CN109075626B - 定子铁心以及具备该定子铁心的电动机 - Google Patents

Abstract

定子铁心通过将电磁钢板层叠多张而成，具备圆环状的芯背部和从芯背部朝向内侧延伸并卷绕绕组的多个齿部。芯背部具有将沿层叠方向相邻的电磁钢板彼此固定的铆接接合部。齿部的电磁钢板形成为平板状。在形成于齿部处的多个电磁钢板之间的多个间隙中的一部分的间隙设有突起部。

Description

定子铁心以及具备该定子铁心的电动机

技术领域

本发明涉及将电磁钢板层叠多张而构成的定子铁心、及具备该定子铁心的电动机。

背景技术

通常，定子铁心构成在电动机或旋转机等中使用的定子。定子铁心通过将电磁钢板层叠多张而形成，具备圆环状的芯背部和从芯背部朝向内侧延伸的多个齿部。对齿部实施绝缘处理并在齿部上卷绕绕组。

例如在专利文献1公开的定子铁心中，沿层叠方向相邻的电磁钢板彼此在芯背部和齿部处分别被铆接接合。然而，定子铁心由于齿部处的铆接的凸部和凹部的压入引起的应变、应力的影响而导磁率下降，更甚者绝缘处理被破坏，电磁钢板的断裂面彼此接触，由此在叠层间产生涡电流，因铁损的增加而使磁特性劣化，给电机特性带来不良影响。另一方面，若在齿部未实施铆接接合，则定子铁心会由于绕组产生的张力而产生卷缩并以压扁的方式变形。当卷缩发生时，无法将绕组卷绕于目标位置，产生卷绕紊乱等制造不良情况，从而给制造品质带来影响。

因此，专利文献2公开的定子铁心具有如下结构：在芯背部使沿层叠方向相邻的电磁钢板彼此铆接接合，并具有在齿部使沿层叠方向相邻的电磁钢板彼此保留间隙地嵌合的凹凸部。而且，专利文献3公开的定子铁心是在层叠的各铁心板设有间隙用突起，在铁心板间确保有微少间隙的结构。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-59262号公报

专利文献2：日本特开2008-43102号公报

专利文献3：日本特开平06-14481号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献2公开的定子铁心是在齿部的各电磁钢板沿层叠方向连续地设置凹凸部，在齿部的叠层间形成间隙，抑制绕组引起的卷缩的结构。而且，专利文献3是在层叠的铁心板间设置微少间隙来减少涡电流产生的铁损的结构。然而，所需的叠层间的间隙为1μm～5μm，根据进行成形的刀具前端的形状精度来决定。因此，为了在各电磁钢板通过设置例如压花而在叠层间形成间隙，需要高精度的加工，刀具的加工成本及维护性成为课题。而且，在通过自动冲压机进行压花的成形的情况下，由于温度变化等而产生运转中的下止点位置，受其影响，叠层间的间隙变化，因此无法将绕组卷绕于目标位置，产生卷绕紊乱等制造不良情况。

本发明为了解决上述那样的课题而作出，其目的在于提供一种不对齿部的电磁钢板进行铆接接合而能够抑制绕组引起的卷缩的定子铁心、及具备该定子铁心的电动机。

用于解决课题的方案

本发明的定子铁心通过将电磁钢板层叠多张而成，具备圆环状的芯背部和从所述芯背部朝向内侧延伸并卷绕绕组的多个齿部，其中，所述芯背部具有将沿层叠方向相邻的所述电磁钢板彼此固定的铆接接合部，所述齿部的所述电磁钢板形成为平板状，在形成于所述齿部处的多个所述电磁钢板之间的多个间隙中的一部分的间隙设有突起部。

发明效果

根据本发明，由于齿部的电磁钢板形成为平板状，并在形成于齿部处的多个电磁钢板之间的多个间隙中的一部分的间隙设有突起部，因此能够使芯背部的层叠宽度与由于绕组的卷绕而作用有张力的齿部的层叠宽度相等，能够抑制卷缩。

附图说明

图1是具备本发明的实施方式的定子铁心的电动机的纵向剖视图。

图2是表示具备本发明的实施方式的定子铁心的定子的俯视图。

图3是本发明的实施方式的定子铁心的纵向剖视图。

图4是说明构成本发明的实施方式的定子铁心的扇形体的连结结构的俯视图。

图5是表示在齿部的电磁钢板未设置突起部的定子铁心的纵向剖视图。

图6是表示在图5所示的定子铁心上作用有绕组产生的张力的状态的纵向剖视图。

图7是表示本发明的实施方式的定子铁心的铆接接合部产生的叠层间的间隙与通过突起部而形成的间隙的关系的说明图。

图8(a)是表示在芯背部的电磁钢板设置的铆接接合部的局部放大图，图8(b)是表示在齿部的电磁钢板设置的突起部的局部放大图。

图9(a)是表示在本发明的实施方式的定子铁心的叠层间的间隙使突起部沿径向并列设置的结构的扇形体的俯视图，图9(b)是图9(a)指示的X-X线剖视图。

图10是概略性地表示用于成形本发明的实施方式的定子铁心的突起部的模具的主要部分的说明图。

具体实施方式

实施方式.

以下，基于图1～图10，说明本发明的实施方式的定子铁心1、及具备该定子铁心的电动机100。图1是具备本发明的实施方式的定子铁心的电动机的纵向剖视图。如图1所示，本实施方式的定子铁心1构成在电动机100中使用的定子10。电动机100包括：在例如密闭容器100a的内壁面通过热配等而被固定支承的圆环状的定子10；以及与定子10的内侧面相向地安装成能够旋转的转子20。

如图1所示，转子20具备将冲裁成规定形状的电磁钢板层叠多张而构成的转子铁心21以及向设置于转子铁心21的插入孔插入的永磁铁22，转子20通过热配等固定于例如压缩机构部等的轴部23。转子20接受来自定子10产生的旋转磁场的旋转力而旋转。

图2是表示具备本发明的实施方式的定子铁心的定子的俯视图。图3是本发明的实施方式的定子铁心的纵向剖视图。如图2所示，定子10包括定子铁心1和卷绕于定子铁心1的绕组8。作为一例，如图2及图3所示，定子铁心1通过将板厚为0.1mm～0.7mm左右薄厚的电磁钢板2层叠多张(在图示例的情况下为11张)而形成，具备构成为圆环状的芯背部3和从芯背部3朝向内侧延伸并卷绕绕组8的多个齿部4。需要说明的是，图示的电磁钢板2的张数为一例，可根据需要而适当变更。

图4是说明构成本发明的实施方式的定子铁心的扇形体的连结结构的俯视图。如图2及图4所示，定子铁心1通过将沿圆环方向分割成9个的大致T字形状的扇形体11(分割铁心)连结而构成芯背部3。相邻的扇形体11彼此被连结成相对于相邻的扇形体11转动自如。具体而言，相邻的扇形体11的芯背部3的电磁钢板2彼此在芯背部3的端部交替重叠，在重叠的部位形成共用的销孔，向销孔插入销而形成销连结7。因此，本实施方式的定子铁心1并不局限于图2所示的圆环状，通过使各扇形体11转动而能够变化为反向圆环状或直线状等各种形状。需要说明的是，相邻的扇形体11彼此也可以是将相邻的芯背部3的端缘部焊接而形成一体形状的结构。或者，还可以是在芯背部3的端部设有供相邻的扇形体11彼此嵌合的凹凸状的嵌合部的结构。

如图2～图4所示，各扇形体11的芯背部3具有基于V铆接的铆接接合部5，该铆接接合部5将沿层叠方向相邻的电磁钢板2彼此在两个部位的位置处进行固定。各扇形体11通过具有绝缘功能的纸或树脂片等绝缘材料6而被实施绝缘处理。从绝缘材料6的上方将绕组8(集中绕组)卷绕于各扇形体11的齿部4。需要说明的是，在相邻的齿部4之间形成有插槽，插槽成为绕组8的收纳空间。绕组8使用在铜线的外侧施行了绝缘覆膜的磁线等。

在此，对铆接结构进行说明。在本实施方式的定子铁心1中，对电磁钢板2进行切弯加工，在芯背部3施行有通过板厚以上的突起使多张电磁钢板2紧固的基于V铆接的铆接接合部5。作为其他的铆接结构，存在成形出被称为圆形铆接的圆状的突起，将沿层叠方向相邻的磁性板彼此以压入关系进行紧固的结构。而且，存在作为圆形铆接的类似形状而使半圆倾斜地变形的圆形V字铆接结构、作为板厚以下的铆接而与圆形铆接类似的方形铆接结构。

V铆接结构与圆形铆接结构等相比，在相同的接合面积下，具有大的紧固力，但是叠层间的间隙有增加的倾向。而且，上述的任一铆接结构都是利用了铆接变形部的压入的紧固方法，存在凸部和凹部的压入引起的定子铁心的应变、应力增大，磁特性恶化的缺点。

在本实施方式的定子铁心1中，鉴于上述铆接结构的特征，各扇形体11的芯背部3的电磁钢板2通过V铆接而接合，齿部4的电磁钢板2形成为平板状，减少铆接的数目而抑制凸部和凹部的压入引起的应变、应力。但是，各扇形体11的芯背部3处的接合不限定于V铆接，也可以是圆形铆接或方形铆接等。

图5是表示在齿部的电磁钢板未设置突起部的定子铁心的纵向剖视图。图6是表示在图5所示的定子铁心上作用有绕组引起的张力的状态的纵向剖视图。如图5所示，定子铁心1通过铆接接合部5而在芯背部3及齿部4的叠层间产生间隙。因此，如图6所示，当在齿部4卷绕绕组8时，芯背部3的叠层的间隙由铆接接合部5维持，但是齿部4由于绕组8的张力F而卷缩。该卷缩以从芯背部3朝向齿部4弯折且沿层叠方向相邻的齿部4的内径侧的前端彼此在相邻的齿部4间不再具有间隙的方式进行变形。当定子铁心1产生卷缩时，无法将绕组8卷绕于目标位置，会产生卷绕紊乱等制造不良情况，给制造品质带来影响。

另外，定子铁心1由于卷缩而使外径和内径变形，当将各扇形体11配置成圆环状时，外径和内径的形状成为桶型。因此，定子铁心1的内径正圆度及圆筒度恶化，转子20与定子10的气隙变得不均匀，给电动机特性造成不良影响。

因此，本实施方式的定子铁心1设为图3及图4所示的结构。具体而言，在定子铁心1中，将各扇形体11的齿部4处的电磁钢板2形成为平板状，未将沿层叠方向相邻的电磁钢板2彼此接合。而且，在定子铁心1中，在形成于齿部4处的电磁钢板2之间的多个间隙中的一部分间隙设置销钉形状的突起部9，使芯背部3的层叠宽度D1与由于绕组8的卷绕而作用有张力F的齿部4的层叠宽度D2相等。突起部9一体地成形于电磁钢板2，在电磁钢板2的一方的面上形成有凸部9a，在另一方的面上形成有凹部9b。

图7是表示本发明的实施方式的定子铁心的铆接接合部产生的叠层间的间隙与通过突起部而形成的间隙的关系的说明图。在突起部9中，通过突起部9而形成的间隙量X2的尺寸以成为与芯背部3的叠层间的各间隙的间隙量X1和电磁钢板2的层叠张数n之积相等的大小形成。在图7所示的实施方式的定子铁心1的情况下，作为一例而以6张电磁钢板2为1组，构成为使芯背部3的层叠宽度L1与齿部4的层叠宽度L2成为相等。

图8(a)是表示在芯背部的电磁钢板设置的铆接接合部的局部放大图。图8(b)是表示在齿部的电磁钢板设置的突起部的局部放大图。如图8(a)所示，芯背部3的铆接接合部5的凸部的外径B与凹部的内径A之差α(外径B-内径A)可以为0以下。然而，在齿部4的电磁钢板2设置的突起部9需要是齿部4不会由于绕组8的卷绕而变形的大小。这是因为，当由于绕组8的张力F而使突起部9变形时，齿部4的层叠宽度D2不能再与芯背部3的层叠宽度D1相等。因此，在本实施方式的定子铁心1中，如图8(b)所示，设为突起部9的凸部9a的外径C与凹部9b的内径A之差α(外径C-内径A)比电磁钢板2的板厚t的1/3大的结构，提高突起部9相对于绕组8的张力F的强度。

突起部9的侧面优选相对于电磁钢板2的上表面设为直角或倾斜的形状。突起部9的侧面也可以由成为压花形状的球面等构成。然而，如果突起部9的侧面为球面，则无法利用以往那样的平面研磨来进行模具及刀具的维护，因此在运行管理方面存在课题。因此，对于本实施方式的定子铁心1，在制造中利用以往那样的运行管理，并利用在维护性及成本方面均有利的前端平面形状的冲头来成形突起部9。

图9(a)是表示在本发明的实施方式的定子铁心的叠层间的间隙使突起部沿径向并列设置的结构的扇形体的俯视图。图9(b)是图9(a)指示的X-X线剖视图。如图9所示，突起部9可以在同一电磁钢板2上沿径向并列设置多个(在图示例的情况下为2个)。定子铁心1通过沿径向设置多个突起部9，即使在电磁钢板2的板厚较薄的情况或齿部4的长度较长的情况下，也能够抑制绕组8的张力引起的挠曲变形。需要说明的是，突起部9的排列及个数没有限定为图9所示的实施方式。例如突起部9可以设置3个以上，也可以沿圆环方向并列设置。但是，突起部9由于磁通密度的影响而优选沿径向并列设置多个。

图10是概略性地表示用于成形本发明的实施方式的定子铁心的突起部的模具的主要部分的说明图。如图10所示，突起部9通过模具400来成形，该模具400具备在齿部4处的电磁钢板2的目标位置成形突起形状的凸轮结构401和相对于凸轮结构401而上下工作的成形冲头402。模具400构成为成形冲头402通过基于冲压机的自动控制而自动切换突起部9的成形的有无，并以任意的定时间歇地成形突起形状。

对于本实施方式的定子铁心1而言，由于在模具400内通过冲压机的自动控制，例如以对每6张电磁钢板形成一个突起部9的方式，在齿部4的目标位置间歇地形成突起部9，因此能够对应于芯背部3的叠层间的间隙的实测值(每一张电磁钢板的板厚与层叠张数n之积和实际的层叠宽度之差)而构成任意的间隔。因此，定子铁心1在绕组8的卷绕时，即使在冲压生产过程中也能够对应于卷缩而将具有突起形状的电磁钢板2的张数调整为目标的间隔。而且，定子铁心1根据芯背部3的铆接接合部5的叠层间的间隙的状态，即使在冲压生产过程中也能够通过远程操作来调整间歇次数，能够得到目标的层叠宽度。

需要说明的是，作为在齿部4处的相邻的电磁钢板2形成间隙的结构，例如可以将齿部4的前端即圆环内径侧在模具400的内部间歇或连续地进行激光焊接。但是，从磁特性的方面出发，由于在成形于圆环内径侧的焊接面和设置于芯背部3的铆接接合部5产生涡电流，性能下降，因此优选设置上述的销钉形状的突起部9。

另外，在齿部4处的相邻的电磁钢板2的间隙可以从外部插入调整芯背部3的层叠宽度D1和齿部4的层叠宽度D2的薄板。但是，由于需要新设插入薄板的工序，因此需要为此的设备。由此，能够在模具400的内部与层叠同时地高速成形的销钉形状的突起部9在制造成本方面有优势。

因此，本实施方式的定子铁心1将齿部4的电磁钢板2形成为平板状，且未将沿层叠方向相邻的电磁钢板2彼此接合，因此不会出现由于铆接的凸部和凹部的压入引起的应变及应力的影响而使导磁率下降或者绝缘处理被破坏的情况。而且，定子铁心1由于在形成于齿部4处的多个电磁钢板2之间的多个间隙中的一部分的间隙设置突起部9，因此能够使芯背部3的层叠宽度D1与由于绕组8的卷绕而作用有张力F的齿部4的层叠宽度D2相等，能够抑制卷缩。由此，能够将绕组8卷绕于目标位置，能够减少卷绕紊乱等制造不良情况。而且，能够改善绕组品质，能够减少调整工时及工序内不良，因此能够提供高品质的电动机。此外，由于本实施方式的定子铁心1能够通过突起部9对抗将电磁钢板2在模具400内层叠时的压力，因此能够抑制叠层间隔的缩小。

另外，在本实施方式的定子铁心1中，即使在由于集中卷绕的绕组直径或绕组8的原料而使绕组8的张力发生变化的情况下，通过设定与绕组8对应的大小的突起部9，也能够使芯背部3的层叠宽度D1与齿部4的层叠宽度D2相等，因此能够进行稳定的绕组8的排列。

另外，由于本实施方式的定子铁心1成为突起部9在电磁钢板2的一方的面上形成有凸部9a且在另一方的面上形成有凹部9b，凸部9a的外径C与凹部9b的内径A之差比电磁钢板2的板厚t的1/3大的结构，因此能够提高突起部9相对于绕组8的张力F的强度。

另外，本实施方式的定子铁心1通过将突起部9沿径向并列设置多个，即使在电磁钢板2的板厚较薄的情况或齿部4的长度较长的情况下，也能够抑制绕组8的张力F引起的挠曲变形。

另外，由于本实施方式的定子铁心1成为沿圆环方向相邻的扇形体11彼此相对于相邻的扇形体11转动自如地进行销连结7的结构，因此通过使各扇形体11转动，能够变化为反向圆环状及直线状等各种形状。

另外，由于本实施方式的定子铁心1成为齿部4通过由具有绝缘功能的纸材或树脂片构成的绝缘材料6实施绝缘处理并通过绕组8卷绕的结构，因此绕组8与齿部4的绝缘变得良好。

以上基于实施方式说明了本发明，但是本发明没有限定为上述的实施方式的结构。例如，虽然示出芯背部3由沿圆环方向分割的多个扇形体构成的实施方式，但是也可以不分割为扇形体而为圈状。而且，销钉形状的突起部9除了图示的圆形形状之外，也可以适用四边形形状等形状。另外，突起部9虽然可以均等地配置于各扇形体11的齿部4，但特别是仅在单侧具备芯背部3彼此的接合部的情况下，通过增加具有突起部9的电磁钢板2的张数，也能够对各齿部4间的层叠宽度的变化分别进行调整，能够抑制各齿部4的差异。总之，为了慎重起见而补充说明如下：所谓本领域技术人员根据需要而作出的各种变更、应用、利用的范围也包含于本发明的主旨(技术范围)。

附图标记说明

1定子铁心，2电磁钢板，3芯背部，4齿部，5铆接接合部，6绝缘材料，7销连结，8绕组，9突起部，9a凸部，9b凹部，10定子，11扇形体，20转子，21转子铁心，22永磁铁，23轴部，100电动机，100a密闭容器，400模具，401凸轮机构，402成形冲头。

Claims (10)

1.一种定子铁心，所述定子铁心通过将电磁钢板层叠多张而成，具备圆环状的芯背部和从所述芯背部朝向内侧延伸并卷绕绕组的多个齿部，其中，

所述芯背部具有将沿层叠方向相邻的所述电磁钢板彼此固定的铆接接合部，

所述齿部的所述电磁钢板形成为平板状，沿层叠方向相邻的所述电磁钢板彼此不接合，

在形成于所述齿部处的多个所述电磁钢板之间的多个间隙中的一部分的间隙，朝向径向地并列设置有多个与所述电磁钢板的平坦面相触碰的突起部。

2.根据权利要求1所述的定子铁心，其中，

所述突起部在所述电磁钢板的一方的面上形成凸部，在另一方的面上形成凹部。

3.根据权利要求2所述的定子铁心，其中，

所述凸部的外径与所述凹部的内径之差比所述电磁钢板的板厚的1/3大。

4.根据权利要求1所述的定子铁心，其中，

所述突起部一体成形于所述电磁钢板。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的定子铁心，其中，

所述芯背部由沿圆环方向分割的多个扇形体构成，

沿圆环方向相邻的所述扇形体彼此被连结成相对于相邻的所述扇形体转动自如。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的定子铁心，其中，

所述芯背部由沿圆环方向分割的多个扇形体构成，

沿圆环方向相邻的所述扇形体彼此被焊接而连结。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的定子铁心，其中，

通过由具有绝缘功能的纸材或树脂片构成的绝缘材料对所述齿部实施绝缘处理，

在实施了所述绝缘处理后的所述齿部卷绕所述绕组。

8.根据权利要求5所述的定子铁心，其中，

通过由具有绝缘功能的纸材或树脂片构成的绝缘材料对所述齿部实施绝缘处理，

在实施了所述绝缘处理后的所述齿部卷绕所述绕组。

9.根据权利要求6所述的定子铁心，其中，

通过由具有绝缘功能的纸材或树脂片构成的绝缘材料对所述齿部实施绝缘处理，

在实施了所述绝缘处理后的所述齿部卷绕所述绕组。

10.一种电动机，其中，

所述电动机具备权利要求1～9中任一项所述的定子铁心。

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