CN1178368C - 电动机 - Google Patents

Abstract

一种电动机，设有一个转子磁铁，沿圆周分成n部分，交替地磁化成不同极，一个线圈，沿转子磁铁的轴向布置，由线圈激励的外磁极和内磁极，分别与转子的外周表面和内周表面相对，以及保持装置，以当外磁极和内磁极不受激励时，使转子磁铁保持在一个位置，在该位置下磁铁的极的中心与把外磁极的中心和磁铁的旋转中心连接在一起的直线相偏离，从而使电动机制成单相电动机，因此使转子的最初定位稳定，并且，使电动机制成输出高和超小型。

Description

电动机

本发明涉及一种超小型构造的电动机。

至今，对于以小型电动机形式形成的电动机，例如有附图中图24所示的小型圆筒形步进电动机。

在图24中，这种电动机设有两个沿电动机的轴向安排的定子102，并且定子102各有两个定子轭106，布置为沿轴向相互对立。在各定子102中，定子线圈105同轴地缠绕在由两个定子轭106所保持的绕线管101上。其上绕有定子线圈105的各绕线管101沿轴向夹在两个定子轭106之间，并且由这两个定子轭106固定。定子轭106、106各形成有定子齿106a和106b，它们交替地沿绕线管101的内径表面的圆周布置。另一方面，具有定子齿106a和106b的定子轭对106和106固定在各定子102的壳103上。这样，构成定子102。

在两组壳103中的一个上(图24所示左边一个)固定一个凸缘115和一个轴承108，并且在另一个壳103上(图24所示右边一个)固定一个对侧轴承108。转子109为这样结构，即把转子磁铁111固定在转子轴110上。在转子磁铁111的外周表面与定子102的定子轭106的内径表面之间形成空气间隙。转子轴110由固定在各壳103上的两个轴承108可旋转地支持。

附图中图26是一个平面图，说明由线圈驱动的用于时计或其他类似装置的步进电动机。在图26中，标号201表示一个包括永久磁铁的转子，标号202和203表示定子，以及标号204表示线圈。

然而，在图24所示现有技术小型步进电动机中，壳103、绕线管101、定子线圈105和定子轭106同轴地布置在转子周围，并且这样带来电动机的外部尺寸变大的不便。并且，如附图中图25所示，由定子线圈105的电激励所产生的磁通主要通过定子齿106a的端表面106a₁和定子齿106b的端表面106b₁，因此没有有效地作用在转子磁铁111上，而且有待解决的问题是电动机的输出没有变高。并且，在图26所示电动机中，有待解决的问题是线圈204的电激励所产生的磁通集中在转子201与定子202之间的小间隙部分，并没有有效地作用在磁铁201上。

如美国专利No.5,831,356那样，在日本的本基本申请的申请人提出了一种解决这样问题的电动机。

所提出的这种电动机这样设计，以使转子形成圆筒形，该转子包括一个沿圆周等距离划分，并且交替地磁化成不同极的永久磁铁，使第一线圈、转子和第二线圈按所指定顺序沿转子的轴向布置，由第一线圈激励的第一外磁极和第一内磁极分别与转子的外周表面和内周表面相对，并且由第二线圈激励的第二外磁极和第二内磁极分别与转子的外周表面和内周表面相对，而且一个为转子轴的旋转轴从圆筒形永久磁铁中伸出。

这样构造的电动机输出高，并且能使其外部尺寸小，但是因为其内磁极的径向尺寸小，所以其磁极齿的加工困难，而且还希望能从小径向尺寸的电动机获得无波动的稳定输出。

因此，在日本提交的本基本申请的申请人最近提出了一种电动机，其中如美国专利申请No.08/994,994那样，使内磁极的形状容易加工，并且如美国专利申请No.09/022,474那样，提出了一种转子，其中容易在一个小径向尺寸的旋转轴上安装输出传送装置，例如齿轮和皮带，从而获得无波动的稳定输出。

最近，希望获得一种电动机，它具有高输出，并且能超小型地构造。

本发明鉴于上述情况提出，并且其一个目的是提供一种电动机，这种电动机输出高，并且更超小型地构造。

本发明的另一个目的是当电动机制成单相电动机时，使转子的定位稳定。

按照本发明，提供一种电动机，设有一个可旋转转子磁铁，沿圆周交替地磁化成不同极，一个圆筒形定子，与所述转子磁铁相对，在它们之间留有间隙，以及一个线圈，安装在所述定子的内部，其特征在于，所述线圈沿所述转子磁铁的轴向布置，受所述线圈激励的所述定子的外磁极与所述磁铁的外周表面相对，所述定子的内磁极与所述磁铁的内周表面相对，并且准备保持装置，以使所述磁铁保持在一个位置，在该位置下所述磁铁的极的中心与把所述外磁极的中心和所述磁铁的旋转中心连接在一起的直线相偏离。

本发明还提供一种电动机，具有一个磁铁、一个圆筒形定子，以及一个线圈，沿所述磁铁的轴向布置以激励所述定子，其中所述定子的内磁极与所述磁铁的内周表面相对，所述定子的外磁极与所述磁铁的外周表面相对，所述外磁极具有与所述内磁极相对的第一部分和与所述内磁极不相对的第二部分，其中所述磁铁与所述第一部分和所述第二部分相对的部分沿圆周方向交替磁化，以及所述磁铁与所述第一部分相对的部分相对于所述磁铁与所述第二部分相对的部分的相位偏移一个相位被磁化。

本发明还提供一种电动机，设有一个可旋转转子磁铁，沿圆周交替地磁化成不同极，一个圆筒形定子，与所述转子磁铁相对，在它们之间留有间隙，以及一个线圈，安装在所述定子的内部，其特征在于，把一个用软磁材料形成的圆筒部件固定在所述转子磁铁的内径部分上，使所述线圈沿所述转子磁铁的轴向布置，受所述线圈激励的所述定子的外磁极与所述磁铁的外周表面相对，以及所述定子的内磁极与所述圆筒部件的内周表面相对。

因此，本发明电动机的直径能为足以使定子的磁极与所述转子磁铁的直径相对的尺寸，并且电动机的长度能为所述转子磁铁的长度加所述线圈的长度，这样，使转子磁铁和线圈的直径和长度非常小，从而使电动机制成超小型，并且通过设置所述保持装置，使所述线圈不受电激励时转子磁铁的停止位置是这样一个位置，在该位置下所述转子磁铁的磁化部分的各极的中心与把所述外磁极的中心和所述转子磁铁的旋转中心连接在一起的直线相偏离，并且在这个位置下，使线圈受到电激励，从而由受激外磁极作用在转子磁铁的磁化部分上的力必定指向转子磁铁的旋转方向，由此成为有可能平滑地起动转子磁铁。

因此，根据本发明能使转子磁铁和线圈的直径和长度非常小，从而使电动机制成超小型，并且所述圆筒部件能防止所述转子磁铁的磁通漏到所述圆筒部件的内径部分和所述定子的内磁极，从而使所述线圈不受电激励时转子磁铁的停止位置是这样一个位置，在该位置下所述转子磁铁的磁化部分的各极的中心与把所述外磁极的中心和所述转子磁铁的旋转中心连接在一起的直线相偏离，并且在这个位置下，使线圈受到电激励，从而使受激外磁极作用在转子磁铁的磁化部分上的力指向转子磁铁的旋转方向，由此能平滑地起动转子磁铁。

本发明的其他目的将从以下对本发明的一些具体实施例的叙述中变得显而易见。

图1是按照本发明的实施例1的电动机的分解透视图。

图2是图1所示电动机在其组装期间的断面图。

图3表示图2所示电动机的转子与定子之间的位置关系，以及表示当线圈不受电激励时转子的状态。

图4表示在图3状态下当线圈受到电激励时转子的状态。

图5表示在图4状态下当使线圈的电激励切断时转子的状态。

图6表示在图5状态下当使线圈的电激励反向时转子的状态。

图7是按照本发明的实施例2的电动机的分解透视图。

图8是图7所示电动机在其组装期间的断面图。

图9表示图8所示电动机的转子与定子之间的位置关系，以及表示当线圈不受电激励时转子的状态。

图10表示在图9状态下当线圈受到电激励时转子的状态。

图11表示在图10状态下当使线圈的电激励切断时转子的状态。

图12表示在图11状态下当使线圈的电激励反向时转子的状态。

图13是按照本发明的实施例3的电动机的分解透视图。

图14是图13所示电动机在其组装期间的断面图。

图15是表示图14所示磁铁的磁通的状态的断面图。

图16表示图14所示电动机的转子与定子之间的位置关系，以及表示当线圈不受电激励时转子的状态。

图17表示在图16状态下当线圈受到电激励时转子的中间状态。

图18表示在图16状态下当线圈受到电激励时转子的最终状态。

图19表示在图18状态下当使线圈的电激励反向时转子的第一中间状态。

图20表示在图18状态下当使线圈的电激励反向时转子的第二中间状态。

图21表示在图18状态下当使线圈的电激励反向时转子的最终状态。

图22表示对其没有采用本发明措施的电动机的转子与定子之间的位置关系，以及表示当线圈不受电激励时转子的第一稳定状态。

图23表示在图22下当线圈不受电激励时转子的第二稳定状态。

图24是按照现有技术的步进电动机的断面图。

图25是按照图24所示现有技术的步进电动机的磁通的说明。

图26是按照现有技术的单相电动机的平面图。

下文将参考附图叙述本发明的一些实施例。

在叙述本发明的实施例1之前，首先将参考图1和图2，叙述按照本发明的步进电动机的基本结构。图1是该步进电动机的分解透视图，以及图2是图1所示电动机在其组装期间的断面图。

在图1和图2中，按照本发明的电动机设有一个可旋转的转子磁铁1，沿周围交替地磁化成不同极，一个圆筒形定子18，与转子磁铁1相对，在它们之间留有间隙，以及一个线圈2，安装在定子18的内部，线圈2沿转子磁铁1的轴向布置，由线圈2激励的定子18的外磁极18a和18b与磁铁1的外周表面相对，定子18的内磁极18c和18d与磁铁1的内周表面相对，并且准备保持装置，以使磁铁保持在一个位置，在该位置下磁铁的极的中心与把外磁极的中心和磁铁的旋转中心连接在一起的直线相偏离。在随后叙述中，将按电动机为步进电动机的情况叙述本发明。

在图1和图2中，构成转子的磁铁(转子磁铁)1使其外周表面沿圆周分成多个部分(在本实施例中为四个部分)，并且交替地磁化成S和N极。在磁化部分1a、1b、1c和1d中，磁化部分1a和1c磁化成S极，以及磁化部分1b和1d磁化成N极。在图3中，磁化部分1a、1b、1c和1d的极的中心表示为K₁、K₂、K₃和K₄。并且，磁铁1用注模法形成的塑性磁材料制成。通过使磁铁1这样由塑性磁材料制成，则能使其对于转子磁铁的圆筒形径向的厚度非常小。

转子磁铁1的中心部分形成有一个轴向通孔，并且在这个通孔的轴向中间部分形成一个装配部分1e，使其内径很小。把为转子轴的输出轴7强迫压入转子磁铁1的装配部分1e，并且固定在磁铁1上。磁铁1包括一种由注模法模制的塑性磁铁，因此，即使应用例如使转子轴7强迫压入装配部分的组装方法，也不会使它破坏。并且，即使磁铁1为复杂形状，在其通孔的轴向中心部分具有小内径的装配部分1e，也能容易地制造它。并且，通过强迫压入以使输出轴7和磁铁1组装在一起并加以固定，因此，组装变得容易，并且成为有可能便宜地制造电动机。转子(磁铁转子)1由输出轴7和磁铁1构成。

对于磁铁1的材料，使用一种对某种混合物进行注模形成的塑性磁铁，该混合物例如为Nd-Fe-B稀土磁粉和热塑树脂粘结料如聚酰胺的混合物。这样，模压磁铁的抗弯强度约为500kgf/cm²，而例如当用聚酰胺树脂作为粘结料时，能获得800kgf/cm²或更大的抗弯强度，因此，能提供这样用模压法所不能实现的薄壁圆筒形。如后文将要叙述，使磁铁制成薄壁形提高了电动机的性能。并且，通过使用上述塑性磁铁，能自由地选择磁铁的形状，并且能获得用模压法，也就是固定转子轴7以成整体形状所不能提供的效果，而且能获得足够的转子轴固定强度。并且，磁铁强度优良，因此，即使用强迫压入转子轴7的方法，也将不会损坏(破坏)转子轴7。

同时，整体模制转子轴7的固定部分，从而改善磁铁部分与转子轴部分的同轴精度，并且成为有可能减小振动，而且还成为有可能减小磁铁1与定子部分之间的间隙距离，尽管模压磁铁的磁特性为8MGOe或更大，而注模磁铁的磁特性约为5到7MGOe，仍能获得足够的电动机输出转矩。并且，注模磁铁在其表面形成有薄树脂涂层，因此，与模压磁铁比较，使生锈得到极大地减小，并且能省去例如加涂层的防锈过程。并且，没有磁粉的附着，磁粉的附着在压缩磁铁中是一个问题，而且没有在防锈涂层期间易于发生的表面膨胀，因此，能改善品质。

在图1和图2中，圆筒形线圈2与磁铁1同轴且沿磁铁1的轴向布置。线圈2的外径大体上等于磁铁1的外径。定子18用软磁材料形成，并且包括一个外筒部分和一个内筒部分。线圈2安装在定子18的外筒部分与内筒部分之间。通过电激励这个线圈2，使定子18受激。定子18的外筒部分的前端部分形成外磁极18a和18b，并且定子18的内筒部分的前端部分形成内磁极18c和18d。内磁极18c和内磁极18d以360/0.5n度的偏移，即在本实施例中当磁极数为4时以180度的偏移形成，以便它们可以相互同相。外磁极18a以与内磁极18c相对的关系来布置，并且外磁极18b以与内磁极18d相对的关系来布置。

定子18的外磁极18a和18b由切口和沿与轴平行方向延伸的齿形成。应用这种结构，成为有可能形成磁极，同时使电动机的直径最小。也就是，如果通过沿径向不均匀延伸来形成外磁极，则电动机的直径将相应地较大，但是在本实施例中，外磁极由切口和沿与轴平行方向延伸的齿形成，因此，能使电动机的直径最小。

定子18的外磁极18a、18b和内磁极18c、18d以与转子磁铁1的一端的外周表面和内周表面相对的关系来设置，以便使转子磁铁1的一端夹在它们之间。并且，输出轴7的一端部分7b可旋转地装配在定子18的孔18e中。因此，由线圈2产生的磁通穿过外磁极18a、18b与内磁极18c、18d之间为转子的磁铁1，因此，有效地作用在为转子的磁铁上，而且提高了电动机的输出。并且，如前文所述，磁铁1周注模法形成的塑性磁材料形成，从而能使圆筒形状相对其径向的厚度非常小。因此，能使定子18的外磁极18A、18b与内磁极18c、18d之间的距离非常小，并且能使线圈2和第一定子所形成的磁路的磁阻小。由此，能用小电流产生大量磁通，因此，能实现增加电动机输出和降低电动机功率消耗，并且减小线圈。

标号20表示一个用非磁材料形成的圆筒形部件的罩，并且使定子18的外径部分(其上形成外磁极18a和18b的部分)装配和附着或相反固定在这个罩20的内径部分20a上。输出轴7的装配部分7a可旋转地装配在罩20的装配孔20b中，并且输出轴7的一端部分7b可旋转地装配在定子18的装配孔18e中。

图3至图6是图解说明，用沿图2中直线3-3所取的断面图顺序表示图2电动机的操作。在图3至图6中，Q₁表示定子18的外磁极18a的中心，Q₂表示定子18的外磁极18b的中心，以及Q₃表示转子磁铁1的旋转中心。标号21和22表示用软磁材料形成的定位定子。这些定位定子21和22固定在罩20的内径部分20a上(图2)。

定位定子21和22与转子磁铁1的外周表面相对。如图3所示，一个定位定子21安排在定子18的外磁极18a与18b之间，并且靠近外磁极18a。如图3所示，另一个定位定子22安排在定子18的外磁极18a与18b之间，并且靠近外磁极18b。这些定位定子21和22不与定子18接触，并且不与内磁极18c和18d相对，或与内磁极18c和18d足够隔开，从而与外磁极18a和18b比较，即使线圈2受到电激励，它们也几乎不被磁化，因此不会有助于旋转驱动转子磁铁1。

通过设置定位定子21和22，当线圈2不受电激励时磁铁的停止位置设置在图3所示位置。也就是，设置磁铁1，以便在某一位置下停止(图3所示位置)，其中磁铁1的磁化部分的极的中心K₁、K₂、K₃和K₄与把定子18的外磁极18a和18b的中心与磁铁1的旋转中心连接在一起的直线L1相偏离。就K₂来说，磁铁在一个偏离θ角度的位置停止。如前文所述，当线圈2在这个位置下受到电激励时，定位定子21和22不受激，但是外磁极18a、18b和内磁极18c、18d受激，并且受激外磁极18a、18b作用在磁铁1的磁化部分上的力必定沿磁铁1的旋转方向指向。因此，使磁铁(转子磁铁)1平滑地起动。

在电动机没有定位定子21和22的情况下，当线圈2不受电激励时磁铁1稳定停止的位置是如图22或23所示的位置。图22和图23是典型断面图，表示磁铁1稳定停止的这两个位置。在图22位置下，磁铁1的磁化部分的极的中心K₁、K₂、K₃和K₄处在把外磁极的中心Q₁和Q₂与磁铁1的旋转中心Q₃连接在一起的直线上，因此，即使线圈2受到电激励，电磁力也不按旋转磁铁1的方向作用。

在图23的位置下，通过电激励线圈2，有可能起动磁铁1，但是如果不以一定的定时改变电激励，则磁铁1就不能在其稳定状态下旋转。也就是，在图23状态下，例如当使外磁极18a和18b激励成N极时，即使在磁铁1停止在与图22相同位置之后，使线圈2的电激励变为相对方向，并且使外磁极18a和18b激励成S极，电磁力也如连同图22所述那样，不按旋转磁铁1的方向作用。定位定子21和22与转子磁铁1协作，以构成保持磁铁1的保持装置。并且，定位定子21和22安排在定子18的外磁极18a和18b之间，因此能构造它们而不使电动机的尺寸较大。

现在将参考图3至图6，叙述按照上述本发明的实施例1的步进电动机的操作。在图3状态下，当线圈2受到电激励，由此使定子18的外磁极18a、18b激励成N极，并且使定子18的内磁极18c、18d激励成S极时，作为转子的磁铁1如图3所示逆时针方向旋转，并且呈现图4所示状态。由于定位定子21和22几乎不受线圈2激励，所以磁铁1的位置大体上由磁铁1的磁化部分及定子18的外磁极18a、18b和内磁极18c、18d所受线圈2的激励状态来确定，并且磁铁呈现为图4所示状态。在这个状态下，当使线圈电去激时，导致由磁铁1的磁力所稳定的状态(图5的位置)。

其次，当使线圈2的电激励反向，由此使定子18的外磁极18a和18b激励成S极，并且使定子18的内磁极18c和18d激励成N极时，作为转子的磁铁1沿逆时针方向进一步旋转，并且呈现图6所示状态。其后，顺序地改变线圈2的电激励的方向，从而使得作为转子的磁铁1旋转到与电激励的相位一致的位置。也就是，使电动机旋转。在电动机旋转的状态下，当使线圈2的电激励切断时，电动机停止在图3位置，在该位置下由转子磁铁1的磁力使其稳定。

按照上述实施例1，电动机的直径能为足以使定子18的磁极与磁铁1的外周表面相对的尺寸，并且电动机的长度能为磁铁1的长度加线圈2的长度。这样，电动机的尺寸由磁铁1和线圈2的直径和长度来确定，并且通过使磁铁1和线圈2的直径和长度非常小，能使电动机制成超小型。也就是，电动机的直径大体上由与转子磁铁1的外周表面相对的外磁极18a和18b来确定，并且电动机的轴向长度由沿其轴向安排(布置)的线圈2和转子磁铁1来确定，电动机能制成非常紧凑。

并且，由线圈2产生的磁通穿过外磁极与内磁极之间的磁铁，因此有效地作用。此外，准备由转子磁铁1和与磁铁1的外周表面相对的定位定子21和22所构成的保持装置，因此，在线圈2非激励期间，能使磁铁1保持在一个位置，在该位置下磁铁1的极的中心与把外磁极的中心和磁铁的旋转中心Q₃连接在一起的直线相偏离。因此，在电动机停止期间最初对线圈2进行电激励时，由线圈2产生的磁通作用在磁铁1上的力不指向磁铁1的旋转中心，因此成为有可能实现电动机的平滑和稳定起动。

并且，能用非常少量的部件，例如转子磁铁1、线圈2、定子18和输出轴7来构造电动机，因此，能减少费用。并且，使转子磁铁1形成空圆筒形，而且外磁极18a、18b和内磁极18c、18d分别与这个形成空圆筒形的转子磁铁1的外周表面和内周表面相对，从而作为电动机能获得有效输出。通过压入以把输出轴(转子轴)7固定在作为转子的磁铁1的中心孔的装配部分1e上。由于转子磁铁1包括一种用注模法形成的塑性磁铁，所以即使通过压入组装，也不会使转子磁铁1破坏，而且甚至能容易地制造复杂形状，其中在轴向中心部分设有小内径的装配部分1e。并且，通过压入来组装和固定输出轴7和磁铁1，因此，组装容易，并且价廉的制造成为可能。

现在将叙述这个事实，即以上实施例1所述结构的步进电动机是适合于制造超小型电动机的最好结构。也就是，事实包括，在步进电动机的基本结构中，首先使磁铁1制成空圆筒形，其次使转子磁铁1的外周表面沿圆周分成多个部分，并且交替地磁化成不同极，第三，使线圈2沿转子磁铁1的轴向布置，第四，由线圈2激励的定子18的外磁极和内磁极分别与转子磁铁1的外周表面和内周表面相对，第五，使外磁极18a和18b由切口和沿与轴平行方向延伸的齿形成，以及第六，准备保持装置，以在线圈2不受电激励时，使转子磁铁1保持在一个位置，在该位置下转子磁铁1的极的中心与把外磁极18a、18b的中心和磁铁1的旋转中心Q₃连接在一起的直线相偏离。

这种步进电动机(电动机)的直径能为足以使定子18的磁极与转子磁铁1的直径相对的尺寸，并且这种步进电动机的长度能为磁铁1的长度加线圈2的长度。这样，该步进电动机的尺寸由转子磁铁1和线圈2的直径和长度来确定，并且如果使转子磁铁1和线圈2的直径和长度非常小，则能使步进电动机制成超小型。

此时，如果使转子磁铁1和线圈2的直径和长度非常小，将变得难以保持步进电动机的精度，但是在上述实施例中，用一种简单结构来解决步进电动机的精度问题，其中使转子磁铁1形成空圆筒形，并且使定子18的外磁极和内磁极分别与形成空圆筒形的转子磁铁1的外周表面和内周表面相对。在这种情况下，如果不仅使转子磁铁1的外周表面，而且使转子磁铁1的内周表面沿圆周分成多个部分并加以磁化，则能进一步提高电动机的输出。并且，准备保持装置，以使转子磁铁1保持在偏离位置，因此，当线圈2在电动机停止期间受到电激励时(最初电激励)，由线圈2激励的磁通作用在磁铁1上的力不指向磁铁1的旋转中心，因此，能实现电动机的平滑和稳定起动。

并且，如前文所述，转子磁铁1用注模法形成的塑性磁材料形成，从而能使其相对于圆筒形径向的厚度非常小。因此，能使定子18的外磁极18a、18b与内磁极18c、18d之间的距离非常小，并且能使线圈2和定子18所形成的磁路的磁阻小。由此，能用小电流产生大量磁通，并且成为有可能实现增加电动机输出和降低电动机功率消耗，并且减小线圈。

现在将参考图7至图12，叙述本发明的实施例2，实施例2和实施例1相同的部分用同样标号指定，并且不必具体叙述。

图7是按照本发明的实施例2的电动机的分解透视图，图8是图7所示电动机在其组装期间的断面图，以及图9至图12是图解说明，用沿图8直线9-9所取的断面图顺序表示图7和图8的电动机的操作。本实施例2也表示电动机为步进电动机的情况。在本实施例2中，保持装置是通过进一步延伸定子18的外磁极18a和18b来构成。外磁极18a和18b包括与内磁极18c和18d相对的部分18a₁和18b₁，以及伸长部分18a₂和18b₂。这些伸长部分18a₂和18b₂不与内磁极18c和18d相对，因此，与对立部分18a₁和18b₁比较，即使线圈2受到电激励，它们也几乎不被磁化，并且因此不产生驱动力。

如图7所示，在与外磁极18a和18b的部分18a₁和18b₁相对的部分E和与伸长部分18a₂和18b₂相对的部分D之间，使转子磁铁1磁化相位不同。由此，如图9所示，当线圈2不受电激励时，磁铁1的部分E保持在一个位置，以与把线圈2所磁化的外磁极18a和18b的磁化部分18a₁和18b₁的中心和磁铁1的旋转中心Q₃连接在一起的直线相偏离。另一方面，伸长部分18a₂和18b₂不与内磁极18c和18d相对，因此与磁化部分18a₁和18b₁比较，即使线圈2受到电激励，它们也几乎不被磁化，并且不产生驱动力。因此，通过对线圈2电激励而由线圈2产生的磁通大体上穿过磁化部分18a₁、18b₁和内磁极18c、18d，并且因此，作用在转子磁铁1上的力不指向转子磁铁的旋转中心。因此，能使电动机稳定和平滑地起动。

与磁化部分18a₁和18b₁比较，即使线圈2受到电激励，伸长部分18a₂和18b₂也几乎不被磁化，并且几乎不影响线圈2的电激励所产生的驱动力。因此，电动机能获得足够和稳定的输出。在本实施例2中，由磁铁1和与磁铁1的外周表面相对的伸长部分18a₂和18b₂来构成保持装置，以使磁铁1保持在一个位置，在该位置下磁铁1的极的中心与把外磁极18a和18b的中心和磁铁1的旋转中心Q₃连接在一起的直线相偏离。这些伸长部分相应于上述定位定子21和22，并且形成与外磁极18a和18b整体形成的定位定子。

现在将参考图9至图12，叙述按照本实施例2的电动机(步进电动机)的操作。在图9状态下，当使线圈2受到电激励，由此使定子18的外磁极18a和18b激励成N极，并且使定子18的内磁极18c和18d激励成N极时，作为转子的磁铁1就如图9所示沿逆时针方向旋转，并且呈现图10所示状态。相应于上述定位定子21和22的伸长部分18a₂和18b₂几乎不受线圈2激励，因此，磁铁1的位置大体上由磁铁1的磁化部分及定子18的外磁极18a、18b和内磁极18c、18d所受线圈2的激励状态来确定，并且磁铁呈现图10所示状态。在这个状态下，当使线圈2的电激励切断时，导致图11的状态，它是由磁铁1的磁力所稳定的状态。

其次，当使线圈2的的电激励反向，从而使定子18的外磁极18a和18b激励成S极，并且使定子18的内磁极18c和18d激励成N极时，则作为转子的磁铁1沿逆时针方向进一步旋转，并且呈现图12所示状态。其后，通过顺序地改变线圈2的电激励的方向，使得为转子的磁铁1旋转到一个与电激励的相位一致的位置。也就是，使电动机旋转。在电动机旋转的状态下，当使线圈2的电激励切断时，电动机停止在图9的位置，它是由转子磁铁1的磁力所稳定的状态。

图7至图12的实施例2在上述要点上与图1至图6的实施例1不同。因此，按照图7至图12的实施例2，获得与图1至图6的实施例1类似的效果，另外，能得到下列效果。按照图7至图12的实施例2，保持装置由和定子18的外磁极整体形成的伸长部分18a₂和18b₂及磁铁1形成，因此，部件数目变小，并且组装变得容易，而且还能减少费用。并且，如上述实施例1那样，这种步进电动机的直径能为足以使定子18的磁极与磁铁1的外周表面相对的尺寸，并且电动机的长度能为磁铁1的长度加线圈2的长度。这样，该电动机的尺寸由磁铁1和线圈2的直径和长度来确定，并且通过使磁铁1和线圈2的直径和长度非常小，能使电动机制成超小型。

此时，如果使磁铁1和线圈2的直径和长度非常小，则变得难以保持步进电动机的精度，但是能用一种简单结构来解决步进电动机的精度问题，其中使磁铁1形成空圆筒形，并且使定子18的外磁极18a、18b和内磁极18c、18d分别与形成空圆筒形的转子磁铁1的外周表面和内周表面相对。在这种情况下，如果不仅使磁铁1的外周表面，而且使磁铁的内周表面沿圆周分成多个部分并加以磁化，则能进一步提高电动机的输出。

现在将参考图13至图21，叙述本发明的实施例3，那些和实施例1相同的部分用同样标号指定，并且不必具体叙述。

图13是按照本发明的实施例3的电动机的分解透视图，以及图14是图13所示电动机在其组装期间的断面图。在图13和图14中，把用软磁材料形成的圆筒部件11固定在转子磁铁1的内周表面上，使线圈2沿转子磁铁1的轴向布置，由线圈2激励的定子18的外磁极18a和18b与磁铁1的外周表面相对，并且使定子18的内磁极18c和18d与圆筒部件11的内周表面相对。圆筒部件11用软磁材料，例如电磁软铁或纯铁形成。因此，决不发生磁铁1的磁通漏到圆筒部件11的内径部分中去。图15表示其上固定了圆筒部件11的磁铁1的磁通的状态。

图16至图21图解说明，用沿图14直线4-4所取的断面图顺序表示图13至图15的电动机的操作。在图16至图21中，Q₁表示定子18的外磁极18a的中心，Q₂表示定子18的外磁极18b的中心，以及Q₃表示转子磁铁1的旋转中心。在图13至图21中，把用软磁材料形成的圆筒部件11固定在转子磁铁1的内径部分上，因此，决不发生转子磁铁1的磁通漏到圆筒部件11的内径部分和内磁极18c和18d。因此，如图16所示，在线圈2非激励期间，转子磁铁1的停止位置为这样一个位置，在该位置下磁化部分的各极的中心与把定子18的外磁极18a和18b的中心Q₁和Q₂与磁铁1的旋转中心Q₃连接在一起的直线相偏离。在这个位置下，当线圈2受到电激励时，由受激外磁极18a和18b作用在磁铁1的磁化部分上的力必定指向磁铁1的旋转方向。因此，使磁铁(转子磁铁)1平滑地起动。

在没有设有圆筒部件11的电动机中，当线圈2不受电激励时，磁铁1稳定停止的位置是图22所示位置或图23所示位置。图22和图23是表示这两个位置的典型断面图。因此，如果参考图13至21所述的步进电动机没有设有圆筒部件11，则当线圈2不受电激励时，磁铁1稳定停止的位置就是图22或图23所示的位置。如果磁铁1如图22所示稳定地停止，则磁化部分的磁极的中心就处在把外磁极的中心Q₁和磁铁1的旋转Q₃连接在一起的直线上，因此，即使线圈2受到电激励，电磁力也不会沿旋转磁铁1的方向作用，因此，不能起动磁铁。

现在将参考图16至图21，叙述连同图13至图15所述的按照本发明的实施例3的步进电动机的操作。在图16状态下，当线圈2受到电激励，从而使定子18的外磁极18a和18b激励成N极，并且使定子18的内磁极18c和18d激励成S极时，则作为转子的磁铁1如图16所示沿逆时针方向旋转45°，并且呈现图17所示状态，而且由于惯性进一步旋转到图18所示位置。在图18状态下，磁化部分的极的中心不在把外磁极的中心和磁铁1的旋转中心连接在一起的直线上，因此，在图18的定时改变线圈2的电激励，从而使定子18的外磁极18a和18b激励成S极，并且使定子18的内磁极18c和18d激励成N极，由此转子磁铁1得到旋转驱动力并旋转。

因此，磁铁1经过图19状态，并且进一步沿逆时针方向旋转，而且瞬间通过图20所示电激励状态下的稳定状态，并且由于惯性进一步旋转，而且旋转到图21所示位置。在图21状态下，磁化部分的极的中心不在把外磁极的中心和磁铁1的旋转中心连接在一起的直线上，因此，在图21的定时改变线圈2的电激励，从而使定子18的外磁极18a和18b激励成N极，并且使定子18的内磁极18c和18d激励成S极，由此转子磁铁1得到旋转驱动力并旋转。其后，重复实行连同图16至图21所述的电激励，由此使转子磁铁1旋转。也就是，使电动机旋转。在电动机旋转的状态下，当使线圈2的电激励切断时，导致图16或图19的稳定状态，这是电动机由转子磁铁1的磁力来稳定的状态。如前文所述，在这个状态下，当线圈2受到电激励时，电磁力沿旋转磁铁1的方向作用，因此，当要再使其起动时，能平滑地起动磁铁。

按照上述实施例3，电动机的直径大体上由与转子磁铁1的外周表面相对的外磁极18a和18b来确定，并且电动机的轴向长度由沿轴向安排(布置)线圈2和转子磁铁1来确定，而且能使电动机制成非常小型。并且，由线圈2产生的磁通穿过外磁极与内磁极之间的磁铁，因此有效地作用。此外，圆筒部件11防止转子磁铁1的内径部分产生的磁通绕走内磁极18c和18d，并且在线圈2的非激励期间，它使转子磁铁1保持在一个与把外磁极的中心和磁铁的旋转中心连接在一起的直线相偏离的位置，因此，在电动机停止期间最初对线圈2进行电激励时，由线圈2产生的磁通作用在磁铁上的力不指向磁铁的旋转中心，因此，成为有可能实行平滑起动和稳定旋转。

并且，电动机能用非常少量的部件，例如转子磁铁1、线圈2、定子18、输出轴7和圆筒部件11来构成，因此，能使费用减少。并且，使转子磁铁1形成空圆筒形，而且使外磁极18a、18b和内磁极18c、18d分别与形成空圆筒形的转子磁铁1的外周表面和内周表面相对，从而作为电动机能获得有效输出。通过压入使输出轴(转子轴7)固定在为转子的磁铁1的中心孔的装配部分1e上。转子磁铁1包括一种用注模法形成的塑性磁铁，因此，即使通过压入组装，转子磁铁1也不破坏，而且甚至能容易地制造复杂形状，其中在轴向中心部分设有小内径的装配部分1e。并且，通过压入来组装和固定输出轴7和磁铁1，因此，组装容易，并且易于制造成为可能。

现在将详细地叙述以上实施例3所述结构的步进电动机是适合于制造超小型电动机的最好结构。也就是，事实包括，在该进电动机的基本结构中，首先使转子磁铁1制成空圆筒形，其次使转子磁铁1的外周表面沿圆周分成多个部分，并且交替地磁化成不同极，第三，使线圈2沿转子磁铁1的轴向布置，第四，由线圈2激励的定子18的外磁极和内磁极分别与转子磁铁1的外周表面和内周表面相对，第五，外磁极18a和18b由切口和沿与轴平行延伸的齿形成，以及第六，把用软磁材料形成的圆筒部件11固定在转子磁铁1的内径部分上。

这种步进电动机(电动机)的直径能为足以使定子18的磁极与转子磁铁1的直径相对的尺寸，并且这种步进电动机的长度能为转子磁铁1的长度加线圈2的长度。这样，该步进电动机的尺寸由转子磁铁1和线圈2的直径和长度来确定，并且如果使转子磁铁1和线圈2的直径和长度非常小，则能使电动机制成超小型。

此时，如果使转子磁铁1和线圈2的直径和长度非常小，将变得难以保持步进电动机的精度，但是在上述实施例中，用一种简单结构来解决步进电动机的精度问题，其中使转子磁铁形成空圆筒形，并且使定子18的外磁极和内磁极分别与形成空圆筒形的转子磁铁1的外周表面和内周表面相对。在这种情况下，如果不仅使磁铁1的外周表面，而且使转子磁铁1的内周表面沿圆周分成多个部分并加以磁化，则能进一步提高电动机的输出。

并且，圆筒部件11能防止转子磁铁1的磁通漏到圆筒部件11的内径部分和内磁极18c和18d。因此，当线圈2不受电激励时，磁铁1的停止位置设置在一个位置，在该位置下，磁铁的磁化部分的各极的中心与把定子18的外磁极18a和18b的中心与磁铁1的旋转中心Q₃连接在一起的直线相偏离，如图16所示。在这个位置下(偏离位置)，当线圈2受到电激励时，受激外磁极18a和18b作用在磁铁1的磁化部分上的力指向磁铁1的旋转方向。因此，使磁铁1平滑地起动。

并且，如前文所述，转子磁铁1用注模法形成的塑性磁材料形成，从而能使其相对于圆筒形径向的厚度非常小。因此，能使定子18的外磁极18a、18b与内磁极18c、18d之间的距离非常小，并且能使线圈2和定子18所形成的磁路的磁阻小。因此，能用小电流产生大量磁通，并且成为有可能实现增加电动机输出和降低电动机功率消耗，并且减小线圈。

此外，能用圆筒部件11来增加磁铁1的机械强度，因此，能使磁铁1较薄。如果使磁铁1较薄，则能使定子18的外磁极与内磁极之间的间隙窄，相应地，能减小磁阻。因此，成为有可能用小电流驱动磁铁。

在上述各实施例中，使磁铁的外周表面沿圆周分成n部分，使它们交替地磁化成S极和N极，并且使磁铁的内周表面沿圆周也分成n部分，使它们交替地磁化成S极和N极，以便与邻近外周表面不同，但是可以仅把磁铁的外周表面分成n部分，可以使它们交替地磁化成S极和N极。

Claims (6)

1.一种电动机，设有一个可旋转转子磁铁，沿圆周交替地磁化成不同极，一个圆筒形定子，与所述转子磁铁相对，在它们之间留有间隙，以及一个线圈，安装在所述定子的内部，其特征在于，所述线圈沿所述转子磁铁的轴向布置，受所述线圈激励的所述定子的外磁极与所述磁铁的外周表面相对，所述定子的内磁极与所述磁铁的内周表面相对，并且准备保持装置，以使所述磁铁保持在一个位置，在该位置下所述磁铁的极的中心与把所述外磁极的中心和所述磁铁的旋转中心连接在一起的直线相偏离。

2.按照权利要求1的电动机，其特征在于，所述保持装置包括所述磁铁和一个与所述磁铁的外周表面相对的定位定子。

3.按照权利要求2的电动机，其特征在于，所述定位定子和所述外磁极整体地形成。

4.根据权利要求2所述的电动机，其特征在于，所述定子的外磁极和所述定位定子固定到一个圆筒形罩的内侧使得它们相互不接触。

5.一种电动机，具有一个磁铁、一个圆筒形定子，以及一个线圈，沿所述磁铁的轴向布置以激励所述定子，其中

所述定子的内磁极与所述磁铁的内周表面相对，所述定子的外磁极与所述磁铁的外周表面相对，所述外磁极具有与所述内磁极相对的第一部分和与所述内磁极不相对的第二部分，其中

所述磁铁与所述第一部分和所述第二部分相对的部分沿圆周方向交替磁化，以及所述磁铁与所述第一部分相对的部分相对于所述磁铁与所述第二部分相对的部分的相位偏移一个相位被磁化。

6.一种电动机，设有一个可旋转转子磁铁，沿圆周交替地磁化成不同极，一个圆筒形定子，与所述转子磁铁相对，在它们之间留有间隙，以及一个线圈，安装在所述定子的内部，其特征在于，把一个用软磁材料形成的圆筒部件固定在所述转子磁铁的内径部分上，使所述线圈沿所述转子磁铁的轴向布置，受所述线圈激励的所述定子的外磁极与所述磁铁的外周表面相对，以及所述定子的内磁极与所述圆筒部件的内周表面相对。

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