CN106357017A - 马达、马达装置以及指针式显示装置 - Google Patents

Abstract

一种马达、具有该马达的马达装置以及指针式显示装置，所述马达的转矩大而噪声小。如果马达(1)在具有转子(5)、定子(6)的结构中，以磁铁(50)的磁极宽度为D1、以凸极(61)的宽度为D2，则凸极的宽度D1是磁铁(50)的磁极宽度D2的50％以上，所述转子(5)具有S极和N极沿周向交替设置的磁铁(50)，所述定子(6)具有定子铁芯(60)和线圈(9)，在所述定子铁芯(60)中沿周向配置多个凸极(61)，所述凸极(61)的末端部与磁铁(50)的外周面隔着间隙相向，所述线圈(9)绕多个凸极(61)中的两个(凸极61b、61f)配置。像这样，通过将凸极(61)的宽度合理化，能够实现转矩大而噪声小的马达。

Description

马达、马达装置以及指针式显示装置

技术领域

本发明涉及一种马达、马达装置以及指针式显示装置，所述马达将转子以及配置在转子的外周的定子容纳于壳体。

背景技术

在汽车用仪表装置等表示装置中，有时采用这样的结构：将马达的旋转通过减速齿轮机构传递给输出轴，并在输出轴的端部安装指针。在这种情况下，马达有时采用如下结构，即具有：转子，所述转子具有圆筒状的磁铁；定子，所述定子配置在转子的外周；以及壳体，所述壳体容纳转子以及定子，定子具有定子铁芯和线圈，所述定子铁芯具有沿磁铁的周面配置的多个凸极，所述线圈被卷绕于多个凸极中的两个。在专利文献1中公开了这种马达。

专利文献1:日本特许2013-57567号公报

发明内容

发明所要解决的课题

用于汽车用仪表装置等显示装置的马达要求具有足够大的转矩。并且，这种马达的定子铁芯的凸极形状会给磁通分布带来影响，这是公知的，且曾有人提出了通过将凸极形状合理化来实现改善马达特性。但是，一般情况下，我们知晓如果提高转矩，则会增大噪声，且并没有提出能够提高转矩而降低噪声的定子铁芯形状。

鉴于上述问题，本发明的课题在于提供一种转矩大而噪声小的马达、具有这种马达的马达装置以及指针式显示装置。

解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明所涉及的马达的特征在于，其具有：转子，所述转子具有S极与N极沿周向交替设置的磁铁；以及定子，所述定子具有定子铁芯和线圈，在所述定子铁芯中沿周向配置有多个凸极，所述凸极的末端部与所述磁铁的外周面隔着间隙相向，所述线圈绕所述多个凸极中的两个配置，所述凸极的宽度是所述磁铁的磁极宽度的50％以上。

根据本发明，通过将凸极形状合理化，能够实现转矩大而噪声小的马达。

在本发明中，优选磁铁的极数为八个。通过该结构，能够实现转矩高而噪声小的马达。

在本发明中，优选所述定子铁芯的凸极数量为六个。根据该结构，能够实现转矩高而噪声小的马达。

在本发明中，优选所述凸极的宽度是所述磁铁的磁极宽度的60％以上。根据该结构，在考虑到线圈的尺寸和向凸极安装的安装性时，能够在可实现的范围内，实现转矩高而噪声小的马达。

在本发明中，优选多个凸极的角度间隔不相等。并且，优选在环绕配置所述线圈的两个所述凸极中的一个与所述S极与所述N极之间相向时，另一个与所述S极的中心或与所述N极的中心相向。如果像这样，则能够给转子的旋转带来足够大的励磁转矩。

本发明所涉及的马达能够用于马达装置，所述马达装置具有：轮组，所述轮组传递所述转子的旋转；以及输出轴，所述转子的旋转通过所述轮组传递至所述输出轴。

本发明所涉及的马达装置能够用于指针式显示装置，且在该指针式显示装置中，指针通过所述输出轴驱动。

发明效果

根据本发明，通过将凸极形状合理化，能够实现转矩大而噪声小的马达、马达装置以及指针式显示装置。

附图说明

图1(a)、图1(b)为应用了本发明的马达装置的立体图。

图2为应用了本发明的马达装置的剖视图。

图3(a)为组装了定子的第一壳体的立体图，图3(b)为第一壳体的立体图。

图4为磁铁以及定子铁芯的平面图。

图5(a)、图5(b)、图5(c)为示出凸极的宽度和马达特性的关系的图表。

(附图标记说明)

1…马达

2…壳体

4…轮组

5…转子

6…定子

7…线圈绕线架

8…端子销

9…线圈

10…输出轴

11…指针

21…第一壳体

22…第二壳体

25…定位部

26…定位部

28…支承部

29…贯通孔

41…第一齿轮

41a…大径齿轮部

41b…小径齿轮部

42…第二齿轮

48…支轴

50…磁铁

51…旋转轴

58…小齿轮

59…圆板部

60…定子铁芯

61(61a至61f)…凸极

64…开口部

65a、65b…连接部

66…圆孔

67…突出部

68…长孔

69a、69b…矩形部

70…绕线架本体

90…线圈线

100…马达装置

200…指针式显示装置

211…侧板部

211a…台阶部

211b…缘部

212…端板部

213…筒部

214…圆筒部

215…轴孔

216…轴孔

217…圆筒部

219…凸部

221…侧板部

222…端板部

223…筒部

225…轴孔

226…轴孔

229…钩部

261…缺口

262A、262B…导向部

263…凹部

264…突起部

CW…顺时针方向

D1…磁铁的磁极宽度

D2…凸极的宽度

L…输出轴的轴线

L0…转子的旋转中心轴线

L1…第一方向

L2…第二方向

具体实施方式

以下，参照附图对应用了本发明的马达、马达装置以及指针式显示装置进行说明。

(整体结构)

图1(a)为应用了本发明的马达装置100的立体图，图1(b)为示出从马达装置100取下第一壳体21的状态的立体图。并且，图2为应用了本发明的马达装置100的剖视图(图1(a)的A-A剖视图)。本实施方式的马达装置100用于指针式显示装置200。指针式显示装置200具有马达装置100和被马达装置100驱动的指针11。马达装置100具有马达1、传递马达1的旋转的轮组4以及传递轮组4的旋转的输出轴10。指针11与输出轴10连接。

(马达)

马达1具有：壳体2；转子5，所述转子5被壳体2支承为能够旋转；以及定子6，所述定子6配置在转子5的周围。在本说明书中，将输出轴10的轴线L所延伸的方向中的从壳体2突出有输出轴10的一侧作为第一方向L1，以与突出有输出轴10的一侧相反的一侧为第二方向L2。并且，由于转子5的旋转中心轴线L0与输出轴10的轴线L平行，因此转子5的旋转中心轴线L0的一侧朝向第一方向L1，旋转中心轴线L0的另一侧朝向第二方向L2。

壳体2具有：第一壳体21，所述第一壳体21配置在轴线L方向的第一方向L1上；以及第二壳体22，所述第二壳体22配置在轴线L方向的第二方向L2上。第一壳体21具有：端板部212，所述端板部212安装有转子5以及定子6；以及侧板部211，所述侧板部211从端板部212的外周缘向第二方向L2竖起。在端板部212形成有支承输出轴10的筒部213。输出轴10从筒部213朝向轴线L方向的第一方向L1突出。

第二壳体22具有：端板部222，所述端板部222在轴线L方向上与第一壳体21的端板部212相向；以及侧板部221，所述侧板部221从端板部222的外周缘向第一方向L1竖起。在第一壳体21的侧板部211的多个部位形成有凸部219，在第二壳体22的侧板部221的与第一壳体21的凸部219对应的位置形成有钩部229。如果使钩部229与凸部219卡合，从而使第一壳体21与第二壳体22卡合，则能够构成壳体2。

如图1(b)、图2所示，转子5具有被壳体2支承为能够旋转的旋转轴51。转子5具有：小齿轮58，所述小齿轮58固定于旋转轴51的第二方向L2的端部；以及圆筒状的磁铁50。在磁铁50的外周面，S极与N极交替等角度间隔排列。在本实施方式中，磁铁50与小齿轮58通过嵌件成型被一体化，且磁铁50与小齿轮58通过树脂制成的圆板部59被结合在一起。圆板部59固定于旋转轴51。

如图2所示，在第一壳体21的端板部212形成有朝向第二方向L2突出的圆筒部214。在圆筒部214形成有将转子5的旋转轴51的第一方向L1的端部支承为能够旋转的轴孔215。另一方面，在第二壳体22的端板部222形成有将转子5的旋转轴51的第二方向L2的端部支承为能够旋转的轴孔225。

轮组4对转子5的旋转进行减速并传递到输出轴10。如图2所示，轮组4与转子5以及定子6相同，被壳体2支承。轮组4具有第一齿轮41和第二齿轮42。第一齿轮41具有与转子5的小齿轮58啮合的大径齿轮部41a和与第二齿轮42啮合的小径齿轮部41b。输出轴10通过压入或嵌件成型被固定于第二齿轮42。输出轴10被第一壳体21的筒部213和第二壳体22的筒部223支承为能够旋转。第一齿轮41被支轴48支承为能够旋转。支轴48的两端被形成于第一壳体21的轴孔216和形成于第二壳体22的轴孔226保持。第一壳体21的轴孔216形成于从端板部212向第二方向L2突出的圆筒部217。

图3(a)为组装了定子6的第一壳体21的立体图，图3(b)为第一壳体21的立体图。并且，图4为磁铁以及定子铁芯的平面图。如图1(b)、图3(a)所示，定子6具有定子铁芯60，所述定子铁芯60具有隔着间隙与磁铁50的外周面相向的多个凸极61(凸极61a至61f)。并且，定子6具有：线圈绕线架7，所述线圈绕线架7装配于多个凸极61中的凸极61b、61f(主极)；以及线圈9，所述线圈9隔着线圈绕线架7卷绕于凸极61b、61f的周围。在本实施方式中，凸极61的数量为六个，在磁铁50中，S极与N极形成四对。并且，凸极61f、61b(主极)相对于转子5的旋转轴51配置在靠第一齿轮41的一侧。

线圈绕线架7具有：绝缘性的绕线架本体70，所述绕线架本体70卷绕有形成线圈9的线圈线90；以及两个端子销8，所述端子销8被保持于绕线架本体70。定子铁芯60的凸极61b、61f被插入到绕线架本体70的内侧，其结果是，在凸极61b、61f的周围配置线圈9。在线圈线90的端部被缠绕到从绕线架本体70突出的端子销8的一个端部之后再进行锡焊。端子销8的另一个端部穿过形成于第一壳体21的端板部212的贯通孔29(参照图3(b))，并从第一壳体21向第一方向L1突出(参照图2)。配线基板等配线器材(未图示)与从第一壳体21突出的端子销8连接。

定子铁芯60的配置有转子5的部分成为开口部64，且从该开口部64的内周缘向磁铁50的外周面突出有多个凸极61。凸极61的径向内侧的末端部隔着间隙与磁铁50的外周面相向。定子铁芯60的安装有线圈绕线架7的凸极61b、61f(主极)比其他凸极61a、61c至61e(辅极)长。因此，定子铁芯60在形成有凸极61b、61f(主极)的部分具有呈大致矩形形状向径向外侧伸出的矩形部69a、69b。凸极61b、61f从矩形部69a、69b的外周部分向径向内侧突出。矩形部69a、69b相对于开口部64在靠第一齿轮41的一侧被连接部65a连接在一起。未配置有线圈9的凸极61(辅极)中的一个(凸极61a)从连接部65a向径向内侧突出。并且，相对于开口部64在与第一齿轮41相反的一侧设有连接其他凸极61c至61e(辅极)的连接部65b。凸极61c至61e(辅极)从连接部65b向径向内侧突出。

定子铁芯60为将冲切成上述的形状的磁性板层叠多个的板状的部件。在定子铁芯60的位于轮组4侧的凸极61a的根部附近形成有圆孔66。并且，定子铁芯60在位于轮组4的相反一侧的凸极61d的位置具有朝向径向外侧突出的突出部67。在突出部67形成有长孔68。

第一壳体21具有在两个部位对定子铁芯60进行定位的定位部25、26。定位部25形成于端板部212。在本实施方式中，供第一齿轮41的支轴48压入的轴孔216作为定位部25发挥作用(参照图3(b))。也就是说，如果将压入到轴孔216中的支轴48穿过定子铁芯60的圆孔66，则如图3(a)所示，定子铁芯60通过支轴48被定位。

另一个定位部26形成于第一壳体21的侧板部211。侧板部211具有：台阶部211a，所述台阶部211a在朝向第二方向L2竖起的中途位置形成于外周面；以及缘部211b，所述缘部211b从台阶部211a的内周缘向第二方向L2竖起。缘部211b形成于侧板部211的全周。定位部26具有：缺口261，所述缺口261在与定子铁芯60的突出部67对应的位置将缘部211b切掉；一对导向部262A、262B，所述一对导向部262A、262B在缺口261的周向的两侧向第二方向L2突出；凹部263，所述凹部263以与缺口261相同的宽度形成于台阶部211a；以及突起部264，所述突起部264在凹部263的周向的中央向第二方向L2突出。

如图3(a)所示，如果将定子铁芯60的突出部67嵌入到缺口261中并将突出部67放入凹部263，则形成突起部264嵌入到长孔68中的状态。定位部26通过在长孔68中嵌入突起部264，而在以支轴48为中心的旋转方向上阻止定子铁芯60的旋转。

(马达的组装)

在组装马达1时，首先将第一齿轮41的支轴48压入到形成于第一壳体21的轴孔216中。并且，将转子5的旋转轴51压入到轴孔215中。之后，如图3(a)所示，将对定子铁芯60安装了线圈绕线架7、线圈9、端子销8的定子6组装到第一壳体21。此时，首先将支轴48的末端插入到定子铁芯60的圆孔66中，接着将突出部67插入到一对导向部262A、262B之间。并且，将端子销8插入到形成于第一壳体21的端板部212的四个部位的贯通孔29中。

在第一壳体21的与定子铁芯60的凸极61b、61f的根部分重叠的位置形成有从端板部212向第二方向L2突出的支承部28。定子铁芯60通过突出部67与定位部26的凹部263抵接，且凸极61b、61f的根部分与支承部28抵接，而在轴线L方向上被支承。并且，如果突出部67与凹部263抵接，则定位部26的突起部264嵌入到长孔68中对定子铁芯60进行定位。

在将定子6组装到第一壳体21后，再将转子5组装到第一壳体21。之后，将固定有第二齿轮42的输出轴10安装到第一壳体21的筒部213。而且，以使第一齿轮41与小齿轮58以及第二齿轮42互相啮合的方式将第一齿轮41安装于支轴48。最后，使第二壳体22覆盖到第一壳体21并结合，从而构成壳体2。如果使第二壳体22与第一壳体21结合，则如图1(a)所示，第一壳体21的缘部211b以及一对导向部262A、262B与第二壳体22的侧板部221的内周侧嵌合。并且，如图2所示，突出部67在轴线L方向上被第一壳体21的侧板部211和第二壳体22的侧板部221夹持。由此，定子铁芯60在轴线L方向上被定位。

(凸极的配置)

在本实施方式的马达装置100中，马达1中的磁铁50的S极与N极呈等角度间隔形成四对，在定子铁芯60中，凸极61形成六个。凸极61不等间隔配置，如果在周向上相邻的凸极61的角度间隔以凸极61a为起点，则沿图4所示的顺时针旋转方向CW形成为56.25°、56.25°、67.5°、67.5°56.25°、56.25°。

像这样，如果将在周向上角度位置偏差112.5°的两个凸极61f、61b用作主极，则在磁铁50为八个极的情况下，在配置有线圈9的凸极61b、61f(主极)的一个主极的周向的中心与S极与N极之间相向时，即与S极和N极之间的边界部分相向时，另一个主极的周向的中心与S极的周向的中心或与N极的周向的中心相向。因此，能够给转子5的旋转带来足够的励磁转矩。并且，如果将在周向上相邻的凸极61的各间隔设定为上述的值，则启动转矩的变化小。因此，在本实施方式的马达装置100中，转子5的振动少。因此，能够减小转子5在旋转时产生的音量，从而能够实现低噪声化。

在这样构成的马达1、马达装置100以及指针式显示装置200中，当通过端子销8向线圈9供电时，转子5旋转，且该旋转通过图2等所示的轮组4被传递到输出轴10。因此，与输出轴10连接的指针11旋转。此时，通过向线圈9输入规定的驱动脉冲数来切换指针11的角度位置，并且在使指针11绕顺时针方向旋转到目标位置后使其停止。并且，如果提供逆旋转用的驱动脉冲，则能够使指针绕逆时针方向旋转到另一个目标位置。

(凸极形状的合理化)

定子铁芯60的六个凸极61(61a至61f)的宽度相同。并且，六个凸极61每一个从末端到根部的粗细都相同。在此，如果将磁铁50的磁极宽度设D1，将凸极61的宽度设为D2，则本实施方式的定子铁芯60以满足以下条件(1)的方式形成。条件(1)示出凸极的宽度D2是磁铁50的磁极宽度D1的50％以上。

0.5≤D2/D1…(1)

本发明人员根据本实施方式的马达1的结构制成多个凸极61的宽度D2不同的样品来测定马达特性。具体地说，采用磁铁50的外径为8mm，磁极数为八个的转子(即具有四对S极和N极的转子)作为转子5。也就是说，将磁铁50的磁极宽度D1设为8mm×π/8＝3.14mm。并且，使用定子铁芯60的凸极61的宽度D2为0.8mm、1mm、1.3mm、1.6mm、1.9mm这五个类型的定子作为定子6。凸极61的数量为六个，且如上所述不等间隔配置，且使线圈9环绕于其中两个凸极(凸极61b、61f)。并且，针对于所有的D1与D2的组合来测定马达1的启动电压、噪声(即转子5在旋转时产生的音量)、齿槽转矩。以100pps和200pps这两种速度测定启动电压，以1000pps的速度测定噪声。

图5(a)、图5(b)、图5(c)为示出凸极61的宽度D2与马达特性之间的关系的图表。图5(a)示出凸极61的宽度D2给启动电压带来的影响，图5(b)示出凸极61的宽度D2给噪声带来的影响，图5(c)示出凸极61的宽度D2给齿槽转矩带来的影响。在此，图5(a)至图5(c)的图表使用凸极61的宽度D2作为横轴，但图5(a)至图5(c)的横轴还能够替换为凸极61的宽度D2/磁极宽度D1的值。也就是说，在磁极宽度D1为3.14mm的情况下，凸极61的宽度D2为0.8mm、1mm、1.3mm、1.6mm、1.9mm时的数据分别相当于凸极61的宽度D2/磁极宽度D1为0.25(25％)、0.32(32％)、0.41(41％)、0.51(51％)、0.61(61％)时的数据。

如图5(a)所示，在凸极61的宽度D2小于1.6mm的范围内，无论以100pps和200pps的哪个速度，如果凸极61的宽度D2变大，则启动电压降低。启动电压降低意味着马达1的转矩变大。另一方面，在凸极61的宽度D2为1.6mm以上的范围内，启动电压的值不变化。也就是说，在本实施方式的马达1中，即使将凸极61的宽度D2设为1.6mm以上，转矩也不会再升高。由此可知，为了增大转矩，只要将凸极61的宽度D2设置在1.6mm以上(即凸极61的宽度D2/磁极宽度D1大致在50％以上)即可。

如图5(b)所示，马达1的噪声在凸极的宽度D2变大时减小。并且，齿槽转矩在凸极的宽度D2变大时减小。也就是说，在本实施方式的马达1中可知，噪声和齿槽转矩随着凸极的宽度D2/磁极宽度D1的值变大而减小。由于齿槽转矩成为转矩脉动的原因，因此可认为转子5的旋转不稳定随着齿槽转矩的减少而变小，从而噪声降低。

根据图5(a)至图5(c)所示的马达特性可看出，在本实施方式的马达1中，在磁铁的极数为八个且定子铁芯的凸极数为六个的情况下，到凸极61的宽度超过磁铁的磁极宽度的50％为止，启动电压随着扩大凸极的宽度而降低(即转矩上升)，且噪声减小。在本发明中，由于采用这种结构，因此能够实现转矩高而噪声以及齿槽转矩小的马达。

在此，在要进一步降低噪声以及齿槽转矩的情况下，还能够将凸极的宽度D2设置在1.9mm以上(即，能够将凸极61的宽度D2设置在磁极宽度D1的60％以上)。另外，如果考虑线圈9的尺寸和将线圈9安装到凸极61(61b、61f)时的操作性，则不能无限度地扩大凸极的宽度D2，但可按照本实施方式的定子铁芯60的形状，将凸极的宽度D2增大到1.9mm。因此，通过采用这种形状，能够实现转矩高而噪声以及齿槽转矩小的马达。

(作用效果)

如上所述，本实施方式的马达1在具有转子5、定子6的结构中，如果将磁铁50的磁极宽度设为D1，将凸极61的宽度设为D2，则凸极的宽度D2是磁铁50的磁极宽度D1的50％以上，所述转子5具有S极和N极沿周向交替设置的磁铁50，所述定子6具有定子铁芯60和线圈9，在所述定子铁芯60中沿周向配置多个凸极61，所述凸极61的末端部与磁铁50的外周面隔着间隙相向，所述线圈9绕多个凸极61中的两个(凸极61b、61f)配置。像这样，通过将凸极61的宽度D2合理化，能够实现转矩高而噪声小的马达。

(其他实施方式)

在上述实施方式中，举了将马达装置100应用于指针式显示装置200的例子，但也可将本发明应用于除指针式显示装置用的马达装置100以外的装置。

Claims (10)

1.一种马达，其特征在于，

所述马达具有：

转子，所述转子具有S极与N极沿周向交替设置的磁铁；以及

定子，所述定子具有定子铁芯以及线圈，在所述定子铁芯中沿周向配置有多个凸极，所述凸极的末端部与所述磁铁的外周面隔着间隙相向，所述线圈绕所述多个凸极中的两个配置，

所述凸极的宽度是所述磁铁的磁极宽度的50％以上。

2.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述凸极的宽度是所述磁铁的磁极宽度的60％以上。

3.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，

所述磁铁的极数为八个。

4.根据权利要求3所述的马达，其特征在于，

所述凸极的宽度是所述磁铁的磁极宽度的60％以上。

5.根据权利要求3所述的马达，其特征在于，

所述定子铁芯的凸极数量为六个。

6.根据权利要求5所述的马达，其特征在于，

所述凸极的宽度是所述磁铁的磁极宽度的60％以上。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的马达，其特征在于，

所述多个凸极的角度间隔不相等。

8.根据权利要求7所述的马达，其特征在于，

当环绕配置所述线圈的两个所述凸极中的一个凸极同所述S极和所述N极之间相向时，另一个凸极与所述S极的中心或与所述N极的中心相向。

9.一种马达装置，其具有权利要求1至8中的任一项所述的马达，所述马达装置的特征在于，其具有：

轮组，所述轮组传递所述转子的旋转；以及

输出轴，所述转子的旋转通过所述轮组传递至所述输出轴。

10.一种指针式显示装置，其具有权利要求9所述的马达装置，所述指针式显示装置的特征在于，

通过所述输出轴驱动指针。