CN104836351A - 定子铁心和永磁式电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定子铁心和永磁式电机。所述定子铁心包括：第一铁心片，具有向外方呈放射状突出的多个齿、以及连接所述多个齿的齿连接部；以及第二铁心片，所述定子铁心至少具有两种所述第二铁心片，所述第二铁心片具有向外方呈放射状突出的多个齿、以及设置在所述多个齿之间的狭缝开口部，所述第一铁心片和所述第二铁心片层叠而形成组套结构，在相同种类的所述第二铁心片中，所述狭缝开口部的开口角度相同，并且所述狭缝开口部沿圆周方向均等分布。

Description

定子铁心和永磁式电机

相关申请的交叉参考

本申请要求于2014年2月10日向日本特许厅提交的日本专利申请2014-023622号的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及定子铁心和永磁式电机。

背景技术

永磁式电机在无负荷驱动中产生伴随脉动的转矩。所述转矩的脉动被称为齿槽转矩。齿槽转矩阻碍转子的平滑旋转，成为电机的振动和速度变动的原因。因此，降低齿槽转矩在永磁式电机的设计上很重要。

以往，在为降低永磁式电机的齿槽转矩而采用的一例定子铁心中，齿连接部的整体被封闭，不具备狭缝开口部。

可是，封闭狭缝的齿连接部变厚时，尽管齿槽转矩变小，但是转矩降低。

公开有作为降低齿槽转矩的技术的定子铁心(参照日本专利公开公报特开2005-80474号)。在所述定子铁心中层叠的铁心片例如具有与齿连接的部分和未与齿连接的部分，并且连接齿与齿的部分被薄壁化。

此外，公开有层叠了齿连接部被薄壁化且薄壁部的角度不同的多个铁心片的定子(参照日本专利公开公报特开2004-304997号)。

而且，公开有层叠了具有至少两种齿前端角度的多个铁心片的定子铁心(参照日本专利公开公报特开2003-88078号)。按照日本专利公开公报特开2003-88078号的技术，可以降低齿槽转矩。

公开有层叠了具有被连接的齿的铁心片和具有未被连接的齿的铁心片的定子铁心(参照日本专利公开公报实开昭61-62537号)。按照日本专利公开公报实开昭61-62537号，减少了齿连接部中的、永久磁铁的磁束的短路，从而抑制了转矩降低。

此外，公开有一种定子铁心(参照日本专利第4476202号)，其组合层叠了三种具备在一片上交替存在有齿连接部和狭缝开口部的形状的铁心片。

按照日本专利公开公报特开2005-80474号和特开2004-304997号的技术，齿连接部被薄壁化。可是，将齿连接部薄壁化，尽管转矩变高，但是齿槽转矩变大。

按照日本专利公开公报特开2003-88078号的技术，定子铁心包含两种铁心片。用两种铁心片难以调整齿槽转矩和转矩。

按照日本专利公开公报实开昭61-62537号的技术，通过层叠具有被连接的齿的铁心片和具有未被连接的齿的铁心片，构成定子铁心。可是，和日本专利公开公报特开2003-88078号的技术同样，用两种铁心片难以调整齿槽转矩和转矩。

按照日本专利第4476202号的技术，层叠三种在一片上交替存在有齿连接部和狭缝开口部的形状的铁心片。可是，齿数为奇数时，难以使用该技术。

发明内容

本发明的一个目的是提供可以实现低齿槽转矩和高转矩的定子铁心以及具备所述定子铁心的永磁式电机。

本发明的一个实施方式的定子铁心包括：第一铁心片，具有向外方呈放射状突出的多个齿、以及连接所述多个齿的齿连接部；以及第二铁心片，所述定子铁心至少具有两种所述第二铁心片，所述第二铁心片具有向外方呈放射状突出的多个齿、以及设置在所述多个齿之间的狭缝开口部，所述第一铁心片和所述第二铁心片层叠而形成组套结构，在相同种类的所述第二铁心片中，所述狭缝开口部的开口角度相同，并且所述狭缝开口部沿圆周方向均等分布。

按照所述第二铁心片的种类，所述狭缝开口部的开口角度彼此不同。

此外，本发明的一个实施方式的永磁式电机，包括：定子，具有上述的定子铁心和多个线圈；以及转子，与所述定子隔着间隙收容在所述定子内，并固定在轴的周围，并且具有多个永磁铁。

所述定子铁心的铁心片构成组套结构。至少在一种第一铁心片上，各齿由齿连接部连接。第一铁心片不具有狭缝开口部。至少在两种第二铁心片上，各齿没有被连接。第二铁心片具有狭缝开口部。

在相同种类的第二铁心片上，狭缝开口部的开口角度相同或者实质上相等，并且狭缝开口部沿圆周方向均等或者大体均等分布。

即，至少一种第一铁心片不具有狭缝开口部。而且，至少两种第二铁心片具有狭缝开口部。因此，按照所述定子铁心，可以实现低齿槽转矩和高转矩。

附图说明

图1是本公开的一个实施方式的永磁式电机的整体结构的示意图。

图2是所述实施方式的定子铁心的整体形状的立体图。

图3是所述实施方式的定子铁心中的第一铁心片的主视图。

图4是所述实施方式的定子铁心中的第二铁心片的主视图。

图5是所述实施方式的定子铁心中的另外的第二铁心片的主视图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置。

以下，参照附图说明本实施方式的定子铁心和永磁式电机。

本实施方式的定子铁心和永磁式电机具有组套结构，所述组套结构包括不具有狭缝开口部的至少一种铁心片、以及具有狭缝开口部的至少两种铁心片。在属于相同种类的多个具有狭缝开口部的铁心片上，狭缝开口部的开口角度相同或者实质上相同，并且狭缝开口部沿圆周方向均等或者大体均等分布。

因此，按照本实施方式，能够提供能实现低齿槽转矩和高转矩的定子铁心和永磁式电机。

[定子铁心和永磁式电机的结构]

首先，参照图1至图5，说明本实施方式的定子铁心和永磁式电机的结构。图1是本实施方式的永磁式电机的整体结构的示意图。图2是本实施方式的定子铁心的整体形状的立体图。图3是本实施方式的定子铁心中的第一铁心片的主视图。图4是本实施方式的定子铁心中的第二铁心片的主视图。图5是本实施方式的定子铁心中的另外的第二铁心片的主视图。

作为本实施方式的永磁式电机(以下仅称“电机”)，例如可以列举AC伺服电机。

如图1所示，电机100在托架(未图示)内具备定子(固定子)2和转子(旋转子)3。转子3具备轴1。

托架内划分有用于收容定子2和转子3的圆柱状的空间。托架的两端分别形成有用于插通轴1的通孔。

作为托架的构成材料，例如采用硅钢片等软磁性体或者铝合金。但是，托架的构成材料不限于例示的材料。

定子2固定在托架的内周面上。定子2具有磁轭10、定子铁心20和线圈30。

磁轭10是沿托架的内周面设置的圆筒体状的金属构件。磁轭10具有封闭磁力线、使电磁感应效果达到最大的功能。此外，磁轭10还具有防止或者抑制所述电机100的周边设备受到源于电磁感应的磁场影响的功能。

作为磁轭10的构成材料，例如采用硅钢片等软磁性体。但是，磁轭10的构成材料不限于例示的材料。

定子铁心20为金属构件，其整体形状为大体异形圆筒体状。定子铁心20具有多个齿22。齿22从所述定子铁心20的圆环状的齿连接部21的外周向外方呈放射状突出。齿22和22之间划分形成有作为用于收容线圈30的空间的多个狭缝23。

如图2所示，定子铁心20的中央部具有圆环状的齿连接部21。多个齿22从齿连接部21的外周向外方呈放射状突出设置。

定子铁心20例如构成具有层叠的三种以上的不同形状的铁心片的定子铁心组套。本实施方式的定子铁心20具备三种不同形状的铁心片20a、20b和20c。但并不限于此，定子铁心20只要具备三种以上不同形状的铁心片即可。

其中，如图2和图3所示，至少一种铁心片20a(第一铁心片)的齿22之间由齿连接部21连接。本实施方式的铁心片20a的三个部位的齿22由齿连接部21连接。因此，所述铁心片20a不具有狭缝开口部。

另一方面，如图2、图4和图5所示，至少两种铁心片20b和20c(第二铁心片)不具有齿连接部21。因此，在铁心片20b和20c上，齿22之间没有被连接。因此，所述铁心片20b和20c分别具有狭缝开口部24和25。

这些所有的铁心片20a、20b和20c，通过以各自的齿22对齐的方式层叠，形成组套结构。优选至少在定子铁心20的厚度方向的两端部上，配置具有齿连接部21的铁心片20a。

另外，如图2所示，例如多个铁心片20b以在定子铁心20上形成比较小的大体矩形的开口部的方式配置(层叠)在上述两端部的铁心片20a上。所述比较小的大体矩形的开口部，可以由邻接的多个狭缝开口部24形成。而且，可以在上述铁心片20b上配置(层叠)铁心片20a。而且，多个铁心片20c以在定子铁心20上形成比较大的大体矩形的开口部的方式配置(层叠)在所述铁心片20a上。所述比较大的大体矩形的开口部，可以由邻接的多个狭缝开口部25形成。此外，为避免大体矩形的开口部之间邻接，可以在大体矩形的开口部之间配置(层叠)铁心片20a(铁心片20a的齿连接部21)。

在属于相同种类的不具有齿连接部21的多个铁心片20b(20c)中，狭缝开口部24(25)的开口角度相同或者实质上相同，并且狭缝开口部24(25)沿圆周方向均等或者大体均等分布。即，在不具有齿连接部21的多个铁心片20b中，各狭缝开口部24的开口角度相同或者实质上相同，并且狭缝开口部24沿圆周方向均等或者大体均等分布。同样，在不具有齿连接部21的多个铁心片20c中，各狭缝开口部25的开口角度相同或者实质上相同，并且狭缝开口部25沿圆周方向均等或者大体均等分布。

此外，如图4和图5所示，在不具有齿连接部21的两种铁心片20b和20c中，按照种类，各自的狭缝开口部24和25的开口角度θ1和θ2彼此不同。即，不具有齿连接部21的铁心片20b中的狭缝开口部24的开口角度θ1与不具有齿连接部21的铁心片20c中的狭缝开口部25的开口角度θ2彼此不同。

在本实施方式中，铁心片20b中的狭缝开口部24的开口角度θ1与铁心片20c中的狭缝开口部25的开口角度θ2，设定成θ1＜θ2的关系。

作为铁心片20a、20b和20c的构成材料，例如可以采用与磁轭10相同的硅钢片等软磁性体。但是，铁心片20a、20b和20c的构成材料，不限于例示的材料。

本实施方式的线圈30是具有空芯部(未图示)的树脂浇铸线圈，其横断面呈圆弧状。线圈(浇铸线圈)30的空芯部中插入并配置有定子铁心20的齿22。

狭缝23与线圈(浇铸线圈)30的数量对应。例示的定子2具有三个狭缝和三个线圈。但是，定子2中的狭缝23和线圈30的数量不限于本实施方式例示的数量。

定子铁心20中收容的线圈30嵌合在磁轭10内。

再次参照图1，转子3具有转子铁心50和永磁铁60。转子3与定子2隔着间隙收容在定子2内，并且固定在轴1的周围。轴1能旋转地支承在、被支撑在托架两端的轴承上。轴1成为转子3的旋转中心。

转子铁心50是设置在轴1的周围的厚壁圆筒体状的金属构件。转子铁心50例如可以由具有层叠的多个铁心片的转子铁心组套构成，或者可以由单体的厚壁圆筒体状的金属构件构成。

作为转子铁心50的构成材料，例如可以采用硅钢片等软磁性体。但是，转子铁心50的构成材料不限于例示的材料。

转子铁心50的表面或者内部组装有多个永磁铁60。多个永磁铁60沿转子铁心50的圆周方向均等或者大体均等配置。多个永磁铁60例如具有使N和S在转子铁心50的圆周方向交替配置的磁化配置。但是，永磁铁60的磁化配置不限于例示的磁化配置。

作为永磁铁60，例如可以列举钕磁铁等稀土类磁铁。但是，永磁铁60的材质不限于例示的材质。

[定子和永磁式电机的作用]

下面参照图1至图5，说明本实施方式的定子和电机的作用。

如图1所示，本实施方式的电机100在托架内具有转子3和定子2。

在转子3的转子铁心50的表面或者内部，组装有多个永磁铁60。多个永磁铁60以N和S在圆周方向交替的方式配置。

另一方面，定子2以包围转子3的方式设置，具有在圆周方向排列的多个线圈30。

即，按照本实施方式的电机100，电流以与转子3的永磁铁60产生的磁束交叉的方式流过定子2的线圈30。在电机100中，永磁铁60的磁束与流过线圈30的电流交叉时，通过电磁感应作用，在线圈30上产生圆周方向的驱动力，使转子3以轴1为中心旋转。

按照本实施方式的定子2和电机100，定子铁心20包含三种以上的铁心片。本实施方式的定子铁心20构成具有层叠的三种铁心片20a、20b和20c的组套结构。

其中，至少一种铁心片20a的齿22之间由齿连接部21连接。另一方面，至少两种铁心片20b和20c不具有齿连接部21。在上述两种铁心片20b和20c中，齿22之间没有被连接。

因此，具有齿连接部21的至少一种铁心片20a不具有狭缝开口部。另一方面，不具有齿连接部21的至少两种铁心片20b和20c分别具有狭缝开口部24和25。

在属于相同种类的不具有齿连接部21的多个铁心片20b(20c)中，狭缝开口部24(25)的开口角度相同或者实质上相同，并且狭缝开口部24(25)沿圆周方向均等或者大体均等分布。即，在不具有齿连接部21的多个铁心片20b中，各狭缝开口部24的开口角度相同或者实质上相同，并且狭缝开口部24沿圆周方向均等或者大体均等分布。同样，在不具有齿连接部21的多个铁心片20c中，各狭缝开口部25的开口角度相同或者实质上相同，并且狭缝开口部25沿圆周方向均等或者大体均等分布。

此外，如图4和图5所示，在不具有齿连接部21的两种铁心片20b和20c中，按照种类，各自的狭缝开口部24和25的开口角度θ1和θ2彼此不同。即，不具有齿连接部21的铁心片20b中的狭缝开口部24的开口角度θ1与不具有齿连接部21的铁心片20c中的狭缝开口部25的开口角度θ2彼此不同。

在本实施方式中，铁心片20b中的狭缝开口部24的开口角度θ1与铁心片20c中的狭缝开口部25的开口角度θ2具有θ1＜θ2的关系。即，铁心片20b中的狭缝开口部24的开口长度与铁心片20c中的狭缝开口部25的开口长度彼此不同。

因此，按照本实施方式的定子2和电机100，至少一种铁心片20a不具有狭缝开口部，至少两种铁心片20b和20c分别具有不同长度的狭缝开口部24和25。因此，按照本实施方式，可以提供能实现低齿槽转矩和高转矩的定子铁心20和电机100。

以上，说明了本发明的最佳实施方式。上述是用以说明本发明的例示，并不是将本发明的技术范围限定于这些实施方式的记述。本发明的技术在不脱离其发明思想的范围内，能够以与上述实施方式不同的各种方式实施。

另外，具备永磁铁的电机的定子铁心，例如构成具有层叠的多个不同形状的铁心片的组套结构。

本实施方式的定子铁心和永磁式电机可以构成组套结构，所述组套结构包括不具有狭缝开口部的至少一种铁心片、以及具有狭缝开口部的至少两种铁心片。在具有狭缝开口部的至少两种铁心片中，相同种类的铁心片的狭缝开口部的开口角度相同，并且狭缝开口部沿圆周方向均等分布。

在不具有齿连接部21的铁心片20b、20c中，相同种类的各铁心片20b、20c的狭缝开口部24、25的开口角度相同，并且狭缝开口部24、25沿圆周方向均等分布。

在不具有齿连接部21的铁心片20b、20c中，按照不同种类，各自的狭缝开口部24、25的开口角度θ1、θ2可以不同。

永磁铁60例如可以以N、S在转子铁心50的圆周方向交替磁化的方式配置。多个永磁铁60也可以以N、S在圆周方向交替磁化的方式配置。

本发明的一个实施方式的定子铁心和永磁式电机可以是以下的第一和第二定子铁心、以及第一永磁式电机。

第一定子铁心是具有从环状的齿连接部的外周向外方呈放射状突出的多个齿的定子铁心，包括各齿由所述齿连接部连接且不具有狭缝开口部的至少一种铁心片、以及各齿未连接且具有所述狭缝开口部的至少两种铁心片，全部所述铁心片层叠构成组套结构，在不具有所述齿连接部的铁心片中，相同种类的各所述铁心片的所述狭缝开口部的开口角度相同，并且所述狭缝开口部沿圆周方向均等分布。

第二定子铁心是在所述第一定子铁心上，按照不具有所述齿连接部的铁心片的不同种类，各自的所述狭缝开口部的开口角度不同。

第一永磁式电机包括：定子，具备第一或者第二定子铁心，并具有多个线圈；以及转子，与所述定子隔着间隙收容在所述定子内，并固定在轴的周围，并且具有多个永磁铁。

出于示例和说明的目的已经给出了所述详细的说明。根据上面的教导，许多变形和改变都是可能的。所述的详细说明并非没有遗漏或者旨在限制在这里说明的主题。尽管已经通过文字以特有的结构特征和/或方法过程对所述主题进行了说明，但应当理解的是，权利要求书中所限定的主题不是必须限于所述的具体特征或者具体过程。更确切地说，将所述的具体特征和具体过程作为实施权利要求书的示例进行了说明。

Claims (4)

1.一种定子铁心，其特征在于包括：

第一铁心片，具有向外方呈放射状突出的多个齿、以及连接所述多个齿的齿连接部；以及

第二铁心片，所述定子铁心至少具有两种所述第二铁心片，所述第二铁心片具有向外方呈放射状突出的多个齿、以及设置在所述多个齿之间的狭缝开口部，

所述第一铁心片和所述第二铁心片层叠而形成组套结构，

在相同种类的所述第二铁心片中，所述狭缝开口部的开口角度相同，并且所述狭缝开口部沿圆周方向均等分布。

2.根据权利要求1所述的定子铁心，其特征在于，按照所述第二铁心片的种类，所述狭缝开口部的开口角度彼此不同。

3.一种永磁式电机，其特征在于包括：

定子，具有权利要求1所述的定子铁心和多个线圈；以及

转子，与所述定子隔着间隙收容在所述定子内，并固定在轴的周围，并且具有多个永磁铁。

4.一种永磁式电机，其特征在于包括：

定子，具有权利要求2所述的定子铁心和多个线圈；以及

转子，与所述定子隔着间隙收容在所述定子内，并固定在轴的周围，并且具有多个永磁铁。