CN101682217A - 四边形状外形的小型马达 - Google Patents

Abstract

马达壳体将其侧面形成为将4边的平坦的侧面部与位于角部的圆弧形状的角部连续地结合的四边形状。励磁磁铁的四边形状的外形由将4边的平坦的侧面部与位于角部的圆弧形状的角部连续地结合的形状构成。马达壳体和励磁磁铁的各自的角部的圆弧形状分别处于以马达轴中心位置为中心的圆周上，并且其圆弧角度处于15°以上35°以下的范围内。励磁磁铁的角部压入或粘接在马达壳体角部内，以使其紧贴。

Description

四边形状外形的小型马达

技术领域

本发明涉及能够用于空调致动器用或电动收纳反射镜用等的四边形状外形的小型马达，特别涉及其4极励磁磁铁及安装该磁铁的马达壳体的结构。

背景技术

通常的小型马达的马达壳体外周面具有圆形(圆形状)(参照图6(A))。在将这样的圆形状马达安装到装置内或基板上时，需要进行旋转阻止以使马达自身不旋转。此外，在将圆形状马达安装到装置内时，由于圆形状而有在装置内产生浪费的空间的倾向。因此，已知有考虑到马达相对于安装面的旋转阻止、还有空间效率而将马达外形做成四边形以上的多边形状的技术。

图8是表示将专利文献1中记载的6极励磁的马达变形为4极励磁的四边形马达的图。图示的四边形马达将构成磁轭的马达壳体侧面形成为四边形状，在四边形各边的内侧面上分别安装构成4极励磁极的磁铁。磁铁以侧面部的振动降低效果为目的，分别固定在各侧面部的中央。在磁铁的内周侧，可旋转地支承着具有6极转子磁极的转子。一般，各个磁铁通过从其周向中央朝向两端部使与转子磁极外周面的径向间隔逐渐变大、使磁场逐渐变弱，能够避免伴随着转子的旋转的急剧的磁场的变化。由此，能够减少顿转转矩(cogging torque)的发生。

但是，图8所示的磁铁为了减少顿转转矩的发生而在周向两端侧使与转子的距离比中央部大，但即使这样，磁铁两端侧的厚度依然比中央部大，并且由于使距离变大，性能明显降低。进而，在各磁铁间产生浪费的空间。这样，如果将磁铁配置在磁轭各边的中央部，则有下述问题：既不能将磁铁构成得较小也不能有效率地配置，必然马达厚度(四边形磁轭边间的径向长度)变厚，不能实现小型化。

因此，还已知有将磁铁配置在四边形磁轭各边的角(corner)上的结构(参照专利文献2、3、4)。图9是将磁铁配置在各边的角上的专利文献4中记载的马达的剖视图(A)、以及将4个磁铁内的1个取出表示的放大图(B)。在图9中，马达壳体的截面形成为四边形，在其内侧具备交替地磁化为N、S的4极励磁磁铁。该励磁磁铁磁化为，使磁极的中心位于磁轭各边的角上。马达壳体具有一定板厚，截面具有保留四边形的各边的一部分并将角向内侧压扁的形状，磁铁具有在内侧有圆周面、使外侧紧贴在马达框架上的形状。

如图9(B)所示，该磁铁通过设定将角向内侧压扁的程度、即磁铁的最厚部尺寸L2相对于最薄部尺寸L1的比率、或者角曲率半径R1相对于磁铁的内径R2的比率为适当范围，想要在维持马达特性的基础上做成最小限度的磁铁重量。

小型马达的励磁磁铁为了提高生产率而优选地在与马达壳体(磁轭)分别制造后一体地组装。通常，在这样的组装中采用压入技术，但为了压入，需要严密地设定马达壳体与磁铁相互的相对尺寸公差。但是，在图9所示那样的马达结构中，由于以将四边形的角部压扁的构造进行设计，所以磁铁的内径中心位置与角曲率半径中心位置不同，所以磁轭形状和压入到其中的磁铁形状的设计、以及用于此的金属模的设计变得困难。为了使马达磁通不降低，需要特别在应该使磁场变强的磁铁磁极的顶点使磁轭内侧与磁铁角部紧贴，但如图9所示，如果磁铁的内径中心位置与角曲率半径中心位置偏离，则产品尺寸的公差基准偏离，所以难以使磁铁紧贴在马达壳体上。

此外，磁铁希望不使有效磁通变弱、为了成本降低而减小重量，还需要使顿转转矩也降低。但是，在图9所示那样的具有复杂的形状的磁铁中，有增加磁铁有效磁通、另一方面降低重量及顿转转矩用的最适当的形状设计较困难的问题。

专利文献1：特开2005-20914号公报

专利文献2：特开平7-59322号公报

专利文献3：实开昭64-12455号公报

专利文献4：特开2007-6688号公报

发明内容

四边形状外形的小型马达具有4边的平面和将其之间连结的角部，并且，特别在角部处，需要使马达壳体与位于其内周侧的磁铁紧贴，所以磁铁及马达壳体、以及用于此的金属模的设计、制造变得困难。

本发明的目的是在根据马达自身的旋转阻止或空间效率的观点采用的四边形状外形的小型马达中、使励磁磁铁的重量、体积变小、并且没有浪费地配置、进而使顿转转矩变小、不使马达的性能降低而实现马达的小型化。

此外，本发明的目的是不仅具有能使磁铁的磁通有效地发挥功能而提高马达性能，同时精度良好地安装到磁轭内面侧的形状，而且能容易地进行增加磁铁有效磁通、另一方面降低重量及顿转转矩用的最适当的形状设计。

本发明的四边形状外形的小型马达在金属制马达壳体的内周面上安装有4极励磁磁铁。该马达壳体的侧面形成为将4边的平坦的侧面部与位于该侧面部间的角部的相同数量的圆弧形状的角部连续地结合的四边形状。励磁磁铁具有比转子外径稍大的内径的圆周面和四边形状的外形，并且该四边形状的外形由将4边的平坦的侧面部与位于该侧面部间的角部的相同数量的圆弧形状的角部连续地结合的形状构成。马达壳体和励磁磁铁各自的角部的圆弧形状分别处于以马达轴中心位置为中心的圆周上，并且其圆弧角度处于15°以上35°以下的范围内，励磁磁铁的角部压入或粘接在马达壳体角部内，以使其紧贴。

此外，马达壳体角部和励磁磁铁的角部各自的周向中心位置一致，并且在该位置处具有该励磁磁铁的磁极的顶点。马达壳体的对置的角部彼此、侧面部彼此的中心与马达轴中心一致，磁铁的角部外径中心及内径中心与马达轴中心一致。具有四边形状的外形的励磁磁铁整体上一体形成为环形状，在周向上交替地着磁着S和N。

根据本发明，由于马达壳体(磁轭)、磁铁的各部的尺寸中心一致，所以金属模部件容易制作，能够容易地得到使用于马达组装的磁轭轴承内径中心、终端钟罩(end bell)轴承内径中心一致的精度的基准。

此外，本发明通过将具有4边的平面和连结其之间的角部的磁铁的角角度设定为15°以上35°以下，能够实现磁铁截面积(成本)、马达磁通、顿转转矩值的最适当设计。

附图说明

图1是表示将本发明具体化的四边形状外形的小型马达的结构的局部纵剖视图。

图2是在将图1所示的马达的壳体盖去除的状态下、从换向器侧观察的侧视图。

图3是马达壳体及磁铁各自单独的侧视图。

图4是对磁铁的形状进行说明的图。

图5是表示相对于磁铁角角度的变化的总磁通(Mx)、顿转转矩Kp(mNcm×100)、以及磁铁截面积的变化的曲线图。

图6是说明利用与本发明的小型马达对比的以往技术的圆形外形(圆形状)的小型马达的图。

图7是比较(A)四边形状的马达(本发明)、和(B)圆形状马达(以往技术)的性能的曲线图。

图8是将专利文献1中记载的6极励磁的马达变形为4极励磁的四边形马达的以往技术的马达的剖视图。

图9是将在各边的角上配置有磁铁的专利文献4中记载的马达的剖视图(A)、以及将4个磁铁内的1个取出表示的放大图(B)。

具体实施方式

以下，基于例示说明本发明。图1是表示将本发明具体化的四边形(正方形)状外形的小型马达的结构的局部纵剖视图。图2是在将图1所示的马达的壳体盖去除的状态下、从换向器侧观察的侧视图。以下对具有4极励磁的磁铁、以及6极的转子磁极的小型马达进行说明，但本发明对于具有4极励磁极及3极以上的转子磁极的小型马达能够适用。

如图所示，在通过金属材料压力加工为有底中空筒状的马达壳体的内周面上安装有磁铁。具有大致一定板厚的金属制马达壳体的四边形状侧面形成作为磁铁的磁路的磁轭。该马达壳体的开口部嵌装着壳体盖。转子的轴受分别设在壳体盖的中央部和马达壳体的底部中央的轴承支承。构成在轴上的转子具备由磁极芯和卷绕在该磁极芯上的绕线构成的转子磁极结构。换向器固定在轴上，在其端部上具备火花消除用的可变电阻。接触在该换向器上的电刷(一对)经由电刷臂支承在壳体盖上，并且经由连接在电刷臂上的外部端子被从外部供给电源。

此外，图3(A)及图3(B)是马达壳体及磁铁各自单独的侧视图。磁铁外形形状大致等同于马达壳体内周面形状，通过压入或粘接而安装在其内侧。磁铁的磁极是沿径向着磁的4极，并且在周向上S与N相交替。这里例示的磁铁通过磁铁材料一体地整体形成为环形。该环形磁铁使其内径比转子外径稍大，另一方面，其外形为在侧面部做成薄壁、而在角部做成厚壁的不等厚形状。这样的磁铁可以在将磁性材料一体成形为不等厚环状、固定到马达壳体上之后、利用磁场发生装置从马达壳体外部、或固定在马达壳体上的磁铁的内侧着磁为4极磁铁。或者，也可以在将磁铁单体使用磁场发生装置着磁为4极之后固定到马达壳体上。

如图所示，形成磁轭的马达壳体侧面为将与4极励磁极相同数量的4边的平坦的侧面部(平面)与位于该4边的侧面部间的角部的相同数量的4个角部连续地结合的形状。角部是用其内面侧支承并固定磁铁的部分，由圆弧形状构成。通过这样将侧面部平坦地形成，不仅在马达自身的安装时作为旋转阻止部发挥功能，而且马达外周面的浪费的空间减少，空间效率提高。

如图所示，各磁铁的周向中心(各磁极的顶点)与对应于它的各磁轭角部的周向中心一致。此外，磁轭的对置的角部彼此、侧面部彼此的中心与马达轴中心一致，磁铁的角部外径中心、内径中心与马达中心一致。通过这样使各部中心与马达轴中心(因此轴承中心)一致，马达组装变得容易。

进而，参照图4对磁铁的形状进行说明。连续地结合的4个磁铁具有规定的内径R1，并且在磁铁角角度的范围内，磁铁外形处于规定的半径R2的圆弧上。即，所谓的磁铁角角度，是圆弧形状角部的圆弧角度。另外，安装磁铁角部的马达壳体角部也具有与磁铁相同的角角度。

磁铁在角部上、在周向的哪个位置上都具有大致一定的径向的厚度(A尺寸)。磁铁的平坦的侧面部具有将各角部的圆弧端用直线连结的外形。因此，各磁铁超过对应于角部的位置、越是接近于分别相邻的磁极则其径向厚度越小，在与相邻磁极的中央位置处为最薄部。此外，磁铁侧面部在与磁轭侧面部之间设置稍稍的间隙而成为非接触。这样，磁铁是使其内径比转子外径稍大的整体环形，其外形为在侧面部做成薄壁而在角部做成厚壁的形状。在该环磁铁的侧面部，在与磁轭之间没有作用推压力，所以能够防止磁铁的破损。通过这样磁铁自身为不等厚形状，磁铁的磁通在侧面部从磁铁角部的周向中心越是沿周向远离越是平滑地减少，能够实现顿转转矩降低。同时，通过在磁铁的周向中心不仅确保产生足够的磁场的厚度、而且将磁铁无间隙地推压在磁轭上，能够使磁场变强而实现马达的性能提高。

作为磁铁材质，使用铁素体磁铁、钕磁铁、塑料磁铁那样的以往以来使用的哪种材质都可以，而不论使用哪种材质，磁铁在构成小型马达的部件之中都是最昂贵的部件。因此，为了成本降低，需要抑制磁铁截面积(因此，重量)。此外，为了在被限制的空间中增加马达磁通(因此，马达转矩)，需要使磁铁截面积有效率地增加。此外，还需要抑制与机械噪音的上升有关的顿转转矩而实现马达的静音化。

图5是表示相对于磁铁角角度的变化的总磁通(Mx)、顿转转矩Kp(mNcm×100)、以及磁铁截面积的变化的曲线图。如由该曲线图可见，可知随着磁铁角角度的增加，磁铁截面积(因此，成本)增加，但按该上升比较来说马达磁通不升高很多。进而，与机械噪音的上升有关的顿转转矩在磁铁角角度35°以上较大地增加，不能实现马达的静音化。反之，如果为了使磁铁截面积变小而使磁铁角角度变小，则磁铁的磁通被有效利用的部分的面积下降，所以不能得到足够的马达磁通。特别是，在磁铁角角度为15°以下，磁铁的磁通被有效地利用的部分的面积显著地下降，所以不能得到为了得到目标性能所需要的马达磁通，此外顿转转矩也增加。因此，磁铁角角度优选为15°以上35°以下的范围。进而，更优选的是，如由曲线图可见，在磁铁角角度为20°以上、32°以下的范围中，能够得到相当的总磁通，而另一方面顿转转矩变得更低。

本发明的小型马达通过磁铁自身为不等厚形状，能够同时实现以往作为相反技术的性能提升和顿转转矩降低。对于此，进而参照图6，与以往技术对比进行说明。图6(A)是利用与本发明的小型马达对比的以往技术的圆形外形(圆形状)的小型马达的剖视图。如上所述，本发明的磁铁是分别在周向中心具有大致一定厚度(A尺寸)、在两端部具有较小的厚度的不等厚形状(参照图4)。相对于此，图6(A)所示的励磁磁铁的周向的厚度是一定的。

图6(B)是表示将两马达的总磁通比较的结果的表。图中的□18.3表示四边形状的马达(本发明)的厚度是18.3mm，φ20.0表示图6(A)所示的圆形状马达(以往技术)的直径(马达厚度)是20.0mm。此外，芯径φ15表示转子磁极芯径15mm，两马达是相同结构。由该表可知，本发明的马达尽管使从磁铁产生的总磁通提高了2％左右，但径向厚度与圆形状马达的20.0mm对比可以缩小为18.3mm。

此外，图6(C)是将四边形状的马达(本发明)的厚度与圆形状马达(以往技术)的直径都设为18.3mm、比较由磁铁产生的总磁通的表。由该表可知，对比于圆形状马达，本发明的总磁通增加30％，进而，可使用的转子磁极芯径也能够变大。通过使芯径变大，芯的空间系数增加，所以反电动势进一步增加。总之，本发明的马达如果与以往的同等性能圆形状马达对比，则能够使重量体积减半，在磁铁材使用量中能够削减10％，能够使马达直径薄型化8.5％。

图7是比较(A)图6所示那样的四边形状的马达(本发明)、和(B)圆形状马达(以往技术)的性能的曲线图。在哪个曲线图中，都是横轴表示着磁电压、并且纵轴表示反电动势(V)和顿转转矩(gf.cm)。如果反电动势较高则转矩上升，并且能够降低转速。着磁电压是在通过磁铁材质成形为规定形状、固定在马达壳体内之后、为了从马达壳体外部或固定在马达壳体上的磁铁的内侧着磁而对着磁装置线圈外加的电压。或者是为了将磁铁单体着磁而对着磁装置线圈外加的电压。例如，在使用通过1500(V)的电压着磁的磁铁的情况下，本发明没有使性能降低(反电动势大致相同)，顿转转矩从10.5到4.0(gf.cm)降低了60％以上。

Claims (5)

1、一种四边形状外形的小型马达，是在金属制马达壳体的内周面上安装有4极励磁磁铁的四边形状外形的小型马达，其特征在于，

上述马达壳体的侧面将4边的平坦的侧面部与位于该侧面部间的角部的相同数量的圆弧形状的角部连续地结合而整体上形成为四边形状；

上述励磁磁铁具有比转子外径稍大的内径的圆周面和四边形状的外形，并且该四边形状的外形由将4边的平坦的侧面部与位于该侧面部间的角部的相同数量的圆弧形状的角部连续地结合的形状构成；

上述马达壳体和上述励磁磁铁各自的角部的圆弧形状分别处于以马达轴中心位置为中心的圆周上，并且其圆弧角度处于15°以上35°以下的范围内。

2、如权利要求1所述的四边形状外形的小型马达，上述马达壳体角部和上述励磁磁铁的角部各自的周向中心位置一致，并且在该位置处具有上述励磁磁铁的磁极的顶点。

3、如权利要求1所述的四边形状外形的小型马达，上述马达壳体的对置的角部彼此、侧面部彼此的中心与马达轴中心一致，上述磁铁的角部外径中心及内径中心与马达轴中心一致。

4、如权利要求1所述的四边形状外形的小型马达，上述具有四边形状的外形的励磁磁铁整体上一体形成为环形状，在周向上交替地着磁着S和N。

5、如权利要求1所述的四边形状外形的小型马达，上述励磁磁铁的角部整体上一体形成为环形状，在周向上交替地着磁着S和N。

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