无刷直流电动机 本发明涉及一种无刷直流电动机，更具体的说，涉及采用流体动压轴承来支承轴的过程中，不使转子沿轴线方向窜动，以减少高速旋转时的振动和噪音的无刷直流电动机。
通常，用于办公机械的小型精密电动机，为适应所使用的机械的高速、大容量的要求，要求它具有旋转的速度高，振动小，噪音小的动力特性，所以其中使用的轴承也从滚珠轴承改变为动力性能好的流体粉末冶金轴承，或者流体动压轴承。
图1是以往使用流体动压轴承的电动机的断面图，在支座1上部的中央用压配合的方式装有轴套1a，在轴套1a内装有能够转动的轴2。此外，在底座1上部的外圆周表面上有构成定子地铁芯1b，在轴2的上端有盖状的转子3。在转子3的内圆周表面上有包围着铁芯1b的磁铁3a，当向绕在铁芯1b上的线圈1c通电时，在磁铁3a中便产生磁力，转子3便以轴2为中心产生旋转。
具有这种现有结构的主轴电动机都采用流体动压轴承，在轴2的外圆周表面上有产生动压的沟槽2a。即，当轴2高速旋转时，充填在它与轴套1a之间的润滑油，由于存在产生动压的沟槽2a而产生了压力。因此轴2的旋转受到了半径方向的支承。此外，在轴2旋转的过程中，放在转子3上部的磁盘也一起旋转，同时，回放磁盘中的信息。
可是，当使用流体动压轴承时，轴在半径方向是有了支承，但却没有轴向的支承。因此，需要另外设置轴向的支承轴承，此时，径向和轴向两种轴承的加工和组装是很困难的。
为了改善这种情况，在日本专利文献特开平-110028，和特开昭-56-20828中公开了抑制轴向窜动的技术。这种技术是借助于弹性的流体，在轴向形成垫圈式的构造物，以便在轴向形成动压力，使得轴在轴向得到支承。可是，因为它的生产费用高，不适合大量生产，特别是它具有轴向的动力特性很差，会产生很大的轴向振动的缺点。
本发明就是有鉴于已以往所存在的各种问题而研制出来的，本发明的目的是提供一种无刷直流电动机，它的轴向轴承由电磁轴承所构成，在转子的转动过程中没有轴向的窜动，并且能提高轴向的动力特性，降低高速旋转时的振动和噪音，提高其制造时的工艺性能。
为了达到上述目的，本发明的无刷直流电动机由下列各部分组成：卷绕有线圈的定子；作为上述电动机的旋转轴的轴；转子，该转子由以下各种构件组成：设置成与上述定子同轴线的包围着定子的圆筒形壁，安装在上述圆筒形壁的内部，与定子之间具有空气间隙的磁铁，与上述圆筒形壁连接的支承着轴的衬套，以及设置在上述衬套的一端的第一磁力产生部件；支承上述定子的底座；使得上述底座和轴以能够转动的方式连接起来的轴承装置，该轴承装置由下列各种构件组成：围绕支承着上述轴，保持有使得轴能在其内部转动的流体流动空间的内壁，包围着上述内壁，固定着轴承装置的外壁，位于上述转子附近，设置在轴承装置内部的与上述第一磁力产生部件发生相互作用的第二磁力产生部件，检测上述第一磁力产生部件和第二磁力产生部件所产生的磁力的变化的检测部件，位于上述内壁和外壁之间，产生电磁力以抑制上述转子的轴向窜动的窜动抑制装置，以及连接上述内壁和外壁的上下端壁；响应上述轴承装置的检测部件所检测到的信号，控制上述窜动抑制装置的控制器。
下面，参照附图详细描述本发明的实施例。附图中：
图1是以往的电动机的断面图；
图2是按照本发明的第一实施例的电动机的断面图；
图3是本发明的第一实施例的窜动抑制装置的立体图；
图4是按照本发明的第二实施例的电动机的断面图；
图5是按照本发明的第三实施例的电动机的断面图；
图6是按照本发明的第四实施例的电动机的断面图；
图7是按照本发明的第五实施例的电动机的断面图；
图8是按照本发明的第六实施例的电动机的断面图。
图2是按照本发明的第一实施例的电动机的断面图，图3是本发明的第一实施例的窜动抑制装置的立体图。如图所示，该电动机具有一个底座10，在底座上部中央设有圆筒形的支承部件10a。在支承部件10a的内部装有构成轴承装置的轴承11。此外，在底座10的支承部件10a的外圆周表面上装有被线圈15围绕着的定子14。
轴承11由内壁和包围着内壁用压配合方式装在支承部件10a的内圆周表面上的外壁，以及连接内壁和外壁的上下端的上下端壁所构成，轴12插入该轴承11之中，并由它支承进行转动。此外，在轴承11的内壁与轴12之间充填着润滑油。在轴12的外圆周表面上形成动压产生沟槽13，在轴旋转的过程中借助于动压产生沟槽13使润滑油产生动压力，沿着旋转半径的方向支承着轴。
此外，在轴12的上端，以配合的方式连接着衬套16，在衬套16的外圆周表面上有能和衬套16一起旋转的转子17。转子17的下部是敞开的，构成围绕着定子14的圆筒形壁，在该壁的内部设有磁铁18。当线圈15通电时，便在磁铁18中产生磁力，于是转子17便和轴12一起高速旋转。
此外，在轴承11的内壁和外壁之间，设有能不使转子17沿轴向窜动的窜动抑制装置19。上述窜动抑制装置19是利用磁铁的原理，在轴12高速旋转的过程中借助于转子17的离心力，使它不能向上窜动的装置。窜动抑制装置19是在轴承11的外壁上形成的沟槽21中绕制了电磁线圈20来构成的。电磁线圈20使轴承11的上部成为电磁铁，把转子17吸引到轴承11这一侧来，以此来抑制转子17的浮起。
此外，在轴承11上端的外圆周表面上设有能检测到转子17的窜动量的检测部件22。该检测部件22检测转子17的位移量，当高出标准值时，便使电磁线圈20工作。这种检测部件22使用了感应线圈23，为了增大感应线圈23的位移检测量，在衬套16的底面和轴承11的上端分别设置了第一、第二磁力产生部件26。当借助于这两个磁力产生部件26之间距离的差别使磁力产生变化时，上述检测部件22的感应线圈23便能够精确地检测到。另外，感应线圈23中的感应电流的变化量用放大器24放大之后送入控制器25，再借助于该控制器25来控制窜动抑制装置19。
具有以上构成的本发明具有设置在构成轴承装置的轴承11的内壁与外壁之间的窜动抑制装置19。该窜动抑制装置19是在转子17旋转的过程中借助于离心力不使转子17沿轴向浮起来的装置，用的是电磁原理。即，构成窜动抑制装置19的电磁线圈20在轴承11上的沟槽21中的卷绕量是一定的。而且，由检测部件22检测到转子17浮起的窜动量之后，才使窜动抑制装置19工作。检测部件22是由卷绕在轴承11上端的外圆周表面上的感应线圈23所构成的，它使用了由运算放大器构成的模拟比例一积分一微分控制器，或者前导/相位滞后补偿器。因此，借助于转子17的位移量在感应线圈23中产生感应电流，感应出来的感应电流通到放大器24和控制器25上，最后，控制上述窜动抑制装置19。
窜动抑制装置19根据从控制器25发来的控制信号，使电磁线圈20接通电源。当电磁线圈20接通电源时，轴承11便由于电磁铁中电流的变化将连接在轴12和转子17上的衬套16向下吸引，结果，整个转子17都向下降，从而抑制了轴向的窜动。同时，也减小了高速转动时的振动和噪音。
图4是按照本发明的第二实施例的电动机的断面图，其构成大致与第一实施例相同，不过，没有检测部件22和第一、第二磁力产生部件26。在本发明的第二实施例中，在轴12旋转的过程中，向窜动抑制装置19通入电流，轴12与转子17就以一定的力量互相吸引。然后，当轴12停止转动时，切断通向窜动抑制装置19的电流，就不吸引转子17了。
图5是按照本发明的第三实施例的电动机的断面图，对与本发明的第一实施例相同的构成要素，使用相同的标号来进行说明。在轴承11上设置了不使转子17向轴向窜动的窜动抑制装置19。窜动抑制装置19是在轴12高速旋转的过程中借助于转子17的离心力，不使它向上方窜动的装置，它使用了电磁原理。上述窜动抑制装置19是在轴承11上下两侧的沟槽21、21a中卷绕了上部电磁线圈20和下部电磁线圈20a而形成的。
上部电磁线圈20是当转子17借助于离心力向轴的上方移动时起作用的，所以在轴承11的上部形成了电磁铁，以便向下吸引转子17。下部电磁线圈20a产生与上部电磁线圈20所产生的磁力线方向相反的磁力线，调节在轴承11的上部由上部电磁线圈20所产生的电磁力。因此，便能借助于电磁力能动地控制转子17沿轴向所产生的位移量。
借助于具有这种构成的本发明的第三实施例的窜动抑制装置19，是在转子17旋转的过程中，借助于离心力而不使它向轴向浮起的装置，使用了电磁原理。即，构成窜动抑制装置19的电磁线圈20在轴承11上的沟槽21中的卷绕量是一定的。而且，用检测部件22来检测到转子17浮起的窜动量。由于检测部件22是由卷绕在轴承11上端的外圆周表面上的感应线圈23所构成的，所以，转子17的位移量能在感应线圈23中产生感应电流。然后，使感应电流通入放大器24和控制器25，最后控制窜动抑制装置19。
根据从控制器25发来的控制信号，使电流通入上部电磁线圈20中。当电流通入上部电磁线圈20时，由于轴承的上部变成了电磁铁，所以连接在转子17上的衬套16的下端被向下吸引，结果，整个转子17下降，抑制了窜动。并且，上部电线圈20的电磁力是由下部电磁线圈20a来控制的。即，当由上部电磁线圈20在轴承11上部所产生的电磁力过大时，为了控制它，要向下部电磁线圈20a通入电流。此时，借助于在下部电磁线圈20a中产生的与上部电磁线圈20的磁力线相反的磁力线，能动地控制了轴，排除了过度吸引转子17的现象。因此，减少了高速旋转时的振动和噪音。
图6是按照本发明的第四实施例的电动机的断面图，对与本发明的第三实施例相同的构成要素，使用相同的标号。在构成转子17的衬套16的下端的外圆周表面上设置了能产生磁力的第一磁力产生部件26，而在构成底座10的支承部分10a上端的外圆周表面上设置了与第一磁力产生部件26发生相互作用的第二磁力产生部件26。此外，在支承部分10a的上端的外圆周表面上设置了能检测第一、第二磁力产生部件26中所发生的磁性变化的检测部件22。
图7是按照本发明的第五实施例的电动机的断面图，对与本发明的第三实施例相同的构成要素，使用相同的标号。在构成轴承装置的轴承11的上端设置了第一磁力产生部件26，在构成转子17的衬套16的底面上设置了与第一磁力产生部件26发生相互作用的第二磁力产生部件26。此外，在衬套的外圆周表面上设置了能检测到第一、第二磁力产生部件26中的磁性变化，对控制器25进行控制的检测部件22。
图8是按照本发明的第六实施例的电动机的断面图，对与本发明的第三实施例相同的构成要素，使用相同的标号。在构成底座10的支承部分10A的上端设置了第一磁力产生部件26，而在构成转子17的衬套16的外圆周表面上设置了与第一磁力产生部件26发生相互作用的第二磁力产生部件26。此外，在衬套16的外圆周表面上设置了能检测到第一、第二磁力产生部件26中的磁性变化的检测部件22。
上述本发明的第4、5、6实施例的作用与本发明的第三实施例相同，所以省略了对它们的说明。
如上所述，按照本发明，在轴承的外圆周表面上设置了能抑制转子的轴向窜动的窜动抑制装置。由于该窜动抑制装置应用了电磁原理，所以轴承能借助于电磁铁的磁力的变化，把转子向下方吸引。而且，借助于构成检测装置的感应线圈中的感应电流的变化，能检测到转子的窜动量，再借助于检测装置所检测到的量来控制窜动抑制装置。因此，能降低高速转动时转子的振动和噪音，具有提高动力特性等等的效果。