CN1870398A - 小型直流电动机 - Google Patents

Abstract

一种小型直流电动机包括电动机架，所述电动机架具有一筒状部分，所述筒状部分具有恒定厚度并且具有包括四边和连接部分的形状的横截面，每一连接部分连接所述四边中相邻的两边，并且位于包括所述四边的四边形的相应角的内侧；所述电动机架还具有磁铁，所述磁铁内侧具有圆周表面并且其外侧与所述电动机架相吻合的接触。

Description

小型直流电动机

技术领域

本发明涉及一种体积小并易于安装的小型直流电动机。

背景技术

在用于激光打印机、喷墨打印机、和其它电子设备中的直流电动机中，存在这样的需要，即，在保持电动机性能的同时减小电动机尺寸。

因此，在通过改变固定元件的磁性组成部分(磁铁、电动机架)的形状来保持决定电动机性能的旋转元件的磁性组成部分(电枢铁心的外径和叠片厚度)的状态下，将电动机的外形造得较小。

对于要进行旋转的直流电动机，由于磁化的磁极数(N：任意正数)与槽数(M：任意正数)的比基本变为2N∶3M，所以磁铁磁化的磁极数是2极、4极、6极、8极、...。通常，直流电动机形成为椭圆形和圆筒状，并且在椭圆形电动机的情况下，磁铁被磁化为2极，而在圆筒状电动机的情况下，磁铁被磁化为2极至2N极。对于要减小尺寸的圆筒状电动机，等级(最大能量乘积：(BH)_max)增加，在保持电动机性能的同时，磁铁的厚度减小，并且铁心的外径减小。然而，在磁铁厚度改变的情况下，一般来说，仅通过提升磁铁的等级来保持电动机性能是非常困难的。

另外，在需要减小尺寸的电动机中，由于必须缩小容纳空间，所以要尽可能小地形成电动机架。因此，在很多情况下，电动机架形成为圆筒状和椭圆形以便匹配转子形状，并且对于一类其上安装有场磁铁的电动机架，也类似地使用圆筒状和椭圆形。

以下在JP-A-07-059322(在此使用的术语“JP-A”的意思是“未实审已公开的日本专利申请”)中公开了现有技术，其尝试在保持电动机性能的同时实现电动机外部尺寸减小和容易的安装。通过把电动机架形成为其角部的数目与磁铁的磁化磁极数相同的四边形，在不改变电枢铁心的外形，并且进一步在不减小磁铁磁极的中心部分的厚度从而保持电动机性能的情况下，能够减小电动机尺寸。

图8是在JP-A-07-059322中描述的小型直流电动机的截面图。

图8中的小型直流电动机100包括：四边形筒状电动机架101，其具有基本上为正方形的横截面；磁铁102，其容纳在电动机架101内，并且在磁铁102中具有一圆筒状空间，磁铁102具有以如下方式交替磁化为N极和S极的四个磁极，该方式为，磁极的中心分别位于四边形筒状电动机架角部；转子103，其以一定的径向缝隙容纳在所述圆筒状空间中；以及馈电端(未示出)，其从四边形筒状电动机架101的一侧拉出，从而能够将该电动机水平放置在印刷电路板(未示出)上来使用。

在JP-A-07-059322中公开的具有四磁极场磁铁102的小型直流电动机100中，场磁铁102具有交替磁化为N极和S极的四个磁极，容纳场磁铁102的电动机架形成为具有基本上为正方形的横截面，并且磁化场磁铁102使得磁极的中心位于正方形的角部。用作场磁铁102的磁铁由塑性磁铁组成，并且与四边形筒状电动机架101一起成型。

根据该结构，由于电动机采取有角的或四角柱形，所以可通过用粘性双面涂覆带来粘合把该电动机固定到印刷电路板等。由于在四边形角部磁铁102的厚度增加，所以实际的磁导系数增加。

然而，在JP-A-07-059322中描述的小型直流电动机中，由于甚至连电动机架的四角都填充了磁铁，所以该磁铁的厚度比实际驱动性能所需的厚度要大。即，当从旋转的中心的径向看时，磁铁的厚度在与电动机架的四角部分对应的磁铁部分变得最厚，并且超过了形成有磁性(磁通密度性)所需的正弦曲线特性的位置的磁铁厚度。因此，可把与电动机架的四角部分对应的磁铁部分切去一定的范围，该切去的范围不会使磁性出现问题。

另外，由于具有一个优点，即，在固定电动机架时可在电动机架具有多个平侧面的情况下容易地固定电动机架，所以，可理解为在电动机架的每一原始平侧面的部分都保持完整的情况下整体具有该优点。前述现有技术示例具有这些所指出的问题。

发明内容

考虑到所指出的问题，本发明的一个目的在于提供一种小型直流电动机，其易于安装，并且在不降低驱动性能的情况下减小尺寸。

为了达到该目的将提供以下方案。

(1)提供一种包括电动机架的小型直流电动机，所述电动机架包括一筒状部分，所述筒状部分具有恒定厚度并且具有包括四边和连接部分的形状的横截面，每一连接部分连接所述四边中相邻的两边，并且位于包括所述四边的四边形的相应角的内侧；并且所述电动机架还具有磁铁，其内侧具有圆周表面并且其外侧与所述电动机架相吻合的接触。

(2)提供一种如以上(1)所述的小型直流电动机，其中，每一连接部分为弧形。

(3)提供一种如以上(1)所述的小型直流电动机，其中，每一连接部分为弧形，所述弧形与所述磁铁的圆周表面的半径成比例。

(4)提供一种如以上(1)所述的小型直流电动机，其中，每一连接部分为直线形。

(5)提供一种如以上(1)所述的小型直流电动机，其中，所述电动机架的横截面的形状为具有2(n+1)个边和角，并且n表示一正整数。

(6)提供一种如以上(1)所述的小型直流电动机，其中，所述磁铁包括在沿着圆周表面的一个方向上交替磁化为不同磁极的部分。

(7)提供一种如以上(6)所述的小型直流电动机，其中，磁化的部分彼此分开。

(8)提供一种如以上(6)所述的小型直流电动机，其中，磁化为不同磁极的部分与所述电动机架的连接部分之一接触。

(9)提供一种如以上(1)所述的小型直流电动机，其中，在所述磁铁的径向上最大宽度(L2)与最小宽度(L1)的比率被设置在2.0≤L2/L1≤3.0的范围内。

(10)提供一种如以上(3)所述的小型直流电动机，其中，所述连接部分的弧形与所述磁铁的圆周表面的半径的比的范围从65％到85％。

(11)提供一种如以上(1)所述的小型直流电动机，其包括旋转地安置在所述电动机架内的电枢部件，其中，所述电枢部件包括：由磁线绕成的筒状线圈的电枢绕组成型元件；以及内轭，其包括以面对所述电枢绕组成型元件的方式固定的筒状部分。

(12)提供一种如以上(1)所述的小型直流电动机，其包括旋转地安置在所述电动机架内的电枢部件，其中，所述电枢部件包括：由磁线绕成的筒状线圈的电枢绕组成型元件；以及筒状可移动背轭，其与所述电枢绕组成型元件的内侧接触。

由于本发明的小型直流电动机被做成诸如包括电动机架和磁铁，其中所述电动机架包括筒状部分，所述筒状部分具有恒定厚度并且具有包括四边和连接部分的形状的横截面，每一连接部分连接四边中相邻的两边，并且位于包括所述四边的四边形中的相应角的内侧，所述磁铁内侧具有圆周表面并且其外侧与所述电动机架相吻合的接触，因此，该磁铁的形状可在尺寸上变得更小，同时保持所需的磁性，并且与此相关的是，所述电动机架的形状可做成易于安装且在尺寸上更小。

即使在所述电动机架的横截面的形状为具有2(n+1)个边和角的情况下，也具有所期望的优点。在这点上，n表示一正整数。由于从径向看所述磁铁最大宽度(L2)与最小宽度(L1)的比率被设置在2.0≤L2/L1≤3.0的范围内，所以该磁铁的形状可在尺寸上做得更小，同时保持所需的磁性。

通过在无芯电动机或无槽有芯电动机中结合本发明的场磁铁结构，那些电动机可在尺寸上做得更小，同时增加了要产生的转矩。

附图说明

参照下面附图将更好地理解在此公开的本发明：

图1A、1E、和1I是一侧的示图，图1B、1F、和1J是横截面示图，图1C、1G、和1K是纵示图，并且图1D、1H、和1L是另一端示图，它们通过与现有示例进行比较说明了本发明的小型直流电动机的特点；

图2A是通过与现有示例进行比较说明了本发明的电动机架的特点的剖面图，并且图2B是通过与现有示例进行比较说明了本发明的磁铁的特性的放大的垂直纵向剖面图；

图3A1至3E1是端示图，并且图3A2至3E2是横向剖面图，它们说明了本发明的各种实施例，图3F1是端示图，并且图3F2是横截面示图，它们说明了现有技术的实施例；

图4是由本发明的磁铁L2∶L1的比率得到的转矩特征图；

图5是由本发明的磁铁的拐角R的半径与内半径的比率得到的磁性和质量(成本)的特征图；

图6A是纵向剖面图，图6B是横向剖面图，它们示出了应用了本发明的磁铁结构的无芯电动机；

图7A是纵向剖面图，图7B是横向剖面图，它们示出了应用了本发明的磁铁结构的无槽有芯电动机；以及

图8是JP-A-7-059322中描述的小型直流(DC)电动机的横向剖面图。

具体实施方式

下面将基于附图来详细描述本发明的示例性实施例。然而，应该理解，这并不意味着将本发明限于特定实施例。

(实施例1)

图1A至1L示出了说明性示图，在与现有同类产品进行比较的同时说明了本发明的小型直流电动机的特点。

图1A至1D是示出了利用铁氧体磁铁的现有通用直流电动机的结构的示图，其中，图1A是按图1C中的箭头a所指示的方向看时一侧的示图，图1B是沿着图1C中的线b-b的横向剖面图，图1C是沿着图1B中的线c-c的剖面图，并且图1D是按图1C中的箭头d所指示的方向看时另一侧的示图。

在图1A至1D中，采用这样的结构，其中，在旋转方向上被磁化为N极和S极、且每一个均具有弧形剖面的两个磁铁105以沿着圆筒状电动机架106的侧壁的方式轴对称地设置，两个磁铁105之间设置有缝隙。

在此例中，当采用直径23mm的转子的结构时，电动机架的直径为35.8mm。

图1E至1H是示出了利用钕磁铁的现有直流电动机的结构的示图，其中，图1E是按图1G中的箭头e所指示的方向看时一侧的示图，图1F是沿着图1G中的线f-f的横向剖面图，图1G是沿着图1F中的线g-g的剖面图，并且图1H是按图1G中的箭头h所指示的方向看时另一侧的示图。

在图1E至1H中，采用这样的结构，其中，在旋转方向上被磁化为N极或S极、且每一个均具有弧形剖面的四个磁铁111以沿着圆筒状电动机架112的侧壁的方式轴对称地设置。在转子直径相同的情况下，通过把磁铁等级从最大能量乘积((BH)max)相对较小的图1A中所示的铁氧体磁铁((BH)max(BaO·6Fe₂O₃)··13(J/m³×10³)，(BH)max(SrO·6Fe₂O₃)··17(J/m³×10³))改变为最大能量乘积((BH)max)相对较大的本例中的钕磁铁((BH)max(Nd₂Fe₁₄B)··180(J/m³×10³))，可减小电动机架的直径。在一个示例中，在采用具有直径为23mm的转子的结构时，电动机架的直径变为32mm。

图1I至1L是示出了利用钕磁铁的本发明的小型直流电动机的结构的示图，其中，图1I是按图1K中的箭头i所指示的方向看时一侧的示图，图1J是沿着图1K中的线j-j的横向剖面图，图1K是沿着图1J中的线k-k的剖面图，并且图1L是按图1K中的箭头1所指示的方向看时另一侧的示图。

在图1I至1L所示的小型直流电动机1中，采用这样的结构，其中，在旋转方向上被磁化为N极或S极、且每一个均具有弧形剖面的四个磁铁2以沿着筒状电动机架3的侧壁的方式轴对称地设置，从而被形成为环形。

电动机架3具有筒状部分4和端板部分5，筒状部分4具有恒定厚度，并且具有包括四边和连接部分的形状的横截面，每一连接部分连接四边中相邻的两边，并且位于包括所述四边的四边形的相应角的内侧，端板部分5中具有轴7通过的开口。尤其是，在此例的情况下，连接部分具有由弧形环绕的形状，所述弧形构成了其圆心与轴7的中心同心的圆周的一部分。

将由树脂制成的端盖6装配在电动机架3的筒状部分4的开口端。端盖6具有轴7通过的开口和电刷，所述电刷适于与要被设置在轴7上的换向器接触，并且其端部被固定地压配到端盖上。

磁铁2在其内侧为圆周表面，并且与电动机架外侧相吻合的接触。

在该例中，当采用具有转子直径为23mm的结构时，电动机架的最短外径变为28.5mm。

另外，要被采用的磁铁2的材料并非不同于利用钕磁铁的图1

(e)所示的现有直流电动机的材料。

当考虑到迄今为止所描述的内容时，根据本发明的小型直流电动机1，通过采用小型直流电动机1包括以下电动机架3和磁铁的结构，即，所述电动机架3包括一筒状部分4，所述筒状部分4具有恒定厚度并且具有包括四边和连接部分的形状的横截面，每一连接部分连接所述四边中相邻的两边，并且位于包括所述四边的四边形的相应角的内侧，所述磁铁内侧具有圆周表面并且其外侧与所述电动机架相吻合的接触，本发明的小型直流电动机1具有以下特征，即，电动机架3的剖面区可被最小化，同时保持维持驱动性能所需的磁性(根据旋转的正弦曲线特性)，并且当从剖面看时，因为在电动机架3的侧壁上形成有包括由直线构成的边的平面，所以，可容易地安装电动机架3。

(磁铁形状)

在构成直流电动机的组成部分中，磁铁是最昂贵的部分，因此需要在保持电动机性能的同时使其质量最小化。

下面将描述本发明的磁铁，同时将与JP-A-07-059322中公开的现有磁铁进行比较。

图2A和2B示出了说明性示图，通过与现有示例中的电动机架和磁铁进行比较说明了本发明的电动机架和磁铁的特性。

具体地讲，在此示出的示图是JP-A-07-059322中描述的现有磁铁(参照图3F1和3F2)、图1J中示出的本发明的磁铁(参照图3C1和3C2)、将在稍后描述的对于具有不规则八边形的代表性电动机架的磁铁(参照图3B1和3B2)之间的比较示图。

图2A示出了电动机架的各个横向剖面图，并且图2B示出了磁铁的一个磁极的放大的垂直剖面。

首先将描述磁铁的形状。

在图2B中，当磁铁的各个磁极的剖面在它们的内表面彼此对准时，JP-A-07-059322中描述的现有磁铁的剖面采用由实线表示的形状f4，图1J中示出的本发明的磁铁的剖面采用由虚线表示的形状c4，并且对于不规则八边形侧壁的磁铁的剖面采用由点划线表示的形状b4。

根据本发明的形状b4和c4是在现有形状f4的角在从磁铁的内表面的直接变形时得到的。

当在现有形状f4的角从磁铁的内表面直接变形时得到的形状由距轴中心的径向宽度表述时，在形状b4的情况下，旋转方向上的两端的最大宽度L2b与宽度L1b(＝L1c)的比率被设在2.0≤L2b/L1b≤3.0范围内，并且在形状c4的情况下，旋转方向上的两端的最大宽度L2c与最小宽度L1c的比率被设在2.0≤L2c/L1c≤3.0范围内。(比率)

接下来，将说明把最小宽度/最大宽度的比率设置在1∶2到1∶3的范围内的原因。

通过使用图1I到1L中所示的本发明的小型直流电动机来得到下面表1和表2中所示的测量数据。所使用的电动机由具有直径23mm的转子和具有最短直径28.5mm的电动机架构成。

图4是由磁铁的L2∶L1比率得到的转矩特征图。图4中示出的数据是通过使用图1J所示的磁铁测量到的数据，并且总结在下面表1中。

                          表1

由磁铁的L2∶L1比率得到的转矩特性

L2/L1	起动转矩(mN·m)	齿槽转矩(mN·m)
			0.0
0.5	68	30
			1.0	76	24
1.5	88	18
			2.0	95	23
2.5	96	26
			3.0	97	27
3.5	98	29
			4.0	100	30
4.5	100	31
			5.0	100	30
5.5	100	29

在以上所示的转矩特性中，L2与L1的比率的范围2.0≤L2/L1≤3.0与起动转矩相对较大并且齿槽转矩相对较小的区域相对应。

接下来，将描述图1J中示出的磁铁(参照图3C1和3C2)的角所围成的形状。

图5是与本发明的磁铁的拐角R的半径与内半径的比率相关的磁性和质量(成本)的特征图。图5所示的数据是通过使用图1J中所示的磁铁测量的数据，并且总结在以下表2中。

                         表2

磁铁的拐角R的半径与内半径的比率相关的磁性和质量(成本)

拐角R的半径与内半径的比率(％)

起动转矩(mN·m)

成本/质量(日圆)

0
			13.5	100	164
25.5	100	158
			37.5	100	149
49.0	98	138
			61.0	97	123
74.0	96	108
			85.0	95	89
97.0	88	66
			110.0	76	16

将磁铁拐角R的半径与内直径的比率(即，该磁铁的拐角的曲率半径相对于内直径(半径))设置在65％到85％的范围内，作为满足实现以下情况的条件的范围，所述情况为，由磁铁的拐角R的半径(形成磁铁外曲面的弧形的半径长度)与内半径(形成内曲面的弧形的半径长度)的比率得到的磁性处在相对较高的范围内，同时，由磁铁的拐角R的半径与内半径的比率得到的质量特性，即用成本表示质量的特性处在相对便宜的范围内。

结果，在磁铁的角围成的形状(R)的情况下，设置以下两个条件之一或全部：

(1)把磁铁的宽度L2与宽度L1的比率设置在2.0≤L2/L1≤3.0范围内的条件；以及

(2)把磁铁的拐角R的半径与内半径的比率设置在65％到85％范围内的条件。

另一方面，在用于不规则八边形电动机架的磁铁(参照图3B1和3B2)的情况下，所述角形成为在沿图2B中形状b4所示的直线进行直线切割之后得到的形状。尽管基本上可任意设置该直线的斜度，但是，该直线的斜度被设置为与按一半径所划的弧形相切的切线的斜度，所述半径是从形成了所述磁铁的内曲面的弧形的中心延伸的，该直线的斜度或被设置为当从剖面看时由磁铁的外部直边部分预先确定的角度，或者被设置为与所述电动机架的多边形形状匹配的角度。

在用直线以直线方式切割所述角而得到所述形状的情况下，把磁铁的宽度L2与宽度L1的比率设置在2.0≤L2/L1≤3.0范围内的条件是必需的。

另外，在本发明的小型直流电动机中，可在沿着圆周表面的一个方向上把磁铁交替磁化为不同磁极，或者可把磁铁的磁化部分彼此分开。而且，磁化为不同磁极的磁铁的部分可具有与电动机架的连接部分相吻合的接触的部分。

(电动机架的形状)

图2A是示出电动机架的剖面的外部形状的示图。

在该图中，在JP-A-07-059322中描述的现有电动机架构成了以实线表示的形状f3，图1J中所示的本发明的电动机架构成了以虚线表示的形状c3，并且本发明的不规则八边形电动机架构成了由点划线表示的形状b3。当与现有示例的形状f3进行比较时，可见本发明的形状c3和b3分别构成了其角被大量切去的形状，减少了由电动机架占用的空间。另外，由于在弧形的两侧形成有直边，所以可稳定地安装而不会振动。

另外，在本发明的小型直流电动机中，每一连接部分具有弧形、与磁铁的圆周表面的半径成比例的弧形、或直线形。

而且，电动机架3的剖面形状可为具有2(n+1)个边和角的形状，并且n表示正整数。根据该结构，电动机架3的筒状部分4的基本形状(角部塌缩之前得到的形状)可具有例如四边形、六边形、八边形...

(实施例2)

下面将通过与现有示例中的磁铁和电动机架相比较来说明本发明的磁铁和电动机架。

图3A1至3E1和图3A2至3E2示出了描述本发明的各个实施例的说明性示图。注意，在图3A1至3E1和图3A2至3E2中，图号后缀为“1”的示图是示出了电动机架的端板的示图。换言之，它们是示出了电动机架的各个外部形状的示图。图号后缀为“2”的示图是示出了电动机架的各个剖面的示图。

在图3A1和3A2中，当从剖面看时，电动机架3a基本上采用圆形，并且磁铁2a形成为这样的形状，该形状保证了对于保持电动机性能所必须的磁铁导磁性，该形状抑制了磁极改变为最小宽度的磁铁的宽度，该形状使得L1∶L2的比率，即，磁极被改变的部分(最薄部分)的径向厚度L1与磁极的中心部分(最厚部分)的径向厚度L2的比率，被设置在1∶2到1∶3的范围内，并且该形状留下了直边。

在图3B1和3B2中，当从剖面看时，电动机架3b形成为不规则八边形，并且磁铁2b形成为这样的形状，其中，L1∶L2的厚度比率落在1∶2到1∶3的范围内，并且留下了直边。其它要求与图3A1和3A2中的要求相同。

在图3C1和3C2中，当从剖面看时，通过组合直线和弧形来构造电动机架3c，并且L1∶L2的比率，即，磁极被改变的部分(最薄部分)的径向厚度L1与磁极的中心部分(最厚部分)的径向厚度L2的比率，被设置在1∶2到1∶3的范围内，此外，由磁铁2c外部弧形构造的磁铁2c的拐角R的半径被设置在磁铁2c的内半径(内侧半径)的65％到85％的范围内。

这些是电动机架3c的径向厚度薄到如此程度而未引起实际问题的情况的条件。然而，在电动机架3c的厚度引起实际问题的情况下，需要针对与磁铁2c相吻合的接触的电动机架3c的内侧的情况建立一条件。可选的，考虑到电动机架3c的厚度，可针对电动机架3c的外侧设置一条件。

在图3D1和3D2中，当从剖面看时，示出了具有8极和12槽的电动机的形状，并且该电动机的形状以类似于其它示例中的电动机的形状的方式构造。电动机架3d具有与图3B1和3B2所示的方式相同的方式显示的形状。这样构造磁铁2d，即，分别在电动机架3d的角部布置8极，并且L1∶L2的比率，即，磁极被改变的部分(最薄部分)的径向厚度L1与磁极的中心部分的径向厚度L2的比率，被设置在1∶2到1∶3的范围内。

在图3E1和3E2中，当从剖面看时，电动机架3e与图3C1和3C2中所示的电动机架相同，并且对于每一要被独立固定的磁铁2e的磁极，采用在相邻磁铁之间设置缝隙8的结构。L1∶L2的比率，即磁铁2e的径向最小厚度L1与磁极的中心部分的径向最大厚度L2的比率，被设置在1∶2到1∶3的范围内，此外，由磁铁2e外部弧形构造的磁铁2e的拐角R的半径被设置在磁铁2e的内半径(内侧半径)的65％到85％的范围内。通过采用该结构，可提供与不在相邻磁铁之间设置缝隙的本发明的小型直流电动机相同的功能和优点。

缝隙中的空间被优选地设置在电动机驱动性能未下降的范围内。

(实施例3)

图6A和6B示出了应用了本发明的磁铁结构的无芯电动机的剖面图。

图6A是沿着图6B中的线n-n的剖面图，并且图6B是沿着图6A中的线m-m的横向剖面图。本发明的小型直流电动机包含本发明的无芯电动机29。

该无芯电动机29包括可旋转的装配在电动机架30内的一个电枢，该电动机架30包括换向器模37、电枢绕组成型元件38和轴7。

无芯电动机29的电动机架30包括筒状部分31、与筒状部分31、连续设置的端板部分32、和与端板部分32连续设置的轴承座部分33。在轴承座部分33的内部，轴7由彼此分离从而分别设置在轴承座部分33的上下端的两个轴承34、35旋转地支撑。轴7的一端与底板36邻接。换向器模37设置在轴7上。

换向器模37包括：由树脂构成并且以环绕电动机架30的轴承座部分33的圆周的方式设置的筒状部分37a、与筒状部分37a的一端相连设置并且固定到轴7的内环板部分37b、以及以从筒状部分37a的另一端径向地向外凸出的方式设置在筒状部分37a的另一端上的外环板部分37c，并且换向器片39a、和与换向器片39a连续以构造到电枢绕组成型元件38的进给路的升高片39b以随其整体嵌入的方式部分地铸造在换向器模37中。升高片39b的径向外侧经金属延长片构成的抽头38a与电枢绕组成型元件38电连接，并且以必要的强度支撑该电枢绕组成型元件38。与换向器片39a接触的一对电刷40安装在固定到底板36的端子41上。

电枢绕组成型元件38采用这样的结构，即，电枢绕组绕成的线圈为细筒状，其后由树脂固定，在到线圈顶端的线路上有抽头38a，从而通过该抽头38a与升高片39b相连。内轭42和场磁铁43以把电枢绕组成型元件38保持在它们之间的旋转侧上的方式安置在固定侧上。内轭42包括面对电枢绕组成型元件38的筒状部分42a和安置在底板36上的弯曲部分42b。以将场磁铁43的磁中心布置成与连接部分45相匹配的方式布置场磁铁43，连接部分45把电动机架30的单独侧面44连接到一起。

内轭42的筒状部分42a与场磁铁43中产生的磁通量短接，从而减少磁通量泄漏。

电动机架30包括筒状部分31、与筒状部分31连续设置的端板部分32、和与端板部分32连续设置的轴承座部分33，所述筒状部分31具有恒定厚度并且具有包括四边44和连接部分45的形状的横截面，每一连接部分45连接所述四边44中相邻的两边，并且位于包括所述四边44的四边形的相应角的内侧。在筒状部分31的剖面中，彼此分开的边44在角部45通过弧形彼此连接。轴承座33为筒状。通过将电动机架30的筒状部分31的形状基本上形成为四边形，该四边形具有与场磁铁43的磁化的磁极数量相同数量的角部，从而，能够在不减小场磁铁43的磁极的中心部分的厚度的情况下减小电动机的尺寸。

相对于电动机架30的筒状部分31的内径来设置电枢绕组成型元件38的外径，从而，在电枢绕组成型元件38的外径最接近筒状部分31的内径的位置，即，在本实施例的情况下在每一边44的中心位置的位置上，在筒状部分31和电枢绕组成型元件38之间在场磁铁43的两端沿旋转方向上仅设置所需的最小气隙G和宽度L1。在图6所示的示例中，在每一边44的中心部分进行这样的设置。

气隙G主要由两个组成部件的精确性，即，电动机架30的内径的精确性和电枢绕组成型元件38的外径精确性来确定。因此，气隙G取大约0.1mm到0.5mm的值作为实际尺寸。

将电动机架30的角部45内侧上的弧形的半径设置为从轴7的中心到位于轴7侧的场磁铁43的内侧部分43a的弧形表面的长度的5％到85％范围内的任意值，因此，电枢绕组成型元件38可被安置为在未被与安置的位置有关的场磁铁43限制的情况下直径放大，因此，可增加电枢绕组的绕数，从而增加了要产生的转矩。优选地是，电动机架30的连接部分45的弧形的半径被设置为从轴7的中心到位于轴7侧的场磁铁43的内侧部分43a的弧形表面的长度的65％到85％范围内的任意值。

例如，场磁铁43由钕磁铁(Nd-Fe-B)等构成，在径向或旋转方向上被磁化，并且以彼此分开的方式被分别布置在具有四边形剖面的筒状部分31的连接部分45处。

场磁铁43的剖面形状为内侧部分43a(位于与电枢绕组成型元件38相吻合的一侧)呈半径从轴7的中心开始的弧形，同时使外侧部分43b固定到电动机架30的筒状部分31的内表面31a。内侧部分43a和外侧部分43b之间的连接部分43c具有一角度，在该角度下连接部分43c与电动机架30的筒状部分31的内表面31a以直角相交，但是连接部分43c也可具有任意角度。

具体地讲，在小型直流电动机1中，为了使在很大程度上影响电动机性能的场磁铁43的(BH)max(最大能量乘积)和构成旋转元件的磁性组成部分的电枢绕组成型元件38的外径尺寸之间的关系最优化，设置以下两个条件之一或全部：

(1)把磁铁的宽度L2与宽度L1的比率设置在2.0≤L2/L1≤3.0范围内的条件；以及

(2)把磁铁的拐角R的半径与内半径的比率设置在65％到85％的范围内。

场磁铁43可以具有诸如在沿着圆周表面的一个方向上交替磁化为不同磁极的部分，或者场磁铁43的磁化部分可彼此分开，或者磁化为不同磁极的场磁铁43的每一部分可具有与磁体框架30的连接部分45相吻合的接触的部分。

通过采用这种结构，可增加电枢绕组成型元件38的有效磁通量，进而可增加电枢绕组成型元件38的缠绕区域，并且可抑制作为电动机元件昂贵的要被使用的场磁铁43的数量，因此提高了要产生的转矩，同时减小了电动机尺寸，从而减小了电动机的成本和体积。

如上所述，可以以不同方式改变电动机架30和场磁铁43的结构。

在实施例3的无芯电动机中，由于相对于电动机架30的筒状部分31的内径来设置电枢绕组成型元件38的外径，从而在电枢绕组成型元件38的外径最接近筒状部分31的内径的位置，即，在本实施例的情况下在每一边44的中心位置的位置，在筒状部分31和电枢绕组成型元件38之间设置场磁铁43的所需的最小气隙G和所需的最小宽度L1，所以，可提高电枢绕组成型元件38的径向长度，因此，可提高绕组间隙，从而可使得电枢绕组成型元件38的直径最大化以提高起动转矩，同时使要使用的昂贵的场磁铁43的数量最少，由此可减小电动机的尺寸。

另外，由于电动机架30的筒状部分31的形状形成为其连接部分45的数量与场磁铁43的磁化了的磁极数量相同的四边形，所以，可在不减小实现了正弦曲线磁性的场磁铁43的磁极的中心部分的厚度的情况下减小电动机的尺寸。

另外，由于换向器模37的形状包括以环绕电动机架30的轴承座部分33的方式设置的筒状部分37a、与筒状部分37a的一端相连设置并且固定到轴7的内环板部分37b、以及以从筒状部分37a的另一端径向地向外凸出的方式设置在筒状部分37a的另一端上的外环板部分37c，可以在保证换向器片39a和电刷40之间的接触空间的同时为了稳定支撑而使两个轴承34、35以彼此分开的方式设置这两个轴承34、35，从而使得内轭42的筒状部分42a在轴向上形成得很长。

可在外环板部分37c和电枢绕组成型元件38的外表面上设置树脂加固膜，从而构成防震结构。抽头38a和升高片39b通过焊接连接到一起。抽头38a为条形，并且在其一部分上设置弯曲段以便给予弹力。

由于将场磁铁43和内轭42设置为彼此相对同时将电枢绕组成型元件38设置在它们之间，所以可将磁性材料的磁路(内轭42等)设置得很长，并且可将磁路的磁阻抑制为很低的水平，从而能够抑制磁通密度下降。另外，不必说的是，还能抑制齿槽转矩。

(实施例4)

图7A和7B示出了应用了本发明的磁排列结构的无槽有芯电动机的剖面图。

图7A是沿着图7B中的线p-p的剖面图，并且图7B是沿着图7A中的线o-o的横向剖面图。本实施例的无槽有芯电动机也包括在本发明的小型直流电动机中。

本发明的无槽有芯电动机47构成为，代替了实施例3中所述的无芯电动机的内轭42，以接触电枢绕组成型元件38的内侧的方式设置可移动背轭46，并且可移动背轭46由换向器模37支撑。可移动背轭46由混入了磁性材料的树脂或磁性材料制成，其不具有槽，并且为类似于电枢绕组成型元件38的筒状。

如在实施例3中那样场磁铁43构造为具有四个磁极，并且包括一对N极磁铁43MNL和S极磁铁43MSL、以及一对N极磁铁43MNS和S极磁铁43MSS。该实施例的特征在于利用具有相同的磁通密度的一对N极磁铁和S极磁铁作为一个单元。可组合具有不同磁通密度的磁铁。排列磁铁，使得它们相对于轴(旋转轴)7的中心以均匀分散的角度布置。

例如，为了指示磁通量渗透路径，从具有N极的场磁铁43MNL产生的磁通量经由按电枢绕组成型元件38、可移动背轭46、电枢绕组成型元件38、具有S极的场磁铁43MSL、和电动机架30顺序排列的路径渗透。由于磁阻变高的位置仅位于沿此路径的磁铁NML和磁铁MSL与电枢绕组成型元件38之间的气隙，可将电动机构造为与实施例3中的无芯电动机相比具有大磁通密度和大转矩。

另外，由于可移动背轭46设置在电枢绕组成型元件38内侧，与实施例3中的无芯电动机相比，惯性力变得很大，并且提供了平滑的旋转。

尽管在将实施例应用于内转子电动机时描述了实施例，但是，在将一轴设置在电动机架上，在该电动机架中设置有场磁铁、绕组固定在电动机架上、且驱动电流流经这些绕组的情况下，本发明也可被构造为外转子电动机。另外，在将外部电源给予用于旋转的轴的情况下，本发明也可被构造为振荡器。

在不改变功能的情况下，可以以适当地方式不同地组合迄今为止所描述的结构。

允许电枢部件既在以预定分散角度排列的磁铁内侧旋转，又在其外侧旋转。

除了迄今为止所描述的实施例之外，可结合独立结构来构造具有任意性能的小型直流电动机。

本发明要求2005年5月27日提交的日本专利申请(JP2005-156248)、和2005年12月1日提交的日本专利申请(JP2005-348016)的外国优先权，它们的内容在此引作参考。

Claims (12)

1.一种小型直流电动机，包括：

电动机架，所述电动机架包括一筒状部分，所述筒状部分具有恒定厚度并且具有包括四边和连接部分的形状的横截面，每一连接部分连接所述四边中相邻的两边，并且位于包括所述四边的四边形的相应角的内侧；以及

磁铁，其内侧具有圆周表面并且其外侧与所述电动机架相吻合的接触。

2.如权利要求1所述的小型直流电动机，其中，每一连接部分为弧形。

3.如权利要求1所述的小型直流电动机，其中，每一连接部分为弧形，所述弧形与所述磁铁的圆周表面的半径成比例。

4.如权利要求1所述的小型直流电动机，其中，每一连接部分为直线形。

5.如权利要求1所述的小型直流电动机，其中，所述电动机架的横截面的形状为具有2(n+1)个边和角，并且n表示一正整数。

6.如权利要求1所述的小型直流电动机，其中，所述磁铁包括在沿着圆周表面的一个方向上交替磁化为不同磁极的部分。

7.如权利要求6所述的小型直流电动机，其中，磁化的部分彼此分开。

8.如权利要求6所述的小型直流电动机，其中，磁化为不同磁极的部分与所述电动机架的连接部分之一接触。

9.如权利要求1所述的小型直流电动机，其中，所述磁铁的径向上最小宽度与最大宽度的比率范围为从1∶2到1∶3。

10.如权利要求3所述的小型直流电动机，其中，所述连接部分的弧形与所述磁铁的圆周表面的半径的比的范围为从65％到85％。

11.如权利要求1所述的小型直流电动机，其包括旋转地安置在所述电动机架内的电枢部件，其中，所述电枢部件包括：由磁线绕成的筒状线圈的电枢绕组成型元件；以及内轭，其包括以面对所述电枢绕组成型元件的方式固定的筒状部分。

12.如权利要求1所述的小型直流电动机，其包括旋转地安置在所述电动机架内的电枢部件，其中，所述电枢部件包括：由磁线绕成的筒状线圈的电枢绕组成型元件；以及筒状可移动背轭，其与所述电枢绕组成型元件的内侧接触。

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