专利名称：动力辅助同步电动机的结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同步电动机，该同步电动机特别适于提供大功率输出并同时保持一种紧凑且高效的结构。
背景技术：
如人们已知的，同步电动机通常具有一转子和一协作的定子。定子包括围绕定子铁芯的相应极齿的线圈。这些线圈被电连接在印刷电路板上形成的线圈端子电路中。另外，还设置有一个旋转位置检测器，以检测转子相对定子的旋转角度。在家用电器中，线圈电流通常在几安培的数量级，线圈导线的直径约为0.3至0.6mm。已有多种旋转位置检测器被使用，如霍尔元件或电的、光的编码器。
然而，另外一些应用要求此类电动机具备更大的功率输出量。例如，功率辅助同步电动机被用在电动车辆的动力转向和/或诸如自行车、轮椅之类的动力辅助车辆中。这些应用要求有较大的输出，其结果是将有20安培或更大的电流流过线圈。线圈导线的直径可能约为1mm甚至更大，线圈的温度可能上升至约180℃。此外，它们操作的温度范围的变化会很大。
例如，用于电动车辆动力转向中的动力辅助电动机的线圈温度范围通常可从-40℃到150℃，在许多情况下范围甚至会更大。因此，不能使用与用于家用电器并特别使用安装了电子元件的旋转位置检测器的同步电动机相同结构的同步电动机。另外，不能简单地以在印刷电路板上的线圈端子处理所需的大电流。
日本专利公开物JP-A-平06-233483中揭示并描述了一种典型的现有技术中的用于高输出量电动机的结构。在这种结构中，诸线圈绕组在诸相中通过诸环形导电构件对于各相环形导电构件是一个放置在另一个之上，环形导电构件之间是绝缘的。而后，该组件作为一个单元被固定到定子的一个端面上。这使得大电流端子电路与线圈端部连接。
然而，对于这种类型的结构，整个组件结构复杂且制造昂贵。这是由于首先必须将定子设置并固定到一个独立的壳体内。然后，必须安装并接线一个独立的磁极位置检测器。这样，整个结构变得复杂、尺寸增加、操作麻烦，且组装和维护变得更加困难。
因此，本发明的主要目的在于提供这样一种高功率输出的同步电动机，它尺寸小、易于操作、结构紧凑。另一个目的在于提供一个包括一大电流端子电路和一个磁极位置检测器的单个的紧凑单元。
发明内容
本发明适于具体化为这样一种高功率同步电动机，该同步电动机包括一个转子，该转子具有一个半截多个周向隔开的永磁铁的转子轴。一定子包围该转子，并且定子包括多个磁极，诸线圈绕组围绕这些磁极形成。一个大容量的端子电路以线圈绕组定位在电路中的磁极的一个轴端。一磁极检测器定位在磁极的另一个轴端，并且它与永磁铁协作以确定转子的旋转位置。最后，一树脂本体装入磁极、绕组以及大容量端子电路，从而形成一个单个的单元。
图1是根据本发明的一实施例构成的一种同步电动机的截面图，该截面图基本沿电动机的旋转轴线截取，但图中未示出转子轴。
图2为沿图1中的线2-2方向观察所得的端视图。
图3为沿图1中的线3-3方向观察所得的一相反的端视图。
图4是与图1部分相似的截面图，但仅示出了定子。
图5是沿图4中的线5-5方向观察所得的端视图。
图6为沿图4中的线6-6方向观察所得的一相反的端视图。
图7为一方框图，该方框图示出了根据本发明构成的电动机是如何用于动力辅助车辆转向系统中。
图8为一方框图，该方框图示出了根据本发明构成的电动机是如何用于动力辅助有轮车辆中。
具体实施例方式
现在，具体参照附图并首先参照图1，根据本发明一实施例构成的一电动机总地由标号11表示。电动机11包括一3相DC无刷电动机，该电动机由一转子12、一定子13、一磁极检测器14、一上盖或端盖15以及一下端或端盖16构成。转子12包括一转子轴17，转子铁芯18以一种适当的方式、例如通过锯齿形花键17a、不可转动地固定到转子轴17上。具有交替极性的多个磁铁19通过粘合剂(SPM)或埋设在表面附近(IPM)适当地连接到转子铁芯18的外表面上。定子13包括定子铁芯14，该定子铁芯形成了面向转子12的磁铁19的多个磁性极齿，磁性极齿可为任意所需数量，如12、16、18。如图所示，绝缘绕线筒21从上至下围绕这些极齿定位到在定子铁芯14的各个磁性极齿之间的槽内。符合低电压高安培(如12V、20A或更高)的线圈(未图示)缠绕着上下绝缘体21。线圈导线的直径约为1mm或更大。总地标示为22的一个大电流端子电路单元设置在定子13的一端，在示出的实施例中为上端。由于线圈的绕组被设置为三相，大电流端子电路单元22由三个导电环23(图1仅示出了两个)构成。导电环23是以相互隔开的关系相应于U、V、W这三个相设置的。这些导电环通过一模制树脂24固定并相互绝缘。环23形成有线圈连接端子，端子的数量与围绕端子周围设置的磁极相应。这些线圈连接端子通过焊接连接到在定子13上部的一个线圈端部(上下突出定子铁芯14的部分)上向外弯出绝缘体21的导线端部上(未图示)。相应的线圈连接端子25通过导电环23连接到外部连接端子25。
大电流端子电路单元22和定子13通过一模制树脂26连接或容装在一起，从而形成一个单个的本体。模制树脂26的材料例如可为在宽泛温度范围(约从-0℃到200℃)下具有耐化学腐蚀性和稳定性的不饱和聚酯的预混合料。该预混合料为油灰状成形材料，该材料由混合入添加剂的(如加强剂、填料、催化剂、着色剂和脱模剂)液态低光滑度(low-profile)热塑树脂(不饱和聚酯树脂)制成。作为加强剂可以使用玻璃纤维或维尼纶纤维。作为填料可以使用碳酸钙或氢氧化铝。作为固化催化剂可以使用有机过氧化物。作为脱模剂可以使用硬脂酸锌。
如上所述，以模制树脂26将电动机11的定子13制成单个本体所要达到的目的如下(1)抑制噪音和振动，(2)由于完全埋入了线圈导线，因而可防止转子和定子相互干扰以及增加绝缘性能，(3)完善防水性及防腐蚀性，以及(4)以基本具有与外界几乎同样的高温辐射特性，在温度突然上升的情况下，增加用于缓解对外界热效应的热容量。上盖15具有一个凸缘部分27，该凸缘部分可配合到大电流端子电路单元22的上侧上的模制树脂26的周边凹部上。最佳地如图2所示，上盖15是通过将三个螺栓28拧入埋入模制树脂26内的嵌入螺母29(图1)内而固定的。为安装电动机11，上盖15设有三个设置在周边凸缘上的安装孔31。
上盖15还支承转子轴17的上端，从而转子轴可通过相邻开口33半截的低摩擦轴承32转动，转子轴17的上驱动端通出该开口33以用于驱动带有相联负载的设备，这将在下文中参照图7和8描述。
磁极位置检测器(分析器)14设置在转子轴17的底端上并位于转子铁芯18之下。磁极位置检测器14是由转动磁极构件34以及以面对关系围绕其设置的固定的磁极构件35构成。转动磁极构件34由具有多个齿的层叠钢片制成，这些层叠钢片不可转动地使用键之类的(未图示)元件固定在转子轴17上，并通过一螺母36保持轴向保持在其上。
由层叠钢片制成的固定磁极构件35围绕转动磁极构件34设置，构件35的齿与构件34的齿面对。围绕固定磁极构件35的齿卷绕线圈37。转子12相对定子13的旋转位置是通过当转子轴17转动时使用线圈37检测对于固定磁极构件35的磁通的变化来检测的。
固定磁极构件35例如以一个钢制的下端盖38保持。通过将三个螺栓39(参见图1和3)拧入埋设在模制树脂36内的嵌入螺母41中可将该端盖38固定到定子组件的其余部分上。该端盖38还支承转子轴17的底端，以使转子轴借助低摩擦轴承42转动，由此使组件更加简化和紧凑。
下盖16被安装到模制树脂26的底端面上，从而覆盖磁极位置检测器14，并且它通过将三个螺栓43拧入附加的嵌入螺母41内(参见图1和图3)保持。这些螺栓43还帮助将端盖38固定至定子组件13。现参照图4，当树脂26模制完成时，大电流端子电路单元22的外部连接端子25被一盖子44覆盖。当树脂固化之后，除去盖子44，装上转子轴及其它，从而形成如图1所示的DC无刷电动机11。三个嵌入螺母29被埋设在模制树脂26的上侧中(图5)，六个嵌入螺母41被埋设在下侧中(图6)。
对于具有上述结构和优点和电动机11，将参照图7和图8描述其可能用途中的两个具体的实施例，图7和图8均为示出了本发明相应应用实例的方框图。
首先参照图7，其中示出了将本发明应用于诸如汽车之类车辆的动力转向系统的实例。转向机构(steering)的旋转位置以磁极位置检测器14来检测。一个扭矩检测器51检测由关于转动转向机构的操作者施加的扭矩。这两个检测信号被输入到由标号52表示的控制电路。该控制电路52具有一个用于检测转向机构的旋转方向的转动方向确定电路53。旋转方向确定电路53根据输入信号的次序，UVW或UWV，来确定顺时针方向或逆时针方向。根据旋转方向及扭矩驱动由本发明的DC无刷电动机构成的驱动电动机11。驱动电动机11通过一个减速机构连接一齿条和小齿轮机构54(如一转向机构)的小齿轮轴上，并驱动齿条，从向向转向机构施加转动力。
图8示出了将本发明应用一诸如自行车之类车辆的动力辅助的一个实例。类似于图7示出的实例，磁极位置检测器14以及扭矩检测器51被连接到控制电路52上。由于转动力总是以一个方向(向前方向)施加的，因此，根据该实施例的结构无须旋转方向确定电路52。根据以扭矩检测器51检测到的踏板力，控制电路52以特定辅助比例的辅助驱动力驱动由本发明的DC无刷电动机制成的辅助电动机11。该辅助电动机11通过一个减速机构或一个行星齿轮机构连接到设置在踏板曲轴内的传送合并机构61，从而同踏板力一起形成一合力。由辅助电动机的旋转力36和踏板力形成的合力由驱动通过一链轮的链条或者直接通过一轴的传动装置而传送到一主动轮62，从而施加旋转辅助力。
从以上描述可以显而易见地看到，由于定子和大电流端子单元由固化模制树脂而形成一个单个的单元，因此，无需一个单独的壳体，从而使结构得以简化。大电流端子单元和磁极位置检测器位于定子的相对侧上，其中前者安装在转子轴的一端，而后者安装在转子轴的另一端。这样，所完成的动力辅助同步电动机的重量分布及抵抗热效应的性能均是平衡的，它易于操作，且由于结构简单而尺寸较小。当然，本领域的普通技术人员可易于理解以上描述的为较佳实施例，在不脱离由所附权利要求书确定的本发明主旨和范围的前提下还可以作出各种变化和变型。
权利要求
1.一种大功率的同步电动机，所述电动机包括一转子，所述转子具有半截多个周向隔开的永磁铁的一转子轴；一定子，所述定子环绕所述转子，并且所述定子包括多个磁极，围绕这些磁极形成有线圈绕组；一个大容量端子电路，所述端子电路定位在所述线圈绕组电路中所述磁极的一个轴端；一磁铁检测器，所述检测器定位在所述磁极的另一个轴端，所述检测器与永磁铁协作以确定所述转子的旋转位置；以及一个树脂本体，所述树脂本体容装所述磁极、所述绕组以及所述大容量端子电路以形成一个单个的单元。
2.如权利要求1所述的大功率同步电动机，其特征在于，半截有用于使所述转子轴的相对端部枢轴转动的轴承的端盖直接固定在所述树脂本体上。
3.如权利要求2所述的大功率同步电动机，其特征在于，通过拧入保持在所述树脂本体内的嵌入件内的螺旋紧固件可将端盖固定到树脂本体上。
4.如权利要求1所述的大功率同步电动机，其特征在于，磁铁检测器包括一固定在树脂本体另一端上的传感元件。
5.如权利要求4所述的大功率同步电动机，其特征在于，磁铁检测器的传感元件由端盖半截在转子轴的相应端部处。
6.如权利要求5所述的大功率同步电动机，其特征在于，端盖通过将螺旋紧固件拧入保持在所述树脂本体内的嵌入件而固定到树脂本体上。
7.如权利要求6所述的大功率同步电动机，其特征在于，所述同步电动机还包括一个端部罩盖，所述端部罩盖固定在树脂本体上并且封闭装载磁铁检测器的传感元件的端盖。
8.如权利要求1所述的大功率同步电动机，其特征在于，大容量端子电路包括多个围绕转子轴的环形薄片，每个环形薄片连接至多个线圈绕组，所述环形薄片相互轴向隔开并埋入在一绝缘材料中。
9.如权利要求8所述的大功率同步电动机，其特征在于，所述绝缘材料被埋设在树脂本体内。
10.如权利要求9所述的大功率同步电动机，其特征在于，每个环形薄片具有至少一个穿透绝缘材料的轴向延伸的端子，以适应一外部电连接。
全文摘要
本发明公开了一种改进的同步电动机，该同步电动机用固化模制树脂将定子和大电流端子单元结合成一个单个单元，由此无须单独的壳体，从而结构得以简化。大电流端子单元和一磁极位置检测器位于定子的相对侧上，其中前者安装在协作转子的轴的一端上，后者位于转子轴的另一端上，它们被固定在固化模制树脂中，从而形成一单个的本体。
文档编号H02K5/15GK1525629SQ20031012390
公开日2004年9月1日 申请日期2003年12月19日 优先权日2002年12月19日
发明者高野正 申请人:株式会社萌力克