CN112042079B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机，其能够抑制由面外变形引起的旋转电机的振动噪声。在包括定子(1)的旋转电机中，所述定子(1)具有作为环状构件的框架(4)、以及呈圆环状地嵌合并保持在框架(4)的内径部上的多个分割铁芯(2)，框架(4)形成为两端部的内径小于轴向中央部的内径，并且分割铁芯(2)与框架(4)之间在两端部的嵌合紧固力设定为大于轴向中央部的嵌合紧固力。

Description

旋转电机

技术领域

本申请涉及一种具有定子的旋转电机，在该定子中，多个分割铁芯嵌合并保持在作为环状构件的框架中。

背景技术

针对以往的旋转电机中，由于作为环状构件的框架的部位刚性差而导致其上组装的分割铁芯内径的圆柱度、真圆度劣化，进而导致在紧固力过大的部位发生铁芯变形、铁损增加等问题，已知有通过改变紧固裕度来改善这些问题。

在专利文献1中，公开了一种旋转电机，该旋转电机具有分割铁芯和用于约束该分割铁芯的环，并且能根据环的每个部位的刚性改变紧固裕度来提高圆柱度。

在专利文献2中，公开了一种旋转电机，该旋转电机在以规定的紧固裕度嵌合并固定到组装有分割铁芯的铁芯组件外周的外筒上设置凸缘，从而提高了在圆周方向上的刚性，并将铁芯组件的真圆度保持得较高。

在专利文献3中，公开了一种旋转电机，其通过使框架中因形成了冷却通路而产生的薄壁部的紧固裕度大于没有形成冷却通路的厚壁部的紧固裕度，从而能减小定子铁芯的压缩应力不平衡。

在这些专利文献1～3中，都提出了使框架的具有刚性的部位的紧固裕度小于其他部位的结构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2009-131006

专利文献2：日本专利特许4905568

专利文献3：日本专利特开2017-184512

发明内容

发明所要解决的技术问题

如上所述，专利文献1至3都仅着眼于框架的刚性，并且根据该刚性改变紧固裕度。

然而，特别是在集中绕组分割铁芯中，由于线圈缠绕在叠层的铁芯上，铁芯外周的轴向中央部由于其缠绕时的张力而膨胀成为大致桶形，因此需要考虑框架刚性和上述大致桶形的铁芯外周两者来确定紧固裕度。

并且，在具有这种以往的考虑方式的旋转电机中，存在以下问题：由于缠绕后铁芯呈上述大致桶形，特别是在铁芯的两端部处紧固力变得不足，并且包括框架和铁芯在内的整个定子的面外(与定子轴正交的平面外)刚性变得不足，因此由于该平面外方向的变形而产生振动噪声。

特别是在平面外刚性相对较低的扁平型旋转电机中，该问题更容易变得明显。针对上述问题，虽然也考虑提高框架两端部的刚性，或者通过热套以较大的紧固裕度进行整体紧固作为解决上述问题的方案，但是前者的缺点是尺寸上有限制等，后者的缺点是由于局部过度紧固造成的铁损、铁芯变形。

本申请公开了一种用于解决上述问题的技术，目的是得到一种旋转电机，其能够抑制由面外变形引起的旋转电机的振动噪声。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请所公开的旋转电机包括定子，该定子具有作为环状构件的框架、以及呈圆环状地嵌合并保持在所述框架的内径部的多个分割铁芯，所述框架形成为两端部的内径小于轴向中央部的内径，并且所述分割铁芯与所述框架之间在所述两端部的嵌合紧固力设定为大于所述轴向中央部的嵌合紧固力。

发明效果

根据本申请公开的旋转电机，即使使用在线圈绕组中轴向中央部膨胀的集中绕组分割铁芯，也能够降低由面外变形(与定子轴正交的面外变形)引起的振动和噪声。

附图说明

图1是示意性地表示实施方式1的旋转电机的结构的轴向剖视图。

图2是从轴向观察实施方式1的旋转电机的定子时的俯视图。

图3是表示实施方式1的旋转电机的定子结构的剖视图。

图4是表示实施方式1在作为环状构件的框架上嵌合分割铁芯的工序的说明图。

图5是表示在实施方式1中的分割铁芯上缠绕线圈时铁芯中央部膨胀的测量例的图。

图6是示出相对于实施方式1，当将变形为桶形的铁芯嵌合到现有技术的框架上时接触面压力分布的分析示例的图。

图7是示出当将变形为桶形的铁芯嵌合到实施方式1的框架上时的接触面压力分布的分析示例的图。

图8是表示实施方式2的旋转电机的定子结构的剖视图。

图9是表示实施方式2在作为环状构件的框架上嵌合分割铁芯的工序的说明图。

图10是示出相对于实施方式2，当将变形为桶形的铁芯嵌合到现有技术的框架上时的接触面压力分布的分析示例的图。

图11是示出当将变形为桶形的铁芯嵌合到实施方式2的框架上时的接触面压力分布的分析示例的图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是示意性地表示实施方式1的旋转电机的轴向剖视图。

在图1中，旋转电机100包括定子1和在定子的内周以旋转轴6为中心进行旋转的转子5。定子1具有分割铁芯2、缠绕在分割铁芯2上的集中绕组线圈3和保持分割铁芯2的作为环状构件的框架4。

分割铁芯2通过在轴向上层叠多块钢板而构成，在与定子1的圆周方向相交的方向上具有分割面，并且与框架4的内径部呈圆环状地抵接并保持。

转子5由轴承7支撑使得该转子5以旋转轴6为中心进行旋转。安装在转子5上的磁体未示出。

图2是从转子5的轴向观察实施方式1的旋转电机100的定子1的图。图中未示出缠绕在分割铁芯2上的线圈。

定子1通过将多个分割铁芯2呈圆环状地组合来构成，分割铁芯2被压入或热嵌在框架4中。

分割铁芯2受到来自框架4的压力以使分割铁芯2沿径向收缩，相邻的分割铁芯彼此抵接以平衡上述压力，并且在圆周方向上突出从而保持圆环。

在图2中，一个分割芯具有一个齿，但是一个分割铁芯所具有的齿的数目不限于此。

图3是表示实施方式1的旋转电机的定子1的剖视图。

在图3中，定子1具有框架4和分割铁芯2。集中绕组线圈3缠绕在分割铁芯2上，构成集中绕组分割铁芯。

相邻的(未示出)集中绕组分割铁芯通过压入或热嵌等方法嵌合到作为环状构件的框架4上。

框架4在其外周侧具有形成用于冷却分割铁芯2的冷却水路4b的外壳4a。

图4示出实施方式1在框架4上嵌合分割铁芯2的工序。这里，分割铁芯2的与框架4嵌合的外周面2a如图所示，由于集中绕组线圈3的绕组而形成为分割铁芯2的轴向中央部沿径向膨胀的桶形。此外，在该图中，以示意性的方式记载了上述桶形。

图5示出了用形状测量机实际测量膨胀成桶形的分割铁芯2的示例，在该示例中，分割铁芯2的轴向中央部与两端部相比在径向上膨胀大约50μm。

另一方面，与分割铁芯2的外周面2a嵌合的作为环状构件的框架4的内径形成为在两端部小于框架4的轴向中央部，并且框架4与分割铁芯2的轴向中央部膨胀的外周面2a之间的嵌合紧固力被设定为两端部的嵌合紧固力大于轴向中央部的嵌合紧固力。

此处，上述轴向中央部或两端部之类术语都不限于中央或两端面，而是包括了到中央部或两端部分别为规定距离的部位。

在本实施方式中，作为实现上述结构的形式，如图4示意性地表示，可以形成为抛物线形，框架4的轴向中央部的内径φA大于两端部的内径φB、φC，还可以形成为锥形，内径从轴向中央部朝向两端部变小。在这种情况下，可以是φB＝φC、φB≠φC中的任一个。

接下来，通过如本实施方式那样的结构，在分析示例中示出了相对于现有技术在框架4和分割铁芯2的抵接面上使两端部的嵌合紧固力大于轴向中央部的嵌合紧固力。

图6示出将轴向中央部膨胀的分割铁芯2嵌合到现有技术的框架4上时的接触面压力的分析示例。在这种情况下的框架4的内径是统一的，并且是为分割铁芯的外径提供规定紧固裕度的内径。

图6的下图中，示出了在铁芯轴向位置上的接触面压力的分析结果(在图中，用相对于所要求的表面压力的指数来表示。此外，轴向位置用Lc来表示铁芯的层积厚度)。

由此，可知由于分割铁芯2的轴向中央部膨胀，框架4和分割铁芯2之间在两端部不发生接触，并且在相对靠近轴向中央部的位置处产生接触面压力。

在框架4的轴向中央部，由于铁芯膨胀，框架4和分割铁芯2之间充分接触或有足够的紧固裕度，但是由于框架4相对较薄从而刚性较低，结果框架4只会大幅变形，几乎不产生表面压力。

另一方面，图7中示出了当变形为桶形的分割铁芯2嵌合到实施方式1的框架4上时的接触面压力分布的分析示例。

在该分析示例中，框架4和分割铁芯2之间紧固裕度在轴向中央部与图6所示的紧固裕度相同，并且随着朝向两端部，如本实施方式那样框架4的两端部的内径呈锥状地减小，从而在分割铁芯2的两端部之间提供紧固裕度。

图7的下图中示出了上述分析结果，但根据该分析结果，与现有技术的框架相比，框架4的两端部的内径比轴向中央部的内径小，并且即使在嵌合膨胀为桶形的分割铁芯2时，也可以在两端部获得足够的接触面压力，并且，接触区域也扩大，从而增加了框架4和分割铁芯2之间的嵌合紧固力(＝接触面压力×接触面积)。

由此，根据本实施方式1，在包括定子1的旋转电机中，该定子1包括作为环状构件的框架4；以及呈圆环状嵌合并保持在框架4的内径部的多个分割铁芯2，框架(4)形成为两端部的内径小于轴向中央部的内径，并且分割铁芯2和框架4之间在两端部的嵌合紧固力设定为大于轴向中央部的嵌合紧固力，因此能获得即使使用在线圈绕组中轴向中央部膨胀的集中绕组分割铁芯，由面外变形引起的振动和噪声也较小的旋转电机。

实施方式2.

图8是表示实施方式2的旋转电机的定子的主要部分剖视图。

这里，尤其是在作为环状构件的框架4的一端配置有沿半径方向延伸的凸缘4c这一点与实施方式1不同。图9示出实施方式2在框架4上嵌合分割铁芯2的工序。

如图8所示，由于在框架4的一端具有凸缘4c，所以框架4的两端的刚性大不相同，并且具有凸缘4c的端部的刚性更大。

因此，如图9所示，凸缘相反侧的端部与实施方式1所示的示例相同，形成为半抛物线形或锥形，使得凸缘相反侧的端部的内径φB小于框架4的轴向中央部的内径φA。

另一方面，凸缘4c侧的端部具有与框架4的轴向中央部的内径φA相同的直径。

本实施方式中，特别是在凸缘4c的内周部附近，如上所述，由于框架4的刚性过大，因此在位于框架4的凸缘4c的内周部附近的部位，形成有内径大于轴向中央部的内径的逃逸部4d。

图10示出了现有技术的分析示例，由于存在从凸缘4c的内周部附近连接到框架4的轴向中央部的厚度变化部，因此即使采用现有技术也会产生足够的表面压力，另一方面，在凸缘相反侧的端部，与图6所示内容同样地，由于铁芯膨胀导致在端部没有充分接触或没有足够的紧固裕度，难以产生较高的表面压力。

图11示出了在实施方式2中框架4的凸缘相反侧的内径呈锥状减小的情况下的分析示例，尤其是在凸缘相反侧的接触面压力得到改善，并且产生表面压力的区域也得到扩大，并且嵌合紧固力也得到提高。

虽然本申请描述了各种示例性实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中描述的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合地应用于实施方式。

因此，在本申请所公开的技术范围内设想了有无数未举例示出的变形例。例如，包括对至少一个构成要素进行变形、添加或省略的情况以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素组合的情况。

标号说明

100旋转电机、1定子、2分割铁芯、2a外周面、3集中绕组线圈、4框架、4a外壳、4b冷却水路、4c凸缘、4d逃逸部、5转子、6旋转轴、7轴承。

Claims (7)

1.一种旋转电机，包括定子，该定子具有作为环状构件的框架、以及呈圆环状地嵌合并保持在所述框架的内径部的多个分割铁芯，该旋转电机的特征在于，

所述框架在轴向上由一体的构件所构成，并形成为两端部的内径小于轴向中央部的内径，并且所述分割铁芯与所述框架之间在所述两端部的嵌合紧固力设定为大于所述轴向中央部的嵌合紧固力，

所述分割铁芯是具有所述轴向中央部沿径向膨胀的桶形的集中绕组分割铁芯。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述框架形成为抛物线形，使得内径从所述轴向中央部朝向所述两端部变小。

3.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述框架形成为锥形，使得内径从所述轴向中央部朝向所述两端部变小。

4.一种旋转电机，包括定子，该定子具有在一端配置有凸缘的作为环状构件的框架、以及呈圆环状地嵌合并保持在所述框架的内径部的多个分割铁芯，该旋转电机的特征在于，

所述框架在轴向上由一体的构件所构成，并形成为凸缘相反侧的端部的内径小于轴向中央部的内径，并且所述分割铁芯与所述框架之间在凸缘端部和凸缘相反侧的端部的嵌合紧固力被设定为大于所述轴向中央部的嵌合紧固力，

所述分割铁芯是具有所述轴向中央部沿径向膨胀的桶形的集中绕组分割铁芯。

5.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

所述框架形成为半抛物线形，使得内径从所述轴向中央部朝向所述凸缘相反侧的端部变小。

6.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

所述框架形成为锥形，使得内径从所述轴向中央部朝向所述凸缘相反侧的端部变小。

7.如权利要求4至6中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述框架中，在位于所述凸缘的内周部附近的部位形成有内径大于所述轴向中央部的内径的逃逸部。

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