CN110198089B - 旋转电机用定子 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机用定子，其能够防止层叠的多个齿部的前端部的由自重引起的下垂。定子芯(10)是在旋转电机的旋转轴方向(Z)上将多个金属制的箔材(10a)层叠而成的层叠体。在各齿部(12)形成有与在周向(θ)上相邻的齿部(12、12)相向的一对侧壁面(12a、12a)，定子(1)具备：一对绝缘性的加强构件(14、14)，在使一对侧壁面露出的状态下从旋转轴方向(Z)的两侧夹入各齿部(12)，以使磁轭部(11)的一部分与各齿部搭接；绝缘性的固定构件(15)，以与一对加强构件一起环绕各齿部(12)的方式将一对加强构件(14、14)固定于各齿部(12)；及线圈(13)，以分布卷绕的方式形成于由固定构件(15)固定的多个齿部(12、12)。

Description

旋转电机用定子

技术领域

本发明涉及用于发电机、电动机等的旋转电机用定子，特别涉及在将多个箔材层叠而成的定子芯上具备线圈的旋转电机用定子。

背景技术

以往，这种旋转电机用定子具备定子和卷绕于定子的线圈。作为这样的旋转电机用定子，在专利文献1中提出了如下的定子，该定子具备将由软磁性材料构成的芯片(箔材)沿旋转轴方向层叠而形成的定子芯。在该定子芯上形成有齿部，通过在该齿部以分布卷绕或集中卷绕的方式卷绕线材，从而在定子芯上形成线圈。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-228713号公报

但是，在上述专利文献1等记载的旋转电机用芯中使用箔材，为了卷绕线圈而突出的多个齿部从圆环状的磁轭部向内径侧延伸，因此齿部的前端部有时会因自重而下垂。由于该下垂，有可能会损害旋转电机的效率。

因此，为了防止由多个齿部的自重引起的下垂，可以考虑以包围各齿部的方式在齿部设置筒状的加强构件。然而，在该情况下，由于在槽中配置有加强构件的一部分，因此，有可能会降低线圈的占空系数而使旋转电机的效率降低。特别是在分布卷绕的情况下，由于该卷绕方式，与集中卷绕相比，由线圈的占空系数的降低引起的对旋转电机的效率降低的影响显著。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种旋转电机用定子，其能够抑制将箔材层叠而成的定子芯的多个齿部的前端部的由自重引起的下垂并确保对线圈进行分布卷绕时的线圈的占空系数，并且能够维持旋转电机的效率。

鉴于上述课题，本发明的旋转电机用定子具备定子芯，所述定子芯形成有圆环状的磁轭部和多个齿部，所述多个齿部从所述磁轭部的内周面向所述磁轭部的内径侧延伸并在所述磁轭部的周向上隔开间隔地排列，所述旋转电机用定子的特征在于，所述定子芯是在所述旋转电机的旋转轴方向上将由软磁性材料构成的箔材层叠多片而成的层叠体，在各所述齿部形成有与在所述周向上相邻的齿部相向的一对侧壁面，所述定子具备：一对绝缘性的加强构件，所述一对绝缘性的加强构件在使所述一对侧壁面露出的状态下从所述旋转轴方向的两侧夹入各所述齿部，以使所述磁轭部的一部分与各所述齿部搭接；绝缘性的固定构件，所述绝缘性的固定构件以与所述一对加强构件一起环绕各所述齿部的方式将所述一对加强构件固定于各所述齿部；以及线圈，所述线圈以分布卷绕的方式形成于由所述固定构件固定的所述多个齿部。

根据本发明，旋转电机用定子具备将由软磁性材料构成的箔材层叠多片而成的层叠体作为定子芯，定子芯的各齿部形成为从圆环状的磁轭部的内周面向该磁轭部的内径侧延伸，因此，形成为从磁轭部突出的悬臂梁状。在本发明中，一对绝缘性的加强构件在使一对侧壁面露出的状态下从旋转轴方向的两侧夹入各齿部，以使磁轭部的一部分与各齿部搭接。在该状态下，绝缘性的固定构件以与一对加强构件一起环绕各齿部的方式将一对加强构件固定于齿部。这样的结果是，各齿部由加强构件固定，能够抑制各齿部的前端部因自重而下垂的情形。

另外，由于一对绝缘性的加强构件在使各齿部的一对侧壁面露出的状态下从旋转轴方向的两侧夹入各齿部，因此，能够如上述那样确保配置绕组的各齿部之间的空间(即，槽的空间)。因此，能够确保以分布卷绕的方式形成的线圈的占空系数，并维持旋转电机的效率。

在此，只要能够将加强构件固定于齿部且具有绝缘性，则固定构件的形状以及材质等并没有特别限定，也可以是将各齿部与一对加强构件卷绕的树脂带等。然而，作为优选的形态，所述固定构件为环状或管状，所述齿部内插于所述固定构件的内部空间。

根据该形态，在由一对加强构件从旋转轴方向的两侧夹入各齿部的状态下，各齿部与一对加强构件一起内插于环状或管状的固定构件的内部空间。由此，能够利用固定构件以无缝环绕的方式固定各齿部和将各齿部夹入的一对加强构件。而且，在固定构件由橡胶等弹性材料构成的情况下，固定构件通过弹性变形而追随使用旋转电机时的齿部的热膨胀及热收缩，能够稳定地进行固定。另外，在固定构件由热收缩的合成树脂构成的情况下，即使在使用旋转电机时固定构件被加热，固定构件也会收缩，因此，能够维持齿部与一对加强构件的固定。

在此，也可以将一对加强构件单独地设置于各齿，但作为更优选的形态，所述加强构件具备沿着所述磁轭部形成的环状部和从所述环状部向各所述齿部延伸的加强部。根据该形态，由于各加强构件是具备沿着磁轭部形成的环状部和从环状部向各齿部延伸的加强部的一体构造，因此能够稳定地固定各齿。另外，在制造定子时，能够容易地在定子芯的各齿部配置加强构件的加强部。

另外，作为更优选的形态，优选的是，所述加强构件至少在配置所述线圈的绕组的位置从所述齿部的侧壁面突出。根据该形态，由于加强构件至少在配置线圈的绕组的位置从齿部的侧壁面突出，因此在形成线圈时或使用旋转电机时，能够由加强构件承受作用于线圈的绕组的力，因此，能够避免构成齿部的箔材的损伤。

作为更优选的形态，所述固定构件为环状，且配置于所述多个齿部的前端部和根部中的至少一方，所述线圈的绕组配置在未配置有所述固定构件的部位。根据该结构，由于线圈设置于未配置有固定构件的部位，因此，能够防止卷绕于齿部的线圈的占空系数的降低。

根据本发明的旋转电机用定子，能够防止将多个金属制的箔材层叠而成的多个齿部的前端部的由自重引起的下垂。另外，能够确保对线圈进行分布卷绕时的线圈的占空系数，在应用于电动机等旋转电机时能够实现高效率化。

附图说明

图1是示出本发明的旋转电机用定子的一实施方式的定子芯的立体图。

图2是图1的主要部分放大立体图。

图3是本实施方式的定子的主要部分放大俯视图。

图4是从图3的A-A线观察得到的向视剖视图。

图5是示出定子芯的齿部、加强构件及固定构件的关系的主要部分立体图。

图6是将加强构件夹入并配置在图5的齿部且由固定构件固定的状态下的主要部分立体图。

图7是本实施方式的变形例的加强构件的主要部分立体图。

图8是将图7的加强构件配置于定子芯的状态下的主要部分立体图。

图9是与图6相当的变形例的定子芯的主要部分立体图。

图10是示出对使用实施例1及比较例2的试验体的电动机的损失进行测定而得到的结果的图表。

图11是示出使用实施例2及比较例3的模型的电动机的损失的解析结果的图表。

附图标记说明

1：定子、10：定子芯、11：磁轭部、10a：金属制的箔材(箔材)、12：多个齿部、12a：侧壁面、12b：外壁面、13：线圈、14：加强构件、15：固定构件。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的旋转电机用定子的一实施方式进行详细说明。图1是示出本实施方式的电机用定子的定子芯的立体图，图2是图1的主要部分放大立体图，图3是本实施方式的定子的主要部分放大俯视图，图4是从图3的A-A线观察得到的向视图。此外，在图1中，用假想线描绘线圈13。

在图1～4中，本实施方式的旋转电机用定子(以下称为定子)1具备定子芯10，该定子芯10将转子(未图示)配置在其内部而构成电动机等旋转电机。定子芯10形成有圆环状的磁轭部11和从磁轭部11的内周面向磁轭部11的内径侧延伸并在磁轭部11的周向θ上隔开间隔地排列的多个齿部12、12…。即，磁轭部11沿着周向θ形成为圆环状，定子芯10的各齿部12、12…从磁轭部11朝向其径向R延伸。

定子芯10是将多个金属制的箔材10a、10a…沿着旋转电机的旋转轴方向Z层叠而成的层叠体，在各齿部12形成有与在周向θ上相邻的齿部12相向的一对侧壁面12a、12a。即，一对侧壁面12a、12a为将箔材10a、10a…层叠而成的层叠面。构成定子芯10的金属制的箔材10a、10a…由软磁性材料构成，厚度为0.1mm以下。此外，构成定子芯10的箔材10a也可以是将电磁钢板进一步轧制而成的箔，可以适当地设定厚度。

另外，在定子芯10的各齿部12、12…形成有与一对侧壁面12a、12a正交的外壁面12b、12b。此外，外壁面12b、12b是由配置在旋转电机的旋转轴方向Z的最外侧的各箔材10a、10a形成的表面。各齿部12的向半径方向突出的前端面12c形成为平坦面或凹弯曲面，并成为与未图示的转子相向的面。定子1具备以分布卷绕的方式形成于定子芯10的多个齿部12、12…之间的空间(槽)的后述的线圈13。

安装用的凸台11a向外周侧突出地设置于定子芯10的圆环状的磁轭部11。凸台11a形成于外周的三个部位，在各凸台11a上例如形成有供用于将定子芯10固定于壳体(未图示)的螺栓插通的贯通孔11b。

如图2所示，定子芯10的各齿部12通过层叠的金属制的箔材10a、10a…而被设定为厚度T1。齿部12具有周向θ的宽度W1，且从定子芯10的磁轭部11向中心方向(径向R)以突出长度L1延伸。

如图3～6等所示，定子1在各齿部12具备一对绝缘性的加强构件14、14。一对加强构件14、14在使一对侧壁面12a、12a露出的状态下从旋转轴方向Z夹入各齿部12，以使磁轭部11的一部分与各齿部12搭接。

即，在定子芯10的各齿部12，在旋转轴方向(层叠方向)Z的各外壁面12b配置有一对加强构件14，所配置的一对加强构件14、14从旋转轴方向Z夹持各齿部12。一对加强构件14、14沿着各齿部12的外壁面12b、12b延伸，侧壁面12a、12a在所层叠的箔材10a、10a…暴露的状态下露出。

一对加强构件14、14从两侧夹入各齿部12，并具有作为防止从磁轭部11沿径向(中心方向)R呈悬臂梁状地延伸的各齿部12的箔材10a、10a…因自重而下垂的芯材的功能。因此，加强构件14由刚性比构成定子芯10的金属制的箔材10a高、例如壁厚比箔材10a厚的合成树脂构成。例如，合成树脂优选为热固化性树脂。

更具体而言，加强构件14的厚度为0.1～1mm，是由环氧树脂、酚醛树脂或不饱和聚酯树脂等热固化性树脂构成的板状构件。通过在加强构件14中使用热固化性树脂，从而例如在将定子1应用于旋转电机的情况下，即使在向线圈13通电时线圈13等发热，因该发热而被加热的加强构件14也不会软化，能够维持其刚性。

而且，如图3所示，加强构件14的朝向径向R的长度L2被设定为比各齿部12的突出长度L1大，加强构件14的长度L2为到达至定子芯10的磁轭部11的中央附近的长度。这样，加强构件14被设定为使磁轭部11的一部分与各齿部12搭接那样的长度L2。

另外，加强构件14至少在配置线圈13的绕组13a的位置从齿部12的侧壁面12a突出。即，加强构件14的宽度W2被设定为比各齿部12的宽度W1稍大。具体而言，宽度W2被设定为比宽度W1大0.2～0.3mm左右。此外，加强构件14的从侧壁面12a突出的突出量(长度)比加强构件14的厚度小。

加强构件14至少在配置线圈13的绕组13a的位置从齿部12的侧壁面12a突出，因此在形成线圈13时或使用旋转电机时，能够由加强构件承受作用于线圈13的绕组13a的力。其结果是，能够利用来自绕组13a的力来避免构成齿部12的箔材10a的损伤。

由于齿部12的前端面12c为与作为旋转件的转子(未图示)相向的面，所以前端面12c与转子的间隔较小的一方更能够提高电动机的效率。因此，如图3所示，优选的是，各加强构件14不从齿部12的前端面12c突出，而是配置在比齿部12的前端面12c靠内侧的位置。

本实施方式的定子1具备将一对加强构件14、14固定于各齿部12的固定构件15。固定构件15被配置成与一对加强构件14、14一起环绕各齿部12。固定构件15是具有绝缘性的材料，例如由橡胶等弹性材料或具有热收缩性的合成树脂构成。在本实施方式中，固定构件15是管状的构件，在固定构件15的内部空间内插有齿部12(参照图6)。另外，只要能够将加强构件14、14固定于各齿部12，则固定构件15也可以为环状。

例如，在固定构件15由具有通过加热而收缩的热收缩性的合成树脂构成的情况下，作为合成树脂，可以列举聚氯乙烯、聚四氟乙烯等。在这样的情况下，如图5所示，准备由具有热收缩性的合成树脂构成的管15A，在将定子芯10的齿部12与一对加强构件14、14一起内插于管15A的内部空间15a的状态下对管15A进行加热，从而使管15A收缩。由此，能够以环绕一对加强构件14、14和齿部12的方式使固定构件15紧贴于一对加强构件14、14和齿部12。

这样的结果是，构成齿部12的多个金属制的箔材10a、10a…作为紧贴的层叠体而一体化，进而，以夹入该层叠体的方式使加强构件14、14与层叠体一体化。由此，能够防止由各箔材10a、10a…的自重引起的齿部12的前端部的下垂。此外，固定构件15在与各齿部12及一对加强构件14、14的表面紧贴之后也具有热收缩性。因此，在使用旋转电机时，即使固定构件15被加热，固定构件15也会收缩，因此，能够维持齿部12与一对加强构件14、14的固定。

另一方面，在固定构件15由橡胶等弹性材料构成的情况下，作为弹性材料，可以列举氟橡胶、硅橡胶等。即使在这样的情况下，也能够防止上述齿部12的前端部的下垂。除此之外，由于固定构件15通过弹性变形而追随使用旋转电机时的齿部12的热膨胀及热收缩，因此，能够将一对加强构件14、14更稳定地固定于各齿部12。

所述线圈13以分布卷绕的方式卷绕于与一对加强构件14、14一起被固定构件15固定的多个齿部12、12…。图4所示的线圈13的绕组13a是束状的绕组。线圈13例如是将平角导线等绕组13a卷绕于各齿部12而形成的。线圈13的绕组13a越过相邻的齿部12，例如以分布卷绕(具体而言，为波形卷绕)的方式配置于前方的两个齿部12。在本实施方式中，线圈13例如由u相、v相、w相这三相的线圈形成。

如上所述，本实施方式的旋转电机用定子1具备将由软磁性材料构成的箔材10a层叠多片而成的层叠体作为定子芯10，定子芯10的各齿部12形成为从圆环状的磁轭部11向内径侧延伸。因此，各齿部12形成为从磁轭部11突出的悬臂梁状。

因此，在本实施方式中，一对加强构件14、14在使一对侧壁面12a、12a露出的状态下从旋转轴方向Z的两侧夹入各齿部12，以使磁轭部11的一部分与各齿部12搭接。在该状态下，固定构件15以与一对加强构件14、14一起环绕齿部12的方式将一对加强构件14、14固定于齿部12。这样的结果是，各齿部12由一对加强构件14、14固定，能够抑制各齿部12的前端部因自重而下垂的情形。

另外，一对加强构件14、14在使各齿部12的一对侧壁面12a、12a露出的状态下从旋转轴方向Z的两侧夹入各齿部12。因此，能够如上述那样确保配置绕组13a的各齿部12之间的空间(即，槽的空间)。这样的结果是，能够确保以分布卷绕的方式形成的线圈13的占空系数，并维持旋转电机的效率。此外，由于固定构件15具有绝缘性，所以箔材10a、10a彼此不会经由固定构件15而导通。因此，能够如上述那样确保通过层叠箔材10a、10a而得到的定子芯10的磁特性。

[变形例]

在本实施方式中，如图5所示，按每个齿部12而设置有加强构件14，但例如也可以是图7及图8的变形例所示的形状的加强构件24。具体而言，在该变形例中，一对加强构件24、24具备沿着磁轭部11形成的环状部24a和从环状部24a朝向各齿部12延伸的加强部24b。与上述实施方式同样地，加强构件24由具有绝缘性的合成树脂形成，且厚度比箔材10a厚。

一对加强构件24、24的环状部24a、24a以从旋转轴方向Z的两侧夹入磁轭部11的方式配置，从一对环状部24a延伸的加强部24b以从旋转轴方向Z的两侧夹入各齿部12的方式配置。在该状态下，固定构件15以与一对加强构件24、24一起环绕各齿部12的方式将加强构件24固定于各齿部12。

在该变形例中，由于一对加强构件24、24也是被配置成从旋转轴方向Z的两侧夹入各齿部12，以使磁轭部11的一部分与各齿部12搭接，因此，构成定子芯10的箔材10a、10a…被加强。因此，与上述实施方式同样地，能够可靠地防止悬臂梁状的各齿部12因自重而下垂的情形。

另外，由于各加强部24b一体地形成于环状部24a，因此能够将各加强部24b稳定地固定于齿部12。而且，在制造旋转电机用定子1时，能够将各加强部24b一次性地配置于各齿部12，因此能够提高作业效率。

而且，在本实施方式中，如图6所示，以从齿部12的前端部覆盖至根部的方式配置管状的固定构件15，但例如也可以如图9所示的变形例那样配置环状的固定构件25。具体而言，固定构件25为环状，且配置于多个齿部12的前端部12d和根部12e的至少双方。

在该变形例中，优选将上述实施方式涉及的以分布卷绕的方式形成的线圈13的绕组13a配置在未配置有固定构件15的部位12f。由此，由于将线圈13的绕组13a设置于未配置有固定构件15的部位12f，因此，能够防止卷绕于齿部12的线圈13的占空系数的降低。

【实施例】

以下，对本发明的实施例进行说明。

〔实施例1〕

制作出图1所示的旋转电机用定子。具体而言，将800块厚度为0.025mm的由软磁性材料(通过液体急冷法制作的例如Fe为80％以上的Fe系合金)构成的箔材层叠，从而形成层叠体，利用厚度为1mm以下的由绝缘材料(不饱和聚酯树脂)构成的一对加强构件，相对于该层叠体而夹入作为层叠体的定子芯的各齿部。在该状态下，由管状的绝缘材料(聚氯乙烯)构成的固定构件以与一对加强构件一起环绕各齿部的方式将一对加强构件固定于各齿部。接着，相对于该定子芯，以分布卷绕(波形卷绕)的方式卷绕形成有绝缘覆膜的导线并形成线圈，从而制作出旋转电机用定子。

〔比较例1〕

与实施例1同样地制作出旋转电机用定子。与实施例1的不同点在于，不设置加强构件，而在使固定构件环绕齿部后的定子芯上形成线圈。然而，在比较例1的情况下，定子芯的齿部的前端部会因自重而下垂，无法保持定子芯的形状。

〔比较例2〕

与实施例1同样地制作出定子芯，与实施例1的不同点在于，不设置加强构件和固定构件，而是通过将层叠体浸渍于收容有熔融树脂的槽中，并向该槽内施加内压，从而在层叠体的箔材之间含浸树脂。

<电动机的损失试验及其结果>

将实施例1及比较例2的定子组装于作为旋转电机的电动机，对电动机的损失特性进行了实测。在图10中示出其结果。在图10中，将实施例1的电动机的损失设为1，将比较例2的电动机损失设为损失比例来进行表示。如图10所示，实施例1的电动机的损失比例低于比较例2的电动机的损失比例。这可以认为是因为在比较例2中，由于在层叠体的箔材之间含浸树脂时的压力，应力会被导入到箔材的材料中。

〔实施例2〕

在制作与实施例1的定子相当的模型并将其搭载于电动机时，使用解析软件(JMAG-Designer)解析电动机的转速为9000rpm时的电动机的损失。在图11中示出其结果。在图11中，将实施例2的电动机的损失设为1。

〔比较例3〕

与实施例2同样地进行了电动机的损失的解析。比较例3与实施例1的不同点在于，在齿部的侧壁面也配置有厚度与该外壁面的加强构件相同的加强构件。在图11中示出其结果。

<解析结果和考察>

如图11所示，实施例2的电动机的损失比例低于比较例3的电动机的损失比例。这是因为，在实施例2的情况下，齿部之间的线圈的占空系数为60％，在比较例3的情况下，由于配置于齿部的侧壁面的加强构件，齿部之间的线圈的占空系数为54％，比较例3的线圈的占空系数低于实施例2的线圈的占空系数。其结果是，在比较例3中，与实施例2相比，相对于相同的电动机的输出，需要使应向线圈通电的电流更多地流动，可以认为电动机的损失变大。

以上，对本发明的实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内进行各种设计变更。

例如，在本实施方式中，加强构件在配置线圈的绕组的位置从齿部的侧壁面突出，但例如也可以是，加强构件的端部与侧壁面一致。

Claims (7)

1.一种旋转电机用定子，所述旋转电机用定子具备定子芯，所述定子芯形成有圆环状的磁轭部和多个齿部，所述多个齿部从所述磁轭部的内周面向所述磁轭部的内径侧延伸并在所述磁轭部的周向上隔开间隔地排列，所述旋转电机用定子的特征在于，

所述定子芯是在所述旋转电机的旋转轴方向上将由软磁性材料构成的箔材层叠多片而成的层叠体，

在各所述齿部形成有与在所述周向上相邻的齿部相向的一对侧壁面，

所述定子具备：

一对绝缘性的加强构件，所述一对绝缘性的加强构件在使所述一对侧壁面露出的状态下从所述旋转轴方向的两侧夹入各所述齿部，以使所述磁轭部的一部分与各所述齿部搭接；

绝缘性的固定构件，所述绝缘性的固定构件以与所述一对加强构件一起环绕各所述齿部的方式将所述一对加强构件固定于各所述齿部；以及

线圈，所述线圈以分布卷绕的方式形成于由所述固定构件固定的所述多个齿部。

2.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述固定构件为环状或管状，所述齿部内插于所述固定构件的内部空间。

3.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述加强构件具备沿着所述磁轭部形成的环状部和从所述环状部向各所述齿部延伸的加强部。

4.根据权利要求2所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述加强构件具备沿着所述磁轭部形成的环状部和从所述环状部向各所述齿部延伸的加强部。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述加强构件至少在配置所述线圈的绕组的位置从所述齿部的侧壁面突出。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述固定构件为环状，且配置于所述多个齿部的前端部和根部中的至少一方，所述线圈的绕组配置在未配置有所述固定构件的部位。

7.根据权利要求5所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述固定构件为环状，且配置于所述多个齿部的前端部和根部中的至少一方，所述线圈的绕组配置在未配置有所述固定构件的部位。

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