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TW201535934A - 永久磁鐵型旋轉電機 - Google Patents

永久磁鐵型旋轉電機 Download PDF

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TW201535934A
TW201535934A TW103129654A TW103129654A TW201535934A TW 201535934 A TW201535934 A TW 201535934A TW 103129654 A TW103129654 A TW 103129654A TW 103129654 A TW103129654 A TW 103129654A TW 201535934 A TW201535934 A TW 201535934A
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Hisashi Otsuka
Shinichi Yamaguchi
Koki Naka
Atsuki Ishizuka
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

本發明提供一種永久磁鐵型旋轉電機，其具備：外殼，係具有圓筒狀之框架、固定於該框架之一端的負載側支架、及固定於前述框架之另一端的反負載側支架，且在前述負載側支架之圓形凹部嵌合有軸承之外座圈；定子，係積層矽鋼板並形成圓筒狀，在內周部設置有複數個齒，在前述齒上施設有繞線，且嵌合於前述外殼之框架；轉子，係具有構造用鋼材製之薄壁圓筒部、附段差圓板部及軸，該薄壁圓筒部係在外周部等間隔地固定安裝有複數個永久磁鐵，該附段差圓板部係連接於該薄壁圓筒部之一端，該軸係固定於該附段差圓板部之中心，且在前述軸承之內座圈嵌合有前述附段差圓板部之段差部，而使該轉子旋轉自如地被懸臂支撐於前述外殼之負載側支架；以及後軛鐵，係積層矽鋼板並形成圓柱狀，隔著微小之氣隙插入至前述轉子之薄壁圓筒部內，且被懸臂支撐於前述外殼之反負載側支架。

Description

永久磁鐵型旋轉電機
本發明係關於一種在轉子之外周面配置有永久磁鐵的永久磁鐵型旋轉電機。
以往，已揭示有一種永久磁鐵型旋轉電機，其具備：轉子，形成包含外周面及內周面的圓筒形狀，且具有供應磁場磁通(field magnetic flux)的磁場用磁鐵；內周側定子，從前述內周面側與前述轉子相對向，且捲繞有電樞繞線；以及外周側定子，從前述外周面側與前述轉子相對向，且捲繞有電樞繞線；前述內周側定子之極對數與前述外周側定子之極對數的比、和交鏈於前述外周側定子之前述電樞繞線的前述磁場磁通之大小與交鏈於前述內周側定子之前述電樞繞線的前述磁場磁通之大小的比，係選定為相等(例如，參照專利文獻1)。
又，已揭示有一種中空致動器(actuator)，其具備；馬達(motor)，係由中空軸(shaft)、圓筒狀之框架(frame)和定子(stator)及杯(cup)形狀之轉子(rotor)所構成，該中空軸係在反負載側之端部具有鍔部，該框架係使前述鍔部能夠裝卸地固定於反負載側之端部，該定子係固定於前述框 架，該轉子係設置於定子之內側且在前述負載側具有開口；減速機，係由與前述轉子結合的波產生器(Wave Generator)、柔輪(Flex Spline)及剛輪(Circular Spline)所構成；角度檢測用之位置檢測器，係由磁性感測器(sensor)及磁鐵(magnet)所構成，該磁性感測器係設置於前述中空軸側，該磁鐵係與該磁性感測器相對向而設置於前述轉子之前述開口側；低速軸承，係設置於前述框架與前述減速機之輸出側之間；以及輸出凸緣(flange)，係設置於前述減速機之輸出側而進行低速動作；前述轉子係可利用前述馬達之負載側的高速軸承來懸臂支撐；與前述轉子結合的波產生器係利用設置於前述輸出凸緣的高速軸承之外座圈(outer race)旋轉支撐所軸承支撐；前述低速軸承之內座圈(inner race)係將前述輸出凸緣當作外殼(housing)來安裝；貫通致動器(actuator)之中心的中空部，係由前述中空軸和前述輸出凸緣所構成，且將前述位置檢測器設置於前述馬達之反負載側(例如，參照專利文獻2)。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1：日本特開2007-166798號公報
專利文獻2：日本特許第4650719號公報
依據上述專利文獻1所述的習知技術，則成 為以下的構造：為了確保磁路以提高轉矩(torque)輸出，而在轉子內周側具備具有相當厚度之磁性體。因此，由於轉子重量(慣性)變大，且輸出轉矩之一部分會被用於該慣性之加速，所以有加減速性能及效率較差的問題。
又，依據上述專利文獻2所述的習知技術，則因將制動(brake)部和馬達部朝軸向排列配置，故有馬達之全長較長的問題。
本發明係有鑑於上述問題而開發完成者，其目的在於獲得一種可兼具低慣性化和高轉矩以提高加速性能，並且即便搭載制動仍不會使全長變長之具有小型(compact)構造的永久磁鐵型旋轉電機。
為了解決上述之課題且達成目的，本發明之永久磁鐵型旋轉電機係具備：外殼，係具有圓筒狀之框架、固定於該框架之一端的負載側支架(bracket)、及固定於前述框架之另一端的反負載側支架，且在前述負載側支架之圓形凹部嵌合有軸承(bearing)之外座圈；定子，係積層矽鋼板並形成圓筒狀，在內周部設置有複數個齒(teeth)，在前述齒上施設有繞線，且嵌合於前述外殼之框架；轉子，係具有構造用鋼材製之薄壁圓筒部、附段差圓板部及軸，該薄壁圓筒部係在外周部等間隔地固定安裝有複數個永久磁鐵，該附段差圓板部係連接於該薄壁圓筒部之一端，該軸係固定於該附段差圓板部之中心，且在前述軸承之內座圈嵌合有前述附段差圓板部之段差部，而使該 轉子旋轉自如地被懸臂支撐於前述外殼之負載側支架；以及後軛鐵(back yoke)，係積層矽鋼板並形成圓柱狀，隔著微小之氣隙(air-gap)插入至前述轉子之薄壁圓筒部內，且被懸臂支撐於前述外殼之反負載側支架。
本發明之永久磁鐵型旋轉電機係達成以下的效果：兼具低慣性化和高轉矩以提高加速性能，並且即便搭載制動仍不會使全長變長。
20‧‧‧定子
22‧‧‧齒
23‧‧‧齒槽
24‧‧‧繞線
30‧‧‧轉子
31‧‧‧薄壁圓筒部
32‧‧‧附段差圓板部
33‧‧‧軸
34‧‧‧永久磁鐵
40‧‧‧外殼
41‧‧‧框架
42‧‧‧負載側支架
43‧‧‧反負載側支架
43a‧‧‧支撐台
43b‧‧‧螺栓
44‧‧‧軸承
50‧‧‧後軛鐵
52‧‧‧霍爾感測器
60‧‧‧後軛鐵
61‧‧‧螺旋彈簧
62‧‧‧場磁鐵
63‧‧‧制動線圈
64‧‧‧電樞
66‧‧‧支撐棒(線性滑動機構)
67‧‧‧軸向孔
91、92‧‧‧永久磁鐵型旋轉電機
第1圖係顯示本發明的永久磁鐵型旋轉電機之實施形態1的橫剖視圖。
第2圖係顯示實施形態1的永久磁鐵型旋轉電機之縱剖視圖。
第3圖係顯示本發明的永久磁鐵型旋轉電機之實施形態2的縱剖視圖。
第4圖係顯示實施形態2的永久磁鐵型旋轉電機之相位與第3圖不同的縱剖視圖。
以下，根據圖式詳細地說明本發明的永久磁鐵型旋轉電機之實施形態。另外，本發明並非由該實施形態所限定。
實施形態1.
第1圖係顯示本發明的永久磁鐵型旋轉電機之實施形 態1的橫剖視圖，第2圖係顯示實施形態1的永久磁鐵型旋轉電機之縱剖視圖。如第1圖及第2圖所示，實施形態1的永久磁鐵型旋轉電機91係具備外殼40，該外殼40係具有圓筒狀之框架41、固定於框架41之一端的負載側支架42、以及固定於框架41之另一端的反負載側支架43，且在負載側支架42之中央部的圓形凹部嵌合有軸承44之外座圈。軸承44為交叉滾子軸承(cross roller bearing)。
又，永久磁鐵型旋轉電機91係具備定子20，該定子20係形成圓筒狀，且在內周部分別設置有複數個(在實施形態1之永久磁鐵型旋轉電機91中為12個)齒22及齒槽(slot)23，在齒22上施設有繞線24，且嵌合於外殼40之框架41。
又，永久磁鐵型旋轉電機91係具備轉子30，該轉子30係具有薄壁圓筒部31、附段差圓板部32及軸33，該薄壁圓筒部31係在外周部等間隔地固定安裝有複數個(在實施形態1之永久磁鐵型旋轉電機91中為8個)永久磁鐵34，該附段差圓板部32係連接於薄壁圓筒部31之一端，該軸33係固定於附段差圓板部32之中心，且在軸承44之內座圈嵌合有附段差圓板部32之段差部，而使該轉子旋轉自如地被懸臂支撐於外殼40之負載側支架42。定子20的齒22之前端和轉子30的永久磁鐵34之磁極端部，係隔著氣隙而相對向。
又，永久磁鐵型旋轉電機91係具備後軛鐵(back yoke)50，該後軛鐵50係形成圓柱狀，且隔著微小之 氣隙插入至轉子30之薄壁圓筒部31內，可利用複數個螺栓(bolt)43b固定於外殼40之反負載側支架43的支撐台43a，且利用支撐台43a來懸臂支撐。在後軛鐵50，係埋設有用以檢測轉子30之旋轉位置的霍爾感測器(Hall sensor)52。
定子20之鐵芯及後軛鐵50，係為了減低鐵損，而積層多數個矽鋼板所形成。轉子30之薄壁圓筒部31、附段差圓板部32及軸33，係為了確保強度，而藉由構造用鋼材所形成。其係形成為以下的構造：將薄壁圓筒部32之徑向的厚度，設為永久磁鐵34之圓周方向之寬度的1/4以下，並使從永久磁鐵34及繞線24所產生的磁通流通至後軛鐵50。
如以上說明般，實施形態1之永久磁鐵型旋轉電機91，係將轉子30之鐵芯(薄壁圓筒部31)薄壁化，藉此可提高轉子30之加減速性能，並且設置使磁通流通至後軛鐵的磁路，藉此可提高轉矩輸出。更且，後軛鐵50係積層矽鋼板而形成，藉此可減低鐵損，且提高效率。
實施形態2.
第3圖係顯示本發明的永久磁鐵型旋轉電機之實施形態2的縱剖視圖，第4圖係顯示實施形態2的永久磁鐵型旋轉電機之相位與第3圖不同的縱剖視圖。如第3圖及第4圖所示，由於實施形態2的永久磁鐵型旋轉電機92之外殼40、定子20及轉子30，係與實施形態1之永久磁鐵型旋轉電機91相同，所以省略其詳細說明，而就具有特徵構 成的後軛鐵60加以說明。
實施形態2之後軛鐵60，係積層多數個矽鋼板並形成圓柱狀，且隔著微小之氣隙插入至轉子30之薄壁圓筒部31內，可利用複數個螺旋彈簧(coil spring)61連接於外殼40之反負載側支架43。如第4圖所示，在後軛鐵60之反負載側，係設置有複數個軸向孔67，在反負載側支架43係固定有滑動(slide)自如地嵌合於軸向孔67的複數個支撐棒66。複數個支撐棒66係構成後軛鐵60之線性滑動(linear slide)機構。線性滑動機構(複數個支撐棒66)係以能夠朝向軸向移位、且不能繞著軸旋轉之方式懸臂支撐後軛鐵60。
後軛鐵60係藉由螺旋彈簧61之伸縮，而能夠在薄壁圓筒部31內朝向軸向移位，平時係因為經壓縮後的螺旋彈簧61之伸張力(expansion force)，而被推壓至轉子30之負載側端面。在後軛鐵60，係埋設有用以檢測轉子30之旋轉位置的霍爾感測器52。
在後軛鐵60之反負載側，係形成有圓形的凹部，且在凹部內埋設有被捲裝於場磁鐵(field)62內的制動線圈(brake coil)63。在反負載側支架43之中央部，係安裝有與制動線圈63相對向的電樞(armature)64。
在未放開制動時(制動線圈63未被激磁時)，可利用螺旋彈簧61之伸張力，使後軛鐵60之負載側端面推壓於轉子30之負載側端面，藉由摩擦力，轉子30無法旋轉。在放開制動時(制動線圈63被激磁時)，係利用 制動線圈63之磁吸引力(magnetic attraction)，使場磁鐵62由電樞64所吸引，且後軛鐵60移位至反負載側，轉子30係可自由地旋轉。只要以壓粉鐵芯(dust core)等來形成場磁鐵62，就不會受到因永久磁鐵34及繞線24所引起的磁通之影響，而可減低使馬達特性惡化的洩漏磁通。
如以上說明般，由於實施形態2之永久磁鐵型旋轉電機92係將構成電磁制動的場磁鐵62及制動線圈63埋設於後軛鐵60內，所以可縮短永久磁鐵型旋轉電機92之全長。
另外，實施形態1之永久磁鐵型旋轉電機91及實施形態2之永久磁鐵型旋轉電機92，只要從外部施力使軸33旋轉，就可從繞線24獲得電力，也可作為發電機來使用。
20‧‧‧定子
24‧‧‧繞線
30‧‧‧轉子
31‧‧‧薄壁圓筒部
32‧‧‧附段差圓板部
33‧‧‧軸
34‧‧‧永久磁鐵
40‧‧‧外殼
41‧‧‧框架
42‧‧‧負載側支架
43‧‧‧反負載側支架
43a‧‧‧支撐台
43b‧‧‧螺栓
44‧‧‧軸承
50‧‧‧後軛鐵
52‧‧‧霍爾感測器
91‧‧‧永久磁鐵型旋轉電機

Claims (4)

  1. 一種永久磁鐵型旋轉電機，係具備：外殼，係具有圓筒狀之框架、固定於該框架之一端的負載側支架、及固定於前述框架之另一端的反負載側支架，且在前述負載側支架之圓形凹部嵌合有軸承之外座圈；定子，係積層矽鋼板並形成圓筒狀，在內周部設置有複數個齒，在前述齒上施設有繞線，且嵌合於前述外殼之框架；轉子，係具有構造用鋼材製之薄壁圓筒部、附段差圓板部及軸，該薄壁圓筒部係在外周部等間隔地固定安裝有複數個永久磁鐵，該附段差圓板部係連接於該薄壁圓筒部之一端，該軸係固定於該附段差圓板部之中心，且在前述軸承之內座圈嵌合有前述附段差圓板部之段差部，而使該轉子旋轉自如地被懸臂支撐於前述外殼之負載側支架；以及後軛鐵，係積層矽鋼板並形成圓柱狀，隔著微小之氣隙插入前述轉子之薄壁圓筒部內，且被懸臂支撐於前述外殼之反負載側支架。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之永久磁鐵型旋轉電機，更具備：線性滑動機構，係設置於前述外殼之反負載側支架，以能夠朝向軸向移位且不能繞著軸旋轉之方式懸臂支撐前述後軛鐵； 彈簧，係設置於前述外殼之反負載側支架，用以將前述後軛鐵朝向前述負載側支架方向按壓；場磁鐵及制動線圈，係埋設於前述後軛鐵之反負載側；以及電樞，係固定於前述外殼之反負載側支架。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之永久磁鐵型旋轉電機，其中，前述場磁鐵係由壓粉鐵芯所形成。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之永久磁鐵型旋轉電機，係作為發電機來使用。
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