CN102414966A

CN102414966A - 电动机

Info

Publication number: CN102414966A
Application number: CN2010800194469A
Authority: CN
Inventors: 牧野祐辅
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2009-05-28
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2030-05-27
Also published as: KR101250313B1; KR20110114637A; WO2010137642A1; US20120086297A1; US8829757B2; JP5515426B2; CN102414966B; JP2010279163A

Abstract

提供一种能够简单进行卷绕的可进行输出切换的多极电动机。电动机具有：至少8极的磁极；电枢，其具有至少10个齿部；换向器，其具有至少20个换向器片；以及电刷组，其具有两个正极电刷和两个负极电刷。在换向器片的各自上，设置有用于钩持导电线的钩持部，使用1根导电线钩持到所述多个钩持部，并且卷绕到各个所述多个齿部上来形成线圈组。电动机能够切换对电刷组的通电状态。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及能够进行输出切换的电动机。

背景技术

例如，公开了虽然不能进行输出切换，但是为了电动机的小型化等而关于绕组进行了改进的8极10槽20换向器片(segment)的DC电动机(日本特开2008-136343号公报)。具体而言，利用8个永磁铁形成磁极，对电枢的10个槽分别分配U、V、W、X、Y相，成为5相卷绕结构。换向器的20个换向器片使用5根连接线分别每隔4个被卷绕而短路。

作为能够进行输出切换的电动机，公开了例如能够进行旋转速度的切换的4极叠绕规格的电动机(日本特开2006-353019号公报)。

该电动机是以叠绕方式卷绕装配而成的4极以上的多极电动机，具有在周向上等间隔配置的多个电刷，能够通过使电刷选择性通电，形成2速度以上的动作模式。电刷具有正极第1电刷及与其相对配置的正极第2电刷、和负极第1电刷及与其相对配置的负极第2电刷。此外，电动机具有正极第1电刷和负极第1电刷被通电的低速模式、以及4个电刷全部被通电的高速模式。

此外，还公开了以叠绕方式卷绕装配而成的4极以上的多极电动机，该多极电动机具有：在低速动作时使用的第1和第2电刷；与第1和第2电刷中的任意一方一起在高速动作时使用的第3电刷；以及连接多个线圈中的应该成为等电位的线圈之间的均压部件。根据该电动机，能够削减相同电位的电刷，因此能够削减电刷个数。

还公开了如下的多极电动机：以与第1～第3电刷相对的位置为基准，沿电动机旋转方向在超前角或滞后角的位置中的至少1处追加配置了电刷。根据该电动机，即使是多极机也能够实现新的动作模式而不会大幅度增大电刷数量。例如，设为“如果在6极机中应用均压线，则通常需要6个电刷，但是低速模式能够利用2个电刷进行动作。此时，本来配置电刷的空间有4处空出，因此能够通过在该空出之处适当配置其它动作模式用的电刷，则除了低速、高速以外，还能够追加4种动作模式。即，电动机越是多极，越能够增加动作模式的种类”。

专利文献1：日本特开2008-136343号公报

专利文献2：日本特开2006-353019号公报

发明内容

发明要解决的课题

通常，在8极以上的多极规格的电动机中进行输出的切换控制时，电刷数也相应增大，因此存在电动机的结构容易变复杂的趋势。关于此点，如日本特开2006-353019号公报的电动机那样，如果用均压线对等电位的线圈之间进行连接，则能够减少电刷数量。

但是，如果连接均压线，则绕组作业的工时相应增加，从而生产率可能会降低。

本发明的目的在与提供一种生产率优异的8极以上的能够进行输出切换的电动机。

本发明中的一个示例的电动机具有：至少8极的磁极；电枢，其具有至少10个齿部；换向器，其具有至少20个换向器片；以及电刷组，其具有两个正极电刷和两个负极电刷。在各个换向器片上，设置有用于钩持导电线的钩持部。使用1根导电线钩持到多个钩持部，并且使其卷绕到多个齿部的各自上来形成线圈组。该电动机构成为能够切换对电刷组的通电状态。

根据上述结构，通过卷绕1根导电线形成了线圈组，因此不需要另外连接均压线。

发明的效果

本发明中的一个示例能够提供一种可进行输出切换、且生产率优异的电动机。

附图说明

图1是示意性示出本发明一个示例的第1实施方式中的电动机的概略剖视图。

图2是图1中的II-II线剖视图。

图3是去掉后盖而从图1中的III-III线方向观察到的图。

图4是用于示意性说明本发明的一个示例的齿部和换向器片的配置的概略图。

图5的(a)和(b)是用于示意性说明本发明的一个示例的导电线的卷绕顺序的图。

图6是示意性示出本发明的一个示例的电路结构的概念图。

图7是用于示意性说明本发明的一个示例的电刷组的通电状态切换的图。图7(a)～(c)分别示出了不同的通电状态下的电路结构。

图8是示意性表示本发明的一个示例的电刷组在不同的通电状态下的电动机输出差异的概念图。

图9是本发明的一个示例的第1实施方式的变形例中的与图3相当的图。

图10的(a)和(b)是用于示意性说明本发明的一个示例的第1实施方式的变形例中的导电线的卷绕顺序的图。

图11是示意性示出本发明一个示例的第1实施方式的变形例的电路结构的概念图。

图12是用于示意性说明本发明的一个示例的第2实施方式中的齿部和换向器片的配置的概略图。

图13的(a)和(b)是用于示意性说明本发明的一个示例的第2实施方式中的导电线的卷绕顺序的图。

图14是用于示意性说明本发明的一个示例的第3实施方式中的齿部和换向器片的配置的概略图。

图15是用于示意性说明本发明的一个示例的第3实施方式中的导电线的卷绕顺序的图。

图16是用于示意性说明本发明的一个示例的第4实施方式中的齿部和换向器片的配置的概略图。

图17是用于示意性说明本发明的一个示例的第4实施方式中的导电线的卷绕顺序的图。

标号说明

2：电枢；3：磁铁；4：换向器；5：电刷组；5a：正极电刷；5b：负极电刷；9：齿部；10：线圈；12：导电线；15：换向器片。

具体实施方式

下面，根据附图来详细地说明本发明的实施方式。此外，以下的优选实施方式的说明在本质上不过是例示，并不意在对本发明、本发明的适用物或本发明的用途进行限制。

<第1实施方式>

(电动机的结构)

图1～图3示出一个示例的本实施方式的电动机。该电动机是DC电动机，作为旋转轴的轴1、电枢2、换向器2、磁铁3、换向器4、电刷组5等被收纳在外壳6中。

外壳6具有一端开口的扁平的大致圆筒状的壳体6a、和堵塞壳体6a的开口的后盖6b。轴1借助轴承7、7被旋转自如地支撑在这些壳体6a和后盖6b上。在轴1上固定有电枢2和换向器4。虽然未图示，但是在轴1的外周面上，对电枢2或换向器4实施了用于限制周向移动的滚花加工。

电枢2具有：被固定于轴1的轴向中间部分的圆盘状的铁芯8；在铁芯8的外周部分等间隔地呈放射状形成有多个截面大致T字状的齿部9、9、…；以及卷绕装配于这些齿部9、9、…而成的一组线圈10、10、…。在轴向层叠金属板来形成铁芯8和齿部9。在本实施方式中，形成有10个齿部9，在彼此相邻的齿部9之间，分别形成了槽11、11、…(10槽)。

以通过各个槽11、11、…之间的方式，在齿部9上卷绕有导电线12。在铁芯8的外周形成有10个线圈组(集中绕组)。

磁铁3由分成N极和S极而被磁化的4个大致圆弧状的要素磁铁3a、3a、3a、3a构成。磁铁3以与电枢2的外周面接近并相对的方式，组合这些要素磁铁3a、3a、3a、3a并在外壳6的内周面固定为大致环状。即，在本实施方式中，绕轴以等间隔交替配置有不同的8个磁极(8极)。固定有磁铁3的外壳6的周壁兼用作背轭。通过用极化的4个要素磁铁3a构成磁铁3，与使用8个磁铁的情况相比具有组装容易的优点。

换向器4由固定于轴1的端部的圆柱状的部件构成。在换向器4的外周面上，在周向上等间隔地连续固定有大致板带状的导电性优异的多个换向器片15、15、…。为了避免导通，各换向器片15隔开间隔进行配置。在本实施方式中，设置有20个换向器片15(20换向器片)。在各换向器片15的靠电枢2侧的端部，一体设置有用于钩持导电线12的钩持部15a。在这些钩持部15a上钩持1根导电线12并且该导电线12在各齿部9上卷绕从而成为绕组结构。

电刷组5被组装到在外壳6内安装的电刷板16上。电刷板16由大致圆盘状的部件构成，在其中央形成有直径比换向器4的外径大的圆孔。电刷组5具有两个正极电刷5a、5a和两个负极电刷5b、5b，并配设在换向器4的周围。各电刷5a、5a、5b、5b分别沿着电刷板16的半径方向配置，被支撑为朝向圆孔进退自如。各电刷5a、5a、5b、5b的圆孔侧的端部被弹簧5c按压到换向器4的外周面，各电刷5a、5a、5b、5b与各换向器片15滑动接触而电连接。另外，各电刷5a、5a、5b、5b经由连接端子17与未图示的控制装置等连接。

同极的电刷5a、5a分别绕轴方向配置在相对于旋转轴相差大致180度的位置上。即，一对正极电刷5a、5a呈相对状配置，同样，一对负极电刷5b、5b也呈相对状配置。此处，不同极的电刷、即正极电刷5a和与其接近的一个负极电刷5b分别配置在绕轴方向大致相差45度的位置上。

(电动机的绕组结构)

在该电动机中，设计为能够用1根导电线12构成绕组。根据图4所示的齿部9和换向器片15的配置，对该绕组结构进行说明。虽然可以是逆时针方向和顺时针方向中的任意一种，但是为了方便，如该图所示，从预定的齿部9开始沿顺时针方向分别对各齿部9依次标注1～10的编号进行区别。虽然未图示，但是线圈10也利用与形成有该线圈的齿部9相同的标号进行区别。此外，从标注了1号的编号的齿部9附近的预定换向器片15开始，沿与齿部9相同的顺时针方向分别对各换向器片15依次标注1～20的编号进行区别。

图5示出示意性表示一个示例的导电线12的卷绕顺序的概念图。该图的(a)以平面状表示齿部9和换向器片15，用箭头线示出了导电线12的卷绕顺序。该图的(b)示意性示出了所卷绕的导电线12的结构。

如这些图所示，开始在6号的换向器片15上钩持导电线12的卷绕开始端。卷绕开始端也可以不是6号的换向器片15，而是1号的换向器片15。接着，将导电线12挂到1号的换向器片15上，并使导电线12从1号的齿部9与2号的齿部9之间的槽11通过，在1号的齿部9上卷绕预定次数，从而形成1号线圈10。并且，在挂到2号的换向器片15后，挂到7号的换向器片15。即，2号的换向器片15与7号的换向器片15短路。6号的换向器片15与1号的换向器片15也同样如此。挂到7号的换向器片15的导电线12从4号的齿部9与5号的齿部9之间的槽11通过，在4号的齿部9上卷绕预定次数，从而形成4号线圈10。

之后，以这些图所示的顺序同样地卷绕导电线12，最后钩持到卷绕开始端的6号或1号的换向器片15即可。仅卷绕1根导电线12即可，因此绕组作业变得容易。还能够用绕组机自动进行处理，生产率优异。另外，此时，形成于1～10号的各齿部9的各线圈10从齿部9的前端侧观察时是沿逆时针方向形成的。被钩持到各换向器片15的导电线12通过去掉接触部位的被覆，与该换向器片15连接。

由此形成的绕组结构在前半部分和后半部分成为点对称。即，在从轴向观察各齿部9和各换向器片15而分成卷绕开始侧和卷绕结束侧两部分时，换言之，在分为1～5号的齿部9及1～10号的换向器片15、和6～10号的齿部9及11～20号的换向器片15时，各齿部9和各换向器片15处的绕组部分分别成为关于旋转轴点对称的结构。

此外，导电线12中的各换向器片15之间、或者跨越各齿部9之间设置的部分(均压线)偏于齿部侧。例如，在将导电线12卷绕到远离某个换向器片15的另一换向器片15的情况下，导电线9以通过并跨越齿部9附近的方式被卷绕。由此，防止在制造过程和电动机的旋转中等时，均压线的部分不经意地被挂到轴1上等。例如，防止由于轴1的滚花加工部分与导电线9接触而产生的导电线9的断裂或短路。

图6是该绕组结构的电路图。通过如上述那样配置电刷组5，设定为例如在1号和11号的换向器片15分别与正极电刷5a、5a连接时，3号和4号的换向器片15与一方的负极电刷5b连接，13号和14号的换向器片15与另一方的负极电刷5b连接。于是，在1号的换向器片15(正极)与3号的换向器片15(负极)之间，串联连接1号和4号的线圈10，在1号的换向器片15(正极)与14号的换向器片15(负极)之间，串联连接8号和10号的线圈10。此外，在11号的换向器片15(正极)与13号的换向器片15(负极)之间，串联连接6号和9号的线圈10，在11号的换向器片15(正极)与4号的换向器片15(负极)之间，串联连接3号和5号的线圈10。

这样形成电路，由此能够通过切换对电刷组5的通电状态来进行电动机的输出切换。

图7示出该切换模式的一例。图7的(a)表示在4个电刷5a、5a、5b、5b中全部通电的情况(使用4个电刷时)。此时，在设每1个线圈的电阻值为R时，在正负极间形成的总电阻值为R/2。图7的(b)表示停止一方的负极电刷5b的通电的情况(使用3个电刷时)。此时，4个线圈10成为闭环，因此形成在正负极之间的总电阻值成为R。图7的(c)表示停止对位于隔开位置的两个不同极电刷5a、5b的通电的情况(使用2个电刷时)。此时，形成串联的2个线圈10和串联的7个线圈10并联连接的电路，因此在正负极间形成的总电阻值成为14R/9。

因此，如图8所示，通过切换对电刷组5的通电状态，能够在恒定的反电动势下改变总电阻，因此能够切换电动机的输出(转矩和速度)。

(变形例)

图9～图11示出一个示例的第1实施方式的变形例。在一个示例的本实施方式中，电刷组5的配置和绕组结构不同。另外，关于其他结构，与之前的说明相同，因此对不同点进行说明，针对相同结构标注相同标号并省略说明。

如图9所示，本实施方式的电刷组5的同极电刷5a、5a在绕轴方向上大约相差90度进行配置。同极电刷5b、5b也同样如此。任意一方的正极电刷5a和负极电刷5b分别配置在绕轴方向大致相差45度的位置上。

图10是一个示例的本实施方式中的导电线12的卷绕顺序，图11是其电路图。即使这样配置电刷组5来构成绕组结构，也能够形成与之前说明的电路相同的电路来切换电动机的输出。

<第2实施方式>

图12和图13示意性示出一个示例的第2实施方式。电动机的基本结构与第1实施方式相同，因此对不同点进行说明，针对相同结构标注相同标号并省略说明。

如图12所示，在一个示例的本实施方式的电动机中，具有12个齿部9(12槽)和24个换向器片15(24换向器片)。此时，使用1根导电线12形成了绕组结构。为了通过对电刷组5的通电状态的切换进行电动机的输出切换，如图13所示那样，卷绕导电线12形成绕组结构即可。

具体而言，在将1号换向器片15设为卷绕开始端的情况下，将导电线12挂到7号的换向器片15上，并使该导电线12从4号的齿部9与5号的齿部9之间的槽11通过，在4号的齿部9上卷绕预定次数从而形成线圈10。从齿部9的前端侧观察，该线圈10沿逆时针方向(CCW)形成(第2线圈22、在图13的(a)中用粗线示出)。并且，在挂到8号的换向器片15后，挂到2号的换向器片15上。即，8号的换向器片15与2号的换向器片15短路。挂到2号的换向器片15的导电线12从11号的齿部9与12号的齿部9之间的槽11通过，在12号的齿部9上卷绕预定次数，从而形成线圈10。从齿部9的前端侧观察，该线圈10沿顺时针方向(CW)形成(第1线圈21、在图13的(a)中用细线示出)。并且，之后，依照该图所示的顺序将导电线12钩持到各换向器片15上，并卷绕到各齿部9形成线圈10即可。

于是，能够在各齿部9上分别形成第1线圈21和第2线圈22。例如，从9号的换向器片15导出的导电线12从5号的齿部9与6号的齿部9之间的槽11起被卷绕到5号的齿部9上，从而形成第2线圈22。之后，从12号的换向器片15导出的导电线12从4号的齿部9与5号的齿部9之间的槽11起被卷绕，从而形成第1线圈21。同样，在1～12号的各齿部9上，形成为第1线圈21和第2线圈22重叠。

如果是8极12槽24换向器片的电动机，则能够通过这样形成绕组结构，实现可卷绕1根导电线12来进行输出切换的电动机。

<第3实施方式>

图14和图15示意性示出一个示例的第3实施方式。电动机的基本结构与第1实施方式相同，因此对不同点进行说明，针对相同结构标注相同标号并省略说明。

如图14所示，在本实施方式的电动机中，具有20个齿部9(20槽)和20个换向器片15(20换向器片)。此时，为了使用1根导电线12形成绕组结构，例如如图15所示，利用分布绕组来卷绕导电线12形成绕组结构即可。如果是8磁极20槽20换向器片的电动机，则能够通过设为这种绕组结构，实现可进行输出切换的电动机。

<第4实施方式>

图16和图17示意性示出一个示例的第4实施方式。电动机的基本结构与第1实施方式相同，因此对不同点进行说明，针对相同结构标注相同标号并省略说明。

如图16所示，在本实施方式的电动机中，具有24个齿部9(24槽)和24个换向器片15(24换向器片)。此时，为了使用1根导电线12形成绕组结构，例如如图17所示，利用分布绕组来卷绕导电线12形成绕组结构即可。如果是8磁极24槽24换向器片的电动机，则能够通过设为这种绕组结构，实现可进行输出切换的电动机。

产业上的可利用性

适合于发动机冷却用的风扇电动机等车载电动机。

Claims

1.一种电动机，其能够切换对电刷组的通电状态，其具有：

至少8极的磁极；

电枢，其具有至少10个齿部；

换向器，其具有至少20个换向器片；以及

所述电刷组，其具有两个正极电刷和两个负极电刷，

在各个所述换向器片上，设置有用于钩持导电线的钩持部，

使用1根导电线，使其钩持到所述多个钩持部，并且卷绕到所述多个齿部的各自上来形成线圈组。

2.根据权利要求1所述的电动机，其中，

所述磁极为8极，

所述齿部为10个，

所述线圈组通过集中绕组而形成，

在从预定的齿部开始沿顺时针方向或逆时针方向对10个所述齿部分别依次标注了编号1～10的情况下，

从1号的齿部起开始卷绕，按照4号的齿部、2号的齿部、5号的齿部、3号的齿部、6号的齿部、9号的齿部、7号的齿部、10号的齿部的顺序卷绕导电线，并在8号的齿部处结束卷绕。

3.根据权利要求2所述的电动机，其中，

所述换向器片为20个，

所述电刷组中的同极电刷分别配置在绕轴的方向上相差大致180度的位置上，

在从所述预定的齿部附近的预定换向器片开始，沿与所述齿部相同的绕向，对20个所述换向器片分别依次标注编号1～20的情况下，

从1号或6号的换向器片开始卷绕，按照1号的齿部、2号的换向器片、7号的换向器片、4号的齿部、8号的换向器片、3号的换向器片、2号的齿部、4号的换向器片、9号的换向器片、5号的齿部、10号的换向器片、5号的换向器片、3号的齿部、16号的换向器片、11号的换向器片、6号的齿部、12号的换向器片、17号的换向器片、9号的齿部、18号的换向器片、13号的换向器片、7号的齿部、14号的换向器片、19号的换向器片、10号的齿部、20号的换向器片、15号的换向器片、8号的齿部的顺序卷绕导电线，并在卷绕开始的1号或6号的换向器片处结束卷绕。

4.根据权利要求2所述的电动机，其中，

所述换向器片为20个，

所述电刷组中的同极电刷分别配置为在绕轴的方向上相差大致90度，

从1号或11号的换向器片开始卷绕，按照1号的齿部、2号的换向器片、12号的换向器片、4号的齿部、13号的换向器片、3号的换向器片、2号的齿部、4号的换向器片、14号的换向器片、5号的齿部、15号的换向器片、5号的换向器片、3号的齿部、6号的换向器片、16号的换向器片、6号的齿部、17号的换向器片、7号的换向器片、9号的齿部、8号的换向器片、18号的换向器片、7号的齿部、19号的换向器片、9号的换向器片、10号的齿部、10号的换向器片、20号的换向器片、8号的齿部的顺序卷绕导电线，并在卷绕开始的1号或11号的换向器片处结束卷绕。

5.根据权利要求1所述的电动机，其中，

所述磁极为8极，

所述齿部为12个，

所述换向器片为24个，

所述线圈组通过集中卷组而形成，

在各齿部上，分别形成有从该齿部的前端侧观察而看到的沿顺时针方向的第1线圈和沿逆时针方向的第2线圈。

6.根据权利要求1所述的电动机，其中，

所述磁极为8极，

所述齿部为20个，

所述换向器片为20个，

所述线圈组通过分布绕组而形成。

7.根据权利要求1所述的电动机，其中，

所述磁极为8极，

所述齿部为24个，

所述换向器片为24个，

所述线圈组通过分布绕组而形成。

8.根据权利要求1～权利要求7中的任意一项所述的电动机，其中，

设置在所述多个钩持部之间、或者跨越所述多个齿部之间而设置的均压线偏于齿部侧。