一种电动机装置，由在直流电刷电动机壳内的周围上配置的永久磁铁和在中心部配置的电磁转子所组成的，其特征在于： 所述永久磁铁，为最少具有４个磁极的中空薄圆筒形状的各向异性稀土类塑胶磁铁。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种直流电刷式电动机(DC Brush Motor)及此装置中使用的永久磁铁。特别是有关一种当采用各向异性稀土类塑胶磁铁的永久磁铁和采用该永久磁铁的可以实现小型化和高转矩化的直流电刷式电动机装置。当本专利技术应用在1W～300W等级的高性能小型直流电刷式电动机装置时其效果特别理想。(2)
技术介绍
1960年以前，小型电动机使用的是不用磁铁的感应电刷电动机，进入1960年，由于廉价的最大磁能积(BHmax)为4MGOe级的铁氧体磁铁上市，1W～300W程度的耗电量小的小型电刷式电动机开始上市，并且其後的40年来一直在使用。其构造为，电动机壳的内圈上配置有用瓦弧形状的具有2个磁极或4个磁极的烧结铁氧体磁铁，其中心部配置有缠绕着线圈的电磁转子。驱动时，通过旋转轴上配置的电刷，使线圈中的电流方向变化，因周围的烧结铁氧体磁铁的磁场和电流间的相互作用而产生的电磁力使电磁转子旋转。近年来有对这种电动机小型化的需求，但是，因为烧结铁氧体磁铁在烧结的时候发生收缩，制造厚度薄的烧结铁氧体磁铁很困难，无法达到小型化。而且，因磁力也弱，用烧结铁氧体磁铁无法实现输出功率大的电动机。同时，为了得到大的输出需采用大直径的电动机时，因为将烧结铁氧体磁铁沿圆周方向无法制造成长形，无法采用2个磁极，只得采用4个磁极来制造。这样，用铁氧体磁铁构成的磁极为4个磁极时，尺寸及重量增大，不能成为电动机性能指标(转矩常数/体积)高的产品。而且，上述用烧结而制成的烧结铁氧体磁铁的形状为各种各样，因湿度等环境条件、烧结条件的不同，很难得到完全同一尺寸的瓦弧状的烧结铁氧体磁铁。并且，上述烧结铁氧体磁铁在上述电动机的壳体内需要分割配置。而其配置精度将会对磁场的对称性产生误差，其结果，旋转时产生转矩不均匀，从而出现噪音现象。1990年代后半期，随着与铁氧体磁铁相比具有约为4倍大的，最大磁能积(BHmax)为14MGOe以上的磁性能高、成形性强的各向异性稀土类塑胶磁铁的上市，其在电动机上的应用也进入了新的摸索阶段。但是，对电动机厂家来说，针对现有的使用铁氧体的小型电刷电动机，既使使用具有4倍最大磁能积的磁铁，如果只是单纯的置换，电动机性能只能提高20％，从小型化来看它需要使用2倍以上的外轭(yoke)，反而导致大型化而不能采用。并且，因为电动机的性能与转子铁心(armature)的形状、性能、外轭的厚度、材料质量、线圈等多种因素有关，而性能提高的效果也只有20％，所以多年来没有得到采用。(3)
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种性能优良的小型轻量化的电刷式电动机和所采用的永久磁铁。根据本专利技术一方面的电动机装置，是由配置在直流电刷电动机(DC BrushMotor)壳内周围上的永久磁铁和配置在中心部的电磁转子所组成，其特点是，所述永久磁铁，为最少具有4个磁极的中空薄圆筒形状的各向异性稀土类塑胶磁铁。本专利技术中采用的各向异性塑胶磁铁，是由申请人的日本专利公开号P2001-7691A、登记号第2816668号、登记号第3060104号所采用的制造方法制造的磁铁，例如，对ND-FE-B所组成的磁粉通过进行树脂成型来制造，在一个轴方向上进行了强磁化的磁铁。这种磁铁，和原来的烧结铁氧体磁铁相比具有最大磁能积(BHmax)为4倍以上。本专利技术者对怎样能发挥这种各向异性稀土类塑胶磁铁的潜在能力而进行了深入研究，其结果发现了当应用在1W～300W等级的小型直流电刷式电动机装置时的效果特别理想。通过使用高性能的各向异性稀土类塑胶磁铁使磁铁薄型化，同时，通过使用4个以上的磁极大幅度地减小每个磁极的磁性回路的磁路长度，从整体来看达到了原来臆想不到的效果和原来的电动机为同一性能而体积为1/2的大幅度地小型轻量化，也即，和原来的电动机相比体积减少20％的同时转矩性能提高2倍的大幅度的高性能的效果。并且，因为这种各向异性稀土类塑胶磁铁是通过树脂成型法来制造的，所以容易进行高精度的成形。这样，电动机壳内周围上的永久磁铁的形状能做成精度好的中空圆筒形状。即，通过永久磁铁能使电动机的内部磁场得到精度高的旋转对称。因为内部磁场的对称性的精度高，位于中心部的电磁转子均匀地接受转矩来进行转动。这样，能减低原来的转拒不均匀所引起的噪音，从而获得低噪音的电动机。而且，因各向异性稀土类塑胶磁铁是通过树脂成型制成为中空圆筒形状，所以容易组装在电动机壳内。不需要对原来的对分成2极或4极的各个烧结铁氧体磁铁进行组装。即具有制造工序容易的优点。本专利技术除了解决了所述长年以来的小型电刷电动机界的问题，达到了具有和原来的电动机为同一性能而体积为1/2的大幅度地小型轻量化，从而与原来的电动机相比体积减少20％，并且，从电动机性能指标T(转矩常数/体积)来说，可以提供一种是原来的使用烧结铁氧体的电动机的性能指标的2倍的，具有更高一级的技术标准的高性能电动机。同时，通过抑制转矩不均匀现象提高了安静性，省略了制造时重复粘贴的工序。更为佳的是，和烧结铁氧体磁铁相比，磁铁使用量只需要原来的1/4，可以提供一种大量节省资源的高性能电动机。根据本专利技术的电动机装置，其永久磁鉄的各向异性稀土类塑胶磁铁的最大磁能积为14MGOe以上。各向异性稀土类塑胶磁铁，与烧结铁氧体相比具有优越的磁性特性。根据本专利技术的电动机装置，电动机壳体的外径(直径)设为r，各向异性稀土类塑胶磁铁的径向厚度为d，电磁转子的半径为a，电动机壳体的厚度为w时，电磁转子半径对壳体直径之比a/r为0.25以上和0.5以下，而壳体的厚度对磁铁厚度之比w/d大于1和小于4，而且磁铁厚度对壳体直径之比d/r为0.01以上和0.10以下。并且，所述电动机壳体包括外轭，电动机壳体外径r即意味着包括外轭等的电动机的外径的直径。这里，电磁转子半径对壳体外径之比a/r的限制范围，为通常的DC电刷电动机所使用的常识性的范围。当a/r比0.25小时，电磁转子相对于电动机壳体显著为小，从电动机性能指标来看，磁铁及壳体部在设计上是被浪费使用，所以通常为0.25以上。并且，当a/r为0.5时，电动机壳体外径和电磁转子的直径(2a)相等，所以a/r设定为不到0.5。并且，从以下的观点出发，壳体的厚度对磁铁厚度之比w/d设定在1＜w/d≤4的范围。对使用铁氧体磁铁的DC电刷电动机来说，因磁铁的磁力弱，壳体厚度对磁铁厚度相对薄些也能达到防止漏磁。而使用各向异性稀土类塑胶磁铁的时候，w/d为1以下时，因磁铁的磁力强，不能抑制漏磁，所以w/d通常为1以上。当w/d大于4时，既使磁铁的磁力强、壳体厚度很大时，虽不出现磁漏现象，但是因为过于增加壳体厚度，达不到小型化，导致电动机性能指标的下降。一方面，磁铁厚度对壳体外径之比d/r的范围从以下的观点来决定。永久磁铁的磁力随着磁铁厚度的增加而增加。磁铁厚度对壳体外径之比d/r小于0.01时，反磁场将增大使磁力急剧降低，达不到所要求的转矩。所以，希望磁铁厚度对壳体外径之比d/r在0.01以上。例如，电动机性能指标T(T＝转矩常数/体积)设为原来的2倍时，即，为了得到原来的2极铁氧体电动机的性能指标T(约为1.3)的2倍T＝2.6，需要磁铁厚度对壳体外径之比d/r在0.1以下。所以，希望磁铁厚度对壳体外径之比d/r在0.01以上和0.10以下。根据本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：本藏义信，桥本擁二，御手洗浩成，
申请(专利权)人：爱知制钢株式会社，
类型：发明
国别省市：
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