CN1017390B - 扁平型无刷直流电动机的结构 - Google Patents

Abstract

公开了一种可用于电子静物摄影机驱动部分的扁平型直流电动机，这种电动机既可避免转子轴转动时振动，又可以降低生产成本。在扁平型直流电动机中，定子和转子之间的磁场不对称，因而转子对定子的磁吸力也相应变得不对称。此不对称吸力促使转子轴始终在定子轴承的径向方向上受到推力，从而消除了轴沿径向在转子轴与定子转承之间间隙中的窜动，使转子转动时不振动。

Description

本发明涉及电子静物摄影机磁盘驱动部分用的扁平型无刷直流电动机的一种结构。

薄扁平型无刷直流（主轴）电动机通常是用于电子静物摄影机的磁盘驱动部分的。

无刷直流电动机通常包括一转子和可转动地支撑着该转子的定子。

转子包括一转子磁轭、一转动轴、一圆形夹紧磁铁和一盘状圆形转子磁铁。转子磁轭基本上呈盘形，转动轴向下突出转子磁轭中心外，圆形夹紧磁铁沿一圆形肋条内周边表面固定，整体朝上突出转子磁轭的上表面，转子磁铁则通过一圆盘形辅助磁轭固定在转子磁轭的下表面。

定子包括一盘状定子磁轭、一轴套和一软质印制电路板。轴套有一支撑和固定在定子磁轭的中心部分的含油圆柱形金属轴承，用以可转动地支撑转子轴和一个盘状止推轴承;软质印制电路板有一个片状六相线圈，以轴套为中心径向配置，与转子磁铁间隔预定间隙并固定在定子磁轭面对转子磁铁的一个侧面上。

电流流入定子磁轭的片状线圈使片状线圈磁化时，线圈被吸向转子磁铁的磁极，从而产生旋转力。

于是转子以转动轴为中心在预定的方向上转动。电子静物摄影机的磁盘与转子一起转动，同时被吸到夹紧磁铁上。

用于电子静物摄影机磁盘驱动部分的无刷电动机中，定子轴承采用了廉价的含油圆柱形金属轴承来代替昂贵的滚珠轴承。在这种情况下，由于轴承与转子转动轴的膨胀系数不同（温度响应特性不同）因而需要 在转动轴与金属轴承之间留有适当的间隙，所以除非始终有侧向力作用于轴上，否则轴免不了会在间隙内振动。当该间隙的大小，如上面谈过的那样，因轴和轴承都有摩擦力以致随着时间的推移而增大时，可能容易使轴在间隙内产生使转动轴线的对中情况不合乎特性地变化的非周期性振动或周期性振动。

因此，如果采用轴能发生振动的无刷电动机旋转驱动电子静物摄影机磁道宽度窄的高密度磁盘，则在磁盘的记录过程中会产生故障。

美国专利USP4，135，119公开了一种有限转角电机，这种电机利用偏磁磁路的不平衡，在转子上连续不断地产生径向合力，使得转子在其响应于驱动系统而运转的有限转角范围内保持适当限定的径向位置，从而加强转子在其支承轴承内的径向位置的稳定性。由于这种电机具有一种专门用于偏转、扫描、间断或切断光束、离子束、电子束或其它相似的低质量流的型式，因此这种电动机的结构是与偏平型无刷直流电动机的结构显著不同的。

日本实用新型申请实公昭51-40834（一九七六年十月五日）举例说明了一种能防止轴沿转子的推力方向振动的无刷电动机。

在上述日本实用新型申请公报中所例举的主轴电动机中，在轴与磁铁之间另外安装了一个磁铁，因而借助于该磁铁的磁吸力始终在转子轴上沿横向作用有所谓侧向力，结果将轴吸向轴承的特定一侧，从而防止轴周期性和/或非周期性的振动。

但由于需要加装辅助磁铁，因而电动机中待装配部件的数目增加了，工时（劳力）费增加了，结构也变得复杂了，从而提高制造成本。此外，在主轴电动机中也没有那么大的空间足以容纳强力永久磁铁，能始终给主轴电动机的轴施加大得足以驱动在结构上仍能满足极扁而薄的要求的电子静物摄影机中磁盘的侧向压力。

因此本发明的一个目的是提供扁平型无刷直流电动机的一种结构， 这种结构可防止轴基准线方向上的振动，而制造成本又可以较低。

上述目的可通过提供这样一种无刷直流电动机予以实现，该无刷直流电动机包括一定子、一金属轴承和一转子;定子有一定子磁轭，定子磁轭上嵌有多个定子绕组，金属轴承刚性地连接在定子磁轭上，转子具有一个固定在转子轴上的圆形磁铁，转子轴则由金属轴承可转动地支撑着;其中，定子磁轭系设计得在磁性上不对称，从而使轴在金属轴承上施加一横向力。

上述目的可通过提供这样一种结构的直流电动机予以实现，该直流电动机包括：（a）一转子，转子轴上固定有一圆形磁铁;（b）一刚性连接到定子磁轭上的轴承;（c）一定子，具有一定子磁轭，定子磁轭上嵌有多个定子绕组;和（d）形成磁性不对称的装置，它设在定子磁轭上，或由定子磁轭提供，用以产生磁性不对称，使转子轴在横向上受到磁推力。

结合附图阅读下列说明即可更全面了解本发明的内容，各附图中同样的编号表示相应的各元件，附图中：

图1是本发明无刷电动机第一个最佳实施例的剖视图;

图2是无刷电动机沿图1中的Ⅱ-Ⅱ线截取的横向剖视图;

图3是本发明第二个最佳实施例的无刷电动机的剖视图;

图4是本发明第三个最佳实施例的无刷电动机的剖视图;

图5和图6是轴套的放大剖视图，表示止推轴承的其它一些改型;

图7是本发明第四个最佳实施例的无刷电动机的剖视图;

图8是本发明第五个最佳实施例的无刷电动机的剖视图;

图9是无刷电动机沿图8Ⅹ-Ⅹ线截取的横向剖视图。

为便于理解本发明的内容，今后都请参看附图。

图1和图2是本发明可应用于电子静物摄影机的磁盘驱动部分的无刷直流电动机的第一个最佳实施例的示意图。

图1中，总编号为1的无刷电动机包括一转子2、一转子磁轭4、 一转轴5、一辅助磁轭7和盘状圆形转子磁铁8。转子磁轭4呈圆盘形。轴5在图1中从转子磁轭4的中心朝下垂直伸出。转子磁铁8通过圆盘形辅助磁轭7固定到转子磁轭4的下表面。电动机1中还设有定子3。定子3包括一盘形定子磁轭10、一轴套13和一软质印制电路板15，轴套13撑住定子磁轭10的中心部分，且具有一含油的金属轴承11，可转动地支撑着转子2的轴5，印制电路板15则具有一片状六相线圈14，以轴套为中心径向地配置，并固定在定子磁轭10面对转子磁铁8的一个侧向表面上。

应该指出，第一个最佳实施例中的转子磁铁系在其N，S磁极交替配置的情况下磁化的。在定子磁轭10上形成有一对阶梯形部分10a、10a，以便突出和弯向软质印制电路板15，如图1和图2所示。为防止电动机1发生齿槽效应，图1和图2中所示的成对阶梯形部分10a、10a的上表面系制成这样：它们的中心径向偏离轴，彼此相差90度电角度的θ角。

此外，除成对阶梯形部分10a、10a和软质印刷电路板以外，定子磁轭10的其它部件都借助于片状的胶粘层16交替固定一起。

因此从图中看，转子磁铁8左侧与定子磁轭10之间的间隙A要比转子磁铁8右侧与定子磁轭10之间的另一间隙G大一个阶梯形部分10a的折叠高度。从图1可以看出，间隙A和G在右侧和左侧方向上是不对称的，因而磁吸力不平衡。

在第一个最佳实施例中，由于定子3的定子磁轭10上的成对阶梯形部分10a朝片状线圈14突出，因而当转子2转动时，转子2的转子磁铁8相对于定子磁轭10的磁吸力不平衡。由于转子磁铁8总是被吸向定子磁轭10的阶梯形部分10a，因而整个转子2的轴所受到的吸力的方向如图1的箭头所示（定子3的轴承11的径向方向），从而转子轴是在侧向力的作用下转动的。

因此，由于无刷电动机1的转子2的轴5上总是作用有侧向力，因而消除了转子2在转动过程中因轴5与轴承11之间的间隙在轴5的径向方向上存在的窜动而产生的振动。

如上所述，由于成对阶梯形部分10a、10a突向转子磁铁8，因而无需辅助吸引磁铁，这样，就可以减少部件的数目和工时（劳力）费，简化主轴电动机的结构，从而降低生产成本。

应该指出的是，可根据定子磁轭10阶梯形部分10a弯曲部分的高度和面积调节侧向力的大小。

图3是第二个最佳实施例的无刷电动机1B的示意图。无刷电动机1B的定子3，其轴套设有一个盘形的定子磁轭10B，定子磁轭10B与轴承11的轴倾斜成一个角度θ。定子磁轭10B的倾斜促使转子2的转子磁铁8的左侧（如图中所看到的那样）和定子磁轭10B之间的间隙A与转子磁铁8的右侧和定子磁轭10B之间的间隙G（如图中所看到的那样）在电动机1B的水平方向上变得不对称，且间隙G变得更窄。因此（在所谓侧向力的作用下）转子2的整根轴5沿箭头所示的方向受到吸引，因而转子2和第一个最佳实施例一样可以在轴向上无振动的情况下转动。

图4是第三个最佳实施例的无刷电动机1C的示意图。

无刷电动机1C转子2的轴5可转动地支撑在定子3的轴套13C的轴承11上，与图4所示的轴向方向倾斜成一个角度θ。轴5的倾斜促使转子2的转子磁铁8的左侧和定子磁轭10之间的间隙A与转子磁铁8图中右侧和定子磁轭10之间的间隙G变得不相等，且右侧间隙变得更窄。因此，整根轴5（在所谓侧向力的作用下）在图中所示的箭头方向上受到吸引，从而使转子2可与其它各最佳实施例中一样，转动时在与转动轴成一直线的方向上不振动。

图5和图6是止推轴承12改型的示意图。

就是说，图5显示了三角形截面的止推轴承17。图6显示了盘形止 推轴承19，止推轴承19的倾斜角可借助图6所示的调节螺钉18加以改变。

采用这种止推轴承17或19时可确保在转子2的轴5上作用的侧向力更大。

图7是第四个最佳实施例的无刷电动机1E的示意图。

图7中，在定子磁轭10对应于形成有图1和图2中所示的第一最佳实施例的定子磁轭10中的成对阶梯形部分10a的部分与软质印刷电路板15之间配置有一个能起吸引作用的板状辅助磁轭20。粘性层16配置在相应于成对阶梯形部分10a的部分以外的其它部分之间。当转子2转动时，就有侧向力作用到转子2的轴5上，这是因为由于间隙A和间隙G的大小不同而引起在图7中的横向上的磁吸力不对称。在这种情况下，改变辅助磁轭20的面积即可调节侧向力。

图8和图9是第五个最佳实施例的无刷电动机1F的示意图。

无刷电动机1F的定子3的定子磁轭10F一侧有一个按图9的虚线10b切割的切割部分。粘性层16配置在定子磁轭10F与软质印刷电路板15之间。

因此，转子2的转子磁铁8在定子磁轭10F上的吸力变得不平衡。当转子2转动时，侧向力在图8箭头所示的方向上作用到转子2的轴5上。因此，与其它实施例一样，转子转动时转子轴不振动。

本发明也可应用于带有电刷其中有线圈转动的电动机中。

如上所述，在本发明的主轴电动机中，定子和转子之间的磁场是这样设计的，使得转子在取决于定子某一部位的特定方向上受到的吸力最强。因此，本发明的结构可以防止因转子轴与定子轴承之间的间隙所产生的在径向上的偶然窜动而引起在与转动轴成一直线的方向上的振动。

Claims (2)

1、一种扁平型无刷直流电动机，包括：

一定子，具有一定子磁轭，定子磁轭上设有多个定子绕组；

一金属轴承，牢固地连接到所述定子磁轭上；

一转子，具有一固定在转子轴上的圆形磁铁，转子轴则由所述金属轴承可转动地支撑着；

其特征在于：所述定子包括一个形成在所述定子磁轭上使所述定子和所述圆形磁铁之间的磁性不对称的阶梯形部分，从而由所述转子轴把横向力施加在所述金属轴承上。

2、一种扁平型无刷直流主轴电动机结构，该结构包括：

一转子，具有一固定到转子轴上的圆形磁铁;

一轴承，牢固地连接到一个定子磁轭上;

一定子，用来安装所述定子磁轭，所述定子磁轭上设有多个定子绕组;其特征在于：所述定子包括一个形成在所述定子磁轭上、使所述定子磁轭和固定在所述转子轴上的所述圆形磁铁的磁性不对称的阶梯形部分，以使所述转子的所述圆形磁铁被吸向所述定子磁轭一侧的程度比被吸向另一侧的程度更大，从而使所述转子的所述轴沿相对于所述轴承的径向受到磁推力。

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