CN1166073A - 两相单极驱动型无刷直流电动机 - Google Patents

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Abstract

一种两相单极驱动器型无刷直流电动机，有电枢(8)和转子(9)，电枢(8)包括带有凸极(5a)的定子轭(5)，线圈(7)缠绕在凸极(5a)上；转子(9)有转子磁铁(4)的支架(13)，转子磁铁(4)面对电枢(8)，在转子磁铁(4)和电枢(8)之间限定了预先规定的小间距。支架(13)为含磁粉的聚合材料制成，与转子磁铁(4)整体形成。该电动机以低价生产，提供了稳定的磁场波形，可以用作为多种存储装置的主轴电动机。

Description

两相单极驱动型无刷直流电动机
本发明涉及直流电动机，特别涉及用作FDD(软盘驱动器)，HDD(硬盘驱动器)，CD-ROM或诸如此类外存装置的主轴电动机的两相单极驱动器型无刷直流电动机。
FDD，HDD，CD-ROM或诸如此类外存装置的旋转速度必须被高精度控制。为此，一直采用比其它常规电动机的旋转精度更高的三相无刷电动机作为驱动外存装置的主轴电动机。然而，这一类无刷电动机的昂贵造价不能适应最近对主轴电动机廉价的要求。
另外一方面，两相单极驱动型无刷直流电动机却由于它的电器结构简单而可以以低价格生产。但是，由于传统的这类电动机采用了圆柱形磁铁作为磁场永磁铁，在磁铁和激磁夹紧装置之间产生间隙，因而磁场波形便不可避免地发生变化，其结果产生大的转矩纹波，使得难以保持所要求的不变的起动转矩。如果采用稀土或其它类似的高效率材料制成的磁铁作为圆柱形磁铁用于磁场永磁铁，起动转矩便可以保持在所要求的值上。然而，采用高效率磁铁提高了电动机的造价。此外，上述磁铁的圆柱形状降低了磁场波形的稳定性。因此，传统的两相单极驱动型无刷直流电动机也不能用作主轴电动机。
本发明的目的在于提供一种廉价的两相单极驱动型无刷直流电动机，可以用作各种存储装置的主轴电动机。
为了达到以上目的，两相单极驱动型无刷直流电动机由电枢和转子组成，电枢包括一个凸极定子磁轭和绕在凸极外的线圈，转子包括一个磁场永磁铁，它面对电枢，在永磁铁和电枢之间有一个预先规定的小间隙。转子进一步还包括一个与电枢同轴的支架，它是由包含有磁粉的聚合材料制成。磁场永磁铁是由高效率的磁材料或稀土磁材料制成，它由以一定间隔在支架的圆周上排列的扇形磁铁组成。
在美国专利3299335号和已公开未审查的日本专利申请1318536号中所公布的两极单相驱动型无刷直流电动机的电枢上提供有辅助极，磁场磁铁上提供有非磁性部分或槽，磁场波形便可以从正弦波形改变为合适的非正弦波形，使得在转矩的死点以外部分上电动机的起动稳定。作为研究的结果，本发明的发明人成功地研制了一种两相单极驱动型无刷直流电动机，通过将磁场永磁铁形成为稀土磁材料制成的扇形磁铁，并且以一定间距将它们安排在支架的圆周上，使得产生非正弦波形的这种电动机达到了上述现有技术文件所公布的电动机相同的效果。
在支架上形成用于插入扇形磁铁块的插入窗孔。每一窗孔为长方形，使得磁铁不仅在预先规定的圆周位置上，而且还在相对于电枢的预先规定的垂直位置上精确地安放。此时，在电枢和每个朝向电枢的插入窗孔的面之间隙大于在电枢和每一个扇形磁铁之间的间距，从而使得磁场波形和间隙容易控制。
此外，由于控制电动机的FG磁铁(频率发生器磁铁)，一个标记磁铁和励磁投切磁铁安排在支架的一个端面上，采用塑性磁材料作为支架的材料，使它们与支架整体成形，从而减少了转子的部件数目。
在这样的安排下，磁场磁铁以最少量的材料制成，并且提供在一个稳定的位置上，电动机在这个位置上最有效地被驱动。此外，因为FG磁铁，标记磁铁和激磁投切磁铁与支架整体成形，使电动机以低造价生产。
更进一步，在支架的外圆周上提供有定位毂，在转子轭上形成用于定位支架的多个切口，而转子轭朝向支架定位。特定位毂与它们所对应的切口啮合，可以精确、稳定并且方便地将标记磁铁放到转子轭上。
结果，本发明提供了一种廉价和高精度的两相单极驱动型无刷直流电动机，它可以用在各种存储装置上。
图1为本实施例的沿轴纵向剖面图；
图2为根据图1电动机的转子磁铁部分断开后的放大分解透视图；
图3为根据图1电动机支架的放大分解透视图；
图4为沿图2所示A-A′线的剖面图。
通过用于驱动FDD(软盘驱动器)的主轴电动机的两相单极驱动器型无刷DC(直流)电动机的实施例，参考附图来说明本发明。如图1所示，两相单极驱动型无刷直流电动机25(以下简称为“主轴电动机25”)有旋转轴1和转子磁轭2。转子磁轭2通过对铁磁材料制的软铁板加压，形成盘状。在它的中央形成孔2a，毂基3紧配合于其上。在毂3上形成中心孔3a，旋转轴1压配合于其中。当主轴电动机25插入到FDD(软盘驱动器)上，安装在毂基3上表面的软盘毂(未画出)啮合到转子轭2上提供的驱动销钉20上，使得软盘随着转子轭2的转动而转动。
转子磁铁4固定在转子轭2外圆周部分的内表面上。电枢8面对转子磁铁4，二者之间有间隙。电枢8由定子轭5；定子轭5上形成的绝缘层6；圆周形安排在定子轭5上、并且从定子轭5向外延伸的凸极5a；以及将涂有聚氨酯或类似材料的铜线缠绕在凸板5上形成的线圈7组成。在电枢8的中央提供有轴承10，它承受转子轴1，该轴也作为转子9的中心轴。借助于销钉26，电枢8和轴承10安置在相对于电动机驱动器底盘11的预先规定的位置上。由定位螺钉27将它们固定到底盘11上。转子轴1，转子轭2，毂基3以及转子磁铁4组成转子9。
图2为根据图1电动机的转子磁铁4部分断开后的放大分解透视图。由含有磁粉或粒子的聚合材料(塑料磁铁材料)制成的支架13有整体成型的FG磁铁(频率发生器磁铁)：标记磁铁18和励磁投切磁铁19。转子磁铁4包括有支架13和8个扇形磁铁块14，这8个磁铁块14组成永磁铁，嵌入支架13，使它们以一定的间距圆周形排列。如图1所示，转子磁铁4装到转子轭2上。扇形磁铁块14由稀土磁材料制成。在本实施例中，FG磁铁12形成于标记磁铁18的外围，然而，标记磁铁18可以形成于FG磁铁的外围。
采用稀土磁材料时，难以进行磁化，因为稀土材料产生很强的矫顽力，这是它的特性之一。另外，电动机有多个极要磁化，对所有的极进行磁化就更加困难了，在本发明中转子磁铁4提供有支架13，组成永磁铁4的多个分立磁块14以一定的间距在支架13中圆周形排列。这一措施所使用的稀土磁材料量最少。此外，以分立的方式进行磁化，使磁化过程得到明显的改进，并且简化了激磁夹紧装置的结构，使激磁夹紧装置的耐用性得到改善。
如图2所示，支架13上有一对上部和下部肋15，每一对肋限定了一个方形或长方形的插入窗孔28。扇形磁铁14分别地插入到插入窗孔28里，并且固定到那里，磁铁块14的上、下表面与上部和下部肋15接触，使得垂直测得的转子磁铁4中心与垂直测得电枢8的中心重合一致。这样一来，转子磁铁4和面对它的电枢8的连接处于最好条件。
如图3中转子磁铁4的分解透视图所示，每一个扇形磁铁块14上形成有台阶状的定位边毂21。另外，在支架13上的每一个插入窗孔28上形成有台阶状的定位边毂22，它们的形状与台阶状定位边毂21完全相补，使得扇形磁铁块14能够径向精确定位，从而高精度地稳定磁场波形。定位边毂并不局限于本实施例中的台阶形，还可以形成圆锥形或其它形状，只要它们相互之间配合很好。
这样一来，扇状磁铁块14的定位精度和磁化精度得以提高，其结果是磁场波形稳定，从而得到电动机稳定的特性。
如图2所示，在支架13上相邻的扇形磁铁块14之间的外圆周部分上提供有截面为例如三角形的边毂16。此外，对应于转子轭2和转子磁铁4装配在一起时支架13的外圆周和FG磁铁12之间的转子轭2部分上形成多个切口17。切口17在磁轭2的圆周上相互间有一定距离隔开。当支架13的边毂16装配到转子轭2的相应切口17时，标记磁铁18安置在相对于驱动销钉20的所要求位置上。
这样一来，由于转子轭2和支架13是相互之间分别提供的，在支架13插入到转子轭2以前，在支架13上可以对FG，标记和激磁投切磁铁提供各种激励方法，从而提高了激磁效率。
由于在支架13上所提供的边毂16并没有磁化，防止了转子9的漏磁，可以减少漏磁对转子9作用所产生的负效应，这一减少对磁盘装置是特别重要的。
由千组成转子磁铁4的标记磁铁18，FG磁铁和激磁投切检测磁铁19均由同一种聚合材料制成，转子磁铁4和扇形磁铁块14插入模压成一体。这类整体型转子磁铁4容易处理，可以有效地运行。进而，转子磁铁的装配效率可以提高。
图4所示为扇形磁铁块14，支架13和定子轭5之间幅向排列的关系。定子轭5和支架13之间的间隙G约为0.1mm至0.5mm，宽于定子轭5和扇形磁铁块14之间的间距S。这样的安排可以使支架13部件的尺寸容差大些。
已经讲叙了根据本发明的电动机应用于FDD的实施例。此外，本发明的电动机可以用作为其它外存装置，例如HDD，CD-ROM或诸如此类装置的主轴电动机。更进一步，扇形磁铁块的材料不局限于稀土磁材料，还可以是其它具有高性能效率的材料。
本发明提供了一种廉价的，适用于外存装置主轴电动机的两相单极驱动器型无刷直流电动机，由于采用扇形磁铁块，可以减少所用昂贵的稀土磁材料的用量，并且可以减少转子的部件数目。进而，扇形磁块可以高精度地定位，并且得到稳定的磁场波形，从而稳定电动机特性。

Claims (13)

1.一种两相单极驱动型无刷直流电动机，包括：
1)电枢(8)，包括：
定子轭(5)，
从所述定子轭(5)径向外延的凸极(5a)，
缠绕在所述凸极(5a)上的线圈(7)，
2)转子(9)，包括转子轭(2)，与所述电枢(8)同轴，在所述转子(9)和所述电枢(8)之间有预先规定的小间隙；
其特征在于所述转子(9)上提供有支架(13)，与所述电枢(8)同轴放置，所述支架(13)为含磁粉的聚合磁材料制成，扇形磁铁块(14)以一定的间距排列在所述支架(13)的圆周上。
2.根据权利要求1的电动机，其特征在于所述支架(13)进一步包括定位部件(28)，将所述扇形磁铁块(14)垂直放置并在所述支架(13)的预先规定的圆周位置上。
3.根据权利要求1或2的电动机，其特征在于所述定子轭(5)和所述支架(13)之间有间隙(S)，所述定子轭(5)和所述扇形磁铁块(14)之间有间距(G)，同时，所述间隙(S)比所述间距(G)宽。
4.根据以上任何一项权利要求的电动机，其特征在于所述支架(13)与所述扇形磁铁块(14)是插入压合为一体的。
5.根据以上任何一项权利要求的电动机，其特征在于所述支架(13)与所述转子轭(2)是插入压合为一体的。
6.根据以上任何一项权利要求的电动机，其特征在于所述支架(13)包括有频率发生器磁铁(12)
7.根据权利要求6的电动机，其特征在于所述支架(13)进一步包括一个标记磁铁(18)。
8.根据权利要求7的电动机，其特征在于所述支架(13)进一步包括激磁投切磁铁(19)。
9.根据权利要求1到5中任何一项的电动机，其特征在于所述支架(13)包括一个标记磁铁(18)。
10.根据权利要求9的电动机，其特征在于所述支架(13)进一步包括激磁投切磁铁(19)。
11.根据权利要求1到5中任何一项的电动机，其特征在于所述支架(13)包括激磁投切磁铁(19)。
12.根据上述任何一项权利要求的电动机，其特征在于所述支架(13)上有定位毂(22)，将所述支架(13)定位到所述转子轭(2)上，同时，所述转子轭(2)上有多个切口(17)，啮合到所述定位毂(22)上。
13.根据权利要求12的电动机结构，其特征在于所述定位毂(22)是不磁化的。
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