CN1032174C - 小型电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型电动机，其中磁场对转子铁心的磁力不平衡，使转轴在轴承内朝一定方向偏移，同时力矩不降低，并能防止转速不均、力矩波动和齿槽效应力矩的增大。用轴承在两端支承固定有转子铁心25的转轴24自由转动。与该转子铁心相对的磁铁28的磁化方式为对转子30的旋转驱动起作用的那部分磁力能取得平衡，而对吸引转子铁心25起作用的那部分磁力不平衡，使转轴在轴承内朝一定方向偏移。

Description

小型电动机

本发明涉及能够防止由转轴晃动所引起的噪声和摇摆回旋等情况的小型电动机。

图26、27示出极普通的带铁心小型电动机的例子。在图26、27中，杯状机壳1的开口端固定有端板2。在机壳1的底部中央及端板2的中央通过深冲加工形成圆筒部，其中分别压入烧结含油轴承3、3，由这两个轴承支承转轴4自由旋转。在机壳1内部，转轴4压入转子铁心5的中心孔中。转子铁心5具有适当数量(图中为3个)的凸极，在各凸极上卷绕驱动线圈6。机壳1的内周面上固定环状的驱动用磁铁8，磁铁8的内周面与转子铁心5的外周面隔开适当间隙，彼此相对。上述转子铁心5和驱动线圈6构成转子10。通过固定在转轴4上的整流子7和电刷9，向驱动线圈6供电，并且根据转子10的旋转位置切换电流，从而连续地驱动转子10旋转。

为了使上述小型电动机容易组装，并且防止轴承3和转轴4发热胶着，如图28所示，在轴承3与转轴4之间有必要设置适当的间隙。图28中将间隙11极端地夸大了。如上所述，在轴承3与转轴4之间设置间隙11，则转子10由于磁场的吸引力而在上述间隙11的范围内振动，转轴4冲撞轴承3，产生噪音。另外，如图29所示，转轴4摇摆回旋，描出一个圆锥体。若将这样的小型电动机用作为盘片驱动装置的主轴电动机，则会发生由于振动和摇摆回旋而产生信息信号读出误差的问题。或者用于音响器材时，会存在录、放音失真情况恶化的问题。

因此，为了防止小型电动机的噪声和摇摆回旋，而形成各种方案。实开昭62—115765号或实开平1—113558号公报中记载的方案即为其例。这些方案将磁场对转子铁心的磁力设置成不平衡状态，使转轴在轴承内偏向一定的方向。具体而言，使转子的中心偏置，又将驱动磁铁的厚度连续改变，有意使转子铁心与磁铁的间隙不均匀，或者将截面呈C型的多块磁铁以不等的间隔配置，或者局部改变磁铁的磁化强度。此外，可采用截面呈C型而材料不同的多块磁铁，或者在截面呈C型的多块磁铁中形成通孔、切口、凹坑等，使磁铁变形。

但是，上述已有的小型电动机存在下列问题。①由于磁铁和转子铁心的间隙增大、磁中性点偏离、不饱和磁化等因素，所发生的力矩减小。②磁铁中通孔、缺口、凹坑等的形成使磁铁成本增大，组装时要监督磁铁的方向，因而组装成本提高。③使磁铁的厚度、宽度、长度、内径的偏心量等产生差异，会增加部件的种类，管理变得复杂。④为了使磁铁轴向(スラスト方向)固定位置形成差异，需要特殊的装置和工序。⑤由于磁力不平衡，转速的不均匀、力矩波动以及齿槽效应力矩会增强。

图30示出上述已有小型电动机的结构与力矩降低、转速不均、力矩波动增大、齿槽效应力矩增加的关系。图中，S、N分别表示磁极，○表示非磁化部，Lc表示与磁铁相对的铁心的轴向磁中心位置。图30(a)、(b)是特开昭62—115765号公报中记载的例子，它局部改变转子铁心与磁极的间隙或磁化情况，其局部磁通降低，因而，力矩有损失，转速也变得不均匀。图30(c)、(d)是上述公报中记载的其它例子，它将非磁化部宽度设置成有差异，磁化位置偏离了能够得到最大性能的位置，因而齿槽效应增大，且力矩有损失。图30(e)、(f)是上述公报中记载的又一例子，磁极的宽度有差异，在宽度小的磁极部分力矩有损失，此外，齿槽效应也增大。图30(g)、(h)如实开平1—113558号公报图2实施例那样，连续性地改变磁铁与铁心的间隙，磁通密度的分布因磁极而异，故而力矩波动增大。图30(i)、(j)如上述公报图12实施例那样，改变磁铁的厚度，从而连续性地改变气隙宽度，齿槽效应增大。

本发明为解决上述已有技术的问题而作，目的在于提供一种小型电动机，其磁场对转子铁心的磁力处于不平衡状态，转轴在轴承内朝一定方向偏移，同时，力矩不会降低，并能防止转速不均、力矩波动以及齿槽效应力矩的增大。

图1是本发明的小型电动机第1实施例的正剖视图。

图2是图1中A—A线处的剖视图。

图3是上述实施例中磁铁的展开图和磁通密度分布图。

图4是侧剖视图，示出本发明中沿径向加在转轴上的力。

图5是上述径向作用力各种情况的斜视图。

图6是本发明的小型电动机第2实施例的侧剖视图。

图7是图6中的C—C、D—D、E—E线各处的剖视图。

图8是上述实施例中磁铁及其变形例的展开图和磁通密度分布图。

图9是上述实施例的侧剖视图。

图10是本发明的小型电动机第3实施例的正剖视图。

图11是上述实施例中磁铁及其变形例的展开图和磁通密度分布图。

图12是本发明的小型电动机第4实施例的侧剖视图。

图13是上述实施例中磁铁的展开图和磁通密度分布图。

图14是本发明的小型电动机第5实施例不同位置处的正剖视图。

图15是上述实施例中磁铁的展开图和磁通密度分布图。

图16是本发明的小型电动机第6实施例的磁铁展开图和磁通密度分布图。

图17是本发明的小型电动机另一实施例各种磁铁展开图和磁通密度分布图。

图18是本发明的小型电动机再一实施例的磁铁展开图和磁通密度分布图。

图19是上述实施例的侧剖视图。

图20是上述实施例的正剖视图。

图21是本发明的小型电动机第7实施例的纵剖视图。

图22是图21中C—C、D—D、E—E线处的横截面图。

图23是上述第7实施例和第8至第11实施例中的磁铁展开图及其磁通密度分布图。

图24是本发明的小型电动机另一实施例的横截面图。

图25是本发明的小型电动机再一实施例的剖视图。

图26是已有小型电动机的侧剖视图。

图27是上述电动机的正剖视图。

图28是显示上述已有实例中转轴与轴承关系的正剖视图。

图29是显示上述已有实例中转轴摇摆旋转情形的斜视图。

图30是已有小型电动机中各种磁铁的展开图和其磁通密度分布图。

在说明本发明的各个实施例之前，先对在轴承中使转轴朝一定方向偏移的作用力的方向进行定义。在图4中，转轴24两个端部由轴承23、23支持。在转轴24上一体化设置转子铁心25，构成转子30，转子铁心25的外周面与环状驱动用磁铁28的内周面隔开一定间隙，彼此相对。将作用在转轴24上，以防止其在轴承23、23中振动式摇摆回旋的径向力设为f。

上述磁铁28中，如图5所示，主磁极沿圆周方向交替设置。因此，作用在转轴24上的径向力根据其与主磁极的夹角定义如下：

f₁：一个主磁极圆心角的中心方向作用力。

f₂：相对于f₁转角错开180°方向上的作用力。

f₃：相对于一个主磁极圆心角的中心方向作用力电角错开90°方向上的作用力。

f₄：相对于f₃转角错开180°方向上的作用力。作为施加这些作用力f₁～f₄，从而使转轴偏移的装置，有图5(a)～(d)所示各种。亦即：

(a).在轴承之一所支持的转轴24的一个端部施加f₁，在另一轴承所支持的转轴24的另一端部也施加f₁。

(b).在轴承之一所支持的转轴24的一端施加f₁，而在另一轴承所支持的转轴24的另一端施加f₂。

(c).在轴承之一所支持的转轴24的一端施加f₃，在另一轴承所支持的转轴24的另一端也施加f₃。

(d).在轴承之一所支持的转轴24的一端施加f₃，而在另一轴承所支持的转轴24的另一端施加f₄。

接着，对转轴做成偏移的各个实施例进行说明。在图1至图3的第1实施例中，杯状机壳21的开口端固定有端板22。在机壳21的底部中央以及端板22的中央，与前述已有实例一样，压入烧结含油轴承，转轴24由该轴承支承，可自由转动，但图中未示出。在机壳21中，将转轴24压入转子铁心25的中心孔中。转子铁心25具有适当数量(图中实施例为3个)的凸极，在各个凸极上卷绕驱动线圈26。在机壳21的内周面上固定环状驱动用磁铁28，磁铁28的内周面与上述转子铁心25的外周面相对，隔开适当的间隙。上述转子铁心25和驱动线圈26构成转子30。通过图中未示出的整流子和电刷向驱动线圈26供电，并且根据转子30的转动位置切换电流，从而驱动转子30连续转动。

上述磁铁28的厚度及轴向宽度全圈基本一致。另外，磁铁28的两个端面28a在全圈基本符合垂直于轴线的单一平面。转子铁心25与磁铁28在周围方向上的间隙全圈基本均匀。磁铁28不带有通孔、缺口、凹部、凸部等特殊形状。图3(a)示出磁铁28相对于转子铁心25一面的展开图，N表示N极磁化部，S表示S极磁化部，○表示非磁化部，Lc表示转子铁心25轴向磁中心位置。磁铁28上沿圆周方向设置相同宽度的S极主磁极MS和N极主磁极MN，在主磁极MS、MN之间设置非磁化部○。但是，在S极的主磁极MS两侧非磁化部○邻接主磁极MS处设置辅助磁极部MP，辅助磁极部MP由S极的的磁化部MPS和N极的磁化部MPN构成，这些磁化部MPS、MPN以上述转子铁心25的磁力中心线Lc为轴对称设置，剩余部分为非磁化部。另外，辅助磁极部MP也可设置在N极主磁极MN的两侧。

根据上述实施例，由于各辅助磁极部MP中S极的磁化部MPS与N极的磁化部MPN的磁力彼此抵消，因而转动方向的磁通密度分布如图3(b)，在转子30的旋转驱动中起作用的磁力为主磁极MS、MN的磁力，实现平衡，所得小型电动机无力矩损失，齿槽效应及力矩波动小，且转速变化少。

另外，辅助磁极部MP的两个磁化部MPS、MPN的磁力对转子铁心25起吸引力的作用，同时上述两个辅助磁化部MP、MP配置成在旋转方向不平衡，因而两个辅助磁化部MP、MP对转子铁心25的吸引力的合力在图1中如f₁所示那样起作用，使转轴24在轴承内朝一定方向偏移。作用于转轴24两端的吸引力如图5(a)所示，都为f₁。这样，吸引力f₁起作用，使得轴承24在轴承内朝一定方向偏移，从而转轴24不再晃动，噪声消失，转轴24也不再摇摆回旋。

下面对图6至图9所示的第2实施例进行说明。该实施例除驱动用磁铁28的磁化形式之外与上述实施例相同，因而对相同的结构部分标以相同的符号，不再重复说明。另外，图6中标号23表示烧结含油轴承，27为整流子，29是电刷。如图8(a)所示，磁铁28上所设的一个主磁极MS做成梯形，其轴向磁中心位置L_s相对于转子铁心25的磁中心线L_c朝一侧偏离，处于相对于主磁极MS错开180°转角的位置上的主磁极MN做成倒梯形，其轴向磁中心位置L_n相对于上述磁中心位置L_s偏离在转子铁心25的磁中心线L_c的另一侧。主磁极MS、MN之外是非磁化部○。也可以将主磁极MS、MN的形式倒置，使L_s和L_n相对于L_c的关系与图示例相反。

根据上述第2实施例，磁铁28引起的磁通密度分布如图8(b)所示，对转子30的旋转驱动起作用的那部分磁力达到平衡，因而所得小型电动机无力矩损失，齿槽效应及力矩波动小且转速不均情况减轻。另一方面，如图9所示，在转轴24的一端施加力f₁，另一端施加力f₂，转轴24的两端被迫在轴承23、23内朝一定方向偏移，因而转轴24无晃动，噪声消失，摇摆回旋也消除。

在转轴24的一端加力f₁，在另一端加力的f₂的有图8(c)、(e)、(g)所示各例。图8(c)例是将矩形的主磁极MS、MN沿轴向相互反向错开设置，其磁通密度如图8(d)所示。图8(e)例是将平行四边形的主磁极MS、MN沿轴向相互反向错开设置，其磁通密度分布如图8(f)所示。图8(g)例将菱形的主磁极MS、MN沿轴向相互反向错开设置，其磁通密度分布如图8(h)所示。无论何种实施例，对转子30的旋转驱动起作用的那部分磁力都处于平衡状态，另一方面，主磁极MS轴向的磁中心位置Ls和相对主磁极MS转角错开180°位置处的主磁极MN轴向磁中心位置Ln分别对转子铁心25磁中心线反向错开，因而转轴24的一端加力f₁，另一端加力f₂，转轴24的两端在轴承23、23中朝一定方向偏移，所以不再晃荡，噪声消失，也不摇摆回旋。

下面，对图10、11所示的第3实施例进行说明。在驱动用磁铁28上设置S主磁极MS和N主磁极MN，在相对主磁极MS圆心角的中央位置Cs错开90°电角的位置Cp上设置辅助磁极MP。辅助磁极MP由S极磁化部MPS和N极磁化部MPN构成，这些磁化部MPS、MPN设置成相对于上述中心线Lc呈线对称。其余部分为非磁化部○。上述线对称的图形有多种，例如有图11(a)那样的三角形和图11(c)那样的长方形。在图11(c)例中，上述长方形的磁化部MPS、MPN设置在一个非磁化部○的两侧。图11(e)例的磁化部MPS、MPN为三角形，主磁极MS、MN的形状为梯形。上述各种磁化方式的磁通密度分布如图11(b)、(d)、(f)所示。

根据上述第3实施例，各个辅助磁极部MP中的S极磁极部MPS和N极磁极部MPN磁力彼此抵消，因而对转子30的旋转驱动起作用的那部分磁力处于平衡状态，另一方面，在设置辅助磁极部MP的位置Cp错开180°转角处不设置辅助磁极部，即使设置的话，该部较辅助磁极部MP弱，因而对转子铁心25有吸引作用的那部分磁力处于平衡状态，在转轴24的两端都施加径向力f₃，使该轴在轴承内偏向一方。这样，第3实施例与前述第1、第2实施例起到同样的作用和效果。

下面，对图14、15所示的第5实施例进行说明。如图15(a)所示，磁铁28上在S和N主磁极MS、MN之间设置非磁化部○。从主磁极MS的中央位置Cs偏转90°电角的位置为Cp。Cp一侧的非磁化部与主磁极MS的界面PS相对于上述Cp倾斜θ角。在上述Cp另一侧与主磁极MS相邻的主磁极MN和上述Cp另一侧的非磁化部的界面PN相对于位置Cp与界面PS大致呈线对称。从上述Cp偏转180°转角的位置为Cq。邻接该位置Cq的N极主磁极MN与上述Cq一侧的非磁化部的界面QN相对于上述Cq倾斜θ′角。在Cq另一侧邻接主磁极MN的主磁极MS与Cq另一侧的非磁化部的界面QS相对于上述Cq与上述界面QN大致对称。因此，|θ＋θ′|＝180°，但○＜|θ|＜90°。

上述第5实施例的磁铁28所形成的磁通密度分布如图15(b)所示，对转子30的旋转驱动起作用的那部分磁力处于平衡。与此相对，作用于转轴24一端的径向吸引力为图14(a)f₄所示方向的吸引力，作用于转轴24另一端的径向吸引力为图14(c)f₃所示方向的吸引力，因而使转轴24在轴承内朝一个方向偏移，达到与前述实施例相同的作用效果。

下面对图16所示第6实施例进行说明，如图16(a)所示，以磁铁28一个主磁极MS的圆心角中央位置起错开90°电角的位置为Cp，从Cp错开180°转角的位置为Cq。Cp两侧S及N主磁极的Cp端轴向磁中心位置分别为LPS、LPN。同样，Cq一侧的主磁极端磁极中心位置分别为LQS、LQN。主磁极MS、MN呈平行四边形，相对于通过上述位置Cp的轴线对称，磁中心位置LPS、LPN相对于上述线Lc处于转轴24的一端，磁中心位置LQS、LQN相对于线Lc处于转轴24的另一端。另外，LPS、LPN和LQS、LQN也可相对于线Lc彼此处于相反侧。该第6实施例与迄今为止的第1至第5实施例起到同样的作用效果。

此前所说明的第1—第6实施例主磁极数都是N、S各一，但本发明也适用于N、S主磁极各有P个(P是自然数)，总计为2P个磁极的情况。图17示出P＝2时的各种实施例。图17(a)所示例子对应于图8(a)的实施例，图17(b)示出其磁通密度分布。图17(c)、(e)所示例子对应于图11的实施例，图17(d)、(f)中示出其磁通密度分布。图17(g)所示例子对应于图15的例子，其磁通密度分布在图17(h)中示出。图17(i)所示例子对应于图1至3的实施例，其磁通密度分布在图17(j)中示出。图17所示各个实施例的作用效果与对应的前述第1至第6实施例相同。

主磁极间的非磁化部也可形成磁铁的缺口部。图18至20示出这样的实施例，将驱动用磁铁38做成C字形，成为有缺口部39的磁铁。除此之外，在主磁极部MS、MN之间形成非磁化部○，在非磁化部○上形成辅助磁化部MP，使转轴在轴承内朝一定方向偏移。

参见上述各实施例的磁通密度分布图，可以看到，它们都相对于某个点R形成大致对称的形状。另外，若主磁极实际径向磁中心与相邻主磁极磁中心之间的圆心角为α，则α约等于360°/磁极数。亦即：

α≈360°/2P(其中P为自然数)

另外，S、N磁极部与相邻的磁极部或非磁化部的边界并不限于例示那样的直线，也可以是多条直线的连线或曲线。磁化部也不限于饱和磁化，例如，磁化强度分布可做成正弦波状，带有非饱和磁化部。作为使转轴在轴承内朝一定方向偏移的装置，单独示出了各种例子，但也可以组合多个这样的装置。

根据本发明的上述实施例，将对着转子铁心的磁铁的磁化方式做成使对转子的旋转驱动起作用的那部分磁力保持平衡，所得小型电动机会没有力矩损失，齿槽效应及力矩波动也小，而且转速变化小。另一方面，将上述磁铁的磁化方式做成对转子铁心的吸引起作用的那部分磁力保持平衡，使转轴在轴承内朝一定方向偏移，因而转轴不会晃动，噪声消失，转轴的摇摆回旋也消失。

下面，对于能防止小型电动机的轴向振动并且可提高电动机力矩的小型电动机实施例进行说明。

与上述实施例相同的结构部分标以相同的符号。

在图21、22所示第7实施例中，在杯状机壳21的开口端固定有端板22。在机壳21的底部中央端板22的中央圆筒部及凹入部中压入烧结含油轴承23、23，转轴24由该轴承23、23支承，可自由转动。在机壳21中，转轴24压入转子铁心25的中心孔。转子铁心25具有适当数量的凸极(图示的第7实施例中有3个)，在各凸极上卷绕驱动线圈26。上述转轴24、转子铁心25、驱动线圈26构成转子30。

在机壳21的内周面上固定环状驱动用磁铁28，机壳21、轴承23、23和驱动用磁铁构成定子32。磁铁28的内周面与上述转子铁心25的外周面隔开适当间隙，彼此相对。

通过上述转轴24上安装的整流子27和电刷29向驱动线圈26通电，并且根据转子30的旋转位置切换电流，从而驱动转子30连续转动。另外，转轴24的一端接触推力轴承，由其支承。

上述磁铁28的厚度及轴向宽度全圈基本均匀。磁铁28的两个端面28a全圈基本符合分别垂直于轴线的单一平面。转子铁心25与磁铁25的径向间隙全圈基本一样。磁铁28没有梯形或者带阶差等特殊形状。

图22(a)是图21所示小型电动机沿C—C线处的剖视图，图22(b)是D—D线处的剖视图，图22(c)是E—E线处的剖视图。图23(a)示出磁铁28相对转子铁心25的表面的展开图。图23(a)中，N表示N极磁化部，S表示S极磁化部，○表示非磁化部，Lc表示转子铁心25的轴向磁中心位置。磁铁28上设置S极主磁极MS和N极主磁极MN，在主磁极MS与MN之间设置三角形的非磁化部○。此外，转子铁心25和磁铁28的轴向宽度中心大致相同。

在上述第7实施例中，如图23(a)所示，主磁极MS、MN大致呈梯形。因此，若相对于转子铁心25的轴向磁中心，在沿着推力轴承31一侧的线C—C的剖视图22(a)中，主磁极MS的圆心角为θ₁，沿着线E—E的剖视图22(c)中，主磁极MS的圆心角为θ₃，则θ₁＞θ₃。主磁极MN与主磁极MS情况类似。

根据上述第7实施例，主磁极MS、MN对转子铁心25的吸引力在图22(a)所示一端比在图22(c)所示一端更强，依靠该磁力的不平衡，在转子铁心25上产生轴向(图21中为上方)的吸引力，转子30始终被压在推力轴承31上。

在上述第7实施例中，如图22(b)所示，设轴向磁中心的主磁极MS圆心角为θ₂，小型电动机的主磁极数为A，转子铁心的凸极数为B，A与B的最大公约数为C，则θ≈{(B－C)/(A×B)}×360°，这样，磁铁28沿转子铁心25轴向磁中心Lc的磁通常密度分布如图23(f)所示，对转子30的旋转驱动起作用的那部分磁力处于平衡状态下，因而所得小型电动机力矩损失少，并且齿槽效应力矩及力矩波动小，转动平稳。严格地讲，θ₂即使不等于{(B－C)/(A×B)}×360°，只要在±10°的公差范围内即可。

下面对本发明的第8实施例进行说明。图23(b)是本发明第8实施例的磁铁28对着转子铁心25一面的展开图。

在图23(b)中，主磁极MS、MN大致呈五角形，在主磁极MS与MN之间形成三角形的非磁化部○。若相对于转子铁心25轴向磁中心Lc，推力轴承一侧截面中的主磁极MS圆心角为θ₁，另一侧截面中的主磁极MS圆心角为θ₃，则θ₁＞θ₃。主磁极MN情况也相同。

因此，第8实施例与前述第7实施例相同，主磁极MS、MN对转子铁心25的吸引力在推力轴承的一端(图23(b)的下方)比在另一端(图23(b)的上方)更强，依靠磁力的不平衡在转子铁心25上产生轴向(图21的上方)的吸引力，转子30始终压靠在推力轴承31上，能防止转动时轴向的振动。

图23(c)是本发明第9实施例的磁铁28对着转子铁心25一面的展开图。

图23(c)中，仅主磁极MN大致呈梯形，主磁极MS大致形成平行四边形，同时，在主磁极MN与MS之间设置平行四边形及三角形的非磁化部○。

根据上述结构，主磁极MS不会发生吸引力的不平衡情况，但主磁极MN对转子铁心25的吸引力不平衡，因此，两者合成后在转子铁心25上产生轴向吸引力，转子30始终压靠在推力轴承31上，能防止旋转时的轴向振动。在上述实施例中，主磁极MN呈梯形，但也可以将主磁极MS做成梯形，主磁极MN做成平行四边形，另外还可在轴向至少改变一个主磁极的圆心角。

在上述第9实施例中，穿过主磁极MS中央位置的轴线设为Cs，穿过从Cs错开90°电角的位置的轴线为Cp，从Cp错开180°转角的位置处的轴线为Cq。上述线Cp纵向切断平行四边形的非磁化部，设非磁化部与主磁极MS的界线为PS，则界线PS相对上述线Cp倾斜角度θ₄。设三角形非磁化部与主磁极MS的界线为QS，界线QS与上述线PS平行，相对上述线Cp倾斜角度Q₄。在这样的结构下，磁铁28对转子铁心25的径向吸引力在图23(c)的上部，Cp位置附近较强，Cq位置处较弱。另一方面，在图23(c)的下部，Cp位置附近较弱，Cq位置处较强。依靠这些对转子25的吸引力起作用的磁力的不平衡，转轴在轴承23、23内朝径向一侧偏移，能一起解决转轴24在其与轴承23间隙范围内振动、产生噪声或者摇摆回旋等问题。

图23(d)是本发明第10实施例的磁铁28对着转子铁心25一面的展开图。

在图23(d)中，主磁极MN、MS大致呈梯形，主磁极MS、MN各自两侧的界线QN和PN、QS和PS相对于线Cp(以通过主磁极MS的Lc在圆周方向上的中心点的轴线为Cs，从线Cs偏转90°电角位置处的轴线)的倾角各不相同，在图23(d)中，主磁极MS、MN的下侧比上侧宽。在主磁极MS与MN之间形成三角形的非磁化部。

这样，通过在轴向改变主磁极的圆心角，在转子铁心25上产生轴向吸引力，转子30始终被压靠在推力轴承31上，能防止转动时轴向的振动。此外，在径向吸引转子5的磁力也不平衡，与前述第9实施例相同，转轴24在径向轴承23、23中朝一个方向偏移，能同时防止转子30及转轴24在径向和轴向的振动。

图23(e)是本发明第11实施例的磁铁28对着转子铁心25一面的展开图。

图23(e)中，驱动用磁铁28上设置主磁极MS和MN，C₃线通过主磁极MS圆周方向中央位置，Cp线通过Cs偏转90°电角的位置，沿Cp设置菱形辅助磁极MP。辅助磁极MP由S极磁化部MPS和N极磁化部MPN构成，它们设置成相对于上述Lc对称。主磁极MS、MN与第7实施例中形状相同，同样产生轴向的吸引力。其余部分为非磁化部○。

根据上述第11实施例，各辅助磁极部MPS和MPN磁力相互抵消，因而主磁极MS和MN的磁力作用于转子铁心25，旋转方向的磁通密度分布如图23(j)所示。因此，在主轴上部和下部磁力发生不平衡，由此产生轴向吸引力，转子30始终被压靠在推力轴承31上，可防止转动时轴向的振动。

在上述第11实施例中，辅助磁极部MP的磁力对转子铁心25起吸引力作用，因而如图24所示，在转子30上有径向的力f₃，使转轴24在轴承内能朝一方偏移。这样，本实施例与前述第10实施例相同，能同时防止转子30及转轴24在径向和轴向的振动。此外，在上述实施例中，磁化部MPS、MPN做成三角形，但也可做成长方形和多角形，另外可设置多个辅助磁极部MPS、MPN，这些不受上述实施例限制。

参照表示上述各实施例的磁通分布的图23(f)至(j)，可以看到，任何一种磁通分布都相对于某个点R大致对称。取主磁极实际径向磁中心和相邻主磁极磁中心之间的圆心角为α，则α约等于360°/磁极数。亦即表示成：

α≈360°/2P (P为自然数)

迄今为止所说明的第7至第11实施例中，主磁极数都是N、S极各一，但本发明也适用主磁极各有P个(P为自然数)，总计2P个的情况。

主磁极之间的非磁化部也可以是磁铁的缺口部，另外，就磁化方式而言，S极和N极也可反向磁化。

至于推力轴承，不必如前述实施例那样，构造成支承转轴的一端，例如也可以用径向轴承支承转子端面和转轴上形成的阶梯部等。

第8至第11实施例中与第7实施例中一样，取轴向磁中心处的主磁极MS的圆心角为θ₂，小型电动机的主磁极数为A，转子铁心的凸极数为B，A与B的最大公约数为C，则θ₂≈{(B—C)/(A×B)}×360°。因此，磁铁28沿着转子铁心25轴向磁中心Lc的磁通密度分布如图23(g)至(j)所示，对转子30的旋转驱动起作用的那部分磁力取得平衡，所得电动机力矩损失少，并且齿槽效应及力矩波动小，旋转稳定。严格地讲，θ₂若不等于{(B－C)/(A×B)}×360°，则在±10°的公差范围内即可。

另外，S、N的磁极部与邻接的磁极部或非磁化部的边界并不限于例示的直线，也可以是多条直线的连线或曲线。此外，磁化部不限于饱和磁化，例如也可以形成正弦波状的磁化强度分布，带有非饱和磁化部。使转轴朝一定方向偏移的装置分别示出了各种例子，但也可将多个这样的装置组合使用。

下面，对于本发明适用于在转子一侧安装磁铁，在定子一侧安装与上述磁铁相对的铁心而成的小型电动机，亦即适用于无刷电动机的实施例进行说明。

在图25中，在基板33上借助隔板35载以定子铁心36。定子36及隔板35有中心孔，在这些中心孔中嵌入一个烧结含油轴承34。轴承34、隔板35和定子铁心36由螺栓44一起固定在基板33上。定子铁心36具有适当数量的凸极，在各个凸极上卷绕驱动用线圈37。

在轴承34的底面安装推力轴承42。由这些轴承34、推力轴承42构成轴承组，支承转轴38自由转动。上述轴承组、定子铁心36等进而构成定子40。

在上述轴承38的一端压力并固定倒置杯状的转子壳体39，转轴38与转子壳体39形成一体。在转子壳体39的内周面上固定附着圆环状的驱动磁铁43。磁铁43的内周面与上述定子铁心36的外周面有适当间隔，彼此相对。上述转轴38、转子壳体39、磁铁43等进而构成转子41。

上述磁铁43内周面的磁化方式与上述实施例7至11中的任何一种相同。藉此，在无刷电动机中也能得到与前述实施例7至11相同的效果。

过去，磁铁全部磁化，因此，存在轴向(图25中的下方)的吸引力过强，推力轴承的寿命缩短的问题，但若采取上述那样有非磁化部的磁化形式，则可减弱轴向的吸引力，推力轴承和小型电动机整体寿命可望延长。

本发明也可适用于转子绕固定轴旋转的轴固定型小型电动机。

根据本发明自第7个起的各个实施例，小型电动机具有轴承、由该轴承支承而自由旋转的转轴、定子和相对定子转动的转子，上述转子和定子之一由卷绕线圈的铁心形成，另一由磁铁形成；这样的小型电动机中，以上述铁心的轴向磁中心位置为轴向中心，至少在一个由上述磁铁形成的驱动磁化部中使驱动磁化部的圆心角在上述轴向中心两侧不相同，从而利用因轴向磁失衡而产生的轴向吸引力将转子朝轴向压迫，能防止转子的轴向振动，而且在得到轴向吸引力的同时，磁铁和铁心不做成异形，能抑制部件成本的上升和电动机力矩的降低，还可通过对一块磁铁的磁化方式进行加工，防止转子的轴向振动，从而抑制部件种类的增多和制造成本的上升。

另外，与使铁心和磁铁的轴向宽度中心错开，产生轴向吸引力，在轴向上压迫转子的情形相比，本发明能在不增大小型电动机轴向长度的情况下防止转子的轴向振动。

此外，在径向吸引铁心起作用的那部分磁力不平衡，使转轴在轴承内朝一定方向偏移，因而，转轴在轴承内的晃动消失，还可抑制转轴的摇摆回旋。

再者，与铁心相对的磁铁的磁化方式构造成使对转子旋转驱动起作用的那部分磁力取得平衡，因而所得电动机力矩损失少，而且齿槽效应力矩和力矩波动减小，转速不均有改善，转动稳定。

Claims (13)

1.一种小型电动机，具有：

转轴，和固定于转轴上的转子；

与该转子相对的驱动用磁铁；

支承用于固定上述转子的转轴使之可转动的轴承，

其特征在于：

在上述驱动用磁铁中形成的磁化方式，包括：S极磁化部分；N极磁化部分；非磁化部分，

在该非磁化部分上形成有对吸引上述转子起作用的那部分磁力在旋转方向上不平衡从而使上述转轴在上述轴承内朝一定方向偏移的磁化部分。

2.如权利要求1所述的小型电动机，其特征在于，转子具有适当数量的凸极，在各凸极上卷绕驱动线圈。

3.如权利要求1所述的小型电动机，其特征在于，由轴承支承转轴的两端自由旋转。

4.如权利要求1所述的小型电动机，其特征在于，S极的磁化部分和N极的磁化部分形成于转角错开180°的位置上，并且S极、N极的磁化部分的轴向磁中心位置处于在转子铁心的磁中心线相反侧错开的位置上。

5.如权利要求1所述的小型电动机，其特征在于，形成于非磁化部上，磁化成对吸引转子起作用的那部分磁力在旋转方向上不平衡的磁化部分处于从S极或N极磁化部分的圆心角中央位置错开90°电角的位置上。

6.一种小型电动机，具有轴、轴承、定子、对着该定子旋转的转子，上述转子和上述定子之一由绕有线圈的铁心形成，另一由磁铁形成，以上述铁心的轴向磁中心为轴向中心，其特征在于，在形成于上述磁铁中的驱动磁化部全圈的一部分上形成有在上述轴向中心两侧有不同圆心角的磁化部。

7.如权利要求6所述的小型电动机，其特征在于，磁铁构造成对在径向吸引铁心起作用的那部分磁力不平衡，使转轴朝轴承中的一定方向偏移。

8.如权利要求6所述的小型电动机，其特征在于，对着铁心的磁铁中形成的磁化方式是使得对转子的旋转驱动起作用的那部分磁力能取得平衡。

9.如权利要求7所述的小型电动机，其特征在于，对着铁心的磁铁中形成的磁化方式是使得对转子的旋转驱动起作用的那部分磁力能取得平衡。

10.如权利要求6、7、8、9中任一项所述的小型电动机，其特征在于，取磁铁的驱动磁化部的磁极数为A，铁心的凸极数为B，A、B的最大公约数为C时，轴向中心的驱动磁化部圆心角θ＝{(B－C)/(A×B)}×360°，公差为±10°。

11.如权利要求6所述的小型电动机，其特征在于，磁铁中形成的磁化方式包括：S极磁化部分；N极磁化部分；非磁化部分；形成于该非磁化部分上，其磁化形式使对吸引转子起作用的那部分磁力在旋转方向不平衡的磁化部分。

12.如权利要求11所述的小型电动机，其特征在于，S极和N极的磁化部分处于转角错开180°的位置上，并且S极、N极磁化部分的轴向磁中心位置在转子铁心的磁中心线相反侧彼此错开。

13.如权利要求11所述的小型电动机，其特征在于，形成于非磁化部分上，其磁化方式为使得对吸引转子起作用的那部分磁力在旋转方向不平衡的磁化部分形成于从S极或N极的磁化部分的圆心角中央位置错开90°电角的位置上。

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