CN1270435A - 小型电动机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

轴承4在轴承支承部分2内部。轴承4有小于轴承支承部分2内直径的外直径,以在轴承4和轴承支承部分2间形成间隙。在关于推力方向的轴承4大约中心处,突起19沿电动机轴为中心的环形线在轴承支承部分2内圆周表面上连续或不连续地形成。一个与突起19相对应的凹槽20沿所述环形线在轴承4的外圆周表面上连续或不连续地形成。轴承4以这样的方式支承在轴承支承部分2内部,以防止推力运动,但允许围绕突起19稍微倾斜。其不会发生转子分离和噪声。

Description

小型电动机及其制造方法

本发明涉及用于小型电动机的一种轴承固定结构及其制造方法，所述小型电动机在自动用途电设备、动力工具之类中用作驱动电动机。

一种传统小型电动机具有如图6所示的总体结构[见日本专利申请公开(Kokai)No.3-234915]。用作定子磁极(一般为两极)的永久磁铁15固定在电动机外壳1的内圆周表面上，所述外壳1由金属材料做成有底部的圆筒形状。在电动机外壳1的底部中心形成接纳轴承4(滑动轴承)的一个圆筒形凸部。一个外壳端盖8固定在电动机外壳1的开口上。在外壳端盖8中心提供一个用来接纳轴承12(滑动轴承)的凸部。外壳端盖8上还提供多个电刷11和端子9。一个芯13、线圈14和换向器10被固定在电动机轴上5从而构成一个转子16。

这种小型电动机按下述方法进行组装。在转子的电动机轴5的一端插入固定在电动机外壳底部中心的轴承4之后，将携带电刷11和端子9的外壳端盖8安装在电动机外壳1的开口中，在此同时将电动机轴5的另一端插入固定在外壳端盖8上的轴承12之中。在组装期间，固定在电动机轴5上的一个套筒17沿着推进方向(轴线方向)定位转子16。

有时这种小型电动机会遇到产生机械振动的问题，所述振动是由电动机轴和轴承之间的间隙造成的。在上文所述的日本专利申请公开No.3-234915中该申请的申请人已经提出解决产生振动问题的方法。这个被建议的方法将参照图7(A)和7(B)进行介绍。

图7(A)显示轴承4压配合在轴承支承部分2中的状态，轴承支承部分2与电动机外壳1做成整体。在这种状态，由于机械加工的限制，在电动机轴5和轴承4之间留有一个相对较大的间隙。如图7(B)所示，该间隙能通过使用加压模具6压迫整个轴承支承部分外圆周表面的操作强迫地减小。当轴承支承部分被压迫时，轴承4的内圆周表面与电动机轴5接触。然而，当加压模具6离开时，轴承4产生一个恢复力，致使电动机轴旋转所需的细小间隙形成。

上文所述的方法解决了由电动机轴和轴承之间的径向间隙造成的问题。然而，这种方法既不能解决在轴承4和套筒17相对于电动机轴的垂直度降低时出现的问题，也不能解决在电动机轴相对端的两个轴承之间的对准变得不正确时出现的问题。此外，这种方法不能减少在轴承和套筒之间的间隙或者说容易产生端部窜动。

图8显示一个能用于图6所示传统小型电动机的轴承4的一个轴承结构实例。图8显示沿电动机轴5中心剖取的横截面的下半。在图8中，参考编号2表示一个圆筒形轴承支承部分，它与金属电动机外壳1做成整体以便定位在底部中心并且适于支承轴承4。由于轴承4压配合在轴承支承部分2内部，在轴承4外圆周表面以及轴承支承部分内圆周表面之间没有间隙形成，因此轴承4不能相对于轴承支承部分2沿推进方向运动。电动机轴5沿推力方向的运动借助于固定在电动机轴5上的套筒17进行限制。

如图9(A)和9(B)所示，由于零件和组装精度不够，轴承4和套筒17的接触表面相对于电动机轴的垂直度可能稍微降低。图9(B)显示转子从图9(A)所示位置旋转180°的状态。当与轴承4端面接触的套筒17端面相对于电动机轴不能保持符合需要的垂直度水平时，转子会离开，导致噪声产生。

按照惯例，上文所述的问题通过采用这样一种方法来克服，以致于电动机轴的推力运动用一个波纹垫圈之类吸收，或者端部窜动(允许电动机轴推力运动的间隙)减小。然而，使用波形垫圈导致零件数量增加，从而加大成本。还有，为了减少端部窜动，每个零件的尺寸公差必需显著减小。当尺寸公差被设置成很小数值时，超差零件经常产生，导致成本增加。作为替代，为两个轴承的至少一个提供一个或多个调节垫圈，并且调节垫圈厚度(在使用一个单独垫圈的情况下)或垫圈数量(在使用多个垫圈情况下)以便减少端部窜动。然而这种方法增加制造工序数量，因而降低效率。

此外，为了应付在电动机轴相对端的两个轴承之间的对准恶化，必需增加电动机轴和轴承之间的间隙，或者使轴承内表面逐渐变细从而提供晃动。然而，在这种情况下，当对准不降低时，电动机轴会沿径向打击轴承，导致噪声发生。

上文已参照“滑动轴承”用作轴承的典型情况介绍了传统技术包含的问题。然而，同样的问题也出现在使用“球轴承”的情况中。图15是已摘除转子和外壳端盖的使用球轴承传统小型电动机的局部剖视图。而图16是该小型电动机从电动机内部朝轴承部分看过去的一个视图。通常，在球轴承3外侧形成一个微小间隙。此外，为了固定球轴承3，使用一个轴承附件30以便消除电动机的端部窜动。

然而，由于携带球轴承3的轴承附件30的固定，是通过铆合与附件30成一整体的铆接部分31来实施的，轴承附件30自身必需做成具有相对较大的体积和复杂的形状，从而导致成本增加。

本发明的一个目的是提供一个小型电动机用的轴承固定结构，它甚至在轴承和套筒相对于电动机轴的垂直度稍微降低时也能防止转子离开和噪声生成，以及提供一种制造这种小型电动机的方法。

本发明的另一个目的是：不使用专门垫圈例如波纹垫圈或者调节垫圈，也不必将每个零件的公差减少到过分的程度，就减少端部窜动以及在轴承和套筒之间的间隙，从而降低成本。

本发明的又一个目的是：防止电动机轴由于沿径向打击轴承以及在电动机轴相对端的两个轴承的对准恶化时产生噪声。

本发明的另外一个目的是：不用昂贵的零件例如金属制造的轴承附件就能精确地固定球轴承。

本发明小型电动机具有从金属制电动机外壳1端面伸出的圆筒形轴承支承部分2。一个一般圆筒形的轴承4被接纳在轴承支承部分内部。轴承4在其中心处具有一插入电动机轴5的通孔。轴承4还具有一个小于轴承支承部分2内直径的外直径，以便在轴承4和轴承支承部分2之间形成一个间隙。在轴承4关于推力方向的大约中心处，一个突起19在轴承支承部分2的内圆周表面上沿电动机轴为中心的环形线连续或不连续地延伸。此外，一个凹槽20在轴承4的外圆周表面上沿着所述环形线连续或不连续地延伸，以便于凹槽20与突起19相对应。因此，轴承4以这样一种方式支承在轴承支承部分2内部，以便能防止推力运动但允许围绕突起19稍微倾斜。

一种制造根据本发明的小型电动机的方法，其特征为包括以下步骤：准备一个一般圆筒形轴承4，所述轴承4在其中心处具有一插入电动机轴5的通孔，并具有一个小于轴承支承部分2内直径的外直径；将所述轴承4放置在轴承支承部分2中，以便在轴承4和轴承支承部分2之间形成一个间隙；将包括在内部接纳着轴承4的电动机外壳1的多个零件组装在一个小型电动机中；使用一个加压模具21(图4)或一个加压模具22(图5)从径向外部方向在一关于推力方向的轴承4大约中心处压迫轴承支承部分2的外圆周表面，同时给轴承4施加一个预定的推力，以便压力沿电动机轴为中心的环形线施加到轴承支承部分2上，以便连续或不连续地在轴承支承部分2内圆周表面上形成突起19以及在轴承4外圆周表面上形成凹槽20，从而所述凹槽20与所述突起19相对应。因此端部窜动以及在轴承4和套筒17之间的间隙可方便地被减小。

在根据本发明的制造小型电动机方法中，电动机外壳1最好由一种金属制成，所述金属有比轴承4材料回弹性大的回弹性。因此，在轴承4和轴承支承部分2之间形成一个微小间隙，借此允许轴承4倾斜。

本发明能被应用于使用球轴承3的小型电动机，以及制造这种小型电动机的方法。在这种情况下，在轴承支承部分2内提供一个用来保持球轴承3的衬套6；并且在关于推力方向的衬套6大约中心处，在轴承支承部分2的内圆周表面上形成突起19，而在衬套6的外圆周表面上形成与突起19相应的凹槽20，以便突起19和凹槽20沿电动机轴为中心的环形线连续或不连续地延伸。

图1是根据本发明第一实施例的小型电动机的示意纵向剖视图；

图2是图1所示轴承一个部分A细节的视图；

图3是与图2相应的视图，并显示轴承支承作用；

图4是一个视图，它显示在轴承支承部分内圆周表面上形成一个连续突起的示例方法，同时还在轴承的外圆周表面上形成一个连续凹槽，以致于凹槽与突起相对应；

图5是一个视图，它用来显示形成一个与图4类似的不连续突起和凹槽的示例方法；

图6是显示传统小型电动机整体结构的视图；

图7是显示传统轴承结构的视图；

图8是显示另一传统轴承结构的视图；

图9是一个视图，它显示在一个套筒接触表面相对于电动机轴的垂直度稍微降低时的作用；

图10是根据本发明第二实施例的一个小型电动机的示意纵向剖视图；

图11是显示图10所示轴承部分细节的视图；

图12是显示图11所示衬套细节的视图；

图13是一个视图，它显示在图11所示轴承支承部分内圆周表面上形成一个连续突起的示例方法，在此同时还在衬套的外圆周表面上形成一个连续凹槽，以致于凹槽与突起相应；

图14是一个视图，它显示形成一个与图13类似的不连续突起和凹槽的示例方法；

图15是已拆除转子和外壳端盖的一个传统小型电动机的局部剖出的侧视图；

而图16是图15小型电动机从电动机内部朝轴承部分看过去的视图。

图1是根据本发明第一实施例小型电动机的纵向剖视图。该小型电动机除轴承4结构外具有传统结构。如显示一个部分A细节的图2所示，轴承4是一个滑动轴承。在图1中，参考标号1表示一个电动机外壳，它用金属材料做成封闭底部的圆柱形状。用作定子磁极(在该被描述实例中是两个极)的永久磁铁15固定在电动机外壳1的内表面上，而且一个用来接纳轴承4的圆筒形凸部，即一个轴承支承部分与电动机外壳1做成整体，从而被定位在底部中心。一个金属制外壳端盖8配装在电动机外壳1的开口之中。外壳端盖8的中心形成一个支承部分，一个轴承12用传统的方法压配合在其中。连接在此处的电刷11和端子9通过一个树脂制成的保持物固定在外壳端盖8上。在一根电动机轴5上固定着一铁芯13、一个线圈(未显示)以及一个换向器10，借此构成一个转子16。在图1中，参考标号17表示一个套筒，它用树脂或金属制成并适于沿轴向定位转子16。

参见图2和3，介绍作为本发明特征的轴承4结构。如图2所示，用烧结合金制成的轴承4被接纳在一个圆筒形轴承支承部分2中，所述支承部分2与电动机外壳1做成整体以便定位在底部中心。套筒17在推进方向被轴承4支承住。套筒17本身是一个普通的套筒并被固定在电动机轴5上。可设置一个止推垫圈使在套筒17就位。在任何一种情况下，轴承4沿止推方向支承着电动机轴5。一种传统技术利用一个沿推力方向与轴承4和12中至少一个接触的调节垫，以使端部窜动最小。相反，本发明不需要任何调节垫来调节端部窜动。然而，可以使用一个用来防止加在烧结合金轴承细孔内的油泄漏的止油垫圈，或者一个用来防止套筒和轴承之间直接接触的止推垫圈。由于这些垫圈不需调节厚度和数量，提供这些垫圈与使用调节垫圈的情况相比不增加成本。

与图8所示压配合在轴承支承部分2中的传统轴承4相反，图2所示轴承4被放置在轴承支承部分2上，以致于在轴承4外圆周表面和轴承支承部分2的内圆周表面之间形成间隙。轴承4具有一般的圆筒形，并且在其中心具有一个插入电动机轴5的通孔。轴承4的外直径稍小于轴承支承部分2的内直径。在轴承4插入之后，在轴承支承部分2内圆周表面上做出一个突起19，以便突起19连续或不连续地沿着以电动机轴为中心的环形线延伸，还做出一个与突起19相对应的凹槽20，以便其在轴承4的外圆周表面上沿着该环线连续地延伸。因此，轴承4牢固地保持在轴承支承部分2内部。

图3是与图2相应并显示轴承支承作用。轴承4的推力运动被突起19和凹槽20阻止，但是由于轴承4被接纳在轴承支承部分2内部以致于在轴承外侧留下间隙，轴承4可围绕突起19稍微倾斜。图3显示一种状态，其中轴承4已沿着这样一个方向倾斜，以致于在图3右侧轴承4和轴承支承部分2之间的间隙增大，而在图3左侧轴承4接触轴承支承部分2，因此两者之间的间隙变成几乎为零。

借助于上文所述的结构，当轴承4和套筒17相对于电动机轴的垂直度如图9所示稍微降低时，轴承4围绕突起19倾斜，因此，在套筒17端面和轴承4端面之间总是保持着表面接触(自动对准功能)。因此，根据本发明的小型电动机不会产生由于转子分离导致噪声发生的问题。

突起19和与其相应的凹槽20在所有零件组装入一个小型电动机之后再形成。组装按下面的方法进行。首先，将转子的电动机轴5插入容纳在位于电动机外壳1底部中心的轴承支承部分2的轴承4中，以致于在轴承4和轴承支承部分2之间形成一个间隙。随后，将装有电刷11和端子9的外壳端盖8安装在电动机外壳1的开口中，同时电动机轴5的另一端插入固定在外壳端盖8上的轴承12之中。在组装之后，从电动机外侧沿着推力方向，即从图1的左侧借助于一个未示出的弹簧等给轴承4施加一个不变的推力，在这种状态下形成突起19和凹槽20。借助于弹簧等施加的力不必那样强以致于在运转期间电动机轴5的推力摩擦变得过度(该力被限制为不大于1000克力)，而且不应那样弱以致于电动机轴5推力运动允许量(即端部窜动)变得过度。上文所述的在给轴承4施加一个适当力的同时，形成突起19和凹槽20的方法，使端部窜动达到最小。

图4和5显示一种形成突起19和凹槽20的典型方法。通过使用图4所示的一种加压模具21，从径向外部方向沿着以电动机轴5中心为圆心的环形线给轴承支承部分2施加一个压力，在此同时如前文所述给轴承4施加一个不变的推力。为了轴承4能倾斜，加压操作最好是在轴承4关于推力方向的中心部分实施。

尽管没有显示，在加压操作期间，可以使用具有一个预定的轴向长度的滚子，以便从与加压模具21压迫轴承支承部分2的侧面相对置的侧面支承轴承支承部分2。图4所示的加压模具21具有圆形和沿着模具21圆周方向连续延伸的凸起。该凸起具有与图2所示在轴承支承部分2外圆周表面上形成的凹槽相对应的横截面形状(在模具宽度或者说轴线方向)。在突起19和凹槽20的结合在允许轴承稍微倾斜的同时，限制轴承的轴向运动的情况下，该横截面形状可为其他任何形状，例如半圆形或者梯形。使用加压模具21能形成突起19和凹槽20，而且两者沿圆周方向连续。因为轴承材料为烧结合金，轴承由于细孔断裂而塑性变形。反之，用金属例如铁做成的电动机外壳(轴承支承部分2)在加压模具21移去后，引起0.01至0.02mm的回弹。因此，当移去加压模具21时，在轴承4和轴承支承部分2之间形成一个微小间隙，以便轴承4能稍微倾斜。因为这样一个间隙也在突起19和凹槽20之间的接触部分形成，甚至在突起19和凹槽20具有梯形横截面形状时，轴承也能倾斜。

如图5所示，可以使用在圆周上具有多个凸起(在该被描述实例中是三角形凸起)的加压模具22。使用模具22能形成突起19和凹槽20，两者沿着圆周方向均不连续。如果电动机工作期间轴承4本身在轴承支承部分2内旋转，轴承4的性能会降低。在一般情况下，由于存在大的直径差别，即在与电动机轴5接触的轴承4内圆周表面以及与轴承支承部分2接触的轴承4外圆周表面之间接触表面区域的差别，尽管在轴承4和轴承支承部分2之间出现间隙，轴承4自身不会转动。然而，如果电动机轴5和轴承4之间的摩擦，由于缺油或滞塞而增大，轴承4就与电动机轴5一起旋转，导致轴承性能下降。采用不连续突起19和不连续凹槽20能使轴承4牢固地保持在轴承支承部分2内。

图10是根据本发明第二实施例的小型电动机的示意纵向剖视图；图11是显示图10所示轴承部分细节的放大视图；而图12是显示图11衬套细节的放大视图。由于本实施例小型电动机除了在电动机外壳1底部中心处提供的轴承部分结构之外，具有与第一实施例小型电动机相同的结构，全部结构的详细描述省略。

如同图11具体显示的那样，一个球轴承3通过一个衬套6安置在于金属制电动机外壳1底部中心处整体形成的圆筒形轴承支承部分2的内部。如图12所示，衬套6最好由一种引起塑性变形的材料例如烧结合金或铜合金或者合成树脂制成，并且具有在底部中心具有一个通孔的带底部圆筒的形状。还有，为了在衬套和轴承支承部分之间形成一个间隙，这样选择衬套材料，轴承支承部分或者说金属电动机外壳的回弹性比衬套的回弹性大。

具有一般圆筒形整体形状的球轴承3从电动机内部插入衬套6，而且保持球轴承3的衬套6被放置在轴承支承部分2之中。衬套6具有比轴承支承部分2内直径小的外直径。在把衬套6放入轴承支承部分2而且在两者之间具有一个间隙之后，利用在轴承支承部分2上形成的突起19和在衬套6上形成的凹槽20固定衬套6。

在衬套6沿着推力方向一个大体上中心的部分上，突起19在轴承支承部分的内圆周表面上沿着以电动机轴为中心的环形线连续或不连续地形成，而凹槽20在衬套6的外圆周表面上沿着该环形线连续或不连续地形成，以致于凹槽20与突起19相应。

突起19和与其相应的凹槽20是在所有零件组装到小型电动机之后才形成的。图13和14分别显示一种形成连续或不连续突起19和凹槽20的典型方法。由于这些方法与参照图4和5介绍的方法基本相同，因此不再详细介绍。

在组装之后，借助于使用一个未示出的弹簧等将一个预定推力从电动机外侧沿着推力方向施加到衬套6上，再用图13所示的一个加压模具21从径向外部方向沿着以电动机轴5为中心的环形线给轴承支承部分2施加压力，以便在施加适当力的情况下同时形成突起19和凹槽20。因此，图10和11所示结构具有自动对准功能并使端部窜动最小。所以，不再需要起自动对准作用或消除端部窜动用的垫圈。

如上所述，在根据本发明的小型电动机中，轴承具有小于轴承支承部分内直径的外直径，而且轴承被接纳在轴承支承部分内部以致于两者之间形成一个间隙。还有，在轴承支承部分内圆周表面上形成的突起以及在轴承外圆周表面上形成并与突起相对应的凹槽配合工作，借此限制轴承的推力运动，同时还允许轴承稍微倾斜。所以，甚至在轴承和套筒相对于电动机轴的垂直稍有下降时也不会发生转子分离和产生噪声。还有甚至在电动机轴相对端的轴承之间的对准恶化时，电动机轴也不会由于沿径向打击轴承而产生噪声。

而且，这种突起和凹槽能在一种状态下形成，其中一个不变的推力从电动机外侧施加到轴承上，所以在轴承和套筒之间的间隙可方便地被减小，而且端部窜动也能方便地被减小。因此，不需要使用专门的垫圈例如波纹垫圈或调节垫圈，也不需要过分减小每个零件的公差，从而可降低成本。此外，由于端部窜动减小，电动机轴在电动机外部的伸出量不受端部窜动影响因而变为恒定。

还有，当本发明应用于具有球轴承的小型电动机时，不再需要使用昂贵的零件例如与电动机外壳分开制造的轴承附件30。一般，轴承支承部分被形成具有一个适于附加到顾客设备的尺寸。当顾客设备的型号变化时，必需更换昂贵的轴承附件，导致成本增加。反之，本发明小型电动机能通过更换不昂贵的衬套而不是用一些不同尺寸的轴承替换该球轴承来适应这样的型号改变。

Claims (6)

1.一种小型电动机，其具有从金属制电动机外壳端面伸出的圆筒形轴承支承部分，所述电动机包括：

一个被接纳在轴承支承部分内部的一般圆筒形轴承，所述轴承在其中心处具有一插入电动机轴的通孔，并具有一个小于轴承支承部分内直径的外直径，以便在轴承和轴承支承部分之间形成间隙；以及

在轴承支承部分内圆周表面上形成的突起和在轴承外圆周表面上形成并与所述突起相应的凹槽，在轴承关于推力方向的大约中心处，所述突起和凹槽沿着以电动机轴为中心的环形线连续或不连续地延伸。

2.一种制造小型电动机的方法，该电动机具有从金属制电动机外壳端面伸出的圆筒形轴承支承部分，所述方法包括：

准备一个一般圆筒形轴承，所述轴承在其中心处具有插入电动机轴的通孔，并具有一个小于轴承支承部分内直径的外直径；

将所述轴承放置在轴承支承部分中，以便在轴承和轴承支承部分之间形成一个间隙；

将包括在内部接纳着轴承的电动机外壳的多个零件组装在一个小型电动机中；

使用一个加压模具从径向外部方向在一个关于推力方向的轴承的大约中心处压迫轴承支承部分的外圆周表面，同时给轴承施加一个预定的推力，以从而压力沿电动机轴为中心的环形线施加到轴承支承部分上，以便连续或不连续地在轴承支承部分内圆周表面上形成突起和在轴承外圆周表面上形成凹槽，而所述凹槽与所述突起相对应。

3.根据权利要求2的制造小型电动机的方法，其特征为，电动机外壳由一种金属制成，所述金属有比轴承材料回弹性大的回弹性。

4.一种小型电动机，其具有从金属制电动机外壳端伸出的圆筒形轴承支承部分，所述电动机包括：

一个衬套，其在轴承支承部分内提供并保持一球轴承；以及

一个突起，其在轴承支承部分内圆周表面上形成和一个凹槽，其在衬套外圆周表面上形成并与所述突起相对应，在衬套相对于推力方向的大约中心处，所述突起和凹槽沿电动机轴为中心的环形线连续或不连续地延伸。

5.根据权利要求4的小型电动机，其特征为，所述衬套由烧结金属制成。

6.一种制造小型电动机的方法，该电动机具有从金属制电动机外壳端面伸出的圆筒形轴承支承部分，所述方法包括：

准备一个衬套，所述衬套具有小于轴承支承部分内直径的外直径并适于在内部保持一个球轴承；

将所述衬套放置在轴承支承部分中，以便在衬套和轴承支承部分之间形成间隙；

将包括在内部接纳着轴承的电动机外壳的多个零件组装在小型电动机中；

使用一个加压模具从径向外部方向在一个关于推力方向的衬套大约中心处压迫轴承支承部分的外圆周表面，同时给衬套施加一个预定的推力，以便压力沿电动机轴为中心的环形线施加到轴承支承部分上，以便连续或不连续地在轴承支承部分内圆周表面上形成突起以及在衬套外圆周表面上形成凹槽，以便所述凹槽与所述突起相对应。

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