CN2556840Y

CN2556840Y - 改进型微型扁平振动电动机

Info

Publication number: CN2556840Y
Application number: CN 02247826
Authority: CN
Inventors: 姚其槐
Original assignee: Individual
Current assignee: BEIJING ROSTAR Tech CO Ltd
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2003-06-18
Anticipated expiration: 2013-01-06

Abstract

一种改进型微型扁平振动电动机，包括上盖、托架、上止推轴承垫片、下止推轴承垫片、芯轴、滑动轴承、印刷底板、电刷、下盖，其特征在于：采用N、S二磁极平面充磁的平面永久磁铁作为定子固定在特殊形状的下盖上，在可以绕电机芯轴自由旋转的扁平转子的半月形范围内配置两个90°扇形空芯线圈，焊接在印刷底板上，绝缘的印刷底板的另一面印刷有整流子片，两支电刷的方向和转子方向一致，呈中心对称。本实用新型具有良好的电磁平衡性能，从电能转化为机械能的效率高；且结构简单，降低了电磁干扰，振动力大，超小形化，起动性能好，无起动死点，且出力均匀，省电耐用。

Description

改进型微型扁平振动电动机

所属技术领域

本实用新型涉及一种电动机，特别是一种改进型微型扁平振动电动机。

现有技术

通常扁平振动电动机的构造由三个空芯线圈和四极平面永久磁铁构成。整流子的片数为6，绝缘沟呈星形辐射状，随时可以起动。上述三个线圈的扁平电动机如果减少中间一个线圈，仍可以无起动死点，但是半月形扇状转子的偏心重量偏小而感振动不足，因为少了一个铜材线圈的重量。在有的时候，虽然两个90°扇形空芯线圈均等配置在180°扇形面上，偏心重量虽然达到要求，但进行N，S交互充磁的平面永久磁铁的极数达到6极，整流子片数必须有9片，除了制造麻烦，电磁驱动并不能达到最佳组合。

4极或者6极N，S交互充磁后的界磁平面园形永久磁铁的磁路空间的磁束线，如(图1)所示，在磁界交界处呈水平方向流动，通以直流电的线圈进入此磁极交界境内时，线圈的径向导线部分几乎不会产生使转子转动的电磁力矩(图2)。被通以直流电的线圈，只有在进入垂直于永久园形平面磁石的磁束线范围作切割磁束线的运动时，线圈径向方向的导线有效部分才会在磁场作用下产生使转子旋转的电磁力矩。因此，永久磁石定子的界磁极数的多少，对于电动机的能量转换效率有显著的不可忽略的影响，是优化设计的一个关键问题。在此基础上研究如何合理配置转子的线圈、整流子片和电刷的位置，以达到最佳电磁驱动组合。

整流子的片数，4片、6片或者9片乃至更多的话，单纯地分折即可以知道，整流子片之间的绝缘沟的条数越是增加，除了磨擦会增加之外，当电刷刷过绝缘沟时，线圈的电源作开关动作，多少会产生电弧，这高温的电弧会导致电刷加快磨损。与此同时，线圈的通电情况，亦即电动机的出力情况会受到影响，电源的开关动作会产生电磁干扰，以及电刷与整流子片的接触不良、热变形等不良影响发生。特别是，如果电刷的方向和转子旋转的方向不一致时，前述问题非常严重。在实验时，反向配置的电刷磨损是顺向配置的数倍之多，这一点是电动机使用寿命的直接影响因素之一。电机电刷的配置还必须考虑到装配时容易的问题，以及电刷的作用力对转子的压力对称问题。电机转子位置不同带来的电磁转动力矩的变化是必须要注意的问题。电动机的再起动性能和驱动力矩波动的问题，是一个电磁平衡的问题，取得电磁平衡的电动机，当然是优化首选的目标。为了制造出更小型的微型电动机就必须要优化选择出构造最简单而又能满足电磁平衡和高性能要求的设计方案。

传统的含油轴承在电机转子高速旋转时由于离心力会导致润滑油飞溅出去，污染了电动机内部，为解决此问题当然可以采用较复杂的防飞溅轴承构造，但要从根本上解决问题，还是停止使用润滑油，代之使用构造较为简单，并可降低制造成本而不影响使用性能的干性小摩擦系数材料为好。电机芯轴和微型滑动轴承配套，在电动机上下外壳之间简单而确切可靠的固定，电刷焊接的柔性底板从电动机壳内向外导出时的耐振构造等，是电动机机械构造上必须考虑的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有良好电磁平衡性能，且结构简单，节能省电，降低了电磁干扰，振动力大，超小型化、起动性能好，可靠耐用的改进型微型扁平振动电动机。

本实用新型的目的可以通过以下措施来达到：一种改进型微型扁平振动电动机，包括上盖、托架、上止推轴承垫片、下止推轴承垫片、芯轴、滑动轴承、印刷底板、电刷、下盖，其特征在于：采用N，S二磁极平面充磁的永久磁铁作为定子固定在特殊形状的下盖上，在可以绕电机芯轴自由旋转的扁平转子的半月形范围内配置两个90°扇形空芯线圈，焊接在印刷底板上，绝缘的印刷底板的另一面印刷有整流子片，两支电刷的方向和转子方向一致，呈中心对称。

本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到：整流子片的片数可为三个，呈120°等角分布，整流子片之间的绝缘沟呈星形幅射状。整流子片的片数可为两个，呈同心园状分布，每组整流子分成对称的两片，片之间有沿转子直径方向的绝缘沟，两组整流子片的径向绝缘沟方向互相垂直。滑动轴承为干性润滑轴承，采用摩擦系数小的合金或工程塑料制成。下盖下部的中心有园台凸起，在凸起的中心形成小孔，芯轴压下该小孔中，小孔的入口在冲压加工时已形成园弧倒角。N、S二磁极平面充磁的永久磁铁分成两个，对称地固定在下盖上。

附图说明

图1-图3为2、4、6个磁极界磁平面园形永久磁铁的磁束线平面分布图；

图4、图5为本实用新型采用2线圈、2磁极、3整流子片时的基本构造及接线平面图；

图6-图14为图4电动机360°全周旋转驱动电磁力发生状况时的直观说明图；

图17、18为本实用新型采用2线圈、2磁极、2组整流子片时的基本构造及接线平面图；

图19-图34为图17电动机360°全周旋转驱动线圈、2磁极、2组整流子片及电刷的位置关系说明图；

图35为电机芯轴在下盖固定时的结构断面图；

图36为本实用新型的结构剖视图；

图37为本实用新型具体实施例中固定在下盖上的二个N、S平面永久磁铁、电刷以及柔性印刷底板的位置关系平面结构图；

图38为本实用新型具体实施例中固定在下盖上的二个N、S平面永久磁铁、电刷以及柔性印刷底板的位置关系立体结构图。

具体实施方式

本实用新型下面将结合附图(实施例)作进一步详述：

参照图1-图36，本实用新型包括上盖1、电机转子的塑料托架2、上止推轴承垫片3、芯轴4、低摩擦系数材料制成的微型滑动轴承5、两个空心线圈6、N，S两极界磁平面园形永久磁铁7，线圈配线和塑料成型一体化的印刷底板8、与电机转子旋转方向同向的两支电刷9、下止推轴承垫片10，在绝缘印刷底板8上形成的整流子片11、下盖12、电刷的柔性印刷底板13等。

本实用新型优化采用N，S两极界磁平面园形永久磁铁，为了产生使电动机转子旋转的电磁驱动力矩，必须要有磁束线垂直于磁铁平面的区域，这一区域叫做有效磁场区域。作为这个区域的最大化选择，就是如图1-图3所示的仅有N，S两个磁极的最单纯界磁构造。全周驱动有效磁场区域最大化的结果是电机转子在旋转中受到电磁驱动力矩的作用时间达到最长，电能向机械能的转化效率达到最大，使有限体积的永久磁铁的磁场作用得到最大限度的发挥，而且由于界磁构造最简单，充磁头的制造较多磁极者容易，充磁精度易于保证。

本实用新型采用N，S两磁极的平面充磁的园形平面永久磁铁7作为电动机的固定子，在可以绕电动机芯轴自由旋转的电动机扁平转子的半月形范围内配置2个90°扇形空芯线圈6，焊接在印刷底板8上，绝缘的印刷底板8的另一面印刷有特定形状的整流子片11。二支电刷9的朝向和电机转子的旋转方向相同，间隔180°焊接在柔性印刷底板13上。上述构造的永磁电动机能够随时再起动，实现无死点运行，在于有本实用新型提出的能准确而适时地切换驱动线圈电流方向以保持线圈一定方向的驱动力矩的特定形状的整流子片构造。

本实用新型的基本构造之一叫“2线圈、2磁极、3整流子片”方式(见图4、图5)。其电磁驱动原理可用图6-图14说明，在图中看到，线圈的径向部分的导线a1，a2和b1，b2，这4个部分的导线经常有2个部分处于有效磁场区域之中产生电磁驱动力矩。整流子片个数最优化的结果此时是3片，只要有3条径向绝缘沟就能实现电动机无死点运行。绝缘沟的条数从6或9条减少到只有3条，成倍地减少了电机转子旋转时电刷和整流子的摩擦、电磁干扰、导电不良、热变形、放电等危害。此时电刷方向顺电机转动方向呈对称分布，有利力学上的平衡且每支电刷的装配空间达到最大值。

电动机随时能再起动，实现无死点运行，最小限度需要2个线圈，在采用有效磁场范围最大的N，S两极平面永久磁石之后，需要在整流子片和电刷的构造上下工夫。除了上述“2线圈，2磁极，3整流子片”(略称“223”式)方式基本构造之外，还可以有“2线圈、2磁极、2组整流子片”(略称“222式”)方式基本构造。如(图17、图18)所示，2组整流子片由外圈的A、B和内圈的C、D构成，A、B、C、D之间互相绝缘，每组整流子片可以独立控制线圈的电流方向，当电机转子旋转时，整流子片随之旋转，通过和电刷相对位置的最佳组合，切换线圈的驱动电流方向，使2个线圈随时保持驱动电磁力矩，在微型扁平振动马达的狭小空间里，最大限度地发挥出力。其电磁驱动原理可由(图19-图34)所示。

使用干性润滑滑动轴承。用摩擦系数小的合金或者工程塑料可以做出质量、寿命、成本均佳的微型滑动轴承5。支持电机转子旋转的固定心轴4，压入特殊形状的即下盖12的中心小孔中(图35)，下部的中心有园台凸起，在凸起的中心形成小轴压入用的小孔，小孔的入口在冲压加工时已自然形成园弧倒角，这有利于芯轴装配。在芯辆压入作业的最后阶段，硬度较高的芯轴尖端被下盖中心压入孔壁挤出的金属所包围，形成芯轴轴向的止推构造。此构造配之以上盖的中心孔，达到电机转子芯轴的可靠固定。

图36中，印刷了整流子片的2线圈配线用印刷底板8，在焊接好两个线圈6之后，和滑动轴承5一起放进模具里面进行注塑成型加工。把芯轴4压入下盖12，把2支电刷9焊接到印刷底板软片13上，之后将此柔性印刷底板13在下盖上粘接固定，将永久磁石也在下盖上粘接固定。在对电刷的高度进行调整和对轴承间隙进行适当选配之后，把电机转子2，起止推轴承作用的上、下垫圈3和10套入下盖上已固定的芯轴，装上上盖并锁紧。

作为微型扁平振动电动机构造优化的结果，上述[223]和[222]方式，因为构造简单，对于制造超小型的微型电机十分有利。至今如果微型扁平振动电动机的外径小于10毫米时，电机转子的设计和制造变得非常困难，因为在这么小的半月形面积上很难挤下3个线圈。如图所示的实施例(图36)，使用(图4、图5)或(图17、18)所示的整流子片构造，可以制造保证质量和降低成本的更小微型扁平振动电动机。

图37、38中，N、S二磁极平面充磁的永久磁铁7分成两个，其形状为扇形(也可以为半园或其它形状)，对称地固定在下盖12上，磁铁7之间的空间用来安装电刷底板13，电刷9的形状从上面看下来呈直线形，性能好且容易制造。

本实用新型相比现有技术具有如下优点：具有良好的电磁平衡性能，从电能转化为机械能的效率高；且结构简单，降低了电磁干扰，振动力大，超小型化，起动性能好，无起动死点，且出力均匀，省电耐用。

Claims

1、一种改进型微型扁平振动电动机，包括上盖1、托架(2)、上止推轴承垫片(3)、下止推轴承垫片(10)、芯轴(4)、滑动轴承(5)、印刷底板(8)、电刷(9)、下盖(12)，其特征在于：采用N、S二磁极平面充磁的永久磁铁(7)作为定子固定在特殊形状的下盖(12)上，在可以绕电机芯轴(4)自由旋转的扁平转子的半月形范围内配置两个90°扇形空芯线圈(6)，焊接在印刷底板8上，绝缘的印刷底板(8)的另一面印刷有整流子片(11)，两支电刷(9)的方向和转子方向一致，呈中心对称。

2、根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：整流子片(11)的片数可为三个，呈120°等角分布，整流子片(11)之间的绝缘沟呈星形幅射状。

3、根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：整流子片(11)的片数可为两组，呈同心园状分布，每组整流子分成对称的两片，片之间有沿转子直径方向的绝缘沟，两组整流子片的径向绝缘沟方向互相垂直。

4、根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：滑动轴承(5)为干性润滑轴承，采用摩擦系数小的合金或工程塑料制成。

5、根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：下盖(12)下部的中心有园台凸起，在凸起的中心形成小孔，芯轴(4)压下该小孔中，小孔的入口在冲压加工时已形成园弧倒角。

6、根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：N、S二磁极平面充磁的永久磁铁(7)分成两个，对称地固定在下盖(12)上。