CN108155730B

CN108155730B - 铁芯和电机

Info

Publication number: CN108155730B
Application number: CN201711272818.9A
Authority: CN
Inventors: 西川幸男; 冈田泰平; 小岛彻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2022-02-25
Anticipated expiration: 2037-12-05
Also published as: US20180159389A1; US10566857B2; CN108155730A

Abstract

本发明提供铁芯和电机，可抑制电机驱动效率的降低。铁芯具有：层叠部(1)，其固定于金属基板(7)，具有绕组(9)，是层叠多个软磁性薄带(36)而成的；以及紧固部(6)，其对层叠部(1)向软磁性薄带(36)层叠方向加压。另外，紧固部(6)配置在贯通层叠部(1)的通孔(10)的开口周边。此外，在层叠部(1)与紧固部(6)之间具备不覆盖绕组部(9)的形状的金属板(3a)。另外，电机含有转子和上述铁芯。

Description

铁芯和电机

技术领域

本发明涉及铁芯和使用该铁芯的电机，尤其涉及层叠有软磁性薄带的铁芯，以及使用该铁芯作为固定子的电机。

背景技术

以往，一直使用纯铁或电磁钢板作为电机用铁芯(固定子)中的磁性板的层叠体。另外，对于以更高效率为目的的电机，有时将非晶薄带或具有纳米晶粒的薄带用于铁芯(例如参照专利文献1)。

图6是专利文献1中记载的分芯的立体图。如图6所示，通过粘结剂将层叠材料21和层叠体22层叠固定，该层叠材料21是将电磁钢板层叠敛缝而成的，该层叠体22是将多张非晶薄板层叠并通过粘结剂粘接而成的。

但是，在图6的结构中存在因粘结剂浸入非晶薄带的层间而导致占空系数降低、电机的驱动效率降低的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-155347号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明是为了解决上述现有技术问题而进行的，其目的是提供能够抑制电机驱动效率降低的铁芯和电机。

解决问题的技术方案

为实现上述目的，本发明的铁芯采用如下结构，包括：层叠部，其固定于基板，具有绕组部，是层叠多个薄带而成的；以及紧固部，其对所述层叠部向所述薄带的层叠方向加压。

另外，本发明的电机采用如下结构，具有转子和铁芯，所述铁芯具有：层叠部，其固定于基板，具有绕组部，是层叠多个薄带而成的；以及紧固部，其对所述层叠部向所述薄带的层叠方向加压。

发明效果

根据本发明，能够抑制电机驱动效率的降低。

附图说明

图1A是实施方式1的层叠部的剖面图。

图1B是图1A的俯视图。

图2A是层叠部的紧固部的剖面图。

图2B是图2A的局部放大剖面图。

图2C是图2B的俯视图。

图3A是实施方式2的层叠部和电机的侧面图。

图3B是图3A的俯视图。

图4是实施方式2的层叠部的金属板的俯视图。

图5A是实施方式3的层叠部和电机的侧面图。

图5B是图5A的俯视图。

图6是表示专利文献1中记载的现有的分离铁芯的结构的立体图。

附图标记说明

1、31 层叠部

2a、2b 电磁钢板

3a、3b、11a、11b 金属板

4 层叠体

5 螺栓

6 紧固部

7 金属基板

8 转子

9 绕组

10、20 通孔

21 层叠材料

22 层叠体

36 软磁性薄带

37 变形部

38 间隙

具体实施方式

以下参照附图对本发明的各实施方式进行说明。另外，在各图中对相同构成要件标以相同的符号。

(实施方式1)

图1A是表示实施方式1的铁芯和使用该铁芯的电机的侧面图。图1B是图1A的俯视图。图1A和图1B具体表示无刷电机。

本实施方式的铁芯具有层叠部1和紧固部6(后述的实施方式2、3也相同)。

层叠部1是层叠软磁性薄带36(例如薄带铁芯材料，薄带的一例)而成的。软磁性薄带36的厚度例如为10～60μm。软磁性薄带36的材料例如为含有硼或硅中的至少一者的铁系合金。

层叠部1中设有通孔10。螺栓5嵌入通孔10中。由此，通过作为垫圈的紧固部6，层叠部1被推压向金属基板7(基板一例)并被固定。

紧固部6以面，对层叠部1向层叠方向(图中的下方，以下相同)加压而将其固定。紧固部6的底面与通孔10的上表面(开口部)的周围接触。

转子8位于中央的开口部分。如图1B所示，在转子8的周边具备绕组9(绕组部的一例)。

在绕组9的外侧设有四处通孔10(图1A中仅示出两处)。四个通孔10分别对称配置。由此能够均匀地按压层叠部1。

这样，在本实施方式中，通过使用螺栓5、紧固部6、和通孔10来保持层叠部1，从而分解变得容易，且不需要粘结剂。由于不需要粘结剂，所以能够抑制占空系数的降低，抑制电机驱动效率的降低。另外，由于能够调整紧固部6的紧固力，所以不会对层叠部1造成损害，能够防止层叠部1的破损。

另外，螺栓5、紧固部6、以及通孔10为一例，也可以使用它们以外的保持机构。

另外，通孔10不是必需结构，例如也可以利用层叠部1的外侧等用紧固部6按压层叠部1。

(实施方式2)

图2A～图2C表示软磁性薄带36的层叠部31的紧固部6的周边。图2A是紧固部6附近的剖面图，图2B是紧固部6附近的剖面放大图，图2C是紧固部6附近的上表面放大平面图。

如图2A所示，软磁性薄带36的层叠部31被到达金属基板7的通孔10的螺栓5固定。若使用图2B详细说明，则由紧固部6紧固的软磁性薄带36在层叠方向上无间隙地密合。

但是，由于在没有紧固部6约束的位置软磁性薄带36的刚性低，所以如图2B所示，软磁性薄带36会形成间隙38并扩大。此时，在紧固部6的周边(附近)，如图2B所示，软磁性薄带36会产生变形部37。越向层叠体31的层叠方向的端部，该变形部37越变大。

另外，如图2C所示，在紧固螺栓5时，因紧固部6的旋转力，软磁性薄带36会在图中的箭头方向上发生扭曲。

若以上说明的软磁性薄带36的变形与扭曲之和超过软磁性薄带36的破裂限度，则软磁性薄带36发生破裂等破损。若软磁性薄带36破损，则电机在驱动时的磁路变得与设计不同而不连续，导致磁特性降低。另外，即使软磁性薄带36没有达到破损的程度，伴随变形所产生的应力也会导致磁特性降低。

针对这种问题的对策，进行以下说明。

图3A是表示实施方式2的铁芯和使用该铁芯的电机的侧面图。图3B是图3A的俯视图。

如图3A所示，磁性板的层叠体4具备层叠非晶或含纳米晶粒的软磁性薄带36而成的层叠部1，以及夹持其层叠方向的上下表面的两张电磁钢板2a、2b。在层叠部1的上表面侧具备电磁钢板2a，在层叠部1的底面侧具备电磁钢板2b。

另外，如图3A、图3B所示，在层叠体4的层叠方向的上下表面上具备夹持层叠体4的两张金属板3a、3b。金属板3a、3b为奥氏体系不锈钢板。

这样的层叠体4例如与实施方式1同样地，通过螺栓5、紧固部6、以及通孔10(图示略)被固定于金属基板7。

该层叠部1是未在各软磁性薄带36之间使用粘结剂的情况下层叠的。通过不使用粘结剂，从而能够提高占空系数。以上结构为固定子。在该固定子的内径部中设置转子8，通过通电，电机可进行驱动。

软磁性薄带36因作用于紧固部6附近的应力而变形。为了防止该现象的产生，提高层叠部1的层叠方向的上下表面的刚性即可。

因此，如图3A所示，上下设置有电磁钢板2a、2b和金属板3a、3b。上下设置有金属板3a、3b的理由是因为与仅设置金属基板7相比更容易确保刚性。

在将图3A所示的电磁钢板2a、2b和金属板3a、3b的配置位置对调的情况(即，在层叠部1的上下表面上设置有金属板3a、3b，在金属板3a、3b的上下表面上设置有电磁钢板2a、2b的情况)下，会成为如下结构：在绕组9后的齿部中，于电磁钢板2与软磁性薄带36之间形成间隙，绕组9的总长度变长，因此铜损增加，电机驱动效率降低，同时软磁性薄带36容易破损。另外，在电磁钢板2a、2b与层叠部1之间存在与磁特性没有关系的金属板3a、3b时，电机的驱动效率也会变差。另外，会成为如下结构：在绕组9后的齿部中，于电磁钢板2与软磁性薄带36之间形成间隙，电机驱动效率降低，同时软磁性薄带36容易破损。因此，如图3A所示，优选在层叠部1的上下表面上设置电磁钢板2a、2b，在电磁钢板2a、2b的上下表面上设置金属板3a、3b的结构。

另外，也可以设置电磁钢板2a、2b或金属板3a、3b中的任一者。这里例举具备电磁钢板2a、2b的结构进行了说明，这是为了防止绕组9的卷绕压力直接作用于层叠部1的角部而导致从角部等使软磁性薄带36容易破损。因此，只要不存在绕组9导致破损等的风险，也可以不具备电磁钢板2a、2b。

＜电磁钢板2a、2b＞

这里对电磁钢板2a、2b进行进一步说明。

电磁钢板2a、2b是与软磁性薄带36相同的软磁性材料，因此能够抑制层叠体4的磁特性降低。对于电磁钢板2的板厚，市售制品的板厚通常为0.35mm～0.5mm。现在是0.15mm左右的电磁钢板2也有市售，但价格昂贵。因此，电磁钢板2的板厚受到制约。

软磁性薄带36是否会破损取决于紧固力的大小。紧固力大时要提高刚性来防止破损，因此优选在层叠部1的上下表面上分别设置电磁钢板2a、2b。进一步优选分别设置多个电磁钢板2a、2b。

另外，软磁性薄带36优选为磁特性比非晶材料优异的、将非晶材料结晶化而成的纳米晶粒材料。但是，由于纳米晶粒材料比非结晶材料脆，因此使用纳米晶粒材料作为软磁性薄带36时，需要更进一步的防破损对策。

由于金属板3a、3b的板厚没有制约，因此上下各具备一张即可。与此相对，电磁钢板2a、2b与软磁性薄带36相同，为软磁性体，但与板厚薄至电磁钢板2a、2b的约十分之一左右的软磁性薄带36相比，涡流损耗大。因此，将多张电磁钢板2a、2b分别装入电机中时，电机的驱动效率可能降低。因此，在优先确保电机驱动效率的情况下，优选将电磁钢板2a、2b分别限制在最少的张数。

因此，软磁性薄带36、电磁钢板2a(2b)、金属板3a(3b)各自一张的厚度的大小关系优选满足下述式1。

软磁性薄带36＜电磁钢板2a≤金属板3a……式1

另外，对于与刚性关联的杨氏模量，电磁钢板2a、2b为130GPa，而奥氏体系不锈钢(金属板3a、3b)为193GPa。因此，为了得到相同的刚性，奥氏体系不锈钢(金属板3a、3b)还具有可以比电磁钢板2a、2b薄的优点。

优选金属板3的刚性比电磁钢板2的刚性高。因此，软磁性薄带36、电磁钢板2a(2b)、金属板3a(3b)各自的刚性的大小关系优选满足下述式2。

软磁性薄带36＜电磁钢板2a＜金属板3a……式2

＜金属板3a、3b＞

这里，对金属板3a、3b进行进一步说明。

图4是金属板3a的俯视图。以下对图4所示的金属板3a进行说明，但该说明也适用于金属板3b。

金属板3a为环状。对于金属板3a的外形，若向软磁性薄带36(层叠部1)或电磁钢板2的外侧伸出，则在组装电机时会干扰其它部件，因此优选为与软磁性薄带36(层叠部1)或电磁钢板2相同的形状。

金属板3a设有供紧固用螺栓5插通的四个通孔10。另外，金属板3a在其中央设有供转子8(参照图3B)插通的通孔20。通孔20大小为不覆盖图3B所示的绕组9的大小。

这样，通过使金属板3a为不覆盖绕组9的形状，与金属板3a覆盖绕组9的情况相比，绕组9所需的长度短了金属板3的板厚与卷绕数之积的2倍的长度。若绕组9的长度变长，则铜损(流经铜线的电流所产生的焦耳热)变大。因此，通过形成金属板3a不覆盖绕组9的形状，铜损减小，电机驱动效率提高。

作为金属板3a的材料，如上所述，为了不对磁性产生影响，使用非磁性的奥氏体系不锈钢。只要金属板3a与软磁性薄带36接触的面积比紧固部6与金属板3a接触的面积大，就能够将集中于紧固部6附近的应力分散。

(实施方式3)

图5A是表示实施方式3的铁芯、以及使用该铁芯的电机的侧面图。图5B是图5A的俯视图。

图5A和图5B所示的结构与实施方式2的结构(图3A和图3B所示的结构)相比，不同之处在于，以与四个紧固部6分别对应的方式设置有分离的金属板11a、11b。金属板11a设置在电磁钢板2a的上表面侧，金属板11b设置在电磁钢板2b的底面侧。

一个金属板11a的面积优选为一个紧固部6的2倍以上的面积。但是，金属板11a与层叠体4(电磁钢板2a)接触的面积需要比金属板11a与紧固部6接触的面积大。其理由是因为在紧固部6附近产生的应力若离开紧固部6则急速减小，因此即使在离开紧固部6的位置存在金属板11a也不会得到很好的效果。

为了确保应力分布的对称性，各金属板11a的形状优选以紧固部6为中心形成对称形状。

各金属板11b可以是与金属板11a相同的形状。

另外，如图5A所示，对在层叠部1的层叠方向的上下表面上分别设置金属板11a、11b的情况进行了说明，但也可以仅一例的面上设置金属板11a或金属板11b。

另外，也可以使用实施方式1、2中说明的金属板3来代替金属板11a或金属板11b。

如上所述，在本实施方式中，通过在各紧固部6处设置分离的金属板11a、11b，从而金属板11a、11b在电机中所占的体积减小，相对于其它安装部件可确保富余的空间。另外，还具有制作部件时的材料产率提高，部件单价降低的效果。此外，分离的金属板11a彼此(或者金属板11b彼此)不会产生相互作用，因此层叠体4不会受到不当的应力。

以上，对实施方式1～3进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式1～3的说明，在不脱离其主旨的范围内可进行各种变形。

工业实用性

本发明所涉及的铁芯作为电机的固定子是有用的。此外，本发明所涉及的铁芯除电机以外还可适用于变压器等磁应用的电子部件的用途。

Claims

1.一种铁芯，其特征在于，具有：

层叠部，其固定于基板，具有绕组部，是层叠多个薄带而成的；

紧固部，其对所述层叠部向所述薄带的层叠方向加压；

金属板，其位于所述层叠部与所述紧固部之间；以及

电磁钢板，其为一张，位于所述层叠部与所述金属板之间，

所述薄带是非晶或含纳米晶粒的软磁性薄带。

2.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述电磁钢板的厚度比所述软磁性薄带的厚度厚。

3.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述紧固部配置在贯通所述层叠部的通孔的开口周边。

4.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述金属板为不覆盖所述绕组部的形状。

5.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述金属板为非磁性钢板。

6.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述金属板与所述层叠部接触的面积比所述金属板与所述紧固部接触的面积大。

7.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述金属板的形状为环状。

8.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述金属板的形状为仅存在于所述紧固部周边的形状。

9.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述金属板为多个，将所述层叠部从所述薄带的所述层叠方向的一例固定。

10.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述紧固部为多个，相对于所述铁芯的中心对称配置。

11.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述金属板为多个，将所述层叠部从所述薄带的层叠方向的两侧固定。

12.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述电磁钢板为多个，将所述层叠部从所述薄带的层叠方向的两侧固定。

13.如权利要求1所述的铁芯，其特征在于，

所述金属板的材料是刚性模量比所述电磁钢板大的材料。

14.一种电机，其特征在于，

具有转子和铁芯，

所述铁芯具有：

紧固部，其对所述层叠部向所述薄带的层叠方向加压；

金属板，其位于所述层叠部与所述紧固部之间；以及

电磁钢板，其为一张，位于所述层叠部与所述金属板之间，

所述薄带是非晶或含纳米晶粒的软磁性薄带。