CN110556929A

CN110556929A - 层叠芯及定子芯

Info

Publication number: CN110556929A
Application number: CN201910410798.XA
Authority: CN
Inventors: 野尻尚纪
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-06-01
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2019-12-10
Also published as: JP2019213318A

Abstract

本发明涉及层叠芯及定子芯。层叠芯具备：层叠体，其由层叠片层叠而成；以及加强板，其夹着所述层叠体，在所述层叠片设置有孔和槽，所述孔供将所述层叠体及所述加强板相对于固定构件固定的紧固构件插通，所述槽在周向上分割所述孔与所述层叠片的周缘之间的区域。由此，能够将层叠芯使用紧固构件牢固地紧固于作为固定对象的块体，而不会发生破裂。

Description

层叠芯及定子芯

技术领域

本发明涉及层叠芯及定子芯。

背景技术

在用于电动机的定子芯的软磁性材料中，要求高性能的材料。作为高性能的软磁性材料通常要求的性能有铁损(损耗)低、饱和磁通密度高、导磁率高、以及低保持力等。在电动机的定子芯中，要求铁损极低的软磁性材料。

以往，作为低铁损的软磁性材料，已知有电磁钢板，其作为各种电动机的定子芯的材料使用。另外，作为显示出超过电磁钢板的软磁性特性的材料，已知有非晶态合金薄带。作为对电磁钢板的替代，通过对非晶态合金薄带进行加工而形成定子芯，能够得到更低损耗且高性能的电动机。

然而，在使用非晶态合金薄带的情况下，为了得到更高的软磁性特性，需要实施热处理。通过该热处理，即使是非晶晶体结构也存在脆化而易破裂的特征。

此外，已知非晶态合金薄带能够通过实施规定的热处理而使其发生纳米结晶化。通过使非晶态合金薄带发生纳米结晶化，能够得到在非晶晶体结构中无法得到的更高的软磁性特性。但是，通过纳米结晶化，非晶态合金薄带的脆化进一步发展，从而易于破裂。因此，存在操作变得更困难这样的问题。

定子芯为了作为电动机发挥功能而需要被固定。作为固定定子芯的最廉价且容易的方法有螺栓紧固。通过将螺栓穿过设置于定子芯的螺栓紧固孔，并将螺栓紧固于安装块体，能够容易且廉价地将定子芯固定于安装块体。

然而，在对定子芯进行螺栓紧固的情况下，为了避免因对定子芯施加外力而在层叠体间产生偏移，需要以较高的紧固转矩进行固定。

作为以往对上述问题的对策，采用了对板状钢板的层叠体进行激光焊接这样的方法(例如，参见专利文献1)。通过对层叠体进行激光焊接，能够获得防止层叠体的层偏移等的一定的效果。

图5A及图5B是表示与专利文献1所记载的以往的软磁性芯相同的软磁性芯的一例的图。图5A是定子的主视图，图5B是构成层叠体的电磁钢板的俯视图。需要说明的是，为了简化而省略了绕组。

在电磁钢板101上加工有用于进行螺栓紧固的紧固孔102。电磁钢板101通过紧固螺栓105紧固于块体106。此外，在电磁钢板101上加工有切口103，通过对切口103的一部分进行焊接而设置有焊接部104。

层叠的电磁钢板101的层间由焊接部104局部地固定而成为一体物，因此操作变得容易。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-57747号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中，将层叠的钢板彼此相互焊接，从而作为一体物来处理。在通常使用的电磁钢板中，厚度为0.2～0.4mm左右。另外，即使在焊接时温度上升，作为材料的强度等也不会急剧降低。因此，容易将这些钢板彼此焊接。

然而，在对非晶态合金薄带那样的厚度为0.02～0.04mm的极薄的薄带的层叠体实施焊接等加工的情况下，会产生各种问题。

例如，非晶态合金薄带与电磁钢板相比厚度为1/10左右，因此每一张的刚性接近于薄膜而不是钢板，即使对一部分进行焊接，作为一体物的刚性也会变弱。

虽然通过使焊接部位增多等的方法，能够作为一体物在某种程度上提高刚性，但通常存在焊接部位的软磁性特性降低的问题。另外，还存在因增加焊接部位而使生产率降低的问题。因此，要在不降低生产率的情况下在整个磁芯获得良好的软磁性特性，还存在课题。

本发明的目的在于使用紧固构件将层叠芯牢固地紧固于作为固定对象的块体，而不会发生破裂。

用于解决课题的方案

本发明的一个实施方式为层叠芯，该层叠芯具备：层叠体，其由层叠片层叠而成；以及加强板，其夹着所述层叠体，在所述层叠片设置有孔和槽，所述孔供将所述层叠体及所述加强板相对于固定构件固定的紧固构件插通，所述槽在周向上分割所述孔与所述层叠片的周缘之间的区域。

本发明的另一个实施方式为具备上述层叠芯的定子芯。

发明效果

根据本发明，能够使用紧固构件将层叠芯牢固地紧固于作为固定对象的块体，而不会发生破裂。

附图说明

图1A是第一实施方式的定子的主视图。

图1B是第一实施方式的定子的加强板的俯视图。

图1C是构成第一实施方式的定子的层叠体的板的俯视图。

图2A是第二实施方式的定子的主视图。

图2B是第二实施方式的定子的加强板的俯视图。

图2C是构成第二实施方式的定子的层叠体的板的俯视图。

图2D是构成第二实施方式的定子的层叠体的板的俯视图。

图3A是第三实施方式的定子的主视图。

图3B是第三实施方式的定子的加强板的俯视图。

图3C是构成第三实施方式的定子的层叠体的板的俯视图。

图3D是构成第三实施方式的定子的层叠体的板的俯视图。

图4A是第四实施方式的定子的主视图。

图4B是第四实施方式的定子的后视图。

图4C是第四实施方式的定子的加强板的俯视图。

图4D是构成第四实施方式的定子的层叠体的板的俯视图。

图5A是以往的定子的主视图。

图5B是构成以往的定子的层叠体的电磁钢板的俯视图。

附图标记说明：

1、1A、1B、1C、1D、1D₁、1D₂ 层叠体

1a、1b、1c、1d 板

2 加强板

3a、3b、3c 紧固螺栓

4 块体

5a、5b、5c 切缝

6a、6b、6c 孔

7a、7b、7c、7d、7e、7f 孔

8a、8b、8c 孔

9a、9b、9c 狭缝

10、10a、10b、10c 定子

11、11a、11b、11c 层叠芯

101 电磁钢板

102 紧固孔

103 切口

104 焊接部

105 紧固螺栓

106 块体

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，以下说明的实施方式为一例，本发明并不局限于该实施方式。能够适当组合以下说明的实施方式的构成要素。另外，也存在不使用一部分的构成要素的情况。

(第一实施方式)

参照图1A～图1C，对第一实施方式进行说明。图1A是定子(stator)10的主视图。图1B是加强板2的俯视图。图1C是构成层叠体1的板1a的俯视图。

如图1A所示，电动机的定子10通过利用紧固螺栓3a、3b以及3c(“紧固构件”的一例)将由层叠体1及加强板2构成的层叠芯11固定于作为固定对象的块体4而构成。在层叠体1的各层设置有切缝5a(详细情况在后面描述)。

层叠体1是将由非晶态合金薄带构成的板1a(“层叠片”的一例)层叠而成的层叠体，且作为定子芯显示软磁性特性。加强板2以从上下方夹着层叠体1的方式配置。加强板2起到从上下方向保护将薄而脆的非晶态合金薄带层叠而成的层叠体1的作用。

如图1B所示，加强板2是在中心部设置有圆形的插通孔的圆板状的构件。在该插通孔中配置电动机的转子(未图示)。另外，多个突起以包围上述插通孔的方式从在圆周方向上连续的外周部朝向内部突出而设置。在各突起卷绕有线圈。

在加强板2的外周部，在同一圆周上以等间隔设置有孔6a、6b以及6c。紧固螺栓3a、3b以及3c分别通过孔6a、6b以及6c而固定于块体4。加强板2由刚性比层叠体1高的材料构成，起到保护层叠体1的作用。

层叠体1通过将板1a层叠而构成。如图1C所示，板1a呈与加强板2大致相同的形状。在板1a的外周部，在同一圆周上以等间隔设置有与加强板2的孔6a、6b以及6c对应的孔7a、7b以及7c。另外，设置有从板1a的外周缘直到孔7a、7b以及7c的切缝5a、5b以及5c。

通过切缝5a、5b以及5c，从孔7a、7b以及7c向外周侧的区域分别被分成两部分。即，从孔7a、7b以及7c向外周侧的区域在周向上被切缝5a、5b以及5c分割而不连续。换言之，孔7a、7b以及7c经由切缝5a、5b以及5c向外周缘开口。

为了将层叠体1及从上下方夹着层叠体1的加强板2相对于块体4牢固地固定，需要对紧固螺栓3a、3b以及3c进行强力地紧固。通过将紧固螺栓3a、3b以及3c强力地紧固，而在紧固螺栓3a、3b以及3c与上侧的加强板2之间施加因摩擦而产生的较大的旋转应力。

然而，由于该旋转应力是因紧固螺栓3a、3b以及3c与加强板2之间的摩擦而产生的，因此在层叠体1上不会施加发生破裂程度的旋转应力。

另外，由于加强板2由刚性比层叠体1高的材料形成，因此施加于层叠体1的旋转应力变得较小。此外，通过将加强板2的紧固螺栓用的孔6a、6b以及6c设为闭合的孔，能够使由加强板2承受的旋转应力更大。

紧固螺栓3a、3b以及3c被强力地紧固，从而在其与块体4之间产生较大的压缩应力。由此，层叠体1及加强板2被牢固地固定于块体4。

另一方面，层叠体1及加强板2上的、紧固螺栓3a、3b以及3c的周边部分以及块体4的周边部分因压缩应力而产生变形、凹陷。即，对于层叠体1而言，仅紧固螺栓3a、3b以及3c的周边部分以及块体4的周边部分比除此以外的部分薄。

这意味着，关于板1a，仅孔7a、7b以及7c的周边部分被拉伸而产生拉伸应力。然而，由于孔7a、7b以及7c经由切缝5a、5b以及5c向外周缘开口，因此通过切缝5a、5b以及5c打开而使拉伸应力得到缓和。因此，在板1a的孔7a、7b以及7c的周边部分不会作用发生破裂程度的拉伸应力。

此外，即使切缝5a、5b以及5c因拉伸应力而打开，其打开宽度也是微小的，不会对孔7a、7b以及7c的大小产生较大的影响。即，用于使孔7a、7b以及7c向外周缘开口而设置的切缝5a、5b以及5c是切缝加工，因此不会改变孔7a、7b以及7c的面积。

因此，即使在孔7a、7b以及7c的周边部分施加压缩应力，也能够使单位面积的压缩应力与孔7a、7b以及7c为闭合的孔的情况大致相同，能够抑制变形量的增加。

另外，即使切缝5a、5b以及5c因拉伸应力而打开，略微打开的部分也只限于紧固螺栓3a、3b以及3c的周边部分以及块体4的周边部分。

因此，能够减小因切缝5a、5b以及5c打开而产生间隙所引起的作为磁路的磁通通道被切断的区域，从而能够进一步降低作为电动机的损耗。

另外，非晶态合金薄带与以往的电磁钢板相比，厚度为1/10左右，更接近薄膜而不是钢板。因此，容易对板1a实施切缝加工。另外，不会像钢板那样因加工变形而无法恢复到原来状态。

如以上所说明的那样，根据本实施方式，层叠芯11具备将板1a层叠而成的层叠体1和夹着层叠体1的加强板2，在板1a设置有孔7a、7b以及7c和切缝5a、5b以及5c，该孔7a、7b以及7c供将层叠体1及加强板2相对于块体4固定的紧固螺栓3a、3b以及3c插通，该切缝5a、5b以及5c在周向上分割孔7a、7b以及7c与板1a的外周缘之间的区域。

因此，能够将层叠芯11牢固地螺栓紧固于作为固定对象的块体4，而不会发生破裂。

另外，在本实施方式中，对层叠体1为非晶态合金薄带的情况进行了叙述。虽然非晶态合金薄带通过实施热处理而脆化，但根据本实施方式，即使在对层叠体1除了实施形状加工以外还实施了热处理加工的情况下，也能够适当地防止破裂。尤其是在使非晶态合金薄带纳米结晶化的情况下，脆化的进展程度变高，但根据本实施方式，即使在这样的情况下，也能够适当地防止破裂。

(第二实施方式)

参照图2A～图2D，对第二实施方式进行说明。图2A是定子10a的主视图。图2B是加强板2的俯视图。图2C是构成层叠体1A的板1a的俯视图。图2D是构成层叠体1B的板1b的俯视图。

与第一实施方式相比，第二实施方式的不同之处在于，层叠体1由两种层叠体构成，这两种层叠体为由板1a构成的层叠体1A以及由板1b(“第二层叠片”的一例)构成的层叠体1B(“第二层叠体”的一例)。

如图2A所示，电动机的定子10a通过利用紧固螺栓3a、3b以及3c将层叠芯11a固定于作为固定对象的块体4而构成。层叠芯11a通过在层叠体1B的上下方配置层叠体1A、1A，进而在其上下方配置加强板2、2而构成。

图2B所示的加强板2是与第一实施方式的加强板2相同的结构，因此省略详细的说明。

层叠体1A通过将板1a层叠而构成。关于图2C所示的板1a，由于是与第一实施方式中的板1a相同的结构，因此省略详细的说明。

层叠体1B通过将板1b层叠而构成。如图2D所示，相对于板1a而言，板1b的不同之处在于，具备没有切缝5a、5b以及5c的闭合的孔8a、8b以及8c。

在本实施方式中，紧固螺栓3a、3b以及3c的头部附近以及块体4的附近的层即层叠体1A由设置有向外周缘开口的孔7a、7b以及7c的板1a构成。

由此，与第一实施方式相同之处在于，在作用因紧固螺栓3a、3b以及3c的紧固而产生的压缩应力时，通过切缝5a、5b以及5c打开，能够缓和应力，防止层叠体1A的破裂。

另一方面，在紧固螺栓3a、3b以及3c的头部附近以及块体4的附近的层以外的层即层叠体1B中，由于存在层叠体1A而使应力分散，因此不会引起发生破裂那样的较大的变形。

此外，构成层叠体1B的板1b的孔8a、8b以及8c为没有切缝的闭合的孔。由此，层叠体1B能够以比层叠体1A大的面积承受压缩应力。因此，能够减小单位面积的压缩应力，从而能够进一步抑制凹陷量。

另外，由于构成层叠体1B的板1b的孔8a、8b以及8c没有切缝，因此不会切断作为磁路的磁通通道，从而能够进一步降低作为电动机的损耗。

由此，具有向外周缘开口的孔的层叠体1A优选以与加强板2接触的方式层叠。另外，层叠体1A的厚度优选根据紧固螺栓3a、3b以及3c所引起的紧固转矩，从加强板2的外侧面(未与层叠体1A接触的一侧的面)调整为规定的范围内。

通过使从加强板2的外侧面至层叠体1A与层叠体1B的边界的距离为1～3mm，能够在层叠体1A中充分地缓和应力。因此，即使非晶态合金薄带因热处理及纳米结晶化而脆化，也能够适当地防止层叠体1B中发生破裂。

(第三实施方式)

参照图3A～图3D，对第三实施方式进行说明。图3A是定子10b的主视图。图3B是加强板2的俯视图。图3C是构成层叠体1A的板1c的俯视图。图3D是构成层叠体1B的板1b的俯视图。

与第二实施方式相比，第三实施方式的不同之处在于，板1a的切缝5a、5b以及5c分别成为具有孔7a、7b以及7c的直径以下的宽度的狭缝9a、9b以及9c。

如图3A所示，电动机的定子10b通过利用紧固螺栓3a、3b以及3c将层叠芯11b固定于作为固定对象的块体4而构成。层叠芯11b通过在层叠体1B的上下方配置层叠体1C、1C，进而在其上下方配置加强板2、2而构成。

图3B所示的加强板2是与第一实施方式的加强板2相同的结构，因此省略详细的说明。

层叠体1C通过将板1c(“层叠片”的一例)层叠而构成。如图3C所示，相对于板1a而言，板1c的不同之处在于，切缝5a、5b以及5c分别成为狭缝9a、9b以及9c。

根据第三实施方式，也能够得到与上述的第二实施方式相同的效果。另外，能够通过与孔7a、7b以及7c相同的冲裁加工或基于同一工序的冲裁加工来设置狭缝9a、9b以及9c，从而能够省略与冲裁加工不同的切缝加工。

需要说明的是，在图3C中，例示了将狭缝9a、9b以及9c的宽度设为与孔7a、7b以及7c的直径相同的尺寸的情况，但并不局限于此。如实施方式1、2那样，狭缝9a、9b以及9c的宽度也可以比孔7a、7b以及7c的直径窄。

(第四实施方式)

参照图4A～图4D，对第四实施方式进行说明。图4A是定子10c的主视图。图4B是定子10c的后视图。图4C是加强板2的俯视图。图4D是构成层叠体1D的板1d的俯视图。

与第一实施方式相比，在第四实施方式中，板的形状不同。具体而言，与板1a相比，板1d的不同之处在于，增加了螺栓紧固用的闭合的孔。

如图4A及图4B所示，电动机的定子10c通过利用紧固螺栓3a、3b以及3c将由层叠体1D及加强板2构成的层叠芯11c固定于作为固定对象的块体4而构成。

图4C所示的加强板2是与第一实施方式的加强板2相同的结构，因此省略详细的说明。

层叠体1D₁(“第三层叠体”的一例)及层叠体1D₂(“第四层叠体”的一例)通过将板1d层叠而构成。

板1d(“层叠片”的一例)对应于第一实施方式中的板1a。如图4D所示，板1d除了孔7a、7b以及7c以外，还具有孔7d、7e以及7f。孔7a、7d、7b、7e、7c以及7f在同一圆周上以等间隔设置。

在本实施方式中，在加强板2的附近的层即层叠体1D₁和由两个层叠体1D₁夹着的层叠体1D₂中，板1d的相位不同。具体而言，相对于构成层叠体1D₁的板1d，构成层叠体1D₂的板1d为在俯视下旋转了60°的状态。

根据本实施方式，在构成紧固螺栓3a、3b以及3c的头部附近以及块体4的附近的层即层叠体1D₁的板1d上设置有向外周缘开口的孔7a、7b以及7c。

由此，与第一实施方式相同之处在于，在作用因紧固螺栓3a、3b以及3c的紧固而产生的压缩应力时，能够通过切缝5a、5b以及5c打开来缓和应力，从而防止层叠体1D₁的破裂。

此外，通过使构成层叠体1D₂的板1d相对于构成层叠体1D₁的板1d旋转60°而配置，能够改变切缝的位置。由此，能够使对作为磁路的磁通通道产生影响的切缝分散。

另外，能够使用同样的板1d来构成层叠体1D₁和层叠体1D₂。因此，能够在不增加构成层叠芯的部件的种类的情况下以低成本制造电动机。

<作为整体>

需要说明的是，在以上的说明中，仅在第四实施方式中对板的旋转配置进行了叙述，但在其他实施方式中，通过将板旋转配置，也能得到同样的效果。

并且，即使构成板的非晶态合金薄带的厚度存在偏差，也能够通过将板旋转配置来使偏差分散，从而能够形成更均匀且不易发生应力集中的结构。

另外，在上述的各实施方式中，对电动机的结构为定子在外侧、转子在内侧的内转子型进行了说明，但即使是定子在内侧、转子在外侧的外转子型，只是在各构件的形状上，内侧与外侧的对应为相反的关系，也能够同样地得到本发明的效果。

实施方式1～4能够将各自的一部分与其他实施方式的一部分组合。

产业上的可利用性

根据本发明的层叠芯及定子芯，能够使用紧固构件将层叠芯牢固地紧固于作为固定对象的块体，而不会发生破裂，产业上的可利用性很大。

Claims

1.一种层叠芯，其具备：

层叠体，其由层叠片层叠而成；以及

加强板，其夹着所述层叠体，

在所述层叠片设置有孔和槽，所述孔供将所述层叠体及所述加强板相对于固定构件固定的紧固构件插通，所述槽在周向上分割所述孔与所述层叠片的周缘之间的区域。

2.根据权利要求1所述的层叠芯，其中，

所述槽为从所述层叠片的周缘直到所述孔的切缝。

3.根据权利要求1所述的层叠芯，其中，

所述槽为具有所述孔的直径以下的宽度的狭缝。

4.根据权利要求1所述的层叠芯，其中，

所述槽为具有与所述孔的直径相同的宽度的狭缝。

5.根据权利要求1所述的层叠芯，其中，

所述层叠芯进一步具备第二层叠体，该第二层叠体被所述层叠体夹着且由第二层叠片层叠而成，

在所述第二层叠片设置有供所述紧固构件插通的第二孔，所述第二孔与所述第二层叠片的周缘之间的区域在周向上连续。

6.根据权利要求1所述的层叠芯，其中，

所述层叠体包括：

第三层叠体，其与所述加强板接触；以及

第四层叠体，其被所述第三层叠体夹着，

构成所述第三层叠体的所述层叠片与构成所述第四层叠体的所述层叠片以旋转相位彼此错开的方式配置。

7.根据权利要求1所述的层叠芯，其中，

所述加强板具有与所述孔对应的闭合的孔。

8.根据权利要求1所述的层叠芯，其中，

所述层叠片为非晶态合金薄带。

9.根据权利要求1所述的层叠芯，其中，

所述层叠片为一部分被纳米结晶化的非晶态合金薄带。

10.根据权利要求1所述的层叠芯，其中，

所述层叠片为被纳米结晶化的非晶态合金薄带。

11.一种定子芯，其具备权利要求1所述的层叠芯，

所述槽在所述孔因所述紧固构件而变形时发生变形，从而缓和应力。

12.一种定子芯，其具备权利要求1所述的层叠芯，

所述层叠片组装于所述层叠芯之后的槽的宽度比所述层叠片组装于所述层叠芯之前的槽的宽度大。