CN1787335B - 电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动机，其包括：具有空气间隙的定子(1，5，8)，所述空气间隙围绕一轴线延伸且在该空气间隙中产生旋转磁场；以及转子(11，12，13)，所述转子包括由轴承(10)可旋转地支撑的轴(11)和永久磁体(13)，所述的永久磁体被保持在所述的空气间隙中并且被所述旋转磁场驱动以围绕所述轴线旋转。所述定子(1，5，8)在产生所述旋转磁场外，还适于产生关于所述轴线旋转地不对称的静止磁场。

Description

电动机
技术领域
本发明涉及一种电动机，特别地但不仅仅地涉及一种无刷直流电动机。
背景技术
在近几年，对具有超扁平设计的微型电动机的需求增长，所述微型电动机可以用来为例如软盘、CD-ROM、DVD等的盘状数据载体制造扁平驱动器。
这种电动机的轴具有准许所述轴摆动的一定的轴承间隙。显然，轴的倾斜角越大，轴承的轴向尺寸越小(如果轴由单个轴承支撑)或者轴的相反两端处的轴承之间的距离越小。如果盘片由电动机带动，盘片的旋转轴线可在空间里移动，并且其方位可改变。这在从盘片读取数据时造成问题：传统地，数据布置在盘片表面的同心轨道上，并且如果盘片的旋转轴线移动，盘片驱动器的被促动的读取头的伺服系统可能更难以在盘片转动中沿轨道移动，因此数据不能连续地读取。另外，读取头和盘片表面之间的距离可以发生变化并且有时候可能离开可读取的范围。
这些变化中的一部分是周期性的，其周期等于盘片的转动周期。基于观察这些变化可非常精确地预测，并且这些变化可通过周期性地移动读取头得以补偿，以使得读取头面向盘片的同一轨道且在一个完整的圈过程中不离开正确的读取距离范围。这些周期性的变化也称作可重复偏差(runout)。
然而，也存在不容易补偿并造成严重的跟踪问题的非重复偏差。通过减小轴承间隙而减小该非重复偏差是一种对该问题相当昂贵的解决方案，原因是必须以非常精确的公差来生产电动机元件。
US2004/0007929公开了一种扁平的电动机，其中，轴承在电动机的大部分的轴向尺寸上延伸。在该电动机中没有任何装置可以防止轴在由轴承间隙准许的整个角度上倾斜。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动机，其中电动机轴被防止在由轴承间隙准许的整个角度上倾斜，所述的轴承支撑电动机轴。
该目的通过如下电动机来实现，该电动机包括：具有空气间隙的定子，所述空气间隙围绕一轴线延伸且在该空气间隙中产生旋转磁场；以及转子，所述转子包括由轴承可旋转地支撑的轴和永久磁体，所述的永久磁体保持在所述的空气间隙中并且被所述旋转磁场驱动以围绕所述轴线旋转，所述电动机特征在于，所述定子在产生所述旋转磁场外，还适于产生关于所述轴线旋转不对称的静止磁场。
该不对称的静止磁场会对转子施加偏心的作用力，所述作用力特别地垂直于转子上环绕其转子轴线的旋转转矩，并因此造成转子倾斜.该偏心的作用力导致转子的角动量矢量的变化，所述角动量矢量垂直于所述转矩矢量.所述转子可使其轴线适应于角动量的这种变化，只要轴承间隙准许即可.因此，不管轴承间隙有多大，转子轴将呈现恒定和明确的方位.显著减小了不重复的偏差.
优选地，定子包括多个由软磁性材料制成的沿径向取向的辐条。使用径向辐条替代实心盘片减少了涡电流的形成，所述涡电流将抵消转子的运转。
根据第一优选实施例，作为产生不对称的静止磁场的最简单方法，所述定子第一扇区中辐条的长度和横截面中至少其一，例如厚度或长度，制成为不同于第二扇区中辐条的。
可代替地是，第一扇区中每单位角度的辐条数量可以制成为不同于第二扇区中每单位角度的辐条数量。第一和第二扇区可分别在定子圆周的大约一半上延伸。
为了使电动机的装配容易，优选地，各辐条的内端和外端整体地与环连接。可代替地，各辐条可以被嵌入或安装在非导电材料上。优选地，该非导电材料是电路板。
根据第二优选实施例，所述定子包括多个围绕所述轴线均匀分布的线圈，并且在所述定子第一扇区中，所述线圈内的材料的磁导率不同于所述定子第二扇区中所述线圈内的材料的磁导率。
根据第三优选实施例，所述定子包括多个用于产生所述磁场的围绕所述轴线均匀分布的线圈，并且在所述定子第一扇区中，每个线圈的匝数不同于第二扇区中每线圈的匝数，以产生所述不对称磁场分量。
如果所述线圈的轴线定位为平行于所述旋转轴线，所述电动机可被制成特别扁平。所述线圈可以通过印制在电路板上而进一步非常经济。
附图说明
通过参考附图对本发明实施例接下来的描述，本发明此外的特征和优点将变得显而易见。
图1是根据本发明的第一实施例的电动机的分解图；
图2是图1中电动机的轴向截面图；
图3是显示图1中电动机的底侧的透视图；
图4是显示图1中电动机的顶侧的透视图；
图5类似于图1，是根据本发明第二实施例的电动机的分解图；
图6是根据第二实施例的电动机的轴向截面图；
图7是显示图5中的电动机的顶侧的透视图；
图8是显示图5中电动机的底侧的透视图；
图9是根据电动机的第三实施例的电路板的仰视图；
图10是根据电动机的第四实施例的电路板的仰视图；
图11是根据电动机第三实施例的电路板的平面图；以及
图12是根据电动机第五实施例的线圈9a和9b的电连接和布置方案。
具体实施方式
参考图1至4将描述电动机的第一实施例.电动机具有由例如铝的非磁性材料制作的底部构件1，且成形为低矮、中空的圆柱体，所述圆柱体具有两个围绕其外周边延伸的台肩2，3和在其内腔里的第三台肩4.台肩2支撑由铁板剪成的轭5.轭5形成有中心环6和很多的辐条7a，7b，所述的辐条从环6放射状的延伸.图1中面向观察者的轭5第一半中，辐条7a比另一半的辐条7b短.长幅条7b延伸到环形电路板8的外边缘上，所述电路板由底部构件1的台肩3支撑.六个线圈9印制在与轭5相反的电路板8上表面上.底部构件1、轭5和电路板8形成电动机的定子.
滚珠轴承10的外环支撑在底部构件1的内台肩4上。轴11紧密地安装在滚珠轴承10的内环中。滚珠轴承10具有间隙。
轴11的径向凸缘承载转子圆盘12和环状磁体13，所述磁体13具有面向线圈9的磁极。垂直于电路板表面的线圈9磁场轴线平行于轴11的轴线。
在本技术领域所公知的是，由轴11、圆盘12和环状磁体13形成的转子由旋转磁场驱动，所述旋转磁场通过向线圈9施加不同相位的交流电而在磁路中引起磁通量产生，所述磁路由环状磁体13、转子圆盘、轴11、轴承10、底部构件1和轭5形成。
由于轭5的辐条7a和7b的不同长度，具有较短辐条7a的扇区中的空气间隙宽度和轭面积分别大于和小于具有长幅条7b的扇区中的空气间隙和轭面积，因此，面向短辐条7a的环状磁体13扇区所经受的磁引力小于面向长幅条7b扇区经受的磁引力。所以，只要电动机在运转，转子就会被施加转矩，这趋向使转子围绕垂直于引起转子转动的角矩矢量的轴倾斜。
所公知的是，在自由转动地陀螺中，该种转矩会造成角矩矢量的变动，因此造成陀螺轴线的变动。这是因为在旋转的陀螺中，转矩矢量与陀螺倾斜方向同步，所以转矩矢量总是垂直于角动量矢量。在本情况中相反，转矩矢量没有转动，因此转子轴线将只沿预定的方向上倾斜，只要滚珠轴承10的间隙允许。因而，尽管存在准许轴11摆动的间隙，当轴11被线圈9的磁场驱动而转动时会呈现明确的位置和取向，并且非重复的偏差被减小到最小。
在上述的实施例中，轭5具有被支撑在底部构件1的台肩2上的内环6，并且辐条7a和7b从所述的内环径向向外延伸。辐条7a和7b仅在长度上不同，但在横截面上相同。
可代替地，界定轴的位置和取向所需的磁场不对称可以由长度相同但横截面不同的辐条7a和7b获得。
作为另一可代替的轭，在轭5的第一和第二扇区中辐条的角间距可以制作成不同。
作为另一可代替的方案，各辐条可以由外环连接成一个整体，各自由端向内侧径向延伸且支撑在底部构件1的台肩2上。在该情况中，电绝缘层必须设置在辐条自由端和底部构件之间以防止涡电流从外环流过第一辐条和底部构件并且经过第二辐条流回外环。另一个可代替的方案是，由外环连接成一整体的辐条7a和7b不向底部构件1延伸，而是仅通过与电路板8连接的而得以支撑，例如通过粘合。
参考图5至8描述电动机的第二实施例。该电动机具有第一实施例的电动机的相同的对等部件，该电动机的部件与其对等部件具有相同的附图标记且不再进行描述。
在该第二实施例的电动机中，轭5具有相同形状的辐条7，所述辐条以规则的角间距从内环径向向外延伸.由如下事实在该实施例中产生不对称磁场，即，在线路板8上的各线圈9之中，存在由具有金属芯的三个连续线圈9b形成的一个组，然而，形成另一组的剩下的三个线圈9a不具有金属芯.这些金属芯14可以简单地固定在电路板8的表面上，例如通过粘合的方法；优选地如在图6的截面图和图8的仰视图中所示的，这些金属芯装配在电路板8中形成的孔中.金属芯14还有效地减小了由线圈9b占据的电路板8半部的空气间隙宽度，因此在该半部，环状磁体13比在支撑空线圈9a的半部经受更强的磁引力.正如在第一实施例中一样，磁场不对称使得轴11呈现明确的、微小的倾斜定位.
图9是根据本发明第三实施例的电路板的仰视图。在该实施例中，用以代替一件式轭，只有多个径向的辐条7，它们不是直接地相互连接而是例如通过粘合的方法固定到电路板8的底侧。与图5至图8的实施例相似，形成在电路板8顶侧上的线圈的部分(未示出)，具有金属芯14，该金属芯延伸穿过电路板9上的孔。为将辐条7安装在电路板8上，可以采用由分立元件装配电子线路的传统技术。另一种替代方案可以是单个塑料轭部件8a，它具有一体的辐条7，塑料轭部件例如通过注模工艺形成，如图11所示。
请注意，根据第四实施例，通过将相同的辐条7单个地放置在电路板8上，可特别容易地形成如图10所示的电路板，其中，磁场不对称通过将辐条放置成在电路板8一半部的角间距小于在另一半部的角间距来获得。
获得磁场不对称的另一方法在图12中所示，其显示根据本发明第五实施例的线圈9a和线圈9b的电连接方案和布置方案，所述线圈9a即图12中的线圈1、3、5，其具有n圈绕组，所述线圈9b即图12中的线圈2、4、6，其具有n+x圈绕组，所述线圈9a和所述线圈9b具有不同的绕组n。在电路板8一半中的线圈5、1、3具有比在另一半中的线圈4、2、6小的匝数，因此当两组线圈如图12的连接方案所示被供以相同的电流时，环状磁体和线圈9a之间的磁引力会小于环状磁体和线圈9b之间的磁引力。

Claims (8)

1.一种电动机，其包括：具有线圈(9)和空气间隙的定子(1，5，8，9)，所述空气间隙围绕一轴线延伸且线圈(9)在该空气间隙中产生旋转磁场；以及转子(11，12，13)，所述转子包括由轴承(10)可旋转地支撑的轴(11)和永久磁体(13)，所述的永久磁体被保持在所述的空气间隙中并且被所述旋转磁场驱动以围绕所述轴线旋转，其特征在于，所述定子(1，5，8)包括多个由软磁性材料制成的沿径向取向的辐条(7；7a，7b)；所述定子的第一扇区中，所述各辐条(7a)横截面的至少其一不同于第二扇区中所述辐条(7b)的横截面，以在产生所述旋转磁场外，产生关于所述轴线旋转地不对称的静止磁场。
2.如权利要求1所述的电动机，其中，所述定子的第一扇区中各所述辐条(7)长度的至少一个不同于第二扇区中辐条(7b)的长度。
3.如权利要求1所述的电动机，其中，在所述定子(1，5，8)的第一扇区中每单位角度的辐条数量不同于第二扇区中每单位角度的辐条的数量。
4.如权利要求2或3所述的电动机，其中，各所述辐条(7；7a，7b)使其外端或内端由环(6)整体地连接。
5.如权利要求2或3所述的电动机，其中，各所述辐条(7)嵌入或安装在非导电材料(8)上。
6.如权利要求5所述的电动机，其中，所述非导电材料是电路板。
7.如权利要求1或2所述的电动机，其中，定子(1，5，8)包括多个围绕所述轴线均匀分布的线圈(9；9a，9b)。
8.如上述权利要求1所述的电动机，其中所述轴(11)保持所述永久磁体(13)，并且仅有其一端被支撑在所述轴承(10)中。
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