CN110771007A - 定子和马达 - Google Patents

Abstract

马达的定子具有：磁性体的定子铁芯，其具有环状的铁芯背部和多个齿，该环状的铁芯背部包围沿上下延伸的中心轴线，该多个齿从铁芯背部沿径向延伸；树脂制的绝缘件，其至少覆盖齿的一部分；以及线圈，其由隔着绝缘件卷绕于齿的导线构成。定子铁芯夹有非磁性且电绝缘的非磁性层，从而在轴向上被分割为多个区域。

Description

定子和马达

技术领域

本发明涉及定子和马达。

背景技术

在日本特开2002-101583号公报中，公开了对转子铁芯的位置进行检测的电动机。该公报所记载的电动机在与转子的轴向对置的位置配置有位置检测元件，使来自转子的磁铁的磁通通过位置检测元件，从而进行位置检测。而且，为了使朝向位置检测元件的磁通量增加，采用使旋转轴的轴向上的磁铁的长度较长的构造。

专利文献1：日本特开2002-101583号公报

发明内容

发明要解决的课题

在日本特开2002-101583号公报所记载的构造的电动机中，只要能够将来自磁铁的磁通更多地取入定子铁芯，则能够有效利用定子铁芯。其结果为，能够提高电动机的输出转矩的相对于输入功率的比例，从而能够提高马达的效率。因此，期望使向定子铁芯取入的磁通更多。

本发明的目的在于，提供无需加厚定子铁芯的层叠厚度，就能够更多地向定子铁芯取入来自磁铁的磁通的定子铁芯和马达。

用于解决课题的手段

本申请的例示的发明是定子，是马达的定子，其中，该定子具有：磁性体的定子铁芯，其具有环状的铁芯背部和多个齿，该环状的铁芯背部包围沿上下延伸的中心轴线，该多个齿从所述铁芯背部沿径向延伸；树脂制的绝缘件，其至少覆盖所述齿的一部分；以及线圈，其由隔着所述绝缘件卷绕于所述齿的导线构成，所述定子铁芯夹有非磁性且电绝缘的绝缘体，从而在轴向上被分割为多个区域。

发明效果

根据本申请的例示的发明，在定子铁芯的层叠厚度相同的条件下，相比于使定子铁芯不被非磁性材料分割的构造相比，能够更多地取入来自磁铁的磁通。由此，能够有效地将定子铁芯用作磁路。其结果为，即使不使定子铁芯的层叠厚度增加，即不在轴向上增加更多的定子铁芯，也能够提高马达的输出功率的相对于输入功率的比例，从而能够提高马达的效率。

附图说明

图1是马达的纵剖视图。

图2是定子所具有的定子铁芯的立体图。

图3是用于对通过定子铁芯的磁通进行说明的图。

图4是示出定子铁芯的磁通分布的图。

图5是用于对通过未设置非磁性层的定子铁芯的磁通进行说明的图。

图6是示出定子铁芯的磁通分布的图。

图7是示出磁通流入定子铁芯所产生的感应电压的波形的图。

图8是用于对通过如下定子铁芯的磁通进行说明的图，该定子铁芯被2个非磁性层使磁性区域分割为3个。

图9是示出非磁性层的数量不同的定子铁芯的感应电压的波形的图。

图10是示出能够分离的定子铁芯的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的例示的实施方式进行说明。另外，在本申请中，将与马达的中心轴线平行的方向称为“轴向”，将与马达的中心轴线垂直的方向称为“径向”，将沿以马达的中心轴线为中心的圆弧的方向称为“周向”。另外，在本申请中，将轴向作为上下方向，来对各部分的形状和位置关系进行说明。但是，并不意图通过该上下方向的定义来限定本发明的马达在制造时和使用时的朝向。

＜1.马达的整体结构＞

图1是马达1的纵剖视图。马达1用于空调等家电产品。但是，马达1也可以使用于家电产品以外的用途。例如，马达1也可以搭载于汽车或铁路机车等的运输设备、OA设备、医疗设备、工具以及产业用的大型设备等，产生各种驱动力。

马达1具有静止部2和旋转部3。静止部2固定于家电产品的框体。旋转部3被支承为能够相对于静止部2旋转。

静止部2具有定子21、电路板22、树脂外壳23、下轴承部24以及上轴承部25。

定子21是根据驱动电流而产生磁通的电枢。定子21具有定子铁芯211、绝缘件212以及多个线圈213。

图2是定子21所具有的定子铁芯211的立体图。图2所示的定子铁芯211示出以包含中心轴线9的截面剖切而成的的状态。在图2中，省略了绝缘件212和线圈213的图示。

定子铁芯211由多个分割铁芯40构成。多个分割铁芯40沿周向排列。各分割铁芯40具有铁芯背部41和齿42。多个铁芯背部41通过相互接触而整体成为以中心轴线9为中心的圆环状。齿42从铁芯背部41朝向径向内侧延伸。

在轴向上层叠磁性层40A、非磁性层40B以及磁性层40C而构成分割铁芯40。磁性层40A、40C例如由电磁钢板层叠而成。非磁性层40B例如是由非磁性且电绝缘的树脂材料构成的绝缘体。磁性层40A层叠于非磁性层40B的轴向上侧，磁性层40C层叠于非磁性层40B的轴向下侧。即，通过夹有非磁性层40B而使分割铁芯40的磁性区域在轴向上被分割为多个区域。另外，定子铁芯211也可以是一体连接的圆环状的铁芯。

在本实施方式中，非磁性层40B将分割铁芯40的磁性区域均等地分割。因此，2个磁性层40A、40C的轴向的长度相同。而且，非磁性层40B配置于齿42的轴向的中央。

绝缘件212安装于定子铁芯211。绝缘件212的材料使用作为绝缘体的树脂。绝缘件212具有覆盖各齿42的轴向的两个端面和周向的两个面的齿绝缘部51。线圈213由卷绕于齿绝缘部51的导线构成。即，构成线圈213的导线隔着绝缘件212的齿绝缘部51而卷绕于齿42。

绝缘件212具有上侧壁部52。上侧壁部52从齿绝缘部51的径向内侧和外侧的两个端部朝向轴向上侧和周向的两侧扩展。另外，绝缘件212具有下侧壁部53。下侧壁部53从齿绝缘部51的径向内侧和外侧的两个端部朝向轴向下侧和周向的两侧扩展。上侧壁部52和下侧壁部53抑制线圈213的卷绕变形，从而防止构成线圈213的导线向径向内侧和外侧伸出。

绝缘件212可以与非磁性层40B是同一部件，也可以与非磁性层40B是不同的部件。

电路板22位于定子21的轴向上侧，配置为与中心轴线9大致垂直。电路板22例如通过焊接而固定于绝缘件212的上端部。在电路板22上搭载有用于向线圈213提供驱动电流的电路。构成线圈213的导线的端部与电路板22上的电路电连接。从外部电源提供的电流经由电路板22流向线圈213。

树脂外壳23是对定子21和电路板22进行保持的树脂制的部件。通过使树脂流入收纳有定子21和电路板22的模具内的空洞而得到树脂外壳23。即，树脂外壳23是将定子21和电路板22作为嵌件部件的树脂成型品。因此，定子21和电路板22至少局部被树脂外壳23覆盖。

树脂外壳23具有圆筒部231和顶板部232。圆筒部231沿轴向呈大致圆筒状延伸。定子21的至少铁芯背部41被构成圆筒部231的树脂覆盖。另外，在圆筒部231的径向内侧配置有后述的转子32。顶板部232在比定子铁芯211和转子32靠轴向上侧的位置从圆筒部231向径向内侧扩展。在顶板部232的中央设置有用于供后述的轴31通过的圆孔233。

下轴承部24在比转子32靠轴向下侧的位置将轴31支承为能够旋转。上轴承部25在比转子32靠轴向上侧的位置将轴31支承为能够旋转。下轴承部24和上轴承部25使用在内圈与外圈之间夹有多个球体的滚珠轴承。下轴承部24的外圈经由金属制的下罩部件241而固定于树脂外壳23的圆筒部231。上轴承部25的外圈经由金属制的上罩部件251而固定于树脂外壳23的顶板部232。但是，也可以代替滚珠轴承，而使用滑动轴承或流体轴承等其他方式的轴承。

旋转部3具有轴31和转子32。轴31是沿轴向延伸的圆柱状的部件。轴31被下轴承部24和上轴承部25支承，以中心轴线9为中心旋转。轴31的上端部比树脂外壳23的上表面向轴向上侧突出。在轴31的上端部例如安装有空调用的风扇。但是，轴31也可以经由齿轮等动力传递机构而与风扇以外的驱动部连结。

另外，本实施方式的轴31向树脂外壳23的轴向上侧突出，但不限定于此。轴31也可以向树脂外壳23的轴向下侧突出，该轴31的下端部与驱动部连结。另外，轴31也可以向树脂外壳23的轴向上侧和轴向下侧这双方突出，该轴31的上端部和下端部双方分别与驱动部连结。

转子32固定于轴31，与轴31一起旋转。转子32具有转子铁芯321和多个磁铁322。转子铁芯321由层叠钢板构成，该层叠钢板由作为磁性体的电磁钢板沿轴向层叠而成。多个磁铁322配置于转子铁芯321的外周面。各磁铁322的径向外侧的面是与齿42的径向内侧的端面在径向上对置的磁极面。多个磁铁322的N极的磁极面与S极的磁极面交替排列，在周向上等间隔排列。

另外，磁铁322的轴向的长度至少比定子铁芯211的轴向的长度长。而且，磁铁322的轴向的上侧端部位于比定子铁芯211的轴向的上侧端部靠上侧的位置。另外，磁铁322的轴向的下侧端部位于比定子铁芯211的轴向的下侧端部靠下侧的位置。通过使磁铁322的长度比定子铁芯211长，能够将更多的磁通取入定子铁芯211，从而能够提高马达1的效率。另外，在该情况下，定子铁芯211的上侧端部至磁铁322的上侧端部的长度和定子铁芯211的下侧端部至磁铁322的下侧端部的长度中的至少一方比非磁性层40B的厚度长。

另外，也可以代替多个磁铁322，而使用一个圆环状的磁铁。在使用圆环状的磁铁的情况下，只要在磁铁的外周面上沿周向交替地磁化出N极和S极即可。另外，磁铁的一部分也可以埋入于转子铁芯的内部。另外，也可以为，通过配合了磁性体粉的树脂来成型磁铁，并与轴31连结。

在驱动马达1时，经由电路板22向线圈213提供驱动电流。这样，在定子铁芯211的多个齿42产生磁通。而且，齿42与磁铁322之间的磁通所引起的作用产生周向的转矩。其结果为，使旋转部3以中心轴线9为中心旋转。

＜2.关于定子铁芯的磁通＞

如上所述，在本实施方式中，非磁性层40B在轴向上分割定子铁芯211，详细而言，是多个分割铁芯40各自的磁性区域。在该情况下，在定子铁芯211的磁性区域的轴向的长度相同的条件下，相比于不利用非磁性层40B分割定子铁芯211的构造，能够将来自磁铁322的磁通更多地向定子铁芯211取入。以下，对从磁铁322朝向定子铁芯211的磁通进行说明。

图3是用于对通过定子铁芯211的磁通的进行说明图。在图3中，以虚线箭头示出磁通。另外，简化示出图3所示的铁芯背部41和齿42等。图4是示出定子铁芯211的磁通分布的图。

如上所述，磁铁322在轴向上比齿42向轴向上下突出。以下，将在轴向上比齿42向上侧突出的磁铁322的部分称为上侧伸出部322A。另外，将比齿42向下侧突出的磁铁322的部分称为下侧伸出部322B。另外，将与非磁性层40B在径向上对置的磁铁322的部分称为中央部322C。

使从与磁性层40A在径向上对置的磁铁322沿着径向的磁通流入磁性层40A整体。另外，使从上侧伸出部322A沿着朝向径向外侧并且朝向下侧倾斜的方向的磁通流入磁性层40A的轴向的上侧端部。此外，使从中央部322C沿着朝向径向外侧且朝向上侧倾斜的方向的磁通流入磁性层40A的轴向的下侧端部。

同样，使从与磁性层40C在径向上对置的磁铁322沿着径向的磁通流入磁性层40C整体。另外，使从中央部322C沿着朝向径向外侧并且朝向下侧倾斜的方向的磁通流入磁性层40C的轴向的上侧端部。此外，使从下侧伸出部322B沿着朝向径向外侧且朝向上侧倾斜的方向的磁通流入磁性层40C的轴向的下侧端部。

另外，以下，将磁性层40A的轴向的下侧端部和磁性层40C的轴向的上侧端部称为定子铁芯211的中央部。

这样，在轴向上，来自径向以外的方向(相对于径向倾斜的方向)的磁通流入定子铁芯211的上侧端部、下侧端部以及中央部。由此，使流入定子铁芯211的上侧端部、下侧端部以及中央部的磁通的磁通量大致相同。其结果为，如图4所示，在轴向上，使定子铁芯211的磁通密度在除非磁性层40B以外的区域中大致均等。

以下，为了与本实施方式进行对比，对未设置非磁性层40B的情况下的定子铁芯211的磁通密度进行说明。

图5是用于对通过未设置非磁性层的定子铁芯211A的磁通进行说明的图。图6是示出定子铁芯211A的磁通分布的图。另外，图5所示的定子铁芯211A的磁性区域的轴向的长度与本实施方式的定子铁芯211的磁性区域相同。

使从与定子铁芯211A在径向上对置的磁铁322沿着径向的磁通流入定子铁芯211A整体。另外，使从上侧伸出部322A沿着朝向径向外侧且朝向下侧倾斜的方向的磁通流入定子铁芯211A的轴向的上侧端部。此外，使从下侧伸出部322B沿着朝向径向外侧且朝向上侧倾斜的方向的磁通流入定子铁芯211A的轴向的下侧端部。由此，流入定子铁芯211A的上侧端部和下侧端部的磁通的磁通量大致相同。另一方面，流入定子铁芯211A的中央部的磁通的磁通量比流入定子铁芯211A的上侧端部和下侧端部的磁通的磁通量少。其结果为，如图6所示，定子铁芯211A的磁通密度在轴向上产生偏差。

图7是示出磁通流入定子铁芯所产生的感应电压的波形的图。在图7中，以实线示出设置有非磁性层40B的本实施方式的定子铁芯211的感应电压，以虚线示出未设置非磁性层40B的图4的定子铁芯211A的感应电压。

如图7所示，设置有非磁性层40B的定子铁芯211的感应电压比未设置非磁性层40B的定子铁芯211A的感应电压高。即，流入定子铁芯211的磁通的磁通量比流入定子铁芯211A的磁通的磁通量多。

如上所述，在定子铁芯的磁性区域的层叠厚度相同的条件下，与不利用非磁性层40B分割定子铁芯的磁性区域的构造相比，利用非磁性层40B分割定子铁芯的磁性区域的构造能够更多地取入来自磁铁322的磁通。由此，能够有效地将定子铁芯211用作磁路。其结果为，即使不增加定子铁芯211的磁性区域的层叠厚度，也能够提高马达1的输出功率相对于输入功率的比例，从而能够提高马达1的效率。

另外，通过使更多的磁通向定子铁芯211通过，能够提高感应电压，从而能够减少线圈213的匝数。如果减少线圈213的匝数，则能够使线圈213的导线变粗。其结果为，能够降低导线中的铜损，从而能够提高效率。

＜3.变形例＞

以上，对本发明的例示的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述的实施方式。

在上述实施方式中，定子铁芯211的磁性区域被非磁性层40B分为两部分，但也可以为，如图8所示，分割为3个以上的区域。图8是用于对通过由2个非磁性层40B将磁性区域分割为3个的定子铁芯211B的磁通进行说明的图。在该情况下，在定子铁芯211中，在轴向上取入磁通的面增加。因此，能够取入更多的磁通。

图9是示出非磁性层40B的数量不同的定子铁芯的感应电压的波形的图。在图9中，以虚线示出非磁性层40B为2个的定子铁芯211B的电压波形，以虚线示出非磁性层40B为1个的定子铁芯211的电压波形。如图9所示，非磁性层40B的数量较多而更多地分割定子铁芯的磁性区域的构造能够得到较高的感应电压。

另外，在上述实施方式中，非磁性层40B设置于将定子铁芯211的磁性区域在轴向上二等分的位置，但并不限定于此。例如，可以使磁性层40A的轴向的长度比磁性层40C的轴向的长度长，也可以反之。但是，如果磁性层40A或磁性层40C的轴向的长度过小，则该磁性层内的作为磁路的区域变窄，磁通难以流动。因此，优选为，定子铁芯211的多个磁性层40A、40C中的至少一个的轴向的长度比非磁性层40B的厚度长。

在上述实施方式中，定子铁芯211的上侧端部至磁铁322的上侧端部的长度和定子铁芯211的下侧端部至磁铁322的下侧端部的长度中的至少一方比非磁性层40B的厚度长。由此，能够进一步提高定子铁芯211的磁通密度。但是，非磁性层40B的厚度不限定于此。

另外，定子铁芯211也可以采用能够沿轴向上下分离的构造。图10是示出能够分离的定子铁芯211的图。非磁性层40B由第1层40B1和第2层40B2层叠而成。而且，如图9所示，定子铁芯211能够以第1层40B1与第2层40B2之间为界，沿轴向上下分离。在该结构中，当在安装上下分离的2个定子铁芯的同时设置非磁性层的方法的情况下，难以利用模具或夹具对定子铁芯进行定位。针对于此，如图9所示，通过在分离后的2个定子铁芯的双方设置非磁性层，只要安装了2个定子铁芯则会构成非磁性层40B，因此形成非磁性层40B时的定子铁芯的定位变得容易。另外，在安装了分离后的2个定子铁芯之后，在齿42上卷绕导线而设置线圈213。

产业上的可利用性

本发明能够利用于定子和马达。

标号说明

1：马达；2：静止部；3：旋转部；9：中心轴线；21：定子铁芯；22：电路板；23：树脂外壳；24：下轴承部；25：上轴承部；31：轴；32：转子；40：分割铁芯；40A：磁性层；40B：非磁性层；40B1：第1层；40B2：第2层；40C：磁性层；41：铁芯背部；42：齿；51：齿绝缘部；52：上侧壁部；53：下侧壁部；211：定子铁芯；211A：定子铁芯；211B：定子铁芯；212：绝缘件；213：线圈；231：圆筒部；232：顶板部；233：圆孔；241：下罩部件；251：上罩部件；321：转子铁芯；322：磁铁；322A：上侧伸出部；322B：下侧伸出部；322C：中央部。

Claims (8)

1.一种定子，是马达的定子，其中，

该定子具有：

磁性体的定子铁芯，其具有环状的铁芯背部和多个齿，该环状的铁芯背部包围沿上下延伸的中心轴线，该多个齿从所述铁芯背部沿径向延伸；

树脂制的绝缘件，其至少覆盖所述齿的一部分；以及

线圈，其由隔着所述绝缘件卷绕于所述齿的导线构成，

所述定子铁芯夹有非磁性且电绝缘的绝缘体，从而在轴向上被分割为多个区域。

2.根据权利要求1所述的定子，其中，

所述绝缘体是树脂材料。

3.根据权利要求1或2所述的定子，其中，

所述定子铁芯具有多个所述绝缘体，被多个所述绝缘体分割为三个以上的区域。

4.一种马达，其具有权利要求1至3中的任意一项所述的定子，其中，

该马达具有以中心轴线为中心进行旋转的转子，

所述转子在与所述定子铁芯对置的位置具有磁铁，

所述磁铁的轴向长度比所述定子铁芯的轴向长度长，

所述磁铁的轴向的上侧端部位于比所述定子铁芯的轴向的上侧端部靠上侧的位置，

所述磁铁的轴向的下侧端部位于比所述定子铁芯的轴向的下侧端部靠下侧的位置。

5.根据权利要求4所述的马达，其中，

所述定子铁芯的所述上侧端部至所述磁铁的所述上侧端部的长度和所述定子铁芯的所述下侧端部至所述磁铁的所述下侧端部的长度中的至少一方比所述绝缘体的厚度长。

6.根据权利要求4或5所述的马达，其中，

所述定子铁芯的多个区域中的至少一个的所述轴向的长度比所述绝缘体的厚度长。

7.根据权利要求4至6中的任意一项所述的马达，其中，

所述绝缘件与所述绝缘体是同一部件。

8.根据权利要求7所述的马达，其中，

所述绝缘体具有沿所述轴向延伸的第1层和第2层，

所述定子铁芯以所述第1层与所述第2层之间为界，在所述轴向上分离。

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