專利名稱：直流電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生回轉(zhuǎn)扭矩的具有電樞線圈的直流電機(jī)。
背景技術(shù)：
近年，已知有各種根據(jù)其用途的，從在鐘表等中使用的極小型的至在電動(dòng)汽車或電氣汽車等動(dòng)力系統(tǒng)中使用的中型、大型的直流電機(jī)。這種直流電機(jī)。不論用途如何，回轉(zhuǎn)或提高扭矩發(fā)生的效率都是基本的問題。另外，每當(dāng)使用直流電機(jī)時(shí)，要求提高響應(yīng)速度。
直流電機(jī)分成帶電刷的電機(jī)，不帶電刷的電機(jī)，帶鐵芯的電機(jī)和不帶鐵芯的電機(jī)等。在帶鐵芯的電機(jī)中，又分成帶槽和不帶槽的。這種直流電機(jī)具有構(gòu)成磁場構(gòu)成體的磁鐵和構(gòu)成電樞構(gòu)成體的電樞線圈作為基本結(jié)構(gòu)。根據(jù)用途等，一個(gè)作為轉(zhuǎn)子，另一個(gè)作為定子驅(qū)動(dòng)。在這種情況下，作為電樞線圈的結(jié)構(gòu)，已知以下的專利文獻(xiàn)。
再表001062401號(hào)公報(bào)。
特開昭60-241761號(hào)公報(bào)。
上述專利文獻(xiàn)1說明了使電樞線圈的外周與園環(huán)狀的磁鐵的外周重合，配置三個(gè)與該園環(huán)狀磁鐵的直徑方向平行地并排卷繞輪環(huán)面的中空的該電樞線圈的內(nèi)轉(zhuǎn)子形的無電刷電機(jī)。這種無電刷電機(jī)可實(shí)現(xiàn)小型和薄型提高扭矩發(fā)生效率和節(jié)能。
另外，上述專利文獻(xiàn)2說明了一種使電樞線圈的外周與園環(huán)狀層疊軛鐵的外周重合，將輪環(huán)面卷繞成120°的“ㄑ”字形的無槽電機(jī)。這種無槽電機(jī)有利于在大致全部的線圈卷線的一部分產(chǎn)生扭矩。
另外，還知道將電樞線圈的外周與園環(huán)狀磁鐵的外周重合，使用在同心園上卷繞輪環(huán)面的中空線圈的內(nèi)轉(zhuǎn)子形的無槽電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在將電樞線圈作成中空線圈的情況下(無鐵芯電機(jī))，當(dāng)該電樞線圈回轉(zhuǎn)時(shí)，因?yàn)殡姌芯€圈彼此的粘接部分受限制，因此會(huì)由離心力或沖擊造成脫落。在磁鐵(轉(zhuǎn)子)回轉(zhuǎn)的情況下，因?yàn)闉榱耸馆S在中心回轉(zhuǎn)，必須設(shè)置軸承，電樞線圈的圈數(shù)和大小有界限，同時(shí)，回轉(zhuǎn)時(shí)的響應(yīng)速度不能提高。
另外，在無鐵芯電機(jī)中，一般使用二極的磁鐵。由于在殼體的磁性回路中，磁返回的路徑長，因此容易飽和，必須使磁性材料的厚度加厚，這會(huì)阻礙小型化。另外，大部分使用二極磁鐵和180°配置的二個(gè)電刷，只能每180°進(jìn)行線圈控制，要提高效率困難。
另一方面，發(fā)生的扭矩可以利用電樞線圈的粗細(xì)和圈數(shù)提高。例如，當(dāng)電樞線圈的粗細(xì)為二倍時(shí)，磁鐵，軛鐵間的間隙為二倍，這樣存在扭矩發(fā)生效率降低的問題。因此，要求使磁鐵和軛鐵間的間隙狹窄，來提高電樞線圈的扭矩發(fā)生效率。
本發(fā)明是考慮上述問題而提出的，其目的是要提供可以達(dá)到小型、薄型化、電機(jī)效率提高，發(fā)生扭矩增大，響應(yīng)性提高的直流電機(jī)。
為了解決上述問題，在權(quán)利要求1的發(fā)明中，一種直流電機(jī)，它具有以發(fā)生磁場為主的磁鐵和以產(chǎn)生扭矩為主的電樞線圈，可以任何一個(gè)作為轉(zhuǎn)子，其特征為，它具有上述電樞線圈；內(nèi)部線圈群，它是將導(dǎo)體卷繞給定圈數(shù)的給定形狀的中空的內(nèi)部線圈體，按給定數(shù)目，并聯(lián)配置在假想的園盤或園盤狀的鐵芯周邊側(cè)面上的；和外部線圈群，它是將導(dǎo)體卷繞給定圈數(shù)的給定形狀的中空的外部線圈體，覆蓋該內(nèi)部線圈群，按給定數(shù)目并聯(lián)配置在以上述內(nèi)部線圈群作為假想的園盤時(shí)的周邊側(cè)面上的。
在權(quán)利要求2～6的發(fā)明中將上述內(nèi)部線圈群的周邊側(cè)面和上述外部線圈群的周邊側(cè)面作成同一個(gè)外周邊構(gòu)成。
上述各個(gè)內(nèi)部線圈體和各個(gè)外部線圈體，作成中空的大致臺(tái)座形狀或弓形，分別以120°間隔配置該內(nèi)部線圈體，相對(duì)于各內(nèi)部線圈體錯(cuò)開60°，以120°間隔配置該外部線圈體構(gòu)成。
上述內(nèi)部線圈體和上述外部線圈體相互相對(duì)的相彼此串聯(lián)或并聯(lián)連接，各自為星形連接。
在以上述電樞線圈部分作為轉(zhuǎn)子的情況下，它還具有與上述各個(gè)內(nèi)部線圈體和各個(gè)外部線圈體對(duì)應(yīng)的整流子，具有每90°配置在該各個(gè)整流子上的4個(gè)電刷。
在上述電樞線圈部分作為轉(zhuǎn)子的情況下，它還具有與用上述各個(gè)內(nèi)部線圈體和各個(gè)外部線圈體星形連接的各個(gè)線圈體對(duì)應(yīng)的整流子，具有以90°配置在該各個(gè)整流子上的二個(gè)電刷。
這樣，在具有磁鐵和電樞線圈，以任何一個(gè)作為轉(zhuǎn)子的直流電機(jī)中，電樞線圈由將中空的內(nèi)部線圈體以給定數(shù)目并聯(lián)配置在假想園盤或園盤狀的鐵芯周邊側(cè)面上的內(nèi)部線圈群，和覆蓋該內(nèi)部線圈群，以給定數(shù)目并聯(lián)配置中空的外部線圈體的外部線圈群形成。即，利用最小限度的空間，可以增加電樞線圈的圈數(shù)，可達(dá)到小型，減薄尺寸，提高電機(jī)效率，增加產(chǎn)生的扭矩。
另外，在將磁鐵配置在內(nèi)部線圈群和外部線圈群的中空部分上作為轉(zhuǎn)子的情況下，通過作成用該內(nèi)部線圈群和外部線圈群最大限度地包含該磁鐵的形狀，可得慣性的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，可提高響應(yīng)速度。
采用本發(fā)明，通過在具有磁鐵和電樞線圈，以任何一個(gè)作為轉(zhuǎn)子的直流電機(jī)中，電樞線圈由將中空的內(nèi)部線圈體以給定數(shù)目并聯(lián)配置在假想園盤或園盤狀的鐵芯周邊側(cè)面上的內(nèi)部線圈群，和覆蓋該內(nèi)部線圈群，以給定數(shù)目并聯(lián)配置中空的外部線圈體的外部線圈群形成。可達(dá)到小型，減薄尺寸，提高電機(jī)效率，同時(shí)，可增大產(chǎn)生的扭矩，提高響應(yīng)速度。
另外，因?yàn)榭赏ㄟ^并聯(lián)連接或串聯(lián)連接各個(gè)內(nèi)部線圈體和各個(gè)外部線圈體相對(duì)的線圈體，選擇全體電樞線圈的電阻，因此可與所加電壓的變動(dòng)對(duì)應(yīng)。另一方面，可提高與所加電壓相應(yīng)的形成線圈體的線材粗細(xì)選擇的自由度。


圖1(A)為本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(1)；圖1(B)為本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(2)；圖1(C)為本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(3)；圖2為圖1(A)～(C)所示的直流電機(jī)的一部分的剖面立體圖；圖3(A)為圖1(A)～(C)所示的直流電機(jī)的電樞線圈的說明圖(1)；圖3(B)為圖1(A)～(C)所示的直流電機(jī)的電樞線圈的說明圖(2)；圖3(C)為圖1(A)～(C)所示的直流電機(jī)的電樞線圈的說明圖(3)；圖4(A)為圖1(A)～(C)所示的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖(1)；圖4(B)為圖1(A)～(C)所示的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖(2)；圖4(C)為圖1(A)～(C)所示的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖(3)；圖5(A)為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(1)；圖5(B)為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(2)；圖5(C)為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(3)；圖6(A)為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(1)；圖6(B)為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(2)；圖6(C)為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(3)；圖7(A)為圖6(A)～(C)所示的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖(1)；圖7(B)為圖6(A)～(C)所示的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖(2)；圖8(A)為本發(fā)明的第4個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(1)；圖8(B)為本發(fā)明的第4個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(2)；圖8(C)為本發(fā)明的第4個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖(3)；
圖9(A)為圖8(A)～(C)所示直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖(1)；圖9(B)為圖8(A)～(C)所示直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖(2)；11.41.71.101直流電機(jī)，12轉(zhuǎn)子13定子16線圈軛鐵22磁鐵軛鐵23A～23D磁鐵31A～31C內(nèi)部線圈體，32A～32C外部線圈體具體實(shí)施方式
以下利用

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。由于本發(fā)明的直流電機(jī)對(duì)帶電刷電機(jī)，不帶電刷電機(jī)，帶鐵芯電機(jī)，不帶鐵芯電機(jī)等都適用，在本實(shí)施例中表示不帶電刷電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子形和外轉(zhuǎn)子形，帶電刷的無鐵芯電機(jī)。另外，本發(fā)明的直流電機(jī)不是僅限于上述電機(jī)，其概念也包含原理相同的回轉(zhuǎn)作動(dòng)器等。
在圖1(A)～(C)中表示本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，同時(shí)，圖2(A)～(C)表示圖1(A)～(C)所示的直流電機(jī)的一部分的剖面立體圖。圖1(A)～(C)和圖2表示內(nèi)轉(zhuǎn)子形的不帶電刷的電機(jī)，1(A)為殼體內(nèi)部的平面結(jié)構(gòu)圖，圖1(B)為圖1(A)的A-A剖面圖，圖1(C)為從除去蓋的底面看的結(jié)構(gòu)圖，在圖1(A)～(C)和圖2中，配置定子13，使它包含轉(zhuǎn)子12，這樣，直流電機(jī)11容納在殼體14中。殼體14為園筒狀，其一端開放，在另一端的中心形成園筒狀的軸支承部分。
上述轉(zhuǎn)子12的軸21固定在碗狀的磁鐵軛鐵22中，在該磁鐵軛鐵22的外周上，非接觸地固定以發(fā)生磁場為主的4個(gè)(4極)的磁鐵23A～23D。軸21通過軸承(例如滾珠軸承)15A，15B可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在上述殼體14的軸支承部分上。上述磁鐵23A～23D，使用釹鐵系的磁鐵，釤鈷系磁鐵等各向異性的磁鐵，使N極和S極交互地配置，對(duì)4個(gè)極進(jìn)行磁化。
上述定子13由用于產(chǎn)生扭矩為主的籠形的電樞線圈構(gòu)成。該電樞線圈由內(nèi)部線圈群和外部線圈群構(gòu)成。該內(nèi)部線圈群是作為導(dǎo)體的線圈，以給定圈數(shù)卷繞成大致為臺(tái)座形(弓形也可以)的中空的內(nèi)部線圈體31A～31C并聯(lián)配置在假想園盤的轉(zhuǎn)子12的園周側(cè)面上構(gòu)成的。該外部線圈群將作為導(dǎo)體的線圈以所示圈數(shù)卷繞成大致為臺(tái)座形(弓形也可以)的中空的外部線圈體32A～32C，覆蓋該內(nèi)部線圈群，并聯(lián)配置在將該內(nèi)部線圈作為假想的園盤的情況下的周邊側(cè)面上。(詳細(xì)情況在圖3中說明)。
上述定子13與設(shè)在殼體14的側(cè)壁內(nèi)壁上的線圈軛鐵(層疊軛鐵)16有微小間隙(接觸也可以)，線路基板7設(shè)在該定子13的下方(殼體14的開口一側(cè))。至少，霍爾元件18A～18C放置在該線路基板17的確定的位置上(例如60°間隔)，對(duì)應(yīng)數(shù)目的引線19在殼體14的外部延伸出來。即由外部控制回路，根據(jù)上述霍爾元件18A～18C的檢測，對(duì)內(nèi)部線圈群和外部線圈群進(jìn)行通電控制。在殼體14的開放部分上設(shè)有蓋20，成為大致密閉的狀態(tài)。另外，在上述線路基板17上與上述霍爾元件18A～18C一起，放置上述控制回路也可以。
圖3(A)～3(C)表示圖1(A)～1(C)所示的直流電機(jī)的電樞線圈的說明圖。在圖3(A)中，首先，部線圈體31A～31C分別為將線圈按整列卷繞，往復(fù)卷繞的多層結(jié)構(gòu)，作為中空的大致臺(tái)座形狀(弓形也可以)。通過使形狀成為上述臺(tái)座形或弓形，可以確保殼體14的軸支承部分和后述的整流子(電刷)的配置位置。外部線圈體32A～32C大小不同，形狀相同。
又如圖3(A)所示，分別以120°的間隔，將上述三個(gè)內(nèi)部線圈體31A～31C并聯(lián)地配置在以轉(zhuǎn)子12作為假想園盤的該轉(zhuǎn)子12的園周側(cè)面上，形成圖3(B)所示的內(nèi)部線圈群。另外，分別將外部線圈體32A～32C，與上述內(nèi)部線圈體31A～31C偏移60°，以120°的間隔，覆蓋該內(nèi)部線圈群，并聯(lián)地配置在以該內(nèi)部線圈群作為假想園盤時(shí)的園周側(cè)面上，形成圖3(C)所示的外部線圈群。在這種情況下，將內(nèi)部線圈群的園周側(cè)面和上述外部線圈群的園周側(cè)面作成同一個(gè)外周。另外，利用圖4說明上述內(nèi)部線圈體31A～31C和外部線圈體32A～32C的連接。
現(xiàn)簡單地說明上述直流電機(jī)11的裝配。首先，將軸21壓入磁鐵軛鐵22中，如上所述，使磁化的磁鐵23A～23D與該磁鐵軛鐵22的外周粘接固定。另一方面，將線圈軛鐵16插入殼體14的側(cè)部內(nèi)壁中，粘接固定，同時(shí)，將軸承15A，15B安裝在軸支承部分上。
接著，將由磁鐵23A～23D(磁鐵軛鐵22)構(gòu)成的轉(zhuǎn)子12以微小的間隙包容在內(nèi)，分別配置內(nèi)部線圈體31A～31C，與這些接觸部分粘接固定。再如上所述，分別配置外部線圈體32A～32C，以覆蓋該內(nèi)部線圈體31A～31C，與分別與這些接觸部分和內(nèi)部線圈體31A～31C接觸的部分粘接固定。這樣，形成內(nèi)部包容轉(zhuǎn)子12的定子13的線圈組件。在內(nèi)部線圈體31A～31C和外部線圈體32A～32C的裝配中，使用對(duì)應(yīng)的夾具。
另外，將上述線圈組件插入殼體14內(nèi)(將軸21壓入殼體14的軸支承部分的軸承15A，15B中)，將該殼體14的上面(開口相反一側(cè))的內(nèi)壁和上述外部線圈體32A～32C的上部粘接固定。進(jìn)行焊接等安裝至少是放置著霍爾元件18A～18C的線路基板17，利用鉚接等將蓋20安裝在殼體14的開口部分上。
另外，在圖4(A)～4(C)中表示圖1(A)～1(C)所示的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖。圖4(A)，(B)為上述內(nèi)部線圈體31A～31C和外部線圈體32A～32C的連接圖，圖4(C)為表示通至各個(gè)線圈體的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間圖。
在圖4(A)中，內(nèi)部線圈群的各個(gè)內(nèi)部線圈體31A～31C分別為星形連接，同時(shí)，外部線圈群的各個(gè)外部線圈體32A～32C分別為星形連接，相互相對(duì)的相之間(a相～c相和中性點(diǎn)n)中，并聯(lián)連接。即將內(nèi)部線圈體31A和外部線圈體32B(a相)，內(nèi)部線圈體31B和外部線圈體32C(b相)，內(nèi)部線圈體31C和外部線圈體32A(c相)和相互的中性點(diǎn)n連接。
另外，在圖4(B)中，分別將內(nèi)部線圈體31A和外部線圈體32B(a相)，內(nèi)部線圈體31B和外部線圈體32C(b相)，內(nèi)部線圈體31C和外部線圈體32A(c相)串聯(lián)連接，使它們成為星形連接(中性點(diǎn)n)。
這樣，因?yàn)橥ㄟ^并聯(lián)連接或串聯(lián)連接各個(gè)內(nèi)部線圈體的31A～31C和各個(gè)外部線圈體32A～32C的各個(gè)相對(duì)的線圈體，可以選擇全體電樞線圈的電阻，因此可以與所加的電壓的變動(dòng)對(duì)應(yīng)，另一方面，選擇容易形成與所加電壓對(duì)應(yīng)的線圈體的線材粗細(xì)的余地寬，可以提高線圈體形成的自由度。
因?yàn)樯鲜鲋绷麟姍C(jī)11的霍爾元件18A～18C以60°的間隔配置，通過使回轉(zhuǎn)的4極磁鐵23A～23D發(fā)出的磁束的極性每轉(zhuǎn)動(dòng)90變化，則該霍爾元件18A～18C檢測的極性，在該磁鐵23A～23D每回轉(zhuǎn)30°時(shí)變化。因此，根據(jù)該霍爾元件18A～18C的檢測可以在上述a-c相中進(jìn)行通電控制。
即如圖4(c)所示，根據(jù)與磁鐵23A～23D的回轉(zhuǎn)相應(yīng)的霍爾元件18A～18C的每30°的回轉(zhuǎn)的檢測，通過將驅(qū)動(dòng)用電的供給a相-b相，可驅(qū)動(dòng)內(nèi)部線圈體31A和外部線圈體32B(I，IV)，內(nèi)部線圈體31B和外部線圈體32C(II，V)；通過將驅(qū)動(dòng)用電力供給a相-c相，可以驅(qū)動(dòng)內(nèi)部線圈體31A和外部線圈體32B(I，IV)，內(nèi)部線圈體31C和外部線圈體32A(III，VI)；通過將驅(qū)動(dòng)用電力法給b相-C相，可以驅(qū)動(dòng)內(nèi)部線圈體31B和外部線圈體32C(II，V)；內(nèi)部線圈體31C和外部線圈體32A(III，VI)。
這樣，通過利用內(nèi)部線圈體31A～31C和外部線圈體32A～32C構(gòu)成電樞線圈，由于可以最小限度的空間增加電樞線圈的圈數(shù)，增加發(fā)生的磁束，因此，這樣可以達(dá)到小型和減薄尺寸。特別是，如上所述，在電樞線圈為二層結(jié)構(gòu)時(shí)，通過使內(nèi)部線圈群的周邊側(cè)面和外部線圈群的周邊側(cè)面為同一個(gè)外周，可使軛鐵和磁鐵的間隙與先前只使用內(nèi)部線圈群的一層結(jié)構(gòu)的相同，因此可以提高電機(jī)效率，增大發(fā)生的扭矩。另外，作為轉(zhuǎn)子的磁鐵23A～23D，為利用該內(nèi)部線圈體31A～31C和外部線圈體32A～32C，最大限度地包容在內(nèi)部線圈體31A～31C和外部線圈體32A～32C的中空部分中的形狀，因此作為轉(zhuǎn)好成為慣性小的結(jié)構(gòu)，可以提高響應(yīng)速度。
其次，在圖5(A)～5(C)中，表示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。5(A)～5(C)表示外轉(zhuǎn)子形的無電刷電機(jī)，圖5(A)為電機(jī)內(nèi)部的平面結(jié)構(gòu)圖，圖5(B)為圖5(A)的B-B截面圖，圖5(C)為從除去基座的底面看的結(jié)構(gòu)圖。在圖5(A)～5(C)中，直流電機(jī)41配置成轉(zhuǎn)子42包含定子43，通過軸承45A，45B安裝在基座44上?；?4的園板狀的中心部分上作出園筒狀的軸支承部分，上述軸承45A，45B安裝在該軸支承部分的內(nèi)壁上。
在上述轉(zhuǎn)子42的倒置碗形磁鐵軛鐵51的中心部分設(shè)置凸臺(tái)52，軸53固定在該凸臺(tái)52上。產(chǎn)生磁束的主要的與上述相同的4極的磁鐵54A～54D固定在該磁鐵軛鐵51的側(cè)部內(nèi)壁上。該磁鐵54A-54D與圖1(A)～1(C)所示的磁鐵23A-23D相同。
上述定子43的園盤狀的層疊鐵芯61安裝在基座44的軸支承部分的外周上，由上述圖3(A)-3(C)所示的中空的內(nèi)部線圈體62A-62C構(gòu)成的內(nèi)部線圈群和中空的外部線圈體63A-63C構(gòu)成的外部線圈群，覆蓋該內(nèi)部線圈群，安裝在該層疊鐵芯61的周邊側(cè)面上。
即，與圖3(A)～3(C)同樣，分別將上述三個(gè)內(nèi)部線圈體62A-62C，以120°間隔并聯(lián)配置在層疊鐵芯61的周邊側(cè)面上，作為內(nèi)部線圈群；分別將三個(gè)外部線圈體63A-63C覆蓋該內(nèi)部線圈群，從上述內(nèi)部線圈體31A～31C偏離60°，以120°間隔并聯(lián)配置在以該內(nèi)部線圈群作為假想的園盤時(shí)的周邊側(cè)面上，作為外部線圈群；將內(nèi)部線圈群的周邊側(cè)面和上述外部線圈群的周邊側(cè)面成為同一個(gè)外周。又如圖4(A)或圖4(B)所示，內(nèi)部線圈體62A-62C和外部線圈體63A-63C星形連接，相互相對(duì)的相彼此連接。
另外，在基座44上，在定子43的下方設(shè)置線路基板46，霍爾元件47A～47C至少以60°間隔放置在該線路基板46上，對(duì)應(yīng)數(shù)目的引線48在外部延伸出來。
現(xiàn)簡單地說明上述直流電機(jī)41的裝配。首先，利用鉚接等將凸臺(tái)52固定在磁鐵軛鐵51上，將軸53壓入該凸臺(tái)52中。如上所述，將磁化的磁鐵54A～54D互相非接觸地配置在該磁鐵軛鐵51側(cè)部內(nèi)壁上，粘接固定。另一方面，分別將內(nèi)部線圈體62A-62C配置在層疊軛鐵61上，與這些零件的接觸部分和該層疊軛鐵61的接觸部分粘接固定。
另外，如上所述，分別將外部線圈體63A-63C配置成覆蓋該內(nèi)部線圈體62A-62C，與這些零件的接觸部分和內(nèi)部線圈體31A～31C的接觸部分粘接固定。這樣，形成內(nèi)部包容層疊軛鐵61的定子43的線圈組件。
接著，至少放置霍爾元件47A～47C，將與對(duì)應(yīng)數(shù)目的引線48連接的線路基板44安裝在上述線圈組件上，對(duì)對(duì)應(yīng)的分接抽頭進(jìn)行焊接等。另外，將軸承45A，45B安裝在基座44上，將上述線圈組件粘接固定在基座44的軸支承部分的外周上。將轉(zhuǎn)子42的軸53壓入該軸承45A，45B中。
這樣，直流電機(jī)41的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與上述直流電機(jī)11相同。即與上述同樣，通過用內(nèi)部線圈體62A-62C和外部線圈體63A-63C構(gòu)成電樞線圈?？衫米钚∠薅鹊目臻g增加電樞線圈的圈數(shù)增加產(chǎn)生的磁束，這樣可以達(dá)到小型和減薄尺寸；同時(shí)可以提高電機(jī)效率，增加發(fā)生的扭矩和提高響應(yīng)速度。
其次，在圖6(A)～6(C)中表示本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。圖6(A)～6(C)表示外轉(zhuǎn)子形的帶電刷的無鐵芯電機(jī)。圖6(A)為除去電刷臺(tái)，從底面看的結(jié)構(gòu)圖，圖6(B)為圖6(A)的C-C截面，圖6(C)為電刷臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。在圖6(A)～6(C)中，配置轉(zhuǎn)子73，使它包含定子72，將直流電機(jī)71放置在殼體74中。殼體74為園筒狀，其一端開放，在另一端的中心部分形成園筒形狀的軸支承部分。
上述定子12的園盤狀磁鐵軛鐵81固定在上述軸支承部分的內(nèi)壁上；以產(chǎn)生磁束為主的4個(gè)磁鐵82A～82D固定在該磁鐵軛鐵81的外周上。
該磁鐵82A～82D與上述相同。
上述轉(zhuǎn)子73的軸91貫通園板狀的輪轂92的中心固定，6個(gè)整流子93A～93F(6個(gè)扇形體)固定在該軸91的一個(gè)輪轂92上。另外，以上述定子72和輪轂92作為假想的園盤，將由圖3(A)～3(C)所示的中空的內(nèi)部線圈體94A～94C構(gòu)成的內(nèi)部線圈壁和由中空的外部線圈體95A～95C構(gòu)成的外部線圈群，覆蓋該內(nèi)組線圈群，安裝在其周邊側(cè)面上。
即，與圖3(A)～3(C)同樣，分別將上述3個(gè)內(nèi)部線圈體94A～94C，以120°間隔并聯(lián)地配置在以定子72和輪轂92作為假想的園盤時(shí)的周邊側(cè)面上，作為內(nèi)部線圈群。分別將三個(gè)外部線圈體95A～95C，以偏離上述內(nèi)部線圈體94A～94C60°的120°間隔，覆蓋該內(nèi)部線圈群，并聯(lián)地配置在以該內(nèi)部線圈群作為假想的園盤時(shí)的周邊側(cè)面上，作為外部線圈群。將內(nèi)部線圈群的周邊側(cè)面上和上述外部線圈群的周邊側(cè)面作為同一個(gè)外周。又如圖4(A)或圖4(B)所示，內(nèi)部線圈體94A～94C和外部線圈體95A～95C星形連接，相互相對(duì)的相彼此連接。
在這種情況下，內(nèi)部線圈群和外部線圈群用給定數(shù)目的增強(qiáng)園環(huán)96增強(qiáng)固定。另外，由于當(dāng)電樞線圈回罻時(shí)，該增強(qiáng)園環(huán)96不脫離，因?yàn)楸緛韮?nèi)部線圈體94A～94C和外部線圈體95A～95C相互用粘接劑等固定?？杀壬鲜鎏卦S文獻(xiàn)1中的線圈體彼此的粘接更牢固地固定，因此，防止由回轉(zhuǎn)造成的脫離比先前增強(qiáng)。
另外，軸91利用軸承(例如套筒形的軸承，上述的滾珠軸承也可以)75可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在上述殼體74的軸支承部分的內(nèi)壁上。在從該軸91的殼體74延伸的部分上，設(shè)置E園環(huán)76。
另一方面，起殼體74的蓋的作用的電刷臺(tái)77設(shè)在該殼體74的開口上，四個(gè)電刷78A～78D，以90°間隔配置在對(duì)應(yīng)的電刷固定部分上固定，使得與上述整流子93A～93F接觸，不變寬。上述電刷78B，78C一起在連接狀態(tài)下與引線79A連接，上述電刷78D，78A一起在連接狀態(tài)下與引線79B連接。通過將電刷臺(tái)77嵌合固定在殼體74的開口部分上，可使該殼體74由成為大致密閉狀態(tài)。
現(xiàn)簡單地說明上述直流電機(jī)71的裝配。首先，將軸承75壓入(或粘接)磁鐵軛鐵81中，如上所述，將磁化的磁鐵82A～82D，互相非接觸地配置在該磁鐵軛鐵81的外周上，粘接固定。另一方面，將輪轂77壓入軸91上，以微小間隙將上述磁鐵82A～82D包容在內(nèi)部，使內(nèi)部線圈體94A～94C與輪轂77粘接固定(使用專用的夾具)。另外，如上所述那樣分別配置外部線圈體95A～95C與輪轂77粘接固定(使用專用的夾具)。另外，如上所述那樣分別配置外部線圈體95A～95C，以覆蓋該內(nèi)部線圈體94A～94C，利用接觸部分，分別與該接觸部分和內(nèi)部線圈體94A～94C粘接固定，同時(shí)，利用增強(qiáng)園環(huán)96粘接固定該內(nèi)部線圈群和外部線圈群。
另一方面，將整流子93A～93F安裝在軸91上，將各個(gè)對(duì)應(yīng)的內(nèi)部線圈體94A～94C和外部線圈體95A～95C的一個(gè)分接抽頭，利用焊接與該整流子93A～93F的豎片連接，利用焊接等將另一個(gè)分接抽頭固定在上述增強(qiáng)園環(huán)96上。再將磁鐵軛鐵81插入殼體74的軸支承部分的內(nèi)壁中，粘接固定。
另一方面，將電刷78A～78D安裝在電刷臺(tái)77上，在對(duì)應(yīng)的電刷上連接，同時(shí)，利用焊接等與對(duì)應(yīng)的引線79A，79B連接，使該電刷78A～78D擴(kuò)大并將該電刷臺(tái)77安裝在殼體74中。將引線79A，79B與電源連接，供給電流，使該電刷臺(tái)77回轉(zhuǎn)，同時(shí)與適當(dāng)?shù)臅r(shí)間位置重合，利用鉚接或粘接劑等安裝在殼體74中。
在圖7(A)和圖7(B)中，表示如圖6(A)～6(C)所示的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖。圖7(A)為表示整流子和電刷的說明圖。圖7(B)為表示通向各個(gè)線圈體的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間圖。
在圖7(A)中，上述各個(gè)內(nèi)部線圈體94A～94C和各個(gè)外部線圈體95A～95C，如圖4(A)或圖4(B)所示那樣，星形連接，各個(gè)相分別與6個(gè)扇形體的整流子93A～93下連接。另外，每90°配置的電刷78A～78D與這種整流子93A～93F接觸。
如圖7(B)所示，通過交互地將正負(fù)電壓加在上述直流電機(jī)71的電刷78A，78C和電刷78B，78D上，可以交互地分別將驅(qū)動(dòng)電力供給整流子93A，93D(內(nèi)部線圈體94A，外部線圈95B)和整流子93B，93E(內(nèi)部圈體94B，外部線圈95C)的a相一b的相之間(I，II，III，IV)；整流子93A，93D(內(nèi)部圈體94A，外部線圈95B)和整流子93C，93F(內(nèi)部線圈體94C，外部線圈95A)的a相一c相之間(I，IV，IV，VI)；整流子93B，93E(內(nèi)部線圈體94B，外部線圈95C)和整流子93C，93F(內(nèi)部線圈體94C，外部線圈95A)的b相-c相之間(II，III，V，VI)，轉(zhuǎn)子73回轉(zhuǎn)。
即因?yàn)榇盆F82A-82D在4個(gè)極上被磁化，電刷78A-78D每90°配置在6個(gè)扇形體的整流子93A-93F上，這樣，如上所述，通過交互地將正負(fù)電壓加上電刷78A，78C和電刷78B，78D上，當(dāng)轉(zhuǎn)子73轉(zhuǎn)動(dòng)1轉(zhuǎn)時(shí)，各個(gè)內(nèi)部線圈體94A-94C和各個(gè)外部線圈體95A～95C分別將電流切換4次。因此，與先前的在二個(gè)極磁化的分成二部分的磁鐵上使用180°的二個(gè)電刷，按一層(本發(fā)明為內(nèi)部線圈群和外部線圈群二層)構(gòu)成線圈群的無鐵芯電機(jī)比較，可以縮短磁路，減薄磁性材料厚度，減輕重量，同時(shí)可提高線圈控制效率，節(jié)能。
這樣，在具有6個(gè)扇形體的整流子的外轉(zhuǎn)子形帶電刷的電機(jī)中，通過用內(nèi)部線圈體94A-94C和外部線圈體95A-95C構(gòu)成電樞線圈，與上述同樣，可以最小限度的空間，增加電樞線圈的圈數(shù)，增加發(fā)生的磁束，因此，可以達(dá)到小型，減薄尺寸。特別是，如上所述，在電樞線圈為二層結(jié)構(gòu)中，通過使內(nèi)部線圈群的周邊側(cè)面和外部線圈數(shù)的周邊側(cè)而成為同一個(gè)外周，可以使管體和磁鐵的間隙與只使用先前的內(nèi)部線圈群的一層結(jié)構(gòu)相同，因此可提高電機(jī)效率，增加發(fā)生的扭矩。
另外，作為轉(zhuǎn)子的磁鐵82A-82D為利用該內(nèi)部線圈體94A-94C和外部線圈體95A-95C，最大限度地被包容在內(nèi)部線圈體94A-94C和外部線圈體95A-95C的中空部分中的形狀，因此作為轉(zhuǎn)子為慣性小的結(jié)構(gòu)，可提高響應(yīng)速度。
另外，通過將各個(gè)內(nèi)部線圈94A-94C和各個(gè)外部線圈體95A-95C作成大致的臺(tái)座形狀或弓形狀，可以確保配置上述整流子93A-93F和電刷78A，78B的空間，可以防止電機(jī)尺寸增大。
其次，在圖8(A)-8(C)中，表示本發(fā)明的第4個(gè)實(shí)施例的直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，圖8表示線圈回轉(zhuǎn)的帶電刷的無鐵芯電機(jī)。圖8(A)為除去電刷臺(tái)，從底部看的平面結(jié)構(gòu)圖，圖8(B)為圖8(A)的D-D截面圖，圖8(C)為電刷臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。
圖8(A)-8(C)所示的直流電機(jī)101將二個(gè)電刷78A，78B相鄰90°地配置在6個(gè)扇形體的整流子93A～93F上，分別使對(duì)應(yīng)的各個(gè)內(nèi)部線圈體94A～94C和各個(gè)外部線圈體95A～95C與整流子93A～93F連接，再將整流子93A和整流子93D，整流子93B和整流子93E，整流子93C和整流子93F連接。其他結(jié)構(gòu)與圖6(A)-6(C)所示的直流電機(jī)71相同、省略其說明。
在圖9(A)和圖9(B)中表示圖8(A)-8(C)所示的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間的說明圖。圖9(A)為表示整流子和電刷的說明圖，圖9(B)表示通向各個(gè)線圈體的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)間圖。在圖9(A)中使二個(gè)電刷78A，78B以90°相鄰，與上述整流子93A～93F接觸。
如圖9(B)所示，通過將正負(fù)電壓加在上述直流電機(jī)101的電刷78A和電刷78B上，可交互地將驅(qū)動(dòng)電力供給整流子93A，93D(內(nèi)部線圈體94A，外部線圈95B)和整流子93B，93E(內(nèi)部線圈體94B，外部線圈體95C)的a相-b相之間(I，II)；整流子93A，93D(內(nèi)部線圈體94A，外部線圈95B)和整流子93C，93F(內(nèi)部線圈體94C，外部線圈95A)的a相-c相之間(I，III)；整流子93A，93D(內(nèi)部線圈體94A，外部線圈95B)和整流子93C，93F(內(nèi)部線圈體94C，外部線圈95A)的b相-c相之間(II，III)整流子93B，93E(內(nèi)部線圈體94B，外部線圈95C)和整流子93C，93F(內(nèi)部線圈體94C，外部線圈95A)的b相-c相之間(II，III，V，VI)，轉(zhuǎn)子73回轉(zhuǎn)。
即如圖4(A)所示那樣，將上述各個(gè)內(nèi)部線圈體94A-94C和各個(gè)外部線圈體94A-94C星形連接，連接相互相對(duì)的相，作為三對(duì)線圈體。各個(gè)相對(duì)于6個(gè)扇形體的整流子93A～93F，通過分別與整流子93A，93D，整流子93B，93E，整流子93C，93F連接，當(dāng)轉(zhuǎn)子73轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)內(nèi)部線圈體94A-94C和各個(gè)外部線圈體95A-95C分別切換電流4次。與上述同樣，可以減輕重量，同時(shí)提高線圈控制效率，節(jié)能。
這樣，在具有6個(gè)扇形體為整流子的外轉(zhuǎn)子形的帶電刷的無鐵芯電機(jī)中，通過由內(nèi)部線圈體94A-94C和外部線圈體95A-95C構(gòu)成電樞線圈，各相被此連接構(gòu)成，與上述同樣，可以最小限度的空間增大電樞線圈的圈數(shù)，增加發(fā)生的磁束，因此可以達(dá)到小型減薄尺寸。特別是，如上所述，在電樞線圈為二層結(jié)構(gòu)時(shí)，通過使內(nèi)部線圈群的周邊側(cè)面和外部線圈群的周邊側(cè)面為同一外周邊，可以使亮體和磁鐵的間隙與先前的只使用內(nèi)部線圈群的一層結(jié)構(gòu)相同，因此可以提高電機(jī)效率，增大發(fā)生的扭矩。
另外，作為轉(zhuǎn)子的磁鐵82A-82D為利用該內(nèi)部線圈體94A-94C和外部線圈體95A-95C，最大限度地被包容在內(nèi)部線圈體94A-94C和外部線圈體95A-95C的中空部分中的形狀，因此作為轉(zhuǎn)子為慣性小的結(jié)構(gòu)，可提高響應(yīng)速度。
另外，通過將各個(gè)內(nèi)部線圈94A-94C和各個(gè)外部線圈體95A-95C作成大致的臺(tái)座形狀或者成弓形狀，可以確保配置上述整流子93A-93F和電刷78A，78B的空間，可以防止電機(jī)尺寸增大。
另外，在上述各個(gè)實(shí)施例中，以磁鐵成為4極進(jìn)行說明，但在其以上的極數(shù)2n(n為2以上的整數(shù))中也可以使用。另外，在上述各個(gè)實(shí)施例中，表示分別用三個(gè)內(nèi)部線圈體和外部線圈體構(gòu)成內(nèi)部線圈群和外部線圈群的情況，但在分別用二個(gè)以上的內(nèi)部線圈體和外部線圈體，錯(cuò)開給定角度，配置成二層的結(jié)構(gòu)中(特別是，內(nèi)部線圈群的周邊側(cè)面和外部線圈群的周邊同的為同一外周)，也可以使用。這種設(shè)在帶電刷的直流電機(jī)中的整流子的扇形體數(shù)為內(nèi)部線圈體和外部線圈體的總數(shù)。
本發(fā)明的直流電機(jī)，以磁鐵和電樞線圈作為基本結(jié)構(gòu)，可在從在鐘表等中使用的極小型的電機(jī)至電動(dòng)汽車或電氣汽車等的動(dòng)力系統(tǒng)中使用的中型，大型電機(jī)中使用。
權(quán)利要求
1.一種直流電機(jī)，其具有以發(fā)生磁場為主的磁鐵和以產(chǎn)生扭矩為主的電樞線圈，可以任何一個(gè)作為轉(zhuǎn)子，其特征在于，其具有上述電樞線圈；內(nèi)部線圈群，其是將導(dǎo)體卷繞給定圈數(shù)的給定形狀的中空的內(nèi)部線圈體，按給定數(shù)目，并聯(lián)配置在假想的園盤或園盤狀的鐵芯周邊側(cè)面上的；和外部線圈群，其是將導(dǎo)體卷繞給定圈數(shù)的給定形狀的中空的外部線圈體，覆蓋該內(nèi)部線圈群，按給定數(shù)目并聯(lián)配置在以上述內(nèi)部線圈群作為假想的園盤時(shí)的周邊側(cè)面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電機(jī)，其特征在于，將上述內(nèi)部線圈群的周邊側(cè)面和上述外部線圈群的周邊側(cè)面作成同一個(gè)外周邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電機(jī)，其特征在于，上述各個(gè)內(nèi)部線圈體和各個(gè)外部線圈體，作成中空的大致臺(tái)座形狀或弓形，分別以120°間隔配置該內(nèi)部線圈體，相對(duì)于該各內(nèi)部線圈體錯(cuò)開60°，以120°間隔配置該外部線圈體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的直流電機(jī)，其特征在于，上述內(nèi)部線圈體和上述外部線圈體相互相對(duì)的相彼此串聯(lián)或并聯(lián)連接，各自為星形連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的直流電機(jī)，其特征在于，在以上述電樞線圈部分作為轉(zhuǎn)子的情況下，它還具有與上述各個(gè)內(nèi)部線圈體和各個(gè)外部線圈體對(duì)應(yīng)的整流子，具有每90°配置在該各個(gè)整流子上的4個(gè)電刷。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的直流電機(jī)，其特征在于，在上述電樞線圈部分作為轉(zhuǎn)子的情況下，它還具有與用上述各個(gè)內(nèi)部線圈體和各個(gè)外部線圈體星形連接的各個(gè)線圈體對(duì)應(yīng)的整流子，具有以90°配置在該各個(gè)整流子上的二個(gè)電刷。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有用于產(chǎn)生回轉(zhuǎn)扭矩的電樞線圈的直流電機(jī)。其目的是達(dá)到小型，減薄厚度，同時(shí)提高電機(jī)的效率，增加產(chǎn)生的扭矩。它是具有磁鐵(23A～23D)和電樞線圈(31A～31C，32A～32C)，以磁鐵部作為作轉(zhuǎn)子(12)的直流電機(jī)(11)。電樞線圈部分的定子(13)是以作成中空的內(nèi)部線圈體(31A～31C)按給定數(shù)目并聯(lián)配置在作為假想圓盤的磁鐵軛鐵(22)和磁鐵(23A～23D)的周這側(cè)面上的內(nèi)部線圈群；和覆蓋該內(nèi)部線圈群，以給定數(shù)目并聯(lián)配置中空的外部線圈體(32A～32C)的外部線圈群，使內(nèi)部線圈群的周邊側(cè)面和外部線圈群的周邊側(cè)面為同一外周邊構(gòu)成的。
文檔編號(hào)A61K31/55GK1792021SQ20048001357
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者淺場啟介, 關(guān)根武宏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社淺場