專利名稱：微型電動機和其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微型電動機，其具有減小齒槽效應轉矩的轉子結構，并涉及制造微型電動機的方法。
為應用各種領域，如聲頻和視頻設備，需要以減小齒槽效應方式設計微型電動機。例如，用于驅動在馬達驅動的播放機或光盤驅動器中使用的光拾音器的微型電動機需要減小齒槽效應，以便準確地控制其停止位置和降低其啟動電壓或電流。同樣，驅動打印機的打印頭的電動機最好減小齒槽效應，否則，導致不均勻打印。
在電動機具有帶凸極轉子的情況下，磁通量密度隨著轉子的轉動變化很大。特別是，當鐵心凸極達到某一點時，在定子內圓周面該點處的磁通量密度變化很大，而當鄰近槽縫的凸極達到該點時，磁通量密度再次有很大變化，這樣導致產生齒槽效應。一般，為了繞線工作，相鄰鐵心凸出部之間的槽縫是必須的，并且不能狹窄超過一定限制。
為便于這樣的繞線工作，根據已知技術，在執(zhí)行繞線工作之前，鐵心翼部的端部向外彎曲(日本專利申請公開號63-178746)。這一技術將參考圖9和10說明。圖9表示完成組裝前的狀態(tài)-繞組被置于兩個鐵心凸出部上。

圖10表示完成組裝后的狀態(tài)-繞組被置于三個鐵心凸出部上。
如圖9所示，執(zhí)行繞線工作之前，每一鐵心凸出部16，17和18的圓周延伸的外周端(翼部)的端部24和25向外彎曲，以便擴張面對的端部24和24之間的槽縫，從而便于繞線工作。完成繞線工作后，如圖10所示，鐵心凸出部16，17和18翼部的彎曲端部24和25被恢復其原始形狀。這樣，鐵心圓周的部分都沿鐵心圓周布置。
通過使用這一技術，繞線工作可順利規(guī)則地進行。但是，向外彎曲鐵心凸出部16，17和18的端部24和25，然后將彎曲的端部24和25恢復其原始形狀，這不是容易的方法。而且該技術的準確性不足以將齒槽效應轉矩減小到令人滿意的降低水平。另外，為了僅端部24和25塑性變形，在鐵心的每一翼部的內側上必須設置“支持物”。但是，為了能夠在翼部內側上定位這樣的支持物，必須減少繞組的匝數，由此保證支持物的空間。結果，電動機的性能，如轉矩，變得不夠充分。在不采用支持物的情況下，與鐵心凸出部16，17和18相比較，端部24的厚度必須足夠地薄。但是，采用較薄的端部24和25會削弱減小齒槽效應的效果。
本發(fā)明的目的是解決在普通電動機中上述問題，提供一種微型電動機，其具有可減小齒槽效應并可高精度加工的轉子鐵心。
本發(fā)明的另一目的是提供制造微型電動機的方法。
為實現上述目的，本發(fā)明所提供的微型電動機包括多個作為定子極的磁鐵，其固定在電機殼的內表面上，電機殼具有底部封閉的圓柱形；凸極轉子具有固定在轉子軸上的鐵心，繞組被置于該鐵心上，換向器固定在轉子軸上。鐵心包括中心部，在其中心具有成形的孔以便與轉子軸接合，多個腿部，其以相同于凸極的數量從中心部整體地徑向延伸，和多個翼部，其分別從每一腿部的端部整體且對稱地延伸。該鐵心包括從薄鋼板沖切成并被組裝在一起的鐵心疊片。該鐵心這樣形成，鐵心外接圓的半徑與轉子凸極外圓周面所設計的最終曲率半徑相一致。
最好，相鄰翼部之間的每一槽縫的寬度等于或小于(鐵心直徑/極的數量)×0.25。
最好，相鄰翼部之間的每一槽縫的寬度等于或小于繞組線的直徑。
本發(fā)明進一步提供制造微型電動機的方法，該方法包括下列步驟從薄鋼板沖切鐵心疊片。每一鐵心疊片包括中心部，在其中心具有成形的孔以便與轉子軸接合，多個腿部，其以相同于凸極的數量從中心部整體地徑向延伸，和多個翼部，其分別從每一腿部的端部整體且對稱地延伸。每一鐵心疊片外接圓的半徑與轉子凸極外圓周面所設計的最終曲率半徑相一致。該方法還包括下列步驟使鐵心疊片相互重疊以獲得層疊的鐵心；將層疊的鐵心和換向器固定在轉子軸上；將繞組置于層疊的鐵心上；和通過使用成形模具，從徑向向外的方向擠壓帶有繞組的層疊的鐵心，該成形模具具有擠壓表面，其曲率半徑大體等于轉子凸極外圓周面所設計的最終曲率半徑。
因此，根據本發(fā)明相鄰翼部之間的槽縫被縮窄，從而減小微型電動機的齒槽效應。在執(zhí)行繞線工作之前，鐵心的整個翼部是敞開的(區(qū)別于圖9的情況，那里僅翼的端部是敞開的)，以使繞線工作容易。完成繞線工作后，鐵心的整個翼部被變形，由此，調整“繞組形狀”并縮窄繞組之間的間隙。因此，繞組密度高于圖10轉子的繞組密度。
圖1是采用按本發(fā)明實施例的轉子鐵心結構的微型電動機的縱剖視圖，其剖視該電動機的上半部；圖2是從換向器看圖1所示電動機的視圖；圖3是從薄鋼板沖切成的5極鐵心疊片的視圖；圖4是層疊鐵心的視圖，繞組被置于層疊鐵心上，該圖表示最后成形前的狀態(tài)；圖5顯示成形模具的視圖，該模具用于將圖4所示的未完成的轉子極成形為最終轉子極；圖6是完成的轉子的視圖，從換向器看其具有三個凸極；圖7是從薄鋼板沖切成的3極鐵心疊片的視圖；圖8是層疊鐵心的視圖，繞組被置于層疊鐵心上，該圖表示最后成形前的狀態(tài)；圖9是普通未完成3極鐵心的視圖，其表示最后成形前的狀態(tài)；圖10是普通未完成3極鐵心的視圖，其表示圖9的未完成的3極鐵心已最終成形后的狀態(tài)；圖11是圖表，其表示關于3極轉子鐵心槽縫寬度和齒槽效應轉矩特性(K特性)之間的關系；和圖12是圖表，其表示關于5極轉子鐵心槽縫寬度和齒槽效應轉矩特性(K特性)之間的關系。
參考附圖下面詳細說明本發(fā)明實施例。
圖1示意表示按本發(fā)明實施例的轉子鐵心結構的微型電動。本發(fā)明適用于采用任何數量的定子極和轉子極的微型電動機。圖1的微型電動機采用兩個定子極和五個轉子極。兩個磁鐵1作為相應的定子極。繞組9置于鐵心8上，由此形成五個凸極，其作為轉子極。轉子極和換向器10固定在軸7上。軸承3和5可轉動地支承軸7。電機殼2由鐵磁材料制成并制成底部封閉的圓柱形。殼蓋4固定到電機殼2的開口部分。軸承5裝在殼蓋4上并適于支承電刷6和連接到電刷6的端子11。
除下面說明的轉子鐵心結構外，圖1的微型電動機為普通電動機結構。電流經端子11，電刷6和換向器10通過轉子極的繞組9，由此以傳統(tǒng)的方式產生電動機轉動。但是，與普通電動機比較，齒槽效應轉矩減小。
圖2表示從換向器看圖1所示電動機。繞組9是所謂多極繞組型。在圖2所示的5極轉子的情況下，繞組9分別置于兩個極上。如后所述，本發(fā)明其特征在于鐵心8的相鄰翼部12間槽縫非常窄以及制造鐵心8的方法。從減小齒槽效應看，希望使翼部12較窄?？墒共劭p寬度2大體為零。
圖3表示從薄鋼板沖切成的5極鐵心疊片。該鐵心疊片包括中心部14，在其中心具有成形的孔以便與軸7接合，多個腿部13，其以相同于極的數量從中心部14整體地徑向延伸。翼部12的外圓周面大體直線地延伸，但略微彎曲。翼部12的外圓周面的曲率半徑大于如圖3虛線顯示的鐵心8的最終輪廓的曲率半徑。因此，鐵心疊片相鄰翼部12的端部之間的槽縫大于圖2所示的已完成的鐵心8的槽縫，由此能夠實現通過機械化完成纏繞線圈的工作。為能夠纏繞工作，鐵心疊片相鄰翼部12的端部之間的槽縫必須大于繞組線的直徑(例如，0.06mm至1mm)。
待形成整體的層疊鐵心8的鐵心疊片具有特殊的形狀，如圖3所示。翼部12的外圓周面與同軸于轉子軸的圓不一致。然而，這樣特殊的形狀可通過從硅鋼片普通的沖切方法形成。
圖4表示完成下述步驟后的狀態(tài)，使圖3的鐵心疊片相互重疊以獲得層疊的鐵心8，將層疊的鐵心8和換向器10固定在軸7上，將繞組置于層疊的鐵心8上。圖4的層疊的鐵心8的外圓周面與同軸于軸7的圓不一致，即轉子極未完成。
通過使用圖5所示成形模具15，圖4所示未完成的轉子極完成最終成形。成形模具15的內圓周面與鐵心凸出部的外圓周面接觸并具有大體相同于所需獲得的曲率半徑。這樣，為完成五個凸極，五個成形模具15同時從徑向向外的方向擠壓相應的鐵心凸出部以使鐵心凸出部的外圓周面變形成圓形。因此，完成具有圖2所示五個凸極的轉子。
圖6表示完成的轉子，從換向器10看其具有三個凸極。參考號8表示層疊的鐵心8。參考號12表示層疊的鐵心8的翼部12。該轉子的特征在于相鄰翼部12間的槽縫狹窄。
圖7表示從硅鋼片沖切成的3極鐵心疊片。鐵心疊片包括中心部14，在其中心具有成形的孔以便與軸7接合，多個腿部13，其以相同于極的數量從中心部14整體地徑向延伸，和多個翼部12，其分別從每一腿部13的外端整體且對稱地延伸。翼部12的外圓周面略微彎曲。翼部12的外圓周面的曲率半徑具有大于如圖7虛線顯示的鐵心8的最終輪廓的曲率半徑。因此，鐵心疊片相鄰翼部12的端部之間的槽縫大于圖6所示的已完成的鐵心8的槽縫。為能夠纏繞工作，鐵心疊片相鄰翼部12的端部之間的槽縫必須大于繞組線的直徑。
圖8表示完成下述步驟后的狀態(tài)，使圖7的鐵心疊片相互重疊以獲得層疊的鐵心8，將層疊的鐵心8和換向器10固定在軸7上，將繞組置于層疊的鐵心8上。圖8的層疊的鐵心8的外圓周面與同軸于軸7的圓不一致，即轉子極未完成。在轉子具有五個圖5所示未完成轉子極，通過使用成形模具，完成圖8所示未完成轉子極的最終成形。在這種情況下，為完成三個凸極，三個成形模具15同時從徑向向外的方向擠壓相應的鐵心凸出部以使鐵心凸出部的外圓周面變形成圓形。因此，完成具有圖6所示三個凸極的轉子。
圖11和12分別表示關于3極轉子和5極轉子，鐵心槽縫寬度和齒槽效應轉矩特性(K特性)之間的關系。鐵心槽縫寬度可由公式“(鐵心直徑/極的數量)×A(系數)”表示。沿圖11和12的圖表的橫坐標軸讀取系數A。從圖11和12的圖表可看出，槽縫寬度變窄時，齒槽效應轉矩減小。特別是，齒槽效應轉矩在數值0.25處大大地減小。如上述，甚至在槽縫寬度減小至基本為零時不產生問題。
在本發(fā)明的微型電動機中，鐵心由從薄鋼板沖切成的鐵心疊片構成并被組裝在一起，其被這樣地變形，鐵心外圓周面的曲率半徑與轉子凸極外圓周面所設計的曲率半徑相一致。因此，鐵心可精確容易地加工。另外，由于相鄰翼部間的槽縫寬度可減小，微型電動機的齒槽效應可被減小。
權利要求
1.微型電動機包括多個作為定子極的磁鐵，其固定在電機殼的內表面上，電機殼具有底部封閉的圓柱形；凸極轉子具有固定在轉子軸上的鐵心，繞組被置于該鐵心上，換向器固定在轉子軸上，其中，鐵心包括中心部，在其中心具有成形的孔以便與轉子軸接合，多個腿部，其以相同于凸極的數量從中心部整體地徑向延伸，和多個翼部，其分別從每一腿部的端部整體且對稱地延伸。該鐵心包括從薄鋼板沖切成并被組裝在一起的鐵心疊片，通過整個翼部變形，該鐵心這樣形成，鐵心外接圓的半徑與轉子凸極外圓周面所設計的最終曲率半徑相一致。
2.按權利要求1的微型電動機，其特征在于，相鄰翼部之間的每一槽縫的寬度等于或小于(鐵心直徑/極的數量)×0.25。
3.按權利要求1的微型電動機，其特征在于，相鄰翼部之間的每一槽縫的寬度等于或小于繞組線的直徑。
4.制造微型電動機的方法，該微型電動機包括多個作為定子極的磁鐵，其固定在電機殼的內表面上，電機殼具有底部封閉的圓柱形；凸極轉子具有固定在轉子軸上的鐵心，繞組被置于該鐵心上，換向器固定在轉子軸上，該方法包括下列步驟從薄鋼板沖切鐵心疊片，每一鐵心疊片包括中心部，在其中心具有成形的孔以便與轉子軸接合，多個腿部，其以相同于凸極的數量從中心部整體地徑向延伸，和多個翼部，其分別從每一腿部的端部整體且對稱地延伸，每一鐵心疊片外接圓的半徑與轉子凸極外圓周面所設計的最終曲率半徑相一致；使鐵心疊片相互重疊以獲得層疊的鐵心，將層疊的鐵心和換向器固定在轉子軸上，將繞組置于層疊的鐵心上；和通過使用成形模具，從徑向向外的方向擠壓帶有繞組的層疊的鐵心，該成形模具具有擠壓表面，其曲率半徑大體等于轉子凸極外圓周面所設計的最終曲率半徑。
全文摘要
微型電動機包括:固定在電機殼的內表面上的磁鐵,電機殼有底部封閉的圓柱形;凸極轉子有在轉子軸上的鐵心,繞組置于該鐵心上,換向器固定在轉子軸上。鐵心包括中心部,在其中心有孔以便與轉子軸接合,多個腿部以相同于凸極的數量從中心部整體地徑向延伸,和多個翼部分別從每一腿部的端部整體且對稱地延伸。該鐵心包括組裝在一起的鐵心疊片,通過整個翼部變形,鐵心外接圓半徑與轉子凸極外圓周面最終曲率半徑一致。
文檔編號H02K15/02GK1269623SQ0010653
公開日2000年10月11日 申請日期2000年4月7日 優(yōu)先權日1999年4月7日
發(fā)明者古屋健二, 由比俊彌, 高山和明, 大坪浩二 申請人:馬淵馬達株式會社