CN101114779A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电机，包括：定子，其具有由线圈所卷绕的定子铁芯；以及振动吸收部件，其设置在所述线圈和所述定子铁芯之间。

Description

电机

技术领域

本发明涉及发电机、电动机等的电机。

背景技术

已知的电机具有定子和转子。定子由线圈所缠绕的定子铁芯构成。转子以预定间隔设置在定子的内周或者外周，并且在转子的转子铁芯中嵌入永磁铁。在诸如混合动力车等中使用的大尺寸电机中，使用大尺寸定子铁芯。当在这种情况下使用单一式定子铁芯时，将降低原料效率。因此，近来常采用分隔成轭部的组合铁芯。此外，通过将薄钢板层叠，构成定子铁芯和转子铁芯。

在日本专利文献JP2002-084698A中披露了一种已知的定子。该定子分隔成多个齿部，并且，在设置于定子铁芯的铁芯背部(coreback)的薄壁连接部分处，各齿部彼此连接。连接的齿部沿着单一直线展开而层叠，并且在绝缘物插入齿部之后，将线圈紧密地缠绕在各齿上。随后，以各薄壁连接部分作为支点，连接的齿列层在薄壁连接部分处弯曲以构成电动机的定子。在上述的电动机定子中，插入各齿的绝缘物由具有高机械强度的绝缘材料形成。另外，在位于槽末端的绝缘物槽开口处，设置槽开口的接触表面。当定子铁芯在薄壁连接部分处弯曲时，相邻齿的绝缘物在接触表面处邻接。通过使相邻的绝缘物在各槽开口处邻接来实现刚性的提高，从而试图降低电机的振动和噪音。

还披露了另一种已知定子铁芯。通过薄钢板形成多个钢带，并且在各钢带处形成齿部和铁芯背部。通过以这样的方式将钢带螺旋卷绕并层叠，构造定子铁芯，即：各层的齿部和铁芯背部与相邻层的齿部和铁芯背部完全彼此重叠。

一般来说，具有由组合铁芯构成的定子铁芯的电机会造成较大振动和较大噪音。这是由于使铁芯分开而导致刚性降低。如在日本专利文献JP2002-084698中所披露的，通过使齿部在定子铁芯的内周侧邻接，来提高刚性。但是，为了同时进行组合铁芯的分隔面的邻接和在内周侧的邻接，需要提高铁芯的尺寸精确度。因此，这样的改进会导致成本提高。

在日本专利文献JPH11-299136A中描述的使薄板部件螺旋卷绕和层叠的构造可以应用于转子铁芯。当通过螺旋卷绕和层叠薄板部件来构造旋转铁芯时，需要防止在层叠的薄板部件之间形成空隙，以确保耐受离心力。因此，为了提供用于将薄板部件结合在一起的轴向压力，需要设置端板以与铁芯的整个轴向端面接触。如图13所示，在由螺旋卷绕和层叠薄板部件而构成的铁芯中，在卷绕的开始部分和结束部分处，在轴向出现水平差121p。为了在存在轴向水平差121p的情况下设置端板123a和123b，需要使端板123a和123b与转子铁芯121的整个端面接触。由于这个原因，需要提供形状精密的端板123a和123b以填充轴向水平差121p。结果，使端板123a和123b的形状变得复杂，并且导致加工性能下降以及产出降低。而且，在制造过程中需要更多的工序，并且增加电机的成本。

因此，存在提高电机的性能并降低成本的需求。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种电机，包括：定子，其具有由线圈所卷绕的定子铁芯；以及振动吸收部件，其设置在线圈和定子铁芯之间。

根据本发明的观点，具有定子的电机通过将线圈卷绕在定子铁芯周围而构成，其特征在于，振动吸收部件设置在线圈和定子铁芯之间。

根据本发明的结构，可以降低电机导致的噪音。因为通过线圈和定子铁芯之间的振动吸收作用可以使定子铁芯的振动得到快速衰减，从而较好地减弱定子的振动。

附图说明

通过下文结合附图进行的详细描述，本发明的上述特性以及附加特性将更加明了，其中：

图1是示意性示出根据本发明实施例1的电机的结构的剖视图；

图2是示意性示出从轴向观察的根据本发明实施例1的电机中的定子结构的平面图；

图3A到图3C示出根据本发明实施例1的电机中定子结构的示意图，图3A是剖视图，图3B是从内周侧观察的平面图，以及，图3C是沿III-III’线的剖视图；

图4A和图4B是示意性示出根据本发明实施例1的电机中定子铁芯的组件(除去线圈)结构和铁芯支架结构的示意图，图4A是从轴向观察的平面图，以及，图4B是沿IV-IV’线的放大剖视图；

图5是示意性示出根据本发明实施例1的电机中定子铁芯结构的局部放大平面图；

图6是示意性示出根据本发明实施例1的电机中转子结构的剖视图；

图7是示意性示出从轴向观察的根据本发明实施例1的电机中转子铁芯结构的剖视图；

图8是示意性示出根据本发明实施例1的电机中转子铁芯的局部平面图，该转子铁芯通过冲压板材而制成；

图9是示意性示出从转子的外周侧观察的根据本发明实施例1的电机中转子的局部平面图；

图10是示出改变电机转数时径向噪音测量结果的示意图；

图11是示出改变电机转数时径向振动测量结果的示意图；

图12A到图12C是示出根据本发明实施例1的电机的变化例中定子结构的示意图，图12A是剖视图，图12B是从内周侧观察的平面图，以及，图12C是沿XII-XII’线的剖视图；

图13是示出从外周侧观察的根据现有技术电机中转子的局部平面图；以及

图14A到图14C是示意性地示出根据现有技术电机中的定子结构的示意图，图14A是剖视图，图14B是从内周侧观察的平面图，以及，图14C是沿XIV-XIV’线的剖视图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施例。

(实施例1)

参照附图描述根据本发明实施例1的电机。图1是示意性示出根据实施例1的电机的结构的剖视图。图2是示意性示出从轴向观察的根据本发明实施例1的电机中定子结构的平面图。图3A到图3C是示出根据本发明实施例1的电机中定子结构的示意图。具体地，图3A是剖视图，图3B是从定子内周侧观察的平面图，以及，图3C是沿III-III’线的剖视图。图4A和图4B是示意性示出根据本发明实施例1的电机中定子铁芯的组件(除去线圈等)结构和铁芯支架结构的示意图。图4A是从轴向观察的平面图，以及，图4B是沿IV-IV’线的放大剖视图。图5是示意性示出从轴向观察的根据本发明实施例1的电机中定子铁芯结构的局部放大平面图。图6是示意性示出根据本发明实施例1的电机中转子结构的剖视图。图7是示意性示出从轴向观察的根据本发明实施例1的电机中转子铁芯结构的剖视图。图8是示出根据本发明实施例1的电机中转子铁芯的局部平面图，该转子铁芯通过冲压薄钢板而制成。图9是示出从转子的外周侧观察的根据本发明实施例1的电机中转子的局部平面图。

参照图1，电机1是无刷式电机，该电机具有定子10和转子20。

定子10是大体形成为环形或者圆筒形的定子(参照图1到图5)。定子10具有：定子铁芯11、绝缘部件13、线圈14、集电环15、线圈支架16、以及振动吸收部件17(参照图1到图4)。

组合铁芯12是这样的部件，即：在其轭部11b处，沿与定子铁芯11周向交叉的方向，分隔成齿部11a。连接组合铁芯12以形成环形，并且将其压入铁芯支架16(参照图4和图5)中，以形成定子铁芯11。可以通过在凸部12a和凹部12b处与相邻的组合铁芯12接合，调整各组合铁芯12的位置。各凸部12a和各凹部12b形成为弧形以彼此接合，以确保通过连接组合铁芯12而形成的环形的外周的圆度。通过使凸部12a和凹部12b形成为弧形，增加了凸部12a与凹部12b之间的接触面尺寸，以降低磁阻。这样形成组合铁芯12各分隔面中位于内周侧或者外周侧的部分(除去凸部12a和凹部12b)，使其形成为平面状。各组合铁芯12受到来自布置于抗磁性侧的铁芯支架16的径向压力，并且该压力允许各组合铁芯12在周向的分隔面处彼此接触。结果，组合铁芯12彼此推压，从而使组合铁芯12固定成为一体。

绝缘部件13是使线圈14、定子铁芯11和集电环15之间电绝缘的线轴形部件，并且安装于定子铁芯11的齿部11a(参照图1到图3)。振动吸收部件17布置在绝缘部件13与齿部11a之间的各线圈端部处。这里，线圈端部指的是布置在定子铁芯11两轴向表面处的部分。

在定子铁芯11与线圈14之间的各线圈端部处，振动吸收部件17吸收定子铁芯11振动(参照图1到图3)。振动吸收部件17包括诸如橡胶等具有振动吸收特性的材料。在图3中，振动吸收部件17布置在定子铁芯11与绝缘部件13之间的各线圈端部。但是，振动吸收部件17的位置不限于如图3所示的定子铁芯11与绝缘部件13之间的线圈端部。如图12所示，振动吸收部件17可以布置在绝缘部件13和线圈14之间的各线圈端部。振动吸收部件17需要包括具有热传导性的材料，以利于线圈14的散热。此外，振动吸收部件17需要包括具有电绝缘特性的材料，以确保线圈14与定子铁芯11之间的绝缘。而且，可以通过使多层振动吸收材料和电绝缘材料层叠，构成振动吸收部件17，也可以设置成使振动吸收材料和电绝缘材料与定子铁芯11一体形成。在图3中，各振动吸收部件17布置在定子铁芯11与线圈14之间。但是，也可以通过设置不使用振动吸收部件17的机械结构来实现振动吸收的功能。例如，代替振动吸收部件17，在绝缘部件13中位于定子铁芯11侧的表面上，设置从绝缘部件13延伸的弹性突出部。

线圈14由表面具有电介质涂层的金属线组成，并且通过将该金属线卷绕在绝缘部件13(安装于定子铁芯11)的外周，构成线圈14(参照图1到图3)。金属线从线圈14的两端拉出，以电连接和机械连接至对应的集电环15。

集电环15是与线圈14连接的环形导电性部件(参照图1和图3)。集电环15布置于线圈14的外周侧，并且以将集电环15从电机的轴向插入的方式，将其安装于绝缘部件13。集电环15彼此绝缘。各集电环15与位于电机盖41外部的连接器(未示出)电连接。

铁芯支架16是在外周侧或者电机轴向的一侧保持定子铁芯11的环形支架(参照图1到图4)，通过将多个组合铁芯12连接以形成为环状，构成该定子铁芯11。铁芯支架16通过螺栓42固定于电机盖41。电机盖41通过螺栓48固定于发动机外壳46。连接器(未示出)通过螺栓44安装在电机盖41的外部。

转子20是内部型转子，以预定间距布置于定子10的内周(参照图1和图6到图9)。转子20具有：转子铁芯21、永磁铁22、端板23a和23b、固定销24以及浇注树脂25。

转子铁芯21是通过将弧形单元铁芯21a到21g卷绕和层叠而构成的铁芯。永磁铁22插入形成于转子铁芯21的各磁铁安装孔21h。端板23a和23b用于将单元铁芯21a到21g的层组合在一起，并且端板23a和23b设置在转子铁芯21的轴向两侧，浇注树脂25介于其间。各固定销24插入形成于端板23a和23b的通孔、形成于浇注树脂25的通孔以及形成于转子铁芯21的通孔21i。另外，通过在固定销24两端钳压，将固定销24与端板23a和23b、浇注树脂25、永磁铁22以及转子铁芯21固定成一体。通过使用固定销24保持转子铁芯21层的位置，以及，这样可以制造耐受离心力优异的转子铁芯21。

浇注树脂25填充具有轴向水平差21p的转子铁芯21表面与相对的端板23a之间限定的空间，并且还填充具有轴向水平差21p的转子铁芯21另一表面与相对的端板23b之间限定的空间。浇注树脂25通过浇注形成。与端板23a和23b接触的浇注树脂25的表面这样形成，即：浇注树脂25的表面位于垂直于轴向的方向。可以在浇注树脂25中与端板23a和23b接触的表面处，设置周向或者径向凹槽或者凹部。另外，可以注入浇注树脂25以填充位于各磁铁安装孔21h的内表面与插入的永磁铁之间的空隙。在图6中，浇注树脂25与端板23a和23b以及轮部件34分开形成。但是，根据电机的尺寸，浇注树脂25可以与端板23a和23b以及轮部件34一体形成，以固定方式支撑轴32。

用多个螺栓35将端板23b与轮部件34固定为一体。在轮部件34中设置配合部分34b，以确定转子中心的位置。在该配合部分34b的内周侧，设置多个安装孔34a。通过螺栓33，将安装孔34a经由轴32固定于曲轴31。

下面将详细描述转子铁芯21。

转子铁芯21设计成这样：在作为旋转机的电机1的转子20的整个圆周中形成n个磁极(n：2的倍数)。在图7中所示的情况，旋转机具有20个磁极。各单元铁芯21a到21g具有3个磁极。通常，各单元铁芯21a到21g具有M个磁极(M：除n的约数之外的自然数)。通过对诸如硅钢带等带状薄钢板进行冲压，将单元铁芯21a到21g形成为连续形状。因此，为了使钢带的宽度W变窄，需要使各单元铁芯21a到21g上具有更少数量的磁极。

在各单元铁芯21a到21g与相邻的单元铁芯之间，形成宽度为大约0.5到5(mm)的连接部分。各连接部分的宽度，0.5到5(mm)，取决于弧形单元铁芯21a到21g的板厚度t(mm)、磁极的数量M、旋转机的直径等等。在许多情况下，宽度设定为大约1到3(mm)。

在各单元铁芯21a到21g的两端部处，在一端形成凸部21j，在另一端形成凹部21k。在实施例1中，凸部21j和凹部21k形成为半圆形。当实施本发明时，需要采用这样的转子铁芯21结构，其中，当单元铁芯21a到21g在连接部分处弯曲时，单元铁芯21a到21g可以自然连成一体。因此，需要使凸部21j和凹部21k形成为楔形形状，除了半圆形之外，还可采用诸如三角形等形状。在任何情况下，需要这样形成凸部21j和凹部21k，即：降低形成在相邻单元铁芯21a到21g或各永磁铁22与定子之间所形成磁路的磁阻。

在各弧形单元铁芯21a到21g中，磁极的数量设定为M，并且在弧形单元铁芯21a到21g上形成M个磁铁安装孔21h。对应于磁铁安装孔21h，形成用于安装固定销24的通孔21i。更具体地，在图8所示的位置φ1形成各通孔21i，该位置位于从由单元铁芯21a到21g所形成圆的圆心向相应磁铁安装孔21h的大致中心径向延伸的直线上。通孔21i的位置应该离磁铁安装孔21h尽可能远，以及，通孔21i应形成为，允许单元铁芯21a到21g获得一定的机械强度。

在各弧形单元铁芯21a到21g中，在定子10的相反侧形成切口凹入部21m，以卷起单元铁芯21a到21g。该切口凹入部21m用于当卷绕和层叠单元铁芯21a到21g时，将形成为带状的单元铁芯21a到21g列层引入并且顺次安装。各切口凹入部21m形成于适当的位置处，以使通孔21i附近的强度不会受到形成切口凹入部21m的影响，该部位受到作用在单元铁芯21a到21g上由旋转导致的离心力。例如，切口凹入部21m可以形成于图8所示的位置φ2，该位置位于从由单元铁芯21a到21g所形成圆的圆心向各通孔21i与相邻通孔21i之间的中心径向延伸的直线上。

将上述构造的弧形单元铁芯21a到21g的层按照下述方法进行组装。第一层单元铁芯21a到21g的末端固定于笼形旋转架(未示出)，该笼形旋转架通过磁铁等与切口凹入部21m相啮合。这时，叠层卷的轴向移动量X设定为：X＝θ·t/360(θ：层的卷绕角度，t：单元铁芯的厚度)。

当使单元铁芯21a到21g的层以上述方式在叠层卷的轴向层叠任意指定次数时(如图7所示，在实施例1中通过向右旋转笼形旋转架(未示出)来进行层叠)，第一单元铁芯21a与单元铁芯21g重叠各单元铁芯的三分之一。该重叠导致每次转子铁芯21的层进行层叠时的相移动。即，每当进行层叠时，弧形单元铁芯21a到21g的重叠位置发生移动，并且转子铁芯叠层形成为Z形图案。

由于旋转机具有n个磁极(n：2的倍数)，并且各单元铁芯21a到21g的磁极数量设定为M，M为除去n的约数之外的任意自然数，所以形成了Z形层叠。如上所述，当单元铁芯21a到21g的叠层卷的轴向移动量X达到规定值时，层叠处理结束。需要使叠层卷的结束位置处于这样的位置，该位置与第一层弧形单元铁芯21a到21g的末端部相接，以平衡转子20的整个形状。

下面，将描述噪音和振动的测量结果。在测量中，使用具有根据现有技术定子的电机和具有根据实施例1的定子的电机，并且改变电机的转数。图10是示出改变电机转数时径向噪音测量结果的示意图。图11是示出改变电机转数时径向振动测量结果的示意图。根据现有技术的定子(参照图14)具有这样的定子铁芯，其包括组合铁芯但不包括根据实施例1中定子所使用的振动吸收部件17(参照图3)  。

在通常所使用的1000转每分钟(rpm)到3000转每分钟的电机转数处，使用根据实施例1的定子的电机(参照图3A到图3C)不具有观测为共振点的峰值。相对于使用根据现有技术的定子(参照图14)的电机，振动和噪音明显减少。

这里，由于通电或转子的旋转，造成作用于转子与定子之间的吸引力发生变化，在定子铁芯中产生振动。特别地，当定子铁芯在一侧受到铁芯支架116(示于图14)支撑的情况下，在定子铁芯11中发生以定子铁芯的固定点作为支点的振动，即，具有轴向(图14中的竖直方向)分量的振动。抑制这种振动的方法之一是提高各部件的刚性。如在根据现有技术的定子(参照图14)中所观察到的，在具有由组合铁芯构成的定子铁芯111的电机中，线圈114紧密地卷绕在各组合铁芯周围，绝缘部件113介于其间。另外，为了提高线圈114的线圈占空系数，以高的张力卷绕线圈114。结果，定子铁芯111和线圈114基本上成为一体。另外，在根据现有技术的定子(参照图14)中，对组合铁芯进行保持并使其结合，以确保机械强度。结果，根据现有技术的定子获得高刚性。在这种条件下，如果响应于作用在定子铁芯111上的吸引力变化而在定子铁芯111中产生振动，那么以高刚性一体化的定子110会导致共振运动。这样，会产生大的噪音。而且，根据现有技术的定子(参照图14)形成为具有高刚性，从而使组装变得复杂并且增加重量和成本。另一方面，在根据实施例1的定子(参照图3)中，在线圈端部设置振动吸收部件17，这样可以有效地吸收轴向振动，而不损失线圈占空系数。而且，在根据实施例1的定子(参照图3)中，不需要提高构成部件的刚性，这样能减小尺寸。

根据实施例1，可以降低电机的噪音。因为通过位于线圈与铁芯之间的振动吸收部件17，定子铁芯11的振动被快速衰减。这样，可以很好地抑制定子铁芯11的振动。

此外，可以提高电机的输出，并且可以实现减小尺寸、减轻重量和降低成本。由于可以通过振动吸收部件17来降低振动和噪音，所以不需要提高构成部件的刚性。这样，可以实现减小尺寸和减轻重量。而且，可以用振动吸收部件17提高热传导性，从而利于线圈14的散热。结果，可以增加接通电流和线圈电流密度。因此，可以提高输出并且减小尺寸和减轻重量。

另外，可以获得低成本的电机。用浇注树脂25填充位于转子铁芯21的两个轴向端面的水平差21p，从而可以简化端板23a和23b的形状。因此，降低了制造成本。

此外，可以通过浇注树脂实现常规部件的功能，从而减少部件的数量。结果，可以降低构成部件的成本。

另外，将浇注树脂25注入各磁铁安装孔21h，以填充位于磁铁安装孔21h的内表面与布置于其中的永磁铁22之间的空间，从而可以固定永磁铁22。

另外，通过使弧形单元铁芯21a到21g层叠和卷绕来构成转子铁芯21，从而相对于制造单一式环状转子铁芯，提高了原料效率。

另外，单元铁芯21a到21g的卷的轴向移动量设定为X＝θ·t/360(θ：层的卷绕角度，t：单元铁芯的厚度)，从而使单元铁芯21a到21g的卷的轴向移动量在整个圆周上相等。结果，可以使由于轴向层叠造成的偏差最小化，诸如磁铁安装孔21h的偏差、通孔21i的偏差等等。

在实施例1中，描述了内转子型电机的电机1中定子10和转子20的构造。但是，可以将该构造应用于外转子型电机。此外，在图1到图9中，作为实例描述了用于混合动力车的电机。但是，该电机的使用不限于该实例。

上文描述了本发明的优选实施例以及操作模式的原理。但是，本发明并不局限于所披露的具体实施形式。上文给出的实施方式为了例示说明，而不是用于限制本发明。对本发明已描述的优选具体实施例可以进行各种改进和变化，而不偏离本发明的精神或范围。因此，本发明包括在所附权利要求范围之内的各种改进、变化和等效置换。

Claims (5)

1.一种电机(1)，包括：

定子(10)，具有由线圈(14)所卷绕的定子铁芯(11)；以及

振动吸收部件(17)，设置在所述线圈(14)和所述定子铁芯(11)之间。

2.根据权利要求1所述的电机(1)，还包括：

绝缘部件(13)，其布置在所述线圈(14)和所述定子铁芯(11)之间，其中，所述振动吸收部件(17)设置在所述定子铁芯(11)与所述绝缘部件(13)之间。

3.根据权利要求1所述的电机(1)，还包括：

绝缘部件(13)，其布置在所述线圈(14)和所述定子铁芯(11)之间，其中，所述振动吸收部件(17)设置在所述线圈(14)与所述绝缘部件(13)之间。

4.根据权利要求1、权利要求2和权利要求3中任意一项所述的电机(1)，其中，在所述线圈(14)和所述定子铁芯(11)之间的线圈端部并在所述定子铁芯(11)的两个轴向表面处，设置两个所述振动吸收部件(17)。

5.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3和权利要求4中任意一项所述的电机(1)，还包括：

组合铁芯(12)，各组合铁芯具有轭部(11b)，所述轭部(11b)在与所述定子铁芯(11)的周向相交的方向延伸，

其中，所述组合铁芯(12)经由所述轭部(11b)连接，以形成所述定子铁芯(11)。

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