专利名称：微型电动机和其制造方法
技术领域：
本发明涉及微型电动机，其具有减小齿槽效应转矩的转子结构，并涉及制造微型电动机的方法。
为应用各种领域，如声频和视频设备，需要以减小齿槽效应方式设计微型电动机。例如，用于驱动在马达驱动的播放机或光盘驱动器中使用的光拾音器的微型电动机需要减小齿槽效应，以便准确地控制其停止位置和降低其启动电压或电流。同样，驱动打印机的打印头的电动机最好减小齿槽效应，否则，导致不均匀打印。
在电动机具有带凸极转子的情况下，磁通量密度随着转子的转动变化很大。特别是，当铁心凸极达到某一点时，在定子内圆周面该点处的磁通量密度变化很大，而当邻近槽缝的凸极达到该点时，磁通量密度再次有很大变化，这样导致产生齿槽效应。一般，为了绕线工作，相邻铁心凸出部之间的槽缝是必须的，并且不能狭窄超过一定限制。
为便于这样的绕线工作，根据已知技术，在执行绕线工作之前，铁心翼部的端部向外弯曲(日本专利申请公开号63-178746)。这一技术将参考图9和10说明。图9表示完成组装前的状态-绕组被置于两个铁心凸出部上。
图10表示完成组装后的状态-绕组被置于三个铁心凸出部上。
如图9所示，执行绕线工作之前，每一铁心凸出部16，17和18的圆周延伸的外周端(翼部)的端部24和25向外弯曲，以便扩张面对的端部24和24之间的槽缝，从而便于绕线工作。完成绕线工作后，如图10所示，铁心凸出部16，17和18翼部的弯曲端部24和25被恢复其原始形状。这样，铁心圆周的部分都沿铁心圆周布置。
通过使用这一技术，绕线工作可顺利规则地进行。但是，向外弯曲铁心凸出部16，17和18的端部24和25，然后将弯曲的端部24和25恢复其原始形状，这不是容易的方法。而且该技术的准确性不足以将齿槽效应转矩减小到令人满意的降低水平。另外，为了仅端部24和25塑性变形，在铁心的每一翼部的内侧上必须设置“支持物”。但是，为了能够在翼部内侧上定位这样的支持物，必须减少绕组的匝数，由此保证支持物的空间。结果，电动机的性能，如转矩，变得不够充分。在不采用支持物的情况下，与铁心凸出部16，17和18相比较，端部24的厚度必须足够地薄。但是，采用较薄的端部24和25会削弱减小齿槽效应的效果。
本发明的目的是解决在普通电动机中上述问题，提供一种微型电动机，其具有可减小齿槽效应并可高精度加工的转子铁心。
本发明的另一目的是提供制造微型电动机的方法。
为实现上述目的，本发明所提供的微型电动机包括多个作为定子极的磁铁，其固定在电机壳的内表面上，电机壳具有底部封闭的圆柱形；凸极转子具有固定在转子轴上的铁心，绕组被置于该铁心上，换向器固定在转子轴上。铁心包括中心部，在其中心具有成形的孔以便与转子轴接合，多个腿部，其以相同于凸极的数量从中心部整体地径向延伸，和多个翼部，其分别从每一腿部的端部整体且对称地延伸。该铁心包括从薄钢板冲切成并被组装在一起的铁心叠片。该铁心这样形成，铁心外接圆的半径与转子凸极外圆周面所设计的最终曲率半径相一致。
最好，相邻翼部之间的每一槽缝的宽度等于或小于(铁心直径/极的数量)×0.25。
最好，相邻翼部之间的每一槽缝的宽度等于或小于绕组线的直径。
本发明进一步提供制造微型电动机的方法，该方法包括下列步骤从薄钢板冲切铁心叠片。每一铁心叠片包括中心部，在其中心具有成形的孔以便与转子轴接合，多个腿部，其以相同于凸极的数量从中心部整体地径向延伸，和多个翼部，其分别从每一腿部的端部整体且对称地延伸。每一铁心叠片外接圆的半径与转子凸极外圆周面所设计的最终曲率半径相一致。该方法还包括下列步骤使铁心叠片相互重叠以获得层叠的铁心；将层叠的铁心和换向器固定在转子轴上；将绕组置于层叠的铁心上；和通过使用成形模具，从径向向外的方向挤压带有绕组的层叠的铁心，该成形模具具有挤压表面，其曲率半径大体等于转子凸极外圆周面所设计的最终曲率半径。
因此，根据本发明相邻翼部之间的槽缝被缩窄，从而减小微型电动机的齿槽效应。在执行绕线工作之前，铁心的整个翼部是敞开的(区别于图9的情况，那里仅翼的端部是敞开的)，以使绕线工作容易。完成绕线工作后，铁心的整个翼部被变形，由此，调整“绕组形状”并缩窄绕组之间的间隙。因此，绕组密度高于图10转子的绕组密度。
图1是采用按本发明实施例的转子铁心结构的微型电动机的纵剖视图，其剖视该电动机的上半部；图2是从换向器看图1所示电动机的视图；图3是从薄钢板冲切成的5极铁心叠片的视图；图4是层叠铁心的视图，绕组被置于层叠铁心上，该图表示最后成形前的状态；图5显示成形模具的视图，该模具用于将图4所示的未完成的转子极成形为最终转子极；图6是完成的转子的视图，从换向器看其具有三个凸极；图7是从薄钢板冲切成的3极铁心叠片的视图；图8是层叠铁心的视图，绕组被置于层叠铁心上，该图表示最后成形前的状态；图9是普通未完成3极铁心的视图，其表示最后成形前的状态；图10是普通未完成3极铁心的视图，其表示图9的未完成的3极铁心已最终成形后的状态；图11是图表，其表示关于3极转子铁心槽缝宽度和齿槽效应转矩特性(K特性)之间的关系；和图12是图表，其表示关于5极转子铁心槽缝宽度和齿槽效应转矩特性(K特性)之间的关系。
参考附图下面详细说明本发明实施例。
图1示意表示按本发明实施例的转子铁心结构的微型电动。本发明适用于采用任何数量的定子极和转子极的微型电动机。图1的微型电动机采用两个定子极和五个转子极。两个磁铁1作为相应的定子极。绕组9置于铁心8上，由此形成五个凸极，其作为转子极。转子极和换向器10固定在轴7上。轴承3和5可转动地支承轴7。电机壳2由铁磁材料制成并制成底部封闭的圆柱形。壳盖4固定到电机壳2的开口部分。轴承5装在壳盖4上并适于支承电刷6和连接到电刷6的端子11。
除下面说明的转子铁心结构外，图1的微型电动机为普通电动机结构。电流经端子11，电刷6和换向器10通过转子极的绕组9，由此以传统的方式产生电动机转动。但是，与普通电动机比较，齿槽效应转矩减小。
图2表示从换向器看图1所示电动机。绕组9是所谓多极绕组型。在图2所示的5极转子的情况下，绕组9分别置于两个极上。如后所述，本发明其特征在于铁心8的相邻翼部12间槽缝非常窄以及制造铁心8的方法。从减小齿槽效应看，希望使翼部12较窄。可使槽缝宽度2大体为零。
图3表示从薄钢板冲切成的5极铁心叠片。该铁心叠片包括中心部14，在其中心具有成形的孔以便与轴7接合，多个腿部13，其以相同于极的数量从中心部14整体地径向延伸。翼部12的外圆周面大体直线地延伸，但略微弯曲。翼部12的外圆周面的曲率半径大于如图3虚线显示的铁心8的最终轮廓的曲率半径。因此，铁心叠片相邻翼部12的端部之间的槽缝大于图2所示的已完成的铁心8的槽缝，由此能够实现通过机械化完成缠绕线圈的工作。为能够缠绕工作，铁心叠片相邻翼部12的端部之间的槽缝必须大于绕组线的直径(例如，0.06mm至1mm)。
待形成整体的层叠铁心8的铁心叠片具有特殊的形状，如图3所示。翼部12的外圆周面与同轴于转子轴的圆不一致。然而，这样特殊的形状可通过从硅钢片普通的冲切方法形成。
图4表示完成下述步骤后的状态，使图3的铁心叠片相互重叠以获得层叠的铁心8，将层叠的铁心8和换向器10固定在轴7上，将绕组置于层叠的铁心8上。图4的层叠的铁心8的外圆周面与同轴于轴7的圆不一致，即转子极未完成。
通过使用图5所示成形模具15，图4所示未完成的转子极完成最终成形。成形模具15的内圆周面与铁心凸出部的外圆周面接触并具有大体相同于所需获得的曲率半径。这样，为完成五个凸极，五个成形模具15同时从径向向外的方向挤压相应的铁心凸出部以使铁心凸出部的外圆周面变形成圆形。因此，完成具有图2所示五个凸极的转子。
图6表示完成的转子，从换向器10看其具有三个凸极。参考号8表示层叠的铁心8。参考号12表示层叠的铁心8的翼部12。该转子的特征在于相邻翼部12间的槽缝狭窄。
图7表示从硅钢片冲切成的3极铁心叠片。铁心叠片包括中心部14，在其中心具有成形的孔以便与轴7接合，多个腿部13，其以相同于极的数量从中心部14整体地径向延伸，和多个翼部12，其分别从每一腿部13的外端整体且对称地延伸。翼部12的外圆周面略微弯曲。翼部12的外圆周面的曲率半径具有大于如图7虚线显示的铁心8的最终轮廓的曲率半径。因此，铁心叠片相邻翼部12的端部之间的槽缝大于图6所示的已完成的铁心8的槽缝。为能够缠绕工作，铁心叠片相邻翼部12的端部之间的槽缝必须大于绕组线的直径。
图8表示完成下述步骤后的状态，使图7的铁心叠片相互重叠以获得层叠的铁心8，将层叠的铁心8和换向器10固定在轴7上，将绕组置于层叠的铁心8上。图8的层叠的铁心8的外圆周面与同轴于轴7的圆不一致，即转子极未完成。在转子具有五个图5所示未完成转子极，通过使用成形模具，完成图8所示未完成转子极的最终成形。在这种情况下，为完成三个凸极，三个成形模具15同时从径向向外的方向挤压相应的铁心凸出部以使铁心凸出部的外圆周面变形成圆形。因此，完成具有图6所示三个凸极的转子。
图11和12分别表示关于3极转子和5极转子，铁心槽缝宽度和齿槽效应转矩特性(K特性)之间的关系。铁心槽缝宽度可由公式“(铁心直径/极的数量)×A(系数)”表示。沿图11和12的图表的横坐标轴读取系数A。从图11和12的图表可看出，槽缝宽度变窄时，齿槽效应转矩减小。特别是，齿槽效应转矩在数值0.25处大大地减小。如上述，甚至在槽缝宽度减小至基本为零时不产生问题。
在本发明的微型电动机中，铁心由从薄钢板冲切成的铁心叠片构成并被组装在一起，其被这样地变形，铁心外圆周面的曲率半径与转子凸极外圆周面所设计的曲率半径相一致。因此，铁心可精确容易地加工。另外，由于相邻翼部间的槽缝宽度可减小，微型电动机的齿槽效应可被减小。
权利要求
1.微型电动机包括多个作为定子极的磁铁，其固定在电机壳的内表面上，电机壳具有底部封闭的圆柱形；凸极转子具有固定在转子轴上的铁心，绕组被置于该铁心上，换向器固定在转子轴上，其中，铁心包括中心部，在其中心具有成形的孔以便与转子轴接合，多个腿部，其以相同于凸极的数量从中心部整体地径向延伸，和多个翼部，其分别从每一腿部的端部整体且对称地延伸。该铁心包括从薄钢板冲切成并被组装在一起的铁心叠片，通过整个翼部变形，该铁心这样形成，铁心外接圆的半径与转子凸极外圆周面所设计的最终曲率半径相一致。
2.按权利要求1的微型电动机，其特征在于，相邻翼部之间的每一槽缝的宽度等于或小于(铁心直径/极的数量)×0.25。
3.按权利要求1的微型电动机，其特征在于，相邻翼部之间的每一槽缝的宽度等于或小于绕组线的直径。
4.制造微型电动机的方法，该微型电动机包括多个作为定子极的磁铁，其固定在电机壳的内表面上，电机壳具有底部封闭的圆柱形；凸极转子具有固定在转子轴上的铁心，绕组被置于该铁心上，换向器固定在转子轴上，该方法包括下列步骤从薄钢板冲切铁心叠片，每一铁心叠片包括中心部，在其中心具有成形的孔以便与转子轴接合，多个腿部，其以相同于凸极的数量从中心部整体地径向延伸，和多个翼部，其分别从每一腿部的端部整体且对称地延伸，每一铁心叠片外接圆的半径与转子凸极外圆周面所设计的最终曲率半径相一致；使铁心叠片相互重叠以获得层叠的铁心，将层叠的铁心和换向器固定在转子轴上，将绕组置于层叠的铁心上；和通过使用成形模具，从径向向外的方向挤压带有绕组的层叠的铁心，该成形模具具有挤压表面，其曲率半径大体等于转子凸极外圆周面所设计的最终曲率半径。
全文摘要
微型电动机包括:固定在电机壳的内表面上的磁铁,电机壳有底部封闭的圆柱形;凸极转子有在转子轴上的铁心,绕组置于该铁心上,换向器固定在转子轴上。铁心包括中心部,在其中心有孔以便与转子轴接合,多个腿部以相同于凸极的数量从中心部整体地径向延伸,和多个翼部分别从每一腿部的端部整体且对称地延伸。该铁心包括组装在一起的铁心叠片,通过整个翼部变形,铁心外接圆半径与转子凸极外圆周面最终曲率半径一致。
文档编号H02K15/02GK1269623SQ0010653
公开日2000年10月11日 申请日期2000年4月7日 优先权日1999年4月7日
发明者古屋健二, 由比俊弥, 高山和明, 大坪浩二 申请人:马渊马达株式会社