ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ И МОТОР -РЕДУКТОР
ELECTRIC MOTOR AND GEAR MOTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электродвигателю, установленному, например, в транспортном средстве, а также к мотор-редуктору.
Предшествующий уровень техники
Щеточные электродвигатели обычно часто используются в качестве приводов автомобильных стеклоочистителей. В электродвигателе подобного типа имеется множество постоянных электромагнитов, расположенных через равные промежутки в окружном направлении на внутренней периферийной поверхности цилиндрического статора, а также якорь, установленный с возможностью вращения внутри статора. У якоря имеется сердечник, на котором выполнено множество радиально направленных зубьев. В осевом направлении, между соответствующими зубьями образовано множество длинных пазов, а катушки индуктивности образованы за счет намотки обмоточного провода между пазами через определенные интервалы при помощи метода обмотки внахлест. Катушки индуктивности электрически связаны с коллектором, который установлен и неподвижно закреплен снаружи вращающегося вала, таким образом, чтобы он располагался вблизи сердечника якоря.
Коллектор состоит из множества металлических сегментов, которые расположены в окружном направлении взаимно изолированно, а начало и конец обмотки катушки индуктивности соединены с каждым сегментом. Кроме этого, сегменты соответственно соединены со щетками с таким образом, чтобы образовывался скользящий контакт с сегментами, а электропитание на соответствующие катушки подается через щетки. Также в катушке индуктивности, на которую подается электропитание, создается магнитное поле, а вращающийся вал приводится в действие магнитной силой притяжения или отталкивания, возникающей между постоянными электромагнитами в статоре.
В связи с тем что в последнее время возникает потребность в небольших по размеру и высокопроизводительных двигателях стеклоочистителей, в настоящем изобретении раскрывается технология создания множественных полюсов с 4 магнитными полюсами (2 парами полюсов) и множеством пазов, обеспечивающих электродвигателю высокую мощность, когда четыре щетки расположены в направлении вдоль окружности и позволяют электродвигателю работать с переменной скоростью (например, см. заявка Японии, 2006-353019).
В этом электродвигателе сила тока, подаваемого на катушку индуктивности в каждом режиме работы: медленный, средний и быстрый, меняется за счет изменения схемы запитывания четырех щеток. За счет подобной конструкции частота вращения электродвигателя с 4 магнитными полюсами и множеством пазов в каждом из режимов может изменяться.
Краткое изложение сущности изобретения
Задача, решаемая изобретением
В описанном выше двигателе, между четырьмя постоянными электромагнитами, расположенными в статоре, образованы соответствующие зазоры. Это позволяет усиливать изменения в магнитном потоке между постоянными электромагнитами и зазорами, а оба периферийных торца каждого постоянного электромагнита выступают в качестве границы. Поэтому при прохождении каждого зуба рядом с обоими периферийными торцами каждого постоянного электромагнита, магнитная сила притяжения или отталкивания, воздействующая на зубья, существенно изменяется, тем самым создавая момент трогания. В результате этого вибрация и шум в электродвигателе увеличиваются.
Изобретение было разработано с учетом вышеописанных обстоятельств, а цель его заключается в том, чтобы предложить электродвигатель, работающий с переменной скоростью, а также мотор-редуктор, которые позволяют снизить вибрацию и шум и при этом имеют миниатюрные размеры и высокую производительность.
Изобретение относится к электродвигателю, включающему в себя статор, количество пар полюсов у которого равно 2, а также якорь, установленные в статоре на подшипниках. Якорь включает в себя вращающийся вал, при этом сердечник якоря соединен с вращающимся валом, на якоре имеется множество зубьев, проходящих в радиальном направлении, что позволяет наматывать вокруг них катушки индуктивности, а также множество пазов, образованных между зубьями и проходящими в осевом направлении; коллектор установлен на вращающемся валу таким образом, чтобы он находился вблизи сердечника якоря, на нем имеется множество сегментов, расположенных в направлении вдоль окружности. Щетки, подающие электропитание на катушки индуктивности через сегменты, входят в скользящий контакт с сегментами. По первому варианту осуществления изобретения, коллектор оснащен замыкающими накоротко элементами, которые замыкают накоротко равнопотенциальные сегменты. Кроме этого, щетки состоят из трех типов: низкоскоростной щетки, высокоскоростной щетки, а также общей щетки, используемой совместно низкоскоростной и высокоскоростной щетками, расположенными напротив друг друга в направлении вдоль окружности. Окружная ширина высокоскоростной щетки делается меньше окружной ширины низкоскоростной щетки, при этом высокоскоростная щетка и низкоскоростная щетки выполнены таким образом, чтобы исключался их одновременный скользящий контакт с равнопотенциальными сегментами. Кроме этого, сердечники якорей выполнены таким образом, что множество зубьев расположены центрально-симметрично вокруг вращающегося вала через равные промежутки в направлении вдоль окружности, а зубья 12 и пазы 13 образованы таким образом, что их положение попеременно меняется через 90 градусов в направлении вдоль окружности.
По второму варианту осуществления изобретения, количество зубьев и количество пазов выбирается кратно 7, 9 или 11 количеству пар полюсов.
По третьему варианту осуществления изобретения, внешний диаметр коллектора выбирается в диапазоне от 20 мм или более до 30 мм или менее.
По четвертому варианту осуществления изобретения, окружная ширина низкоскоростной щетки и общей щетки выбирается в диапазоне от 2.5 мм или более до 5 мм или менее.
По пятому варианту осуществления изобретения, окружная ширина высокоскоростной щетки выбирается в диапазоне от 1.5 мм или более до 2.5 мм или менее.
Кроме этого, по шестому варианту осуществления изобретения предлагается мотор-редуктор, включающий в себя электродвигатель по любому из описанных выше вариантов осуществления с первого по пятый, червячный вал которого сопряжен с вращающимся валом электродвигателя, а червячная передача зацепляется с червячным валом.
Технический результат изобретения
Согласно изобретению сердечники якорей выполнены таким образом, что множество зубьев расположены центрально-симметрично вокруг вращающегося вала через равные промежутки в направлении вдоль окружности, а зубья 12 и пазы 13 образованы таким образом, что их положение попеременно меняется через 90 градусов в направлении вдоль окружности. Соответственно, если количество пар полюсов равно 2, то относительное взаимное положение между северным магнитным полюсом N и зубом и пазом, обращенными в сторону этого магнитного полюса N, а также взаимное положение между южным магнитным полюсом S и зубом и пазом, обращенными в сторону этого магнитного полюса S, могут меняться.
В силу этого, время создания момента трогания на зубе (в пазу), проходящем через северный магнитный полюс N, а также время создания момента трогания на зубе (в пазу), проходящем через южный магнитный полюс S, может быть сдвинуто. За счет этого момент трогания всего якоря уменьшается, что позволяет снизить вибрацию и шум электродвигателя.
Кроме этого, выбирая количество зубьев и количество пазов кратно 7, 9 или 11, количеству пар полюсов, можно формировать множество пазов, уменьшая вибрацию и шум. За счет этого можно получить высокопроизводительный электродвигатель и мотор-редуктор.
Кроме этого, поскольку щетки состоят из трех щеток: низкоскоростной щетки, высокоскоростной щетки и общей щетки, используемой совместно низкоскоростной и высокоскоростной щетками, количество деталей для переменного изменения скорости может быть уменьшено по сравнению с предшествующим уровнем техники.
Кроме этого, окружная ширина высокоскоростной щетки делается меньше, чем окружная ширина низкоскоростной щетки, при этом высокоскоростная щетка и низкоскоростная щетки выполнены таким образом, чтобы исключался их одновременный скользящий контакт с равнопотенциальными сегментами. Поэтому окружная ширина сегментов уменьшена по сравнению с предшествующим уровнем техники, что без труда позволяет добиться миниатюризации коллектора. В результате это позволяет уменьшить размер электродвигателя в целом.
В данном случае при работе электродвигателя на малых оборотах в результате того, что неиспользуемая высокоскоростная щетка входит в скользящий контакт с сегментом, могут возникать различия из-за количества катушек индуктивности в другой электрической цепи и происходить колебания в электрическом токе, проходящем по соответствующим катушкам индуктивности, и, как следствие, вибрация и шум электродвигателя могут увеличиваться.
Однако влияние высокоскоростной щетки при вращении с низкой скоростью можно уменьшить, если сделать окружную ширину высокоскоростной щетки меньше окружной ширины низкоскоростной щетки. За счет этого можно получить электродвигатель и мотор-редуктор с уменьшенным уровнем вибрации и шума.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид в плане мотор-редуктора по одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг.2 показан вид в продольном сечении мотор-редуктора по одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг.3 показан вид в поперечном сечении электродвигателя по одному из вариантов осуществления изобретения.
На фиг.4 показан вид в направлении стрелки А по фиг.2.
На фиг.5 показана схема статора по одному из вариантов осуществления изобретения.
Описание вариантов осуществления
Далее со ссылкой на чертежи будет рассмотрен один из вариантов осуществления изобретения.
Как показано на фигурах с 1 по 3, мотор-редуктор 1 используется, например, в качестве привода стеклоочистителя автомобиля и включает в себя электродвигатель 2, а также редуктор 4, соединенный с вращающимся валом 3 электродвигателя 2.
В электродвигателе 2 имеется статор 5, а также якорь 6, поворотно установленный внутри статора 5.
Трубчатая часть 53 статора 5 образована, по существу, в виде цилиндра, а четыре постоянных электромагнита 7 сегментного типа расположены через равные промежутки в окружном направлении на внутренней периферийной поверхности трубчатой части, таким образом, что магнитные полюса попеременно меняются. То есть количество пар полюсов у постоянных электромагнитов 7, расположенных в статоре 5, равно 2.
В торцевой части 51 статора 5 выполнена выступающая часть 19, в которой установлен подшипник 18, удерживающий один из торцов вращающегося вала 3. Кроме этого, внешняя поверхность статора 5 окрашена в черный цвет. Подобная черная окраска позволяет увеличить теплоотвод со статора 5 и понизить температуру электродвигателя 2.
У отверстия 53а в трубчатой части 53 имеется внешняя фланцевая часть 52. На внешней фланцевой части 52 образовано отверстие под болт (не показано). Через подобное болтовое отверстие вставляется болт 24, статор 5 крепится и неподвижно фиксируется в редукторе 4 затягиванием болта в болтовом отверстии (не показано), образованном в кожухе 23 (который будет рассмотрен ниже) редуктора 4.
Якорь 6 устанавливается снаружи вращающегося вала 3 и включает в себя неподвижно закрепленный сердечник 8 якоря, катушки 9 индуктивности якоря, намотанные вокруг сердечника 8 якоря, а также коллектор 10, расположенный с другого конца вращающегося вала 3. Каждый сердечник 8 якоря образован из слоеных пластин (шихтованный сердечник), изготовленных из магнитного материала, скрепленных прессованием или аналогичным способом в осевом направлении или штамповкой (ферритовый сердечник) мягкого магнитного порошка, и имеет, по существу, круглый корпус 11.
Восемнадцать зубьев 12, имеющих, по существу, Т-образную форму в осевом плане, расположены радиально, через равные промежутки в окружном направлении на внешней периферийной части корпуса 11 сердечника. Каждый из зубьев 12 состоит из обмоточного барабанного участка 31, который проходит радиально и вокруг которого намотан обмоточный провод 14, а также периферийного стенового участка 32, который расположен на конце обмоточного барабанного участка 31 и проходит таким образом, чтобы он располагался симметрично по отношению к обмоточному барабанному участку 31. То есть периферийный стеновой участок 32, расположенный на конце зуба 12, образует внешнюю периферийную поверхность сердечника 8 якоря, а периферийный стеновой участок 32 устанавливается в положении, при котором периферийный стеновой участок обращен в сторону постоянного электромагнита 7.
Восемнадцать пазов 13 «ласточкин хвост» расположены между смежными зубьями 12 за счет расположения зубьев 12 радиально на внешней периферийной части корпуса 11 сердечника. Пазы 13 проходят в осевом направлении и образованы через равные промежутки в направлении вдоль окружности.
Эмалированный обмоточный провод 14 вставляется между пазами 13, затем обмоточный провод 14 наматывается вокруг обмоточного барабанного участка 31 зуба 12 на изолятор (не показан), изготовленный из изолирующего материала. Таким образом, на внешней периферийной части сердечника 8 якоря образуется множество якорных катушек 9 индуктивности.
В данном случае, когда восемнадцать зубьев 12 образованы через равные промежутки в направлении вдоль окружности, все зубья 12 и пазы 13 расположены центрально-симметрично вокруг вращающегося вала 3. С другой стороны, относительное положение зубьев 12 и пазов 13 попеременно меняется через 90 градусов в направлении вдоль окружности.
То есть, поскольку в данном варианте осуществления используются четыре постоянных электромагнита 7 (количество магнитных полюсов четыре), количество пар полюсов равно двум и, соответственно, используется восемнадцать зубьев 12 (пазов 13). То есть количество зубьев 12 (пазов 13) в 9 раз больше количества пар полюсов.
Кроме этого, все зубья 12 и пазы 13 расположены центрально-симметрично вокруг вращающегося вала 3, а относительное положение зубьев 12 и пазов 13 меняется через 90 градусов в направлении вдоль окружности. Таким образом, относительное положение между северным магнитным полюсом N постоянного электромагнита 7 и каждым из зубьев 12, обращенным в сторону подобного магнита, а также относительное положение между южным магнитным полюсом S постоянного электромагнита 7 и каждым из зубьев 12, обращенным в сторону подобного магнита, смещено на расстояние, равное половине ширины паза 13 в направлении вдоль окружности.
Коллектор 10 вставляется снаружи и неподвижно крепится ближе к другому концу вращающегося вала 3, чем сердечник 8 якоря. Восемнадцать сегментов 15, образованных из проводящего материала, закреплены на внешней периферийной поверхности коллектора 10. Сегменты 15 изготовлены из пластинчатых металлических деталей, удлиненных в осевом направлении, которые неподвижно закреплены параллельно, через равные промежутки в направлении вдоль окружности в положении, при котором сегменты изолированы друг от друга. Внешний диаметр D1 коллектора 10 выбирается в диапазоне от 20 мм или более до 30 мм или менее.
На конце каждого сегмента 15, со стороны сердечника 8 якоря, интегрально образован подъем 16, загнутый в противоположную от внешнего диаметра сторону. Обмоточный провод 14, который становится началом обмотки и концом обмотки катушки 9 индуктивности якоря, спускается к подъему 16, обмоточный провод 14 неподвижно крепится в подъеме 16 оплавлением или аналогичным образом. Таким образом, сегмент 15 и катушка 9 индуктивности якоря для данного сегмента электрически связаны друг с другом.
Помимо этого соединительные провода 40 соответственно спускаются к подъемам 15, являющимся равнопотенциальными сегментами 15, т.е. сегментам (каждая пара сегментов 15 отделена в девяти положениях по настоящему варианту осуществления), обращенным в сторону другу друга вокруг вращающего вала 3, соединительные провода 40 неподвижно крепятся в подъемах 16 оплавлением или аналогичным образом. Соединительные провода 40 предназначены для соединения накоротко равнопотенциальных сегментов 15 друг с другом и проходят между коллектором 10 и сердечником 8 якоря.
Коллектор 10, сконструированный таким образом, устанавливается в положении, при котором коллектор обращен в сторону кожуха 23 редуктора 4. Кожух 23 состоит из корпуса 42, который образован, по существу, в форме коробки с отверстием 42а на одной из его поверхностей и вмещает зубчатую группу 41 редуктора 4, а также крышку 43, закрывающую отверстие 42а корпуса 42. Участок 22, вмещающий щетку, образован в корпусе 42 со стороны электродвигателя 2, а коллектор электродвигателя 2 обращен в сторону участка, вмещающего щетку.
Как показано на фигурах со 2 по 4, участок 22, вмещающий щетку, находится в углублении, образованном в кожухе 23 картера со стороны электродвигателя 2.
Периферийная стенка 30 участка 22, вмещающего щетку, образована таким образом, что в поперечном сечении она имеет, по существу, овальную форму и состоит из прямых стенок 30а и арочных стенок 30b.
Крышка 33, имеющая в поперечном сечении форму трубки, по существу, овальной формы, таким образом, чтобы она соответствовала участку, вмещающему щетку, находится внутри участка 22, вмещающего щетку. У крышки 33 также имеются прямые стенки 33а и арочные стенки 33b. Кроме этого, внутри крышки 33 находится крепежное приспособление 34, выполненное таким образом, чтобы оно соответствовало крышке 33. Крепежное приспособление 34 закреплено и неподвижно зафиксировано в боковой стенке 42b корпуса 42 при помощи болтов 35.
Держатели 36 щеток расположены в трех местах в направлении вдоль окружности крепежного приспособления 34. Щетки 21 крепятся, соответственно, внутри держателей 36 щеток таким образом, чтобы они выходили и заходили обратно в держатели щеток в положении, когда щетки соответственно отклоняются пружинами S. Поскольку наконечники щеток 21 отклоняются пружинами S, наконечники щеток входят в скользящий контакт с коллектором 10 и через щетки 21 на коллектор 10 подается электропитание (не показано) с внешнего источника.
Щетки 21 состоят из низкоскоростной щетки 21а и высокоскоростной щетки 21b, которые соединены с анодом, а также общей щетки 21с, используемой совместно низкоскоростной щеткой 21а и высокоскоростной щеткой 21b, которая соединена с катодом. Низкоскоростная щетка 21а и общая щетка 21с взаимно расположены со смещением на 180° по фазе, т.е. со смещением на механический угол в 90° в направлении вдоль окружности. Между тем, высокоскоростная щетка 21b расположена со смещением от низкоскоростной щетки 21а на угол α в направлении вдоль окружности. Помимо этого, хотя в настоящем варианте осуществления было сказано, что общая щетка 21с используется в качестве катода, а низкоскоростная щетка 21а и высокоскоростная щетка 21b используются в качестве анода, анод и катод могут меняться местами.
По настоящему варианту осуществления значение электрического сопротивления высокоскоростной щетки 21b выбирается так, чтобы оно было в два или более раз больше значений электрического сопротивления низкоскоростной щетки 21а и общей щетки 21с. Таким образом, значение силы тока при подаче электрического тока на катушки 9 индуктивности якоря через высокоскоростную щетку 21а может быть уменьшено. За счет этого, при подаче электрического тока на катушки 9 индуктивности якоря через высокоскоростную щетку 21а и вращении якоря 6 электродвигателя 2 с высокой скоростью, значение тока большой силы (ток заторможенного электродвигателя), подаваемого на катушки 9 индуктивности якоря может быть уменьшено, если вращение якоря 6 будет остановлено (заторможено) внешней нагрузкой. Следовательно, можно заранее избежать повреждения любых компонентов, защищающих электроцепь, например, предохранителей, имеющихся в приводимом устройстве.
В данном случае, поскольку равнопотенциальные сегменты 15 коллектора 10, т.е. сегменты 15, обращенные в сторону друг друга вокруг вращающегося вала 3, замкнуты накоротко соединительными проводами 40, возможно подавать электропитание даже на сегменты, с которыми щетки 21 не входят в скользящий контакт. Соответственно, высокоскоростная щетка 21b находится в положении, которое смещено на угол Θ по отношению к низкоскоростной щетке 21а. Кроме этого, по данному варианту осуществления угол Θ равен 30 градусам.
За счет расположения соответствующих щеток с 21а по 21с подобным образом, можно сделать вырезы в частях крышки 33 и крепежного приспособления 34 там, где щетки с 21а по 21с отсутствуют. То есть крышка 33 может быть выполнена таким образом, чтобы в поперечном сечении она имела, по существу, овальную форму, а низкоскоростная щетка 21а и общая щетка 21с могут быть расположены рядом с соединительными участками, между прямыми стенками 33а и арочными стенками 33b. С другой стороны, высокоскоростная щетка 21b может быть расположена у арочной стенки 33b крышки 33, с противоположной стороны вращающегося вала 3 от мест в крышке, в которых установлены низкоскоростная щетка 21а и общая щетка 21с. Поэтому участок 22, вмещающий щетку, может быть выполнен таким образом, чтобы в поперечном сечении он имел, по существу, овальную форму, участок 22, вмещающий щетку можно также расплющить.
Помимо этого, как показано на фиг.3, окружная ширина щеток W1, за счет которой низкоскоростная щетка 21а и общая щетка 21с входят в скользящий контакт с коллектором 10, делается почти одинаковой. Между тем, окружная ширина щеток W2, за счет которой высокоскоростная щетка 21b входит в скользящий контакт с коллектором 10, делается меньше ширины W1 низкоскоростной щетки 21а. В частности, если внешний диаметр коллектора 10 выбирается в диапазоне от 20 мм или более до 30 мм или менее, ширина W1 низкоскоростной щетки 21а и общей щетки 21с выбирается в диапазоне от 2.5 мм или более до 5 мм или менее. С другой стороны, ширина W2 высокоскоростной щетки 21b выбирается в диапазоне от 1.5 мм или более, но менее 2.5 мм.
За счет выбора ширины W1 низкоскоростной щетки 21а и общей щетки 21с, а также ширины W2 высокоскоростной щетки 21b подобным образом, можно избежать ситуации, когда низкоскоростная щетка 21а и высокоскоростная щетка 21b одновременно входят в скользящий контакт с одним и тем же сегментом 15.
То есть, например, низкоскоростная щетка 21а может даже устанавливаться в центрально-симметричное ей положение относительно вращающегося вала 3 за счет соединения соединительного провода 40 с коллектором 10 (см. двухточечную пунктирную линию на фиг.3). В данном случае зазор между низкоскоростной щеткой 21а и высокоскоростной щеткой 21b становится почти таким же, как и зазор между смежными сегментами 15. Однако поскольку ширина W2 высокоскоростной щетки 21b делается меньше ширины W1 низкоскоростной щетки 21а, можно избежать ситуации, когда низкоскоростная щетка 21а и высокоскоростная щетка 21b одновременно входят в скользящий контакт с одним и тем же сегментом 15.
То же самое можно сказать и про соотношение между высокоскоростной щеткой 21b и общей щеткой 21с. То есть высокоскоростная щетка 21b может даже устанавливаться в центрально-симметричное ей положение относительно вращающегося вала 3 за счет соединения соединительного провода 40 с коллектором 10. Однако поскольку ширина W2 высокоскоростной щетки 21b делается меньше ширины W1 общей щетки 21с, можно избежать ситуации, когда высокоскоростная щетка 21b и общая щетка 21с одновременно входят в скользящий контакт с одним и тем же сегментом 15.
Как показано на фигурах 1 и 2, зубчатая передача 41, расположенная в корпусе 42 кожуха 23 редуктора, состоит из червячного вала 25, сопряженного с вращающимся валом 3 электродвигателя 2, ступенчатого зубчатого колеса 26, которое зацепляется с червячным валом 25, а также цилиндрического прямозубого колеса 27, которое зацепляется с ступенчатым зубчатым колесом 26. Один конец червячного вала 25 сопряжен с вращающимся валом 3, а другой конец установлен в подшипнике в корпусе 42. Ступенчатое зубчатое колесо 26 выполнено за одно с червячным колесом 28, которое зацепляется с червячным валом 25, с зубчатым колесом 29 малого диаметра, имеющего диаметр меньше, чем у червячного колеса 28.
Вал 61 ведомой шестерни запрессован в радиальный центр ступенчатого зубчатого колеса 26. Вал 61 ведомой шестерни выступает в сторону, противоположную от зубчатого колеса 29 малого диаметра, а подобный выступающий конец 61а установлен в подшипнике в корпусе 42. С другой стороны, кромка зубчатого колеса 29 малого диаметра, расположенная с противоположной стороны от конца 61а вала 61 ведомой шестерни, установлена в подшипнике в крышке 43. Таким образом, ступенчатое зубчатое колесо 26 с обоих концов установлено в подшипнике в корпусе 42 и крышке 43.
Прямозубое колесо 27 зацепляется с зубчатым колесом 29 малого диаметра ступенчатого зубчатого колеса 26. В радиальном центре цилиндрического прямозубчатого колеса 27 образован выступающий участок 65 таким образом, чтобы он выступал в направлении крышки 43. Выступающий участок 65 опирается на крышку 43. Помимо этого, выходной вал 62 запрессован в выступающий участок 65. Выходной вал 62 выступает от нижней стенки (торцевого участка) 42с корпуса 42. Выступающий участок 63 образован в части нижней стенки 42с корпуса 42, соответствующей выходному валу 62, таким образом, чтобы он выступал наружу. Выступающий участок 63 оснащен подшипником 64.
На части выходного вала 62, выступающей из корпуса 42, образован конусный участок 66. На сужающемся участке 66 выполнены мелкие зубцы 67. За счет этого, например, ведомый элемент механизма привода стеклоочистителя или подобный механизм и выходной вал 62 могут быть связаны друг с другом.
Помимо этого, в боковой стенке 42b корпуса 42 имеется разъем 68, выступающий в осевом направлении вращающегося вала 3. Разъем 68 предназначен для подачи электропитания с внешнего источника на электродвигатель 2. В соединительном отверстии 69 разъема 68 имеется клемма 70, клемма 70 электрически связана со щетками 21 (с 21а по 21с) электродвигателя 2. Таким образом, электропитание с внешнего источника подается на коллектор 10 через щетки 21.
Кроме этого, на краю корпуса 42 интегрально образовано отверстие 71 под болт для крепления крышки 43. Присоединительный выступ 73 с болтовым отверстием (не показано), в которое вставляется болт 72, является составной частью корпуса 42 крышки 43, соответствующей отверстию 71 под болт. При прохождении болта 72 через присоединительный выступ 73 и завинчивании болта 72 в отверстии 71 под болт в корпусе 42, крышка 43 крепится и неподвижно фиксируется в корпусе 42.
Помимо этого, в крышке 43 имеется токораспределительная подложка 74, предназначенная для электрического связывания клеммы 70 разъема 68 со щетками 21 электродвигателя 2. Токораспределительная подложка 74 имеет рисунок (не показан), выступающий в качестве выводного провода.
Далее, со ссылкой на фиг.5, будет рассмотрен принцип наматывания обмоточного провода 14 вокруг сердечника 8 якоря статора 6.
На фиг.5 показана схема статора 6, на котором зазор между смежными зубьями 12 соответствует пазу 13. Помимо этого, на последующих чертежах при рассмотрении соответствующих сегментов 15 и соответствующих зубьев 12 будут использоваться данные ссылочные позиции.
Как показано на данном рисунке, равнопотенциальные сегменты 15 замкнуты накоротко соединительными проводами 40. То есть в данном варианте осуществления каждый девятый сегмент 15 (например, первый сегмент 15 и десятый сегмент 15) соответственно замкнуты накоротко соединительными проводами 40.
В данном случае обмоточный провод 14 состоит из первого проводящего провода 110, а также второго проводящего провода 120. Помимо этого, на фиг.5 первый проводящий провод 110 показан сплошными линиями, а второй проводящий провод 120 показан пунктирными линиями.
Первый проводящий провод 110 намотан вперед между каждой парой произвольных пазов 13 и 13, отделенных тремя позициями, а также намотан в обратном направлении между пазами 13 и 13, которые, соответственно, смещены на 90 градусов в направлении вдоль окружности от произвольных пазов 13 и 13, тем самым образуя обмоточные провода с первого по девятый, 161-169.
Второй проводящий провод 120 намотан вперед между каждой парой произвольных пазов 13 и 13, отделенных тремя позициями, а также намотан в обратном направлении между пазами 13 и 13, которые, соответственно, смещены на 90 градусов в направлении вдоль окружности от произвольных пазов 13 и 13, тем самым образуя другие обмоточные провода с первого по девятый, 171-179.
Обмоточные провода с первого по девятый (161-169) и другие обмоточные провода с первого по девятый (171-179) соответственно расположены центрально-симметрично вокруг вращающегося вала 3.
Первые обмоточные провода 161, образованные первым проводящим проводом 110, и другие первые обмоточные провода 171, образованные вторым проводящим проводом 120, расположены таким образом, что они обращены друг к другу вокруг вращающегося вала 3, а первая пара обмоточных проводов образована обмоточным проводом 161 и обмоточным проводом 171. Аналогичным образом, вторая пара обмоточных проводов (162, 172), третья пара обмоточных проводов (163, 173), четвертая пара обмоточных проводов (164, 174), пятая пара обмоточных проводов (165, 175), шестая пара обмоточных проводов (166, 176), седьмая пара обмоточных проводов (167, 177), восьмая пара обмоточных проводов (168, 178) и девятая пара обмоточных проводов (169, 179) образованы обмоточными проводами со второго по девятый, 162-169, а также другими обмоточными проводами со второго по девятый, 172-179, соответственно.
Обмоточные провода с первого по девятый, 161-169, соответственно, соединены последовательно через девять соединительных проводов 40. С другой стороны, другие обмоточные провода с первого по девятый, 171-179, соответственно, соединены последовательно через девять соединительных проводов 40. Начало и конец каждого из обмоточных проводов со 161 по 179 соединены между смежными сегментами 15 и 15.
Обмоточные провода с первого по девятый, 161-169, а также другие обмоточные провода с первого по девятый, 171-179, соответственно, образованные подобным образом между пазами 13, могут быть намотаны, например, с помощью намоточного станка с двумя свивающими рогульками или аналогичного оборудования.
Далее будет рассмотрена работа мотор-редуктора 1.
При вращении на низких оборотах электродвигателя 2 мотор-редуктора 1 электропитание подается на общую щетку 21с и низкоскоростную щетку 21а. В этот момент в катушках 9 индуктивности якоря, намотанных вокруг сердечника 8 якоря, создаются магнитные поля, а между полями и постоянными магнитами 7, расположенными в статоре 5, возникают магнитные силы притяжения или отталкивания, приводящие в движение вращающийся вал. С другой стороны, при вращении на высоких оборотах электродвигатель 2 опережается по фазе высокоскоростной щеткой 21b и вращается с большей скоростью, чем при низких оборотах.
После приведения в движение вращающегося вала 3, движение через редуктор 4 передается на выходной вал 62. Поскольку внешний приводной механизм стеклоочистителя или аналогичного устройства сопряжены с выходным валом 62, внешний приводной механизм работает на низкой скорости, либо на высокой скорости, в зависимости от вращения выходного вала 62.
Помимо этого, все зубья 12 и пазы 13 электродвигателя 2 расположены центрально-симметрично вокруг вращающегося вала 3, а относительное положение зубьев 12 и пазов 13 меняется через 90 градусов в направлении вдоль окружности, т.е. со смещением на 180 градусов по фазе. Таким образом, относительное положение между северным магнитным полюсом N постоянного электромагнита 7 и каждым из зубьев 12, обращенным в сторону подобного магнита, а также относительное положение между южным магнитным полюсом S постоянного электромагнита 7 и каждым из зубьев 12, обращенным в сторону подобного магнита, смещено на расстояние, равное половине ширины паза 13 в направлении вдоль окружности.
Поэтому время создания момента трогания зуба 12 участка, соответствующего северному магнитному полюсу N, а также время создания момента трогания зуба 12 участка, соответствующего южному магнитному полюсу S, сдвинуто относительно друг друга. Следовательно, момент трогания каждого из электродвигателей 2 уменьшен.
Помимо этого, поскольку электропитание подается общей щеткой 21с и низкоскоростной щеткой 21а при вращении на низких оборотах, электропитание не подается на высокоскоростную щетку 21b и она не запитывается. Поэтому, пока высокоскоростная щетка 21b находится в таком положении, зажатая между смежными сегментами 15 и 15, сегменты 15 и 15 замыкаются накоротко высокоскоростной щеткой 21b. Также обмоточный провод 14, соединенный только с замкнутыми накоротко сегментами 15 и 15, образует замкнутую цепь. В результате количество катушек индуктивности в эквивалентной электрической цепи отличается.
Одновременно с этим, поскольку по обмоточному проводу 14, который становится замкнутой цепью за счет высокоскоростной щетки 21b, проходит магнитный поток, в обмоточном проводе 14 создается индуцированное напряжение (противоэлектродвижущая сила) за счет изменений в подобном магнитном потоке. За счет подобного индуцированного напряжения (противоэлектродвижущей силы) электрический ток мгновенно проходит в направлении, противоположном запитывающему направлению, затрудняя перемену направления тока. Это увеличивает неравномерность крутящего момента.
Однако по настоящему варианту осуществления ширина W1 низкоскоростной щетки 21а и общей щетки 21с в направлении вдоль окружности делается почти одинаковой, а окружная ширина W2 высокоскоростной щетки 21b делается меньше ширины W1 низкоскоростной щетки 21а (см. фиг.3). Поэтому время, в течение которого высокоскоростная щетка 21b замыкает накоротко смежные сегменты 15 и 15, может выбираться, а электрический ток, поступающий на обмоточный провод 14, в котором образована замкнутая цепь высокоскоростной щеткой 21b, может быть уменьшен.
С другой стороны, поскольку на высоких оборотах электропитание подается через общую щетку 21с и высокоскоростную щетку 21b, электропитание на низкоскоростную щетку 21а не подается и она не запитывается. Однако поскольку индуцированное напряжение (противоэлектродвижущую силу), ухудшающее перемену направления тока, создать в низкоскоростной щетке 21а сложней, влияние низкоскоростной щетки 21а при вращении на больших оборотах практически не сказывается.
Соответственно, по вышеописанному варианту осуществления количество пар полюсов равно 2, т.е. количество магнитных полюсов равно четырем и образовано множество пазов (количество пазов кратно 7, 9 и 11 числу пар полюсов). Таким образом, момент трогания может быть уменьшен даже в электродвигателе 2 с переменной скоростью. За счет этого можно уменьшить вибрацию и шум электродвигателя 2 (мотор-редуктора 1).
В частности, повышенная неравномерность крутящего момента, создаваемая высокоскоростной щеткой 21b, при вращении с низкой скоростью может быть уменьшена по сравнению с вращением с высокой скоростью. За счет этого при вращении с низкой скоростью можно дополнительно снизить вибрацию и шум электродвигателя 2.
Кроме этого, за счет выбора окружной ширины W2 высокоскоростной щетки 21b меньше окружной ширины W1 низкоскоростной щетки 21 а и общей щетки 21с, можно избежать ситуации, когда низкоскоростная щетка 21а и высокоскоростная щетка 21b одновременно входят в скользящий контакт с одним и тем же сегментом 15. Это позволяет создать малогабаритный высокопроизводительный электродвигатель 2 с множеством пазов.
Кроме этого, поскольку мотор-редуктор 1 состоит из электродвигателя 2, а редуктор 4 сопряжен с вращающимся валом 3 электродвигателя 2, можно добиться миниатюризации и высокой производительности мотор-редуктора 1.
Помимо этого, следует понимать, что изобретение не ограничено вышеописанным вариантом осуществления, а вышеописанный вариант осуществления допускает различные модификации, не отходя от объема изобретения.
Кроме этого, в вышеописанном варианте осуществления рассмотрен случай, когда в сердечнике 8 якоря электродвигателя 2 используется восемнадцать зубьев 12, а количество зубьев 12 выбирается в 9 раз больше количества пар полюсов. Между тем, количество зубьев 12 этим не ограничено. В зависимости от производительности множества пазов электродвигателя 2 желательно выбирать количество зубьев 12 кратно 7, 9 и 11 количеству пар полюсов.
Промышленная применяемость
Как отмечалось выше, изобретение позволяет предложить электродвигатель, работающий с переменной скоростью, а также мотор-редуктор, которые могут снизить вибрацию и шум и при этом имеют миниатюрные размеры и высокую производительность.
Перечень ссылочных позиций
1: МОТОР-РЕДУКТОР
2: ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
3: ВРАЩАЮЩИЙСЯ ВАЛ
4: РЕДУКТОР
5: СТАТОР
6: ЯКОРЬ
7: ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТ (МАГНИТНЫЙ ПОЛЮС)
8: СЕРДЕЧНИК ЯКОРЯ
9: КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ ЯКОРЯ (КАТУШКА)
10: КОЛЛЕКТОР
12: ЗУБЬЯ
13: ПАЗ
14: ОБМОТОЧНЫЙ ПРОВОД (КАТУШКА)
15: СЕГМЕНТ
21: ЩЕТКА
21А: НИЗКОСКОРОСТНАЯ ЩЕТКА
21В: ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ЩЕТКА
21C: ОБЩАЯ ЩЕТКА
25: ЧЕРВЯЧНЫЙ ВАЛ
28: ЧЕРВЯЧНАЯ ПЕРЕДАЧА
40: СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ПРОВОД (ЗАМЫКАЮЩИЙ НАКОРОТКО ЭЛЕМЕНТ)
D1: ВНЕШНИЙ ДИАМЕТР
W1, W2: ШИРИНА ЩЕТКИ.