CN111628594A - 电能与机械能的转换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种进一步减小形状而不会使输出降低的电能与机械能的转换器。马达(10)具备多个定子部件(20)、以及汇流条部件(30)。汇流条部件(30)与多个定子部件(20)中的规定的定子部件(20)的线圈端部(231)、(232)连接。汇流条部件(30)具备汇流条(31)、汇流条(32)、以及汇流条(33)。例如，汇流条(31)具备环状的基部(310)、以及与基部(310)的外周连接并与线圈端部(231)、(232)连接的连接端子(311)。汇流条部件(30)和多个定子部件(20)排列在轴向上。汇流条(31)的连接端子、汇流条(32)的连接端子、以及汇流条(33)的连接端子为比基部更向定子部件(20)侧突出的形状。

Description

电能与机械能的转换器

技术领域

本发明涉及通过控制在卷绕于定子的线圈中流动的电流的相位来产生旋转力的马达等电能与机械能的转换器。

背景技术

专利文献1公开了一种马达。专利文献1的马达具备定子芯体、以及汇流条。定子芯体由多个齿构成，在每一个齿上卷绕有绕组。多个齿在周向上以等间隔配置。

汇流条在马达的轴向上与定子芯体邻接。汇流条具备圆环状的基部、以及与基部连结的连接部。连接部以基部为基准向与配置有定子芯体的一侧相反侧突出。通过连接部将齿的绕组夹在中间，从而齿的绕组与汇流条连接。

专利文献1：日本特开2016－13053号公报

然而，专利文献1的马达中的轴向的大小为将定子的大小和汇流条的大小单纯相加所得的大小。汇流条的大小为对马达的输出没有帮助的大小。因此，相对于马达的几何大小的输出的效率降低。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种进一步减小形状而不会使输出降低的电能与机械能的转换器。

本发明的电能与机械能的转换器具备定子以及汇流条。在定子上卷绕有线圈。汇流条与线圈的端部连接。汇流条具备环状的基部、以及与基部的外周连接并与线圈的端部连接的连接端子。汇流条和定子排列在轴向上。连接端子为比基部更向定子侧突出的形状。

在该结构中，汇流条通过向定子侧突出的连接端子与定子的线圈连接。由此，汇流条与定子的构造的轴向的大小成为所需最小限度。

根据本发明，本发明的电能与机械能的转换器能够减小形状而不使输出降低。

附图说明

图1是表示实施方式的马达的简要结构的剖视图。

图2是表示多个定子部件的配置的立体图。

图3(A)是定子部件的立体图，图3(B)是表示定子部件的简要结构的剖视图。

图4是实施方式的汇流条部件的外观立体图。

图5是实施方式的汇流条部件的分解立体图。

图6(A)是放大实施方式的汇流条端子后的立体图，图6(B)是放大汇流条端子后的俯视图，图6(C)是放大汇流条端子后的第一侧面图，图6(D)是放大汇流条端子后的第二侧面图。

图7是表示实施方式的多个定子部件与汇流条部件的位置关系的立体图。

图8是表示实施方式的多个定子部件与一个汇流条的位置关系的立体图。

图9是表示实施方式的定子部件与一个汇流条的位置关系的放大图。

图10(A)以及图10(B)是表示线圈端部与连接端子的接合方式的放大图。

图11是实施方式的马达的等效电路图。

图12(A)、图12(B)、图12(C)分别是表示连接端子的其它方式的立体图。

图13(A)、图13(B)分别是表示连接端子的其它方式的立体图。

附图标记说明

10…马达；20…定子部件；21…定子芯体；22…绝缘体；23…线圈；30…汇流条部件；31、32、33…汇流条；34…绝缘层；40…转子部件；41…轴；42…转子轭；43…磁体；44…轴承；50…壳体；51…第一部件；52…第二部件；214…外端面；215…内端面；221…外侧部件；222…内侧部件；223…中央部件；224…外端面；226…面；230…主导体；231、232…线圈端部；310、320、330…基部；311、321、331…连接端子；312、322、332…输出端子；500…空间；511、512、521…壁；3111…第一部分；3112…第二部分；3113、3113A、3113B…凹部；3114、3115、3314…舌部。

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式的马达进行说明。图1是表示实施方式的马达的简要结构的剖视图。图2是表示多个定子部件的配置的立体图。图3(A)是定子部件的立体图，图3(B)是表示定子部件的简要结构的剖视图。此外，在本实施方式中，作为电能与机械能的转换器，对马达进行说明，但也可以是发电机。即，所谓的电能与机械能的转换器可以是从电能向机械能的转换器，也可以是从机械能向电能的转换器。

(马达10的简要构造)

如图1所示，马达10具备定子部件20、汇流条部件30、转子部件40、以及壳体50。定子部件20为多个。定子部件20对应于本发明的“定子”。

壳体50具备第一部件51和第二部件52。第一部件51具有圆筒形的壁511、以及堵塞圆筒形的一端的平板状的壁512。第一部件51为具有开口的大致圆筒形的箱状。第二部件52为大致板状。第二部件52具有平板状的壁521。第二部件52配置为堵塞第一部件51的开口。由此，壳体50具有被壁511、壁512、以及壁521从外部大致遮蔽而成的空间500。第一部件51以及第二部件52的材质为刚性较高的材质。

定子部件20、汇流条部件30、以及转子部件40配置于由壳体50形成的空间500。俯视壁521以及壁512，转子部件40配置于大致中心。换言之，转子部件40配置于包含由壁511形成的大致圆筒形的中心轴的规定的大小的中心区域。此时，转子部件40的轴向与由多个定子部件20形成的大致圆筒形的轴向一致(平行)。

如图1所示，多个定子部件20配置于壳体50的圆筒形的壁511与转子部件40之间。此时，如图2所示，多个定子部件20沿着圆筒形的周向等间隔地配置。多个定子部件20相互接近。

如图1所示，汇流条部件30在壳体50的轴向上与多个定子部件20邻接配置。汇流条部件30通过后述的连接图案与定子部件20连接。另外，汇流条部件30具备汇流条输出端子。汇流条输出端子的一部分露出在壳体50的外部。

(转子部件40的简要的构造)

转子部件40具备轴41、转子轭42、磁体43、以及轴承44。轴41为棒状，并具有较高的刚性。轴41的轴延伸方向(轴向)与由多个定子部件20形成的圆环形的轴一致。轴41经由轴承44设置于壳体50。转子轭42配置于轴41的外主面。磁体43配置于转子轭42的外主面。

(定子部件20的具体构造)

定子部件20具备定子芯体21、绝缘体22、以及线圈23。如图3(A)以及图3(B)所示，定子芯体21由磁性材料构成，为大致柱状。定子芯体21具有外端面214和内端面215。定子芯体21的内端面215与磁体43对置。

绝缘体22具有绝缘性。绝缘体22具备外侧部件221、内侧部件222、以及中央部件223。中央部件223为大致筒状。外侧部件221与中央部件223的延伸方向的一端连接。内侧部件222与中央部件223的延伸方向的另一端连接。在中央部件223的轴向上观察，外侧部件221以及内侧部件222的面积比中央部件223的外形的面积大。此外，绝缘体22被分割为上侧部件和下侧部件这两个部件，通过上侧部件和下侧部件，覆盖定子芯体21。因此，上侧部件的中央部件223和下侧部件的中央部件223的剖面为大致半圆的形状。

中央部件223覆盖定子芯体21的中央部的外主面的大致整个面。外侧部件221配置于定子芯体21的外端部附近，内侧部件222配置于定子芯体21的内端部附近。通过该结构，定子芯体21的外端面214不被绝缘体22覆盖，定子芯体21的内端面215不被绝缘体22覆盖。

线圈23由线状的导体构成。线圈23具有主导体230、线圈端部231、以及线圈端部232。线圈端部231为主导体230的一端，线圈端部232为主导体230的另一端。线圈端部231以及线圈端部232对应于本发明的“线圈的端部”。

主导体230被绝缘性的膜覆盖。线圈端部231以及线圈端部232不被绝缘性的膜覆盖。主导体230卷绕于绝缘体22的中央部件223。此时，主导体230配置于由绝缘体22中的中央部件223的外周面、外侧部件221中的在与中央部件223连接的一侧不与中央部件223重叠的壁面、以及内侧部件222中的在与中央部件223连接的一侧不与中央部件223重叠的壁面围起的区域内。

线圈端部231以及线圈端部232从绝缘体22的外侧部件221侧引导至外部。此时，线圈端部231以及线圈端部232被引导至外侧部件221中的一个面226侧。线圈端部231被引导至外侧部件221中的面226的一端，线圈端部232被引导至外侧部件221中的面226的另一端。此外，这里的一端以及另一端是指定子部件20的宽度方向上的端部，并指多个定子部件20排列的方向的端部。通过该结构，如图2所示，在相邻的定子部件20中，一个定子部件20的线圈端部231和另一个定子部件20的线圈端部232接近。

(汇流条部件30的具体构造)

图4是实施方式的汇流条部件的外观立体图。图5是实施方式的汇流条部件的分解立体图。图6(A)是放大实施方式的汇流条端子后的立体图。图6(B)是放大汇流条端子后的俯视图。图6(C)是放大汇流条端子后的第一侧面图，图6(D)是放大汇流条端子后的第二侧面图。

如图4、图5所示，汇流条部件30具备汇流条31、汇流条32、汇流条33、以及多个绝缘层34。汇流条31、汇流条32、以及汇流条33为板状，并具有导电性。此外，汇流条31、汇流条32、以及汇流条33也可以为线状，但优选为板状。由此，汇流条31、汇流条32、以及汇流条33较薄，并且能够流动大电流。

汇流条31、汇流条32、汇流条33、以及多个绝缘层34按绝缘层34、汇流条31、绝缘层34、汇流条32、绝缘层34、汇流条33、以及绝缘层34的顺序来层叠。此外，只要可获得与壳体50等的绝缘性，则该层叠方向的两端的绝缘层34也可以省略。

汇流条31具备基部310、多个连接端子311、以及输出端子312。基部310为环状。多个连接端子311沿着基部310的周向等间隔地配置。在图4、图5的例子中，多个连接端子311沿着周向以大致90°的角度间隔配置。多个连接端子311为从基部310的外周向外侧突出的形状。多个连接端子311沿着基部310的周向具有宽度。该宽度对应于上述的相邻的定子部件20中的相邻的线圈端部231与线圈端部232的距离。输出端子312为从基部310的外周向外侧突出的形状。输出端子312连接于基部310的周向上的与多个连接端子311的连接位置不同的位置。

多个连接端子311在与宽度方向正交的长度方向上，在中途弯曲。换言之，如图6(A)、图6(B)、图6(C)、图6(D)所示，多个连接端子311具备第一部分3111以及第二部分3112。第一部分3111与基部310连接。第一部分3111中的与朝向基部310的连接端部相反侧的端部与第二部分3112连接。

第一部分3111与基部310大致共面。换言之，基部310的主面与第一部分3111的主面在同一平面上连结。第二部分3112与第一部分3111正交。即，第二部分3112的主面与第一部分3111的主面大致正交。

多个连接端子311的弯曲方向相同。即，多个连接端子311的第二部分3112相对于基部310向相同的方向突出。

在连接端子311的第二部分3112形成有2个凹部3113。2个凹部3113为从第二部分3112中的与连接于第一部分3111的端部相反侧的端部向第一部分3111侧凹陷的形状。2个凹部3113的宽度为线圈端部231以及线圈端部232的直径以上。

2个凹部3113在第二部分3112的宽度方向上相互隔着间隔而形成。

汇流条32具备基部320、多个连接端子321、以及输出端子322。汇流条32具有与汇流条31相同的构造。具体而言，汇流条32的基部320与汇流条31的基部310相同。汇流条32的多个连接端子321与汇流条31的多个连接端子311相同。但是，多个连接端子321中的在与基部320正交的方向上延伸的部分比多个连接端子311中的在与基部310正交的方向上延伸的部分长。汇流条32的输出端子322与汇流条31的输出端子312相同。

汇流条33具备基部330、多个连接端子331、以及输出端子332。汇流条33具有与汇流条31相同的构造。具体而言，汇流条33的基部330与汇流条31的基部310相同。汇流条33的多个连接端子331与汇流条31的多个连接端子311相同。但是，多个连接端子331中的在与基部330正交的方向上延伸的部分比多个连接端子311中的在与基部310正交的方向上延伸的部分以及多个连接端子321中的在与基部320正交的方向上延伸的部分长。汇流条33的输出端子332与汇流条31的输出端子312相同。

在层叠方向上观察，汇流条31的基部310、汇流条32的基部320、以及汇流条33的基部330重叠。

汇流条31、汇流条32、以及汇流条33的连接端子相互不重叠。更具体而言，汇流条31的连接端子311、汇流条32的连接端子321、以及汇流条33的连接端子331在基部310、基部320、以及基部330重叠的圆环的周向上等间隔地配置。此时，连接端子311、汇流条32的连接端子321、以及汇流条33的连接端子331沿着周向依次配置。

绝缘层34为圆环形。绝缘层34由绝缘纸构成。绝缘层34比汇流条31、汇流条32、以及汇流条33薄。绝缘层34至少配置在汇流条31的基部310与汇流条32的基部320之间、以及汇流条32的基部320与汇流条33的基部330之间。通过这些绝缘层34，汇流条部件30确保汇流条31、汇流条32、汇流条33间的绝缘性。

此外，在图4、图5中，基部310、基部320、以及基部330为圆环状，但只要为环状，并不限于圆环状。另外，在图4、图5中，基部310、基部320、以及基部330为在周向上没有缝隙的构造，但也可以有缝隙。

(多个定子部件20与汇流条部件30的位置关系以及连接构造)

图7是表示实施方式的多个定子部件与汇流条部件的位置关系的立体图。图8是表示实施方式的多个定子部件与一个汇流条的位置关系的立体图。图9是表示实施方式的定子部件与一个汇流条的位置关系的放大图。

如图7和图8所示，汇流条部件30相对于多个定子部件20配置，以使连接端子311的第二部分3112、连接端子321的第二部分、以及连接端子331的第二部分成为定子部件20侧。此时，连接端子311、连接端子321、以及连接端子331配置为与邻接的定子部件20的对置部重叠。进一步，邻接的定子部件20的线圈端部231和线圈端部232插入至连接端子311、连接端子321、以及连接端子331中的任意一个连接端子的2个凹部3113。例如，如图9所示，邻接的定子部件20的线圈端部231和线圈端部232插入至连接端子311的2个凹部3113。

图10(A)以及图10(B)是表示线圈端部与连接端子的接合方式的放大图。图10(A)所示的方式是放大图7所示的接合方式的图。图10(B)所示的方式表示与图10的(A)不同的方式的一个例子。此外，图10(A)、图10(B)表示线圈端部231以及线圈端部232与汇流条31的接合方式。然而，线圈端部231以及线圈端部232与汇流条32或者汇流条33的接合方式也与汇流条31的情况相同。

在图10(A)以及图7所示的方式中，线圈端部231以及线圈端部232向连接端子311的第二部分3112的宽度方向弯曲。

在图10(A)的方式的情况下，如图10(A)以及图9所示，第二部分3112具备一个舌部3114和2个舌部3115。舌部3114配置于第二部分3112的宽度方向的中央，2个舌部3115配置于第二部分3112的宽度方向的端部。相邻的舌部3114和舌部3115被凹部3113分离。

一个舌部3115被折弯，通过该折弯的构造，覆盖线圈端部231的外周。在该状态下，舌部3115与线圈端部231通过熔合、锡焊、或者激光焊接等而被固定。由此，线圈端部231与连接端子311接合。

另一个舌部3115被折弯，通过该折弯构造，覆盖线圈端部232的外周。在该状态下，舌部3115和线圈端部232通过熔合、锡焊、或者激光焊接等而被固定。由此，线圈端部232与连接端子311接合。

在图10(B)的方式的情况下，如图10(B)所示，线圈端部231以及线圈端部232在连接端子311的第二部分3112的长度方向上，并且向第一部分3111侧弯曲。在该状态下，线圈端部231以及线圈端部232与第二部分3112通过熔合、锡焊、或者激光焊接等而被固定。由此，线圈端部231以及线圈端部232与连接端子311接合。

通过如以上那样的构造，实现图11所示的电路结构的马达10。图11是实施方式的马达的等效电路图。

如图11所示，马达10具备U相线圈、V相线圈、W相线圈。U相线圈具有线圈U1、线圈U2、线圈U3、线圈U4并联连接而成的电路结构。V相线圈具有线圈V1、线圈V2、线圈V3、线圈V4并联连接而成的电路结构。W相线圈具有线圈W1、线圈W2、线圈W3、线圈W4并联连接而成的电路结构。

U相线圈的一端与V相线圈的一端连接。V相线圈的另一端与W相线圈的一端连接。W相线圈的另一端与U相线圈的另一端连接。即，U相线圈、V相线圈、W相线圈被Δ接线。

线圈U1、线圈U2、线圈U3、线圈U4、线圈V1、线圈V2、线圈V3、线圈V4、线圈W1、线圈W2、线圈W3、以及线圈W4分别由上述的定子部件20实现。连接U相线圈和V相线圈的连接部例如由上述的汇流条31实现。连接V相线圈和W相线圈的连接部例如由上述的汇流条32实现。连接W相线圈和U相线圈的连接部例如由上述的汇流条33实现。而且，Δ接线的三个的输出部由汇流条31的输出端子312、汇流条32的输出端子322、以及汇流条33的输出端子332实现。

在以上的结构中，如上述那样，汇流条31的连接端子311、汇流条32的连接端子321、以及汇流条33的连接端子331在轴向上向多个定子部件20侧弯曲。进一步，汇流条31的连接端子311的第二部分3112、汇流条32的连接端子321的第二部分、以及汇流条33的连接端子331的第二部分在轴向上与多个定子部件20的绝缘体22重叠。换言之，侧面观察马达10(在与轴向正交的方向上观察)，汇流条31的连接端子311、汇流条32的连接端子321以及汇流条33的连接端子331中的每一个连接端子的第二部分与多个定子部件20的绝缘体22重叠。而且，在这些第二部分中，连接端子与定子部件20的线圈端部231以及线圈端部232连接。

由此，马达10的轴向上的由汇流条部件30和多个定子部件20构成的部分的大小仅为将汇流条部件30中的汇流条31的基部310、汇流条32的基部320、汇流条33的基部330、以及多个绝缘层34的层叠部的厚度和定子部件20的轴向的大小相加后的厚度。换言之，马达10的轴向上的由汇流条部件30和多个定子部件20构成的部分的大小不受连接端子311、连接端子321、以及连接端子331的大小影响。因此，由汇流条部件30和多个定子部件20构成的部分的形状变小。由此，马达10能够减小形状而不会降低输出。

进一步，如图1、图7、图8所示，连接端子311、连接端子321、以及连接端子331中的每一个连接端子的第二部分配置于比定子芯体21的外端面214更靠中心轴侧。由此，与轴正交的方向的尺寸不会变大。因此，马达10能够在维持输出的状态下减小与轴正交的方向的形状。

另外，作为一个例子，如图9所示，连接端子311、连接端子321、以及连接端子331中的每一个连接端子的第二部分抵接于绝缘体22的外侧部件221的外端面224。这些抵接部能够用于将汇流条部件30向多个定子部件20配置时的定位。因此，马达10的组装变得容易。

(连接端子的其它方式)

图12(A)、图12(B)、图12(C)、图13(A)、以及图13(B)分别是表示连接端子的其它方式的立体图。此外，在图12(A)、图12(B)、图12(C)、图13(A)、以及图13(B)中，以汇流条31的连接端子311为例来表示，但汇流条32的连接端子321、以及汇流条33的连接端子331也能够为相同的结构。

在图12(A)所示的连接端子311的第二部分3112形成有凹部3113A。凹部3113A的宽度比线圈端部231的直径以及线圈端部232的直径大，例如，为线圈端部231以及线圈端部232的直径的2倍～4倍左右。

在图12(B)所示的连接端子311的第二部分3112形成有2个凹部3113B。2个凹部3113B相对于上述的2个凹部3113仅深度不同，在其它的结构都相同。凹部3113B的深度比线圈端部231的直径以及线圈端部232的直径小，例如，为线圈端部231的半径以及线圈端部232的半径左右。

在图12(C)所示的连接端子311的第二部分3112未形成凹部。即，第二部分3112为没有凹陷的平板状。

在图13(A)所示的连接端子311中，第二部分3112与第一部分3111未正交。例如，如图13(A)所示，第二部分3112的绝缘体侧的面与第一部分3111的绝缘体所成的角为大于90°并小于180°的钝角。

在图13(B)所示的连接端子331中，第二部分3112弯曲。更具体而言，第二部分3112不论在宽度方向的哪个位置，到基部310的距离都相同。根据这样的结构，在绝缘体22的外侧部件221的外端面224弯曲的情况下，第二部分3112与外端面224在整个面抵接。

此外，根据汇流条的连接端子的第二部分的构造，绝缘体22的外侧部件221以及外端面224的构造可以为如下所示的构造。

(A)在汇流条的连接端子为平板状并且存在凹部的情况下，使外端面224中的连接端子所接触的面成为平坦。即，在邻接的定子部件20中的相互邻接的端部，外端面224被向内侧切削。此时，外端面224被切削为也包含导出线圈端部231以及线圈端部232的位置。而且，邻接的绝缘体的被切削的位置共面。

根据这样的结构，绝缘体的形状变小。进一步，在导出线圈端部231以及线圈端部232的位置，连接端子与外端面224的距离接近或者抵接。因此，在线圈端部231以及线圈端部232与连接端子的接合作业变得容易。进一步，线圈端部231以及线圈端部232与连接端子的接合的确定性提高，且线圈端部231以及线圈端部232与连接端子的连接部的可靠性提高。

(B)在汇流条的连接端子为平板状并且存在凹部的情况下，在外侧部件221中的导出线圈端部231以及线圈端部232的位置形成从面226凹陷的槽。槽的大小为线圈端部231以及线圈端部232与连接端子嵌合的大小。更具体而言，沿着外侧部件221的宽度方向的槽的尺寸与连接端子的宽度大致相同并且为连接端子的宽度以上。沿着外侧部件221的厚度方向(从内侧连结到外侧的方向)的槽的尺寸与连接端子的厚度、和线圈端部231以及线圈端部232的直径的2倍大致相同，且为其以上。

在这样的结构中，作业者或组装用的夹具通过连接端子使线圈端部231以及线圈端部232的长度方向的中途弯曲并且插嵌于槽。通过该作业，在槽的厚度方向上，在连接端子被线圈端部231以及线圈端部232夹在中间的状态下，线圈端部231、线圈端部232以及连接端子固定于外侧部件221。而且，通过使用该结构，线圈端部231以及线圈端部232与连接端子的接合作业变得容易。进一步，线圈端部231以及线圈端部232与连接端子的接合的确定性提高，且线圈端部231以及线圈端部232与连接端子的连接部的可靠性提高。

Claims (6)

1.一种电能与机械能的转换器，具备：

定子，卷绕有线圈；以及

汇流条，与上述线圈的端部连接，

上述汇流条具备：

环状的基部；以及

连接端子，与上述基部的外周连接，并与上述线圈的端部连接，

上述汇流条和上述定子排列在上述定子的轴向上，

上述连接端子为比上述基部更向上述定子侧突出的形状。

2.根据权利要求1所述的电能与机械能的转换器，其中，

上述定子具备：

定子芯体；

绝缘性的绝缘体，覆盖上述定子芯体；以及

上述线圈，卷绕于上述绝缘体，

上述连接端子与上述绝缘体的外端面接近或者接触。

3.根据权利要求2所述的电能与机械能的转换器，其中，

上述定子芯体的外端面比上述绝缘体的外端面更靠外侧，

上述连接端子的外端面比上述定子芯体的外端面更靠内侧。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电能与机械能的转换器，其中，

上述连接端子具备从与连接于上述基部侧相反侧的前端凹陷的凹部，

上述线圈的端部插入上述凹部。

5.根据权利要求4所述的电能与机械能的转换器，其中，

上述连接端子具备由上述凹部形成的舌部，

上述线圈的端部在使用上述舌部被夹在中间的状态下，与上述连接端子接合。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电能与机械能的转换器，其中，

上述汇流条为板状。

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