阅读说明：本技术 电动机 (Electric motor ) 是由 癸生川幸嗣 于 2019-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电动机,其能够实现高速旋转。电动机(10)包括：轴(2)；至少2个轴承,即轴承(4a)及轴承(4b),其用于支承轴(2)；磁铁(3),其在2个轴承(4a)及轴承(4b)之间,被轴(2)支承；定子(5),其包围磁铁(3)；以及磁性部件(6a)及磁性部件(6b),其在轴(2)的长度方向上,被配置在磁铁(3)与轴承(4a)及轴承(4b)之间,磁性部件(6a)及磁性部件(6b)具有比磁铁(3)的外径大的外径。(The invention provides a motor capable of realizing high-speed rotation. The motor (10) includes: a shaft (2); at least 2 bearings, namely a bearing (4a) and a bearing (4b), for supporting the shaft (2); a magnet (3) supported by the shaft (2) between the 2 bearings (4a) and the bearings (4 b); a stator (5) that surrounds the magnet (3); and a magnetic member (6a) and a magnetic member (6b) which are arranged between the magnet (3) and the bearings (4a) and (4b) in the longitudinal direction of the shaft (2), wherein the magnetic member (6a) and the magnetic member (6b) have outer diameters larger than the outer diameter of the magnet (3).)

电动机

技术领域

本发明涉及一种电动机。

背景技术

已知如下所述的电动机，其包括：定子，其在定子铁芯卷绕有线圈；转子，其在转子铁芯固定有旋转轴，且在转子铁芯的周缘部埋入永久磁铁；以及一对平衡环，其在旋转轴上被***并固定于转子铁芯的两侧(参见专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP2012-39732A号公报

发明内容

发明要解决的课题

对于电动机而言，根据其用途，期望例如以每分钟50000转的高速使转子旋转。在使电动机高速旋转的情况下，例如，期望减小安装于转子上的磁铁的外径，从而减小转子旋转时所产生的离心力。

然而，在包括专利文献1所公开的电动机在内的以往的电动机中，由于以下原因，难以实现高速旋转。

首先，以往的电动机由于轴承的材料中包含铁等磁性金属，所以，有时由旋转的转子的磁铁产生的磁通的一部分作为漏磁通而朝向轴承的外圈方向。在以往的电动机中，有时因该朝向轴承的外圈方向的漏磁通，而在轴承产生涡流。在以往的电动机中，有时因该涡流而对轴承施加制动，成为对转子的旋转力的阻抗。

而且，为了使电动机高速地旋转，需要高精度地确保转子的平衡。一般来说，取得转子的平衡的作业是通过在将平衡部件安装于轴之后，通过切削加工等削减该平衡部件的重量来进行。但是，在以往的电动机中，由于在磁铁与平衡部件沿轴线方向上的距离接近的情况下等，需要慎重地进行切削工具的操作，所以，用于削减转子上安装的平衡部件的质量的加工并不容易。

本发明以上述课题为一例，目的在于提供一种能够实现高速旋转的电动机。用于解决课题的手段

为了达到上述目的，本发明所涉及的电动机包括：轴；至少2个轴承，其用于支承轴；磁铁，其在至少2个轴承之间，被轴支承；定子，其包围磁铁；以及磁性部件，其在轴的长度方向上，被配置在磁铁与至少1个轴承之间，所述磁性部件具有比所述磁铁的外径大的外径。

在本发明的一个方式所涉及的电动机中，磁性部件具有比轴承的外径小的外径。

在本发明的一个方式所涉及的电动机中，在轴的长度方向上，轴承与磁性部件之间的距离比磁性部件与磁铁之间的距离短。

在本发明的一个方式所涉及的电动机中，磁性部件在轴的长度方向上分别与轴承及磁铁相距规定距离。

在本发明的一个方式所涉及的电动机中，包括：转子，其包括轴及磁铁，并且磁性部件为转子的平衡部件。

在本发明的一个方式所涉及的电动机中，在轴的长度方向上，磁性部件具有与轴承对置的面部，且在与轴承对置的面部设置有凹部、孔部或者凸部。

在本发明的一个方式所涉及的电动机中，在所述轴的长度方向上，磁铁与磁性部件之间的距离比空隙(air gap)的距离长。

在本发明的一个方式所涉及的电动机中，包括多个轴承，所述多个轴承包括2个轴承，并且磁性部件分别设置在多个轴承。

根据本发明所涉及的电动机，能够实现高速旋转。

附图说明

图1为示意性地示出本发明的实施方式所涉及的电动机的构成的立体图。

图2为图1所示的电动机的沿轴线的剖视图。

图3为示意性地示出图1所示的电动机的平衡部件的构成的俯视图。

图4为示意性地示出图1所示的电动机的平衡部件的构成的剖视图。

图5为示意性地示出图1所示的电动机的平衡部件的变形例的剖视图。

图6为图1所示的电动机的沿轴线的剖视图，为用于说明轴、轴承以及平衡部件的尺寸以及配置的图。

图7为示出图1所示的电动机中的、机械负载与从磁铁到轴承的距离相对于空隙的比的关系的表。

图8为示出图1所示的电动机中的、机械负载与从磁铁到轴承的距离相对于空隙的比的关系的曲线图。

图9为示出图1所示的电动机中的、从磁铁到平衡部件的距离相对于空隙的比、机械负载、及图1所示的电动机的转矩与不包括平衡部件的电动机的转矩的比的关系的表。

图10为示出图1所示的电动机中的、从磁铁到平衡部件的距离相对于空隙的比、机械负载、及上述电动机的转矩与不包括平衡部件的电动机的转矩的比的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的电动机进行说明。

电动机的整体构成

对本发明的一个实施方式所涉及的电动机的整体构成进行说明。

图1为示意性地示出本发明的实施方式所涉及的电动机10的构成的立体图。图2为电动机10的沿轴线x的剖视图。

以下为了便于说明，将与图1所示的轴线x方向垂直的方向(以下，也称为“径向”)设为电动机10的正面。此外，以下为了便于说明，在图2所示的轴线x方向上将箭头a方向设为上侧a，将箭头b方向设为下侧b。此外，在径向上，将远离轴线x的方向(图2的箭头c方向)设为外周侧c，将朝向轴线x的方向(图2的箭头d方向)设为内周侧d。

电动机10包括：轴2；支承轴2的至少2个轴承、即轴承4a及轴承4b；被轴2支承且与轴2一起旋转的磁铁3；以及包围磁铁3的定子5。此外，电动机10包括作为磁性部件的平衡部件6a及平衡部件6b，其配置在轴2的长度方向上的、磁铁3与轴承4a及轴承4b的至少1个之间，与轴2一起旋转，且具有比磁铁3的外径大的外径。以下，对电动机10的构成进行具体说明。

壳体1确定电动机10的概略形状，并且收纳上述电动机10的构成要素。壳体1包括：壳体主体11，其形成为上下的盖部开口的中空圆筒形状；上盖部12，其安装于壳体主体11的上侧(一个端部侧)a的盖部；及下盖部13，其安装于壳体主体11的下侧(另一个端部侧)b的盖部。

上盖部12为了从上侧a封住壳体主体11，具有与壳体主体11的盖面的形状对应的大致圆盘形状。此外，上盖部12具有轴承保持孔12a作为保持供轴2穿过的轴承4a的孔。下盖部13为了从下侧b封住壳体主体11，具有与壳体主体11的盖面的形状对应的大致圆盘形状。此外，下盖部13具有轴承保持孔13a作为保持供轴2穿过的轴承4b的孔。

轴2为将其延伸方向(长度方向)即轴线x方向作为长度方向的例如圆棒部件。轴2以轴线x方向为中心旋转。轴2经由轴承4a、4b被支承在壳体1的轴承保持孔12a、13a中。轴2的前端部(一个端部)从壳体1的轴承保持孔12a、13a露出到壳体1的外部。轴2的前端部中的从下侧b的方向露出的部分(另一个端部)成为输出轴，向外部传递电动机10所产生的旋转力。

磁铁3的示意性形状例如为圆筒形状。磁铁3以轴线x方向为长度方向，并设置有贯通磁铁3的中心的贯通孔、即轴贯通孔31。磁铁3在壳体1的内部中的轴承4a与轴承4b之间的位置处被轴2支承。被轴2支承的磁铁3与轴2一起旋转。轴2和磁铁3在电动机10中构成转子7。

轴承4a安装于壳体1的上侧a的上盖部12。轴承4b安装于壳体1的下侧b的下盖部13。轴承4a、4b例如为滚珠轴承。在本发明中，对轴承的种类没有特别限定。轴承4a、4b例如分别由以轴线x方向成为中心轴的方式配置的内圈41a、41b和外圈42a、42b、以及设置在内圈41a、41b和外圈42a、42b之间的滚动体43a、43b构成。轴承4a、4b利用内圈41a、41b的内周面44a、44b支承轴2。

轴承4a、4b在轴2的轴线x方向上的任意位置处可旋转地支承轴2。具体来说，轴承4a通过将轴2***到内周面44a，从而以可旋转的方式支承轴2的轴线x方向上的上侧a的部分。轴承4b通过将轴2***到内周面44b，从而以可旋转的方式支承轴2的轴线x方向上的下侧b的部分。轴承4a、4b中，内圈41a、41b、外圈42a、42b以及滚动体43a、43b均使用具有磁性的金属制造，一般使用含有铁的合金形成。轴承4a、4b在径向上具有比磁铁3的外径大的外圈42a、42b的外径。即，轴承4a、4b在径向上，外圈42a、42b配置在比磁铁3的外周靠外侧的位置。

定子5被保持在壳体主体11的内周面。具体来说，定子5在壳体主体11的内部，在轴线x方向(轴2的长度方向)上配置在与磁铁3对应的位置，并且在径向上配置在比磁铁3远离轴2的位置。定子5由定子铁芯、线圈以及绝缘体构成，所述定子铁芯以包围磁铁3的方式形成为环状，所述线圈卷绕于从定子铁芯向内周侧d延伸的延伸部，所述绝缘体使定子铁芯与线圈绝缘。定子5以定子铁芯的环状的内周面包围磁铁3的方式配置。在定子铁芯的内周面与磁铁3的外周面之间设置有空隙AG。

另外，对于轴2、磁铁3、轴承4a、4b以及定子5的形状，只要是能够实现电动机10中的转子7的旋转运动的形状即可，不限于上述示例。

平衡部件6a在轴2的轴线x方向上配置在磁铁3与轴承4a之间。平衡部件6b在轴2的轴线x方向上配置在磁铁3与轴承4b之间。平衡部件6a、6b在中心具有以轴线x方向为长度方向而贯通的贯通孔61a、61b。平衡部件6a、6b例如与轴承4a、4b的数量对应地设置。平衡部件6a、6b与转子7、即轴2及磁铁3一起以轴线x方向为中心旋转。平衡部件6a、6b作为防止转子7在以轴线x方向为中心旋转时的偏心运动的平衡器而发挥功能。

平衡部件6a、6b例如由Fe-Cu系烧结部件等具有比较高的比重的磁性部件形成。即，平衡部件6a、6b作为供磁通通过的路径而发挥功能。

图3为示意性地示出电动机10的平衡部件6a、6b的构成的俯视图。此外，图4为示意性地示出电动机10的平衡部件6a、6b的构成的剖视图。如图3以及图4所示，平衡部件6a、6b在面部62a、62b设置有上述贯通孔61a、61b、及在轴线x方向上贯通的孔部63a、63b。孔部63a、63b作为用于消除平衡部件6a、6b与转子7一起进行旋动运动时的偏心的质量调整部而发挥功能。

通过使用钻头等切削工具从上侧a或者下侧b中的任意一侧朝向另一侧对平衡部件6a、6b的面部62a、62b进行切削加工，从而形成孔部63a、63b。面部62a、62b在轴2的轴线x方向上形成与轴承4a、4b对置的面。在将平衡部件6a、6b与磁铁3一起安装于轴2之后，孔部63a、63b能够设置在面部62a、62b中的规定位置。面部62a、62b中的孔部63a、63b的形成位置如下决定，即、以消除转子7的旋转时的偏心运动为目的，并且考虑转子7的径向上的重心的平衡。

另外，在以上的说明中，作为本发明中的质量调整部的一例，示出了在平衡部件6a、6b的轴线x方向上贯通的孔部63a、63b，但在本发明中，质量调整部的形状及面部62a、62b中的质量调整部的位置不限于以上的示例。图5为示意性地示出电动机20的平衡部件6a、6b的变形例的剖视图。如图5所示，上述质量调整部不是图3以及图4所示的孔部63a、63b那样的贯通孔，例如可以是在平衡部件6a、6b的面向上侧a或者下侧b的面上形成的凹部64a、64b(参照图5(a))或者凸部65a、65b(参照图5(b))。此外，对于上述质量调整部，孔的形状也不限于上述示例。

[磁铁、轴承以及平衡部件的尺寸及配置]

接下来，参照图6，对电动机10中的磁铁3、轴承4a、4b以及平衡部件6a、6b的尺寸及配置进行说明。图6为图1的电动机10的沿轴线x方向的剖面中的剖视图，为用于说明磁铁3、轴承4a、4b以及平衡部件6a、6b的尺寸及配置的示意图。

如图6所示，平衡部件6a在轴2的轴线x方向上配置在磁铁3与轴承4a之间。此外，平衡部件6b在轴2的轴线x方向上配置在磁铁3与轴承4b之间。

平衡部件6a的外径DB1大于磁铁3的外径DM且小于轴承4a的外圈42a的外径DR1。平衡部件6a的外径DB1、磁铁3的外径DM及轴承4a的外圈42a的外径DR1的关系如以下的式(1)所示。

DM＜DB1＜DR1 (1)

平衡部件6b的外径DB2大于磁铁3的外径DM且小于轴承4b的外圈42b的外径DR2。平衡部件6b的外径DB2、磁铁3的外径DM及轴承4b的外圈42b的外径DR2的关系如以下的式(2)所示。

DM＜DB2＜DR2 (2)

应予说明，只要维持上述式(1)及式(2)的关系，外径DB1及外径DB2的尺寸可以是相同的值，也可以是不同的值。同样地，只要维持上述式(1)及式(2)的关系，外径DR1及外径DR2的尺寸可以是相同的值，也可以是不同的值。

由于由磁性体构成且与轴2一起旋转的平衡部件6a、6b减少了来自磁铁3的磁通进入轴承4a、4b，所以能够减小穿过轴承4a、4b的来自磁铁3的磁通密度的变化，能够防止在轴承4a、4b的外圈42a、42b产生涡流。尤其是平衡部件6a、6b通过使外径DB1、DB2具有上述式(1)及式(2)的关系，能够防止从磁铁3朝向定子5以外的磁性部件的磁通即漏磁通朝向轴承4a、4b。即，平衡部件6a、6b能够防止通过由在轴承4a、4b的外圈42a、42b产生的涡流所产生的磁力并经由磁铁3对轴2施加制动力。

另外，在轴承4a、4b产生的涡流随着从磁铁3到轴承4a、4b的距离变长而减少。但是，由于从支点(轴承4a、4b)到旋转运动的中心(磁铁3)的距离变长，转子7的振动因旋转运动所产生的离心力而变大。因此，在电动机10中，为了实现电动机的高速旋转，通过由以上说明的磁性部件形成的平衡部件6a、6b减少进入轴承4a、4b的漏磁通，并且防止由离心力引起的电动机10的振动是有效的。

平衡部件6a在轴2的轴线x方向上与轴承4a相距规定距离A1。此外，平衡部件6a在轴2的轴线x方向上与磁铁3相距规定距离B1。平衡部件6b在轴2的轴线x方向上与轴承4b相距规定距离A2。此外，平衡部件6b在轴2的轴线x方向上与磁铁3相距规定距离B2。

这里，平衡部件6a与轴承4a之间的距离A1在轴2的轴线x方向上比平衡部件6a与磁铁3之间的距离B1短。平衡部件6a与轴承4a之间的距离A1及平衡部件6a与磁铁3之间的距离B1的关系如以下的式(3)所示。

A1＜B1 (3)

此外，平衡部件6b与轴承4b之间的距离A2在轴2的轴线x方向上比平衡部件6b与磁铁3之间的距离B2短。平衡部件6b与轴承4b之间的距离A2及平衡部件6b与磁铁3之间的距离B2的关系如以下的式(4)所示。

A2＜B2 (4)

另外，距离A1与距离A2可以是相同的距离，也可以是不同的距离。同样地，距离B1与距离B2可以是相同的距离，也可以是不同的距离。

通过如上所述将由磁性体构成的平衡部件6a、6b配置在比磁铁3靠轴承4a、4b的附近，能够防止产生从磁铁3朝向轴承4a、4b的漏磁通。即，通过将平衡部件6a、6b配置在比磁铁3靠轴承4a、4b的附近，能够进一步防止对轴承4a、4b施加制动。

在电动机10中，优选磁铁3与平衡部件6a、6b之间的距离B1、B2比空隙AG长。通过如上所述使距离B1、B2比空隙AG长，电动机10能够使磁路成为从磁铁3朝向定子5的路径，因此能够减少漏磁通而提高磁效率。此外，通过使距离B1、B2比空隙AG长，能够减少漏磁通，因此电动机10能够防止因涡流而对轴承4a及轴承4b施加制动。

此外，在电动机10中，如图3所示，作为通过调整平衡部件6a、6b的质量来消除转子7的偏心运动的质量调整部的孔部63a、63b设置于在平衡部件6a、6b的轴线x方向上彼此背向的面部62a、62b。

在为了调整平衡部件6a、6b的质量而从轴线x方向对面部62a、62b进行切削加工的情况下，如果平衡部件6a、6b与其它部件在轴线x方向上无间隔地接触，则有可能误切削其它部件。在该情况下，需要精密地控制切削工具的直径、进给量，以便使切削工具不会贯通平衡部件6a、6b。

此外，在难以对平衡部件6a、6b的面部62a、62b进行切削的情况下，也考虑对平衡部件6a、6b的侧面进行切削，但难以对薄的扁平部件、即平衡部件6a、6b的侧面进行切削。此外，在该情况下，有可能因切削屑等从侧面飞出，导致轴2旋转时的力矩变大，转子7旋转时的负载增加。

在电动机10中，平衡部件6a、6b在轴2的轴线x方向上分别与磁铁3相距规定距离B1、B2，与轴承4a、4b相距规定距离A1、A2。因此，根据电动机10，在进行平衡调整时用于调整平衡部件6a、6b的质量的切削加工中，能够容易地进行切削工具的操作。即，根据电动机10，在进行平衡调整时，能够容易地进行用于调整平衡部件6a、6b的质量的切削加工。

[从磁铁到平衡部件的距离相对于空隙的比的研究]

参照图7至图10，对电动机10中的从磁铁3到平衡部件6a、6b的距离B1、B2相对于空隙AG的比RB1、RB2进行研究。

首先，在电动机10中，为了决定距离B1、B2相对于空隙AG的比RB1、RB2，使从磁铁3到轴承4a、4b的距离相对于空隙AG的比RB0a、RB0b变化。并且，在电动机10中，对使RB0a、RB0b变化而引起的机械负载ML的变化进行研究。机械负载是指使电动机在未通电的状态下旋转时产生的电动机内部的负载。该机械负载主要有摩擦负载和磁负载。摩擦负载是由电动机旋转时的轴承的滚动体与保持器之间产生的摩擦、或者电动机内部的润滑脂所产生的摩擦等产生。磁负载是由电动机旋转时的磁铁与定子的吸引力(齿槽效应)等产生。

图7为示出电动机10中的、机械负载ML与从磁铁3到轴承4a、4b的距离(A1+B1+C1)、(A2+B2+C2)相对于空隙AG的比RB0a(A1+B1+C1/AG)、RB0b(A2+B2+C2/AG)的关系的表。图8为示出电动机10中的、机械负载ML与从磁铁3到轴承4a、4b的距离(A1+B1+C1)、(A2+B2+C2)相对于空隙AG的比RB0a(A1+B1+C1/AG)、RB0b(A2+B2+C2/AG)的关系的曲线图。

在图7以及图8中，从磁铁3到轴承4a、4b的距离相对于空隙AG的比RB0a、RB0b表示将空隙AG设为1时的从磁铁3到轴承4a、4b的距离的比。此外，如图7以及图8所示，使从磁铁3到轴承4a、4b的距离相对于空隙AG的比RB0a、RB0b按1.5、2.2、2.8及3.5变化，测定该情况下的机械负载ML。

根据图7及图8可知，在电动机10中，从磁铁3到轴承4a、4b的距离相对于空隙AG的比RB0a、RB0b在2.2至2.8之间的情形与其前后相比，机械负载ML的减少程度大。

接下来，对电动机10中的、距离B1、B2相对于空隙AG的比RB1、RB2进行研究。在以下的说明中，不包括平衡部件6a、6b的电动机称为参考例的电动机。基于电动机10的机械负载ML、不包括平衡部件6a、6b的电动机的机械负载ML2、电动机10的转矩与不包括平衡部件6a、6b的电动机的转矩的比TR，对距离B1、B2相对于空隙AG的比RB1、RB2进行研究。

图9为表示电动机10中的、从磁铁3到平衡部件6a、6b的距离B1、B2相对于空隙AG的比RB1(B1/AG)、RB2(B2/AG)、机械负载ML、机械负载ML2、及电动机10的转矩与参考例的电动机的转矩的比TR的关系的表。图10为示出电动机10中的、从磁铁3到平衡部件6a、6b的距离B1、B2相对于空隙AG的比RB1(B1/AG)、RB2(B2/AG)、机械负载ML、机械负载ML2、及电动机10的转矩与参考例的电动机的比TR的关系的曲线图。在参考例的电动机中，由于不包括平衡部件6a、6b，所以机械负载ML2的变化与磁铁到轴承的距离的变化对应。在图9中，距离的栏中“-”表示不包括平衡部件6a、6b的参考例的电动机中的机械负载ML2及电动机10的转矩与参考例的电动机的转矩的比TR。在本实施方式中，测定使距离B2相对于空隙AG的比RB1、RB2在磁铁3与平衡部件6a、6b接触的状态(图9中的“0”)至3.5之间的机械负载ML。

根据图9以及图10可知，尤其在从磁铁3到平衡部件6a、6b的距离B2的比RB1、RB2为1.5至2.8之间，电动机10的机械负载ML与参考例的电动机的机械负载ML2相比大幅降低。即，可知在本实施方式中，从磁铁3到平衡部件6a、6b的距离相对于空隙AG的比RB1、RB2在1.5至2.8之间时与其前后相比，电动机10的效率提高。

此外，根据图9及图10可知，电动机10在从磁铁3到平衡部件6a、6b的距离相对于空隙AG的比RB1、RB2为1.5以上的区域中，电动机10的转矩与参考例的电动机的比TR为1.0以上。即，可知在从磁铁3到平衡部件6a、6b的距离相对于空隙AG的比RB1、RB2为1.5以上的区域中，电动机10产生比参考例的电动机大的转矩。

根据图7至图10可知，在电动机10中的、从磁铁3到平衡部件6a、6b的距离相对于空隙AG的比RB1、RB2为1.5至2.8之间时，机械负载ML下降，并且产生比参考例的电动机大的转矩。因此，可以说在电动机10中，将从磁铁3到平衡部件6a、6b的距离相对于空隙AG的比RB1、RB2设定为1.5至2.8之间是理想的。

如以上所说明，根据电动机10，能够实现高速旋转。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述本发明的实施方式所涉及的电动机10，而是包括本发明的构思以及权利要求所包含的所有方式。此外，也可以适当选择性地组合各构成来发挥上述课题和效果的至少一部分。例如，上述实施方式中的各构成要素的形状、材料、配置、尺寸等能够根据本发明的具体使用方式进行适当地变更。

标号说明

1 壳体；2 轴；3 磁铁；4a 轴承；4b 轴承；5 定子；6a 平衡部件；6b 平衡部件；7 转子；10 电动机；11 壳体主体；12 上盖部；13 下盖部；31 轴贯通孔；41a 内圈；41b 内圈；42a外圈；42b 外圈；43a 滚动体；43b 滚动体；44a 内周面；44b 内周面；61a 贯通孔；61b 贯通孔；62a 面部；62b 面部；63a 孔部；63b 孔部；64a 凹部；64b 凹部；65a 凸部；65b 凸部