專利名稱：小型電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠防止由轉(zhuǎn)軸晃動所引起的噪聲和搖擺回旋等情況的小型電動機。
圖26、27示出極普通的帶鐵心小型電動機的例子。在圖26、27中，杯狀機殼1的開口端固定端有端板2。在機殼1的底部中央及端板2的中央通過深沖加工形成圓筒部，其中分別壓入燒結(jié)含油軸承3、3，由這兩個軸承支承轉(zhuǎn)軸4自由旋轉(zhuǎn)。在機殼1內(nèi)部，轉(zhuǎn)軸4壓入轉(zhuǎn)子鐵心5的中心孔中。轉(zhuǎn)子鐵心5具有適當數(shù)量(圖中為3個)的凸極，在各凸極上卷繞驅(qū)動線圈6。機殼1的內(nèi)周面上固定環(huán)狀的驅(qū)動用磁鐵8，磁鐵8的內(nèi)周面與轉(zhuǎn)子鐵心5的外周面隔開適當間隙，彼此相對。上述轉(zhuǎn)子鐵心5和驅(qū)動線圈6構(gòu)成轉(zhuǎn)子10。通過固定在轉(zhuǎn)軸4上的整流子7和電刷9，向驅(qū)動線圈6供電，并且根據(jù)轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)位置切換電流，從而連續(xù)地驅(qū)動轉(zhuǎn)子10旋轉(zhuǎn)。
為了使上述小型電動機容易組裝，并且防止軸承3和轉(zhuǎn)軸4發(fā)熱膠著，如圖28所示，在軸承3與轉(zhuǎn)軸4之間有必要設置適當?shù)拈g隙。圖28中將間隙11極端地夸大了。如上所述，在軸承3與轉(zhuǎn)軸4之間設置間隙11，則轉(zhuǎn)子10由于磁場的吸引力而在上述間隙11的范圍內(nèi)振動，轉(zhuǎn)軸4沖撞軸承3，產(chǎn)生噪音。另外，如圖29所示，轉(zhuǎn)軸4搖擺回旋，描出一個圓錐體。若將這樣的小型電動機用作為盤片驅(qū)動裝置的主軸電動機，則會發(fā)生由于振動和搖擺回旋而產(chǎn)生信息號讀出誤差的問題?；蛘哂糜谝繇懫鞑臅r，會存在錄、放音失真情況惡化的問題。
因此，為了防止小型電動機的噪聲和搖擺回旋，而形成各種方案。實開昭62-115765號或?qū)嶉_平1-113558號公報中記載的方案即為其例。這些方案將磁場對轉(zhuǎn)子鐵心的磁力設置成不平衡狀態(tài)，使轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)偏向一定的方向。具體而言，使轉(zhuǎn)子的中心偏置，又將驅(qū)動磁鐵的厚度連續(xù)改變，有意使轉(zhuǎn)子鐵心與磁鐵的間隙不均勻，或者將截面呈C型的多塊磁鐵以不等的間隔配置，或者局部改變磁鐵的磁化強度。此外，可采用截面呈C型而材料不同的多塊磁鐵，或者在截面呈C型的多塊磁鐵中形成通孔、切口、凹坑等，使磁鐵變形。
但是，上述已有的小型電動機存在下列問題。①由于磁鐵和轉(zhuǎn)子鐵心的間隙增大、磁中性點偏離、不飽和磁化等因素，所發(fā)生的力矩減小。②磁鐵中通孔、缺口、凹坑等的形成使磁鐵成本增大，組裝時要監(jiān)督磁鐵的方向，因而組裝成本提高。③使磁鐵的厚度、寬度、長度、內(nèi)徑的偏心量等產(chǎn)生差異，會增加部件的種類，管理變得復雜。④為了使磁鐵軸向(スラスト方向)固定位置形成差異，需要特殊的裝置和工序。⑤由于磁力不平衡，轉(zhuǎn)速的不均勻、力矩波動以及齒槽效應力矩會增強。
圖30示出上述已有小型電動機的結(jié)構(gòu)與力矩降低、轉(zhuǎn)速不均、力矩波動增大、齒槽效應力矩增加的關(guān)系。圖中，S、N分別表示磁極，○表示非磁化部，Lc表示與磁鐵相對的鐵心的軸向磁中心位置。圖30(a)、(b)是特開昭62-115765號公報中記載的例子，它局部改變轉(zhuǎn)子鐵心與磁極的間隙或磁化情況，其局部磁通降低，因而，力矩有損失，轉(zhuǎn)速也變得不均勻。圖30(c)、(d)是上述公報中記載的其它例子，它將非磁化部寬度設置成有差異，磁化位置偏離了能夠得到最大性能的位置，因而齒槽效應增大，且力矩有損失。圖30(e)、(f)是上述公報中記載的又一例子，磁極的寬度有差異，在寬度小的磁極部分力矩有損失，此外，齒槽效應也增大。圖30(g)、(h)如實開平1-113558號公報圖2實施例那樣，連續(xù)性地改變磁鐵與鐵心的間隙，磁通密度的分布因磁極而異，故而力矩波動增大。圖30(i)、(j)如上述公報

圖12實施例那樣，改變磁鐵的厚度，從而連續(xù)性地改變氣隙寬度，齒槽效應增大。
本發(fā)明為解決上述已有技術(shù)的問題而作，目的在于提供一種小型電動機，其磁場對轉(zhuǎn)子鐵心的磁力處于不平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)朝一定方向偏移，同時，力矩不會降低，并能防止轉(zhuǎn)速不均、力矩波動以及齒槽效應力矩的增大。
圖1是本發(fā)明的小型電動機第1實施例的正剖視圖。
圖2是圖1中A-A線處的剖視圖。
圖3是上述實施例中磁鐵的展開圖和磁通密度分布圖。
圖4是側(cè)剖視圖，示出本發(fā)明中沿徑向加在轉(zhuǎn)軸上的力。
圖5是上述徑向作用力各種情況的斜視圖。
圖6是本發(fā)明的小型電動機第2實施例的側(cè)剖視圖。
圖7是圖6中的C-C、D-D、E-E線各處的剖視圖。
圖8是上述實施例中磁鐵及其變形例的展開圖和磁通密度分布圖。
圖9是上述實施例的側(cè)剖視圖。
圖10是本發(fā)明的小型電動機第3實施例的正剖視圖。
圖11是上述實施例中磁鐵及其變形例的展開圖和磁通密度分布圖。
圖12是本發(fā)明的小型電動機第4實施例的側(cè)剖視圖。
圖13是上述實施例中磁鐵的展開圖和磁通密度分布圖。
圖14是本發(fā)明的小型電動機第5實施例不同位置處的正剖視圖。
圖15是上述實施例中磁鐵的展開圖和磁通密度分布圖。
圖16是本發(fā)明的小型電動機第6實施例的磁鐵展開圖和磁通密度分布圖。
圖17是本發(fā)明的小型電動機另一實施例各種磁鐵展開圖和磁通密度分布圖。
圖18是本發(fā)明的小型電動機再一實施例的磁鐵展開圖和磁通密度分布圖。
圖19是上述實施例的側(cè)剖視圖。
圖20是上述實施例的正剖視圖。
圖21是本發(fā)明的小型電動機第7實施例的縱剖視圖。
圖22是圖21中C-C、D-D、E-E線處的橫截面圖。
圖23是上述第7實施例和第8至第11實施例中的磁鐵展開圖及其磁通密度分布圖。
圖24是本發(fā)明的小型電動機另一實施例的橫截面圖。
圖25是本發(fā)明的小型電動機再一實施例的剖視圖。
圖26是已有小型電動機的側(cè)剖視圖。
圖27是上述電動機的正剖視圖。
圖28是顯示上述已有實例中轉(zhuǎn)軸與軸承關(guān)系的正剖視圖。
圖29是顯示上述已有實例中轉(zhuǎn)軸搖擺旋轉(zhuǎn)情形的斜視圖。
圖30是已有小型電動機中各種磁鐵的展開圖和其磁通密度分布圖。
在說明本發(fā)明的各個實施例之前，先對在軸承中使轉(zhuǎn)軸朝一定方向偏移的作用力的方向進行定義。在圖4中，轉(zhuǎn)軸24兩個端部由軸承23、23支持。在轉(zhuǎn)軸24上一體化設置轉(zhuǎn)子鐵心25，構(gòu)成轉(zhuǎn)子30，轉(zhuǎn)子鐵心25的外周面與環(huán)狀驅(qū)動用磁鐵28的內(nèi)周面隔開一定間隙，彼此相對。將作用在轉(zhuǎn)軸24上，以防止其在軸承23、23中振動式搖擺回旋的徑向設為f。
上述磁鐵28中，如圖5所示，主磁極沿圓周方向交替設置。因此，作用在轉(zhuǎn)軸24上的徑向力根據(jù)其與主磁極的夾角定義如下f1一個主磁極圓心角的中心方向作用力。
f2相對于f1轉(zhuǎn)角錯開180°方向上的作用力。
f3相對于一個主磁極圓心角的中心方向作用力電角錯開90°方向上的作用力。
f4相對于f3轉(zhuǎn)角錯開180°方向上的作用力。
作為施加這些作用力f1～f4，從而使轉(zhuǎn)軸偏移的裝置，有圖5(a)～(d)所示各種。亦即(a).在軸承之一所支持的轉(zhuǎn)軸24的一個端部施加f1，在另一軸承所支持的轉(zhuǎn)軸24的另一端部也施加f1。
(b).在軸承之一所支持的轉(zhuǎn)軸24的一端施加f1，而在另一軸承所支持的轉(zhuǎn)軸24的另一端施加f2。
(c).在軸承之一所支持的轉(zhuǎn)軸24的一端施加f3，在另一軸承所支持的轉(zhuǎn)軸24的另一端也施加f3。
(d).在軸承之一所支持的轉(zhuǎn)軸24的一端施加f3，而在另一軸承所支持的轉(zhuǎn)軸24的另一端施加f4。
接著，對轉(zhuǎn)軸做成偏移的各個實施例進行說明。在圖1至圖3的第1實施例中，杯狀機殼21的開口端固定有端板22。在機殼21的底部中央以及端板22的中央，與前述已有實例一樣，壓入燒結(jié)含油軸承，轉(zhuǎn)軸24由該軸承支承，可自由轉(zhuǎn)動，但圖中未示出。在機殼21中，將轉(zhuǎn)軸24壓入轉(zhuǎn)子鐵心25的中心孔中。轉(zhuǎn)子鐵心25具有適當數(shù)量(圖中實施例為3個)的凸極，在各個凸極上卷繞驅(qū)動線圈26。在機殼21的內(nèi)周面上固定環(huán)狀驅(qū)動用磁鐵28，磁鐵28的內(nèi)周面與上述轉(zhuǎn)子鐵心25的外周面相對，隔開適當?shù)拈g隙。上述轉(zhuǎn)子鐵心25和驅(qū)動線圈26構(gòu)成轉(zhuǎn)子30。通過圖中未示出的整流子和電刷向驅(qū)動線圈26供電，并且根據(jù)轉(zhuǎn)子30的轉(zhuǎn)動位置切換電流，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子30連續(xù)轉(zhuǎn)動。
上述磁鐵28的厚度及軸向?qū)挾热疽恢隆Ａ硗?，磁鐵28的兩個端面28a在全圈基本符合垂直于軸線的單一平面。轉(zhuǎn)子鐵心25與磁鐵28在周圍方向上的間隙全圈基本均勻。磁鐵28不帶有通孔、缺口、凹部、凸部等特殊形狀。圖3(a)示出磁鐵28相對于轉(zhuǎn)子鐵心25一面的展開圖，N表示N極磁化部，S表示S極磁化部，O表示非磁化部，Lc表示轉(zhuǎn)子鐵心25軸向磁中心位置。磁鐵28上沿圓周方向設置相同寬度的S極主磁極MS和N極主磁極MN，在主磁極MS、MN之間設置非磁化部O。但是，在S極的主磁極MS兩側(cè)非磁化部O鄰接主磁極MS處設置輔助磁極部MP，輔助磁極部MP由S極的磁化部MPS和N極的磁化部MPN構(gòu)成，這些磁化部MPS、MPN以上述轉(zhuǎn)子鐵心25的磁力中心線Lc為軸對稱設置，剩余部分為非磁化部。另外，輔助磁極部MP也可設置在N極主磁極MN的兩側(cè)。
根據(jù)上述實施例，由于各輔助磁極部MP中S極的磁化部MPS與N極的磁化部MPN的磁力彼此抵消，因而轉(zhuǎn)動方向的磁通密度分布如圖3(b)，在轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動中起作用的磁力為主磁極MS、MN的磁力，實現(xiàn)平衡，所得小型電動機無力矩損失，齒槽效應及力矩波動小，且轉(zhuǎn)速變化少。
另外，輔助磁極部MP的兩個磁化部MPS、MPN的磁力對轉(zhuǎn)子鐵心25起吸引力的作用，同時上述兩個輔助磁化部MP、MP配置成在旋轉(zhuǎn)方向不平衡，因而兩個輔助磁化部MP、MP對轉(zhuǎn)子鐵心25的吸引力的合力在圖1中如f1所示那樣起作用，使轉(zhuǎn)軸24在軸承內(nèi)朝一定方向偏移。作用于轉(zhuǎn)軸24兩端的吸引力如圖5(a)所示，都為f1。這樣，吸引力f1起作用，使得軸承24在軸承內(nèi)朝一定方向偏移，從而轉(zhuǎn)軸24不再晃動，噪聲消失，轉(zhuǎn)軸24也不再搖擺回旋。
下面對圖6至圖9所示的第2實施例進行說明。該實施例除驅(qū)動用磁鐵28的磁化形式之外與上述實施例相同，因而對相同的結(jié)構(gòu)部分標以相同的符號，不再重復說明。另外，圖6中標號23表示燒結(jié)含油軸承，27為整流子，29是電刷。如圖8(a)所示，磁鐵28上所設的一個主磁極MS做成梯形，其軸向磁中心位置Ls相對于轉(zhuǎn)子鐵心25的磁中線Lc朝一側(cè)偏離，處于相對于主磁極MS錯開180°轉(zhuǎn)角的位置上的主磁極MN做成倒梯形，其軸向磁中心位置Ln相對于上述中心位置Ls偏離在轉(zhuǎn)子鐵心25的磁中心線Lc的另一側(cè)。主磁極MS、MN之外是非磁化部O。也可以將主磁極MS、MN的形式倒置，使Ls和Ln相對于Lc的關(guān)系與圖示例相反。
根據(jù)上述第2實施例，磁鐵28引起的磁通密度分布如圖8(b)所示，對轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力達到平衡，因而所得小型電動機無力矩損失，齒槽效應及力矩波動小且轉(zhuǎn)速不均情況減輕。另一方面，如圖9所示，在轉(zhuǎn)軸24的一端施加力f1，另一端施加力f2，轉(zhuǎn)軸24的兩端被迫在軸承23、23內(nèi)朝一定方向偏移，因而轉(zhuǎn)軸24無晃動，噪聲消失，搖擺回旋也消除。
在轉(zhuǎn)軸24的一端加力f1，在另一端加力的f2的有圖8(c)、(e)、(g)所示各例。圖8(c)例是將矩形的主磁極MS、MN沿軸向相互反向錯開設置，其磁通密度如圖8(d)所示。圖8(e)例是將平行四邊形的主磁極MS、MN沿軸向相互反向錯開設置，其磁通密度分布如圖8(f)所示。圖8(g)例將菱形的主磁極MS、MN沿軸向相互反向錯開設置，其磁通密度分布如圖8(h)所示。無論何種實施例，對轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力都處于平衡狀態(tài)，另一方面，主磁極MS軸向的磁中心位置Ls和相對主磁極MS轉(zhuǎn)角錯開180°位置處的主磁極MN軸向磁中心位置Ln分別對轉(zhuǎn)子鐵心25磁中心線反向錯開，因而轉(zhuǎn)軸24的一端加力f1，另一端加力f2，轉(zhuǎn)軸24的兩端在軸承23、23中朝一定方向偏移，所以不再晃蕩，噪聲消失，也不搖擺回旋。
下面，對圖10、11所示的第3實施例進行說明。在驅(qū)動用磁鐵28上設置S主磁極MS和N主磁極MN，在相對主磁極MS圓心角的中央位置Cs錯開90°電角的位置Cp上設置輔助磁極MP。輔助磁極MP由S極磁化部MPS和N極磁化部MPN構(gòu)成，這些磁化部MPS、MPN設置成相對于上述中心線Lc呈線對稱。其余部分為非磁化部O。上述線對稱的圖形有多種，例如有圖11(a)那樣的三角形和圖11(c)那樣的長方形。在圖11(c)例中，上述長方形的磁化部MPS、MPN設置在一個非磁化部O的兩側(cè)。圖11(e)例的磁化部MPS、MPN為三角形，主磁極MS、MN的形狀為梯形。上述各種磁化方式的磁通密度分布如圖11(b)、(d)、(f)所示。
根據(jù)上述第3實施例，各個輔助磁極部MP中的S極磁極部MPS和N極磁極部MPN磁力彼此抵消，因而對轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力處于平衡狀態(tài)，另一方面，在設置輔助磁極部MP的位置Cp錯開180°轉(zhuǎn)角處不設置輔助磁極部，即使設置的話，該部較輔助磁極部MP弱，因而對轉(zhuǎn)子鐵心25有吸引作用的那部分磁力處于平衡狀態(tài)，在轉(zhuǎn)軸24的兩端都施加徑向力f3，使該軸在軸承內(nèi)偏向一方。這樣，第3實施例與前述第1、第2實施例起到同樣的作用和效果。
下面，對圖14、15所示的第5實施例進行說明。如圖15(a)所示，磁鐵28上在S和N主磁極MS、MN之間設置非磁化部O。從主磁極MS的中央位置Cs偏轉(zhuǎn)90°電角的位置為Cp。Cp一側(cè)的非磁化部與主磁極MS的界面PS相對于上述Cp傾斜θ角。在上述Cp另一側(cè)與主磁極MS相鄰的主磁極MN和上述Cp另一側(cè)的非磁化部的界面PN相對于位置Cp與界面PS大致呈線對稱。從上述Cp偏轉(zhuǎn)180°轉(zhuǎn)角的位置為Cq。鄰接該位置Cq的N極主磁極MN與上述Cq一側(cè)的非磁化部的界面QN相對于上述Cq傾斜θ′角。在Cq另一側(cè)鄰接主磁極MN的主磁極MS與Cq另一側(cè)的非磁化部的界面QS相對于上述Cq與上界面QN大致對稱。因此，｜θ+θ′｜＝180°，但0＜｜θ｜＜90°。
上述第5實施例的磁鐵28所形成的磁通密度分布如圖15(b)所示，對轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力處于平衡。與此相對，作用于轉(zhuǎn)軸24一端的徑向吸引力為圖14(a)f4所示方向的吸引力，作用于轉(zhuǎn)軸24另一端的徑向吸引力為圖14(c)f3所示方向的吸引力，因而使轉(zhuǎn)軸24在軸承內(nèi)朝一個方向偏移，達到與前述實施例相同的作用效果。
下面對圖16所示第6實施例進行說明，如圖16(a)所示，以磁鐵28一個主磁極MS的圓心角中央位置起錯開90°電角的位置為Cp，從Cp錯開180°轉(zhuǎn)角的位置為Cq。Cp兩側(cè)S及N主磁極的Cp端軸向磁中心位置分別為LQS、LQN。主磁極MS、MN呈平行四邊形，相對于通過上述位置Cp的軸線對稱，磁中心位置LPS、LPN相對于上述線Lc處于轉(zhuǎn)軸24的一端，磁中心位置LQS、LQN相對于線Lc處于轉(zhuǎn)軸24的另一端。另外，LPS、LPN和LQS、LQN也可相對于線Lc彼此處于相反側(cè)。該第6實施例與迄今為止的第1至第5實施例起到同樣的作用效果。
此前所說明的第1-第6實施例主磁極數(shù)都是N、S各一，但本發(fā)明也適用于N、S主磁極各有P個(P是自然數(shù))，總計為2P個磁極的情況。圖17示出P＝2時的各種實施例。圖17(a)所示例子對應于圖8(a)的實施例，圖17(b)示出其磁通密度分布。圖17(c)、(e)所示例子對應于圖11的實施例，圖17(d)、(f)中示出其磁通密度分布。圖17(g)所示例子對應于圖15的例子，其磁通密度分布在圖17(h)中示出。圖17(i)所示例子對應于圖1至3的實施例，其磁通密度分布在圖17(j)中示出。圖17所示各個實施例的作用效果與對應的前述第1至第6實施例相同。
主磁極間的非磁化部也可形成磁鐵的缺口部。圖18至20示出這樣的實施例，將驅(qū)動用磁鐵38做成C字形，成為有缺口部39的磁鐵。除此之外，在主磁極部MS、MN之間形成非磁化部O，在非磁化部O上形成輔助磁化部MP，使轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)朝一定方向偏移。
參見上述各實施例的磁通密度分布圖，可以看到，它們都相對于某個點R形成大致對稱的形狀。另外，若主磁極實際徑向磁中心與相鄰主磁極磁中心之間的圓心角為α，則α約等于360°/磁極數(shù)。亦即α≈360°/2P(其中P為自然數(shù))另外，S、N磁極部與相鄰的磁極部或非磁化部的邊界并不限于例示那樣的直線，也可以是多條直線的連線或曲線。磁化部也不限于飽和磁化，例如，磁化強度分布可做成正弦波狀，帶有非飽和磁化部。作為使轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)朝一定方向偏移的裝置，單獨示出了各種例子，但也可以組合多個這樣的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的上述實施例，將對著轉(zhuǎn)子鐵心的磁鐵的磁化方式做成使對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力保持平衡，所得小型電動機會沒有力矩損失，齒槽效應及力矩波動也小，而且轉(zhuǎn)速變化小。另一方面，將上述磁鐵的磁化方式做成對轉(zhuǎn)子鐵心的吸引起作用的那部分磁力保持平衡，使轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)朝一定方向偏移，因而轉(zhuǎn)軸不會晃動，噪聲消失，轉(zhuǎn)軸的搖擺回旋也消失。
下面，對于能防止小型電動機的軸向振動并且可提高電動機力矩的小型電動機實施例進行說明。
與上述實施例相同的結(jié)構(gòu)部分標以相同的符號。
在圖21、22所示第7實施例中，在杯狀機殼21的開口端固定有端板22。在機殼21的底部中央端板22的中央圓筒部及凹入部中壓入燒結(jié)含油軸承23、23，轉(zhuǎn)軸24由該軸承23、23支承，可自由轉(zhuǎn)動。在機殼21中，轉(zhuǎn)軸24壓入轉(zhuǎn)子鐵心25的中心孔。轉(zhuǎn)子鐵心25具有適當數(shù)量的凸極(圖示的第7實施例中有3個)，在各凸極上卷繞驅(qū)動線圈26。上述轉(zhuǎn)軸24、轉(zhuǎn)子鐵心25、驅(qū)動線圈26構(gòu)成轉(zhuǎn)子30。
在機殼21的內(nèi)周面上固定環(huán)狀驅(qū)動用磁鐵28，機殼21、軸承23、23和驅(qū)動用磁鐵構(gòu)成定子32。磁鐵28的內(nèi)周面與上述轉(zhuǎn)子鐵心25的外周面隔開適當間隙，彼此相對。
通過上述轉(zhuǎn)軸24上安裝的整流子27和電刷29向驅(qū)動線圈26通電，并且根據(jù)轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)位置切換電流，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子30連續(xù)轉(zhuǎn)動。另外，轉(zhuǎn)軸24的一端接觸推力軸承，由其支承。
上述磁鐵28的厚度及軸向?qū)挾热揪鶆颉４盆F28的兩個端面28a全圈基本符合分別垂直于軸線的單一平面。轉(zhuǎn)子鐵心25與磁鐵25的徑向間隙全圈基本一樣。磁鐵28沒有梯形或者帶階差等特殊形狀。
圖22(a)是圖21所示小型電動機沿C-C線處的剖視圖，圖22(b)是D-D線處的剖視圖，圖22(c)是E-E線處的剖視圖。圖23(a)示出磁鐵28相對轉(zhuǎn)子鐵心25的表面的展開圖。圖23(a)中，N表示N極磁化部，S表示S極磁化部，O表示非磁化部，Lc表示轉(zhuǎn)子鐵心25的軸向磁中心位置。磁鐵28上設置S極主磁極MS和N極主磁極MN，在主磁極MS與MN之間設置三角形的非磁化部O。此外，轉(zhuǎn)子鐵心25和磁鐵28的軸向?qū)挾戎行拇笾孪嗤?br> 在上述第7實施例中，如圖23(a)所示，主磁極MS、MN大致呈梯形。因此，若相對于轉(zhuǎn)子鐵心25的軸向磁中心，在沿著推力軸承31一側(cè)的線C-C的剖視圖22(a)中，主磁極MS的圓心角為θ1，沿著線E-E的剖視圖22(c)中，主磁極MS的圓心角為θ3，則θ1＞θ3。主磁極MN與主磁極MS情況類似。
根據(jù)上述第7實施例，主磁極MS、MN對轉(zhuǎn)子鐵心25的吸引力在圖22(a)所示一端比在圖22(c)所示一端更強，依靠該磁力的不平衡，在轉(zhuǎn)子鐵心25上產(chǎn)生軸向(圖21中為上方)的吸引力，轉(zhuǎn)子30始終被壓在推力軸承31上。
在上述第7實施例中，如圖22(b)所示，設軸向磁中心的主磁極MS圓心角為θ2，小型電動機的主磁極數(shù)為A，轉(zhuǎn)子鐵心的凸極數(shù)為B，A與B的最大公約數(shù)為C，則θ≈｛(B-C)/(A×B)｝×360°，這樣，磁鐵28沿轉(zhuǎn)子鐵心25軸向磁中心Lc的磁通常密度分布如圖23(f)所示，對轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力處于平衡狀態(tài)下，因而所得小型電動機力矩損失少，并且齒槽效應力矩及力矩波動小，轉(zhuǎn)動平衡。嚴格地講，θ2即使不等于｛(B-C)/(A×B)}×360°，只要在±10°的公差范圍內(nèi)即可。
下面對本發(fā)明的第8實施例進行說明。圖23(b)是本發(fā)明第8實施例的磁鐵28對著轉(zhuǎn)子鐵心25一面的展開圖。
在圖23(b)中，主磁極MS、MN大致呈五角形，在主磁極MS與MN之間形成三角形的非磁化部O。若相對于轉(zhuǎn)子鐵心25軸向磁中心Lc，推力軸承一側(cè)截面中的主磁極MS圓心角為θ1，另一側(cè)截面中的主磁極MS圓心角為θ3，則θ1＞θ3。主磁極MN情況也相同。
因此，第8實施例與前述第7實施例相同，主磁極MS、MN對轉(zhuǎn)子鐵心25的吸引力在推力軸承的一端(圖23(b)的下方)比在另一端(圖23(b)的上方)更強，依靠磁力的不平衡在轉(zhuǎn)子鐵心25上產(chǎn)生軸向(圖21的上方)的吸引力，轉(zhuǎn)子30始終壓靠在推力軸承31上，能防止轉(zhuǎn)動時軸向的振動。
圖23(c)是本發(fā)明第9實施例的磁鐵28對著轉(zhuǎn)子鐵心25一面的展開圖。
圖23(c)中，僅主磁極MN大致呈梯形，主磁極MS大致形成平行四邊形，同時，在主磁極MN與MS之間設置平行四邊形及三角形的非磁化部O。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，主磁極MS不會發(fā)生吸引力的不平衡情況，但主磁極MN對轉(zhuǎn)子鐵心25的吸引力不平衡，因此，兩者合成后在轉(zhuǎn)子鐵心25上產(chǎn)生軸向吸引力，轉(zhuǎn)子30始終壓靠在推力軸承31上，能防止旋轉(zhuǎn)時的軸向振動。在上述實施例中，主磁極MN呈梯形，但也可以將主磁極MS做成梯形，主磁極MN做成平行四邊形，另外還可在軸向至少改變一個主磁極的圓心角。
在上述第9實施例中，穿過主磁極MS中央位置的軸線設為Cs，穿過從Cs錯開90°電角的位置的軸線為Cp，從Cp錯開180°轉(zhuǎn)角的位置處的軸線為Cq。上述線Cp縱向切斷平行四邊形的非磁化部，設非磁化部與主磁極MS的界線為PS，則界線PS相對上述線Cp傾斜角度θ4。設三角形非磁化部與主磁極MS的界線為QS，界線QS與上述線PS平行，相對上述線Cp傾斜角度Q4。在這樣的結(jié)構(gòu)下，磁鐵28對轉(zhuǎn)子鐵心25的徑向吸引力在圖23(c)的上部，Cp位置附近較強，Cq位置處較弱。另一方面，在圖23(c)的下部，Cp位置附近較弱，Cq位置處較強。依靠這些對轉(zhuǎn)子25的吸引力起作用的磁力的不平衡，轉(zhuǎn)軸在軸承23、23內(nèi)朝徑向一側(cè)偏移，能一起解決轉(zhuǎn)軸24在其與軸承23間隙范圍內(nèi)振動、產(chǎn)生噪聲或者搖擺回旋等問題。
圖23(d)是本發(fā)明第10實施例的磁鐵28對著轉(zhuǎn)子鐵心25一面的展開圖。
在圖23(d)中，主磁極MN、MS大致呈梯形，主磁極MS、MN各自兩側(cè)的界線QN和PN、QS和PS相對于線Cp(以通過主磁極MS的Lc在圓周方向上的中心點的軸線為Cs，從線Cs偏轉(zhuǎn)90°電角位置處的軸線)的傾角各不相同，在圖23(d)中，主磁極MS、MN的下側(cè)比上側(cè)寬。在主磁極MS與MN之間形成三角形的非磁化部。
這樣，通過在軸向改變主磁極的圓心角，在轉(zhuǎn)子鐵心25上產(chǎn)生軸向吸引力，轉(zhuǎn)子30始終被壓靠在推力軸承31上，能防止轉(zhuǎn)動時軸向的振動。此外，在徑向吸引轉(zhuǎn)子5的磁力也不平衡，與前述第9實施例相同，轉(zhuǎn)軸24在徑向軸承23、23中朝一個方向偏移，能同時防止轉(zhuǎn)子30及轉(zhuǎn)軸24在徑向和軸向的振動。
圖23(e)是本發(fā)明第11實施例的磁鐵28對著轉(zhuǎn)子鐵心25一面的展開圖。
圖23(e)中，驅(qū)動用磁鐵28上設置主磁極MS和MN，C3線通過主磁極MS圓周方向中央位置，Cp線通過Cs偏轉(zhuǎn)90°電角的位置，沿Cp設置菱形輔助磁極MP。輔助磁極MP由S極磁化部MPS和N極磁化部MPN構(gòu)成，它們設置成相對于上述Lc對稱。主磁極MS、MN與第7實施例中形狀相同，同樣產(chǎn)生軸向的吸引力。其余部分為非磁化部O。
根據(jù)上述第11實施例，各輔助磁極部MPS和MPN磁力相互抵消，因而主磁極MS和MN的磁力作用于轉(zhuǎn)子鐵心25，旋轉(zhuǎn)方向的磁通密度分布如圖23(j)所示。因此，在主軸上部和下部磁力發(fā)生不平衡，由此產(chǎn)生軸向吸引力，轉(zhuǎn)子30始終被壓靠在推力軸承31上，可防止轉(zhuǎn)動時軸向的振動。
在上述第11實施例中，輔助磁極部MP的磁力對轉(zhuǎn)子鐵心25起吸引力作用，因而如圖24所示，在轉(zhuǎn)子30上有徑向的力f3，使轉(zhuǎn)軸24在軸承內(nèi)能朝一方偏移。這樣，本實施例與前述第10實施例相同，能同時防止轉(zhuǎn)子30及轉(zhuǎn)軸24在徑向和軸向的振動。此外，在上述實施例中，磁化部MPS、MPN做成三角形，但也可做成長方形和多角形，另外可設置多個輔助磁極部MPS、MPN，這些不受上述實施例限制。
參照表示上述各實施例的磁通分布的圖23(f)至(j)，可以看到，任何一種磁通分布都相對于某個點R大致對稱。取主磁極實際徑向磁中心和相鄰主磁極磁中心之間的圓心角為α，則α約等于360°/磁極數(shù)。亦即表示成α≈360°/2P(P為自然數(shù))迄今為止所說明的第7至第11實施例中，主磁極數(shù)都是N、S極各一，但本發(fā)明也適用主磁極各有P個(P為自然數(shù))，總計2P個的情況。
主磁極之間的非磁化部也可以是磁鐵的缺口部，另外，就磁化方式而言，S極和N極也可反向磁化。
至于推力軸承，不必如前述實施例那樣，構(gòu)造成支承轉(zhuǎn)軸的一端，例如也可以用徑向軸承支承轉(zhuǎn)子端面和轉(zhuǎn)軸上形成的階梯部等。
第8至第11實施例中與第7實施例中一樣，取軸向磁中心處的主磁極MS的圓心角為θ2，小型電動機的主磁極數(shù)為A，轉(zhuǎn)子鐵心的凸極數(shù)為B，A與B的最大公約數(shù)為C，則θ2≈｛(B-C)/(A×B)｝×360°。因此，磁鐵28沿著轉(zhuǎn)子鐵心25軸向磁中心Lc的磁通密度分布如圖23(g)至(j)所示，對轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力取得平衡，所得電動機力矩損失少，并且齒槽效應及力矩波動小，旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。嚴格地講，θ2若不等于｛(B-C)/(A×B)｝×360°，則在±10°的公差范圍內(nèi)即可。
另外，S、N的磁極部與鄰接的磁極部或非磁化部的邊界并不限于例示的直線，也可以是多條直線的連線或曲線。此外，磁化部不限于飽和磁化，例如也可以形成弦波狀的磁化強度分布，帶有非飽和磁化部。使轉(zhuǎn)軸朝一定方向偏移的裝置分別示出了各種例子，但也可將多個這樣的裝置組合使用。
下面，對于本發(fā)明適用于在轉(zhuǎn)子一側(cè)安裝磁鐵，在定子一側(cè)安裝與上述磁鐵相對的鐵心而成的小型電動機，亦即適用于無刷電動機的實施例進行說明。
在圖25中，在基板33上借助隔板35載以定子鐵心36。定子36及隔板35有中心孔，在這些中心孔中嵌入一個燒結(jié)含油軸承34。軸承34、隔板35和定子鐵心36由螺栓44一起固定在基板33上。定子鐵心36具有適當數(shù)量的凸極，在各個凸極上卷繞驅(qū)動用線圈37。
在軸承34的底面安裝推力軸承42。由這些軸承34、推力軸承42構(gòu)成軸承組，支承轉(zhuǎn)軸38自由轉(zhuǎn)動。上述軸承組、定子鐵心36等進而構(gòu)成定子40。
在上述軸承38的一端壓力并固定倒置杯狀的轉(zhuǎn)子殼體39，轉(zhuǎn)軸38與轉(zhuǎn)子殼體39形成一體。在轉(zhuǎn)子殼體39的內(nèi)周面上固定附著圓環(huán)狀的驅(qū)動磁鐵43。磁鐵43的內(nèi)周面與上述定子鐵心36的外周面有適當間隔，彼此相對。上述轉(zhuǎn)軸38、轉(zhuǎn)子殼體39、磁鐵43等進而構(gòu)成轉(zhuǎn)子41。
上述磁鐵43內(nèi)周面的磁化方式與上述實施例7至11中的任何一種相同。藉此，在無刷電動機中也能得到與前述實施例7至11相同的效果。
過去，磁鐵全部磁化，因此，存在軸向(圖25中的下方)的吸引力過強，推力軸承的壽命縮短的問題，但若采取上述那樣有非磁化部的磁化形式，則可減弱軸向的吸引力，推力軸承和小型電動機整體壽命可望延長。
本發(fā)明也可適用于轉(zhuǎn)子繞固定軸旋轉(zhuǎn)的軸固定型小型電動機。
根據(jù)本發(fā)明自第7個起的各個實施例，小型電動機具有軸承、由該軸承支承而自由旋轉(zhuǎn)的軸承、定子和相對定子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，上述轉(zhuǎn)子和定子之一由卷繞線圈的鐵心形成，另一由磁鐵形成;這樣的小型電動機中，以上述鐵心的軸向磁中心位置為軸向中心，至少在一個由上述磁鐵形成的驅(qū)動磁化部中使驅(qū)動磁化部的圓心角在上述軸向中心兩側(cè)不相同，從而利用因軸向磁失衡而產(chǎn)生的軸向吸引力將轉(zhuǎn)子朝軸向壓迫，能防止轉(zhuǎn)子的軸向振動，而且在得到軸向吸引力的同時，磁鐵和鐵心不做成異形，能抑制部件成本的上升和電動機力矩的降低，還可通過對一塊磁鐵的磁化方式進行加工，防止轉(zhuǎn)子的軸向振動，從而抑制部件種類的增多和制造成本的上升。
另外，與使鐵心和磁鐵的軸向?qū)挾戎行腻e開，產(chǎn)生軸向吸引力，在軸向上壓迫轉(zhuǎn)子的情形相比，本發(fā)明能在不增大小型電動機軸向長度的情況下防止轉(zhuǎn)子的軸向振動。
此外，在徑向吸引鐵心起作用的那部分磁力不平衡，使轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)朝一定方向偏移，因而，轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)的晃動消失，還可抑制轉(zhuǎn)軸的搖擺回旋。
再者，與鐵心相對的磁鐵的磁化方式構(gòu)造成使對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力取得平衡，因而所得電動機力矩損失少，而且齒槽效應力矩和力矩波動減小，轉(zhuǎn)速不均有改善，轉(zhuǎn)動穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種小型電動機，具有固定于轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)子；與該轉(zhuǎn)子相對的驅(qū)動用磁鐵；支承固定上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸自由轉(zhuǎn)動的軸承，其特征在于在上述驅(qū)動用磁鐵中形成這樣的磁化方式，即對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力取得平衡，而對吸引上述轉(zhuǎn)子起作用的那部分磁力不平衡，使上述轉(zhuǎn)軸在上述軸承內(nèi)朝一定方向偏移。
2.如權(quán)利要求1所述的小型電動機，其特征在于，轉(zhuǎn)子具有適當數(shù)量的凸極，在各凸極上卷繞驅(qū)動線圈。
3.如權(quán)利要求1所述的小型電動機，其特征在于，由軸承支承轉(zhuǎn)軸的兩端自由旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的小型電動機，其特征在于，對吸引轉(zhuǎn)子起作用的那部分磁力在旋轉(zhuǎn)方向上處于平衡狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1所述的小型電動機，其特征在于，磁鐵中形成的磁化方式包括S極磁化部分;N極磁化部分;非磁化部分;形成于非磁化部分上，磁化成對吸引轉(zhuǎn)子起作用的那部分磁力在旋轉(zhuǎn)方向上不平衡的磁化部分。
6.如權(quán)利要求5所述的小型電動機，其特征在于，S極的磁化部分和N極的磁化部分形成于轉(zhuǎn)角錯開180°的位置上，并且S極、N極的磁化部分的軸向磁中心位置處于在轉(zhuǎn)子鐵心的磁中心線相反側(cè)錯開的位置上。
7.如權(quán)利要求5所述的小型電動機，其特征在于，形成于非磁化部上，磁化成對吸引轉(zhuǎn)子起作用的那部分磁力在旋轉(zhuǎn)方向上不平衡的磁化部分處于從S極或N極磁化部分的圓心角中央位置錯開90°電角的位置上。
8.一種小型電動機，具有軸、軸承、定子、對著該定子旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，上述轉(zhuǎn)子和上述定子之一由繞有線圈的鐵心形成，另一由磁鐵形成，其特征在于，以上述鐵心的軸向磁中心位置為軸向中心，形成于上述磁鐵中的驅(qū)動磁化部至少有一個其圓心角在上述軸向中心兩側(cè)不相同。
9.如權(quán)利要求8所述的小型電動機，其特征在于，磁鐵構(gòu)造成對在徑向吸引鐵心起作用的那部分磁力不平衡，使轉(zhuǎn)軸朝軸承中的一定方向偏移。
10.如權(quán)利要求8所述的小型電動機，其特征在于，對著鐵心的磁鐵中形成的磁化方式是使得對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力能取得平衡。
11.如權(quán)利要求9所述的小型電動機，其特征在于，對著鐵心的磁鐵中形成的磁化方式是使得對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力能取得平衡。
12.如權(quán)利要求8、9、10、11中任一項所述的小型電動機，其特征在于，取磁鐵的驅(qū)動磁化部的磁極數(shù)為A，鐵心的凸極數(shù)為B，A、B的最大公約數(shù)為C時，軸向中心的驅(qū)動磁化部圓心角θ＝｛(B-C)/(A×B)}×360°，公差為±10°。
13.如權(quán)利要求8所述的小型電動機，其特征在于，磁鐵中形成的磁化方式包括S極磁化部分;N極磁化部分;非磁化部分;形成于該非磁化部分上，其磁化形式使對吸引轉(zhuǎn)子起作用的那部分磁力在旋轉(zhuǎn)方向不平衡的磁化部分。
14.如權(quán)利要求13所述的小型電動機，其特征在于，S極和N極的磁化部分處于轉(zhuǎn)角錯開180°的位置上，并且S極、N極磁化部分的軸向磁中心位置在轉(zhuǎn)子鐵心的磁中心線相反側(cè)彼此錯開。
15.如權(quán)利要求13所述的小型電動機，其特征在于，形成于非磁化部分上，其磁化方式為使得對吸引轉(zhuǎn)子起作用的那部分磁力在旋轉(zhuǎn)方向不平衡的磁化部分形成于從S極或N極的磁化部分的圓心角中央位置錯開90°電角的位置上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種小型電動機，其中磁場對轉(zhuǎn)子鐵心的磁力不平衡，使轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)朝一定方向偏移，同時力矩不降低，并能防止轉(zhuǎn)速不均、力矩波動和齒槽效應力矩的增大。用軸承在兩端支承固定有轉(zhuǎn)子鐵心25的轉(zhuǎn)軸24自由轉(zhuǎn)動。與該轉(zhuǎn)子鐵心相對的磁鐵28的磁化方式為對轉(zhuǎn)子30的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動起作用的那部分磁力能取得平衡，而對吸引轉(zhuǎn)子鐵心25起作用的那部分磁力不平衡，使轉(zhuǎn)軸在軸承內(nèi)朝一定方向偏移。
文檔編號H02K5/16GK1094546SQ9410121
公開日1994年11月2日 申請日期1994年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月19日
發(fā)明者坂下広志, 山下淳 申請人:三協(xié)精機制作所株式會社