专利名称：单相无刷电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够以非常简单的结构自起动的单相无刷电动机，本发明适于用在例如用于计算机、开关电源等的冷却的轴流扇电动机等的使用领域中。
通常，无刷电动机由于具有转矩形状比大及控制性良好等直流电动机的特征并且可靠性较高，则在近年来被广泛使用。而且，在一般广泛使用的无刷电动机中，主要是2相和3相的。
对于单相无刷电动机，如
图13(a)的部分所示那样，表示出由电枢线圈通电时的电枢线圈所得到的电磁转矩曲线1—1。其中，在图13中，横轴上为旋转角，纵轴上为转矩的大小。
对于与之对应的2相无刷电动机，由于有在电角度上相差π/2(π是电角度上的180度)角度相位的2相电枢线圈，如图13(b)的部分所示那样，表示出在该2相电枢线圈通电时分别由2相电枢线圈所得到的电磁转矩曲线1—1，1—2。
因此，如图13(e)所示那样，表示出将这两个电磁转矩曲线1—1和1—2合成时的合成转矩曲线2—1，没有转矩为零点即死点。
这样，如果在该两相无刷电动机中通电，由于无论在什么旋转位置上都没有转矩为零的点，能够自起动旋转。
而且，对于3相无刷电动机，由于有在电角度上相差π/3角度相位的3相电枢线圈，如图13(d)的部分所示那样，表示出当该3相电枢线圈通电时分别由3相电枢线圈所得到的电磁转矩曲线1—1，1—3及1—4。
因而，如图13(e)的部分所示那样，表示出将3条电磁转矩曲线1—1、1—3和1—4合成时的合成转矩曲线2—2，与2相无刷电动机相同，没有转矩为零的点即死点。
这样，如果在该3相无刷电动机中通电，则无论在什么旋转位置上都能自起动旋转。而且，象合成转矩曲线2—2所表明的那样，由于比合成转矩曲线2—1更平滑，电动机能进行平滑旋转，就能得到性能良好的电动机。对于转矩是有利的。
其中，对于无刷电动机，由于检测磁场磁体的N极、S极磁极的霍耳元件等磁传感器和使用该磁传感器来对电枢线圈的通电进行切换的电路(所谓驱动电路、电子换向电路)只对电动机的相数状态是必要的，则就有电动机的相数越多就越昂贵的缺点。
因此，在必须廉价地形成为逆风而进行冷却的目的所使用的轴流扇电动机的装置中，使用这样昂贵的相数多的无刷电动机，不是一个好办法。
为此，在必须廉价形成轴流扇电动机的装置中，最好是磁传感器用1个就行从而驱动电路用1相就足够的，能够廉价构成的单相无刷电动机。
但是，该单相无刷电动机在电枢线圈的通电切换点上，转矩为零，具有所谓的“死点”。参照图13(a)，在单相无刷电动机的情况下，由于电枢线圈为单相配置，电枢线圈通电时所得到的电磁转矩曲线1—1，在2π角度内的通电切换点上，具有两处转矩过零的死点3—1、3—2位置。在由这样的死点3—1、3—2位置而使磁场磁体停止的情况下，一但磁传感器停在对着死点的位置上，即使向该单相无刷电动机通电也不能得到旋转转矩，由于成了不能自起动旋转的电动机，就不适于实用。当磁场磁体停在死点3—1、3—2位置上时，由于磁传感器成为检测磁场磁体的N极和S极的磁极边界部的状态，就不能从磁传感器得到输出信号，就不会输出向电枢线圈通电的信号，就不会向电枢线圈通电，磁场磁体不会自起动旋转。
为此，在单相无刷电动机上，提供由电枢线圈和磁场磁体所得到的电磁转矩，并通过附加齿槽效应转矩(磁阻转矩)来消除死点位置的该电动机停止现象，就能自起动。其典型的例子为图14所示的美国专利第3,873,897号。其在圆筒型铁心构造的电动机中，这样进行突极7的表面加工使通过并对着磁场磁体24′和径向气隙4的绕着电枢线圈9的定子铁心6的铁心突极7表面在上述径向气隙的长度上形成倾斜，因此，结构变得复杂。由于绕着电枢线圈9的铁心突极形的铁心构造，除了因结构复杂而变得昂贵之外，还具有重量重的缺点。该结构的电动机，对于适用于最近所需要的常上型计算机等小型装置中的小型电动机，由这样结构的表面形成厚度更薄的轻型轴流扇电动机是困难的。
在能够自起动的单相无刷电动机中，为了得到理想的转矩一旋转角曲线，就必须得到图15所示的合成转矩曲线2—3。5是为了得到从死点位置上脱离出的转矩的磁阻转矩曲线，由电磁转矩曲线1—1及磁阻曲线5所表明的那样，磁阻转矩最好为电磁转矩的2分之1的大小。这样的话，在旋转角的全部区域中，得到成为大致相同的旋转转矩的合成转矩曲线2—3。
本发明的目的是利用在原单相无刷电动机中所用的部件的一部分等，仅进行略微的改进，在所需位置上产生足够并且适当大小的自起动用(用于从死点脱出)磁阻转矩，使得到接近上述理想合成转矩曲线2—3的确实能自起动的单相无刷电动机非常容易地减薄其厚度，由轻型而具有优良的批量生产性，就能进行廉价的批量生产。
本发明的目的能够这样达到在从作为单相配置电枢线圈的通电切换点的死点位置0＜θ＜π/2(π为电角度上的180度角度)的配置角θ位置上设置用于得到死点脱出转矩的磁体、磁体突起或磁体凹陷等自起动用磁阻转矩产生装置，从而上述磁场磁体能够得到避免被约束在上述死点位置上的脱出转矩。
另一个目的能这样达到在从作为上述电枢线圈通电切换点的死点位置向着反转方向的约π/4配置角θ位置上设置上述磁阻转矩发生用磁体、磁体突起或磁体凹陷，从而上述磁场磁体能够得到避免被约束在上述死点位置上的脱出转矩。
另一个目的能这样达到形成置位于从作为电枢线圈通电切换点的死点位置向着反转方向约π/4的配置角θ位置上的上述缺口部等的磁体凹陷部周向一侧缺口端部。
另一个目的能这样实现上述磁阻转矩产生用磁体、磁体突起或磁体凹陷，至少其一部分在磁性气隙延伸的方向上延伸而形成。
另一个目的能这样实现把上述磁阻转矩产生用的磁体突起，作为用于固定为了在上述磁场内配设印刷基板和定子轭等的上述电枢线圈的部件的磁体螺栓。
另一个目的能这样实现把上述磁阻转矩产生用磁体凹陷部作为将用于闭合设在上述磁场内的定子轭等磁路的磁体部件开出缺口而形成的通孔等缺口部。
另一个目的能这样实现把上述电枢线圈的端子穿过在用于闭合设在上述磁场内的定子轭等磁路的磁体部件上所形成的通孔等缺口部，从而引导到装备在所谓对着定子轭磁场磁体的表面的相对侧表面上的驱动电路侧以进行同该驱动电路侧的电连接。
另一个目的能这样实现检测上述磁场磁体的检测装置是磁传感器，把该磁传感器配置到包含同提供电枢线圈发生转矩的导体部相对的位置的该导体部延长线上的位置上。
另一目的能这样实现上述磁传感器设置到用于闭合设在同提供电枢线圈发生转矩的导体部相对的上述磁场内的定子轭等磁路的在磁体部件上所形成的通孔等缺口部位置上。
另一目的能这样实现单相无刷电动机，作为轴向气隙型结构，在通过上述磁场磁体和气隙而对着电枢线圈装置基板表面上，把电枢线圈装配成单相配置并同时装配驱动电路用的IC等电路元件；检测上述磁场磁体的磁场的磁传感器处于提供电枢线圈发生转矩的导体部内径方向延长线位置上，并且装配到不同该电枢线圈相对的上述电枢线圈装配基板表面上。
在不通电时，磁场磁体24停在同磁体螺栓23磁性相吸而能自起动的位置上。从而，在通电时，由于磁传感器30必然检测出磁场磁体24的N极或S极的磁极，例如检测出N极，在电枢线圈9—1、9—2中就会流通预定方向的电流从而使磁场磁体24沿预定方向自起动旋转。一但磁场磁体24在预定方向上旋转大约4分之1磁极，电枢线圈9—1、9—2就产生最大起动转矩，继续沿同方向旋转。在磁场磁体24旋转中，一但磁传感器30检测到磁场磁极24的S极磁极，在电枢线圈9—1、9—2中就流通反方向电流，就得到预定方向的旋转转矩从而继续使磁场磁体24沿同方向旋转。通过反复进行上述动作，单相无刷电动机8就会连续旋转。
图1是表示本发明第一实施例的轴向气隙型单相(DC)无刷风扇电动机8的分解立体图；图2是该风扇电动机8的纵截面图；图3是磁传感器30的安装位置的说明图；图4是为了得到死点脱出转矩而螺旋固定磁体螺栓23的最佳位置示意图；图5是磁场磁体24同单相配置的电枢线圈9组的展开图；图6是表示构成作为一个例子的单相通电电路的驱动电路示意图。下面参照图1至图6来说明表示第1实施例的盘型单相无刷风扇电动机8。
轴向厚度薄的方型轴向气隙单相无刷(轴流)风扇电动机8为具有作为定子的文杜里(Venturi)外壳10和作为转子的转扇11的无铁心构造的轴向气隙型单相DC无刷轴流扇电动机。在该实施例中，风扇电动机8为轻型偏平结构，平面尺寸为长×宽的尺寸40mm×40mm、轴向厚度为10mm的厚度很薄的小型结构。
该风扇电动机8，在其内部具有凹陷部的文杜里外壳10的内周中在其中央部由树脂整体形成同向半径内侧方向延伸所形成的支架12相联结的电动机容纳部13。由此，在文杜里外壳10的底部电动机容纳部13的外周上形成用于从轴向的下方通过由转扇11的扇叶14送风而来的风的风路通孔15。49表示转子轭。
在电动机容纳部13中整体形成在中央部轴向延伸的轴承座16，在该轴承部16的上端部设置滚珠轴承17；在下端部设置滑动轴承18，从而旋转自如地支承在转扇11上所固定的转轴19，从而使转扇11能够旋转。除转扇11、转轴19、磁场磁体24及转子轭49之外全都由树脂整体形成。
在电动机容纳部13中，在180度对称位置上向轴向上方延伸的支承定子电枢用的支栓20由树脂整体形成。在该支柱20上用后述方法安装固定单相无铁芯定子电枢22。无铁心定子电枢22，在形成电枢线圈安装基板的厚度薄的圆环状定子轭21上单相配置地装配2个电枢线圈9—1、9—2。为了形成效率优良的轴向气隙型单相DC无刷轴流扇电动机8，电枢线圈9—1、9—2为提供径向延伸的发生转矩的有效导体部9a和9b的张角形成为同磁场磁极24的一磁极宽相等的张角宽即π张角宽的空心型的。
把由磁体制成的螺栓23穿过在闭合磁场磁体24磁路的圆环形定子轭21(在该实施例中，该定子轭21为电枢线圈安装基板)上所形成的通孔25及在圆环形印刷(布线)基板26上所形成的通孔27，而旋入上述支柱20顶部的螺孔28中，通过把定子电枢22安装固定到上述支柱20上，把单相配置的无铁心定子电枢22设在磁场磁体24的磁场内。由此，形成了用于在从作为上述电枢线圈9—1、9—2通电切换点的死点位置0＜θ＜π/2(π为电角度的180度角度)的配置角θ位置上得到死点脱出转矩的自起动用磁阻转矩产生装置磁体或磁体突起，从而形成了上述磁场磁体24能够得到不会被约束在上述死点位置上的脱出转矩的轴向气隙型单相DC无刷轴流扇电动机8。
当把定子电枢22固定到支柱20的上部时，该单相的单相无刷风扇电动机8就必须在定子轭21及印刷电路基板26上形成通孔25、27以使能够在自起动所需位置上旋入上述螺栓23。
定子轭21其上表面被绝缘，在该定子轭21的上表面上，通过双面胶带50等粘结材料来单相通电配置地安装180度对称的2个空心型无铁心电枢线圈9—1、9—2。其中，把没有用于绕制该电枢线圈9—1、9—2的铁心(即用于绕线的铁心)的线圈称为无铁心电枢线圈。为了绕线，即使是之外的绕线芯由非磁性体制成，其也是符合所谓的无铁心电枢线圈的。
在定子轭21上，在上述通孔25之外处，在对着向电枢线圈9—1径向延伸的有效导体部9b的位置上形成用于容纳作为图1中未表示(参照图3)的位置检测元件工作的霍尔元件和霍尔IC等磁传感器30的磁传感器容纳孔29，以容纳安装在印刷基板26上表面上的磁传感器30(参照图3)。之所以在180度对称的定子轭21位置的两处形成磁传感容纳孔29，是为了使旋转平衡良好。这样，在另一侧的磁传感器容纳孔29中不容纳磁传感器。
在印刷基板26的下表面上，安装2个用于驱动电路(通电控制电路)的IC31，同时，通过软钎焊等电气连接固定在印刷基板26所形成的未图示的导电引线图型和引线32。而且，虽然在本实施例中由1个用于驱动电路的IC31所构成是很好的，但为了向其他电动机的转用可以使用分成2个的情况。
把上表面安装1个磁传感器30而下表面安装用于通电控制电路的IC31的印刷基板26用粘合剂固定到其上表面安装了2个电枢线圈9—1、9—2的定子轭21的下表面上，由此形成无铁心定子电枢22，通过径向延伸的轴向气隙33同具有交替固定在转扇11上的N极、S极永久磁体的4极扁平磁场磁体24形成相对的转动，这样来构成表面对置，由此，把磁传感器30及单相配置的无铁心定子电枢22设置在磁场磁体24的磁场内。
上述转扇11这样设计构成其重心位于轴承座16的上部。由此，把滚珠轴承17设置到上述轴承座16的上部从而用滚珠轴承17来支承转扇11的重心部位，在轴承座16的下端部位置设置廉价的滑动轴承18，由此，由该滑动轴承18在径向上约束转轴19保持在规定角度以内的斜度。
在单相无刷电动机中，如果不设置任何自起动处理装置，一但单相无刷电动机恰巧处于死点位置，由由于此时的磁传感器检测磁场磁体9的N极磁极与S极磁极中间的无磁极部位，就不会从磁传感器发出输出信号，并且虽然电枢9—1、9—2其自身通电但由于其为不能产生转矩状态的布置，就有尽管在电枢线圈9—1、9—2中通电该单相无刷电动机也不能自起动旋转的缺点。
为此，对于单相无刷电动机，不管磁场磁体24(转扇11)的停止位置，如果必须在电枢线圈9—1、9—2中通电，该磁场磁体24必然会自起动旋转。即，在作为上述电枢线圈9—1、9—2的通电切换点的死点位置上，在图13(a)的电磁转矩曲线1—1上转矩为零的死点上，得到死点脱出转矩，上述磁场磁体24就必然不会被约束在上述死点位置上。
而且，单相无刷电动机(单相无刷风扇电动机8)，作为单相通电结构的原因是为了能够廉价构成，而如果设置用于得到死点脱出转矩的装置为昂贵的，就会脱离原来的目的。
因此，对于本实施例的单相无刷风扇电动机8，利用为了把原封不动的定子电枢22螺栓固定到支柱20上所使用的由磁体制成的螺栓23，来作为得到死点脱出转矩的装置。
为了得到如图15所示的没有转矩为零的死点位置的理想合成转矩曲线2—3这样合成转矩曲线，该磁体螺栓23置于从提供向图4所示电枢线圈9—1、9—2半径方向延伸的发生转矩的导体部9b位置向着同由作为转子的磁场磁体24箭头A方向所指示旋转方向相反的旋转方向移动磁场磁体24的约4分之1磁极宽的角度(机械角度为22.5度)的位置上，在此把该磁体螺栓螺旋固定到上述支柱20上，使定子电枢22被定位固定。
之所以在180度对称的同相位置上设置2个螺栓23，是为了减少机械的旋转振动，而使转扇11能够平滑宁静地旋转，但是，即使只有1个也是良好的。而且在电枢线圈9—1、9—2中，周向的导体部9c、9d是不提供发生转矩的导体部分，提供转矩发生的导体部分是半径方向延伸的导体部9a、9b，所以，最好把上述磁体螺栓23置于由导体部9a向着与箭头A相反的方向基准地移开上述角度(机械角为22.5度)的位置上。即，由于两处设置了上述螺栓23，在使用4极磁场磁体24的情况下，上述螺栓23的同相位置，如图4所示虚线所包围的部位34，35位置，在这样的位置34，35处也可以螺旋固定螺栓23，或者，从这些同相位置中选择任一个以上的位置，螺旋固定螺栓23。
螺旋固定螺栓23的位置是这样的位置在从作为上述电枢线圈9—1、9—2通电切换点的死点位置0＜θ＜π2(π为电角度上180度角度，在使用4极磁场磁体24时为机械角90度＝π)的配置角θ位置上螺旋固定用于得到死点脱出转矩的磁体螺栓23从而上述磁场磁体24能够得到不被约束在上述死点位置上的脱出转矩。
而且，如图15的曲线1—1、2—3、5所表明的那样，在从得到电磁转矩曲线2—3的最大转矩的位置以向着与箭头A相反的方向的周向移过4分之1磁极宽的角度(机械角为22.5度)的位置上，由螺栓23产生用于死点脱出的磁阻转矩，从而得到磁阻转矩曲线2—3。
因此，在该实施例中，在从提供电枢线圈9—1、9—2发生转矩的有效导体部9b以向着与箭头A相反方向的周向移过4分之1磁极宽的角度(机械角为22.5度)的位置上螺旋固定上述螺栓23。
而且，通过在电枢线圈9—1、9—2中通电所得到的电磁转矩曲线1—1的峰顶部分是得到最大电磁转矩的位置，该部分是提供电枢线圈9—1、9—2发生转矩的导体部9a或9b的位置。由该部分9a或9b产生用于死点脱出的磁阻转矩，也许发生象希望得到磁阻转矩曲线2—3那样的错觉。而且，这样的位置，为提供电枢线圈9—1、9—2发生转矩的导体部9a或9b，不能螺旋固定螺栓23。相关部分为同死点位置非常接近的位置。这样，如果不是相当正确地定位螺旋固定螺栓23，或如果不确实选择用于产生能自起动大小的磁阻转矩的螺栓23，恐怕磁场磁体24停在死点位置上的单相盘型无刷风扇电动机8就不能自起动，所以把磁体螺栓23螺旋固定到上述位置上。
图5是磁场磁体24和单相配置的电枢线圈9—1、9—2的展开图，电枢线圈9—1、9—2布置成机械角为180度节距的等距布置，提供发生转矩的导体部9a和9b的张角宽度，形成为磁场磁体24的一磁极宽(机械角为90度，电角度为180度)的角度宽。
提供电枢线圈9—2另一侧发生转矩的导体部9b的端子同由2个驱动电路用IC31所构成的半导体整流装置(所谓驱动电路、变流装置)36内的PMP型三极管37的集电极电路和NPN型三极管38的集电极电路的联结点电连接。提供电枢线圈9—1一侧发生转矩的导体部9a的端子同半导体整流装置36内的PMP型三极管38的集电极电路的联结点电连接。提供电枢线圈9—1一侧发生转矩的导体部9a的端子同半导体整流装置36内的PMP型三极管38的集电极电路和NPN型三极管39的集电极电路的联结点电连接。提供电枢线圈9—2一侧发生转矩的导体部9a的端子同提供电枢线圈9—1另一侧发生转矩的导体部9b的端子电连接。三极管37和38的发射极电路相互间电连接，同正电源端子41侧电连接。三极管40和39的发射极电路相互间电连接，同负电源端子42侧电连接。三极管37和39的基极电路相互间电连接，同磁传感器(比时使用4端子霍尔元件)30的一侧输出端子43—1电连接；三极管38和40的基极电路相互间电连接，同磁传感器(此时使用4端子霍尔元件)的另一侧输出端子43—2电连接。
在图5中表示出这样的状态由虚线所示的磁场磁体24，在不通电时螺栓23同磁场磁体24磁性相吸而稳定下来，磁场磁体24停止下来，相关的磁场磁体24的位置是由图5的展开图所表明，就成为磁传感器30必然检测出磁场磁体24的N极或S极的磁极的状态，所以能够确实使单相无刷风扇电动机8自起动。
这样，参照图5，磁传感器30检测出了由虚线表示的磁场磁体24的N极磁极，所以，通过一侧输出端子43—1使三极管37和39导通，由于在电枢线圈9—1、9—2中流通箭头B方向的电流而得到箭头A方向的旋转转矩，所以就能使磁场磁体24(转扇11)向箭头A的方向旋转。
一但磁场磁极24(转扇11)向箭头A的方向旋转约4分之1磁极，电枢线圈9—1、9—2就会同图5中实线表示的磁场磁极24相对从而产生最大起动转矩。如果要从最初就产生最大起动转矩，由起动时的损耗实际上使效率恶化，但是，在磁场磁体24在旋转了这样的4分之1磁极角度之后再产生最大起动转矩，就没有起动时的损耗，而能得到效率良好的单相无刷风扇电动机8。
在得到最大起动转矩之后，进而，磁场磁体24旋转，此时，磁传感器30检测出磁场磁体24的S极磁极，通过另一侧输出端子43—2使三极管38和40导通，由于在电枢线圈9—1、9—2中流通反方向的电流而得到箭头A方向的旋转转矩，则磁场磁体24(转扇11)继续向箭头A方向旋转。通过反复进行上述动作，单相无刷风扇电动机8连续旋转。
图6，由于表示了具体的半导体整流装置36的一个实例，就成为单相往复通电电路。
参照图6，一但磁传感器30检测出磁场磁体24的N极，就会通过输出端子43—1使PNP型三极管44导通从而使NPN型三极管45导通，使三极管37、39导通，就会以图6所示箭头B方向在电枢线圈9—1、9—2中通电，从而产生上述箭头A方向的旋转转矩，使磁场磁体在箭头A方向上旋转。接着，一但磁传感器30检测出磁场磁极24的S极，就会通过输出端子43—2使PNP型三极管46导通从而使NPN型三极管47导通，使三极管38、40导通，从而在电枢线圈9—1、9—2中以与箭头B相反的方向通电，产生上述箭头A方向的旋转转矩，使磁场磁体24在箭头A方向上旋转。
图7表示本发明第2实施例的轴向气隙型(盘型)单相无刷风扇电动机8—1的分解立体图。并且，省略了与上述盘型单相无刷风扇电动机8中所说明位置相重复的位置说明。
在该盘型单相无刷风扇电动机8—1中，不设特殊的自起动处理装置，通过只进行必须予先使用的定子轭的形状变更，就能自起动。
定子轭21—1，不但具有用于闭合磁场磁体24的磁路的功能，而且具有作为用于使该盘型单相无刷风扇电动机8—1自起动的磁阻转矩发生部件(齿槽效应转矩)的功能。因此，在该单相无刷风扇电动机8—1中，在定子轭21—1上形成该单相无刷风扇电动机8—1能自起动那样形状的缺口部48。但是，只形成缺口部，就不能以最适当的方法使风扇电动机8—1自起动，下面对需要的缺口部和应该形成的位置进行说明。
在上述定子轭21—1上形成1个自起动用的用于产生磁阻转矩的缺口部48。该缺口部48形成为使其周向的缺口端部48a和48b的张角同磁场磁体48的一磁极宽(π角度宽)的角度相等。缺口端部48a、48b在磁性气隙延伸方向即径向上延伸而形成。
一但在定子轭21—1上形成相关的机械角90度张角宽的缺口部48，就能得到确实能够自起动的盘型单相无刷风扇电动机8—1。作为机械角90度张角宽缺口部48的原因是因为磁场磁体24为4极则N极、S极的各磁极为90度张角宽。
一但形成这样的缺口部48，在不通电时，该单相无刷电动机8—1(磁场磁体24)就会停在其两端部48a、48b在同磁场磁体24的磁平衡点处相平衡的位置上。此时，如果向空心型电枢线圈9—1、9—2中通电，通过根据弗来明左手定则所产生的旋转转矩，磁场磁体24必然能够向箭头A方向(参照图1、图5)旋转，在这样的位置上，把2个电枢线圈9—1、9—2安装到图7所示的定子轭上21—1上。
通过上述缺点部48和电枢线圈9—1、9—2，为了使该单相无刷电动机8—1能够进行所需的自起动，上述缺口部48的缺口端部48a处于这样的位置上从电枢线圈9—2的有效导体部9b(该位置为得到最大起动转矩的位置)向磁场磁体24反转方向(与箭头A相反方向)超前约n·π/4(n为不超过磁场磁体24磁极数的大于1的整数)宽(当磁场磁体24的N极或S极的宽即磁场磁体24的一磁极宽为π角度时)，这样安装上述定子轭21—1。
在该实施例中，在从得到最大转矩的电枢线圈9—2有效导体部9b向反转方向(与箭头A相反方向)超前4分之1磁极宽即机械角22.5度的位置上定位缺口部48的缺口端部48a，这样来安装定子轭21—1。由此，虽然不采用特别昂贵的自起动处理装置，也能使该单相无刷电动机8—1确实进行自起动旋转。而且，在使用具有这种缺口部48的定子轭21—1的情况下，螺栓23不用磁体，而是非磁体螺栓也是很好的。
同上述缺口部48一起在上述定子轭21—1上形成了另一个缺口部64，但该缺口部64不是为了产生自起动用的磁阻转矩的。为了使单相无刷风扇电动机8—1能确实自起动，为了同磁场磁体24的N极和S极的磁极边界部相平行地相对地通过缺口部48的缺口端部48a、48b这样来形成，多少消除一些产生大磁阻转矩的结构，而使磁场磁体24平滑旋转，以谋求振动和噪音的降低。
图8是表示本发明第3实施例的单相配置无铁芯定子电枢22—2的平面图，构成在180度对称的同相位置上形成2个磁场磁体24的一磁极宽角度宽缺口部48—1的定子轭21—2。
缺口部48—1一侧缺口端部48a定位于分别从提供电枢线圈9—1、9—2的一侧发生转矩的导体部9b向着反转方向(与箭头A相反的方向)超前4分之1磁极宽即机械角22.5度角度的位置上；并且缺口部48—1另一侧的缺口端部48b定位于分别从提供电枢线圈9—1、9—2另一侧发生转矩的导体部9a向反转方向(与箭头A相反的方向)超前4分21磁极宽即机械角22.5度角度的位置上，这样来设置定子轭21—2。通过在偶数磁极离开位置上形成这样的2个缺口部48—1，就达到了很好平衡发生磁阻转矩的目的，由此，磁场磁体24(转扇11)就能平滑而且宁静地旋转。
图9是表示本发明第4实施例的单相配置无铁心定子电枢22—3的下表面图(但是，为了便于看图，用实线绘出定子轭21—3)，使用具有以180度(电角度2π的角度)批复角宽所形成的缺口部48—2的平面半圆形定子轭21—3。
由180度张角宽的缺口部48—2，不同定子轭21—3相对的印刷基板26的露出面积就增加了，在该露出的印刷基板26表面上就能容易地装设构成半导体整流装置(驱动电路)的电气部件。
缺口部48—2的缺口端部48a、48b分别定位于从提供各电枢线圈9—1、9—2的发生转矩的导体部9a向着反转方向(与箭头A相反的方向)超4分之1磁极宽即机械角22.5度角度的位置上，这样来设置定子轭21—3。磁传感器30被安装到不同定子轭21—3相对的提供电枢线圈9—1发生转矩的导体部9a的下表面位置上，从而容易地进行该磁传感器30的容纳。
图10是表示本发明第5实施例的定子轭21—4的立体图，图11是第5实施例的无铁心定子电枢22—4的平面图，由定子轭21—4的缺口部48—4就能够得到比图8的定子轭21—2缺口部48—1更平滑地产生自起动用的磁阻转矩从而噪音振动小的单相DC无刷风扇电动机。
该缺口部48—3为把连接图8缺口部48—1的缺口端部48b和48a的边48c的一侧在缺口端部48a继续向外周方向延长从而形成缺口部48′a。这样，由于缺口端部48b平行通过磁场磁体24的N极和S极磁极的磁极边界部，由该缺口端部48b产生能确实自起动大小的死点脱出用磁阻转矩，而对于另一侧缺口端部48′a，由于同磁场磁体24的N极和S极磁极的磁极边界部相倾斜地通过，使由缺口端部48b所得到的死点脱出用磁阻转矩成为平滑的。由此，平滑地进行磁场磁体24的旋转。
图12是表示本发明第6实施例的单相无铁心定子电枢22—5的平面图。而且，在该图12中，使用任一种上述的死点脱出用磁阻转矩发生装置都行，所以就不对其进行描述了。对于上述无铁心定子电枢22，22—1，…，22—4，把印刷基板26设在定子轭21，21—1，…，21—4的下表面上，把驱动电路用IC31安装到该印刷基板26的下表面上。这样，磁传感器30和电枢线圈9—1，9—2的端子应该全都引导到印刷基板26的下表面上来进行电气连线，就使软钎焊2时非常多。而且，由于必须在印刷基板26的下表面上设置驱动电路用的IC31，必然在印刷基板26和电动机容纳部13之间形成用于容纳驱动电路用的IC31，其结构，不得不采用形成支柱20等的方法，单相无刷风扇电动机必然在轴向增厚。为了容纳磁传感器30，必须在定子轭上形成用于容纳磁传感器的通孔，该磁传感器容纳孔产生静齿槽效应，该静齿槽效应会对用于死点脱出转矩的磁阻转矩产生恶劣影响，成为导致自起动不良，增大机械振动等缺点的原因。
因此，在该实施例中，相对地配置定子轭和印刷基板26，在印刷基板26上单相配置地安装电枢线圈9—1、9—2从而形成单相无铁心定子电枢22—5。而且，在印刷基板26表面的适当位置上设置驱动电路IC31′，把检测上述磁场磁体24的磁场的磁传感器30设置在从提供电枢线圈9—1发生转矩的导体9b向内径方向延长的印刷基板26位置并且不同该电枢线圈9—1、9—2相对的上述印刷基板26表面位置上。通过把磁传感器30、电枢线圈9—1、9—2、驱动电路用IC31′全部设置在这样的印刷基板26表面上，在谋求减少软钎焊2时的同时，容易进行组装，从而能廉价地形成单相无刷风扇电动机。由此，就能容易地形成薄型单相无刷风扇电动机。而且，标号65是电枢线圈9—1、9—2的端子，该端子65由软焊料软钎焊到印刷基板26表面上。而且在图12中，虽然把N、S标号标在外周上，但这是为了表明同磁场磁体24的对应。
在上述实施例中，尽管表示了使用2个电枢线圈的例子，但如果能形成单相无铁心定子电枢的话，其个数也可以是1个或3个以上。而且，虽然磁场磁体使用4极的，但也可以使用2极的、6极以上的。尽管是以轴向气隙型结构的单相无刷电动机为中心进行说明，但不用说把本发明的技术思想扩展到圆筒形径向气隙型结构的单相无刷电动机中也是可以的。作为用于得到自起动用的脱出转矩的磁阻转矩产生部件，虽然使用磁体螺栓作为磁体突起，但也可以用其它装置作为磁体突起。作为用于得到自起动用的碚出转矩的磁阻转矩产生部件，虽然在定子轭上形成缺口部，但不用说该缺口部既可以是凹陷部也可以是其他形状的缺口部和凹陷部。
本发明，利用在原电动机中所使用部件的一部分等，仅通过进行略微的改进，就能得到接近理想合成转矩曲线的电动机并且能确实自起动，从而能够非常容易地得到厚度薄、轻型、批量生产性优良、能廉价批量生产的单相无刷电动机。
图面说明
图1是表示本发明第1实施例的盘型单相(DC)无刷风扇电动机的分解立体图；图2是该风扇电动机的纵截面图；图3是磁传感器设置位置示意图；图4是为了得到死点脱出转矩而螺旋固定磁体螺栓的最佳位置示意图；图5是磁场磁体同单相配置的电枢线圈组的展开图；图6是构成作为一个例子的单相通电电路的驱动电路示意图；图7是表示本发明第2实施例的盘型单相(DC)无刷风扇电动机的分解立体图；图8是表示本发明第3实施例的单相无铁心定子电枢的平面图；图9是表示本发明第4实施例的单相无铁心定子电枢的底面图；图10是表示本发明第5实施例的定子轭的立体图；图11是表示本发明第5实施例的单相无铁心定子电枢的平面图；图12是表示本发明第6实施例的单相无铁心定子电枢的平面图；图13是无刷电动机的电磁转矩与合成转矩曲线的示意图；图14是单相无刷电动机的原理示意图；图15是现有单相无刷电动机的示意图。
其中1—1，…，1—4电磁转矩曲线2—1，…，2—3合成转矩曲线
3—1，3—2死点4径向气隙5磁阻转矩曲线6定子电枢铁心7铁心突极8，8—1轴向气隙型单相(DC)无刷风扇电动机9，9—1，9—2电枢线圈9a，9b提供发生转矩的有效导体部9c，9d不提供发生转矩的导体部10文杜里外壳11转扇12支架13电动机容纳部14叶轮(旋转扇叶)15通风孔16轴承座17滚珠轴承18滑动轴承19转轴20定子电枢支承支柱21，21—1，…，21—4定子轭22，22—1，…，22—4单相无铁心定子电枢23磁体螺栓24，24′磁场磁体25通孔26印刷(布线)基板
27通孔28螺栓孔29磁传感器容纳孔30磁传感器31，31′驱动电路(通电控制电路)IC32引线33轴向气隙34，35虚线包围部分36半导体整流装置(驱动电路)37，38PNP型三极管39，40NPN型三极管41正电源端子42负电源端子43—1，43—2输出端子44PNP型三极管45NPN型三极管46PNP型三极管47NPN型三极管48缺口部48a，48b缺口端部49转子轭50双面胶带51，…，63电阻64缺口部65端子66焊料
权利要求
1.一种单相无刷电动机，其中包括具有P对(P是1以上的整数)N极、S极磁极的磁场磁体作为转子，还包括单相通电配置在该磁场磁体的磁场内的n(n是1以上的整数)个电枢线圈和检测上述磁场磁体的磁场的检测装置，其特征在于，在从作为上述电枢线圈通电切换点的死点位置0＜θ＜π/2(π是电角度180度角度)的配置角θ位置上设置用于得到死点脱出转矩的磁体、磁体突起或缺口部等磁体凹陷部等自起动用磁阻转矩产生装置，从而能够得到上述磁场磁体不被约束在上述死点位置上的脱出转矩。
2.根据权利要求1所述的单相无刷电动机，其特征在于在从作为上述电枢线圈通电切换点的死点位置向反转方向约π/4配置角θ的位置上设置用于产生自起动用磁阻转矩的磁体、磁体突起或缺口部等磁体凹陷部，从而能得到上述磁场磁体不被约束在上述死点位置上的脱出转矩。
3.根据权利要求1所述的单相无刷电动机，其特征在于，上述缺口部等磁体凹陷部这样形成周向一侧的缺口端部定位于从作为电枢线圈的通电切换点的死点位置向反转方向约π/4配置角θ的位置上。
4.根据权利要求1至3任一项所述的单相无刷电动机，其特征在于，上述磁阻转矩产生用的磁体、磁体突起或磁体凹陷，其至少一部分沿着磁性气隙延伸的方向延伸而形成。
5.根据权利要求1或2所述的单相无刷电动机，其特征在于，上述用于产生磁阻转矩的磁体突起是用于把上述电枢线圈设置在上述磁场内的印刷基板和用于固定定子轭等部件的磁体螺栓。
6.根据权利要求1至4任一项所述的单相无刷电动机，其特征在于，上述用于产生磁阻转矩的磁体凹陷是把用于闭合设在上述磁场内的定子轭等磁路的磁体部件切成缺口而形成的通孔等缺口部。
7.根据权利要求1至6任一项所述的单相无刷电动机，其特征在于，上述电枢线圈的端子，穿子在用于闭合设在上述磁场内的定子轭等磁路的磁体部件上所形成的通孔等缺口部，从而引起到在所谓同上述磁场磁体相对的定子轭表面的相对面上所具有的驱动电路侧，以便同该驱动电路侧进行电连线。
8.根据权利要求1至7任一项所述的单相无刷电动机，其特征在于，检测上述磁场磁体的磁场的检测装置是磁传感器，把该磁传感器配置在包含同提供电枢线圈发生转矩的导体部相对的位置的该导体部延长上的位置上。
9.根据权利要求8所述的单相无刷电动机，其特征在于，上述磁传感器设置在用于闭合设在同提供电枢线圈发生转矩的导体部相对的上述磁场内的定子轭等磁路的磁体部件上所形成的通孔等缺口部位置上。
10.根据权利要求8所述的单相无刷电动机，其特征在于，上述单相无刷电动机，作为轴向气隙结构，在通过同上述磁场磁体的气隙所相对的电枢线圈安装基板表面上，单相配置地设置电枢线圈并同时安装驱动电路用的IC等电路元件，把检测上述磁场磁体的磁场的磁传感器设置在作为提供电枢转矩发生转矩的导体部内径方向延长线上位置并且不同该电枢线圈相对的上述电枢线圈安装基板表面上。
全文摘要
本发明的目的是利用在原电动机中所使用的部件的一部分，仅略微进行改进，得到接近理想合成转矩曲线的电动机，从而使单相无刷电动机既能确实地自起动，也能减薄其厚度，轻型、批量生产性优良、廉价地进行批量生产。本发明在从作为电枢线圈通电切换点的死点位置0＜θ＜π/2(π为电角度180度角度)的配置角θ位置上设置用于得到死点脱出转矩的磁体，磁体突起或缺口部等磁体凹陷等的自起动用磁阻转矩产生装置。
文档编号H02K29/06GK1124883SQ94102669
公开日1996年6月19日 申请日期1994年1月28日 优先权日1994年1月28日
发明者白木学 申请人:株式会社世巧技研