CN101527486B - 无刷马达 - Google Patents

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Abstract

本发明的无刷马达具有沿着轴向分割形成为多个的转子铁芯(15a～15c)、安装在各转子铁芯的外周上的瓦形磁铁(16a～16c)和安装在转子铁芯上且保持瓦形磁铁的磁铁保持架(17a～17c)。转子铁芯(15a～15c)具有安装保持架臂(19)的保持架定位槽(20)和与保持架定位槽(20)对应形成的桥接部(32)。磁铁保持架(17b、17b)具有与桥接部(32)嵌合并与保持架臂(19)错开步距角地配置的嵌合槽(34)，使嵌合槽(34)与桥接部(32)嵌合而形成转子(3)。

Description

无刷马达
技术领域
本发明涉及具有扭斜结构的无刷马达，尤其涉及具有可容易且准确设定扭斜角的结构的无刷马达。
背景技术
以往，在无刷马达中，作为使顿振或力矩波动减小的机构，在轴向上使转子磁极等倾斜的扭斜结构广为人知。在扭斜结构的无刷马达中，作为磁极用的磁铁，一般使用环形磁铁。在使用了环形磁铁的马达中，通过在磁铁自身上进行扭斜磁化，使得顿振或力矩波动降低。
另一方面，例如在电动动力转向装置用的无刷马达等中，出于小型化、高输出化的要求，作为转子磁铁，能够磁化成高磁通密度的瓦形磁铁的使用正在增加。然而，瓦形磁铁(直角磁场型)在制造方法方面却无法进行扭斜磁化。因而，在使用了瓦形磁铁的马达中，为了实现扭斜结构，进行通过层积磁铁而实施的所谓的步进扭斜。
在该步进扭斜结构的马达中，瓦形磁铁在轴向上配置多层，而且各层的磁铁在圆周方向上每隔规定角度地偏移配置。由此，磁极沿轴向阶段性地偏移，形成步进扭斜结构。各磁铁通过粘结剂固定在转子铁芯的外周面上，通常使用的是热硬化性的粘结剂。各磁铁在涂敷了粘结剂的状态下被粘贴到转子铁芯上。转子铁芯上的磁铁通过专用的夹具进行定位，并被加热固定。
在这样的步进扭斜结构中，磁铁的层积数量越为增加，则步距变得越小，因而能够减小顿振或力矩波动减小。然而，当层积数量增加时，随之累积了磁铁固定位置的误差，扭斜角度的偏差变大。因此，在步进扭斜结构的马达中，出现了无法获得起初在设计上所预料到的程度的性能的问题。尤其是在通过粘结剂进行固定的场合，在制造工序上容易使磁铁的位置偏移，存在磁铁位置容易产生偏差的问题。另外，在粘结固定的场合，在溢出的粘结剂附着在夹具上等作业性方面也要求得到改善。
发明内容
本发明的目的在于提供能够容易设定瓦形磁铁的层积扭斜角、而且能够抑制扭斜角的偏差的无刷马达。
本发明的无刷马达是步进扭斜结构的无刷马达；该无刷马达具有转子铁芯、多个瓦形磁铁和磁铁保持架，该转子铁芯沿轴向分割形成为多个，该多个瓦形磁铁安装在各所述转子铁芯的外周上，该磁铁保持架安装在所述转子铁芯上且具备将所述瓦形磁铁保持在所述转子铁芯外周上的保持架臂；各所述转子铁芯每隔规定的步距角地偏移配置在圆周方向上；其特征在于，所述转子铁芯具有保持架定位部和铁芯侧嵌合部，该保持架定位部形成于该转子铁芯的外周且安装有所述保持架臂，该铁芯侧嵌合部按与所述保持架定位部的规定位置关系形成；所述磁铁保持架具有保持架侧嵌合部，该保持架侧嵌合部与所述铁芯侧嵌合部嵌合，按与所述保持架臂的规定位置关系配置。
在本发明中，根据步进扭斜结构的无刷马达，在转子铁芯上设置铁芯侧嵌合部，在磁铁保持架上设置保持架侧嵌合部，使两者嵌合而形成转子。此时，铁芯侧嵌合部与磁铁保持架的保持架臂按规定的位置关系连接。另外，保持架臂与保持架侧嵌合部也按规定的位置关系配置。因此，当使铁芯侧嵌合部与保持架侧嵌合部嵌合时，转子铁芯与磁铁保持架按规定的位置关系组装。因而，能够以机械方式设定步进扭斜结构的步距角，从而进行组装。因此，与通过粘结剂固定磁铁的方式的马达相比，可抑制扭斜角的偏差。
在所述无刷马达中，可在所述转子铁芯上设置沿圆周方向等分形成的多个减轻重量部，作为所述铁芯侧嵌合部在邻接的所述减轻重量部之间形成桥接部。而且，可在所述磁铁保持架上设置能够与所述减轻重量部相向地插入到该减轻重量部中的嵌合突起，作为所述保持架侧嵌合部，在邻接的所述嵌合突起之间形成嵌合槽。进而，可按在圆周方向上偏移所述步距角的位置关系来配置所述嵌合槽与所述保持架臂。
附图说明
图1是作为本发明的一个实施例的无刷马达的剖视图。
图2是表示图1的马达的定子的构成的说明图。
图3是表示转子的构成的说明图。
图4是图3的箭头X方向的侧视图(局部剖视)。
图5是关于转子侧的扭斜角的说明图。
图6是表示转子铁芯和磁铁保持架的组装状态的说明图。
图7是表示磁铁保持架的构成的说明图。
具体实施方式
下面，基于附图详细说明本发明的实施例。图1是作为本发明的一个实施例的无刷马达的剖视图。如图1所示那样，无刷马达1(以下简称为马达1)是在外侧配置定子2、在内侧配置转子3的内转子型的无刷马达。马达1例如作为柱助力式的电动动力转向装置(EPS)的动力源使用，对汽车的转向轴施加动作辅助力。马达1安装在设于转向轴的减速机构部上。马达1的旋转通过该减速机构部减速传递至转向轴。
定子2由有底圆筒形状的壳体4、定子铁芯5、卷绕安装在定子铁芯5上的定子线圈6(以下简称为线圈6)以及安装在定子铁芯5上的母线单元(端子单元)7构成。壳体4由铁等形成为有底圆筒状。在壳体4的开口部上，通过未图示的固定螺钉安装有铝压铸件制的托架8。
如图2所示那样，定子铁芯5是将多个(在此为9个)的分割铁芯9聚集在圆周方向上的构成。在定子铁芯5上朝向径向内侧突出设置有9个齿5a。在定子铁芯5的末端形成有2n个槽5b(在此为2个)，根据疑似切槽效果来实现顿振的减小。分割铁芯9通过层积由电磁钢板构成的铁芯片而形成。在分割铁芯9的周围安装合成树脂制的绝缘体11。
在绝缘体11的外侧卷绕安装线圈6。在定子铁芯5的一端侧拉出线圈6的端部6a。在定子铁芯5的一端侧安装母线单元7。在母线单元7的合成树脂制的本体部内插入成型有铜制的母线。在母线单元7的周围沿径向突出设有多个供电用端子12。在安装母线单元7时，线圈端部6a与该供电用端子12焊接。在母线单元7中，母线设有与马达1的相位数对应的个数(在此为与U相、V相、W相相当的三个)。各线圈6同与其相位对应的供电用端子12电连接。定子铁芯5在安装了母线单元7之后被压入固定在壳体4内。
在定子2的内侧插入有转子3。图3是表示转子3的构成的说明图，图4是图3的箭头X方向的侧视图(局部剖视)。转子3具有转子轴13。转子轴13通过轴承14a、14b旋转自如地受到支承。轴承14a固定在壳体4的底部中央，轴承14b固定在托架8的中央部。在转子轴13上固定有圆筒形状的转子铁芯15a～15c。在转子铁芯15a～15c的外周上安装有瓦形的磁铁(永久磁铁)16a～16c。在马达1中，磁铁16a～16c沿着圆周方向配置6个×3列。也就是说，马达1为6极9切槽的构成。在磁铁16a～16c的外侧安装有有底圆筒形状的磁铁罩18。另外，图3示出的是拆下了磁铁罩18的状态的转子3的构成。
在磁铁16a～16c的外侧安装有合成树脂制的磁铁保持架17a～17c。如图4所示那样，磁铁16a～16c被保持在磁铁保持架17a～17c上，安装到转子铁芯15a～15c的外周上。在磁铁保持架17a～17c上沿轴向分别突出设置有保持架臂19。磁铁16a～16c被夹持在邻接的保持架臂19之间，被保持在转子铁芯15a～15c的外周面上。保持架臂19与形成在转子铁芯15a～15c的外周上的定位槽(保持架定位部)20嵌合。由此，确定转子铁芯15a～15c与磁铁16a～16c的位置关系。
在马达1中，磁铁16a～16c通过各磁铁保持架17a～17c在轴向上配置有3列。如图3所示那样，各列的磁铁16a～16c安装成这样的位置关系：邻接列的同极性磁铁在圆周方向上每隔规定的步进角θstep(邻接列的磁铁中心间角度)偏移错开。即，马达1的转子3成为磁铁16a～16c形成3层层积的步进扭斜结构。
图5是关于转子3侧的扭斜角的说明图。如图5所示那样，在步进扭斜结构中，当(同时在圆周方向、轴向)连结磁铁16a～16c的中心点C1～C3、设连结该C1～C3的线L与磁铁16a、15c的端部的交点为P1、P2时，P1、P2间的相对旋转中心O的中心角成为磁铁扭斜角θm。因此，磁铁16a、16b之间、磁铁16b、16c之间的步距角θstep分别成为C1、C2间、C2、C3间的相对旋转中心O的中心角。另外，C1、P1间、C3、P2间的中心角分别成为步距角θstep的一半(θstep/2)。因而，扭斜角θm为θstep×(层积数-1)+(θstep/2)×2＝θstep×层积数。
在磁铁保持架17a的端部安装有作为旋转角度检测机构的分解器21的转子(分解器转子)22。相对于此，分解器21的定子(分解器定子)23被压入到金属制的分解器保持架24内，收纳于合成树脂制的分解器托架25。分解器保持架24形成为有底圆筒形状，被轻压入到设于托架8的中央部的肋26的端部外周。在分解器托架25和托架8上插入形成金属制的阴螺纹部27。在阴螺纹部27中从托架8的外侧拧入安装螺钉28。由此，分解器保持架24固定在托架8的内侧。
在此，在本发明的马达1中，在组装转子铁芯和磁铁保持架时，以机械方式设定各数的步距角θstep。因此，无偏差地设定扭斜角θskew＝步距角θstep×层数(层积数-1)。图6为说明转子铁芯15a～15c和磁铁保持架17a～17c的组装状态的说明图，图7为表示磁铁保持架17b(与17c相同结构)的构成的说明图。
如图6所示那样，在转子铁芯15a～15c上兼顾重量或惯性降低地分别设有减轻重量部31。减轻重量部31沿着轴向贯通形成。在邻接的减轻重量部31之间形成桥接部(铁芯侧嵌合部)32。相对于此，在磁铁保持架17b、17c上朝轴向突出设置有能够插入到转子铁芯的减轻重量部31中的嵌合突起33。在邻接的嵌合突起33之间形成嵌合槽(保持架侧嵌合部)34。转子铁芯15a～15c和磁铁保持架17a～17c如图6所示那样，使桥接部32与嵌合槽34嵌合而在轴向上被组装。
另一方面，如图7所示那样，在磁铁保持架17b、17c中，嵌合槽34与保持架臂19按照在圆周方向上偏移θstep(例如8°)的位置关系形成。如上述那样，磁铁16a～16c与转子铁芯15a～15c之间的位置关系由磁铁保持架17a～17c决定。因而，在使用了磁铁保持架17b、17c的层中，相对于前一层(图6中左侧的列)而言，磁铁16b、16c配置在沿圆周方向偏移了θstep的位置上。
这样，当基于图6说明该情况时，首先由磁铁保持架17a与转子铁芯15a定位第一层的磁铁16a。接着，使转子铁芯15a的桥接部32与磁铁保持架17b的嵌合槽34嵌合，安装第二层。此时，在磁铁保持架17b中，由于嵌合槽34与保持架臂19偏移错开θstep，因而固定在转子铁芯15b上的磁铁16b配置在相对磁铁16a偏移了θstep的位置上。
同样，使转子铁芯15b的桥接部32与磁铁保持架17c的嵌合槽34嵌合，安装第3层。此时，在磁铁保持架17c中，也由于嵌合槽34与保持架臂19偏移错开θstep，因而固定在转子铁芯15c上的磁铁16c配置在相对磁铁16b偏移了θstep的位置上。因此，磁铁16c相对于磁铁16a沿圆周方向移动了扭斜角θskew＝θstep×2而被固定。
这样，在本发明的马达1中，以机械方式设定瓦形磁铁的层积扭斜角。因而，与粘结剂固定的场合相比，组装作业容易，而且能够将扭斜角度的偏差抑制得较小。因此，实现了作业工时的削减，能够发挥由扭斜结构在设计上所预料到的原本的性能，能够降低无刷马达的顿振或力矩波动。而且，由于根据嵌合槽34与保持架臂19的位置关系确定出扭斜角度，所以，其设定也容易，也容易对应于马达的样式适当地进行改变。进而，由于通过机械方式固定磁铁，所以无需粘结剂，也实现了作业性的改善。
此外，由于瓦形磁铁的各层被单元化，各层间的角度(步距角)的设定、安装准确，所以，能够可靠地避免在轴向上邻接的磁铁间的重叠。由此，能够防止磁通的短路，能够抑制因有效磁通减少而造成的输出降低。而且，在磁化磁铁时能够完全磁化，输出得到提高。
本发明并不限于上述实施例，当然还能够在不脱离发明构思的范围内能够进行各种改变。
例如，在上述实施例中示出了使用于柱助力式的EPS的无刷马达，但本发明还能够适用于其他方式的EPS用马达。此外，不仅仅是EPS或各种车载电动产品用的马达，本发明还能够广泛地适用于一般的无刷马达。而且，在上述的实施例中，示出的是将本发明使用到了采用了6个磁铁的6极9切槽的无刷马达的例子，但马达的磁铁或切槽的构成并不限于此。此外，本发明还能够适用于发电机等的马达以外的旋转电机中。

Claims (4)

1.一种无刷马达，该无刷马达是步进扭斜结构的无刷马达；所述无刷马达具有转子铁芯、多个瓦形磁铁和磁铁保持架，该转子铁芯沿轴向分割形成为多个，该多个瓦形磁铁安装在各所述转子铁芯的外周上，该磁铁保持架安装在所述转子铁芯上且具备将所述瓦形磁铁保持在所述转子铁芯外周上的保持架臂；各所述转子铁芯每隔规定的步距角地偏移配置在圆周方向上；其特征在于，
所述转子铁芯具有保持架定位部和铁芯侧嵌合部，该保持架定位部形成于该转子铁芯的外周且安装有所述保持架臂，该铁芯侧嵌合部按与所述保持架定位部的规定位置关系形成；
所述磁铁保持架具有保持架侧嵌合部，该保持架侧嵌合部与所述铁芯侧嵌合部嵌合，按与所述保持架臂的规定位置关系配置；
通过使所述铁芯侧嵌合部与所述保持架侧嵌合部嵌合，所述瓦形磁铁的扭斜角以机械方式被设定成所述规定的步距角。
2.如权利要求1所述的无刷马达，其特征在于，所述转子铁芯具有沿圆周方向等分形成的多个减轻重量部，所述铁芯侧嵌合部是形成在邻接的所述减轻重量部之间的桥接部。
3.如权利要求2所述的无刷马达，其特征在于，所述磁铁保持架具有与所述减轻重量部相向设置且能够插入到该减轻重量部中的嵌合突起，所述保持架侧嵌合部是形成在邻接的所述嵌合突起之间的嵌合槽。
4.如权利要求3所述的无刷马达，其特征在于，所述嵌合槽与所述保持架臂按照在圆周方向上偏移所述步距角的位置关系被配置。
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