CN100358224C

CN100358224C - 换向器电动机

Info

Publication number: CN100358224C
Application number: CNB031231284A
Authority: CN
Inventors: 樋口善男
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2023-04-17
Also published as: JP2003319630A; CN1452302A; US20040140724A1; US6867523B2; JP3695653B2

Abstract

本发明涉及一种换向器电动机，包括：定子，具有用于形成磁场的永磁体；转子，其中转子线圈缠绕在转子芯的周围；馈电电刷；换向器，通过它把电流提供给转子线圈，换向器在馈电电刷上滑动；霍尔元件，其用来检测相应于转子芯的旋转位置之改变而发生的磁场中的变化，其中，永磁体形成为环形，其内周表面与转子芯的外周表面相对，霍尔元件的周向连接位置被设置在永磁体的磁极的中心位置附近，永磁体的轴向长度被设置为比转子芯的轴向长度长，永磁体被形成为从设置换向器的一侧的转子芯的轴向端面伸出，霍尔元件的连接位置被设置在伸出部分的内周侧。

Description

换向器电动机

本申请涉及在2002年4月17日申请的日本专利申请No.2002-114316中所包括的主题，在这里全部引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种换向器电动机，其设有用于检测相应于转子芯之旋转位置改变发生的场磁体中的变化的磁传感器。

背景技术

频率发生器(下文中称为FG)被用在直流电动机之旋转速度的检测中。在无电刷电动机的情况下，已经提出了一种构造，其中提供了一个传感器，例如用于检测来自旋转永磁体的磁场的FG线圈(JP-UM-B-4-48145)。然而在换向器电动机的情况下，由于永磁体不旋转，在JP-UM-B-7-13420所披露的传统技术中没有提出。

既是，在这种技术中，提供了一种盘状旋转部件，其安装在转子上并且具有在其外周的多个磁极齿。另外，提供了一个与电动机壳体接触的环形盘状的定子，在它的内周具有多个磁极齿，该磁极齿以这种方式布置的，使得与旋转部件的磁极齿相对以致与旋转部件的盘状磁极齿交错。用来产生磁场的永磁体被设置在旋转部件的磁极齿和定子的磁极齿之间。另外，设置频率检测线圈，用来检测在旋转部件的磁极齿和定子的磁极齿之间产生的磁场的变化。因此，当转子旋转时，在旋转部件的磁极齿和定子的磁极齿之间的磁阻发生改变。因此，由于磁阻的改变导致磁场变化，这种变化由频率检测线圈检测到(这种技术被称为第一现有技术)。

另外，在JP-UM-A-58-57284和JP-UM-B-60-15431中提出的现有技术中，提供一种旋转磁体，其被磁化成多个磁极并且与电动机轴整体旋转。通过使用检测线圈检测到由于这种旋转磁体的旋转导致的磁场变化(这种技术被称为第二现有技术)。

另外，在JP-UM-A-61-205277中提出的现有技术中，通过在无芯电枢的外周以细小间距磁化形成磁极。另外，设置磁传感器，用来检测由磁化转子之外周部分形成的每个磁极产生的磁场。当电枢旋转时，与电枢的旋转速度成比例的频率输出被送到磁传感器(这种技术被称为第三现有技术)。

此外，传统技术已经提出了一种情况，其中换向器电动机没有使用用来产生FG信号的装置。在这种结构中，如图14所示，用于旋转驱动DVD的转盘94被固定到换向器电动机91的电动机轴上，该换向器电动机91安装在DVD再现设备的底盘92上。另外，反射部件被连接到转盘94的下表面941上，而反射型光斩波器95被设置在底板93上。光斩波器95的输出被形成波形并被用作FG信号。即，用来产生FG信号的装置被设置在换向器电动机91的外部(这种技术被称为第四现有技术)。

上述第一现有技术需要具有在其外周的多个磁极齿的盘状旋转部件，具有在其内周的多个磁极齿的定子，用于在旋转部件的磁极齿和定子的磁极齿之间形成磁场的永磁体，和频率检测线圈。为此，在使用第一现有技术的情况下，产生的问题是，电动机的结构变得复杂。同样在利用第二现有技术的情况下，由于需要单独设置的旋转磁体来构造FG，产生的问题是电动机的结构变得复杂，和外形尺寸变得巨大。

另外，第三现有技术是限于具有无芯电枢之电动机的技术。在配置有转子芯的电动机中，用于形成FG的磁化不能直接对电枢的外周有效。

在第四现有技术中，由于必须在换向器电动机91的外侧设置光斩波器95，必须确保用于光斩波器95的缝隙L9。同样，需要用于安装光斩波器95的底盘93。因此，由于必须与底盘92隔开一定距离L8设置转盘94，转盘94不可避免地从底盘92伸出。为此，使得利用换向器电动机91的设备(DVD再现设备)的外形变平是困难的。(应该注意到，可以提供一种结构，使得转盘94的下表面941以沿周向分开的方式被磁化，由于这种磁化导致的磁场改变通过使用霍尔元件被检测到。然而，在这种情况下，霍尔元件的高度部分和基底9 3的宽度部分使得将设备之外形扁平化中会产生障碍)。

发明内容

本发明已经被设计用来克服上述缺陷，其目的是提供一种换向器电动机，其能在不使得外形变大和结构复杂的情况下产生FG信号，这样能够增加用于产生FG信号的磁传感器的输出电平，即使当输出电平增加的时候，简化了磁传感器的安装。

本发明的另一个目的是提供一种换向器电动机，利用磁传感器，通过检测相应于转子芯的旋转位置之改变发生的场磁体中的变化，其能在不使得外形变大和结构复杂的情况下产生FG信号。

本发明的另一个目的是提供一种换向器电动机，通过把磁传感器的周向连接位置设置在环形永磁体的磁极的中心位置附近，能够增加磁传感器的输出电平。

本发明的另一个目的是提供一种换向器电动机，通过把永磁体从安装换向器一侧的转子芯的轴向端面伸出，和通过把磁传感器之连接位置设置在伸出部分的内周侧，能够进一步增加磁传感器的输出电平。

本发明的另一个目的是提供一种换向器电动机，通过使用线圈作为磁传感器，使得磁传感器变得廉价。

为了解决上述问题，根据本发明，提供了一种换向器电动机，包括：定子，其具有用于形成场磁体的永磁体；转子，其中转子线圈缠绕在转子芯的周围；馈电电刷；换向器，通过它把电流提供给转子线圈，换向器在馈电电刷上滑动；和霍尔元件，其用来检测相应于转子芯的旋转位置之改变发生的场磁体中的变化，其中，永磁体形成为环形，其内周表面相对转子芯的外周表面，霍尔元件的周向连接位置被设置在永磁体的磁极的中心位置附近，永磁体的轴向长度被设置为比转子芯的轴向长度长，永磁体被形成为从设置换向器的一侧的转子芯的轴向端面伸出，并且霍尔元件的连接位置被设置在伸出部分的内周侧。

即，由永磁体形成的场磁体的状态依据转子的旋转位置而变化。因此，假如通过使用磁传感器检测到这种变化，检测结果显示转子的旋转速度。另外，在圆周方向，由于转子的旋转导致的场磁体中的变化的程度在永磁体的磁极之中心位置附近很大，并且在允许连接磁传感器空间内的伸出部分的内周侧上较大。另外，在这种情况下，霍尔元件形成为芯片元件，霍尔元件容易地连接到即使狭窄的空间内。

另外，根据本发明，提供了一种换向器电动机，包括：定子，其具有用于形成场磁体的永磁体；转子，其中转子线圈缠绕在转子芯上；馈电电刷；换向器通过它把电流提供给转子线圈，换向器在馈电电刷上滑动；和磁传感器，其用来检测相应于转子芯之旋转位置的变化导致的场磁体中的变化。即，由永磁体形成的场磁体的状态依据转子的旋转位置变化。因此，假如检测到变化，检测结果显示转子的旋转速度。另外，为了获得检测结果，仅仅增加磁传感器就足够了。

除了上述构造，定子可以由环状永磁体形成，其中内周表面面对转子芯的外周表面，并且磁传感器的周向连接位置被设置在永磁体的磁极中心位置的附近。即，在圆周方向，由于转子的旋转导致的场磁体中的变化的程度在永磁体的磁极之中心位置附近很大。

除了上述结构，永磁体的轴向长度可以设置得比转子芯的轴向长度长，永磁体被形成为从设置换向器的一侧的转子芯的轴向端面伸出，并且磁传感器的连接位置被设置在伸出部分的内周侧。即，在圆周方向，由于转子的旋转导致的场磁体中的变化的程度在允许连接磁传感器的空间内的伸出部分的内周侧上较大。

除了上述结构，检测线圈可以用作磁传感器。即，磁传感器可以由廉价元件构成。

附图说明

图1A和图1B是说明根据本发明的换向器电动机的第一实施例的结构图，其中图1B是换向器电动机的后视图，而图1A是沿着图1B的A-A线所取的剖面图；

图2是从端框板的内侧看的形状图；

图3是说明环形永磁体的磁化状态的解释图；

图4A和4B是说明在转子的旋转位置和在A-A截面磁场之间关系的解释图；

图5A到5C是说明转子的旋转位置的解释图；

图6是说明在磁场的检测方向被设置在轴向方向的情况下，霍尔元件的输出波形的解释图；

图7A和7B是说明在磁场的检测方向被设置在圆周方向的情况下，霍尔元件附近的结构的解释图；

图8A到8C是说明在转子的旋转位置和在霍尔元件附近的磁场之间关系的解释图；

图9是说明在磁场的检测方向被设置为圆周方向的情况下，霍尔元件的输出波形的解释图；

图10A和10B是说明在检测线圈被用作磁传感器的情况下，检测线圈附近的结构的解释图；

图11是说明在检测线圈被用作磁传感器的情况下，旋转控制单元的电路结构的电路图；

图12是说明旋转控制单元的主要信号之波形的解释图；

图13是说明旋转控制单元的主要信号之波形的解释图；和

图14是说明现有技术的FG信号发生装置的解释图；

具体实施方式

现在参照附图，给出本发明的具体实施方式的描述。

图1A和图1B是说明根据本发明的换向器电动机的第一实施例的结构图。图1B显示了从换向器电动机的后面看的形状，而图1A显示了沿着图1B的A-A线所取的截面图；另外，图2是从内侧看的端框板的形状图。

在图中，用于形成场磁体的环形永磁体2被固定到其一端部分被封闭之基本上为圆柱形的电动机壳体4的内周上。转子3由设置在端框板5上的轴承58可旋转支撑，并且轴承48设置在电动机壳体4的盘形前板41上。转子3具有固定到电动机轴37上的转子芯31，转子芯31具有三个臂部件33。转子线圈32被绕在每个臂部件33上。另外，换向器7被安装在端框板5一侧的电动机轴37上(标记71表示噪音消除元件)。

端框板5是由基本上盘形的绝缘材料，例如合成树脂形成的，朝内侧突出的一对弧形突出部分52和53形成在彼此相对的位置，轴承58设在它们中间。在底边的弧形突出部分52用作用于支撑两个供电电刷6的电刷支撑部件。即，结构是这样设置的，使得电流通过在供电电刷6上滑动的换向器7被提供给转子线圈32。另外，呈方形电极形式的和向内侧突出的突起54形成在上边的弧形突出部分53上。用于检测相应于转子芯31的旋转位置之改变而发生的场磁体中的改变的霍尔元件(磁传感器)1被连接到突起54的远端面上。

应注意，环形永磁体2的轴向长度L1被设置得比转子芯31的轴向长度L2长。另外，永磁体2以这种方式被设置，使得从固定有换向器7的一侧的转子芯31的轴端面341沿轴向伸出。另外，永磁体2也在转子芯31的另一端面342侧沿轴向伸出，但对于伸出的长度，端面341一侧更长。即，霍尔元件1被布置在永磁体2的伸出部分的内周侧上，该伸出部分在轴向的伸出长度比另一侧的伸出部分的长度长。另外，由霍尔元件1检测的磁场方向为轴向方向，如箭头11所示。

应该注意到，该实施例中的换向器电动机是两极、三槽换向器电动机。为此，对于环形永磁体2，内周表面的一半周部分21被磁化为N极，如图3所示。因此，相应于内周表面21的外周表面23形成S极。同时，内周表面的另一半周部分22被磁化为S极。因此，相应于内周表面22的外周表面24形成N极。通过磁化在内周表面21上形成磁极，霍尔元件1所处位置的附近是磁极的中心位置。

下面将给出如上所述的第一实施例构造之操作的描述。

在图5A和5B所示的转子3的旋转位置的情况下，即，在臂部件33的远端的弧形部分34处靠近霍尔元件1的情况下，其中磁力线实际连接最短距离的磁场形成在永磁体2的伸出部分的内周面21和弧形部分34之间，如图4A中的虚线251所示。为此，在霍尔元件1的附近没有形成强磁场(箭头12指示转子3的轴向，其也是磁场被霍尔元件1检测的方向)。因此，霍尔元件1不能检测到磁场。

同时，在转子3的旋转位置如图5C所示时，即，在靠近霍尔元件1的部分是在弧形部分34a和弧形部分34b之间的空腔部分的情况下，由于外周表面23已经被磁化为S极，所以形成磁场，使得磁力线连接在永磁体2的伸出部分的内周表面21和标记25所指示的位置附近之间，如图4B中的虚线252所示。即，磁力线穿过霍尔元件1的检测方向。因此，霍尔元件1检测到强磁场。

如上所述，如图6所示，霍尔元件1的输出表示电位(由111指示)，该电位指示在转子3的旋转位置为图5C所示的情况下对强磁场的检测。此外，当转子3的旋转位置处于其它位置时，霍尔元件1的输出表示不指示磁场检测的电位(由112指示)。

第一实施例的描述已经给出，下面将给出第二实施例的描述。

在第二实施例和第一实施例之间的不同仅仅是，突起54的远端和其附近的形状，和霍尔元件1被安装的方向。即，在第二实施例中，霍尔元件1被设置在与第一实施例中基本相同的位置，使得检测方向被设置在圆周方向。特别地，如图7A所示，霍尔元件1a被连接到其远端和其附近在形状上被改变的突起54a上，使得检测磁场的方向被设置为图7B中由箭头13所指示的方向(在图7A中，为垂直于图面的方向)。

下面将给出如上所述的第二实施例构造之操作的描述。

现在假设转子3如图8A到8C所示顺时针旋转。在转子3的旋转位置为图8A所示的情况下，即，在通过霍尔元件1a附近的位置的弧形部分34a处于比弧形部分34b更靠近霍尔元件1a的位置的情况下，形成在永磁体2的伸出部分的内周表面21和弧形部分34a之间的磁场穿过霍尔元件1a(由261表示)。另外，当转子3从图8A所示的旋转位置转过一个小角度时，形成在永磁体2的伸出部分的内周表面21和弧形部分34b之间的磁场穿过霍尔元件1a(由262表示)，如图8B所示。换句话说，磁场穿过霍尔元件1a的方向被颠倒。

此外，当转子3进一步旋转，其中磁力线的方向基本上垂直于霍尔元件1a(由263表示)之检测方向的磁场被形成。因此，在这种情况下，由霍尔元件检测到的磁场保持在非常低的水平。另外，这种非常低电位的检测状态持续到弧形部分34b的主要部分通过霍尔元件1a附近的位置。然后，在弧形部分34b通过霍尔元件1a附近的位置之后，马上在永磁体2和弧形部分34b之间形成如图8A中261所示形式的磁场。

在转子3从图8A所示的旋转位置旋转到图8B所示的旋转位置的短暂期间，霍尔元件1的输出波形改变很大(如121所指示)，而在剩余期间变化缓慢(如122所指示)。

上面已经给出了第二实施例的描述，下面将给出第三实施例的描述。

第三实施例和第二实施例的不同在于两个方面，即，磁传感器由霍尔元件1a改变为检测线圈，并且与这种改变相关联，突起54的远端和其附近的形状被改变。即，在第三实施例中，检测线圈被设置在与第二实施例的霍尔元件1a基本相同的位置，使得检测方向被设置在圆周方向。特别是，如图10A和10B所示，检测线圈1b被连接在其远端和其附近之形状被改变的突起54b上，使得磁场的检测方向被设置为由图10B中箭头15所指示的方向(在图10A中，该方向垂直于图面)。

另外，在第三实施例中，基于由检测线圈1b的特性产生的输出波形，在转子3的正转和反转两方面，在没有使电路构成复杂化的情况下，具有简单电路结构的波形整形电路被用于产生准确的FG脉冲。参照图11，将给出具有波形整形电路的旋转控制单元的描述。

电阻R1和电阻R2组成分压电路，用来把脉冲电源P的电压(5V)分成两半。分压后的2.5V输出作为基准电压被导向运算放大器771的正输入和运算放大器772的负输入。另外，检测线圈1b的一端通过电阻R3被连到运算放大器771的负输入。检测线圈1b的另一端被连到运算放大器771的正输入。另外，通过与电阻R3配对形成的用于设置运算放大器771的放大系数的电阻R4被连接在运算放大器771的负输入和输出之间。另外，电容器C1与电阻R4并行连接，使得运算放大器771的频率特性为低通特性。

通过使用被导入到它的负输入的电压(2.5V)作为基准电压，运算放大器772适于把导入它的正输入的电压与基准电压作比较。为此，运算放大器771的输出通过电阻R5被导向运算放大器772的正输入。另外，通过与电阻R5配对形成的用于对运算放大器772提供迟滞的电阻R6被连接在运算放大器772的正输入和输出之间。微型计算机775的输出84通过电阻R7被提供给运算放大器772的正输入，使得相应于电动机主体773的旋转方向，改变通过电阻R5导引的运算放大器771的整个输出电位。另外，运算放大器772的输出作为FG信号83被导向微型计算机775。

此外，驱动电路774的输出被导向电动机主体773，其除了磁传感器(检测线圈)之外具有与图1所示的结构基本相同的结构。另外，被整合在微型计算机775内的D/A转换器的输出被导向驱动电路774。即，通过基于FG信号83改变被提供给驱动电路774的直流电压，微型计算机775提供用于以预定速度旋转电动机主体773的控制。

参照图12，将给出如上所述第三实施例之操作的描述。

现在假设转子3如图10所示顺时针旋转。检测线圈1b送出指示作为磁场特性的磁场改变速度的输出。同时，如第二实施例所述，检测线圈1b附近沿着检测方向15的磁场变化如图9所示(在图12中的波形80再次示出如图9所示的改变)。因此，检测线圈1b的输出是波形81，其中波形80的求微分波形被反相和放大。应该注意到，这个波形81是比2.5V的参考电压ref更高电压范围的主要改变部分中的一个。

同时，参考电压ref也用作用于通过运算放大器比较的参考电压，该运算放大器772组成比较器以简化电路结构。为此，在电动机主体773正转的情况下，通过把输出84设置到低电位L，微型计算机775使运算放大器771的输出81变换到底边。因此，导向运算放大器772的正输入的信号波形呈现为82所示的波形。因此，被导入运算放大器772的正输入的信号假设为H电位，在当它高于参考电压ref期间，FG信号83被从运算放大器772的输出送出。

另一方面，在微型计算机775反向旋转电动机主体773的情况下，在检测线圈1b附近的磁场显示变化，其中如图12所示的波形80被反转(在图13中所示的80a)。为此，图13中81a所示的波形信号被从运算放大器771的输出送出。应该注意到，在低于2.5V的参考电压ref的电压范围内，该波形81a的主要部分发生改变。

同时，用作用于通过组成比较器的运算放大器772来比较之基准的电压是参考电压ref，已经描述。为此，在电动机主体773反向旋转时，微型计算机775通过把输出84设置在H电位而把运算放大器771的输出81转换到高电位侧。因此，导向运算放大器772的正输入的信号波形呈现为82a所示的波形。因此，被导入运算放大器772的正输入的信号假设为L电位，在当它低于参考电压ref期间，FG信号83a被从运算放大器772的输出送出。

应该注意到，本发明不限于上述实施例。尽管对于磁传感器，已经给出了霍尔元件和检测线圈的描述，磁传感器可以使用例如磁致电阻装置等构成。

另外，尽管已经给出了本发明被应用到两极、三槽换向器电动机之情况的描述，本发明同样可以被应用到具有其它数量的极和槽的换向器电动机。

如上所述，在本发明中，霍尔元件被提供用来检测相应于转子芯的旋转位置之改变而发生的场系统的场磁体中的变化。另外，定子由环形永磁体形成，其内周表面面对转子芯的外周表面。另外，霍尔元件的周向连接位置被设置在永磁体之磁极的中心位置附近。此外，永磁体的轴向长度形成为比转子芯的轴向长度长。另外，永磁体被形成为从安装换向器一侧的转子芯的轴向端面伸出。另外，霍尔元件的连接位置被设置在伸出部分的内周侧。即，由于转子的旋转而发生的场磁体中的变化被霍尔元件检测到。另外，霍尔元件的连接位置被设置在磁场改变程度非常大的位置。另外，在霍尔元件形成为芯片元件的情况下，霍尔元件能容易地连接到即使狭窄的空间内。为此，在不使外形变大和结构复杂的情况下，能产生FG信号，增加用于产生FG信号的磁传感器的输出电位，并且即使当输出电位被增加的时候，简化了磁传感器的安装。

另外，在本发明中，磁传感器被提供，用来检测相应于转子芯的旋转位置之改变而发生的场磁体中的变化。因此，由于指示转子的旋转速度的信号能够通过仅仅增加磁传感器来获得，能够在不使外形变大和结构复杂的情况下产生FG信号。

另外，磁传感器的周向连接位置被设置在环形永磁体之磁极的中心位置附近。因此，由于由转子的旋转而发生的磁场变化程度在连接磁传感器的位置处很大，所以能够增加磁传感器的输出电位。

另外，永磁体被形成为从安装换向器一侧的转子芯的轴向端面伸出，并且磁传感器的连接位置被设置在伸出部分的内周侧。因此，由于由转子的旋转而发生的场磁体中的变化的程度在连接磁传感器的位置处非常大，所以能够进一步增加磁传感器的输出电位。

另外，检测线圈被用作磁传感器。因此，能够使磁传感器变得便宜。

Claims

1.一种换向器电动机，包括：

定子，具有用于形成场磁体的永磁体；

转子，其中转子线圈缠绕在转子芯的周围；

馈电电刷；

换向器，通过它把电流提供给转子线圈，换向器在馈电电刷上滑动；

霍尔元件，其用来检测相应于转子芯的旋转位置之改变而发生的场磁体中的变化，

其中，永磁体形成为环形，其内周表面与转子芯的外周表面相对，

霍尔元件的周向连接位置被设置在永磁体的磁极的中心位置附近，

永磁体的轴向长度被设置为比转子芯的轴向长度长，

永磁体被形成为从设置换向器的一侧的转子芯的轴向端面伸出，

霍尔元件的连接位置被设置在伸出部分的内周侧。

2.一种换向器电动机，包括：

定子，具有用于形成场磁体的永磁体；

转子，其中转子线圈缠绕在转子芯周围；

馈电电刷；

磁传感器，用来检测相应于转子芯之旋转位置的变化而发生的场磁体中的变化，

其中，永磁体的轴向长度设置得比转子芯的轴向长度长，永磁体被形成为从设置换向器的一侧的转子芯的轴向端面伸出，磁传感器的连接位置被设置在伸出部分的内周侧。

3.根据权利要求2的换向器电动机，其中，永磁体被形成为环状，其内周表面面对转子芯的外周表面，和

磁传感器的周向连接位置被设置在永磁体的磁极中心位置附近。

4.根据权利要求2的换向器电动机，其中，检测线圈被用作磁传感器。