專利名稱：旋轉電機以及電動輪椅車的制作方法
技術領域：
本發明涉及能夠抑制頓轉轉矩而不會降低轉矩的旋轉電機、以及配備有該旋轉電機的電動輪椅車。
背景技術：
以往，作為該種旋轉電機有軸隙式的，如圖21所示，在該旋轉電機中，設置有齒2的定子3與圖中未示出的具有磁鐵(永磁鐵)的轉子在旋轉軸心方向上間隔間隙而配置。
具體地說，該齒2是在徑向上層疊多片鋼板2a而成的，多個該齒2間隔預定的距離排列配置在圓盤形(近似環形)的定子軛的周向上并進行固定。雖然在圖21中省略了詳細的描述，但在該多個齒2上通過絕緣材料(線圈架)纏繞有線圈。而且，這些齒2、定子軛、以及線圈通過成型樹脂7而被成型固定為一體，這些齒2的與轉子相對的相對面2b露出。
為了抑制加工費用(以及模具費用)，通過層疊相同形狀的鋼板2a來形成該齒2，因為卷線等原因，在相鄰的齒2之間有狹槽(間隙)S，當轉子3旋轉時，由于在與該狹槽S對應的部分和與齒相對面2b對應的部分等上產生轉矩波動，因此會產生大的頓轉轉矩，從而導致振動和噪聲。
作為相應的解決對策，提出了以下減少頓轉轉矩的技術方案專利文獻1(日本專利文獻特開平11-18326號公報)中的在齒的中央部設置模擬槽、專利文獻2(日本專利文獻特開2004-80944號公報)中的在定子鐵心板上實施扭曲、以及專利文獻3(日本專利文獻特開平10-126982號公報)中的不等間距地配置齒等。
但是，就以上現有技術來說，當磁鐵間隙寬度、齒間隙寬度大時，任何一種技術都不能充分減小頓轉轉矩。另外，在專利文獻2、3中，層疊或卷線工序很復雜，從而導致成本增加。
并且，如果為了進一步減小頓轉轉矩而增大專利文獻2、3中的扭曲或不等間距的程度的話，則輸出轉矩會大幅降低。
尤其在軸隙式旋轉電機等中，在定子3的相互鄰接的齒2的內徑一側、外徑一側，齒縫開度的寬度L1、L2不同，并且有時在外徑一側比常規的旋轉電機(軸隙式的等)的間隙更大，難以在不使驅動性能降低的情況下通過以上現有的減小頓轉轉矩的技術來減小頓轉轉矩。
發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種具有寬齒縫開度或不均勻齒縫開度、能夠在不使性能降低的情況下減小頓轉轉矩的軸隙式旋轉電機，以及配備有該旋轉電機的電動輪椅車。
為了達到所述目的，本發明的旋轉電機具有定子，所述定子具有纏繞有線圈的多個齒、以及將該齒連接起來的定子軛鐵心；和轉子，所述轉子具有間隔間隙而與所述齒相對配置的磁鐵；該旋轉電機的特征在于，在所述齒的、與所述磁鐵相對的相對面上，在定子周向的大致中心部設有凸部。
其他特征在于，所述齒相對面與所述磁鐵在旋轉軸心方向上間隔間隙而相對配置。
其他特征在于，所述凸部在周向上的寬度沿徑向不同。
其他特征在于，所述凸部的高度沿所述徑向不同。
其他特征在于，所述齒由相同形狀的多個鋼板在所述徑向上層疊構成。
其他特征在于，所述齒由多個鋼板在所述周向上層疊構成。
其他特征在于，所述多個鋼板相互凹凸配合地層疊在一起。
其他特征在于，所述磁鐵被分割為多個，各個磁鐵呈方形。
本發明的電動輪椅車的特征在于，具有作為車輛骨架的車架；供使用者乘坐的座位部；具有兩個車輪的一對驅動輪單元；安裝在所述一對驅動輪中的電動馬達；以及操作部，通過對操作部進行操作可通過旋轉電機來驅動驅動輪。
根據上述發明，由于在齒的、與磁鐵相對的相對面上，在定子周向的大致中心部設有凸部，而設置在齒的磁鐵相對面上的凸部與磁鐵的相互吸引比其他部分更強，因此通過適當地設定凸部的高度和寬度，由于凸部的吸引力能夠消除頓轉轉矩，所以可以減小頓轉轉矩。因此，即使是齒縫開度寬的旋轉電機或軸隙式旋轉電機，由于在齒的轉子相對面的周向大致中心部設置凸部，因而也能夠減小頓轉轉矩而不使性能降低。
另外，在本發明中，僅在齒相對面上形成凸部，由于不需要改變相鄰齒之間的間隔或相鄰磁鐵的間隔等，所以不會像設置扭曲、或不等間距配置齒的旋轉電機那樣造成轉矩降低。
根據上述的其他特征，通過做成軸隙式旋轉電機，可以提供一種小型/扁平、輕量、并且頓轉轉矩小的旋轉電機。在軸隙式旋轉電機中，為了降低成本(模具費用等)而需要層疊相同形狀的鋼板，因此在外徑一側齒縫開度變寬。因此頓轉轉矩變大，難以通過以往的模擬槽等來減小頓轉轉矩，但是通過設置凸部來消除頓轉轉矩，即使是軸隙式的旋轉電機，也能夠減小頓轉轉矩。
根據上述其他特征，由于凸部的周向的寬度沿徑向不同，所以通過根據徑向的齒縫開度的寬度的變化來選擇最合適的凸部寬度，可以有效地減小頓轉轉矩。
根據上述其他特征，由于凸部的高度沿徑向不同，所以通過根據齒的徑向上的齒縫開度的寬度變化來選擇最合適的凸部高度，可以有效地減小頓轉轉矩。
根據上述其他特征，由于在徑向上層疊具有凸部的相同形狀的鋼板來形成齒，因此可以使用單一的模具，并且不需要后續加工，因此可以降低成本。
根據上述其他特征，通過在周向上層疊多個鋼板來形成齒，可以簡單地形成。
根據上述其他特征，由于多個鋼板相互凹凸配合來進行層疊，所以可以簡單地將多個鋼板層疊在一起。
根據上述其他特征，通過使轉子的多個磁鐵為方形，可以提供一種成本低并且頓轉轉矩低的旋轉電機。即，通過使磁鐵構成為簡單的方形，能夠抑制稀土類燒結磁鐵等的加工費用，從而降低旋轉電機的成本。另外，由于如上所述做成方形，磁鐵之間的間隙在外徑一側變寬，從而導致大的頓轉轉矩，但是通過在齒上設置凸部，可以減小頓轉轉矩。
根據上述其他特征，由于通過上述旋轉電機來驅動電動輪椅車的驅動輪，而該旋轉電機可以減小頓轉轉矩，因此能夠提供一種振動或噪聲小的、適于在室內等安靜的環境中使用的輪椅車。
圖1是本發明第一實施方式的電動輪椅車的側視圖；圖2是該第一實施方式的電動馬達的截面圖；圖3是該第一實施方式的電動馬達的轉子的立體圖；圖4是該第一實施方式的電動馬達的轉子的正視圖；圖5是該第一實施方式的電動馬達的定子的立體圖；圖6是該第一實施方式的電動馬達的定子的背視圖；圖7是示出該第一實施方式的電動馬達的定子在成型前的狀態的立體圖；圖8是該第一實施方式的電動馬達的定子的一部分的分解立體圖；圖9是構成該第一實施方式的定子的齒的鋼板的正視圖；圖10A、圖10B是示出該第一實施方式的作用的說明圖，圖10A是沿圖21的外周一側的XA-XA箭頭所取的截面圖，圖10B是沿圖5的外周一側的XB-XB箭頭所取的截面圖；圖11是示出該第一實施方式的10A和圖10B所示類型下的頓轉轉矩和電角度之間關系的曲線圖；圖12A、圖12B是示出該第一實施方式的作用的說明圖，圖12A是沿圖21的內周一側的XIIA-XIIA箭頭所取的截面圖，圖12B是沿圖5的內周一側的XIIB-XIIB箭頭所取的截面圖；圖13是示出該第一實施方式的12A和圖12B所示類型下的頓轉轉矩和電角度之間關系的曲線圖；
圖14是本發明第二實施方式的齒的立體圖；圖15是該第二實施方式的齒的其他例子的立體圖；圖16A、圖16B、圖16C是示出該第二實施方式的作用的、相當于圖12的內周一側的說明圖，圖16A示出的是在齒上未設置凸部的以往情況，圖16B示出的是設有本實施方式的凸部、并且寬度與圖10B的凸部的寬度相同而高度比其低的情況，圖16C示出的是設有本實施方式的凸部、并且高度與圖10B的凸部的高度相同而寬度比其窄的情況；圖17是示出該第一實施方式的圖16A、圖16B、圖16C所示類型下的頓轉轉矩和電角度之間關系的曲線圖；圖18是本發明第三實施方式的齒的立體圖；圖19是該第三實施方式的齒的其他例子的立體圖；圖20是示出本發明的變形例的、與圖5相當的立體圖；圖21是表示以往示例的定子的立體圖。
具體實施例方式
下面，對本發明的實施方式進行說明。
(第一實施方式)在圖1至圖13中示出了本發明的第一實施方式。
首先對結構進行說明，圖1中的標號11是配備有本發明的“旋轉電機”、即電動馬達12的電動輪椅車，其通過該電動馬達12的驅動力來行駛。
該電動輪椅車11在作為車輛骨架的車架13上設置有使用者乘坐的座位部14、以及內置有后述的電動馬達12的一對驅動輪單元15，通過對操作部17進行操作，使得通過該電動馬達12按規定量來驅動驅動輪16。該兩個驅動輪16被分別獨立驅動，通過操作操作部17，可以任意地進行方向轉換或速度調節。
該驅動輪單元15是將電動馬達12、驅動系、驅動輪16等單元化而構成的，如圖2所示，通過螺栓19和螺母19a將其固定在車架13上。
該電動馬達12為軸隙式，具有定子21和轉子22，它們容納在由機箱23和蓋24形成的空間內。前述的螺栓19插入設置在蓋24中。
該定子21通過螺栓51而被固定在機箱23上，而轉子22與轉子軸30鋸齒配合并通過螺母31而被固定，該轉子軸30通過軸承27、27被可自由旋轉地設置在機箱23一側。
如圖3和圖4所示，該轉子22具有近似圓盤形狀的轉子軛33，該轉子軛33的中心部與所述轉子軸30鋸齒配合，另一方面，長方形的多個磁鐵34以固定間隔沿周向粘接固定在該轉子軛33周邊部的單面一側。于是，該磁鐵34被配置成與定子21在旋轉中心方向上間隔間隙C(參照圖2)而相對。
這些磁鐵34按照N極和S極交替鄰接的方式配置，并呈近似圓形地粘接固定在轉子軛33上。
另外，如圖2和圖3所示，該轉子軛33的中心部一側被沖壓加工成凹形，在凹部33a中容納有固定在蓋24上的電磁制動器36。可由于該電磁制動器36而停止旋轉的環形旋轉體36a與轉子22通過銷37而在旋轉方向上被固定。并且，在該凹部33a的相反一側粘接固定有磁傳感器38，與該磁傳感器38相對的磁極位置傳感器(霍爾IC)40固定在機箱23上，該磁極位置傳感器40與控制器39電連接，通過該磁極位置傳感器40來檢測轉子22的磁極位置。
并且，在轉子軸30上形成有太陽齒輪30a，其與兩級行星減速機42的行星齒輪42a嚙合。該行星減速機42將轉子22的旋轉減速后傳至輪轂44，并通過該輪轂44的旋轉而使驅動輪16旋轉。
另一方面，定子21具有近似圓盤(環形)形狀的定子軛鐵心47、以規定間隔配置在該定子軛鐵心47的圓周方向上的多個齒48、以及通過線圈架49纏繞在該各個齒48周圍的線圈50，它們通過成型樹脂52而被成型固定為一體。此時，在定子21的周圍，還通過插入多個軸環53而同時成形有安裝法蘭52a。
而且，該多個安裝法蘭52a通過螺栓51而被固定在機箱23上。
另外，線圈50按U、V、W相各自連結，各個連結線圈的一端電連接(中性點)，另一端為了與驅動器連接而被引出到成型體的外部。
更加詳細地說，如圖8所示，定子軛鐵心47由多片形狀相同的磁性鋼板54層疊形成，在其上形成有可供所述齒48插入的配合孔47a。
另外，如圖8所示，齒48通過多個相同形狀的磁性鋼板57在徑向上層疊而形成為近似T字的形狀，其具有T字的腳部48a和T字的頭部48b。該腳部48a的端部(圖8中的下端部)與所述定子軛鐵心47的配合孔47a配合，并且在該端部上形成有填充成型樹脂52以阻止齒脫出的樹脂填充槽48c。
并且，該T字的頭部48b比腳部48a的寬度寬，在其上形成有與所述轉子22的磁鐵34相對的相對面48d，在該相對面48d上，在定子周向的大致中心部形成有沿徑向延伸的凸部48e。凸部48e的高度和寬度在整個全長范圍內相同。另外，如圖5所示，該凸部48e兩側的相對面48d被成型樹脂52掩埋，僅露出凸部48e這部分。
該齒48的相對面48d(包括凸部48e)與轉子22的磁鐵34在旋轉軸心方向上間隔間隙C而相對配置。
另外，在構成該齒48的鋼板57上，通過沖壓在腳部48a上形成有兩處半穿孔(half pierce)57a，一面側為凹部，而另一面側為凸部，相互鄰接的一個鋼板57的半穿孔57a的凸部與另一個鋼板57的半穿孔57a的凹部相互凹凸配合，從而將其組裝、層疊在一起。
另外，圖2中的標號59為車輪的輪輻，標號60為手輪圈。
接著，對作用進行說明。
在線圈50不通電的狀態下，由于磁鐵34而有磁力作用在定子21和轉子22之間，從而在它們之間形成磁力線。
圖10和圖12是示出此時的作用的說明圖，以往情況下，由于該磁力線的作用會產生比較大的頓轉轉矩，但是在本發明中，通過在齒48上形成凸部48e，可以抑制該頓轉轉矩。
圖10A是沿圖21中的齒2外周一側的XA-XA箭頭所取的截面圖，圖10B是沿圖5中的齒48外周一側的XB-XB箭頭所取的截面圖，同樣，圖12A是沿內周一側的XIIA-XIIA箭頭所取的截面圖，圖12B是沿內周一側的XIIB-XIIB箭頭所取的截面圖。在圖10A、圖10B所示的外周一側，磁鐵間距a與齒間距b較寬，在圖12A、圖12B所示的內周一側，磁鐵間距a與齒間距b較窄。因為頓轉轉矩是由于磁鐵34的磁力而造成的，所以在這里對線圈50不通電的狀態進行說明。盡管如果通電的話會受到線圈50的磁通的影響，但可認為基本上是相同的。
即，在設置有以往的齒2的、圖10A所示的外周一側，由于磁鐵34會產生吸引力P1，從而產生頓轉轉矩。此時，圖10A、圖10B所示位置的電角度為圖11的電角度θ的位置。以往，由于會如上所述地產生頓轉轉矩，所以如圖11中的特性線A所示，頓轉轉矩會大幅波動。
與此相對，在圖10B所示的本第一實施方式中，通過形成凸部48e，可以產生抵消吸引力P1在旋轉方向上的分量的吸引力P2，因而可以減小頓轉轉矩，如圖11中的特性線B所示，可以使頓轉轉矩峰值減小至大約1/10，從而可以抑制頓轉轉矩的波動。
另外，在設置有以往的齒2的、圖12A所示的內周一側，由于磁鐵34會產生吸引力P3，從而產生頓轉轉矩。此時，圖12A、圖12B所示位置的電角度為圖13的電角度θ的位置。以往，由于會如上所述地產生頓轉轉矩，所以如圖13中的特性線C所示，雖然與所述外周一側相比起來要小，但頓轉轉矩也會波動。
與此相對，在圖12B所示的本第一實施方式中，通過形成凸部48e，可以產生抵消吸引力P3在旋轉方向上的分量的吸引力P4，因而可以減小頓轉轉矩，如圖13中的特性線D所示，可以使頓轉轉矩峰值減小，從而可以抑制頓轉轉矩的波動。
另外，在這里僅示出了內周一側和外周一側的一部分的特性，可以按照使從內周到外周的頓轉轉矩的積分值(合力)變小的方式來確定凸部48e的寬度L和高度H。通過使凸部48e的形狀在內外周固定，可以提供一種頓轉轉矩低、容易制造、并且便宜的電動馬達12。
另一方面，由于層疊多個同一種類的鋼板57來形成圖8的齒48，所以能夠抑制加工費用和模具費用，并且由于通過半穿孔57a來進行嵌合固定，所以可以簡單地層疊、組裝該鋼板57。
并且，在齒48上形成有內部寬的樹脂填充槽48c，在該樹脂填充槽48c中填充有成型樹脂52，因此可以將齒48牢固地固定在定子軛鐵心47上以阻止其脫出。
另外，通過用成型樹脂52來覆蓋齒48的相對面48d的除了凸部48e以外的部分，也可以阻止齒48在磁鐵34的吸引力的作用下脫出。
并且，雖然對于制造小型、轉矩高的馬達來說，將稀土類燒結磁鐵等用作磁鐵34很有效，但是將稀土類燒結磁鐵加工成復雜形狀(如扇形等)的加工費用非常高。因此，如果可以做成方形這樣的簡單形狀的話，能夠將磁鐵成本抑制得很低。但是，在與以往的定子相組合時，由于磁鐵與磁鐵的周向的間隙變寬(尤其是外周一側)，所以頓轉轉矩變得非常大，因此難以實用。通過組裝本發明的定子21和具有方形磁鐵34的轉子22，可以提供一種便宜、輸出轉矩大、并且頓轉轉矩低的電動馬達12。
而且，由于該電動馬達12能夠減小頓轉轉矩，所以可以提供一種振動和噪聲小的電動輪椅車11。
(第二實施方式)在圖14至圖17中示出了本發明的第二實施方式。
圖14所示的齒的凸部48e的寬度L固定，但是其高度H在靠近外周一側的過程中逐漸變高，圖15所示的齒的凸部48e的高度H固定，但是其寬度L在內周一側變窄。
這樣，通過使凸部48e的形狀不固定并按照不均勻的齒縫開度來進行調整，可以有效地消除頓轉轉矩。
即，圖16A、圖16B、圖16C是與圖12對應的圖，在齒2、48的內周一側的圖中，圖16A是示出以往情況下的作用的圖，圖16B是示出設置有圖14中的內周一側的高度低的齒48的情況下的作用的圖，圖16C是示出設置有圖15中的內周一側的寬度窄的齒48的情況下的作用的圖。另外，外周一側與圖10相同。
在圖16A所示的以往情況下，由于產生了吸引力P3，因而會產生頓轉轉矩。在該圖16A所示的以往情況下，相鄰磁鐵34之間的間隔a、以及相鄰齒48之間的間隔b比圖10A所示的情況要短，因此吸引力P3比吸引力P1小。因此，需要減小消除頓轉轉矩的吸引力P5、P6。
因此，圖16B所示的凸部48e與圖10B的凸部48e的寬度相同，但前者的高度低，另外，圖16C所示的凸部48e與圖10B的凸部48e的高度相同，但前者的寬度窄。勿庸置疑，也可以同時改變寬度、高度這兩者。
據此，在圖16A所示的情況下會產生頓轉轉矩，從而如圖17中的特性線C所示產生凹凸，圖16B、圖16C所示的情況抑制了頓轉轉矩，從而如圖17中的特性線E、F所示，凹凸比特性線C所示的凹凸小。
如此看來，通過如上述那樣使凸部48e的形狀不固定并按照不均勻的齒縫開度來進行調整，可以有效地消除頓轉轉矩。
另外，在這里，由于凸部48e的形狀并不在整個全長的范圍內相同，所以既可以層疊形狀不同的鋼板57，也可以在層疊相同形狀的鋼板57后(成型后)對凸部48e進行加工。
其他結構和作用與第一實施方式相同，因此省略說明。
(第三實施方式)在圖18和圖19中示出了本發明的第三實施方式。
在圖18所示的齒中，鋼板57在周向而非徑向上層疊，凸部48e的寬度L和高度H固定，在圖19所示的齒中，凸部48e的寬度L固定，高度H在靠近外周一側的過程中逐漸變高。
其他結構和作用與第一實施方式相同，因此省略說明。
另外，雖然在上述各個實施方式中，齒相對面48d的除了凸部48e以外的部分全部被成形樹脂52覆蓋，但是并不限定于此，如圖20所示，也可以用成型樹脂52來覆蓋凸部48e以外的部分中的一部分。
權利要求
1.一種旋轉電機，具有定子，所述定子具有纏繞有線圈的多個齒、以及將該齒連接起來的定子軛鐵心；和轉子，所述轉子具有間隔間隙而與所述齒相對配置的磁鐵；所述旋轉電機的特征在于，在所述齒的、與所述磁鐵相對的相對面上，在定子周向的大致中心部設有凸部。
2.如權利要求1所述的旋轉電機，其特征在于，所述齒相對面與所述磁鐵在旋轉軸心方向上間隔間隙而相對配置。
3.如權利要求2所述的旋轉電機，其特征在于，所述凸部的周向的寬度沿徑向不同。
4.如權利要求2所述的旋轉電機，其特征在于，所述凸部的高度沿所述徑向不同。
5.如權利要求2所述的旋轉電機，其特征在于，所述齒由相同形狀的多個鋼板在所述徑向上層疊構成。
6.如權利要求5所述的旋轉電機，其特征在于，所述多個鋼板相互凹凸配合地層疊在一起。
7.如權利要求2所述的旋轉電機，其特征在于，所述齒由多個鋼板在所述周向上層疊構成。
8.如權利要求2所述的旋轉電機，其特征在于，所述磁鐵被分割為多個，各個磁鐵呈方形。
9.一種電動輪椅車，具有作為車輛骨架的車架；供使用者乘坐的座位部；具有兩個車輪的一對驅動輪單元；安裝在所述一對驅動輪中的電動馬達；以及操作部，通過對操作部進行操作可通過旋轉電機來驅動驅動輪；其中，所述旋轉電機具有定子，所述定子具有纏繞有線圈的多個齒、以及將該齒連接起來的定子軛鐵心；和轉子，所述轉子具有間隔間隙而與所述齒相對配置的磁鐵；所述旋轉電機的特征在于，在所述齒的、與所述磁鐵相對的相對面上，在定子周向的大致中心部設有凸部。
全文摘要
本發明提供了一種旋轉電機以及配備有該旋轉電機的電動輪椅車，該旋轉電機具有定子，所述定子具有纏繞有線圈的多個齒、以及將該齒連接起來的定子軛鐵心；和轉子，所述轉子具有間隔間隙而與所述齒相對配置的磁鐵；其中，在所述齒的、與所述磁鐵相對的相對面上，在定子周向的大致中心部設有凸部。
文檔編號A61G5/04GK1901324SQ20061010333
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月18日 優先權日2005年7月20日
發明者內藤真也, 日野陽至 申請人:雅馬哈發動機株式會社