，圖1B、1F、和1J是橫截面示圖，圖1C、1G、和1K是縱示圖，并且圖1D、1H、和1L是另一端示圖，它們通過與現(xiàn)有示例進行比較說明了本發(fā)明的小型直流電動機的特點；圖2A是通過與現(xiàn)有示例進行比較說明了本發(fā)明的電動機架的特點的剖面圖，并且圖2B是通過與現(xiàn)有示例進行比較說明了本發(fā)明的磁鐵的特性的放大的垂直縱向剖面圖；圖3A1至3E1是端示圖，并且圖3A2至3E2是橫向剖面圖，它們說明了本發(fā)明的各種實施例，圖3F1是端示圖，并且圖3F2是橫截面示圖，它們說明了現(xiàn)有技術的實施例；圖4是由本發(fā)明的磁鐵L2∶L1的比率得到的轉矩特征圖；圖5是由本發(fā)明的磁鐵的拐角R的半徑與內半徑的比率得到的磁性和質量(成本)的特征圖；圖6A是縱向剖面圖，圖6B是橫向剖面圖，它們示出了應用了本發(fā)明的磁鐵結構的無芯電動機；圖7A是縱向剖面圖，圖7B是橫向剖面圖，它們示出了應用了本發(fā)明的磁鐵結構的無槽有芯電動機；以及圖8是JP-A-7-059322中描述的小型直流(DC)電動機的橫向剖面圖。
具體實施例方式
下面將基于附圖來詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。然而，應該理解，這并不意味著將本發(fā)明限于特定實施例。
(實施例1)圖1A至1L示出了說明性示圖，在與現(xiàn)有同類產品進行比較的同時說明了本發(fā)明的小型直流電動機的特點。
圖1A至1D是示出了利用鐵氧體磁鐵的現(xiàn)有通用直流電動機的結構的示圖，其中，圖1A是按圖1C中的箭頭a所指示的方向看時一側的示圖，圖1B是沿著圖1C中的線b-b的橫向剖面圖，圖1C是沿著圖1B中的線c-c的剖面圖，并且圖1D是按圖1C中的箭頭d所指示的方向看時另一側的示圖。
在圖1A至1D中，采用這樣的結構，其中，在旋轉方向上被磁化為N極和S極、且每一個均具有弧形剖面的兩個磁鐵105以沿著圓筒狀電動機架106的側壁的方式軸對稱地設置，兩個磁鐵105之間設置有縫隙。
在此例中，當采用直徑23mm的轉子的結構時，電動機架的直徑為35.8mm。
圖1E至1H是示出了利用釹磁鐵的現(xiàn)有直流電動機的結構的示圖，其中，圖1E是按圖1G中的箭頭e所指示的方向看時一側的示圖，圖1F是沿著圖1G中的線f-f的橫向剖面圖，圖1G是沿著圖1F中的線g-g的剖面圖，并且圖1H是按圖1G中的箭頭h所指示的方向看時另一側的示圖。
在圖1E至1H中，采用這樣的結構，其中，在旋轉方向上被磁化為N極或S極、且每一個均具有弧形剖面的四個磁鐵111以沿著圓筒狀電動機架112的側壁的方式軸對稱地設置。在轉子直徑相同的情況下，通過把磁鐵等級從最大能量乘積((BH)max)相對較小的圖1A中所示的鐵氧體磁鐵((BH)max(BaO·6Fe2O3)··13(J/m3×103)，(BH)max(SrO·6Fe2O3)··17(J/m3×103))改變?yōu)樽畲竽芰砍朔e((BH)max)相對較大的本例中的釹磁鐵((BH)max(Nd2Fe14B)··180(J/m3×103))，可減小電動機架的直徑。在一個示例中，在采用具有直徑為23mm的轉子的結構時，電動機架的直徑變?yōu)?2mm。
圖1I至1L是示出了利用釹磁鐵的本發(fā)明的小型直流電動機的結構的示圖，其中，圖1I是按圖1K中的箭頭i所指示的方向看時一側的示圖，圖1J是沿著圖1K中的線j-j的橫向剖面圖，圖1K是沿著圖1J中的線k-k的剖面圖，并且圖1L是按圖1K中的箭頭1所指示的方向看時另一側的示圖。
在圖1I至1L所示的小型直流電動機1中，采用這樣的結構，其中，在旋轉方向上被磁化為N極或S極、且每一個均具有弧形剖面的四個磁鐵2以沿著筒狀電動機架3的側壁的方式軸對稱地設置，從而被形成為環(huán)形。
電動機架3具有筒狀部分4和端板部分5，筒狀部分4具有恒定厚度，并且具有包括四邊和連接部分的形狀的橫截面，每一連接部分連接四邊中相鄰的兩邊，并且位于包括所述四邊的四邊形的相應角的內側，端板部分5中具有軸7通過的開口。尤其是，在此例的情況下，連接部分具有由弧形環(huán)繞的形狀，所述弧形構成了其圓心與軸7的中心同心的圓周的一部分。
將由樹脂制成的端蓋6裝配在電動機架3的筒狀部分4的開口端。端蓋6具有軸7通過的開口和電刷，所述電刷適于與要被設置在軸7上的換向器接觸，并且其端部被固定地壓配到端蓋上。
磁鐵2在其內側為圓周表面，并且與電動機架外側相吻合的接觸。
在該例中，當采用具有轉子直徑為23mm的結構時，電動機架的最短外徑變?yōu)?8.5mm。
另外，要被采用的磁鐵2的材料并非不同于利用釹磁鐵的圖1(e)所示的現(xiàn)有直流電動機的材料。
當考慮到迄今為止所描述的內容時，根據(jù)本發(fā)明的小型直流電動機1，通過采用小型直流電動機1包括以下電動機架3和磁鐵的結構，即，所述電動機架3包括一筒狀部分4，所述筒狀部分4具有恒定厚度并且具有包括四邊和連接部分的形狀的橫截面，每一連接部分連接所述四邊中相鄰的兩邊，并且位于包括所述四邊的四邊形的相應角的內側，所述磁鐵內側具有圓周表面并且其外側與所述電動機架相吻合的接觸，本發(fā)明的小型直流電動機1具有以下特征，即，電動機架3的剖面區(qū)可被最小化，同時保持維持驅動性能所需的磁性(根據(jù)旋轉的正弦曲線特性)，并且當從剖面看時，因為在電動機架3的側壁上形成有包括由直線構成的邊的平面，所以，可容易地安裝電動機架3。
(磁鐵形狀)
在構成直流電動機的組成部分中，磁鐵是最昂貴的部分，因此需要在保持電動機性能的同時使其質量最小化。
下面將描述本發(fā)明的磁鐵，同時將與JP-A-07-059322中公開的現(xiàn)有磁鐵進行比較。
圖2A和2B示出了說明性示圖，通過與現(xiàn)有示例中的電動機架和磁鐵進行比較說明了本發(fā)明的電動機架和磁鐵的特性。
具體地講，在此示出的示圖是JP-A-07-059322中描述的現(xiàn)有磁鐵(參照圖3F1和3F2)、圖1J中示出的本發(fā)明的磁鐵(參照圖3C1和3C2)、將在稍后描述的對于具有不規(guī)則八邊形的代表性電動機架的磁鐵(參照圖3B1和3B2)之間的比較示圖。
圖2A示出了電動機架的各個橫向剖面圖，并且圖2B示出了磁鐵的一個磁極的放大的垂直剖面。
首先將描述磁鐵的形狀。
在圖2B中，當磁鐵的各個磁極的剖面在它們的內表面彼此對準時，JP-A-07-059322中描述的現(xiàn)有磁鐵的剖面采用由實線表示的形狀f4，圖1J中示出的本發(fā)明的磁鐵的剖面采用由虛線表示的形狀c4，并且對于不規(guī)則八邊形側壁的磁鐵的剖面采用由點劃線表示的形狀b4。
根據(jù)本發(fā)明的形狀b4和c4是在現(xiàn)有形狀f4的角在從磁鐵的內表面的直接變形時得到的。
當在現(xiàn)有形狀f4的角從磁鐵的內表面直接變形時得到的形狀由距軸中心的徑向寬度表述時，在形狀b4的情況下，旋轉方向上的兩端的最大寬度L2b與寬度L1b(＝L1c)的比率被設在2.0≤L2b/L1b≤3.0范圍內，并且在形狀c4的情況下，旋轉方向上的兩端的最大寬度L2c與最小寬度L1c的比率被設在2.0≤L2c/L1c≤3.0范圍內。(比率)接下來，將說明把最小寬度/最大寬度的比率設置在1∶2到1∶3的范圍內的原因。
通過使用圖1I到1L中所示的本發(fā)明的小型直流電動機來得到下面表1和表2中所示的測量數(shù)據(jù)。所使用的電動機由具有直徑23mm的轉子和具有最短直徑28.5mm的電動機架構成。
圖4是由磁鐵的L2∶L1比率得到的轉矩特征圖。圖4中示出的數(shù)據(jù)是通過使用圖1J所示的磁鐵測量到的數(shù)據(jù)，并且總結在下面表1中。
表1由磁鐵的L2∶L1比率得到的轉矩特性

在以上所示的轉矩特性中，L2與L1的比率的范圍2.0≤L2/L1≤3.0與起動轉矩相對較大并且齒槽轉矩相對較小的區(qū)域相對應。
接下來，將描述圖1J中示出的磁鐵(參照圖3C1和3C2)的角所圍成的形狀。
圖5是與本發(fā)明的磁鐵的拐角R的半徑與內半徑的比率相關的磁性和質量(成本)的特征圖。圖5所示的數(shù)據(jù)是通過使用圖1J中所示的磁鐵測量的數(shù)據(jù)，并且總結在以下表2中。
表2磁鐵的拐角R的半徑與內半徑的比率相關的磁性和質量(成本)


將磁鐵拐角R的半徑與內直徑的比率(即，該磁鐵的拐角的曲率半徑相對于內直徑(半徑))設置在65％到85％的范圍內，作為滿足實現(xiàn)以下情況的條件的范圍，所述情況為，由磁鐵的拐角R的半徑(形成磁鐵外曲面的弧形的半徑長度)與內半徑(形成內曲面的弧形的半徑長度)的比率得到的磁性處在相對較高的范圍內，同時，由磁鐵的拐角R的半徑與內半徑的比率得到的質量特性，即用成本表示質量的特性處在相對便宜的范圍內。
結果，在磁鐵的角圍成的形狀(R)的情況下，設置以下兩個條件之一或全部(1)把磁鐵的寬度L2與寬度L1的比率設置在2.0≤L2/L1≤3.0范圍內的條件；以及(2)把磁鐵的拐角R的半徑與內半徑的比率設置在65％到85％范圍內的條件。
另一方面，在用于不規(guī)則八邊形電動機架的磁鐵(參照圖3B1和3B2)的情況下，所述角形成為在沿圖2B中形狀b4所示的直線進行直線切割之后得到的形狀。盡管基本上可任意設置該直線的斜度，但是，該直線的斜度被設置為與按一半徑所劃的弧形相切的切線的斜度，所述半徑是從形成了所述磁鐵的內曲面的弧形的中心延伸的，該直線的斜度或被設置為當從剖面看時由磁鐵的外部直邊部分預先確定的角度，或者被設置為與所述電動機架的多邊形形狀匹配的角度。
在用直線以直線方式切割所述角而得到所述形狀的情況下，把磁鐵的寬度L2與寬度L1的比率設置在2.0≤L2/L1≤3.0范圍內的條件是必需的。
另外，在本發(fā)明的小型直流電動機中，可在沿著圓周表面的一個方向上把磁鐵交替磁化為不同磁極，或者可把磁鐵的磁化部分彼此分開。而且，磁化為不同磁極的磁鐵的部分可具有與電動機架的連接部分相吻合的接觸的部分。
(電動機架的形狀)圖2A是示出電動機架的剖面的外部形狀的示圖。
在該圖中，在JP-A-07-059322中描述的現(xiàn)有電動機架構成了以實線表示的形狀f3，圖1J中所示的本發(fā)明的電動機架構成了以虛線表示的形狀c3，并且本發(fā)明的不規(guī)則八邊形電動機架構成了由點劃線表示的形狀b3。當與現(xiàn)有示例的形狀f3進行比較時，可見本發(fā)明的形狀c3和b3分別構成了其角被大量切去的形狀，減少了由電動機架占用的空間。另外，由于在弧形的兩側形成有直邊，所以可穩(wěn)定地安裝而不會振動。
另外，在本發(fā)明的小型直流電動機中，每一連接部分具有弧形、與磁鐵的圓周表面的半徑成比例的弧形、或直線形。
而且，電動機架3的剖面形狀可為具有2(n+1)個邊和角的形狀，并且n表示正整數(shù)。根據(jù)該結構，電動機架3的筒狀部分4的基本形狀(角部塌縮之前得到的形狀)可具有例如四邊形、六邊形、八邊形...
(實施例2)下面將通過與現(xiàn)有示例中的磁鐵和電動機架相比較來說明本發(fā)明的磁鐵和電動機架。
圖3A1至3E1和圖3A2至3E2示出了描述本發(fā)明的各個實施例的說明性示圖。注意，在圖3A1至3E1和圖3A2至3E2中，圖號后綴為“1”的示圖是示出了電動機架的端板的示圖。換言之，它們是示出了電動機架的各個外部形狀的示圖。圖號后綴為“2”的示圖是示出了電動機架的各個剖面的示圖。
在圖3A1和3A2中，當從剖面看時，電動機架3a基本上采用圓形，并且磁鐵2a形成為這樣的形狀，該形狀保證了對于保持電動機性能所必須的磁鐵導磁性，該形狀抑制了磁極改變?yōu)樽钚挾鹊拇盆F的寬度，該形狀使得L1∶L2的比率，即，磁極被改變的部分(最薄部分)的徑向厚度L1與磁極的中心部分(最厚部分)的徑向厚度L2的比率，被設置在1∶2到1∶3的范圍內，并且該形狀留下了直邊。
在圖3B1和3B2中，當從剖面看時，電動機架3b形成為不規(guī)則八邊形，并且磁鐵2b形成為這樣的形狀，其中，L1∶L2的厚度比率落在1∶2到1∶3的范圍內，并且留下了直邊。其它要求與圖3A1和3A2中的要求相同。
在圖3C1和3C2中，當從剖面看時，通過組合直線和弧形來構造電動機架3c，并且L1∶L2的比率，即，磁極被改變的部分(最薄部分)的徑向厚度L1與磁極的中心部分(最厚部分)的徑向厚度L2的比率，被設置在1∶2到1∶3的范圍內，此外，由磁鐵2c外部弧形構造的磁鐵2c的拐角R的半徑被設置在磁鐵2c的內半徑(內側半徑)的65％到85％的范圍內。
這些是電動機架3c的徑向厚度薄到如此程度而未引起實際問題的情況的條件。然而，在電動機架3c的厚度引起實際問題的情況下，需要針對與磁鐵2c相吻合的接觸的電動機架3c的內側的情況建立一條件。可選的，考慮到電動機架3c的厚度，可針對電動機架3c的外側設置一條件。
在圖3D1和3D2中，當從剖面看時，示出了具有8極和12槽的電動機的形狀，并且該電動機的形狀以類似于其它示例中的電動機的形狀的方式構造。電動機架3d具有與圖3B1和3B2所示的方式相同的方式顯示的形狀。這樣構造磁鐵2d，即，分別在電動機架3d的角部布置8極，并且L1∶L2的比率，即，磁極被改變的部分(最薄部分)的徑向厚度L1與磁極的中心部分的徑向厚度L2的比率，被設置在1∶2到1∶3的范圍內。
在圖3E1和3E2中，當從剖面看時，電動機架3e與圖3C1和3C2中所示的電動機架相同，并且對于每一要被獨立固定的磁鐵2e的磁極，采用在相鄰磁鐵之間設置縫隙8的結構。L1∶L2的比率，即磁鐵2e的徑向最小厚度L1與磁極的中心部分的徑向最大厚度L2的比率，被設置在1∶2到1∶3的范圍內，此外，由磁鐵2e外部弧形構造的磁鐵2e的拐角R的半徑被設置在磁鐵2e的內半徑(內側半徑)的65％到85％的范圍內。通過采用該結構，可提供與不在相鄰磁鐵之間設置縫隙的本發(fā)明的小型直流電動機相同的功能和優(yōu)點。
縫隙中的空間被優(yōu)選地設置在電動機驅動性能未下降的范圍內。
(實施例3)圖6A和6B示出了應用了本發(fā)明的磁鐵結構的無芯電動機的剖面圖。
圖6A是沿著圖6B中的線n-n的剖面圖，并且圖6B是沿著圖6A中的線m-m的橫向剖面圖。本發(fā)明的小型直流電動機包含本發(fā)明的無芯電動機29。
該無芯電動機29包括可旋轉的裝配在電動機架30內的一個電樞，該電動機架30包括換向器模37、電樞繞組成型元件38和軸7。
無芯電動機29的電動機架30包括筒狀部分31、與筒狀部分31、連續(xù)設置的端板部分32、和與端板部分32連續(xù)設置的軸承座部分33。在軸承座部分33的內部，軸7由彼此分離從而分別設置在軸承座部分33的上下端的兩個軸承34、35旋轉地支撐。軸7的一端與底板36鄰接。換向器模37設置在軸7上。
換向器模37包括由樹脂構成并且以環(huán)繞電動機架30的軸承座部分33的圓周的方式設置的筒狀部分37a、與筒狀部分37a的一端相連設置并且固定到軸7的內環(huán)板部分37b、以及以從筒狀部分37a的另一端徑向地向外凸出的方式設置在筒狀部分37a的另一端上的外環(huán)板部分37c，并且換向器片39a、和與換向器片39a連續(xù)以構造到電樞繞組成型元件38的進給路的升高片39b以隨其整體嵌入的方式部分地鑄造在換向器模37中。升高片39b的徑向外側經金屬延長片構成的抽頭38a與電樞繞組成型元件38電連接，并且以必要的強度支撐該電樞繞組成型元件38。與換向器片39a接觸的一對電刷40安裝在固定到底板36的端子41上。
電樞繞組成型元件38采用這樣的結構，即，電樞繞組繞成的線圈為細筒狀，其后由樹脂固定，在到線圈頂端的線路上有抽頭38a，從而通過該抽頭38a與升高片39b相連。內軛42和場磁鐵43以把電樞繞組成型元件38保持在它們之間的旋轉側上的方式安置在固定側上。內軛42包括面對電樞繞組成型元件38的筒狀部分42a和安置在底板36上的彎曲部分42b。以將場磁鐵43的磁中心布置成與連接部分45相匹配的方式布置場磁鐵43，連接部分45把電動機架30的單獨側面44連接到一起。
內軛42的筒狀部分42a與場磁鐵43中產生的磁通量短接，從而減少磁通量泄漏。
電動機架30包括筒狀部分31、與筒狀部分31連續(xù)設置的端板部分32、和與端板部分32連續(xù)設置的軸承座部分33，所述筒狀部分31具有恒定厚度并且具有包括四邊44和連接部分45的形狀的橫截面，每一連接部分45連接所述四邊44中相鄰的兩邊，并且位于包括所述四邊44的四邊形的相應角的內側。在筒狀部分31的剖面中，彼此分開的邊44在角部45通過弧形彼此連接。軸承座33為筒狀。通過將電動機架30的筒狀部分31的形狀基本上形成為四邊形，該四邊形具有與場磁鐵43的磁化的磁極數(shù)量相同數(shù)量的角部，從而，能夠在不減小場磁鐵43的磁極的中心部分的厚度的情況下減小電動機的尺寸。
相對于電動機架30的筒狀部分31的內徑來設置電樞繞組成型元件38的外徑，從而，在電樞繞組成型元件38的外徑最接近筒狀部分31的內徑的位置，即，在本實施例的情況下在每一邊44的中心位置的位置上，在筒狀部分31和電樞繞組成型元件38之間在場磁鐵43的兩端沿旋轉方向上僅設置所需的最小氣隙G和寬度L1。在圖6所示的示例中，在每一邊44的中心部分進行這樣的設置。
氣隙G主要由兩個組成部件的精確性，即，電動機架30的內徑的精確性和電樞繞組成型元件38的外徑精確性來確定。因此，氣隙G取大約0.1mm到0.5mm的值作為實際尺寸。
將電動機架30的角部45內側上的弧形的半徑設置為從軸7的中心到位于軸7側的場磁鐵43的內側部分43a的弧形表面的長度的5％到85％范圍內的任意值，因此，電樞繞組成型元件38可被安置為在未被與安置的位置有關的場磁鐵43限制的情況下直徑放大，因此，可增加電樞繞組的繞數(shù)，從而增加了要產生的轉矩。優(yōu)選地是，電動機架30的連接部分45的弧形的半徑被設置為從軸7的中心到位于軸7側的場磁鐵43的內側部分43a的弧形表面的長度的65％到85％范圍內的任意值。
例如，場磁鐵43由釹磁鐵(Nd-Fe-B)等構成，在徑向或旋轉方向上被磁化，并且以彼此分開的方式被分別布置在具有四邊形剖面的筒狀部分31的連接部分45處。
場磁鐵43的剖面形狀為內側部分43a(位于與電樞繞組成型元件38相吻合的一側)呈半徑從軸7的中心開始的弧形，同時使外側部分43b固定到電動機架30的筒狀部分31的內表面31a。內側部分43a和外側部分43b之間的連接部分43c具有一角度，在該角度下連接部分43c與電動機架30的筒狀部分31的內表面31a以直角相交，但是連接部分43c也可具有任意角度。
具體地講，在小型直流電動機1中，為了使在很大程度上影響電動機性能的場磁鐵43的(BH)max(最大能量乘積)和構成旋轉元件的磁性組成部分的電樞繞組成型元件38的外徑尺寸之間的關系最優(yōu)化，設置以下兩個條件之一或全部(1)把磁鐵的寬度L2與寬度L1的比率設置在2.0≤L2/L1≤3.0范圍內的條件；以及(2)把磁鐵的拐角R的半徑與內半徑的比率設置在65％到85％的范圍內。
場磁鐵43可以具有諸如在沿著圓周表面的一個方向上交替磁化為不同磁極的部分，或者場磁鐵43的磁化部分可彼此分開，或者磁化為不同磁極的場磁鐵43的每一部分可具有與磁體框架30的連接部分45相吻合的接觸的部分。
通過采用這種結構，可增加電樞繞組成型元件38的有效磁通量，進而可增加電樞繞組成型元件38的纏繞區(qū)域，并且可抑制作為電動機元件昂貴的要被使用的場磁鐵43的數(shù)量，因此提高了要產生的轉矩，同時減小了電動機尺寸，從而減小了電動機的成本和體積。
如上所述，可以以不同方式改變電動機架30和場磁鐵43的結構。
在實施例3的無芯電動機中，由于相對于電動機架30的筒狀部分31的內徑來設置電樞繞組成型元件38的外徑，從而在電樞繞組成型元件38的外徑最接近筒狀部分31的內徑的位置，即，在本實施例的情況下在每一邊44的中心位置的位置，在筒狀部分31和電樞繞組成型元件38之間設置場磁鐵43的所需的最小氣隙G和所需的最小寬度L1，所以，可提高電樞繞組成型元件38的徑向長度，因此，可提高繞組間隙，從而可使得電樞繞組成型元件38的直徑最大化以提高起動轉矩，同時使要使用的昂貴的場磁鐵43的數(shù)量最少，由此可減小電動機的尺寸。
另外，由于電動機架30的筒狀部分31的形狀形成為其連接部分45的數(shù)量與場磁鐵43的磁化了的磁極數(shù)量相同的四邊形，所以，可在不減小實現(xiàn)了正弦曲線磁性的場磁鐵43的磁極的中心部分的厚度的情況下減小電動機的尺寸。
另外，由于換向器模37的形狀包括以環(huán)繞電動機架30的軸承座部分33的方式設置的筒狀部分37a、與筒狀部分37a的一端相連設置并且固定到軸7的內環(huán)板部分37b、以及以從筒狀部分37a的另一端徑向地向外凸出的方式設置在筒狀部分37a的另一端上的外環(huán)板部分37c，可以在保證換向器片39a和電刷40之間的接觸空間的同時為了穩(wěn)定支撐而使兩個軸承34、35以彼此分開的方式設置這兩個軸承34、35，從而使得內軛42的筒狀部分42a在軸向上形成得很長。
可在外環(huán)板部分37c和電樞繞組成型元件38的外表面上設置樹脂加固膜，從而構成防震結構。抽頭38a和升高片39b通過焊接連接到一起。抽頭38a為條形，并且在其一部分上設置彎曲段以便給予彈力。
由于將場磁鐵43和內軛42設置為彼此相對同時將電樞繞組成型元件38設置在它們之間，所以可將磁性材料的磁路(內軛42等)設置得很長，并且可將磁路的磁阻抑制為很低的水平，從而能夠抑制磁通密度下降。另外，不必說的是，還能抑制齒槽轉矩。
(實施例4)圖7A和7B示出了應用了本發(fā)明的磁排列結構的無槽有芯電動機的剖面圖。
圖7A是沿著圖7B中的線p-p的剖面圖，并且圖7B是沿著圖7A中的線o-o的橫向剖面圖。本實施例的無槽有芯電動機也包括在本發(fā)明的小型直流電動機中。
本發(fā)明的無槽有芯電動機47構成為，代替了實施例3中所述的無芯電動機的內軛42，以接觸電樞繞組成型元件38的內側的方式設置可移動背軛46，并且可移動背軛46由換向器模37支撐?？梢苿颖耻?6由混入了磁性材料的樹脂或磁性材料制成，其不具有槽，并且為類似于電樞繞組成型元件38的筒狀。
如在實施例3中那樣場磁鐵43構造為具有四個磁極，并且包括一對N極磁鐵43MNL和S極磁鐵43MSL、以及一對N極磁鐵43MNS和S極磁鐵43MSS。該實施例的特征在于利用具有相同的磁通密度的一對N極磁鐵和S極磁鐵作為一個單元。可組合具有不同磁通密度的磁鐵。排列磁鐵，使得它們相對于軸(旋轉軸)7的中心以均勻分散的角度布置。
例如，為了指示磁通量滲透路徑，從具有N極的場磁鐵43MNL產生的磁通量經由按電樞繞組成型元件38、可移動背軛46、電樞繞組成型元件38、具有S極的場磁鐵43MSL、和電動機架30順序排列的路徑滲透。由于磁阻變高的位置僅位于沿此路徑的磁鐵NML和磁鐵MSL與電樞繞組成型元件38之間的氣隙，可將電動機構造為與實施例3中的無芯電動機相比具有大磁通密度和大轉矩。
另外，由于可移動背軛46設置在電樞繞組成型元件38內側，與實施例3中的無芯電動機相比，慣性力變得很大，并且提供了平滑的旋轉。
盡管在將實施例應用于內轉子電動機時描述了實施例，但是，在將一軸設置在電動機架上，在該電動機架中設置有場磁鐵、繞組固定在電動機架上、且驅動電流流經這些繞組的情況下，本發(fā)明也可被構造為外轉子電動機。另外，在將外部電源給予用于旋轉的軸的情況下，本發(fā)明也可被構造為振蕩器。
在不改變功能的情況下，可以以適當?shù)胤绞讲煌亟M合迄今為止所描述的結構。
允許電樞部件既在以預定分散角度排列的磁鐵內側旋轉，又在其外側旋轉。
除了迄今為止所描述的實施例之外，可結合獨立結構來構造具有任意性能的小型直流電動機。
本發(fā)明要求2005年5月27日提交的日本專利申請(JP2005-156248)、和2005年12月1日提交的日本專利申請(JP2005-348016)的外國優(yōu)先權，它們的內容在此引作參考。
權利要求
1.一種小型直流電動機，包括電動機架，所述電動機架包括一筒狀部分，所述筒狀部分具有恒定厚度并且具有包括四邊和連接部分的形狀的橫截面，每一連接部分連接所述四邊中相鄰的兩邊，并且位于包括所述四邊的四邊形的相應角的內側；以及磁鐵，其內側具有圓周表面并且其外側與所述電動機架相吻合的接觸。
2.如權利要求1所述的小型直流電動機，其中，每一連接部分為弧形。
3.如權利要求1所述的小型直流電動機，其中，每一連接部分為弧形，所述弧形與所述磁鐵的圓周表面的半徑成比例。
4.如權利要求1所述的小型直流電動機，其中，每一連接部分為直線形。
5.如權利要求1所述的小型直流電動機，其中，所述電動機架的橫截面的形狀為具有2(n+1)個邊和角，并且n表示一正整數(shù)。
6.如權利要求1所述的小型直流電動機，其中，所述磁鐵包括在沿著圓周表面的一個方向上交替磁化為不同磁極的部分。
7.如權利要求6所述的小型直流電動機，其中，磁化的部分彼此分開。
8.如權利要求6所述的小型直流電動機，其中，磁化為不同磁極的部分與所述電動機架的連接部分之一接觸。
9.如權利要求1所述的小型直流電動機，其中，所述磁鐵的徑向上最小寬度與最大寬度的比率范圍為從1∶2到1∶3。
10.如權利要求3所述的小型直流電動機，其中，所述連接部分的弧形與所述磁鐵的圓周表面的半徑的比的范圍為從65％到85％。
11.如權利要求1所述的小型直流電動機，其包括旋轉地安置在所述電動機架內的電樞部件，其中，所述電樞部件包括由磁線繞成的筒狀線圈的電樞繞組成型元件；以及內軛，其包括以面對所述電樞繞組成型元件的方式固定的筒狀部分。
12.如權利要求1所述的小型直流電動機，其包括旋轉地安置在所述電動機架內的電樞部件，其中，所述電樞部件包括由磁線繞成的筒狀線圈的電樞繞組成型元件；以及筒狀可移動背軛，其與所述電樞繞組成型元件的內側接觸。
全文摘要
一種小型直流電動機包括電動機架，所述電動機架具有一筒狀部分，所述筒狀部分具有恒定厚度并且具有包括四邊和連接部分的形狀的橫截面，每一連接部分連接所述四邊中相鄰的兩邊，并且位于包括所述四邊的四邊形的相應角的內側；所述電動機架還具有磁鐵，所述磁鐵內側具有圓周表面并且其外側與所述電動機架相吻合的接觸。
文檔編號H02K1/17GK1870398SQ200610092439
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月29日 優(yōu)先權日2005年5月27日
發(fā)明者黑田稔 申請人:美蓓亞松下馬達有限公司