馬達、馬達裝置以及指針式顯示裝置的制作方法

本實用新型涉及一種馬達、馬達裝置以及指針式顯示裝置，所述馬達將轉子以及配置在轉子的外周的定子容納于殼體。

背景技術：

在汽車用儀表裝置等表示裝置中，有時采用這樣的結構：將馬達的旋轉通過減速齒輪機構傳遞給輸出軸，并在輸出軸的端部安裝指針。在這種情況下，馬達有時采用如下結構，即具有：轉子，所述轉子具有圓筒狀的磁鐵；定子，所述定子配置在轉子的外周；以及殼體，所述殼體容納轉子以及定子，定子具有定子鐵芯和線圈，所述定子鐵芯具有沿磁鐵的周面配置的多個凸極，所述線圈被卷繞于多個凸極中的兩個。在專利文獻1中公開了這種馬達。

專利文獻1:日本特許2013-57567號公報

技術實現要素：

實用新型所要解決的課題

用于汽車用儀表裝置等顯示裝置的馬達要求具有足夠大的轉矩。并且，這種馬達的定子鐵芯的凸極形狀會給磁通分布帶來影響，這是公知的，且曾有人提出了通過將凸極形狀合理化來實現改善馬達特性。但是，一般情況下，我們知曉如果提高轉矩，則會增大噪聲，且并沒有提出能夠提高轉矩而降低噪聲的定子鐵芯形狀。

鑒于上述問題，本實用新型的課題在于提供一種轉矩大而噪聲小的馬達、具有這種馬達的馬達裝置以及指針式顯示裝置。

解決課題的技術方案

為了解決上述課題，本實用新型所涉及的馬達的特征在于，其具有：轉子，所述轉子具有S極與N極沿周向交替設置的磁鐵；以及定子，所述定子具有定子鐵芯和線圈，在所述定子鐵芯中沿周向配置有多個凸極，所述凸極的末端部與所述磁鐵的外周面隔著間隙相向，所述線圈繞所述多個凸極中的兩個配置，所述凸極的寬度是所述磁鐵的磁極寬度的50％以上。

根據本實用新型，通過將凸極形狀合理化，能夠實現轉矩大而噪聲小的馬達。

在本實用新型中，優選磁鐵的極數為八個。通過該結構，能夠實現轉矩高而噪聲小的馬達。

在本實用新型中，優選所述定子鐵芯的凸極數量為六個。根據該結構，能夠實現轉矩高而噪聲小的馬達。

在本實用新型中，優選所述凸極的寬度是所述磁鐵的磁極寬度的60％以上。根據該結構，在考慮到線圈的尺寸和向凸極安裝的安裝性時，能夠在可實現的范圍內，實現轉矩高而噪聲小的馬達。

在本實用新型中，優選多個凸極的角度間隔不相等。并且，優選在環繞配置所述線圈的兩個所述凸極中的一個與所述S極與所述N極之間相向時，另一個與所述S極的中心或與所述N極的中心相向。如果像這樣，則能夠給轉子的旋轉帶來足夠大的勵磁轉矩。

本實用新型所涉及的馬達能夠用于馬達裝置，所述馬達裝置具有：輪組，所述輪組傳遞所述轉子的旋轉；以及輸出軸，所述轉子的旋轉通過所述輪組傳遞至所述輸出軸。

本實用新型所涉及的馬達裝置能夠用于指針式顯示裝置，且在該指針式顯示裝置中，指針通過所述輸出軸驅動。

實用新型效果

根據本實用新型，通過將凸極形狀合理化，能夠實現轉矩大而噪聲小的馬達、馬達裝置以及指針式顯示裝置。

附圖說明

圖1(a)、圖1(b)為應用了本實用新型的馬達裝置的立體圖。

圖2為應用了本實用新型的馬達裝置的剖視圖。

圖3(a)為組裝了定子的第一殼體的立體圖，圖3(b)為第一殼體的立體圖。

圖4為磁鐵以及定子鐵芯的平面圖。

圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)為示出凸極的寬度和馬達特性的關系的圖表。

(附圖標記說明)

1…馬達

2…殼體

4…輪組

5…轉子

6…定子

7…線圈繞線架

8…端子銷

9…線圈

10…輸出軸

11…指針

21…第一殼體

22…第二殼體

25…定位部

26…定位部

28…支承部

29…貫通孔

41…第一齒輪

41a…大徑齒輪部

41b…小徑齒輪部

42…第二齒輪

48…支軸

50…磁鐵

51…旋轉軸

58…小齒輪

59…圓板部

60…定子鐵芯

61(61a至61f)…凸極

64…開口部

65a、65b…連接部

66…圓孔

67…突出部

68…長孔

69a、69b…矩形部

70…繞線架本體

90…線圈線

100…馬達裝置

200…指針式顯示裝置

211…側板部

211a…臺階部

211b…緣部

212…端板部

213…筒部

214…圓筒部

215…軸孔

216…軸孔

217…圓筒部

219…凸部

221…側板部

222…端板部

223…筒部

225…軸孔

226…軸孔

229…鉤部

261…缺口

262A、262B…導向部

263…凹部

264…突起部

CW…順時針方向

D1…磁鐵的磁極寬度

D2…凸極的寬度

L…輸出軸的軸線

L0…轉子的旋轉中心軸線

L1…第一方向

L2…第二方向

具體實施方式

以下，參照附圖對應用了本實用新型的馬達、馬達裝置以及指針式顯示裝置進行說明。

(整體結構)

圖1(a)為應用了本實用新型的馬達裝置100的立體圖，圖1(b)為示出從馬達裝置100取下第一殼體21的狀態的立體圖。并且，圖2為應用了本實用新型的馬達裝置100的剖視圖(圖1(a)的A-A剖視圖)。本實施方式的馬達裝置100用于指針式顯示裝置200。指針式顯示裝置200具有馬達裝置100和被馬達裝置100驅動的指針11。馬達裝置100具有馬達1、傳遞馬達1的旋轉的輪組4以及傳遞輪組4的旋轉的輸出軸10。指針11與輸出軸10連接。

(馬達)

馬達1具有：殼體2；轉子5，所述轉子5被殼體2支承為能夠旋轉；以及定子6，所述定子6配置在轉子5的周圍。在本說明書中，將輸出軸10的軸線L所延伸的方向中的從殼體2突出有輸出軸10的一側作為第一方向L1，以與突出有輸出軸10的一側相反的一側為第二方向L2。并且，由于轉子5的旋轉中心軸線L0與輸出軸10的軸線L平行，因此轉子5的旋轉中心軸線L0的一側朝向第一方向L1，旋轉中心軸線L0的另一側朝向第二方向L2。

殼體2具有：第一殼體21，所述第一殼體21配置在軸線L方向的第一方向L1上；以及第二殼體22，所述第二殼體22配置在軸線L方向的第二方向L2上。第一殼體21具有：端板部212，所述端板部212安裝有轉子5以及定子6；以及側板部211，所述側板部211從端板部212的外周緣向第二方向L2豎起。在端板部212形成有支承輸出軸10的筒部213。輸出軸10從筒部213朝向軸線L方向的第一方向L1突出。

第二殼體22具有：端板部222，所述端板部222在軸線L方向上與第一殼體21的端板部212相向；以及側板部221，所述側板部221從端板部222的外周緣向第一方向L1豎起。在第一殼體21的側板部211的多個部位形成有凸部219，在第二殼體22的側板部221的與第一殼體21的凸部219對應的位置形成有鉤部229。如果使鉤部229與凸部219卡合，從而使第一殼體21與第二殼體22卡合，則能夠構成殼體2。

如圖1(b)、圖2所示，轉子5具有被殼體2支承為能夠旋轉的旋轉軸51。轉子5具有：小齒輪58，所述小齒輪58固定于旋轉軸51的第二方向L2的端部；以及圓筒狀的磁鐵50。在磁鐵50的外周面，S極與N極交替等角度間隔排列。在本實施方式中，磁鐵50與小齒輪58通過嵌件成型被一體化，且磁鐵50與小齒輪58通過樹脂制成的圓板部59被結合在一起。圓板部59固定于旋轉軸51。

如圖2所示，在第一殼體21的端板部212形成有朝向第二方向L2突出的圓筒部214。在圓筒部214形成有將轉子5的旋轉軸51的第一方向L1的端部支承為能夠旋轉的軸孔215。另一方面，在第二殼體22的端板部222形成有將轉子5的旋轉軸51的第二方向L2的端部支承為能夠旋轉的軸孔225。

輪組4對轉子5的旋轉進行減速并傳遞到輸出軸10。如圖2所示，輪組4與轉子5以及定子6相同，被殼體2支承。輪組4具有第一齒輪41和第二齒輪42。第一齒輪41具有與轉子5的小齒輪58嚙合的大徑齒輪部41a和與第二齒輪42嚙合的小徑齒輪部41b。輸出軸10通過壓入或嵌件成型被固定于第二齒輪42。輸出軸10被第一殼體21的筒部213和第二殼體22的筒部223支承為能夠旋轉。第一齒輪41被支軸48支承為能夠旋轉。支軸48的兩端被形成于第一殼體21的軸孔216和形成于第二殼體22的軸孔226保持。第一殼體21的軸孔216形成于從端板部212向第二方向L2突出的圓筒部217。

圖3(a)為組裝了定子6的第一殼體21的立體圖，圖3(b)為第一殼體21的立體圖。并且，圖4為磁鐵以及定子鐵芯的平面圖。如圖1(b)、圖3(a)所示，定子6具有定子鐵芯60，所述定子鐵芯60具有隔著間隙與磁鐵50的外周面相向的多個凸極61(凸極61a至61f)。并且，定子6具有：線圈繞線架7，所述線圈繞線架7裝配于多個凸極61中的凸極61b、61f(主極)；以及線圈9，所述線圈9隔著線圈繞線架7卷繞于凸極61b、61f的周圍。在本實施方式中，凸極61的數量為六個，在磁鐵50中，S極與N極形成四對。并且，凸極61f、61b(主極)相對于轉子5的旋轉軸51配置在靠第一齒輪41的一側。

線圈繞線架7具有：絕緣性的繞線架本體70，所述繞線架本體70卷繞有形成線圈9的線圈線90；以及兩個端子銷8，所述端子銷8被保持于繞線架本體70。定子鐵芯60的凸極61b、61f被插入到繞線架本體70的內側，其結果是，在凸極61b、61f的周圍配置線圈9。在線圈線90的端部被纏繞到從繞線架本體70突出的端子銷8的一個端部之后再進行錫焊。端子銷8的另一個端部穿過形成于第一殼體21的端板部212的貫通孔29(參照圖3(b))，并從第一殼體21向第一方向L1突出(參照圖2)。配線基板等配線器材(未圖示)與從第一殼體21突出的端子銷8連接。

定子鐵芯60的配置有轉子5的部分成為開口部64，且從該開口部64的內周緣向磁鐵50的外周面突出有多個凸極61。凸極61的徑向內側的末端部隔著間隙與磁鐵50的外周面相向。定子鐵芯60的安裝有線圈繞線架7的凸極61b、61f(主極)比其他凸極61a、61c至61e(輔極)長。因此，定子鐵芯60在形成有凸極61b、61f(主極)的部分具有呈大致矩形形狀向徑向外側伸出的矩形部69a、69b。凸極61b、61f從矩形部69a、69b的外周部分向徑向內側突出。矩形部69a、69b相對于開口部64在靠第一齒輪41的一側被連接部65a連接在一起。未配置有線圈9的凸極61(輔極)中的一個(凸極61a)從連接部65a向徑向內側突出。并且，相對于開口部64在與第一齒輪41相反的一側設有連接其他凸極61c至61e(輔極)的連接部65b。凸極61c至61e(輔極)從連接部65b向徑向內側突出。

定子鐵芯60為將沖切成上述的形狀的磁性板層疊多個的板狀的部件。在定子鐵芯60的位于輪組4側的凸極61a的根部附近形成有圓孔66。并且，定子鐵芯60在位于輪組4的相反一側的凸極61d的位置具有朝向徑向外側突出的突出部67。在突出部67形成有長孔68。

第一殼體21具有在兩個部位對定子鐵芯60進行定位的定位部25、26。定位部25形成于端板部212。在本實施方式中，供第一齒輪41的支軸48壓入的軸孔216作為定位部25發揮作用(參照圖3(b))。也就是說，如果將壓入到軸孔216中的支軸48穿過定子鐵芯60的圓孔66，則如圖3(a)所示，定子鐵芯60通過支軸48被定位。

另一個定位部26形成于第一殼體21的側板部211。側板部211具有：臺階部211a，所述臺階部211a在朝向第二方向L2豎起的中途位置形成于外周面；以及緣部211b，所述緣部211b從臺階部211a的內周緣向第二方向L2豎起。緣部211b形成于側板部211的全周。定位部26具有：缺口261，所述缺口261在與定子鐵芯60的突出部67對應的位置將緣部211b切掉；一對導向部262A、262B，所述一對導向部262A、262B在缺口261的周向的兩側向第二方向L2突出；凹部263，所述凹部263以與缺口261相同的寬度形成于臺階部211a；以及突起部264，所述突起部264在凹部263的周向的中央向第二方向L2突出。

如圖3(a)所示，如果將定子鐵芯60的突出部67嵌入到缺口261中并將突出部67放入凹部263，則形成突起部264嵌入到長孔68中的狀態。定位部26通過在長孔68中嵌入突起部264，而在以支軸48為中心的旋轉方向上阻止定子鐵芯60的旋轉。

(馬達的組裝)

在組裝馬達1時，首先將第一齒輪41的支軸48壓入到形成于第一殼體21的軸孔216中。并且，將轉子5的旋轉軸51壓入到軸孔215中。之后，如圖3(a)所示，將對定子鐵芯60安裝了線圈繞線架7、線圈9、端子銷8的定子6組裝到第一殼體21。此時，首先將支軸48的末端插入到定子鐵芯60的圓孔66中，接著將突出部67插入到一對導向部262A、262B之間。并且，將端子銷8插入到形成于第一殼體21的端板部212的四個部位的貫通孔29中。

在第一殼體21的與定子鐵芯60的凸極61b、61f的根部分重疊的位置形成有從端板部212向第二方向L2突出的支承部28。定子鐵芯60通過突出部67與定位部26的凹部263抵接，且凸極61b、61f的根部分與支承部28抵接，而在軸線L方向上被支承。并且，如果突出部67與凹部263抵接，則定位部26的突起部264嵌入到長孔68中對定子鐵芯60進行定位。

在將定子6組裝到第一殼體21后，再將轉子5組裝到第一殼體21。之后，將固定有第二齒輪42的輸出軸10安裝到第一殼體21的筒部213。而且，以使第一齒輪41與小齒輪58以及第二齒輪42互相嚙合的方式將第一齒輪41安裝于支軸48。最后，使第二殼體22覆蓋到第一殼體21并結合，從而構成殼體2。如果使第二殼體22與第一殼體21結合，則如圖1(a)所示，第一殼體21的緣部211b以及一對導向部262A、262B與第二殼體22的側板部221的內周側嵌合。并且，如圖2所示，突出部67在軸線L方向上被第一殼體21的側板部211和第二殼體22的側板部221夾持。由此，定子鐵芯60在軸線L方向上被定位。

(凸極的配置)

在本實施方式的馬達裝置100中，馬達1中的磁鐵50的S極與N極呈等角度間隔形成四對，在定子鐵芯60中，凸極61形成六個。凸極61不等間隔配置，如果在周向上相鄰的凸極61的角度間隔以凸極61a為起點，則沿圖4所示的順時針旋轉方向CW形成為56.25°、56.25°、67.5°、67.5°56.25°、56.25°。

像這樣，如果將在周向上角度位置偏差112.5°的兩個凸極61f、61b用作主極，則在磁鐵50為八個極的情況下，在配置有線圈9的凸極61b、61f(主極)的一個主極的周向的中心與S極與N極之間相向時，即與S極和N極之間的邊界部分相向時，另一個主極的周向的中心與S極的周向的中心或與N極的周向的中心相向。因此，能夠給轉子5的旋轉帶來足夠的勵磁轉矩。并且，如果將在周向上相鄰的凸極61的各間隔設定為上述的值，則啟動轉矩的變化小。因此，在本實施方式的馬達裝置100中，轉子5的振動少。因此，能夠減小轉子5在旋轉時產生的音量，從而能夠實現低噪聲化。

在這樣構成的馬達1、馬達裝置100以及指針式顯示裝置200中，當通過端子銷8向線圈9供電時，轉子5旋轉，且該旋轉通過圖2等所示的輪組4被傳遞到輸出軸10。因此，與輸出軸10連接的指針11旋轉。此時，通過向線圈9輸入規定的驅動脈沖數來切換指針11的角度位置，并且在使指針11繞順時針方向旋轉到目標位置后使其停止。并且，如果提供逆旋轉用的驅動脈沖，則能夠使指針繞逆時針方向旋轉到另一個目標位置。

(凸極形狀的合理化)

定子鐵芯60的六個凸極61(61a至61f)的寬度相同。并且，六個凸極61每一個從末端到根部的粗細都相同。在此，如果將磁鐵50的磁極寬度設D1，將凸極61的寬度設為D2，則本實施方式的定子鐵芯60以滿足以下條件(1)的方式形成。條件(1)示出凸極的寬度D2是磁鐵50的磁極寬度D1的50％以上。

0.5≤D2/D1…(1)

本實用新型人員根據本實施方式的馬達1的結構制成多個凸極61的寬度D2不同的樣品來測定馬達特性。具體地說，采用磁鐵50的外徑為8mm，磁極數為八個的轉子(即具有四對S極和N極的轉子)作為轉子5。也就是說，將磁鐵50的磁極寬度D1設為8mm×π/8＝3.14mm。并且，使用定子鐵芯60的凸極61的寬度D2為0.8mm、1mm、1.3mm、1.6mm、1.9mm這五個類型的定子作為定子6。凸極61的數量為六個，且如上所述不等間隔配置，且使線圈9環繞于其中兩個凸極(凸極61b、61f)。并且，針對于所有的D1與D2的組合來測定馬達1的啟動電壓、噪聲(即轉子5在旋轉時產生的音量)、齒槽轉矩。以100pps和200pps這兩種速度測定啟動電壓，以1000pps的速度測定噪聲。

圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)為示出凸極61的寬度D2與馬達特性之間的關系的圖表。圖5(a)示出凸極61的寬度D2給啟動電壓帶來的影響，圖5(b)示出凸極61的寬度D2給噪聲帶來的影響，圖5(c)示出凸極61的寬度D2給齒槽轉矩帶來的影響。在此，圖5(a)至圖5(c)的圖表使用凸極61的寬度D2作為橫軸，但圖5(a)至圖5(c)的橫軸還能夠替換為凸極61的寬度D2/磁極寬度D1的值。也就是說，在磁極寬度D1為3.14mm的情況下，凸極61的寬度D2為0.8mm、1mm、1.3mm、1.6mm、1.9mm時的數據分別相當于凸極61的寬度D2/磁極寬度D1為0.25(25％)、0.32(32％)、0.41(41％)、0.51(51％)、0.61(61％)時的數據。

如圖5(a)所示，在凸極61的寬度D2小于1.6mm的范圍內，無論以100pps和200pps的哪個速度，如果凸極61的寬度D2變大，則啟動電壓降低。啟動電壓降低意味著馬達1的轉矩變大。另一方面，在凸極61的寬度D2為1.6mm以上的范圍內，啟動電壓的值不變化。也就是說，在本實施方式的馬達1中，即使將凸極61的寬度D2設為1.6mm以上，轉矩也不會再升高。由此可知，為了增大轉矩，只要將凸極61的寬度D2設置在1.6mm以上(即凸極61的寬度D2/磁極寬度D1大致在50％以上)即可。

如圖5(b)所示，馬達1的噪聲在凸極的寬度D2變大時減小。并且，齒槽轉矩在凸極的寬度D2變大時減小。也就是說，在本實施方式的馬達1中可知，噪聲和齒槽轉矩隨著凸極的寬度D2/磁極寬度D1的值變大而減小。由于齒槽轉矩成為轉矩脈動的原因，因此可認為轉子5的旋轉不穩定隨著齒槽轉矩的減少而變小，從而噪聲降低。

根據圖5(a)至圖5(c)所示的馬達特性可看出，在本實施方式的馬達1中，在磁鐵的極數為八個且定子鐵芯的凸極數為六個的情況下，到凸極61的寬度超過磁鐵的磁極寬度的50％為止，啟動電壓隨著擴大凸極的寬度而降低(即轉矩上升)，且噪聲減小。在本實用新型中，由于采用這種結構，因此能夠實現轉矩高而噪聲以及齒槽轉矩小的馬達。

在此，在要進一步降低噪聲以及齒槽轉矩的情況下，還能夠將凸極的寬度D2設置在1.9mm以上(即，能夠將凸極61的寬度D2設置在磁極寬度D1的60％以上)。另外，如果考慮線圈9的尺寸和將線圈9安裝到凸極61(61b、61f)時的操作性，則不能無限度地擴大凸極的寬度D2，但可按照本實施方式的定子鐵芯60的形狀，將凸極的寬度D2增大到1.9mm。因此，通過采用這種形狀，能夠實現轉矩高而噪聲以及齒槽轉矩小的馬達。

(作用效果)

如上所述，本實施方式的馬達1在具有轉子5、定子6的結構中，如果將磁鐵50的磁極寬度設為D1，將凸極61的寬度設為D2，則凸極的寬度D2是磁鐵50的磁極寬度D1的50％以上，所述轉子5具有S極和N極沿周向交替設置的磁鐵50，所述定子6具有定子鐵芯60和線圈9，在所述定子鐵芯60中沿周向配置多個凸極61，所述凸極61的末端部與磁鐵50的外周面隔著間隙相向，所述線圈9繞多個凸極61中的兩個(凸極61b、61f)配置。像這樣，通過將凸極61的寬度D2合理化，能夠實現轉矩高而噪聲小的馬達。

(其他實施方式)

在上述實施方式中，舉了將馬達裝置100應用于指針式顯示裝置200的例子，但也可將本實用新型應用于除指針式顯示裝置用的馬達裝置100以外的裝置。