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转子

阅读:210发布:2020-05-11

专利汇可以提供转子专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 转子 ,其具有新的结构的 铁 芯。转子具备:具有以旋 转轴 为中心呈放射状设置的多个齿(34a)的第一构件(32);卷绕于多个齿(34a)的线圈;以及以连接多个齿(34a)的各自的前端部的方式固定于第一构件(32)的筒状的第二构件(36)。由第一构件(32)及第二构件(36)构成铁芯(20),第二构件(36)具有层叠有多个 钢 板的多层构造。,下面是转子专利的具体信息内容。

1.一种转子,其特征在于,具备:
第一构件,其具有以旋转轴为中心呈放射状设置的多个齿;
线圈,其卷绕于多个上述齿;以及
筒状的第二构件,其以连接多个上述齿的各自的前端部的方式固定于上述第一构件,由上述第一构件及上述第二构件构成芯,
上述第二构件具有层叠有多个板的多层构造。
2.根据权利要求1所述的转子,其特征在于,
上述齿在前端设有嵌合部,
上述第二构件在筒状的内周部设有供上述嵌合部固定的被嵌合部。
3.根据权利要求2所述的转子,其特征在于,
上述第二构件以夹着上述嵌合部的方式在对称位置设有固定所层叠的钢板彼此的固定部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子,其特征在于,
上述第二构件具有全周相连的无槽层和全周的一部分未相连的槽层。
5.根据权利要求4所述的转子,其特征在于,
上述无槽层具有与形成于上述槽层的槽在旋转轴方向上相邻的薄壁部,若将一张上述钢板的厚度设为t1且将上述薄壁部的径向的厚度设为t2,则满足0.2×t1<t2<5.0×t1。
6.根据权利要求4或5所述的转子,其特征在于,
若将形成于上述槽层的槽的旋转轴方向的高度设为L且将上述铁芯的总厚设为n3,则0<L<0.3×n3。

说明书全文

转子

技术领域

[0001] 本发明涉及转子。

背景技术

[0002] 通常的直流达的转子在层叠多个板而成的芯的齿卷绕有线圈。另外,铁芯在外周面设有用于在齿卷绕线圈的槽。这种转子在齿槽效应、旋转稳定性方面具有改良的余地。
[0003] 因此,提出有通过具备在外周面不露出槽的所谓的无槽的转子来消除齿槽效应、旋转稳定性等的问题的技术(参照专利文献1)。具体而言,将卷绕有线圈的齿的前端部压入由铁系烧结合金或加有磁粉的树脂材料构成的圆筒型的部件的内周面的卡合凹部,从而构成转子。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本实公平5-1964号公报

发明内容

[0007] 发明所要解决的课题
[0008] 但是,上述的圆筒型的部件通过一体成形制作,不容易实现高尺寸精度及复杂的形状。因此,为了实现包含转子、磁铁的最佳的磁路来实现马达的小型化、性能的提高,需要对铁芯的结构花费更多精
[0009] 本发明鉴于这样的状况而做成,其目的在于提供具有新的结构的铁芯的转子。
[0010] 用于解决课题的方案
[0011] 为了解决上述课题,本发明的一个方案的转子具备:第一构件,其具有以旋转轴为中心呈放射状设置的多个齿;线圈,其卷绕于多个齿;以及筒状的第二构件,其以连接多个齿的各自的前端部的方式固定于第一构件,由第一构件及第二构件构成铁芯,第二构件具有层叠有多个钢板的多层构造。
[0012] 根据该方案,能够在齿卷绕线圈,然后将第一构件固定于第二构件,因此能够在齿更密地卷绕线圈。另外,第二构件以连接多个齿的各自的前端部的方式固定于第一构件,因此能够降低因转子的旋转而引起的线圈的伸出。将线圈卷绕于齿的方法可以是所谓的集中卷绕、重叠卷绕。
[0013] 也可以,齿在前端设有嵌合部,第二构件在筒状的内周部设有供嵌合部固定的被嵌合部。由此,第一构件和第二构件互相精度良好地连接。例如,也可以,嵌合部是凸部,被嵌合部是凹部。另外,也可以,嵌合部是凹部,被嵌合部是凸部。
[0014] 也可以,第二构件以夹着嵌合部的方式在对称位置设有固定所层叠的钢板彼此的固定部。由此,在第一构件的嵌合部固定于第二构件的被嵌合部时,能够抑制因固定应力而铁芯外周不均匀地变形
[0015] 也可以,第二构件具有全周相连的无槽层和全周的一部分未相连的槽层。由此,能够既抑制齿槽效应的发生,又降低线圈的伸出。
[0016] 也可以,无槽层由全周相连的环状的第一钢板构成,槽层由全周未相连的至少一个以上的圆弧状的第二钢板构成。由此,作为筒状的部件,能够通过层叠多种钢板来制作具有形成有槽的层和未形成槽的层的铁芯。其结果,能够通过在仅层叠全周相连的环状的钢板来形成圆筒铁芯后再加工相当于槽的部分的方法来更简单地制作期望形状的铁芯。
[0017] 也可以,第二构件在将无槽层的总厚设为n1且将槽层的总厚设为n2时,满足0<n2/(n1+n2)<1。优选的是,满足0.2<n2/(n1+n2)<0.95。更优选的是,满足0.4<n2/(n1+n2)<0.89。由此,能够既降低齿槽效应,又抑制因磁短路而引起的磁通量降低。
[0018] 也可以,无槽层具有与形成于槽层的槽在旋转轴方向上相邻的薄壁部,若将一张钢板的厚度设为t1且将薄壁部的径向的厚度设为t2,则满足0.2×t1≤t2≤5.0×t1。优选的是,0.5×t1≤t2≤3.0×t1。由此,能够考虑到马达的特性和钢板的生产性(加工性)的无槽层。
[0019] 也可以,若将形成于槽层的槽的旋转轴方向的高度设为L且将铁芯的总厚设为n3,则0<L<0.3×n3。由此,能够降低线圈的伸出。优选的是,0<L<0.2×n3。由此,能够进一步降低线圈的伸出。更优选的是,0<L<0.1×n3。由此,能够更进一步降低线圈的伸出。
[0020] 也可以,第二构件具有全周的一部分未相连的槽层。槽层可以包含:第一槽层,其由圆弧状的钢板构成且具有第一槽;以及第二槽层,其与第一槽层相邻且由圆弧状的钢板构成,且具有周向的位置与第一槽的位置不同的第二槽。由此,即使不使用形状不同的钢板,也能够形成周向的位置不同的多个槽。
[0021] 本发明的其它方案是马达。该马达具备:筒状的外壳;沿外壳的内面设置且具有一对以上的磁极的定子;与定子对置配置的转子;以及以在换向器的外周面滑动的方式设置的多个电刷。
[0022] 此外,对于将以上的结构单元的任意的组合、本发明的表达在方法、装置、系统等之间变换而成的方案,作为本发明的方案依然有效。
[0023] 发明效果
[0024] 根据本发明,能够提供具有新的结构的铁芯的转子。附图说明
[0025] 图1是第一实施方式的DC马达的主视图。
[0026] 图2是第一实施方式的DC马达的剖视图。
[0027] 图3(a)是相当于铁芯的齿的部分的第一构件的俯视图,图3(b)是第一构件的侧视图。
[0028] 图4是在中心插入有轴的第一构件的立体图。
[0029] 图5(a)是相当于铁芯的筒状的部分的第二构件的俯视图,图5(b)是第二构件的侧视图。
[0030] 图6(a)是绝缘子的立体图,图6(b)是表示在绝缘子卷绕有线圈的状态的立体图。
[0031] 图7(a)是第一实施方式的转子的俯视图,图7(b)是第一实施方式的转子的侧视图。
[0032] 图8是表示将第一构件和第二构件互相压入后的状态的俯视图。
[0033] 图9(a)是构成第二实施方式的铁芯的无槽层的电磁钢板的俯视图,图9(b)是构成第二实施方式的铁芯的槽层的电磁钢板的俯视图,图9(c)是表示构成第二实施方式的铁芯的第二构件的基本单元的立体图。
[0034] 图10是第二实施方式的第二构件的侧视图。
[0035] 图11是构成第三实施方式的第二构件的电磁钢板的俯视图。
[0036] 图12是第三实施方式的第二构件的侧视图。
[0037] 图13是第四实施方式的铁芯的俯视图。
[0038] 图中:
[0039] L1—无槽层,S1—第一槽,L2—槽层,S2—第二槽,S3—第三槽,10—DC马达,12—外壳,14—磁铁,16—转子,18—轴,20—铁芯,20a—槽,L21—第一槽层,22—线圈,L22—第二槽层,L23—第三槽层,30—电刷,32—第一构件,34—电磁钢板,34a—齿,34b—凸部,34c—基部,36—第二构件,38—电磁钢板,38a—凹部,38b—固定部,38c—薄壁部,40—绝缘子,42—第二构件,44—电磁钢板,46—第二构件,48—电磁钢板。

具体实施方式

[0040] 以下,参照附图,对本发明的实施方式进行说明。此外,在附图中,对相同的单元标注相同的符号,适当省略重复的说明。另外,以下叙述的结构是示例,不对本发明的范围进行任何的限定。
[0041] [第一实施方式]
[0042] (DC马达)
[0043] 图1是第一实施方式的DC马达的主视图。图2是第一实施方式的DC马达的剖视图。DC马达10是二极三槽马达,在圆筒状的外壳12的内壁配置有一个或多个磁铁14。磁铁14配置为磁极(N极及S极)位于内侧,且沿外壳12的内壁的周向交替排列N极和S极。定子主要由外壳12和磁铁14构成。
[0044] 在外壳12的中央部配置有转子16。转子16具备轴18、铁芯20、线圈22、以及换向器(整流子)24。轴18是利用轴承26、28并支撑转子16的旋转轴。另外,轴18还发挥输出轴的功能。转子16的铁芯20与磁铁14对置配置。
[0045] 铁芯20是层叠多个电磁钢板而成,在其中心以贯通的状态固定有轴18。此外,在铁芯20的槽20a卷绕有线圈22,通过流通电流,从而产生磁力。
[0046] 换向器24与铁芯20同样地固定于轴18。换向器24是将通过在外周面滑动接触的电刷30而流动的电流在合适的时刻流向线圈22的触点。电刷30例如是以为主成分的碳刷。此外,电刷也有时为以贵金属等为主成分的叉子状的金属刷。
[0047] 电刷30以与成为端子的电刷基底31连接的状态固定于电刷架33。电枢架33装配于外壳12内。而且,通过钟形端板35做成外壳12的开口部的盖。
[0048] (铁芯)
[0049] 本实施方式的铁芯20通过组合多个构件而构成。图3(a)是相当于铁芯20的齿的部分的第一构件32的俯视图,图3(b)是第一构件32的侧视图。图4是在中心插入了轴18的第一构件32的立体图。
[0050] 如图3(b)所示,第一构件32是层叠了相同形状的电磁钢板34而成。电磁钢板彼此通过利用激光焊接、凸台铆接方式向轴18的压入而进行的嵌合来固定。如图3(a)所示,电磁钢板34具有以旋转轴Ax为中心呈放射状设置的多个齿34a。齿34a在前端部设有凸部34b。另外,凸部34b具有宽度比前端窄的基部34c。
[0051] 图5(a)是相当于铁芯20的筒状的部分的第二构件36的俯视图,图5(b)是第二构件36的侧视图。
[0052] 如图5(b)所示,第二构件36具有层叠有相同形状的电磁钢板38的多层构造。电磁钢板彼此通过利用激光溶接、凸台铆接方式进行的嵌合来固定。如图5(a)所示,电磁钢板38是环状的构件。另外,在电磁钢板38的内周部,在周向上等间隔地设有供第一构件32的凸部34b压入的三个凹部38a。
[0053] 接下来,对转子的制造方法进行说明。首先,准备图4所示的第一构件32。然后,向第一构件32的齿34a分别装配线圈22。本实施方式中,在筒状的绝缘子卷绕线圈,然后装配。图6(a)是绝缘子40的立体图,图6(b)是表示在绝缘子40卷绕有线圈22的状态的立体图。
[0054] 将图6(b)所示的卷绕了线圈22的绝缘子40装配于图3所示的第一构件32的齿34a的每一个。该状态下,将第二构件36沿旋转轴方向向第一构件32压入。由此,能够在齿34a卷绕线圈22后(装配后),再将第一构件32固定于第二构件36,因此能够在齿34a更紧密地卷绕线圈22。另外,第二构件36以连接多个齿34a的每一个的前端部的方式固定于第一构件32,因此能够防止因转子16的旋转而引起的线圈22的伸出。
[0055] 图7(a)是第一实施方式的转子16的俯视图,图7(b)是第一实施方式的转子16的侧视图。第一实施方式的转子16具备第一构件32、第二构件36、卷绕于第一构件32的多个齿34a的每一个的线圈22、以及固定于轴18的换向器24。
[0056] 图8是表示将第一构件32和第二构件36互相压入后的状态的俯视图。此外,在实际的DC马达10中,在第一构件32的齿34a卷绕有线圈22,但是在图8中省略了图示。
[0057] 如图8所示,筒状的第二构件36以连接多个齿34a的每一个的前端部的方式压入固定于第一构件32。由此,第一构件32和第二构件36互相高精度且牢固地连接。
[0058] 另外,第二构件36以夹着凹部38a的方式在对称位置设有固定钢板彼此的固定部38b。固定部38b例如通过凸台铆接而嵌合固定。由此,在第一构件32的凸部34b被压入至第二构件36的凹部38a时,能够抑制因应变而铁芯外周不均匀地变形。其结果,能够抑制马达使用时的齿槽效应,实现稳定且顺畅的旋转。
[0059] 本实施方式的第二构件36的电磁钢板38由在外周没有槽的(全周相连)无槽层构成整个铁芯。无槽层在电磁钢板38的凹部38a与凹部38a之间具有薄壁部38c。本实施方式的电磁钢板38在将一张电磁钢板38的厚度设为t1且将薄壁部38c的径向的厚度设为t2时,满足0.2×t1≤t2≤5.0×t1。优选的是,满足0.5×t1≤t2≤3.0×t1。由此,能够实现考虑到马达的特性和钢板的生产性(加工性)的无槽层。
[0060] 此外,对于所有的无槽层,电磁钢板38的厚度也可以不同,也可以一部分电磁钢板38的厚度不同。在层叠厚度不同的多种电磁钢板的情况下,当将厚度最大的电磁钢板的厚度设为t1’时,薄壁部的径向的厚度t2满足0.2×t1’≤t2≤5.0×t1’即可。优选的是,满足
0.5×t1’≤t2≤3.0×t1’即可。
[0061] (第二实施方式)
[0062] 第一实施方式的铁芯20是在外周没有槽的圆筒状的部件。因此,虽然对线圈的防伸出、齿槽效应降低发挥有效的效果,但是,因为齿的前端彼此相连,因此存在因齿间的磁短路引起的有效磁通的降低的问题。
[0063] 因此,第二实施方式的铁芯做成使无槽层和槽层混合存在的结构。图9(a)是构成第二实施方式的铁芯的无槽层的电磁钢板38的俯视图,图9(b)是构成第二实施方式的铁芯的槽层的电磁钢板44的俯视图,图9(c)是表示构成第二实施方式的铁芯的第二构件的基本单元的立体图。图10是第二实施方式的第二构件的侧视图。
[0064] 如图10所示,第二实施方式的第二构件42具有全周相连的无槽层L1、和全周的至少一部分未连接的槽层L2。第二构件42交替层叠无槽层L1和槽层L2。由此,在第二构件42的一部分为无槽层L1,从而能够既抑制齿槽效应的发生,又降低线圈的伸出。
[0065] 如图9(a)所示,无槽层L1由全周相连的环状的电磁钢板38构成。电磁钢板38是如第一实施方式所说明的结构。槽层L2由并非全周相连的圆弧状的电磁钢板44构成。在本实施方式的槽层L2中,每一层由三个电磁钢板44构成。电磁钢板44形成相当于电磁钢板38的薄壁部38c的部分,呈三等分而成的形状。
[0066] 由此,作为筒状的部件,层叠多种钢板,从而能够制作具有形成有槽S的槽层L2和未形成槽S的无槽层L1的铁芯。其结果,能够通过在仅层叠全周相连的环状的钢板形成圆筒铁芯后再加工相当于槽的部分的方法来更简单地制作期望形状的铁芯。
[0067] 第二构件42在将无槽层L1的总厚设为n1且将槽层L2的总厚设为n2时,满足0<n2/(n1+n2)<1。优选的是,满足0.2<n2/(n1+n2)<0.95。更优选的是,满足0.4<n2/(n1+n2)<0.89。由此,能够既降低齿槽效应,又抑制因磁短路而引起的磁通量降低。此外,无槽层L1的总厚是在无槽层L1为多个的情况下,将它们全部相加而得到的厚度尺寸。槽层L2的总厚是在槽层L2为多个的情况下,将它们全部相加而得到的厚度尺寸。
[0068] 无槽层L1具有与形成于槽层L2的槽S在旋转轴方向上相邻的薄壁部38c,当将一张电磁钢板38的厚度设为t1且将薄肉部38c的径向的厚度设为t2时,满足0.2×t1≤t2≤5.0×t1。优选的是,0.5×t1≤t2≤3.0×t1。
[0069] 就第二构件42而言,当将每一个形成于槽层L2的槽S的旋转轴方向的高度设为L且将铁芯的总厚设为n3时,满足0<L<0.3×n3即可。优选的是,0<L<0.2×n3。更优选的是,0<L<0.1×n3。由此,能够更可靠地防止线圈的伸出。
[0070] (第三实施方式)
[0071] 图11是构成第三实施方式的第二构件的电磁钢板48的俯视图。图12是第三实施方式的第二构件46的侧视图。
[0072] 如图12所示,第三实施方式的第二构件46具有全周的一部分未相连的槽层L2。换言之,第二构件46不具有无槽层。如图11所示,槽层L2包含第一槽层L21、第二槽层L22、以及第三槽层L23,第一槽层L21由圆弧状的电磁钢板48构成,且具有第一槽S1,第二槽层L22与第一槽层L21相邻,由圆弧状的电磁钢板48构成,而且具有周向的位置与第一槽S1的位置不同的第二槽S2,第三槽层L23与第二槽层L22相邻,由圆弧状的电磁钢板48构成,而且具有周向的位置与第二槽S2的位置不同的第三槽S3。由此,即使使用形状不同的钢板,也能够形成周向的位置不同的多个槽S1~S3。另外,因为在所有的层均存在槽,所以能够抑制磁通量的降低。
[0073] (第四实施方式)
[0074] 根据用途,作为马达的性能,有时要求高速旋转。例如,在30000~40000rpm以上的使用条件下,因作用于转子的强大的离心力,也可能存在旋转中的转子、特别是圈型铁芯变形的情况。因此,本发明者设计了相比上述的各实施方式的铁芯能够抑制高速旋转时的变形的新的结构的铁芯。此外,对于与上述的各实施方式相同的结构,适当省略说明。
[0075] 图13是第四实施方式的铁芯的俯视图。本实施方式的铁芯50具有相当于齿的部分的第一构件52、和相当于筒状的部分的第二构件54,第一构件52和第二构件54嵌合而互相固定。第一构件52是层叠相同形状的电磁钢板56而成,为与前述的第一构件32大致相同的结构。如图13所示,电磁钢板56具有以旋转轴为中心呈放射状设置的多个齿56a。齿56a在前端部设有凸部56b。另外,凸部56b具有宽度比前端窄的基部56c。
[0076] 第二构件54具有层叠有相同形状的电磁钢板58的多层构造。电磁钢板彼此通过利用激光溶接、凸台铆接方式进行的嵌合来固定。如图13所示,电磁钢板58是环状的构件。另外,在电磁钢板58的内周部,在周向上等间隔地设有供第一构件52的凸部52b压入的三个第一凹部58a。
[0077] 另外,在比第一凹部58a靠电磁钢板58的中心侧,形成有比第一凹部58a的周向的宽度大的第二凹部58b。第二凹部58b为从两侧保持齿56a的侧面56d的一部分的形状。本实施方式的第二构件54中,在第二凹部58b的内侧面58e卡合有齿56a的基部56c附近的台阶部56e。
[0078] 这样构成的第二构件54在第二凹部58b的底部还形成第1凹部58a,从而相比上述的第二构件36,凹部整体加深。因此,特别是能够增大与第二凹部58b相邻的区域的径向的厚度T,从而提高第二构件54自身的强度。另外,第二构件54不仅将齿56a的凸部56b压入第一凹部58a,还将台阶部56e压入第二凹部58b,因此在更多的面与第一构件52嵌合,从而与第一构件52的连结更牢固。其结果,即使在转子高速旋转的情况下,也能够抑制转子本身的变形。
[0079] 因此,能够避免转子外周部(第二构件54外周部)因变形而与定子侧的磁铁接触的问题,防止杂音的发生、马达的旋转效率降低。另外,考虑到构件公差、装配公差,能够使转子与定子的间隙更窄,因此能够提高马达的旋转效率。
[0080] 以上,参照上述的各实施方式对本发明进行了说明,但是本发明不限于上述的各实施方式,将各实施方式的结构适当组合、置换,也属于本发明。另外,基于本领域技术常识,能够适当调换各实施方式的组合、处理的顺序、对实施方式添加各种设计变更等变形,添加了这种变形的实施方式也包含在本发明的范围内。
[0081] 在上述的各实施方式的铁芯中,构成齿的第一构件的厚度和构成外周部的环状的第二构件的厚度大致相同。与之相对,通过使第二构件的厚度比第一构件的厚度大,能够高效地将来自磁铁的磁通聚集于转子,能够使有助于马达的旋转的磁通增大。
[0082] 另外,上述的铁芯使用的钢板也可全部为相同厚度,也可以一部分钢板的厚度不同。另外,所有构成槽层的电磁钢板可以为相同厚度,也可以一部分钢板的厚度不同。另外,所有构成无槽层的电磁钢板可以为相同厚度,也可以一部分钢板的厚度不同。
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