CN110024262A - 马达 - Google Patents

Abstract

本发明的一个方式的马达具有：转子，其具有沿着在一个方向上延伸的中心轴线配置的轴；以及定子，其配置于转子的径向外侧。定子具有：定子铁芯，其具有包围转子的环状的铁芯背部和从铁芯背部向径向内侧延伸的多个齿部；以及线圈，其卷绕于多个齿部的各个齿部。多个齿部沿周向排列配置。铁芯背部的内缘的沿轴向观察到的形状为多边形形状。内缘的角带圆角并且配置于连接有在周向上相邻的齿部的内缘的部分彼此之间。在将定子铁芯的内径设为D1，将定子铁芯的最小外径设为D2，将齿部的数量设为N时，D1与D2之比大于0.65，内缘的角的R为D1/N以上并且D2/N以下。

Description

马达

技术领域

本发明涉及马达。

背景技术

以往，公知有具备隔着空隙与转子的外周面对置的定子的马达。例如，在专利文献1中记载了步进马达。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-201825号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述那样的马达中，以提高输出的扭矩而不改变整体的尺寸为目的，考虑了在保持定子的外形尺寸的同时，增大转子的外径。但是，在这种情况下，定子的径向尺寸变小，定子的强度降低。因此，存在使马达驱动时产生的振动和噪声变大的问题。

本发明鉴于上述问题，其目的之一在于，提供具有小型并且输出高、能够降低振动和噪声的构造的马达。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的马达具有：转子，其具有沿着在一个方向上延伸的中心轴线配置的轴；以及定子，其配置于所述转子的径向外侧，所述定子具有：定子铁芯，其具有包围所述转子的环状的铁芯背部和从所述铁芯背部向径向内侧延伸的多个齿部；以及线圈，其卷绕于多个所述齿部的各个齿部，多个所述齿部沿周向排列配置，所述铁芯背部的内缘的沿轴向观察到的形状为多边形形状，所述内缘的角带圆角并且配置于连接有在周向上相邻的所述齿部的所述内缘的部分彼此之间，在将所述定子铁芯的内径设为D1，将所述定子铁芯的最小外径设为D2，将所述齿部的数量设为N时，D1与D2之比大于0.65，所述内缘的角的R为D1/N以上并且D2/N以下。

发明效果

根据本发明的一个方式，提供了具有小型并且输出高、能够降低振动和噪声的构造的马达。

附图说明

图1是示出本实施方式的马达的剖视图。

图2是示出本实施方式的马达的图，是沿着图1中的II-II线的剖视图。

图3是示出本实施方式的马达的部分的图，是图2的局部放大图。

具体实施方式

图1至图3所示的本实施方式的马达10例如是混合型步进马达。马达10整体上呈大致长方体状。如图1所示，马达10具有上罩部件11、下罩部件12、转子20、定子30以及轴承41、42，其中，该转子20具有沿着在一个方向上延伸的中心轴线J配置的轴21。在本实施方式中，中心轴线J所延伸的一个方向是图1中的上下方向。

在以下的说明中，将与中心轴线J平行的方向简称为“轴向”，将以中心轴线J为中心的径向简称为“径向”，将以中心轴线J为中心的周向简称为“周向”。另外，在轴向上，将图1的上侧简称为“上侧”，将图1的下侧简称为“下侧”。另外，“上侧”和“下侧”仅是用于说明的名称，并不限定实际的位置关系和方向。

虽然省略了图示，但沿着轴向观察时，上罩部件11和下罩部件12呈大致正方形形状。上罩部件11和下罩部件12在轴向上夹着定子30。上罩部件11配置于定子30的上侧。上罩部件11固定于后述的绝缘体34的上端部。上罩部件11保持对轴21进行支承的轴承41。下罩部件12配置于定子30的下侧。下罩部件12固定于绝缘体34的下端部。下罩部件12保持对轴21进行支承的轴承42。

转子20具有转子铁芯22。转子铁芯22具有永磁铁23、上侧轭24a以及下侧轭24b。永磁铁23呈以中心轴线J为中心的圆环状。轴21穿过永磁铁23的径向内侧。在永磁铁23与轴21的径向之间设置有间隙。永磁铁23被上侧轭24a和下侧轭24b在轴向上夹着并保持。永磁铁23借助粘接剂而固定于上侧轭24a和下侧轭24b。永磁铁23具有沿轴向排列配置的两个磁极、即N极和S极。

上侧轭24a呈以中心轴线J为中心的圆环状。轴21穿过上侧轭24a的径向内侧。上侧轭24a的内周面固定于轴21的外周面。上侧轭24a配置于永磁铁23的上侧。上侧轭24a的下表面与永磁铁23的上表面接触。

在上侧轭24a的径向外端设置有向下侧突出的突出部。永磁铁23的径向外侧面与上侧轭24a的突出部的径向内侧面接触。另外，上侧轭24a的突出部的径向内侧面与永磁铁23的径向外侧面也可以在径向上隔着间隙而对置。

如图3所示，上侧轭24a呈齿轮状，具有配置于上侧轭24a的外周缘的多个转子齿部25。多个转子齿部25向径向外侧突出。多个转子齿部25沿周向在整周范围内等间隔地排列配置。

如图1所示，下侧轭24b呈以中心轴线J为中心的圆环状。轴21穿过下侧轭24b的径向内侧。下侧轭24b的内周面固定于轴21的外周面。下侧轭24b配置于永磁铁23的下侧。下侧轭24b的上表面与永磁铁23的下表面接触。

在下侧轭24b的径向外端设置有向上侧突出的突出部。永磁铁23的径向外侧面与下侧轭24b的突出部的径向内侧面接触。另外，下侧轭24b的突出部的径向内侧面与永磁铁23的径向外侧面也可以在径向上隔着间隙而对置。上述的上侧轭24a的突出部与下侧轭24b的突出部在轴向上隔着间隙而对置。

虽然省略了图示，但下侧轭24b呈与上侧轭24a相同的齿轮状。沿轴向观察时，下侧轭24b的齿部配置于在周向上相邻的上侧轭24a的转子齿部25彼此之间。

如图1和图2所示，定子30整体上呈沿轴向延伸的方筒状。定子30配置于转子20的径向外侧。如图1所示，定子30具有定子铁芯31、绝缘件34以及线圈35。如图1和图2所示，定子铁芯31具有包围转子20的环状的铁芯背部32以及从铁芯背部32向径向内侧延伸的多个齿部33。

如图1所示，铁芯背部32呈以中心轴线J为中心沿轴向延伸的方筒状。如图2所示，铁芯背部32的内缘32a的沿轴向观察到的形状为多边形形状。更详细地说，内缘32a的沿着轴向观察到的形状为正八边形形状。如图3所示，内缘32a的角32c带圆角。沿轴向观察时，角32c的径向内侧面呈向径向外侧凹陷的圆弧状。

如图2所示，铁芯背部32的外缘32b的沿轴向观察到的形状为多边形形状。在图2中，外缘32b的沿轴向观察到的形状为四边形形状。更详细地说，外缘32b的沿轴向观察到的形状为角部被倒角的正方形形状。

另外，在本说明书中，“多边形形状”具有连接多边形的各边彼此的角部带圆角的形状。即，在本说明书中，“多边形形状”包含由构成多边形的各边的直线和连结相邻的各直线彼此的圆弧构成的形状。另外，在本说明书中，“多边形形状”也包含连接多边形的各边彼此的角部被倒角的形状。倒角可以是倒圆角，也可以是倒直角。具体而言，例如，四边形形状除了严格的四边形形状之外，还包含四边形形状的角部被倒角的形状。

多个齿部33沿周向排列配置。更详细地说，多个齿部33沿着周向在整周范围内等间隔地排列配置。齿部33设置于构成内缘32a的多边形的每一条边。由此，内缘32a的角32c配置于连接有在周向上相邻的齿部33的内缘32a的部分彼此之间。在图2中，齿部33的数量为八个。八个齿部33分别配置于构成内缘32a的八边形的边的周向的中央。在多个齿部33的径向内侧设置有收纳转子20的收纳空间37。

齿部33具有延伸部33a和前端部33b。延伸部33a从内缘32a向径向内侧延伸。前端部33b与延伸部33a的径向内端连接。前端部33b沿周向延伸。前端部33b比延伸部33a向周向两侧突出。如图3所示，前端部33b具有向径向内侧突出的多个定子齿部33c。多个定子齿部33c在前端部33b的周向一端到周向另一端之间等间隔地排列配置。另外，定子齿部33c并不限于等间隔地配置，也可以不等间隔地配置。定子齿部33c能够在径向上与转子齿部25隔着间隙而对置。

如图1所示，绝缘体34安装于定子铁芯31。线圈35卷绕于多个齿部33的各个齿部。更详细地说，线圈35隔着绝缘体34而卷绕于各个齿部33。在图2中，设置有八个线圈35。

将定子铁芯31的内径设为D1，将定子铁芯31的最小外径设为D2，将齿部33的数量设为N。定子铁芯31的内径D1是设置于定子铁芯31的径向内侧的转子20的收纳空间37的径向尺寸。换言之，内径D1是沿轴向观察时在定子铁芯31的径向内侧与定子铁芯31相接的第一假想圆C1的直径。第一假想圆C1是沿轴向观察时将多个齿部33中的定子齿部33c的径向内端连结而得到的圆。

最小外径D2是定子铁芯31的径向尺寸中的最小值。换言之，最小外径D2是沿轴向观察时与铁芯背部32的外缘32b内切的第二假想圆C2的直径。在本实施方式中，外缘32b的沿轴向观察到的形状为正方形形状，因此最小外径D2是沿轴向观察时在与外缘32b的边垂直的方向上的定子铁芯31的尺寸。

内径D1与最小外径D2之比大于0.65。在本实施方式中，内径D1与最小外径D2之比大于0.71。作为一例，最小外径D2为42mm，内径D1为30mm以上。图3所示的内缘32a的角32c的R为D1/N以上并且D2/N以下。角32c的R是指带圆角的角32c的曲率半径。作为一例，当设内径D1为30mm、最小外径D2为42mm、齿部33的数量N为8时，角32c的R为3.75mm以上并且5.25mm以下。

为了提高马达的输出扭矩，例如存在增大转子的外径的方法。在采用该方法的情况下，为了收纳转子，需要也使定子铁芯的内径D1对应于转子的外径而增大。此时，在不变更定子铁芯的外形尺寸以不使马达大型化的情况下，内径D1与最小外径D2之比变大。在这样的马达中，存在振动和噪声变大的问题。

本发明人对在上述那样的马达中振动和噪声变大的原因进行了实验及分析，其结果为，发现了定子铁芯的变形是主要原因之一。如果增大内径D1与最小外径D2之比而不变更定子铁芯的外形尺寸，则定子铁芯的径向的尺寸变小。此时，由于需要将齿部的径向的尺寸设为规定的值以上以供线圈卷绕，因此，结果为，铁芯背部的径向的尺寸变小。由此，铁芯背部的强度降低。因此，在使马达驱动时，铁芯背部在径向上起伏变形而振动，马达的振动和噪声变大。

而且，本发明人发现了，在上述的铁芯背部变形而振动时，铁芯背部的内缘的角为振动的波腹。即，由于铁芯背部的内缘的角在径向上大幅地变形并振动，从而马达的振动和噪声变大。另一方面，铁芯背部的内缘中的与齿部连接的部分为振动的波节。

根据以上内容，本发明人发现了，通过在铁芯背部的内缘的角处增大铁芯背部的强度，能够抑制铁芯背部的振动，从而能够降低马达的振动和噪声。

作为在铁芯背部的内缘的角处提高铁芯背部的强度的方法，能够举出增大铁芯背部的内缘的角的R的方法。如图3所示，在内缘32a的角32c带圆角的情况下，角32c的径向内侧面配置在比铁芯背部的内缘的角不带圆角的情况下的角的顶点P靠径向内侧的位置。因此，在角32c处铁芯背部32的径向的尺寸变大，角32c处的铁芯背部32的强度提高。在此，顶点P是在沿轴向观察时假想直线L1与假想直线L2的交点，该假想直线L1与内缘32a中的一边重叠，该假想直线L2与内缘32a中的和假想直线L1重叠的边所相邻的其他边重叠。

本发明人通过实验和模拟发现了，通过将角32c的R设为D1/N以上，能够有效地降低马达的振动和噪声。“能够有效地降低马达的振动和噪声”包含了以下情况：在内径D1与最小外径D2之比大于0.65的马达中，能够使马达的振动和噪声处于最小外径D2相同并且内径D1与最小外径D2之比为0.65以下的马达的振动和噪声以下。

因此，根据本实施方式，由于角32c的R为D1/N以上，因此得到了具有小型并且输出高、能够降低振动和噪声的构造的马达10。

另一方面，角32c的R越大，在周向上相邻的齿部33彼此之间的空间36越窄。因此，如果角32c的R过大，则存在难以相对于齿部33来卷绕线圈35的问题。本发明人发现了，通过将角32c的R设为D2/N以下，能够确保易于相对于齿部33来卷绕线圈35所需的空间36的大小。

根据以上内容，通过像本实施方式那样将角32c的R设为D1/N以上并且D2/N以下，能够降低马达10的振动和噪声，并且能够在制造马达10时容易地卷绕线圈35。由此，能够容易地进行马达10的制造。

例如，如果减小线圈35的线径，则即使在空间36变窄的情况下，也能够容易地卷绕线圈35。但是，线圈35的规格是，根据马达10的转速、向马达10提供的电压和电流等而确定了适当的值以适当地获得马达10的输出扭矩。因此，如果在马达10的转速、向马达10提供的电压和电流相同的情况下减小线圈35的线径，则存在马达10的输出扭矩变小的问题。与此相对，只要将角32c的R设为D1/N以上并且D2/N以下，则能够容易地卷绕线圈35而不减小线圈35的线径。因此，能够容易地制造马达10而不降低马达10的输出扭矩。

另外，根据只要将角32c的R设为D1/N以上即可可知，齿部33的数量N越少，则使角32c的R越大即可。例如，当齿部33的数量N变少时，在周向上相邻的齿部33彼此的间隔变大。因此，铁芯背部32中的在周向上相邻的齿部33彼此之间的部分、即振动的波节彼此之间的部分在周向上变长，内缘32a的角32c变得更容易振动。因此，在齿部33的数量N较多的情况下，与齿部33的数量N较少的情况相比，通过增大角32c的R，能够适当地降低马达10的振动和噪声。

另外，根据只要将角32c的R设为D2/N以下即可可知，齿部33的数量N越少，则能够使角32c的R越大。如上所述，当齿部33的数量N变少时，在周向上相邻的齿部33彼此的间隔变大。因此，空间36扩大，即使增大角32c的R，也易于卷绕线圈35。

另外，根据本实施方式，由于内径D1与最小外径D2之比大于0.71，因此能够适当地得到马达10的输出扭矩。另外，在使内径D1与最小外径D2之比大于0.71的情况下，马达的振动和噪声特别容易变大，因此能够特别有用地取得上述的降低振动和噪声的效果。

另外，在使内径D1与最小外径D2之比大于0.71的情况下，当将最小外径D2设为42mm时，内径D1约为30mm以上。即，通过将内径D1设为30mm以上，能够在42mm方形的步进马达中适当地得到输出扭矩。在将内径D1和最小外径D2设为这样的数值范围的情况下，优选将角32c的R设为3.75mm以上并且5.25mm以下。这是因为易于适当地降低马达10的振动和噪声，并且易于确保容易地卷绕线圈35的空间36。

另外，例如，考虑在铁芯背部的外缘的沿轴向观察到的形状为圆形形状的结构和铁芯背部的外缘的沿轴向观察到的形状为多边形形状的结构中各自的最小外径D2为相同的值的情况。在该情况下，在铁芯背部的外缘的沿轴向观察到的形状为圆形形状的结构中，铁芯背部的外缘的沿轴向观察到的形状与图2所示的第二假想圆C2一致。另一方面，在铁芯背部的外缘的沿轴向观察到的形状为多边形形状的结构中，铁芯背部的外缘的沿轴向观察到的形状为内切有第二假想圆C2的形状。即，在铁芯背部的外缘的沿轴向观察到的形状为多边形形状的结构中，铁芯背部具有位于比第二假想圆C2靠径向外侧的位置的部分。因此，在最小外径D2相同的情况下，通过铁芯背部的外缘的沿轴向观察到的形状采用多边形形状，与采用圆形形状的情况相比，能够设置铁芯背部的径向尺寸较大的部分。具体而言，能够在铁芯背部的角部处增大铁芯背部的径向的尺寸。由此，能够提高铁芯背部的刚性。

对于此，在本实施方式中，铁芯背部32呈多边形形状。因此，能够在铁芯背部32的角部处增大铁芯背部32的径向尺寸，能够提高铁芯背部32的刚性。因此，根据本实施方式，能够进一步降低马达10的振动和噪声。在本实施方式中，铁芯背部32的外缘32b的沿轴向观察到的形状为四边形形状。在这种情况下，特别易于增大铁芯背部32的刚性。另外，易于制作铁芯背部32。

另外，当像本实施方式那样内缘32a的沿轴向观察到的形状为八边形形状并且齿部33的数量为八个时，能够使在周向上相邻的齿部33彼此的间隔为适当的大小。因此，能够适当地减小振动的波节彼此的周向的间隔而使定子铁芯31难以振动，并且能够适当地扩大空间36而易于卷绕线圈35。

另外，上述的马达的振动和噪声在马达为步进马达的情况下特别容易产生。因此，在本实施方式的马达10那样的步进马达中，能够特别有用地取得上述的降低振动和噪声的效果。

另外，在像本实施方式那样马达为步进马达的情况下，当马达的驱动频率为与铁芯背部的固有频率一致或接近的值时，铁芯背部会共振。因此，铁芯背部的振动变大，马达的振动和噪声容易变得更大。对于此，当变更角32c的R时，铁芯背部32的强度发生变化，铁芯背部32的固有频率发生变化。因此，通过将角32c的R的值设为使得铁芯背部32的固有频率远离马达10的驱动频率的值，能够进一步降低马达10的振动和噪声。

本发明不限于上述的实施方式，也可以采用其他结构。齿部33的数量没有特别限定，也可以是三个以上并且七个以下，也可以是九个以上。另外，铁芯背部32的内缘32a的沿轴向观察到的形状只要是多边形形状即可，没有特别限定，也可以是具有七个以下的角的形状，也可以是具有九个以上的角的形状。另外，铁芯背部32的外缘32b的沿轴向观察到的形状没有特别限定，也可以是四边形形状以外的多边形形状，也可以是圆形形状。

另外，应用本发明的马达也可以是混合型以外的步进马达，也可以是步进马达以外的马达。应用本发明的马达也能够应用于任何马达。另外，上述的各结构能够在相互不矛盾的范围内适当组合。

实施例

使用具有与图1至图3所示的实施方式相同的形状的实施例以及比较例1、2对本发明的效果进行了验证。在实施例中，内径D1为30mm，最小外径D2为42mm，铁芯背部的内缘的角的R为5mm。在比较例1中，铁芯背部的内缘的角的R为0.6mm，其他值与实施例相同。实施例和比较例1中的内径D1与最小外径D2之比约为0.714。

在比较例2中，内径D1为26mm，最小外径D2为42mm，铁芯背部的内缘的角的R为0.6mm。比较例2中的内径D1与最小外径D2之比约为0.62。即，比较例2是内径D1与最小外径D2之比为0.65以下的马达。比较例2的其他值与实施例相同。

使实施例和比较例1、2以2000pps的驱动频率进行驱动来评价马达的振动和噪声。其结果为，确认了：在比较例1中，马达的振动和噪声大于比较例2的，与此相对，在实施例中，马达的振动和噪声能够达到与比较例2同等或同等以下的程度。由此，确认了：通过将铁芯背部的内缘的角的R设为D1/N以上并且D2/N以下，能够在增大转子而提高输出扭矩的同时降低马达的振动和噪声。

另外，将实施例中的铁芯背部的刚性与比较例1中的铁芯背部的刚性进行了比较，其结果为，确认了：实施例中的铁芯背部的刚性比比较例1中的铁芯背部的刚性大了7.4％。由此，确认了：通过增大铁芯背部的内缘的角的R，能够提高铁芯背部的强度。

另外，实施例中的铁芯背部的固有频率为2255Hz，比较例1中的铁芯背部的固有频率为2169Hz。即，可知：实施例中的铁芯背部的固有频率是比比较例1中的铁芯背部的固有频率远离马达的驱动频率2000ps的值。由此，认为能够进一步降低马达的振动和噪声。

标号说明

10：马达；20：转子；21：轴；30：定子；31：定子铁芯；32：铁芯背部；32a：内缘；32b：外缘；32c：角；33：齿部；35：线圈；D1：内径；D2：最小外径；J：中心轴线；N：齿部的数量。

Claims (8)

1.一种马达，其具有：

转子，其具有沿着在一个方向上延伸的中心轴线配置的轴；以及

定子，其配置于所述转子的径向外侧，

所述定子具有：

定子铁芯，其具有包围所述转子的环状的铁芯背部和从所述铁芯背部向径向内侧延伸的多个齿部；以及

线圈，其卷绕于多个所述齿部的各个齿部，

多个所述齿部沿周向排列配置，

所述铁芯背部的内缘的沿轴向观察到的形状为多边形形状，

所述内缘的角带圆角并且配置于连接有在周向上相邻的所述齿部的所述内缘的部分彼此之间，

在将所述定子铁芯的内径设为D1，将所述定子铁芯的最小外径设为D2，将所述齿部的数量设为N时，

D1与D2之比大于0.65，

所述内缘的角的R为D1/N以上并且D2/N以下。

2.根据权利要求1所述的马达，其中，

D1与D2之比大于0.71。

3.根据权利要求1所述的马达，其中，

所述铁芯背部的外缘的沿轴向观察到的形状为多边形形状。

4.根据权利要求3所述的马达，其中，

所述外缘的沿轴向观察到的形状为四边形形状。

5.根据权利要求4所述的马达，其中，

D2为42mm，

D1为30mm以上。

6.根据权利要求5所述的马达，其中，

所述内缘角的R为3.75mm以上并且5.25mm以下。

7.根据权利要求1所述的马达，其中，

所述内缘的沿轴向观察到的形状为八边形形状，

所述齿部的数量为八个。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的马达，其中，

所述马达是步进马达。