CN101053139B - 旋转电机以及装载有该电机的汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋转电机以及装载有该电机的汽车。在由压粉磁性体构成的定子芯(100)中,磁轭部(20)包括从齿部(10)的轴向端面向轴向外侧突出的突出部。齿部(10)的轴向的长度向定子芯(100)的径向外侧逐渐减小,并且周方向的长度向定子芯(100)径向外侧逐渐增加。定子芯(100)在与径向垂直的任意一个截面上,磁轭部(20)的轴向端面与齿部(10)的轴向端面之间的高低差都大致等于线圈端部的轴向的长度。另外,齿部(10)的与径向垂直的截面积向径朝向外侧大致为一定值,在齿部(10)和磁轭部(20)的接合部上确保为该截面积。另外,在磁轭部(20)的周方向的截面上确保为该截面积的1/2。
Description
技术领域
本发明涉及由定子和转子构成的旋转电机(电动发电机)以及装载有该电机的汽车,更特定地,涉及旋转电机的定子。
背景技术
在由定子和转子构成的旋转电机中,定子包括:形成有多个槽(slot)的定子芯,和缠绕在设置于槽间的梳齿(下面也称作齿)上的线圈。另外,转子包括:转子芯、带磁性的磁体,和作为旋转轴的轴。
在该结构中,通过向线圈提供电力,从而产生磁场。根据所产生的磁场,在转子和定子之间形成磁通流,由此转子获得旋转力。在例如以旋转电机为动力源的汽车中,通过该旋转力驱动车轮。
在这里,在定子中,对于以提高线圈所占有的截面积相对于槽的截面积的面积比(下面也称作槽满率(填充系数))为目的的定子的构造,以往以来公开了很多发明(例如参照日本国专利公开公报特开2002-369418号以及日本国专利公表公报特表2002-544753号公报)。
图14是表示在例如日本国专利公开公报特开2002-369418号中公开的旋转电机的定子的构造的图。
图14(A)表示在构成定子的1个极的层叠芯51上缠绕有绕线52的状态,图14(B)表示该图(A)的水平截面。
层叠芯51是层叠预定数目的电磁钢板而形成的,齿部53和磁轭部54所形成的两侧的空间作为用于绕线52的配置的槽部55而起作用。
在层叠芯51上,在安装有后述的芯端部(core end)构件57的状态下,以覆盖槽部55的内表面的方式覆盖有绝缘盖56。在该绝缘盖56的外周上以预定圈数缠绕有绕线52,从而成为图14(A)的状态。
参照图14(B),对于齿部53的宽度尺寸W,以从定子外周向内周宽度逐渐变窄的方式,将两端面形成为锥形状,由此形成在齿部53的两侧的槽部55的投影形状被设定成平行四边形或长方形。
图14(C)表示除去该图(A)的绕线52和绝缘盖56的状态,图14(D)表示该图(C)的D方向向视图。
参照图14(C),在层叠芯51的层叠方向两端面上,分别安装有具有与齿部53的投影形状大致相同的轮廓形状的芯端部构件57。芯端部构件57由磁性粉末成形体形成,表面的绕线受压面57a被形成为从定子外周向内周侧阶梯形地变高(参照图14(D))。
在以上的结构中,在层叠芯51作为旋转电机的一部分而起作用时,磁通量通过齿部53。此时,在齿部53的定子内周侧的前端部上,其宽度尺寸W比较小,所以磁通量密度变得很高,会有磁通量饱和的可能。因此,在该定子构造中,使配置在层叠芯51的钢板层叠方向的两端面上的芯端部构件57作为磁路而起作用。但是,对于芯端部构件57,材质不同而磁特性不同,因此沿着径向求出内周侧、外周侧以及中央部分的等价截面积,将它们的值设为互相相等。
根据这样的结构,槽部55的死区(死角,dead space)得到缩小,由此槽部55的绕线52的槽满率提高,能够实现小型且高输出的旋转电机。
然而,在图14所示的以往的定子构造中,在绕线52的槽满率提高的同时,从该图(D)可知,由配置在齿部53的轴向两端面上的芯端部构件57,使得在轴向上形成的绕线52的缠绕部分(线圈端部)变为从磁轭部54突出的形状。因此,在由该定子构成的旋转电机中,在其装载性上存在问题。
另外,齿部分通过芯端部构件57而具有在轴向上展开的三维构造,与此相对,磁轭部54为由周方向和径向构成的二维的构造,所以为了确保通过齿部分的交链磁通量,必需使磁轭部54在径向上变厚,在能够降低的外形上产生了界限。
进而,在以往的定子构造中,由于突出的线圈端部,定子的轴向的长度增加,所以难以实现包含绕线52的整个轴长度上的小型化。
因此,本发明是为了解决该问题而完成的,其目的在于提供一种装载性优异且小型高输出的旋转电机以及装载有该电机的汽车。
发明内容
根据本发明和一种旋转电机,包括:具有中空圆筒形状的定子;和被设置成能够相对于定子旋转的转子。定子包括:定子芯,该定子芯包含环状地延伸的磁轭部和具有环状地排列在磁轭部的内周侧从而沿径向指向内侧的多个齿的齿部;和分别缠绕在所述多个齿中的各个齿上的线圈。磁轭部具有从所述多个齿中的各个齿的轴向端面向轴向外侧突出的突出部。所述多个齿中的各个齿的轴向的长度朝向作为径向外侧的磁轭部侧逐渐减小,并且周方向的长度朝向作为径向外侧的磁轭部侧逐渐增加。
根据本发明的旋转电机,包括具有中空圆筒形状的定子和被设置成相对于定子旋转自如的转子。定子包括:定子芯,其由环状地延伸的磁轭部和具有环状地排列在磁轭部的内周侧从而沿径向指向内侧的多个齿的齿部构成;和线圈,其分别缠绕在所述多个齿中的各个齿上。磁轭部具有从该多个齿中的各个齿的轴向端面向轴向外侧突出的突出部。所述多个齿中的各个齿,在定子芯的内周侧端部,轴向的长度比周方向的长度长,在定子芯的外周侧端部即磁轭部侧,周方向的长度比轴向的长度长。
优选的是,突出部的轴向的长度,与线圈的线圈端部的最外周侧的轴向的长度大致相等。
优选的是,定子,在与径向垂直的任意一个截面上,磁轭部的轴向端面与齿的轴向端面之间的间隔都大致等于线圈端部的轴向的长度。
优选的是,所述多个齿中的各个齿的与径向垂直的截面朝向径向外侧(沿径向)大致为相等面积。
优选的是,磁轭部的与周方向垂直的截面的面积大致为齿的与径向垂直的截面的面积的一半以上。
优选的是,磁轭部与所述多个齿中的各个齿之间的接合部的截面积大于等于齿的与径向垂直的截面的面积。
优选的是,所述多个齿中的各个齿的与径向垂直的截面的角部为曲面形状。
优选的是,所述多个齿中的各个齿的轴向端面为曲面形状。
优选的是,定子芯由压粉磁芯的成形体构成。
优选的是,定子芯由在轴向上分割的至少两个以上的压粉磁芯的成形体构成。
优选的是,至少两个以上的压粉磁芯的成形体包括位于轴向的一端的第一成形体和位于轴向的另一端的第二成形体。第一成形体以及第二成形体中的至少一方,在定子芯的轴向长度互不相同的多个旋转电机之间具有相同形状。
根据本发明的一种汽车,包括车轮和多个分别驱动车轮的、上述的任意一项发明所述的旋转电机。
根据本发明的汽车,包括车轮和分别驱动车轮的、上述的任意一项发明所述的旋转电机。
根据本发明,通过定子的磁轭部相对于齿部向轴向外侧突出,能够实现缠绕线圈后的装载性优异且小型高输出的旋转电机。
另外,通过将多个压粉磁芯在轴向上结合从而构成定子芯,能够通过简单且低成本的成形工序实现多样的输出的旋转电机。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的旋转电机的定子中的1个极的定子芯的立体图;
图2是图1的定子芯的周方向的截面图;
图3是图1的定子芯的轴向的截面图;
图4是用于说明图1所示的定子芯的齿的与径向垂直的截面的图;
图5是表示定子芯的内部的磁通流的说明图;
图6是表示图1所示的定子芯的其他的结构例的立体图;
图7是用于说明图6的定子芯的变形例的齿的与径向垂直的截面图(图7(A))、以及一般的定子芯的齿的与径向垂直的截面图(图7(B));
图8是表示使用一般的成形方法时的定子芯的成形工序的图;
图9是由本发明构成的旋转电机的1个极的定子芯的立体图;
图10是图9的定子芯的轴向的截面图;
图11是用于说明成形体D1(=D3)的成形工序的图;
图12是用于说明成形体D2的成形工序的图;
图13是输出转矩不同的旋转电机的1个极的定子芯的立体图;
图14是表示专利文献1所公开的旋转电机的定子的构造的图。
具体实施方式
下面,参照附图详细地对本发明的实施方式进行说明。另外,图中相同符号表示同一或相当的部分。
图1是根据本发明的实施方式的旋转电机的定子中的1个极的定子芯的立体图。另外,虽然图示省略,但定子芯在整体上具有按照旋转电机的极数将图1的1个极的定子芯100配置成环状的中空圆筒形状。而且,定子芯包括:环状的磁轭部;齿部,其包括在磁轭部的内周侧指向径向内侧而被排列成环状的预定数目的齿;和预定数目的槽,其形成在互相相邻的齿之间,在轴向上延伸。齿以及槽的个数与旋转电机的极数相对应。
参照图1,定子芯100在任意的1个极上,磁轭部20和齿10构成大致T字形状。定子芯100由用成形用金属模具将磁性粉末压缩成形而成的磁芯(下面也称作压粉磁芯)构成,磁轭部20和齿10整体地形成。另外,对于定子芯100的成形工序,在后面详细叙述。
在齿10的周方向(相当于θ方向)的两侧,在其与相邻的齿10(未图示)之间,分别形成有槽。虽然图示省略,线圈被插入以跨过该齿10的方式相邻的槽,由此被缠绕固定在各个齿10上。
在本实施方式中,定子芯100的第一特征在于,在磁轭部20和齿10之间,轴向(相当于z方向)的长度不同。详细地说,如图1所示,磁轭部20具有从齿10的轴向的两端部分别向轴向外侧突出的突出部。因此,磁轭部20在轴向上比齿10长出了该突出部。在这一方面,本发明的定子构造与在磁轭部和齿部之间轴向的长度相同的以往的定子构造不同。
进而,本发明的定子芯100的第二特征在于,齿10的与径向垂直的截面的形状具有沿径向逐渐变化的变形(异型)截面。例如,在图1的齿10中,在位于最内周侧的截面(相当于图中的A截面)、位于最外周侧的截面(相当于图中的C截面)、和位于它们的中间的截面(相当于图中的B截面)中,形状互不相同。另外,在包括这些A~C截面的径向的各截面之间,如下所述,下述关系成立:面积互相相等,并且长宽比(纵横比)互不相同。另外,这些特征可以通过将定子芯100设为压粉磁芯来有效利用其成形性,从而容易地实现。
图2是图1的定子芯100的周方向的截面图。
参照图2,在定子芯100中,齿10具有大致扇形状的截面,周方向的长度向内周侧逐渐缩短。具体地说,对于图1所示的沿着径向的A~C截面的每一个,如果将周方向的长度分别设为L1θ、Lθ、L2θ,在它们中间,L1θ<Lθ<L2θ的关系成立。
通过将齿10的与轴向垂直的截面设为这样的扇形状,形成在齿10的两侧的槽30分别如图中的斜线区域所示,形成为大致矩形状。即,在斜线区域,C截面的周方向的宽度h与A截面的周方向的宽度j大致相等。由此,提高了线圈在槽30中的槽满率。详细地说,例如在使用扁平铜线作为线圈时,线圈在槽30的内部有规则地整齐排列,所以能够实现线圈的致密化,能够进一步提高槽满率。
图3是图1的定子芯100的轴向的截面图。
从图3中可知,齿10的轴向的长度沿着径向逐渐变化。详细地说,轴向的长度向外周侧逐渐缩短。对于图1所示的沿着径向的A~C截面的每一个,如果将轴向的长度分别设为L1Z、LZ、L2Z,在它们之间,L1Z>LZ>L2Z的关系成立。进而可知,即使最长的A截面的轴向的长度L1Z,也比磁轭部20的轴向的长度短。
在这里,根据图2以及图3可知,在A~C截面之间,对于周方向以及轴向的长度,具有L1θ<Lθ<L2θ以及L1Z>LZ>L2Z的关系。即,齿10从定子内周侧向外周侧,周方向的长度变长,轴向的长度缩短。本发明的齿10的形状不仅在周方向上变化,在轴向上也变化,这一点与齿部53的轴向的长度为一定的图14所示的以往的定子构造不同。另外,磁轭部20的轴向的长度比齿10的轴向的长度的最大值还要长,这一点与磁轭部54的轴向的长度比齿部分(齿部53+芯端部构件57)的轴向的长度短的图14所示的以往的定子构造不同。
进而,在齿10的最外周侧与齿10接合在一起的磁轭部20,如上所述,具有从齿10的轴向的两端面向轴向外侧突出的突出部。该突出部的轴向的长度m为磁轭部20的轴向端面与齿10的最外周侧的端面的高低差。进而,在磁轭部20的轴向端面与齿10的最内周侧的端面之间,也产生轴向的长度k的高低差。
在这里,在将线圈缠绕在齿10上时,沿轴向从槽30突出的线圈的两端部分形成线圈端部40。在齿部分(包括芯端部构件)的轴向的长度比磁轭部的轴向的长度更长的以往的定子构造中,该线圈端部40为从定子芯的轴向的两端面突出的状态。因此,如上所述,在装载性上会产生不合适。
因此,在本实施方式中,如图3所示,设定齿10以及磁轭部20的形状,以消除线圈端部40的轴向的端面与磁轭部20的轴向的端面的高低差、使两端面成为大致相同平面。
详细地说,槽30中的线圈的缠绕空间如图2的斜线区域所示,在A截面以及C截面上分别具有周方向的宽度j以及周方向的宽度h。因此,在缠绕完线圈时,在形成在轴向上的线圈端部40上也一样,在A截面以及C截面上,在各自的轴向上具有与宽度j以及宽度h大致相等的高度。如果将齿10的轴向端面与磁轭部20的轴向端面设为相同高度,则线圈端部40在A截面以及C截面上,从定子芯100分别突出高度j以及h。
因此,为了消除该突出部分,在根据本实施方式的定子芯100中,将A截面上的磁轭部20的轴向端面与齿10的轴向端面的高低差k,设定为与线圈端部40的A截面的轴向的高度j大致相同。进而,将C截面上的磁轭部20的轴向端面与齿10的轴向端面的高低差m(=磁轭部20的突出部的轴向的长度),设定为与线圈端部40的C截面的高低差h大致相同。
通过设为这样的结构,在将线圈缠绕在齿10上时所形成的线圈端部40,不会从定子芯100向轴向突出,大致全部收在体部尺寸内,所以能够改善旋转电机的装载性。
如上所述,本实施方式的旋转电机,通过在定子芯100的磁轭部20上设置突出部以及沿着径向将齿10设为变化截面,保持很高的线圈的槽满率,同时装载性得到提高。
在这里,在线圈在槽30中的槽满率提高时,在齿10的内部产生的磁通量增加,可以期待产生更大的输出转矩。然而,如果在定子芯100的内部,无效的磁通量增加,其中所述无效的磁通量是由于磁通量的饱和等而变得无效的,则会产生转矩变动或铁耗(iron loss),反而使旋转电机的控制性能劣化。
因此,在本实施方式中,如上所述,在齿10的形状中,设为将与径向垂直的截面保持为一定面积、而使其长宽比变化的结构。另外,对于磁轭部20的构形,设为考虑了漏磁通量的降低的结构。下面说明详细内容。
图4是用于说明图1所示的定子芯100的齿10的与径向垂直的截面的图。
参照图4,图1中的齿10的A~C截面都为大致矩形状,在轴向以及周方向的各边上,如上所述,分别具有L1Z>LZ>L2Z以及L1θ<Lθ<L2θ的关系。
进而,对于A~C截面,如果将它们的截面积分别设为SA、SB、SC,则它们之间具有SA=SB=SC的关系。即,齿10的形状为,一边将与径向垂直的截面保持为一定面积,一边使轴向的边与周方向的边的比(长宽比)逐渐变化。特别地,在本发明中,如图4所示,对于A截面与C截面的关系,也可以设计成一边保持一定面积一边使长宽比例关系反向变化。
在这里,将齿10的与径向垂直的截面设为一定是由于下面的原因。
在定子芯100的内部产生的磁通量,在径向上通过齿10的内部(齿10的与A~C截面垂直的方向)。此时,在齿10的内部,如果产生由磁通量集中引起的局部的磁通量饱和,则与线圈交链(link)的有效磁通量减少。由于此时产生的无效磁通量,在旋转电机内产生称作齿槽效应转矩的转矩变动、铁耗。这些齿槽效应转矩、铁耗不但会使电机效率下降,而且会成为噪音、振动的原因,所以需要使定子芯100内的磁通量密度分布均匀,缓和磁通量饱和。因此,如图4所述,如果将齿10的与径向垂直的截面设为一定面积,则能够使齿10的磁通量密度分布均匀,能够抑制齿槽效应转矩、铁耗的产生。
图5是表示定子芯100的内部的磁通流的说明图。
参照图5,沿径向通过齿10的内部的磁通量如箭头所示,经由齿10与磁轭部20的接合面(下面简称作接合面)流入磁轭部20。流入磁轭部20的磁通量,进而在磁轭部20的内部沿周方向上相反的方向流动。
在这里,已知当在这样的齿10~接合面~磁轭部20的磁通量的通路中产生漏磁通量时,也会产生上述的齿槽效应转矩。为了抑制该漏磁通量,必需使得在磁通量的通路中、磁通量所通过的截面积不会减小。对于这一点,优选使接合面的面积大于等于齿10的与径向垂直的截面。进而,优选使磁轭部20的与周方向垂直的截面的面积至少大于等于齿10的与径向垂直的截面的1/2。
即,只要接合面的面积的1/2(相当于斜线区域S2的面积)以及磁轭部20的与周方向垂直的截面积(相当于斜线区域S3的面积)中的任意一方小于齿10的与径向垂直的截面积S1(=相当于整个面积SA的1/2),都会在该处产生漏磁通量。另外,所述的1/2是由通过齿10的磁通量在磁轭部20中在周方向上向互相相反的方向分流所引起的。
即,在本实施方式中,磁轭部20的形状被确定为,除了满足上述的与线圈端部40的关系,而且要满足S1≤S1、S3的关系。
如上所述,根据本发明,通过配置在磁轭部20上的突出部和配置在齿10上的变化截面,能够实现装载性优异且小型高输出的旋转电机。此时,由于考虑了无效磁通量的降低而确定的齿10以及磁轭部20的形状,所以能够抑制旋转电机的效率低下以及噪音·振动的产生。
接下来,展示以本发明的定子芯为基本构造的、实际的定子芯的结构例。
图6是表示图1所示的定子芯100的其他的结构例的立体图。另外,图6与图1相同,展示定子芯100A的1个极的构造。
定子芯100A是将图1的定子芯100的齿10变更为齿10A的部件。详细地说,定子芯100A如图6所示,其特征在于,齿10A的轴向的两端面为曲面形状。另外,齿10A以及磁轭部20的基本构造与图1的齿10以及磁轭部20相同,所以省略其详细说明。
下面,对将齿10A的轴向端面设为曲面形状的效果进行说明。
对于定子芯100A,在其制造工序中,对磁性粉末加压成形从而形成成形体,然后在该成形体的缠绕有线圈的部分上实施绝缘处理。绝缘处理是通过由粉末涂装、浸渍或氧化处理等而在成形体的表面上形成绝缘保护膜而进行的。此时,在齿10A上也覆盖有预定的膜厚的绝缘保护膜。线圈从该绝缘保护膜上缠绕在齿10A上。
在这里,在齿的轴向端面如齿10那样为平面形状时,轴向端面的角部的绝缘保护膜有可能受到局部的线圈的应力从而劣化。相对于此,在将齿的轴向端面设为曲面状的齿10A中,由于线圈沿着曲面缠绕,所以线圈的相对于绝缘保护膜的局部的应力得到缓和,能够防止劣化。
另外,齿10A具有能够使覆盖齿表面的绝缘保护膜的膜厚更均匀化的效果。在与径向垂直的截面为大致矩形形状时,由于绝缘处理的方法,会引起角部的膜厚变得过小或过大的情况。具体地说,在浸渍时,产生角部的膜厚变得过小的倾向;在静电涂装中,产生角部的膜厚变得过大的倾向。因此,如果如齿10A那样将轴向端面设为曲面形状,角部变缓,所以能够避免这样的绝缘保护膜的膜厚不均,能够实现品质提高。
进而,对于定子芯100A,如果如图7(A)所示,将齿10B的与径向垂直的截面全都设为曲面形状,则能够使绝缘保护膜的膜厚均匀,同时在线圈的槽满率中会得到如下的效果。
图7(A)是用于说明图6的定子芯的变形例的、齿的与径向垂直的截面图。另外,图7(B)是一般的定子芯的齿的与径向垂直的截面图。
本变形例的齿10B如图7(A)所示,具有大致椭圆形状的截面,不包含图7(B)所示的截面中所见到的角部。
通常,在缠绕线圈时,为了防止绕线52的弯曲、扭转,通常一边施加预定量的张力一边将绕线52缠绕在齿上。然而,在一般的定子芯上,齿的与径向垂直的截面为大致矩形状,所以如图7(B)的区域RGN所示,绕线52在角部变粗。这是使绕线52的周长变长并使线圈的槽满率降低的主要原因。
因此,如果如图7(A)所示,将齿10B的整个面都设为曲面形状,就能够高效地将绕线52缠绕在齿10B上,能够提高线圈的槽满率。进而,由于因线圈致密化而使线圈端部小型化,所以对旋转电机的体部尺寸(体积)的降低有效。另外,在覆盖齿10B的绝缘保护膜中,来自绕线52的应力得到缓和,所以能够防止其劣化,能够实现较高的信赖性。
另外,在图7(A)中,将齿10B的整个面都设为了曲面形状,但即使通过在通常的齿的矩形状截面上仅将角部设为曲面形状,也能够得到同样的效果。
如上所述,通过在图1的定子芯100中,进而将齿10的与径向垂直的截面设为曲面形状,能够进一步提高线圈的槽满率,同时能够实现较高的信赖性。
最后,对本发明的定子芯100的成形工序进行说明。上述的定子芯100、100A、100B都一样,为了有效利用其成形性,由压粉磁芯构成。在压粉磁芯的成形工序中,一般采用下述方法:将在每个颗粒上都覆盖了氧化膜的磁性粉末填充到成形用金属模具中,并对其进行加压成形,由此整体地形成所希望的形状。在将该成形方法用于本发明的定子芯100时,就变为图8那样。
图8是表示使用一般的成形方法时的定子芯100的成形工序的图。参照图8,对于磁性粉末,在对每个颗粒覆盖了氧化膜之后,填充到作为成形用金属模具的模子200。然后,通过配置在模子200的上方的冲头201、203以及配置在模子200的下方的冲头202、204在垂直方向上对填充的磁性粉末加压。另外,图8中的加压方向与成形后的定子芯100的轴向相对应。这样,使定子芯100整体成形。
在这里,在图8的压粉磁芯的成形工序中,配置在模子200的上方的冲头201、203,由通过加压使磁轭部20成形的冲头203和通过加压使齿10成形的冲头201这两个冲头构成。在模子200的下方也一样,包括使磁轭部20成形的冲头204和使齿10成形的冲头202。即,磁轭部20和齿10是通过互不相同的加压装置而加压成形的。
像这样将模子200的上方以及下方的冲头201~204设成分别分割开来的结构是因为,在本发明的定子芯100中,齿10沿着径向具有形状变化的截面。
详细地说,在分别由单体的冲头构成上方以及下方的冲头201~204时,构成齿10和磁轭部20的磁性粉末,以设定于该单体的冲头的一定的行程(移动量)同样地加压。此时,由于齿10的轴向长度向定子外周侧逐渐缩短,所以在加压过程中,施加于构成齿10的磁性粉末的压力在径向上变得不均匀,施加于定子内周侧的压力变得比施加于定子外周侧的压力高。因此,应当构成齿10的磁性粉末,从压力较低的齿10的定子外周侧流入磁轭部20。因此,在加压成形后的定子芯100中,在磁性粉末的密度中会产生下述的偏差:齿10的定子内周侧相对较低,并且齿10的定子外周侧以及磁轭部20相对较高。
而且,这样的磁性粉末的密度的偏差会使定子芯100整体的强度下降。特别是,会有在作为磁轭部20与齿10的接合部分的定子芯100的颈部(拐角部分)上产生裂纹的危险。另外,在装载有在齿10上缠绕线圈而形成的定子的旋转电机中,也会引起定子芯100的内部产生的磁通量不均匀,不能得到所希望的电机性能的问题。
因此,作为消除这样的磁性粉末的密度的偏差的方法,如图8所示,设成下述结构:将单体的冲头分割成使齿10成形的冲头201、202和使磁轭部20成形的冲头203、204,通过各个冲头进行独立的加压控制。根据该结构,为使成形体的磁性粉末的密度变得均匀,单独控制配置在模子200的上方的冲头201的行程和冲头203的行程。同样,单独控制配置在模子200的下方的冲头202的行程和冲头204的行程。即,通过单独控制合计四个冲头201~204的行程,能够形成磁性粉末的密度均匀的成形体。
但是,在将这样的加压控制应用于实际的成形工序时,由于单独控制合计四个冲头201~204的行程,所以加压控制的自由度变为四个,产生了控制复杂化的新问题。结果制造成本增大,使生产率低下。从而,为了提高生产率,优选加压控制的自由度尽可能地少。
另外,对于装载了由上述的加压控制成形的定子芯100的旋转电机,在为了得到与用途相对应的所希望的输出转矩而进行设计变更时,也会引起产生较大成本的问题。详细地说,作为在旋转电机中实现高输出化的方法,通常进行增加缠绕在定子芯上的线圈的圈数,或增加齿的与径向垂直的截面积,由此增加在齿内部产生的磁通量。在这里,在图8所示的整体成形类型的定子芯100中,如果要增大齿10的与径向垂直的截面积,就另外需要更大型的成形用金属模具。即,在使用了整体成形类型的定子芯100的旋转电机中,需要满足输出转矩的变更的多种成形用金属模具。这增大了设计变更所必需的成本。
因此,在本发明中,作为提高定子芯100的生产率的方法,如下所述,设为由多个压粉磁芯成形体形成整体的定子芯100的结构。另外,对于下面所示的定子芯100,与图8的整体成形类型的定子芯100相对比,也称作分割型的定子芯100。
图9是由本发明构成的旋转电机的1个极的定子芯100的立体图。另外,图10是图9的定子芯100的轴向的截面图。
参照图9,定子芯100包括沿轴向(Z方向)结合的三个成形体D1~D3。在成形体D1~D3中,分别位于轴向的两端的成形体D1和成形体D3具有相同形状,以在与轴向垂直的方向上的一个端面(相当于与轴向端面相反一侧的端面)为水平面。另外,由成形体D1和成形体D3所夹着的成形体D2如图10中斜线区域所示,与轴向垂直方向的一个端面(包括直线LN1的端面)与另一个端面(包括直线LN2的端面)互相平行。即,定子芯100是由两种形状的成形体D1(=D3)、D2在轴向上结合而构成的。
接下来,对各个成形体D1~D3的成形工序进行说明。图11是用于说明成形体D1(=D3)的成形工序的图。
参照图11,成形体D1是通过由配置在模子200的上方的冲头206以及配置在下方的冲头202、204在垂直方向上对填充在模子200内的磁性粉末进行加压而形成的。此时,从图11可知,作为成形体D1的水平面的一个端面由单体的冲头206加压。另外成形体D1的另一个端面由形成齿10的冲头202和形成磁轭部20的冲头204加压。而且,冲头202和冲头204如上所述,单独被控制行程,以使成形体D1的磁性粉末的密度变得均匀。即,在成形体D1的成形工序中,加压控制的自由度为三个。这比图8所示的整体成形类型的定子芯100的成形工序中的四个自由度低,所以很明显加压控制显著简单化。
图12是用于说明成形体D2的成形工序的图。
参照图12,成形体D2是通过由配置在模子200的上方以及下方的冲头206、208在垂直方向上对填充在模子200内的磁性粉末进行加压而形成的。此时,成形体D2的轴向端面都是水平面,所以通过单体的冲头加压。即,成形体D2的成形工序中的加压控制的自由度降低为两个,能够容易地成形。另外,能够通过调整上方以及下方的冲头206、208的行程,容易地改变轴向的长度。
然后,将通过图11以及图12的成形工序形成的成形体D1~D3在轴向上结合在一起从而整体化,构成定子芯100。另外,成形体D1~D3的结合通过下述方式进行:例如将成形体D1~D3整体地压入旋转电机的作为收纳构件的外壳,或者将线圈缠绕在由成形体D1~D3构成的定子芯100的齿10上。
如上所述,本发明的定子芯100通过采用分割型的定子芯从而降低了加压控制的自由度,所以能够抑制制造成本的增大,提高生产率。
进而,本发明的定子芯100如下所述,还起到大幅度降低伴随着旋转电机的输出转矩的设计变更的成本的效果。
例如如图13所示,在形成齿10的与径向垂直的截面积不同的两个定子芯100C(参照图13(a))以及定子芯100D(参照图13(b))时,不需要较大的不同的成形用金属模具,能够简单且低成本地形成。
详细地说,定子芯100C是装载在输出转矩相对较小的旋转电机上的定子芯,齿10的与径向垂直的截面积相对较小。另一方面,定子芯100D是装载在输出转矩相对较大的旋转电机上的定子芯,齿10的与径向垂直的截面积相对较大。根据本发明,径向的截面积互不相同的定子芯100C以及定子芯100D是这样形成的:将位于轴向两端的成形体D1、D3设为通用的,而改变成形体D2_b、D2_c的轴向长度。此时的成形体D2_b、D2_c的轴向长度的变更在上述的图12的成形工序中,通过调整冲头206、208的行程,能够很容易地进行。或者,也通过下述方法容易地进行:以具有预定的轴向长度的成形体D2为一个单位,为了成为所希望的轴向长度,设置多个单位(成形体D2)。
即,根据本发明,通过将能够分别容易地成形的多个成形体结合从而构成整体的定子芯100,能够降低成形工序中的加压控制的自由度,提高生产率。进而,不会导致定子芯100的设计变更中的成本的增加,能够实现具有多样的输出性能的旋转电机。
此次公开的实施方式应该理解为,在所有的方面都是例示性的,而不是限制性的。本意是,本发明的范围并不由上述的说明所指示,而由权利要求所指示,与权利要求意思相等的叙述以及权利要求内的所有的变更均包含在本发明的范围内。
工业实用性
本发明可适用于旋转电机以及装载旋转电机作为动力源的汽车。
Claims (22)
1.一种旋转电机,其特征在于:
包括:具有中空圆筒形状的定子;和
被设置成能够相对于所述定子旋转的转子;
所述定子包括:
定子芯,该定子芯包含环状地延伸的磁轭部和具有环状地排列在所述磁轭部的内周侧从而沿径向指向内侧的多个齿的齿部;和
分别缠绕在各所述多个齿上的线圈;
其中,所述磁轭部具有从各所述多个齿的轴向端面向轴向外侧突出的突出部;
各所述多个齿的所述轴向的长度朝径向外侧的磁轭部侧逐渐减小,并且周方向的长度朝所述径向外侧的磁轭部侧逐渐增加,
各所述多个齿的与所述径向垂直的截面朝向所述径向外侧大致为相等面积,
所述磁轭部的与所述周方向垂直的截面的面积大致为所述齿的与所述径向垂直的截面的面积的一半以上。
2.一种旋转电机,其特征在于:
包括:具有中空圆筒形状的定子;和
被设置成能够相对于所述定子旋转的转子;
所述定子包括:
定子芯,该定子芯包含环状地延伸的磁轭部和具有环状地排列在所述磁轭部的内周侧从而沿径向指向内侧的多个齿的齿部;和
分别缠绕在各所述多个齿上的线圈;
其中,所述磁轭部具有从各所述多个齿的轴向端面向轴向外侧突出的突出部;
各所述多个齿,在所述定子芯的内周侧端部,轴向的长度比周方向的长度长,在作为所述定子芯的外周侧端部的磁轭部侧,所述周方向的长度比所述轴向的长度长,
各所述多个齿的与所述径向垂直的截面朝向所述径向外侧大致为相等面积,
所述磁轭部的与所述周方向垂直的截面的面积大致为所述齿的与所述径向垂直的截面的面积的一半以上。
3.如权利要求1所述的旋转电机,其特征在于:所述突出部的轴向的长度,与所述线圈的线圈端部的最外周侧的轴向的长度大致相等。
4.如权利要求2所述的旋转电机,其特征在于:所述突出部的轴向的长度,与所述线圈的线圈端部的最外周侧的轴向的长度大致相等。
5.如权利要求3所述的旋转电机,其特征在于:所述定子,在与所述径向垂直的任意一个截面上,所述磁轭部的轴向端面与所述齿的轴向端面之间的间隔都大致等于所述线圈端部的轴向的长度。
6.如权利要求4所述的旋转电机,其特征在于:所述定子,在与所述径向垂直的任意一个截面上,所述磁轭部的轴向端面与所述齿的轴向端面之间的间隔都大致等于所述线圈端部的轴向的长度。
7.如权利要求1所述的旋转电机,其特征在于:所述磁轭部与各所述多个齿之间的接合部的截面积大于等于所述齿的与所述径向垂直的截面的面积。
8.如权利要求2所述的旋转电机,其特征在于:所述磁轭部与各所述多个齿之间的接合部的截面积大于等于所述齿的与所述径向垂直的截面的面积。
9.如权利要求7所述的旋转电机,其特征在于:各所述多个齿的与所述径向垂直的截面的角部为曲面形状。
10.如权利要求8所述的旋转电机,其特征在于:各所述多个齿的与所述径向垂直的截面的角部为曲面形状。
11.如权利要求7所述的旋转电机,其特征在于:各所述多个齿的所述轴向端面为曲面形状。
12.如权利要求8所述的旋转电机,其特征在于:各所述多个齿的所述轴向端面为曲面形状。
13.如权利要求1所述的旋转电机,其特征在于:所述定子芯由压粉磁芯的成形体构成。
14.如权利要求2所述的旋转电机,其特征在于:所述定子芯由压粉磁芯的成形体构成。
15.如权利要求13所述的旋转电机,其特征在于:所述定子芯由在所述轴向上分割的至少两个的压粉磁芯的成形体构成。
16.如权利要求14所述的旋转电机,其特征在于:所述定子芯由在所述轴向上分割的至少两个的压粉磁芯的成形体构成。
17.如权利要求15所述的旋转电机,其特征在于:所述至少两个的压粉磁芯的成形体包括位于所述轴向的一端的第一成形体和位于所述轴向的另一端的第二成形体;
所述第一成形体以及所述第二成形体中的至少一方,在所述定子芯的所述轴向长度互不相同的多个所述旋转电机之间具有相同形状。
18.如权利要求16所述的旋转电机,其特征在于:所述至少两个的压粉磁芯的成形体,包括位于所述轴向的一端的第一成形体和位于所述轴向的另一端的第二成形体;
所述第一成形体以及所述第二成形体中的至少一方,在所述定子芯的所述轴向长度互不相同的多个所述旋转电机之间具有相同形状。
19.一种汽车,其特征在于,包括:
车轮;和
多个分别驱动所述车轮的、权利要求17所述的旋转电机。
20.一种汽车,其特征在于,包括:
车轮;和
多个分别驱动所述车轮的、权利要求18所述的旋转电机。
21.一种汽车,其特征在于,包括:
车轮;和
分别驱动所述车轮的、权利要求1所述的旋转电机。
22.一种汽车,其特征在于,包括:
车轮;和
分别驱动所述车轮的、权利要求2所述的旋转电机。
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