CN102130521B

CN102130521B - 旋转电机以及旋转电机的定子的制造方法

Info

Publication number: CN102130521B
Application number: CN201110021597.4A
Authority: CN
Inventors: 长绳尚; 石上孝
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-01-13
Also published as: US8354769B2; JP2011151884A; JP5537964B2; EP2346143A2; US20110175485A1; CN102130521A

Abstract

本发明提供能抑制在使前端突起部弯曲时芯板材向轴向隆起的旋转电机。该旋转电机的特征在于，具有：在周向设有多个磁极的转子，层积板材而形成并具有圆筒部(4a)以及从该圆筒部(4a)向径向呈放射状延伸的多个齿(4b)的定子芯(3)，和收纳在形成于齿(4b)间的狭槽(16)中的定子线圈(6)；齿(4b)具有：从圆筒部(4a)向径向呈放射状延伸的基部(40)，和分别设于基部(40)的前端、在向狭槽(16)收纳定子线圈(6)之前为向径向延伸的伸展状态、而在收纳线圈之后为向周向弯折的弯曲状态的一对前端突起部(41a、41b)；在弯曲状态下，在基部(40)和前端突起部(41a、41b)连通的弯曲部(10)的狭槽侧形成空隙(8)。

Description

旋转电机以及旋转电机的定子的制造方法

技术领域

本发明涉及马达或发电机等旋转电机以及旋转电机的定子的制造方法。

背景技术

作为在旋转电机的定子中形成的线圈的结构，众所周知有集中缠绕、分布缠绕等的方式。集中缠绕方式将线圈经由绝缘体直接缠绕在芯齿上，与分布缠绕线圈相比，具有可实现小型化的优点。另一方面，在分布缠绕方式的情况下，线圈经由绝缘体跨芯狭槽地进行组装布线，与集中缠绕线圈相比，具有电特性良好的优点。

另外，从定子和转子的位置关系来看，旋转电机大体分为转子在定子的内侧旋转的内转型和转子在定子的外侧旋转的外转型。在内转型的情况下，主要是转子与传递旋转的主轴连结，在外转型的情况下，主要是转子与欲直接驱动的旋转体或齿轮等间接驱动的旋转体等连结或一体化。

例如，在外转型的情况下，采用将线圈从定子芯的外侧向芯狭槽组装布线的结构。即使在线圈缠绕方式采用集中缠绕以及分布缠绕中的任意方式的情况下，从降低铁损的观点出发，理想的是定子芯为一体型，而且，从降低线圈的铜损的观点出发，理想的是狭槽内的线圈占空系数高。

在专利文献1所述的技术中，在外转型的旋转电机中，为了使向定子芯进行缠绕的作业容易来提高线圈占空系数，在邻接的齿中的一个齿上，从前端两侧经由薄壁连结部向放射方向延伸地设置突起状的磁极片，在缠绕线圈之后，使薄壁连结部弯曲而使磁极片在周向位移。另外，在专利文献2所述的技术中，在各齿的前端设置突起。

专利文献1：日本特开平10-304609号公报

专利文献2：日本特开2001-74461号公报

发明内容

但是，在使突起状的磁极片向周向弯曲时，在根部容易因折皱而在定子芯的轴向产生隆起。定子芯是层积电磁钢板而成的部件，当在各个电磁钢板上形成折皱并向轴向隆起时，造成定子芯的轴向尺寸变大，也对性能方面带来不良影响。

第一方面的发明的旋转电机，其特征在于，具备转子、定子芯和定子线圈，该转子在周向设有多个磁极，该定子芯通过层积芯板材而形成，并且具有圆筒部以及从该圆筒部向径向呈放射状延伸的多个齿，该定子线圈收纳在形成于齿间的狭槽中；齿具有基部和一对前端突起部，该基部从圆筒部向径向呈放射状延伸，该一对前端突起部分别设于基部的前端，并且在向狭槽收纳定子线圈之前为向径向延伸的伸展状态，而在收纳线圈之后为向周向弯折的弯曲状态，在弯曲状态下，在基部与前端突起部连通的弯曲部的狭槽侧形成有空隙。

第二方面的发明，在第一方面所述的旋转电机中，其特征在于，形成于弯曲部的空隙的狭槽侧与狭槽连通。

第三方面的发明，在第一方面所述的旋转电机中，其特征在于，在形成于弯曲部的空隙的狭槽侧，前端突起部和基部紧密接合。

第四方面的发明，在第一至第三方面中的任一项所述的旋转电机中，其特征在于，定子线圈以在伸展状态下将成为缠绕状态的导线外插于基部的方式安装，伸展状态下的前端突起部的周向宽度尺寸设定得比基部的周向宽度尺寸小。

第五方面的发明，在第四方面所述的旋转电机中，其特征在于，多个齿从圆筒部的外周呈放射状形成，定子芯隔着间隙地配置在构成圆筒状的转子的内周侧。

第六方面的发明的旋转电机的定子的制造方法，在从定子芯的圆筒部呈放射状延伸的齿基部上安装定子线圈之后，使在径向设在齿基部的前端上的一对前端突起部向周向弯曲，从而形成定子，其特征在于，以在弯曲状态的前端突起部的根部形成空隙的方式使一对前端突起部弯曲。

根据本发明，可以抑制在使前端突起部弯曲时芯板材向轴向的隆起。

附图说明

图1是表示本发明的旋转电机的概略构成的剖视图。

图2是表示定子2的一部分的放大图。

图3是表示芯片材30的一部分的图。

图4是表示定子2的组装次序的图。

图5是表示绕线管5的安装过程的图。

图6是表示前端突起部41a、41b的弯曲工序的图。

图7是表示成形后的前端突起部41a、41b的形状的图。

图8是表示使用冲头11的前端突起部41a、41b的成形加工的图。

图9是表示使用冲头12的前端突起部41a、41b的成形加工的图。

图10是表示使用冲头13的前端突起部41a、41b的成形加工的图。

图11是表示V形槽18以及空隙8的形状的图。

图12是表示使用分布缠绕线圈15的情况的图。

图13是表示变型例的图。

附图标记说明

1转子，2定子，3定子芯，4a、304a圆筒部，4b、304b齿，5绕线管，6、15线圈，8空隙，10弯曲部，11、12、13冲头，16狭槽，18V形槽，30芯片材，40、340轴部，41a、41b、341a、341b前端突起部，318切口。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。图1是表示本发明的旋转电机的概略构成的剖视图。图1所示的旋转电机是由集中缠绕线圈形成的外转型的旋转电机，在定子2的外周侧设置转子1。定子2的芯3通过层积由冲压加工硅钢板等得到的材料(以下称为芯片材)而构成。

在芯3的圆筒部4a的外周，在周向等间隔地设置形成为放射状的多个齿4b。在各齿4b上，安装由绝缘材料形成的绕线管5，在该绕线管5上缠绕有集中缠绕线圈6。对于线圈缠绕，例如使用剖面为大致矩形形状的带绝缘覆膜的导线。如后面所述，在本实施方式的旋转电机中，为了容易向芯3安装线圈6，形成为将缠绕有集中缠绕线圈6的绕线管5从芯3的外周方向安装在齿4b上的构成。

在图1中，线圈6的终端线虽未被连接，但实际上，终端线在线圈间、中性点被连接而构成电路。虽未图示，但实际上，在转子1的内部，同轴地装入磁铁转子或笼型的铜转子，由轴承可旋转地支承该转子的两端，由此构成电动机或发电机。

图2是表示定子2的一部分的放大图。各齿4b呈具有安装线圈6的轴部40和前端突起部41a、41b的T字形状，在前端突起部41a、41b的根部形成有空隙8。在齿4b和齿4b之间，形成用于收纳线圈6的狭槽16。在前端突起部41a、41b的根部设置空隙8这一点是本实施方式的旋转电机的特征。

图3是表示构成作为层积体的芯3的芯片材30的一部分的图。在图1、2所示的完成状态的定子2中，前端突起部41a、41b在周向延伸，齿4b的形状成为T字形状，而在芯片材30的阶段中的前端突起部341a、341b在径向延伸。

在芯片材30的各前端突起部341a、341b的根部，形成有V字形状的切口318。该切口318的角度θ，为与成形加工前端突起部341a、341b时的弯曲角度大体相同的程度。设置有前端突起部341a、341b的部分的宽度尺寸D2，设定为轴部340的部分的宽度尺寸D1以下。另外，切口318的底部的R角尺寸也与芯片材30的板厚有关，例如，在板厚t＝0.35mm的情况下，至少为R0.1～R0.2左右。即使是别的板厚，也按大体相同的比率设定。

作为与在为层积体时的各部分的对应，前端突起部341a、341b与前端突起部41a、41b对应，圆筒部304a与圆筒部4a对应，轴部340与轴部40对应，切318与后述的V形槽18对应。

图4至图11是说明定子2的组装次序的图。在绕线管5上预先缠绕带绝缘覆膜的导线9，在图4(a)所示的工序中，把缠绕有集中缠绕线圈6的状态的绕线管5插向层积芯片材30而成的芯3的齿4b，从而进行安装。在绕线管5中，形成供齿4b插入的通孔5a。在齿4b的周向侧面，形成由芯片材30的切318构成的V形槽18。

图5表示绕线管5的安装过程，右侧的齿4b表示安装前的状态，中央的齿4b表示插入过程的状态，图示左侧的齿4b表示安装完成的状态。如图3所示，前端突起部341a、341b的部分的宽度尺寸D2设定为轴部340的部分(图5的轴部40的部分)的宽度尺寸D1以下。为此，通过设定为D2＜D1，更加容易进行绕线管5的安装作业。

当把绕线管5安装在齿4b的轴部40时，如图4(b)以及图5所示，前端突起部41a、41b从绕线管5向外周侧突出。接着，如图6所示，成形出前端突起部41a、41b，使前端突起部41a、41b向周向弯曲。图7是表示成形后的前端突起部41a、41b的形状的图。

图8至图10表示前端突起部41a、41b的弯曲加工的次序。由于前端突起部41a、41b的成形角度大到90度左右，所以，在图8～10所示的例子中，不是一下子弯曲前端突起部41a、41b，而是利用三种成形用冲头11～13，分三个阶段弯曲前端突起部41a、41b。在图8、9中所示的冲头11、12是成形面11a、12a为凸形状的冲头，在图10中所示的冲头13是确定前端突起部41a、41b的最终形状的冲头，成形面13a为凹形状。

在图8所示的第一阶段，把具有角度θ1的成形面11a的冲头11配置在齿4b的外径侧，使冲头11向箭头方向移动，进行成形加工直到前端突起部41a、41b成为图8(b)所示的形状。通过该成形加工，前端突起部41a、41b以根部为中心进行塑性变形，打开角度成为θ1，而且，V形槽18的间隔也变窄。

接着，把成形用冲头从角度θ1的冲头11更换成角度θ2(＞θ1)的冲头12，如图9(b)所示，对前端突起部41a、41b进一步进行成形加工。其结果，前端突起部41a、41b的打开角度成为θ2，而且，V形槽18的间隔也变窄。最后，如图10所示，使用具有成形面13a的冲头13，把前端突起部41a、41b的形状成形为最终形状、即顺沿于周向的形状。

图4(c)表示把前端突起部41a、41b成形为最终形状的状态，在周向被弯折的前端突起部41a、41b的外周面成为大体圆弧状。通过这样使前端突起部41a、41b向着周向，可以减少铁损，能够有利于高效率化。另外，在图7中，前端突起部41a、41b的根部的V形槽18的形状由成形加工而有大的变形，变化为细长的空隙8。

在现有技术中，对于在把线圈6安装在齿4b上之后成形前端突起部41a、41b的构成的定子2，如专利文献1的图10等所述，构成为，在成形后的前端突起部41a、41b的根部没有空隙产生。这是考虑了磁通从齿4b的轴部40向前端突起部41a、41b的流动，当存在空隙时，磁通的流动受到限制，导致旋转电机的性能下降，所以，设计成，在成形出前端突起部41a、41b时，V形槽18以关闭的方式严实地紧密接合，没有间隙形成。

但是，在如图8～10所示对前端突起部41a、41b进行成形加工时，使前端突起部41a、41b和轴部40的连接部、即形成有V形槽18的细窄部分(由图3的附图标记A表示的部分)塑性变形。此时，在形成有V形槽18的一侧(弯曲加工的内侧)，材料被压缩，相反，在弯曲加工的外侧，材料被拉伸。

另一方面，如现有技术那样，为了不形成图1中所示的空隙8，有必要把形成于齿4b的V形槽18的底部尽量如图11(a)所示形成为锐角。其结果，在弯曲的内侧压缩材料时，由压缩形成的材料的流动集中在非常狭窄的部分，产生芯片材30在厚度方向隆起这样的现象。当在层积的各个芯片材30上产生由成形加工形成的隆起时，齿前端部分的轴向尺寸变大，产生性能下降等的不良状况。

在本实施方式中，通过增大图3所示的切口218的R角尺寸，可以减少或防止现有技术那样的隆起。在图11(a)所示的例子中，由于V形槽18的底部的R角尺寸非常小，所以，在由附图标记B1表示的狭窄区域容易集中由压缩形成的材料的流动。另一方面，当如图11(b)所示增大R角尺寸时，可以使材料的流动分散在更大的圆弧的部分(由附图标记B2表示的部分)，可以减少或防止材料在芯片材30的厚度方向隆起。

图11(c)表示前端突起部41a、41b向周向弯折后的形状。由附图标记10表示的区域是前端突起部41a、41b的根部的弯曲部，在该弯曲部10的内侧(线圈6侧)形成空隙8。在弯曲部10的内侧作用压缩应力，在弯曲部10的外侧作用拉伸应力。空隙8通过弯折前端突起部41a、41b使图11(b)所示的V形槽18的角度θ变小而成为细长的槽状。为此，弯曲成形后的槽8的宽度尺寸d为与V形槽18的底部的R角尺寸相同的程度。

列举具体例子，在层积厚度t为t＝0.35mm、宽度D1为D1＝2mm的芯片材30形成高度为34mm的芯3的情况下，若把V形槽18的R角尺寸设为0.2mm的话，则空隙8的宽度尺寸d为0.1～0.2mm。空隙8的长度为0.8mm。若空隙8的间隙是该程度的话，则磁通能够贯穿空隙8地进行流动，可以使对磁通产生的影响非常小。另外，可防止隆起的R角尺寸也依存于芯片材30的厚度尺寸t，根据实际进行弯曲加工的结果或变形解析等的结果，理想的是设定成至少30～60％。

在上述的实施方式中，把线圈6作为集中缠绕线圈，但在图12表示的是使用分布缠绕线圈的情况。如图12(a)所示，把带绝缘覆膜的导线9按规定形状缠绕并用绝缘材14覆盖，形成分布缠绕线圈15。形成的分布缠绕线圈15插入在芯3的狭槽16中。接着，成形齿4b的前端突起部41a、41b而形成定子2。另外，在上述的例子中，插入缠绕后的分布缠绕线圈15，但是直接在齿4b的轴部40进行缠绕的方法也无妨。进而，在本实施例中，对集中缠绕线圈、分布缠绕线圈进行了叙述，但是其他的缠绕线圈也无妨。

(变型例)

图13是表示上述的实施方式的变型例的图。在该变型例中，如图13(a)所示，在V形槽18的底部形成圆弧18a。图13(b)表示弯曲加工后的形状，V形槽18的直线部相互紧密接合，形成大体圆形的空隙8。相反，以成形后的形状成为图13(b)中所示的形状的方式，设定V形槽18以及圆弧18a的尺寸。在该情况下，弯曲加工时的材料的流动也沿圆弧18a分散，所以，可抑制芯片材30的隆起。进而，由于在成形后V形槽18的直线部紧密接合，所以，与上述的情况相比，具有磁通的通过性变好的优点。

如上所述，在本实施方式中，多个齿4b从定子芯3的圆筒部4a向径向呈放射状延伸，在其前端可弯曲地设置前端突起部41a、41b。前端突起部41a、41b成为当在狭槽16收纳定子线圈6时向径向延伸的形状，在收纳线圈后，成为向周向被弯折而将定子线圈6的转子侧端面卡固的弯曲状态。在该弯曲状态下，构成为，在轴部40和前端突起部41a、41b连通的弯曲部10的线圈侧、即前端突起部41a、41b的根部形成空隙8。其结果，弯曲加工时的材料的流动沿着空隙8的边缘分散，可防止板材向轴向隆起。

为了形成这样的空隙8，在弯曲加工前的前端突起部41a、41b相对于轴部40在径向延伸的状态下，在前端突起部41a、41b和轴部40之间形成楔形的槽18，将槽18的底部形成为R角形状，或如图13所示形成圆弧18a，从而成为光滑的圆弧形状。

另外，在上述的实施方式中，以把预先缠绕的线圈插入到齿4b的轴部40的构成为例作了说明，但是，在把前端突起部41a、41b形成为向径向延伸那样的形状的状态下，在齿4b缠绕线材而形成线圈，其后，将前端突起部41a、41b在周向成形，即使在这样构成的情况下，本发明也可以适用。另外，若为在定子芯安装线圈后将前端突起部41a、41b在周向成形的构成的旋转电机的话，则不限于外转型，对于内转型的旋转电机也可以适用本发明。

上述的各实施方式可以各自单独或组合进行使用。这是由于能够单独或叠加地发挥各自实施方式的效果。另外，只要不破坏本发明的特征，本发明并不限定于上述实施方式。

Claims

1.一种旋转电机，其特征在于，所述旋转电机具备：

转子，该转子在周向设有多个磁极，

定子芯，该定子芯通过层积芯板材而形成，具有圆筒部以及从该圆筒部向径向呈放射状延伸的多个齿，和

定子线圈，该定子线圈收纳在形成于所述齿间的狭槽中；

所述齿具有：

基部，该基部从所述圆筒部向径向呈放射状延伸，和

一对前端突起部，该一对前端突起部分别设于所述基部的前端，在向所述狭槽收纳所述定子线圈之前为向径向延伸的伸展状态，在收纳线圈之后为向周向弯折的弯曲状态；

在所述弯曲状态下，在所述基部与所述前端突起部连通的弯曲部的狭槽侧形成有空隙；

形成于所述弯曲部的空隙的狭槽侧与所述狭槽连通。

2.一种旋转电机，其特征在于，所述旋转电机具备：

转子，该转子在周向设有多个磁极，

定子线圈，该定子线圈收纳在形成于所述齿间的狭槽中；

所述齿具有：

基部，该基部从所述圆筒部向径向呈放射状延伸，和

在形成于所述弯曲部的空隙的狭槽侧，所述前端突起部和所述基部紧密接合。

3.一种旋转电机，其特征在于，所述旋转电机具备：

转子，该转子在周向设有多个磁极，

定子线圈，该定子线圈收纳在形成于所述齿间的狭槽中；

所述齿具有：

基部，该基部从所述圆筒部向径向呈放射状延伸，和

所述定子线圈以在所述伸展状态下把成为缠绕状态的导线外插于所述基部的方式安装；

所述伸展状态下的所述前端突起部的周向宽度尺寸设定得比所述基部的周向宽度尺寸小。

4.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，所述定子线圈以在所述伸展状态下把成为缠绕状态的导线外插于所述基部的方式安装；

5.如权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，所述定子线圈以在所述伸展状态下把成为缠绕状态的导线外插于所述基部的方式安装；

6.如权利要求3～5中任一项所述的旋转电机，其特征在于，所述多个齿从所述圆筒部的外周呈放射状形成；

所述定子芯隔着间隙配置在构成圆筒状的所述转子的内周侧。