CN107947397B - 旋转电动机以及定子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电动机，具有接近正圆的定子芯。本发明的旋转电动机具备定子。定子具备框架及嵌合在框架的嵌合部的定子芯(10)。定子芯(10)为具有多个铁芯边(20)的叠片铁芯，多个铁芯边(20)在多个铆接部分(22)中以层叠状态铆接固定。多个铆接部分(22)沿圆周方向不均匀地配置。

Description

旋转电动机以及定子的制造方法

技术领域

本申请主张基于2016年10月13日申请的日本专利申请第2016-201908号的优先权。其申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

本发明涉及一种内转子型旋转电动机。

背景技术

作为旋转电动机的一种，已知有内转子型无刷电机(以下，简称为旋转电动机)。旋转电动机具备转子和定子。

图1A是表示定子2的结构的平面图，图1B是其放大图。定子2具备定子芯10及框架30。定子芯10具有环状轭12及从轭12向中央方向突起的多个齿(齿部)14。在齿14与齿14之间形成有狭槽16。在狭槽卷装有未图示的绕组(线圈)。定子芯10通过层叠薄型铁芯片而构成，该薄型铁芯片经冲压加工被切断并成型。多个铁芯边通过铆接或者焊接被接合。

定子芯10通过热压配合工序而嵌合在框架30的嵌合部32。在该工序中，框架30被加热。如图1B所示，框架30在过热状态下膨胀，从而其嵌合部32的内径相比定子芯10的外径变大。在该状态下，定子芯10插入于框架30的嵌合部32。然后，使框架30冷却并收缩，由此定子芯10被固定在框架30的嵌合部32。

专利文献1：日本特开2014-82935号公报

在未对定子绕组流通电流的状态下，使转子旋转时，旋转电动机中会产生根据旋转角而脉动的阻力。将其称为齿槽转矩，成为旋转控制旋转电动机时的外部干扰，并成为装置的精度下降、效率下降、发生噪音及振动的原因。若要降低齿槽转矩，使定子芯10接近正圆较为有效。

发明内容

本发明是在这样的情况下完成的，其一方式的例示性的目的之一在于提供一种接近正圆的定子芯。

本发明的一方式涉及一种具备定子的旋转电动机。定子具备框架及嵌合在框架的嵌合部的定子芯。定子芯具有在多个铆接部分中以层叠状态铆接固定的多个铁芯边。多个铆接部分沿圆周方向不均匀地配置。

本发明人根据铆接部分的配置发现，能够改变定子芯的径向分布，即能够从正圆有意图地进行变形。根据该方式，通过将多个铆接部分的配置设为不均匀的配置，从而在嵌合框架和定子芯之后，能够使定子芯接近正圆。

多个铆接部分可以以相对高密度配置在框架的嵌合部与定子芯的嵌合余量较小的部位。在嵌合余量较小的部位中，定子芯会受到来自框架的较大的力，因此通过将铆接部分集中在这种部位，在嵌合后能够使定子芯接近正圆。

多个铆接部分可以集中在框架的刚性较高的部位。在框架的刚性较高的部位中，定子芯会受到来自框架的较大的力，因此通过将铆接部分集中在这种部位，在嵌合后能够使定子芯接近正圆。

另外，在方法、装置及系统等之间相互替换以上构成要件的任意组合、本发明的构成要件、表现，也作为本发明的方式而有效。

发明的效果

根据本发明，能够使定子芯接近正圆。

附图说明

图1A是表示定子结构的平面图，图1B是其放大图。

图2是以往的定子的立体图。

图3A是在嵌合前进行测定的框架的嵌合部的内径r_F及定子芯的外径R_C的周向分布图，图3B是对以往的定子芯在嵌合前和嵌合后进行测定的外径R_C的周向分布图。

图4A是实施方式的定子的定子芯的立体图，图4B是其平面图。

图5是说明多个铁芯边的铆接固定的剖视图。

图6是说明基于铆接的定子芯的变形的图。

图7A～图7C是说明定子芯与框架的嵌合的图。

图8A～图8C是表示第1变形例的定子芯的图。

图9A～图9C是表示第2变形例的定子芯的图。

图中：2-定子，10-定子芯，12-轭，14-齿，16-狭槽，20-铁芯边，22-铆接部，30-框架，32-嵌合部，40-铆接销。

具体实施方式

以下，参考附图并基于优选的实施方式对本发明进行说明。对各附图所示的相同或同等的构成要件、部件及处理，标注相同的符号，并适当省略重复的说明。并且，实施方式并不限定本发明而仅为例示，在实施方式中所记载的全部特征或其组合未必是发明的本质内容。

本发明人等对定子进行了研究，其结果得出了以下见解。另外，该见解不应被视为本领域技术人员的通常的认识。

图2是以往的定子2r的立体图。定子芯10r呈由多个铁芯边20层叠的结构。铁芯边20通过对电磁钢板进行冲压加工而切断并成型。多个铁芯边20在层叠状态下，在多个铆接部分22中铆接固定。将定子芯10r的外径设为R_C。

框架30具备容纳定子芯10r的嵌合部32。将嵌合部32的内径设为r_F。将定子芯10r嵌合在框架30的嵌合部32之前的状态下，在周向的至少一部分中成立R_C＜r_F。

图3A是在嵌合前进行测定的框架30的嵌合部32的内径r_F及定子芯10r的外径R_C的周向分布图。在周向上以45°间隔在8个方向上分别测定外径R_C、内径r_F。

构成定子芯10r的铁芯边20的截面形状为圆形，并且厚度d(内径与外径之差)在周向上实质上均匀。另一方面，框架30的截面形状为非圆形，并且厚度D在每个位置大不相同(例如D₂＞D₁)。由于所述结构的不同，定子芯10r相对容易接近正圆，与此相反，使框架30的嵌合部32接近正圆相对困难。

该情况能够通过图3A来确认，相比嵌合部32的内径r_F，定子芯10r的外径R_C更接近正圆。若将半径的最大值与最小值之差设为圆度，则定子芯10r的外径R_C的圆度为10μm，与此相对，框架30的嵌合部32的内径r_F的圆度为400μm，相差1个数量级以上。在嵌合阶段，框架30的嵌合部32的截面具有扁平形状。

图3B是对以往的定子芯10r在嵌合前和嵌合后进行测定的外径R_C的周向分布图。在嵌合前接近正圆的定子芯10r的外径R_C在嵌合后成为椭圆形(扁平)。嵌合后的定子芯10r的形状类似于嵌合前的嵌合部32的形状。这说明，若框架30的刚性相对于定子芯10r的刚性过高，则框架30在收缩过程中会使定子芯10r变形。

本发明是基于这种见解而完成的。以下，对实施方式的定子2进行说明。在实施方式的定子2中，将嵌合前的定子芯10积极地从正圆偏移，并通过框架30收缩时所受的力使嵌合后的定子芯10的形状接近正圆。

图4A是实施方式的定子2的定子芯10的立体图，图4B是其平面图。定子芯10具有在多个铆接部分22中以层叠状态铆接固定的多个铁芯边20。多个铆接部分22沿圆周方向不均匀配置。

图5是说明多个铁芯边20的铆接固定的剖视图。在图5中示有图4B的A-A’线的剖视图。铆接固定包括一边每次堆叠一张铁芯边20，一边通过铆接销40对铆接部分22施加力来使铁芯边20变形的工序。

最下侧的铁芯边20A的铆接部分22中设有开口24。将铁芯边20B堆叠在铁芯边20A的状态下，将铆接销40向从铅垂方向倾向径向的外周方向击打。由此产生向外周方向的力F₁，从而铆接固定铁芯边20A与20B。接着，在铁芯边20B之上堆叠铁芯边20C，并通过铆接销40施加力。通过重复该处理而形成具有铆接部分22的叠片铁芯。

图6是说明基于铆接的定子芯10的变形的图。实线表示基于铆接的变形前的定子芯的形状，虚线表示铆接后的定子芯的形状。另外，径向的变形量ΔR为示意地表示的变形量，并不表示实际尺寸。

通过铆接处理，在铆接部分22施加有从中心朝向外周的力F₁。即，铆接后的定子芯10的外径R_C’相比铆接前的定子芯10的外径R_C变大，定子芯10的内径r_C也同样地，与铆接前相比铆接后的内径变大。其结果，轭12的周长相比铆接前变长，因此轭12中会产生周向的拉伸应力F₂。另外，去除铆接销40之后，拉伸应力F₂的一部分也会作为拉伸残留应力而残留。拉伸残留应力例如能够通过X射线残留应力测定装置来进行测定。另外，在周向的残留有拉伸残留应力的部位，残留有径向的压缩残留应力F₃。

在此，如图6所示，若将铆接部分22沿周向不均匀配置，则在铆接部分22的密度相对较高的部位中，变化量ΔR变大，在铆接部分22的密度相对较低的部位中，变化量ΔR变小。因此，产生于轭12的周向的拉伸残留应力F₂在铆接部分22的密度较高的部位变大，而径向的压缩残留应力F₃也会在铆接部分22的密度较高的部位变大。

图7A～图7C是说明定子芯10与框架30嵌合的图。在此，对其简化而仅显示定子芯10的外径R_C与框架30(嵌合部32)的内径r_F。图7A表示热压配合前的状态。在热压配合前，框架30的内径r_F为椭圆形，图中，在X轴方向具有长轴，在Y轴方向具有短轴。

在图7B中示出了加热了框架30的状态。经加热，框架30各向同性地膨胀。在该状态下，定子芯10嵌入框架30的嵌合部32中。如图7B所示，沿X轴方向的嵌合余量变大，沿Y轴方向的嵌合余量较小。

定子芯10的多个铆接部分22以相对高密度配置在框架30的嵌合部32与定子芯10的嵌合余量较小的部位即与Y轴交叉的部分，以相对低密度配置在嵌合余量较大的部位即与X轴交叉的部分。由此，如图7A所示，热压配合前的定子芯10以在Y轴方向具有长轴的方式变成椭圆形。

若冷却经加热后的框架30，则会收缩。图7C表示冷却后的状态。在收缩时嵌合余量较小的部分10A中，定子芯10会受到较大的力F_4A，而在嵌合余量较大的部分10B中，定子芯10会受到较小的力F_4B。如参考图6进行的说明，定子芯10的轭12在径向的压缩残留应力F₃，在铆接部分22集中的部位中变大。即，在受到来自框架30的相对较大的力F_4A的部位10A中，较大的径向压缩残留应力F_3A残留在定子芯10中，在受到来自框架30的相对较小的力F_4B的部位10B中，较小的径向压缩残留应力F_3B残留在定子芯10中。由此能够使收缩后的定子芯10接近正圆。

参考图7B，能够得知在框架30收缩时产生较大的力的部位是框架30的刚性较强的部位。因此，能够理解多个铆接部分22以相对高密度配置在框架30的刚性较高的部位。

以上，根据实施方式对本发明进行了说明。该实施方式为例示，本领域技术人员应该理解，可以对这些各构成要件、各处理工艺的组合实施各种变形例，而且这些变形例也在本发明的范围内。以下，对这样的变形例进行说明。

在实施方式中，对框架30的嵌合部32的截面形状为圆形的情况进行了说明，但并不限定于此。

(第1变形例)

图8A～图8C是表示第1变形例的定子芯10的图。如图8A所示，关于框架30，在X轴方向和Y轴方向上外径R_C变大，在从X轴方向和Y轴方向倾斜45°的方向上外径R_C变小。

图8B中示出了加热了框架30的状态。经加热，框架30各向同性地膨胀。在该状态下，定子芯10嵌入框架30的嵌合部32中。如图8B所示，X轴及Y轴方向的嵌合余量变大，从X轴方向和Y轴方向倾斜45°的方向的嵌合余量较小。

定子芯10的多个铆接部分22以相对高密度配置在框架30的嵌合部32与定子芯10的嵌合余量较小的部位即从X轴及Y轴倾斜45°的部分，以相对低密度配置在嵌合余量较大的部位即与X轴及Y轴交叉的部分。由此，如图8A所示，在从X轴及Y轴倾斜45度的方向上，热压配合前的定子芯10的外径R_C相对变大。能够得知定子芯10为将框架30倾斜45°的形状。

图8C表示冷却后的状态。在收缩时嵌合余量较小的部分10A中，定子芯10会受到较大的力F_4A，在嵌合余量较大部分10B中，定子芯10会受到较小的力F_4B。如参考图6进行的说明，定子芯10的轭12在径向的压缩残留应力F₃，在铆接部分22集中的部位中变大。即，在受到来自框架30的相对较大的力F_4A的部位10A中，较大的径向的压缩残留应力F_3A残留在定子芯10中，在受到来自框架30的相对较小的力F_4B的部位10B中，较小的径向的压缩残留应力F_3B残留在定子芯10中。由此能够使收缩后的定子芯10接近正圆。

(第2变形例)

框架30可以是多边形。图9A～图9C是表示第2变形例的定子芯10的图。如图9A所示，框架30为在X轴方向具有长边且在Y轴方向具有短边的矩形。

图9B中示出了加热了框架30的状态。经加热，框架30各向同性地膨胀。在该状态下，定子芯10嵌入框架30的嵌合部32中。如图9B所示，X轴方向的嵌合余量变大，Y轴方向的嵌合余量较小。

定子芯10的多个铆接部分22以相对高密度配置在框架30的嵌合部32与定子芯10的嵌合余量较小的部位即与X轴交叉的部分，以相对低密度配置在嵌合余量较大的部位即与Y轴交叉的部分。由此，如图9A所示，在Y轴方向上，热压配合前的定子芯10的外径R_C相对变大。

图9C表示冷却后的状态。在收缩时嵌合余量较小的部分10A中，定子芯10会受到较大的力F_4A，在嵌合余量较大的部分10B中，定子芯10会受到较小的力F_4B。如参考图6进行的说明，定子芯10的轭12在径向的压缩残留应力F₃在铆接部分22集中的部位中变大。即，在受到来自框架30的相对较大的力F_4A的部位10A中，较大的径向的压缩残留应力F_3A残留在定子芯10中，在受到来自框架30的相对较小的力F_4B的部位10B中，较小的径向的压缩残留应力F_3B残留在定子芯10中。由此能够使收缩后的定子芯10接近正圆。

另外，框架形状不受特别限定，也可以使用除了四边形以外的多边形。

实施方式中，对外定子内转子型电机进行了说明，但并不限定于此。

以上，根据实施例对本发明进行了说明。本领域技术人员应该理解，本发明并不限定于上述实施方式，可以实施各种设计变更以及各种变形例，而且这些变形例也在本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种旋转电动机，具备定子，其特征在于，

所述定子具备：

框架；及

嵌合在所述框架的嵌合部的定子芯，

所述定子芯具有在多个铆接部分中以层叠状态铆接固定的多个铁芯边，

所述多个铆接部分沿圆周方向不均匀地配置；

所述多个铆接部分以相对高密度分布在所述框架的所述嵌合部与所述定子芯的嵌合余量小的部位。

2.一种旋转电动机，具备定子，其特征在于，

所述定子具备：

框架；及

嵌合在所述框架的嵌合部的定子芯，

所述定子芯具有在多个铆接部分中以层叠状态铆接固定的多个铁芯边，

所述多个铆接部分沿圆周方向不均匀地配置；

所述多个铆接部分以相对高密度配置在所述框架的刚性高的部位。

3.一种定子的制造方法，其特征在于，具备：

将多个铁芯片在圆周方向上被不均匀配置的多个铆接部分以层叠状态铆接固定，形成定子铁芯的步骤；及

将所述定子铁芯嵌合于框架的嵌合部的步骤；

所述多个铆接部分，以相对高密度配置在所述框架的所述嵌合部与所述定子芯的嵌合余量小的部位。

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