专利名称：微型电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于机电设备，如用于蜂窝式电话的微型振动器的一种微型电动机。相对于普通的绕组布置，所述微型电动机的定子绕组易于装配，且提供了更高的填充系数。此外，根据本发明的微型电动机的定子绕组提供了相对于转子简单和正确的绕组轴向和径向对准。本发明进一步涉及使用这种微型电动机的机电振动器。
背景技术：
以前的专利文献中已经提出了各种电动机的绕组布置。
GB903,285中提出的一种特别有意思的布置作为现有技术，，其中六个半绕组被连接成星型绕组布置，其中相应的半绕组对串联连接以形成三个完整的绕组。所述三个完整的绕组被布置成星型布置，每个完整绕组的一个导线端被连接到一个公共点，而其余三个导线端可从外部接近以被连接到电子控制电路。
GB903285中上述现有技术的绕组布置的缺点在于由于绕组的星型布置，两个完整的绕组，也就是说四个半绕组(例如a1、a2、b1和b2)在两个外部可接近的绕组端之间串联连接——参见GB903,285中图4。因此，单个绕组(a1和a2、b1和b2、或c1和c2)不能独立地被驱动。
本发明的目的在于提供一种微型电动机，所述微型电动机包括一具有大填充系数的绕组布置。根据本发明，所述绕组布置增加的填充系数自然增加了从微型电动机获取的有效力。
本发明的另一个目的在于提供一种微型电动机，所述微型电动机包括简化微型电动机机械装配的定子绕组布置。
本发明的又一个目的在于提供一种微型电动机，根据本发明，所述微型电动机包括一使微型电动机的运行能够有效和灵活控制的定子绕组布置。
发明内容
上述目的通过以下被实现第一方面，一种微型电动机，包括相对于一中心转子轴线基本上同心布置的定子和转子部件，其中转子部件包括一可旋转地安装的环形永久磁铁，所述磁铁被固定地布置到转子轴，且其中定子部件包括多个导电定子绕组，所述定子绕组具有各自的绕组连接对，以单独接收电驱动信号。
根据本发明的导电定子绕组布置的优点在于产生的旋转磁场的角向空间扩展覆盖了定子的大约2/3。通过所述旋转磁场的空间扩展，特定的启动顺序或启动步骤能完全被避免。
根据本发明的定子绕组的进一步的优点在于采用所述定子绕组布置的电动机能提供的力大约是普通绕组布置所能提供的力的两倍。相对于普通绕组布置所获得的力大约加倍的原因在于，根据本发明的绕组组件的填充系数基本上加倍。
根据本发明的微型电动机的进一步的优点在于对于每个定子绕组单独接收电驱动信号的绕组连接显著地增加了微型电动机的灵活性和可应用性。例如，提供给一给定的定子绕组的电驱动信号的极性可被改变而不影响到其它定子绕组的驱动信号。因此，根据本发明的微型电动机适用于可能需要快速改变操作模式的场合。
多个导电定子绕组可包括一第一定子绕组，所述第一定子绕组包括一第一对相互电连接的绕组，所述第一对线组包括第一和第二绕组，每个绕组包括沿轴向延伸的相对绕组部分和连接沿轴向延伸的相对绕组部分的相对桥接部分，其中所述第一绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分分别邻接第二绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分。
所述第一对相互电连接的绕组可包括适于电连接到一电子控制电路的绕组连接(winding connections)。
如上所述，所述第一定子绕组可包括沿轴向延伸的相对绕组部分。一沿轴向延伸的绕组部分应被理解成绕组的布置为基本上平行于中心转子轴线的部分。
所述第一和第二绕组可相互电连接，使得流入两个邻接的或相邻的沿轴向延伸的绕组部分中的电流产生基本上相同方向的磁场。以所述方式，通过使电流沿相同方向流过两个邻接的或相邻的沿轴向延伸的绕组部分可产生一个更强的磁场。这可通过串联电连接第一和第二绕组而实现。
在第一和第二绕组的邻接的或相邻的桥接部分之间可存在开口。这些开口可适于接收转子轴。
第二定子绕组可进一步包括一第二对相互电连接的绕组，所述第二对绕组包括第三和第四绕组，每个绕组包括沿轴向延伸的相对绕组部分和连接沿轴向延伸的相对绕组部分的相对桥接部分，其中所述第三绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分分别邻接第四绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分。
类似于第一对相互电连接的绕组，所述第二对相互电连接的绕组可包括适于电连接到一电子控制电路的绕组连接。
每个第一和第二对电连接绕组可形成一径向对称轴线，所述径向对称轴线的方向可由邻接的或相邻的桥接部分限定。所述第一对绕组的径向对称轴线的空间方向可不同于第二对绕组的径向对称轴线的方向。因此，两个径向对称轴线可具有不同方向，因为在径向对称轴线之间可设置30-150度的角度范围。优选地，在径向对称轴线之间的角度落入以下范围50-70度或80-100度。
所述第二对相互电连接绕组的桥接部分的内表面部分可邻接第一对相互电连接绕组的桥接部分的外表面部分。因此，第二对相互电连接绕组的桥接部分可位于第一对相互电连接绕组的桥接部分外侧。然而，第三和第四绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分可位于基本为圆形的虚拟路径上，第一和第二绕组同样也位于所述路径上。所述基本为圆形的虚拟路径的中心可与中心转子轴线相重叠。因此，在横截面视图中，第一和第二对绕组的绕组可形成一基本为圆形的结构。
和第一和第二绕组一样，所述第三和第四绕组可相互电连接，使得流入两个邻接的或相邻的沿轴向延伸的绕组部分中的电流产生基本上相同方向的磁场。这可通过串联电连接第三和第四绕组而实现。
同样，在第三和第四绕组的邻接的或相邻的桥接部分之间可存在开口。
一第三定子绕组可进一步包括一第三对相互电连接的绕组，所述第三对绕组包括第五和第六绕组，每个绕组包括沿轴向延伸的相对绕组部分和连接沿轴向延伸的相对绕组部分的相对桥接部分，其中所述第五绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分分别邻接第六绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分。
类似于第一和第二对相互电连接的绕组，所述第三对相互电连接的绕组可包括适于电连接到一电子控制电路的绕组连接。
第三对电连接绕组可形成一径向对称轴线，所述径向对称轴线的方向由第五和第六绕组的邻接的或相邻的桥接部分限定。所述第三对绕组的径向对称轴线的空间方向可不同于第二对绕组的径向对称轴线的方向。优选地，所述第一、第二和第三对绕组的径向对称轴线沿角向分开一个角度，所述角度在50-70度范围内，例如大约60度。因此，在所述优选实施例中，第一、第二和第三对绕组的径向对称轴线在每个轴线之间呈大约60度均匀分布。
显而易见，额外的绕组对可被添加到根据本发明的微型电动机的定子绕组布置中。因此，即使根据本发明的定子绕组布置已被公开具有多达分成三对绕组的六个单个绕组，所述单个绕组的数量可多于六个。
如前所述，根据本发明的微型电动机的定子绕组布置的优点在于单个绕组对可单独获取，由此采用所述微型电动机的机电设备的运行和控制将更加灵活。
根据本发明的微型电动机的定子绕组布置的优点还在于单个绕组对可被并联连接。因此，所述第一、第二和可选的第三对绕组可被并联连接。将所有的三个绕组对并联连接的优点在于启动时间变得非常短。甚至，通过将所有的三个绕组对并联连接，确定转子角度位置的位置确定布置可以省略。
第三对相互电连接绕组的桥接部分的内表面部分可邻接第二对相互电连接绕组的桥接部分的外表面部分。因此，第三对相互电连接绕组的桥接部分可位于第二对(或第一对)相互电连接绕组的桥接部分的外侧。然而，第五和第六绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分可以和第一、第二、第三和第四绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分在横截面视图中形成一基本为圆形的结构。
第五和第六绕组可相互电连接，使得流入两个邻接的或相邻的沿轴向延伸的绕组部分中的电流产生基本上相同方向的磁场。
同样，在第五和第六绕组的邻接的桥接部分之间可存在开口。这些开口可由包括曲线部分的桥接绕组部分提供。很显然，每个沿轴向延伸的绕组部分都可包括一线性部分。
所述微型电动机可进一步包括一电子控制电路，以产生和给多个导电定子绕组中的每个提供单独的电驱动信号。所述电子控制电路可包括一专用集成电路(ASIC)。除了驱动信号之外，所述电子控制电路还可产生使微型电动机转子保持静止的信号。所述信号可包括改变提供给一个或多个定子绕组的一个或多个驱动信号的极性。
所述微型电动机可进一步包括一可透磁的沿轴向延伸的外壳部分以及一前轴承和后轴承，所述轴承适于相对于所述可透磁的沿轴向延伸的外壳部分将转子轴布置在中心。所述可透磁的沿轴向延伸的外壳部分可采用基本为圆柱形的形状。
所述环形永久磁铁可通过位于转子轴和环形永久磁铁之间的可注塑材料而相对于中心轴被固定布置。
所述可注塑材料可形成环形永久磁铁外部的轴向对准元件，所述轴向对准元件被布置成邻接前轴承和后轴承的内表面，以确保环形永久磁铁相对于可透磁的沿轴向延伸的外壳部分正确地沿轴向对准。所述前轴承和后轴承可包括适于接收转子轴的贯穿开口，其中所述贯穿开口的内径尺寸近似匹配于转子轴的外径。近似匹配的含义在于转子轴应该自由旋转，但同时，所述前轴承和后轴承中的贯穿开口应该保证转子轴相对于可透磁的沿轴向延伸的外壳部分正确地定位。
所述前轴承和后轴承可以沿轴向方向呈圆柱形，以适应可透磁的沿轴向延伸的外壳部分的圆柱形内表面部分。所述可透磁的沿轴向延伸的外壳部分可进一步包括一基本为平面的外表面部分。所述前轴承和后轴承可包括贯穿的开口以确保电动机内部适当的通风和/或允许电导线连入/连出电动机内部。这些贯穿的开口可以沿前轴承和后轴承的轴向方向呈圆锥形。
第二方面，本发明涉及一种振动器，所述振动器包括一根据本发明第一方面的微型电动机。所述振动器可进一步包括以不对称方式固定布置到转子轴的重物。
本发明将参考附图予以描述，其中 图1示出了第一对定子绕组的布置， 图2示出了第二对定子绕组的布置， 图3示出了第三对定子绕组的布置， 图4示出了装配好的定子绕组布置， 图5示出了在电动机横截面上的磁通线， 图6示出了一对绕组如何相互电连接， 图7示出了轴承如何布置在圆柱形外壳元件中，和 图8示出了根据本发明的最终的振动器。
由于本发明可以进行各种修改和可替换形式，因此通过附图中的例子所示出的具体实施例在此将被详细描述。然而应该理解的是，本发明并不意味着限于此公开的具体形式。相反，本发明覆盖了落入了本发明如所附权利要求中所限定的精神和范围内的所有的修改、等效和替代。
具体实施例方式 在其最广方面，本发明涉及一种用于机电设备，如微型振动器、泵等的微型电动机。根据本发明的微型电动机的绕组布置包括单独可获取的定子绕组，所述定子绕组被布置成使得产生的旋转磁场在定子的大约2/3上延伸，从而显著地简化了采用根据本发明的微型电动机的振动器的运行，因为避免了特定的启动步骤或过程。
根据本发明的微型电动机被电耦合到一电子控制电路，所述电子控制电路适于产生和给多个定子绕组中的每一个提供单独的电驱动信号。所述电子控制电路典型地包括一专用集成电路(ASIC)，所述专用集成电路可集成到微型电动机内。
参考图1，示出了一转子轴1、一环形永久磁铁2和一固定元件3。所述固定元件3将所述环形永久磁铁2固定到转子轴1上。如图所示，所述环形永久磁铁2具有圆柱形形状，其磁极(未示出)布置于环形永久磁铁的径向上。所述环形永久磁铁为钕(N45H或等同物)磁铁。
通过将所述转子轴1定位于环形永久磁铁2的中心开口中，将所述环形永久磁铁2固定在转子轴1上，使得转子轴1在环形永久磁铁2的两侧具有自由的端部。所述自由端部的长度不一样，使得在环形永久磁铁2的相对两侧存在转子轴1的一个短端部和一个长端部。在振动器的情况下，所述转子轴1的长端部适于附着一重物，由此在其旋转时，由于其非对称安装地于转子轴1上而产生机械震动。当所述环形永久磁铁2和转子轴1正确地的相互对准时，所述固定元件3被注塑。合适的材料为天然E130i或其它易于注射的材料。
可选地，所述转子轴1的长端部可操作地连接到一齿轮传动装置，所述齿轮传动装置又可以操作地连接到另外的机电设备。
在图1中，图示了绕组4、5。每个绕组4、5包括一对沿轴向延伸的相对部分6、7和10、11，以及一对相对的桥接部分8、9和12、13，所述相对的桥接部分与沿轴向延伸的相对部分相互连接。所述桥接部分8、9和12、13是弯曲的，以使得当装配绕组4、5时在桥接部分8、9和12、13之间形成一开口。所述开口适于封装如图2图示的固定元件3。
绕组4、5可通过一线绕导线，如0.04mm的铜漆包线构成。每个绕组的匝数根据具体需要而不同。在微型振动器的情况下，所述环形永久磁铁2可以具有3.1mm的直径，和1mm(直径)的定位在中心的通孔。所述环形永久磁铁2的长度对于微型振动器可以为4.8mm。典型地，微型振动器的整体尺寸为直径4.5mm，长度大约9mm。
图2示出了绕组4、5如何安装于包括转子轴1、固定元件3和环形永久磁铁2的组件上并在绕组4、5的沿轴向延伸的部分和环形永久磁铁2之间留出气隙。如图所示，绕组4、5的沿轴向延伸的相对部分基本上平行于圆柱形环形永久磁铁2的弯曲外表面部分。所述绕组4、5的桥接部分基本上沿着环形永久磁铁2的平面端部部分。
图2还示出了第二对绕组14、15，每个绕组具有各自的沿轴向延伸的相对部分16、17和18、19。同样，每个绕组14、15包括各自的桥接部分20、21和22、23。所述绕组14、15的桥接部分20、21和22、23适于定位于绕组4、5的桥接部分的外部-如图3。在图2中，由绕组4、5的方向所限定的一对称轴线被示出为虚线。
如图3中所示，绕组14、15相对于绕组4、5偏移了大约60度的角度。绕组14、15的沿轴向延伸的相对部分和环形永久磁铁2形成一气隙。
图3还图示了绕组24、25，所述绕组24、25具有各自的沿轴向延伸的相对部分25、26和27、28，以及各自的桥接部分29、30和31、32。所述绕组24、25的桥接部分29、30和31、32适于位于绕组14、15的桥接部分的外部-如图4。如图4所示，绕组24、25相对于绕组14、15偏移了大约60度的角度。绕组24、25的沿轴向延伸的相对部分和环形永久磁铁2形成一气隙。图4还示出了一可透磁的外壳元件33，所述外壳元件适于如箭头所示地与装配好的定子绕组同心定位。所述外壳元件33优选地包括铁磁混合物。
所述圆柱形外壳元件33不仅仅封装并保护所述装配好的定子绕组，其还提供了如图5所示的磁通量回路，图5还图示环形永久磁铁2的磁化方向和微型电动机横截面上的相关的磁通线。除了提供必要的磁通量回路之外，所述圆柱形外壳元件33还确保了定子绕组的适当冷却，因为定子绕组邻接外壳元件33的内表面。
图6示出了绕组4、5如何相互连接。如箭头和虚线所示，绕组4的导线端34电连接到绕组5的导线端35。因此，绕组4、5响应提供给导线端36的驱动信号产生相同方向的磁场。绕组4和5中的电流方向被分别标注为I4和I5。导线端37连同导线端36被连接到电子控制电路。因此，根据本发明，两个定子绕组，即定子绕组4、5相互电连接以形成一定子绕组对。给所述的定子绕组对提供单独的和分离的驱动信号，所述驱动信号可不同于提供给其它定子绕组时的驱动信号。
图7示出了轴承38、39如何定位于圆柱形外壳元件33中。轴承38、39的边缘表面部分40、41呈圆柱形，以匹配外壳元件33的内表面形状，由此轴承38、39不需要添加另外的固定装置就能保持在外壳元件33内的适当位置上。位于中心的开口44、45适于接收转子轴1并相对于外壳元件33以固定的径向关系保持转子轴1。为确保如图7所示的振动器电动机的内部的适当通风以及电连入和连出电动机内部，在轴承38、39上提供贯穿开口42、43。所述贯穿开口42、43的弯曲内表面部分可以优选地呈圆锥形，以使得连入和连出振动器内部的电导线能与电动机保持固定关系。因此，所述贯穿开口42、43能当作拉力消除装置(pull relief)。
图8示出了根据本发明的一个方面的一个完整的振动器。如图所示，所述振动器包括了一微型电动机46，所述电动机包括一如前所述的绕组组件以及一附着于电动机46的转子轴的重物47。所述重物在原则上可采用任何形式，只要其质量分布相对于转子轴是非对称的。
权利要求
1、一种微型电动机，包括相对于一中心转子轴线基本上同心布置的定子和转子部件，其中转子部件包括一可旋转地安装的环形永久磁铁，所述磁铁被固定地布置到转子轴，且其中定子部件包括多个导电定子绕组，所述定子绕组具有各自的绕组连接对，以单独接收电驱动信号。
2、如权利要求1所述的微型电动机，其中，一第一定子绕组包括一第一对相互电连接的绕组，所述第一对绕组包括第一和第二绕组，每个绕组包括沿轴向延伸的相对绕组部分和连接沿轴向延伸的相对绕组部分的相对桥接部分，其中所述第一绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分分别邻接第二绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分。
3、如权利要求2所述的微型电动机，其中，第一和第二绕组相互电连接，使得流入邻接的沿轴向延伸的绕组部分中的电流产生基本上相同方向的磁场。
4、如权利要求2所述的微型电动机，其中，第一和第二绕组的邻接的桥接部分之间存在开口，所述开口适于接收转子轴。
5、如权利要求2所述的微型电动机，其中，一第二定子绕组包括一第二对相互电连接的绕组，所述第二对绕组包括第三和第四绕组，每个绕组包括沿轴向延伸的相对绕组部分和连接沿轴向延伸的相对绕组部分的相对桥接部分，其中所述第三绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分分别邻接第四绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分。
6、如权利要求5所述的微型电动机，其中，每个第一和第二对电连接绕组形成一径向对称轴线，所述径向对称轴线由邻接的桥接部分限定，其中所述第一对绕组的径向对称轴线的方向不同于第二对绕组的径向对称轴线的方向。
7、如权利要求5所述的微型电动机，其中，第二对相互电连接绕组的桥接部分的内表面部分邻接第一对相互电连接绕组的桥接部分的外表面部分。
8、如权利要求5所述的微型电动机，其中，第三和第四绕组相互电连接，使得流入第三和第四绕组的邻接的沿轴向延伸的绕组部分中的电流产生基本上相同方向的磁场。
9、如权利要求5所述的稠型电动机，其中，在第三和第四绕组的邻接的桥接部分之间存在开口。
10、如权利要求5所述的微型电动机，其中，一第三定子绕组包括一第三对相互电连接的绕组，所述第三对绕组包括第五和第六绕组，每个绕组包括沿轴向延伸的相对绕组部分和连接沿轴向延伸的相对绕组部分的相对桥接部分，其中所述第五绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分分别邻接第六绕组的沿轴向延伸的相对绕组部分。
11、如权利要求10所述的微型电动机，其中，第三对电连接绕组形成一径向对称轴线，所述径向对称轴线由第五和第六绕组的邻接的桥接部分限定，其中所述第三对绕组的径向对称轴线的方向不同于第二对绕组的径向对称轴线的方向。
12、如权利要求10所述的微型电动机，其中，所述第三对相互电连接绕组的桥接部分的内表面部分邻接第二对相互电连接绕组的桥接部分的外表面部分。
13、如权利要求10所述的微型电动机，其中，第五和第六绕组相互电连接，使得流入第五和第六绕组的邻接的沿轴向延伸的绕组部分中的电流产生基本上相同方向的磁场。
14、如权利要求10所述的微型电动机，其中，在第五和第六绕组的邻接的桥接部分之间存在开口。
15、如权利要求2所述的微型电动机，其中，每个桥接绕组部分包括一个曲线部分。
16、如权利要求2所述的微型电动机，其中，每个沿轴向延伸的绕组部分包括一个线性部分。
17、如权利要求1所述的微型电动机，进一步包括一个电子控制电路，以产生和给多个导电定子绕组中的每一个提供单独的电驱动信号。
18、如权利要求17所述的微型电动机，其中，所述电子控制电路包括一ASIC。
19、如权利要求1所述的微型电动机，进一步包括一可透磁的沿轴向延伸的外壳部分以及一前轴承和后轴承，所述轴承适于相对于所述可透磁的沿轴向延伸的外壳部分将转子轴布置在中心。
20、如权利要求19所述的微型电动机，其中，所述环形永久磁铁通过位于转子轴和环形永久磁铁之间的可注塑材料而相对于中心轴被固定布置。
21、如权利要求20所述的微型电动机，其中，所述可注塑材料形成环形永久磁铁外部的轴向对准元件，所述轴向对准元件被布置成邻接前轴承和后轴承的内表面，以确保环形永久磁铁相对于可透磁的沿轴向延伸的外壳部分正确地沿轴向对准。
22、如权利要求19所述的微型电动机，其中，所述前轴承和后轴承包括适于接收转子轴的贯穿开口，其中所述贯穿开口的内径尺寸近似匹配于转子轴的外径。
23、如权利要求19所述的微型电动机，其中，所述前轴承和后轴承的外表面部分呈圆柱形，以匹配可透磁的沿轴向延伸的外壳部分的圆柱形内表面部分。
24、如权利要求19所述的微型电动机，其中，所述可透磁的沿轴向延伸的外壳部分的外表面部分基本为平面。
25、如权利要求19所述的微型电动机，其中，所述前轴承和后轴承包括贯穿的圆锥形的通风开口。
26、一种包括一如权利要求1所述的微型电动机的振动器，所述振动器进一步包括以不对称方式固定布置到转子轴的重物。
全文摘要
本发明涉及一种微型电动机，所述微型电动机包括相对于一中心转子轴线基本上同心布置的定子和转子部件，其中转子部件包括一可旋转地安装的环形永久磁铁，所述磁铁被固定地布置到转子轴，且其中定子部件包括多个导电定子绕组，所述定子绕组具有各自的绕组连接对，以单独接收电驱动信号。本发明进一步涉及一种微型振动器，所述微型振动器应用根据本发明的微型电动机。
文档编号H02K7/065GK101102061SQ20071014214
公开日2008年1月9日 申请日期2007年5月15日 优先权日2006年5月15日
发明者K·汉森 申请人:桑尼奥霍森斯公司