CN102957231B

CN102957231B - 定子以及马达

Info

Publication number: CN102957231B
Application number: CN201210256535.6A
Authority: CN
Inventors: R·埃尔森; 胡亚波; 梶信藤
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2011-08-20
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2032-07-23
Also published as: CN102957231A; US8760027B2; CN102957232B; CN202840709U; JP2013046420A; CN202817929U; US20130043758A1; CN102957232A

Abstract

本发明提供一种定子以及马达，其具有环状的铁心背部、多个齿部和绝缘部。齿部从铁心背部的周面沿径向延伸。在各齿部装设绝缘部。绝缘部具有筒部和卷线。卷线的截面为圆形，且构成线圈。在相邻的齿部之间配置齿槽。设齿槽的个数为N、α为角度180度除以齿槽数所得的数、d₂为铁心背部的内径、TW为齿部在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度、S为卷线宽度、L_i为绝缘部中的由铁心背部的内侧面和线圈所夹的部位的宽度。齿部的宽度TW用以下算式表示。整数M为2、3、4中的任意一个。

Description

定子以及马达

技术领域

本发明涉及一种具有卷线的定子以及具有定子的马达。

背景技术

一般，马达和发电机等旋转电机具有定子和转子。转子相对于定子绕中心轴线相对旋转。定子铁心具有大致圆环状的铁心背部和多个齿。例如，在所谓的内转子型马达的定子铁心中，各齿从铁心背部的内周面朝向径向内侧延伸，并且沿周向等间隔配置。在外转子型的马达中，各齿从铁心背部的外周面朝向径向外侧延伸。并且，在各齿的末端部分别配置有沿周向延伸的伞部。伞部在径向与转子对置。

在各齿隔着绝缘部等绝缘体配置有线圈。线圈通过在齿周围卷绕卷线而构成。通常，绝缘部由两个部件构成。将这些部件配置于齿时，这两个部件相组合而构成一个绝缘部。配置于齿的状态下的绝缘部为筒状的部件。换言之，齿的与齿延伸方向垂直的方向的周围被绝缘部包围。

伞部的周向的宽度比绝缘部的周向的宽度宽。由于筒自身，伞部防止了筒状的绝缘部从铁心背部侧朝向齿末端沿径向脱落。并且，在永久磁铁同步型马达中，通过在齿配置伞部，来自配置于转子的磁铁的磁通容易流入到齿中。

在线圈卷绕卷线的方法主要有两种。一种为固定绕线机的嘴部的位置，通过使定子铁心自身相对嘴部移动来卷绕卷线的方法。另一种方法为固定定子铁心的位置，通过使绕线机的嘴部绕着各齿移动来卷绕卷线的方法。

但是，无论其中哪一种方法，若绕线机的嘴部不进入到相邻的齿与齿之间的空隙（以下，称作齿槽），嘴部就不能卷绕卷线。因此，在齿上卷绕的卷线的量被嘴部的粗细和移动所限制。

并且，在齿末端配置有伞部。因此，相邻的伞部与伞部之间的周向的间隔比相邻的齿与齿之间的间隔小。其结果，嘴部必须穿过相邻的伞部与伞部之间的间隙而进入齿槽。因此，嘴部相对于齿槽的位置必须正确，且必须减缓嘴部的移动。其结果，卷线的卷绕很花费时间，马达的生产率明显降低。并且，若相邻的伞部与伞部间的周向的间隔窄，则不能从该间隙进入齿槽。其结果是，嘴部不能在齿周围充分卷绕卷线，对各齿卷绕的卷线的量减少。其结果，定子的占空系数降低。

因此，正在考虑一种不在齿上配置伞部的定子铁心。在不在齿上配置伞部的定子铁心中，不会由于伞部而妨碍嘴部相对于齿的移动。也就是说，与在齿上配置伞部的定子铁心相比，不在齿上配置伞部的定子铁心中，嘴部更容易进入齿槽。因此，能够增加对各齿卷绕的卷线的量。其结果是，提高了定子的占空系数。

并且，在具有伞部的定子铁心中，筒状的绝缘部在径向难以从齿末端嵌入铁心背部侧。这是因为通常齿的周向的宽度比伞部的周向的宽度大。因此，绝缘部由两个部件构成，使两个部件从与齿的延伸方向不同的方向嵌合。通常，构成绝缘部的两个部件相对于各齿分别从轴向一侧与轴向另一侧嵌入，从而形成一个筒状的绝缘部。

现有技术文献

专利文献1：日本专利公开公报第2011-135640号

专利文献2：日本专利公开公报第2002-305851号

专利文献3：日本专利公开公报第2010-051087号

专利文献4：日本专利公开公报第2010-246269号

但是，在不在齿上配置伞部的定子铁心中，不需将构成绝缘部的两个部件从轴向嵌入。也就是说，在具有没有伞部的齿的定子铁心中，预先在筒状的为一个单体部件的绝缘部卷绕卷线来构成线圈。并且，具有线圈的绝缘部从齿末端朝向铁心背部侧沿径向嵌入至齿。

并且，在筒状的绝缘部从径向嵌入至齿时，绝缘部的内侧面与齿的外侧面接触。因此，限制了绝缘部的轴向的移动。另一方面，绝缘部能够相对于齿沿径向相对移动。

若将绝缘部用于定子铁心与线圈间的绝缘，则齿槽处的配置线圈的空间会减少绝缘部的厚度的量。并且，为了确保大的齿槽处的绕线用空间，也考虑将齿的周向的宽度变窄。但是，若齿的宽度过于狭窄，则在齿容易产生磁饱和。

本发明的目的是提供一种既能够抑制齿部的磁饱和又能够提高卷线的占空系数的定子。

发明内容

在本发明所涉及的一优选实施方式中，定子具有铁心背部、多个齿部以及绝缘部。铁心背部为以中心轴线为中心的大致环状。齿部从铁心背部的周面朝向径向内侧或径向外侧延伸。在各齿部装设绝缘部。绝缘部具有筒部、第一凸缘部、第二凸缘部和卷线。筒部具有供齿部贯穿插入的贯通孔。第一凸缘部配置在所述筒部的一侧的开口端。第二凸缘部配置在筒部的另一侧的开口端。卷线的截面为大致圆形，其卷绕在筒部从而构成线圈。在相邻的齿部与齿部之间分别配置有齿槽。设齿槽的个数为N，α为角度180度／齿槽数N（180度除以齿槽数所得的数）、d₁为铁心背部的外径、d₂为铁心背部的内径、d₃为卷线的直径，TW为从轴向观察时齿部在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度、S为卷线宽度、L_i为绝缘部在径向的由铁心背部的内侧面与所述线圈所夹的部位的宽度、y为径向上的铁心背部的宽度、n₁为表示卷线层数的正整数、n₂为一层线圈的匝数。

卷线宽度S用以下算式表示。

S = \frac{\sqrt{3}}{2} d_{3} (n_{1} - 1) + d_{3}

齿槽的配置卷线的空间的长度L用以下算式表示。

L = \frac{d_{1} - d_{2}}{2} - y - {2 L}_{i}

匝数n₂利用int函数用以下算式表示。

n_{2} = int (\frac{L}{d_{3}})

齿部的宽度TW用以下算式表示。

\frac{d_{2}}{M} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

其中，整数M为2、3、4中的任意一个。

并且，马达具有上述的定子和转子。转子具有多个转子磁铁，转子能够相对于所述定子绕所述中心轴线相对旋转。

并且，另一马达具有上述的定子和转子。转子具有多个转子磁铁，转子能够相对于定子绕中心轴线旋转。并且，整数M为2，在转子磁铁为钕磁铁时，齿部的宽度TW在以下算式的范围内。

\frac{1}{2} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

并且，又一马达具有上述的定子和转子。转子具有多个转子磁铁，转子能够相对于所述定子绕所述中心轴线旋转。并且，整数M为3，在转子磁铁为铁氧体磁铁时，齿部的宽度TW在以下算式的范围内。

\frac{1}{3} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

既能够防止齿部处的磁饱和又能提高定子的卷线的占空系数。并且，即使在使用钕磁铁（粘结钕磁铁或烧结钕磁铁等）或铁氧体磁铁作为转子磁铁的转子中，也能够防止磁饱和并提高定子的占空系数。并且，在使用了上述定子的马达中，能够产生高转矩。

根据以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。

附图说明

图1为优选实施方式中的马达的俯视图。

图2为优选实施方式中的定子铁心的俯视图。

图3为优选实施方式中的定子铁心的剖视图。

图4为优选实施方式中的转子的俯视图。

图5为优选实施方式中的绝缘部的图。

图6为表示优选实施方式中的安装了绝缘部的齿部的图。

图7为齿部末端的局部放大图。

具体实施方式

在以下的说明中，将马达的中心轴线方向的上侧简称为“上侧”，将下侧简称为“下侧”。另外，上下方向并不代表马达组装入实际设备时的位置关系和方向。

图1为本发明所涉及的优选实施方式中的马达100的俯视图。图2为本发明所涉及的优选实施方式中的定子铁心10的俯视图。图3为优选实施方式中的定子铁心10的剖视图。图3表示图2中的定子铁心10的B-B截面。

如图1所示，马达100具有定子1和转子2。马达100为所谓的内转子型马达。在本实施方式中，马达100为永久磁铁同步型马达。转子2配置成与定子1在径向对置。转子2能够相对于定子1以中心轴线J1为中心在周向相对旋转。定子1具有定子铁心10、绝缘部3和线圈4。转子2具有转子铁心21、多个转子磁铁22、以及轴23。

如图1、图2以及图3所示，定子铁心10具有铁心背部11以及多个齿部12。定子铁心10为层压钢板，定子铁心10通过在轴向层叠多张电磁钢板而构成。这些层叠起来的电磁钢板之间例如通过铆接或激光焊接等而相互固定。另外，也可通过其他的方法将这些电磁钢板相互固定。并且，除了电磁钢板以外，定子铁心10也可使用压粉铁心等。

从轴向观察时，铁心背部11为圆环状。各齿部12从铁心背部11的内周面朝向径向内侧延伸。并且，多个齿部12在周向等间隔地配置在铁心背部11的内周面上。另外，多个齿部也可在周向非等间隔地配置在铁心背部11的内周面上。在优选的实施方式中，齿槽数（相邻的齿部与齿部之间的间隙（齿槽）的个数）N为24。齿槽数N也可为24以外的值。齿槽数N也可采用4、8、12、14、16、18、20、24、28、30、32、36、48、52、56、60、64等中的任意一值。

如图2所示，在铁心背部11的外侧面配置多个槽部111。槽部111在周向等间隔地配置在铁心背部11的外侧面。槽部111配置在多个齿部12中至少一个齿部12的延伸方向。槽部111相对于中心轴线J1对称配置。如图2所示，从轴向观察时，槽部111的外形为大致半圆形。在铁心背部11的外侧面，槽部111沿轴向延伸。在此，槽部111在铁心背部11的外侧面上从轴向上侧的端面延伸到轴向下侧的端面。

另外，槽部111也可不必从轴向上侧的端面延伸到轴向下侧的端面。也可以是，在铁心背部11的外侧面上，槽部111从轴向一侧的端面或者轴向另一侧的端面中的任一端面延伸到轴向的轴向一侧端面与轴向另一侧端面之间的位置。并且，槽部111也可不必配置在铁心背部11的外侧面。也可在铁心背部11的轴向上侧的的端面以及轴向下侧的端面中的至少任一端面配置沿轴向凹陷的槽部111。

并且，槽部111的外形并不限于从轴向观察时为大致半圆形。例如，槽部111的外形也可在从轴向观察时为矩形或多边形等，并不特别限定。

并且，在本实施方式中，在铁心背部11的外侧面的周向的多个地方进行了激光焊接。焊接在槽部111的周向的两侧相邻位置进行。另外，焊接的位置能够进行适当变更。

在铁心背部11的外侧面配置有多个突出部13。多个突出部13在周向等间隔配置。在本实施方式中，突出部13配置在六个地方。换言之，突出部13以中心轴线J1为中心60度等分配置。从轴向观察时，突出部13的外形为大致半圆形。突出部13的外形并不特别限定。例如，突出部13的外形从轴向观察时也可为大致矩形或多边形。

如图1以及图2所示，各突出部13分别具有贯通孔131。贯通孔131从轴向上侧的端面到轴向下侧的端面贯通突出部13。例如在将定子铁心1安装在壳体等时，在贯通孔131插入有螺丝或螺丝钉等。

图4为优选实施方式中的转子2的俯视图。转子铁心21为层压钢板，转子铁心21通过层叠多张电磁钢板而构成。层叠起来的各电磁钢板例如通过铆接或激光焊接等方法而相互固定。在层叠起来的各电磁钢板通过铆接相固定时，例如在转子铁心21的轴向上侧以及下侧的端面施加用于铆接的外力。在层叠起来的电磁钢板之间通过激光焊接而固定时，在转子铁心21进行焊接的位置例如为在转子铁心21的外侧面的周向的多个地方。另外，焊接也可为激光焊接以外的焊接方法。并且，层叠起来的各电磁钢板之间的固定也可并用铆接和焊接两者。并且，层叠起来的各电磁钢板之间的固定并不限定于铆接和焊接，也可利用粘结等其他方法。

并且，在转子铁心21的大致中央配置有轴孔24。在本实施方式中，轴孔24从轴向上侧的端面到轴向下侧的端面沿轴向贯通转子铁心21。轴23被插入轴孔24而固定。轴23例如通过压入或粘结等固定于轴孔24。另外，轴孔24也可不必从轴向一侧的端面沿轴向贯通到另一侧的端面。并且，轴23也可通过压入和粘结以外的方法固定于轴孔24。

如图4所示，在转子铁心21的外侧面配置有多个转子磁铁22。第一实施方式中的转子2为SPM马达（Surface Permanent Magnet Motor：表面式永磁马达）的结构。各转子磁铁22通过粘结、压入、焊接或者铆接等方法中的至少任意一种方法固定于转子铁心21的外侧面。另外，转子磁铁22也可通过这些方法以外的方法固定于转子铁心21的外侧面。如图4所示，从轴向观察时，各转子磁铁22相对于中心轴线J1对称地配置在转子铁心21的外侧面。如图1所示，马达100组装起来时，转子磁铁22与齿部12在径向对置。

在优选实施方式中，表示磁极的个数的极数P为8。另外，极数8可以根据马达100的规格或齿槽数N而进行适当变更。例如，表示磁极的个数的磁极数P也可采用为2的倍数的值。

并且，转子2也可采用IPM马达（Interior Permanent Magnet Motor：内置式永磁马达）的结构。即，转子铁心21也可具有分别配置转子磁铁22的多个磁铁孔或者多个磁铁凹部。磁铁孔从转子铁心11的轴向上侧的端面到轴向下侧的端面沿轴向贯通转子铁心11，并且在周向等间隔配置。磁铁凹部在转子铁心11的轴向上侧的端面以及轴向下侧的端面中的至少任一端面沿轴向凹陷地配置，且在周向等间隔配置。此时，转子磁铁22配置在各磁铁孔或者磁铁凹部中。转子磁铁22通过压入或粘结等方法固定于各磁铁孔或者磁铁凹部。

图5表示优选实施方式中的绝缘部3的形状。在图5中的（a）、（b）、（c）以及（d）分别为绝缘部3的主视图、左侧剖视图、右侧剖视图以及俯视图。

如图5的（a）至（d）所示，绝缘部3为筒状的部件。绝缘部3具有筒部31。筒部31具有贯通孔311。贯通孔311沿筒部31的长度方向延伸。如图7所示，绝缘部3以齿部12穿过贯通孔311的方式安装于齿部12。从筒部31的长度方向观察时，贯通孔311的开口端在长度方向一侧以及另一侧分别为矩形。并且，将齿部12假想沿轴向切断时的截面形状为与贯通孔311的开口端相似的矩形。

如图5所示，在筒部31的长度方向一侧的端部配置第一凸缘部32。第一凸缘部32从筒部31的长度方向一侧的端部沿与筒部31的长度方向大致垂直的方向延伸。在筒部31的长度方向另一侧的端部配置第二凸缘部33。第二凸缘部33从筒部31的长度方向另一侧的端部沿与筒部31的长度方向大致垂直的方向延伸。筒部31比第二凸缘部33向长度方向另一侧突出。如图1所示，绝缘部3安装在齿部12时，第一凸缘部32位于齿部12的径向内侧。第二凸缘部33位于齿部12的径向外侧。换言之，第一凸缘部32位于齿部12的末端侧。第二凸缘部33位于齿部12与铁心背部11的连接部侧。

从长度方向观察筒部31时，如图5的（a）所示，第一凸缘部32的外形以及第二凸缘部33的外形分别为大致矩形。并且，从筒部31的长度方向观察时，第一凸缘部32的外形与第二凸缘部33的外形大致相同。

在第一凸缘部32的轴向上侧配置有向轴向上侧突出的第一上侧突起部321。在第一凸缘部32的轴向下侧配置有向轴向下侧突出的第一下侧突起部322。在第二凸缘部33的轴向上侧配置有向轴向上侧突出的第二上侧突起部331。在第二凸缘部33的轴向下侧配置有向轴向下侧突出的第二下侧突起部332。

在本实施方式中，第一上侧突起部321、第一下侧突起部322、第二上侧突起部331、第二下侧突起部332的形状分别为相同形状。第一上侧突起部321、第一下侧突起部322、第二上侧突起部331、第二下侧突起部332的形状呈大致长方体形状。但是，第一上侧突起部321、第一下侧突起部322、第二上侧突起部331、第二下侧突起部332的形状并不特别限定，例如为圆柱状、圆锥、多棱柱等，并不特别限定。并且，各突起部321、322、331、332也可为相互不同的形状，也可包括相同形状的突起部。

如图1和图5所示，第一上侧突起部321和第一下侧突起部322的径向的宽度分别比第一凸缘部32的径向的宽度小。第二上侧突起部331和第二下侧突起部332的径向的宽度分别比第二凸缘部33的径向的宽度小。并且，第二上侧突起部331和第二下侧突起部332在筒部31的长度方向位于比第二凸缘部33的径向外侧的端部靠第一凸缘部32侧的位置。也就是说，在筒部31的长度方向，在第二凸缘部33的长度方向另一侧的端部与第二上侧突起部331之间存在间隙。在长度方向，在第二凸缘部33的长度方向另一侧的端部与第二下侧突起部332之间也存在间隙。

并且，如图1和图5所示，在与筒部31的长度方向大致垂直的方向，第一上侧突起部321和第一下侧突起部322的宽度分别比第一凸缘部32的宽度小。在与筒部31的长度方向大致垂直的方向，第二上侧突起部331和第二下侧突起部332的宽度分别比第二凸缘部33的宽度小。

如图1所示，在绝缘部3安装于齿部12时，第二凸缘部33和筒部31间的连接部的至少一部分与铁心背部11在轴向重叠。第二上侧突起部331的至少一部分与第二下侧突起部332的至少一部分分别与铁心背部11在轴向重叠。并且，在绝缘部3安装于齿部12时，齿部12的末端比第一凸缘部32向径向内侧突出。另外，在外转子型的情形下，齿部12的末端比第一凸缘部32向径向外侧突出。

如图1所示，在各绝缘部3的筒部31配置线圈4。线圈4通过卷绕卷线而构成。线圈4通过汇流条等与电路板（省略图示）和外部电源（省略图示）连接。当电流通过电路板从外部电源流过线圈4，在线圈4产生磁通。通过从线圈4产生的磁通与从转子磁铁22产生的磁通间的相互作用，在转子2与定子1之间产生旋转转矩。由此，转子2能够相对于定子1以中心轴线J1为中心相对旋转。

并且，在径向，齿部12的宽度大致恒定。此处所说的齿部12的宽度是指从轴向观察时齿部12在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度。在定子1的组装时，预先在绝缘部3的筒部31卷绕卷线而构成线圈4。并且，在绝缘部3具有线圈4的状态下，将绝缘部3嵌入齿部12。由此，能够将绝缘部3容易地安装至齿部12。并且，在将绝缘部3嵌入齿部12后，不需要在绝缘部3卷绕卷线。其结果是，在使用绕线机来构成线圈时，无需使嘴部或定子铁心自身作复杂的动作就能够容易地将绝缘部3安装至各齿部12。其结果是，能够减少马达或发电机等旋转电机的组装工序。并且，因为能够预先在绝缘部3卷绕卷线，所以嘴部相对于定子铁心的相对移动不易受定子铁心的形状所限制。因此，能够增大线圈4的匝数。其结果是，与具有带有伞部的齿的定子相比，能够提高占空系数。

如图1所示，从轴向观察时的各线圈4的周向的宽度分别比第一凸缘部32和第二凸缘部33的周向的宽度窄。并且，虽然没有图示，但线圈4的轴向上侧的部位位于比第一上侧突起部321和第二上侧突起部331靠轴向下侧的位置。同样，线圈4的轴向下侧的部位位于比第一下侧突起部322和第二下侧突起部332靠轴向上侧的位置。换言之，线圈4的轴向的尺寸比从第一上侧突起部321到第一下侧突起部322的轴向尺寸小。线圈4的轴向的尺寸比从第二上侧突起部331到第二下侧突起部332的轴向尺寸小。由此，防止了线圈4与相邻的其他的线圈4接触。并且，在从外部施加了冲击的时候，即使线圈4要在绝缘部3的筒部31上移动，也会与第一凸缘部32、第二凸缘部33、第一上侧突起部321、第二上侧突起部331、第一下侧突起部322以及第二下侧突起部332中的至少任意一方接触。由此，在受到外部冲击时，能够防止线圈4从绝缘部3脱出。

如图5的（a）所示，从长度方向观察筒部31时，贯通孔311的开口端呈大致矩形。从开口部侧观察筒部31时，贯通孔331在与筒部31的长度方向垂直的方向的宽度比齿部12的宽度窄。换言之，从开口部侧观察筒部31时，图5的（a）中的贯通孔311的左右方向的宽度比从轴向观察时的齿部12在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度窄。并且，在图5的（a）中，从开口部侧观察筒部31时，贯通孔311的轴向的宽度比齿部12的轴向的宽度小。另外，在本实施方式中，定子铁心10的层叠厚度与齿部12的轴向的宽度相同。也就是说，在图5的（a）中，大致矩形的贯通孔311的图中上下方向的宽度比齿部12的轴向的尺寸小。同样，在图5的（a）中，大致矩形的贯通孔311的图中左右方向的宽度分别比从轴向观察时齿部12在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度小。

由此，绝缘部3嵌入齿部12时，贯通孔311的内侧面被齿部12的外侧面按压。即，成为绝缘部3被压入齿部12的状态（过盈配合状态）。其结果是，能够防止绝缘部3从齿部12沿径向脱出。

另外，也可以是，只有齿部12的轴向的尺寸比贯通孔311的轴向的宽度大，齿部12的周向的宽度比贯通孔311的周向宽度小。换言之，也可以是，只有齿部12的轴向的尺寸比贯通孔311的轴向的宽度大，而且，在与齿部12的延伸方向垂直的方向，齿部12的宽度比贯通孔311的宽度（图5的（a）中的左右方向的宽度）小。即使在这种情况下，齿部12相对于筒部31也成为被压入的状态。其结果是，即使在受到外部冲击的情况下，也能够防止绝缘部3从齿部12脱落。

同样，也可以是，只有齿部12的轴向的尺寸比贯通孔311的轴向的宽度小，齿部12的宽度(俯视时齿部12在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度)比贯通孔311的宽度（俯视时齿部12在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度，图5的（a）中的左右方向的宽度）大。换言之，也可以是，只有齿部12的轴向的尺寸比贯通孔311的轴向的宽度小，而且，在与齿部12的延伸方向垂直的方向，齿部12的宽度比贯通孔311的宽度（图5的（a）中的左右方向的宽度）大。即使在这种情况下，齿部12相对于筒部31也成为压入的状态。其结果是，即使在受到外部冲击的情况下，也能够防止绝缘部3从齿部12脱落。

并且，在此优选实施方式中，将齿部12假想沿轴向切断时的截面的形状为大致矩形。但是，齿部12的截面形状并不特别限定，也可为多边形或椭圆等形状。即使在此情况下，也优选齿部12的宽度（从轴向观察时齿部12在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度）在齿部12的延伸方向大致恒定。

图6为表示一个安装有绝缘部3的齿部12的图。为了方便说明省略了线圈4的一部分图示。图7为图6中的齿部12的末端的放大图。在图7中，表示图6所示的齿部12的末端的右半部分。

在图6以及图7中，角度α度表示角度180度／齿槽数N。换言之，角度α为角度180度除以齿槽数N所得的值。d₁为定子铁心10（铁心背部11）的外径。d₂为定子铁心1（铁心背部11）的内径。d₃为卷线的直径。TW为齿部12的宽度。更详细地说，TW为俯视时齿部12的与齿部延伸方向（此处为径向）垂直的方向的宽度。S为卷线宽度。如图7所示，为从轴向观察时，从绝缘部3的外侧面到在周向离绝缘部3的外侧面最远的卷线的外形为止的宽度。L_i为绝缘部3的厚度。更详细地说，L_i为在绝缘部3在径向由铁心背部11的内侧面和线圈4所夹的部位的宽度。y为从轴向观察时的铁心背部11的宽度（铁心背部11的径向的从内侧面到外侧面的距离）。换言之，y为铁心背部的径向的厚度。另外，d₁、d₂、d₃、TW、S、L_i以及y的单位统一为SI单位制（国际单位制）。在本实施方式中，各值例如统一为mm（毫米）。但是，也可特别通过其他的单位制表示这些值，即使为不同的值，只要计算上单位制统一，书写上也可为不同的单位制。

在此，并且，n₁为卷线层数。n₂为一层的匝数。并且，线圈4中的卷线的截面能够近似成直径为d₃的圆形。

此时，卷线宽度S可以使用卷线直径d₃用以下算式（1）以及以下算式（2）几何地进行表示。其中，卷线层数n₁为正整数（1、2、3···）。在图7中，例示了卷线层数n₁＝3。另外，如图7所示，三角形D通过连接相互接触的三根卷线的截面的中心而构成。如上所示，卷线的截面近似为圆形。因此，三角形D为各边的长度相等的正三角形，一边的长度为d₃。在此，x为处于离筒部31的外侧面最远的位置的卷线层到筒部31的外侧面的距离。

S = x + d_{3}

= \frac{\sqrt{3}}{2} d_{3} (n_{1} - 1) + d_{3}

算式（1）

x = \frac{\sqrt{3}}{2} d_{3} (n_{1} - 1)

算式（2）

在齿槽中，用于配置卷线的空间的长度（齿部12的延伸方向的长度）L用以下算式（3）表示。另外，在此，由于为多齿槽（例如，齿槽数N为24等），绝缘部3的第二凸缘部33处的与线圈4对置的部位近似大致直线状。

L = \frac{d_{1} - d_{2}}{2} - y - {2 L}_{i}

算式（3）

由上述算式使用int函数按照以下算式求匝数n₂。

n_{2} = int (\frac{L}{d_{3}})

算式（4）

关于齿部12的宽度TW，在以中心轴线J1为中心的绝缘部3的宽度、卷线宽度S、宽度L_i之间，以下不等式成立。这即为表示TW的上限值的算式。

TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + Li) \sin α - S - L_{i}}

算式（5）

在此，即使是相同的齿槽数N，齿部12的宽度TW越窄，用于卷绕卷线的空间越大。但是，齿的宽度TW过窄的话，在齿部12，容易由于转子磁铁22的磁通而产生磁饱和。因此，为了不产生磁饱和，齿部12的宽度TW必须为某一一定以上的尺寸。换言之，为了不产生磁饱和，齿部12的宽度TW存在下限值。在此，齿部12的宽度TW优选限制在360度除以齿槽数N后所得的值的角度（角度α的两倍）的1／4的范围内。根据图6以及图7，齿部12的宽度TW的下限值使用角度α和定子铁心1（铁心背部11）的内径d₂用以下不等式表示。

\frac{1}{4} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW

算式（6）

因此，根据算式（5）和算式（6），齿部12的宽度TW在以下算式的范围内。

\frac{1}{4} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

算式（7）

另外，上述算式的左边的值1／4在使用铁氧体磁铁作为转子磁铁22时能够为1／3，在使用钕磁铁时能够为1／2。即，算式（5）和算式（6）也可以使用以下算式。

\frac{d_{2}}{M} \cdot \frac{α}{360} \leq TW

算式（8）

\frac{d_{2}}{M} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

算式（9）

其中，M为2、3、4中的任意一个。即，转子磁铁22是铁氧体磁铁时，M=3，齿部的宽度TW为以下算式。

\frac{1}{3} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW

算式（10）

\frac{1}{3} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

算式（11）

转子磁铁22是钕磁铁时，M=2，齿部的宽度TW为以下算式。

\frac{1}{2} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW

算式（12）

\frac{1}{2} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

算式（13）

表示实际卷绕了卷线的部分的面积的卷线面积A_m[mm²]用卷线层数n₁、匝数n₂、以及卷线的直径d₃按照以下算式求得。另外，卷线面积A_m也可用其他的单位制表示。

A_m=n₁·n₂·d₃ ² 算式（14）

并且，理论上，能够卷绕卷线的有效卷线面积A_m[mm²]为以下算式。另外，有效卷线面积也可用其他的单位制表示。

A = S \cdot L + \frac{1}{2} L^{2} \tan α

算式（15）

占空系数η[％]用卷线面积A_m和有效卷线面积A表示为以下算式。

η \leq \frac{A_{m}}{A} \times 100

算式（16）

通过使齿部12的宽度TW在从上述的算式（6）到算式（13）所示的范围内，能够抑制在齿部12的磁饱和，并能使卷线面积A_m为最大从而增大占空系数η的值。占空系数η变大的话，即使使用相同直径的定子铁心10或相同直径的转子2，也能够得到可以输出更大的转矩的马达。

在此优选实施方式中，定子铁心10的铁心背部11呈环状，即所谓的圆铁心。在圆铁心中，齿部的宽度（俯视时齿部在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度）在齿部的延伸方向不恒定时，通常的占空系数η为大约40%。

但是，定子铁心10虽为圆铁心，但齿部12的宽度（俯视时齿部12在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度）在齿部12的延伸方向恒定。换言之，从轴向观察时齿部12在与齿部延伸方向大致垂直的方向的宽度在齿部12的延伸方向上不变。由此，能够确保大的卷线面积A_m，并将占空系数η从70%提高到大约75%。进一步地说，占空系数η至少能够在70%以上。

并且，在优选实施方式中，也可代替压入而并用粘结来卡定绝缘部3与齿部12。

并且，优选实施方式也可应用于外转子型马达、发电机等其他旋转电机中。

并且，优选实施方式中的定子铁心10为所谓的圆铁心。除此以外，即使为分体铁心或展开铁心等，也能够通过如上所述的压入而将齿部12和绝缘部3固定。

并且，也可以是，绝缘部3装设在各齿部12时，相邻的第一凸缘部32之间在周向接近或者接触。此时，由于扩大了第一凸缘部32的周向的宽度，因此能够增加线圈4的周向的宽度（即，匝数n₂）。并且，相邻的第一凸缘部32的径向内侧的端部接触或接近的话，能够防止绝缘部3从齿部12脱出。

另外，在优选实施方中，从径向观察时(从齿的延伸方向观察时)的齿部12的形状为与贯通孔311的开口端的形状相似的形状。

以上，对本发明的示例性的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式。对于上述的实施方式和变形例中所出现的各要素，在不产生矛盾的范围内可以适当组合。

Claims

1.一种定子，其具有装设于定子铁心的绝缘部，所述定子铁心具有以中心轴线为中心的圆环状的铁心背部、和从所述铁心背部的周面朝向径向内侧或者径向外侧延伸的多个齿部，

所述定子的特征在于，

所述绝缘部包括：

筒部，其具有供所述齿部贯穿插入的贯通孔；

第一凸缘部，其配置在所述筒部的一侧的开口端；

第二凸缘部，其配置在所述筒部的另一侧的开口端；以及

卷线，其卷绕于所述筒部而构成线圈，且该卷线的截面为圆形，

在相邻的所述齿部和所述齿部之间分别形成有齿槽，

在设所述齿槽的个数为N、角度α为角度180度除以所述齿槽数N所得的值、d₁为所述铁心背部的外径、d₂为所述铁心背部的内径、d₃为所述卷线的直径，TW为从轴向观察时所述齿部在与齿部延伸方向垂直的方向的宽度、S为卷线宽度、L_i为所述绝缘部在径向的由所述铁心背部的内侧面与所述线圈所夹的部位的宽度、n₁为表示所述卷线的层数的正整数、n₂为所述线圈的一层的匝数、y为从轴向观察时所述铁心背部的厚度时，所述卷线宽度S表示为

S = \frac{\sqrt{3}}{2} d_{3} (n_{1} - 1) + d_{3},

在所述齿槽中，用于配置所述卷线的空间的长度L表示为

L = \frac{d_{1} - d_{2}}{2} - y - 2 L_{i},

所述匝数n₂用int函数表示为

n_{2} = int (\frac{L}{d_{3}}),

整数M为2、3、4中的任意一个时，所述齿部的宽度TW在

\frac{d_{2}}{M} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

的范围内，

在所述齿部上没有配置伞部，

在所述绝缘部被装设在各齿部的状态下，相邻的所述第一凸缘部之间在周向接近或者接触。

2.根据权利要求1所述的定子，

所述整数M为4，

所述齿部的宽度TW在

\frac{1}{4} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

的范围。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

从轴向观察时，在所述齿槽，表示实际卷绕有所述卷线的部分的面积的卷线面积A_m表示为

A_m＝n₁·n₂·d₃ ²，

从轴向观察时，在所述齿槽，能够卷绕所述卷线的最大有效卷线面积A表示为

A = S \cdot L + \frac{1}{2} L^{2} \tan α,

占空系数η表示为

η \leq \frac{A_{m}}{A} \times 100 %,

占空系数η为至少70％以上。

4.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

所述筒部相对于所述齿部通过压入而被固定。

5.根据权利要求4所述的定子，

从所述齿部的延伸方向观察时，

所述筒部的一侧的开口端的轴向高度比所述齿部的轴向高度小。

6.根据权利要求4所述的定子，

从所述齿部的延伸方向观察时，

在与所述延伸方向垂直的方向，

所述筒部的一侧的开口端的宽度比所述齿部的宽度小。

7.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

齿槽数N为4、8、12、14、16、18、20、24、28、30、32、36、48、52、56、60、64中的任意一个值。

8.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

从轴向观察时，

所述齿部的与齿部延伸方向垂直的方向的宽度在所述齿部的延伸方向上恒定。

9.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

在所述线圈，

通过连接相互接触的三根卷线的截面的中心而构成三角形，

所述卷线的截面近似于圆形，

所述三角形(D)为各边的长度相等的正三角形，一边的长度即为所述卷线的直径d3。

10.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

所述定子铁心为圆铁心。

11.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

从所述筒部的长度方向观察时，所述贯通孔的开口端在所述长度方向的一侧以及另一侧分别为矩形。

12.根据权利要求11所述的定子，

将所述齿部沿轴向假想切断时的截面的形状为与所述贯通孔的开口端相似的矩形。

13.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

所述第一凸缘部从所述筒部的长度方向一侧的端部沿与所述筒部的长度方向垂直的方向延伸，

所述第二凸缘部从所述筒部的长度方向另一侧的端部沿与所述筒部的长度方向垂直的方向延伸。

14.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

所述筒部比所述第二凸缘部向长度方向另一侧突出。

15.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

所述第一凸缘部位于所述齿部的径向内侧，

所述第二凸缘部位于所述齿部的径向外侧。

16.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

从长度方向观察所述筒部时，

所述第一凸缘部的外形以及所述第二凸缘部的外形分别为矩形。

17.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

在从长度方向观察所述筒部时，所述第一凸缘部的外形与所述第二凸缘部的外形相同。

18.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

所述第二凸缘部和所述筒部间的连接部的至少一部分与所述铁心背部在轴向重叠。

19.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

所述齿部的末端比所述第一凸缘部向径向内侧突出。

20.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

所述齿部的末端比所述第一凸缘部向径向外侧突出。

21.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

在与所述齿部的延伸方向垂直的方向，

所述齿部的宽度从径向内侧到径向外侧是恒定的。

22.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

从轴向观察时的所述各线圈的周向的宽度分别比所述第一凸缘部和所述第二凸缘部的周向的宽度窄。

23.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

在从开口端侧观察所述筒部时，所述贯通孔在与所述筒部的长度方向垂直的方向的宽度比所述齿部的宽度窄。

24.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

在从开口端侧观察所述筒部时，所述贯通孔的轴向的宽度比所述齿部的轴向的宽度小。

25.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

只有所述齿部的轴向的尺寸比所述贯通孔的轴向的宽度大，

而且，在与所述齿部的延伸方向垂直的方向，所述齿部的宽度比所述贯通孔的宽度小。

26.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

只有所述齿部的轴向的尺寸比贯通孔的轴向的宽度小，

而且，在与所述齿部的延伸方向垂直的方向，所述齿部的宽度比所述贯通孔的宽度大。

27.根据权利要求1或者权利要求2所述的定子，

在所述第一凸缘部的轴向上侧配置向轴向上侧突出的第一上侧突起部，

在所述第一凸缘部的轴向下侧配置向轴向下侧突出的第一下侧突起部，

在所述第二凸缘部的轴向上侧配置向轴向上侧突出的第二上侧突起部，

在所述第二凸缘部的轴向下侧配置向轴向下侧突出的第二下侧突起部。

28.根据权利要求27所述的定子，

所述第一上侧突起部、所述第一下侧突起部、所述第二上侧突起部、所述第二下侧突起部的形状分别为相同形状。

29.根据权利要求28所述的定子，

所述第一上侧突起部、所述第一下侧突起部、所述第二上侧突起部、所述第二下侧突起部的形状呈长方体的形状。

30.根据权利要求27所述的定子，

所述第一上侧突起部的径向的宽度和所述第一下侧突起部的径向的宽度分别比所述第一凸缘部的径向的宽度小。

31.根据权利要求27所述的定子，

所述第二上侧突起部的径向的宽度和所述第二下侧突起部的径向的宽度分别比所述第二凸缘部的径向的宽度小。

32.根据权利要求27所述的定子，

所述第二上侧突起部和所述第二下侧突起部在所述筒部的长度方向位于比所述第二凸缘部的径向外侧的端部靠所述第一凸缘部侧的位置。

33.根据权利要求27所述的定子，

在所述筒部的长度方向，在所述第二凸缘部的长度方向另一侧的端部与所述第二下侧突起部之间具有间隙。

34.根据权利要求27所述的定子，

在与所述筒部的长度方向垂直的方向，所述第一上侧突起部和第一下侧突起部的宽度分别比所述第一凸缘部的宽度小。

35.根据权利要求27所述的定子，

在与所述筒部的长度方向垂直的方向，所述第二上侧突起部和所述第二上侧突起部的宽度分别比所述第二凸缘部的宽度小。

36.根据权利要求27所述的定子，

所述线圈的轴向上侧的部位位于比所述第一上侧突起部和所述第二上侧突起部靠轴向下侧的位置。

37.根据权利要求27所述的定子，

所述线圈的轴向下侧的部位位于比所述第一下侧突起部和所述第二下侧突起部靠轴向上侧的位置。

38.根据权利要求27所述的定子，

所述第二上侧突起部的至少一部分以及所述第二下侧突起部的至少一部分分别与所述铁心背部在轴向重叠。

39.一种马达，其特征在于，该马达具有：

权利要求1或者权利要求2所述的定子；以及

相对于所述定子能够绕所述中心轴线相对旋转的转子。

40.根据权利要求39所述的马达，

所述转子具有转子铁心和多个转子磁铁，

在所述转子铁心的外侧面配置所述转子磁铁。

41.根据权利要求39所述的马达，

所述转子具有转子铁心和多个转子磁铁，

所述转子铁心具有分别配置所述转子磁铁的多个磁铁孔或者多个磁铁凹部，

所述转子磁铁配置于各磁铁孔或者所述磁铁凹部。

42.根据权利要求40或者权利要求41所述的马达，

表示所述转子磁铁的磁极的个数的极数P的值为2的倍数。

43.根据权利要求40或者权利要求41所述的马达，

所述转子铁心为层压钢板，所述转子铁心通过层叠多张电磁钢板而构成，

层叠起来的所述电磁钢板通过铆接或者激光焊接而相互固定。

44.一种马达，其特征在于，所述马达包括：

权利要求1所述的定子；以及

转子，其具有多个转子磁铁，且该转子相对于所述定子能够绕所述中心轴线旋转，所述整数M为2，在所述转子磁铁为钕磁铁时，所述齿部的宽度TW在

\frac{1}{2} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

的范围。

45.一种马达，其特征在于，所述马达包括：

权利要求1所述的定子；以及

转子，其具有多个转子磁铁，且该转子相对于所述定子能够绕所述中心轴线旋转，所述整数M为3，在所述转子磁铁为铁氧体磁铁时，所述齿部的宽度TW在

\frac{1}{3} d_{2} \cdot \frac{α}{360} \leq TW \leq 2 {(\frac{d_{2}}{2} + L_{i}) \sin α - S - L_{i}}

的范围。