CN102104286A - 定子及设有该定子的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及定子及设有该定子的电机。定子包括：定子芯，所述定子芯由沿圆周方向布置的多个分裂芯(24)形成；和圆筒形本体，所述圆筒形本体从周边围绕定子芯并将定子芯固定。分裂芯(24)每个具有沿圆周方向在一端上的第一端部(30)和沿圆周方向在另一端上的第二端部(32)。第一端部(30)具有沿圆周方向向外突出的突出部(34)，并且第二端部(32)具有凹入部(36)，所述凹入部(36)沿圆周方向向内凹入并与相邻分裂芯(24)的第一端部(30)的突出部(34)装配在一起。

Description

定子及设有该定子的电机
技术领域
本发明涉及一种定子及设有该定子的电机。更具体地，本发明涉及定子结构的改进，所述定子具有定子芯，所述定子芯由沿圆周方向布置的多个分裂芯形成。
背景技术
电机具有转子和围绕转子布置的定子。定子具有线圈。当电流经过该线圈时，从而产生旋转磁场。在该旋转磁场和转子之间运行的电磁作用促使转子旋转。
定子具有定子芯，所述定子芯具有中空的圆筒形形状。为了提高生产效率，包括形成定子芯的效率，存在由沿圆周方向布置的多个分裂芯形成的定子芯的示例。以这种方式形成的定子芯是通过将已经沿圆周方向布置的分裂芯插入到环形圆筒形本体的内周边中来制造，然后收缩装配该圆筒形本体。
日本专利申请公开No.2009-148050(JP-A-2009-148050)描述了一种定子，所述定子具有通过沿圆周方向布置的多个分裂芯形成的定子芯。在JP-A-2009-148050中，分裂芯的热变形被抑制，使得通过在相邻的分裂芯彼此邻接处的部分上包括与轴向方向正交的表面和通过在该表面处将分裂芯焊接在一起来稳定在定子芯内周侧上的圆度。
在将分裂芯插入到圆筒形本体中并收缩装配圆筒形本体的过程中，分裂芯通过热收缩圆筒形本体来夹紧和固定，该过程作为上述定子芯的制造过程。此时，整个圆筒形本体的温度分布是不均匀的，所以在热收缩期间在分裂芯上的来自圆筒形本体的夹紧力也在不均匀的情况下结束。结果，不均匀的夹紧力可能导致分裂芯出现在不适当的位置，这将不利地影响在定子芯的内周侧上的圆度。尽管可能的是，通过调节整个圆筒形本体的温度来使夹紧力均匀，但是这样做将增大装置的尺寸和复杂性，并以增加制造时间和成本而结束。
发明内容
本发明因此提供一种定子，其中能够提高在由多个分裂芯形成的定子芯的内周侧上的圆度，以及提供一种设有该定子的电机。
本发明的第一方面涉及定子，所述定子包括：定子芯，所述定子芯由沿圆周方向布置的多个分裂芯形成；和圆筒形本体，所述圆筒形本体从周边围绕定子芯并将定子芯固定。在该定子中，分裂芯每个具有沿圆周方向在一端上的第一端部，和沿圆周方向在另一端上的第二端部。此外，第一端部具有沿圆周方向向外突出的突出部，并且第二端部具有凹入部，所述凹入部沿圆周方向向内凹入并与相邻分裂芯的第一端部的突出部装配在一起。
此外，在根据上述的第一方面的定子中，突出部可以形成为从突出部的基部朝突出部的顶部逐渐变窄，并且凹入部可以形成为与突出部相对应。
此外，在具有上述结构的定子中，当从轴向方向观察分裂芯时，每个分裂芯的突出部可以具有梯形形状，其中基部是下底并且顶部是上底。
另外，具有上述结构的定子也可以包括邻接部，在所述邻接部处，第一端部和第二端部面对彼此并且彼此邻接，以当突出部和凹入部装配在一起时限制分裂芯在轴向方向上的运动。
此外，在具有上述结构的定子中，分裂芯中的每个分裂芯可以由堆叠在一起的多个磁钢片形成。而且，第一端部和第二端部彼此面对并且彼此邻接处的邻接部可以由在穿过磁钢片的叠层的中途使磁钢片翻转过来而形成。
此外，在具有上述结构的定子中，邻接部可以包括突出部的沿轴向方向的外表面和凹入部的沿轴向方向的内表面。
此外，在具有上述结构的定子中，圆筒形本体可以具有圆筒主体和在圆筒主体的一端上的凸缘部。此外，可以在圆筒主体和凸缘部之间设置吸收凸缘部的刚性将对圆筒主体具有的影响的缓冲部。
此外，在具有上述结构的定子中，缓冲部可以形成为使得缓冲部的至少一部分的半径从圆筒主体朝着凸缘部逐渐增大。
此外，在具有上述结构的定子中，圆筒主体可以形成为使得圆筒主体的另一端的半径逐渐增大。
本发明的第二方面涉及一种电机，所述电机包括根据上述第一方面的定子。
借助于根据本发明的第一方面的定子和根据本发明的第二方面的电机，能够提高在由多个分裂芯形成的定子的内周侧上的圆度。
附图说明
参考附图，本发明的前述和/或另外的目的、特征和优点将从示例实施例的下面描述中变得更加显而易见，其中相似的附图标记用于代表相似的元件，并且其中：
图1是根据本发明的示例实施例的电机的结构的视图；
图2是沿图1中的线A-A截取的截面视图；
图3是根据本发明的示例实施例的分裂芯的视图；
图4是沿图3中的线B-B截取的截面视图；
图5是根据本发明的示例实施例的定子芯的一部分的区域的视图；以及
图6是沿图5中的线C-C截取的截面视图。
具体实施方式
在下文中，将参考图1和图2来描述本发明的定子和设有该定子的电机的示例实施例。图1是根据该示例实施例的电机10的结构的视图，并且图2是沿图1中的线A-A截取的截面视图。
电机10包括转子12、定子14和未示出的壳体，所述壳体容纳转子12和定子14。定子14布置在壳体的内周表面上，并且转子12可旋转地布置在定子14的内周边上。
转子12具有与旋转轴16同心的圆筒形磁体，并且例如通过将磁钢片沿轴向方向堆叠在一起来形成。8个永磁铁18沿圆周方向布置在转子12上，如图1中所示。顺便提及的是，永磁铁18的该数目仅是示例。在该示例实施例中，永久磁铁18嵌入在孔中，所述孔沿轴向方向延伸地形成在转子12中。然而，本发明不局限于此。例如，永磁铁18也可以布置在转子12的外周边上。旋转轴16由壳体的未示出的轴承可旋转地支撑。此外在该示例实施例中，描述了一种壳体，其中转子12由已经堆叠在一起的磁钢片形成，但是本发明不限于该结构。例如，转子12也可以由粉末磁芯形成。
在具有围绕转子12的小间隙的情况下布置定子14。定子14包括：定子芯20，所述定子芯20具有中空的圆筒形形状；和圆筒形本体22，所述圆筒形本体22从周边围绕定子芯20并将定子芯20固定。在该示例实施例中，定子芯20由沿圆周方向分裂的分裂芯24形成。这些分裂芯中的二十四个分裂芯沿圆周方向布置。顺便提及的是，分裂芯24的该数目仅是示例。稍后将详细地描述圆筒形本体22和分裂芯24的结构。
定子芯20是磁体，并且例如通过将磁钢片沿轴向方向堆叠在一起来形成。顺便提及的是，在该示例实施例中，描述了一种壳体，其中定子芯20、即分裂芯24由已经堆叠在一起的磁钢片形成，但是本发明不限于该结构。例如，分裂芯24也可以由粉末磁芯形成。
突出到定子芯20的内周侧并沿圆周方向以预定间隔布置的齿26形成在定子芯20上。该导线28穿过缝28，所述缝28是在齿26之间的槽形空间。该导线通过围绕齿26缠绕同时穿过缝28来形成未示出的线圈。在该实施例中的线圈提前以环形形状缠绕地形成。通过将齿26从外周侧插入到该线圈中并且通过布置分裂芯24，线圈变成围绕齿26缠绕。
在以该方式构造的电机10中，通过使得电流通过线圈在定子14中产生旋转磁场。该旋转磁场的吸引力作用在具有永磁铁18的转子12上，从而促使转子12旋转。
接下来，将参考图3-图6来描述分裂芯24的构造。图3是分裂芯24中的一个分裂芯的视图，图4是沿图3中的线B-B截取的截面视图，图5是定子芯20的一部分的区域的视图，并且图6是沿图5中的线C-C截取的截面视图。顺便提及的是，图中的r、θ和z分别表示径向方向、圆周方向和轴向方向。
在该实施例中的分裂芯24通过将磁钢片沿轴向方向层压来形成。更具体地，通过用压力机模压出薄的磁钢片、沿轴向方向堆叠预订数目的模压出的磁钢片，以及通过诸如压力压接的工艺将堆叠过的多个磁钢片连接来形成分裂芯24。
在该实施例中的分裂芯24每个具有沿圆周方向在一端上的第一端部30和沿圆周方向在另一端上的第二端部32。第一端部30具有沿圆周方向向外突出的突出部34，并且第二端部32具有凹入部36，所述凹入部36沿圆周方向向内凹入。凹入部36形成为与相邻分裂芯24的第一端部30的突出部34装配在一起，如图5中所示。
借助于该构造，因为当分裂芯24沿圆周方向布置时，相邻分裂芯24的突出部34和凹入部36装配在一起，所以限制了分裂芯24在轴向方向上的运动。因此，即使在分裂芯24上的来自圆筒形本体22的夹紧力在将分裂芯24插入到圆筒形本体22中并收缩装配圆筒形本体22的过程中是不均匀的，也阻止分裂芯24在径向方向上出现在不适当的位置，因此能够提高圆度。
此外，突出部34形成为从突出部34的基部34a朝顶部34b逐渐变窄，并且凹入部36形成为与该突出部34对应。这里，基部34a是突出部34与第一端部30连接的部分，并且是由图3中的虚线表示的部分。另一方面，顶部34b是面对基部34a的部分，并且是沿圆周方向在外侧的突出部34的端部。在该示例实施例中，当从轴向方向观察分裂芯24时，如图3中所示，突出部34具有梯形形状，其中基部34a是下底并且顶部34b是上底。然而，本发明不限于该结构。也就是说，突出部34例如也可以具有三角形形状，只要它具有诸如上述形状、即楔形的形状。此外，在示例实施例中，突出部34定位在第一端部30的中间。然而，本发明不限于此。例如，突出部34也可以定位在第一端部30沿径向方向的任一端上。
使得突出部34形成为诸如上述形状、即楔形的形状时，使当沿圆周方向布置分裂芯24时容易定位分裂芯24。这是有效的，特别是当如上所述将齿26从外周边插入到环形线圈中并布置分裂芯24时。在这种情况下，形成定子芯20的所有分裂芯24同时从外周边插入到线圈中并被布置。在该布置过程期间，相邻的分裂芯24之间的间隙逐渐变得更小。此时，楔形突出部34和面对该楔形突出部34的凹入部36装配在一起，同时被一起引导，这使定位分裂芯24容易。
此外，在该示例实施例中的突出部34和凹入部36具有邻接部38，所述邻接部38面对彼此并且彼此邻接，以当突出部34和凹入部36装配在一起时限制分裂芯24在轴向方向上的运动，如图6中所示。更具体地，邻接部38包括突出部34的沿轴向方向的外表面40和凹入部36的沿轴向方向的内表面42，如图4中所示。
在该示例实施例中的分裂芯24通过将磁钢片沿轴向方向堆叠来形成，如上所述。用压力机模压出的磁钢片具有诸如图3中所示的形状。诸如图4中所示的分裂芯24、即在第一端部30和第二端部32这两者上设有一个邻接部38的分裂芯24是通过将该形状的磁钢片在堆叠过程中的中途翻转来而形成。
当分裂芯24布置为环时，该结构限制分裂芯24在轴向方向上的运动。因此，即使圆筒形本体22的在分裂芯24上的夹紧力在将分裂芯24插入到圆筒形本体22中和收缩装配圆筒形本体22的过程中是不均匀的，也抑制分裂芯24在轴向方向上出现在不适当的位置，因此能够提高圆度。
在该示例实施例中，描述了一种壳体，其中在第一端部30和第二端部32这两者上设置一个邻接部38，但是本发明不限于该结构。也就是说，在第一端部30和第二端部32这两者上可以设置多个邻接部38。多个邻接部38例如可以通过在堆叠过程中执行多次在堆叠磁钢片期间的翻转操作来形成。在第一端部30和第二端部32这两者上设置多个邻接部38使得可能更可靠地抑制分裂芯24在轴向方向上出现在不适当的位置。
此外，在该示例实施例中，描述了用压力机模压出的磁钢片仅形成为一种形状的壳体，但是本发明不限于该结构。磁钢片可以形成为多种形状，只要邻接部38形成在分裂芯24上。例如，用压力机模压出的一个磁钢片可以如图3中所示地成形，并且另一个可以成形为图3中所示的形状的镜像反转的图像。在这种情况下，通过交替地将预订数目的具有该两种不同形状的磁钢片中的每个磁钢片堆叠在一起，多个邻接部38可以形成在第一端部30和第二端部32这两者上。另外，用压力机模压出的磁钢片中的一个磁钢片可以是具有没有突出部34和凹入部36的形状的磁钢片，并且具有该形状的多个该磁钢片堆叠在具有上述两种不同形状的多个堆叠的钢磁片之间。
接下来，将参考图2描述圆筒形本体22的结构。圆筒形本体22由金属材料形成，并且具有通常的圆筒形形状。通过用压力机模压出钢片并通过深度拉伸等使其形成为圆筒形形状来形成圆筒形本体22。
圆筒形本体22具有圆筒主体44和在圆筒主体44的一端处的凸缘部46。凸缘部46从圆筒主体44径向向外屈曲地形成，并因此比圆筒主体44更刚性。因此，在相关技术中，在收缩装配期间的夹紧力、特别是在轴向方向上的夹紧力可能变得不均匀，这可能导致分裂芯出现在不适当的位置。
因此，在该示例实施例的圆筒形本体22中，缓冲部48可以设置在圆筒主体44和凸缘部46之间，该缓冲部48吸收凸缘部46的刚性将对圆筒主体44具有的影响。该示例实施例的缓冲部48形成为使得该缓冲部48的至少一部分的半径从圆筒主体44朝凸缘部46逐渐增大。
借助于该结构，即使凸缘部46比圆筒主体44更刚性，缓冲部48也吸收该刚性将对圆筒主体44具有的影响。更具体地，形成如上所述的缓冲部48在圆筒主体44和凸缘部46之间给了缓冲部48钝头屈曲部，如图2所示。因为该屈曲部具有弹性功能，所以凸缘部46的刚性将对圆筒主体44产生的影响将被吸收。因此，在该示例实施例中的圆筒形本体22的结构阻止在收缩装配期间的夹紧力、特别是在轴向方向上的夹紧力变得不均匀，并因此阻止分裂芯出现在不适当的位置
此外，当通过深度拉伸压等压力成形该圆筒形本体22时，圆筒主体44的另一端变成波纹状地结束。因此，就相关技术来说，圆筒主体44的另一端沿圆周方向的刚性可能变得不均匀，这可能导致在圆筒主体44的另一端处沿圆周方向的夹紧力在收缩装配期间也变得不均匀。
因此，对于该示例实施例的圆筒形本体22来说，圆筒主体44的另一端形成有逐渐增大的半径。在诸如深度拉伸等的压力成形之后得到该形状。因此，圆筒主体44沿圆周方向的刚性能够是均匀的，结果，圆筒主体44沿圆周方向的夹紧力能够是均匀的。
接下来，将描述定子14的制造方法。首先，用压力机模压出单一形状或多个形状的磁钢片。然后通过将已经模压出的预定数目的磁钢片堆叠在一起来制造分裂芯24。组成定子芯20的所有分裂芯24然后同时从线圈的外周侧插入到环形线圈中。然后将在这种状态下的定子芯20收容在圆筒形本体22内部，然后收缩装配圆筒形本体22。然后通过冷却圆筒形本体22来热收缩圆筒形本体22。作为该热收缩的结果，分裂芯24和圆筒形本体22变成一体地并强有力地固定在一起。
在该示例实施例中，描述了一种外壳，其中电机10是内永磁铁(IPM)电机，但是本发明不限于此。只要定子14具有分裂芯24，电机10就可以是另一类型的电机，例如磁阻电机或绕线式转子感应电动机。
已经参考仅用于图示目的的示例实施例描述了本发明。应当理解的是，该描述不是旨在排他性的或者限制本发明的形式，以及本发明可以适合在其其他系统和应用中使用。本发明的范围包含可以由本领域技术人员构思的多种改进和等效布置。

Claims (10)

1.一种定子(14)，所述定子(14)包括：定子芯(20)，所述定子芯(20)由沿圆周方向布置的多个分裂芯(24)形成；以及圆筒形本体(22)，所述圆筒形本体(22)从周边围绕所述定子芯(20)并且固定所述定子芯(20)，其特征在于：
所述分裂芯(24)每个具有沿所述圆周方向在一端上的第一端部(30)和沿所述圆周方向在另一端上的第二端部(32)；
所述第一端部(30)具有突出部(34)，所述突出部(34)沿所述圆周方向向外突出；并且
所述第二端部(32)具有凹入部(36)，所述凹入部(36)沿所述圆周方向向内凹入，并且与相邻分裂芯(24)的所述第一端部(30)的突出部(34)装配在一起。
2.根据权利要求1所述的定子(14)，其中所述突出部(34)形成为从所述突出部(34)的基部(34a)朝向所述突出部(34)的顶部(34b)逐渐变窄；并且
所述凹入部(36)形成为与所述突出部(34)相对应。
3.根据权利要求2所述的定子(14)，其中当从轴向方向观察所述分裂芯(24)时，每个分裂芯(24)的所述突出部(34)具有梯形形状，其中所述基部(34a)是下底并且所述顶部(34b)是上底。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的定子(14)，还包括邻接部(38)，在所述邻接部(38)处，所述第一端部(30)和所述第二端部(32)彼此面对并且彼此邻接，以当所述突出部(34)和所述凹入部(36)装配在一起时限制所述分裂芯(24)在轴向方向上的运动。
5.根据权利要求4所述的定子(14)，其中所述分裂芯(24)中的每个分裂芯由堆叠在一起的多个磁钢片形成；并且
通过在磁钢片的堆叠过程中将所述磁钢片翻转过来而形成所述第一端部(30)和所述第二端部(32)彼此面对并且彼此邻接的所述邻接部(38)。
6.根据权利要求4或5所述的定子(14)，其中所述邻接部(38)包括所述突出部(34)的沿所述轴向方向的外表面(40)和所述凹入部(36)的沿所述轴向方向的内表面(42)。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的定子(14)，其中所述圆筒形本体(22)具有圆筒主体(44)以及在所述圆筒主体(44)的一端上的凸缘部(46)；并且
缓冲部(48)设置在所述圆筒主体(44)和所述凸缘部(46)之间，所述缓冲部(48)吸收所述凸缘部(46)的刚性将对所述圆筒主体(44)具有的影响。
8.根据权利要求7所述的定子(14)，其中所述缓冲部(48)形成为使得所述缓冲部(48)的至少一部分的半径从所述圆筒主体(44)朝向所述凸缘部(46)逐渐增大。
9.根据权利要求7或8所述的定子(14)，其中所述圆筒主体(44)形成为使得所述圆筒主体(44)的另一端的半径逐渐增大。
10.一种电机(10)，其特征在于包括根据权利要求1-9中任一项所述的定子(14)。
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