CN115208150A - 永磁铁磁场式的有刷直流马达及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明提供由一个永磁铁构成整个定子、可获得高输出、耐久性优良且能够使齿槽效应扭矩的特性提高的小型的永磁铁磁场式的有刷直流马达。在小型的永磁铁磁场式的有刷直流马达中，一个环状的永磁铁的沿轴向延伸的多个N极区域、S极区域交替地形成为圆弧状，马达壳体和环状的永磁铁处于过盈配合的关系，在各N极区域、S极区域的内周面分别设置有多个沿轴向延伸的凹槽。各凹槽在永磁铁的内周面且从永磁铁的远离换向器的一侧的第2端部设置至从永磁铁的靠近换向器较近的一侧的第1端部靠内侧轴向长度L的位置。永磁铁的第1端部为无凹槽的环状的无槽端部(1144)。

Description

永磁铁磁场式的有刷直流马达及其制法

技术领域

本发明涉及小型的永磁铁磁场式的有刷直流马达及其制法，特别是涉及适于车载用的要求停止保持力的促动器的有刷直流马达及其制法。

背景技术

在专利文献1中公开有如下发明，即，是一种永磁式旋转电机，在其转子铁芯埋设有构成与该旋转电机的极数相当的磁极部的U字形状永磁铁，在各磁极部形成有狭缝(凹槽)。

在专利文献2中公开有无刷马达的发明，即，在IPM马达中，在转子磁极或者定子磁极的各曲面部的最佳的场所，在凸面部与以规定间隔交替地形成凹槽并对置的磁极之间增大磁场的变化，使齿槽效应扭矩增大。关于凹槽，若将设置于转子磁极或者定子极齿的相邻的凹槽彼此的中心所成的中心角设为ζ，将i设为整数，将T设为齿槽效应周期，将p设为转子磁极对数，则以通过ζ＝2i*π/T*p计算的中心角ζ的间隔对各曲面部隔着凸面部交替地设置凹槽。

在专利文献3中公开有转子的磁铁在周向上具有多个用于使齿槽效应扭矩增加的槽部的马达的发明。上述多个槽部构成为包括设置于相邻的磁极部之间的作为边界空隙部的第3槽部、和在磁极部内设置在与根据转子的极数和定子的插槽数求出的齿槽效应扭矩的周期对应的位置的作为极内空隙部的第1槽部及第2槽部。

在专利文献4中公开有通过电动马达进行汽车的背门等的开闭的开闭体开闭装置的发明。

专利文献1：日本特开2002-78255号公报

专利文献2：日本特开2018-143079号公报

专利文献3：日本特开2019-41530号公报

专利文献4：日本特开2021-38532号公报

在专利文献1的发明所记载的发明中，在转子铁芯埋设有构成磁极部的多个永磁铁片，而不是由一个永磁铁构成整个转子芯。

在专利文献2所记载的发明中，在转子芯(或者定子芯)的多个磁铁插入孔分别插入磁性体，然后将这些插入的磁性体磁化来形成永磁铁。换言之，为了成为带凹槽的转子芯，将各永磁铁插入至各磁铁插入孔，而不是由一个永磁铁构成整个转子芯(或者定子芯)。

专利文献3所记载的发明也由分别埋设有磁极部的多个永磁铁片或在转子的表面粘贴磁铁而成的表面磁铁型(SPM型)磁铁构成，而不是由一个永磁铁构成整个转子芯。

在专利文献4中，不存在与驱动马达的转子芯或者定子芯有关的具体的记载。

发明内容

本发明是为了解决这些课题而完成的，其目的在于提供一种由一个永磁铁构成整个定子、可获得高输出且能够使齿槽效应扭矩的特性提高的小型的永磁铁磁场式的有刷直流马达及其制法。

为了实现上述目的，本发明是一种永磁铁磁场式的有刷直流马达，上述永磁铁磁场式的有刷直流马达具有定子和在上述定子内旋转的转子，

构成上述定子的一个环状的永磁铁固定于一端开口的金属制的杯状的马达壳体内，

构成上述转子的层叠铁芯以及电枢绕组与旋转轴形成为一体，在上述旋转轴固定有换向器，

在上述马达壳体的开口部固定有端盖，该端盖保持与上述换向器滑动接触的碳刷，

上述永磁铁磁场式的有刷直流马达的特征在于，

上述环状的永磁铁的沿轴向延伸的多个N极区域、S极区域交替地形成为圆弧状，

上述马达壳体与上述环状的永磁铁处于过盈配合的关系，

在上述各N极区域、S极区域的内周面分别设置有多个沿轴向延伸的凹槽，

上述凹槽在上述永磁铁的内周面、且从上述永磁铁的远离上述换向器的一侧的第2端部设置至从上述永磁铁的靠近上述换向器的一侧的第1端部靠内侧轴向长度L的位置，

上述永磁铁的上述第1端部为无上述凹槽的环状的无槽端部。

根据本发明，整个定子由带凹槽的环状的一个永磁铁构成，且定子的第1端部为无槽端部。由此，能够将该永磁铁压入至马达壳体内而不破裂，以过盈配合的关系将马达壳体与环状的永磁铁固定。整个定子由一个永磁铁构成，因此能够提供可获得高输出、耐久性优良且能够使齿槽效应扭矩的特性提高的小型的有刷直流马达。

附图说明

图1是成为本发明的第1实施例的小型的有刷直流马达的纵向剖视图。

图2是图1的转子部分以及定子部分的横向剖视图。

图3是表示第1实施例中的N极区域、S极区域的结构的立体图。

图4是表示第1实施例中的定子的结构的纵向剖视图。

图5是第1实施例中的定子的制法的说明图。

图6是第1实施例中的有刷直流马达的制法的说明图。

图7是成为第1实施例的有刷直流马达与比较例的马达的齿槽效应扭矩的比较图。

图8是表示采用了成为第1实施例的有刷直流马达的汽车的背门的开闭装置的立体图。

附图标记说明：

100…直流马达；110…马达壳体；114…永磁铁；114a、114c…N极区域；114b、114d…S极区域；1140…永磁铁的内周面；1142…凹槽；1144…无槽端部；118…轴承；119…轴承；120…旋转轴；122…层叠铁芯；124…

电枢绕组；130…端盖；132…换向器；134…碳刷。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的小型的有刷直流马达的实施方式进行说明。此外，在本实施方式中，作为一个例子，使用4极6插槽的有刷直流马达来进行说明。

图1是成为本发明的第1实施例的有刷直流马达的纵向剖视图。

有刷直流马达100具有定子和在该定子内旋转的转子。马达壳体110是其一端开口的呈杯状的铁等金属制的壳体。在马达壳体110内固定有构成直流马达的定子的永磁铁114。在设置于马达壳体110的杯状的底部的突起部1102内固定轴承118，在固定于马达壳体110的开口部的绝缘性树脂制的端盖130的突起部131内固定有轴承119。

另一方面，构成直流马达的转子的层叠铁芯122和电枢绕组124与旋转轴120形成为一体，该旋转轴120被轴承118、119支承为旋转自由。层叠铁芯122在圆周方向上被极化为多极，在各铁芯分别卷绕有电枢绕组124，各电枢绕组的端部与固定于旋转轴120的换向器132连接。

在端盖130设置有与换向器132滑动接触的一对碳刷134和经由软辫线135分别与碳刷134连接的供电用的接头，该接头具有向端盖130的外侧延伸的接头端子136。在端盖130还设置有用于减少在整流时产生的火花放电、电噪声的扼流线圈138等噪声应对部件。

图2是图1的转子部分以及定子部分的横向剖视图。

马达壳体110例如使用冲压钢板而形成的部件。对于被压入至马达壳体110内并构成直流马达的定子的永磁铁114而言，沿轴向即与旋转轴120相同的方向延伸的多个N极区域114a、114c、S极区域114b、114d交替地形成为圆弧状。

换言之，整个定子由具有凹槽和无槽端部的一个永磁铁114构成。本实施例是按照90度(机械角)相位差形成有4个N极区域、S极区域的4极马达。作为永磁铁，与其他磁铁相比磁力较强、机械强度也较高的稀土类磁铁(钕磁铁、钐钴磁铁等)较为适合。

构成直流马达的转子的芯的层叠铁芯122是层叠冲压电磁钢板而形成的部件，突出设置有6极相对于永磁铁114向半径方向的外侧突出设置为辐射状的极齿。在层叠铁芯122的各极齿分别缠绕有电枢绕组124。

旋转轴120使用由磁性体(SUS等)构成的金属轴。

图3是表示第1实施例中的永磁铁114的结构的立体图。另外，图4是表示定子的结构的纵向剖视图。

在永磁铁114的各N极区域、S极区域114a～114d的内周面1140分别设置多个、在本实施例中为3个的沿轴向延伸的凹槽1142。其中，凹槽1142在永磁铁的内周面1140、且从永磁铁114的左端的端部(第2端部)设置至比永磁铁114的右端的端部(第1端部)靠内侧轴向长度L的位置。即，永磁铁114的第1端部附近为无槽的环状的端部即无槽端部1144。

此外，该永磁铁114的第1端部是永磁铁114的靠近换向器132的一侧的端部。若在换向器132位于永磁铁114的左侧的情况下，不言而喻，第1端部为左侧，无槽端部1144设置于永磁铁114的左端。

接下来，对凹槽1142的形状进行叙述。

作为凹槽1142的剖面形状，凹形、U字形、半圆弧形、V字形等较为适合。

以永磁铁的半径方向的厚度H为基准，优选各槽的圆周方向的宽度为永磁铁的厚度的20％～200％。优选各槽的深度G为永磁铁的厚度H的10～40％。

无槽端部1144的轴向长度L越长，则永磁铁114的强度越增加，但若无槽端部1144的轴向长度L变长，则齿槽效应扭矩降低。因此，优选无槽端部1144的轴向长度L处于2H≥L≥H的范围。

另外，优选使轴向长度L在各槽的深度G较大的情况下比在各槽的深度G较小的情况下长。

作为一个例子，当在马达壳体110的内径为28mm的小型的马达采用了由稀土类磁铁构成的永磁铁114的情况下，优选其厚度H为1.5～2.0mm、凹槽1142的深度G为0.5～1.0mm左右。

接下来，参照图5、图6对本实施例中的有刷直流马达的制法进行说明。

首先，图5是第1实施例中的定子的制法的说明图。

首先，通过烧结或者粘结(树脂)来从磁性材料制造带槽的环状的永磁铁(磁性体)114。例如，使用金属模来一体形成具有凹槽1142以及无槽端部1144的环状的永磁铁(磁性体)114。

接下来，将永磁铁(磁性体)114磁化，成为具有多个N极区域114a、

114c、S极区域114b、114d的永磁铁114(图5的(A))。即，整个定子形成为具有凹槽和无槽端部的一个永磁铁。

接下来，在由夹具保持马达壳体110的状态下，通过环状的加压装置将该环状的永磁铁114从马达壳体110的开口部1104侧压入至马达壳体110的内表面并固定(图5的(B))。即，若通过加压装置对永磁铁114施加载荷，则伴随着马达壳体110的塑性变形、弹性变形，永磁铁114向马达壳体110的内侧进入。

图5的(C)表示压入永磁铁后的定子的状态。在压入后，永磁铁114被与马达壳体110的弹性变形相应的紧固力保持。

永磁铁114需要耐受伴随着马达的旋转的振动等、温度变化等来长时间维持固定于马达壳体110内的状态。即，优选马达壳体110与环状的永磁铁114为有“过盈量”的“过盈配合”的关系来增大保持力。因此，利用马达壳体110的弹性变形来将永磁铁114压入至马达壳体110内。

此外，也存在不将永磁铁压入至马达壳体内而仅利用粘合剂来固定的方法，但永磁铁的保持力相当差。因此，在马达的耐久性上存在难点。

一般地，永磁铁存在机械强度差、容易破裂的缺点。特别地，在本实施例的永磁铁114的各N极区域、S极区域114a～114d设置多个凹槽1142，各凹槽1142的壁厚变薄。

在压入时，塑性变形、弹性变形以及摩擦力成为压入所需的能量，需要相当大的压入载荷。若通过加压装置对永磁铁114施加较大的压入载荷，则在薄壁的凹槽部分产生应力集中，存在该凹槽部分容易破裂的可能性。

然而，根据本发明，永磁铁114的第1端部为无槽的无槽端部1144。因此，即使通过加压装置以较大的压入载荷按压无槽端部1144，在直接接受载荷的永磁铁的第1端部也不产生应力集中，能够将永磁铁114可靠地压入至马达壳体110内。

这样一来，将永磁铁114压入至马达壳体110的内表面侧来固定。由此，定子(110、114)完成。

然后，如图6所示，在定子内插入轴承118、转子(122、124)以及端盖130，利用轴承118、119将旋转轴120支承为能够旋转，由此有刷直流马达完成。

图7是成为第1实施例的有刷直流马达与比较例的马达的齿槽效应扭矩的比较图。

实线是第1实施例的马达即4极且凹槽的深度为0.65mm并在一端具有“无槽端部”的马达。虚线是作为比较例在永磁铁的内周面无凹槽的类型的马达。根据图7可知，齿槽效应扭矩(保持扭矩)在设置有凹槽1142的情况下比在不设置凹槽1142的情况下大幅度地增大。

由永磁铁产生的磁通根据磁路的磁导率变化而增减，磁场能量变化，由此产生齿槽效应扭矩。在转子(122、124)与定子(110、114)的对置位置，由于凹槽1142的空隙的存在，所以磁路变薄，因而扭矩降低。即，在设置有凹槽1142的部位，磁场的变化在转子与定子的对置位置变大，因此齿槽效应扭矩增大。

若增大齿槽效应扭矩(保持扭矩)，则转子磁极和定子磁极的磁场的变化变大，因此反电动势、电感变化变大，因而电流波动也变大。因此，不使用检测霍尔IC等也能够检测有刷直流马达的转速、旋转方向。由此，根据有刷直流马达的电流波动检查转速时的控制性也提高。

根据第1实施例，整个定子由带凹槽的环状的一个永磁铁构成，且定子的第1端部为无槽端部。由此，能够将该永磁铁压入至马达壳体内来固定而不破裂。整个定子由一个永磁铁构成，因此能够提供可获得高输出、耐久性优良且能够使齿槽效应扭矩的特性提高的小型的有刷直流马达。

成为第1实施例的小型的有刷直流马达具有通过齿槽效应扭矩(保持扭矩)将转子保持于规定位置的停止保持功能，因此适于作为驱动汽车的背门、滑门的车载用的驱动源来使用。

图8是表示采用了成为第1实施例的有刷直流马达的汽车的背门的开闭装置的立体图。

在汽车300的背门310设置有用于以转动轴为中心来开闭背门310的左右一对驱动装置320。这些驱动装置320分别由上端与背门310连结为可转动的第一驱动部和上端与第一驱动部连结为可转动且下端与汽车300的车身1连结为可转动的第二驱动部构成。在该驱动装置320的第一驱动部设置有成为第1实施例的有刷直流马达和与其输出轴直接连结的减速装置，在第二驱动部设置有经由减速装置被驱动的主轴、与该主轴螺合的主轴螺母、以及固定于该主轴螺母的筒状部等。另外，还设置有用于供用户控制有刷直流马达的控制器、传感器。

若驱动装置320的有刷直流马达正转，则主轴也正转，第二驱动部中的筒状部的突出量增加，背门310被向打开方向驱动。另一方面，若驱动装置320的有刷直流马达反转，则主轴反转，第二驱动部中的筒状部的突出量减少，背门310被向关闭方向驱动。

成为第1实施例的有刷直流马达具有齿槽效应扭矩(保持扭矩)较大这一特性。因此，适于将背门310不仅保持于其全开位置或者全闭位置、还保持于用户希望的中间的规定的开度。

以上，对4极马达的实施例进行了叙述，但通过在6～8极的马达也同样地应用本发明，从而能够获得可获得高输出、耐久性优良且能够使齿槽效应扭矩的特性提高的小型的有刷直流马达。

另外，作为本发明的槽的形状的其他实施例，也可以在磁石的两侧、即第1端部以及第2端部设置“无槽端部”。由此，耐受将永磁铁114压入至马达壳体110内时的较大的压入载荷并防止永磁铁的破裂的效果进一步提高。不过，存在磁铁的成型用的金属模变复杂并且昂贵的缺点。因此，即使稍微变昂贵，在需要增大相对于永磁铁的厚度的槽的深度、宽度来进一步增大齿槽效应扭矩(保持扭矩)的用途中，也优选采用这样的马达。

Claims (3)

1.一种永磁铁磁场式的有刷直流马达，具有定子和在所述定子内旋转的转子，

构成所述定子的一个环状的永磁铁固定于一端开口的金属制的杯状的马达壳体内，

构成所述转子的层叠铁芯以及电枢绕组与旋转轴形成为一体，在所述旋转轴固定有换向器，

在所述马达壳体的开口部固定有端盖，该端盖保持与所述换向器滑动接触的碳刷，

所述永磁铁磁场式的有刷直流马达的特征在于，

所述环状的永磁铁的沿轴向延伸的多个N极区域、S极区域交替地形成为圆弧状，

所述马达壳体与所述环状的永磁铁处于过盈配合的关系，

在所述各N极区域、S极区域的内周面分别设置有多个沿轴向延伸的凹槽，

所述凹槽在所述永磁铁的内周面且从所述永磁铁的远离所述换向器的一侧的第2端部设置至从所述永磁铁的靠近所述换向器的一侧的第1端部靠内侧轴向长度L的位置，

所述永磁铁的所述第1端部为无所述凹槽的环状的无槽端部。

2.根据权利要求1所述的永磁铁磁场式的有刷直流马达，其特征在于，

在将所述永磁铁的半径方向的厚度设为H时，

所述无槽端部的轴向长度L处于2H≥L≥H的范围。

3.一种永磁铁磁场式的有刷直流马达的制法，用于制作权利要求1所述的永磁铁磁场式的有刷直流马达，其特征在于，

通过加压装置按压所述永磁铁的所述第1端部来将所述环状的永磁铁从所述马达壳体的所述开口部压入至所述马达壳体内，并将所述永磁铁固定于所述马达壳体，

将所述永磁铁磁化来形成所述多个N极区域、S极区域。

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