CN110896250B - 旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于，提供一种能够有效抑制构造共振的旋转电机用定子铁芯以及旋转电机。旋转电机用定子铁芯具有定子铁芯主体(10)、和卷绕于定子铁芯主体(10)的外周而构成的长丝部(20)。长丝部(20)由FRP构成。定子铁芯主体(10)具有沿径向突出的紧固螺栓穿插部(13)，且与紧固螺栓穿插部(13)相比在内径侧设定有供长丝部(20)接触的紧固区域。

Description

旋转电机
技术领域
本发明涉及旋转电机用定子铁芯以及旋转电机。
背景技术
对于电机而已知当在定子的线圈中流动有电流时，会因所产生的电磁力而使被称为圆环0次模态(呼吸模态)的构造共振在高频区域内产生于定子。例如，在适用于车辆的情况下，通过变速箱而产生高频音，在车室内产生为高频的噪音。作为其对策，以往的方法为进行转换控制，使得在常用范围内不使用共振频率，或尽可能地缩小电机的直径来提高共振频率。但是，对于这种对策，控制变得复杂，另外为了提高转矩和输出，某种程度的电机直径是必要的。
另外，在专利文献1中记载了一种诊断定子(定子铁芯)的松动来判断定子的紧固力的诊断装置。该诊断装置具备：在半径方向对定子铁芯励振的励振机构；检测定子铁芯的半径方向的振动的振动检测机构；基于由振动检测机构检测到的输出信号进行频率分析来提取定子铁芯的圆环模态的测定固有振动模态的机构；根据定子铁芯的形状数据来推测定子铁芯的圆环模态的推定固有振动模态的机构；和通过比较测定固有振动模态、和根据推定固有振动模态得到的判断基准来判断定子铁芯的紧固程度的判断机构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2007/058196号
发明内容
但是，在上述专利文献1所述的诊断装置中，需要准备测定器，并在判断后调整紧固程度，具有定子的制造变得繁琐的课题。
本发明是为了解决上述现有课题的方案，其目的在于提供一种能够有效抑制构造共振的旋转电机用定子铁芯以及旋转电机。
本发明的特征在于，具备定子铁芯主体、和卷绕于所述定子铁芯主体的外周而构成的长丝部。
发明效果
根据本发明，能够提供一种可有效抑制构造共振的旋转电机用定子以及旋转电机。
附图说明
图1是表示第1实施方式的定子铁芯的外观立体图。
图2是表示第1实施方式的定子铁芯的长丝部的配置的图。
图3是第1实施方式的定子铁芯的制造装置的概略图。
图4是表示长丝部的卷绕方式的图。
图5是表示具有第1实施方式的定子铁芯的旋转电机的剖视图。
图6是表示第2实施方式的定子铁芯的剖视图。
图7是表示第3实施方式的定子铁芯的剖视图。
图8是表示第4实施方式的定子铁芯的外观立体图。
图9是表示第5实施方式的定子铁芯的外观立体图。
图10是表示第6实施方式的定子铁芯的外观立体图。
图11是表示其他旋转电机的剖视图。
附图标记说明
1A、1B、1C、1D、1E、1F 定子铁芯
10、60、70、80 定子铁芯主体
11、11A、11B、71、81 电磁钢板
11b 外周面
12 齿部
13、73 紧固螺栓穿插部
13a 内侧侧面
14、74 穿插孔(穿插部)
20、21、22 长丝部
30 轴环
40 绝缘片(绝缘层)
50、50A 旋转电机
55 转子
56 轴
57A 外壳
57s 突出部
85 定子保持器
85b 紧固螺栓穿插部
100 制造设备
110 绕管
120 树脂浸渍槽
130 卷绕部
B 螺栓
G 轴向
O 中心
R1、R2 紧固区域
W1 纤维束(树脂浸渍前)
W2 纤维束(树脂浸渍后)
具体实施方式
以下，参照适当附图来具体说明本发明的实施方式的旋转电机用定子铁芯。此外，在以下所示的附图中，针对相同的构成标注相同的附图标记。另外，为了便于说明，有将部件的尺寸以及形状变形或夸张地示意表示的情况。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式的定子铁芯的外观立体图。
如图1所示，第1实施方式的旋转电机用定子铁芯1A(以下，简略记为定子铁芯)的构成具有定子铁芯主体10、和长丝部20。
定子铁芯主体10通过层叠多张圆环状的电磁钢板11而作为整体以圆筒状构成。在各电磁钢板11的侧面沿着周向形成有多个齿部12。另外，各齿部12在轴向G(电磁钢板11的层叠方向)上彼此重叠。另外，在位于轴向G的两端的电磁钢板11A(11)上，沿周向隔着规定的间隔而形成有多个紧固螺栓穿插部13。
长丝部20是提高定子铁芯主体10的圆环刚性的部分，通过在定子铁芯主体10的周围卷绕增强纤维而构成。另外，长丝部20能够从FRP(纤维增强塑料)中选择。具体地，能够从CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics：炭素纤维增强塑料)、GFRP(Glass FiberReinforced Plastics：玻璃纤维增强塑料)、AFRP(Aramid Fiber Reinforced Plastics：芳纶纤维增强塑料)等中选择。
这样地，通过在定子铁芯主体10的外周面设置由FRP构成的长丝部20，而能够提高定子铁芯主体10的圆环刚性，抑制定子铁芯主体10的半径方向上的收缩应变。换言之，定子铁芯主体10变得难以变形。
图2表示第1实施方式的定子铁芯的长丝部的配置的图。
如图2所示，定子铁芯主体10具备：形成有紧固螺栓穿插部13的电磁钢板11A、11A(11)；和没有形成紧固螺栓穿插部13的电磁钢板11B(11)。电磁钢板11A、11B分别使多张电磁钢板(薄磁性板材)层叠而成块材。此外，电磁钢板11A、11B不限于由多张电磁钢板构成，也可以由一张电磁钢板构成。
电磁钢板11A配置于轴向G的两端，紧固螺栓穿插部13沿周向以等间隔(在本实施方式中为每60度)向径向外侧突出而形成。在紧固螺栓穿插部13形成有供未图示的螺栓穿插的穿插孔14(穿插部)。此外，在本实施方式中，举例说明了紧固螺栓穿插部13形成于六个部位的情况，但也可以为五个部位以下，也可以为七个部位以上。
电磁钢板11B在电磁钢板11A与电磁钢板11A之间沿轴向G重叠地配置有多张。另外，电磁钢板11B在从轴向G的正面观察下，具有圆(真圆)形状的外周面11b。另外，各电磁钢板11B均为相同形状，各外周面11b以沿着轴向G成为一个面的方式构成。
这样地，当将电磁钢板11A和电磁钢板11B重叠之后，紧固螺栓穿插部13与电磁钢板11B相比向径向外侧突出。即，多张电磁钢板11B的外周面11b，与紧固螺栓穿插部13相比在内径侧设定有与长丝部20接触的紧固区域R1。由此，螺栓紧固时长丝部20不会碍事。
图3是第1实施方式的定子铁芯的制造设备的概略图。
如图3所示，制造设备100是通过长丝卷绕成型法来进行制造的设备，其将由CFRP(炭素纤维增强塑料)构成的长丝部20形成于定子铁芯主体10的紧固区域R1(参照图2)。另外，制造设备100的构成具有绕管110、树脂浸渍槽120以及卷绕部130。
绕管110是供丝状的纤维卷绕的筒状部件，首先，作为成为增强材料的炭素纤维(CF)，而使由多根炭素纤维组成的纤维束W1卷绕成辊状。将这种绕管110配置于规定的支架(未图示)，从该绕管110上绕出纤维束W1。
树脂浸渍槽120是用于使树脂RS与纤维束W1浸渍的部分，由蓄存树脂RS的容器构成。另外，树脂浸渍槽120设有用于使树脂RS淹没纤维束W1的辊121。此外，与纤维束W1浸渍的树脂能够根据炭素纤维增强塑料的类型而适当选择。例如，作为使用于CFRP的树脂，主要能够举出热固化性的环氧树脂。作为其他的热固化性树脂，能够举出不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等。
卷绕部130是将定子铁芯主体10旋转自如地保持的部分，通过将由树脂RS浸渍后的纤维束W2卷绕于定子铁芯主体10的紧固区域R1(参照图2)而形成长丝部20。此外，纤维束W2一边通过未图示的张力赋予装置被赋予张力，一边卷绕于定子铁芯主体10。
当纤维束W2的卷绕完成之后，直接对定子铁芯主体10加热，使与纤维束W2浸渍后的树脂固化。当树脂固化后，将定子铁芯主体10从卷绕部130上取出，完成成型。
这样地，在定子铁芯主体10的周围卷绕由CFRP构成的纤维而构成长丝部20，由此能够实现轻量且高刚性的定子铁芯1A。
图4是表示长丝部的卷绕方式的图。
如图4所示，在定子铁芯主体11A上通过环向卷绕而构成有长丝部20(参照图1)。该环向卷绕是在相对于定子铁芯主体10的轴向G正交的方向上，将纤维束W2沿着定子铁芯主体10的周向卷绕的方法。通过采用这种环向卷绕，能够使纤维束W2的纤维排列方向在周向上一致，能够有效抑制定子铁芯主体10中的半径方向上的收缩应变。另外，在轴向的两端存在有电磁钢板11A的情况下，通过采用环向卷绕，能够与未图示的螺旋卷绕相比从轴向G的一端到另一端均等地卷绕。此外，并不限于环向卷绕，也可以采用螺旋卷绕，或使螺旋卷绕和环向卷绕组合。
图5是表示具有第1实施方式的定子铁芯的旋转电机的剖视图。此外，图5表示上侧的截面在紧固螺栓穿插部13的位置处截断的状态，下侧的截面在紧固螺栓穿插部13之外的位置处截断的状态。
如图5所示，旋转电机50的构成具备：具有定子铁芯1A的定子51；旋转自如地设于该定子51的内径侧的转子55；供转子55固定的轴56；和外壳57。
定子51的构成具有：定子铁芯1A；和设于定子铁芯1A的线圈52。线圈52穿插于在齿部12(参照图1)之间所形成的狭缝，例如构成U相线圈、V相线圈、W相线圈。
转子55的构成具有：将多张磁性板材沿着轴向G层叠而成的转子铁芯(也称为转子磁轭)；和设于转子铁芯的多个永磁铁，通过定子51所生成的旋转磁场而旋转。
轴56的两端部支承于轴承56a、56b，绕着旋转中心O与转子55一同旋转自如地构成。
外壳57由将定子51以及转子55收容、并且供轴56穿插的壳体构成。另外，在外壳57内形成有供紧固螺栓穿插部13的一个侧面抵接的壁面57a。
定子51通过使螺栓B穿插至一个紧固螺栓穿插部13的穿插孔14，并穿插至另一个紧固螺栓穿插部13的穿插孔14，并螺入至壁面57a，而使定子51固定于壁面57a。
如以上所说明地那样，第1实施方式的定子铁芯1A具有：定子铁芯主体10；和卷绕于定子铁芯主体10的外周而构成的长丝部20。由此，能够提高定子铁芯主体10的圆环刚性，并能够将定子铁芯主体10维持为真圆形状。即，以能够抑制圆环0次模态的振动的方式抑制定子铁芯主体10的形状变化。
另外，在第1实施方式中，长丝部20由FRP构成。由此，能够将定子铁芯1A设为轻量且高强度。顺便一提，铁的比重为7.8，CFRP的比重为1.8。另外，FRP的母材为树脂，由此即使从电磁钢板11B之上成型也不会对磁性回路造成影响。
另外，在第1实施方式中，定子铁芯主体10具有向径向突出的紧固螺栓穿插部13，且与紧固螺栓穿插部13相比在内径侧设定有供长丝部20接触的紧固区域R1(参照图2)。由此，不会妨碍螺栓B(参照图5)的紧固，提高圆环刚性。
另外，在第1实施方式中，在定子铁芯主体10上，在轴向G的两端具有紧固螺栓穿插部13。由此，易于将长丝部20设置于定子铁芯主体10的外周面11b。
另外，在第1实施方式中，长丝部20通过环向卷绕构成。由此，能够有效运用纤维束W2的纤维轴向的性能(高弹性率)。
(第2实施方式)
图6是表示第2实施方式的定子铁芯的剖视图。
如图6所示，第2实施方式的定子铁芯1B在第1实施方式的定子铁芯1A上追加了轴环30。
但是，对于转子铁芯主体10，在轴向G的两端具有形成了紧固螺栓穿插部13的电磁钢板11A。在该情况下，当借助螺栓B将转子铁芯主体10向外壳57(参照图5)紧固时，根据螺栓紧固时所产生的轴力，担心会导致定子铁芯主体10变形，或在电磁钢板11A、11B(层叠钢板)的凿紧部发生剥离。因此，在第2实施方式中，对于第1实施方式的定子铁芯1A而追加了轴环30。
轴环30由圆筒状的金属制部件构成，外插于螺栓B。另外，轴环30以轴向G的两端开口的方式形成，轴向G的一端与一个电磁钢板11A的内侧侧面13a抵接，另一端与另一个电磁钢板11A的内侧侧面13a抵接。此外，轴环30只要为高刚性的材料，即受到外力时难以变形的材料即可，也可以为树脂部件。
螺栓B依次穿插至一个(图示左侧)紧固螺栓穿插部13、轴环30、另一个(图示右侧)紧固螺栓穿插部13，并紧固于外壳57(参照图5)。此时，通过轴环30维持了紧固螺栓穿插部13、13的间隔，因此能够防止定子铁芯主体10的变形(电磁钢板11A、11B彼此的浮起)。
在这样构成的第2实施方式中，定子铁芯1B具有与各紧固螺栓穿插部13的轴向G的内侧侧面13a抵接的轴环30。由此，能够防止螺栓紧固时的定子铁芯主体10的变形和层叠钢板的剥离。
(第3实施方式)
图7是表示第3实施方式的定子铁芯的剖视图。
如图7所示，第3实施方式的定子铁芯1C在第2实施方式的定子铁芯1B上追加了绝缘片40(绝缘层)。
绝缘片40形成于未形成有紧固螺栓穿插部13的电磁钢板11B的外周面11b的紧固区域R1、与长丝部20之间。即，首先，在电磁钢板11B的外周面11b的整体设置绝缘片40。此外，绝缘片40只要具有绝缘性即可，可以为橡胶制，也可以为树脂制。另外，绝缘片40并不限定于片状部件，也可以构成为，涂覆具有绝缘性的树脂。
在这样构成的第3实施方式中，在长丝部20与定子铁芯主体10之间设有绝缘片40。由此，能够提高绝缘性，能够抑制来自长丝部20等外部的对磁性回路的影响。
(第4实施方式)
图8是表示第4实施方式的定子铁芯的外观立体图。
如图8所示，第4实施方式的定子铁芯1D代替第1实施方式的定子铁芯主体10而具有定子铁芯主体60。该定子铁芯主体60并没有如第1实施方式那样地由层叠钢板(将电磁钢板11A、11B层叠而成的部件)构成，而通过铸造和切削而作为磁性材料的金属块一体形成。另外，定子铁芯主体60形成有从轴向G的一端向着另一端贯穿的齿部61。
在这样构成的第4实施方式中，与由层叠钢板形成的情况相比能够提高定子铁芯主体60的圆环刚性。另外，能够提高紧固螺栓穿插部13的刚性，由此可以不需要轴环(参照图6)。另外，能够防止定子铁芯主体60的变形和剥离等的不良情况。
(第5实施方式)
图9是表示第5实施方式的定子铁芯的外观立体图。
如图9所示，第5实施方式的定子铁芯1E代替第1实施方式的定子铁芯主体10而具有定子铁芯主体70。
定子铁芯主体70通过将多张圆环状的电磁钢板71层叠而作为整体以圆筒状构成。另外，各电磁钢板71在从轴向G的正面观察下具有圆(真圆)形状的外周面71a。在各电磁钢板71的侧面，与第1实施方式的齿部12同样地沿着周向形成有多个齿部72。
另外，在各电磁钢板71上，沿周向隔着规定的间隔形成有多个紧固螺栓穿插部73。该紧固螺栓穿插部73与电磁钢板71的外周面71a相比形成于径向内侧。另外，在紧固螺栓穿插部73形成有供未图示的螺栓穿插的穿插孔74(穿插部)。
长丝部21是用于使定子铁芯主体70的圆环刚性提高的部分，作为FRP而由CFRP、GFRP、AFRP等构成。这样地，在定子铁芯主体70的外周面71a设置由FRP构成的长丝部21，由此能够提高定子铁芯主体70的圆环刚性，并抑制定子铁芯主体70整体的半径方向上的收缩应变。
在这样构成的第5实施方式中，定子铁芯主体70具有与该定子铁芯主体70的外周面71a相比位于径向内侧的紧固螺栓穿插部73。并且，与紧固螺栓穿插部73相比在外径侧设定有供长丝部21接触的紧固区域R2。由此，能够在定子铁芯主体70的外周面71a的整体上设置长丝部21，因此能够提高从定子铁芯主体70的轴向G的一端到另一端为止的圆环刚性。由此，能够更有效地抑制定子铁芯主体70的收缩应变。
(第6实施方式)
图10是表示第6实施方式的定子铁芯的外观立体图。
如图10所示，第6实施方式的定子铁芯1F的构成具有：定子铁芯主体80；保持定子铁芯主体80的定子保持器85；和设于定子铁芯主体80的外周面的长丝部22。
定子铁芯主体80通过将多张圆环状的电磁钢板81层叠而作为整体以圆筒状构成。另外，各电磁钢板81在从轴向G的正面观察下具有圆(真圆)形状的外周面81a。在各电磁钢板81的侧面，沿着周向形成有多个齿部82。各齿部82以沿轴向G(电磁钢板71的层叠方向)彼此重叠的方式构成。
定子保持器85呈与定子铁芯主体80同心的圆状的大致中空圆筒形状，具有当压入定子铁芯主体80时成为被压入面的内周面85a。另外，在定子保持器85上，沿周向隔着规定的间隔形成有多个紧固螺栓穿插部85b。紧固螺栓穿插部85b形成于轴向G的一端侧。另外，在紧固螺栓穿插部85b形成有供未图示的螺栓穿插的穿插孔85c。此外，紧固螺栓穿插部85b也可以形成于轴向G的两端。
长丝部22是用于提高定子铁芯主体80的圆环刚性的部分，作为FRP而由CFRP、GFRP、AFRP等构成。这样地，在定子铁芯主体80的外周面81a设置长丝部22，由此能够提高定子铁芯主体80的圆环刚性，并抑制定子铁芯主体80整体的半径方向上的收缩应变。
在这样构成的第6实施方式中，具有保持定子铁芯主体80的定子保持器85，定子保持器85具有向径向突出的紧固螺栓穿插部85b。由此，能够在定子铁芯主体80的外周面81a的整体上设置长丝部22，因此能够提高从定子铁芯主体80的轴向G的一端到另一端为止的圆环刚性。由此，能够更有效抑制定子铁芯主体80的收缩应变。
另外，在第6实施方式中，能够将定子铁芯主体80的直径设得比第5实施方式的定子铁芯主体70小，能够提高共振频率。
此外，本发明并不限定于上述实施方式，也能够适用于以下所示的旋转电机50A。图11是表示具有第1实施方式的定子铁芯的其他旋转电机的剖视图。
如图11所示，旋转电机50A的构成具备：具有定子铁芯1A的定子51；旋转自如地设于该定子51的内径侧的转子55；供转子55固定的轴56；和将定子51以及转子55收容的外壳57A。
外壳57A由将定子51以及转子55收容、并且供轴56穿插的壳体构成。另外，在外壳57A形成有从定子铁芯1A的外周面侧向着轴向G的两端的紧固螺栓穿插部13、13之间突出的突出部57s。该突出部57s以插入至紧固螺栓穿插部13、13之间的方式突出，在各紧固螺栓穿插部13的内侧侧面13a抵接有突出部57s的侧面。
在这样构成的旋转电机50A中，通过设置突出部57s，能够起到与上述轴环30相同的功能。
此外，本发明并不限于上述实施方式，包括各种变形例。例如，能够将某一实施方式的一部分构成与其他实施方式的构成置换，另外，也能够向某一实施方式的构成增加其他实施方式的构成。另外，针对各实施方式的构成的一部分，能够进行其他构成的追加、删除、置换。

Claims (6)

1.一种旋转电机，其特征在于，具有：
定子，其具有旋转电机用定子铁芯；转子，其旋转自如地设于该定子的内径侧；和外壳，其收容该定子以及该转子，
所述定子具有：
定子铁芯主体；和
卷绕于所述定子铁芯主体的外周而构成的长丝部，
所述定子铁芯主体在轴向的两端具有沿径向突出的紧固螺栓穿插部，
所述外壳具有向内径侧突出的突出部，所述突出部的轴向的两端与各所述紧固螺栓穿插部的内侧侧面抵接。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述长丝部由FRP构成。
3.根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子铁芯主体与所述紧固螺栓穿插部相比在内径侧设定有供所述长丝部接触的紧固区域。
4.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子铁芯主体具有与各所述紧固螺栓穿插部的轴向的内侧侧面抵接的轴环。
5.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
在所述长丝部与所述定子铁芯主体之间设有绝缘层。
6.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述长丝部通过环向卷绕构成。
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