CN102835004A - 回转电机 - Google Patents

Abstract

电动机（1）包括驱动轴（60）、转子（40）和定子（20），该转子（40）安装在该驱动轴（60）上，该定子（20）设置在该转子（40）的外周侧，并具有呈近似圆筒状的定子铁芯（30）和以分布线圈方式设置在该定子铁芯（30）上的多个线圈部（21、22、23）。定子铁芯（30）由沿周向排列的三个分割定子铁芯（31）构成，各个线圈部（21、22、23）分别设置为不跨在三个分割定子铁芯（31）中的任意两个分割定子铁芯（31）上。将多个线圈部（21、22、23）的至少一个线圈末端（21E）构成为通过比定子铁芯（30）的内周面还靠近内侧的位置。

Description

回转电机

技术领域

本发明涉及一种线圈部以分布线圈方式设置的电动机等回转电机，特别涉及一种小型化技术。

背景技术

电动机等回转电机中存在通过使导线跨在定子铁芯的多个定子齿上卷绕而设置线圈部的、所谓的分布线圈式回转电机（参照例如下述专利文献1）。在这种分布线圈式回转电机中，通常通过将转子沿轴向插入定子铁芯的内周侧从而将定子和转子组装在一起，线圈末端通常形成为向定子铁芯的外周侧突出的形状，以使各个线圈部的线圈末端在组装时不会接触转子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开特许公报特开2005－12974号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

然而，若如上所述将各个线圈部的线圈末端形成为向外周侧突出的形状，则不会为转矩的产生作出贡献的线圈末端就会变长。因此，各个线圈部的电阻会变大，会导致因铜耗而造成的效率下降。

本发明正是鉴于上述各点而完成的。其目的在于：在分布线圈式回转电机中，避免在将定子和转子组装在一起时线圈末端和转子彼此接触，并缩短线圈末端来谋求效率的提高。

－用以解决技术问题的技术方案－

第一方面的发明以下述回转电机为对象，该回转电机包括驱动轴60、转子40和定子20，该转子40安装在该驱动轴60上，并具有呈近似圆筒状的转子铁芯41，该定子20设置在该转子40的外周侧，并具有呈近似圆筒状的定子铁芯30和以分布线圈方式设置在该定子铁芯30上的多个线圈部21、22、23，所述定子铁芯30由沿周向排列的多个部件31构成，各个所述线圈部21、22、23分别设置为不跨在多个所述部件31中的任意两个部件31上，多个所述线圈部21、22、23的至少一个线圈末端21E构成为通过比所述定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置。

在第一方面的发明中，因为线圈部21、22、23的至少一个线圈末端21E构成为通过比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置，所以与线圈末端21E形成为向定子铁芯30的外周侧突出的情况相比线圈末端21E形成得更短。通过如上所述用比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的区域作为线圈末端21E、22E、23E的设置区域，则设置在相同角度位置上的多个线圈末端21E、22E、23E就不是在轴向上相重叠，而是设置为在径向上分散。由此，能够避免所述多个线圈末端21E、22E、23E彼此接触。

在第一方面的发明中，定子铁芯30由沿周向排列的多个部件31构成，各个线圈部21、22、23分别设置为不跨在所述多个部件31中的任意两个部件31上。因此，能够通过将安装有线圈部21、22、23的定子铁芯30的各个部件31从转子40的外周侧朝向径向内侧设置，来组装定子20和转子40。因此，即使线圈末端21E通过比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置，线圈末端21E在将定子20和转子40组装在一起时也不会接触转子40。

第二方面的发明，是在第一方面的发明中，多个所述线圈部21、22、23的至少一个线圈末端21E、22E、23E形成为俯视时呈直线状。

在第二方面的发明中，多个线圈部21、22、23的至少一个线圈末端22E形成为俯视时呈直线状。也就是说，该线圈末端22E通过将位于定子铁芯30的轴向端面上的两端部以最短的路径连接而形成。若如上所述形成线圈末端22E，该线圈末端22E就有可能通过比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置。但是，因为如上所述定子铁芯30由多个部件31构成，所以在将定子20和转子40组装在一起时，线圈末端22E不会接触转子40。

第三方面的发明，是在第一或第二方面的发明中，所述定子铁芯30和所述转子铁芯41分别具有凹凸部38、46，该定子铁芯30的该凹凸部38和该转子铁芯41的该凹凸部46相向，使得在该定子铁芯30和该转子铁芯41之间形成沿径向和轴向交替且连续地延伸的间隙G。

在第三方面的发明中，在定子铁芯30和转子铁芯41之间形成有沿径向和轴向交替且连续地延伸的间隙G。这么一来，定子铁芯30和转子铁芯41不仅具有在径向上相向的部分，也具有在轴向上相向的部分，彼此的相向面的面积会飞跃地增大。由此，回转电机的转矩特性会提高。

－发明的效果－

根据第一方面的发明，能够避免在将定子20和转子40组装在一起时线圈末端21E、22E、23E和转子40彼此接触，并能够谋求线圈末端21E、22E、23E的缩短化。由此，能够降低线圈末端21E、22E、23E的电阻，来抑制因铜耗而造成的效率下降。通过用比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的区域作为线圈末端21E、22E、23E的设置区域，则能够使设置在相同角度位置上的多个线圈末端21E、22E、23E不是在轴向上相重叠，而是设置为在径向上分散。由此，能够抑制线圈末端21E、22E、23E的轴向高度。并且，通过使用在现有技术中不能使用的比定子铁芯30内周面还靠近内侧的区域，则能够抑制线圈末端21E、22E、23E的设置区域向外周侧扩大，因而还能够谋求定子铁芯30的径向长度的小型化。因此，能够通过将回转电机小型化，随之进一步缩短线圈末端21E、22E、23E，来谋求回转电机的效率的提高。

根据第二方面的发明，将线圈末端22E形成为位于定子铁芯30的轴向端面上的两端部以最短的路径相连接，由此能够进一步缩短线圈末端22E，进一步抑制因铜耗而造成的效率下降。

根据第三方面的发明，通过使定子铁芯30和转子铁芯41的相向面的面积飞跃地增大，来使回转电机的转矩特性提高，则能够谋求效率的提高。

若在定子铁芯30和转子铁芯41上分别设置凹凸部38、46，回转电机本身的径向尺寸就会变大。然而，通过如上所述使用比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的区域，则能够抑制线圈末端21E、22E、23E的设置区域向外周侧扩大，来谋求将定子铁芯30的径向长度小型化。因此，能够在不会导致回转电机的大型化的情况下谋求效率的提高。

附图说明

图1是纵向剖视图，示意地示出本发明的实施方式所涉及的电动机的结构。

图2是俯视图，示出本实施方式中的电动机的结构。

图3是示出分割定子铁芯的结构的立体图。

图4是转子的立体图。

图5是转子铁芯的侧视图。

图6是纵向剖视图，放大地示出定子和转子组装在一起的部分。

图7是俯视图，示出其它实施方式中的电动机的结构。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式加以详细的说明。

〈发明的实施方式〉

－概要－

图1是纵向剖视图，示意地示出本发明的实施方式所涉及的电动机1的结构。所述电动机1包括定子20、转子40和驱动轴60，这些部件收纳在机壳70内。所述电动机1是所谓的IPM（Interior Permanent Magnet：内置式永磁）电动机。

所述机壳70具有筒部70a和端板70b，该筒部70a呈圆筒状，该端板70b封闭该筒部70a的两端部，并且支承所述驱动轴60自由旋转。与后述的定子铁芯30一样，筒部70a以120°的间隔被分割。驱动轴60经由轴承61被端板70b支承自由旋转。

应予说明，在以下说明中，轴向指驱动轴60的轴心方向，径向指与所述轴心垂直相交的方向；外周侧指离所述轴心较远的一侧，内周侧指离所述轴心较近的一侧；重叠位置指后述重叠板的轴向上的位置。

－定子20－

如图2所示，所述定子20包括定子铁芯30和线圈部21、22、23，该线圈部21、22、23通过将导线卷绕多次使其形成近似矩形而构成。如图3所示，定子铁芯30构成为将多个电磁钢板（重叠板）在轴向上重叠而成的重叠式铁芯。

如图2所示，所述定子铁芯30包括铁芯背（core back）部35和多个定子齿部34，该铁芯背部35呈近似圆筒状，该多个定子齿部34从该铁芯背部35朝向径向内侧突出。定子铁芯30由沿周向排列的多个部件构成。具体而言，在本实施方式中，定子铁芯30由以120°的间隔分割成的三个呈圆弧形的分割定子铁芯31构成。该三个分割定子铁芯31设置为：在周向上相邻的分割定子铁芯31的端面彼此接触。在三个分割定子铁芯31的外周面上，分别通过焊接等方式固定同样被分割的所述机壳70的筒部70a，这一点的详情后述。

在本实施方式中，所述定子齿部34设置有三十六个，在各个定子齿部34之间形成有相同数量的空间。该空间构成收纳所述线圈部21、22、23的线圈用槽37。具体而言，在一个分割定子铁芯31上形成有十二条线圈用槽37。

所述各个定子齿部34的顶端部构成为俯视时呈四边形且其周向宽度比主体的位于基端部侧（铁芯背部35侧）的部分更宽的齿顶部36。如图3所示，在各个齿顶部36的周向剖面上，该齿顶部36的位于径向内侧的端面形成为凹凸状。以下，称各个齿顶部36的凹凸状部分为定子侧凹凸部38，称该定子侧凹凸部38的位于径向内侧的端面中最靠近外周侧的面为底面，称该位于径向内侧的端面中的其它面为顶面。具体而言，该定子侧凹凸部38具有第一顶面38a、第二顶面38b和底面38c。

所述定子侧凹凸部38，能够通过根据重叠板33的重叠位置改变形成齿顶部36的重叠板33的径向长度（齿顶长度）而形成。具体而言，由形成为径向长度相同且形成所述第一顶面38a的多个重叠板33的内侧端部（比第二顶面38b还靠近内周侧的部分）形成第一凸部38A；由形成为径向长度相同且形成所述第二顶面38b的多个重叠板33的内侧端部（比底面38c还靠近内周侧的部分）形成第二凸部38B。

如图2所示，在本实施方式中，在各个分割定子铁芯31上设置有六个所述线圈部21、22、23，即共计有十八个线圈部21、22、23，构成为所谓的分布线圈方式。各个线圈部21、22、23分别通过导线跨在多个定子齿部34上卷绕而构成。

具体而言，所述定子20包括U相线圈部21、V相线圈部22和W相线圈部23。在本实施方式中，U相线圈部21、V相线圈部22和W相线圈部23分别设置有六个，在各个分割定子铁芯31上分别设置有两个。通过向该各个线圈部21、22、23的线圈供给规定的电力，则能够在定子20上产生旋转磁场。应予说明，各个线圈部21、22、23具有分别从定子铁芯30的轴向端面沿轴向突出的线圈末端21E、22E、23E。各个线圈部21、22、23的线圈末端21E、22E、23E的设置结构后述。

－转子40－

如图4所示，所述转子40包括转子铁芯41和多个磁铁42。所述转子铁芯41是将多个电磁钢板（重叠板43）在轴向上重叠而构成的重叠铁芯，该转子铁芯41形成为圆筒状。

在所述转子铁芯41的中心形成有轴孔47，驱动轴60插入该轴孔47内。在转子铁芯41上形成有多条分别收纳所述多个磁铁42中的一个磁铁42的磁铁用槽44。各条磁铁用槽44绕轴孔47的轴心以60°的间距形成。也就是说，各条磁铁用槽44形成为相对于轴孔47的轴心成轴对称。各条磁铁用槽44形成为俯视时（沿轴孔47的轴向看时）呈近似“U”字形，沿转子铁芯41的轴向贯通该转子铁芯41。各条磁铁用槽44的周向两端部延伸到转子铁芯41的外周附近。应予说明，称转子铁芯41的形成磁铁用槽44的周向端部的部分（外周部分中较细的部分。参照图4）为桥部44a。

所述磁铁42保持在磁铁用槽44的中央附近。该磁铁42的全长比磁铁用槽44的全长短，在各条磁铁用槽44收纳磁铁42的状态下，在各条磁铁用槽44的周向两端部位上分别形成有间隙45。

如图5所示，转子铁芯41的位于径向外侧的端面形成为在轴向剖面上呈凹凸状。以下，称转子铁芯41的凹凸状部分为转子侧凹凸部46，称该转子侧凹凸部46的位于径向外侧的端面中最靠近内周侧的面为底面，称该位于径向外侧的端面中的其它面为顶面。具体而言，如图5所示，该转子侧凹凸部46具有第一顶面46a、第二顶面46b和底面46c。

所述转子侧凹凸部46，能够通过根据重叠板43的重叠位置改变重叠板43的直径而形成。具体而言，由形成为直径相同且形成第一顶面46a的多个重叠板43的外侧端部（比第二顶面46b还靠近外周侧的部分）形成第一凸部46A；由形成为直径相同且形成第二顶面46b的多个重叠板43的外侧端部（比底面46c还靠近外周侧的部分）形成第二凸部46B。

－立体间隙－

图6是示出定子20和转子40组装在一起的状态的剖视图。如图6所示，在定子20和转子40已组装在一起时，定子铁芯30和转子铁芯41隔着沿径向和轴向交替且连续地延伸的间隙G在径向和轴向上彼此相向。具体而言，在径向上，转子侧凹凸部46的第一凸部46A的第一顶面46a和定子侧凹凸部38的底面38c相向，转子侧凹凸部46的第二凸部46B的第二顶面46b和定子侧凹凸部38的第二凸部38B的第二顶面38b相向，转子侧凹凸部46的底面46c和定子侧凹凸部38的第一凸部38A的第一顶面38a相向，并且在相向的面之间分别形成有沿轴向延伸的间隙。在轴向上，转子侧凹凸部46的第一凸部46A的轴向端面和定子侧凹凸部38的第二凸部38B的轴向端面相向，转子侧凹凸部46的第二凸部46B的轴向端面和定子侧凹凸部38的第一凸部38A的轴向端面相向，并且在相向的面之间分别形成有沿径向延伸的间隙。因为具有上述结构，所以在定子铁芯30和转子铁芯41之间，由定子侧凹凸部38和转子侧凹凸部46形成有沿径向和轴向交替且连续地延伸的间隙（立体间隙）。在本实施方式中，间隙G的径向尺寸和轴向尺寸均为0.3mm。

－线圈末端的设置结构－

如图2和图3所示，在本实施方式中，所述各个线圈部21、22、23的线圈末端21E、22E、23E如下所述设置。

U相线圈部21的线圈末端21E从定子铁芯30的轴向端部沿轴向突出后即向径向内侧倾倒，设置在比其它相位的线圈部22、23的线圈末端22E、23E还靠近径向内侧的位置上。如图2所示，U相线圈部21的线圈末端21E通过比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置。

V相线圈部22的线圈末端22E从定子铁芯30的轴向端部沿轴向突出。V相线圈部22的线圈末端22E形成为以最短的路径将收纳所述V相线圈部22的线圈用槽37连接在一起。V相线圈部22的线圈末端22E形成为俯视时呈直线状。

W相线圈部23的线圈末端23E形成为：该线圈末端23E在从定子铁芯30的轴向端部沿轴向突出后不是倾倒，而是沿定子铁芯30的周向弯曲。

－电动机的组装方法－

首先，通过焊接等方式将已分割成三个部分的机壳70的筒部70a的分割片分别固定在各个分割定子铁芯31上（参照图3）。还有，将各个线圈部21、22、23安装在各个分割定子铁芯31上。应予说明，各个线圈部21、22、23事先形成为将导线卷绕多次的状态。线圈部21、22、23依次安装在多个定子齿部34上，使得各个线圈部21、22、23跨在多个定子齿部34上。

另一方面，在进行上述工序时，也将转子40固定在驱动轴60上。然后，将该驱动轴60安装在机壳70的端板70b上。

接着，将安装有各个线圈部21、22、23的各个分割定子铁芯31和转子40组装起来。具体而言，将各个分割定子铁芯31从转子40的外周侧朝向径向内侧移动到设置位置上，将固定在各个分割定子铁芯31上的机壳70的筒部70a的分割片固定在端板70b的规定位置上。此时，将各个分割定子铁芯31和转子40组装为：在定子铁芯30和转子铁芯41之间形成沿径向和轴向交替且连续地延伸的间隙G。通过以上工序步骤组装电动机1。

－实施方式的效果－

通过以上工序步骤，则在所述电动机1中，定子铁芯30由沿周向排列的三个分割定子铁芯31构成，各个线圈部21、22、23分别设置为不跨在所述三个分割定子铁芯31中的任意两个分割定子铁芯31上。因此，能够通过将安装有线圈部21、22、23的各个分割定子铁芯31从转子40的外周侧朝向径向内侧移动进行组装，从而将定子20和转子40组装在一起。因此，在任何线圈末端21E、22E、23E通过比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置的情况下，都能够避免线圈末端21E、22E、23E在将定子20和转子40组装在一起时接触转子40。

在所述电动机1中，因为至少一个线圈部（在本实施方式中为U相线圈部21）的线圈末端21E构成为通过比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置，所以与所述线圈末端21E形成为向定子铁芯30的外周侧突出的情况相比能够将线圈末端21E形成得更短。因此，根据本电动机1，能够避免在将定子20和转子40组装在一起时线圈末端21E、22E、23E和转子40彼此接触，并谋求线圈末端21E、22E、23E的缩短化，能够降低线圈末端21E、22E、23E的电阻，来抑制因铜耗而造成的效率下降。

在所述电动机1中，通过用比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的区域作为线圈末端21E、22E、23E的设置区域，则能够将设置在相同角度位置上的多个线圈末端21E、22E、23E不是在轴向上重叠在一起，而是设置为在径向上分散。由此，能够抑制线圈末端21E、22E、23E的轴向高度。并且，通过使用在现有技术中不能使用的比定子铁芯30内周面还靠近内侧的区域，则能够抑制线圈末端21E、22E、23E的设置区域向外周侧扩大，因而还能够谋求定子铁芯30的径向长度的小型化。因此，能够通过将电动机1小型化，随之进一步缩短线圈末端21E、22E、23E，来谋求电动机1的效率的提高。

而且，在所述电动机1中，多个线圈部21、22、23中的至少一个线圈末端（在本实施方式中为V相线圈末端22E）形成为：位于定子铁芯30的轴向端面上的两端部以最短的路径相连接，该线圈末端在俯视时呈直线状。通过如上所述形成线圈末端22E，则能够进一步缩短线圈末端22E，进一步抑制因铜耗而造成的效率下降。而且，即使如上所述形成线圈末端22E，使得该线圈末端22E通过比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置，因为如上所述定子铁芯30由三个分割定子铁芯31构成，所以在将定子20和转子40组装在一起时也能够避免线圈末端22E接触转子40。

根据所述电动机1，通过将定子铁芯30和转子铁芯41构成为在两个铁芯30、41之间形成沿径向和轴向交替且连续地延伸的间隙G，则能够使两个铁芯30、41的相向面的面积飞跃地增大。由此，能够使电动机1的转矩特性提高，能够谋求效率的提高。若如上所述在定子铁芯30和转子铁芯41上分别设置凹凸部38、46，电动机1本身的径向尺寸就会变大。然而，通过如上所述使用比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的区域，则能够抑制线圈末端21E、22E、23E的设置区域向外周侧扩大，来谋求将定子铁芯30的径向长度小型化。因此，在不会导致电动机1的大型化的情况下即能够谋求效率的提高。

（其它实施方式）

在上述实施方式和各个变形例中也可以采用以下结构。

所述各个线圈部21、22、23的设置结构并不限于上述实施方式中的设置结构。各个线圈部21、22、23只要分别设置为不跨在所述三个分割定子铁芯31中的任意两个分割定子铁芯31上即可。

在上述实施方式中，构成为U相线圈部21的线圈末端21E通过比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置，但也可以构成为：V相线圈部22的线圈末端22E或W相线圈部23的线圈末端23E通过比定子铁芯30的内周面还靠近内侧的位置。

在上述实施方式中，仅有V相线圈部22的线圈末端22E形成为俯视时呈直线状，但如图7所示，也可以将U相线圈部21的线圈末端21E形成为俯视时呈直线状，还可以将W相线圈部23的线圈末端23E形成为俯视时呈直线状。即使是在以上结构下，也能够谋求各个线圈末端21E、22E、23E的缩短化，因而能够降低线圈末端21E、22E、23E的电阻，来抑制因铜耗而造成的效率下降。

应予说明，所述实施方式中的间隙G的尺寸只不过是一例而已，也可以采用其它尺寸。再说，所述间隙G的轴向长度和径向长度可以互不相同。

在上述实施方式中，定子侧凹凸部38和转子侧凹凸部46分别形成为具有两个凸部（第一凸部38A、46A和第二凸部38B、46B），但两个凹凸部38、46的形状并不限于此。例如，定子侧凹凸部38和转子侧凹凸部46也可以分别形成为具有一个凸部，还可以分别形成为具有三个以上的凸部。

在上述实施方式中，作为本发明所涉及的回转电机的例子对电动机1进行了说明。但是，本发明所涉及的回转电机也可以是包括与上述实施方式相同的定子20和转子40的发电机。

再说，本发明也可以应用于转子40不包括磁铁的磁阻式回转电机。

应予说明，以上实施方式是本质上优选之例，没有意图对本发明、本发明的应用对象或其用途的范围加以限制。

－产业实用性－

综上所述，本发明对线圈部以分布线圈方式设置的电动机等回转电机很有用。

－符号说明－

1－电动机（回转电机）；20－定子；21、22、23－线圈部；21E、22E、23E－线圈末端；30－定子铁芯；31－分割定子铁芯（部件）；38－定子侧凹凸部（凹凸部）；40－转子；41－转子铁芯；46－转子侧凹凸部（凹凸部）；60－驱动轴；G－间隙。

Claims (3)

1.一种回转电机，该回转电机包括驱动轴（60）、转子（40）和定子（20），该转子（40）安装在该驱动轴（60）上，并具有呈近似圆筒状的转子铁芯（41），该定子（20）设置在该转子（40）的外周侧，并具有呈近似圆筒状的定子铁芯（30）和以分布线圈方式设置在该定子铁芯（30）上的多个线圈部（21、22、23），其特征在于：

所述定子铁芯（30）由沿周向排列的多个部件（31）构成，

各个所述线圈部（21、22、23）分别设置为不跨在多个所述部件（31）中的任意两个部件（31）上，

多个所述线圈部（21、22、23）的至少一个线圈末端（21E）构成为通过比所述定子铁芯（30）的内周面还靠近内侧的位置。

2.根据权利要求1所述的回转电机，其特征在于：

多个所述线圈部（21、22、23）的至少一个线圈末端（21E、22E、23E）形成为俯视时呈直线状。

3.根据权利要求1或2所述的回转电机，其特征在于：

所述定子铁芯（30）和所述转子铁芯（41）分别具有凹凸部（38、46），该定子铁芯（30）的该凹凸部（38）和该转子铁芯（41）的该凹凸部（46）相向，使得在该定子铁芯（30）和该转子铁芯（41）之间形成沿径向和轴向交替且连续地延伸的间隙（G）。

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