CN1228900C - 电动机及齿轮传动电动机 - Google Patents

Abstract

本发明以通常的磁化提供一种启动可靠的交流同步电动机的转子。转子(11)的环状磁铁(11c)为筒状，沿与定子的极齿(15a)和辅极(15b)相对的外周面对磁极进行多个磁化使相邻的磁极N、S为异极状，在相邻的异极N、S的中间位置11m处设置凹部(11k)，并在凸面处形成上述磁极N、S的各中心部(11Nc、11Sc)。磁化在与定子的极齿(15a)等距离的表观线上的磁化为正弦波形，表示磁力强度峰值的磁极中心部(11Nc、11Sc)可靠地与辅极(15b)相互作用而不会无法启动。

Description

电动机及齿轮传动电动机

技术领域

本发明涉及主要用于洗衣机的排水阀及换气扇的百页板等的驱动机构的电动机的改进，更具体地说，涉及作为电动机的驱动源的转子。

背景技术

在用于交流同步电动机的转子磁铁中，转子磁铁表面存在由于磁化方法而呈如图8(b)所示的矩形波100的磁化波形的情况。尤其是在通过将转子磁铁形成筒状、在转子磁铁的外侧和内侧配设磁化装置的磁化部而使转子磁铁的内外强力磁化进行的径向各向异性磁铁的磁化中多有发生。

因此，转子磁铁表面的磁化波形呈如图8(b)所示的矩形波100时，由于矩形波100的最大值的宽度w而损害交流同步电动机的转子101的回转启动性能且无法进行平滑的回转。

在交流同步电动机中为确保启动性能，如图8(a)所示，构成为在定子中设有比其他极齿103小的辅极102，以使电源投入时启动力矩容易产生，通过磁化峰值部分104N、104S与辅极102之间产生的相互作用打破停止状态的平衡。

但是，在矩形波中，由于峰值部分104N、104S具有宽度w而无法在与辅极102之间产生急剧增大的回转力矩，可能在辅极102与峰值宽度w正好相对位置处产生沿回转方向均等的平衡而不能启动。

本发明的目的在于提供一种电动机的启动可靠、能获得平滑的回转力矩并且成本不高的电动机或齿轮传动电动机。

发明内容

为实现上述目的，本发明的电动机具有：形成为筒状、由对该筒状的内周部分和外周部分进行磁化的筒状磁铁构成的转子、与该转子相对配置的线圈，其特征在于，上述筒状磁铁的上述内周部分和外周部分中的至少与上述线圈相对的相对面，沿上述相对面交替地将多个磁极磁化成相邻所述磁极为异极，同时，在位于相邻的上述异极的中间的上述相对面处设有凹部，在中央为顶点的凸面上分别形成上述磁极，并且所述筒状磁铁为径向各向异性磁铁。

采用上述发明，即使在磁铁表面磁化为矩形波时，由于相互起作用的磁性体之间的磁力为距离的函数，在磁铁表面设有放射状的凸面且截面形成花瓣状，并通过在各自的顶点设置各磁极的中心，在与定子的极齿等距离的各磁极的顶点外接的圆筒面上，与极齿的相互作用有关的表现出的磁力本身沿圆周方向的变化为正弦波，与用正弦波磁化的通常转子构成的交流同步电动机相比可发挥毫不逊色的回转性能。

在转子磁铁的外侧和内侧配设磁化装置的磁化部并通过强力磁化的径向各向异性磁铁的磁化方面，虽然磁铁表面在多数情况下磁化为矩形波，即使是这种径向各向异性磁铁，与用正弦波磁化的通常转子构成的交流同步电动机相比也可发挥毫不逊色的回转性能。

为实现上述目的，本发明的齿轮传动电动机包括：具有形成为筒状、由对该筒状的内周部分和外周部分进行磁化的筒状磁铁构成的转子、与该转子相对配置的线圈的电动机、与上述转子连接而回转驱动的输出轴、使该输出轴与上述转子连接/断开的差动离合器、使该差动离合器连接/断开的的离合器驱动装置、使该离合器驱动装置驱动的磁感应回转体、使该磁感应回转体与上述转子连动而回转驱动的磁感应磁铁；在上述筒状磁铁的外周部分沿与上述线圈相对的相对面交互地将上述磁极多个磁化成相邻磁极为异极，同时，在位于相邻的上述异极的中间的上述外周面处设有凹部，在中央为顶点的凸面上分别形成上述磁极；在上述筒状磁铁的内周部分一体地构成上述磁感应磁铁，将上述筒状磁铁的上述外周部分作为上述转子驱动用磁铁，将上述内周部分作为上述磁感应回转体驱动用磁铁，并且所述筒状磁铁为径向各向异性磁铁。

采用上述发明，由于将磁感应机构内装在转子磁铁中，能用一个部件形成一面通过转子磁铁外侧的磁力进行转子回转、一面通过转子磁铁内侧的磁力进行磁感应的转子磁铁，并能对转子磁铁的外侧和内侧强力磁化，故能提供启动可靠、能获得平滑的回转力矩而成本不高的电动机或齿轮传动电动机。

另外，其他发明为在上述发明中，其特征在于，上述筒状磁铁的内周面与上述外周面一样，沿上述内周面交替地将上述磁极多个磁化成相邻磁极为异极，同时，在位于相邻的上述异极的中间的上述内周面处设有凹部，在中央为顶点的内向的凸面上分别形成上述磁极。因此能提高磁感应回转体的回转性能。

附图简单说明

图1为表示本发明齿轮传动电动机的一实施例的俯视图。

图2为本发明齿轮传动电动机的动作说明图。

图3为表示本发明齿轮传动电动机中转子与感应回转体的关系的部分纵剖面图。

图4(a)为说明本发明齿轮传动电动机中转子的平面形状与磁化的关系的俯视图，图4(b)为图4(a)中沿B-B线的剖面图。

图5(a)和图5(b)为图4所示剖面形状的转子的实际磁化波形，其中，图5(a)表示外周面的波形，图5(b)表示内周面的波形。

图6(a)为说明本发明齿轮传动电动机转子的又一实施例的平面形状与磁化的关系的俯视图，图6(b)为图6(a)中沿B-B线的剖面图。

图7(a)和图7(b)为图6所示剖面形状的转子的实际磁化波形，其中，图7(a)表示外周面的波形，图7(b)表示内周面的波形。

图8(a)是说明传统齿轮传动电动机转子截面形状与磁化的关系的俯视图，图8(b)是其磁化波形。

具体实施方式

以下根据附图说明本发明的电动机和齿轮传动电动机(以下表述为电动机)的实施形态。图1为表示本发明电动机的一实施例的概略俯视图。图2为说明图1所示实施例的构成和动作的模式图，图中上侧和下侧分别示出交流同步电动机10的转子11驱动的减速齿轮列12和与磁感应回转体13连动的增速齿轮列14。图2的配列位置与图1表示的实际平面配列不同并予以图示。图3为包含在本发明的交流同步电动机10中的转子11的纵剖面图。

首先根据图1和图2说明本发明电动机的构成。转子11与定子15相对(参照图2)，通过电磁作用回转驱动的交流同步电动机10和将其驱动力传递到输出轴16的减速齿轮列12并与转子11连动回转，对构成差动离合器的行星齿轮机构17的动作进行切换并连设包含对输出轴16进行控制的磁感应回转体13的增速齿轮列14的构成体具有容置在壳体18中、从外部将电源投入交流同步电动机10的端子19。另外，输出轴16在手柄30处(参照图2)与外部连接。

转子11的回转支承部11a的前端形成驱动离合器爪11b(参照图3)，与转子11同轴且回转自如地支承在转子支轴24上的离合器小齿轮20下面的受动离合器爪20a相对。离合器小齿轮20通过压缩线圈弹簧21向使受动离合器爪20a与转子11的驱动离合器爪11b分开方向施力。另外，离合器小齿轮20的施力方向朝向离合器手柄22的凸轮面22a，离合器小齿轮20平时抵压在凸轮面22a上。

凸轮面22a具有克服压缩线圈弹簧21的施力使离合器小齿轮20向转子11的方向移动而解除使受动离合器爪20a与转子11的驱动离合器爪咬合的齿峰面22b的齿谷面。离合器手柄22回转自如地支承在与驱动输出轴16的传动齿轮23同一支轴23a上。另外，离合器手柄22使转子支轴24滑嵌在沿与离合器小齿轮20抵接的凸轮面22a穿设的弧状的长孔22c中并在预定范围摇动。

并且，离合器手柄22的一部分相对于与输出轴16一体设置的输出齿轮16a的侧面形成的离合器手柄操作槽16b，并使操作用突起22d咬合。因此，随着输出齿轮16a的转动，跟随离合器手柄操作槽16b动作的操作用突起22d使离合器手柄22摆动并对凸轮面22a的峰谷进行切换。由此对驱动离合器爪11b与受动离合器爪20a进行咬合或分开，从而连接/断开从转子回转支承部11a向离合器小齿轮20的回转的传递。

在定子15通电的初期状态，驱动离合器爪11b与受动离合器爪20a为咬合状态，转子11的转动直接传递到离合器小齿轮20。离合器小齿轮20将转动传递到行星齿轮机构17的输入齿轮17a。行星齿轮机构17的公转齿轮17b经传动齿轮23与输出齿轮16a连接，并由于作用在输出轴16上的外部负荷的阻力而阻止转动。

因此，行星齿轮17c通过与输入齿轮17a一体回转的太阳齿轮17d而自转，并将回转传递到外接啮合的内齿齿轮17e。与内齿齿轮17e一体回转的环齿轮17f与增速齿轮列14的小齿轮14a啮合，与小齿轮14a一体的大齿轮14b啮合的小齿轮26b使一体形成的卡合圆板26高速转动。

另一方面，与磁感应回转体13一体形成的制动小齿轮13a与因设置复位弹簧27而施力的扇形齿轮28啮合(参照图1)。磁感应回转体13通过磁感应而与转子11的转动连动而回转，并使扇形齿轮28克服复位弹簧27的施力而摆动。构成扇形齿轮28的一部分的转动限制部28a与扇形齿轮28一起摆动并进入高速回转的卡合圆板26的突起26a的回转轨道内，与突起26a卡合而限制卡合圆板26的回转，并对增速齿轮列14的回转进行约束。

由于通过对增速齿轮列14加以约束而阻止了行星齿轮机构17的环齿轮17f即内齿齿轮17e的转动，行星齿轮17c开始公转。通过行星齿轮17c的公转，行星齿轮机构17的公转齿轮17b将转动传递到啮合的减速齿轮列12，并从传动齿轮23的大直径齿轮23b经小直径齿轮23c使输出齿轮16a摆动。一旦输出齿轮16a摆动预定角度，即通过与离合器手柄操作槽16b咬合的离合器手柄操作用突起22d使离合器手柄22摆动，并松开按压的离合器小齿轮20。驱动离合器爪11b与受动离合器爪20a的咬合被解除，离合器小齿轮20成为自由。

成为自由的离合器小齿轮20因输出轴16上的外部负荷引起的回转力反过来传递到减速齿轮列12而变为增速的反转。但是，解除按压并通过压缩线圈弹簧21的施力向上方移动的离合器小齿轮20与突设的卡合突起20b在离合器手柄22的摆动位置处形成的未图示的阻挡件抵接并对离合器小齿轮20进行约束。

只要转子11继续转动，磁感应回转体13就转动，并使扇形齿轮28克服复位弹簧27的施力而维持转动限制部28a与卡合圆板26的突起26a的卡合，并经增速齿轮列14继续对行星齿轮机构17的环齿轮17f即内齿齿轮17e的约束。另一方面，由于行星齿轮机构17因离合器小齿轮20的约束而阻止太阳齿轮17d的转动，公转齿轮17b不能转动而保持减速齿轮列12的停止状态，输出轴16的外部负荷成为对约束部分进行支承。

一旦停止向定子15的通电，磁感应回转体13即与转子11一起停止转动。扇形齿轮18通过复位弹簧27的施力回到初期状态。卡合圆板26成为回转自如，并解除增速齿轮列14的约束。失去支承的输出轴16的外部负荷通过输出齿轮16a从减速齿轮列12侧使公转齿轮17b转动，并以转动仍受到约束的太阳齿轮17d为固定侧使行星齿轮17c公转，由于环齿轮17f经增速齿轮列14使转动的卡合圆板26成为自由，输出轴16随着外部负荷摆动。

因输出轴16的外部负荷引起的转动，一起转动的输出齿轮16a通过离合器手柄操作槽16b卡合的操作用突起22d使离合器手柄22摆动，并使凸轮面22a的峰面22b回归而按压离合器小齿轮20并恢复驱动离合器爪11b与受动离合器爪20a的咬合。

本发明齿轮传动电动机的动作为：由于向定子15的通电，安装在输出轴16上的手柄30沿一方向摆动到用离合器手柄操作槽16b设定的预定角度，通过与转子11连动的磁感应回转体13的转动，使电磁的无接触的转差(slip)作用引起的牵引力连动为机械约束并保持在预定的停止位置，通电一旦停止，则由于外部负荷的作用而回复初期状态。由于没有机械的摩擦部分，故不会发生因磨损引起的故障。

即，在适用于洗衣机的排水阀的场合开阀且直至排水结束均保持开阀状态。另外，在适用于换气扇的百页板或空调机的调节风门的场合，换气扇或与空调机同时通电，换气扇的转动或空调机动作使百页板或调节风门打开，百页板或调节风门在换气扇的转动或空调机动作过程中保持打开位置。而在排水结束、换气扇或空调机停止而停止通电时，排水阀关闭，换气扇百页板或空调机调节风门关闭。

图3示出用于这种齿轮传动电动机的交流同步电动机10的转子11的纵剖面图。转子11的结构为将环状磁铁11c固定在具有插通转子支轴24(参照图1)的孔24a的回转支承部11a的外周侧。环状磁铁11c用铁素体磁铁或钕-铁-硼(Nd-Fe-B)系磁铁等构成，轴方向端部与形成于回转支承部11a的凸缘部11d抵接并沿轴方向定位。

磁感应回转体13在外周配置有用铜、铝或同等的非磁性体金属构成的非磁性导电环13b，内侧压入由磁性体(具体地说为铁制)构成的后轭环13c，其余部分用树脂插入成形。磁感应回转体13枢支在转子11上并相对回转自如。即，转子11的回转支承部11a的上端附近部分的外周面是回转自如地支承在磁感应回转体13的制动小齿轮13a的内周面的径向轴承部11e，在回转支承部11a的下端附近的外周部分设有在沿止推方向接受磁感应回转体13的筒状部13d的下端部分的同时兼作径向方向的轴承的止推轴承部11f。

图4示出本发明电动机中去除磁感应回转体13的转子11。图4(a)为轴直角的俯视图，图4(b)为图4(a)中沿B-B线的剖面图。转子11构成为使向外周部分和内周部分的圆周方向的磁化宽度一致的相邻磁极N、S不同，即使在其磁化宽度的外周部分和内周部分不同的磁极N、S也加以磁化。并且，外侧的磁极N、S向定子15侧的极齿15a、15b高效率地发出磁力线，并对产生交流同步电动机10的驱动特性的磁化装置进行选择。

但是，在通过沿转子磁铁的外侧和内侧配设磁化装置的磁化部并进行强力磁化的径向各向异性磁铁的磁化方面，外周部分和内周部分的磁化波形为如图5(b)所示那样的矩形波H，各磁极处磁力最大的中心部分11N、11S在一定宽度W范围内强度不变而平均磁化。如图4(a)的轴直角方向的俯视图所示，在转子11的环状磁铁11c的外周面相邻的异极的几何上的中间位置11m处设置凹部11k，并形成以各磁极中心11Nc、11Sc为顶点的平滑凸面。

通过将环状磁铁11c的外周面形成花瓣状，在环状磁铁11c的外周面的磁极中心部分11N、11S处磁化的短形波的宽度W中相对于定子15的极齿15a和辅极15b的距离产生差异。由于磁极与极齿之间产生的吸引·相斥的相互作用是距离的函数，可使与设成中凸的曲面状的各磁极中心11Nc、11Sc的顶部外接的圆筒截面C上的实际磁力强度近似于如图5(a)所示的正弦波形F，各磁极分别具有实际有效作用的峰值Np、Sp。

这样，通过在转子11的环状磁铁11c的外形方面形成以磁极中心11Nc、11Sc为顶点的凸面，当定子15通电时，表示磁极的实效峰值Np、Sp的各磁极中心11Nc、11Sc与设于定子15内的辅极15b之间优先产生强力的相互作用，从而能使转子平滑可靠地启动。

图6示出本发明电动机第二实施例的转子11-1，其中，图6(a)为轴直角的俯视图，图6(b)为图6(a)中沿B-B线的剖面图。凡是与上述第一实施例通用的零件均采用相同标号。转子11-1的外周面的形成与第一实施例完全相同，由于可使与各磁极中心11Nc、11Sc的顶部外接的圆筒截面C上见到的有效磁力强度近似于如图6(a)所示的正弦波形F，各磁极分别具有实际有效作用的峰值Np、Sp，故对于定子15的磁气相互作用与第一实施例相同。

但是，在第二实施例中，通过在内周面的磁极中心11Nc-1、11Sc-1的中间位置11m-1处设置凹部11k-1并在至各磁极中心11Nc-1、11Sc-1处形成平滑的曲面，以各磁极中心11Nc-1、11Sc-1为顶点并向转子11的中心方向突出的内向凸面，内设于转子11-1内周面的各磁极中心11Nc-1、11Sc-1的顶点的内周圆筒截面C-1的有效磁力强度近似于图7(b)所示的正弦波形F-1，故能提高磁感应回转体13的回转性能。

如上所述，采用本发明的电动机及齿轮传动电动机，由于在以各磁极的中心为顶点的凸面处形成外形，磁力峰值收缩而与辅极的相互作用的启动变得敏锐，故能可靠地进行启动。而且由于转子零件为1个，可采用通常的磁化装置1次磁化，并且由于减少了零件数和装配工序，故可降低成本。

Claims (3)

1.一种电动机，具有：形成为筒状、由沿所述筒状的内周部分和外周部分进行磁化的筒状磁铁构成的转子，与所述转子相对配置的线圈，

其特征在于，所述筒状磁铁的所述内周部分和外周部分中的至少与所述线圈相对的相对面，沿所述相对面交替地将多个磁极磁化成相邻所述磁极为异极，同时，在位于相邻的所述异极的中间的所述相对面处设有凹部，在中央为顶点的凸面上分别形成所述磁极，并且所述筒状磁铁为径向各向异性磁铁。

2.一种齿轮传动电动机，包括：

具有形成为筒状、由沿所述筒状的内周部分和外周部分进行磁化的筒状磁铁构成的转子，与所述转子相对配置的线圈的电动机，

与所述转子连接而回转驱动的输出轴，

使所述输出轴与所述转子的连接继续/断开的差动离合器，

使所述差动离合器连接/断开的离合器驱动装置，

使所述离合器驱动装置驱动的磁感应回转体，

使所述磁感应回转体与所述装置连动而回转驱动的磁感应磁铁；

其特征在于，在所述筒状磁铁的外周部分沿与所述线圈相对的相对面交互地将所述磁极多个磁化成相邻磁极为异极，同时，在位于相邻的所述异极的中间的所述外周面处设有凹部，在中央为顶点的凸面上分别形成所述磁极；

在所述筒状磁铁的内周部分一体地构成所述磁感应磁铁，将所述筒状磁铁的上述外周部分作为所述转子驱动用磁铁，将所述内周部分作为所述磁感应回转体驱动用磁铁，

并且，所述筒状磁铁为径向各向异性磁铁。

3.如权利要求2所述的齿轮传动电动机，其特征在于，所述筒状磁铁的内周面与所述外周面一样，沿所述内周面交替地将所述磁极多个磁化成相邻磁极为异极，同时，在位于相邻的所述异极的中间的所述内周面处设有凹部，在中央为顶点的内向的凸面上分别形成所述磁极。

Images