CN103718429A - 电动机的定子及电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机的定子以及具备该定子的电动机，该电动机的定子能够降低电动机中产生的损耗从而得到高效率的电动机。电动机的定子具备将多个板状体（130）层叠而形成的定子铁芯（13），定子铁芯（13）具有：筒状的磁轭（11）以及齿部（12），该齿部（12）具有延伸部（123）和宽部（122），该延伸部（123）从磁轭（11）向该磁轭的径向内侧延伸，该宽部（122）形成为在该延伸部（123）的顶端沿周向拓宽；延伸部（123）具有恒宽部（124）、窄部（121）以及压紧部（125），该恒宽部（124）以周向上的宽度不变的方式沿径向呈直线状延伸，该窄部（121）在周向上的宽度比恒宽部（124）在周向上的宽度小，该压紧部（125）用于将多个板状体彼此固定，压紧部（125）以至少局部位于窄部（121）的方式设置。

Description

电动机的定子及电动机

技术领域

本发明涉及电动机的定子及安装了该定子的电动机。

背景技术

在用于空调设备的压缩机等的无刷电动机（brushless motor）（IPM电动机）等电动机中，作为用于进行变速驱动的方法，已知使用根据规定的载波频率来改变脉冲波的占空比（duty ratio）从而进行调制的PWM驱动方式。在PWM驱动方式中，为了得到在电动机中流动的电流波形而利用具有比该电流波形高的频率的载波频率（carrier frequency）来进行调制，因此，PWM中的载波频率的高次谐波成分会与电流波形重叠。

在此，电动机的损耗被分为表示将铁芯磁化时的损耗的铁损以及表示励磁时绕组（coil）的电阻所导致的损耗的铜损。其中的铁损是由铁芯的磁特性所引起的磁滞损耗（hysteresis loss）与铁芯内的电磁感应所导致的涡流损耗相加而成的，无论是磁滞损耗还是涡流损耗，都是用于使电动机旋转的交变磁通（交变电流）的频率越高，损耗的比率就越大，这是已知的。因而，当载波频率的高次谐波成分与在电动机中流动的交变电流重叠时，由于该高次谐波成分的电流而产生了高次谐波磁通，因此，造成了铁损增大的结果。特别是PWM驱动中的载波频率与无刷电动机的小型化和高输出化相应地有变高的趋势，这种铁损的增大所导致的效率恶化愈发成为问题。

针对这种问题，已知有如下结构：为了抑制由于进行PWM驱动而产生的高次谐波磁通，在定子的磁轭（yoke）的局部处设置与其它部位相比应力不同的应力变化部位（例如参照专利文献1）。具体地说，例如在磁轭的外周面和内周面的局部处设置切口部、铆接部等，通过热套配合等将定子固定于机壳内，由此，在该切口部、铆接部等处使压缩应力增加。

专利文献1：日本特开2010－158095号公报

发明内容

发明要解决的问题

图13是表示对以往的定子中的应力分布进行分析所得的结果的图。在图13中，以如下方式表示：颜色越深（色调越暗），所施加的应力越大。如图13所示可知，在如专利文献1那样的以往的定子中，通过热套配合等将定子固定于机壳内，由此，在与其内侧的齿部（teeth）相比压缩应力高的磁轭的局部处，由于应力变化部位而施加有更高的应力。

然而，指出了以下的问题：在通过热套配合将定子固定于机壳内时，当磁轭内的应力增加时，无论交变磁通的频率如何铁损都显著变大（例如参照佐藤光彦、金子清一、富田睦雄、道木慎二、大熊繁《利用了电工钢板的物理特性来减少由于热套配合配合所引起的损失的定子形状的改进（焼嵌めによる損失を低減するための電磁鋼板の特性を用いた固定子形状の改善）》日本电气学会论文志D（IEEJ Trans.IA，Vol.127，No.1，2007pp.60－68））。因而，当通过构成为如专利文献1那样的结构来提高磁轭处的压缩应力时，存在以下担忧：即使能够局部地抑制高次谐波磁通，整体的铁损却反而会增加。

此外，作为定子的构成要素的定子铁芯是将多个板状体（电磁钢板）层叠而形成的。而且，由于将该多个板状体固定成一体，因此，在由多个板状体所形成的定子铁芯形成有通过使多个板状体的局部变形而将多个板状体进行相当程度固定的压紧（clamp）部。在如此形成于定子铁芯的压紧部中，存在由变形引发的残留应力，因此，导致磁特性降低。因此，需要以不易引起电动机特性降低的方式配置压紧部。

本发明用于解决这种以往的问题，其目的在于提供一种电动机的定子以及具备该定子的电动机，该电动机的定子能够降低电动机中产生的损耗从而得到高效率的电动机。

用于解决问题的方案

本发明的一技术方案所涉及的电动机的定子具备将多个板状体层叠而形成的定子铁芯，上述定子铁芯具有：筒状的磁轭以及齿部，该齿部具有延伸部和宽部，该延伸部从上述磁轭向该磁轭的径向（以下简称为径向）内侧延伸，该宽部形成为在该延伸部的顶端沿上述磁轭的周向（以下简称为周向）拓宽；上述延伸部具有恒宽部、窄部以及压紧部，该恒宽部以周向上的宽度不变的方式沿径向呈直线状延伸，该窄部在周向上的宽度比上述恒宽部在周向上的宽度小，该压紧部用于将多个板状体彼此固定，上述压紧部以至少局部位于上述窄部的方式设置。

采用上述结构，齿部的局部处设置有周向上的宽度比恒宽部周向上的宽度小的窄部，因此，在该窄部处穿过齿部的磁通密度变高而产生局部磁饱和，从而高次谐波磁通被过滤（filtering）。此时，齿部的窄部处没有产生应力，因此，也能够防止由于作用于定子的压缩应力增加而导致铁损增加的情况发生。而且，通过在定子之中磁通密度相对较高的齿部处设置窄部，能够有效地仅将高次谐波磁通过滤而去除。另外，用于将构成定子铁芯的多个板状体彼此固定的压紧部以至少局部位于窄部的方式设置。本发明的发明人经过潜心研究后发现，在定子的齿部的局部设置有窄部的情况下，通过将用于固定多个板状体的压紧部的位置设定在窄部，能够增大对高次谐波磁通的过滤效果。推想这是由于将压紧部设置于窄部，从而能够促进局部磁饱和、防止铁损的增加。因此，通过将窄部设置于定子铁芯的延伸部并且在窄部形成有压紧部的至少一部分，能够降低电动机产生的损耗而得到高效率的电动机。

上述压紧部可以设置为位于上述窄部的径向整个区域。由此，能够防止铁损的增加并将转矩常数的降低抑制到最小。

上述压紧部可以是以在径向上外径侧端部和内径侧端部中的一者位于上述窄部内，并且外径侧端部和内径侧端部中的另一者位于上述恒宽部的方式设置。由此，压紧部的一部分位于窄部而能防止铁损的增加，并且压紧部的另一部分位于恒宽部而能将转矩常数的降低抑制到最小。

上述压紧部的径向长度可以是上述窄部的径向长度的1.5倍以下。由此，能够更有效地降低由于形成了压紧部而产生的残留应力对穿过延伸部内的主磁通造成的影响。

上述压紧部可以是使上述板状体局部弯折所形成的局部弯折部。

也可以是上述窄部设置于上述延伸部的基端部，上述恒宽部自上述窄部的顶端向径向内侧延伸。由此，在相邻的齿部之间经由磁轭交链的高次谐波磁通被过滤，因此，能够有效地抑制高次谐波磁通。

也可以是上述窄部的周向两侧在与上述磁轭的中心轴线垂直的剖视状态下具有圆弧形状。由此，窄部处的磁通的流动变得缓和，窄部与其它部位之间的连接位置处的磁矢量的变化量降低，因此，能够抑制铁损的增加。

上述窄部在周向上的宽度的最小值d1与上述恒宽部在周向上的宽度d2之比也可以为0.70＜d1／d2＜0.98。通过设为这种比率，能够更有效地抑制高次谐波磁通。

另外，本发明的另一技术方案的电动机具备上述结构的电动机的定子。由此，在相同尺寸的电动机中，能够在不降低转矩常数的情况下降低损耗从而得到高效率的电动机。

参照附图，根据以下的优选实施方式的详细说明来明确本发明的上述目的、其它目的、特征以及优点。

发明的效果

本发明构成为以上所说明的结构，起到能够降低电动机中产生的损耗从而得到高效率的电动机这样的效果。

附图说明

图1是表示具备本发明的一实施方式所涉及的电动机的转子的电动机的截面构造例的剖视图。

图2是表示图1所示的电动机的定子的截面构造的局部放大图。

图3是表示图1所示的电动机的定子中的齿部附近的局部的磁通流动的说明图。

图4是表示使图1所示的定子中的齿部的窄部在周向上的宽度的最小值d2相对于恒宽部在周向上的宽度d1发生了变化时的铁损和转矩常数的分析值的曲线图。

图5是表示使图1所示的定子中的齿部的窄部在周向上的宽度的最小值d2相对于恒宽部在周向上的宽度d1发生了变化时的电动机效率的分析值的曲线图。

图6A是表示图1所示的电动机的定子中的定子铁芯的制造工序的图。

图6B是表示图1所示的电动机的定子中的定子铁芯的制造工序的图。

图6C是表示图1所示的电动机的定子中的定子铁芯的制造工序的图。

图6D是表示图1所示的电动机的定子中的定子铁芯的制造工序的图。

图7是表示使图1所示的定子中的压紧部的相对于延伸部的径向位置变化时的铁损、转矩常数以及电动机效率的分析值的曲线图。

图8是表示图7所示的曲线图中压紧部的相对于延伸部的径向位置的示意图。

图9是表示使图1所示的定子中的压紧部的径向长度相对于窄部的径向长度变化时的铁损、转矩常数以及电动机效率的分析值的曲线图。

图10A是表示本发明的第1实施方式的变形例的定子的截面构造例的局部放大图。

图10B是表示本发明的第1实施方式的变形例的定子的截面构造例的局部放大图。

图11是将本发明的实施例1中的定子的铁损和转矩常数的分析值与比较例进行对比而示出的曲线图。

图12是按频率示出本发明的实施例1中的定子的铁损的分析值的曲线图。

图13是表示对以往的定子中的应力分布进行分析所得的结果的图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。此外，下面对所有附图中相同或者相当的要素标注相同的参照标记，省略其重复说明。

图1是表示具备本发明的一实施方式所涉及的电动机的转子的电动机的截面构造例的剖视图。另外，下面，例示了电动机是无刷电动机的结构，但是电动机并不限定于此。如图1所示，本实施方式所涉及的无刷电动机（以下简称为电动机）具有筒状的定子1和筒状的转子2，该筒状的定子1通过热套配合等安装于外框10的内壁面，该筒状的转子2以能够相对于定子1进行相对旋转的方式被保持在定子1的内侧。转子2的中心处设置有转轴孔3，在使转轴（shaft）（未图示）贯穿该转轴孔3的状态下，转子2与转轴之间被固定。

定子1具有：定子铁芯13，其具有形成为筒状的磁轭11和多个（在本实施方式中为18个）齿部12，该齿部12从磁轭11的内壁面向径向内侧延伸；以及绕组14，其缠绕在各个齿部12上。定子铁芯13是由多个板状体（后述）层叠而形成的。齿部12与绕组14之间设置有将两者电绝缘的绝缘构件15（参照后述的图2）。另外，转子2具有筒状的转子铁芯21以及板状的永磁体22，该永磁体22形成为埋入于空孔中，该空孔在转子铁芯21的内部沿转子2的周向形成有多个（在本实施方式中为6个）。另外，在本实施方式中，例示了采用在多个齿部12上均缠绕绕组线的分布绕组而形成的绕组14，但是本发明并不限于此。例如能够采用波形绕组或者将绕组线缠绕在1个齿部12上的集中绕组等各种缠绕方法。

在这样构成的电动机中，使交变电流流过定子1的绕组14以产生旋转磁通，由此，将转轴的中心轴线作为旋转轴C而使转轴及转子2相对于定子1绕旋转轴C旋转。

图2是表示图1所示的电动机的定子的截面构造的局部放大图。在图2中，省略了绕组14和绝缘构件15的一部分图示。如图2所示，齿部12的局部处设置有比其它部位窄的窄部121。更具体地说，齿部12具有延伸部123和宽部122，该延伸部123从磁轭11向该磁轭11的径向（以下简称为径向）内侧延伸，该宽部122形成为在该延伸部123的顶端沿磁轭11的周向（以下简称为周向）拓宽，延伸部123形成为周向上的宽度比宽部122在周向上的宽度小。延伸部123被称为所谓的磁极部，宽部122是被称为所谓的磁极顶端部的部分。并且，延伸部123具有恒宽部124和窄部121，该恒宽部124以其周向上的宽度恒定的方式沿径向呈直线状延伸，该窄部121在周向上的宽度d1比恒宽部124在周向上的宽度d2窄。即，从旋转轴C的方向观察，延伸部123具有局部缩颈的形状。由此，窄部121形成为在延伸部123的局部处周向上的宽度比该延伸部123的其它部位在周向上的宽度小（与径向垂直的截面的面积比恒宽部124小）。

接着，说明在如上述那样构成的定子1中设置窄部121的效果。图3是表示图1所示的电动机的定子中的齿部附近的局部的磁通流动的说明图。在图3中，利用箭头示出了暂时性的磁通流动。为了容易理解，在图3中，省略了后述压紧部125的图示，在后述的关于图3～图5的说明中忽略压紧部125的影响。此外，在图3中省略了绕组14和绝缘构件15的图示。如图3所示，来自转子2的磁通从齿部12的宽部122进入齿部12内，穿过齿部12的延伸部123进入磁轭11。流向齿部12的磁通是交变磁通，因此，磁通也同样能够向图3的箭头的相反方向流动（在从磁轭11穿过齿部12向转子2去的朝向上也能够产生磁通）。

在此，在本实施方式中，齿部12的局部处设置有比该齿部12的其它部位窄的窄部121，因此，在该窄部121处穿过齿部12的磁通密度变高而产生局部磁饱和，高次谐波磁通被过滤。更详细地说，在穿过齿部12的交变磁通（主磁通）达到极大值时，与该交变磁通重叠的高次谐波成分被去除。因此，优选的是，窄部121的与径向（交变磁通流动的朝向）垂直的截面的截面积为能够在交变磁通的极大值时尽可能使所有主磁通穿过的大小。

另外，没有产生如图13中示出的那样的，在以往结构中的齿部12处因热套配合等所导致的应力，因此，即使在齿部12处设置窄部121，作用于定子1的应力也不会增加。因而，也能够防止发生由于作用于定子1的压缩应力增加而导致铁损增加的情况。而且，通过在定子1之中磁通密度相对较高的齿部12处设置窄部121，能够有效地仅将高次谐波磁通过滤而去除。由此，通过在去除穿过齿部12内的交变磁通的高次谐波成分来降低铁损的同时使主磁通穿过，能够防止转矩常数降低。由此，能够抑制由于电流的增加所导致的铜损的增加，因此，能够防止电动机的效率降低。因而，能够降低电动机中产生的损耗从而得到高效率的电动机。

另外，由于设置有宽部122，从而能在该宽部122处降低来自转子2的磁通流向定子1时的漏磁通，并且在此基础上，还能在狭窄的窄部121处将高次谐波磁通过滤。因而，能够在不降低电动机的转矩常数的情况下有效地抑制高次谐波磁通。并且，通过将延伸部123中的窄部121以外的部位形成为恒宽部124，从而能够在恒宽部124处缓和交变磁通的磁饱和，并且在周向上的宽度比该恒宽部124在周向上的宽度小的窄部121处有效地抑制高次谐波磁通。

更详细地说明本实施方式中的窄部121。如图2所示，窄部121设置于延伸部123的基端部（接近磁轭11的部分），恒宽部124从窄部121的顶端向径向内侧延伸。由此，在相邻的齿部12之间经由磁轭11交链的高次谐波磁通被过滤，因此，能够有效地抑制高次谐波磁通。

并且，窄部121的周向两侧在与磁轭11的中心轴线垂直的剖视状态下具有圆弧形状。即，以如下方式形成：随着从窄部121的基端部（接近磁轭11的部分）向顶端去，齿部12在周向上的宽度逐渐变小，在达到周向上最小的宽度d1之后，随着进一步向顶端去，齿部12在周向上的宽度以接近d2的方式逐渐变大。由于在齿部12形成有这样的缩颈部，窄部121中的磁通流动变得缓和，窄部121与其它部位（恒宽部124或者磁轭11）之间的连接位置处的磁矢量的变化量降低，因此，能够抑制窄部121处铁损的增加。

在此，优选的是，窄部121在周向上的宽度的最小值d1与恒宽部124在周向上的宽度d2之比为0.70＜d1／d2＜0.98。图4是表示使图1所示的定子中的齿部的窄部在周向上的宽度的最小值d2相对于恒宽部在周向上的宽度d1发生了变化时的铁损和转矩常数的分析值的曲线图。在图4中，分别示出了将不存在窄部的情况下（从延伸部的基端到顶端为止周向上的宽度恒定的情况下）的铁损和转矩常数设为1时的铁损和转矩常数的减少率。并且，图5是表示使图1所示的定子中的齿部的窄部在周向上的宽度的最小值d2相对于恒宽部在周向上的宽度d1发生了变化时的电动机效率的分析值的曲线图。图5中的电动机效率表示以不存在窄部的情况下（从延伸部的基端到顶端为止周向上的宽度恒定的情况下）的电动机效率为基准的电动机效率的提高量。在图4和图5中，将使窄部121在周向上的宽度的最小值d2相对于恒宽部在周向上的宽度d1而言从0.7d1（70％）变化到了0.98d1（98％）时的分析值做成了曲线图。

电动机效率η以电动机输出Pout与电动机输入Pin之比Pout／Pin来表示，电动机输出Pout是从电动机输入Pin中减去电动机损耗Ploss所得的值，因此，电动机效率η表示为η＝（Pin－Ploss）／Pin。并且，电动机损耗Ploss为铁损Wf与铜损Wc之和（Wf＋Wc），铜损Wc使用电动机电流I和绕组14的绕组线电阻R以Wc＝I²·R来表示。在此，电动机的转矩τ使用转矩常数Kτ表示为τ＝Kτ·I，因此，电动机电流I以τ／Kτ来表示。因而，电动机效率η表示为η＝1－（Wf＋（τ／Kτ）²·R）／Pin。由此，可以说当铁损Wf降低、转矩常数Kτ变大时电动机效率η变高。

如图4所示，在窄部121在周向上的宽度的最小值d2为恒宽部124在周向上的宽度d1的98％以上的情况下（0.98≤d1／d2≤1.0的情况下），没有产生铁损降低的效果，但是在小于98％的情况下，产生了铁损降低的效果。在此，在窄部121在周向上的宽度的最小值d2小于恒宽部124在周向上的宽度d1的98％的情况下，相对于恒宽部124在周向上的宽度d1而言窄部121在周向上的宽度的最小值d2越小，铁损越低，但同时转矩常数也越低。在此，如图5所示，当考虑电动机效率时，在窄部121在周向上的宽度的最小值d2为恒宽部124在周向上的宽度d1的70％以下的情况下，虽然铁损降低但是转矩常数降低所带来的影响更大（即铜损增加），电动机效率未得到改善（电动机效率的提高量为0）。

因而，通过将窄部121在周向上的宽度的最小值d1与恒宽部124在周向上的宽度d2之比设为0.70＜d1／d2＜0.98，在相同尺寸的电动机中，能够在不过多降低转矩常数的情况下降低铁损从而得到高效率的电动机。尤其是在窄部121在周向上的宽度的最小值d1与恒宽部124在周向上的宽度d2之比处于0.80＜d1／d2＜0.96的范围内时，电动机效率的提高量变大，因此，通过将d1／d2之比设为该范围，能够进一步提高电动机效率。

在本实施方式中，如上所述，定子铁芯13是由多个板状体（后述）层叠起来而形成的。因此，如图1和图2所示，在延伸部123的恒宽部124形成有用于将多个板状体彼此固定的压紧部125。

压紧部125在设于彼此层叠的多个板状体的各板状体的局部的弯折部（以下称为局部弯折部）的作用下构成，通过使设于各板状体的局部弯折部彼此嵌合来发挥将多个彼此层叠的板状体固定的机能。因此，该局部弯折部的形态没有特别限定，只要是形成为能在多个板状体彼此层叠的状态下进行嵌合即可。此外，局部弯折部的形成可以应用公知的加工方法，局部弯折部的形成方法并未特别限定。

压紧部125例如如下所示，在层叠有多个板状体130（参照图6B和图6C）的状态下对恒宽部124进行冲压加工而形成。另外，对于图1和图2等所示的压紧部125，为了便于图示，与恒宽部124的大小的比与实际不同，本发明不受图示的比例的限定。

在这里，说明本实施方式的定子铁芯13的制造方法的一例。图6A～图6D是表示图1所示的电动机的定子中的定子铁芯的制造工序的图。图6A是表示在板状体的压紧部形成部位形成有切缝（日文：切り込み）的状态的局部放大俯视图，图6B是自图6A的B－B方向观察层叠有多个板状体的状态而得到的剖面图，图6C是自图6A的B－B方向观察对层叠的多个板状体进行了冲压后的状态而得到的剖面图，图6D是表示利用冲压使多个板状体彼此固定在一起的状态（形成了定子铁芯的状态）的局部放大俯视图。

在预先将多个板状体130层叠后，在恒宽部124部位的局部设定好将要形成压紧部125的区域125a。在本实施方式中，如图6A所示，区域125a是由一对第1边125b和一对第2边125c来定义的，一对第1边125b沿恒宽部124的延伸方向（径向）延伸，限定了压紧部125在周向上的宽度，一对第2边125c与第1边125b正交，限定了压紧部125的径向上的长度。即，区域125a具有由一对第1边125b和一对第2边125c所划分出的矩形的区域。由此，所形成的压紧部125具有正方形形状或者是第1边125b比第2边125c长的长方形形状。

首先，在图6A所示的工序中，利用冲切将多个电磁钢板等的板状体130分别切成定子铁芯13的形状（具有磁轭11和齿部12的形状）。此时，在作为该区域125a的局部的一对第1边125b形成贯穿板状体130这样的切缝。

接着，在图6B所示的工序中，层叠多个在图6A所示的工序中形成的板状体130。此时，以将要形成压紧部125的区域125a的位置在多个板状体130间一致的方式进行定位。

进而，在图6C所示的工序中，在层叠有多个板状体130的状态下，利用凸型的冲压机150自多个板状体130层叠后的表面进行冲压，使区域125a变形。在本实施方式中，以多个板状体130的一对第2边125c以及区域125a内的与第2边125c平行的第3边125d为界线进行弯折，以一个板状体130的局部咬入与该一个板状体130相接触的另一个板状体130的方式来实现弯曲咬合。由此，多个板状体130彼此固定在一起。另外，在这里，压紧部125形成为压紧部125的两侧与板状体中的压紧部125的周围部分被切断并以具有直线状的折痕的方式弯折的形态。

这样一来，如图6D所示，在定子铁芯13的延伸部123处，形成有中央部相对于径向的基端部和顶端部凹陷了的压紧部125。需要说明的是，在本实施方式中，压紧部125虽然具有正方形或者长方形的形状，但压紧部125的形状并未特别限定而可以是例如圆形、菱形等。

在如此形成于定子铁芯13的压紧部125中，存在由变形产生的残留应力，从而导致磁特性降低。因此，需要以使电动机特性的降低不易发生的方式配置压紧部125。

本发明的发明人经过潜心研究后发现，在定子1的齿部12的局部设置有窄部121的情况下，通过将用于固定多个板状体130的压紧部125的位置设定在窄部121，能够减少高次谐波磁通。推想这是由于将压紧部125设置于窄部121，而促进局部磁饱和，防止了铁损的增加。具体而言，由于在窄部121形成有压紧部125，使穿过窄部121的磁通密度变得更大，促进了局部磁饱和的产生，提高了高次谐波磁通的过滤效果。因此，由于以压紧部125的至少一部分位于窄部121的方式形成压紧部125，利用压紧部125和窄部121的相乘效果能够防止电动机输出的降低，并且进一步提高降低铁损的效果。由此，能够降低电动机中产生的损耗从而得到高效率的电动机。

图7是表示使图1所示的定子中的压紧部的相对于延伸部的径向位置变化时的铁损、转矩常数以及电动机效率的分析值的曲线图。此外，图8是表示图7所示的曲线图中压紧部的相对于延伸部的径向位置的示意图。需要说明的是，在图8中为了便于观察而表示为根据压紧部125的径向位置的变化使压紧部125的宽度方向位置（周向位置）也变化，但实际上在所有的情况下，在宽度方向上是在延伸部123的宽度方向中央部形成压紧部125来进行分析的。

在图7中，将压紧部125的外径侧端部位于窄部121和恒宽部124之间的交界线L1的状态下（位于图8中的位置P1的情况下）的铁损、转矩常数以及电动机效率设为100％，使大小相同、形状相同的压紧部125的径向位置向径向外侧变化直至压紧部125的内径侧端部位于窄部121和磁轭11之间的交界线L2时，分别表示出各位置P1～P7的铁损、转矩常数以及电动机效率的变化率。需要说明的是，图7的横轴作为压紧部125的径向位置，表示当自定子1的中心到窄部121和恒宽部124之间的交界线L1为止的距离为1时，自定子1的中心到压紧部125的外径侧端部为止的相对距离。在图7中，压紧部125是作为能容易分析的空气层来被分析的。这是出于这样的考虑：在产生磁性劣化方面压紧部125表现出与空气层相同的倾向。此外，在图7和图8的例子中，压紧部125的径向长度比窄部121的径向距离（窄部121与恒宽部124之间的交界线L1和窄部121与磁轭11之间的交界线L2之间的距离）长。

如图7所示，由于压紧部125的外径侧端部的径向位置自窄部121和恒宽部124之间的交界线L1向外径侧离开，压紧部125与窄部121之间的重合区域变大，进而在窄部121与压紧部125之间主磁通所穿过的截面积变小，从而导致铜损增加、转矩常数减少。但是，因为铁损的减少比率在转矩常数的减少比率以上，从而使电动机效率提高（位置P2～位置P4）。

特别是，在使压紧部125位于窄部121的径向的整个区域的情况下（位置P4），能够防止铁损的增加并将转矩常数的降低抑制到最小。即，以压紧部125的内径侧端部位于比窄部121的内径侧端部（窄部121和恒宽部124之间的交界线L1）靠径向内侧的位置、压紧部125的外径侧端部位于比窄部121的外径侧端部（窄部121和磁轭11之间的交界线L2）靠径向外侧的位置的方式形成压紧部125，从而能最大限度地发挥铁损的降低效果。

进一步使压紧部125的位置向径向外侧变化，进而使压紧部125的内径侧端部位于比窄部121和恒宽部124之间的交界线L1靠径向外侧的位置时，虽然转矩常数的减少比率降低了，但是铁损的减少比率也降低了（位置P5、位置P6）。接着，当压紧部125的内径侧端部位于窄部121和磁轭11之间的交界线L2时，因为铁损的增加比率在转矩常数的增加比率以上，所以电动机效率降低（位置P7）。

如此这样，如果考虑电动机效率的话，压紧部125位于窄部121的区域越大，电动机效率上升得越高，当压紧部125不位于窄部121时，铁损的增加变得显著，电动机效率大幅下降。因此，通过以压紧部125的至少局部位于窄部121的方式形成压紧部125，能够降低电动机中产生的损耗而得到高效率的电动机。尤其是，对于具有如下特性的电动机，即关系到电动机效率的铁损的贡献率高于关系到电动机效率的铜损的贡献率，通过以将压紧部125的径向位置P设定在上述范围内（P1＜P＜P7）的方式形成压紧部125，能够有效地降低电动机中产生的损耗而得到高效率的电动机。例如，能适用于以较小电流进行工作并高速旋转的（高频率的）电动机。

需要说明的是，压紧部125可以是以在径向上外径侧端部和内径侧端部中的一者位于窄部121内，并且外径侧端部和内径侧端部中的另一者位于恒宽部124的方式设置的。

本发明的发明人经过潜心研究后发现，通过将压紧部125设置于恒宽部124，在具有窄部121的延伸部123形成有压紧部125的情况下，能够防止铜损的增大。因此，将压紧部125形成于恒宽部124能够防止穿过齿部12的主磁通的降低并减少铜损。如上所述，压紧部125的一部分位于窄部121而能防止铁损的增加，并且压紧部125的另一部分位于恒宽部124而能将转矩常数的降低抑制到最小。

这样的话，在铁损的贡献率高、铜损的贡献率低的情况下，将压紧部125设置为跨越窄部121的径向从而能够提高电动机效率，在不仅要降低铁损还要降低铜损的情况下（铁损、铜损的贡献率都高的情况下），将压紧部125设置为既处于窄部121又处于恒宽部124，从而能提高电动机效率。

此外，从电动机效率的角度考虑，优选压紧部125的径向长度是窄部121的径向长度的1.5倍以下。

图9是表示使图1所示的定子中的压紧部的径向长度相对于窄部的径向长度变化时的铁损、转矩常数以及电动机效率的分析值的曲线图。在图9中，将压紧部125的径向长度相对于窄部121的径向长度的比率大约为1.5的情况下的各分析值设为100％，并分别表示使压紧部125的径向长度变化时的铁损、转矩常数以及电动机效率的变化率。需要说明的是，图9是在将压紧部125的内径侧端部固定于图8的位置P4的状态下，将使压紧部125的径向长度（压紧部125的外径侧端部的位置）变化时的各分析值图表化。

如图9所示，随着压紧部125的径向长度相对于窄部121的径向长度的比率逐渐变小，由于窄部121和压紧部125导致供主磁通穿过的截面积减少的区域在径向缩短（自与板状体130的正面垂直的方向观察，压紧部125的包含在由窄部121的交界线L1、L2以及侧面所包围的面积内的面积减小），所以主磁通容易流通。因此，虽然高次谐波磁通的过滤效果降低而使铁损增加，但是转矩常数增加所带来的影响更大，其结果是降低了铜损。由此，提高了电动机效率。

另一方面，随着压紧部125的径向长度相对于窄部121的径向长度的比率逐渐变大，由于窄部121和压紧部125导致供主磁通穿过的截面积减少的区域在径向伸长（自与板状体130的正面垂直的方向观察，压紧部125的包含在由窄部121的交界线L1、L2以及侧面所包围的面积内的面积增大）。但是，因为在比窄部121靠外径侧的磁轭11中主磁通流经相邻的齿部12，所以无论是否在磁轭11设置压紧部125转矩常数都几乎不发生变化。此外，由于压紧部125的径向长度变长，形成压紧部125所产生的残留应力对穿过延伸部123内的主磁通带来的影响变大。因此减少了高次谐波磁通的过滤效果、增加了铁损。

如图9所示，在压紧部125的径向长度相对于窄部121的径向长度的比率为1.5以下的区域中，示出为转矩常数的减少率和铁损的减少率大致相同地变化。在使电动机输出相同转矩的情况下，若转矩常数增加则所需电流就减少。即，在使电动机输出相同转矩的情况下，转矩常数与电流成反比例关系。由此，转矩常数的增加与电流的减少意义相同。如上所述，由于铜损与电流的平方成比例，所以转矩常数的增加意味着铜损的大幅度降低。因此，在图9所示的图表中，在压紧部125的径向长度相对于窄部121的径向长度的比率为1.5以下的区域中，随着该比率变小，铜损的减少率与铁损的增加率相比变得非常大。另一方面，在图9所示的图表中，在压紧部125的径向长度相对于窄部121的径向长度的比率大于1.5的区域中，随着该比率变大，由于转矩常数是固定的，虽然铁损变大但铜损不变化，因此电动机效率的恶化是受铁损的增加的影响较大。这样说来，电动机效率是如下这样：随着压紧部125的径向长度相对于窄部121的径向长度的比率变小，电动机效率提高；随着该比率变大，电动机效率降低。

因此，通过将压紧部125的径向长度设定为窄部121的径向长度的1.5倍以下，能够更有效地降低因形成压紧部125所产生的残留应力带给穿过延伸部123内的主磁通的影响。

需要说明的是，在本实施方式中，虽然窄部121设置于齿部12的延伸部123的基端侧，但并不限于此。图10A和图10B是表示本发明的第1实施方式的变形例中的定子的截面构造例的局部放大图。在图10A和图10B中，省略了绕组14和绝缘构件15的图示。

在图10A和图10B所示的变形例中，窄部121a设置于齿部12a的延伸部123a的顶端侧（远离磁轭11的一侧）。具体地说，在图10A所示的变形例中，延伸部123a具有从磁轭11向径向内侧延伸的恒宽部124a以及设置于恒宽部124a与顶端的宽部122之间的窄部121a。

另外，在图10B所示的变形例中，延伸部123b的窄部121b的周向两侧在与磁轭11的中心轴线垂直的剖视状态下具有有棱角的形状。在本例中，窄部121b与图10A同样地设置在齿部12b的延伸部123b的顶端侧，而在图2所示那样的窄部121比恒宽部124靠基端侧设置的例子中也能够应用如本例这样的窄部121b的形状。

采用如上所说明的各种变形例，也能够起到与上述实施方式相同的效果。

实施例1

下面，示出通过分析而求出在定子1的齿部12中设置有如上述实施方式所说明的那样的窄部121的定子（实施例1）的铁损和转矩常数以及在齿部中未设置窄部的定子（比较例1、2）的铁损和转矩常数的结果。作为比较例，在具有由沿磁轭的径向延伸的恒宽部以及比恒宽部宽的顶端部构成的齿部的定子中，使用了该恒宽部在周向上的宽度为d1的定子（比较例1）以及该恒宽部在周向上的宽度为0.93d1的定子（比较例2），其中，该宽度d1与上述图4所涉及的说明中示出的宽度相同。作为实施例1，使用了将恒宽部124在周向上的宽度设为上述d1、将窄部121在周向上的宽度设为0.93d1的定子1。定子的其它结构（齿部的数量、磁轭的宽度等）在实施例1与比较例1、2中设为相同。另外，忽略本实施例中的压紧部125的影响。

图11是将本发明的实施例1中的定子的铁损和转矩常数的分析值与比较例进行对比而示出的曲线图。在图11中，分别示出了将比较例1中的铁损和转矩常数设为1时的比较例2和实施例1中的铁损和转矩常数的减少率。

如图11所示，在比较例2中，相对于比较例1而言，铁损降低了6％，可知通过缩小齿部在周向上的宽度也能够使铁损降低。然而，在这种情况下，转矩常数降低了将近4％之多，结果无法提高电动机效率。

与此相对，在实施例1中，如图11所示，相对于比较例1而言，结果是：将转矩常数的降低抑制在1％左右的同时使铁损降低4％之多。因而，表明了通过在齿部12中设置窄部121，能够实现可在防止电动机输出的降低的同时降低铁损的高效率的电动机。

并且，对在实施例1的铁损中相对于比较例1所降低的铁损是高次谐波成分（高次谐波磁通）的铁损还是基本波成分（主磁通）的铁损进行了分析，并对两者的比例进行了验证。图12是按频率示出本发明的实施例1中的定子的铁损的分析值的曲线图。在图12中，分别示出了将比较例1中的基本波成分的铁损和高次谐波成分中的铁损分别设为1时的实施例1中的基本波成分的铁损的减少率和高次谐波成分的铁损的减少率。

如图12所示，结果是：在实施例1中，相对于比较例1而言哪一个频率成分下铁损都减少了，但是基本波成分的铁损的减少率仅有2％左右，与此相对，高次谐波成分中的铁损的减少率大到7％。因而，表明了通过在齿部12中设置窄部121，能够在维持主磁通的同时有效地抑制高次谐波磁通的的铁损。

以上，说明了本发明的实施方式，但是本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内进行各种改进、变更、修正。

例如，在上述实施方式中，在齿部12中的磁轭11周向两侧形成窄部121，但是本发明并不限于此，例如也可以仅在齿部12中的磁轭11周向单侧形成窄部。

此外，在上述实施方式中，在构成定子1的所有齿部12中形成有窄部121，但是本发明并不限于此，也可以在多个齿部12中的几个齿部12中形成窄部。另外，齿部12的数量、齿部12的其它形状以及磁轭11的形状等能够适当地设定。

此外，在上述实施方式中，在构成定子1的所有齿部12中形成有压紧部125，但是本发明并不限于此，也可以在多个齿部12中的几个齿部12中形成压紧部125。而且，也可以在1个齿部12中设置多个压紧部125。另外，压紧部125的形状、大小能够适当地设定。

根据上述说明，对本领域技术人员来说，本发明的许多改进和其它实施方式是显而易见的。因而，上述说明应解释为只是例示，是以向本领域技术人员说明执行本发明的优选方式为目的而提供的。能够在不脱离本发明的思想的情况下实质性地改变其结构和／或功能的详细内容。

产业上的可利用性

本发明的电动机的定子以及具备该定子的电动机对于降低电动机中产生的损耗从而得到高效率的电动机是有帮助的。

附图标记说明

1定子

2转子

3转轴孔

10外框

11磁轭

12、12a、12b齿部

13定子铁芯

14绕组

15绝缘构件

21转子铁芯

22永磁体

121、121a、121b窄部

122宽部

123、123a、123b延伸部

124、124a、124b恒宽部

125压紧部

130板状体

Claims (9)

1.一种电动机的定子，其中，

该电动机的定子具备将多个板状体层叠而形成的定子铁芯，

上述定子铁芯具有：

筒状的磁轭；以及

齿部，该齿部具有延伸部和宽部，该延伸部从上述磁轭向该磁轭的径向（以下简称为径向）内侧延伸，该宽部形成为在该延伸部的顶端沿上述磁轭的周向（以下简称为周向）拓宽；

上述延伸部具有恒宽部、窄部以及压紧部，该恒宽部以周向上的宽度不变的方式沿径向呈直线状延伸，该窄部在周向上的宽度比上述恒宽部在周向上的宽度小，该压紧部用于将多个板状体彼此固定；

上述压紧部以至少局部位于上述窄部的方式设置。

2.根据权利要求1所述的电动机的定子，其中，

上述压紧部设置为位于上述窄部的径向整个区域。

3.根据权利要求1所述的电动机的定子，其中，

上述压紧部以在径向上外径侧端部和内径侧端部中的一者位于上述窄部内，并且外径侧端部和内径侧端部中的另一者位于上述恒宽部的方式设置。

4.根据权利要求1所述的电动机的定子，其中，

上述压紧部的径向长度是上述窄部的径向长度的1.5倍以下。

5.根据权利要求1所述的电动机的定子，其中，

上述压紧部是使上述板状体局部弯折所形成的局部弯折部。

6.根据权利要求1所述的电动机的定子，其中，

上述窄部设置于上述延伸部的基端部，上述恒宽部自上述窄部的顶端向径向内侧延伸。

7.根据权利要求1所述的电动机的定子，其中，

上述窄部的周向两侧在与上述磁轭的中心轴线垂直的剖视状态下具有圆弧形状。

8.根据权利要求1所述的电动机的定子，其中，

上述窄部在周向上的宽度的最小值d1与上述恒宽部在周向上的宽度d2之比为0.70＜d1／d2＜0.98。

9.一种电动机，其具有权利要求1～8中任一项所述的电动机的定子。

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