CN1184358A

CN1184358A - 电机

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Publication number: CN1184358A
Application number: CN97126437.6A
Authority: CN
Inventors: 片桐昌幸; 小林一隆
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 1998-06-10
Anticipated expiration: 2017-12-04
Also published as: US5973432A; JPH10174316A; MY113157A; JP3514929B2; CN1086855C

Abstract

一种电机,其中开口槽(26)形成用于电枢铁芯(10)缠绕操作的足够空间,通过开口槽缠绕线圈(24)。磁性件(34)装在开口槽(26)中,并与电枢铁芯(10)的伞形部(20)相啮合而固定在上面。在开口槽(26)中部形成的间隙(36)使相邻凸极(16)的磁极间的间隙变窄,从而不仅减少了齿槽效应和振动的发生,而且减少了产品间的质量不平衡,即所生产的电枢铁芯之间的质量差距。

Description

电机

本发明涉及一种用于电动机的电枢铁芯，特别是涉及到一种用于处理形成在电枢铁芯上设置的相邻凸极之间的开口槽中磁通的磁处理装置。

如图10所示，传统的电枢铁芯110包括多个，如三个凸极116，这些凸极分别以平均间隔相互设置，并从电枢铁芯110的中央部118径向凸出，每个凸极116包括一臂部112和一伞形部114。在相邻的凸极116的伞形部114之间形成一开口槽120，开口槽120沿电枢铁芯110的周边方向上伸延，从而提供绕组122的缠绕操作的必要空间，上述线圈122围绕凸极116的臂部112而构成。

参照如图10所示的线圈缠绕操作，当引导导线124时，电枢铁芯110围绕出口126转动(以图10中箭头A的方向)，使得导线124围绕电枢铁芯110的臂部112进行缠绕。在以控制方式移动的出口126形成线圈时，为了防止伞形部114防碍缠绕操作开口槽120形成一操作空间。线圈仅在由标号δ表示的范围内，由出口126绕该臂部112缠绕。伞形部114的内侧部的一部分由线圈112的绕组凹下部分填充，它产生在其端部，而剩余部分则保留作为死区128。

另一方面，由于电动机转动的角度，而导致形成在相邻伞形部114之间的开口槽120的开口130的距离在磁阻上发生变化，接着由于与磁通密度的平方成正比的麦克斯韦应力，而产生了齿槽效应上的因素，由此而妨碍了电动机的平滑连续旋转。

即，为了有利于线圈的缠绕操作，如果开口槽120的开口130的气隙加宽得太大，则该部分的磁性降低，使得磁阻增加，从而增加齿槽效应。另一方面，如果开口130的间隙变窄，则线圈120的缠绕操作变得困难，不仅降低线圈120的生产率，而且降低线圈120的体积占据率，由此不能得到所要求的电机输出。

为了解决上述问题，在未审查日本实用新型公开平6-88178中提供了一种附加铁芯，在线圈缠绕操作完成之后，在凸极之间相邻空间(开口槽)上形成该附加铁芯。但是，根据该方案，因为该电枢铁芯的结构复杂到了一定程度，导致成本增加。而且，由可能使相邻伞形部之间磁路短路，由此破坏电机的效率。

由以上可见，本发明的目的是提供一种电动机，其中利用简单的方法不仅能有效地进行线圈缠绕操作，更可以增强其集磁功能，由此防止齿槽效应的出现，使电机平稳转动。

根据本发明，提供一种电机，它包括一电枢铁芯，该电枢铁芯包括多个凸极和多个分别形成在相邻凸极之间的开口槽，每个凸极包括从所述电枢铁芯中心部径向凸出的臂部和在所述臂部的末端上形成的并伸延到其周边方向两侧的伞形部；一线圈，该线圈围绕所述每个凸极的所述臂部缠绕；相对所述伞形部的外周表面的一组磁场磁铁；一磁性件，该磁性件包括一集磁部，在集磁部中含有对应所述伞形部的所述外周表面伸延部的集磁表面；以及一个形成在所述集磁表面中部上的开口，其中，磁性件被插入到所述开口槽中，所述电枢铁芯的一个和所述磁场磁铁能相对转动。

如上所述，利用根据本发明的电机，因为将磁性件装入开口槽中，使得凸极之间的实际间隙变窄，能减少齿槽效应和振动。

另外，在形成于该磁性件中部上的间隙部中，在该间隙部两侧上的集磁部被桥接在一起，由此构成磁路，以限制磁路的短路并防止电机效率的降低。进一步讲，因为在磁性件被装入电枢铁芯之前电枢铁芯上的开口槽被加宽，可扩大绕组控制范围，从而增大绕组的体积占据率，由此改善电机效率。

更进一步讲，根据本发明的电机，减少了由于振动产生的电机的不均衡质量，能根据按需要与电机结合的其它外围部件如抗振动件和其它类似部件，更容易地选择电机性能。

附图说明如下：

图1是根据本发明的电机电枢铁芯平面图，它表示将磁性件装到其上构成的开口槽之前的状态；

图2是根据本发明的电机电枢铁芯平面图，它以放大方式表示将磁性件装到其上构成的开口槽之一的状态；

图3是装到根据本发明的电机上构成的开口槽的磁性件第一实施例的若干示意图，具体地说，图3(a)是磁性件的整体作为一单一部件的示意图，图3(b)是当从图3(a)中箭头B的方向观察时的平面图，图3(c)是沿图3(b)的C-C剖开的截面图；

图4是装到根据本发明的电机上构成的开口槽的磁性件第二实施例的示意图；

图5是装到根据本发明的电机上构成的开口槽的磁性件第三实施例的示意图；

图6是装到根据本发明的电机上构成的开口槽的磁性件第四实施例的示意图；

图7是装到根据本发明的电机上构成的开口槽的磁性件第五实施例的示意图；

图8是当根据本发明的装有磁性件的电机与传统电机相比较时，所获得的代表所测转矩的转矩变化曲线，具体地说，图8(a)是代表所测到的传统电机转矩变化曲线，图8(b)是根据本发明的其上装有磁性件的电机的所测到的转矩变化曲线；

图9是当根据本发明的装有磁性件的电机与普通电机相比较时，利用一组样品所获得的代表所测转矩的转矩变化曲线，具体地说，图9(a)是普通电机所测振动分布的频率曲线，图9(b)是根据本发明的具有装在其上的磁性件的电机的所测振动分布的频率曲线；

图10是电枢铁芯的典型示意图，它表示将线圈缠绕在该电枢铁芯上的传统操作方式。

现在将给出以下参照对应附图的根据本发明的电机的一个实施例。具体讲，图1是用于根据本发明的电机上的电枢铁芯的正视图，它表示在将磁性件装入开口槽26之前的状态，开口槽26形成在用于根据本发明的电机中的电枢铁芯10上。在图1中标号12指转轴。电枢铁芯10可通过沿电枢铁芯10的中心件14外周边上的转轴12，相互同相地叠装一组高磁导率的磁板11(在此之后每个都称之为磁板)而构成，磁板11在形状上相互一致，它们每一个都包括一组例如图1所示的三个凸极16，这些凸极以平均间隔径向凸出。

每个凸极16包括臂部18和伞形部20，导线围绕臂部18缠绕，构成线圈24。各线圈24被连接到一换向器(未示出)，它们相互间星形连接或Δ连接。标号25代表电绝缘体。

在相互邻接的凸极16之间，形成有一开口槽26。具体讲，该开口槽26设有一空间，该空间不仅有利于线圈24的缠绕操作，而且可确保由于各线圈24的导流，在各凸极16上所产生的磁极的独立性。另外，因为绕组体积的占据率必须增加，来增大在有限体积内的电机输出，所以要尽可能小地设置死区28。

如果开口槽26的缠绕导线或线圈的控制范围d被加宽，则可减小死区28，当然可增加线圈体积的占据率，从而也增加电机的输出。然而，线圈控制范围d的扩大，导致在开口槽26中开口30的距离g₁增加，减少其集磁力，由于在磁通和线圈电流之间的相互作用产生了凸极16的转矩上的间断部分，由此而成为了齿槽效应上的因素。

另外，以这样一种方式形成电枢铁芯10，该方式包括充分的线圈控制范围d，它不仅有利于线圈缠绕操作，而且能减少死区28，该电机由这样构成的电枢铁芯来组成。这样的电机一但旋转即可测出转矩变化。在图8a中所的曲线表示了这种测量的结果。具体讲，在该曲线图中对应磁极的六个位置上的齿槽效应可作为电机转矩变化来测量。

在该曲线中水平轴代表θ，垂直轴代表转矩τ。在此，在转矩最大值τ_max.1和转矩最小值τ_min.1之差的绝对值|Δτ₁|为0.36mN.m(千分之一牛米)。

为达到本发明的目的，在根据开口槽26的适应线圈缠绕操作的绕组控制范围，以其良好体积占据率缠绕线圈之后，上述电机转矩变化可被减少，并且能使电机平稳转动，在相互邻接的每个具有大磁组的伞形部20之间所形成的开口30的间隙g₁上，提供有增加聚磁力的手段。

具体地说，如图2中开口槽26的放大示意图所示，在根据本发明的电机电枢铁芯的开口槽26中，磁性件34插入开口槽26中形成的开口30里，并与伞形部20相啮合，从而将磁性件34固定于内表面20a。这样，从整体上提高了开口30的间隙g₁部的集磁力，增加了电机转动的效率。

磁性件34包括其中央部分的弯曲部38，形成一作为开口的间隙部36，开口沿开口槽26的径向朝外，其间隙g₂变小(g₂≤g₁)，并代替了间隙g₁。另外，磁性件34包括一对设置在其两侧的集磁部40以及啮合部42，该啮合部在集磁部40的外侧构成并与之一体化，它能与相互邻接的凸极16的各伞形部20啮合。

磁性件34是金属的或具有磁性的树脂模件，每个集磁部40的外周表面沿其对应的伞形部20外周表面的加长部分伸延而构成，与啮合部42一起，在轴向上，该磁性件34具有和电枢铁芯10同样的宽度。另一方面，在其轴向上，弯曲部38的宽度在整个集磁部40的宽度和啮合部42的宽度上被减小，借此形成一个狭窄的磁路，使得可突出磁极的独立性。

如以后要表述的，在啮合部42上形成有一个用于定位的凸出部44，该凸出部44可以装配到一个凹陷部，该凹陷部形成在伞形部20的内表面20a上。另外，为了防止磁性件34沿轴向方向移开和滑动，在其轴向方向上磁性件34的两端面上，形成舌形件部48(在图2中由双点划线表示)，并以这样的方式向下弯曲，即能够包含或覆盖伞形部20的宽度部分。

或者，啮合部42的外端部50可以与电绝缘体25的端部52相接触，电绝缘体25固定在凸极16的开口槽26侧。此外，磁性件34可由一弹性件构成，或者可以这样的方式，即结构上有弹性的方式构成，然后这样的弹性磁性件34可安装在凸极16的开口槽26中。

尽管在此之前仅给出了形成在电机电枢铁芯10上一个开口槽26的说明，但剩下的开口槽26在结构上是相同的。即，利用磁性件34的降低磁阻装置不局限于上述包括三个凸极16的电枢铁芯10，而且可用于包含多个凸极的所有电枢铁芯。此外，本发明的降低磁阻装置可应用于转子、定子、内转子和外转子中的任何一个的电枢铁芯。

如上所述，根据本发明的装有磁性件34的电机中与图8所示的未装磁性件34的电机相比较时，除安装磁性件34之外，在完全相同条件下测量扭矩变化，如可从图8(b)中所示曲线中得到的，该曲线是平滑的，没有出现由于图8a中齿槽效应导致的六个大变化。

在此测量的最大值τ_max.2和最小值τ_min.2之间的差的绝对值|Δτ₂|为0.18mN.m(毫牛米)，其变化宽度是图8(a)所示未装入磁性件34的电机的1/2，它表示其内装有磁性件34的电机可比图8(a)所示的电机更加平稳地运转。这里，图8(a)和图8(b)的曲线反映完全相同的测量，在此水平轴代表旋转角，垂直轴代表扭矩。

图9(a)是CD(光盘)或类似装置的驱动装置主体的振动频率曲线，在此备有20pcs的电机样品A，每样品不把磁性件34装入电枢铁芯10，电机样品A被插入到驱动装置主体里，在此，图9(a)的水平轴表示单个样品的振动值(mG或毫G)，垂直轴表示振动发生频率(N)。

图9(b)也是驱动装置主体的振动频率曲线，这是在与图9(a)所示同样条件下对20pcs的电机样品B进行的测量，该电机样品具有装入电枢铁芯10的磁性件34。图9(a)所示的样品A振动平均值M1为22.000mG，而图9b所示的样品B振动平均值为11.550mG。这表示当把磁性件34装入到电枢铁芯10振动降低到几乎一半。

另外，由于这样的事实，即样品B的标准偏离值σ2(等于2.523)小于样品A的标准偏离值σ1(等于3.539)，即样品B的重现率被提高，因此样品B可以提供高质量的产品。

现在说明将磁性件用于电机的最佳实施例，该电机已在根据本发明的上述实施例中参照相应附图加以描述。在以下附图中与上述实施例相同的部件给出相同的标号。特别是，图3(a)是用于第一实施例的磁性件34a的示意图，在此通过虚线表示与伞形部20的关系。

在磁性件34a的两侧，设有一对集磁部40，使其沿伞形部20的外周表面的伸展部伸延。在磁性件34a的中部形成一个U形弯曲部38，该部分确定了一个作为开口的间隙36。以及在两集磁部40的外侧上与伞形部20啮合的啮合部42整体构成。集磁部40和啮合部42的宽度等于长度方向上伞形部20的宽度T，而弯曲部38的宽度s小于宽度t或T来设定。

作为模制或构成上述磁性件34a的手段，使用压迫成形磁性板的装置、加热或挤压磁性板的装置、用于将磁性熔化树脂注入成形金属模具或类似模具的装置。或者，换句话讲，在磁性铁板或磁性树脂材料由模压辊卷起，或者从模具排出并连续形成一带状体后，如图3(b)所示，由此形成的带状体被至少一套由双点划线所示的刀具阵列54切割成具有宽度t的分离部件，即可以这种方式同时切割成形集磁部40和啮合部42，弯曲部38可被最后切成宽度s，由此将其形成为由图3(b)双点划线所示的弯曲形状。即本领域普通专业技术人员可以容易地采用其它构形方法。另外，在图3(c)的左侧具有带状体切割部分的连续伸展的剩余部分由标号R表示。

在以上述板材模制出弹性件34a的情况中，其材料在结构上是弹性的，因此，形成用于定位啮合部42的凸出部44的位置可由将其装配在伞形部20内侧形成的凹部来确定；但是，为了防止凸出部44由于转动或其它外界因素的振动从位置中滑脱，凸出部44可以利用粘接固定到凹部46。

图4是根据本发明第二实施例的磁性件34b的立体图，其中与伞形件20的关系由虚线表示。该磁性件34b类似于根据第一实施例的伞形件34a，除了为防止其沿轴向移动(在箭头Z方向上)以及脱出，在磁性件34b的两端面上分别凸出有两舌形件48，该舌形件在磁性件34b的轴向方向上存在，并向上弯曲从而包住或覆盖对应伞形部20的宽度部分。因此，在此省略了磁性件34b外形的说明。但是，因为舌形件48的设置，象根据第一实施例的磁性件34a一样构成连续的带形体并切割成分离的部件的形成手段，不能用于根据第二实施例的磁性件34b。

图5是根据本发明第三实施例的磁性件34c的立体图，其中由虚线表示相对伞形部20的关系。该磁性件34c是一个模制件，它由磁性树脂模制并形成一个间隙36，作为一个向外开口的矩形槽。因为该磁性件34c没有弹性，所以不能借助其弹性插入磁性件34c。但是，可以利用金属模制该磁性件34c或从带形连续体上切出分离部件。磁性件34c剩余的功能类似于根据第一实施例的磁性件34a，因此省略了其重复的描述。

图6是根据本发明第四实施例的磁性件34d和伞形部20的放大平面图。如图6所示，在该磁性件34d中，当完成线圈24缠入开口槽26中的操作之后将磁性树脂62插入到开口槽26中。磁性件34d还包括有一间隙部64、两集磁部66和两集磁表面68，上述表面分别形成在伞形部20外周表面的伸延部分上。标号25a代表电绝缘体。间隙部64和两集磁部66的功能类似于根据第一到第三实施例的间隙部36和集磁部40的功能，因此，在此不再重复描述。总之，第四实施例在基本概念上非常类似于前面描述的第一到第三实施例，即集磁部44和66具有小的磁阻并伸展，以减少能导致齿槽效应因素的间隙36、64。

图7是根据本发明第五实施例的磁性件34e的立体图，其中用虚线表示与伞形部20的关系。该磁性件34e包括，在其集磁部40上的用作为开口的通孔39。以及沿其轴向在通孔39的两端部上分别构成具有1/2s宽度的连接部41和41。通孔39和连接部41、41分别对应第一到第四实施例中的间隙部36和弯曲部38。即，由于设有通孔39和连接部41、41，磁性件34e能与伞形部20相啮合，它们具有与弯曲部38上所产生的弹性相同的弹性；通过设置连接部41的宽度1/2sx2代替弯曲部的宽度s，并通过形成通孔39，可加强相互邻近的磁极的独立性。这里，通孔39的形状并不局限于如图7所示的方形，它可是具有除方形以外的其它任何形状，如，椭圆形或多边形。

尽管在此已经说明或公开了本发明的最佳实施例，但本发明并不局限于此，显而易见的是本领域普通专业技术人员可以将电枢铁芯和磁性件以各种方式相互组合或重新构造，根据需要或改变或修改它们的形状。

例如，在上述各实施例中，电枢铁芯凸极的伞形部外周表面可以成为均匀和平坦的周边表面。但是，为了减少齿槽效应，可以在伞形部外周表面上构成对应磁场磁极间距的不平整部分。另外，对应最后提出的结构在集磁件的集磁表面上构成类似的不平整部分，以此来减少齿槽效应。

如前所述，当利用根据本发明的电机时，因为将磁性件装入到开口槽中，可以使凸极之间的实际间隙变窄，减少齿槽效应和振动。

在形成于该磁性件中央部分上的间隙中，在该间隙部两侧的集磁部被桥接在一起，从而完成一磁路，制止了磁路的短路，并因此防止电机效率的降低。另外，因为在磁性件装入到电枢铁芯之前电枢铁芯的开口槽被加宽，绕组控制范围被扩大，从而提高了绕组体积的占据率，并改善了电机效率。

进一步讲，根据本发明的电机，因为减少了引起振动的产品的不均衡的质量，从而，根据按需要与电机相组合的象抗振动件这样的其它辅助部件可容易地选择电机的性能。

Claims

1.一种电机，包括：

一电枢铁芯，包括一组凸极和一组分别形成在相邻凸极之间的开口槽，每个凸极包括从所述电枢铁芯中心部径向凸出的臂部和在所述臂部的外端上伸延到其周边方向两侧而形成的伞形部；

一线圈，该线圈缠绕于所述每个凸极的所述臂部；

一组磁场磁铁，与所述伞形部的外周表面相对；

一磁性件，装配在所述开口槽中，包括一集磁部，在集磁部中有对应所述伞形部的所述外周表面伸延部的集磁表面；

一个形成在所述集磁表面中部上的开口，

其中，磁性件被插入到所述开口槽中，所述各电枢铁芯和磁场磁铁能相对转动。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，所述磁性件包括一对集磁部，每个集磁部包含在其上的对应所述伞形部的所述外周表面伸延部的集磁表面，以及形成在所述集磁部之间的用作开口的间隙部。

3.根据权利要求2所述的电机，其中，所述磁性件包括一弯曲部，所述弯曲部在所述电枢铁芯的径向上伸延的同时在所述开口槽中弯曲，从而形成所述的间隙部，并与所述集磁部相互接触，所述磁性件还包括啮合部，所述啮合部分别在电枢铁芯的周边方向上从所述集磁部的各外端上伸延并与所述凸极相啮合。

4.根据权利要求1所述的电机，其中，所述磁性件由一种弹性件构成，并能与所述凸极的伞形部弹性啮合。

5.根据权利要求3所述的电机，其中，在所述电机轴向上的所述弯曲部的宽度比在所述轴向上所述电枢铁芯的厚度小。

6.根据权利要求3所述的电机，其中，所述每个啮合部包括一舌形部，用于覆盖所述凸极的所述伞形部轴端面。