CN101558549A - 无刷电动机以及使用其的执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在汽车发动机的节气门和汽车的前照灯的光轴控制装置等所使用的执行器驱动用的电动机。将具有嵌合于内径扩大部的外径的环状连接部件插入到内径扩大部，来连接在开口部侧设置有该内径扩大部的杯状的两个转子磁轭，同时形成转子磁轭组装体。由于转子的尺寸精度优良，重量轻且具有高刚性，因此，能够得到对振动以及冲击的耐久性高的电动机。

Description

无刷电动机以及使用其的执行器

技术领域

本发明涉及在汽车发动机的节气门和汽车的前照灯的光轴控制装置等所使用的执行器驱动用的无刷电动机，详细地说，涉及一种改善响应性并使对振动以及冲击的耐久性提高的转子的结构。

背景技术

对于在汽车发动机的节气门和汽车的前照灯的光轴控制装置等所使用的执行器驱动用的电动机，要求响应性良好和对振动以及冲击的耐久性，因此提出了以下的电动机，即、该电动机的转子磁轭使用钢板，以减小转子的转动惯量以及重量，改善响应性，并提高对振动以及冲击的耐久性(例如参照专利文献1)。

作为现有技术的第一个例子，在图8中表示上述专利文献1所记载的电动机的结构。在图8中，定子由磁轭架8001和固定在磁轭架的内周面并卷绕有绕线的铁心8002构成，转子由作为转子磁轭成形为空心环状的磁性板材8022、8023、固定在磁性板材8022、8023外周面的筒状的磁体8021、贯通磁性板材8022、8023的中心部而被固定的轴8006构成。另外，在磁轭架8001的两端两个位置配置有旋转自如地支承转子的轴8006的轴承8007。

上述专利文献1记载的电动机为如下结构，即，使用磁性板材将转子磁轭形成为空心环状，由此，减小转动惯量，提高起动性以及响应性，并且，通过在转子磁轭的外侧两个位置支承重量轻的转子，形成有对振动以及冲击强的结构。

但是，在上述专利文献1所公开的现有的结构中，存在如下课题，即，由于用于组合使转子磁轭分割两部分的两个部件的外圆径向跳动的方向(相位)不同，从而不能够组装转子磁体，或者导致转子发生不平衡。

图9是说明该课题的图。此外，图9是拔出图8的转子的一部分的图。对与图8相同的部件，标注与图8相同的附图标记。

在图9中，在通过压入或者粘结等方法将轴8006固定在磁性板材8022以及8023中的情况下，两者以垂直度为零的状态被固定的情况极少，两者以具有某些倾角的状态被固定。该倾角的大小以及方向(相位)对每个磁性板材8022以及8023不同，因此实际上有效的转子的最大外径D93大于磁性板材8022以及8023各自的外径D91以及D92。因此，存在如下问题，即，不能组装内径形成为比D91以及D92稍大的筒状的磁体8021，以与转子磁轭相嵌合。

另外存在如下问题，即，由于轴8006与磁性板材8022以及8023的倾角变为磁性板材8022以及8023的外圆径向跳动，所以导致转子发生不平衡。

作为现有技术的第二个例子，在图10中表示有供实用的其他电动机的结构。此外，图10是在电动机的内部安装有电子部件的无刷电动机。

在图10中，定子由框架1410、1420和固定在框架1410、1420的内周面并卷绕有绕线1220的铁心1210构成。转子1100由成形为杯状并在同一方向上层叠的转子磁轭1121、1122、贯通转子磁轭1121、1122的中心而固定的轴1110、固定在转子磁轭1121、1122的外周面的筒状的磁体1130构成。进而，在轴1110上固定有推力环1140，与轴承1302一起构成推力轴承。

利用该推力环1140设定用于在印刷电路板1510上安装电子部件的轴贯通方向的空间H101，并将在印刷电路板1510上开设的孔的直径D102设定为比推力环的直径D101大的最小限度的直径，从而确保电子部件的安装面积。

另外，在框架1410以及1420上配置有支承转子1100的轴1110的轴承1301以及1302，转子1100旋转自如地被保持。1521是用于检测磁体1130的磁极位置的磁电变换元件，并安装在印刷电路板1510上，向电动机驱动电路(未图示)送出转子的磁极位置信号。

在该电动机的结构中，产生与上述专利文献1的情况相同的问题。即，存在如下问题：由于用于组合使转子磁轭分割两部分的两个部件的外圆径向跳动的方向(相位)不同，从而不能够组装转子磁体，或者导致转子发生不平衡。另外，不仅如此，而且还存在如下问题，即，由于还需要推力环1140，所以部件数量增加。另外，还存在如下问题，即，由于对振动以及冲击的耐久性被将推力环1140固定在轴1110上的固定力左右，所以可靠性下降。

专利文献1：日本实开平1-64969号公报(实愿昭62-158767号)

发明内容

在本发明中，将具有嵌合于内径扩大部的外径的环状连接部件插入到内径扩大部，来连接在开口部侧设置有该内径扩大部的杯状的两个转子磁轭，同时，在两个转子磁轭各自的中心固定轴，形成转子磁轭组装体，在该转子磁轭组装体的外周固定磁体，从而构成执行器驱动用的电动机的转子。

另外，在上述结构的基础上，具有印刷电路板，其安装了用于检测固定在转子上的磁体的磁极位置的磁电变换元件，在与该印刷电路板相对一侧的转子磁轭上设置有直径比所述磁体的内径小的伸出部，在所述印刷电路板的中心设置有比所述转子的伸出部大的孔，使所述转子的伸出部贯通，以将所述伸出部的端面作为推力轴承部件而使用。

本发明减小转子的转动惯量以及重量来提高响应性，并且提高对振动以及冲击的耐久性，从而能够解决现有的课题。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的电动机的剖面结构图。

图2是用于说明本发明的实施方式1的转子磁轭的组装方法的剖面结构图。

图3是本发明的实施方式2的转子磁轭组装体的主剖面结构图。

图4是本发明的实施方式3的转子磁轭组装体的剖面结构图。

图5是用于说明本发明的实施方式4的转子磁轭组装体的组装方法的剖面结构图。

图6是表示本发明的实施方式5的电动机的剖面结构图。

图7A是表示本发明的实施方式6的转子磁轭的剖面结构图。

图7B是用于说明本发明的实施方式6的转子磁轭的组装方法的剖面结构图。

图8是现有的电动机的剖面结构图。

图9是现有的电动机的转子磁轭的剖面结构图。

图10是现有的电动机的剖面结构图。

附图标记说明

1100  转子

1110  轴

1121、1122  转子磁轭

1121a、1122a  突出部

1121w、1122w  内径扩大部

1123  连接部件

1124  转子磁轭组装体

1130  磁体

1210  铁心

1220  绕线

1410、1420  框架

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本发明的优选方式进行说明。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1的电动机的剖面结构图。

在图1中，框架1410是具有与图8的磁轭架8001相同功能的部件。在框架1410的内周面固定有由卷绕了绕线1220的铁心1210构成的定子。用环状的连接部件1123连接转子磁轭1121、1122，该转子磁轭1121、1122成形为杯状，并在开口部侧设置有内径扩大部1121w、1122w。在该转子磁轭1121、1122的中心贯通固定有轴1110，从而形成转子磁轭组装体1124。在该磁轭组装体1124的外周面上固定筒状的磁体1130，从而构成转子1100。另外，在框架1410以及1420上配置有支承转子1100的轴1110的轴承1301以及1302，转子1100旋转自如地被保持。

图2是用于说明在图1中由转子磁轭1121、1122、连接部件1123以及轴1100构成的磁轭组装体1124的详细以及组装方法的剖面结构图。

在图2中，成形为杯状的转子磁轭1121、1122在其中心具有用于固定(压入)轴1110的突出部1121a、1122a，但是，在固定(压入)轴1110之前，由连接部件1123连接转子磁轭1121、1122使它们一体化。

此时，通过将连接部件1123的外径设定为比转子磁轭的开口部侧的内径扩大部1121w、1122w的直径稍小，由此，能够在转子磁轭1121、1122的开口部外圆径向跳动相位一致的状态下，将转子磁轭1121、1122连接而成一体化。然后，贯通转子磁轭1121、1122的中心固定(压入)轴1110。

根据这种结构，通过由连接部件1123连接转子磁轭1121、1122而成一体化，由于能够高精度地控制该一体化而成的部件的外周尺寸，所以不会发生不能组装转子磁体的情况。

另外，转子磁轭1121、1122的开口部的外圆径向跳动被矫正，转子1100的不平衡变小，从而降低运转时的振动以及噪音。由于利用连接部件进行一体化，所以刚性变高。因此，能够得到如下的电动机，即，由于转子为空心结构，转动惯量小，所以响应性高，由于转子重量轻且具有高刚性，所以对振动和冲击的耐久性高。进而，由于转子磁轭组装体的刚性提高，所以与以往相比，也能够使转子磁轭薄壁化并重量轻地构成，也能够进一步改善响应性。

进而，由于转子磁轭1121、1122具有相同的形状，所以用于制作转子磁轭的模具采用一种即可。该模具由于将转子磁轭形成为杯状时的深度浅即可，因此，在产品的精度、模具的耐久性以及模具费用方面有利。

此外，优选内径扩大部1122w的深度(从开口部至深处内径扩大多少)为小于连接部件1123的高度的值。与此相反，若内径扩大部1122w的深度为大于连接部件1123的高度的值，则在嵌入连接部件1123时，连接部件1123整体完全进入转子磁轭1122中，有可能导致连接部件1123和转子磁轭1121无法嵌合。对于内径扩大部1121w也是同样。

另外，若假设在不具有内径扩大部1121w、1122w的转子磁轭中嵌入连接部件1123的情况，则与上述的深度深的情况同样，连接部件1123整体完全进入转子磁轭1121、1122中的一个，有可能无法用连接部件1123连接转子磁轭1121、1122。因此，需要适当深度的内径扩大部1121w、1122w。

(实施方式2)

图3是表示本发明的实施方式2的电动机的转子磁轭组装体的结构的剖面结构图。

在图3中，成形为杯状的转子磁轭1121在其中心具有用于固定轴1110的突出部1121a，但是，另一个转子磁轭1122不具有突出部。即，转子磁轭1122对轴1110的固定力比转子磁轭1121对轴1100的固定力弱。与实施方式1相同，在内径扩大部1121w、1122w的位置用连接部件1123连接转子磁轭1121、1122进行一体化后，贯通转子磁轭1121、1122的中心来固定(压入)轴1110。

通过仅在杯状的两个转子磁轭1121、1122中的一个上设置用于固定轴的突出部1121a，由于没有设置突出部的另一个转子磁轭1122对轴的固定力变弱，所以，在通过连接部件1123连接两个转子磁轭1121、1122时，没有突出部一侧的转子磁轭的外圆径向跳动，根据设置有突出部一侧的转子磁轭的外圆径向跳动而被修正、矫正，所以不会发生转子磁体无法组装的情况。

根据该结构，由于使转子磁轭1121、1122连接而一体化的部件的外周尺寸高精度地变为恒定，所以，不会发生转子磁体无法组装的情况。由于没有突出部的转子磁轭1122的外圆径向跳动，根据具有突出部的转子磁轭1121的外圆径向跳动被修正、矫正，所以，转子的不平衡变小。由于转子1100的不平衡变小，所以，运转时的振动和噪音降低，并且，利用连接部件来进行一体化，由此，刚性变高。得到如下的电动机，即，由于转子为空心结构，转动惯量小，所以响应性高，由于转子重量轻且具有高刚性，所以对振动和冲击耐久性高。

(实施方式3)

图4是表示本发明的实施方式3的电动机的转子磁轭组装体的结构的剖面结构图。

在图4中，形成为杯状的转子磁轭1121在其中心具有用于固定轴1110的突出部1121a，而另一个转子磁轭1122不具有突出部。即，转子磁轭1122对轴1110的固定力弱于转子磁轭1121对轴1110的固定力。

另外，具有突出部1121a的转子磁轭1121构成为其高度H41的值为直径D41值以下的尺寸。不具有突出部的转子磁轭1122具有与转子磁轭1121相同的直径D42，但其高度H42比高度H41大。与实施方式1相同，在由连接部件1123连接转子磁轭1121、1122进行一体化后，贯通转子磁轭1121、1122的中心来固定(压入)轴1110。

根据该结构，在贯通转子磁轭1121、1122的中心来固定(压入)轴1110时，没有突出部的转子磁轭1122的外圆径向跳动，根据具有突出部的转子磁轭1121的外圆径向跳动被修正、矫正。此时，由于具有突出部的转子磁轭1121的高度H41构成为与直径D41同等以下的尺寸，所以与实施方式1的情况相比，能够减小转子磁轭1121的开口部的外圆径向跳动。因此，不会发生转子磁体无法组装的情况，通过将转子1100的不平衡进一步变小，从而降低运转时的振动以及噪音。

另外，没有突出部的转子磁轭1122的高度H42大于具有突出部1121a的转子磁轭1121的高度H41。因此，即使转子磁轭1121的高度H41构成为与直径D41同等以下的尺寸，由两个转子磁轭1121和1122的高度尺寸之和规定的使转子磁轭1121、1122连接而一体化的转子磁轭的外周部的高度尺寸也不受转子磁轭1121的直径D41制约。因此，即使组装的转子磁体的高度尺寸为转子磁轭1121的直径D41的两倍以上，也能够将一体化而成的转子磁轭外周部的高度尺寸设定为比转子磁体的高度尺寸大，能够确保必要的磁路。

另外，能够实现如下的电动机，即，由于利用连接部件进行一体化，所以刚性变高；由于转子是空心结构，转动惯量小，所以响应性高；由于转子重量轻且具有高刚性，所以对振动以及冲击的耐久性高。

(实施方式4)

图5是表示本发明实施方式4的电动机的转子磁轭组装体的组装方法的剖面结构图。

在图5中，形成为杯状的转子磁轭5121、5122在贯通其中心来固定(压入)轴5110之前，被插入到组装夹具(下侧)5210中。组装夹具5210是一种模具，非常精密地实现尺寸精度。插入转子磁轭5121、5122的圆筒状的空间的圆形精度也非常高。因此，即使转子磁轭5121和转子磁轭5122的外圆径向跳动而发生变形，通过将转子磁轭5121、5122插入到组装夹具5210中，从而也能够将外周限制为近似真圆的形状。即，在外圆径向跳动被矫正的状态下被保持。然后，在利用组装夹具(上侧)5210在轴贯通方向上按压转子磁轭5121以及5122的状态下，贯通转子磁轭5121、5122的中心来固定(压入)轴5110。

在限制两个转子磁轭的外圆径向跳动的状态下保持该两个转子磁轭，同时固定轴而形成转子磁轭组装体，由此，能够容易且可靠地对两个转子磁轭的外圆径向跳动一起进行修正、矫正。

根据该结构，转子磁轭5121、5122在外圆径向跳动被矫正的状态下开口部端面接触，所以在贯通其中心来固定(压入)轴5110时，转子磁轭5121、5122相互也不干涉，对其他变形(外圆径向跳动的扩大)进行矫正、抵消，因此不会发生转子磁体无法组装的情况。

另外，能够实现如下这样的电动机，由于转子磁轭5121、5122的外圆径向跳动被矫正，转子的不平衡变小，所以运转时的振动以及噪音降低；并且，由于转子是空心结构，转动惯量变小，所以响应性高，由于转子重量轻，所以对振动以及冲击的耐久性高。

(实施方式5)

图6是本发明实施方式的电动机的剖面结构图。在图6中，对具有与图1相同功能的部件标注与图1相同的附图标记，省略说明。

在图6中，形成为杯状的转子磁轭1121在其中心具有用于固定轴1110的突出部1121a，而另一个转子磁轭1122不具有突出部，转子磁轭1122对轴1110的固定力比转子磁轭1121对轴1110的固定力弱。

不具有突出部的转子磁轭1121具有伸出部，该伸出部具有比磁体1130的内径D63小的直径D61。在印刷电路板1510上开口并具有比转子磁轭1122的伸出部的直径大的直径D62的孔，转子磁轭1122使转子磁轭1122的伸出部贯通该直径D62的孔。进而，转子磁轭1122使转子磁轭1122的伸出部的端面作为推力轴承部件而使用。与实施方式1相同，转子磁轭1121、1122被连接部件1123连接而一体化，然后，轴1110贯通转子磁轭1121、1122的中心而被固定(压入)。

根据该结构，利用连接部件进行一体化，由此，不会发生转子磁体1130无法组装的情况，并且刚性变高。没有突出部的转子磁轭1122在旋转时的外圆径向跳动，根据具有突出部的转子磁轭1121的外圆径向跳动被修正、矫正，因此，转子1100的不平衡变小，运转时的振动以及噪音降低。同时，由于转子1100为空心结构，且转动惯量小，所以响应性高；由于转子1100重量轻且具有高刚性，所以对振动以及冲击的耐久性高。

另外，由于转子磁轭组装体1124如一个刚体那样构成，所以在施加推力方向的振动、冲击时也没有可能发生移动的固定位置，从而能够实现对振动以及耐久性高的无刷电动机。

另外，在框架1410以及1420上配置有支承转子1100的轴1110的轴承1301以及1302，转子1100旋转自如地被保持。1521是用于检测磁体1130的磁极位置的磁电变换元件，并安装在印刷电路板1510上，向电动机驱动电路(未图示)送出转子的磁极位置信号。

与现有的第二个例子相同，该无刷电动机与印刷电路板1510一体化。在图10表示的现有的第二个例子的印刷电路板将在印刷电路板1510开的孔的直径D102设定为比推力环的直径D101大的最小限度的直径。但是，由于本实施例的转子磁轭1122不具有突出部，所以通过减小伸出部的直径D61，能够减小印刷电路板1510的孔的直径D62。因此，直径D62小于现有例的直径D102。从而，能够增大印刷电路板1510上的电子部件的安装面积。另外，由于没有突出部，所以实现作为推力轴承的功能的部分的平面度以及垂直度等的精度也变得容易。

(实施方式6)

图7A是表示本发明实施方式6的电动机的转子磁轭的结构的剖面结构图，图7B是说明其组装方法的说明图。

在图7A中，形成为杯状的转子磁轭1121、1122在其中心具有用于固定(压入)轴1110的突出部1121a、1122a。如图7B所示，在固定(压入)轴1110时，先固定(压入)转子磁轭1122和轴1110，在夹持连接部件1123的状态下，从后方固定(压入)转子磁轭1121。此时，使转子磁轭1121、1122的开口部不抵接，在以隔开图7A中用L71所示的间隙分离的状态下，将轴1110固定在转子磁轭1121、1122的中心，从而构成转子磁轭组装体1124。此外，在组装时，使用与在图5所说明的组装夹具(下侧)5210相同的夹具，在矫正了外圆径向跳动的状态下，保持转子磁轭1121。

根据该结构，能够使图7A的L72的尺寸为恒定。即，即使转子磁轭1121、1122的高度H41、H42(参照图4)存在偏差，也能够将该偏差作为L71的偏差，在组装时进行吸收，使L71为恒定。这样，由于能够与转子磁轭1121、1122的尺寸无关系地设定图7A的L72尺寸，所以能够正确地设定在使用转子磁轭组装体1124的端面作为推力轴承部件而使用时的轴向间隙。其结果是，能够提高对与轴平行方向的振动的耐久性。

为了如上述那样组装，将转子磁轭1121、1122的高度H41与H42之和设定为，在由制造偏差引起的两者尺寸为最大时也小于L72的值。另外，优选内径扩大部1121w的深度与内径扩大部1122w之和设定为，在由制造偏差引起的最小尺寸时也大于连接部件1123的高度的值。

进而，由于利用连接部件1123连接转子磁轭1121、1122进行一体化，所以不会发生转子磁体无法组装的情况。由于转子磁轭1121、1122的开口部的外圆径向跳动被矫正，转子1100的不平衡变小，所以运转时的振动以及噪音降低。另外，利用连接部件如一个刚体那样一体化，由此，刚性提高。通过上述那样，能够提供如下的电动机，即，由于转子是空心结构，转动惯量小，所以响应性高；由于转子重量轻且具有高刚性，所以对振动以及冲击的耐久性。

此外，在以上的说明中，以转子磁轭具有用于固定轴的突出部的形状来构成的例子进行了说明，但是，对于单独设置用于固定转子磁轭和轴的部件的情况，也能够同样地实施。

通过使用具有以上各实施例叙述的结构的电动机，从而能够降低在汽车发动机的节气门和汽车的前照灯的光轴控制装置等中所使用的执行器驱动用的电动机的转子转动惯量，改善执行器自身的响应性。并且，由于能够降低在构成执行器的部件中最重且抗振动及冲击弱的部件即电动机的转子重量，所以能够提高执行器自身的对振动以及冲击的耐久性。

作为执行器，只要是使用这样的伺服电动机对机械结构赋予物理上的运动或改变物理上的位置的情况都可适用。实际上，执行器和伺服电动机被一体化变成一个机构的情况比较多，但本发明也非常适用于这样的机构。

产业上的可利用性

本发明的执行器驱动用的电动机能够提高响应性和对振动以及冲击的耐久性，所以适合用于汽车发动机的节气门和汽车的前照灯的光轴控制装置等中所使用的执行器驱动用的电动机。另外，由于转子的转动惯量小且响应性好，所以也适用于重视起动特性的打印机、复印机等办公用设备的机械驱动用的电动机、也适用于机械手、小型机器人的关节驱动用的电动机等。

Claims (7)

1.一种无刷电动机，其特征在于，具有：

杯状的两个转子磁轭，其在开口部侧设置有内径扩大部；

环状的连接部件，其外径嵌合于所述内径扩大部，并且，

该无刷电动机由以下部件构成，

转子，其在转子磁轭组装体的外周固定磁体而形成，所述转子磁轭组装体如下形成，即将所述连接部件插入到所述两个转子磁轭两者的所述内径扩大部，同时使所述两个转子磁轭的所述开口部相对而进行连接，在连接的所述两个转子磁轭各自的中心固定轴；

定子，其与所述磁体相对配置并由卷绕了绕线的铁心构成；

轴承，其支承所述转子的轴；

框架，其内插有所述定子，并在两端保持所述轴承。

2.如权利要求1所述的无刷电动机，其特征在于，

仅在所述两个转子磁轭中的一个上设置有用于固定所述轴的突出部。

3.如权利要求2所述的无刷电动机，其特征在于，

设置有所述突出部的所述转子磁轭的高度尺寸形成为直径尺寸以下，另一个所述转子磁轭的高度尺寸形成为比设置有所述突出部的所述转子磁轭的高度尺寸大。

4.如权利要求2或3所述的无刷电动机，其特征在于，

在限制了所述两个转子磁轭的外圆径向跳动的状态下，保持该两个转子磁轭的同时固定轴，从而形成转子磁轭组装体。

5.如权利要求1至3中任一项所述的无刷电动机，其特征在于，

具有印刷电路板，其安装了用于检测固定在所述转子上的磁体的磁极位置的磁电变换元件，

在与该印刷电路板相对一侧的所述转子磁轭上设置有直径比所述磁体的内径小的伸出部，在所述印刷电路板上设置有比所述转子磁轭的伸出部大的孔，使所述转子磁轭的伸出部贯通，从而将所述伸出部的端面作为推力轴承部件而使用。

6.如权利要求1所述的无刷电动机，其特征在于，

将所述两个转子磁轭的所述开口部端面在分离开的状态下进行连接，并固定所述轴，从而形成所述转子磁轭组装体。

7.一种执行器，其搭载了如权利要求1所述的无刷电动机。

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