CN111987821A - 电动马达及定子组件 - Google Patents

电动马达及定子组件 Download PDF

Info

Publication number
CN111987821A
CN111987821A CN202010412455.XA CN202010412455A CN111987821A CN 111987821 A CN111987821 A CN 111987821A CN 202010412455 A CN202010412455 A CN 202010412455A CN 111987821 A CN111987821 A CN 111987821A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
circumferential
motor housing
protrusion
radius
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010412455.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111987821B (zh
Inventor
木村明弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Publication of CN111987821A publication Critical patent/CN111987821A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111987821B publication Critical patent/CN111987821B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • B62D5/0406—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box including housing for electronic control unit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2211/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to measuring or protective devices or electric components
    • H02K2211/03—Machines characterised by circuit boards, e.g. pcb
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/06—Cast metal casings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/15—Mounting arrangements for bearing-shields or end plates
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

一种定子组件，该定子组件具有筒形的马达壳体(30)和通过收缩配合过程固定至马达壳体的内周壁的定子(40)。定子的定子芯包括与马达壳体接触的突出部(41)和在径向方向上小于该突出部的止挡部(44)。止挡部在实际使用温度范围内与马达壳体接触。突出部和止挡部以周期性的方式沿周向方向交替地布置。由一个或更多个突出部(41)以及一个或更多个止挡部(44)构成周期单元。多个定子芯片堆叠成使得周期单元沿轴向方向交替地布置，并且相邻的定子芯片沿周向方向偏移预定的偏移角(θ)。突出部(41)在该突出部与马达壳体接触的位置处的曲率半径(R1)小于该突出部的外切圆的半径(D1/2)。

Description

电动马达及定子组件
技术领域
本发明涉及电动马达及用于该电动马达的定子组件。
背景技术
电动马达在技术领域中是已知的，据此，定子通过比如收缩配合过程的过盈配合过程而组装至筒形壳体的内周壁。
例如，如在日本专利公开No.2008-193778中所公开的，沿定子的周向方向交替地设置有接触区域和非接触区域，其中，定子的外周的一部分在接触区域中与马达壳体的内周表面接触，而定子的外周的另一部分在非接触区域中不与马达壳体的内周表面接触。上述结构不仅减少了由压缩应力造成的磁性性能的劣化而且减少了铁损。
发明内容
在上述现有技术中，定子具有接触区域，在该接触区域中，定子的外周的一部分与马达壳体的内周表面接触。在本公开中，这种接触区域的部分被称为突出部。在接触区域中，周向方向上的拉伸应力通过突出部而施加至马达壳体。当施加至马达壳体的这种周向应力变大时，马达壳体可能会损坏和破裂。
本公开是鉴于上述问题而产生的。
本公开的目的是提供一种电动马达和定子组件，根据该电动马达和定子组件，使得通过定子与马达壳体之间的过盈配合过程而施加至马达壳体的周向应力均匀化。
根据本公开的一个特征，定子组件包括具有筒形形状的马达壳体和通过收缩配合过程而固定至马达壳体的内周壁的定子。该定子具有单件型定子芯，其中，具有环形形状的多个定子芯片沿轴向方向堆叠。替代性地，定子具有分隔型定子芯，其中，多个定子芯单元沿周向方向彼此连接并且多个定子芯片在定子芯单元中的每个定子芯单元中沿轴向方向堆叠。
总体上，术语“过盈配合过程”包括压配合过程、收缩配合过程或冷配合过程。当本领域技术人员观察并分析处于成品状态的定子组件时，可以识别出使用的是哪种配合过程来使定子固定至马达壳体。在本公开中，在定子组件已被完成的条件下来说明定子组件的结构。处于成品状态的定子组件不应受到制造过程的限制。
定子芯包括多个突出部和多个止挡部。突出部的外周表面的周向上的至少一部分与马达壳体的内周壁接触。多个止挡部中的每个止挡部在径向方向上小于突出部中的每个突出部，并且止挡部的外周表面的周向上的至少一部分在实际使用温度范围中的一部分中与马达壳体的内周壁接触。
突出部和止挡部以周期性的方式沿周向方向交替布置，其中，由一个或多于一个的突出部以及一个或多于一个的止挡部构成周期单元。定子芯片堆叠成使得周期单元沿轴向方向交替布置并且相邻定子芯片沿周向方向偏移预定的偏移角。从相邻定子芯片沿周向方向偏移的定子芯片的数目不限于一个。
在本公开中，突出部的在突出部与马达壳体的内周壁接触的位置处的曲率半径小于突出部的外切圆的半径。在收缩配合过程中，突出部先于止挡部与马达壳体的内周壁接触。在定子变形以及由此引起的突出部与马达壳体的内周壁接触之后，突出部和止挡部两者最终均与马达壳体的内周壁接触。因此，可以避免外周应力集中在突出部与马达壳体之间的接触部分上的情况。由此可以在周向方向上使外周应力均匀化。
根据本公开的实施方式中的一个实施方式，偏移角由以下公式计算：
θ＝360×n/(m×N)[°]，
其中，“m”是单元元件数目，单元元件数目是一个周期单元中的突出部与止挡部的总数，“N”是在360度(360°)的范围中形成的周期单元的周期单元数目，并且“n”是除“m”之外的自然数。
根据本公开的电动马达具有上述定子，在定子芯的磁极齿上卷绕有定子线圈，并且在定子的内部以可移动的方式容纳有转子，其中在定子与转子之间存在径向间隙。
附图说明
根据参照附图做出的以下详细描述，本发明的上述及其他目的、特征和优点将变得更加明显。在附图中：
图1是示出了固定有根据本公开的实施方式的定子的电动马达的示意性横截面图；
图2是沿着图1中的线II-II截取的示意性横截面图；
图3是示出了在定子通过过盈配合过程而组装至马达壳体之前的定子的一部分的示意性放大图；
图4A是沿着图3中的线IVA-IVA截取的示意性横截面图；
图4B是沿着图3中的线IVB-IVB截取的示意性横截面图；
图5是示出了在定子通过过盈配合过程而组装至马达壳体之后的定子的一部分的示意性放大图；
图6A是用于说明马达壳体与定子之间的线性膨胀系数的差异的图；
图6B是示出了突出部与止挡部中的每一者的温度与接触表面压力之间的关系的图；
图7是用于说明突出部与止挡部之间的半径差(Δr)与紧缩余量之间的关系的示意图；
图8是用于说明突出部的外周线的延伸点与止挡部的外周线的延伸点之间的径向距离(ΔEx)的示意图；
图9是示出了磁极齿的示意性放大图，磁极齿由于过盈配合过程而沿周向方向变形；
图10是示出了磁极齿的示意性放大图，磁极齿由于过盈配合过程而沿径向方向变形；
图11A是示出了紧缩余量与施加至马达壳体的外周应力之间的关系的图；
图11B是示出了紧缩余量与定子反作用力之间的关系的图；
图12A是示出了槽宽度的减小量与紧缩余量之间的关系的图；
图12B是示出了槽宽度的减小量的最大值与半径差(突出部与止挡部之间的半径差“Δr”)之间的关系的图；
图13A和图13B是用于解释突出部和止挡部的曲率半径R1和R2的数学公式的示意图；
图14是示出了根据本公开的改型的定子的一部分的示意图；
图15A、图15B和图15C是沿着图14中的线XVa-XVa、XVb-XVb和XVc-XVc截取的示意性横截面图；以及
图16是示出了单元元件数目、周期单元数目和偏移角之间的关系的图表。
具体实施方式
(实施方式)
将参照附图描述定子组件和电动马达。本实施方式的电动马达例如被用作自动车辆的电动助力转向系统的转向辅助马达。
将参照示出了电动马达80的横截面的图1来说明马达80的结构。电动马达80是机电产品中的一者，根据所述机电产品，电动马达80在其轴向端部中的一个端部处(在图1的上侧端部处)一体地组装有控制单元10(下文中称为ECU 10)。然而，本公开可以应用于另一类型的电动马达，根据该电动马达，ECU与电动马达分开设置。在本公开中，图1中的电动马达80的下侧被称为前侧，而图1中的电动马达80的上侧被称为后侧，该上侧也被称为盖侧。电动马达80的旋转轴63的中心被称为旋转轴线“O”。
电动马达80由多相无刷马达构成，其包括具有筒形形状的壳体30、定子40、转子60等。定子40通过过盈配合过程而固定至马达壳体30的内周壁。总体上，过盈配合过程包括收缩配合过程、压配合过程和冷配合过程。在本公开中，主要使用收缩配合过程作为过盈配合过程。在本公开中，处于下述状态下的子组件被称为定子组件50：其中，定子40在制造阶段期间被固定至马达壳体30。
马达壳体30由铝合金制成，更确切地，马达壳体30由“ADC12”制成，“ADC12”是用于压铸过程的合金。“ADC12”的0.2％屈服强度约为150MPa，该屈服强度低于普通金属的屈服强度。当具有较低机械强度的金属被用于马达壳体30的情况下，在定子组件50中，本实施方式的技术意义进一步提高。
具有筒形形状的马达壳体30具有筒形部分32以及位于该马达壳体30的前侧部处的封闭的底部部分34。筒形部分32的内周壁33的内径沿轴向方向从马达壳体30的后侧部到前侧部阶梯状减小。筒形部分32的后侧部敞开并且具有散热器接纳部分331，该散热器接纳部分331是形成在与轴向端面31相邻的位置处的台阶部分。散热器20具有本体部分21和凸缘部分211，该凸缘部分211插入至散热器接纳部分331中。散热器20的外壁28固定至散热器插入部分332，该散热器插入部分332是马达壳体30的内周壁的一部分。定子40的外周壁通过收缩配合过程而固定至马达壳体30的定子插入部分334。定子接纳部分335接纳定子40的前侧表面，该定子接纳部分335是形成在马达壳体30的内周壁33中的台阶部分。
在马达壳体30的底部部分34中形成有前侧轴承保持部分35以保持前侧轴承61的外圈。前侧轴承61以可旋转的方式支承旋转轴63的前侧端部。在筒形部分32的底部部分34的外周处形成有支撑部37。
散热器20设置在马达壳体30的开口端部部分处，该开口端部部分是与底部部分34相反的侧部，使得散热器20与定子40的后侧表面及转子60的后侧表面相对。散热器20具有：本体部分21，在该本体部分21中心处形成有作为轴插入孔的通孔25；以及轴承保持部分23，该轴承保持部分23用于保持后侧轴承62的外圈。后侧轴承62以可旋转的方式支承旋转轴63的后侧端部。
定子40包括定子芯，该定子芯由铁合金制成，更确切地说，由磁性钢板制成。在本实施方式中，定子芯由单件型的定子芯构成。沿电动马达80的轴向方向堆叠有多个定子芯片以形成定子40的定子芯，所述多个定子芯片中的每个定子芯片具有沿周向方向延伸的环形形状。
替代性地，如下所述，定子芯可以由分隔型的定子芯构成，该分隔型的定子芯由沿周向方向分隔开并沿周向方向彼此连接的多个芯单元形成。在芯单元中的每个芯单元中，沿轴向方向堆叠有多个定子芯片。在定子40的定子芯上卷绕有定子线圈55，以用于在接收电力时产生磁场。
转子60以可移动的方式被容纳在定子40的径向内侧的空间中。转子60由沿轴向方向堆叠的多个转子芯片构成。转子60沿其外周具有多个永磁体(未示出)。转子60通过旋转磁场而绕旋转轴63旋转，该旋转磁场是在电力供给至定子线圈55时产生的。
固定至转子60的中心的旋转轴63由前侧轴承61和后侧轴承62以可旋转的方式支承，前侧轴承61由马达壳体30的底部部分34保持，后侧轴承62由散热器20保持。旋转轴63的前侧端部连接有接合件67，以用于将电动马达80的旋转传递至外部。旋转轴63的后侧端部固定有永磁体68，以用于检测旋转轴63的旋转角度。
ECU 10包括固定至散热器20的印刷电路板15以及安装至印刷电路板15的各种电部件及构件和/或电子部件及构件(下文中称为电子部件)。电子部件处在接收电力时产生的热量被传递至散热器20并辐射至电动马达80的外部。在电动马达80的后侧部处设置有盖构件14，使得盖构件14的前侧端部与散热器20的凸缘部分211接触。
将参照图2至图4进一步说明定子组件50的结构。定子组件50在图2中被示出为处于下述状态：定子40通过过盈配合过程(收缩配合过程)而固定至马达壳体30。定子40在图3和图4中被示出为处于下述状态：定子40尚未固定至马达壳体30。如上所述，定子40的定子芯400由在沿轴向方向堆叠的多个定子芯片构成。在图4A和图4B中，每个图都是图3的定子40的定子芯400的横截面图，最上部的定子芯片被称为第一定子芯片401，而其他定子芯片依次被称为第二定子芯片402、第三定子芯片403等。仅出于说明的目的，在图4A和图4B中示出了六个定子芯片401至406。
在图3中，第一定子芯片401由实线表示，而无论第二定子芯片402是否隐藏在第一定子芯片401的后方，第二定子芯片402均由虚线表示。由于定子芯片401至406中的每一者彼此大致相同，因此将主要对第一定子芯片401进行说明。在具有环形形状的后轭部45中沿其周向方向以等间隔交替地形成有多个突出部41和多个止挡部44。在本实施方式中，在突出部41与止挡部44之间的每个周向边界部分中形成有凹槽部分43，其中，凹槽部分43的内径小于止挡部44的外径。
旋转轴63(图1)的旋转轴线“O”对应于定子40(图2和图3)的中心“O”，其在下文中也被称为定子中心“O”。突出部41关于从定子中心“O”延伸至突出部41的周向中心的假想直线对称。该假想直线被称为突出部41的第一对称轴线Sy1。以类似的方式，止挡部44关于从定子中心“O”延伸至止挡部44的周向中心的假想直线对称。该假想直线被称为止挡部44的第二对称轴线Sy2。另外，突出部41在其外周处的弯曲线以及止挡部44在其外周处的弯曲线被相应地称为外周线，其中，突出部41在外周线处与马达壳体30的内周壁接触。止挡部44在外周线处与马达壳体30的内周壁接触或者与该内周壁分离但相对。
突出部41的外周线具有弧形形状，其曲率半径R1的中心在第一对称轴线Sy1上。曲率半径R1也被称为第一曲率半径R1。将以定子中心“O”为中心并且经过突出部41的外周线的周向中心的假想圆定义为第一假想圆。第一假想圆的直径也被称为第一直径D1。在本实施方式中，第一曲率半径R1小于第一假想圆的半径(D1/2)。即，满足“R1＜(D1/2)”的关系。第一假想圆对应于突出部41的外切圆。在本实施方式的改型中，“R1＜(D1/2)”的关系可以改为“R1≤(D1/2)”的关系。即，第一假想圆的外切圆包括具有第一曲率半径R1的外切圆，该第一曲率半径R1等于第一假想圆的半径(D1/2)：(R1＝(D1/2))。
以类似的方式，止挡部44的外周线具有弧形形状，其曲率半径R2的中心位于第二对称轴线Sy2上。曲率半径R2也被称为第二曲率半径R2。将以定子中心“O”为中心并且经过止挡部44的外周线的周向中心的假想圆定义为第二假想圆。第二假想圆的直径也被称为第二直径D2。在本实施方式中，曲率半径R2大于第二假想圆的曲率半径(D2/2)。即，满足“R2＞(D2/2)”的关系。第二假想圆对应于止挡部44的内切圆。在本实施方式的改型中，“R2>(D2/2)”的关系可以改为“R2≥(D2/2)”的关系。在这种改型中，第二假想圆被称为止挡部44的内切圆或外切圆。即，第二假想圆的内切圆或外切圆包括这样的内切圆或外切圆：其第二曲率半径R2等于第二假想圆的半径(D2/2)：(R2＝(D2/2))。
突出部41的外周的周向上的至少一部分与马达壳体30的内周壁接触。由于与马达壳体30的内周壁接触的周向部分的第一曲率半径R1小于外切圆的半径(D1/2)，因此突出部41的周向中心部分对应于与马达壳体30的内周壁接触的上述周向部分。
止挡部44在定子40的径向方向上小于突出部41。止挡部44的外周的轴向上的至少一部分在实际使用温度范围的预定范围中与马达壳体30的内周壁接触。下面将参照图6来解释实际使用温度范围的含义。理想地，在实际使用温度范围的预定范围中，止挡部44的外周的整个周向区域与马达壳体30的内周壁接触。然而，由于部件公差等，整个周向区域并不总是与内周壁接触。因此，并非止挡部44的整个外周而是止挡部44的外周的周向上的一部分与马达壳体30的内周壁接触。
如图2和图3中所示，在第一定子芯片401和第二定子芯片402的每一者中，突出部41和止挡部44沿周向方向交替布置，并且第一定子芯片401中的突出部41的第一对称轴线Sy1和第二定子芯片402中的止挡部44的第二对称轴线Sy2沿轴线方向彼此交叠。第三定子芯片403和其他奇数定子芯片405中的每个定子芯片与第一定子芯片401同相布置。以类似的方式，第四定子芯片404和其他偶数定子芯片406中的每个定子芯片与第二定子芯片402同相布置。在本公开中，相邻的定子芯片之间的相位差——例如第一定子芯片401的突出部41与第二定子芯片402的突出部41在周向方向上的差——被定义为偏移角“θ”。每个定子芯片(例如，第一定子芯片401)的第一对称轴线Sy1与第二对称轴线Sy2之间的角度也可以被称为偏移角“θ”。
如上所述，突出部41和止挡部44沿定子40的周向方向交替地布置，使得突出部41和止挡部44以周期的方式布置。在本公开中，将一个突出部41和一个止挡部44的组合定义为周期单元。如图4A和图4B中所示，周期单元在图4A的轴向方向上以及图4B的轴向方向上交替出现，所述周期单元中的每个周期单元包括一个突出部41和一个止挡部44。换句话说，由突出部41和止挡部44构成的周期单元以周期性的方式出现在图4A的横截面中，并且由止挡部44和突出部41构成的周期单元以周期性的方式出现在图4B的横截面中。相邻的定子芯片(例如，第一定子芯片401和第二定子芯片402)沿轴向方向堆叠成使得定子芯片中的每个定子芯片沿周向方向彼此偏移预定的偏移角“θ”。
更确切地说，在图4A的横截面中，突出部41出现在第一定子芯片401、第三定子芯片403和第五定子芯片405中的每一者中，而止挡部44出现在第二定子芯片402、第四定子芯片404和第六定子芯片406中。在另一方面，在图4B的横截面中，突出部41出现在第二定子芯片402、第四定子芯片404和第六定子芯片406中的每一者中，而止挡部44出现在第一定子芯片401、第三定子芯片403和第五定子芯片405中。突出部41的外切圆的第一直径D1大于马达壳体30的内径Dh，因此它们之间的径向差作为紧缩余量。每个突出部41在径向方向上的压缩量等于“紧缩余量/2”。
在本公开中，将一个周期单元中的突出部41和止挡部44的总数的定义为单元元件数目“m”。将在周向方向上的360度(360°)的角度范围内的周期单元的数目定义为周期单元数目“N”。偏移角“θ”通过公式“θ＝360×n/(m×N)[°]”来计算，其中“n”是除“m”以外的自然数。在图2和图3中所示的结构中，单元元件数目“m”等于2(二)并且周期单元数目“N”等于6(六)。在“n”等于1(一)的情况下，偏移角“θ”等于30°。在“n”等于3(三)的情况下，偏移角“θ”变为90°。
在三相马达的情况下，周期单元数目“N”变为3(三)的倍数以确保三相的对称性。另外，在电动马达具有两组三相绕组的情况下，周期单元数目“N”变为6(六)的倍数。在周期单元的最简单的结构中，其中，周期单元具有一个突出部41和一个止挡部44，单元元件数目“m”为2(二)。图2和图3的结构是基于上述假设的。然而，定子40的结构不限于图2和图3中所示的结构。可以根据交流电的相数、绕组的数目等来改变单元元件数目“m”和周期单元数目“N”。
将说明定子40的定子芯的内部结构。在定子芯中形成有多个磁极齿47，使得磁极齿47中的每个磁极齿从定子40的后轭部45沿径向向内的方向延伸，并且磁极齿47沿周向方向以等间隔布置。定子线圈55卷绕在磁极齿47中的每个磁极齿上。定子线圈55例如通过使用由所谓的SC绕组方法形成的分段型导体(segment-type conductors)而卷绕在磁极齿47上。在相邻的磁极齿47之间沿周向方向相应地形成有槽48。转子60以可移动的方式被容纳在定子40的内部，使得在转子60的外周表面与每个磁极齿47的前端部(径向内侧端部)的内表面之间沿径向方向存在间隙。在图2中，定子线圈55和转子60分别由虚线和双点划线表示。
在图2和图3中所示的本实施方式中，在定子40的定子芯中形成有数目与突出部41和止挡部44的总数(在本实施方式中为12)相等的磁极齿47。然而，可以替代性地针对突出部41和止挡部44中的每一者形成多个磁极齿47。下面将参照图5说明在突出部41与止挡部44之间的周向边界部分中形成的连接部46。
将参照图5说明可能由过盈配合过程引起的定子40的定子芯的变形。在图5中示出了多个箭头，所述多个箭头的各自的尺寸是出于感官而示出的。后轭部45的突出部41由于过盈配合过程而沿径向向内方向变形，而止挡部44沿径向向外方向变形。在每个突出部41和每个止挡部44的周向中心处，变形量最大。相应地在突出部41和止挡部44中，变形量在周向方向上从周向中心向周向侧部中的每个周向侧部逐渐减小。当止挡部44与马达壳体30接触时，定子芯的进一步变形基本变为零。
突出部41和止挡部44的外周线中的每个外周线具有弧形形状。突出部41的曲率半径R1具有用于使施加至马达壳体30的外周应力均匀化的功能。止挡部44的曲率半径R2具有用于使止挡部44的整个外周表面与马达壳体30的内周壁接触的作用，使得当止挡部44与马达壳体30的内周壁接触时，施加至马达壳体30的外周应力可能不会变得不均匀。因此，突出部41的曲率半径R1和止挡部44的曲率半径R2中的每一者设定为彼此不同的值。优选的是，从突出部41的外周线沿周向方向延伸的点与从止挡部44的外周线沿周向方向延伸的点定位成彼此尽可能地靠近。上述两点位于突出部41与止挡部44之间的周向边界部分中，以在周向边界部分中减小施加至马达壳体30的外周应力。最优选的是，突出部41的上述点和止挡部44的上述点彼此重合。以下将结合图8进一步说明上述点。
多个定子芯片401至406通过锻造过程、焊接过程等而在相应的连接部46处沿轴向方向彼此连接。连接部46优选形成在突出部41与止挡部44之间的周向边界部分中，因为后轭部45的变形量被认为在周向边界部分中最小。连接部46中的每个连接部位于沿周向方向从突出部41的周向中心偏移了偏移角“θ”的一半的位置处。连接部46以偏移角“θ”(在本实施方式中为30°)等间隔布置。
在连接部46位于除周向边界部分以外的位置处的情况下，定子40的变形受到限制。因此，通过利用突出部41的变形和止挡部44的变形而使施加至马达壳体30的外周应力均匀化的效果可能会被减小。如本实施方式那样，在连接部46中的每个连接部形成在周向边界部分中的位置处的情况下，能够提高使外周应力均匀化的效果。
将参照图6A说明定子40的外径与收缩配合过程的温度之间的关系以及马达壳体30的内径与收缩配合过程的温度之间的关系。在本实施方式中，用于马达壳体30的材料(ADC12)的线性膨胀系数为“21×10-6”，而用于定子40的定子芯的材料(磁性钢板)的线性膨胀系数为“13×10-6”。如上所述，用于马达壳体30的材料的线性膨胀系数不同于用于定子40的定子芯的材料的线性膨胀系数。更确切地，用于马达壳体30的材料的线性膨胀系数大于用于定子40的材料的线性膨胀系数。
在图6A中，水平线表示温度，而竖向线表示相应部分的直径。第一转换温度Tx1是实际使用范围内的温度，而第二转换温度Tx2是高于实际使用范围的上限温度的温度(Tx2>Tx1)。在本公开中，将高于第二转换温度Tx2的温度范围定义为第一温度范围<1>，将第一转换温度Tx1与第二转换温度Tx2之间的温度范围定义为第二温度范围<2＞，将第一转换温度Tx1定义为第三温度范围<3>，并且将低于第一转换温度Tx1的温度范围定义为第四温度范围<4>。
在温度范围<2>、<3>和<4>中，用于马达壳体30的内径Dh的虚线、用于突出部41的外径D1的双点划线以及用于止挡部44的外径D2的双点划线中的每一者是针对相应部分的直径的假想线，其中，所述直径中的每个直径是在各个部分的单体状态下测量的。实线示出了在定子40通过收缩配合过程而固定至马达壳体30的情况下的直径。在第四温度范围<4>中，当温度变高时，定子40与马达壳体30之间的紧缩余量变得相对较小。
在第一温度范围<1>中，突出部41和止挡部44中的每一者不与马达壳体30接触。在第二温度范围<2>中，仅突出部41与马达壳体30接触。当温度在第二温度范围<2>中降低时，突出部41沿径向向内的方向变形，而止挡部44沿径向向外的方向变形。由此，当与虚线相比时，马达壳体30的内径增大。在收缩配合状态下(低于第二转换温度Tx2)，马达壳体30的内径具有介于马达壳体的单体状态的情况下的马达壳体30的内径(虚线)与定子的单体状态的情况下的突出部41的外径(双点划线)之间的中间值(实线)。
在第三温度范围<3>中，即在第一转换温度Tx1处，突出部41的外径D1的实线与止挡部44的外径D2的实线相交。于是，止挡部44与马达壳体30接触。在这种状态下，突出部41的变形量“δ1”和止挡部44的变形量“δ2”几乎彼此相等。在第四温度范围<4>中，突出部41和止挡部44两者均与马达壳体30接触。在该温度范围中，本实施方式的定子芯所具有的功能等于具有正圆形形状的定子芯(对比示例)的功能。
更确切地说，第二温度范围<2>的一部分(实际使用范围的最高温度范围)——其对应于第一转换温度Tx1与实际使用范围的上限值之间的范围——对应于马达壳体30与定子40之间的紧缩余量变小的温度范围。在该最高温度范围中，止挡部44尚未与马达壳体30接触。
代表突出部41的外径D1的实线在第二温度范围<2>中的倾斜度大于该实线在第四温度范围<4>中的倾斜度。以下几点被认为是外径D1的上述不同倾斜度的原因：
在第二温度范围<2>中，只有突出部41与马达壳体30接触。因此，第二温度范围<2>对应于马达壳体30和定子40的变形的过渡区域。突出部41的外径更容易改变。另一方面，第四温度范围<4>对应于变形区域，在该变形区域中，突出部41与止挡部44之间的外径差发生改变。当与第二温度范围<2>相比时，在收缩配合状态下，定子40的外径和马达壳体30的内径不容易改变。
当第四温度范围<4>的实线沿朝向高温侧的方向延伸时，该实线在实际使用范围内与马达壳体30的内径的虚线Dh交叠。在具有正圆形的定子芯的对比示例的情况下，在高于第一转换温度Tx1的实际使用范围的最高温度范围内，紧固力变为零。然而，根据本实施方式，由于放开了对突出部41的变形以及止挡部44的变形的限制，因此在最高温度范围内紧固力不会变为零。因此，可以使本实施方式的实际使用范围比具有正圆形的定子芯的对比示例的实际使用范围更宽。
可以按以下方式对本实施方式进行改型。例如，使用于马达壳体30的材料的线性膨胀系数小于用于定子40的材料的线性膨胀系数。通过冷配合过程使定子40固定至马达壳体30。在这种改型中，马达壳体30与定子40之间的尺寸关系变为图6A中所示的相反关系。换句话说，第一转换温度被设定为低于实际使用范围的下限值的值。
图6B示出了突出部41与马达壳体30之间的第一接触表面压力SP1与温度之间的关系以及止挡部44与马达壳体30之间的第二接触表面压力SP2与温度之间的关系。在突出部41和止挡部44两者都与马达壳体30接触的第四温度范围<4>中，第一接触表面压力SP1和第二接触表面压力SP2中的每一者均大于0(零)。在突出部41和止挡部44两者均不与马达壳体30接触的温度范围(包括第一温度范围<1>)中，第一接触表面压力SP1和第二接触表面压力SP2中的每一者均变为0(零)。在第四温度范围<4>中，随着温度升高，第二接触表面压力SP2相对于第一接触表面压力SP1之比(SP2/SP1)变小。换句话说，随着温度升高，止挡部44的支撑效果逐渐减小。
将参照图7和图8说明用于突出部41和止挡部44的优选的尺寸条件。在图7和图8中，为了容易理解突出部41的曲率半径R1与突出部41的外切圆的半径(D1/2)之间的关系以及止挡部44的曲率半径R2及止挡部44的内切圆的半径(D2/2)之间的关系，夸大了弧形部分的曲率半径。
在本公开中，将突出部41的曲率半径R1与止挡部44的曲率半径R2之差“Δr”定义为半径差“Δr”。将参照图7说明半径差“Δr”与紧缩余量之间的优选关系。紧缩余量对应于突出部41的外切圆的外径D1与马达壳体30的内径Dh之间的差。紧缩余量的一半由“(D1–Dh)/2”表示，紧缩余量的一半等于在径向方向的一侧处的“紧缩余量/2”。
在半径差“Δr”太大的情况下，在收缩配合过程中止挡部44不与马达壳体30接触，并且沿径向方向在止挡部44与马达壳体30之间可能形成间隙。必须满足半径差“Δr”小于“紧缩余量/2”的两倍(即，“Δr”≤(D1–Dh))的条件，以使止挡部44与马达壳体30接触。
例如，在紧缩余量为0.2mm的情况下，突出部41的外切圆的外径D1通过收缩配合过程而收缩0.2mm。在该收缩中，止挡部44沿径向向外的方向变形了对应的量。当止挡部44与马达壳体30接触时，沿径向向外方向的进一步变形被止挡。当止挡部44的进一步变形被止挡时，突出部41和止挡部44的直径中的每一者均变形0.2mm。因此，初始直径差(D1-D2)为0.4mm，而半径差“Δr”为0.2mm。换句话说，初始半径差“Δr”等于紧缩余量。如果半径差“Δr”大于紧缩余量，则止挡部44不与马达壳体30接触。
将参照图8说明突出部41的周向端部与止挡部44的周向端部在周向方向上彼此平滑地连接的状态。
位于突出部41的外周线的延长线上、位于突出部41与止挡部44之间的周向边界部分中并且从突出部41的周向中心偏离“偏移角θ/2”的点被定义为对于突出部41的外周线的第一延伸点Ex1。以类似的方式，位于止挡部44的外周线的延长线上、位于突出部41与止挡部44之间的周向边界部分中并且从止挡部44的周向中心偏离“偏移角θ/2”的点被定义为对于止挡部44的外周线的第二延伸点Ex2。第一延伸点Ex1与第二延伸点Ex2之间在径向方向上的距离被定义为径向距离“ΔEx”。在突出部41的曲率半径R1等于突出部41的外切圆的半径(D1/2)并且止挡部44的曲率半径R2等于止挡部44的内切圆的半径(D2/2)的情况下，径向距离“ΔEx”的最大值等于半径差“Δr”。
因此，第一延伸点Ex1与第二延伸点Ex2之间的径向距离“ΔEx”优选地被限制为等于或小于半径差“Δr”的一半的值。换句话说，半径差“Δr”、第一曲率半径R1和第二曲率半径R2中的每一者被设定为满足“ΔEx≤(Δr/2)”的条件。根据上述结构和条件，可以避免施加至马达壳体的外周应力“σh”在突出部41与止挡部44之间的周向边界部分处增大的情况。
将参照图9和图10说明在定子芯中形成的磁极齿47的位置。在图9和图10中，省略了连接部46。当定子40被收缩配合至马达壳体30时，不仅环形形状的后轭部45变形，而且磁极齿47——磁极齿47中的每个磁极齿从后轭部45沿径向向内的方向延伸——也变形。实线表示在定子40收缩配合至马达壳体30之前的每个磁极齿47的位置。双点划线表示在定子40收缩配合至马达壳体30之后的每个磁极齿47的位置。
如图9中所示，在定子40中，磁极齿47中的每个磁极齿形成在突出部41与止挡部44之间的周向边界部分中。在形成于突出部41的周向中心的两个周向侧部处并且从突出部41的每个周向侧端部沿径向向内的方向延伸的相邻的磁极齿47之间形成齿宽。突出部41的齿宽通过收缩配合过程而增大，该齿宽是突出部41的槽48在周向方向上的宽度。特别地，在通过分布式绕组方法(特别是通过SC绕组方法)卷绕定子线圈55(在图9中未示出)的定子40中，定子线圈55可能由于振动等而被松开。
另一方面，形成在止挡部44的周向中心的两个周向侧部处并且从止挡部44的每个周向侧端部沿径向向内的方向延伸的相邻的磁极齿47之间的齿宽——即止挡部44的槽48在周向方向上的宽度——通过收缩配合过程而减小。在本实施方式中，齿宽度也被称为槽宽度。当止挡部44的槽宽度减小时，对于定子线圈55通过分布式绕组方法(特别是通过SC绕组方法)卷绕的定子40，载荷可能施加至定子40的定子线圈55，。
因此，优选的是，在收缩配合过程之前，磁极齿47中的每个磁极齿(更确切地说，磁极齿的每个径向内端部)形成在下述初始周向位置处：使得在收缩配合过程之后，磁极齿47中的每个磁极齿位于期望的周向位置(目标周向位置)处。磁极齿47在收缩配合过程中变形所沿的周向方向被定义为齿变形周向方向。在收缩配合过程中沿齿变形周向方向变形的磁极齿47(磁极齿47的径向内端部)的变形量被定义为周向齿变形量。初始周向位置对应于下述位置：该位置从期望的周向位置沿与齿变形周向方向相反的周向方向偏离了周向齿变形量。
更确切地说，在定子芯的单体状态下，即在收缩配合过程之前，磁极齿47中的每个磁极齿形成在由图9中的实线指示的位置处。磁极齿47中的每个磁极齿通过收缩配合过程变形到图9中的双点划线所指示的位置(即，期望的周向位置)。周向齿变形量被调整成使得相邻的磁极齿之间的齿宽被控制在适当的值。根据上述结构，可以避免载荷施加至定子线圈55并且/或者定子线圈55被松开的情况。当在定子40组装至马达壳体30之前的状态下检查定子40时，可以确定定子线圈55是否正确地卷绕在定子40中。
在与本实施方式的改型相对应的图10中所示的定子40的定子芯的结构中，磁极齿47中的每个磁极齿形成在突出部41的周向中心处以及止挡部44的周向中心处。在该改型中，每个齿在周向方向上的变形变小，而每个齿在径向方向上的变形变大。形成在突出部41的周向中心处的磁极齿47通过收缩配合过程而沿径向向内的方向变形。形成在止挡部44的周向中心处的磁极齿47通过收缩配合过程而沿径向向外的方向变形。特别地，当磁极齿47沿径向向内的方向变形时，磁极齿47的前端部与转子60之间的径向间隙变小。因此，将增大定子与转子之间可能接触的风险。
以与参照图9说明的周向变形类似的方式，优选的是，在收缩配合过程之前，磁极齿47中的每个磁极齿47形成在下述初始径向位置处：使得磁极齿47中的每个磁极齿在收缩配合过程之后位于期望的径向位置处。磁极齿47在收缩配合过程中变形所沿的径向方向被定义为齿变形径向方向。在收缩配合过程中沿齿变形方向变形的磁极齿47的变形量被定义为径向齿变形量。初始径向位置对应于下述位置：该位置从期望的径向位置沿与齿变形径向方向相反的径向方向偏离了径向齿变形量。
更准确地说，在收缩配合过程之前的定子芯的单体状态下，磁极齿47中的每个磁极齿形成在由图10中的实线指示的位置处。磁极齿47中的每个磁极齿通过收缩配合过程变形到图10中的双点划线所指示的位置(即，期望的径向位置)。根据上述结构，可以避免定子与转子之间可能接触的风险将会增大的情况。当在定子40组装至马达壳体30之前的状态下检查定子40时，还可以确定定子线圈55是否正确地卷绕在定子40中。
将参照图11A、图11B、图12A和图12B对紧缩余量在收缩配合过程中的影响进行说明。图11A示出了在定子芯在突出部41与止挡部44之间具有0.1mm的半径差“Δr”的情况下紧缩余量、温度和施加至马达壳体的外周应力“σh”之间的关系。图11B示出了在定子芯具有0.1mm的相同半径差“Δr”的情况下紧缩余量、温度和定子反作用力“Fs”之间的关系。如图7中所示，紧缩余量被定义为突出部41的外切圆的外径D1与马达壳体30的内径Dh之间的差。径向方向的一侧处的突出部41的收缩量对应于紧缩余量的一半。
在20℃的温度下的紧缩余量被定义为紧缩余量初始值。在图11A和图11B中示出了六个样品“a”至“f”。那些样品的紧缩余量初始值中的每一者为0.16mm、0.19mm、0.22mm、0.28mm、0.34mm和0.40mm。在图11A的样品“a”至“f”中的每一者中，相应地在-40℃、20℃、140℃和240℃的温度下施加至马达壳体的每个外周应力“σh”由倒三角形、圆形、正三角形和正方形中的符号中的每种符号表示。以类似的方式，在图11B的样品“a”至“f”中的每一者中，相应地在-40℃、20℃、140℃和240℃的温度下的每个定子反作用力“Fs”由倒三角形、圆形、正三角形和正方形的符号中的每种符号来表示。240℃的温度下的数据中的每个数据是通过基于140℃的温度下的数据以蠕变和老化来对膨胀部分进行换算而获得的。当温度升高时，紧缩余量变小。
图11A和图11B中的每个图中的水平线示出了紧缩余量的值，其属于本领域技术人员基于其常识而通常料想到的范围。图11A和图11B中的竖向线分别示出了施加至马达壳体的外周应力“σh”和定子反作用力“Fs”。但是，竖向线中未显示实际值。图11A和图11B中的每个图中的虚线示出了对比示例(具有正圆形的定子芯)的值，在对比示例中，在定子芯的外周处未形成突出部和止挡部。
图11A和图11B中的每个图中的每个特征线的倾斜度示出了外周应力“σh”相对于紧缩余量的变化的灵敏度以及定子反作用力“Fs”相对于紧缩余量的变化的灵敏度。在样品“e”和“f”中，在20℃的温度下的每个紧缩余量初始值都大于0.34mm。代表样品“e”和“f”的每个实线的倾斜度几乎等于代表对比示例(具有正圆形的定子芯)的虚线的倾斜度。因此，虚线与代表样品“e”和“f”的实线之间的灵敏度几乎相同。代表样品“a”和“b”的每个实线的倾斜度小于代表对比示例(具有正圆形的定子芯)的虚线的倾斜度，样品“a”和“b”的初始紧缩余量小于0.22mm。在样品“a”和“b”中，外周应力“σh”相对于紧缩余量的变化的灵敏度以及定子反作用力“Fs”相对于紧缩余量的变化的灵敏度变低。
基于图11A中的施加至马达壳体30的外周应力“σh”的上限值来确定紧缩余量的上限值，这将防止马达壳体30的破裂。在本实施方式中，用于马达壳体30的材料(ADC12)的0.2％承受力对应于150MPa。将通过150MPa与安全比相乘而获得的值确定为外周应力“σh”的上限值。在样品“e”中，在20℃的温度下的初始紧缩余量为0.34mm，并且在-40℃的温度下的外周应力“σh”低于外周应力的上限值(在图11A中由水平虚线表示)。另一方面，在样品“f”中，在20℃的温度下的初始紧缩余量为0.4mm，但是在-40℃的温度下的外周应力“σh”高于外周应力的上限值。考虑到那些样品，将初始紧缩余量的上限值确定为0.35mm。
基于图11B中的定子反作用力“Fs”的下限值来确定紧缩余量的下限值，这将满足连接力(连接强度)。连接力对应于将径向方向上的定子反作用力“Fs”乘以摩擦系数时获得的值。例如，定子反作用力“Fs”设定为可以抵抗冲击载荷的值。在样品“b”的情况下，其中，在20℃的温度下的初始紧缩余量为0.19mm，在240℃的温度下的定子反作用力“Fs”与定子反作用力“Fs”的下限值(在图11B中由水平虚线表示)一致。因此，将0.19mm确定为初始紧缩余量的下限值。
根据上述样品，在定子芯具有0.1mm的半径差(Δr＝0.1mm)的情况下，紧缩余量的范围(初始紧缩余量的上限值和下限值之间的差)变为0.16mm。在具有正圆形的定子芯的情况下，紧缩余量的范围是0.06mm。因此，本实施方式的定子芯的紧缩余量的范围与具有正圆形的定子芯的紧缩余量的范围相比时增加了0.1mm。如上所述，可以放宽设计公差，从而提高生产率。以与上述相同的方式评估具有不同半径差“Δr”的其他样品。可以确认，随着半径差“Δr”的增大，紧缩余量的范围同样增大。
图12A示出了紧缩余量与槽宽度(等于齿宽度)的减小量之间的关系。图12B示出了(突出部41与止挡部44之间的)半径差“Δr”与槽宽度的减小量的最大值之间的关系。由磁极齿47在周向方向上的变形(图9)而引起的齿宽的减小被量化为槽宽度的减小量。在图12A和图12B的水平线和竖向线的每一者中，未示出具体值。在本公开中，将说明与水平线和竖向线有关的相对趋势。
如图12A中所示，在更接近于紧缩余量的零值的第一范围中，随着紧缩余量的增大，槽宽度的减小量增大。另一方面，在紧缩余量大于预定值的第二范围内，槽宽度的减小量达到饱和。槽宽度的减小量在第二范围内变得恒定于其最大值。这是因为，定子芯的进一步变形被止挡部44止挡。如图12A和图12B中所示，槽宽度的减小量的最大值与突出部41和止挡部44之间的半径差“Δr”成正比。换言之，当调整半径差“Δr”时，可以控制槽宽度的减小量的最大值。基于以上结果认为，从抑制槽宽度的减小的观点出发，优选使半径差“Δr”为接近零的值。
根据以上考虑，从增大紧缩余量的观点出发，优选使半径差“Δr”为较大的值，但从抑制槽宽度减小的观点出发，优选使半径差“Δr”为接近零的值。因此，在实际的设计阶段中，重要的是基于优先的设计策略来确定突出部41和止挡部44的径向尺寸。
将参照图13A和图13B说明突出部41的曲率半径R1和止挡部44的曲率半径R2的数学公式。
在下面的数学公式1至4中，以下符号分别表示以下定义：
R1＝突出部41的曲率半径；
R2＝止挡部44的曲率半径；
D1＝突出部41的外径＝突出部41的外切圆的外径；
D2＝止挡部44的外径＝止挡部44的内切圆的外径；
Δr＝突出部41与止挡部44之间的半径差(Δr＝(D1–D2)/2)；
ψ＝偏移角的一半(ψ＝偏移角θ/2)；
k＝周向端部的系数(0<k<1)
在本实施方式中，满足以下条件：
i)D1>D2；
ii)R1<R2；以及
iii)突出部41与止挡部44沿周向方向彼此平滑地连接。
突出部41先于止挡部44与马达壳体30接触。当定子芯变形时，止挡部44与马达壳体30接触。
在收缩配合过程之后，定子芯的形状必须接近于正圆形，以使拉伸应力不会集中在马达壳体30上。因此，在收缩配合过程之前必须满足以下条件(A)和(B)：
(A)突出部41的曲率半径R1小于突出部41的外切圆的半径(D1/2)；以及
(B)止挡部44的曲率半径R2大于止挡部44的内切圆的半径(D2/2)。
图13A和图13B中的每个图是用于解释上述条件(A)和(B)的视图。在数学公式(在下文中说明)中，符号“R1”、“R2”、“D1”和“D2”中的每个符号由相应的下标表示，即由“R1”，“R2”，“D1”和“D2”表示。
在图13A中，定子40的中心由“O”表示，突出部41的周向中心由“C”表示，突出部41的周向端部由“E”表示，并且曲率半径R1的中心由“P”表示。在中心“O”处形成的周向中心“C”与周向端部“E”之间的角度由“ψ”表示，该角度对应于偏移角“θ”的一半。线段OC的长度等于外切圆的半径(D1/2)。由于满足“R1<(D1/2)”的条件，因此中心“P”位于线段OC上。经过周向中心“C”的外切圆与线段OE的延长线之间的交点由“E*”表示。
在图13B中，定子40的中心由“O”表示，止挡部44的周向中心由“F”表示，止挡部44的周向端部由“G”表示，并且曲率半径R2的中心由“Q”表示。在中心“O”处形成的周向中心“F”与周向端部“G”之间的角度由“ψ”表示，该角度对应于偏移角“θ”的一半。线段OF的长度等于内切圆的半径(D/2)。由于满足“R2＞(D2/2)”的条件，因此中心“Q”位于线段OF的延长线上。经过周向中心“F”的内切圆与线段OG之间的交点由“G*”表示。
在突出部41的周向端部“E”与止挡部44的周向端部“G”彼此重合的情况下，突出部41的半径OE等于止挡部44的半径OG。线段EE*的长度与线段GG*的长度之和等于半径差“Δr”。当使用周向端部的系数“k”时，线段“EE*”和线段“GG*”中的每一者的长度分别由“kΔr”和“(1-k)Δr”表示。
如图13A中所示，三角形OPE的每条边(线段OE、OP和PE)的长度由“(D1/2)-kΔr”、“(D1/2)–R1”和“R1”表示。基于余弦定理，满足以下公式(1)。当将公式(1)以“R1”整合时，获得以下公式(2)。
<公式1>
Figure BDA0002493784260000191
<公式2>
Figure BDA0002493784260000192
如图13B中所示，三角形OQG的每条边的长度(线段OG、OQ和QG)由“(D2/2)+(1-k)Δr”、“R2-(D2/2)”和“R2”表示。基于余弦定理，满足以下公式(3)。当将公式(3)以“R2”整合时，获得以下公式(4)。
<公式3>
Figure BDA0002493784260000193
<公式4>
Figure BDA0002493784260000201
如上所述，基于“偏移角θ”、“突出部41的外切圆的直径D1”、“止挡部44的内切圆的直径D2”和用于周向端部的系数“k”(视情况而定)，通过使用上述公式(2)和公式(4)能够计算出突出部41的曲率半径R1和止挡部44的曲率半径R2中的每一者。
(其他实施方式和/或改型)
(M1)在上述实施方式的图2中，突出部41和止挡部44在定子40的周向方向上交替地布置，其中，单元元件数目为二(m＝2)，周期单元数目为6(N＝6)，并且偏移角为30度(θ＝30°)。本公开不限于以上附图。定子40的偏移角“θ”可以基于单元元件数目“m”、周期单元数目“N”和公式“θ＝360×n/(m×N)[°]”来确定，其中“n”是除数字“m”之外的自然数。
如图14中的改型所示，周期单元可以由一个突出部41和两个止挡部44构成，使得那些部分中的每一者在周向方向上以“突出部41-止挡部44–止挡部44–突出部41–止挡部44–止挡部–……”的顺序布置。在图14中，第一定子芯片401由实线表示，而第二定子芯片402和第三定子芯片403由虚线表示。在图14中，省略了第二定子芯片402和第三定子芯片403的磁极齿47。在图14的改型中，单元元件数目为三(m＝3)，周期单元数目为六(N＝6)，并且偏移角为20度(θ＝20°)。另外，在“n＝2”的情况下，偏移角变为40度“θ＝40°”。在“n＝4”的情况下，偏移角变为80度(θ＝80°)。连接部46中的每个连接部位于下述位置处：该位置从突出部41的周向中心沿周向方向偏离了偏移角“θ”的一半。在图14的改型中，连接部46以偏移角“θ＝20°”等间隔布置。
在单元元件数目为三(m＝3)并且定子芯由六个定子芯片构成的情况下，突出部41出现在第一定子芯片401和第四定子芯片404中，并且止挡部44出现在第二定子芯片402、第三定子芯片403、第五定子芯片405和第六定子芯片406中，如图15A的横截面中所示。如图15B的横截面中所示，突出部41出现在第二定子芯片402和第五定子芯片405中，并且止挡部44出现在第一定子芯片401、第三定子芯片403、第四定子芯片404和第六定子芯片406中。如图15C的横截面中所示，突出部41出现在第三定子芯片403和第六定子芯片406中，并且止挡部44出现在第一定子芯片401、第二定子芯片402、第四定子芯片404和第五定子芯片405中。
在单元元件数目为三(m＝3)的改型中，周期单元可以由两个突出部41和一个止挡部44交替地构成。
在单元元件数目为四(m＝4)的另一改型中，周期单元可以由“一个突出部41和三个止挡部44”、“两个突出部41和两个止挡部44”或“三个突出部41和一个止挡部44”构成。在以上组合中的每种组合中，突出部41和止挡部44按以下顺序排列：
“突出部41-止挡部44-止挡部44-止挡部44”；
“突出部41-突出部41-止挡部44-止挡部44”；或者
“突出部41-突出部41-突出部41-止挡部44”。
在以上组合中，一个或多于一个的突出部41以及一个或多于一个的止挡部44被组合并以周期性方式布置。
图16是示出了在“n＝1”的情况下单元元件数目“m”、周期单元数目“N”和偏移角“θ”的组合的表。在“N＝1”的情况下，在定子芯中设置有一个突出部41，则沿周向方向向马达壳体施加过大的载荷。因此，在实际使用中不采用“N＝1”的第一示例。因此，单元元件数目“m”和周期单元数目“N”中的每一者是等于2(二)或大于2(二)的自然数。
(M2)在以上实施方式中，定子40由一个定子芯(单件型定子芯)构成，其中，多个定子芯片沿轴向方向堆叠，并且定子芯片中的每个定子芯片具有环形形状。然而，定子40可以由沿周向方向分隔但沿周向方向彼此连接的多个定子芯单元(分隔型定子芯)构成，其中，这种分隔的定子芯单元中的每个定子芯单元都包括沿轴向方向堆叠的多个定子芯片。可以可选地确定分隔的定子芯单元的分隔数目和周期单元数目。
在以上实施方式中，“偏移角”也可以被称为“堆叠旋转角”。但是，由于在具有分隔的定子芯单元的定子的情况下不进行堆叠旋转处理，因此使用“堆叠旋转”这一用语可能是不合适的。因此，在本公开中，对于在具有以上实施方式的结构的定子或者在具有分隔的定子芯单元的结构的定子中的突出部41与止挡部44之间的角度，使用“偏移角”这一术语。
(M3)突出部41的曲率半径R1不限于小于第一假想圆(等于外切圆)的半径“D1/2”的值，该第一假想圆以定子的中心“O”为中心并且经过突出部41的外周线的周向中心。曲率半径R1可以具有等于第一假想圆的半径“D1/2”的值。第一假想圆也被称为“突出部41的外切圆”，其包括“R1＝(D1/2)”的上述情况。
以类似的方式，止挡部44的曲率半径R2不限于大于第二假想圆(等于内切圆)的半径“D2/2”的值，该第二假想圆以定子的中心“O”为中心并且经过止挡部44的外周线的周向中心。曲率半径R2可以具有等于或小于第二假想圆的半径“D2/2”的值。第二假想圆也被称为“止挡部44的外切圆或内切圆”，其包括“R2＝(D2/2)”或R2＜(D2/2)的上述情况。
(M4)转子60的结构不限于内置式永磁体结构(IPM结构)。转子60可以具有表面式永磁体结构(SPM结构)，根据该结构，永磁体被固定至转子芯的外周表面。另外，转子60不限于堆叠结构。转子60可以由沿轴向方向一体地形成的这种部件制成。
(M5)用于马达壳体30的材料不限于ADC12。例如，可以使用铝、铝合金、镁或镁合金作为用于马达壳体30的材料。在使用具有小于200MPa的屈服点或0.2％承受力的材料的情况下，可以更有利地利用本实施方式的用于使马达壳体的外周应力均匀化的效果。
如上所述，本公开不限于以上实施方式和/或改型，而是可以在不背离本公开的精神的情况下以各种方式进一步改型。

Claims (13)

1.一种定子组件，包括：
马达壳体(30)，所述马达壳体具有筒形的形状；以及
定子(40)，所述定子通过收缩配合过程固定至所述马达壳体的内周壁(33)，
其中，所述定子(40)包括：
-单件型的定子芯(400)，在单件型的所述定子芯(400)中沿轴向方向堆叠有多个环形形状的定子芯片(401-406)，或者
-分隔型的定子芯，在分隔型的所述定子芯中，多个定子芯单元沿周向方向彼此连接，并且在所述定子芯单元中的每个定子芯单元中，沿所述轴向方向堆叠有多个定子芯片，
其中，所述定子芯(400)包括：
-多个突出部(41)，其中，每个突出部的外周表面的周向上的至少一部分与所述马达壳体的所述内周壁接触；以及
-多个止挡部(44)，所述多个止挡部中的每个止挡部在径向方向上小于所述突出部中的每个突出部，其中，在实际使用温度范围的一部分中，每个止挡部的外周表面的周向上的至少一部分与所述马达壳体的所述内周壁接触，
其中，所述突出部(41)和所述止挡部(44)以周期性的方式沿所述周向方向布置，
其中，由一个或多于一个的突出部(41)以及一个或多于一个的止挡部(44)组成周期单元，
其中，所述定子芯片堆叠成使得所述周期单元沿所述轴向方向交替地布置并且沿所述轴向方向彼此相邻的相邻定子芯片沿所述周向方向偏移预定的偏移角(θ)，并且
其中，所述突出部(41)的在所述突出部与所述马达壳体的所述内周壁接触的位置处的曲率半径(R1)等于或小于所述突出部的外切圆的半径(D1/2)。
2.根据权利要求1所述的定子组件，其中，
所述突出部(41)的所述外切圆的半径(D1/2)与所述止挡部(44)的内切圆或外切圆的半径(D2/2)之间的半径差(Δr)等于或小于紧缩余量，所述紧缩余量对应于所述突出部(41)的所述外切圆的直径(D1)与所述马达壳体(30)的内径(Dh)之间的差。
3.根据权利要求1或2所述的定子组件，其中，
所述止挡部(44)的曲率半径(R2)等于或大于所述止挡部的内切圆的半径(D2/2)。
4.根据权利要求1或2所述的定子组件，其中，
在所述突出部(41)与所述止挡部(44)之间的周向边界部分中，所述周向边界部分沿所述周向方向从所述突出部的周向中心偏移了所述偏移角(θ)的一半，
第一延伸点(Ex1)与第二延伸点(Ex2)之间的径向距离(ΔEx)等于或小于半径差(Δr)的一半，
其中，所述第一延伸点(Ex1)对应于从所述突出部(41)的外周线沿所述周向方向延伸的点，
其中，所述第二延伸点(Ex2)对应于从所述止挡部(44)的外周线沿所述周向方向延伸的点，并且
其中，所述半径差(Δr)是所述突出部(41)的所述外切圆的半径(D1/2)与所述止挡部(44)的内切圆或外切圆的半径(D2/2)之差。
5.根据权利要求1或2所述的定子组件，其中，
所述马达壳体(30)的材料的线性膨胀系数与所述定子(40)的所述定子芯的线性膨胀系数不同。
6.根据权利要求5所述的定子组件，其中，
所述马达壳体(30)与所述止挡部(44)之间的接触表面压力(SP2)相对于所述马达壳体(30)与所述突出部(41)之间的接触表面压力(SP1)的比(SP2/SP1)随温度上升而减小，其中，所述马达壳体(30)与所述定子(40)之间的紧缩余量随温度上升而减小。
7.根据权利要求6所述的定子组件，其中，
在所述实际使用温度范围的高温部分中，所述止挡部(44)不与所述马达壳体(30)接触，其中，所述马达壳体(30)与所述定子(40)之间的所述紧缩余量随温度升高而相对减小。
8.根据权利要求1或2所述的定子组件，其中，
所述定子芯具有多个磁极齿(47)，所述多个磁极齿沿所述周向方向布置，并且所述多个磁极齿中的每个磁极齿从所述定子芯的后轭部(45)沿径向向内方向延伸，
在所述定子(40)通过所述收缩配合过程固定至所述马达壳体之前，所述磁极齿(47)中的每个磁极齿形成在初始周向位置处，
其中，所述初始周向位置从目标周向位置沿与周向变形方向相反的周向方向偏移，
其中，所述周向变形方向对应于所述磁极齿中的每个磁极齿在所述收缩配合过程中变形的方向，并且
其中，所述目标周向位置对应于所述磁极齿(47)中的每个磁极齿在所述收缩配合过程之后的位置。
9.根据权利要求1或2所述的定子组件，其中，
所述定子芯具有多个磁极齿(47)，所述多个磁极齿沿所述周向方向布置，并且所述多个磁极齿中的每个磁极齿从所述定子芯的后轭部(45)沿径向向内方向延伸，
在所述定子(40)通过所述收缩配合过程固定至所述马达壳体之前，所述磁极齿(47)中的每个磁极齿形成在初始径向位置处，
其中，所述初始径向位置从目标径向位置沿与径向变形方向相反的径向方向偏移，
其中，所述径向变形方向对应于所述磁极齿中的每个磁极齿在所述收缩配合过程中变形的方向，并且
其中，所述目标径向位置对应于所述磁极齿(47)中的每个磁极齿在所述收缩配合过程之后的位置。
10.根据权利要求1或2所述的定子组件，其中，
所述定子芯具有多个连接部(46)，所述多个连接部形成在后轭部(45)中以用于沿所述轴向方向连接多个所述定子芯片(401-406)，
其中，所述连接部(46)从基准位置沿所述周向方向以预定的所述偏移角(θ)等间隔布置，所述基准位置从所述突出部(41)的周向中心沿所述周向方向偏移所述偏移角(θ)的一半。
11.根据权利要求1或2所述的定子组件，其中，
所述马达壳体(30)由包括铝、铝合金、镁和镁合金的这种材料制成。
12.根据权利要求1或2所述的定子组件，其中，
所述偏移角(θ)由以下公式计算：
θ＝360×n/(m×N)[°]
其中，
“θ”是所述偏移角，
“m”是单元元件数目，所述单元元件数目是一个周期单元中的所述突出部(41)和所述止挡部(44)的总数，
“N”是在360度(360°)的范围中形成的所述周期单元的周期单元数目，并且
“n”是除“m”以外的自然数。
13.一种电动马达，包括：
根据权利要求1或2所述的定子组件；
定子线圈(55)，所述定子线圈卷绕在所述定子芯的磁极齿(47)上；以及
转子(60)，所述转子以可移动的方式被容纳在所述定子(40)的内部，其中，在所述转子与所述定子之间有径向间隙。
CN202010412455.XA 2019-05-21 2020-05-15 电动马达及定子组件 Active CN111987821B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019095149A JP7167849B2 (ja) 2019-05-21 2019-05-21 ステータアセンブリ、及び、モータ
JP2019-095149 2019-05-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111987821A true CN111987821A (zh) 2020-11-24
CN111987821B CN111987821B (zh) 2024-05-28

Family

ID=

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001078375A (ja) * 1999-09-01 2001-03-23 Toshiba Kyaria Kk 圧縮機
JP2004112988A (ja) * 2002-07-23 2004-04-08 Toyota Industries Corp 電動モータ及び電動コンプレッサ
JP2006191702A (ja) * 2004-12-28 2006-07-20 Aichi Elec Co ステータ及び回転機
JP2007143305A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Daikin Ind Ltd コアの製造方法、ステータの製造方法及びモータの製造方法
JP2008193778A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Mitsubishi Electric Corp 固定子及び密閉型圧縮機及び回転機
JP2010081659A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Hitachi Ltd 電動機及びそれを用いた電動圧縮機
JP2010148329A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Mazda Motor Corp 回転電機のステータコア構造
JP2011254623A (ja) * 2010-06-02 2011-12-15 Aisin Seiki Co Ltd 回転電機および回転電機のステータ
JP2013219904A (ja) * 2012-04-06 2013-10-24 Daikin Ind Ltd ステータの製造方法及びステータ
US20130342065A1 (en) * 2012-05-08 2013-12-26 Asmo Co., Ltd. Brushless motor and method for manufacturing brushless motor
JP2014107947A (ja) * 2012-11-27 2014-06-09 Daikin Ind Ltd 圧縮機
CN104702003A (zh) * 2013-12-06 2015-06-10 株式会社电装 转子和具有该转子的电动发电机
US20160190877A1 (en) * 2014-12-26 2016-06-30 Johnson Electric S.A. Electric motor
CN106059238A (zh) * 2015-04-07 2016-10-26 Lg伊诺特有限公司 定子芯、定子和马达
US20160329793A1 (en) * 2015-05-08 2016-11-10 Johnson Electric S.A. Single-Phase Outer-Rotor Motor and Electric Apparatus Having the Same

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001078375A (ja) * 1999-09-01 2001-03-23 Toshiba Kyaria Kk 圧縮機
JP2004112988A (ja) * 2002-07-23 2004-04-08 Toyota Industries Corp 電動モータ及び電動コンプレッサ
JP2006191702A (ja) * 2004-12-28 2006-07-20 Aichi Elec Co ステータ及び回転機
JP2007143305A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Daikin Ind Ltd コアの製造方法、ステータの製造方法及びモータの製造方法
JP2008193778A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Mitsubishi Electric Corp 固定子及び密閉型圧縮機及び回転機
JP2010081659A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Hitachi Ltd 電動機及びそれを用いた電動圧縮機
JP2010148329A (ja) * 2008-12-22 2010-07-01 Mazda Motor Corp 回転電機のステータコア構造
JP2011254623A (ja) * 2010-06-02 2011-12-15 Aisin Seiki Co Ltd 回転電機および回転電機のステータ
JP2013219904A (ja) * 2012-04-06 2013-10-24 Daikin Ind Ltd ステータの製造方法及びステータ
US20130342065A1 (en) * 2012-05-08 2013-12-26 Asmo Co., Ltd. Brushless motor and method for manufacturing brushless motor
JP2014107947A (ja) * 2012-11-27 2014-06-09 Daikin Ind Ltd 圧縮機
CN104702003A (zh) * 2013-12-06 2015-06-10 株式会社电装 转子和具有该转子的电动发电机
US20160190877A1 (en) * 2014-12-26 2016-06-30 Johnson Electric S.A. Electric motor
CN106059238A (zh) * 2015-04-07 2016-10-26 Lg伊诺特有限公司 定子芯、定子和马达
US20160329793A1 (en) * 2015-05-08 2016-11-10 Johnson Electric S.A. Single-Phase Outer-Rotor Motor and Electric Apparatus Having the Same

Also Published As

Publication number Publication date
JP7167849B2 (ja) 2022-11-09
JP2020191716A (ja) 2020-11-26
US11404923B2 (en) 2022-08-02
US20200373796A1 (en) 2020-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8581468B2 (en) Stator for electric rotating machine
JP3661582B2 (ja) 磁石モータ用ロータ
US7560846B2 (en) Flux barrier type synchronous reluctance motor and rotor thereof
US6411006B2 (en) Electric rotary machine
US9735636B2 (en) Rotor and dynamo-electric machine having the same
JP4807219B2 (ja) ステータコアおよび回転電機
US9397541B2 (en) Stator for electric rotating machine and method of manufacturing the same
US7629721B2 (en) Stator of motor
JP2009060760A (ja) 電動モータ
EP1855369A2 (en) Stator core of an electric motor
US20180062468A1 (en) Inner-Rotor Type Motor and Rotor Thereof
CN111987821B (zh) 电动马达及定子组件
CN111987821A (zh) 电动马达及定子组件
CN111987822B (zh) 定子组件及马达
JP2020010539A (ja) ロータ、及びブラシレスモータ
JP2008220157A (ja) モータとモータの製造方法
JP5109737B2 (ja) 分割ステータコアの製造方法
JP5303958B2 (ja) 電動機および電動機固定子の固定方法
WO2014118933A1 (ja) 永久磁石式同期モータ
JP5607591B2 (ja) ステータ用外筒、ステータ、及びステータの製造方法
WO2024084933A1 (ja) 回転電機用ステータ
JP7437565B2 (ja) ロータ及びモータ
JP2008092674A (ja) 電動モータ
JPH10271729A (ja) 電動機の回転子
JP2007174825A (ja) ステータおよび分割コア

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant