专利名称：电动机及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电动机及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种用于防止电动机中的轴承发生电化学腐蚀的结构。
背景技术：
在由100伏特或更高的较高电压驱动并且由PWM(脉冲宽度调制)控制器控制的电动机中，由电动机中的电势差所致的轴向电流成为问题已经有些时候了。该电势差由例如施加在电动机上的不平衡电压、定子与磁铁之间的间隙的不均匀度、或者PWM控制器中的中性点处的电压变化产生。该轴向电流引起在其内具有电绝缘层的轴承中放电，例如，在其内每个内圈和外圈都设有电绝缘层的滚动轴承中放电。放电使得轴承表面变粗糙，尤其是滚动轴承的滚动面或滚珠的表面。这种粗糙表面在产生异常噪音方面起很重要的作用。
图7显示了高电压驱动的示例性常规电动机的结构。图7是沿着包含其轴向的平面截取的电动机的截面图。图8是电动机的轴承的平面图，显示了其内部结构。
参照图7，电动机1包括绕转动轴线J1可转动的轴2；固定到轴2的轴向中心部分的转子3；沿垂直于转动轴线J1的径向布置在转子3外侧并与转子3之间具有间隙的定子4；在轴向相互隔开并将转子3夹在其间的滚动轴承5；以及框架6，该框架包括中空的圆筒形部分6a，定子4固定在其上。滚动轴承5由框架6保持。参照图8，每个滚动轴承5包括内圈5a和外圈5b。内圈5a固定在轴2上，并且能和轴2一起转动。外圈5b固定在框架6上并且不能转动。多个滚珠5c与内圈5a和外圈5b均接触。滚珠5c可以转动，并绕转动轴线J1回转。内圈5a与外圈5b之间的空间装填有油脂5d。虽然在图8中未示出，但滚动轴承5还包括用于保持滚珠5c之间的周向间隙的保持架。
在图7示出的电动机中，轴向电流以虚线箭头所示的顺序主要流经包括框架6、滚动轴承5以及轴2的路径。参照图8，由于油脂5d由电绝缘材料制成，所以当轴向电流流经滚动轴承5的内圈5a和外圈5b之间时会产生火花。该火花使内圈5a和外圈5b的面向滚珠5c的表面以及滚珠的表面变粗糙。也就是说，滚动轴承5被电化学腐蚀。因而，在这种状态下，滚动轴承5工作过程中会产生异常噪音，并且滚动轴承5的寿命缩短。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种电动机，包括与所述电动机的转动轴线同轴布置的轴；能够与所述轴一体转动的转子磁铁；沿基本垂直于所述转动轴线的径向面向所述转子磁铁的定子；以及以能够转动的方式支撑所述轴的轴承，其中所述轴包括至少两个沿轴向互相间隔开的轴构件；并且所述转子磁铁是塑料磁铁并且保持所述至少两个轴构件，所述塑料磁铁至少部分地沿轴向布置在所述至少两个轴构件之间。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电动机，包括与所述电动机的转动轴线同轴的轴；能够与所述轴一体转动的转子磁铁；沿基本垂直于所述转动轴线的径向面向所述转子磁铁的定子；以及以能够转动的方式支撑所述轴的轴承；其中所述轴包括至少两个沿轴向互相间隔开的轴构件；并且在所述至少两个轴构件之间轴向设置有轴连接构件，以将所述至少两个轴构件互相连接，所述轴连接构件由电绝缘材料制成。
根据本发明的又一个方面，提供了一种电动机的制造方法，所述电动机包括与所述电动机的转动轴线同轴布置并且在轴向上互相间隔开的至少两个轴构件；能够与所述至少两个轴构件一起转动的转子磁铁；以及将所述至少两个轴构件互相连接的轴连接构件，所述方法包括a)将所述至少两个轴构件固定到所述轴连接构件；并且b)将所述转子磁铁和所述至少两个轴构件一体形成。
在根据本发明的电动机中，共同形成轴的多个轴构件通过轴连接构件互相连接，其中所述轴与电动机的转动轴线同轴，所述轴连接构件可以使所述轴构件互相电绝缘。也就是说，所述轴构件互相不直接接触。所述轴连接构件防止轴向电流在所述轴构件之间流动。
代替轴连接构件，可在所述轴构件之间轴向插置含有铁氧体粉末的转子磁铁。由于含有铁氧体粉末的转子磁铁具有很高的电绝缘性能，即很高的电阻，所以可以充分减少轴向电流。
从以下参照附图对本发明的优选实施方式所做的详细描述，将更加明了本发明的其它特征、要素、优点以及特性。
图1是示出根据本发明优选实施方式的电动机的整体结构的截面图，该截面图沿着包括电动机的转动轴线的平面截取。
图2是图1的电动机的主要部分的放大截面图。
图3示出根据本发明优选实施方式的电动机制造方法的流程。
图4是示出根据本发明另一优选实施方式的电动机的整体结构的截面图，该截面图沿着包括电动机的转动轴线的平面截取。
图5是根据本发明又一优选实施方式的电动机的主要部分的放大截面图。
图6是根据本发明再一优选实施方式的电动机的主要部分的放大截面图。
图7是常规示例性电动机的截面图，该截面图沿着包括电动机的转动轴线的平面截取。
图8是轴承的平面图，示出了其内部结构。
具体实施例方式
参照图1到6，对本发明的优选实施方式做详细描述。应当指出的是，在本发明的优选实施方式的说明中，当不同部件之间的位置关系和取向描述为上/下或左/右时，仅表示在图中的最终位置关系或取向；而不表示所述部件在组装到实际装置中时的位置关系和取向。同时，在下面的描述中，轴向指平行于转动轴线的方向，径向指垂直于转动轴线的方向。
示例性优选实施方式的电动机结构现在参照图1描述根据本发明的示例性优选实施方式的电动机。图1是在电动机沿着包括电动机转动轴线J1的平面剖切时该电动机的截面图。
参照图1，框架10是中空的、带有底12的、大致圆筒形的钢板，并且优选通过诸如压制之类的塑性成形方式形成。框架10包括中心大约在转动轴线J1上并且沿轴向从底12向上延伸的本体11。底12包括与转动轴线J1同轴的下轴承座12a。该下轴承座12a是中空的，大体为圆筒形，并且轴向向上延伸。
环形定子20固定在框架10本体11的内表面上。定子20包括定子铁芯、线圈23和绝缘体24。定子铁芯优选包括多个轴向层叠的薄片，每个薄片具有环形芯背(core back)21和从该芯背21径向向内延伸的多个齿22。通过将导线绕定子铁芯的每个齿22缠绕多次的方式形成线圈23。绝缘体24插置在定子铁芯与线圈23之间，以使其互相电绝缘。绝缘体24具有内壁24a和外壁24b，所述内壁24a和外壁24b在径向上分别邻近线圈23的内端和外端布置。内壁24a和外壁24b可防止绕组塌陷。
其上布置有电路的电路板30沿轴向设置在定子20的上方。该电路控制电动机的电流供应。
托架40沿轴向固定在框架10本体11的上部，也就是靠近框架10的开口端的部分，从而封闭框架10的开口端。托架40包括与转动轴线J1同轴的上轴承座41。上轴承座41轴向向下延伸。
作为滚动轴承示例的滚珠轴承50和51分别设置在上轴承座41和下轴承座12a中。滚珠轴承50和51支撑与转动轴线J1同轴的轴60。滚珠轴承50和51中的每个都优选具有与图8中的轴承相同的结构，并包括内圈和外圈、多个滚珠、保持架以及油脂。
轴60分为两个轴构件，即沿轴向位于滚珠轴承50与51之间的上部轴构件61和下部轴构件62。上部轴构件61和下部轴构件62与轴连接构件70连接，该轴连接构件70优选具有基本为H形的截面。转子磁铁80固定在轴连接构件70的外表面和轴60的外表面。转子磁铁80包括固定在轴连接构件70和轴60上的固定部81；磁驱动部82，其面向定子20的齿22的内表面并产生转动力；以及将固定部81和磁驱动部82互相接合的接合部83。
当电流从电动机外部供应至定子20的线圈23时，线圈23产生磁场。因而，如此产生的磁场与转子磁铁80的磁驱动部82相互作用，从而为电动机提供转动力。
轴、轴连接构件以及转子磁铁的结构现在参照图2描述轴60、轴连接构件70和转子磁铁80的结构。图2是图1的电动机的主要部分的放大截面图。为了方便说明，图2显示了轴60的滚花部分，但在沿包括转动轴线J1的平面截取的轴60的截面中通常不会看到该滚花部分。
参照图2，轴连接构件70优选由电绝缘树脂制成。轴连接构件70具有凹的配合部71和72，上部轴构件61和下部轴构件62分别配合在其中。所述上部轴构件61和下部轴构件62分别过盈配合并固定到相应的配合部。这种过盈配合可以使上部轴构件61和下部轴构件62以精确的同轴方式互相固定。轴连接构件70还包括底部73，其用作配合部71和72两者的底。由于底部73的存在，上部轴构件61和下部轴构件62在轴向上互相可靠地分开。使用这种构型，即使在电动机内产生电势差时，底部73也能够阻止轴向电流在上部轴构件61和下部轴构件62之间流动。也就是说，可以防止轴向电流顺序流经框架10、滚珠轴承50和51以及轴60。因此，可以防止滚珠轴承50和51发生电化学腐蚀。
底部73优选设置于沿轴向与转子磁铁80的接合部83相同的高度处，也就是说，从径向观察时，其与接合部83处于相同的位置处。接合部83设置于沿轴向与转子磁铁80的磁驱动部82的磁性中心大致相同的高度处。因此，轴连接构件70的底部73也设置于沿轴向与磁驱动部82的磁性中心大致相同的高度处。
每个上部轴构件61和下部轴构件62的将要过盈配合到轴连接构件70的相应一个配合部71和72中的部分具有通过滚花等方式形成的槽61a或62a。由于槽61a和62a的存在，分别作用在上部轴构件61和配合部71之间以及下部轴构件62与配合部72之间的紧固力会提高。
转子磁铁80的固定部81从轴连接构件70的径向外侧覆盖轴连接构件70的外表面，并且沿轴向向上和向下延伸。固定部81的每个轴向端都形成有凸出部81a。凸出部81a邻近滚珠轴承50和51中相关的一个布置并且向相关的滚珠轴承50和51施加预载荷。
转子磁铁80形成为具有磁各向异性。
轴、轴连接构件以及转子磁铁的组装方法现在参照图3描述如何组装轴60、轴连接构件70以及转子磁铁80的示例。
首先，将上部轴构件61和下部轴构件62分别过盈配合到轴连接构件70的配合部71和72中，以得到轴组件(步骤S1)。因此，上部轴构件61和下部轴构件62同轴布置的精确度主要由形成配合部71和72时配合部71和72同轴布置的精确度决定。
接着，当用轴连接构件70将上部轴构件61和下部轴构件62互相连接时，通过夹物模制形成转子磁铁80(步骤S2)。在夹物模制该转子磁铁80时，在非常高的温度下，将转子磁铁80的材料倒入模具(未示出)中。因此，优选地，轴连接构件70由热固性树脂制成。在这种情况下，即使在夹物模制转子磁铁80的过程中轴连接构件70的温度升高，也能防止轴连接构件70熔化和变形。
然后，将在步骤S1中得到的轴组件安装到框架10内。更具体而言，将固定有滚珠轴承51的轴组件固定到框架10上，其中定子20和电路板30固定在本体11的内表面上(步骤S3)。
最后，当将滚珠轴承50固定到上部轴构件61上时，将框架10的本体11和托架40互相紧固(步骤S4)。
另一示例性优选实施方式的电动机结构现在参照图4描述根据本发明另一示例性优选实施方式的电动机。除了框架10和托架40之外，该优选实施方式的电动机的各部件具有与图1所示部件相同的形状。相同的部件在图1和4中用相同的附图标记示出并且省略了其详细描述。
参照图4，定子20和电路板30一体模制在由造型材料制成的壳体100内。壳体100是中空的，大体为圆筒形，并且包括中空的圆筒形本体101以及从本体101轴向上部径向向内延伸的延伸部102。延伸部102沿轴向位于转子磁铁80的磁驱动部82的上方，并且比磁驱动部82的径向外表面更向内地径向延伸。在延伸部102的径向内端处，用于保持滚珠轴承50的上轴承座103通过模制与壳体100一体成形。上轴承座103是通过诸如压制之类的塑性成形方式形成的大致圆筒形的中空的钢板。上轴承座103具有盖103a，所述盖覆盖滚珠轴承50的上侧。在滚珠轴承50与盖103a的轴向之间布置有弹簧110，以与滚珠轴承50的外圈接触并向滚珠轴承50施加预载荷。
用于保持滚珠轴承51的下轴承座104固定在壳体100的本体101的轴向下部上。下轴承座104是通过诸如压制之类的塑性成形方式形成的大致圆筒形的中空的钢板。下轴承座104设有接触部104a，该接触部与滚珠轴承51的外圈的轴向下侧接触并向滚珠轴承51施加预载荷。因此，转子磁铁80的凸出部81a、弹簧110以及接触部104a向滚珠轴承50和51施加预载荷。
壳体100由例如不饱和聚酯的具有高介电常数的材料制成。因此，当电动机中产生电势差时，形成了包括壳体100、上轴承座103、滚珠轴承50和轴60的轴向电流路径以及包括壳体100、下轴承座104、滚珠轴承51和轴60的另一路径。然而，由于上部轴构件61和下部轴构件62通过轴向插置在轴构件61和62之间的轴连接构件70互相电绝缘，所以这两条路径在形成轴60的上部轴构件61和下部轴构件62之间不互相电连接。因此，没有轴向电流流过，从而可以防止滚珠轴承50和51发生电化学腐蚀。
轴、轴连接构件以及转子磁铁的其他结构现在参照图5和6描述根据本发明其他优选实施方式的电动机的轴、轴连接构件以及转子磁铁的结构。由于轴60具有与以上优选实施方式所述的轴相同的形状，所以图5和6中使用相同的附图标记。图5和6是示出轴、轴连接构件以及转子磁铁的布置的截面图，该截面图沿着包括转动轴线J1的平面截取。图5和6示出了互相不同的布置。
首先描述图5中示出的优选实施方式。参照图5，轴连接构件120由电绝缘树脂制成并优选具有基本为H形的横截面，其优选通过模制形成。轴连接构件120具有凹的配合部121和122，上部轴构件61和下部轴构件62分别配合在其中。上部轴构件61和下部轴构件62分别过盈配合并固定到配合部121和122。轴连接构件120还具有沿轴向位于配合部121和122之间的底部123。由于底部123的存在，上部轴构件61和下部轴构件62沿轴向互相可靠地分开。轴连接构件120还包括分别从配合部121和122轴向延伸到滚珠轴承50和51的轴接收部121a和122a。上部轴构件61和下部轴构件62分别插入配合部121和122内并由配合部121和122接收。每个轴接收部121a和122a都在其滚珠轴承侧设有凸出部121a1或122a1。凸出部121a1和122a1分别与相应滚珠轴承50和51的内圈接触，以向相应的滚珠轴承50和51施加预载荷。
转子磁铁130具有固定在轴连接构件120外表面上的固定部131；沿径向面向定子20的齿22的内表面的磁驱动部132；以及将固定部131和磁驱动部132互相接合的接合部133。当轴60和轴连接构件120互相紧固时，通过夹物模制形成转子磁铁130。因此，轴60和转子磁铁130互相不直接接触。因而，轴连接部120可以阻断轴向电流顺序流经定子20、转子磁铁130和轴60。而且，由于转子磁铁130与滚珠轴承50和51互相不直接接触，所以能够防止流经转子磁铁130并由轴连接部120阻断的轴向电流流过滚珠轴承50和51。因此，可以可靠地防止滚珠轴承50和51发生电化学腐蚀。
接下来，描述图6中示出的优选实施方式。参照图6，转子磁铁140通过夹物模制形成，将上部轴构件61和下部轴构件62在轴向上互相连接。也就是说，上部轴构件61和下部轴构件62固定在转子磁铁140上。优选的是，转子磁铁140是含有铁氧体粉末的塑料磁铁。含有铁氧体粉末的塑料磁铁通常由电绝缘材料制成。因此，转子磁铁140的电阻很高。由于转子磁铁140的高电阻，转子磁铁140可以阻断顺序流经定子20、转子磁铁140以及轴60的轴向电流。
转子磁铁140具有固定到上部轴构件61和下部轴构件62外表面的固定部141；沿径向面向定子20的齿22的内表面的磁驱动部142；以及将固定部141和磁驱动部142接合的接合部143。固定部141具有与上部轴构件61和下部轴构件62的轴向端接触的接触部144。接触部144沿轴向将上部轴构件61和下部轴构件62互相可靠地分隔开。因此，可以阻断上部轴构件61和下部轴构件62之间轴向流动的轴向电流。
以上已经描述了本发明的优选实施方式。然而，本发明并不限于此。
在以上描述的优选实施方式中，上部轴构件61和下部轴构件62优选地过盈配合并固定到轴连接构件70。然而，本发明并不限于此。例如，轴连接构件70可以在将上部轴构件61和下部轴构件62布置在模具(未示出)中并在其二者之间留有轴向间隙的情况下与上部轴构件61和下部轴构件62一体模制。
而且，在第一优选实施方式中，轴向延伸槽61a和62a优选设置在上部轴构件61和下部轴构件62上，以增强用于将上部轴构件61和下部轴构件62分别紧固到轴连接构件70的配合部71和72的力。然而，槽61a和62a的形状不限于此。槽61a和62a可具有任何形状，只要其能增强紧固力即可。例如，槽61a和62a可为螺旋槽。
在图5示出的优选实施方式中，在上部轴构件61和下部轴构件62的分别相应于配合部121和122的位置处没有显示槽61a和62a。然而，在图5示出的优选实施方式中，形成槽61a和62a也适于增强将轴60和轴连接构件120互相紧固的力。
此外，图2、5以及6中示出的每个主要零部件可应用于图1和4中示出的任何电动机中。
虽然上文已经描述了本发明的优选实施方式，但可以理解的是，对本领域的普通技术人员来说变型和改型是显而易见的，而不脱离本发明的范围和主旨。因此，本发明的范围仅由所附权利要求确定。
权利要求
1.一种电动机，包括与所述电动机的转动轴线同轴布置的轴；能够与所述轴一体转动的转子磁铁；沿基本垂直于所述转动轴线的径向面向所述转子磁铁的定子；以及以能够转动的方式支撑所述轴的轴承，其中所述轴包括至少两个沿轴向互相间隔开的轴构件；并且所述转子磁铁是塑料磁铁并且保持所述至少两个轴构件，所述塑料磁铁至少部分地沿轴向布置在所述至少两个轴构件之间。
2.如权利要求1所述的电动机，其中所述转子磁铁与所述至少两个轴构件是一体的。
3.如权利要求1所述的电动机，其中所述转子磁铁含有铁氧体粉末。
4.一种电动机，包括与所述电动机的转动轴线同轴的轴；能够与所述轴一体转动的转子磁铁；沿基本垂直于所述转动轴线的径向面向所述转子磁铁的定子；以及以能够转动的方式支撑所述轴的轴承；其中所述轴包括至少两个沿轴向互相间隔开的轴构件；并且在所述至少两个轴构件之间轴向设置有轴连接构件，以将所述至少两个轴构件互相连接，所述轴连接构件由电绝缘材料制成。
5.如权利要求4所述的电动机，其中所述轴连接构件与所述至少两个轴构件是一体的。
6.如权利要求4所述的电动机，其中所述轴连接构件包括配合部，所述至少两个轴构件的第一端分别配合到所述配合部。
7.如权利要求6所述的电动机，其中所述轴构件的第一端配合到所述配合部，并且所述配合部的内径小于所述至少两个轴构件的在径向上面向所述配合部的第一端的外径。
8.如权利要求4所述的电动机，其中所述轴连接构件由热固性树脂制成。
9.如权利要求4所述的电动机，其中所述转子磁铁包括固定部和磁驱动部，所述固定部固定到所述轴连接构件和所述至少两个轴构件中的至少其中之一，所述磁驱动部在径向上面向所述定子。
10.如权利要求9所述的电动机，其中所述固定部仅与所述轴连接构件接触。
11.如权利要求4所述的电动机，其中所述转子磁铁含有铁氧体粉末。
12.如权利要求4所述的电动机，其中所述电动机是DC无刷电动机，并由PWM控制器控制。
13.如权利要求4所述的电动机，还包括布置在所述定子的一个轴向端处或其附近并且电连接到所述定子的电路板；以及用造型材料制成的壳体，其中所述定子和电路板一体模制在所述壳体中；并且所述壳体包括布置用来保持所述轴承的轴承座。
14.如权利要求13所述的电动机，其中所述壳体由不饱和聚酯制成并且保持所述定子和所述电路板。
15.一种电动机的制造方法，所述电动机包括与所述电动机的转动轴线同轴布置并且在轴向上互相间隔开的至少两个轴构件；能够与所述至少两个轴构件一起转动的转子磁铁；以及将所述至少两个轴构件互相连接的轴连接构件，所述方法包括a)将所述至少两个轴构件固定到所述轴连接构件；并且b)将所述转子磁铁和所述至少两个轴构件一体形成。
16.如权利要求15所述的方法，其中将所述至少两个轴构件固定到所述轴连接构件的步骤包括将所述至少两个轴构件过盈配合到所述轴连接构件的相应配合部。
17.如权利要求15所述的方法，其中在固定步骤之后，所述轴连接构件设置在所述至少两个轴构件之间并且将所述至少两个轴构件轴向分隔开。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述轴连接构件由热固性树脂制成。
19.如权利要求15所述的方法，其中在固定步骤之后，所述轴连接构件布置为阻断轴向电流在所述至少两个轴构件之间的流动。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述转子磁铁是塑料磁铁并且保持所述至少两个轴构件，所述塑料磁铁至少部分地轴向布置在所述至少两个轴构件之间。
全文摘要
本发明公开了一种电动机，其包括轴，该轴包括沿轴向互相间隔开的上部轴构件和下部轴构件。在上部轴构件和下部轴构件之间轴向布置有由电绝缘材料制成的轴连接构件。轴连接构件设有配合部，上部轴构件和下部轴构件配合到所述配合部。当上部轴构件和下部轴构件固定到轴连接构件时，转子磁铁与上部轴构件和下部轴构件以及轴连接构件一体形成。使用这种构型，轴连接构件可以阻止轴向电流流过该轴。本发明还公开了上述电动机的制造方法。
文档编号H02K7/08GK101083409SQ200710107358
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月29日 优先权日2006年5月30日
发明者冈田健, 前野彰利 申请人:日本电产芝浦株式会社