專利名稱：電動(dòng)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)，特別地但不僅僅地涉及一種無刷直流電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
在近幾年，對(duì)具有超扁平設(shè)計(jì)的微型電動(dòng)機(jī)的需求增長，所述微型電動(dòng)機(jī)可以用來為例如軟盤、CD-ROM、DVD等的盤狀數(shù)據(jù)載體制造扁平驅(qū)動(dòng)器。
這種電動(dòng)機(jī)的軸具有準(zhǔn)許所述軸擺動(dòng)的一定的軸承間隙。顯然，軸的傾斜角越大，軸承的軸向尺寸越小(如果軸由單個(gè)軸承支撐)或者軸的相反兩端處的軸承之間的距離越小。如果盤片由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，盤片的旋轉(zhuǎn)軸線可在空間里移動(dòng)，并且其方位可改變。這在從盤片讀取數(shù)據(jù)時(shí)造成問題傳統(tǒng)地，數(shù)據(jù)布置在盤片表面的同心軌道上，并且如果盤片的旋轉(zhuǎn)軸線移動(dòng)，盤片驅(qū)動(dòng)器的被促動(dòng)的讀取頭的伺服系統(tǒng)可能更難以在盤片轉(zhuǎn)動(dòng)中沿軌道移動(dòng)，因此數(shù)據(jù)不能連續(xù)地讀取。另外，讀取頭和盤片表面之間的距離可以發(fā)生變化并且有時(shí)候可能離開可讀取的范圍。
這些變化中的一部分是周期性的，其周期等于盤片的轉(zhuǎn)動(dòng)周期?；谟^察這些變化可非常精確地預(yù)測(cè)，并且這些變化可通過周期性地移動(dòng)讀取頭得以補(bǔ)償，以使得讀取頭面向盤片的同一軌道且在一個(gè)完整的圈過程中不離開正確的讀取距離范圍。這些周期性的變化也稱作可重復(fù)偏差(runout)。
然而，也存在不容易補(bǔ)償并造成嚴(yán)重的跟蹤問題的非重復(fù)偏差。通過減小軸承間隙而減小該非重復(fù)偏差是一種對(duì)該問題相當(dāng)昂貴的解決方案，原因是必須以非常精確的公差來生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)元件。
US2004/0007929公開了一種扁平的電動(dòng)機(jī)，其中，軸承在電動(dòng)機(jī)的大部分的軸向尺寸上延伸。在該電動(dòng)機(jī)中沒有任何裝置可以防止軸在由軸承間隙準(zhǔn)許的整個(gè)角度上傾斜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)機(jī)，其中電動(dòng)機(jī)軸被防止在由軸承間隙準(zhǔn)許的整個(gè)角度上傾斜，所述的軸承支撐電動(dòng)機(jī)軸。
該目的通過如下電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，該電動(dòng)機(jī)包括具有空氣間隙的定子，所述空氣間隙圍繞一軸線延伸且在該空氣間隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；以及轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子包括由軸承可旋轉(zhuǎn)地支撐的軸和永久磁體，所述的永久磁體保持在所述的空氣間隙中并且被所述旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動(dòng)以圍繞所述軸線旋轉(zhuǎn)，所述電動(dòng)機(jī)特征在于，所述定子在產(chǎn)生所述旋轉(zhuǎn)磁場外，還適于產(chǎn)生關(guān)于所述軸線旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱的靜止磁場。
該不對(duì)稱的靜止磁場會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子施加偏心的作用力，所述作用力特別地垂直于轉(zhuǎn)子上環(huán)繞其轉(zhuǎn)子軸線的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并因此造成轉(zhuǎn)子傾斜。該偏心的作用力導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的角動(dòng)量矢量的變化，所述角動(dòng)量矢量垂直于所述轉(zhuǎn)矩矢量。所述轉(zhuǎn)子可使其軸線適應(yīng)于角動(dòng)量的這種變化，只要軸承間隙準(zhǔn)許即可。因此，不管軸承間隙有多大，轉(zhuǎn)子軸將呈現(xiàn)恒定和明確的方位。顯著減小了不重復(fù)的偏差。
優(yōu)選地，定子包括多個(gè)由軟磁性材料制成的沿徑向取向的輻條。使用徑向輻條替代實(shí)心盤片減少了渦電流的形成，所述渦電流將抵消轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)。
根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施例，作為產(chǎn)生不對(duì)稱的靜止磁場的最簡單方法，所述定子第一扇區(qū)中輻條的長度和橫截面中至少其一，例如厚度或長度，制成為不同于第二扇區(qū)中輻條的。
可代替地是，第一扇區(qū)中每單位角度的輻條數(shù)量可以制成為不同于第二扇區(qū)中每單位角度的輻條數(shù)量。第一和第二扇區(qū)可分別在定子圓周的大約一半上延伸。
為了使電動(dòng)機(jī)的裝配容易，優(yōu)選地，各輻條的內(nèi)端和外端整體地與環(huán)連接。可代替地，各輻條可以被嵌入或安裝在非導(dǎo)電材料上。優(yōu)選地，該非導(dǎo)電材料是電路板。
根據(jù)第二優(yōu)選實(shí)施例，所述定子包括多個(gè)圍繞所述軸線均勻分布的線圈，并且在所述定子第一扇區(qū)中，所述線圈內(nèi)的材料的磁導(dǎo)率不同于所述定子第二扇區(qū)中所述線圈內(nèi)的材料的磁導(dǎo)率。
根據(jù)第三優(yōu)選實(shí)施例，所述定子包括多個(gè)用于產(chǎn)生所述磁場的圍繞所述軸線均勻分布的線圈，并且在所述定子第一扇區(qū)中，每個(gè)線圈的匝數(shù)不同于第二扇區(qū)中每線圈的匝數(shù)，以產(chǎn)生所述不對(duì)稱磁場分量。
如果所述線圈的軸線定位為平行于所述旋轉(zhuǎn)軸線，所述電動(dòng)機(jī)可被制成特別扁平。所述線圈可以通過印制在電路板上而進(jìn)一步非常經(jīng)濟(jì)。


通過參考附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例接下來的描述，本發(fā)明此外的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的分解圖；圖2是圖1中電動(dòng)機(jī)的軸向截面圖；圖3是顯示圖1中電動(dòng)機(jī)的底側(cè)的透視圖；圖4是顯示圖1中電動(dòng)機(jī)的頂側(cè)的透視圖；圖5類似于圖1，是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的分解圖；圖6是根據(jù)第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的軸向截面圖；圖7是顯示圖5中的電動(dòng)機(jī)的頂側(cè)的透視圖；圖8是顯示圖5中電動(dòng)機(jī)的底側(cè)的透視圖；圖9是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的第三實(shí)施例的電路板的仰視圖；圖10是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的第四實(shí)施例的電路板的仰視圖；圖11是根據(jù)電動(dòng)機(jī)第三實(shí)施例的電路板的平面圖；以及圖12是根據(jù)電動(dòng)機(jī)第五實(shí)施例的線圈9a和9b的電連接和布置方案。
具體實(shí)施例方式
參考圖1至4將描述電動(dòng)機(jī)的第一實(shí)施例。電動(dòng)機(jī)具有由例如鋁的非磁性材料制作的底部構(gòu)件1，且成形為低矮、中空的圓柱體，所述圓柱體具有兩個(gè)圍繞其外周邊延伸的臺(tái)肩2，3和在其內(nèi)腔里的第三臺(tái)肩4。臺(tái)肩2支撐由鐵板剪成的軛5。軛5形成有中心環(huán)6和很多的輻條7a，7b，所述的輻條從環(huán)6放射狀的延伸。圖1中面向觀察者的軛5第一半中，輻條7a比另一半的輻條7b短。長幅條7b延伸到環(huán)形電路板8的外邊緣上，所述電路板由底部構(gòu)件1的臺(tái)肩3支撐。六個(gè)線圈9印制在與軛5相反的電路板8上表面上。底部構(gòu)件1、軛5和電路板8形成電動(dòng)機(jī)的定子。
滾珠軸承10的外環(huán)支撐在底部構(gòu)件1的內(nèi)臺(tái)肩4上。軸11緊密地安裝在滾珠軸承10的內(nèi)環(huán)中。滾珠軸承10具有間隙。
軸11的徑向凸緣承載轉(zhuǎn)子圓盤12和環(huán)狀磁體13，所述磁體13具有面向線圈9的磁極。垂直于電路板表面的線圈9磁場軸線平行于軸11的軸線。
在本技術(shù)領(lǐng)域所公知的是，由軸11、圓盤12和環(huán)狀磁體13形成的轉(zhuǎn)子由旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動(dòng)，所述旋轉(zhuǎn)磁場通過向線圈9施加不同相位的交流電而在磁路中引起磁通量產(chǎn)生，所述磁路由環(huán)狀磁體13、轉(zhuǎn)子圓盤、軸11、軸承10、底部構(gòu)件1和軛5形成。
由于軛5的輻條7a和7b的不同長度，具有較短輻條7a的扇區(qū)中的空氣間隙寬度和軛面積分別大于和小于具有長幅條7b的扇區(qū)中的空氣間隙和軛面積，因此，面向短輻條7a的環(huán)狀磁體13扇區(qū)所經(jīng)受的磁引力小于面向長幅條7b扇區(qū)經(jīng)受的磁引力。所以，只要電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子就會(huì)被施加轉(zhuǎn)矩，這趨向使轉(zhuǎn)子圍繞垂直于引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角矩矢量的軸傾斜。
所公知的是，在自由轉(zhuǎn)動(dòng)地陀螺中，該種轉(zhuǎn)矩會(huì)造成角矩矢量的變動(dòng)，因此造成陀螺軸線的變動(dòng)。這是因?yàn)樵谛D(zhuǎn)的陀螺中，轉(zhuǎn)矩矢量與陀螺傾斜方向同步，所以轉(zhuǎn)矩矢量總是垂直于角動(dòng)量矢量。在本情況中相反，轉(zhuǎn)矩矢量沒有轉(zhuǎn)動(dòng)，因此轉(zhuǎn)子軸線將只沿預(yù)定的方向上傾斜，只要滾珠軸承10的間隙允許。因而，盡管存在準(zhǔn)許軸11擺動(dòng)的間隙，當(dāng)軸11被線圈9的磁場驅(qū)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)呈現(xiàn)明確的位置和取向，并且非重復(fù)的偏差被減小到最小。
在上述的實(shí)施例中，軛5具有被支撐在底部構(gòu)件1的臺(tái)肩2上的內(nèi)環(huán)6，并且輻條7a和7b從所述的內(nèi)環(huán)徑向向外延伸。輻條7a和7b僅在長度上不同，但在橫截面上相同。
可代替地，界定軸的位置和取向所需的磁場不對(duì)稱可以由長度相同但橫截面不同的輻條7a和7b獲得。
作為另一可代替的軛，在軛5的第一和第二扇區(qū)中輻條的角間距可以制作成不同。
作為另一可代替的方案，各輻條可以由外環(huán)連接成一個(gè)整體，各自由端向內(nèi)側(cè)徑向延伸且支撐在底部構(gòu)件1的臺(tái)肩2上。在該情況中，電絕緣層必須設(shè)置在輻條自由端和底部構(gòu)件之間以防止渦電流從外環(huán)流過第一輻條和底部構(gòu)件并且經(jīng)過第二輻條流回外環(huán)。另一個(gè)可代替的方案是，由外環(huán)連接成一整體的輻條7a和7b不向底部構(gòu)件1延伸，而是僅通過與電路板8連接的而得以支撐，例如通過粘合。
參考圖5至8描述電動(dòng)機(jī)的第二實(shí)施例。該電動(dòng)機(jī)具有第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)的相同的對(duì)等部件，該電動(dòng)機(jī)的部件與其對(duì)等部件具有相同的附圖標(biāo)記且不再進(jìn)行描述。
在該第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)中，軛5具有相同形狀的輻條7，所述輻條以規(guī)則的角間距從內(nèi)環(huán)徑向向外延伸。由如下事實(shí)在該實(shí)施例中產(chǎn)生不對(duì)稱磁場，即，在線路板8上的各線圈9之中，存在由具有金屬芯的三個(gè)連續(xù)線圈9b形成的一個(gè)組，然而，形成另一組的剩下的三個(gè)線圈9a不具有金屬芯。這些金屬芯14可以簡單地固定在電路板8的表面上，例如通過粘合的方法；優(yōu)選地如在圖6的截面圖和圖8的仰視圖中所示的，這些金屬芯裝配在電路板8中形成的孔中。金屬芯14還有效地減小了由線圈9b占據(jù)的電路板8半部的空氣間隙寬度，因此在該半部，環(huán)狀磁體13比在支撐空線圈9a的半部經(jīng)受更強(qiáng)的磁引力。正如在第一實(shí)施例中一樣，磁場不對(duì)稱使得軸11呈現(xiàn)明確的、微小的傾斜定位。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的電路板的仰視圖。在該實(shí)施例中，用以代替一件式軛，只有多個(gè)徑向的輻條7，它們不是直接地相互連接而是例如通過粘合的方法固定到電路板8的底側(cè)。與圖5至圖8的實(shí)施例相似，形成在電路板8頂側(cè)上的線圈的部分(未示出)，具有金屬芯14，該金屬芯延伸穿過電路板9上的孔。為將輻條7安裝在電路板8上，可以采用由分立元件裝配電子線路的傳統(tǒng)技術(shù)。另一種替代方案可以是單個(gè)塑料軛部件8a，它具有一體的輻條7，塑料軛部件例如通過注模工藝形成，如圖11所示。
請(qǐng)注意，根據(jù)第四實(shí)施例，通過將相同的輻條7單個(gè)地放置在電路板8上，可特別容易地形成如圖10所示的電路板，其中，磁場不對(duì)稱通過將輻條放置成在電路板8一半部的角間距小于在另一半部的角間距來獲得。
獲得磁場不對(duì)稱的另一方法在圖12中所示，其顯示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的線圈9a和線圈9b的電連接方案和布置方案，所述線圈9a即圖12中的線圈1、3、5，其具有n圈繞組，所述線圈9b即圖12中的線圈2、4、6，其具有n+x圈繞組，所述線圈9a和所述線圈9b具有不同的繞組n。在電路板8一半中的線圈5、1、3具有比在另一半中的線圈4、2、6小的匝數(shù)，因此當(dāng)兩組線圈如圖12的連接方案所示被供以相同的電流時(shí)，環(huán)狀磁體和線圈9a之間的磁引力會(huì)小于環(huán)狀磁體和線圈9b之間的磁引力。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)，其包括具有空氣間隙的定子(1，5，8)，所述空氣間隙圍繞一軸線延伸且在該空氣間隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；以及轉(zhuǎn)子(11，12，13)，所述轉(zhuǎn)子包括由軸承(10)可旋轉(zhuǎn)地支撐的軸(11)和永久磁體(13)，所述的永久磁體被保持在所述的空氣間隙中并且被所述旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動(dòng)以圍繞所述軸線旋轉(zhuǎn)，其特征在于，所述定子(1，5，8)在產(chǎn)生所述旋轉(zhuǎn)磁場外，還適于產(chǎn)生關(guān)于所述軸線旋轉(zhuǎn)地不對(duì)稱的靜止磁場。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其中，定子(1，5，8)包括多個(gè)由軟磁性材料制成的沿徑向取向的輻條(7；7a，7b)。
3.如權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)，其中，所述定子的第一扇區(qū)中，所述各輻條(7a)橫截面的至少其一不同于第二扇區(qū)中所述輻條(7b)的橫截面。
4.如權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)，其中，所述定子的第一扇區(qū)中各所述輻條(7)長度的至少一個(gè)不同于第二扇區(qū)中輻條(7b)的長度。
5.如權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)，其中，在所述定子(1，5，8)的第一扇區(qū)中每單位角度的輻條數(shù)量不同于第二扇區(qū)中每單位角度的輻條的數(shù)量。
6.如權(quán)利要求2、3、4或5所述的電動(dòng)機(jī)，其中，各所述輻條(7；7a，7b)使其外端或內(nèi)端由環(huán)(6)整體地連接。
7.如權(quán)利要求2、3、4或5所述的電動(dòng)機(jī)，其中，各所述輻條(7)嵌入或安裝在非導(dǎo)電材料(8)上。
8.如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)，其中，所述非導(dǎo)電材料是電路板。
9.如權(quán)利要求1或2所述的電動(dòng)機(jī)，其中，定子(1，5，8)包括多個(gè)圍繞所述軸線均勻分布的線圈(9；9a，9b)。
10.如權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)，其中，所述定子(1，5，8)的第一扇區(qū)中，各所述線圈(9a)的匝數(shù)不同于在第二扇區(qū)中各所述線圈(9b)的匝數(shù)。
11.如權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)，其中，所述定子(1，5，8)的第一扇區(qū)中，所述線圈(9b)內(nèi)的材料(14)的磁導(dǎo)率不同于第二扇區(qū)中所述線圈(9a)內(nèi)的材料的磁導(dǎo)率。
12.如權(quán)利要求9、10或11所述的電動(dòng)機(jī)，其中，所述線圈(9a，9b)的各軸取向?yàn)槠叫杏谒鲂D(zhuǎn)軸線。
13.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)，其中保持所述永久磁體(13)的軸(11)僅有其一端被支撐在軸承(10)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)，其包括具有空氣間隙的定子(1，5，8)，所述空氣間隙圍繞一軸線延伸且在該空氣間隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；以及轉(zhuǎn)子(11，12，13)，所述轉(zhuǎn)子包括由軸承(10)可旋轉(zhuǎn)地支撐的軸(11)和永久磁體(13)，所述的永久磁體被保持在所述的空氣間隙中并且被所述旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動(dòng)以圍繞所述軸線旋轉(zhuǎn)。所述定子(1，5，8)在產(chǎn)生所述旋轉(zhuǎn)磁場外，還適于產(chǎn)生關(guān)于所述軸線旋轉(zhuǎn)地不對(duì)稱的靜止磁場。
文檔編號(hào)H02K1/12GK1787335SQ20051013140
公開日2006年6月14日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者于爾根·莫斯納, 克里斯琴·比克勒 申請(qǐng)人:湯姆森特許公司