专利名称：空心电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适合作为精密仪器的动力用的空心电机。
背景技术：
当前，精密仪器的执行机构使用的小型电机有线圈在磁铁周围旋转的空心电机，作为其优势可以列举没有如带芯电机(带铁心电机)那样的反应转矩、整流火花少且电杂音小、转子惯性小从而响应性良好等。
然而，作为精密仪器的动力而使用的电机，响应性、控制性必须良好是自然的事情，而在具备多个电机的精密仪器中，要求各电机的消耗功率小、能源效率高。
但是，当前的空心型电机具有响应性、控制性良好的优点，而根据以下的理由，具有能源效率不够高的缺点。
当前，一般使用的空心电机的结构是使形成为圆筒形状的线圈在磁铁与线圈轭之间的间隙中旋转，而在与构成线圈的导线的方向呈直角的方向产生作用于前述线圈的旋转转矩，所以如果对于线圈的旋转圆周方向，构成线圈的导线的方向(绕线方向)呈直角，旋转转矩(旋转输出)对由具有这种结构的线圈形成的磁场的强度的比例上升，从而得到能源效率高的电机。
然而，形成为圆筒形状的线圈，构成同线圈的导线为使与线圈的高度方向平行，不回绕的某种程度的倾斜角度，因此，如果该倾斜角度变大，那么作用于磁铁的旋转转矩减少，能源效率低下。
因此，这种电机中如果减小轴方向的长度，线圈的绕线方向与线圈的轴方向形成的角度变大，因此能源效率更低下，阻碍实现小型并且高效率的电机。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有优良的响应性、控制性，并且可以得到比提供给线圈的驱动电力大的旋转转矩，此外，在强度大时容易组装的能源效率高且小型的空心电机。
为了实现上述目的，本发明的技术方案1所涉及的空心电机，在固定在壳体内部的环状的线圈轭和其外周面与该线圈轭的内周面相对的环状的磁铁之间具备通电用的线圈，通过向该线圈通电，使线圈与旋转轴同时被旋转驱动，其中，所述线圈具有由与磁铁的上下面相对，平面形状形成圆弧状的绕线部分构成的平坦部，和由与磁铁的外周侧面相对的绕线部分构成的弯曲折回部，从构成这些绕线部分的导线的一端到另一端构成连续中空状，此外，在固定于所述旋转轴周围的线圈支座的下部设置薄板状的凸缘，在该凸缘固定于各线圈的下侧的平坦部，多个线圈沿磁铁的圆周方向安装，并且，在各线圈的上侧的平坦部上安装薄板圆环状的上侧加强板。
本发明的技术方案2所涉及的空心电机，薄板圆环状的下侧加强板被安装在固定于所述线圈支座的凸缘下面的线圈的平坦部的更下面。
本发明的技术方案3所涉及的空心电机，所述下侧加强板在与线圈支座的凸缘之间，通过与线圈的下侧平坦部的厚度同程度长度的垫圈与凸缘平行安装，线圈的下侧平坦部被嵌入并固定于由垫圈形成的凸缘与下侧加强板之间的间隙中。
本发明的技术方案4所涉及的空心电机，所述上侧加强板由具有导电性的材料构成，各线圈的一端与该上侧加强板连接，各线圈的另一端与设置在线圈支座下方的旋转轴周围的换向器连接。
本发明的技术方案5所涉及的空心电机，在固定在壳体内部的环状的线圈轭和其外周面与该线圈轭的内周面相对的环状的磁铁之间具备通电用的线圈，通过向该线圈通电，使线圈与旋转轴同时被旋转驱动，其中，所述线圈具有由与磁铁的上下面相对，平面形状形成圆弧状的绕线部分构成的平坦部，和由与磁铁的外周侧面相对的绕线部分构成的弯曲折回部，从构成这些绕线部分的导线的一端到另一端构成连续中空状，所述磁铁沿半径方向被四极磁化，在旋转轴周围具备有三个所述线圈，并且，固定在旋转轴周围的换向器采用六部分，对应于该换向器，两个电刷设置在互成90°的位置。
本发明的技术方案6所涉及的空心电机，在固定在壳体内部的环状的线圈轭和其外周面与该线圈轭的内周面相对的环状的磁铁之间具备通电用的线圈，通过向该线圈通电，使线圈与旋转轴同时被旋转驱动，其中，所述线圈具有由与磁铁的上下面相对，平面形状形成圆弧状的绕线部分构成的平坦部，和由与磁铁的外周侧面相对的绕线部分构成的弯曲折回部，从构成这些绕线部分的导线的一端到另一端构成连续中空状，所述磁铁沿直径方向被二极磁化，在旋转轴周围具备有三个所述线圈，并且，固定在旋转轴周围的换向器采用三部分，对应于该换向器，两个电刷设置在互成90°的位置。
本发明的技术方案7所涉及的空心电机，所述磁铁被固定在环状的磁铁支座的外周，并且在磁铁支座的上部具备有用于保持轴承的筒状部，该筒状部嵌入并固定于在壳体的顶板部中央形成的轮毂内，并且所述旋转轴借助于在筒状部内设置的轴承保持可以旋转。
本发明的技术方案8所涉及的空心电机，所述磁铁支座的下面侧形成凹陷部，要构成为使线圈支座的上部接近该凹陷部。
本发明的技术方案9所涉及的空心电机，所述线圈轭的内表面形成仿效所述线圈的外周侧面与上下表面的形状，并且由包围线圈的上半部分的上半部件与包围下半部分的下半部件粘着而构成。
本发明的技术方案10所涉及的空心电机，所述磁铁由把沿各自半径方向被磁化的四个圆弧状磁铁呈环状排列而构成。
图1是表示本发明涉及的电机的实施例的纵断面图。
图2是表示本发明涉及的电机的实施例的横断面图。
图3是线圈的透视图。
图4是表示第1实施例中换向器与电刷的关系的结构图。
图5是第1实施例中线圈的通电时序图。
图6是线圈轭的分解透视图。
图7是表示第2实施例中换向器与电刷的关系的结构图。
图8是第2实施例中线圈的通电时序图。
图9是由四个圆弧形状的磁铁构成磁铁时的磁铁的俯视图。
具体实施例方式
下面根据附图所表示的具体例对本发明涉及的空心电机的实施例进行说明。
壳体1形成下部开口的圆筒形状，在该壳体的顶板部1a中央具有上下开口的圆筒形状轮毂2，在该轮毂内，与旋转轴同心的环状的磁铁5嵌入到外周具备磁铁支座6的圆筒部6a，该磁铁支座的中央纵孔内容纳上下两列的轴承3、3，通过该轴承可旋转地支承旋转轴4。
前述各磁铁5沿半径方向例如被四极磁化的磁铁，磁铁5的上下表面和外周侧面与设置在前述壳体1的内周面的线圈轭7的内周面隔适宜的间隙而相对，在该间隙中设置与磁铁和线圈轭不接触的通电用线圈8、8。
如图3所示，上述各线圈8具有与前述磁铁5的上下表面相对的上下的平坦部8a、8b，与磁铁的外周侧面相对的弯曲折回部8c、8d，上述平坦部8a、8b的平面形状被构成为圆弧形状，从导线的一端8e到另一端8f缠绕形成连续中空形状，多个(图2是三个)线圈在前述磁铁的圆周方向并排设置，各自的平坦部的绕线部分与磁铁的上下表面相对，弯曲折回部的绕线部分与磁铁的外周侧面相对。
然而，上述各线圈8的内表面作成仿效磁铁5的上下表面与外周侧面的形状，因此线圈与磁铁互相符合的部分的距离是一定的。
此外，上述线圈8、8的下侧的平坦部8b被夹持于在固定于前述旋转轴4周围的大体是圆板形状的线圈支座9的下部形成的凸缘9a的下表面和下侧加强板10之间，更详细而言，下侧加强板10经由垫圈11安装在凸缘9a上，线圈的下侧平坦部8b嵌入下侧加强板与凸缘之间的间隙中，用粘合剂等固定。
此外，在线圈8、8安装于线圈支座时，通过使前述垫圈11与线圈边缘部抵接，可以校准线圈的位置，具有在电机的制作时可预期提高加工性的优点。
上述线圈支座9的上部，面对着在前述磁铁支座6的下面侧形成的凹陷部6b内，通过策划，可以减小电机的轴方向的高度(厚度)。
此外，圆环形状的上侧加强板15通过粘合被安装在线圈上侧的平坦部8a的上表面，该上侧加强板由具有导电性的金属板构成，如图4所示形成外围部的三个接线用的突起15a，各线圈的一端连接该突起，从而线圈之间可以电连接。
此外，上述接线用突起具有夹住线圈的导线的凹陷部，通过该凹陷部夹住导线可以容易焊接。
此外，在前述线圈支座9的中央部下方的旋转轴周围设置换向器12，该换向器与构成前述线圈的导线的两个端部中，没有与前述上侧加强板15连接的端部连接，可以与封堵壳体1的开口下部的，兼作电刷台的盖板13上的电刷14接触。
如图4所示，上述换向器12具有六段，相对的两个端子与同一个线圈的一端连通，前述电刷14设置在相对于该换向器的端子互相形成90°的位置，因此，两个电刷分别与换向器的六个端子中每两个端子导通。因此，对于三个线圈的通电时序图如图5所示。
此外，在图4、5中为了区别三个线圈，各线圈标注A、B、C，各线圈的各自导通端子标注a、b、c，表示端子与线圈的对应关系。此外，图4中的符号12a是使相对设置的端子彼此导通的导通电路，如图4中粗线所示，实际上由设置在换向器的接线板上的金属板或被覆导线构成。
然而，前述线圈轭7的平面形状是环状，内表面是从半径方向外侧开始包围磁铁5的外周侧面和上下表面，朝向该外周侧面和上下表面的凹面形状，如图6所示由上半部件7a和下半部件7b构成。
上述线圈轭7，上半部件7a和下半部件7b是通过对例如铁等磁性材料进行冲压加工而成形。此外，有时上半部件7a与壳体1由同一材料一体成形。
在上述构成的电机中，通过从电刷14与换向器12对线圈8、8通电，对于线圈产生轴周围的旋转驱动力，对作为输出轴的旋转轴4与线圈8、8和线圈支座9一起进行旋转驱动。
然而，在上述本发明的电机中，构成线圈的导线对于线圈的旋转方向大体呈直角，并且线圈8不仅包围磁铁5的外周侧面，也包围上表面和下表面，此外，线圈轭7不仅包围线圈的外周侧面，也包围上表面和下表面，所以，从磁铁辐射的磁通量几乎都导入线圈轭，对于担当电机输出的旋转轴4的旋转驱动转矩所消耗的驱动电力变小，因此，可以得到利用低电力可以驱动的能源效率极佳的电机。
下面，对组装上述实施例的电机时的工序进行说明。
首先，把下侧加强板10通过垫圈11安装在线圈支座9的凸缘9a上，把旋转轴4压入线圈支座9的中央纵孔并固定，把换向器12安装在旋转轴4上。
然后，在线圈支座9更上侧的旋转轴4的周围，按顺序嵌入并固定下侧的轴承3、磁铁支座6、和上侧的轴承3。此外，预先在磁铁支座6的周围安装的磁铁5。
然后，在前述凸缘9a与下侧加强板10之间嵌入线圈8、8的下侧平坦部8b，并由粘合剂固定，把上侧加强板15粘合固定在线圈的上侧平坦部8a上，构成各线圈的导线的一端连接在上侧加强板，另一端连接换向器的端子。
然后，把线圈轭7的上半部件7a安装在壳体1内部，把磁铁支座6的圆筒部6a嵌入并固定在壳体的圆筒状轮毂2内，再安装线圈轭7的下半部件7b，壳体的开口下部塞入兼作电刷台的盖板13，从而电机完成。
在上述第1实施例的电机中，磁铁5是被四极磁化的磁铁，也可以是沿直径方向被两极磁化的磁铁，经策划，与被四极磁化的磁铁相比某些转矩常量等的输出性能低下，而具有输出性能比以往规格程度相同的电机良好，并且磁铁的部件成本便宜的优点。
上述磁铁是被两极磁化的磁铁时，如图7所示，换向器16采用三段，两个电刷17、17设置为互相平行，通电时序图如图8所示。
研究上述构成的本发明的空心电机的被四极磁化(实施例1)与被二极磁化(实施例2)各自的特性，得到下表1的结果。
此外，下表1中，尺寸栏的φ表示壳体的直径，L表示壳体的高度。
如上表1所示，本发明涉及的第1实施例和第2实施例的电机任何一个的起动转矩、转矩常数优良，特别是最大效率高。
上述第1实施例采用沿半径方向被四极磁化的环状的磁铁5，如图9所示，有时由四个圆弧形状的磁铁18、18在圆周方向并列构成一个环状磁铁。
上述各圆弧状磁体18，沿各自半径方向被磁化，制造磁力强各向异性磁铁时，可以比制造环状的径向各向异性磁铁时降低制造成本。因此，具有可以缩减电机部件成本中磁铁的部件成本这一大的优点。
此外，一般称空心电机是高价的，是由于磁铁中必须使用磁力强的高价的部件，所述可以降低磁铁部件成本的优点，成为实现空心电机的低成本化的重要的一点。
如上述的实施例，本发明涉及的空心电机中，空心电机具备线向圈通电用的电刷，而上述第1实施例中电机的旋转控制的方法也可以应用于磁铁旋转型的无电刷电机。即，在具备有三个线圈和四极径向被磁化的磁铁的无电刷电机中，可以利用电子电路代替第1实施例的换向器与电刷，进行与如图5所示的通电时序图相同的通电控制，具体而言，利用沿磁铁的旋转轨道间隔60°或者120°设置的三个霍耳传感器来检测磁铁的旋转位置，根据来自霍耳传感器的信号进行通电控制。
本发明涉及的电机，由于线圈构成包围磁铁的外周侧面和上下表面的形状，所以来自磁铁的磁通量几乎都导入线圈轭，对于担当电机输出的旋转轴的旋转驱动转矩所消耗的驱动电力变小，因此，可以得到利用低电力可以驱动的能源效率良好的电机。
此外，上述线圈具有平面形状形成圆弧状的绕线部分，和与磁铁的外周侧面相对的绕线部分，由于从构成该绕线部分的导线的一端到另一端构成连续中空状，构成线圈的导线的大部分对于磁铁的圆周方向即线圈的旋转方向呈直角，因此，可以有效利用来自磁铁的磁通，从而得到能源效率良好的电机。
此外，由于线圈的上侧平坦部通过上侧加强板，下侧平坦部通过线圈支座的凸缘和下侧加强板，各自中央部被维持、固定，所以即使伴随线圈的旋转有离心力也能得到充分的强度，可以降低线圈在旋转时变形的危险，使电机的可靠性提高。
此外，由于前述线圈轭的内表面具有仿效线圈的外周侧面与上下表面的形状，所以来自磁铁的磁通有效地导入线圈轭，磁阻小从而几乎没有不均匀旋转，可以得到极平滑并且稳定的旋转输出。
此外，磁铁由圆弧状的磁铁构成，可以谦价地得到具有强磁力的磁铁，实现电机的低成本化。
权利要求
1.一种空心电机，在固定在壳体内部的环状的线圈轭和其外周面与该线圈轭的内周面相对的环状的磁铁之间具备通电用的线圈，通过向该线圈通电，使线圈与旋转轴同时被旋转驱动，其中，所述线圈具有由与磁铁的上下面相对，平面形状形成圆弧状的绕线部分构成的平坦部，和由与磁铁的外周侧面相对的绕线部分构成的弯曲折回部，从构成这些绕线部分的导线的一端到另一端构成连续中空状，此外，在固定于所述旋转轴周围的线圈支座的下部设置薄板状的凸缘，在该凸缘固定于各线圈的下侧的平坦部，多个线圈沿磁铁的圆周方向安装，并且，在各线圈的上侧的平坦部上安装薄板圆环状的上侧加强板。
2.根据权利要求1所述的空心电机，薄板圆环状的下侧加强板被安装在固定于所述线圈支座的凸缘下面的线圈的平坦部的更下面。
3.根据权利要求2所述的空心电机，在所述下侧加强板在与线圈支座的凸缘之间，通过与线圈的下侧平坦部的厚度同程度长度的垫圈与凸缘平行安装，线圈的下侧平坦部被嵌入并固定于由垫圈形成的凸缘与下侧加强板之间的间隙中。
4.根据权利要求1所述的空心电机，所述上侧加强板由具有导电性的材料构成，各线圈的一端与该上侧加强板连接，各线圈的另一端与设置在线圈支座下方的旋转轴周围的换向器连接。
5.一种空心电机，在固定在壳体内部的环状的线圈轭和其外周面与该线圈轭的内周面相对的环状的磁铁之间具备通电用的线圈，通过向该线圈通电，使线圈与旋转轴同时被旋转驱动，其中，所述线圈具有由与磁铁的上下面相对，平面形状形成圆弧状的绕线部分构成的平坦部，和由与磁铁的外周侧面相对的绕线部分构成的弯曲折回部，从构成这些绕线部分的导线的一端到另一端构成连续中空状，所述磁铁沿半径方向被四极磁化，在旋转轴周围具备有三个所述线圈，并且，固定在旋转轴周围的换向器采用六部分，对应于该换向器，两个电刷设置在互成90°的位置。
6.一种空心电机，在固定在壳体内部的环状的线圈轭和其外周面与该线圈轭的内周面相对的环状的磁铁之间具备通电用的线圈，通过向该线圈通电，使线圈与旋转轴同时被旋转驱动，其中，所述线圈具有由与磁铁的上下面相对，平面形状形成圆弧状的绕线部分构成的平坦部，和由与磁铁的外周侧面相对的绕线部分构成的弯曲折回部，从构成这些绕线部分的导线的一端到另一端构成连续中空状，所述磁铁沿直径方向被二极磁化，在旋转轴周围具备有三个所述线圈，并且，固定在旋转轴周围的换向器采用三部分，对应于该换向器，两个电刷设置在互成90°的位置。
7.根据权利要求1、5或者6所述的空心电机，所述磁铁被固定在环状的磁铁支座的外周，并且在磁铁支座的上部具备有用于保持轴承的筒状部，该筒状部嵌入并固定于在壳体的顶板部中央形成的轮毂内，并且所述旋转轴借助于在筒状部内设置的轴承保持可以旋转。
8.根据权利要求7所述的空心电机，所述磁铁支座的下表面侧形成凹陷部，要构成为使线圈支座的上部接近该凹陷部。
9.根据权利要求1、5或者6所述的空心电机，所述线圈轭的内表面形成仿效所述线圈的外周侧面与上下表面的形状，并且由包围线圈的上半部分的上半部件与包围下半部分的下半部件粘着而构成。
10.根据权利要求1、5或者6所述的空心电机，所述磁铁由把沿各自半径方向被磁化的四个圆弧状磁铁呈环状排列而构成。
全文摘要
本发明之目的是实现一种响应性、控制性良好，并且得到比供给线圈的驱动电力的大的旋转转矩，且强度大、容易装配并且能源效率高的小型空心电机。线圈8、8具有由与环状的磁铁5的上下表面相对，平面形状形成圆弧状的绕线部分构成的平坦部，和由与磁铁的外周侧面相对的绕线部分构成的弯曲折回部，构成该绕线部分的导线的一端到另一端构成连续中空状，线圈8、8的下侧平坦部被固定于在旋转轴4周围固定的线圈支座9的下部的薄板状的凸缘9a，沿多个线圈沿磁铁外周的圆周方向安装，并且把薄板圆环状的上侧加强板15安装在各线圈8、8的上侧平坦部上。
文档编号H02K1/18GK1520010SQ20031012091
公开日2004年8月11日 申请日期2003年12月16日 优先权日2002年12月17日
发明者浅场启介 申请人:株式会社阿萨巴