CN101405929B - 电动机及驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示的电动机具备外周具有被磁化为多个的永久磁铁(2)的转子(3)、以及具有沿着转子3的外周配置的多个通电线圈(7a)的定子(7)，通过向通电线圈(7a)通电产生的径向不均匀磁场使转子(3)旋转，在这种电动机中，具备：将转子(3)的一端侧固定在轴方向的负载侧轴承(5)、将转子(3)的另一端侧固定在径方向的反负载侧轴承(4)、以及在反负载侧轴承(4)的径方向上设置的缓冲构件(12)。

Description

电动机及驱动控制装置

技术领域

本发明涉及电动机及其驱动控制装置。

背景技术

作为已有的电动机驱动时的噪音对策技术，有例如专利文献1揭示的内容。专利文献1是减少直流(DC)电动机的转子驱动时向轴方向移动之际安装在转子轴上的构件碰撞轴承产生的噪音的技术。

该专利文献1中揭示的电动机中，在中空筒状的缓冲部的中央设有凸起部，通过凸起部的中心孔使转子轴突出。由于有该缓冲部，伴随着转子的轴方向移动电动机壳的轴承和凸起部即使碰撞其冲撞也会被缓解。

另外，专利文献2是关于基于拥有多个极的永久磁铁的转子和通过其旋转得到的位置检测信号来依次切换通电的定子绕组，产生旋转磁场的直流无刷电动机。在该专利文献2中，通过以避开转子共振的频率进行通电控制可以降低上述通电运转产生的振动和噪音。

专利文献1：日本专利特开2000—32706号公报

专利文献2：日本专利特开平11—113281号公报

发明内容

在以往的直流电动机中，是转子侧和定子侧磁极数量不一致的结构，例如在转子侧具有8个磁极，定子侧具有9个通电线圈的组合(转子8极—定子9极)的情况下，由于通电线圈通电时产生的磁场，将转子向径向吸引的力产生得不均匀。因此，转子在径向上振动。另一方面，转子8极—定子9极的结构的电动机可以高输出化，容易制造，比较易于使用。

另外，以轴承支持转子两端的结构中，为了应对零部件尺寸的波动，在轴承和定子侧或者转子侧之间设有径向的缝隙。若有该缝隙，则即使例如在车辆用电动机这样的高输出的直流电动机施加负载，轴承和定子侧或者转子侧的接触也会被缓解，可以降低在轴承上施加的负荷。因此，为了提高耐磨性以及实现高寿命，设置所述缝隙的结构是必须的。

然而，在以转子8极—定子9极等组合构成的电动机中，若采用在轴承与定子侧或者转子侧之间设置径向的缝隙的结构，则在驱动时可以知道噪音的发生。其原因通过本发明的发明者研究分析的结果，发现是由于通电时发生的在径向不均匀的力，转子在径向上发生振幅有缝隙大小的振动，轴承与定子侧或者转子侧接触造成的。

对于这样的起因于转子的径向振动的不理想，即使使用专利文献1揭示的应对转子在轴方向上的移动产生的噪音的技术也得不到效果。另外，由于所述不理想的情况是电动机结构上的原因引起的，所以通过如专利文献2记载的通电控制进行应对也没有效果。

本发明是为解决上述问题而作，其目的在于得到在利用径向不均匀的磁场使转子旋转的电动机中，通过在轴承侧设置缓冲构件，吸收由于转子在径向上的振动引起的对轴承的碰撞，减少噪音的发生，并且可以缓解对轴承施加的冲撞的电动机。

另外，本发明的目的在于，得到在驱动时转子在径向上振动的电动机驱动时，以缓解被吸引向径向的转子向轴承的冲撞的程度的高驱动频率进行驱动控制，可以减少对于轴承的接触、抑制噪音的产生的驱动控制装置。

本发明的电动机具备外周具有被磁化为多个的磁铁的转子、以及具有沿着转子外周配置的多个通电线圈的定子，通过向通电线圈通电产生的径向不均匀的磁场使转子旋转的电动机，具备将转子的一端侧固定在轴方向的负载侧轴承、将转子的另一端侧固定在径方向的反负载侧轴承、以及在反负载侧轴承的径方向设置的缓冲构件。

若采用本发明，由于利用缓冲构件吸收转子的径向振动引起的碰撞的冲撞，所以具有的效果是，可减少噪音的产生，并且可缓解施加在轴承上的冲撞。据此，具有可以提高耐磨性，并且实现高寿命等效果。

附图说明

图1是表示本发明的实施形态1的电动机结构的剖面图。

图2是表示驱动时转子的偏心的剖面图。

图3是图1中标号B表示的部分的放大图。

图4是图1中标号C表示的部分的放大图。

图5是表示缓冲构件的一个例子的图。

图6是表示缓冲构件的其他例子的图。

图7是表示本发明的实施形态2的电动机驱动系统结构的方框图。

图8是说明驱动时的转子的运动用的图。

具体实施方式

为了更详细说明本发明，下面按照附图说明实施本发明的最佳形态。

实施形态1

图1是表示本发明的实施形态1的电动机的结构的剖面图，表示轴方向的剖面，表示转子8极—定子9极的电动机。电动机1大致包含转子3以及定子7而构成。在转子3沿着外周设有被磁化为多个极的永久磁铁2，在其中心轴部设有螺纹孔。这里永久磁铁2被NS磁化为8极。

在输出轴11的输出端相反侧设置的螺丝10被插入配合于在上述转子3的内部设置的螺纹孔。旋转驱动转子3时，其旋转力通过螺丝10传导至输出轴11，输出轴11由于其旋转被阻止，所以转子3的旋转力被变换为轴方向的直动力。

在电动机盖(电动机壳体)9a内围住转子3设置的定子(铁芯)7a上缠绕通电线圈的构件是定子7。这里，围着转子3设置9个定子7a，在这些定子7a上分别缠绕通电线圈，通过通电被NS磁化为9极。

图2是说明驱动时转子3的偏心用的图，表示在图1中的A—A线切断的剖面。另外，为了使定子和转子的关系易于辨认，省略在定子上的通电线圈的记载。图2(a)以及图2(c)表示与本实施形态1的电动机1不同，转子3具有12个磁极，定子7具有9个通电线圈的电动机(转子12极—定子9极)；图2(b)以及图2(d)是本实施形态1的电动机1，表示转子8极—定子9极的电动机。

图2(a)以及图2(b)表示从U相向V相通电时的状况，图2(c)以及图2(d)表示从U相向W相通电时的状况。如图2所示，一旦对定子的通电线圈通电，定子(铁芯)即被磁化，产生与转子的永久磁极相互吸引的力。此时，如图2(a)以及图2(c)所示，在转子12极—定子9极的电动机中，由于通过向通电线圈通电产生均匀磁场，所以将转子向径向吸引的力在各方向(图2(a)以及图2(c)中箭头表示的方向)均匀起作用，转子不会偏心。

另一方面，若是像本实施形态1的电动机1那样是转子8极—定子9极，则由于向通电线圈通电在径向产生不均匀的磁场，将转子3向径向的定子7一侧吸引的力不均匀地施加(图2(b)以及图2(d)中箭头表示方向的力)。因此，驱动时转子3在径向上振动，轴承支持部3a与上轴承4的内轮4a接触产生噪音。

因此，本实施形态1中如图1所示，在转子3的轴承支持部3a和上轴承4的内轮4a间的缝隙中设置缓冲构件12，抑制噪音的产生。另外，后面将描述缓冲构件12。

回到图1的说明，在电动机壳9a安装凸起(电动机壳体)9b，凸起9b支持垫圈等预压构件8。另外，在转子3的两端装有支持旋转轴用的上轴承4以及下轴承5。

这里，详细说明下轴承5的支持结构。

图3是图1中的标号B表示的部分的放大图。如图3所示，下轴承5的内轮5a利用转子3的台阶部3b和支持结构6被固定于轴方向上下(轴向固定)。另外，下轴承5的外轮5b利用电动机壳9a的台阶部9c和凸起9b上支持的预压构件8固定于轴方向上下(轴向固定)。这样，下轴承5的外轮5b被固定在电动机壳9a和凸起9b等构成的电动机壳体上。另外，在下轴承5的内轮5a以及外轮5b中夹着球5c。

接下来详细说明上轴承4的支持结构。

上轴承4与下轴承5不同，不被固定于轴方向上下，只在与轴方向垂直的径方向(径向)利用转子3和定子7支持。

图4是图1中的标号C表示的部分的放大图。如图4所示，上轴承4被转子3的轴承支持部3a和电动机壳9a的轴承支持部9d夹着加以支持。

另外，在图4中记载了上轴承4与图3表示的下轴承5有同样的尺寸，但是实际上如图1所示，下轴承5的尺寸比上轴承4更大。

在本发明中，在电动机1的输出轴11一侧即施加负载的一侧(负载侧)设置的下轴承5，使用大于在从输出轴11一侧离开的反负载侧设置的上轴承4的轴承。通过这样，在电动机上施加负载的时候，可以提高施加了比上轴承4更大的负载的下轴承5的耐久性。

如图4所示，在本实施形态1的电动机1中，在上轴承4的内轮4a和转子3的轴承支持部3a之间设有补偿构件的尺寸偏差用的径向缝隙D。借助于设置该缝隙D，可以应对上轴承4的内轮4a或者外轮4b的径向的尺寸偏差和转子3的轴承支持部3a和电动机壳9a的轴承支持部9d的径向尺寸偏差。

另外，存在缝隙D时，即使在电动机1施加负载，也能缓解上轴承4的内轮4a和转子3的轴承支持部3a的接触，能降低在上轴承4的内轮4a施加的负荷。因此，可以提高耐磨性以及实现高寿命。

然而，单单只设置缝隙D会如上所述发生噪音。

因此，作为本发明的第一特征，在缝隙D设有缓冲构件12。该缓冲构件12形成缓冲，在驱动时即使转子3偏心，轴承支持部3a向上轴承4的内轮4a一侧振动，轴承支持部3a和上轴承4的内轮4a也不会直接碰撞，可以抑制噪音的发生。

另外，由于转子3的轴承支持部3a在向上轴承4的内轮4a一侧振动时的冲撞被缓冲构件12缓和，所以可以提高例如上轴承4的内轮4a和转子3的轴承支持部3a的耐磨性。

另外，在图4中，表示了在转子3的轴承支持部3a(转子3一侧)和上轴承4的内轮4a之间设置缝隙D形成缓冲构件12的例子，但是也可以在电动机壳9a的轴承支持部9d(定子7一侧)和上轴承4的外轮4b之间设置缝隙D形成缓冲构件12而构成。

图5是表示图4表示的缓冲构件12的一个例子的图，与图4一样，表示图1中的标号C表示的部分的放大图。在图5表示的例子中，在转子3的轴承支持部3a的外周部形成有沟部3c，作为弹性构件的O形环12a被嵌入沟部3c作为缓冲构件。该O形环12a如图5所示具有维持缝隙D的剖面直径。

借助于此，即使由于转子3的偏心，使轴承支持部3a向上轴承4的内轮4a一侧振动，也因O形环12a构成缓冲，轴承支持部3a与上轴承4的内轮4a不直接碰撞，可以抑制噪音的发生。另外，O形环12a即使是性能下降也只要更换为新的O形环即可，维护也容易。

图6是表示图4表示的缓冲构件12的其他例子的图，与图4一样，表示图1中的标号C表示的部分的放大图。在图6表示的例子中，将剖面为V字状的弹簧构件12b沿着轴承支持部3a的外周设置作为缓冲构件。弹簧构件12b如图6所示维持缝隙D的同时是在径向具有弹性的弹性构件。

借助于此，即使因转子3的偏心，轴承支持部3a向上轴承4的内轮4a一侧振动，由于弹簧构件12构成缓冲，使得轴承支持部3a与上轴承4的内轮4a不直接碰撞，可以抑制噪音的产生。

另外，本发明中的缓冲构件12只要是能缓解由于转子3的偏心，轴承支持部3a向上轴承4的内轮4a一侧振动时的碰撞的弹性构件，并不限定于图5以及图6表示的结构。

另外，在图5以及图6中，表示了将O形环12a以及弹簧构件12b设置在上轴承4的内轮4a和转子3的轴承支持部3a间的例子，但是也可以是在上轴承4的外轮4b和电动机壳9a的轴承支持部9d之间设置的结构。

如上所述，若采用本实施形态1，由于在转子3的轴承支持部3a和上轴承4的内轮4a之间形成的缝隙D中设置缓冲构件12，所以在电动机1驱动时转子3的径向振动引起的碰撞的冲撞被吸收，可以减少噪音的产生，并且可以缓解对上轴承4的内轮4a的冲撞。

实施形态2

本实施形态2是如上述实施形态1表示的，由径向不均匀的磁场驱动转子旋转，在该转子和轴承间有缝隙D的电动机，将该电动机以可以缓解转子对轴承的碰撞程度的高驱动频率进行驱动控制。

图7是表示本发明的实施形态2的电动机驱动系统的结构的方框图。图中电动机1是上述实施形态1表示的电动机。驱动装置13依照来自驱动控制装置14的指令向电动机1提供电流进行驱动。驱动控制装置14对驱动装置13设定可以缓和转子3的轴承支持部3a和上轴承4的内轮4a的碰撞程度的高频率范围、即可以降低碰撞次数的频率范围的驱动频率来控制电动机1的驱动。

另外，图7的例子中，表示驱动装置13、驱动控制装置14以及电动机1作为分别构成的装置的情况，但是也可以将驱动装置13以及驱动控制装置14作为驱动电路组装于电动机1中，又可以组装于对驱动控制装置14进行控制的外部的控制装置(未图示)一侧。

图8是说明上述实施形态1的电动机在驱动时转子的运动用的图，表示转子3的轴承支持部3a以及上轴承4的内轮4a以与旋转轴垂直的面切断的剖面。在通常的直流电动机中被设定为转子的旋转不变差的程度的较低的驱动频率(例如200Hz左右)。以该驱动频率使上述实施形态1所示的转子8极—定子9极等组合的电动机1旋转，如图8所示，1次旋转中转子3在6个方向被吸引，作六角形旋转，在其每个顶点与上轴承4的内轮4a接触产生噪音。

提高驱动频率使其高于上述通常驱动频率时，转子3要在到达各顶点前使下一个通电线圈通电，旋转到下一个顶点。即随着驱动频率上升，1次旋转中的碰撞次数从6次慢慢减少。

因此，在本实施形态2的驱动控制装置14中，对驱动装置13设定能缓解转子3的轴承支持部3a与上轴承4的内轮4a碰撞的程度的高驱动频率使电动机1旋转。例如，若上述通常的驱动频率为200Hz左右，则在本实施形态2中，以500Hz左右的驱动频率驱动电动机1。其结果是，可以降低在各顶点与轴承接触的次数，可以减少噪音的产生。在图8的例子中，表示提高驱动频率，直到如点划线所示，转子3在1次旋转中的碰撞次数到减少到0次为止的情况。

另外，驱动控制装置14设定的驱动频率只要是，例如如图8所示，由于转子3在径向上的振动引起的6次/旋转的碰撞，伴随频率的上升减少为5次/旋转、4次/旋转、3次/旋转，转子3这样减少1次旋转中碰撞的次数的频率范围(可以缓和转子3的轴承支持部3a与上轴承4的内轮4a的碰撞的频率范围)的频率即可。

如上所述，若采用本实施形态2，驱动上述实施形态1所示的电动机1时，通过以能够缓和在径向上被吸引的转子3与轴承4的碰撞的高驱动频率来进行驱动控制，可以降低转子3的轴承支持部3a和轴承4的内轮4a的接触次数，可以抑制噪音的产生。

另外，在上述实施形态2中，例举了以上述实施形态1进行电动机1的驱动控制的例子，但也可以控制如上述实施形态1表示的那样在径向不均匀的磁场使转子旋转的，在缝隙D不设置缓冲构件12的电动机的驱动。即通过以上述驱动频率控制旋转，可以降低该电动机中转子的轴承支持部和轴承的接触次数。

工业上的实用性

如上所述，本发明的电动机以及驱动控制装置利用在轴承的侧方设置的缓冲构件减弱转子在径向上的振动引起的碰撞的冲击，提高了耐磨性，并且可以谋求长寿命，所以适用于施加有负载的车辆用电动机这样的高输出的直流电动机等。

Claims (4)

1.一种驱动控制装置，对具备外周具有被磁化为多个的磁铁的转子、以及具有沿着所述转子外周配置的多个通电线圈的定子，用向所述通电线圈通电产生的径向不均匀磁场使所述转子旋转的电动机进行驱动控制，其特征在于，包括如下装置，该装置使所述电动机的驱动频率从通常的驱动频率起慢慢上升，在该上升的驱动频率中，将在所述转子的1次旋转中该转子的径向振动引起的对轴承的碰撞次数减少的驱动频率，设定作为用来控制所述电动机的旋转的驱动频率。

2.如权利要求1所述的驱动控制装置，其特征在于，所述电动机是直流电动机。

3.如权利要求1所述的驱动控制装置，其特征在于，所述电动机具备将所述转子的一端侧固定在轴方向上的负载侧轴承、将所述转子的另一端侧固定在径方向上的反负载侧轴承、以及沿所述反负载侧轴承的径方向设置的缓冲构件。

4.如权利要求3所述的驱动控制装置，其特征在于，所述负载侧轴承使用大于所述反负载侧轴承的轴承。

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