CN113812075B

CN113812075B - 旋转电机以及旋转电机的制造方法

Info

Publication number: CN113812075B
Application number: CN201980096255.3A
Authority: CN
Inventors: 奥田龙弥; 青木实
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2039-05-14
Also published as: JP6667736B1; CN113812075A; JPWO2020230256A1; US20220209588A1; WO2020230256A1

Abstract

构成旋转电机(1)的层叠铁芯(11)的层叠铁芯板在其内周侧具有齿部(18)，在齿部根部附近和外周面附近设置有在所述层叠铁芯的轴向贯穿的轴向孔(14)。旋转电机包括层叠铁芯，在该旋转电机(1)的轴向孔(14)中，从层叠铁芯(11)的齿部根部附近的齿部根部附近孔(14a)和外周面附近的铁芯外周侧孔(14b)注入树脂，该树脂填充到所述层叠铁芯的所述齿部根部附近和外周面附近的间隙，所述层叠铁芯板彼此相互粘接。

Description

旋转电机以及旋转电机的制造方法

技术领域

本申请涉及旋转电机以及旋转电机的制造方法。

背景技术

旋转电机的定子及转子一般由层叠铁芯构成。该层叠铁芯是为了降低旋转电机运行时的涡流损失，通过在表面层叠涂有绝缘清漆的薄硅钢板而构成的。该层叠后的层叠铁芯被螺栓等拧紧固定，但随着旋转电机大型化、层叠铁芯变大，层叠间容易产生微小的间隙。如果存在这样的微小间隙，有可能产生层叠铁芯的刚性降低、旋转电机运行时振动变大等弊端。

作为填补层叠铁芯的层叠间的间隙的方法，已知一种将层叠铁芯本身浸入到有树脂的罐中，使树脂浸渍在间隙中的方法。该方法在旋转电机小的情况下有效，但如果像大容量的发电机那样旋转电机自身大型化，则制造装置变为大型，另外，由于成为大型作业，因此存在难以直接应用上述方法的问题。

为了解决这一问题，公开了一种技术，该技术提供一种能够容易地将树脂注入至组装的层叠铁芯中并能提高层叠铁芯的刚性的、向层叠铁芯的树脂注入装置、树脂注入方法以及使用该树脂注入方法的旋转电机(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5832695号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

能对设置于铁芯的轴向的贯通孔实施对层叠铁芯的树脂注入。通过对存在于层叠铁芯的所有轴向孔进行树脂注入，从而能够使层叠间产生的间隙最小，因此能最大限度地提高层叠铁芯的刚性。然而，当层叠铁芯的轴向孔为无数个时，对所有轴向孔进行树脂注入是一项大型作业。

本申请公开了用于解决上述问题的技术，其目的在于提供一种旋转电机及其制造方法，通过在设置于层叠铁芯的轴向孔中在确保层叠铁芯的刚性的基础上仅向所需的部位进行树脂注入，从而能够使树脂注入作业效率化，能在比以往短的工期内提高层叠铁芯整体的刚性。

用于解决技术问题的技术手段

本申请所公开的旋转电机包括在轴向上层叠有多张原板的筒状层叠铁芯，所述旋转电机中，

所述层叠铁芯具有预先形成的多个轴向孔，从多个所述轴向孔中选择出的孔即树脂注入孔的周边区域被树脂填充，所述原板相互粘接，所述树脂注入孔是以确保所述层叠铁芯整体的作为圆筒构造体的刚性与向所有轴向孔注入树脂时为相同程度的方式选择出的孔。

此外，本申请所公开的旋转电机的制造方法是从设置于旋转电机的筒状层叠铁芯的多个轴向孔向构成所述层叠铁芯的多张原板的间隙注入树脂，将该多个原板相互粘接，制作所述层叠铁芯，该旋转电机的制造方法的特征在于，

从所述旋转电机的外部利用泵，从在多个所述轴向孔中、以确保所述层叠铁芯整体的作为圆筒构造体的刚性与向所有轴向孔注入树脂时为相同程度的方式选择出的孔即树脂注入孔的一端注入所述树脂，向构成所述层叠铁芯的多张原板的间隙填充树脂，将所述原板相互粘接，从而制造所述层叠铁芯。

发明效果

根据本申请所公开的旋转电机及旋转电机的制造方法，通过在设置于层叠铁芯的轴向孔中在确保层叠铁芯的刚性的基础上仅向所需的部位进行树脂注入，从而能够使树脂注入作业效率化，能在比以往短的工期内提高层叠铁芯整体的刚性。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的旋转电机的概要结构的剖视图。

图2是表示向实施方式1的旋转电机的层叠铁芯注入树脂的树脂注入装置和实施方式1的旋转电机的主要部分的图。

图3是用于说明向实施方式1所涉及的旋转电机的层叠铁芯注入树脂的树脂注入方法的剖视图。

图4是用于说明在使树脂从旋转电机的层叠铁芯的轴向孔的全部或一部分渗入层叠铁芯板的间隙时的问题的图。

图5是表示在图2所示的层叠铁芯中使树脂从轴向孔的一部分渗入层叠铁芯板的间隙的状态的概要图。

图6是在图4和图5所示的结构中确定了注入树脂的轴向孔的情况下比较层叠铁芯的刚性的概要图。

图7是用于说明层叠铁芯以椭圆变形的固有模式振动时的轴向剖面的概要的图。

图8是表示使层叠铁芯的内径发生变化时的、通过计算得到的、针对椭圆变形及弯曲变形的刚性值的图。

图9是表示使层叠铁芯的外径发生变化时的、通过计算得到的、针对椭圆变形及弯曲变形的刚性值的图。

具体实施方式

实施方式1.

本申请涉及通过向旋转电机中使用的层叠铁芯注入树脂，用树脂填补存在于层叠间的微小间隙的注入工序的改良。以下，基于附图对实施方式1的旋转电机进行说明。

首先，使用图1说明应用实施方式1所涉及的树脂注入装置的旋转电机的概要结构。

图1是作为一般旋转电机的一例示出了大型发电机的图，是从与转轴的轴线正交的方向看的剖视图。旋转电机1具备封入有冷却气体的壳体2、配置于该壳体2内的定子3、在定子3的内周侧隔着规定间隙而配置的转子4、以及使冷却气体在壳体内循环的风扇5。另外，虽然未图示，但有时在冷却气体的通路上配置热交换器。

定子3具有由在轴向上层叠有磁性钢板(以下也称为原板或层叠铁心板)的层叠铁心构成的定子铁心6、以及插入至形成于定子铁心6的内周部(未图示)的槽中的定子线圈7(参照图中的虚线部分)。另外，主引线7b连接在定子线圈7的两端的线圈端部7a的一方(图中为左方)的下部侧，并被引出到壳体2的外部。另一方面，转子4由转轴8、安装于转轴8的转子铁心9、和插入至形成于转子铁心9的轴向的槽中的转子线圈(未图示)构成，转轴8的两端部以可自由旋转的方式被安装于壳体2的轴承10所支承。

图2是表示向实施方式1的旋转电机的层叠铁芯注入树脂的树脂注入装置和实施方式1的旋转电机的主要部分的图。在该图中，图2(A)是放大示出了由图1的单点划线包围的部分A的主要部分放大图，作为概要图示出了将向实施方式1的旋转电机的层叠铁心注入树脂的树脂注入装置和实施方式1的旋转电机组合的状态。图2(B)是图2(A)的剖面B-B中的旋转电机的主要部分的概要剖视图。

在图2(A)中，定子铁芯6由层叠铁芯11构成，该层叠铁芯11通过将多个原板(层叠铁芯板)在轴向(图的左右方向)层叠而得。另一方面，树脂注入装置构成有：树脂注入部15，其用于向旋转电机1的轴向孔14注入树脂；树脂排出部16，其用于排出所注入的树脂中不需要的树脂；以及树脂供给部，其具有泵20，并用于向树脂注入部15提供树脂。在下文中，当指层叠铁芯时，附加标号为层叠铁芯11，当指单个的原板时，附加标号为层叠铁芯板11a(参照图2(B))，对它们进行区别来进行说明。

这里，如果层叠铁芯板11a是小型旋转电机的情况下，则能一次将板状磁性钢板冲压并形成为圆板状，但当成为大型时，则不能一次冲压来形成，因此，如图2(B)所示，将板状磁性钢板呈扇形来冲压，并将它们在圆周方向上组合多张从而形成为圆形。

将这样的层叠铁芯板11a层叠多个，在贯穿它们的贯通孔中插入贯穿螺栓12或芯体螺栓13等螺栓，并在层叠方向上拧紧，作为一体的层叠铁芯11。此时，层叠铁芯11越大型，则每一张层叠铁芯板11a之间不可避免地会产生微小的间隙。并且，由于常年的使用，间隙有时也会扩大。

此外，如果层叠铁芯11形成得特别大型，则层叠铁芯11大多形成有轴向孔14以使冷却气体通过。在本申请中，基本上利用该轴向孔14，使用树脂注入装置向层叠铁芯板11a之间的微小间隙注入树脂，提高旋转电机1的层叠铁芯11的刚性。

另外，轴向孔14有时也被设置成用于除使冷却气体通过以外的其他用途，但即使在该情况下，也能够作为实施方式1的旋转电机的应用对象。另外，图2(A)表示将以下说明的树脂注入装置的树脂注入部15安装于轴向孔14的一个部位的状态。

图3是表示向实施方式1的层叠铁芯注入树脂的树脂注入装置的动作过程的概要图，图3(A)表示对层叠铁芯插入树脂注入装置并固定之前的状态，图3(B)表示固定完成时的状态。

接着，通过图3对树脂注入动作进行说明。图3(A)表示注入之前、图3(B)表示注入过程中、图3(C)表示注入后的树脂去除工序。首先，从层叠铁芯11的轴向孔14的一端插入树脂注入部15，并安装在轴向孔14的两端。此时，如图3(A)所示，弹性环19压接至轴向孔14的内周壁，密封轴向孔14的两端。

另外，图中右侧的树脂注入部15为树脂的排出侧，因此，虽然作为实际功能是树脂排出部，但与左侧的树脂注入部15是相同的，附加相同标号进行说明。

接着，如图3(B)所示，从具有泵20的树脂供给部(未图示)向左侧的树脂注入部15提供树脂17，并注入到轴向孔14，填充到由轴向孔14的弹性环19包围的空间中。此时，轴向孔14的两端被弹性环19密闭，因此所填充的树脂17并没有从轴向孔14流出到外侧，如果轴向孔14的空间部全部被填充，则如箭头所示，渗透到存在于层叠铁芯11的层叠铁芯板11a之间的间隙中，层叠铁芯板彼此相互粘接。

另外，作为这里使用的树脂17，从对窄间隙的渗透性的观点来看，优选粘度低的树脂，例如适合具有1000mPa·S程度的粘度的环氧树脂。

接着，若通过规定量的树脂注入等完成树脂17的注入，则如图3(C)所示，从左侧的树脂注入部15送入空气(air)以取代树脂17。由此，使滞留在轴向孔14的内部的树脂17通过配置在图右侧的树脂排出部16和未图示的管而向外部排出。此时作为送入的空气(air)的压力，5kgf/cm²左右比较妥当。

另外，在仅通过空气(air)的注入难以将滞留在轴向孔14内部的树脂17完全排出的情况，可以根据需要通过清洁刷或布片等清扫轴向孔14的内部，适当地除去残留在轴向孔14内的树脂17。

接着，根据图4、图5，如以下说明的那样，在将进行树脂注入的孔限定为设置在预定范围内的部分轴向孔的情况下，对树脂渗入层叠铁芯板的间隙的范围进行说明。

首先，对与本申请的问题相关的图即图4(A)、图4(B)、图4(C)进行说明。图4(A)是表示在向设置于层叠铁芯板11a的所有轴向孔14注入树脂17时树脂17的渗入范围的概要图。在该图中，阴影所示的区域具体是树脂17的渗入范围。从该图可知，树脂17的渗入范围波及到层叠铁芯板11a的整体。此外，在该情况下，树脂17的渗入范围不仅局限于被注入的轴向孔14所存在的层叠铁芯板11a的表面，还经由层叠铁芯的间隙在所有方向上与注入到相邻的层叠铁芯板11a的轴向孔14中的树脂17相连接。

图4(B)是向设置于齿部18(图中的由虚线所包围的范围中除去槽区域(沟槽区域)的部分)的根部附近D(图中的由单点划线所包围的范围)的齿部根部附近孔14a注入树脂17时的渗入范围(实施了阴影的部分)的概要图。从该图可知，树脂17的渗入集中于齿部18的根部附近D。

图4(C)是向设置于层叠铁芯板的外周部分E(图中的由单点划线包围的范围)的铁芯外周侧孔14b注入树脂17时的渗入范围(实施了阴影的部分)的概要图。从该图可知，树脂17的渗入范围集中于层叠铁芯板的外周部分E。

接着，对与本申请相关的图即图5(A)和图5(B)进行说明。图5(A)是表示向齿部根部附近孔14a和铁芯外周侧孔14b注入树脂17时的渗入范围(实施阴影的部分)的概要图。从该图可知，树脂17的渗入范围集中于齿部18的根部附近D和层叠铁芯板的外周部分E。将该齿部18的根部附近D在层叠铁芯内所占的区域称为层叠铁芯的齿部根部周边部分。另外，将上述外周部分E在层叠铁芯内所占的区域称为层叠铁芯的外周部分。

图5(B)是表示向设置于铁芯中央部F(图中的由单点划线包围的范围)的铁芯中央孔14c注入树脂17时的树脂17的渗入范围(实施了阴影的部分)的概要图。从该图可知，树脂17的渗入范围集中于铁芯中央部。将上述铁芯中央部F在层叠铁芯内所占的区域称为层叠铁芯的径向中央部分。另外，该径向中央部分是指在层叠铁芯板11a上，以贯穿螺栓12的位置为中心，在层叠铁芯11的径向上从齿部18的根部到铁芯外周的距离的15％左右的区域。

接着，使用图6～图9，对注入树脂的轴向孔的选定方法进行说明。

图6是如图4(A)～(C)以及图5(A)、图5(B)的各图所示那样，在限定了注入树脂的轴向孔的情况下比较了层叠铁芯的刚性的概要图。该图中，在通过图4(A)的结构注入树脂时的刚性为100％的情况下，将图4(B)、图4(C)以及图5(A)、图5(B)的各图中所示的结构中的刚性的值分别以％为单位来表示。

另外，该刚性的值是通过有限元分析得到的，是树脂17的渗入范围为图4(A)～(C)以及图5(A)、图5(B)的结构时的、层叠铁芯相对于椭圆变形的固有振动频率，这表示作为圆筒构造体的层叠铁芯中的刚性值。

此外，关于层叠铁芯的椭圆变形在图7中示出，图7是对于层叠铁芯的轴向剖面，层叠铁芯以椭圆变形的固有模式振动时的概要图，图7(A)表示变形前的形状，与此相对，图7(B)表示变形后的形状。

已知所述圆筒构造体的刚性随着内径越小，相对于剖面的椭圆变形的刚性越高，外径越大，相对于与轴向垂直的弯曲变形的刚性越高，例如图8、图9表示该关系。图8、图9分别是表示对于某个内径、外径、长度的层叠铁芯，在使内径或外径发生了变化的情况下，通过一般的振动计算得到的相对于椭圆变形及弯曲变形的刚性值(圆环刚性、弯曲刚性)的图。在图8中表示将外径固定、使内径增大或减少时的与层叠铁芯的刚性值的关系性，内径越小，圆环刚性越高。另一方面，在图9中表示将内径固定、使外径增大或减少时的与层叠铁芯的刚性值的关系性，外径越大，圆环刚性、弯曲刚性都越高。

为了提高作为层叠铁芯的圆筒构造体的刚性，图5(A)中选定了注入树脂的轴向孔(之后，将该情况下选定的轴向孔称为树脂注入孔)，以尽量将层叠铁芯的内周侧和外周侧的层叠间存在的间隙用树脂填补。因此，树脂注入后的层叠铁芯的刚性的值最接近图4(A)的情况。因此，为了提高层叠铁芯的刚性，可以优先选定图5(A)的结构。

在图4(B)和图4(C)中，由于分别集中地向齿部根部附近孔14a和铁芯外周侧孔14b注入树脂，所以图4(B)的结构对相对于椭圆变形的刚性的上升有效果，图4(C)的结构对相对于弯曲变形的刚性的上升有效果。然而，注入后的树脂17的渗入范围分别限于内周侧和外周侧，因此，如图6所示，在这些情况下，作为层叠铁芯的圆筒构造体的刚性的上升效果相对较少。如该情况那样，当树脂17的渗入范围分别限定于内周侧或外周侧时，这些轴向孔并不称为“选定的轴向孔”。

另一方面，图5(B)中，由于集中地向铁芯中央孔14c注入树脂，所以树脂17的渗入范围不到达层叠铁芯内周侧和外周侧，但是树脂在相对宽的范围内渗入。其结果是，如图6所示，树脂注入后的层叠铁芯的刚性比图5(A)稍低，但比图4(B)和图4(C)高。因此，在难以向图5(A)所示的齿部根部附近孔14a和铁芯外周侧孔14b两者注入树脂的情况下，例如在树脂注入部15或树脂排出部16向轴向孔14的插入被线圈端部7a或主引线7b阻碍而不能插入的情况下，即使向该铁芯中央孔14c注入树脂，也能得到与图5(A)大致相同的效果。

如上所述可知，通过使用本申请所公开的旋转电机或旋转电机的制造方法，向该旋转电机的轴向孔注入树脂，从而即使在不向设置于该旋转电机的所有轴向孔注入树脂，而将注入树脂的轴向孔限定为一部分的情况下，也起到如下效果：即，能够确保层叠铁芯整体的作为圆筒构造体的刚性与向所有轴向孔注入树脂的情况为相同程度。

本申请记载了例示性的实施方式，但实施方式所记载的各种特征、方式及功能并不限于特定的实施方式的适用，能单独或以各种组合适用于实施方式。

因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，设为包含有对至少一个结构要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况。具体地，在上文中，虽然以层叠铁芯是圆筒构造体为前提进行了说明，但不仅限于此，即使是轴对称的多边形的筒状构造体也能发挥同样的效果。

标号说明

1旋转电机

3定子

4转子

5风扇

6定子铁芯

7定子线圈

7a线圈端部

7b主引线

8转轴

9转子铁芯

10轴承

11层叠铁芯

11a层叠铁芯板

12贯穿螺栓

13芯体螺栓

14轴向孔

14a齿部根部附近孔

14b铁芯外周侧孔

14c铁芯中央孔

15树脂注入部

16树脂排出部

17树脂

18齿部

19弹性环

20泵。

Claims

1.一种旋转电机，包括在轴向上层叠有多张原板的筒状层叠铁芯，所述旋转电机的特征在于，

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述树脂注入孔是存在于所述层叠铁芯的齿部根部周边部分和外周部分的轴向孔。

3.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述树脂注入孔是存在于除去所述层叠铁芯的齿部根部周边部分和外周部分后而得的径向中央部分的轴向孔。

4.一种旋转电机的制造方法，该旋转电机的制造方法是从设置于旋转电机的筒状层叠铁芯的多个轴向孔向构成所述层叠铁芯的多个原板的间隙注入树脂，将该多个原板相互粘接，制作所述层叠铁芯，该旋转电机的制造方法的特征在于，

从所述旋转电机的外部利用泵，从在多个所述轴向孔中、以确保所述层叠铁芯整体的作为圆筒构造体的刚性与向所有轴向孔注入树脂时为相同程度的方式选择出的孔即树脂注入孔的一端注入所述树脂，向构成所述层叠铁芯的多个原板的间隙填充树脂，将所述原板相互粘接，从而制造所述层叠铁芯。

5.如权利要求4所述的旋转电机的制造方法，其特征在于，

从所述树脂注入孔的一端注入所述树脂，向多个所述原板的间隙填充树脂，之后从所述树脂注入孔的一端提供空气，排出残留在所述树脂注入孔中的树脂。

6.如权利要求4或5所述的旋转电机的制造方法，其特征在于，

所述树脂注入孔存在于所述层叠铁芯的齿部根部周边部分和外周部分。

7.如权利要求4或5所述的旋转电机的制造方法，其特征在于，

所述树脂注入孔存在于除去所述层叠铁芯的齿部根部周边部分和外周部分后而得的径向中央部分。