CN100541976C - 小型直流电动机 - Google Patents

Abstract

一种小型直流电动机，包括：包括筒部的机壳，筒部具有恒定的厚度，并且横截面呈包括四个边和连接部的形状，各连接部连接四边中相邻的两个，并且使各连接部位于包括四边的四角形中相应拐角的内侧；场磁体；以及，电枢组件，其中，场磁体设置为彼此分开，以及，小型直流电动机包括气隙，气隙位于四边的各边与电枢组件径向最外侧表面之间，该气隙为转动电枢组件所需的最小尺寸。

Description

小型直流电动机

技术领域

本发明涉及一种小型直流(DC)电动机，以及，更具体地涉及一种尺寸小但转矩大的小型直流电动机。

背景技术

在小型直流电动机领域，对于电动机尺寸小而重量轻方面有增长的需求。直流电动机中，对于具有圆形横截面的圆筒形机壳情况，导致对场磁体的形状与必需的磁化特性之间关系造成限制，另外，分开的安装配置也成为必需。

相比较而言，在具有横截面为四角形的机壳的直流电动机中，通过增加在机壳拐角部处的场磁体的厚度，可以产生必需的磁化特征或磁化特性(看起来与正弦磁化曲线匹配)，因而，机壳可以形成为产生必需磁化特征的形状。另外，因为机壳的横截面为四角形，允许机壳的任一侧面沿安装表面延伸，所以容易安装。

作为直流电动机的实例，在JP-A-7-059322(这里使用术语“JP-A”意指“未经审查而公开的日本专利申请”)和JP-A-2000-279885中分别披露了这样的直流电动机。

在JP-A-7-059322披露的实例中，场磁体整体方式成型在具有方形横截面的角状筒形机壳内。使场磁体磁化，以呈现四个相等的磁极，四个磁极以交替方式分别极化为N极和S极，使得磁极的中心与机壳的拐角部相符。场磁体在外侧部形成为有角的形状，而在其内侧部则弯曲成弧形。将场磁体以这样一种方式排列，使其与相邻的场磁体接触。转子则布置在如此排列的场磁体内。

图7是图示在JP-A-2000-279885中披露的场磁体的常规配置图。

在示出JP-A-2000-279885的图7中，直角棱柱形机壳包括由金属材料制成的上部机壳101和下部机壳(未示出)。多个各自为外角内圆的场磁体102，设置在上部机壳101的内壁上。在四角形上部机壳101的四个拐角部分别安装场磁体102，并且场磁体102包括四个场磁体102a、102b、102c和102d，以及，各场磁体在外侧部形成为角形，而在内侧部则形成为弧形。将场磁体102以微小的间隙Δg彼此相邻布置。转子(未示出)则布置在如此配置的场磁体102内。

在JP-A-2000-279885的实例中，将各自在外侧部成角形而在内侧部弯曲成弧形的场磁体102布置在上部机壳的拐角部。这种配置的可取之处在于能获得必需的磁化特性。然而，在这种配置中，在机壳与电枢铁芯之间，不仅布置有电枢铁芯平滑旋转必需的气隙，还布置有场磁体102。这样，由于场磁体102这样置于其间，使从电枢铁芯轴心到其径向外侧的长度被场磁体102的径向厚度减小。结果，使电枢铁芯每个槽的有效磁通降低，导致的状态是电枢铁芯中所产生的转矩不能有效发挥作用。此外，可缠绕在电枢铁芯周围的绕组的缠绕圈数减少，从而一定程度使电枢铁芯中产生的转矩减小。

同样，在JP-A-7-059322的实例中，与JP-A-2000-279885中的实例相似，场磁体和必需的气隙介于机壳与电枢铁芯之间。由此，与JP-A-2000-279885中的实例相似，在JP-A-7-059322的实例中，电枢铁芯中所产生的转矩也较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种这样配置的小型直流电动机，其中，场磁体(下文中也简称为“磁体”)设置在机壳中，机壳具有的拐角部数量与极化的磁极数量相同，从而增加所产生的转矩，同时还保持小型直流电动机(下文中简称为“电动机”)的形状较小而不使其增大。

根据本发明的小型直流电动机，使得具有转动元件如电枢铁芯或者电枢绕组模件的电枢组件的外径，为机壳的内径减去用于电枢组件平滑回转所必需的最小气隙而得到的值，以增大电枢组件的外径，从而增大电枢组件的有效磁通，使得能够增大所产生的转矩。具体而言，当电枢组件具有电枢铁芯时，增加电枢铁芯的外径，从而对电枢铁芯槽之间所形成的磁极，增加围绕该磁极的缠绕数，因而增加其有效磁通，使得能够增大所产生的转矩。

另外，当电枢组件具有电枢绕组模件时，增大电枢绕组模件的外径，以增加缠绕电枢绕组的圈数，从而增大所产生的转矩。另外，可以使用任意形状的电枢组件，作为结合在具有场磁体的机壳中的电枢组件。

通过将机壳的形状形成为拐角部数量与场磁体极化的磁极数量相同的四角形，可以实现电动机整体尺寸上的减小，而不会减小场磁体磁极中央部的厚度。此外，机壳的形状可以形成为带有2(n+1)个侧面和角的形状，其中n为大于或等于1的正整数。

此外，由于，通过使得电枢组件的外径为机壳的内径减去最小必需气隙的尺寸(作为实际尺寸，0.1mm至0.5mm级的极短任意尺寸)时得到的值，允许电枢组件诸如电枢铁芯或者电枢绕组模件容纳在必需的最小空间内，可以减小电动机的尺寸。

机壳拐角部内侧弧形的半径，设定为从转轴中心到场磁体在转轴侧的弧形表面的长度的5％至85％范围内的任意值。优选地，机壳拐角部内侧弧形的半径，设定为从转轴中心到场磁体在转轴侧的弧形表面的长度的65％至85％范围内的任意值。

通过将本发明的场磁体配置结合到无芯电动机或者无槽有芯电动机中，由于上述原因，可以减小电动机的尺寸，而且，可以增大所产生的转矩。

下面描述本发明的具体方法。

(1)一种小型直流电动机，包括：包括筒部的机壳，筒部具有恒定的厚度，并且横截面呈包括四个边和连接部的形状，各连接部连接四边中相邻的两个，而且使各连接部位于包括四边的四角形中相应拐角的内侧；场磁体，在其内侧具有弧形表面，以及，其横截面为，内侧部为弧形，而外侧部与机壳内表面相适合地接触；以及，电枢组件，包括电枢绕组和转轴，并且可转动方式布置在机壳内，其中，场磁体设置为彼此分开，以及，小型直流电动机包括气隙，气隙在四边之各边与电枢组件径向最外侧表面之间，其为电枢组件转动必需的最小尺寸。

(2)如(1)项所述的小型直流电动机，其中，电枢组件包括电枢铁芯，电枢铁芯构成电枢组件径向最外侧表面。

(3)如(1)项所述的小型直流电动机，其中，电枢组件包括电枢绕组模件，电枢绕组模件构成电枢组件径向最外侧表面。

(4)如(1)至(3)项中任一项所述的小型直流电动机，其中，场磁体包括结合部，各结合部结合场磁体的内侧部与场磁体的外侧部，并且各结合部布置在气隙处。

(5)如(1)至(4)项中任一项所述的小型直流电动机，包括转轴，其中，从转轴中心到机壳内表面的半径，与从转轴中心到场磁体弧形表面的半径相同。

(6)如(1)至(4)项中任一项所述的小型直流电动机，其中，从转轴中心到机壳内表面的半径，与从转轴中心到场磁体弧形表面的最短半径相同，该弧形表面具有任意曲率。

(7)如(1)至(4)项中任一项所述的小型直流电动机，其中，各连接部具有弧形。

(8)如(1)至(4)项中任一项所述的小型直流电动机，其中，各连接部具有弧形，该弧形与场磁体弧形表面的半径成任意比值。

(9)如(1)至(4)项中任一项所述的小型直流电动机，其中，各连接部具有直线形。

(10)如(1)至(4)项中任一项所述的小型直流电动机，其中，机壳的横截面具有弧形，该弧形构成圆的一部分，以及，该圆与转轴同心。

(11)如(3)至(10)项中任一项所述的小型直流电动机，其中，电枢组件包括：用磁线缠绕的圆筒形线圈的电枢绕组模件；以及，包括圆筒部的内轭铁，以这样的方式固定内轭铁，使其对着电枢绕组模件。

(12)如(3)至(10)项中任一项所述的小型直流电动机，其中，电枢组件包括：用磁线缠绕的圆筒形线圈的电枢绕组模件；以及，与电枢绕组模件的内侧接触的圆筒形可移动背轭铁。

本发明提供以下优点。

因为本发明提供这样一种小型直流电动机，其包括：包括筒部的机壳，筒部具有恒定的厚度，而且横截面呈包括四个边和连接部的形状，各连接部连接四边中相邻的两个，以及，使各连接部位于包含四边的四角形中相应拐角的内侧；场磁体，在其内侧具有弧形表面，以及，其横截面为，内侧部为弧形，而外侧部与机壳内表面相适合地接触；以及，电枢组件，包括电枢绕组和转轴，并且可转动方式布置在机壳内，其中，场磁体设置为彼此分开，以及，小型直流电动机包括位于四边的各边与电枢组件径向最外侧表面之间的气隙，该气隙为转动电枢组件必需的最小尺寸，电枢组件最外侧外径可以形成为从机壳的最短内径减去必需的最小气隙时所得到的值。结果，可以增大电枢组件的径向长度，而这使电枢组件上的绕组空间可以扩大，增大所产生的转矩，最少量使用较贵的磁体，并减小电动机的尺寸。

在电枢组件具有电枢铁芯的情况下，可以增大在电枢铁芯中形成的槽的长度，而这使得槽之间的绕组空间可以扩大，以增加在槽中缠绕绕组的圈数，从而，增大所产生的转矩。另外，由此，可以增大绕组的空间，通过使电枢铁芯直径最大化，可以增大转矩，从而最少量使用较贵的磁体，并减小电动机的尺寸。

由于气隙由两个部件的精度确定，亦即机壳内径的精度和电枢铁芯外径的精度，作为实际尺寸，可以将气隙配置为0.1mm至0.5mm级别范围内的极短任意尺寸。

在电枢组件具有电枢绕组模件的情况下，可以增大电枢绕组模件的径向长度，并且，这使得能够增大绕组空间，增大所产生的转矩，从而最少量使用较贵的磁体，并减小电动机的尺寸。

通过将机壳的形状形成为这样的形状，即具有与场磁体磁化的磁极数量相同的连接部(下文中，也称之为“拐角部”)，可以实现电动机尺寸在整体上的减小，而不会减小场磁体磁极中央部分的厚度。

机壳的基本形状为四角形，当使四角形的拐角部向里缩进，同时其各边部分保持不变，所得到的机壳横截面的形状，形成为四角形彼此分开的相邻边由任意形状的弧形连接。基本形状并不局限于四角形，而是可以形成为有2(n+1)边和角的形状，其中，n是大于或等于1的正整数。根据这种配置，机壳筒部的基本形状(在使拐角部缩进之前得到的形状)可以形成为，例如，四角形、六角形、八角形……

机壳拐角部内侧上弧形的半径，设定为从转轴中心到场磁体在转轴侧弧形表面长度的5％至85％范围内的任意值。根据这种配置，可以在结构上扩大布置电枢铁芯，而不受场磁体相对电枢铁芯放置位置的限制，因此，通过增加电枢绕组的缠绕圈数，可以增大所产生的转矩。

优选地，机壳拐角部内侧上弧形的半径，设定为从转轴中心到场磁体在转轴侧弧形表面长度的65％至85％范围内的任意值。

附图说明

参照附图，可以更好地理解本文披露的发明，其中：

图1A至图1D是图示根据本发明实施方式1的小型直流电动机的配置图；

图2A至图2D是图示根据本发明实施方式2的小型直流电动机的配置图；

图3A至图3C是图示根据本发明其他实施方式的小型直流电动机的配置图；

图4A和图4B各自是应用了本发明的场磁体配置的无芯电动机的剖视图；

图5是具有本发明其他形状机壳的小型直流电动机的剖视图；

图6A和图6B各自是应用了本发明的场磁体配置的无槽有芯电动机的剖视图；以及

图7是图示在JP-A-2000-279885中披露的场磁体的常规配置图。

具体实施方式

下面根据附图详细描述本发明的示例性实施方式。

(实施方式1)

图1A至图1D是图示根据本发明实施方式1的小型直流电动机的配置图。在实施方式1中，描述电枢组件有电枢铁芯的情况。

图1A是沿转轴的纵向的剖视图，以及，在图1A中，从A-A线到B-B线的部分是图1B中D-D线的剖视图，从B-B线到C-C线的部分是图1C中E-E线的剖视图，而从C-C线到端块的部分是图1D中F-F线的剖视图。图1B是图1A中A-A线的剖视图，图1C是图1A中B-B线的剖视图，而图1D则是图1A中C-C线的剖视图。

在图1A中所示的小型直流电动机1具有电枢组件22和外壳组件23。

电枢组件22具有：转轴2；电枢铁芯3，设置在转轴2上；电枢绕组6，缠绕在槽5中，槽5形成在电枢铁芯3上凸极4的两侧上；以及，换向器单元9，设置在转轴2上。

在设置于转轴2的换向器单元9上，安装限流变阻器7，并设置换向片8。转轴2的一端可转动方式支撑在轴承12中(轴承12安装在机壳10端块部11的中心开孔中)，而其另一端则可转动方式支撑在轴承14中(轴承14安装在端块13中)。在端块部11中，相对转轴2对称位置设置安装穿线孔15。在端块13中设置具有电刷16的端子17。电刷16布置在与换向片8接触的位置处。

机壳10由筒部20与端块部11组成，端块部11以连续方式设置在筒部20上，筒部20具有恒定的厚度，横截面呈包括四个边18和拐角部19的形状，各拐角部19连接四个边18中相邻的两个，并且位于包括四个边18的四角形中对应拐角的内侧，亦即，横截面的形状形成为，使四角形拐角部19向内缩进，同时四角形各边18部分保留不变。当在横截面中观察时，筒部20是这样的，通过弧形形状(以下也称为“弧形”)使相邻但分开的边18连接。

通过将机壳10的筒部20的形状形成为基本上四角形，具有的拐角部数量与场磁体21极化的磁极数量相同，可以实现在转动方向上获得正弦磁化特性的配置，而不减少场磁体磁极中央部的厚度，从而，使得可减小电动机的尺寸。

电枢铁芯3的外径设定为机壳10筒部20的内径，使得在电枢铁芯3的外表面最接近机壳10筒部20的内表面10a的位置处，亦即，在实施方式1的情况下在各边18中央部的位置处，只存在必需的最小气隙G。在图1中示出的实例中，在各边18的中央部分进行此设定。

气隙G由两个零部件的精度确定，亦即，机壳10内径的精度与电枢铁芯3外径的精度。由此，气隙G取0.1mm至0.5mm级的值作为实际尺寸。

机壳10拐角部19内侧上弧形的半径，设定为从转轴2中心到场磁体21位于转轴2侧的内侧部21a弧形表面的长度的5％至85％之间的任意值。根据这种配置，可以不受场磁体21相对电枢铁芯3布置位置的限制，在结构上扩大布置电枢铁芯3，因此，可以增加缠绕铁芯绕组6的圈数，从而增加所产生的转矩。优选地，机壳10拐角部19内侧上弧形的半径，设定为从转轴2中心到场磁体21位于转轴2侧的内侧部21a弧形表面长度的65％至85％之间的任意值。

本实施方式包括下列优选特征。

从转轴2中心到机壳10内表面10a的半径，与从转轴2中心到场磁体21内侧部21a弧形表面的半径相同。

另外，从转轴2中心到机壳10的内表面10a的半径，与从转轴2中心到场磁体21具有任意曲率的内侧部21a的弧形表面的最短半径相同。

另外，各拐角部19具有弧形，也就是，当使机壳10的拐角部19向内缩进，同时四角形各边18部分保留不变，所得到的机壳10的横截面形成为这样的形状，即通过任意形状的弧形连接四角形彼此分开的相邻边18。

另外，各连接部19具有弧形，该弧形具有场磁体21弧形表面半径的任意比例，也就是，当使机壳10拐角部19向内缩进，同时四角形各边18部分保留不变，所得到的机壳10的横截面形成为这样的形状，即通过弧连接四角形彼此分开的相邻边18，该弧与形成弧形表面的弧半径(具有从转轴2中心到场磁体弧形表面的半径)的长度成任意比例。

此外，各连接部19具有直线形，也就是，当使机壳10的拐角部19向内缩进，同时四角形各边18部分保留不变，所得到机壳10的横截面形成为这样的形状，即通过直线连接四角形彼此分开的相邻边18。

另外，当使机壳10的拐角部19向内缩进，同时四角形各边18部分保留不变时，所得到的机壳10的横截面形成为这样的形状，即由相对于转轴2为同心的圆弧连接四角形的彼此分开的相邻边18。端块13安装在与机壳10端块部11相对的筒部20开放端。

外壳组件23由机壳10、轴承12和场磁体21组成。

场磁体21由例如钕磁体(Nd-Fe-B)等制成，并且使其在径向或者转动方向进行磁化，而且，以彼此分开的方式，将4个场磁体分别布置在筒部20的拐角部19中，筒部20具有四角形横截面。

场磁体21的横截面(平面以直角与转轴2纵向相交所得的横截面)形成为这样一种形状，其中内侧部(靠近电枢铁芯3侧)21a形成为弧形，而外侧部21b则被牢固地固定在机壳10筒部20的内表面10a上。在实施方式1中，以连接部19(似应为：结合部21c)与机壳10的内表面10a直交的角度，形成内侧部21a与外侧部21b之间的结合部21c，但也可以使结合部21c形成为与机壳10的内表面10a成任意角度。在机壳10的内表面10a与电枢铁芯3径向最外侧表面之间限定的气隙G内，场磁体21具有这种结合部21c，其分别连接场磁体21的内侧部21a(在剖视图中观察形成为弧形)以及场磁体21的外侧部21b(在剖视图中观察，其牢固地固定在机壳10的内表面10a上)。如图1A所示，以与电枢铁芯3相对的方式，将场磁体21布置在筒部20的纵向。

特别地，在小型直流电动机1中，为了使很大程度影响电动机特性的场磁体21的最大能量产出(BH)max与组成转动元件磁力形成部的电枢铁芯3外径尺寸之间的关系优化，通过增大电枢铁芯3的外径，使其达到从机壳10筒部20的内径减去必需的最小气隙G时得到的值，可以增大电枢铁芯3各槽的有效磁通量，此外，可以增加在电枢铁芯3槽5中的缠绕区域，并且可以减少场磁体21的用量(作为电动机元件的场磁体21成本较高)，从而使产生的转矩增加，同时实现电动机外形尺寸的减小，因而，实现电动机成本和体积的减少。

在使用具有最大能量输出的磁体的情况下，考虑到克服齿槽转矩的措施，也要求进行磁体尺寸的优化，而本发明在解决与齿槽转矩有关的问题方面则表现出显著的效果。

(实施方式2)

图2A至图2D是图示根据本发明另一种实施方式小型直流电动机的配置图。

图2A是转轴纵向的剖视图，以及，在图2A中，从H-H线到I-I线的部分是图2B中K-K线的剖视图，从I-I线到J-J线的部分是图2C中L-L线的剖视图，而从J-J线到端块的部分是图2D中M-M线的剖视图。

图2B是图2A中H-H线的剖视图，图2C是图2A中I-I线的剖视图，而图2D则是图2A中J-J线的剖视图。

除了场磁体之外，图2具有与图1相同的组成元件。相同的组成元件使用相同的标号，并省略对其说明。

在图2A中所示的小型直流电动机1具有电枢组件22和外壳组件23A。

外壳组件23A由机壳10、轴承12以及场磁体21A组成，通过连接框部21d连接在一起。

如图2D所示，这样形成场磁体21A，当在横截面中观察，场磁体21A具有：内侧部21a，其上形成有弧形表面，以自转轴2中心的距离为半径；以及，外侧部21b，其形成为牢固地固定在机壳10的内表面10a上。如此配置场磁体21A，使其在机壳10的内表面10a与电枢铁芯3的外表面之间所限定的气隙G内具有结合部21c，当在横截面中观察，各结合部21c连接其内侧部21a和外侧部21b。在机壳10筒部20中，布置四个场磁体21A，筒部20的横截面呈包括四个边和连接部的形状，各连接部连接四边中相邻的两条，并且位于包括四个边的四角形中对应拐角的内侧，也就是，当使四角形的拐角部19向内缩进，同时四角形各边18部分保留不变，所得到的横截面以彼此分开的方式将四个场磁体21A分别布置在所得到的拐角部19中。

特别地，在小型直流电动机1中，在很大程度上影响电动机特性的场磁体21A的最大能量产出(BH)max与组成转动元件磁力形成部的电枢铁芯3的外径之间的关系中，通过增大电枢铁芯3的外径，使其达到从机壳10的内径减去必需的最小气隙G时得到的值，可以增大电枢铁芯3各槽的有效磁通量，此外，可以增大在电枢铁芯3的槽5中的缠绕区域，并且可以减少场磁体21A的用量(作为电动机元件的场磁体21A成本较高)，从而使产生的转矩增加，同时实现在电动机外形尺寸上的减小，而且，通过将场磁体21A结合为一件，可以减少用于装配电动机的工时，从而，使电动机降低成本减小体积。

如图2A和图2C所示，沿着机壳10筒部20的内表面10a，将连接框部21d大致配置成四角形。将连接框部21d设置成使其与端块部11和筒部20接触。

(实施方式3)

图3A和图3B是图示根据本发明又一实施方式的小型直流电动机1的配置图。另外，图中省略了电枢绕组。图3A是剖视图，图示用于4极和6槽具有多个曲面的机壳的横截面，图3B是剖视图，图示用于8极和12槽的八角形机壳的横截面，以及，图3C是剖视图，图示用于4极和6槽的方形机壳的横截面。

(机壳形状)

前述实施方式的机壳采用四角形作为其基本形状，并且形成这种形状，其中，当使拐角部向内缩进、同时使四角形各边部分保留不变，在得到的机壳的横截面中，通过任意形状的弧形等连接机壳相邻但分开的边，但基本形状并不局限于四角形，而是可以形成为带有2(n+1)个边和角的形状，其中n是大于或等于1的正整数。根据这种配置，筒形的基本形状(在使拐角部缩进之前得到的形状)可以形成为例如，四角形、六角形、八角形……

在本发明的小型直流电动机1中，当使四角形的拐角部19a向内缩进，同时其各边18部分保留不变所得到的机壳横截面的形状，可以形成为通过任意形状的弧形连接四角形彼此分开的相邻边18的形状；当使四角形的拐角部19a向内缩进，同时其各边18部分保留不变所得到的机壳横截面的形状，也可以形成为通过与形成弧形表面的弧形的半径长度成任意比例的弧形连接四角形彼此分开的相邻边18的形状；当使四角形的拐角部19向内缩进，同时其各边18部分保留不变所得到的机壳横截面的形状，还可以形成为通过直线连接四角形彼此分开的相邻边18的形状；或者，当使四角形的拐角部19向内缩进，同时其各边18部分保留不变所得到的机壳横截面的形状，可以形成为带有2(n+1)个边和角的形状，其中n是大于或等于1的正整数。当在横截面中观察时，使场磁体21f内侧上弧形的半径持续延伸，例如，使得弧形成为近乎直线，从而，在场磁体21f转动方向上的磁化特性可以形成为正弦形状。

同样，在图3A至图3C所示的实例中，在机壳10内表面与电枢铁芯3径向最外侧表面之间限定的气隙G内，场磁体21f具有结合部21c，在横截面中观察，各结合部21c连接形成为弧形的场磁体21f内侧部21a、以及设置以牢固地固定在机壳10内表面10a上的场磁体21f外侧部21b。

另外，电枢铁芯的形状可以适当地加以改变。尽管在本实施方式中，电枢铁芯配置成具有4极和6槽，但电枢铁芯也可以配置成具有4极和5槽。

在图3A所示的实例中，如在其中的横截面中所示，通过增大机壳10拐角部19a弧形的半径，同时使其各边18部分保留不变，整体上根据圆形来配置机壳10d。场磁体21f各自配置为，使其内侧部21a形成为弧形表面，同时使其外侧部21b牢固地固定在机壳10d的内表面10a上，并且以彼此分隔开的方式，将场磁体21f分别设置在机壳10d拐角部19a处，因而，场磁体21f不会阻碍电枢铁芯3的回转动作，从而，使场磁体21f各自形成为能够保证各磁体维持电动机性能所必需磁化特性的形状。

在图3B所示的实例中，如其中的横截面所示，提供设置一种8极和12槽的电动机外形，以及，当使四角形拐角部19b向内缩进，同时其各边18部分保留不变时，所得到机壳10e的横截面形成为不规则的八角形，并带有保留下来的直边18。场磁体21g各自配置为，使得其内侧部形成为弧形表面，同时使其外侧部牢固地固定在由机壳10e的两条直线形成的角中，以及，以彼此分隔开的方式，将场磁体21g分别设置在机壳10拐角部19b处，因而场磁体21g不会阻碍电枢铁芯3的回转动作，从而，使场磁体21g各自形成为能够保证各磁体维持电动机性能所必需磁化特性的形状。

在图3C所示的实例中，如其中的横截面所示，设定机壳10f四边18的拐角部(拐角)19c的倒圆(拐角R)，使得拐角R的半径与场磁体21h弧形表面的内半径(从转轴2中心到场磁体弧形表面的径向长度)之比落在5％至85％的范围内。优选地，将机壳各个拐角部弧形的半径设定为从转轴2中心到场磁体位于其转轴侧的弧形表面的长度的65％至85％范围内的任意值。

场磁体21h各自配置为，使得内侧部21a形成为弧形表面，同时使外侧部21b牢固地固定在机壳10f上，并且以彼此分隔开的方式，将场磁体21h分别设置在机壳10f的拐角部19c处，因而场磁体21h不会阻碍电枢铁芯3的回转操作，从而，将场磁体21h各自形成为可以保证各磁体维持电动机性能所必需磁化特性的形状。

(实施方式4)

图4A和图4B是图示应用了本发明磁体配置的无芯电动机的剖视图。

图4A是图4B中P-P线的剖视图，而图4B则是图4A中N-N线的剖视图。本发明的无芯电动机29包括在本发明的小型直流电动机的范围中。

无芯电动机29包括：电枢组件，可转动方式布置在机壳30内；机壳30，包括换向模件37；电枢绕组模件38；以及，转轴2。

无芯电动机29的机壳30由下述部件组成：筒部31；端块部32，连续方式设置于筒部31；以及，轴承支撑部33，连续方式设置于端块部32。在轴承支撑部33内部，通过两个轴承34、35可转动方式支撑转轴2，轴承34、35彼此分开，以分别设置在轴承支撑部33的上、下端。转轴2一端与底板36邻接。换向模件37设置在转轴2上。

换向模件37由下述部件组成：树脂制成的筒部37a，并且以这种方式设置，使其围绕于机壳30轴承支撑部33周围；内环板部37b，连续方式设置于筒部37a的末端，并且固定在转轴2上；外环板部37c，以这种方式设置在筒部37a的另一端，以从该处径向向外伸出；以及，换向片39a和竖片39b，竖片39b连续到换向片39a，以构成到电枢绕组模件38的馈电通路，以整体方式嵌置在其中的方式，将换向片39a和竖片39b局部成型在换向模件37中。经由金属条片制成的凸条38a，使竖片39b的径向外侧与电枢绕组模件38电连接，并以要求的强度对其进行支撑。在固定于底板36的端子41上，安装与换向片39a接触的一对电刷40。

电枢绕组模件38采取一种配置，其中以磁线缠绕成薄筒形线圈，然后用树脂固定，在接近其顶部途中接入凸条38a，以经由凸条38a与竖片39b连接。以下述方式在固定侧布置内轭铁42和场磁体43，以将转动侧的电枢绕组模件38保持在其间。内轭铁42包括：圆筒部42a，对着电枢绕组模件38；以及，弯曲部42b，布置在底板36上。以彼此分隔开的方式，将场磁体43分别布置在拐角部45处，拐角部45使机壳30各边44连接。

内轭铁42的圆筒部42a使在场磁体43中产生的磁通短路，从而降低漏磁通量。

机壳30包括：筒部31，其具有固定的厚度，并且形成这样一种形状，其横截面为，使四角形的拐角部45缩进，同时四角形各边44部分保留不变；端块部32，以连续方式设置于筒部31；以及，轴承支撑部33，以连续方式设置于端块32。在筒部31的横截面中，在拐角部45处，通过弧形使边44彼此连接。轴承支撑部33形成为圆筒形。

通过将机壳30筒部31的形状基本上形成为四角形，其具有与场磁体43磁化的磁极数量相同的拐角部，可以获得电动机尺寸的减小，而不减少场磁体43磁极中央部分的厚度。

将电枢绕组模件38的外径设定为机壳30筒部31的内径，使得在电枢绕组模件38径向最外侧表面最接近筒部31径向最内侧表面的位置处，亦即在本实施方式中在各边中央位置处，只设置了必需的最小气隙G。在图4中所示的实例中，在各边44的中央部分进行这种设定。

气隙G主要由两个组成元件的精度确定，亦即机壳30内径的精度与电枢绕组模件38外径的精度。由此，气隙G取0.1mm至0.5mm级别的值作为实际尺寸。

拐角部45内侧弧形的半径，设定为从转轴2中心到场磁体43位于转轴2侧的内侧部43a弧形表面长度的5％至85％范围的任意值，从而，可以在直径上扩大布置电枢绕组模件38，而不受场磁体43相对其布置位置的限制，因此，可以增加缠绕电枢绕组的圈数，以增大所产生的转矩。优选地，机壳30拐角部45内部弧形的半径，设定为从转轴2中心到场磁体43位于转轴2侧的内侧部43a的弧形表面长度的65％至85％范围的任意值。

场磁体43由例如钕磁铁(Nd-Fe-B)等制成，并且将其在径向或者转动方向进行磁化，而且，以彼此分开的方式，将场磁体43布置于具有四角形横截面的筒部31的拐角部45。

场磁体43的横截面形成为这样一种形状，其中内侧部43a(靠近电枢绕组模件38一侧)呈现为从转轴2中心以一定半径形成的弧形，而外侧部43b则被牢固地固定在机壳30筒部31的内表面31a上。内侧部43a与外侧部43b之间的结合部43c，形成为以直角与机壳30筒部31的内表面31a相交，但也可以以任意角度形成结合部43c。

在机壳30内表面31a与电枢绕组模件38径向最外侧表面之间限定的气隙G内，场磁体43具有结合部43c，在横截面中观察时，结合部43c将场磁体43中形成为弧形的内侧部43a与牢固地固定在机壳上的外侧部43b连接起来。

特别地，在小型直流电动机1中，为了使很大程度影响电动机特性的场磁体43的最大能量产出(BH)max与组成转动元件磁力形成部的电枢绕组模件38的外径尺寸之间的关系优化，通过增大电枢绕组模件38的外径，使其达到从机壳30筒部31内径减去必需的最小气隙G时得到的值，可以增大电枢绕组模件38的有效磁通量，此外，可以增加在电枢绕组模件38中的缠绕区域，并且可以减少场磁体43的用量，作为电动机元件的场磁体43成本较高，从而使产生的转矩增加，同时实现在电动机外形尺寸减小，因而，使电动机降低成本减小体积。

对于机壳30与场磁体43的配置，可以根据上述内容进行多种改变。

在实施方式4的无芯电动机29中，因为电枢绕组模件38的外径设定为机壳30筒部31的内径，使得在电枢绕组模件38径向最外侧表面最接近筒部31径向最内侧表面的位置处，亦即在实施方式4的情况下，各边中央位置处，只设置必需的最小气隙G，可以增大电枢绕组模件38的径向长度，由此，可以增大绕组空间，因而可以最大化电枢绕组模件38的直径，以增加所产生转矩，同时最小化成本较高的场磁体43的用量，从而，可以减小电动机的尺寸。

另外，因为机壳30筒部31的形状形成为四角形，其具有的拐角部数量与场磁体43磁化的磁极数量相同，所以，可以减小电动机的尺寸，而不减少实现正弦磁化特性的场磁体43磁极中央部的厚度。

另外，因为换向模件37的形状包括：以围绕机壳30轴承支撑部33周围的方式设置的圆筒部37a，连续设置于圆筒部37a并固定在转轴2上的内环板部37b，以及，以径向向外伸出方式设置于圆筒部37a另一端的外环板部37c，所以，可以这样的方式设置两个轴承34、35，以使其彼此分开用于稳定支撑，同时确保换向片39a与电刷40之间的接触空间，从而，提供这样的优点，内轭铁42的圆筒部42a在轴向可形成为较长。

在外环板部37c和电枢绕组模件38的外表面上可以设置树脂加强膜，以形成抗振结构。通过焊接将凸条38a与竖片39b连接起来。凸条38a形成为带状，并且在其一部分上设置弯曲部，以赋予弹性。

因为场磁体43和内轭铁42彼此相对设置，同时将电枢绕组模件38保持在其间，所以，磁性材料的磁路(主要是内轭铁)可以设置得较长，而磁路的磁阻则可以抑制在较低水平，从而，能抑制磁通密度的降低。另外，毋庸置言，还可以减小齿槽转矩。

(实施方式5)

图5是具有其他机壳形状的小型直流电动机的剖视图。

尽管在前述实施方式中所描述的机壳的基本形状是四角形，而且，当使四角形拐角部19向里缩进，同时其各边18部分保留不变，所得到的机壳10横截面的形状，形成为通过任意形状的弧形连接四角形中彼此分开的相邻边18的形状，但基本形状并不局限于四角形，而是可以形成为带有2(n+1)个边和角的形状，其中n为大于或等于1的正整数。根据这种配置，机壳筒部的基本形状(在使拐角部缩进之前得到的形状)可以形成为，例如四角形、六角形、八角形……

图5中描绘的实例图示了n为2时得到的六角形机壳50。机壳形成为6极和9槽。这样形成六角形机壳50的筒部51，使得当六角形拐角部52向里缩进，同时其各边53部分保留不变，所得到的机壳50的横截面，形成为通过弧形连接机壳50中彼此分开的任意一对相邻边53的形状，该弧形与在场磁体54内侧部21a形成弧形表面的弧形的半径长度成任意比例。另外，横截面也可以形成为通过直线连接相邻的边53的形状。

设定机壳50各边53拐角部52的倒圆(拐角R)，使得拐角R的半径与场磁体54弧形表面的内半径(从转轴2中心到场磁体弧形表面的半径长度)之比落在5％至85％的范围内。优选地，机壳各拐角部弧形的半径，设定为从转轴2中心到场磁体位于转轴侧的弧形表面长度的65％至85％范围内的任意值。

场磁体54各自配置为，使得内侧部21a形成为弧形表面，同时使外侧部21b牢固地固定在机壳50上，并且，以彼此分隔开的方式，将场磁体54分别设置在机壳50的拐角部52中，使得场磁体54不会阻碍电枢铁芯55的回转动作，从而，使场磁体54各自形成为可以保证各场磁体维持电动机性能所必需磁化特性的形状。

在机壳50内表面与电枢铁芯55径向最外侧表面之间限定的气隙G内，场磁体54具有结合部21c，在横截面中观察时，各结合部21c将形成为弧形的场磁体54的内侧部21a与牢固地固定在机壳50上的场磁体54的外侧部21b连接起来。另外，电枢铁芯55的形状也可以适当地改变。

(实施方式6)

图6A和图6B图示应用了本发明场磁体排列配置的无槽有芯电动机的剖视图。

图6A是图6B中R-R线的剖视图，而图6B则是图6A中Q-Q线的剖视图。本实施方式的无槽有芯电动机也包括在本发明的小型直流电动机范围内。

配置本发明的无槽有芯电动机47，从而取代在实施方式4中描述的无芯电动机的内轭铁42，以这种方式设置活动背轭铁46，使其与电枢绕组模件38的内侧接触，并且通过换向模件37支撑活动背轭铁46。活动背轭铁46由磁性材料或者掺杂磁性材料的树脂制成，以及，活动背轭铁46没有槽，并且形成为与电枢绕组模件38相似的圆筒形。

为了说明磁通路径，例如，来自具有N极的场磁体43MNL的磁通穿过电枢绕组模件38、活动背轭铁46、电枢绕组模件38、具有S级的场磁体43MSL、以及机壳30的路径。因为沿此路径磁阻变得较高的部位只位于磁体MNL和磁体MSL与电枢绕组模件38之间的气隙处，所以，能配置具有较大磁通密度和较大转矩的电动机。

另外，因为活动背轭铁46设置在电枢绕组模件38内侧，与实施方式4中的无芯电动机29相比，惯性力较大，并且可以提供平滑的转动。

尽管实施例描述为应用于内转子电动机，但是，如果在设置场磁体的机壳上设置转轴、绕组固定在转轴上、并且使驱动电流流过绕组，也可以将本发明配置成外转子电动机。另外，在将外部动力引入到转轴上使其转动的情况下，也可以将本发明配置成发电机。

以上所述的配置在不改变其功能的情况下，可以以适当的方式进行不同组合。

以预定分开角度排列磁体的情况下，既允许电枢组件22能在磁体的内侧转动，也允许其在外侧转动。

除了本文描述的实施方式之外，可以将各配置进行组合以配置任意特性的小型直流电动机。

本发明要求基于2005年7月11日提交的日本专利申请(JP2005-202300)和2005年12月1日提交的日本专利申请(JP2005-348028)的外国优先权，其内容在此以引用的方式并入本文。

Claims (10)

1.一种小型直流电动机，包括：

机壳，包括筒部，所述筒部具有恒定的厚度，并且具有的横截面呈包括四个边和连接部的形状，各所述连接部连接所述四边中相邻的两个，并且，使各所述连接部位于包括所述四边的四角形中相应拐角的内侧，所述连接部具有弧形的形状；

四个场磁体，各场磁体布置为与其相对应的连接部邻接，所述场磁体的内侧面为弧形表面，以及，场磁体横截面的内侧部为弧形，外侧部具有与所述连接部内表面相同的曲率；以及

电枢组件，包括电枢绕组和转轴，并且可转动方式布置在所述机壳内，

其中，

所述场磁体设置为彼此分开，以及

所述小型直流电动机包括气隙，所述气隙在所述四边的各边与所述电枢组件径向最外侧表面之间，所述气隙为转动所述电枢组件所需的最小尺寸。

2.根据权利要求1所述的小型直流电动机，其中，所述电枢组件包括电枢铁芯，所述电枢铁芯构成所述电枢组件径向最外侧表面。

3.根据权利要求1所述的小型直流电动机，其中，所述电枢组件包括电枢绕组模件，所述电枢绕组模件构成所述电枢组件径向最外侧表面。

4.根据权利要求1所述的小型直流电动机，其中，所述场磁体包括结合部，各所述结合部结合所述场磁体的所述内侧部与所述场磁体的所述外侧部，并且各所述结合部布置在所述气隙处。

5.根据权利要求1所述的小型直流电动机，其中，从所述转轴中心到所述机壳内表面的半径，与从所述转轴中心到所述场磁体弧形表面的半径相同。

6.根据权利要求1所述的小型直流电动机，其中，从所述转轴中心到所述机壳内表面的半径，与从所述转轴中心到所述场磁体弧形表面的最短半径相同，所述弧形表面具有任意曲率。

7.根据权利要求1所述的小型直流电动机，其中，各所述连接部的弧形与所述场磁体弧形表面的半径成任意比例。

8.根据权利要求1所述的小型直流电动机，其中，各所述连接部的弧形构成圆的一部分，以及，所述圆与所述转轴同心。

9.根据权利要求3所述的小型直流电动机，其中，所述电枢组件包括：

用磁线缠绕的圆筒形线圈的电枢绕组模件；以及

包括圆筒部的内轭铁，以对着所述电枢绕组模件的方式固定所述内轭铁。

10.根据权利要求3所述的小型直流电动机，其中，所述电枢组件包括：

用磁线缠绕的圆筒形线圈的电枢绕组模件；以及

与所述电枢绕组模件内侧接触的圆筒形活动背轭铁。

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