專利名稱：動力輔助同步電動機的結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種同步電動機，該同步電動機特別適于提供大功率輸出并同時保持一種緊湊且高效的結構。
背景技術：
如人們已知的，同步電動機通常具有一轉子和一協(xié)作的定子。定子包括圍繞定子鐵芯的相應極齒的線圈。這些線圈被電連接在印刷電路板上形成的線圈端子電路中。另外，還設置有一個旋轉位置檢測器，以檢測轉子相對定子的旋轉角度。在家用電器中，線圈電流通常在幾安培的數(shù)量級，線圈導線的直徑約為0.3至0.6mm。已有多種旋轉位置檢測器被使用，如霍爾元件或電的、光的編碼器。
然而，另外一些應用要求此類電動機具備更大的功率輸出量。例如，功率輔助同步電動機被用在電動車輛的動力轉向和/或諸如自行車、輪椅之類的動力輔助車輛中。這些應用要求有較大的輸出，其結果是將有20安培或更大的電流流過線圈。線圈導線的直徑可能約為1mm甚至更大，線圈的溫度可能上升至約180℃。此外，它們操作的溫度范圍的變化會很大。
例如，用于電動車輛動力轉向中的動力輔助電動機的線圈溫度范圍通?？蓮?40℃到150℃，在許多情況下范圍甚至會更大。因此，不能使用與用于家用電器并特別使用安裝了電子元件的旋轉位置檢測器的同步電動機相同結構的同步電動機。另外，不能簡單地以在印刷電路板上的線圈端子處理所需的大電流。
日本專利公開物JP-A-平06-233483中揭示并描述了一種典型的現(xiàn)有技術中的用于高輸出量電動機的結構。在這種結構中，諸線圈繞組在諸相中通過諸環(huán)形導電構件對于各相環(huán)形導電構件是一個放置在另一個之上，環(huán)形導電構件之間是絕緣的。而后，該組件作為一個單元被固定到定子的一個端面上。這使得大電流端子電路與線圈端部連接。
然而，對于這種類型的結構，整個組件結構復雜且制造昂貴。這是由于首先必須將定子設置并固定到一個獨立的殼體內(nèi)。然后，必須安裝并接線一個獨立的磁極位置檢測器。這樣，整個結構變得復雜、尺寸增加、操作麻煩，且組裝和維護變得更加困難。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供這樣一種高功率輸出的同步電動機，它尺寸小、易于操作、結構緊湊。另一個目的在于提供一個包括一大電流端子電路和一個磁極位置檢測器的單個的緊湊單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明適于具體化為這樣一種高功率同步電動機，該同步電動機包括一個轉子，該轉子具有一個半截多個周向隔開的永磁鐵的轉子軸。一定子包圍該轉子，并且定子包括多個磁極，諸線圈繞組圍繞這些磁極形成。一個大容量的端子電路以線圈繞組定位在電路中的磁極的一個軸端。一磁極檢測器定位在磁極的另一個軸端，并且它與永磁鐵協(xié)作以確定轉子的旋轉位置。最后，一樹脂本體裝入磁極、繞組以及大容量端子電路，從而形成一個單個的單元。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實施例構成的一種同步電動機的截面圖，該截面圖基本沿電動機的旋轉軸線截取，但圖中未示出轉子軸。
圖2為沿圖1中的線2-2方向觀察所得的端視圖。
圖3為沿圖1中的線3-3方向觀察所得的一相反的端視圖。
圖4是與圖1部分相似的截面圖，但僅示出了定子。
圖5是沿圖4中的線5-5方向觀察所得的端視圖。
圖6為沿圖4中的線6-6方向觀察所得的一相反的端視圖。
圖7為一方框圖，該方框圖示出了根據(jù)本發(fā)明構成的電動機是如何用于動力輔助車輛轉向系統(tǒng)中。
圖8為一方框圖，該方框圖示出了根據(jù)本發(fā)明構成的電動機是如何用于動力輔助有輪車輛中。
具體實施例方式
現(xiàn)在，具體參照附圖并首先參照圖1，根據(jù)本發(fā)明一實施例構成的一電動機總地由標號11表示。電動機11包括一3相DC無刷電動機，該電動機由一轉子12、一定子13、一磁極檢測器14、一上蓋或端蓋15以及一下端或端蓋16構成。轉子12包括一轉子軸17，轉子鐵芯18以一種適當?shù)姆绞?、例如通過鋸齒形花鍵17a、不可轉動地固定到轉子軸17上。具有交替極性的多個磁鐵19通過粘合劑(SPM)或埋設在表面附近(IPM)適當?shù)剡B接到轉子鐵芯18的外表面上。定子13包括定子鐵芯14，該定子鐵芯形成了面向轉子12的磁鐵19的多個磁性極齒，磁性極齒可為任意所需數(shù)量，如12、16、18。如圖所示，絕緣繞線筒21從上至下圍繞這些極齒定位到在定子鐵芯14的各個磁性極齒之間的槽內(nèi)。符合低電壓高安培(如12V、20A或更高)的線圈(未圖示)纏繞著上下絕緣體21。線圈導線的直徑約為1mm或更大?？偟貥耸緸?2的一個大電流端子電路單元設置在定子13的一端，在示出的實施例中為上端。由于線圈的繞組被設置為三相，大電流端子電路單元22由三個導電環(huán)23(圖1僅示出了兩個)構成。導電環(huán)23是以相互隔開的關系相應于U、V、W這三個相設置的。這些導電環(huán)通過一模制樹脂24固定并相互絕緣。環(huán)23形成有線圈連接端子，端子的數(shù)量與圍繞端子周圍設置的磁極相應。這些線圈連接端子通過焊接連接到在定子13上部的一個線圈端部(上下突出定子鐵芯14的部分)上向外彎出絕緣體21的導線端部上(未圖示)。相應的線圈連接端子25通過導電環(huán)23連接到外部連接端子25。
大電流端子電路單元22和定子13通過一模制樹脂26連接或容裝在一起，從而形成一個單個的本體。模制樹脂26的材料例如可為在寬泛溫度范圍(約從-0℃到200℃)下具有耐化學腐蝕性和穩(wěn)定性的不飽和聚酯的預混合料。該預混合料為油灰狀成形材料，該材料由混合入添加劑的(如加強劑、填料、催化劑、著色劑和脫模劑)液態(tài)低光滑度(low-profile)熱塑樹脂(不飽和聚酯樹脂)制成。作為加強劑可以使用玻璃纖維或維尼綸纖維。作為填料可以使用碳酸鈣或氫氧化鋁。作為固化催化劑可以使用有機過氧化物。作為脫模劑可以使用硬脂酸鋅。
如上所述，以模制樹脂26將電動機11的定子13制成單個本體所要達到的目的如下(1)抑制噪音和振動，(2)由于完全埋入了線圈導線，因而可防止轉子和定子相互干擾以及增加絕緣性能，(3)完善防水性及防腐蝕性，以及(4)以基本具有與外界幾乎同樣的高溫輻射特性，在溫度突然上升的情況下，增加用于緩解對外界熱效應的熱容量。上蓋15具有一個凸緣部分27，該凸緣部分可配合到大電流端子電路單元22的上側上的模制樹脂26的周邊凹部上。最佳地如圖2所示，上蓋15是通過將三個螺栓28擰入埋入模制樹脂26內(nèi)的嵌入螺母29(圖1)內(nèi)而固定的。為安裝電動機11，上蓋15設有三個設置在周邊凸緣上的安裝孔31。
上蓋15還支承轉子軸17的上端，從而轉子軸可通過相鄰開口33半截的低摩擦軸承32轉動，轉子軸17的上驅動端通出該開口33以用于驅動帶有相聯(lián)負載的設備，這將在下文中參照圖7和8描述。
磁極位置檢測器(分析器)14設置在轉子軸17的底端上并位于轉子鐵芯18之下。磁極位置檢測器14是由轉動磁極構件34以及以面對關系圍繞其設置的固定的磁極構件35構成。轉動磁極構件34由具有多個齒的層疊鋼片制成，這些層疊鋼片不可轉動地使用鍵之類的(未圖示)元件固定在轉子軸17上，并通過一螺母36保持軸向保持在其上。
由層疊鋼片制成的固定磁極構件35圍繞轉動磁極構件34設置，構件35的齒與構件34的齒面對。圍繞固定磁極構件35的齒卷繞線圈37。轉子12相對定子13的旋轉位置是通過當轉子軸17轉動時使用線圈37檢測對于固定磁極構件35的磁通的變化來檢測的。
固定磁極構件35例如以一個鋼制的下端蓋38保持。通過將三個螺栓39(參見圖1和3)擰入埋設在模制樹脂36內(nèi)的嵌入螺母41中可將該端蓋38固定到定子組件的其余部分上。該端蓋38還支承轉子軸17的底端，以使轉子軸借助低摩擦軸承42轉動，由此使組件更加簡化和緊湊。
下蓋16被安裝到模制樹脂26的底端面上，從而覆蓋磁極位置檢測器14，并且它通過將三個螺栓43擰入附加的嵌入螺母41內(nèi)(參見圖1和圖3)保持。這些螺栓43還幫助將端蓋38固定至定子組件13?，F(xiàn)參照圖4，當樹脂26模制完成時，大電流端子電路單元22的外部連接端子25被一蓋子44覆蓋。當樹脂固化之后，除去蓋子44，裝上轉子軸及其它，從而形成如圖1所示的DC無刷電動機11。三個嵌入螺母29被埋設在模制樹脂26的上側中(圖5)，六個嵌入螺母41被埋設在下側中(圖6)。
對于具有上述結構和優(yōu)點和電動機11，將參照圖7和圖8描述其可能用途中的兩個具體的實施例，圖7和圖8均為示出了本發(fā)明相應應用實例的方框圖。
首先參照圖7，其中示出了將本發(fā)明應用于諸如汽車之類車輛的動力轉向系統(tǒng)的實例。轉向機構(steering)的旋轉位置以磁極位置檢測器14來檢測。一個扭矩檢測器51檢測由關于轉動轉向機構的操作者施加的扭矩。這兩個檢測信號被輸入到由標號52表示的控制電路。該控制電路52具有一個用于檢測轉向機構的旋轉方向的轉動方向確定電路53。旋轉方向確定電路53根據(jù)輸入信號的次序，UVW或UWV，來確定順時針方向或逆時針方向。根據(jù)旋轉方向及扭矩驅動由本發(fā)明的DC無刷電動機構成的驅動電動機11。驅動電動機11通過一個減速機構連接一齒條和小齒輪機構54(如一轉向機構)的小齒輪軸上，并驅動齒條，從向向轉向機構施加轉動力。
圖8示出了將本發(fā)明應用一諸如自行車之類車輛的動力輔助的一個實例。類似于圖7示出的實例，磁極位置檢測器14以及扭矩檢測器51被連接到控制電路52上。由于轉動力總是以一個方向(向前方向)施加的，因此，根據(jù)該實施例的結構無須旋轉方向確定電路52。根據(jù)以扭矩檢測器51檢測到的踏板力，控制電路52以特定輔助比例的輔助驅動力驅動由本發(fā)明的DC無刷電動機制成的輔助電動機11。該輔助電動機11通過一個減速機構或一個行星齒輪機構連接到設置在踏板曲軸內(nèi)的傳送合并機構61，從而同踏板力一起形成一合力。由輔助電動機的旋轉力36和踏板力形成的合力由驅動通過一鏈輪的鏈條或者直接通過一軸的傳動裝置而傳送到一主動輪62，從而施加旋轉輔助力。
從以上描述可以顯而易見地看到，由于定子和大電流端子單元由固化模制樹脂而形成一個單個的單元，因此，無需一個單獨的殼體，從而使結構得以簡化。大電流端子單元和磁極位置檢測器位于定子的相對側上，其中前者安裝在轉子軸的一端，而后者安裝在轉子軸的另一端。這樣，所完成的動力輔助同步電動機的重量分布及抵抗熱效應的性能均是平衡的，它易于操作，且由于結構簡單而尺寸較小。當然，本領域的普通技術人員可易于理解以上描述的為較佳實施例，在不脫離由所附權利要求書確定的本發(fā)明主旨和范圍的前提下還可以作出各種變化和變型。
權利要求
1.一種大功率的同步電動機，所述電動機包括一轉子，所述轉子具有半截多個周向隔開的永磁鐵的一轉子軸；一定子，所述定子環(huán)繞所述轉子，并且所述定子包括多個磁極，圍繞這些磁極形成有線圈繞組；一個大容量端子電路，所述端子電路定位在所述線圈繞組電路中所述磁極的一個軸端；一磁鐵檢測器，所述檢測器定位在所述磁極的另一個軸端，所述檢測器與永磁鐵協(xié)作以確定所述轉子的旋轉位置；以及一個樹脂本體，所述樹脂本體容裝所述磁極、所述繞組以及所述大容量端子電路以形成一個單個的單元。
2.如權利要求1所述的大功率同步電動機，其特征在于，半截有用于使所述轉子軸的相對端部樞軸轉動的軸承的端蓋直接固定在所述樹脂本體上。
3.如權利要求2所述的大功率同步電動機，其特征在于，通過擰入保持在所述樹脂本體內(nèi)的嵌入件內(nèi)的螺旋緊固件可將端蓋固定到樹脂本體上。
4.如權利要求1所述的大功率同步電動機，其特征在于，磁鐵檢測器包括一固定在樹脂本體另一端上的傳感元件。
5.如權利要求4所述的大功率同步電動機，其特征在于，磁鐵檢測器的傳感元件由端蓋半截在轉子軸的相應端部處。
6.如權利要求5所述的大功率同步電動機，其特征在于，端蓋通過將螺旋緊固件擰入保持在所述樹脂本體內(nèi)的嵌入件而固定到樹脂本體上。
7.如權利要求6所述的大功率同步電動機，其特征在于，所述同步電動機還包括一個端部罩蓋，所述端部罩蓋固定在樹脂本體上并且封閉裝載磁鐵檢測器的傳感元件的端蓋。
8.如權利要求1所述的大功率同步電動機，其特征在于，大容量端子電路包括多個圍繞轉子軸的環(huán)形薄片，每個環(huán)形薄片連接至多個線圈繞組，所述環(huán)形薄片相互軸向隔開并埋入在一絕緣材料中。
9.如權利要求8所述的大功率同步電動機，其特征在于，所述絕緣材料被埋設在樹脂本體內(nèi)。
10.如權利要求9所述的大功率同步電動機，其特征在于，每個環(huán)形薄片具有至少一個穿透絕緣材料的軸向延伸的端子，以適應一外部電連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改進的同步電動機，該同步電動機用固化模制樹脂將定子和大電流端子單元結合成一個單個單元，由此無須單獨的殼體，從而結構得以簡化。大電流端子單元和一磁極位置檢測器位于定子的相對側上，其中前者安裝在協(xié)作轉子的軸的一端上，后者位于轉子軸的另一端上，它們被固定在固化模制樹脂中，從而形成一單個的本體。
文檔編號H02K5/15GK1525629SQ20031012390
公開日2004年9月1日 申請日期2003年12月19日 優(yōu)先權日2002年12月19日
發(fā)明者高野正 申請人:株式會社萌力克