CN101911432A - 旋转电机用的定子铁芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机用定子铁芯及其制造方法，能够提高定子绕组的生产率的爪极式旋转电机由于为用磁性体覆盖定子绕组整体的结构，因此电感增大，存在使得功率因数下降的问题。一种旋转电机的定子铁芯，其使各相的定子铁芯在转子的旋转轴方向独立地配置多个，并且使各定子铁芯的磁极在转子的旋转轴的周向上配置成波状，在各磁极间形成沿旋转轴方向延伸的槽，定子绕组能够配置在磁极的波状的内侧的端面侧和形成于旋转轴的轴向的槽中。

Description

旋转电机用的定子铁芯及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有定子和转子的旋转电机用的定子铁芯及其制造方法。

背景技术

在现有的电动机或发电机等旋转电机中，定子绕组非常复杂，在生产率方面存在很大问题。作为改善产生率的旋转电机，例如公知有专利文献1或者专利文献2中记载的爪极式(claw pole)旋转电机。

专利文献1：日本特开2006-296188号公报

专利文献2：日本特开2005-151785号公报

在上述专利文献1或者专利文献2所记载的爪极式旋转电机中，存在定子绕组的电感很大的问题。例如在电动机或者发电机中，若定子绕组的电感很大，则电流和电压的相位差变大，存在使得作为电动机或者发电机的主要特性的功率因数降低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定子的生产率优秀、而且能够降低定子绕组的电感增大的旋转电机的定子铁芯。

关于本发明的旋转电机用的定子铁芯，该旋转电机具有：被保持成能够旋转的转子；以及具有在所述转子的旋转轴方向并列配置的至少两个定子铁芯的定子，所述旋转电机用的定子铁芯的特征在于，所述旋转电机用的定子铁芯具有：定子铁芯的多个磁极，它们沿着所述转子的旋转轴的周向配置；以及定子铁芯的槽，其沿着所述旋转轴的轴向形成于所述多个磁极的各磁极之间，沿所述周向配置的各磁极的在所述旋转轴的轴向上的端面按每个相邻的磁极而在所述旋转轴的轴向上成型为波状，能够在所述磁极的波状的内侧的端面侧和形成于所述旋转轴的轴向的槽中配置定子绕组，沿所述旋转轴的周向配置的多个定子铁芯的磁极由在所述旋转轴的轴向上层叠起来的钢板构成。

另外，本发明的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，包括以下工序：从钢板裁切出坯料的第一工序；层叠所述坯料的第二工序；接合所述坯料的第三工序；以及将所述坯料成型为波状的第四工序，通过组合所述第一工序到第四工序各个工序，在旋转电机的旋转轴的周向形成定子铁芯的多个磁极，在所述多个磁极的各磁极之间沿所述旋转轴的轴向形成槽，并成型成使得沿所述周向配置的各磁极的在所述旋转轴的轴向上的端面按每个相邻的磁极而在所述旋转轴的轴向上呈波状地错开配置。

根据本发明，具有能够将定子绕组的电感的增大抑制得较小、或者使其降低的效果。

根据本发明的实施方式，没有在一般的爪极式定子中常见的设置在周向的定子绕组和转子面之间的沿轴向延伸的爪，因此，具有容易生产定子铁芯的优点。

另外，在本发明的实施方式中，由于没有在周向的定子绕组和转子面之间沿旋转轴方向延伸、并且与所述定子绕组锁交的形状的爪，因此，与一般的爪极式的定子相比具有能够降低定子绕组的电感的效果。

另外，在本发明的实施方式中，与一般的爪极式的定子相比，由于包围定子绕组122的磁性体的区域少，因此能够大幅度降低定子绕组的电感。

另外，在本发明的实施方式中，如一般的槽齿型旋转电机那样，将定子绕组沿旋转轴方向配置，并且，将转子铁芯以相为单位分开并在旋转轴方向上并列配置，因此，定子绕组成为容易生产的形状，具有生产率优秀的效果。另外，在本发明的实施方式中，在配置于周向的磁极之间沿旋转轴方向配置定子绕组，因此，相对于一般的爪极式磁极能够增大定子磁极的转子侧对置面，效率得以提高。

另外，在本发明的实施方式中，定子磁极通过将定子铁芯在轴向上层叠起来而形成，因此，能够大幅度降低涡电流所导致的铁损失。

另外，在本发明的实施方式中，由于使用层叠钢板，因此，与使用压粉磁芯的情况相比，具有机械强度非常强的效果。

附图说明

图1是表示作为本发明的一个实施方式的定子的基本结构的立体图。

图2A是表示作为实施例的定子的基本结构的整体的立体图。

图2B是图2A所示的定子的基本结构的部分剖视图。

图2C是图2A所示的定子的基本结构的改变了观察方式的部分剖视图，是图2A所示的定子的基本结构的与旋转轴垂直的部分剖视图。

图3是表示图1所示的定子的基本结构的定子铁芯的立体图。

图4是表示作为图2所示的另一实施例的定子的基本结构的定子铁芯的立体图。

图5是图3所示的定子铁芯的又一实施方式。

图6是使用于图1或图2所示的定子的基本结构的定子绕组。

图7是作为本发明的一个实施方式的定子的立体图。

图8是图7所示的定子的展开图。

图9是作为本发明的一个实施方式的制造方法第一例。

图10是作为本发明的一个实施方式的制造方法第二例。

图11是作为本发明的一个实施方式的制造方法第三例。

图12A是定子铁芯的坯料形状的俯视图，是连成环状的坯料。

图12B是多个磁极部带有极化性地连成带状的形状。

图12C是多个磁极部在直线上连成带状的形状。

图13是将坯料层叠成螺旋状的制造工序的立体图。

图14A是将坯料成型为波状的工序的立体图，是表示形成为波状前的图。

图14B是表示成型为波状后的图。

图15A表示一个磁极对定子铁芯，是表示图3至图5所示的定子铁芯的一个磁极对的图。

图15B是表示带有凸缘的定子铁芯的一个磁极对的图。

图15C是表示另一固定铁芯的一个磁极对的图。

图16A是表示一个相的定子的制造方法的其他实施方式的图。

图16B是表示一个相的定子的制造方法的另一实施方式的图。

图17是表示一个相的定子的又一实施方式的立体图。

图18A是定子绕组的部分剖视图。

图18B是定子绕组的部分剖视图。

图18C是定子绕组的剖分剖视图。

图18D是定子绕组的部分剖视图。

图19A是应用到旋转电机的组装前的立体图。

图19B是应用到旋转电机的组装后的立体图。

符号说明

100：三相交流的定子

102：定子

102U：U相定子

102V：V相定子

102W：W相定子

104：定子铁芯

104U：U相定子铁芯

104V：V相定子铁芯

104W：W相定子铁芯

106A：齿

106B：齿

108：凸缘

112：背面部

114：槽

116：焊接部

122：定子绕组

122U：U相定子绕组

122V：V相定子绕组

122W：W相定子绕组

124：磁极间部

126：磁极端部

128：磁极端部

130：磁绝缘板

401：外环

404：转子

412：轴承

414：轴承

416：后侧壳体

148：前侧壳体

436：轴

452：贯穿螺栓

1001：坯料

1101A：冲压机

1101B：冲压机

1102A：对抗部

1102B：对抗部

1103：止挡件

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

[定子的基本结构的说明]

使用图1至图6对作为本发明的一个实施方式的定子102的基本结构进行说明。图1是表示作为本发明的一个实施方式的定子102的基本结构的立体图。

图2A～图2C是所述图1所示的定子的基本结构的另一实施例，是在作为图1的实施方式的基本结构的各磁极部106设置有凸缘108的实施例。图2A是表示作为另一实施例的定子102的基本结构的整体图，图2B是图2A所示的定子102的基本结构的部分剖视图，图2C是图2A所示的定子102的基本结构的改变了观察方式的部分剖视图，是图2A所示的定子102的基本结构的与旋转轴垂直的部分剖视图。

图3是表示图1所示的定子102的基本结构的定子铁芯104的立体图，图4是表示作为图2所示的另一实施例的定子102的基本结构的定子铁芯104的立体图。并且，图5是图3所示的定子铁芯104的又一实施方式。图6是使用于图1或图2所示的定子102的基本结构的定子绕组122。

图1或者图2A～图2C所示的定子102的基本结构具有定子铁芯104和定子绕组122。在定子102的基本结构的转子侧，在整周范围内隔开相等间隔地设置有作为定子102的磁极发挥作用的磁极部106，为了在以后便于对动作进行说明，对上述磁极部交替地标以符号106A和106B，但是，磁极部106A和106B分别发挥同样的作用。在磁极部106A和106B的内侧以能够旋转的方式设置有上述的转子，但是在图1到图4中为了避免说明的繁杂，并未示出转子。

旋转电机中有的定子102位于转子的外侧，有的定子102位于转子的内侧，可以是任意结构，但是为了避免说明的繁杂，对定子位于转子的外侧的结构进行说明。作为转子，在将本发明作为交流发电机使用的情况下，使用伦德尔式(lundell type)转子。另外，可以使用在表面或者内部具有永久磁铁的永久磁铁转子、通过限制D轴或者Q轴的磁通来产生磁阻转矩(reluctance torque)的磁通阻挡(flux barrier)转子、或者笼式转子，可以通过将上述转子和上述定子102组合起来来构成旋转电机，本旋转电机分别作为电动机或者发电机发挥作用。

图1所示的定子102的基本结构和图2A～图2C所示的定子102的基本结构几乎相同，但是图2A～图2C所示的定子102的基本结构中，磁极部106的转子侧的相邻的磁极方向分别具有凸缘108，增大了定子102的基本结构的靠转子侧的面的面积，改善了输出特性。另外，图5所示的定子铁芯104是图3和图4所示的定子铁芯104的又一实施方式，将相邻的磁极部106连起来的背面部112形成为曲线形状，生产率优秀。

如图2A和图2B所记载的那样，在作为与旋转轴垂直的面的周向面上，以相等间隔配置有磁极部106，所述磁极部106交替地在旋转轴方向错开地配置，因此，在定子102的基本结构的旋转轴方向的端部，对应于磁极部106地交替形成有凹陷部。在所述凹陷部中配置有定子绕组122，从而能够减小或者消除定子绕组122在旋转轴端部从定子铁芯104的凸出。

图2C表示用相对于旋转轴垂直的面将图2B所示的磁极部106A和磁极部106B局部剖开的剖视图。如图2C所示，在各磁极部106A和磁极部106B之间形成有如狭缝那样的沿旋转轴方向延伸的槽144，在该槽144中收纳上述定子绕组122。与现有定子的不同点在于，通过将单相的绕组插入到槽144中，定子绕组122为很简单的结构。因此，生产率优秀，可靠性得以提高。如图2C所示，各磁极部106通过背面部112相互连接。并且，在各磁极部106的转子侧形成有凸缘108，各槽144的转子侧由于凸缘108而变窄。通过该结构，与转子对置的面的面积增大，旋转电机的特性得以改善。

图3至图5所示的定子铁芯104是图1或图2所示的定子102的基本结构的定子铁芯104，其沿着转子侧的周向在整周范围内以相等间隔具有多个磁极部106。在该实施方式中，设置有二十个磁极部106。这些磁极部106中，相邻的磁极部106通过背面部112而彼此相连，在相邻的磁极部106之间形成有用于插入定子绕组的沿着旋转轴方向延伸的空间114或者狭缝114。

在图1至图5所示的定子铁芯104中，构成为使磁极部106交替地在旋转轴方向错开的形状，磁极部106A相对于磁极部106B向另一侧错开。因此，在磁极部106的一侧形成有空间，通过在该空间配置定子绕组122，能够使定子绕组122不向一侧鼓出，从而能够使定子102的基本结构小型化。并且，铜损失也会减少。同样，磁极106B相对于磁极部106A向一侧错开，因此，在磁极部106的另一侧形成有空间。通过在该空间中配置定子绕组122，能够使定子绕组122不向另一侧鼓出，从而与上述一样能够使定子102的基本结构小型化。并且铜损失也会减少。

但是，也不是必须是上述的磁极部106交替错开的配置结构，即使没有错开结构，也作为旋转电机的定子102的基本结构发挥作用，定子绕组122的卷绕作业变得非常简单，因此，相对于现有的旋转电机的定子在生产率方面非常优秀。另外，相对于专利文献1或专利文献2所记载的转子侧设置有大量爪的一般的爪极式的定子，具有能够大幅度减小定子的电感的效果。

图3到图5所记载的定子铁芯104具有焊接部116，该焊接部116通过焊接将作为磁极部106的相反侧的背面部112的外周面固定在一起。如后所述，为了使生产率优良，并且为了减少材料的浪费，如后所述，定子铁芯104通过将薄板形状的连续的磁性钢板在周向上卷绕起来来生产。在与各磁极部106对应的背面部112的外周面形成有焊接部116，因此，将所述连续的薄板形状的磁性钢板在周向上卷绕起来并在焊接部116分别对定子然后对背面部112利用冲压等进行成型，由此很简单就能够使磁极部106在旋转轴方向上错开。

图6是在定子102的基本结构中使用的定子绕组122，本实施例中是波形卷绕的定子绕组122。也可以使用除了波形卷绕以外的集中卷绕的绕组，但是以波形卷绕的定子绕组122为例进行说明。图6所记载的波形卷绕的定子绕组122为这样制成的连续的形状：将定子绕组的磁极间部124通过定子绕组122的一个磁极端部126和定子绕组的另一个磁极端部128连接起来。通过用定子绕组122的一个磁极端部126或者定子绕组122的另一个磁极端部128交替地将定子绕组122的磁极间部124连起来，所述定子绕组122的一个磁极端部126分别插入到具有图2到图5所示的沿着定子铁芯104的旋转轴方向延伸的形状的槽114中。

所述定子铁芯104的轴向端部与磁极部106对应地交替形成有凹陷部，在形成于定子铁芯104的一端的凹陷部中插入定子绕组122的一个磁极端部126，在形成于定子铁芯104的另一端的凹陷部中插入定子绕组122的另一磁极端部128。如上所述，在定子铁芯104的旋转轴上的两端不必一定形成凹陷部，在该情况下，所述定子绕组122的一个磁极端部126和定子绕组122的另一磁极端部128成为从定子铁芯104的两端部向旋转轴方向探出的形状。

在将图6所示的绕组装配于图3至图5所示的定子铁芯104的情况下，为轮流地穿过设置于定子铁芯104的轴向的槽114的结构，为与槽齿型电动机的波状卷绕结构相同的绕线方式，成为绕组覆盖所述有的狭缝的结构。因此，相对于在定子102与转子之间具有爪的爪极式定子，电气特性得到改善。

[三相交流旋转电机用的定子的说明]

以上说明的定子102的基本结构相对于定子整体作为一个相的定子发挥作用。接下来使用图7和图8对三相交流的定子100进行说明。图7是将图1或者图2所示的定子102的基本结构组合起来而制成的三相旋转电机的定子100的立体图。图8是图7所示的三相交流的定子100的展开图。

图7所示的三相交流的定子100将三个定子102的基本结构分别作为U相定子102U、V相定子102V以及W相定子102W使用。U相定子102U、V相定子102V、W相定子102W分别在旋转轴方向上分开并且并列配置，但是转子是共用的，各相的定子102的基本结构以彼此具有相位的方式配置。

[各相之间的相位的说明]

在使用先前说明的定子102的基本结构来构成多相旋转电机的定子100的情况下，将各相的定子在轴向上分开配置。关于各相的定子的相对位置关系，如果是两相旋转电机，则使上述定子的基本结构102以电气角为90度的相位进行配置。即，错开转子侧的每一个磁极对的机械角度的1/4进行配置。

另外，如果是三相旋转电机的定子100，则电气角每120度地带有相位地进行配置。即，错开转子侧的每一个磁极对的机械角度的1/3进行配置。上述的图7表示三相旋转电机的定子100的一例。图7表示20极的三相旋转电机的定子。由于是二十极，因此磁极对数为10。因此，相与相的磁极的错开的机械角度是磁极对数为10时的机械角即36度的1/3，即为12度。

上述说明是这样的情况：相对于构成三相交流的定子100的各定子102的基本结构使转子为共用的结构，并且为转子不带有相位的结构。使转子为共用的结构能够简化旋转电机整体的结构，在小型化和产生率方面效果明显。特别是在作为交流发电机来使用上述旋转电机的情况下，构成三相交流的定子100的各定子102的基本结构能够分别共用公开绕组，能够获得高输出。

但是也可以是：在定子侧的各相之间的安装位置不设置相位，将转子侧对应于各相分割开，在转子侧的与各定子对应的部分的磁极上分别如上所述带有构成多相旋转电机的相位地进行配置。该相位关系与上述定子侧说明过的关系是相同的。

在上述说明中，作为多相旋转电机的定子100的代表，对两相交流和三相交流进行了说明，但是对于多层的交流，也可以通过同样的想法来进行对应。例如，在构成六相交流发电机的定子100的情况下，只要将定子102的基本结构配置在6个轴向上即可，并且带有电气角为60度的相位即可。通过将六相的交流发电机按每三相进行划分并在整流后并联连接，能够降低各相的每一相的最大电流，具有能够减小整流电路等的电流容量的效果。

[三相定子结构的说明]

作为多层旋转电机的定子100的代表例，在图7中记载了三相交流旋转电机用的定子100。使用图8说明该三相交流的定子100的具体结构。将图1或图2中说明过的定子102的基本结构作为U相定子102U、V相定子102V、W相定子102W的三个定子块在轴向上并排配置。在该结构中，在各相之间，为了减少彼此的相之间的漏磁通，而设置有具有磁性屏蔽作用的磁绝缘部件。该磁绝缘部件是根据需要而配置的，其并不是必须配置的，但是，减少漏磁通会提高效率并改善特性。

所述绝缘材料优选用非磁性体的高分子材料、陶瓷等不具有导电性的物质构成。并且，通过为热传导性好的物质，能够期待散热性的提高等。另外，虽然未图示，通过使该磁绝缘部件3具有用于对定子铁芯进行定位的槽、孔或者凸起、轴、凹坑(in low)等配合形状功能，能够实现定子块的高精度定位。进行该定位是因为定子的周向位置、以及同轴度等会给旋转电机的转矩波动(torque ripple)等带来影响。

也可以使用金属类的材料来构成该磁屏蔽部件。若列举具体的物质名，金属中，铝系的合金、非磁性的不锈钢合金、铜系合金等都很合适。钛等也是候补选项，虽然其存在成本方面的问题。另外，树脂中，作为候补可以列举LCP(液晶聚合物)、PPS(聚亚苯基硫醚树脂)、PBT(聚丁烯对酞酸盐树脂)、PET(聚乙烯类树脂)、或者利用玻璃纤维进行过强化的尼龙、PC(聚碳酸酯树脂)等。另外，碳纤维强化树脂、环氧类、不饱和聚酯类等热硬化性的树脂也是候补的。优选的是，根据分别使用的电动机或者发电机等所需要的热、机械强度的限制条件等来确定这些材质。

关于这些制造方法，铝、铜合金用压铸进行制作，不锈钢系的合金等用机械加工、冷热锻造进行制作。树脂类材料可以通过注射成型等工法来进行制作。在使用金属类的材料的情况下，需要注意涡电流的产生路径来确定形状。

[定子104的制造方法]

使用图9到图11对定子铁芯的制造方法进行说明。定子铁芯104的制造方法包括以下工序：从钢板裁切出坯料1001的工序；层叠坯料1001的工序；接合坯料1001的工序；将坯料1001成型为波状的工序。如图9所示，定子铁芯104可以通过裁切钢板、层叠裁切好的坯料1001、将裁切并重叠起来的坯料1001接合起来，将裁切、层叠并接合好的坯料1001成型为波形的工序的顺序进行制造，也可以如图10所示，通过裁切钢板、将裁切好的坯料1001层叠起来，将层叠起来的坯料1001成型为波状、并将成型为波状的坯料1001接合起来的工序的顺序进行制造，也可以如图11所示，通过裁切钢板、将裁切好的坯料1001成型为波状，将成型为波状的坯料1001层叠起来，将层叠好的坯料1001接合起来的工序的步骤进行制造。

在从图9到图11所记载的从钢板裁切出坯料的工序中，从原材料板裁切出将磁极部106和背面部112展开的形状。作为裁切坯料的手段，例如有利用压力机的冲裁加工等剪切加工、线切割、激光切割、等离子切断、水力喷射、机械加工等，在考虑到生产率的情况下，优选为利用压力机的冲切加工。

图12A～C表示裁切好的坯料1001的形状。是如图12A所示连成环状，或者是如图12B、C所示磁极部106和背面部112连成具有一个磁极或者多个磁极的带状的形状。在连成环状的形状的坯料1001中，坯料1001的内外径的精度很好，而相反地，由于中心部的材料不被使用，因此成品率差。另一方面，在为磁极部106和背面部112连成具有一个磁极或者多个磁极带状的坯料形状时，成品率提高，但是，相反地，需要通过后述的层叠工序来确保精度。

在图9到图11所记载的层叠坯料1001的工序中，磁极部106以在转子轴向上对齐的方式层叠。作为使磁极部106在转子轴向上对齐的方法，例如只要将预先设置在坯料1001的背面部112的凹陷形状作为引导件来进行层叠即可。另外，此时的坯料形状可以连成环状，也可以是磁极部连成一个或者多个磁极的带状的形状。在为磁极部106和背面部112连成多个磁极的带状的坯料形状时，如图13所示呈螺旋状地层叠。此时，使直线状的坯料1001通过向周向的面内弯曲而成为圆弧形状。例如。通过对坯料1001的背面部112进行倾斜压延，来使坯料1001向周向面内弯曲。

在图9到图11所示的接合坯料的工序中，在磁极部106在轴向上对齐地层叠的状态下进行接合。例如，通过将半冲裁而成型的凸部和凹部重合起来的“铆接”、激光焊接、TIG(钨极惰性气体)焊接、粘接等进行接合。在将半冲裁而成型的凸部和凹部重合起来的“铆接”中，在裁切坯料1001时通过半冲裁来成型凸部和凹部，在层叠后通过压力机等在旋转轴方向上进行加压，由此能够进行接合。在激光焊接和TIG焊接的情况下，优选在对磁特性影响小的背面部112进行接合。另外，在利用具有磁绝缘性的材料进行粘接的情况下，磁特性提高，但作为旋转电机使用的情况下，需要注意在粘接不会剥离的温度范围内进行使用。

在图9到图11所记载的成型为波状的工序中，成型成使得磁极部106A和106B交替而成为波状。相对于磁极部106B的轴向端面将磁极部106A的轴向的端面相对地向旋转轴方向进行按压，从而成型为波状。另外，在该成型为波状的工序中，通过使磁极部106A和106B在旋转轴半径方向移动，能够抑制坯料1001在周向上的伸长所导致的板厚减少和断裂，成型性有所提高。此外，在使磁极部106A和106B在旋转轴半径方向移动的时候，通过使磁极部106A和106B的旋转轴半径方向的端面抵靠于工具，能够提高定子铁芯104的内径精度。在使该坯料1001成型为波状的工序中，坯料可以为一片也可以为层叠的状态。

图14表示成型为波状的工序的示例，图14A表示成型为波状之前，图14表示成型为波状之后。从图14中容易看出，近前的1/4坯料1001上侧的工具虽然没有表示出来，但是实际上与周向的其他部分同样地配置有工具。另外，在如上所述地将坯料1001成型为波状的工序中，坯料可以是一片也可以是层叠状态，但是在A～C中表示了将坯料1001层叠起来的状态。

如图14A所示，在磁极部106A和106B的向轴向按压的端面侧，在旋转轴方向上配置冲压机1101，夹着坯料1001与冲压机1101对置地配置对抗部1102。对抗部1102在冲压机1101沿旋转轴方向进行按压时向相反方向沿坯料1001的板厚方向施力，约束坯料1001向面外的变形，在实际的成型中，在沿转子轴向按压磁极部106A的情况下，磁极部106B在转子轴向的移动被约束，或者在沿转子轴向按压磁极部106B的情况下，磁极部106A在转子轴向的移动被约束，但是在本说明中，为了方便起见，由于磁极部106A和106B在转子轴向产生相对变形，因此，使向转子轴向按压磁极部106A的冲压机为1101A，使向转子轴向按压磁极部106B的冲压机为1101B。

另外，与冲压机1101A和1101B对应地标以对抗部1102A和1102B这样的符号。冲压机1101A和冲压机1101B以如下方式在转子周向上交替配置：按压磁极部106A的冲压机1101A沿转子轴向进行按压的方向与按压磁极部106B的冲压机1101B沿转子周向进行按压的方向互为相反方向。另外，与冲压机1101A和冲压机1101B对应地，对抗部1102A和对抗部1102B也在转子周向上交替配置。在该状态下，通过使冲压机1101A和1101B在转子轴向上相对地进行按压，成型为如图12B所示的波状。通过该方法，将磁极部106A和106B连起来的背面部114的曲率半径随着朝向转子轴的半径方向外侧而连续地增大。

在冲压机1101沿转子轴向进行按压的工序中，通过使磁极部106沿转子轴向移动，成型性得以提高。因此，通过进行减小坯料1001与冲压机1101以及对抗部1102之间的摩擦力、或者使冲压机1101和对抗部1102沿转子半径方向自如移动、或者通过凸轮机构强制地使冲压机1101和对抗部1102在转子半径方向移动中的至少一项，能够抑制由于坯料1001在周向上的伸长而导致的板厚减少和断裂，能够提高成型性。另外，关于磁极部106的转子半径方向的变形，通过使磁极部106的转子半径方向的端面最终抵靠于止挡件1103，能够提高定子104的内径精度。

对抗部1102用于确保磁极部106的平坦度。作为模具结构，通过使用模垫(die cushion)、气体阻尼器、弹簧等来施加与冲压机1101对置的力。在上述说明中，对使用了对抗部1102的情况下的成型方法进行了说明，但是，即使磁极部106为曲面在性能方面也不存在问题，因此，在不需要确保磁极部106的平坦度的情况下，也可以没有对抗部1102。在该情况下，仅通过冲压机1101A和1101B来按压磁极部106A和106B即可，因此，能够利用转印有波形的形状的模具简单地进行成型。

在成型为波状的工序中，在使磁极部106沿转子半径方向移动的情况下，在成型前后投影到转子轴向上的坯料1001的形状有所改变，因此，成型前的坯料1001需要为使成形后的定子铁芯104展开而成的形状。磁极部106的形状在成型为波形之后，也几乎没有变化，因此可以与定子铁芯104的形状相同，但是，需要使背面部114的长度比将定子铁芯104向转子轴向投影的时候的长度要长。另外，背面部114的长度需要随着磁极部106沿转子半径方向的移动量增大而变大。

这里，说明定子铁芯104的具体制造方法的示例。首先，通过冲裁加工从钢板的圈状(hoop)材料裁切出多个磁极连续地连成带状的坯料1001。接着，对多个磁极连续地连成带状的坯料1001的背面部112进行倾斜压延使其向面内弯曲，并且如图13所示呈螺旋状地进行层叠。在层叠了所希望的片数之后，通过激光焊接将坯料1001的背面部112接合。然后，通过用压力机将激光焊接在一起的坯料1001成型为波状，能够制造出如图5所示的定子铁芯104。

到此为止，包括螺旋状在内，以连成环状的定子铁芯104为中心进行了说明，而下面对按每若干个磁极在周向上进行了分割的定子铁芯104进行说明。从电气特性来看，定子铁芯104不是必须为一体的形状。图15A～C表示通过一个磁极对(两个磁极)的芯形状来构成定子的磁回路。图15A表示图3到图5所示的定子铁芯104的一个磁极对。

在作为电动机或者发电机的旋转电机的构造中，关于来自转子的磁通的流动，由于一个磁极会供给转子侧的一个磁极对部分的磁通，因此不需要相邻的磁极对之间的磁通的流动。因此，通过将铁芯在周向上分割开来进行配置，也能够满足与成为一体的情况下没有区别的特性。因此，通过用具有如图15A所示的齿106A和齿106B的铁芯片来构成并将它们组合起来来组装成定子铁芯104，能够构成电动机或者发电机所使用的前述的结构的定子。另外，同一符号表示先前说明的同一符号的功能和作用效果。

图15B为在图15A的齿106A或者106B的末端具有凸缘的形状的部件。该凸缘具有有效地集中来自转子的流入磁通的目的，和防止卷绕的定子绕组122向内侧探出的功能。在图15C中示出了在轴向上交错的形状的铁芯，但是示出的是其磁极的位置关系在旋转轴方向不重叠的结构。图15C是为了确保用于配置定子绕组122的空间比较大，以及为了简化定子绕组122的形状并提高生产率和作业性，而对铁芯侧的形状进行了最沿而得到的实施例。图3到图5或者图17的定子铁芯104为磁性薄板的层叠结构，但是并不限定于层叠结构，也可以通过对压粉磁芯等进行压缩成型来进行制造。但是，从强度、可靠性和磁特性的观点出发，层叠铜板很优秀。另外，在图15B和图5C的记载中省略了说明，但是与先前记载相同的符号表示相同的作用，并具有相同的效果。

在图16A～B中，表示使用图15B所示的铁芯的作为一个相当定子铁芯的定子铁芯104的制造概念。将图6所记载的定子绕组122的磁极间部124分别插入到在齿106A和齿106B之间沿旋转轴方向延伸的槽114中。然后，通过用焊接等固定图16A的各磁极对，从而完成了在周向上一体化的定子铁芯104。

上述图16A的结构或者图1到图5的结构是这样的形状：存在沿着旋转轴的槽114，定子绕组122的定子绕组的磁极间部124插入在所述槽114中。另一方面，图16B所示的实施方式中，齿106A和齿106B在旋转轴方向完全错开。在该形状下，定子绕组122几乎不设置旋转轴方向的屈曲就能够插入到槽114中。因此，在定子绕组122的生产率方面很优秀，并且定子绕组122容易插入到槽114中，作业性优秀。但是，面向转子的磁回路的截面积变小，存在输出容易降低的缺点。但是，在输出即使很小也可以的情况下，生产成本很便宜，是有效的。

最终完成的定子102的基本结构与图1或图2A～C相同，定子绕组122沿着旋转轴以构成在一端和另一端之间穿梭的揭示用的方式卷绕，是图2B至图2C所示的结构。上述附图的定子铁芯104为在构成沿旋转轴方向错开的齿106A和齿106B的定子铁芯104的旋转轴方向中央部有一部分重叠的形状，如图2C所示的截面所示，成为与槽齿型旋转电机的绕组配置基本没有区别的配置。因此，与转子对置的面高效率地构成磁回路，可以获得优秀的电气特性。另一方面，定子绕组122与槽齿形旋转电机相比非常简单，可以获得优秀的生产率，另外，由于定子绕组122的形状为简单的形状，因此在安全性和可靠性方面有优良的效果。

图17表示定子绕组122的另一实施方式。在图1或图2所示的结构中，定子绕组122在将旋转轴方向和周向连接起来的部分以接近大致直角的角度弯曲。即，定子绕组122具有与旋转轴大致平行的部分。在实际的带包覆的电磁线的情况下，当弯曲成直角时，用于绝缘的树脂包覆膜可能会损伤，在作业时需要多加注意。优选带有一定程度的弯曲R(半径)地来形成。在这一点，在图1或图2A～C所示的形状的情况下，希望在定子绕组122的形成作业中加以注意。

在图17所示的形状的情况下，使齿106A和齿106B之间的槽114在周向上扩展。为使铁芯的磁极之间的间隙宽松、从而能够斜着配置定子绕组122的旋转轴方向的部分的结构。在该结构中，具有能够使弯曲R(半径)平缓的优点，作业性得以提高。但是，图1或图2A～C的结构能够提高定子绕组122的占空系数(导体截面积相对于槽的比例)，具有容易获得高输出的效果。在图17的结构中进行了考虑以使定子绕组122的占空系数不减小，从提高效率的角度出发，这是优选的。

图18A～D表示用于提高占空系数的定子绕组122的截面形状。通常认为，如图18A所示，使用圆形截面的电磁线来作为绕组线，但是为了提高占空系数，使用平角的电磁线，如图18C或18D所示，通过排列配置，能够提高其占空系数。另外，如图6所示预先制造定子绕组122，然后与定子铁芯104进行一体化，在该情况下，优选设置将定子绕组122的截面形状形成为所希望的形状的工序。在成型定子绕组122的截面形状的情况下，能够通过将截面为大致圆形形状的线成型为如图18D所示的形状来提高上述占空系数。

[在电动机等旋转电机中的应用]

图19B是将图7所示的三相交流的定子100应用于旋转电机的情况的旋转电机的立体图，图19A是图19B所示的所述旋转电机的展开图。在前侧壳体418和后侧壳体416分别固定有轴承414和轴承412，轴436以能够旋转的方式被上述轴承414和412所保持。在上述轴436固定有转子404。在上述转子404的外侧隔着空隙设置有图7所记载的三相交流的定子100。穿过前侧壳体418和后侧壳体416通过螺栓452进行固定，由此，在前侧壳体418和后侧壳体416之间固定保持有三相交流的定子100。另外，在三相交流的定子100的外周还设置有由铝材料等制成的外环401，旋转电机被密闭。

上述三相交流的定子通过与各种转子组合而作为电机发挥作用，或者作为电动机发挥作用，可以用于各种用途。无论为哪种情况，三相交流的定子100的形状都很简单，特别是定子绕组122的形状很简单，因此生产率优秀。另外，在上述的实施方式中，能够减小或者消除轴向的定子绕组122的线头，能够实现小型化，而且能够减小铜损失。

Claims (13)

1.一种旋转电机用的定子铁芯，该旋转电机具有：被保持成能够旋转的转子；以及具有在所述转子的旋转轴方向并列配置的至少两个定子铁芯的定子，所述旋转电机用的定子铁芯的特征在于，

所述旋转电机用的定子铁芯具有：定子铁芯的多个磁极，它们沿着所述转子的旋转轴的周向配置；以及定子铁芯的槽，其沿着所述旋转轴的轴向形成于所述多个磁极的各磁极之间，沿所述周向配置的各磁极的在所述旋转轴的轴向上的端面按每个相邻的磁极而在所述旋转轴的轴向上成型为波状，能够在所述磁极的波状的内侧的端面侧和形成于所述旋转轴的轴向的槽中配置定子绕组，沿所述旋转轴的周向配置的多个定子铁芯的磁极由在所述旋转轴的轴向上层叠起来的钢板构成。

2.根据权利要求1所述的旋转电机用的定子铁芯，其特征在于，

将相邻的所述磁极连起来的定子背面部的曲率半径形成为：随着从所述转子的旋转轴到半径方向外侧而连续地增大。

3.一种旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，包括以下工序：

从钢板裁切出坯料的第一工序；

层叠所述坯料的第二工序；

接合所述坯料的第三工序；以及

将所述坯料成型为波状的第四工序，

通过组合所述第一工序到第四工序各个工序，在旋转电机的旋转轴的周向形成定子铁芯的多个磁极，在所述多个磁极的各磁极之间沿所述旋转轴的轴向形成槽，并成型成使得沿所述周向配置的各磁极的在所述旋转轴的轴向上的端面按每个相邻的磁极而在所述旋转轴的轴向上呈波状地错开配置。

4.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第二工序中，将在所述第一工序中裁切出来的所述坯料层叠起来；在所述第三工序中，将在所述第二工序中层叠起来的所述坯料接合；在所述第四工序中，将在所述第三工序中接合在一起的所述坯料成型为波状。

5.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第二工序中，将在所述第一工序中裁切出来的所述坯料层叠起来；在所述第四工序中，将在所述第二工序中层叠起来的所述坯料成型为波状；在所述第三工序中，将在所述第四工序中成型为波状的所述坯料接合在一起。

6.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第四工序中，将在所述第一工序中裁切出来的所述坯料成型为波状，在所述第二工序中，将在所述第四工序中成型为波状的所述坯料层叠起来，在所述第三工序中，将在所述第二工序中层叠起来的所述坯料接合在一起。

7.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第四工序中，对所述磁极的转子轴向的端面，相对于相邻的所述磁极的转子轴向的端面沿转子的旋转轴方向进行按压。

8.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第四工序中，使所述磁极向转子的旋转轴的半径方向的中心侧移动。

9.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第四工序中，使所述磁极的在转子的旋转轴的半径方向的中心侧的面与工具抵靠。

10.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第四工序中，在同一工序中进行以下方法中的至少两个方法：

对所述磁极的在转子轴向的端面，相对于相邻的所述磁极的转子轴向的端面沿转子的旋转轴方向进行按压的方法；使所述磁极向转子的旋转轴的半径方向的中心侧移动的方法；将所述磁极的在转子的旋转轴的半径方向的中心侧的面与工具抵靠的方法。

11.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第一工序中，裁切成连成环状的形状，或者裁切成相当于所述定子的一个磁极的部分或者相当于多个磁极的部分连成带状的形状。

12.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第二工序中，将裁切成连成所述环状的形状的板材层叠起来，或者将相当于所述定子的一个磁极的部分或者相当于多个磁极的部分连成带状的形状的板材层叠起来，或者将连成带状的板材呈螺旋状地层叠起来。

13.根据权利要求3所述的旋转电机用的定子铁芯的制造方法，其特征在于，

在所述第三工序中，将通过半冲裁而成型的凸部和凹部重合起来并进行铆接，或者，通过激光焊接、或通过TIG焊接、或通过粘接将板材接合起来。

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