专利名称：电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及为了从流动于电动机中的电流的波形检测其转速而能够产生足够大 的电动机电流脉冲的4极励磁以上的有电刷DC电动机。
背景技术：
现有技术中，作为不使用编码器、测速发电机(tachogenerator)等而检测有电刷 DC电动机的转速的装置，已知有从流动于电动机中的电流的波形检测其转速的装置(参照 专利文献1、2)。图9是专利文献1中记载的现有的脉冲检测电路，其用于检测随着电动机的旋转 而产生的旋转脉冲。该脉冲检测电路根据连接于电动机驱动器的接地侧的电流检测电阻R 而检测在电动机中流动的贯通电流，检测随着电动机的旋转而产生的贯通电流的脉冲。脉冲检测电路由脉冲放大电路和比较判定电路构成，该脉冲放大电路由微分电容 器C和反转放大电路OA构成。在该构成的脉冲检测电路中，当电动机正转或逆转时，随着 电动机的旋转而产生的电流脉冲流过电流检测电阻R。该脉冲经由微分电容器C和电阻Rl 而输入至运算放大器0A，被进行脉冲放大。这时，如图10的上段所示，在运算放大器OA的 输出，能够得到与在电流检测电阻R出现的脉冲电压的时间微分成比例的输出电压。由两 个电阻R2、R3构成的分压器将电源电压Vcc分压为1/2，供给至运算放大器OA的非反转输 入。由于电源电压Vcc的2/3(电阻R5和R6的分压比)的电压作为阈值而输入至比较器 Comp的反转输入，所以在输入的脉冲信号的电压超过阈值时，比较器Comp输出如图10的下 段所示的脉冲。这样，图示的电路能够根据在电流检测电阻R处出现的脉冲电压的时间微 分而得到与电动机转速成比例的脉冲数。但是，在电动机电流周期性地平滑地变化时，不能 作为脉冲而进行检测。尤其是，在4极励磁以上的电动机中，难以从流动于电流检测电阻中 的电流可靠地检测充分地超过阈值的脉冲。图11是专利文献3中公开的基于现有技术的电动机的截面图。励磁磁体由通过 延长磁体的圆弧长而增大磁通密度的N极的第1磁体和S极的第2磁体以及通过缩短圆弧 长而减小磁通密度的N极的第3磁体和S极的第4磁体构成。磁通密度大的磁体和磁通密 度小的磁体都使用N极和S极的1对作为单位，从而在磁通密度大的N极的第1磁体和S 极的第2磁体之间形成吸引方向T。各磁体配置成磁体的圆弧面的磁中心相对于旋转轴的 中心而构成均等的开口角度。这样，图示的励磁磁体按照改变与电枢铁心的外周面相对的面的大小，在磁力间 产生差别的方式构成，向一方的磁体侧牵引电枢铁心，将与该电枢铁心一体的轴向轴承的 一方侧牵引，即使在轴和轴承之间存在规定的间隙，也能够防止轴晃动并降低噪音。但是， 如果仅在各磁体间对磁通密度设置差别，则不能产生上述专利文献1所记载的脉冲检测电 路进行检测所需的足够大的脉冲电压。专利文献1 日本特开2004-297861号公报专利文献2 日本特开平9-222433号公报
专利文献3 日本特开2007-104875号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种4极励磁以上的有电刷DC电动机，该有电刷DC电动 机不使用用于检测电动机转速的特别的装置，就能够产生从流动于电动机中的电流的波形 检测出转速所需的足够大的电动机电流脉冲。另外，本发明的目的在于，为了防止产生旋转不稳且振动变大的现象，不偏移相对 的磁极的中心而错开电刷的切换时机，从而产生电流波形的落差，并将该电流波形的落差 用于旋转检测。本发明的有电刷DC电动机，具有磁体，作为4极以上的多极励磁磁极而安装在 电动机壳体的内周面；转子，在被可旋转地支撑的轴上具备转子磁极结构和换向器而构成； 以及电刷，接触于该换向器。磁极的N极和S极沿周向交替，N极彼此和S极彼此以180° 的间隔相对。N极和S极的磁极的磁化中心分别配置在从配置于两侧的另一极性的两个磁 极各自的磁化中心间的中央位置偏移的位置。从位于等间隔处的形状中心线偏移而配置各磁极的磁化中心，所述电刷未配置在 各磁极的磁化中心线上。并且，沿着该形状中心线而配置电刷。邻接的两个磁极的磁化中 心位于从形状中心线分别沿相互接近的方向或相互分离的方向偏移相等的偏移角度α的位置。在磁极数是4极的情况下，假设邻接的磁极的磁化中心间的间距角度为间距角度 1和间距角度2，并且，假设小的一方为间距角度1，间距角度1 <间距角度2，间距角度1+ 间距角度2 = 180°，而且，间距角度1处于75° 85°的范围。在各磁极的磁化中心，表 面磁通密度最大，而且，按照最大表面磁通密度在磁极间实质上相等的方式磁化各磁极。磁体由磁体材料一体地整体地形成为环状。该环状磁体整体为正方形，内径比转 子外径稍大，另一方面，外形为在侧面部壁薄而在角部壁厚的厚度不等的形状，磁体的磁极 是沿径向磁化且极性沿周向交替的4极。各磁极磁体的形状不是以磁极的磁化中心线为中 心，而是以形状中心线为中心而形成为左右对称。根据本发明，在4极励磁以上的有电刷DC电动机中，作为相对的磁极的中心不偏 移的结果，不增加机械噪音和振动，错开电刷的切换时机，从而不附加特别的检测装置就能 够得到可进行简易的旋转检测的电流波形。
图1是显示将本发明具体化的4边形外形的小型电动机的构成的一部分纵截面 图。图2是在去除了图1所示的电动机的箱盖的状态下从换向器侧观察时的侧面图。图3㈧和⑶分别是电动机箱和磁体的单独的侧面图。图4是说明磁体的磁化的图。图5是说明将磁体的磁化应用于能够在圆形外形的电动机中使用的截面圆筒形 的磁体的示例的图。图6是说明8极磁体的磁化的图。
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图7(A)是示意性地显示电刷配置的图，(B)是从换向器侧观察转子时的侧面图。图8是显示当磁极间的间距角度从90°变化到75°时，在电动机中流动的电流的 波形的图。图9是专利文献1中记载的现有的脉冲检测电路，其用于检测随着电动机的旋转 而产生的旋转脉冲。图10是表示图9的脉冲检测电路的输出的图。图11是专利文献3中公开的基于现有技术的电动机的截面图。
具体实施例方式下面，基于示例，说明本发明。图1是显示将本发明具体化的4边形外形的小型电 动机的构成的一部分纵截面图。图2是在去除了图1所示的电动机的箱盖的状态下从换向 器侧观察时的侧面图。下面，说明具有4极励磁的磁体和6极的转子磁极且为4边形(正 方形)外形的小型电动机，但是，本发明能够适用于具有4极以上的励磁极和3极以上的转 子磁极的小型电动机，另外，其形状也能够是圆形外形等的其他外形。如图所示，在利用金属材料冲压加工成有底中空筒状的电动机箱的内周面安装有 作为励磁极的磁体。具有大致一定板厚的金属制电动机箱的4边形侧面形成磁轭，该磁轭 成为磁体的磁路。由该电动机箱和嵌接在该开口部的箱盖构成电动机壳体。箱盖的中央部 和分别设置在电动机箱的底部中央的轴承支撑转子的轴。在轴上构成的转子具备由磁极铁 芯和卷绕在该磁极铁芯上的绕线构成的转子磁极结构。换向器固定在轴上，在其端部具备 消去火花用的变阻器。与该换向器接触的一对(或两对)电刷经由电刷臂而被箱盖支撑， 并且，经由与电刷臂连接的一对外部端子而从外部被供给电源。另夕卜，图3㈧和⑶分别是电动机箱和磁体的单独的侧面图。磁体外形形状与电 动机箱的内周面形状大致同等，通过压入或粘接而安装到其内侧。形成磁轭的电动机箱侧 面的形状为连续地结合与4极的励磁极同等数量的4边的平坦的侧面部(平坦面)和位于 该4边的侧面部之间的角部的同等数量的4个角部。角部是在其内面侧支撑并固定磁体的 部分，为圆弧形状。磁体的磁极是沿径向磁化的4极，并沿周向交替地成为S和N。这里示范的磁体 由磁体材料一体地整体地形成为环状。该环状磁体的内径比转子外径稍大，另一方面，该环 状磁体的外形为在侧面部壁薄、在角部壁厚的厚度不等的形状。这样，磁体形成为厚度不等 的形状，于是，磁体的磁通量在侧面部越是从磁体角部的周向中心(图中的形状中心线)向 周向离开，越是平滑地减少，能够实现齿槽转矩的降低。而且，图3(B)所示的磁体，将各磁 体的周向磁极中心(各磁极的顶点)从相互正交的两根形状中心线(其间的角度为90° ) 偏移而配置。在正方形外形的电动机中，形状中心线是如图所示地通过电动机中心且通过 角部的周向中心的线，沿着该形状中心线而配置有电刷。图4是说明磁体的磁化的图。如图所示，磁极沿周向交替地在径向上磁化N极和 S极。N极彼此和S极彼此以180°的间隔相对。而且，如图所示，S极不是位于N极和N极 的周向的中央位置，而是位于从中央位置偏移的位置(间距角度1<间距角度2)。同样地， N极位于从S极和S极的周向的中央位置偏移的位置。此外，各磁极的磁化中心(center) 意味着表面磁通密度最大的位置。于是，按照最大表面磁通密度在全部的磁极间实质上相等的方式磁化各磁极。如图所示，邻接的两个磁极的磁化中心位于从相互正交的两根形状中心线分别沿 相互接近的方向或相互分离的方向偏移相等的偏移角度α的位置。如图所示，对4个磁体 分别赋予Ml Μ4的名称。在磁体Ml和Μ4及磁体Μ2和Μ3之间，磁化中心按照更加接近 的方式分别从形状中心线仅偏移相同的偏移角度α而被磁化。结果，磁体Ml和Μ4之间的 中心及磁体Μ2和Μ3之间的中心(在邻接的磁极间其极性反转的磁极切换位置)与位于形 状中心线之上的电刷的切换间隔的中心一致。因此，在磁体Ml和Μ2之间及磁体Μ3和Μ4之间，磁化中心按照更加分离的方式分 别从形状中心线仅偏移相同的偏移角度α。于是，磁体Ml和Μ2之间的中心及磁体Μ3和 Μ4之间的中心(磁极切换位置)同样地与电刷的切换间隔的中心一致。邻接的磁极(N极和S极)的磁化中心间的间距角度为间距角度1和间距角度2。 本发明中，间距角度1和间距角度2不同，将小的一方称为间距角度1 (间距角度1 <间距 角度2)。夹着轴中心而相对的间距角度彼此相等，另外，间距角度1+间距角度2 = 180°。 换言之，在从相互正交的两根形状中心线分别仅偏移相等的偏移角度α的位置，具有N极 或S极(的磁化中心)。即，2 X α +间距角度1 =间距角度2-2 X α =90°。如后所述，间 距角度1优选为位于75° 85°的范围的角度。这样，本发明的磁极的特征在于，使磁化中心位置偏移。能够以该偏移的磁化中心 位置为中心而沿周向左右对称地形成磁体，但是，在示范的正方形外形的电动机的情况下， 在形状方面，优选使各磁体为相等的形状，并以等间隔配置。该情况下，各磁极磁体不是以 磁极的磁化中心线为中心，而是以形状中心线为中心，形成为左右对称。在正方形外形的电 动机中，在形状方面，按照磁轭的相对的角部彼此的中心、侧面部彼此的中心与电动机轴中 心一致，磁体的角部外径中心、内径中心与电动机中心一致的方式，使各部中心与电动机轴 中心(因此，为轴承中心)一致，由此，电动机的组装变容易。作为磁体材质，能够使用铁氧体磁体、钕磁体、塑料磁体等一直以来使用的任意材 质。这样的磁体，虽然能够使用磁场产生装置而将磁体单体磁化为4极，然后固定于电动机 箱，但是，优选在固定于电动机箱后进行磁化。即，将磁性材料一体成形为环状，固定于电动 机箱，然后，使用磁场产生装置从电动机箱外部、或者固定电动机箱的磁性材料的内侧磁化 为4极的磁体。图5是说明将磁体的磁化应用于能够在圆形外形的电动机中使用的截面圆筒形 的磁体的示例的图。能够与图4所示的情况相同地进行截面圆筒形磁体的磁化，所以省略 其详细说明。图6是说明8极磁体的磁化的图。能够与上述4极磁体相同地对8极磁体进行磁 化。如图所示，与4极磁体相同，磁极沿周向交替地在径向上磁化N极和S极，并且，N极彼 此和S极彼此以180°的间隔相对。但是，在8极磁体中，在以180°的间隔相对的N极彼 此(或S极彼此)的中央，另一对的N极彼此(或S极彼此)以180°的间隔相对。换言 之，沿周向以等间隔配置有4个N极(或S极)。对于N极和S极的关系而言，与上述4极磁体相同，S极不是位于邻接的N极和N 极的中央位置，而是位于从中央位置偏移的位置(间距角度1 <间距角度2)。同样地，N极 位于从S极和S极的中央位置偏移的位置。因此，邻接的两个磁极的磁化中心位于从形状
6中心线分别沿相互接近的方向或相互分离的方向偏移相等的偏移角度α的位置。对于截 面圆筒形的8极磁体而言，形状中心线是通过中心并以45°的等间隔分割圆周的线，例如， 沿着该形状中心线中的邻接的两根而配置一对电刷。下面，参照图7，以4极励磁的磁体和6极的转子磁极为例，说明向绕线供给的电 流。图7(A)是示意性地显示电刷配置的图，(B)是从换向器侧观察转子时的侧面图。此外， 参照图7而在以下说明的转子构成和电刷配置本身能够采用一直以来所知的通常的构成。 一对电刷(也能够使用两对电刷)以90°的间隔而与形状中心线一致，配置在定子侧。在 转子侧配置有6个换向器片1-6，在其相互之间设置有缝隙。另外，用带圈的数字1-6表示 6个转子磁极铁芯。在典型的情况下，换向器片之间的缝隙位于磁极铁芯的臂的中心位置(磁极铁芯 的周向中心位置)。在典型的情况下，绕线从换向器片1开始，按照磁极铁芯4、磁极铁芯1、 换向器片2、换向器片5、磁极铁芯5、磁极铁芯2、换向器片3、换向器片6、磁极铁芯6、磁极 铁芯3、换向器片4以及最初的换向器片1的顺序卷绕在各磁极铁芯上并连接于各换向器 片。图8是显示当4极磁极的磁极间的间距角度从90°变化到75°时，在电动机中流 动的电流的波形的图。图8表示实际制作电动机并通过实测而得到的结果。图中的(a)显 示了偏移角度α = 0，等间隔的间距角度(间距角度1 =间距角度2)的情况(现有技术)。 图8(b) (d)分别显示了将图4或图5所示的间距角度1(小的一方的间距角度)变化为 85°、80°、75°的各自的情况下的电流波形。在图8(a)中，各区间的边界是电刷的切换位置，同时也是磁体磁极的切换位置。 在各区间的中央，各磁极的表面磁通密度和逆起电压为最大。与区间1、区间2、区间1、区间 2、…连续的各区间分别表示从电刷开始接触一个换向器片到离开该换向器片。对电动机 绕线施加一定值的电源电压和逆起电压的电压差。对于电动机电流而言，由于在电刷开始 接触1个换向器片时，逆起电压低，所以实质上对电动机绕线施加大的电压。但是，由于电 动机绕线具有电感，所以电流以规定的时间常数上升。上升后的电流与电源电压和逆起电 压的电压差成比例地流动。在图8(a)中，在各区间的中央，逆起电压为最大，另外，各在区间的终点附近，逆 起电压变小，所以电流增加。于是，电刷接触于邻接的下一个换向器片。这样，如前所述，在 电刷从1个换向器片切换到邻接的换向器片时，接连于1个区间处的电流断开的下一区间 处的电流接通时的电流级差由脉冲检测部检测出，并产生脉冲输出，但是，不能产生能够进 行电动机控制所需的足够大的脉冲输出。尤其是，随着经过电刷的使用时间，在电刷磨损 时，对于换向器片，不再是点接触，而是成为面接触，所以电动机电流的级差变得越来越小。下面，说明图8(b) (d)所示的85° 75°的间距角度的情况。这里的区间1对 应于图4或图5所示的间距角度1。在区间1的终点处，在磁极极性切换时产生小的电流级 差。但是，在区间2开始后，电刷立即从1个换向器片切换到邻接的换向器片，然而，这时不 产生能够检测到的程度的电流级差。接着，在对应于间距角度2的区间2的终点附近，逆起 电压变小，所以电流增加，并且，在电流变得足够大后，电刷接触于邻接的下一个换向器片。 这时，电流级差变得足够大。该电流级差由脉冲检测部检测出，产生脉冲输出，进行电动机 控制。但是，本发明检测出的脉冲数相当于每隔一个换向器片之间的缝隙处的电流切换，为通常的90°的间距角度的情况(图8(a))的一半的脉冲数。如图8所示，间距角度1 (参照图4或图5)越小，电动机电流级差越大，能够可靠 地产生脉冲输出，但是，该电流级差没有必要增大到能够由脉冲检测部检测的值以上。不必 要的大的电流级差产生电动机振动和噪音。因此，优选电流级差为能够由脉冲检测部可靠 地检测且用不着没有必要地增大的75° 85°的间距角度1的范围。如上所述，虽然本公开仅将几个实施方式作为示例而详细地进行了说明，但是，在 实质上不脱离本发明的新颖的启示和有利效果的情况下，能够对其实施方式做出多种变更 例。
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权利要求
一种有电刷DC电动机，具有磁体，作为4极以上的多极励磁磁极而安装在电动机壳体的内周面；转子，在被可旋转地支撑的轴上具备转子磁极结构和换向器而构成；以及电刷，接触于该换向器，其中，所述磁极的N极和S极沿周向交替，N极和S极的磁极的磁化中心分别配置在从配置于两侧的另一极性的两个磁极各自的磁化中心间的中央位置偏移的位置。
2.根据权利要求1所述的有电刷DC电动机，其特征在于， 所述电刷从磁极的磁化中心偏移而配置。
3.根据权利要求2所述的有电刷DC电动机，其特征在于， 从位于等间隔处的形状中心线偏移而配置各磁极的磁化中心。
4.根据权利要求3所述的有电刷DC电动机，其特征在于， 沿着位于等间隔处的形状中心线而配置电刷。
5.根据权利要求4所述的有电刷DC电动机，其特征在于，邻接的两个磁极的磁化中心位于从所述形状中心线分别沿相互接近的方向或相互分 离的方向偏移相等的偏移角度α的位置。
6.根据权利要求5所述的有电刷DC电动机，其特征在于，所述磁极的数量是4极，假设邻接的磁极的磁化中心间的间距角度为间距角度1和间 距角度2，并且，假设小的一方为间距角度1， 间距角度1 <间距角度2， 间距角度1+间距角度2 = 180°，而且， 间距角度1处于75° 85°的范围。
7.根据权利要求6所述的有电刷DC电动机，其特征在于，在各磁极的磁化中心，表面磁通密度最大，而且，按照最大表面磁通密度在全部的磁极 间实质上相等的方式磁化各磁极。
8.根据权利要求7所述的有电刷DC电动机，其特征在于， 所述磁体由磁体材料一体地整体地形成为环状。
9.根据权利要求8所述的有电刷DC电动机，其特征在于，所述环状磁体整体为正方形，内径比转子外径稍大，另一方面，外形为在侧面部壁薄而 在角部壁厚的厚度不等的形状，磁体的磁极是沿径向磁化且极性沿周向交替的4极。
10.根据权利要求9所述的有电刷DC电动机，其特征在于， 各磁极磁体的形状以形状中心线为中心而形成为左右对称。
全文摘要
磁极的N极和S极沿周向交替，N极彼此和S极彼此以180的间隔相对。N极和S极的磁极的磁化中心分别配置在从配置于两侧的另一极性的两个磁极各自的磁化中心间的中央位置偏移的位置。从形状中心线偏移而配置各磁极的磁化中心，并且，沿着该形状中心线而配置电刷。邻接的两个磁极的磁化中心位于从形状中心线分别沿相互接近的方向或相互分离的方向偏移相等的偏移角度α的位置。
文档编号H02K23/00GK101911447SQ20088012362
公开日2010年12月8日 申请日期2008年10月17日 优先权日2007年12月25日
发明者植西英史, 真弓英二 申请人:马渊马达株式会社