兩相單極驅動無電刷直流電動機的製作方法

2023-05-24 18:06:01 2

專利名稱：兩相單極驅動無電刷直流電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有轉子位置檢測器的徑向間隙型兩相單極驅動無電刷直流電動機，尤其涉及一種具有由主磁極、補償磁極和軸向短路部件形成磁迴路的兩相單極驅動無電刷直流電動機。
如同美國專利No.3299355或日本未審查專利申請公開No.1-318536所公開的那樣，常規的由轉子位置檢測器控制的兩相單極驅動無電刷直流機具有定子上的補償磁極和轉子磁鐵中生成的無磁化部件或凹槽，並且藉助於調整空氣間隙中的磁通量的分布來實現包括消除死點在內的起動力矩的穩定作用。然而，由於這種電動機不能提供大的、穩定的起動力矩，它僅僅用作風扇電動機或者用於像風扇電動機一樣提供小的力矩的電動機。
正如上述美國專利所公開的，為了產生穩定的起動力矩，常規的兩相單極驅動無電刷直流電動機要求在定子上提供補償電極，並且在一個平面上主磁極和補償磁極成為一個整體，更特殊的是電動機的定子是由層狀的在軸向衝出孔的薄片組成的，這些薄片組成了主磁極部件、補償磁極部件，它們在一個水平平面上圓周的方向交叉裝配。
由於常規的補償磁極佔用大的空間，常規的兩相單極驅動無電刷直流電動機存在纏繞繞組困難的問題。再說，由於存在補償磁極、繞組佔用的空間減少了，這種常規電動機存在不能夠提高繞組空間佔用係數的嚴重問題。
特別是當這種類型的常規電動機定子磁極極數很多，這些問題產生不利的影響。補償磁極的存在妨礙了有效地製作纏繞在主磁極的線圈，於是不能得到大的磁力。其結果是常規的電動機不能夠產生大的起動力矩，並且電動機的效率低在實用中產生問題。
本發明的目的是提供一種徑向間隙型兩相單極驅動無電刷直流電動機，這種電動機成本方面有絕對的優勢、易於纏繞繞組、並且提高了繞組的空間佔用係數，其結果是提高了起動力矩，改善電動機的效率。
根據本發明，具有轉子定位檢測器的徑向間隙型的兩相單極驅動無電刷直流電動機由以下幾部分組成主磁極軛，主磁極軛有一根軸和纏繞有線圈的主磁極，並且纏繞著主磁極軛的線圈是沿著主極磁極軛的圓周方向布置；補償磁極軛，它以疊加方式與主磁極軛共軸，並且具有沿補償磁極軛圓周方向布置的補償磁極；與主磁極軛、補償磁極軛共軸排列的轉子組件，轉子組件還提供與主磁極同樣極數的轉子磁鐵，在主磁極和補償磁極裡構成磁力線迴路，以便形成主磁極和補償磁極裡的環形的磁力線；在主磁極軛的附近和周圍、以及在主磁極軛以及補償磁極軛處或兩個軛之間提供軸向磁短路部件，它用於引導沿著主磁極軛軸向磁力線的一部分；安裝在轉子組件處的轉子位置檢測器，它相對於定子組件是靜止的。
本電動機這種結構具有下述的技術效果1.由於定子部分的主磁極和補償磁極是獨立的零件，在補償磁極裝到主磁極之前、可以在主磁極上進行纏繞繞組的作業，所以提高了繞組空間佔用係數。
2.由於以疊加方式布置共軸排列的主磁極和補償磁極之間短路部分允許主磁極和補償磁極在電動機軸向方向上由磁場作用聯接起來，即使轉子磁極極數增加了、可以獲得在同樣平面裡由常規的整體式主磁極和補償磁極布局所產生的同樣磁效應。


圖1是根據本發明的兩相單極驅動無電刷直流電動機一個實施例的分解透視圖；圖2是圖1所示的電動機組裝後電動機構造平面視圖；圖3是圖2所示的電動機的垂直剖視圖；圖4是根據本發明電動機第一實施例定子組件的部分平面視圖；圖5是圖4的垂直剖面視圖；圖6是根據本發明電動機第二個實施例定子組件的部分平面視圖；圖7是圖6的垂直部面視圖；圖8是根據本發明電動機第三個實施例定子組件的部分平面視圖；圖9是圖8的垂直剖面視圖10是根據本發明第四個實施例定子組件的平面視圖；圖11是圖10的垂直剖面視圖。
下面將參照附圖以優選實施例的方式詳細地描述本發明。
圖1是徑向間隙型兩相單極驅動無電刷直流電動機的部件分解透視圖，該電動機是扁平外轉子型，可用作主軸電動機，並且也應用於本發明。電動機的轉子磁鐵有12個極。外殼1由鋁材切削而成。用於可轉動地支承轉子組件2的2個滾珠軸承3設在外殼1上下表面裡的孔中，定子組件4(圖中以分解狀態表示)和驅動電路板5，驅動電路板5用作電動機的安裝板並固定在外殼1上。在外殼1上有6個固定孔，用於安裝圖1中以分解狀態所示的由所有部件組成的電動機105。
由一塊鐵磁性鐵板做成驅動電路板5，並於其上設置印刷電路。該電路含有驅動兩相單極無電刷直流電動機的集成電路和電氣零件，例如轉子位置檢測器100、電阻器、電容器和其他必需的電氣元件。
定子組件4由墊圈16、補償磁極軛13、環形磁短路元件14(一種軸向磁短路裝置的實施例)和主磁極軛17組成。補償磁極軛13由一個環形中心部和12個從中心部徑嚮往外延伸的補償磁極13A組成。與此類似，主磁極軛17由一個環形部分和12個從中心部徑嚮往外延伸的主磁極17A組成。補償磁極軛13和主磁極軛17由若干個衝壓成形的電磁鋼片製成(補償磁極軛由二片鋼片組成，主磁極軛由三片鋼片組成)，這些電磁鋼片在軸向上是層疊相互連接，主磁極軛的必要部分要絕緣起來，線圈15要繞著主磁極軛17纏繞。正如圖2所示，補償磁極13A和主磁極17A要在圓周方向按等間距交替排列安裝為佳。三根螺釘7用於把驅動電路板5、定子軛組件4固定到外殼1上。
轉子組件2由轉子軛8和固定在轉子軛8的內圓周表面的轉子磁鐵9組成，藉助於一組螺釘10穿過定子組件4、驅動電路板5和外殼1把轉子組件2固定到軸11上。按照這種方式將轉子組件2和軸11組裝在一起。藉助於滾珠軸承3，可轉動地將轉子組件2支承於外殼1上。
如美國專利No.3299335和日本未審查專利申請公開No.1-318536所公開的那樣，為了穩定起動力矩，最好在轉子磁鐵9上或其中有一半未被磁化或者磁化槽數是主磁極數的一半。在本實施例中有6個槽8a。
電動機的運轉方式和常規的裝有轉子位置檢測器的兩相單極驅動電動機一樣。因此，不再贅述。
圖2是本實施例的組裝好的電動機結構的平面圖(已省略軸11和軸承部分)。這個圖表示纏繞有線圈主磁極軛17、未纏繞線圈的補償磁極軛13、槽8a和處於磁化狀態的轉子磁鐵9之間的圓周方向上的位置關係。
圖3是本實施例電動機結構的垂直剖面，在此圖中表示了主磁極軛17、補償磁極軛13、組成磁短路部分的軸向磁短路元件14和轉子磁鐵之間的軸向關係。電動機105的結構包括線圈15、轉子位置檢測器100(本實施例中為安裝在驅動迴路板5上的霍爾傳感器)以及與圖1中電動機中有同樣標號的其它元件。
圖4和圖5表示以磁力線F形式表現並具有本發明特徵的磁迴路的第一個實施例。磁迴路由在每一個主磁極17A兩側處的補償磁極13A中形成的磁路、主磁極17A中形成的磁路和主磁極軛17和補償磁極軛13之間的磁短路環14裡形成的磁路組成。磁力線F從轉子磁鐵9的N極水平地一方面穿過每一個主磁極17A的兩側處的兩個補償磁極13A之一到達補償磁極軛13的中央部位，另一面則穿過補償磁極13，其情況如圖4與圖5所示。
通過所述補償磁極13A之一的磁力線F改變了它的方向，以便從圓周方向指向補償磁極軛13的中央部分中另一個補償磁極13A的內端。通過主磁極17A的磁力線F改變其方向有所傾斜，但是基本上按軸向朝著磁短路環14中另一個補償磁極軛13的內端，該磁短路環沿著主磁極軛17的軸17a延伸。磁短路環14是磁短路裝置的一個例子，它形成一個沿著主磁極軛17的軸17a延伸的軸向延伸的磁短路部分。然後，磁力線F再次在補償電極13A中沿水平方向傳播，並進入轉子磁鐵9的S極。按照這種方式，就形成了磁迴路。此處，最重要的事情是，磁力線F有一個大的軸向分量，以及在磁短路環14裡的圓周方向分量。換言之，磁短路環14包括一個軸向傳播的磁短路部分或者形成沿主磁極軛17的軸17a傳播的軸向磁短路部分。
由於主磁極軛17和補償磁極軛13是分別製造的，磁短路環14插到兩者之間，一個疊加在另一個上方，再把兩者組裝在一起。在有餘裕的繞組空間佔有係數處，把補償磁極軛13裝到主磁極軛處之前可以把線圈纏繞到主磁極17A上，並且保持了不能由常規的電動機獲得的高磁勢力。換言之，不能由常規電動機獲得的高磁勢力方面的磁迴路問題已經由於採用磁短路環14在主磁極軛17和補償磁極軛13之間實現可靠的磁連接而解決。
圖6和圖7是具有本發明特徵的磁迴路的第二種實施例。如這些圖中箭頭所示，形成磁路的磁力線F的通道的構成和方向與圖4、5中所示的第一種實施例的類似，唯一例外的是沒有第一種實施例的磁短路環14。
第二種實施例的特徵在於主磁極軛17和補償磁極軛13的環形中間部分，從該部分徑向延伸的主磁極17A和補償磁極13A的直徑基本相同。這樣，主磁極軛17和補償磁極軛13不僅在圓周方向磁性相連，而且僅僅把一個與另一個疊加在一起就使環形中間部分在磁性上也相連，如圖7所示。換言之，如第二種實施例所示，不用特殊的磁短路環14，就形成軸向磁迴路。這使電動機的結構的軸向尺寸(即電動機的厚度)縮短，即電動機變薄。然而在這種情況下，可以說，相互接觸的主磁極軛17和補償磁極軛13構成中央部分50，接觸部分50和對應的主磁極17A與補償磁極13A的部分形成沿著主磁極軛17的軸17a延伸的軸向短路部分的軸向延伸短路裝置。
圖8和圖9為具有本發明的特殊特徵、和表示為磁力線F的磁迴路的第三種實施例。在本實施例中，補償磁極軛13由一個鐵磁性盤形元件製成，按照補償磁極13A懸掛在補償磁極軛13上的方式將由鐵磁材料製成與補償磁極軛13分開製造的多個補償磁極13A(在本實施例中補償磁極數和主磁極數目一樣多)，它們分別製造，並且固定到補償磁極軛13。在主磁極軛17和補償磁極軛13之間設有一個磁短路環14，用於在徑向上將兩者相連。
在這樣的配置中，磁力線沿F軸向通過每一個主磁極17A兩側的補償磁極之一，然後從轉子磁鐵9的N極水平地通過補償磁極軛13達到其中央部分。
磁力線F改變其方向以便沿圓周方向進到補償磁極軛13的中央部分中的其它補償磁極13A的內端。另一部分磁力線F從轉子磁鐵9的N極水平通過主磁極17A到達主磁軛17的中央部分，並且方向傾斜，但基本上是朝著磁短路環14中的其他補償磁極13A的內端。
磁力線F沿水平朝外通過補償磁極軛13，然後軸向向下通過其他的磁極13A，最後進入轉子磁鐵9的S極。這樣，形成磁迴路。在這種情況下，磁短路環14構成軸向磁短路裝置，它構成了一種軸向延伸磁短路裝置或者一種沿著主磁極軛17的軸17a方向沿伸的軸向延伸磁短路部分。
在本實施例中，因為藉助於鉚釘或類似物把補償磁極軛13機械地連接到驅動電路板5，因而提高驅動電路板5的機械剛度。這就有個優點，即用普通的廉價樹脂片製造驅動電路板5。在本實施例中，補償磁極軛13設有徑向延伸的補償磁極軛13部分。於是，繞組空間佔用係數大幅度提高。此處驅動電路板5和補償磁極軛13機械地連接，並構成電機連接板5A。在這種情況下，利用壓力加工或類似的方法，可以把補償磁極軛13和補償磁極13A組成一個整體。
圖10和圖11是用磁力線F表示的磁迴路第四種實施例，它具有發明的特徵。第四種實施例與第三種實施例的差別在於磁短路部分14，補磁極軛13和補償磁極13A設在一塊用鐵磁性材料製造的驅動電路板5上。本實施例中，磁短路部分14形成軸向磁短路裝置，該裝置形成了沿主磁極軛17的軸17a延伸的軸向延伸部。
第四種實施例的特徵在於由鐵磁性材料製造的高剛度鐵板構成驅動迴路板5，在驅動迴路板5裡上同時壓出環形磁短路部14、環形補償磁極軛13和補償磁極13A。
利用把驅動迴路板5的環形部分往下加壓，使磁短路部分14呈圓柱形，部分14是磁短路裝置的一例。圍繞部分14在驅動迴路板5上衝出徑向相間的矩形缺口，並將其彎成直角從而形成補償磁極13A。
本實施例中的磁力線F迴路與第三種實施例類似。如同圖10和11的箭頭所示，磁力線F的一部分從轉子磁鐵9的N極沿水平方向通過主磁極17A和主磁極軛17到達主磁極軛17的中央部分。從轉子磁鐵9的N極來的另一部分磁力線F進入主磁極17A兩側的垂直補償磁極13A之一，並軸向向上，沿水平方向徑向內通過補償電極軛13。然後，磁力線朝下進入磁短路部分14。
此後，在磁短路部分14裡的磁力線F方向朝上，在補償磁極軛13裡水平徑向朝外，而朝下進入另一個補償磁極13。最後磁力線F進入轉子磁鐵9的S極。在驅動迴路板5的部分裡打有孔18，這些孔對應於衝出的補償磁極13A。如圖10所示磁力線F形成個迴路。
在第三實施例中，補償磁極13A、補償磁極軛13和磁短路部分14是分另製造的，它們是由驅動迴路板5整體衝制而成的，也就是一塊原料衝制而成的。這樣可使得電動機更薄、並且大幅度降低成本。
已經把第一種到第四種實施例描述為扁平外轉子型無電刷直流電動機。然而，本發明不只局限於扁平型外轉子型無電刷直流電動機，而且它也可用於圓柱式內轉子型的電動機。進一步來說轉子的極數並不局限於12個極，也可以是其他的適合的極數。然而，如上所述，極數越多、效率越高。
本發明能製造具有很大繞組空間佔有係數的兩相單極驅動無電刷直流電動機。這樣，增加了起動力矩、提高電動機效率。另外，線更易於將圈繞在主磁極上，其結果是可降低電動機的成本。
根據本發明製造的兩相單極驅動無電刷直流電動機可用作高度可靠主軸電動機，該電動機能夠用作驅動要求高起動力矩的信息記錄設備的存貯介質，或者用作驅動錄音機磁帶傳動的電動機。
權利要求
1.兩相單極驅動無電刷直流電動機包括-具有主磁極軛(17)和補償磁極軛(13)組成的定子組件，該主磁極軛(17)具有主磁極(17A)和軸(17a)，線圈(15)繞著主磁極(17A)纏繞，並且在所述的主磁極軛(17)的圓周方向配置；補償磁極軛(13)以疊加方式與所述的主磁極軛(17)共軸，並具有沿所述的補償極軛(13)圓周方向配置的補償磁極(13A)；-與所述的主磁極軛(17)和所述的補償磁極軛(13)共軸的轉子組件(2)，轉子組件(2)有與所述的主磁極(17A)極數相同數量的轉子磁鐵(9)；-在所述的主磁極(17A)和所述的補償磁極(13A)裡形成的磁力線迴路，它用於在所述的主磁極(17A)和所述的補償磁極(13A)裡形成環形的磁力線F；-在所述的轉子組件(2)處配備轉子位置檢測器(100)，它相對於所描述的定子組件(4)是靜止的，其特徵在於在所述的主磁極軛(17)的所述的軸(17a)的附近和周圍、在所述的主磁極軛(17)和所述的補償磁極軛(13)處、及兩者之間設有軸向磁短路裝置(14)，用於沿著所述的主磁極軛(17)的所描述的軸(17a)引導一部分所述的磁力線。
2.根據權利要求1所述的電動機，其特徵在於所述的軸向磁短路裝置由沿著所述的主磁極軛(17)的所述軸(17a)延伸的軸向磁短路件(14)組成。
3.根據權利要求1所述的電動機，其特徵在於所述的主磁極軛(17)和所述的補償磁極軛(13)具有形成所述軸向的磁短路裝置的接觸部分(50)。
4.根據權利要求1至3之一所述的電動機，其特徵在於具有所述補償磁極(13A)的所述補償磁極軛(13)由鐵磁材料製成的層疊板組成。
5.根據權利要求1至4之一所述的電動機，其特徵在於，包括由鐵磁性材料製造的驅動迴路板(5)，所述補償磁極軛(13)構成所述電動機驅動迴路板(5)的一部分，並且所述主磁極軛(17)與所述補償磁極軛(17)固定在一起。
6.根據權利要求5所述的電動機，其特徵在於所述補償磁極軛(13)包括所述磁短路裝置(14)。
全文摘要
裝有轉子位置檢測器(100)的徑向間隙型兩相單極驅動無電刷直流電動機包括帶有主磁極(17A)的主磁極軛(17)、以疊加方式與主磁極軛(17)共軸的、並帶有補償磁極的(13A)的補償磁極軛(13)和在主磁極(17A)與補償磁極(13A)內形成的、磁力線(F)裡軸向延伸部裡軸向磁短路部分或元件(14)。這種結構使得在主磁極(17A)上纏繞線圈(15)變得容易，增大了繞組的空間佔有係數，以便提高起動力矩、改善電動機的效率。
文檔編號H02K21/22GK1168564SQ9711038
公開日1997年12月24日 申請日期1997年4月24日 優先權日1996年4月25日
發明者鈴木讓, 藤谷榮, 牧野賢一 申請人:美蓓亞株式會社