发明内容
本发明鉴于上述现有技术的不良情况而作出,其目的在于提供一种在将非磁性且比弹簧钢廉价但弹性差的材料使用于永久磁铁式电动机的磁铁保持器时,防止磁铁保持器的局部应力过大,并且不使弹簧发生塑性变形而在弹性变形内发生变形并稳定地对磁铁进行按压、定位的廉价的磁铁保持器。
实现上述目的的本发明涉及一种磁铁保持器,配置在电动机具有的多个永久磁铁之间并保持该永久磁铁,其特征在于,折弯矩形的板材而实质上形成为对称形状,在所述矩形的板材的两端部形成第一直线部,在该板材的中央部形成第三直线部,在所述第一直线部和所述第三直线部的中间部形成第二直线部,使所述第一直线部以保持在所述永久磁铁之间的状态彼此进行面接触,并使所述第二直线部与所述永久磁铁进行面接触。
并且,在该特征中,优选,在所述第一直线部与第二直线部之间形成第一圆弧部,在所述第二直线部与第三直线部之间形成第二及第三圆弧部,并使所述第二圆弧部的曲率半径大于所述第一及第三圆弧部的曲率半径。
实现上述目的的本发明的另一方面涉及一种永久磁铁式电动机,在定子上具有永久磁铁,其特征在于,所述定子沿周向具有两个或四个永久磁铁和配置在该永久磁铁之间的磁铁保持器,所述各永久磁铁的周向的一端面与所述磁铁保持器接触且周向的另一端面与另一永久磁铁零件接触配置,所述磁铁保持器将矩形的板材折弯而实质上形成为对称形状,在所述矩形的板材的两端部形成第一直线部,在该板材的中央部形成第三直线部,在所述第一直线部与所述第三直线部的中间部形成第二直线部,使所述第一直线部以保持在所述永久磁铁零件之间的状态彼此进行面接触,并使所述第二直线部与所述永久磁铁进行面接触。
并且在该特征中,优选,所述磁铁保持器在所述第一直线部与第二直线部之间形成第一圆弧部,在所述第二直线部与第三直线部之间形成第二及第三圆弧部,且所述第二圆弧部的曲率半径大于所述第一及第三圆弧部的曲率半径。
为了实现上述目的的本发明的又一特征涉及一种电动机的组装方法,准备在圆周方向的一个部位或两个部位设有贯通孔且形成为圆环状的第一夹具、以及形成为分割圆环的形状的第二夹具,将磁铁保持器嵌插到所述第一夹具的贯通孔中,在使所述第二夹具分别沿水平面方向分离配置的状态下将多个永久磁铁保持在其内周面,然后使第二夹具沿水平方向移动而形成圆环,在保持所述磁铁保持器的所述第一夹具的正下方配置保持多个所述永久磁铁的所述第二夹具,使嵌插到所述第一夹具的所述贯通孔中的磁铁保持器向配置在所述第二夹具内的所述永久磁铁之间的间隙移动,将保持多个所述永久磁铁和所述磁铁保持器的所述第二夹具配置在电动机的壳体的正上方,使多个所述永久磁铁和所述磁铁保持器向所述壳体移动。
发明效果
根据本发明,使磁铁保持器构成为对称形状,在其两端部形成直线部而使磁铁保持器彼此进行面接触,而且在磁铁保持器与永久磁铁的端面进行接触的部分上形成直线部,使磁铁保持器与永久磁铁的接触为面接触,因此即使在永久磁铁式电动机的磁铁保持器中使用非磁性且比弹簧钢廉价但弹性差的材料,也能够使磁铁保持器不发生塑性变形而在弹性变形范围内进行变形来缓和磁铁保持器的应力,从而防止局部应力过大。而且,磁铁保持器能够稳定地对永久磁铁进行按压及定位。
具体实施方式
以下,使用附图,说明本发明的永久磁铁式电动机的实施例。图1是永久磁铁式电动机100的一实施例的纵向剖视图。永久磁铁式电动机100包括定子和转子。定子具有:为了兼用作定子磁轭而通过强磁性材料形成为杯状的定子壳体40;作为构成定子侧的磁场的机构而安装在定子壳体的周壁部的内周的永久磁铁70;配置在永久磁铁70之间且用于对永久磁铁70进行保持及定位的磁铁保持器60。定子壳体40的开口部由端盖48密闭。
在定子壳体40的杯中央部配置有轴承20,将构成转子的旋转轴10支承为旋转自如。转子具有旋转轴10和电枢50,旋转轴10的一端侧由上述的轴承20保持,旋转轴10的中间部通过另一轴承30支承为旋转自如。电枢50具有:由冲裁成规定的形状的钢板的层叠体构成的电枢铁心;卷绕于该电枢铁心的插槽的电枢绕组。
在端盖48的内表面安装有电刷座,由该电刷座保持的电刷与整流子进行接触。而且,从端盖48导出衬套80,与电刷电连接的引线82通过衬套80向外部导出。
使用图2至图4A,说明如此构成的本发明的永久磁铁式电动机100所具有的磁铁保持器60的详细情况。图2是磁铁保持器60的主视图(同图(a))及其侧视图(该图(b))。图3是说明磁铁保持器60的制造方法的图,图4A、图4B是说明将磁铁保持器60装入定子壳体的情况的图。
如图1所示,磁铁保持器60是通过对永久磁铁70从其圆周方向侧面进行按压而将永久磁铁70定位在定子壳体40的规定位置上的部件。因此,需要考虑了组装性的弹力。其中,考虑到生产性及经济性,在本实施例中不是弹簧钢而是非磁性的不锈钢(SUS304)。因此,与弹簧钢相比在同一形状下只能发挥小的弹力。为了增加弹力,当然使磁铁保持器60大型化即可,但磁铁保持器60容许的尺寸按各电动机预先决定,需要在该容许范围内进行制作。
因此在本发明中,通过增大磁铁保持器60的作为弹簧起作用的部分,而不用使磁铁保持器60大型化,就能得到所需的弹力。与此同时,能够避免磁铁保持器60的各部分的局部应力过大的情况。
具体来说,成为图2所示的形状。该图2所示的磁铁保持器60的主要特征在于如下各情况,即,作为对称形状结构,对夹持该磁铁保持器60的未图示的一对永久磁铁的侧面大致均等地施加按压力的情况,通过使按压部不是线接触而是面接触来减少载荷点的局部应力的情况,为了增大发挥弹力的部分及在加工中不局部性地作用大载荷而减少磁铁保持器60的开口部相反侧的折弯部的曲率的情况,通过在成形后的磁铁保持器设置多个(在本实施例中为5个)直线部而提高制造时的操作性的情况。
即,利用厚度tmm的SUS304制的钢板,将宽度W、高度H的磁铁保持器60形成为喇叭形状。磁铁保持器60为左右对称形状,隔着原料长度的中央而将长度h3mm的区间形成为第三直线部65。与该第三直线部65连续,而曲率半径R2mm的第二圆弧部68接着曲率半径R3mm的第三圆弧部67左右对称形成。此外,与该第二圆弧部68连续而形成长度h2mm的第二直线部66,与该第二直线部66连续而形成曲率半径R1mm的第一圆弧部64。接下来,与第一圆弧部64连续而形成长度h1mm的第一直线部62。在此,第一圆弧部64大致为半圆弧,各自的曲率半径R1、R2是内径侧的曲率半径。
在成形磁铁保持器60时,在相对向的第一直线部62、62之间形成有大致厚度tmm量的间隙,但夹持在两个永久磁铁70之间时,该间隙消失而第一直线部62、62以整面进行接触。此时,左右形成的第二直线部66整面接触永久磁铁70的侧面。因此,在组装永久磁铁式电动机100后,磁铁保持器60自身或与永久磁铁70都进行面接触。
机动车等较多使用的电动机为扁平电动机,上述磁铁保持器60的各部分尺寸与永久磁铁70的尺寸相差大致W=3mm左右,H=20mm左右。使用的SUS304钢板的厚度t为t=1mm左右。而且,成形后的第一直线部62的间隙为1mm以下。此外,第三直线部65的长度h3为3mm左右,第二直线部的长度h2为5mm左右。
然而,加工时可知在第三直线部65与第二圆弧部68的连接部即折弯部(第三圆弧部)67发生大的局部应力。因此,为了减少连接部的应力,在接着第三直线部65形成第三圆弧部67后,使第二圆弧部68的曲率半径为大于第一圆弧部64的曲率半径的值。然后,缩短第三直线部65的长度h3而使第二圆弧部的横向(图2(a)中的横向)的起始位置位于中心侧,减少作用于第三圆弧部67的应力。而且,由此能够增加作为弹簧起作用的长度即图2(a)中的上下方向长度。
图3表示上述磁铁保持器60的加工顺序。将SUS钢板切断成展开图2所示的磁铁保持器60时所需的长度,得到磁铁保持器60的原料60a(图3(a))。此时的钢板的厚度与成形品的厚度为相同的厚度t。
接下来,对原料60a的长度方向的两端部实施半径R1的弯曲加工,能得到同时形成第一直线部62和第一圆弧部64的中间原料60b(图3(b))。然后,将原料60b的中心位置割出,在隔着该中心位置的左右相等的距离,将相互的直线距离为h3的部位作为第三圆弧部67,并同时形成第三圆弧部67和第三直线部65,得到中间原料60c(图3(c))。
最后,在以第三圆弧部67为一端且以第一圆弧部64为另一端的区间中,对从第一圆弧部64的端减去第二直线部66的长度h2的部分进行半径R2的圆弧加工,同时加工第二直线部66和第二圆弧部68,得到磁铁保持器的成形品60d。
在上述加工中,第三直线部65被使用作为加工中的磁铁保持器原料60a~60c的中心位置及磁铁保持器原料60a~60c的操作件的基准位置。而且第二直线部66为了向上述的永久磁铁70的面的按压而使用,并被使用作为该加工中的操作件的基准位置(与未图示的夹具的接触部)。
接下来,使用图4A及图4B说明将如此成形的磁铁保持器60向永久磁铁式电动机100组装的实际情况。图4A表示在组装用的夹具装入永久磁铁70及磁铁保持器60的情况。
外径与在后面说明详细情况的永久磁铁用夹具90b、90c为大致同径且内径比永久磁铁70的内径小的磁铁保持器用夹具90a形成为环状。并且,与永久磁铁70的内径及外径为大致同径且宽度为磁铁保持器60的横向长度(图2(a)的横向长度且第一直线部62彼此相接的状态下的长度)为大致相同宽度的沿上下方向贯通的孔92形成在对称位置两个部位。
未图示的挑选机对磁铁保持器60进行挑选,而定位在孔92的正上方,并沿箭头A3方向使磁铁保持器60的第三直线部65位于下侧,而将磁铁保持器60压入到孔92中(图4A(a))。
另一方面,永久磁铁70为铁氧体制的环的一部分欠缺的四分割的结构,各永久磁铁零件70a~70d还未被磁化。并且,将各两个、在图4A(b)中将永久磁铁70a和永久磁铁70b组合,并将永久磁铁70c和永久磁铁70d组合。在永久磁铁70a与永久磁铁70c之间、以及永久磁铁70b与永久磁铁70d之间形成有将来供磁铁保持器60插入的间隙。
为了保持永久磁铁70a~70d,而准备分割成两部分的形状的永久磁铁用夹具90b、90c。永久磁铁用夹具90b、90c的外径与磁铁保持器用夹具90a大致相同,内径与永久磁铁70a~70d的外径大致相同。该永久磁铁用夹具90b、90c在组合时为完整的圆形,其上下方向高度与永久磁铁70a~70d的高度相同或更高。
在未图示的组装用工作台上将永久磁铁用夹具90b、90c放置成从圆形状态分离的状态,以使永久磁铁用夹具90b、90c的分割成两部分的位置与永久磁铁零件70a~70d的间隙的位置成为相同位置的方式,在定位后使永久磁铁零件70a~70d从上方向下方如箭头A2所示移动(图4A(b)),永久磁铁用夹具90b、90c沿水平方向向箭头A1所示的方向移动而成为完整的环(图4A(c))。
通过以上的工序,如图4B(a)~图4B(c)所示,永久磁铁70a~70d由永久磁铁用夹具90b、90c保持(图4B(a)),磁铁保持器60由磁铁保持器用夹具90a的孔92保持(图4B(b))。在此,图4B(c)是图4B(b)的B-B向视剖面图。
接下来,使磁铁用夹具90b、90c为下侧并使磁铁保持器用夹具90a为上侧而进行层叠。此时,以使磁铁用夹具90b、90c与磁铁保持器用夹具90a的外径位置对合而使中心一致、并使磁铁保持器用夹具90a上形成的孔92的周向中心与磁铁用夹具90b、90c的对合面的周向位置一致的方式进行定位(图4B(d))。
在孔92的正下方形成有永久磁铁零件70a~70d的组合的间隙,因此使用压出用工具94将磁铁保持器60从磁铁保持器用夹具90a的孔92向永久磁铁用夹具90b、90c所保持的永久磁铁零件70a与永久磁铁零件70d之间的间隙、以及永久磁铁零件70b与永久磁铁零件70d之间的间隙沿箭头C1的方向压出(图4B(e))。
由于磁铁保持器60完全移动到永久磁铁用夹具90b、90c形成的环中,因此使用夹具96将永久磁铁零件70a~70d和磁铁保持器60一起向形成为杯型的定子壳体40的内周壁沿箭头C2方向压出。定子壳体将在底面的中央部保持轴承10的轴承保持部44、以及在外周部保持永久磁铁70(70a~70d)和磁铁保持器60的永久磁铁保持部42以阶梯形成,在永久磁铁保持部42与轴承保持部44之间形成有电枢绕组退避部46。在压出永久磁铁零件70a~70d时,永久磁铁保持部42和定子壳体40的周壁部成为引导部,因此在压出的同时被定位。在完成加工及转子等的组装后,从外部将永久磁铁70磁化。
根据本实施例,能够通过简单的加工工序得到减少了局部应力的非磁性且未使用弹簧钢的磁铁保持器。而且,由于形状简单,因此操作性也优良,能够提高组装的自动化率。此外若规模扩大,则能够容易应对电动机容量的变化。而且,由于必要的原料为单一的矩形的板,因此没有浪费的部分而能够有效地利用原料。
接下来,使用图4A及图4C说明实际上将磁铁保持器60装入永久磁铁式电动机100的另一方法。按照图4A所示的顺序,使永久磁铁70a~70d由永久磁铁用夹具90b、90c保持,并使磁铁保持器60由磁铁保持器用夹具90a保持。接下来,与上述实施例同样地,将保持有磁铁保持器60的磁铁保持器用夹具90a载置在永久磁铁用夹具90b、90c上。
此时,如图4C(d)所示,使永久磁铁用夹具90b和永久磁铁用夹具90c沿水平方向隔着间隙对置。在该状态下,使磁铁保持器60落入到永久磁铁70a与永久磁铁70c之间、以及永久磁铁70b与永久磁铁70d之间的间隙。然后,使永久磁铁用夹具90b、90c沿箭头c3方向移动,使永久磁铁用夹具90b、90c的相对向的面之间进行接触。如此使一对夹具90b、90c接触而一体化后,如该图(f)所示,将永久磁铁70a~70d和磁铁保持器60一起形成的定子部整体沿箭头C2方向压入定子壳体40。
在本实施例中,也能够通过简单的加工工序得到减轻了局部应力的非磁性且未使用弹簧钢的磁铁保持器。而且,由于形状简单,因此操作性也优良,能够提高组装的自动化率。此外若规模扩大,则能够容易应对电动机容量的变化。而且,由于必要的原料为单一的矩形的板,因此没有浪费的部分而能够有效地利用原料。
在上述各实施例中,将永久磁铁用夹具形成为分割成两部分的形状,使磁铁零件沿水平方向移动而进行组装,但也可以使永久磁铁用夹具为环状的一体形状,使磁铁零件沿上下方向移动而进行组装。这种情况下,在磁铁的周向及半径方向定位的自动化的方面比本实施例差,但由于能够通过一连串的动作将磁铁保持器压入到磁铁之间,因此能够简化作业工序。
另外,在上述各实施例中,使磁铁保持器的材质为SUS304,但材质并不局限于此,只要是具有弹性(富于弹性)的材质即可,也可以是磁性材料。但是,非磁性材料的磁通损失少,因此优选。此外,在上述实施例中,说明了将永久磁铁形成为分割成四部分的形状并使用两个磁铁保持器的情况,但将永久磁铁分割成两部分并仅使用一个磁铁保持器的情况同样能够适用本发明。
根据上述各实施例,磁铁保持器由于具有三种直线部即第一直线部及第二直线部、第三直线部,因此永久磁铁与磁铁保持器之间的接触、以及磁铁保持器自身的接触部都为面接触,能够缓和应力并防止局部的过大应力的发生。而且,通过具有三种直线部,能够增加加工时的向操作件及夹具的密接度,并能够抑制自动加工及组装时的不良情况的发生。即,若没有面接触部,则在将弹簧插入到磁铁间的间隙中时有可能由于过度的力而弹簧发生变形,但根据本实施例,由于利用弹簧的面接触部进行组装,因此能够不使弹簧变形而在维持形状的状态下进行组装。
另外,由于磁铁保持器具有三种圆弧部即第一圆弧部及第二圆弧部、第三圆弧部,因此在将永久磁铁装入夹具之后直至装入到定子壳体的各工序中,能够缓和磁铁保持器产生的应力集中,并能够防止过大的局部应力的发生。