CN111130254A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电机，即使将该电机用于无人机等悬浮式移动体等承受较大冲击的用途，也能抑制繁琐操作、成本增加。本发明的电机(1)具有：可更换部件(4)，其具有轴(41)、支承轴(41)的多个轴承(42)、及包围轴承(42)的套筒(43)；以及壳(5)，具有承受外部冲击的底部(51)、及设置于底部(51)的安装部(54)，壳(5)的底部(51)在与轴(41)的长度方向交叉的方向上延伸，可更换部件(4)相对于安装部(54)可装卸地安装。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种可搭载于例如无人机等悬浮式移动体的无刷电机。

背景技术

在无人机着陆时对机体产生的冲击会造成叶片驱动用电机的轴承损坏。因此，在着陆时冲击较大的情况下，每次都要更换电机，结果导致繁琐的更换操作，且导致成本增加。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1：日本特开2018-117429号公报

发明内容

(发明要解决的问题)

因此，本发明鉴于以上背景研究而完成，其目的在于提供一种即使用于无人机等悬浮式移动体等容易承受较大冲击的用途也能抑制繁琐操作、成本增加的电机。

(用于解决问题的方案)

上述问题通过以下的本发明得到解决。即，本发明的电机具有：轴；可更换部件(Cartridge)，其具有支承所述轴的多个轴承及包围该轴承的套筒；以及壳，其具有承受外部冲击的底部、及设置于该底部的安装部，所述壳的底部在与所述轴的长度方向交叉的方向上延伸，所述可更换部件相对于所述安装部可装卸地安装。

在本发明的电机中，连同所述轴，所述可更换部件可以相对于所述安装部可装卸地安装。

此外，在本发明的电机中，形成所述轴的构件的比重可以小于形成所述轴承的构件，且所述轴可以为中空。

此外，在本发明的电机中，在所述轴的两端部中，在所述底部侧的一个端部可以位于比所述底部更靠所述壳的内侧的位置。

在本发明的电机中，所述安装部可具有容纳所述可更换部件的筒状部，该情况下，在所述轴的长度方向上，所述筒状部可以具有在所述底部侧的一个端部、及在该底部的相反侧的另一个端部，所述可更换部件可以被所述固定构件与所述底部夹持而固定。

此外，在本发明的电机中，在所述可更换部件与所述壳之间的至少一部分可以存在弹性构件，该情况下，优选在所述轴的长度方向上，相互对置的所述可更换部件的一部分与所述壳的一部分之间可以夹有所述弹性构件，或者，在所述轴的长度方向上，在所述可更换部件与所述底部之间或所述可更换部件与所述固定构件之间可以夹有所述弹性构件。

在本发明的电机中，可具有可装卸地固定于所述轴的转子。该情况下，所述电机具有被所述转子包围的定子，且所述转子具有可装卸地固定于所述轴的圆盘部。

附图说明

图1是作为本发明的一例的实施方式所涉及的外转子型电机的截面图。

图2是作为本发明的一例的实施方式所涉及的电机的截面立体图。

图3是从图2中单独抽出可更换部件的截面立体图。

图4是用于说明壳上安装有可更换部件的状态的分解图。

图5是从图1中单独抽出可更换部件及壳的截面图。

图6是用于说明轴上安装有转子的状态的分解图。

图7是本发明的变形例所涉及的内转子型电机的截面图。

具体实施方式

以下，将参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是作为本发明的一例的实施方式所涉及的电机1的截面图，图2是从斜上方观察与图1相同截面的截面立体图。另外，在本实施方式的说明中，提及“上方”或“下方”时，是指图1及图2中的上下关系，并不一定与重力方向的上下关系一致。

电机1具有定子2、转子3、可更换部件4及壳5而构成外转子型无刷电机，该定子2包含向外径侧延伸的齿部23及卷绕于齿部23的线圈22，该转子3包含在定子2的外径侧与齿部23对置的磁铁31，该可更换部件4安装有作为旋转轴的轴41，轴41固定于转子3的中心，该壳5固定有定子2并容纳定子2。转子3可相对于定子2旋转。

被转子3包围的定子2具有包含齿部23的定子铁芯21、及线圈22。

定子铁芯21为硅钢板等的层叠体，包括与轴41同轴配置的圆环部(铁芯)24、及以从圆环部24向外径侧呈辐射状延伸的方式形成的多个齿部(磁极部)23。

线圈22被卷绕在多个齿部23各自的周围。定子铁芯21与线圈22是通过由绝缘体形成的隔离体(未图示)来实现绝缘。另外，也可以代替使用隔离体，而在定子铁芯的表面涂装绝缘膜来实现与线圈的绝缘。

转子3包括磁铁31及转子磁轭32，转子磁轭32包括外缘的筒部33、及连接轴41与筒部33之间的圆盘部34。筒部33为从圆盘部34的外缘向垂直方向(在图1及图2中为下方向)竖起且以轴41的轴为中心的圆筒状，且处于包围定子2的状态。

转子磁轭(铁心)32具有防止转子磁轭32内部的磁场泄露的功能，由磁性体形成。另外，转子磁轭32的筒部33及圆盘部34虽然是由磁性体形成，但如果没有特性上的问题，也可以由非磁性体形成。例如，可以用铝一体形成筒部33与圆盘部34，也可以分别用磁性体形成筒部33及圆盘部34中的任一个，用非磁性体形成另一个。

磁铁31以与定子2对置的方式安装于筒部33的内周面。磁铁31具有环状，磁化为N极的区域、与磁化为S极的区域沿圆周方向以固定周期交替地设置。

在本实施方式中，可更换部件4包括轴41、2个轴承42、42′、及套筒43。从图2中单独抽出可更换部件4并在图3中以截面立体图示出。

轴41为了实现轻量化例如由铝形成，并如图1所示，成为中空状态(更详细来说是圆筒状态)。

在轴41上，在轴向大致中央处设有台阶部41c，台阶部41c的上方侧的外形(径)比下方侧的外形(径)细。

2个轴承42、42′靠轴41的下方并隔开一定的间隔并排安装。另外，在以下说明中，仅记载为“轴承42”的情况下，只要未特别说明，就是针对2个轴承42、42′中共有内容的说明(包括作为轴承42的构成构件的下述外圈42a、内圈42b及轴承滚珠42c)。

轴承42是所谓的滚珠轴承，包括外圈42a、42a′、内圈42b、42b′、及轴承滚珠42c、42c′，轴承滚珠42c、42c′夹在外圈42a与内圈42b间。轴承滚珠42c在外圈42a与内圈42b之间滚动，从而内圈42b对外圈42a的旋转阻力大幅减少。轴承42由于此功能而由例如铁等硬质金属或陶瓷构件形成。

套筒43是具有圆筒状的形状的构件，例如由塑料或金属形成。套筒43的外周面没有凹凸，但在套筒43的内周面具有突出部(小径的内周部)43a和凹部(大径的内周部)43b。所述突出部设置在内周表面的中央部，并在轴向上向中心轴突出。设置在突出部两侧的凹部(具有大直径的内周部)43b在轴向方向上凹陷。以下，将突出部称为小内径部，将凹部称为大内径部。

另外，套筒43能够以成为具有小内径部43a与大内径部43b的形状的方式利用公知方法一体成型而形成。但例如可以通过将小径圆管插入到大径圆管中，从而由两个或多个构件形成套筒43。小径圆管的内径与小内径部43a的内径相同，小径圆管的外径与大内径部43b的内径相同。大径圆管的内径与大内径部43b的内径相同。结果，小直径的圆管在轴向上位于大径圆管的大致中心处。此外，小径圆管也可以用与大径圆管不同的构件形成，例如可使用如螺旋状弹簧的弹性构件。

轴41在长度方向(轴向)上具有在后述壳5的底部51侧的一个端部41a、及其相反侧的另一个端部41b。2个轴承42、42′并排位于该轴41的一个端部41a附近。轴41嵌入2个轴承42、42′的内圈42b并固定，并被2个轴承42、42′支承。因此，轴41可旋转地被壳5支承。此外，在轴41的比轴承42更靠一个端部41a侧的位置安装有卡环44，以限制轴41的向图1中的上方向的移动(轴41的脱出)。另外，根据需要，若使用金属垫片代替卡环44，可更牢固地实现轴41的防脱。

另一方面，2个轴承42、42′的外圈42a、42a′分别嵌入套筒43的2个大内径部43b并被固定支承。因此，在可更换部件4中，轴41相对于套筒43旋转自由地被支承。

壳5具有大致平板状的底部51、安装部54、定子固定部55。可更换部件4可装卸地安装在安装部54，定子2固定在定子固定部55。其中，在底部51形成承受来自外部冲击的面。此外，底部51向与轴的长度方向(轴向)交叉的方向延伸。

在图4中示出用于说明状态的分解图，在该状态线下，可更换部件4安装在壳5上。此外，从图1中单独抽出可更换部件4及壳5，并在图5中以截面图示出。

底部51在与轴41的长度方向交叉的位置(底部51的中心)的周边具有圆形状的开口51a，其周围具有圆环状的平板区域(平板部)51b，进而具有圆环状的倾斜区域(倾斜部)51c，该倾斜区域与外缘相连且朝外周向上方(定子2侧)倾斜。从开口51a观察，能够从电机1的下方看到轴41。

在底部51设置有容纳可更换部件4的一部分或全部的筒状部52，在该筒状部52的内侧(中心侧)的区域除了形成有开口51a以外，还形成有从筒状部52的内周面向中心轴呈圆环状突出的突出部51d。在突出部51d的上表面(壳5的内侧的面)贴附有环状的弹性构件56a。

定子固定部55为从底部51向定子2(轴41的轴向上方)延伸的扁平圆筒状的形状。在定子固定部55的外周侧形成有台阶部55a，该台阶部55a形成在定子固定部55的中间，以减小定子固定部55的外径的厚度。在该台阶部55a嵌合圆环部24的内周部，并利用粘结等公知方法将定子2固定于壳5。定子2处于包围可更换部件4的状态。

安装部54包括从底部51向定子2(轴41的轴向上方)延伸的筒状部52、及与筒状部52分开而独立的环状的固定构件53。该筒状部52具有在底部51侧的一个端部、及在底部51的相反侧的另一个端部，且在筒状部52的另一个端部设置有固定构件53。

固定构件53具有筒状部(以下称为圆筒部)53a、及从圆筒部53a的一个端部向中心轴呈圆环状突出的环状部(以下称为按压片部)53b。在圆筒部53a的内周面设置有螺旋状的槽(未图示)，可以和设置在筒状部52的外周面的上方的螺纹螺旋状的槽(未图示)螺纹结合。

此外，在按压片部53b的下表面(朝向底面51一侧的面)贴附有环状的弹性构件56b。该按压片部53b的下表面与套筒43的上端部对置。弹性构件56a及弹性构件56b由具有弹性的构件形成，例如天然橡胶、合成橡胶、硅酮橡胶、弹性体等具有弹性的材料。弹性构件56a与弹性构件56b在本实施方式中是由相同材料形成且形状相同的物体，但也可以由其它材料形成，厚度、直径等形状也可以不同。

可更换部件4(套筒43)通过容纳于筒状部52而安装于壳5。并且，通过将固定构件53螺纹结合于筒状部52的上方(与底部51相反的端部)并固定，从而将可更换部件4(套筒43)夹入底部51之间并固定。换言之，可更换部件4通过被夹在固定构件53与底部51之间而被固定。如上所述，可更换部件4与轴41一起可装卸地安装于安装部54。

此时，在轴41的长度方向(轴向)上，成为分别在套筒43的下端部与底部51(突出部51d)之间夹有弹性构件56a，在套筒43的上端部与固定构件53之间夹有弹性构件56b的状态。利用该弹性构件56a、56b可抑制外部冲击传递到可更换部件4。

在可更换部件4安装到壳5的状态下，轴41的一个端部41a位于比底部51更靠壳5的内侧(图1的上侧)的位置。即，轴41的一个端部41a成为从底部51浮起的状态。因此，可抑制例如来自下方的冲击直接传递到轴41。

在安装于壳5的可更换部件4的轴41上，在底部51侧的相反侧的另一个端部41b与轴承42′之间，转子3可装卸地固定于轴41。图6是用于说明轴41上安装有转子3的状态的分解图。另外，在图6中，省略了定子2及壳5的图示。

若从另一个端部41b侧向设置于转子3的中心轴的孔部(以下称为轴孔35)插入轴41，则轴孔35的内周部抵接于轴41的台阶部41c。接下来，向安装件36的轴孔36a插入轴41，将转子3的螺纹孔37与安装件36的螺纹孔36b在4处螺丝紧固，从而将转子3固定于轴41。转子3或安装件36与轴41之间利用未图示的固定方法固定，以限制旋转方向的移动，并且轴41随着转子3的旋转而一起旋转。

通过如上所述的组装，从而完成图1、图2所示结构的本实施方式的电机1。

根据本实施方式的电机，只需要从轴41拆下转子3，从筒状部52的上端拆下固定构件53，就能从壳5的安装部54拔出可更换部件4。可更换部件4的安装也如所述般容易，换言之，根据本实施方式的电机，可容易地装卸可更换部件4。

例如，在用于无人机等悬浮式移动体的用途的情况下，若着陆时受到较大冲击，作为精密零件的轴承容易破损，在已破损的情况下，以往是更换整个电机。然而，根据本实施方式的电机，可更换部件4以可装卸的状态安装于安装部54。在该状态下，轴41被支承在可更换部件4上。因此只需要预先准备支承有轴41的可更换部件4作为更换零件并进行更换，就能复原破损的轴承，并且可恢复电机。因此，通过更换可更换部件4就能简单且低成本地完成电机更换，从而可大幅度削减繁琐操作及成本。

在组装电机整体时，由于零件件数多且影响性能、公差的因素多，因此每个电机容易产生性能的个体差异，在更换整个电机的情况下，有很大可能需要重新进行驱动调整，这就意味着需要繁琐操作及成本。但是，利用零件件数少且容易高精度均质制作的可更换部件4，则难以产生个体差异。因此，在只需要更换可更换部件4的本实施方式的情况下，不仅更换前后无需重新进行驱动调整，还可以期待电机长寿命化、机械负荷减轻带来的性能提升、减轻因旋转不均引起的振动、噪音等性能方面的附加价值的提升。

此外，针对导致轴承损坏的对电机外周面的冲击负荷，与以往在外周构件直接安装轴承的结构相比，在本实施方式的电机1中，是经由套筒43而组装轴承42，因此冲击难以直接传递到轴承42，套筒43是独立组件。因此，在本实施方式中，可提升对外部冲击的强度。

进而，本实施方式的电机1中，在可更换部件4与壳5之间的至少一部分夹有弹性构件56a、56b。如上所述可更换部件4与壳5以不同构件形成，因此，通过在它们中间夹有作为冲击缓冲材的弹性构件56a、56b，可保护轴承42。

尤其是，在用于无人机的用途的情况下，着陆时容易受到轴向的冲击负荷，在本实施方式中，分别在可更换部件4(套筒43)的一部分与底部51之间夹有弹性构件56a，在可更换部件4(套筒43)的一部分与固定构件53之间夹有弹性构件56b。在这种状态下，在轴41的轴向上、即在轴41的长度方向(轴向)上观察时，可更换部件4与壳5对置，因此可进一步提升对轴向冲击负荷的耐冲击性。

另外，在本实施方式的电机1中，在套筒43与底部51之间设置有弹性构件56a，在套筒43与固定构件53之间设置有56b，但也可以并非套筒43而是在外圈42a与底部51之间设置弹性构件，在外圈42a与固定构件53之间设置弹性构件。优选在套筒43与外圈42a或底部51之间设置弹性构件，在套筒43与外圈42a或固定构件53之间设置弹性构件。进而，还能够以覆盖整个可更换部件4的方式设置弹性构件。换言之，只要在可更换部件4与壳5之间的至少一部分夹有弹性构件，就能期待对外部冲击的耐冲击性的提升效果。

此外，根据本实施方式的电机，轴41的一个端部41a成为位于比底部51更靠壳5的内部侧(图1的上侧)的位置而从底部51浮起的状态，因此可抑制来自下方的冲击直接传递到轴41，能够进一步提升对轴向冲击负荷的耐冲击性。

另外，本实施方式的电机1中，通过底部51的筒状部52的内侧(中心轴侧)的区域的开口，能够从电机1的下方观察到轴41，但在无开口或者开口窄而底部存在于与轴41的一个端部41a对置的位置上的情况下，只要该底部与轴的一个端部相隔开，就能实现与本实施方式相同的效果。如此的底部与轴的一个端部相隔开的状态包含于本发明中记载的“在底部侧的一个端部位于比所述底部更靠所述壳的内侧的位置”的概念。

此外，本实施方式的电机1中，轴41为了实现轻量化而由例如铝形成，其比重小于形成轴承42的构件(铁)。通过使轴41轻量化，可减少受到外部冲击时的轴承42损坏。

进而，在本实施方式中，轴41为中空状态(其中，更优选为圆筒状态)，因此可进一步减少损坏。另外，在使用与轴承42相同或比重不变的材料的情况下，只要使轴41为中空状态，也能使轴41轻量化，从而减少受到外部冲击时的轴承42损坏。

另外，本实施方式的电机构成为外转子型无刷电机，但本发明也能应用于无刷电机以外的电机。并且，本发明也能应用于内转子型电机。图7中以截面图表示将本发明的构成应用于内转子型电机的情况的变形例的电机。在该图7中，对于与图1所示的实施方式的各构件功能相同、构成相同、形状相同的构件，标注与图1(实施方式)相同的符号，并省略其详细说明。

如图7所示，内转子型电机101中，在定子102的内侧配置转子103。该转子103具有转子磁轭132，在转子磁轭132的外周面安装有环状的磁铁131。此外，转子磁轭132位于定子102的内侧，因此筒部133的外径小于定子102的圆环部124的外径，圆盘部134的外径也成为与此相应的大小。

以包围转子3的方式配置的定子102具有：定子铁芯121，其包含与轴41同轴配置的圆环部(铁芯)124及以从圆环部124向轴41(中心)延伸的方式形成的多个齿部(磁极部)123；以及线圈122，其卷绕在多个齿部123各自的周围。

壳105中，安装部54周边的结构与实施方式的壳5相同，但是壳105与壳5不同。在壳105中，定子固定部155位于倾斜区域151c的外缘，台阶部155a形成于定子固定部155的内周侧。可更换部件4可装卸地安装在安装部54，定子102被固定在定子固定部155。这些构成的不同导致平板区域151b及倾斜区域151c的大小、形状也不同。

如图7的变形例所示，本发明的构成可没有问题地应用于内转子型电机101，并且根据本变形例，能够实现容易装卸可更换部件4的效果，而且同样能够实现实施方式项说明的其它伴随的本发明的各种效果。

以上，列举优选实施方式对本发明的电机进行了说明，但本发明的电机并不限定于上述实施方式的构成。例如，在上述实施方式中，列举了具有两个轴承42、42′的情形，但可更换部件中包含的轴承数量也可以是3个以上。

在上述实施方式中，列举了可更换部件以1种状态构成。在该状态下，可更换部件4包含轴41，但本发明中，可更换部件也可以是不包含轴而具有多个轴承及套筒的构成。即使是不包含轴的构成，在因破损等原因而要更换轴承的情况下，也能容易地按可更换部件更换该轴承。

此外，通过将轴与可更换部件设为不同个体，从而例如可以仅更换包含破损轴承的可更换部件，继续使用处于可使用状态的轴。在也想更换轴的情况下，只要预先与可更换部件一起准备更换用轴，并预先压入轴承后，更换支承轴的可更换部件即可。

即使可更换部件不包含轴也能高精度地向套筒组装轴承，因此容易高精度地均质制作。所以，在仅更换可更换部件4的情况下，不仅更换前后无需重新进行驱动调整，还能期待电机长寿命化、机械负荷减轻带来的性能提升、减轻因旋转不均引起的振动、噪音等性能方面的附加价值的提升。

当然，从作业效率方面出发，在上述实施方式中例示的构成中，以包含轴的状态构成1个可更换部件，而能够简单地更换支承轴的整个可更换部件，因此优选。

此外，在上述实施方式中，列举了弹性构件56a、56b安装(贴附)于壳5侧的构成构件(底部51的突出部51d、及固定构件53的按压片部53b)的例子，但弹性构件并非必须安装于壳5侧的构成构件，可以安装于可更换部件4侧的构成构件(例如套筒43等)，也可以均不安装，而是仅以夹入状态成为独立的部件。

另外，在实现基于可装卸的可更换部件的本发明的效果的基础上，可更换部件与壳之间也可以不夹有弹性构件，当然优选夹有弹性构件。

此外，作为壳5，列举了底部51包含平板状的区域(平板区域51b)的构成，但作为壳的底部可以整体为平板状，也可以不具有平板状的区域而是例如平缓的圆顶状或者仅由倾斜面形成。无论有无平板状的区域，只要整体具有可构成壳的底部的程度的面，则该面包含于“平板状或大致平板状的底部”的概念。

此外，在本实施方式中，列举了套筒43具有小内径部43a及大内径部43b且外周的径相同的形状的情形，但本发明中，套筒的形状并无限制，只要构成为可支承多个轴承的外圈且可装卸于壳的安装部，就能没有问题地使用。

另外，本领域技术人员可以根据以往公知的知识见解适当地改变本发明的电机。经过该改变后只要具有本发明的构成，则当然包含于本发明的范畴。

(标号说明)

1、101电机；2、102定子；21、121定子铁芯；22、122线圈；23、123齿部；24、124圆环部；3、103转子；31、131磁铁；32、132转子磁轭；33、133筒部；34、134圆盘部；35轴孔；36安装件；36a轴孔；4可更换部件；41轴；41a一个端部；41b另一个端部；41c台阶部；42、42′轴承；42a、42a′外圈；42b、42b′内圈；42c、42c′轴承滚珠；43套筒；43a小内径部；43b大内径部；44卡环；5、105壳；51、151底部；51a开口；51b、151b平板区域；51c、151c倾斜区域；51d突出部；52筒状部；53固定构件；54安装部；55、155定子固定部；55a、155a台阶部；56a、56b弹性构件。

Claims (12)

1.一种电机，其具有：轴；可更换部件，该可更换部件具有支承所述轴的多个轴承、及包围该轴承的套筒；以及壳，该壳具有承受外部冲击的底部、及设置于该底部的安装部，

所述壳的底部在与所述轴的长度方向交叉的方向上延伸，

所述可更换部件相对于所述安装部可装卸地安装。

2.根据权利要求1所述的电机，其中，

所述可更换部件与所述轴一起相对于所述安装部可装卸地安装。

3.根据权利要求1所述的电机，其中，

形成所述轴的构件的比重小于形成所述轴承的构件的比重。

4.根据权利要求1所述的电机，其中，

所述轴是中空的。

5.根据权利要求1所述的电机，其中，

在所述轴的两端部中，在所述底部侧的一个端部位于比所述底部更靠所述壳的内侧的位置。

6.根据权利要求1所述的电机，其中，

所述安装部具有容纳所述可更换部件的筒状部。

7.根据权利要求6所述的电机，其中，

在所述轴的长度方向上，所述筒状部具有位于所述底部侧的一个端部、及位于该底部的相反侧的另一个端部，

所述安装部具有设置于所述筒状部的另一个端部的固定构件，

所述可更换部件被所述固定构件与所述底部夹持而固定。

8.根据权利要求7所述的电机，其中，

在所述可更换部件与所述壳之间的至少一部分存在弹性构件。

9.根据权利要求8所述的电机，其中，

在所述轴的长度方向上，在相互对置的所述可更换部件的一部分与所述壳的一部分之间夹有所述弹性构件。

10.根据权利要求8所述的电机，其中，

在所述轴的长度方向上，在所述可更换部件与所述底部之间或者所述可更换部件与所述固定构件之间夹有所述弹性构件。

11.根据权利要求1所述的电机，其具有：

可装卸地固定于所述轴的转子。

12.根据权利要求11所述的电机，其具有：

被所述转子包围的定子，

所述转子具有可装卸地固定于所述轴的圆盘部。

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