CN1901323A - 旋转电机以及电动轮椅车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋转电机以及安装了该旋转电机的电动轮椅车。定子的齿通过层叠多个磁性钢板而形成为近似T字形状，并具有：与磁铁相对的宽度宽的部分、即T字的头部；供线圈缠绕的大致恒定宽度的部分、即T字的脚部的缠绕部；以及插入定子轭铁心中的部分、即T字的脚部的插入部；在大致恒定宽度部分的缠绕部设置有用于固定相互层叠的磁性钢板的多个半穿通部，多个半穿通部排列设置在与大致恒定宽度的缠绕部的中心线的方向相同的方向上。

Description

旋转电机以及电动轮椅车

技术领域

本发明涉及通过改进定子齿而抑制了由感应电流引起的损耗的旋转电机、以及安装了该旋转电机的电动轮椅车。

背景技术

以往，作为这种旋转电机有轴隙式旋转电机，如图16至图19所示，在这种旋转电机中，设有齿2的定子3与具有图中没有示出的磁铁(永磁铁)的转子在旋转轴心方向上间隔间隙而配置。

具体地说，为了减少铁损，所述齿2由多个钢板2a在径向上层叠而成，并且所述多个齿2间隔预定的距离排列并固定在圆盘(近似圆环)形状的定子轭铁心6的圆周方向上。虽然在图中省略了详细的描述，但线圈通过绝缘材料(线圈架)而缠绕在这些多个齿2上。而且，如图17所示，这些齿2、定子轭铁心6、以及线圈如图16所示那样通过成型树脂(mold resin)7而被成型固定为一体，并且这些齿2的与转子相对的相对面2b露出。

所述齿2的钢板2a在以分离的状态被组装到定子轭铁心6上后被成型，并通过成型树脂7而被固定为一体。但是，组装分离的钢板2a非常繁杂，会导致工序成本增加。

因此，为了减少制造及组装的工夫，通常事先通过半穿通(halfpierce)部等嵌合手段来固定各个钢板2a。

另外，例如在专利文献1(日本专利文献特开平11-318059号公报)中记载了这种方法。在该专利文献1中，在与齿的钢板相当的凸极用铁心层叠板上形成了用于将所述铁心层叠板彼此层叠固定的孔。在编号为“0015”的段落中记载了“所述孔通过冲孔而形成”，另外，在编号为“0014”的段落中记载了“在图2中，将冲孔的板片描绘在各个冲压阶段的轧制钢板上的位置”，在图2中，在轧制钢板上的位置描绘经冲孔的圆形板片。这样看来，所述孔是贯穿孔是很清楚的。

但是，当通过半穿通部来固定各个钢板2a时，仅通过一处半穿通部无法得到足够的强度，在组装过程中可能会分离。因此，为了得到对于制造和搬运来说足够的嵌合强度，需要在多处嵌合，但同时会引发下述的问题：这些钢板2a是通过绝缘膜来绝缘的，但由于半穿通部破坏了所述绝缘膜而造成短路，各个钢板2a变为电连接的状态，因此若在多处有半穿通部，则通过这些半穿通部将会形成闭合回路，从而由于磁通穿过该闭合回路而产生感应电流，造成能量损耗。

因此，要么不形成半穿通部，为提高效率(减少感应电流损耗)而接受(允许)组装成本的增加，要么为了降低成本而接受一定程度的效率下降。

另外，在专利文献1中，在与齿的钢板相当的凸极用铁心层叠板上形成了用于将这些铁心层叠板彼此层叠固定的孔，由于该孔为贯穿孔，所以不会产生感应电流。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种即使在使用配合部来固定齿的情况下也能够将经由配合部的感应电流损耗抑制到最小限度的旋转电机、以及安装了该旋转电机的电动轮椅车。

为了达到上述目的，本发明的旋转电机包括：定子，具有缠绕有线圈的多个齿和将所述各个齿连接起来的定子轭铁心；以及转子，具有与所述齿间隔间隙而相对配置的磁铁；所述旋转电机的特征在于，所述齿通过层叠多个磁性钢板而形成为近似T字形状，并具有：与所述磁铁相对的宽度宽的部分、即所述T字的头部；供所述线圈缠绕的大致恒定宽度的部分、即所述T字的脚部的缠绕部；以及插入所述定子轭铁心中的部分、即所述T字的脚部的插入部；在所述大致恒定宽度的部分的缠绕部设置有用于固定相互层叠的磁性钢板的多个配合部，所述多个配合部排列设置在与所述大致恒定宽度的缠绕部的中心线的方向相同的方向上。

其他特征在于，所述多个配合部设置在离所述头部和所述插入部的距离为所述缠绕部的宽度的1/2以上的区域。

其他特征在于，所述齿和所述磁铁在旋转轴心方向上间隔间隙而相对配置。

其他特征在于，在所述磁性钢板的两个侧面上形成有绝缘膜，所述绝缘膜在所述配合部破损，从而通过该配合部而在多个磁性钢板之间形成了闭合回路。

其他特征在于，在所述各个磁性钢板上形成的所述各个配合部均向同一方向凸出，并在相反一侧形成了凹陷部，通过所述各个配合部相互凹凸配合而将所述各个磁性钢板层叠起来。

其他特征在于，所述各个配合部与所述线圈的缠绕部的所述中心线平行地形成或者形成在该中心线上。

其他特征在于，所述各个配合部形成为具有配合凸起部和配合凹陷部的半穿通部或者V字嵌合部。

其他特征是一种电动轮椅车，其包括：作为车辆骨架的车架、供使用者乘坐的座椅部、具有两个车轮的一对驱动轮单元、安装在所述一对的各驱动轮单元上的电动马达、以及操作部，通过操作所述操作部而经由所述电动马达驱动驱动轮，所述电动马达由所述旋转电机构成。

根据上述发明，由于设置在齿缠绕部上的多个配合部排列设置在与其大致恒定宽度的缠绕部的中心线的方向相同的方向上，因而在该缠绕部，尤其在磁通密度高时，磁通的流向与中心线的方向大致相同，因此通过在与中心线的方向相同的方向上排列设置多个配合部，能够将流经在配合部之间形成的闭合回路的磁通的变化量抑制得很小，从而能够将能量损耗抑制得很低。另外，通过多个配合部能够提高组装性能，同时还能够提高对于制造和搬运来说足够的组装强度。

根据其他特征，由于配合部设置在离头部和插入部的距离为缠绕部的宽度的1/2以上的区域，所以能够抑制由于头部、定子轭铁心以及轭插入部附近的磁通的紊乱而造成的影响，可将损耗进一步抑制得很低。

根据其他特征，通过做成轴隙式的旋转电机，可提供小型、扁平、轻量、并且由配合部导致的损耗小的高效率的旋转电机。

根据其他特征，在各个磁性钢板上形成的各个配合部呈均向同一方向凸出的凸起形状，并通过各个配合部相互凹凸配合而使各个磁性钢板层叠在一起，因此仅通过使它们凹凸配合，就能够容易地将各个磁性钢板层叠起来。

根据其他特征，由于可以减少旋转电机的损耗，因而可提供安装了小型且高输出的旋转电机的电动轮椅车。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的电动轮椅车的侧面图；

图2是示出上述第一实施方式的电动马达的截面图；

图3是示出上述第一实施方式的电动马达转子的立体图；

图4是示出上述第一实施方式的电动马达转子的正面图；

图5是示出上述第一实施方式的电动马达定子的立体图；

图6是示出上述第一实施方式的电动马达定子的背面图；

图7是示出上述第一实施方式的电动马达定子的成型前状态的立体图；

图8是示出上述第一实施方式的电动马达定子的一部分的分解立体图；

图9是示出上述第一实施方式的定子的齿的正面图；

图10是上述第一实施方式的沿图9的X-X线所取的截面图；

图11是上述第一实施方式的定子轭铁心和齿的示意图；

图12A、图12B是上述第一实施方式的磁通示意图，图12A和图12B示出了转子位置不同时的磁通；

图13是示出本发明第二实施方式的齿的正面图；

图14是上述第二实施方式的沿图13的XIV-XIV线所取的截面图；

图15是示出本发明实施方式的变形例的、与图5相当的电动马达定子的立体图；

图16是表示现有例子的定子的立体图；

图17是示出表示上述现有例子的定子的定子轭铁心和齿的立体图；

图18是表示上述现有例子的齿的立体图；

图19是表示上述现有例子的齿的正面图。

具体实施方式

下面，对本发明的实施方式进行说明。

[发明的第一实施方式]

在图1至图12中示出了本发明的第一实施方式。

首先说明结构，图1中的标号11是安装了作为根据本发明的“旋转电机”的电动马达12的电动轮椅车，其通过该电动马达12的驱动力而行驶。

在该电动轮椅车11中，在作为车辆骨架的车架13上设置有供使用者乘坐的座椅部14、以及内置有后述的电动马达12的一对驱动轮单元15，通过操作操作部17，该电动马达12以规定量驱动驱动轮16。所述两个驱动轮16构成为可被分别独立驱动，通过操作部17的操作，可以被任意地转向或调整速度。

该驱动轮单元15是将电动马达12、驱动系统、驱动轮16等进行单元化而构成的，并如图2所示，通过螺栓19和螺母19a而固定在车架13上。

所述电动马达12是轴隙式电动马达，具有定子21和转子22，所述定子21和转子22被容纳在由机壳23和盖24形成的空间内。上述螺栓19插在盖24中。

该定子21通过螺栓51而固定在机壳23上，另外，转子22与转子轴30锯齿配合并通过螺母31而固定，所述转子轴30通过轴承27、27旋转自如地设置在机壳23一侧。

如图3和图4所示，所述转子22具有近似圆盘形状的转子轭33，该转子轭33的中心部与所述转子轴30锯齿配合，另外，长方形的多个磁铁34以恒定间隔沿圆周方向接合固定在所述转子轭33的一个单面的周边部分。于是，该磁铁34与定子21在旋转轴心方向上间隔间隙C(参见图2)而相对配置。

这些磁铁34按照N极和S极交替邻接的方式配置，并呈近似圆形地接合固定在转子轭33上。

另外，如图2和图3所示，该转子轭33的中心部被冲压加工成凹陷状，固定在盖24上的电磁制动器36容纳在凹陷部33a中。通过该电磁制动器36而停止旋转的环形旋转体36a与转子22通过销37而在旋转方向上被固定。并且，在该凹陷部33a的相反一侧接合固定有磁传感器38，与该磁传感器38相对的磁极位置传感器(霍尔IC)40固定在机壳23上，该磁极位置传感器40与控制器39电连接，从而通过该磁极位置传感器40来检测转子22的磁极位置。

并且，在转子轴30上形成有太阳齿轮30a，其与两级行星减速机42的行星齿轮42a啮合。该行星减速机42将转子22的旋转减速后传至轮毂44，并通过该轮毂44的旋转而使驱动轮16旋转。

另一方面，定子21具有：近似圆盘(圆环)形状的定子轭铁心47、以规定间隔配置在该定子轭铁心47的圆周方向上的多个齿48、以及通过线圈架49缠绕在该各个齿48的周围的线圈50，这些部件通过成型树脂52而被成型固定为一体。此时，在定子21的周围，通过插入多个轴环53而还同时成型了安装法兰52a。

这些多个安装法兰52a通过螺栓51而固定在机壳23上。

另外，线圈50按U、V、W相各自连结，并且各个连结线圈的一端电连接(中性点)，而另一端被引出到成型件外部以与驱动器连接。

更加详细地说，如图8所示，定子轭铁心47通过层叠多个相同形状的磁性钢板54而形成，并形成有用于插入所述齿48的配合孔47a。

另外，齿48通过层叠多个磁性钢板57而形成为近似T字的形状，并具有：与磁铁34相对的宽度宽的部分、即T字的头部48a；供所述线圈50缠绕的大致恒定宽度的部分、即T字的脚部48b的缠绕部48c；以及插入所述定子轭铁心47的配合孔47a中的部分、即T字的脚部48b的插入部48d。

在该大致恒定宽度的部分的缠绕部48c处，相互叠合的磁性钢板57通过多个(两处)作为“配合部”的半穿通部57a而被相互固定，这两处的半穿通部57a排列设置在与所述缠绕部48c的中心线O1的方向相同的方向上。这里，所述两处半穿通部57a排列设置在与T字型齿的长度方向(图9的上下方向)大致平行的中心线O1上，但也可以排列设置在与中心线O1平行的直线上。

如图1 1所示，所述两处半穿通部57a设置在离头部48a和插入部48d的距离为所述缠绕部48c的宽度W的1/2以上的区域A(冲孔部分)中。

另外，这些半穿通部57a如图10所示那样在侧视的情况下构成为近似矩形的配合凸起部57b与相邻的磁性钢板57的配合凹陷部57c配合的结构。所述磁性钢板57通过在其两个侧面的几乎整个面上形成绝缘膜57d而被绝缘，但由于形成半穿通部57a而在配合凸起部57b的侧面57e和配合凹陷部57c的侧面57f上没有绝缘膜，因此，彼此相邻的磁性钢板57如箭头所示发生电气短路，从而在它们之间形成闭合回路。

并且，在该齿48的插入部48d上形成了通过填充成型树脂52来防止脱落的树脂填充槽48f，而且，在该齿48的头部48a上形成了与所述转子22的磁铁34相对的相对面48g，在该相对面48g的定子圆周方向的大致中心部形成了沿径向延伸的凸起部48h。凸起部48h的高度和宽度在整个长度范围内相同。另外，如图5所示，该凸起部48h两侧的相对面48g被成型树脂52掩埋。

所述齿48的相对面48g与转子22的磁铁34在旋转轴心方向上间隔间隙C而相对配置。

图2中的标号59为轮辐，标号60为手轮圈。

接着，对作用进行说明。

当为了驱动电动马达12而向线圈50通电时，由线圈50产生的磁力与由磁铁34产生的磁力合成，磁力作用在定子21与转子22之间，使该转子22旋转，并通过转子轴30、轮毂44等而驱动驱动轮16。

此时，如图12A、图12B所示，磁通流经转子轭33、磁铁34、齿48以及定子轭铁心47。在齿48中，磁通与其中心线O1(参见图11)平行地流过恒定宽度部分的缠绕部48c，在其他部分、即头部48a和插入部48d中，磁通的流动方向不固定。

因此，在所述磁通与中心线O1平行地流过的缠绕部48c中沿其中心线O1形成多个半穿通部57a，由此通过该半穿通部57a而形成的闭合回路也沿该中心线O1形成，因此穿过闭合回路而流过的磁通量的变化减小，其结果是减小了流过闭合回路的感应电流，从而能量损耗被抑制得很小。

与此相对，例如在图9中，如果如点划线X所示那样一对半穿通部57a的位置位于相对于中心线O1的方向而倾斜的方向上，则由短路的半穿通部57a形成的闭合回路和与中心线O1平行地流过的磁通交链。于是，通过该磁通量的变化，将在该闭合回路中产生交链磁通的微分的感应电压，并由该感应电压产生感应电流。

图12A示出了缠绕部48c的中心线O1和磁铁34的中心线O2的位置大致一致时的磁通的流动，图12B示出了中心线O1和中心线O2的位置稍微错开时的磁通的流动。如图12B所示，在头部48a和插入部48d附近，磁通的流动紊乱，但通过将所述两处的半穿通部57a如图11所示那样设置在离头部48a和插入部48d的距离为缠绕部48c的宽度W的1/2以上的区域A(冲孔部分)中，在该区域A中磁通沿中心线O1流动，因而能够进一步抑制感应电流的产生，能够抑制能量损耗。

另外，由于图8所示的齿48是通过将一种磁性钢板57层叠多个而形成的，因而能够抑制加工费和模具费，并且这些磁性钢板57由于通过半穿通部57a而被嵌合固定，因而能够简单地进行层叠和组装。

并且，由于在齿48上形成了内部宽的树脂填充槽48f并且在该树脂填充槽48f中填充了成型树脂52，因此可将齿48牢固地固定在定子轭铁心47上防止脱落。

另外，通过用成型树脂52覆盖齿48的相对面48d的除了凸起部48e以外的部分，也能够防止齿48在磁铁34的吸引力的作用下脱落。

此外，由于该电动马达12能够降低能量损耗，因而能够提供安装有小型且高输出的电动马达12的电动轮椅车11。

[发明的第二实施方式]

图13和图14示出了本发明的第二实施方式。

该第二实施方式的“配合部”的构成与第一实施方式的不同。在第一实施方式中，从正面观看时是圆形的半穿通部57a，但在第二实施方式中，如图13所示，从正面观看时呈沿缠绕部48c的中心线O1方向的长方形，并如图14所示的截面图那样，通过呈近似V字形状的V字嵌合部57f而将各个磁性钢板57相互嵌合固定在一起。

与第一实施方式的半穿通部57a一样，这两处V字嵌合部57f也沿着缠绕部48c的中心线O1而排列形成。

其他结构和作用与第一实施方式的相同，因此省略说明。

另外，在上述各个实施方式中，配合部(半穿通部57a、V字嵌合部57f)在对各个磁性钢板57进行冲轧时同时形成，并在后续的工序中，通过重叠多个磁性钢板57并进行冲压来将它们配合固定并层叠起来，但本发明不限于这种层叠方法。

另外，配合部的结构也不限于各个实施方式中的结构，可以是能够使磁性钢板相互重叠固定的任何结构。

并且，在上述各个实施方式中，在两处形成了配合部(半穿通部57a、V字嵌合部57f)，但不限于此，诸如也可以在三处形成，或者也可以与中心线平行地形成多列。

另外，在上述各个实施方式中，用成型树脂52覆盖了齿相对面48a的除凸起部48h以外的部分的整个面，但不限于此，也可以如图15所示那样用成型树脂52覆盖除凸起部48h以外的部分中的一部分。

Claims (11)

1.一种旋转电机，包括：定子，具有缠绕有线圈的多个齿和将所述各个齿连接起来的定子轭铁心；以及转子，具有与所述齿间隔间隙而相对配置的磁铁；所述旋转电机的特征在于，

所述齿通过层叠多个磁性钢板而形成为近似T字形状，并具有：与所述磁铁相对的宽度宽的部分、即所述T字的头部；供所述线圈缠绕的大致恒定宽度的部分、即所述T字的脚部的缠绕部；以及插入所述定子轭铁心中的部分、即所述T字的脚部的插入部；

在所述大致恒定宽度的部分的缠绕部设置有用于固定相互层叠的磁性钢板的多个配合部，所述多个配合部排列设置在与所述大致恒定宽度的缠绕部的中心线的方向相同的方向上。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述多个配合部设置在离所述头部和所述插入部的距离为所述缠绕部的宽度的1/2以上的区域。

3.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述齿与所述磁铁在旋转轴心方向上间隔间隙而相对配置。

4.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，在所述磁性钢板的除所述配合部以外的两个侧面上形成有绝缘膜，通过该配合部而在所述磁性钢板之间形成了闭合回路。

5.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，在所述磁性钢板的两个侧面上形成有绝缘膜，所述绝缘膜在所述配合部破损，从而通过该配合部而在所述磁性钢板之间形成了闭合回路。

6.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，在所述各个磁性钢板上形成的所述各个配合部均向同一方向凸出，并在相反一侧形成了凹陷部，通过所述各个配合部相互凹凸配合而将所述各个磁性钢板层叠起来。

7.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述配合部与所述线圈的缠绕部的所述中心线平行地形成。

8.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述配合部形成在所述线圈的缠绕部的所述中心线上。

9.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述各个配合部形成为具有配合凸起部和配合凹陷部的半穿通部。

10.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，所述各个配合部形成为V字嵌合部。

11.一种电动轮椅车，包括：作为车辆骨架的车架、供使用者乘坐的座椅部、具有两个车轮的一对驱动轮单元、安装在所述一对的各驱动轮单元上的电动马达、以及操作部，通过操作所述操作部而经由所述电动马达驱动驱动轮，

所述电动马达是一种旋转电机，该旋转电机的特征在于，包括：定子，具有缠绕有线圈的多个齿和将所述各个齿连接起来的定子轭铁心；以及转子，具有与所述齿间隔间隙而相对配置的磁铁；

所述齿通过层叠多个磁性钢板而形成为近似T字形状，并具有：与所述磁铁相对的宽度宽的部分、即所述T字的头部；供所述线圈缠绕的大致恒定宽度的部分、即所述T字的脚部的缠绕部；以及插入所述定子轭铁心中的部分、即所述T字的脚部的插入部；

在所述大致恒定宽度的部分的缠绕部设置有用于固定相互层叠的磁性钢板的多个配合部，所述多个配合部排列设置在与所述大致恒定宽度的缠绕部的中心线的方向相同的方向上。

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