CN106549514B

CN106549514B - 旋转电机的定子

Info

Publication number: CN106549514B
Application number: CN201610825071.4A
Authority: CN
Inventors: 野田宪; 服部宏之
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2016-09-14
Publication date: 2019-06-21
Anticipated expiration: 2036-09-14
Also published as: JP2017060326A; JP6380310B2; CA2941287C; KR20170033786A; KR101834967B1; CN106549514A; MY171765A; BR102016020542B1; US10116175B2; EP3145056B1; EP3145056A1; BR102016020542A2; RU2641722C1; CA2941287A1; US20170085139A1

Abstract

本发明提供一种旋转电机的定子，能够抑制涡电流损耗，并且能够通过旋转层叠来确保几何公差。旋转电机的定子具备：通过将环状的电磁钢板层叠而构成的定子芯(24)和定子绕组(26)。构成定子芯(24)的电磁钢板通过在周向上均等地配置的多个铆接部(25)相互连结。各铆接部(25)以在转子(12)中在周向上相邻的同极性的2个磁极(22)相对于转子旋转中心(O)所成的中心角(α)的整数倍的周向间距而形成。定子芯(24)在周向上以等间距具有多个从外周面突出且形成有插通孔(42)的固定部(40)。铆接部(25)的数量为奇数，固定部(40)以与铆接部(25)相对于转子旋转中心(O)的周向间距的约数相当的周向间距形成。

Description

旋转电机的定子

技术领域

本发明涉及旋转电机的定子。

背景技术

以往，专利文献1中记载了：为了降低定子铁芯内产生的涡电流损耗，将构成定子铁芯的电磁钢板的捆束部位配置成在定子铁芯的周向上等间隔、且相邻的捆束部位间的中心角成为组合的转子的2个磁极所成的中心角的整数倍。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2007-236067号公报

发明内容

发明要解决的课题

在轴向上层叠环状的电磁钢板而构成定子芯的定子中，为了使定子芯的层叠厚度在周向上均匀而确保定子芯的几何公差(垂直度、直线度等)，有时使环状的电磁钢板在周向上旋转来层叠。将此称为旋转层叠。

存在如下情况：上述环状的电磁钢板在外周部具有向径向外侧鼓出的固定部形成部分，该固定部形成部分沿轴向层叠而在定子芯的外周面形成固定部。包含这样的定子芯的定子，在形成于固定部的贯通孔中插通螺栓等紧固连接部件而连接固定于容纳旋转电机的壳体。

在这样通过固定部固定于壳体的定子中，若不对定子芯中的固定部的位置下工夫研究，就无法通过上述专利文献1所记载的构成降低涡电流损耗且无法使环状的电磁钢板旋转层叠来确保几何公差。

本发明的目的在于，提供一种旋转电机的定子，能够抑制涡电流损耗、并且能够通过旋转层叠确保几何公差。

用于解决课题的手段

作为本发明的一个方案的旋转电机的定子，具备以将环状的电磁钢板层叠多张的状态构成的定子芯、和卷绕于所述定子芯的齿的绕组，其特征在于，构成所述定子芯的电磁钢板通过在周向上均等地配置的多个连结部而相互连结，各连结部以如下周向间距形成，所述周向间距是旋转电机的转子所含的多个磁极中在周向上相邻的同极性的2个磁极相对于转子旋转中心所成的中心角的整数倍，所述定子芯在周向上以等间距具有多个固定部，所述固定部从外周面向径向外侧突出，且形成有在轴向上贯通的插通孔，所述连结部的数量为奇数，所述固定部以与所述连结部相对于所述转子旋转中心的周向间距的约数相当的周向间距形成。

另外，作为本发明的另一方案的旋转电机的定子具备以将环状的电磁钢板层叠多张的状态构成的定子芯、和卷绕于所述定子芯的齿的绕组，其特征在于，构成所述定子芯的电磁钢板通过在周向上均等地配置的多个连结部而相互连结，各连结部以如下周向间距形成，所述周向间距是旋转电机的转子所含的多个磁极中在周向上相邻的同极性的2个磁极相对于转子旋转中心所成的中心角的整数倍，所述定子芯在周向上以等间距具有多个固定部，所述固定部从外周面向径向外侧突出，且形成有在轴向上贯通的插通孔，所述连结部的数量为偶数，所述固定部以与所述连结部相对于所述转子旋转中心的周向间距或者180°的约数相当的周向间距形成。

在本发明的旋转电机的定子中，优选所述连结部形成于在周向上与所述固定部错开的位置。

发明的效果

根据本发明的旋转电机的定子，利用以转子的与2个磁极对应的中心角的整数倍的周向间距形成的连结部彼此连结，由此，定子中的各连结部间的磁通分布不论转子旋转位置如何都相同，结果，在层叠的电磁钢板间，难以经由连结部而流动涡电流，能够抑制涡电流损耗的产生。另外，在将环状的电磁钢板旋转层叠而构成定子芯的情况下，在各电磁钢板中连结部的位置沿轴向对齐，并且定子芯的固定部的位置沿轴向对齐。结果，能够利用电磁钢板的旋转层叠确保定子芯的几何公差。

附图说明

图1是包含本发明的第1实施方式的定子的旋转电机的沿着轴向的剖视图。

图2是从轴向观察第1实施方式的定子的概略图。

图3是从轴向观察第2实施方式的定子的概略图。

附图标记的说明

1、1A旋转电机；2壳体；2a底部；3盖部件；4阴螺纹孔；10、10A定子；12、12A转子；14转子芯；16、27电磁钢板；18转子轴；20a、20b轴承部件；22永磁体或者磁极；24、24A定子芯；25铆接部(连结部)；26定子绕组；26a(定子绕组的)部分；26b绕组端部；28磁轭；30齿；32槽；40固定部；41固定部形成部分；42插通孔；44螺栓；L层叠厚度；O转子旋转中心；α中心角；β、γ周向间距

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。在该说明中，具体的形状、材料、数值、方向等仅是为了容易理解本发明的例示，能够根据用途、目的、规格等适当变更。另外，在以下包含多个实施方式和/或变形例等的情况下，适当组合它们的特征部分而使用是从最初就设想好的。

第1实施方式

图1是包含作为本发明的第1实施方式的定子10的旋转电机的沿着轴向的剖视图。图2是从轴向观察第1实施方式的定子10的概略图。图1中，用箭头E示出沿着转子旋转中心O的轴向，用箭头R示出与转子旋转中心O正交的径向。另外，图2中，用箭头C示出沿着在与转子旋转中心O正交的平面上绘制的圆的周向。在图2中，定子绕组与转子芯的图示被省略。

如图1所示，旋转电机1具备定子10和转子12。旋转电机1容纳于壳体2内。壳体2的轴向一端由底部2a封闭，轴向另一端侧是开口的。壳体2的开口由盖部件3封闭。

如图1以及图2所示，转子12包含转子芯14。转子芯14例如以将通过冲压进行冲裁而形成的圆盘状的电磁钢板16沿轴向层叠的状态构成。构成转子芯14的各电磁钢板16例如通过铆接、焊接等措施相互连结而一体化。

在转子芯14的中心部，转子轴18在轴向上贯通且被固定。转子芯14能够通过铆接、热压配合、螺母紧固连接等措施固定于转子轴18。转子轴18的轴向一端部通过安装于壳体2的底部2a的轴承部件20a被支承成能够旋转。另外，转子轴18的轴向的另一端部侧通过安装于盖部件3的轴承部件20b被支承成能够旋转。由此，转子12通过轴承部件20a、20b以能够旋转的方式支承于固定在壳体2的筒状的定子10的内周侧。在转子轴18的轴向另一端部设置有用于相对于旋转电机1输入输出动力的齿轮(未图示)。

转子12在呈大致圆柱状的转子芯14的外周面上具有多个永磁体(永磁铁)22。各永磁体22的径向外侧部分在周向上被交替地磁化为N极、S极。通过各永磁体22分别构成转子12的磁极。永磁体22在转子芯14的周向上以等间距固定配置。具体而言，在周向上相邻的2个永磁体22配置于相对于转子12的旋转中心O的中心角成为α/2(°)的位置。在转子12中，各永磁体22构成磁极。以下，适当地称为磁极22。

在本实施方式中，转子12包含例如10个磁极22。因此，在本实施方式中，在周向上相邻的磁极22之间的相对于转子旋转中心O的中心角度α/2被设定为36°，在周向上相邻的同极性(例如，N极)的2个磁极所成的中心角α被设定为72°。该中心角α也可称为2个磁极所成的中心角。

此外，在本实施方式中，对于利用1个永磁体构成1个磁极的情况进行了说明，但也可以用多个永磁体构成1个磁极。另外，构成磁极的永磁体也可以埋设在转子芯14的外周面附近的内部。

接下来，对本实施方式的定子10进行说明。参照图1以及图2，定子10具备定子芯24和定子绕组26。对于定子芯24而言，例如将通过冲压加工进行冲裁而形成的圆环状的电磁钢板27在轴向上层叠，并利用多个铆接部(连结部)25相互连结而形成一体。

定子芯24具有：圆环状的磁轭28，和从磁轭28的内周缘朝向径向内侧突出且沿周向均等地配置的多个齿30。在周向上相邻的齿30之间，形成有在轴向上贯通的槽状的槽(缝隙)32。在本实施方式中，示出齿30以及槽32各形成15个的例子。因此，在本实施方式中，齿30以及槽32的形成间距成为24°。

定子绕组26例如通过在齿30的周围卷绕被绝缘地覆盖的铜线而构成。定子绕组26包括：位于槽32内的部分26a和突出到定子芯24的轴向两侧的绕组端部26b。在本实施方式中，定子绕组26以集中绕组的方式卷绕于各齿30。即，在1个齿32的周围分别卷绕1个绕组部分，将各绕组部分通过汇流条等电连接，由此形成定子绕组26。

旋转电机1例如是三相同步型电机。该情况下，定子绕组26由U相绕组、V相绕组、W相绕组构成。具体而言，在本实施方式的定子10中，构成U相绕组的5个U相绕组部分分别卷绕于各自隔开2个齿的齿30，构成V相绕组的5个V相绕组部分分别卷绕于与U相绕组部分在周向上相邻的齿30，构成W相绕组的5个W相绕组部分分别卷绕于剩余的齿30。

如上述那样，构成定子芯24的各电磁钢板27通过形成于磁轭28的铆接部25相互连结。铆接部25是各电磁钢板的一方的表面为凹状且另一方表面为凸状而形成的凹陷部，利用铆接部25使电磁钢板彼此凹凸嵌合而连结。除此之外，各电磁钢板还可以通过在外周面的一部分中焊接成沿着轴向的线状而牢固地连结。

关于铆接部25，在定子芯24的磁轭28，多个铆接部25在周向上以等间距设置。具体而言，在本实施方式的定子10中，5个铆接部25以360°/5个＝72°的周向间距β形成。这样在本实施方式中，铆接部25的周向间距β被设定为在转子12中在周向上相邻的同极性的2个磁极22的中心角α＝72°的整数倍(即1倍)。作为其他的例子，在转子12中同极性的2个磁极22的上述中心角α例如为36°(磁极数为20个)的情况下，可以将铆接部25的周向间距β设为上述中心角α的2倍(即2×36°＝72°)。进而，作为其他的例子，在转子12中同极性的2个磁极22的中心角α例如为24°(磁极数为30个)的情况下，可以将铆接部25的周向间距β设为上述中心角α的3倍(即3×24°＝72°)。

如图2所示，优选铆接部25形成在从下述的固定部40在周向上错开的位置。换言之，优选设定为铆接部25与固定部40的周向位置不对齐。这样，能够防止在通过冲压而压入形成铆接部25时，在固定部40的插通孔42产生歪斜。

定子芯24具有从圆柱状的外周面向径向外侧突出的固定部40。固定部40从轴向观察，形成为顶角部为圆角的大致三角状。另外，在固定部40，插通孔42在轴向上贯通地形成。这样的形成有插通孔42的固定部40通过形成于各电磁钢板27的大致三角状的固定部形成部分41在轴向上层叠而构成。如图1所示，从轴向一侧向固定部40的插通孔42插入螺栓等紧固连接部件44，将在轴向另一侧突出的螺栓等紧固连接部件44的顶端部拧紧到形成于壳体2的底部2a的阴螺纹孔4中。由此，定子10连接固定于壳体2。

定子芯24的固定部40在定子芯24的周向上以等间距设置有多个。在本实施方式中，示出了形成有5个固定部40的例子。该情况下，固定部40的周向间距γ与铆接部25的情况同样，成为360°/5个＝72°。

在如本实施方式那样在周向上以等间距设置的铆接部25的数量为奇数的情况下，固定部40的周向间距γ被设定为相对于转子旋转中心O的铆接部25的周向间距β的约数。即，若将n(＝1、2、3…)设为整数，则能够用γ＝β/n表示。具体而言，本实施方式的情况下，固定部40的周向间距γ设定为与铆接部25的周向间距β相等，与n＝1的情况相当。不限定于此，也可以在设为n＝2的情况下，将固定部40以铆接部25的一半的周向间距设为铆接部25的2倍的数量(例如，10个)，也可以在设定n＝3的情况下，将固定部40以铆接部25的三分之一的周向间距设为铆接部25的3倍的数量(例如，15个)。

接下来，对包括上述的构成的旋转电机1的定子10的作用进行说明。

如图2中虚线所示那样，从转子12的N极的磁极22发出的磁通，从定子10的齿30的顶端部通过磁轭28的内周侧缘部附近，从周向上相邻的其他的齿30流入转子12的S极的磁极22。

构成定子芯24的各电磁钢板27在正反面具有例如绝缘涂层或者绝缘被膜，所以构成为在轴向上相邻的电磁钢板彼此不电导通。由此，对于电磁钢板的各个，在内部不形成闭环状的电流路径。因此，当定子10与转子12组合而作为旋转电机1工作时，能够抑制因转子旋转时的交链磁通变化产生的涡电流损耗。

但是，如本实施方式的定子10那样，利用铆接部25使电磁钢板彼此凹凸嵌合而连结的情况下，在铆接部25的冲压形成时，有时正反面的绝缘涂层等会被削去。在该情况下，在轴向上层叠的多个电磁钢板27彼此会经由铆接部25而电导通，由位于周向上相邻的2个铆接部25之间的磁轭28和上述2个铆接部25形成闭环状的电流路径，结果，有时作为旋转电机1工作时的涡电流损耗增大。

对于该问题，在本实施方式的定子10中，将铆接部25的周向间距β设定为转子12的同极性的2个磁极22相对于转子旋转中心O所成的中心角α的整数倍。由此，如图2所示，在定子芯24内由如虚线所示那样的磁通在铆接部25的周围产生如顺时针方向的实线箭头所示那样的交链磁通变化。结果，根据右手螺旋法则，在铆接部25，如在○内示出×的标记所示那样，以从图2的纸面的跟前侧向进深侧流过电流的方式产生电动势。这对于所有的铆接部25都是同样的。即，在本实施方式的定子10中，以与同极性的2个磁极22的中心角相当的周向间距形成铆接部25，因此，在所有的铆接部25产生电流向同一方向流动那样的电动势。这是由于，即便转子12旋转而磁极22的位置相对于定子10变化，分别位于各铆接部25之间的定子芯24的磁轭28中的磁通分布也相同，因此，各铆接部25中产生的电流的流动方向为从跟前侧向进深侧、或者从进深侧向跟前侧，为同一方向。因此，即便经由铆接部25在多个电磁钢板间来自转子12的磁极22的磁通在闭环状的电流路径中交链，也能够使得难以经由铆接部25而涡电流在大的闭环电流路径中流动。结果，能够抑制定子10中的涡电流损耗的发生。

另外，在本实施方式的定子10中，固定部40的周向间距γ被设定为铆接部25的周向间距β的整数分之一、或者相同，因此，在将各电磁钢板层叠时，以将每1张电磁钢板或者每预定张数电磁钢板向周向一侧以预定角度(例如，72°)旋转的状态进行旋转层叠的情况下，能够使得电磁钢板27的固定部形成部分41在轴向上对齐而构成固定部40。在此，将电磁钢板27旋转层叠时的预定角度可以被设定为上述γ和上述β中的较大的一方的角度或者其倍数。通过这样将电磁钢板27旋转层叠而构成定子芯24，能够使定子芯24的层叠厚度L遍及周向是均匀的，能够确保定子芯24的几何公差(直线度、垂直度等)。

第2实施方式

接下来，参照图3，对第2实施方式的定子10A进行说明。图3是从轴向观察第2实施方式的定子10A的概略图。在图3中，省略了转子芯14以及定子绕组26的图示。以下，对于与上述的第1实施方式的定子10相同或者类似的构成要素标注相同或者类似的参照标记，并省略成为重复的说明。

如图3所示，包含本实施方式的定子10A的旋转电机1A具备定子10A和转子12A。转子12A在外周面具有在周向上均匀配置的多个磁极22。具体而言，在转子12A，例如8个磁极22以45°的周向间距设置。各磁极22构成为，径向外侧的极性被磁化为N极和S极的永磁体在周向上交替地配置。因此，在本实施方式的旋转电机1A中，关于转子12A的磁极22，在周向上相邻的同极性(例如，N极)的2个磁极22相对于转子旋转中心O所成的中心角α被设定为90°。

本实施方式的定子10A具备定子芯24A和定子绕组26(参照图1)。定子芯24A具有圆环状的磁轭28，和从磁轭28的内周缘部向径向内侧突出的多个齿30，在各齿30间形成有槽32。

在本实施方式的定子10A中，齿30以及槽32各形成48个。并且，定子绕组26以集中绕组的方式跨及多个齿30而卷绕。该情况下，48个槽32中的、分别隔开2个槽的16个槽32是供U相绕组插入配置的U相绕组用槽，相对于这些U相绕组用槽32在周向一侧分别相邻的16个槽32是供V相绕组插入配置的V相绕组用槽，剩余的16个槽32是供W相绕组插入配置的W相绕组用槽。

定子芯24A通过呈环状的电磁钢板27在轴向上层叠多个而构成。各电磁钢板27通过在周向上以等间距β设置的铆接部25的凹凸嵌合而相互连结成为一体。在此，在本实施方式的定子10A中，铆接部25的数被设定为偶数。具体而言，示出定子芯24具有4个铆接部25的例子。即，铆接部25的周向间距β被设定为与上述中心角α相同的90°。

另外，定子芯24A具有从圆柱状的外周面向径向外侧突出的固定部40。在固定部40，插通孔42在轴向上贯通地形成。从轴向一侧向该固定部40的插通孔42插入螺栓等紧固连接部件44，将在轴向另一侧突出的螺栓等紧固连接部件44的顶端部拧紧到形成在壳体2的底部2a的阴螺纹孔4中，由此定子10A连接固定在壳体2(参照图1)。

定子芯24的固定部40在定子芯24的周向上以等间距设置有多个。在本实施方式中，示出形成有4个固定部40的例子。该情况下，固定部40的周向间距γ与铆接部25的情况同样，成为90°。

在如本实施方式那样在周向上以等间距设置的铆接部25的数量为偶数的情况下，可以将固定部40的周向间距γ设定为相对于转子旋转中心O的铆接部25的周向间距β的约数。即，若将n(＝1、2、3…)设为整数，则能够用γ＝β/n表示。具体而言，在本实施方式的情况下，固定部40的周向间距γ被设定为与铆接部25的周向间距β相等，与n＝1的情况相当。不限定于此，可以在设定为n＝2的情况下，将固定部40以铆接部25的一半的周向间距设定为铆接部25的2倍的数量(例如，8个)，可以在设为n＝3的情况下，将固定部40以铆接部25的三分之一的周向间距设为铆接部25的3倍的数量(例如，12个)。

或者，在铆接部25的数量例如为4个、6个、8个等偶数的情况下，固定部40的周向间距γ可以被设定为180°的约数。该情况下，若将n(＝1、2、3…)设为整数，则能够用γ＝180°/n表示。例如，在n＝1的情况下，固定部40的周向间距γ成为180°，固定部40为2个，在n＝2的情况下，固定部40的周向间距γ成为90°，如本实施方式那样固定部40为4个，在n＝3的情况下，固定部40的周向间距γ成为60°，而固定部40为6个。在此，在以周向间距γ＝60°将固定部40设为6个的情况下，可以将转子12A中的同极性的2个磁极22的中心角α设定为例如60°(即磁极数12个)，将铆接部25的周向间距β设定为例如60°或者120°。此外，为了更稳定且可靠地进行定子10A相对于壳体2的连接固定，优选固定部40的数量为3个以上。

接下来，对于包括上述的构成的本实施方式的定子10A的作用进行说明。在定子10A中，铆接部25的周向间距β被设定为转子12A的同极性的2个磁极22相对于转子旋转中心O所成的中心角α的整数倍，由此，能够与上述第1实施方式的定子10同样地防止涡电流经由铆接部25遍布多个电磁钢板而流动，结果，能够抑制涡电流损耗的产生。

另外，在本实施方式的定子10A中，固定部40的周向间距γ被设定为铆接部25的周向间距β的约数或者180°的约数，因此，能够将电磁钢板旋转层叠而构成定子芯24A。因此，能够使定子芯24A的层叠厚度L遍及周向是均匀的，能够确保定子芯24A的几何公差(直线度、垂直度等)。

此外，本发明不限定于上述实施方式及其变形例，能够在本申请的权利要求书所记载的事项及其等同的范围内进行各种改良和/或变更。

例如，在上述中，对于通过凹凸嵌合的铆接部25构成将各电磁钢板连结的连结部的例子进行了说明，但不限定于此。也可以在形成于各电磁钢板的贯通孔中插入或者压入管子、实心杆、铆钉、板材等细长的部件，来构成将各电磁钢板相互连结的连结部。

Claims

1.一种旋转电机的定子，具备以将环状的电磁钢板层叠多张的状态构成的定子芯、和卷绕于所述定子芯的齿的绕组，其特征在于，

构成所述定子芯的电磁钢板通过在周向上均等地配置的多个连结部而相互连结，

各连结部以如下周向间距形成，所述周向间距是旋转电机的转子所含的多个磁极中在周向上相邻的同极性的2个磁极相对于转子旋转中心所成的中心角的整数倍，

所述定子芯在周向上以等间距具有多个固定部，所述固定部从外周面向径向外侧突出，且形成有在轴向上贯通的插通孔，

所述连结部的数量为奇数，所述固定部以与所述连结部相对于所述转子旋转中心的周向间距的约数相当的周向间距形成，并且所述固定部的周向间距与所述连接部的周向间距不相等。

2.一种旋转电机的定子，具备以将环状的电磁钢板层叠多张的状态构成的定子芯、和卷绕于所述定子芯的齿的绕组，其特征在于，

所述连结部的数量为偶数，所述固定部以与所述连结部相对于所述转子旋转中心的周向间距的约数或者180°的除了180°本身之外的约数相当的周向间距形成。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机的定子，所述连结部形成于在周向上与所述固定部错开的位置。

4.根据权利要求1或2所述的旋转电机的定子，所述定子芯是通过在将所述电磁钢板层叠时以将每1张电磁钢板或者每预定张数电磁钢板向周向一侧以预定角度旋转的状态进行旋转层叠而构成的，所述预定角度被设定为所述固定部的周向间距和所述连结部的周向间距中较大的一方的角度或其倍数。