TWI613879B

TWI613879B - 旋轉電動機

Info

Publication number: TWI613879B
Application number: TW105128227A
Authority: TW
Inventors: 落合俊介; 植田哲哉; 川口大輔
Original assignee: 三菱電機股份有限公司
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2018-02-01
Also published as: WO2017187574A1; TW201739148A; JPWO2017187574A1; JP6081040B1

Abstract

本發明的旋轉電動機係具備：定子2，係具有捲繞有線圈20的電樞芯21；轉子3，係設置成能夠相對於定子2旋轉；及電力供給部，係供給電力至定子2；定子2係沿中心軸AX的軸線方向排列配置複數個；複數個定子2當中的沿中心軸AX的軸線方向相鄰的定子2的線圈20彼此係電性連接；電力供給部係電性連接至配置在中心軸AX的軸線方向的端部的定子2的線圈20，並供給電力至端部的定子2，藉此而能夠同步驅動複數個定子2。

Description

旋轉電動機

本發明係有關具有定子(stator)及轉子(rotor)的旋轉電動機。

在可不中介減速機而直接進行驅動的旋轉電動機當中，已知有例如直接驅動馬達(direct drive motor)。相較於中介有減速機的馬達，直接驅動馬達的鬆動和背隙(backlash)小、剛性高，能夠進行高精度的控制。近年來，在例如液晶裝置及半導體裝置的領域中，係要求裝置的小型化及扁平化。為了謀求裝置的小型化及扁平化，係追求謀求直接驅動馬達的小型化及扁平化。

例如，在專利文獻1係記載一種將複數個馬達單元(motor unit)沿中心軸的軸線方向堆疊的構成。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本國特表2012-518376號公報

在上述專利文獻1的構成中，係採用堆疊複數個馬達單元的構成，藉此，能夠謀求零件的共通化，且能夠滿足顧客需求的轉矩(torque)。然而，由於從複數個馬達單元拉出達複數個馬達單元份的配線至電力供給部，故配線的條數增加。因此，有配線的銅損增加使效率降低的可能。此外，由於需要在各馬達單元中進行接線，故使接線空間增加。

本發明乃係鑒於上述情事而研創，目的在於獲得既抑制效率的降低也能夠謀求小型化及扁平化，從而能夠縮小接線空間的旋轉電動機。

為了解決上述課題並達成目的，本發明的旋轉電動機係具備：定子，係具有捲繞有線圈(coil)的電樞芯(core)；轉子，係設置成能夠相對於定子旋轉；及電力供給部，係供給電力至定子；定子係沿轉子的中心軸的軸線方向排列配置複數個；複數個定子當中的沿中心軸的軸線方向相鄰的定子的線圈彼此係電性連接；電力供給部係電性連接至定子的線圈，並供給電力至定子，藉此而能夠驅動複數個定子。

依據本發明，可達到既抑制效率的降低也能夠謀求小型化及扁平化，從而能夠縮小接線空間之效果。

1、1A、1B‧‧‧旋轉電動機

2‧‧‧定子

3‧‧‧轉子

4‧‧‧托座

4a、33a、33b、33m、36a、36m‧‧‧螺栓

5‧‧‧電源連接器

6‧‧‧軸

7‧‧‧軸承

8‧‧‧檢測器

9、9a至9l‧‧‧銷

10至13‧‧‧馬達單元

20‧‧‧線圈

21、21A至21F‧‧‧電樞芯

24‧‧‧絕緣物

27‧‧‧槽絕緣墊片

30‧‧‧永久磁鐵

33‧‧‧轉子套

36‧‧‧框

40‧‧‧電力供給部

50‧‧‧控制器

A0至A7‧‧‧引線

AX‧‧‧中心軸

D1‧‧‧軸線方向

D2‧‧‧繞軸線方向

P‧‧‧間距

U‧‧‧U相

V‧‧‧V相

W‧‧‧W相

第1圖係顯示實施形態1的旋轉電動機之剖面圖。

第2圖係顯示實施形態1的電樞芯的構成之立體圖。

第3圖係顯示實施形態1的複數個定子的電樞芯的配置之圖。

第4圖係顯示實施形態1的複數個定子的電樞芯的配置之圖。

第5圖係示意性顯示實施形態1的旋轉電動機的接線的狀態之圖。

第6圖係顯示實施形態2的旋轉電動機之剖面圖。

第7圖係示意性顯示實施形態2的旋轉電動機的接線的狀態之圖。

第8圖係顯示實施形態3的旋轉電動機之剖面圖。

以下，根據圖式詳細說明本發明實施形態的旋轉電動機。另外，本發明並不受下述實施形態所限定，亦能夠適用於一般的旋轉電動機。

實施形態1.

第1圖係顯示實施形態1的旋轉電動機1之剖面圖。在實施形態1中，旋轉電動機1乃係直接驅動馬達。旋轉電動機1係具有複數個具有定子2及轉子3的馬達單元。在實施形態1中，係兩個馬達單元11及12沿著旋轉電動機1的中心軸AX的軸線方向D1設置成兩段。旋轉電動機1係藉由具有兩段的馬達單元11及12，會相較於一段的馬達單元獲得兩倍的輸出轉矩。第一段的馬達單元11與第二段的馬達單元12係藉由螺栓(bolt)36a而固定。如上述，沿著中心軸AX的軸線方向D1相鄰的馬達單元11及12係連結成一體。因此，沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的定子2彼此係連結成一體。

定子2係具有沿中心軸AX的繞軸線方向D2排列配置的複數個電樞芯21。定子2係藉由複數個電樞芯21形成為環狀。定子2的外周面係固定於框(frame)36。在電樞芯21係將電線多重捲繞形成線圈。如上述，定子2係具有捲繞有線圈20的電樞芯21。電樞芯21係層疊有複數個板狀的芯件，藉由衝切鉚接而固定。在電樞芯21係設置有絕緣物(insulator)24、槽絕緣墊片(slot cell)27。絕緣物24係針對電樞芯21，在旋轉電動機1的中心軸AX的軸線方向D1的兩側各設置一個。絕緣物24乃係絕緣體，使用合成樹脂形成。槽絕緣墊片27係配置在覆蓋線圈20之中的中心軸AX的繞軸線方向D2的兩側之位置。槽絕緣墊片27乃係絕緣體，使用的是使用PPS樹脂、PET樹脂形成的複合膜(film)。

轉子3係具有固定於軸(shaft)6的轉子套(rotor sleeve)33、及固定於轉子套33的複數個永久磁鐵30。轉子套33係形成為圓筒狀。配置在馬達單元11的轉子套33與配置在馬達單元12的轉子套33之間係藉由螺栓33a而固定。因此，轉子3係沿中心軸AX的軸線方向D1一體地設置。永久磁鐵30係固定於轉子套33的外周面。轉子3的永久磁鐵30係與電樞芯21相對向配置。在第1圖中雖係將定子2配置在轉子3的外周側，但亦可將定子2配置在轉子3的內周側。旋轉電動機1係在電樞芯21與永久磁鐵30之間的氣隙(air gap)形成磁極，並產生排斥力吸引力，藉此而使轉子3旋轉。

軸承(bearing)7係固定於轉子3與軸6之間。托座(bracket)4係藉由螺栓4a而固定於框36。從托座4係有配線拉出，且以將該配線的拉出部覆蓋的狀態安裝有電源連接器(contactor)5。另外，配線的拉出部及電源連接器5係對一個旋轉電動機1設置一個。此外，在軸6之中的中心軸AX的軸線方向D1的反負載側的端部係安裝有檢測器8。

第2圖係顯示實施形態1的電樞芯21的構成之立體圖。第2圖係顯示一個電樞芯21。第3圖及第4圖係顯示複數個定子2的電樞芯21的配置之圖。第4圖係放大顯示第3圖的一部分。

如第2圖所示，在電樞芯21的絕緣物24係設置有使第一段的馬達單元11與二段目的馬達單元12導通之用的銷(pin)9。銷9係以從電樞芯21突出於中心軸AX的軸線方向D1的兩側之方式設置。在兩個銷9的其中一者係連接線圈20的開始捲繞的端部，在另一者係連接線圈20的結束捲繞的端部。馬達單元11的電樞芯21與馬達單元12的電樞芯21之間係藉由銷9而電性連接。銷9係具有能夠將馬達單元11與馬達單元12連接的尺寸。針對線圈20與銷9的連接構成，並未特別限定。

如第3圖所示，在馬達單元12及馬達單元11中，複數個電樞芯21係繞中心軸AX的軸線以等間距(pitch)P排列配置。藉此，設置在複數個電樞芯21的線圈20便會繞中心軸AX的軸線以等間距P排列配置。

如第4圖所示，在馬達單元12中，沿中心軸AX的繞軸線方向D2，電樞芯21的相位亦即線圈20的相位係相異於馬達單元11。在實施形態1，係在馬達單元12中，沿中心軸AX的繞軸線方向D2使線圈20配置在相對於馬達單元11錯開一半間距P之相位亦即P/2的位置。一半間距P之相位P/2係依電樞芯21的個數而異。亦即，設電樞芯21的個數為N，則成為：P/2=180°/N

藉由在沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的馬達單元11與馬達單元12之間，將電樞芯21沿中心軸AX的繞軸線方向D2錯開達一半間距P之相位P/2，便能夠抑制馬達單元11的電樞芯21的線圈端部(coil end)與馬達單元12的電樞芯21的線圈端部之干涉。亦即，成為馬達單元11及馬達單元12其中一者的線圈端部進入到另一者的線圈端部間的狀態。因此，能夠謀求旋轉電動機1的小型化及扁平化。

第5圖係示意性顯示實施形態1的旋轉電動機1的接線的狀態之圖。在第5圖中，電樞芯21排列的方向為中心軸AX的繞軸線方向D2。在第5圖中係說明U相的接線狀態。在馬達單元11的複數個電樞芯21當中的第5圖右端的電樞芯21A中，線圈20的一端部係連接至銷9a。在銷9a係連接有引線(lead wire)A0。引線A0係連接至電力供給部40。電力供給部40係供給電力至電樞芯21。電力供給部40係連接至控制器(controller)50。控制器50係供給指令信號至電力供給部40。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9b。在銷9b係連接有引線A1。

在馬達單元12的複數個電樞芯21當中的第5圖右端的電樞芯21B中，線圈20的一端部係連接至銷9c。在銷9c係連接有引線A1。馬達單元11的電樞芯21A與馬達單元12的電樞芯21B之間係透過引線A1而電性連接。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9d。另外，在銷9d係連接有引線A2。

在馬達單元12的複數個電樞芯21當中的與電樞芯21B相鄰的電樞芯21C中，線圈20的一端部係連接至銷9e。在銷9e係連接有引線A2。電樞芯21C係透過引線A2而與電樞芯21B電性連接。電樞芯21C乃係其線圈20的繞線方向成為與電樞芯21B的線圈20反方向的U′相。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9f。在銷9f係連接有引線A3。

在馬達單元11的複數個電樞芯21當中的與電樞芯21A相鄰的電樞芯21D中，線圈20的一端部係連接至銷9g。在銷9g係連接有引線A3。電樞芯21D係透過引線A3而與電樞芯21C電性連接。電樞芯21D乃係其線圈20的繞線方向成為與電樞芯21A的線圈20反方向的U′相。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9h。在銷9h係連接有引線A4。如上述，在U相，引線A0及A4係從馬達單元11匯集拉出。關於V相及W相，亦為與U相相同的接線狀態。因此，引線並不從馬達單元12拉出，而是從馬達單元11匯集拉出。電力供給部40係對從馬達單元11拉出的包括引線A0及A4在內的引線供給電力，藉此而能夠同步驅動複數個定子2。

依據實施形態1，定子2係沿中心軸AX的軸線方向D1排列配置複數個，複數個定子2當中的沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的定子2的線圈20彼此電性連接，電力供給部40係電性連接至配置在中心軸AX的軸線方向D1的端部的定子2的線圈20，並供給電力至端部的定子2，藉此而能夠同步驅動複數個定子2，故引線的拉出部係匯集在馬達單元11。因此，能夠抑制效率的降低，且能夠縮小接線空間。因此，能夠實現旋轉電動機1的小型化。此外，連接至旋轉電動機1的電力供給部40只要一個即可，故能夠在顧客側削減設備投入費用。

此外，依據實施形態1，具有定子2及轉子3的馬達單元11及12沿中心軸AX的軸線方向D1排列配置成兩段，故能夠獲得配置成一段時的兩倍的輸出轉矩。此外，轉子3及定子2以單位化形成，為能夠作為同一零件分割的構造，故能夠實現零件的共通化，且能夠削減零件個數。

實施形態2.

第6圖係顯示實施形態2的旋轉電動機1A之剖面圖。在實施形態2中，旋轉電動機1A乃係直接驅動馬達。在實施形態2中，對於與實施形態1的旋轉電動機1相同的構成要素係標註相同的元件符號並省略或簡化說明。

如第6圖所示，旋轉電動機1A係具有複數個具有定子2及轉子3的馬達單元。在實施形態2中，係三個馬達單元11、12及13沿著旋轉電動機1A的中心軸AX的軸線方向D1設置成三段。藉由設置三段的馬達單元11、12及13，會相較於一段的馬達單元獲得三倍的輸出轉矩。第一段的馬達單元11與第二段的馬達單元12之間、第二段的馬達單元12與第三段的馬達單元13之間係藉由螺栓36a而固定。如上述，沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的馬達單元11、12及13係連結成一體。因此，沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的定子2彼此係連結成一體。

在轉子3中，配置在馬達單元11的轉子套33與配置在馬達單元12的轉子套33係藉由螺栓33a而固定。此外，配置在馬達單元12的轉子套33與配置在馬達單元13的轉子套33係藉由螺栓33b而固定。因此，轉子3係沿中心軸AX的軸線方向D1設置成一體。

第7圖係示意性顯示實施形態2的旋轉電動機1A的接線的狀態之圖。在第7圖中，電樞芯21排列的方向為中心軸AX的繞軸線方向D2。在第7圖中係說明U 相的接線狀態。在馬達單元11的複數個電樞芯21當中的第7圖右端的電樞芯21A中，線圈20的一端部係連接至銷9a。在銷9a係連接有引線A0。引線A0係連接至電力供給部40。電力供給部40係供給電力至電樞芯21。電力供給部40係連接至控制器50。控制器50係供給指令信號至電力供給部40。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9b。在銷9b係連接有引線A1。

在馬達單元12的複數個電樞芯21當中的第7圖右端的電樞芯21B中，線圈20的一端部係連接至銷9c。在銷9c係連接有引線A1。馬達單元11的電樞芯21A與馬達單元12的電樞芯21B之間係透過引線A1而電性連接。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9d。在銷9d係連接有引線A5。

在馬達單元13的複數個電樞芯21當中的第7圖右端的電樞芯21E中，線圈20的一端部係連接至銷9i。在銷9i係連接有引線A5。馬達單元12的電樞芯21B與馬達單元13的電樞芯21E之間係透過引線A5而電性連接。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9j。另外，在銷9j係連接有引線A6。

在馬達單元13的複數個電樞芯21當中的與電樞芯21E相鄰的電樞芯21F中，線圈20的一端部係連接至銷9k。在銷9k係連接有引線A6。電樞芯21F係透過引線A6而與電樞芯21E電性連接。電樞芯21F乃係其線圈20的繞線方向成為與電樞芯21E的線圈20反方向的U′ 相。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9l。在銷9l係連接有引線A7。

在馬達單元12的複數個電樞芯21當中的與電樞芯21B相鄰的電樞芯21C中，線圈20的一端部係連接至銷9e。在銷9e係連接有引線A7。電樞芯21C係透過引線A7而與電樞芯21F電性連接。電樞芯21C乃係其線圈20的繞線方向成為與電樞芯21B的線圈20反方向的U′相。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9f。在銷9f係連接有引線A3。

在馬達單元11的複數個電樞芯21當中的與電樞芯21A相鄰的電樞芯21D中，線圈20的一端部係連接至銷9g。在銷9g係連接有引線A3。電樞芯21D係透過引線A3而與電樞芯21C電性連接。電樞芯21D乃係其線圈20的繞線方向成為與電樞芯21A的線圈20反方向的U′相。此外，線圈20的另一端部係連接至銷9h。在銷9h係連接有引線A4。如上述，在U相，引線A0及A4係從馬達單元11匯集拉出。關於V相及W相，亦為與U相相同的接線狀態。因此，引線並不從馬達單元12及13拉出，而是從馬達單元11匯集拉出。

如第7圖所示，在馬達單元11、12及13中，複數個電樞芯21係繞中心軸AX的軸線以等間距P排列配置。藉此，設置在複數個電樞芯21的線圈20便會繞中心軸AX的軸線以等間距P排列配置。

在馬達單元12中，沿中心軸AX的繞軸線方向D2，電樞芯21的相位亦即線圈20的相位係相異於馬達單元11。在實施形態2，係在馬達單元12中，沿中心軸AX的繞軸線方向D2使線圈20配置在相對於馬達單元11錯開一半間距P之相位亦即P/2的位置。

在馬達單元13中，沿中心軸AX的繞軸線方向D2，電樞芯21的相位亦即線圈20的相位係相異於馬達單元12。在實施形態2，係在馬達單元13中，沿中心軸AX的繞軸線方向D2使線圈20配置在相對於馬達單元12錯開一半間距P之相位亦即P/2的位置。另外，在馬達單元13中，中心軸AX的繞軸線方向D2上的線圈20的相位係與馬達單元11相同。

依據實施形態2，引線的拉出部匯集在馬達單元11。因此，能夠使拉出至電力供給部40的引線的條數減少。因此，能夠縮小接線空間，且能夠抑制效率的降低。藉此，能夠實現旋轉電動機1A的小型化。此外，連接至旋轉電動機1A的電力供給部40只要一個即可，能夠實現以低成本(cost)製造。此外，具有定子2及轉子3的馬達單元11、12及13沿中心軸AX的軸線方向D1排列配置成三段，故能夠獲得配置成一段時的三倍的輸出轉矩。

實施形態3.

第8圖係顯示實施形態3的旋轉電動機1B之剖面圖。在實施形態3中，旋轉電動機1B乃係直接驅動馬達。在實施形態3中，對於與實施形態1的旋轉電動機1相同的構成要素係標註相同的元件符號並省略或簡化說明。

如第8圖所示，旋轉電動機1B係具有複數個具有定子2及轉子3的馬達單元。在實施形態3中，係四個以上的馬達單元10沿著旋轉電動機1B的中心軸AX的軸線方向D1設置成複數段。藉由設置複數段的馬達單元10，會相較於一段的馬達單元獲得複數倍的輸出轉矩。相鄰的馬達單元10彼此之間係藉由螺栓36m而固定。如上述，沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的馬達單元10彼此係連結成一體。因此，沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的定子2彼此係連結成一體。

此外，在轉子3中，配置在沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的馬達單元10的轉子套33彼此係藉由螺栓33m而固定。因此，轉子3係沿中心軸AX的軸線方向D1設置成一體。

上述實施形態所示構成僅顯示本發明內容的一例，亦能夠與別的公知技術組合，且在不脫離本發明主旨的範圍內，亦能夠省略、變更構成的一部分。

上述的旋轉電動機1、1A、1B的構成，乃係沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的定子2的電樞芯21的銷9彼此藉由引線而連接，藉此使電樞芯21彼此電性連接，但並不以此為限。在沿中心軸AX的軸線方向D1配置定子2的情形中，旋轉電動機1、1A、1B係亦可為銷9彼此直接接觸之構成。藉此，便使電樞芯21彼此電性連接。此外，在電樞芯21具有連接器取代銷9且沿中心軸AX的軸線方向D1配置定子2的情形中，旋轉電動機1、1A、1B係亦可為連接器彼此在沿中心軸AX的軸線方向D1相鄰的電樞芯21之間進行嵌合之構成。藉此，便使電樞芯彼此電性連接。

上述的旋轉電動機1A、1B的構成，乃係電力供給部40電性連接至沿中心軸AX的軸線方向D1配置的端部的定子2的線圈20，但並不以此為限。旋轉電動機1A、1B的構成係亦可為，電力供給部40電性連接至設置在中心軸AX的軸線方向D1的端部以外的定子2的線圈20。

上述的旋轉電動機1、1A、1B的構成，乃係電力供給部40同步驅動複數個定子2，但並不以此為限。旋轉電動機1、1A、1B係亦可為個別地驅動複數個定子2之構成。

1‧‧‧旋轉電動機