TWI236202B - Rotor of motor - Google Patents

Description

π 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於可自由轉動地設置在定子（stator)外 圍部的外轉子（〇 u t e r - r 〇 10 r )式電動機的轉子（r 〇 t 〇 r )。 【先前技術】 例如日本專利第3 Ο 1 7 9 5號公報所揭示的外轉子式電 動機的轉子是如第8圖表示，在定子鐵芯（stator core) 101的外圍部配射可自由轉動的轉子鐵芯（rot〇r core ) 102。該轉子鐵芯102是固定在磁性材製的台板i〇3上， 轉子鐵芯102上形成有複數個磁鐵（magnet)插入部 104，在各磁鐵插入部 104內固定轉子磁鐵（rotor magnet ) 105 〇 【發明內容】 〔發明所欲解決之問題〕 上述習知構成的場合，由於在定子鐵芯1 01及轉子鐵 芯102間的空隙（air gap ) 106內配置位置感測器 (position sensor) 107，因此位置感測益谷易受來自 定子鐵芯1 〇 1的磁通的影響。並且，轉子鐵芯1 0 2的軸向 高度尺寸是設定和定子鐵芯1 〇 1的相同値’因此對於轉子 的磁力不會產生多餘的磁通，不能充分地以位置感測器 1 0 7進行位置檢測。因此，位置感測器1 0 7的檢測精度不 良，定子線圈（stator coil ) 1〇8的控制時間（contro1 -5- 1236202 (2) timing)會相對於定子鐵芯ι〇2的實際位置偏離，因此運 轉時會產生振動，降低運轉效率。第9圖是表示空隙1 0 6 內的磁通分布。該磁通分布是如實線表示，以轉子磁鐵 1 05的周圍方向的中心爲峰値的虛擬正弦波，但是位置感 測器1 0 7的輸出是如兩點虛線所示，相對於正式的虛擬正 弦波偏離。 本發明是有鑒於上述問題所硏創而成，其目的是提供 可獲得運轉效率的提昇的電動機轉子。 (申請專利範圍1之發明） 申請專利範圍第1項的發明是使位置感測器不易受來 自定子的磁通的影響，並且配置在可容易確保位置檢測用 磁通的領域，其主要用語的意義是如下述。 1 )台板：稱爲支撐外轉動式轉子鐵芯的支撐構件。 該台板爲磁性鋼板等的磁性材所形成，具有轉軸。 2 )轉子鐵芯：稱爲以和台板相對靜止狀態支撐的磁 性體。該轉子鐵芯其軸向的高度尺寸和輪齒（teeth )比較 設定大的尺寸，具有朝著台板及輪齒雙方軸向突出的突出 部。該轉子鐵芯的外圍面或者軸向端面上，從徑向或者軸 向相對配置有位置感測器。該位置感測器是連結在定子等 的靜止位置上，利用轉子鐵芯的突出部檢測轉動位置。 3 )磁鐵插入部··稱爲設置在轉子鐵芯的轉子磁鐵插 入用的空間部，在定子的極對應導電的位置上僅形成可對 應導電的數量。 -6 - (3) 1236202 4 )轉子磁鐵：稱爲插入磁鐵插入部內的永久磁鐵， 定子側及相逆定子側的兩面磁化爲不同極。 (申請專利範圍2之發明） 申請專利範圍第2項的發明是在轉子鐵芯的突出部設 置不存在轉子磁鐵的非存在部分，以非存在部分檢測轉子 鐵芯的轉動位置。該非存在部分是將轉子磁鐵的軸向高度 尺寸設定小於轉子鐵芯所形成。 (申請專利範圍3之發明） 申請專利範圍第3項的發明是相對於轉子鐵芯的軸向 端面朝著軸向突出轉子磁鐵的軸向端面，在轉子鐵芯的軸 向端面中的轉子磁鐵的外圍面上設置磁性壁部。該磁性壁 部具有作爲相對於台板及輪齒雙方軸向突出之突出部的功 能’磁性壁部的外圍面或者軸向端面從徑向或軸向相對配 置有位置感測器。尤其以將位置感測器從徑向相對配置在 磁性壁部的外圍面時，在轉子磁鐵的非存在部分相對爲 佳。 (申請專利範圍4之發明） 申請專利範圍第4項的發明是在轉子鐵芯形成開縫。 該開縫是在外圍面開口，配置在鄰接周圍方向的轉子磁鐵 間。 (4) 1236202 (申請專利範圍5之發明） 申請專利範圍第5項的發明是在轉子鐵芯形成開縫。 該開縫是在外圍面開口，配置在轉子磁鐵的外圍部。 (申請專利範圍6之發明） 申請專利範圍第6項的發明是在突出部的表面設置合 成樹脂製的絕緣層。 〔發明效果〕 根據申請專利範圍第1項的發明，將位置感測器從徑 向或軸向相對配置在轉子鐵芯的外圍面或軸向端面。因 此，可增長位置感測器和定子的機械性間隔長度，使位置 感測器不容易受到來自定子的磁通的影響。並且，在轉子 鐵芯設置相對於輪齒雙方突出的突出部，使位置感測器以 突出部檢測轉動位置，因此可以確實地確保位置感測器用 的磁通。與此的同時，位置感測器用磁通不會回流至台 板，可以確實地到達位置感測器，總體而言可提高位置感 測器的檢測精度。因此，可以提高定子線圈的控制時間和 轉子鐵芯的實際位置的匹配性，因此運轉時不容易產生振 動，可以提高運轉效率。 根據申請專利範圍第2項的發明，設定較轉子鐵芯小 的轉子磁鐵的軸向高度。因此，可以減少昂貴的轉子磁鐵 的使用量，可刪減成本。並且使來自轉子磁鐵的磁通經由 轉子鐵芯回流，因此同時可充分確保位置感測器用的磁 -8 - 1236202 ..........- -.……..一 通。 根據申請專利範圍第3項的發明’在轉子鐵芯的軸向 端面中的轉子磁鐵的外圍部設置突出狀的磁性壁部。因 此，來自轉子磁鐵的磁通可容易回流至外圍方向’位置感 測器相對配置在磁性壁部的外圍面時’可提高位置感測器 的檢測精度。並且，外圍側的磁性壁部中間的轉子磁鐵和 內周圍側的轉子鐵芯形成段差的狀態。因此’來自轉子磁 鐵的磁通容易回流至軸向，位置感測器相對配置在磁性壁 部的軸向端面時，可提高位置感測器的檢測精度。 根據申請專利範圍第4項的發明，在轉子鐵芯之中， 鄰接周圍方向的轉子磁鐵間形成開縫。因此，縮短 (shortcut )轉子鐵芯的極間的磁通減少，增加回流轉子 鐵芯的極間的位置感測器用的磁通，可更爲提高位置感測 器的檢測精度。 根據申請專利範圍第5項的發明，由於在轉子鐵芯中 轉子磁鐵的外圍部形成開縫，因此在轉子鐵芯的單一極內 生成相對的不同極。因此，可以轉子鐵芯的轉動位置短的 間距進行檢測，因此可容易進行對應定子線圈的負載變動 的開關控制。 根據申請專利範圍第6項的發明，由於在突出部的表 面設置合成樹脂製的絕緣層，因此可提高對於轉子鐵芯的 台板的結合力及轉子鐵芯的防銹性。並且，可藉著絕緣層 阻塞磁鐵插入部的開口，因此可以防止鐵粉等的異物進入 磁鐵插入部內。 -9- 1236202«! 【實施方式】 〈實施例1 > 1.針對定子1 底座（base) 2如第 2圖表示，栓鎖固定（screw cramp )有定子鐵芯3 °該定子鐵芯3是將磁性鋼板層疊 在軸向所構成，具有形成圓筒型的磁軛（y 〇 k e ) 4和從磁 轭4呈輻射狀延伸的複數個輪齒5。該等複數個輪齒5的 表面形成有合成樹脂製的絕緣層6，複數個輪齒1 2 3 4上從絕 緣層6上捲設U · V · W的線圈（coil ) 7。該絕緣層6上 固定有朝著外圍側延伸的臂（arm )形的支撐部 (holder)(未圖示），支撐部如第1圖表示，固定有霍 爾元件所形成的位置感測器8。 10- 1 .針對轉子1 0 2 底座2如第2圖表示，將軸承1 1的外輪呈上下2段 固定，在兩軸承1 1的內輪固定轉軸1 2。該轉軸1 2是配 置在定子鐵芯3的軸心線C L上，轉軸12的下端邰固定 3 有相當於台板的轉子外框（r 〇 t 〇 r f r a m e ) 1 3。該轉子外框 1 3是將磁性鋼板濟製加工（p r e s s w o r k i n g )所形成，具 有圓筒型磁軛1 4和位置在磁軛1 4上端部的圓環形突緣 (flange) 15和堵塞磁軛14下面的圓板形蓋（cover) 16。 4 轉子外框1 3的內周圍面固定有位於外圍部呈圓環形 1236202 '94. 18 (7) 的鐵芯安裝台（core mount) 17。該鐵芯安裝台 1 合成樹脂爲材料所形成，鐵芯安裝台1 7的上端面 圓筒型的轉子鐵芯1 8。該轉子鐵芯1 8是根據將磁 軸向層疊所形成，轉子鐵芯1 8如第1圖的（b )表 複數個凹部1 9等間距形成在周圍方向。 轉子鐵芯1 8的軸向高度尺寸Η1是如第2圖 設定大於輪齒5軸向的高度尺寸Η2。該輪齒5的 是配置在和轉子外框1 3上端面的相同高度上，轉 1 8的上端面相對於輪齒5的上端面及轉子外框1 3 面朝著上方突出。符號2 0是表示轉子鐵芯1 8的突 突出部20即是轉子鐵芯1 8中相對於輪齒5的上端 子外框1 3的上端面向上方突出的部分。 轉子鐵芯1 8是如第1圖的（b )表示，形成有 磁極2 1。該等各磁極2 1即是位於鄰接周圍方向的 部1 9間的部分，內周圍面是形成圓弧形。並且， 芯1 8在周圍方向以等間距形成有複數個開縫22。 開縫2 2是位在鄰接周圍方向的磁極2 1間的邊界部 成外圍面開口的長條形。 各磁極2 1形成有磁鐵插入部2 3。該等各磁鐵 23是如第1圖的（a )表示，形成軸向貫穿轉子S 的孔狀，各磁鐵插入部2 3內固定有高能積（h i g h

product)的銳（Neodymium) (Nd)製的轉子磁 I 該等各轉子磁鐵2 4爲內周圍側的一面及外圍側的 形成不同極的板狀，各轉子磁鐵2 4的軸向高度尺 7是以 固定有 性鋼板 示，將 表示， 上端面 子鐵芯 的上端 出部， 面及轉 複數個 2個凹 轉子鐵 該等各 分，形 插入部 I芯 18 energy |24。 相反面 寸是和 -11 - 1236202 .:(8) 轉子鐵芯1 8的軸向高度尺寸設定成相同値，各開縫2 2的 內周圍側底面是如第1圖的（b )表示，和轉子磁鐵2 4的 徑向厚度尺寸的中心線比較配置在內周圍側。 轉子鐵芯1 8的表面上，如第1圖的（a )表示，形成 位於突出部2 0的絕緣層2 5。該絕緣層2 5是和鐵芯安裝 台1 7相同的合成樹脂的材料所形成，突出部2 0是如第1 圖的（a )及（b )表示，以絕緣層2 5覆蓋外圍面•上端 面•內周圍面的全區域。該絕緣層25及鐵芯安裝台17是 如第1圖的（a )表示，利用磁鐵插入部23的上面及下面 的封閉將轉子磁鐵24封閉在磁鐵插入部23內，位置感測 器8配置在絕緣層25的外圍部而形成從徑向和突出部20 的外圍面相對。該位置感測器8是作爲檢測轉子鐵芯18 的轉動位置，根據位置感測器8的檢測結果轉換控制U · V · W相的線圈7產生轉動磁場，使轉子1 〇以轉軸1 2爲 中心轉動。 其次，針對轉子1 〇的製造方法說明如下。 1 )將轉子磁鐵24插入轉子鐵芯1 8的複數個磁鐵插 入部2 3內。在此狀態下以磁力將各轉子磁鐵2 4暫時固定 在磁鐵插入部2 3的內面，以磁力軸向定位在磁鐵插入部 2 3內。在此狀態下以磁力將各轉子磁鐵2 4暫時固定在磁 鐵插入部2 3的裏面，以磁力相對於磁鐵插入部2 3軸向定 位。 2 )將轉子外框1 3及轉子鐵芯丨8收納於成型模具的 空腔（皆未圖示）內。在此狀態下以磁力將轉子鐵芯18 -12- 1236202 ; ' * 暫時固定在轉子外框1 3的內周圍面，以磁力相對 外框1 3的蓋體1 6分開的狀態定位。 3 )將熔融樹脂注入成型模具的空腔內，使鐵 台1 7及絕緣層2 5 —體成形。 根據上述的第1實施例，轉子鐵芯1 8的外圍 徑向相對配置位置感測器8。因此，可增長位置感 和定子1的機械性間隔距離，因此位置感測器8不 來自定子1的磁通的影響。此外，在轉子鐵芯1 8 於轉子外框1 3及輪齒5雙方突出的突出部2 0，位 器8可以突出部20檢測轉動位置，因而可確實確 感測器8用的磁通。與此同時，位置感測器8用的 會在轉子外框】3內回流，可確實到達位置感測器 體而言，可提高位置感測器8的檢測精度。因此， 定子線圈7的控制時間和轉子鐵芯1 8的實際位置 配性，運轉時不容易產生振動，提高運轉效率。 在轉子鐵芯1 8中鄰接周圍方向的轉子磁鐵2 4 開縫22。因此，縮短轉子鐵芯1 8的磁極2 1間的 少，增加回流在轉子鐵芯1 8的磁極21間的位置感 用的磁通，因此可更爲提高位置感測器8的檢測精 在突出部20的表面設置合成樹脂製的絕緣層 此可提高相對於轉子鐵芯1 8的轉子外框1 3的結合 子鐵芯1 8的防銹性，因此可以防止鐵粉等的異物 鐵插入部2 3內。 於轉子 芯安裝 面上從 測器8 容易受 設置對 置感測 保位置 磁通不 8，總 可提高 間的匹 間形成 磁通減 丨測器8 度。 25，因 力及轉 進入磁

各轉子磁鐵24的軸向高度尺寸H3是如第3圖表 示’和轉子鐵芯1 8的軸向高度尺寸Η 1比較設定較小的 尺寸’各磁鐵插入部2 3內的上端部形成不存在有轉子磁 鐵2 4的空間部2 6。該等各空間部2 6內形成有合成樹脂 製的栓部27，各轉子磁鐵24藉著栓部27封閉在磁鐵插 入部23內。該等各栓部27在鐵芯安裝台17及絕緣層25 的成形時，將熔融樹脂塡充於空間部2 6內一體形成，位 置感測器8是根據配置在栓部2 7的外圍部而從徑向相對 於突出部20的外圍面。 根據上述第2實施例，設定較轉子鐵芯1 8小的轉子 磁鐵24的軸向高度尺寸Η 1。因此，由於昂貴的轉子磁鐵 24的使用量的減少。可刪減其成本。此外，來自轉子磁 鐵24的磁通經由轉子鐵芯1 8回流，因此可充分地確保位 置感測器8用的磁通。 〈實施例3〉 轉子鐵芯1 8的上端面如第4圖表示，形成有相當於 突出部的複數個磁性壁部2 8。該等各磁性壁部2 8是接觸 在轉子磁鐵24的外圍面上，位置感測器8是從軸向相對 配置在磁性壁部2 8的上端面上。 根據上述第3實施例，由於在轉子鐵芯1 8的軸向端 面中轉子磁鐵2 4的外圍部設置突出形的磁性壁部2 8 ’容 易使得磁通朝著外圍方向的回流。並且使磁性壁部2 8和 -14- (11) 1236202 轉子磁鐵2 4和轉子鐵芯1 8的上端面形成階段差的狀態’ 因此容易使得位置感測器8用的磁通朝軸向回流’位置感 測器8相對配置在磁性壁部2 8的軸向端面時，可提高位 置感測器8的檢測精度。 上述第3實施例中，位置感測器8雖是相對配置在磁 性壁部2 8的上端面，但是不限於此，例如也可以相對配 置在磁性壁部2 8的外圍面中不存在有轉子磁鐵2 3的上端 部上。 〈實施例4〉 各轉子磁鐵24的軸向局度尺寸H3是如弟5圖表 示，設定大於轉子鐵芯1 8的軸向的高度尺寸Η1 ’各轉子 磁鐵24形成有從轉子鐵芯1 8的上端面向上方突出的突出 部2 9。該等各突出部2 9的外面•內面•上端面形成有絕 緣層3 0。該絕緣層3 0是在鐵芯安裝台1 7及絕緣層2 5成 形時一體形成，位置感測器8是軸向相對配置在轉子鐵芯 1 8的突出部2 0的上端面上，並且從徑向相對配置在轉子 磁鐵2 4的突出部2 9的外圍面上。 根據上述第4實施例，在轉子磁鐵2 4設置從轉子鐵 芯1 8的軸向端面突出的突出部2 9，將位置感測器8從徑 向相對配置在突出部2 9的外圍面。因此，位置感測器8 可以直接檢測來自轉子磁鐵24的磁通，可提高位置感測 器8的檢測精度。 (12) 1236202 〈實施例5〉 轉軸1 2的下端部如第6圖表示，固定有相當於台板 的磁性鋼板製的轉子板3 1。該轉子板3 1是形成圓形，轉 子板3 1的外圍部一體形成有圓筒形壁部3 2。該轉子板3 1 的外圍部固定有圓筒形鐵芯安裝台3 3，鐵芯安裝台3 3的 上端面固定有轉子鐵芯18。該鐵芯安裝台3 3是以合成 樹脂爲材料所形成，鐵芯安裝台3 3 —體形成有覆蓋轉子 鐵芯1 8的外圍面及內周圍面的絕緣層3 4。該轉子鐵芯1 8 是配置在下端面和輪齒5相同的水平面上，上端面是相對 於輪齒5的上端面朝著上方突出，轉子鐵芯1 8的突出部 2 〇是位在外圍面上相對配置有位置感測器8。 根據上述第5實施例，經由合成樹脂製的鐵芯安裝台 3 3將轉子鐵芯1 8固定在轉子板3 1上。因此，消除轉子 板3 1和轉子鐵芯1 8的接觸部分，因此可提高電絕緣性 能。此外，振動不容易傳達至轉子板3 1。 〈實施例6〉 轉子鐵芯1 8外圍部如第7圖表示，在周圍方向以等 間距形成有複數個開縫3 5，各開縫3 5內塡充有絕緣層2 5 成形時的樹脂。該等各開縫3 5是形成外圍面開口的長條 形，複數個開縫3 5中的預定開縫是配置在磁極2 1間的邊 界部分，複數個開縫3 5中的其餘開縫則是配置在轉子磁 鐵24的外圍部。 根據上述第6實施形態，除了在磁極2 1間的邊界部 -16- 13 1236202 分並在轉子磁鐵2 4的外圍部形成開縫3 5，因此在單一的 磁極2 1內產生相對的不同磁極。因此，可以短的間距檢 測轉子鐵芯1 8的轉動位置，可容易進行對應線圈7的負 載變動的開關控制。 上述第1〜第6實施例中，雖是使用鈸製的轉子磁鐵 24 ’但是不僅限於此，例如也可以使用釤鐵（SmFe )等 具有高能積的轉子磁鐵。 【圖式簡單說明】 第1圖是表示本發明第1實施例的圖（a爲轉子擴大 表示的剖視圖，b是沿著X線的剖視圖）。 第2圖是以組裝狀態表示定子即轉子的剖視圖. 第3圖是表示本發明第2實施例的第1圖（^ )的相 當圖。 第4圖是表示本發明第3實施例的第1圖的相當圖。 第5圖是表示本發明第4實施例的第1圖（a )的相 當圖。 第6圖是表示本發明第5實施例的第1圖的相當圖。 第7圖是表示本發明第6實施例的第1圖（b )的相 當圖。 第8圖是表示習知例的第1圖的相當圖。 第9圖是表示磁通分布圖。 〔主要元件符號說明〕 -17-

1…定子、5…輪齒、8…位置感測器、1 0…轉子、 12…轉軸、1 3…轉子外框（台板）、1 8…轉子鐵芯、20… 突出部、2 2…開縫、2 3…磁鐵插入部、2 4…轉子磁鐵、 2 5…絕緣層、2 8…磁性壁部、3 1…轉子板（台板）、3 4… 絕緣層、35…開縫。

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Claims (1)

1236202 、丨 ____ · .....·.··-.··〜，'r· 拾、申請專利範圍 1 · 一種電動機轉子，其特徵爲： 具備有： 連結轉軸的磁性材製的台板； 設置在上述台板，具有相對於上述台板及定子的輪齒 雙方朝軸方向突出的突出部的複數個外轉式轉子鐵芯； 設置在上述轉子鐵芯的複數個磁鐵插入部；及 個別插入上述複數個磁鐵插入部內，使定子側及逆定 子側的兩面磁化成不同極的複數個轉子磁鐵， 在上述轉子鐵芯的外圍面或軸向端面，從徑向或者軸 向相對配置著，位於上述突出部檢測上述轉子鐵芯的轉動 位置的位置感測器。 2 .如申請專利範圍第1項所述的電動機轉子，其中上 述各轉子磁鐵，其軸向高度尺寸是設定爲小於上述轉子鐵 心 ， 上述轉子鐵芯的外圍面上，從徑向相對配置有，位於 上述突出部中上述轉子磁鐵的非存在部分的上述位置感測 器。 3 ·如申請專利範圍第1項所述的電動機轉子，其中上 述各轉子磁鐵，其軸向高度尺寸是設定爲大於上述轉子鐵 心 ， 上述轉子鐵芯的軸向端面上，設有：作爲突出部的位 於上述各轉子磁鐵的外圍部而相對於上述轉子磁鐵的軸向 端面突出的磁性壁部。 -19- 4 ·如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的電 動機轉子’其中在上述轉子鐵芯上，設有：位在鄰接周圍 方向的轉子磁鐵間外圍面呈開口的開縫。 5 ·如申請專利範圍第4項所述的電動機轉子，其中在 上述轉子鐵芯上，設有：位於上述各轉子磁鐵的外圍部， 外圍面呈開口的開縫。 6 .如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的電 動機轉子，其中在上述突出部的表面上，設有合成樹脂製 的絕緣層。 7 .如申請專利範圍第4項所述的電動機轉子，其中在 上述突出部的表面上，設有合成樹脂製的絕緣層。 8 ·如申g靑專利範圍第5項所述的電動機轉子，其中在 上述突出部的表面上，設有合成樹脂製的絕緣層。 •20、