专利名称：盘式电动机和包括该盘式电动机的电动作业机械的制作方法
盘式电动机和包括该盘式电动机的电动作业机械技术领域
本发明的各个方面涉及盘式电动机和包括该盘式电动机的电动作业机械，该盘式 电动机包括线圈盘和整流器盘以便可旋转地驱动其输出轴。
背景技术：
现有技术的盘式电动机包括输出轴；大致呈盘形的线圈盘，其固定在输出轴上 并且印刷有线圈图案；整流器盘，其具有与线圈图案连接的整流器图案；磁体，其设置为面 向线圈图案；以及电刷，其用于向整流器图案提供电流(参见日本专利No. 3636700)。
根据从电刷供应的电压、盘式电动机的电流、线圈盘的线圈图案、磁体的磁通和电 刷的数量(磁极的数量)来确定盘式电动机的转数。当从电刷供应的电压恒定并且盘式电动 机的电流恒定时，可以通过改变线圈盘的线圈图案、磁体的磁通和电刷的数量将盘式电动 机的转数设定为期望的转数。
JP-A-2004-80996未涉及盘式电动机，但是披露了通过增加整流器电动机中的定 子线圈的冷却和散热表面的面积来提高定子线圈的冷却和散热性能的技术。发明内容
为了在盘式电动机中实现高的输出功率，需要增大供应至线圈图案的电流。然而， 当大的电流在整流器图案中流动时，整流器盘因电阻而产生的热量成为一个问题。在日本 专利No. 3636700和JP-A-2004-80996中均没有披露适合的可应付这种发热问题的对策。 JP-A-2004-80996的技术涉及构造为绕组围绕芯体而布置的线圈的冷却而不适于具有线圈 图案的线圈盘的散热。
已提供了本发明的各个方面以解决上述问题，并且本发明的目的是提供与现有技 术相比提高了散热性能的盘式电动机和包括该盘式电动机的电动作业机械。
根据本发明的一个方面，提供一种盘式电动机，其包括转子，其包括整流器盘和 至少一个线圈盘，所述整流器盘包括整流器图案，所述线圈盘包括线圈图案；定子，其包括 与所述线圈盘的线圈图案相对的磁通产生部；电流供应部，其构造为经由所述整流器盘向 所述线圈图案供应电流；以及输出轴，其构造为借助所述转子的旋转力而旋转。其中，在所 述整流器盘的整流器图案的外周侧设置有散热图案。
所述散热图案可以设置在所述整流器盘上。
所述散热图案可以至少设置在所述整流器盘的与所述电流供应部接触的表面上。
所述散热图案可以设置在所述整流器盘的两侧表面上，并且所述两侧表面上的散 热图案可以通过穿透所述整流器盘的导热材料彼此连接。
所述整流器盘和所述线圈盘可以具有基本相同的外径。
所述散热图案可以设置在面对所述磁通产生部的径向位置处。
所述散热图案可以沿径向和周向中的至少一个方向被划分为多个部分。
所述散热图案和所述整流器图案可以由相同的材料制成。
所述散热图案可以包括从所述整流器图案延伸的延长散热图案。所述整流器图案可以被划分为多个部分，并且所述延长散热图案不使所述整流器 图案的不同部分之间产生短路。所述散热图案可以包括与所述整流器图案相绝缘的绝缘散热图案。根据本发明的另一个方面，提供一种包括上述盘式电动机的电动作业机械。作为本发明的一个方面，上述部件的任意组合和变型也是有效的。根据本发明的各个方面，由于散热图案设置在整流器盘的整流器图案的外周侧， 因此可以实现具有与现有技术相比提高了的散热性能的盘式电动机。此外，还可以实现包 括该盘式电动机的电动作业机械。
图1是示出根据本发明第一实施例的割草机1的透视图；图2是示出图1所示的割草机1的驱动部6的正剖视图；图3是示出图2所示的定子81的平面示意图；图4是示出图2所示的转子82的正视图；图5是示出图2所示的转子82的平面图；图6是示出图2所示的转子82的仰视图；图7是示出图4所示的整流器盘35的仰视图；图8A是示出图4所示的第一线圈盘361的平面图，而图8B是示出第一线圈盘361 的仰视图；图9A和9B是说明第一线圈盘361的线圈图案的视图；图10是示出根据变型例的转子的正视图；以及图11是示出根据变型例的转子的平面图。
具体实施例方式下面，将参考附图描述本发明的优选实施例。在所有附图中，对相同或相似的部分 和元件应用相同或相似的附图标记，并将省略对其的详细描述。此外，实施例是示意性的， 而非用于限制本发明。应当注意，在实施例中所描述的全部特征及其组合不必被认为是本 发明的必要部分。图1是示出根据本发明实施例的割草机1的透视图。割草机1作为电动作业机械 的实例。割草机1包括电源部3、管道部4、把手部5、驱动部6和切割刀片7。电源部3包括作为电源的可拆卸的电池301。管道部4将电源部3与驱动部6机 械地连接起来。此外，在管道部4的内侧插设有将电源部3与驱动部6电连接起来的电线 (未示出)。电力从电源部3经由电线被供应至驱动部6。驱动部6包括容纳有盘式电动机 的顶部壳体61。驱动部6构造为借助从电源部3供应的电力可旋转地驱动切割刀片。后文 中将描述盘式电动机的构造。把手部5固定安装在管道部4的中部，S卩，安装在电源部3与驱动部6之间。把手 部5是通过在一对臂51的前端分别安装抓柄52而构成的。一个抓柄52设置有调节阀53。 当操作员操作调节阀53时，可以调节被供应至驱动部6的电力。也就是说，可以调节切割刀片7的转数。切割刀片7形成为大致盘形形状并且在其周缘设置有锯齿。此外，切割刀片 在其中心部分处设置有孔(未示出)。孔套置于盘式电动机(将在后文中描述)的输出轴上。
图2是示出图1所示的割草机I的驱动部6的正剖视图。如图2所示，输出轴31 的延伸方向定义为竖直方向。驱动部6包括容纳在壳体61内的盘式电动机80。壳体61由 例如铝的金属制成。壳体61是通过将盖部62和基部63装配成一体而构成的。盘式电动机 80包括定子81、转子82和一对电刷83。该对电刷83相对于盘式电动机80的旋转轴(输出 轴31)对称地设置并且被支撑在盖部62的电刷保持件65上。每个电刷83被弹簧83A (向 下地)推向整流器盘35 (将在后文中描述)，使得电刷83的下表面与整流器盘35上的由诸 如铜等导体制成的整流器图案接触。电刷83与图1的电源部3连接并且用作向转子82的 线圈图案(将在后文中描述)供应电流的电流供应部。
定子81包括作为磁通产生部的磁体41、上轭铁42和下轭铁43。上轭铁42和下 轭铁43由软磁材料制成。上轭铁42形成为环形形状并且例如通过螺钉622固定在盖部62 的下表面上。下轭铁43形成为环形形状并且具有与上轭铁42基本相同的直径。下轭铁43 例如通过螺钉632固定在环形凹槽631内，该环形凹槽631形成在基部63的下表面上。磁 体41固定地配合在基部63的孔部633内，该孔部633形成在基部63的上表面上。
图3是示出图2所示的定子81的平面示意图。如图3所示,磁体41例如形成为 盘形形状。此外，多个(例如10个)磁体41在定子的圆周上以等角距一个挨一个地设置。 另外，相同数量的图2中容纳磁体41的孔部633 —个挨一个地设置在定子的圆周上。圆周 的中心与盘式电动机80的旋转中心基本重合。相邻的磁体41的上表面的磁极彼此不同。 可以优选地使用诸如钕磁体等稀土磁体作为磁体41，但是也可以使用诸如铁氧磁体等烧结 磁体。上轭铁42和下轭铁43用于增大施加在转子82的线圈图案(将在后文中描述)上的 磁通密度。
如图2所示，转子82包括输出轴31 (转子轴)、整流器盘35、线圈部36 (线圈盘的 层叠体)以及支撑部件37。输出轴31由固定在盖部62上的上轴承311和固定在基部63 上的下轴承312可旋转地支撑。在输出轴31的下侧端上形成有外螺纹31A，并且图1的切 割刀片7通过紧固件(未示出)固定在外螺纹31A上。整流器盘35的上表面是与电刷83接 触的接触表面(滑动表面)。电流从图1所示的电源部3经由电刷83和整流器盘35被供应 至线圈部36。
图4是示出图2所示的转子82的正视图，图5是转子82的平面图而图6是转子 82的仰视图。
如图4所示，线圈部36包括第一线圈盘361至第四线圈盘364。整流器盘35和第 一线圈盘361至第四线圈盘364叠置以形成一组转子板，同时在每两个盘之间分别夹有片 状(绝缘)粘合剂层502。沿轴向观察，片状粘合剂层502具有与每个线圈盘相同的形状并 且基本覆盖每个线圈盘的整个表面。
第一线圈盘361至第四线圈盘364中的每一者构造为这样即，绝缘树脂板(例如， 玻璃纤维加强的环氧树脂板)的两面上形成有线圈图案(将在后文中描述)。整流器盘35构 造为这样即，整流器图案和散热图案(均将在后文中描述)形成在直径与每个线圈盘的直 径基本相等的绝缘树脂板(例如，玻璃纤维增强的环氧树脂板)上。整流器盘35固定地粘结 在线圈部36的上表面(第一线圈盘361的上表面)上。
支撑部件37例如由诸如尼龙等树脂制成，并且支撑部件37共轴地固定在输出轴 31上。支撑部件37包括形成为大致圆筒形形状的圆筒部37A和形成为大致盘形形状的凸 部37B (凸缘)。凸部37B的直径小于每个线圈盘的直径，并且凸部37B从圆筒部37A的侧 面沿与输出轴31垂直的方向向外突出。该组转子板经由片状粘合剂层501 (或诸如环氧粘 合剂等粘合剂)放置在凸部37B的上表面上。这里，当沿轴向观察时，片状粘合剂层501具 有与凸部37B相同的形状。然后，整流器盘35、线圈部36和凸部37B经受热压(在加热状态 下沿层叠方向受压)继而以层叠状态粘结成一体。
如图5所示，整流器图案351形成在整流器盘35上并且被放射状地划分为40个 部分。位于预定位置的部分彼此连接。例如，其间夹设有七个部分的两个部分(第一部分和 第九部分，或第二部分和第十部分，等等)通过形成在与形成在内侧的连接图案352对置的 表面上的连接图案(未示出)彼此连接。连接图案可以形成在线圈盘上。整流器盘35的整 流器图案351与第一线圈盘361至第四线圈盘364中至少一者的线圈图案通过通孔923彼 此电连接。
整流器图案351设置在以整流器盘35的中心为圆心、半径为Rl的圆形区域内。同 时，作为散热图案的绝缘散热图案353和延长散热图案355设置在该圆形区域外侧的区域， 也就是说，设置在整流器盘35上除该圆形区域以外的环形区域中。该环形区域是与图2和 图3所示的定子81的磁体41 (磁通产生部)相对的区域。
绝缘散热图案353和延长散热图案355均沿着整流器盘35的径向而延伸。整流 器图案351、绝缘散热图案353和延长散热图案355由诸如铜等导电材料制成。优选地，这 些图案由相同的材料制成并通过相同的刻蚀处理而形成。整流器图案351、绝缘散热图案 353和延长散热图案355相对于整流器盘35的板表面具有基本相同的高度。
绝缘散热图案353与整流器图案351相绝缘，而延长散热图案355从整流器图案 351延伸。绝缘散热图案353在整流器盘35的径向和周向这两个方向上被划分为多个部 分。在图5所示的实例中，绝缘散热图案353在径向上被划分为2个部分，在周向上被划分 为40个部分。延长散热图案355在整流器盘35的周向上被划分为40个部分。绝缘散热 图案353和延长散热图案355中的每一个图案的周向宽度小于整流器图案351的每个部分 的周向宽度。每个延长散热图案355只从整流器图案351的一个部分延伸并且不在整流器 图案351的不同的部分之间造成桥接(短路)。此时，由于延长散热图案355不仅在宽度上 变窄而且变成电流路径的死端(dead-end)，因此延长散热图案构造为使得电阻为高并且电 流在其中不流动(或仅微量流动)。
如图6所示，第四线圈盘364包括线圈图案92 (其他线圈也具有线圈图案)。后文 中将参考图8和图9描述线圈图案92。
图7是示出整流器盘35的仰视图(示出与第一线圈盘361对置的表面的视图)。作 为散热图案的绝缘散热图案354设置在以整流器盘35的底侧面的中心为圆心、半径为Rl 的圆形区域的外侧，即，除该圆形区域以外的环形区域中。绝缘散热图案354在整流器盘35 的径向和周向这两个方向上被划分为多个部分。在以整流器盘35的底侧的中心为圆心、半 径为Rl的圆形区域内设置有连接图案，并且连接图案连接在图5所示的整流器图案351的 各部分之间。然而，在图中省略了连接图案。
图5所示的绝缘散热图案353和延长散热图案355 (表面侧散热图案)分别通过散热通孔925与图7所示的绝缘散热图案354 (背面侧散热图案)彼此连接(接合)。诸如铜等高导热性材料镀敷在散热通孔925的内表面上。作为选择，诸如铜等高导热性材料可以嵌入散热通孔925的内侧。
对线圈图案的形状不做具体限制，但是将对适当的实例进行描述。图8A是示出图 4所示的第一线圈盘361的平面图，而图SB是示出第一线圈盘361的仰视图。由于其他线圈盘具有与第一线圈盘361相同的构造和图案，因而在此将只描述第一线圈盘361。
第一线圈盘361包括分别设置在盘形绝缘板90的两侧表面上的线圈图案92。图 5的圆筒部37A插设在位于绝缘板90的中心的通孔91内。在层之间连通的总共十二个通孔366以下述方式形成即，围绕绝缘板90的中心每隔90°设置三个通孔366。从每个通孔366到绝缘板90的中心的距离彼此相等。每个通孔366与形成在整流器盘35上的任何一个通孔923连通。
线圈图案92由诸如铜等导电材料制成，并且通过在盘形绝缘板90的两侧表面上层叠诸如铜箔等导电材料并覆盖掩模的情况下执行刻蚀处理而形成该线圈图案92。线圈图案92包括由彼此相邻并且具有基本相等的宽度的四列图案所构成的部分线圈图案组920。 在第一线圈盘的两侧表面上分别设置有20个部分线圈图案组920。部分线圈图案组920是通过顺序地连接内侧连接图案组92A、放射状图案组92B和外侧连接图案组92C而获得的。 两侧表面上的内侧连接图案组92A通过形成在内侧连接图案组92A的端部附近的通孔921 彼此电连接。两侧表面上的外侧连接图案组92C通过形成在外侧连接图案组92C的端部附近的通孔922彼此电连接。放射状图案组92B从绝缘板90的中心侧径向向外延伸，并且横跨在内侧连接图案组92A与外侧连接图案组92C之间。当沿轴向观察时，两侧表面上的放射状图案组92B基本位于相同的位置。每侧表面上的放射状图案组92B围绕绝缘板90的中心以等角距设置。放射状图案组92B位于图2和图3所示的磁体41的排列圆周(每个磁体的圆心位于该圆周上)的正上方。也就是说，随着每个线圈盘的旋转，放射状图案组92B 经过位于磁体41正上方的区域。通过在放射状图案组92B中流动的电流与由磁体41产生的磁场之间的电磁力获得了旋转力。
图9A和图9B是说明第一线圈盘361的线圈图案的视图。除了所指示的附图标记以外，图9A和图9B与图8A和图8B是相同的。第一线圈盘361的线圈图案92包括两个线圈。在图9A中，一个线圈的起点以Al-1表示而其终点以A1-2表示。另外，在图9A中，另一个线圈的起点以A2-1表示而其终点以A2-2表示。该一个线圈从起点Al-1起,经过点Pl1、 Ρ11’、Ρ12’、Ρ12、Ρ13、Ρ13’ "·Ρ19’、Ρ20’而连续延伸。以这种方式，从上方观察，该一个线圈从起点Al-1起沿顺时针方向而盘绕一周。类似地，该一个线圈沿顺时针方向总共盘绕四周并且到达点Ρ50’。然后，该一个线圈从点Ρ50’起沿逆时针方向经过点Ρ51’、Ρ51……盘绕四周，并到达终点Α1-2。类似地，该另一个线圈从起点Α2-1起连续延伸至终点Α2-2。
这样建立包括在第一线圈盘361中的该一个线圈与整流器盘35的整流器图案351 之间的连接关系，使得当连接至起点Al-1的整流器图案与一个电刷83电连接时，连接至终点Α1-2的整流器图案与另一个电刷83电连接。该连接关系可以类似地应用于另一个线圈 (起点Α2-1，终点Α2-2)。此外，该连接关系可以类似地应用于包括在其他线圈盘中的线圈。 由电刷83通过整流器盘35为每个线圈施加电力，使得经过磁体41的磁极表面的每个线圈盘的放射状图案组92Β产生沿同一方向的旋转扭矩。
根据本发明，可以获得下述效果。
(I)由于通过相对于形成整流器图案351所需的板半径Rl (参见图5)扩大整流 器盘35的直径而将绝缘散热图案353和延长散热图案355设置在整流器盘35的表面上位 于半径Rl外侧的环形区域中，因此，与使用现有技术的整流器盘(具有板半径Rl并且其上 未设置散热图案)相比，实现了冷却效率的提高。此外，由于利用了现有技术的整流器盘，因 此抑制了部件数量的增加。
(2 )由于延长散热图案355与整流器图案351的每个部分连接，因此提高了整流器 盘35的冷却效率。此外，由于延长散热图案355由与整流器图案351相同的材料制成，因 此容易传递热量，从而提高了冷却效率。
(3)由于绝缘散热图案354设置在整流器盘35的背面侧上位于半径Rl外侧的环 形区域中，因此可以有效地冷却整流器盘35与第一线圈盘361之间的热量。相应地，与没 有设置绝缘散热图案354的情况相比，可以提高冷却效率。
(4)整流器盘35的表面侧散热图案(绝缘散热图案353和延长散热图案355)与背 面侧散热图案(绝缘散热图案354)分别通过散热通孔925彼此连接(接合)。相应地，从无 空气(冷却空气)流动的整流器盘35的背面侧产生的热量经由散热通孔925从绝缘散热图 案354传导至绝缘散热图案353和延长散热图案355。结果，热量从能够被相对容易地冷却 的整流器盘35的表面侧(空气(冷却空气)直接冲击)排出。相应地，与没有设置散热通孔 925的情况相比，提高了整流器盘35的冷却效率。
(5)由于每个散热图案被划分为多个部分，因此可以降低因散热图案中生成的涡 电流而造成的损失(发热)。相应地，提高了冷却效率。
(6)由于如上所述地改善了冷却性能，因此即使在高输出功率的盘式电动机中，也 可以承受所产生的热量。相应地，可以有利地提高盘式电动机和包括盘式电动机的电动作 业机械的性能。
(7)由于整流器盘35和线圈盘具有相同的外径，因此没有必要为设置散热图案而 扩大盘式电动机的外径，此外，制造也容易。
(8)由于整流器图案351和散热图案能够通过一次刻蚀处理同时形成，因此可以 简化制造过程并抑制成本的提高。
虽然已结合本发明的特定实施例作出了上述说明，然而对于本领域的技术人员来 说，可以在不背离权利要求的范围的情况下作出各种修改和变型。下面，将描述变型例。
其中仅设置有绝缘散热图案353和延长散热图案355之中的一者的变型例也是有 效的。具体地说，所有散热图案可以与整流器图案351的每个部分连接，或者所有散热图案 可以与整流器图案351的每个部分相绝缘。
散热图案的延伸方向不限于整流器盘35的径向，而是可以为周向或者任何其他 方向。
散热图案的划分数量是可选的，并且不限于在上述实施例中所示的数量。
可以省略整流器盘35的背面侧散热图案(绝缘散热图案354)。
优选地，散热图案设置在整个圆周上，以提供均匀的重量平衡，使转子82能够更 加稳定地旋转。上述实施例构造为使相同的图案出现在相对于旋转轴线而对称的位置。
作为在整流器盘35上设置散热图案的替代，可以在整流器盘35与第一线圈盘361之间放置具有相同的散热图案的另一个板。图10是示出根据变型例的转子的正视图，而图 11是该转子的平面图。在该变型例中，与现有技术类似地，整流器盘35具有板半径Rl并 且在整流器盘35上没有设置散热图案。散热盘360具有与线圈盘大致相等的直径，并且散 热盘360通过片状(绝缘)粘合剂层502层叠在第一线圈盘361上，粘合剂层502置于散热 盘360与第一线圈盘361之间。整流器盘35通过片状(绝缘)粘合剂层503层叠在散热盘 360上，粘合剂层503置于整流器盘35与散热盘360之间。这里，片状粘合剂层503具有与 整流器盘35大致相等的直径。在该变型例中，不必将散热盘360的表面侧中的绝缘散热图 案353和延长散热图案355设置在半径Rl外侧的区域中。该布置也类似地应用在散热盘 的背面侧。每个延长散热图案355可以通过通孔(未示出)与整流器图案351的每个部分连 接(接合)。
尽管线圈盘和整流器盘的形状不必形成为精确的圆盘形，但是优选地，其形状落 入当沿轴向观察时可被视为大致圆形的范围内。
另外，可以根据所需的性能或成本适当地设定磁体的数量和布置间隔角、线圈图 案的缠绕数量(线圈图案的列数)、线圈盘的层叠数量、销插入孔或通孔以及其他的参数。此 外，对于每个线圈盘，线圈图案的缠绕数量可以不同。当仅有一列线圈图案时，对上述实施 例的描述之中的各个术语“部分线圈图案组”、“内侧连接图案组”、“放射状图案组”和“外侧 连接图案组”应分别替换为“部分线圈图案”、“内侧连接图案”、“放射状图案”和“外侧连接 图案”。
电动作业机械可以是除了在上述实施例中所描述的割草机之外的包括由盘式电 动机驱动的旋转驱动部分的各种电动工具。例如，电动作业工具可以是安装有盘式电动机 的带式砂磨机或旋转式带锯。
本申请要求2011年9月28日提交的日本专利申请No. 2011-213308的优先权，该 申请的全部内容以引用的方式并入本文。
权利要求
1.一种盘式电动机，包括转子，其包括整流器盘，其包括整流器图案，以及至少一个线圈盘，其包括线圈图案；定子，其包括与所述线圈盘的线圈图案相对的磁通产生部；电流供应部，其构造为经由所述整流器盘向所述线圈图案供应电流；以及，输出轴，其构造为借助所述转子的旋转力而旋转，其中，在所述整流器盘的整流器图案的外周侧设置有散热图案。
2.根据权利要求1所述的盘式电动机，其中，所述散热图案设置在所述整流器盘上。
3.根据权利要求1所述的盘式电动机，其中，所述散热图案至少设置在所述整流器盘的与所述电流供应部接触的表面上。
4.根据权利要求2或3所述的盘式电动机，其中，所述散热图案设置在所述整流器盘的两侧表面上，并且所述两侧表面上的散热图案通过穿透所述整流器盘的导热材料彼此连接。
5.根据权利要求2或3所述的盘式电动机，其中，所述整流器盘和所述线圈盘具有基本相同的外径。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的盘式电动机，其中，所述散热图案设置在面对所述磁通产生部的径向位置处。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的盘式电动机，其中，所述散热图案沿径向和周向中的至少一个方向被划分为多个部分。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的盘式电动机，其中，所述散热图案和所述整流器图案由相同的材料制成。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的盘式电动机，其中，所述散热图案包括从所述整流器图案延伸的延长散热图案。
10.根据权利要求9所述的盘式电动机，其中，所述整流器图案被划分为多个部分，并且所述延长散热图案不使所述整流器图案的不同部分之间产生短路。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的盘式电动机，其中，所述散热图案包括与所述整流器图案相绝缘的绝缘散热图案。
12.—种电动作业机械，包括根据权利要求1至3中任一项所述的盘式电动机。
全文摘要
本发明公开了盘式电动机和电动作业机械。该盘式电动机包括转子，其包括整流器盘和至少一个线圈盘，所述整流器盘包括整流器图案，所述线圈盘包括线圈图案；定子，其包括与所述线圈盘的线圈图案相对的磁通产生部；电流供应部，其构造为经由所述整流器盘向所述线圈图案供应电流，以及输出轴，其构造为借助所述转子的旋转力而旋转，其中，在所述整流器盘的整流器图案的外周侧设置有散热图案。
文档编号H02K13/00GK103036340SQ20121031575
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月30日 优先权日2011年9月28日
发明者谷本英之 申请人:日立工机株式会社