CN1311614C - 电动机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动机及其制造方法，例如电动机的分割型定子铁芯由3单元铁芯邻接配置而成，为了使通过各单元铁芯邻接部分的磁通量互相大致相同，在1单元铁芯中使伸出极数成为绕组相数的整数倍。绕组相数为3、伸出极数为3。用此结构可期望使电磁噪音减少。在邻接配置成环状的各单元铁芯的邻接部间存在电气绝缘材料制的隔离保持构件，或通过将各单元铁芯嵌合在电气绝缘材料制的保持框内进行保持，使各单元铁芯的邻接部分间电气绝缘，用此绝缘可期望减少铁损。

Description

电动机及其制造方法

本申请是申请人为东芝株式会社、申请号为99118585.4、申请日为1999年9月8日、题为“电动机及其制造方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及使用沿周向排列多个单元铁芯而成的分割型定子铁芯的电动机及其制造方法。

背景技术

以往，为了达到有效利用钢材，将沿周向分割的单元铁芯邻接配置成为具有圆形或方形的大致环状的分割型定子铁芯。

主要目的是为了在用冲压加工等形成传统环形场合发生的、不作铁芯用的内侧或外侧的钢材的浪费减少。

然而，上述结构由于能对邻接单元铁芯的相互邻接部分的位置进行适当选择，成为在单元铁芯间作用的磁吸引力不平衡。因此，存在因单元铁芯间的磁吸引力而发生振动噪音的课题。

此外，形成单元铁芯的多片层叠的钢板系将进行表面绝缘处理过的硅钢片用冲压形成规定形状，然而，因冲压在钢板端部形成翘曲或毛刺。在将这些多个单元铁芯邻接配置成环状的定子铁芯中，当相互邻接的单元铁芯沿层叠方向相互错开、在钢片上产生翘曲、毛刺，一侧的单元铁芯钢片相互间因邻接对方单元铁芯的钢片端部而成短路状态。当形成这样的状态时，还在单元铁芯内沿钢片层叠方向发生涡流、使铁损增加的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供具备由单元铁芯组成的定子铁芯、使铁损减少的电动机及其制造方法。

对应于本发明目的的电动机，由转子与分割型定子铁芯构成，分割型定子铁芯由多个单元铁芯构成，邻接配置的多个单元铁芯由电气绝缘性的模制材料模制形成一体，且以邻接的单元铁芯的端部之间夹着模制材料的状态邻接配置，单元铁芯通过将表面经过绝缘处理的多块钢片层叠后构成。

在此电动机中，由于用隔离保持构件使邻接配置的单元铁芯相互邻接间隔离，能达到使邻接的单元铁芯相互邻接部间绝缘、使涡流损失减少。

适于将单元铁芯端部相互间的隔离间距设定为0.01mm以上、0.15mm以下。

通过将邻接配置的多单元铁芯进行一体地模制，使单元铁芯相互连接，也可使该模制材料兼作隔离保持构件。

此外，也可以构成具备电气绝缘材料制的一对保持框，此各保持框分别具有嵌合在单元铁芯外面的嵌合部，使在嵌合于此嵌合部上状态的邻接排列状态的各单元铁芯相互邻接间保持规定间隔。

对应于本发明目的的电动机的制造方法包括：将表面经过绝缘处理的多块钢片层叠形成多个单元铁芯的工序；以单元铁芯间存在规定间隙的状态邻接配置并形成定子铁芯的工序；在邻接配置的状态下用电气绝缘的合成树脂模制形成一体、并使模制材料夹在单元铁芯的端部之间的工序。

附图说明

图1为表示本发明第1实施例定子铁芯的俯视图，

图2为表示本发明第2实施例定子铁芯和转子的俯视图，

图3为表示本发明第3实施例转子和定子铁芯组装俯视图，

图4为表示第3实施例的变形例的与图3相当的图，

图5为本发明第4实施例电动机中、将图6所示单元铁芯连接部分的俯视放大横剖面图，

图6为本发明第4实施例电动机俯视图，

图7为图6所示单元铁芯连接部分的主视放大纵剖面图，

图8为表示单位铁芯端部间隔与铁损间关系的图，

图9为表示本发明第5实施例电动机俯视横剖面图，

图10为图9所示电动机俯视局部放大横剖面图，

图11为说明图9所示电动机制造方法的成形模具部分的俯视横剖面图，

图12-15为说明本发明第6实施例电动机制造程序的俯视图，

图16为表示本发明第4实施例定子与保持框的分解立体图，

图17为沿图16的17-17线的剖面图，

图18为沿图16的18-18线的剖面图。

具体实施方式

以下、参照图1说明适用于内转式电动机的本发明第1实施例。

图1表示内转式电动机使用的分割型定子铁芯的平面。图1中，分割型定子铁芯1用3个单元铁芯2形成。这些单元铁芯2系通过将冲压成形的硅钢片层叠形成，用焊接使邻接的单元铁芯的邻接部分的外周面相连接。在此场合，各单元铁芯2在其邻接部分存在微小空间状态相邻接。

各单元铁芯2由一轭铁3和从该轭铁伸出的三个伸出极4a-4c组成，对各伸出极4a-4c与其它单元铁芯2中的同标号的伸出极4a-4c按照同相进行集中绕线(未图示)。就是，在3个伸出极4a上进行a相绕线，在3个伸出极4b上进行b相绕线，在3个伸出极4c上进行C相绕线，将定子铁芯1作为整体进行3相绕线，在一个单元铁芯2内，伸出极数与绕线相数一致。

对于这样构成的定子铁芯1，具有各单元铁芯2的相互邻接部分位于伸出极4a与伸出极4c间，也就是位于任一a相绕组与C相绕组间，就是将邻接部分夹住的绕组相排列模式对于一切的邻接部分皆相同的特点。

然而、在定子铁芯1中、在多个伸出极4a-4c上形成绕组各相的场合，通过的磁通量呈大致相同的轭铁部3以一定的角度周期存在。就是，对于轭铁部3、磁通量呈大致相同的部位以一定的角度周期存在，作为该角度周期、就是为绕组相数的整数倍的伸出极数节距。

因此，在如上构成定子铁芯1的场合，由于绕组相数为3、伸出极数为3，一单元铁芯的伸出极数为绕组相数的整数倍(本例为1倍)，成为将定子铁芯1分割成使从各单元铁芯2的相互邻接部分通过的磁通量相互经常相同。

并且，通过将未图示的转子配置在上述构成的定子铁芯1内构成电动机。

根据这样的结构，设定成使单元铁芯2的相互邻接部分位置位于为绕组相数的整数倍的每伸出极数，由于在构成定子铁芯1的单元铁芯2间作用的磁吸引力相互大致相同，故能使因单元铁芯2间磁吸引力的不平衡引起的振动噪音的发生得到防止。

在本实施例中，由于作为整数倍为1倍，能将单元铁芯2的数目按最大数分割，从而能达到有效利用铁芯材料。

此外，由于通过仅考虑单元铁芯2的相互邻接部分的位置就能实施，因此能不提高制造成本，从而容易实施。

现参照图2说明适于内转式永久磁铁电动机的本发明第2实施例。

图2表示使用了本发明定子铁芯的内转式永久磁铁电动机的横剖面图。在此图2中，定子铁芯5由4个单元铁芯6构成，各单元铁芯6具有一轭铁部7和由此伸出的3个伸出极8a-8c。对各单元铁芯6中的各伸出极8a-8c与其它单元铁芯6中的同标号的伸出极8a-8c按照同相进行集中绕线。就是对定子铁芯5作为整体进行3相绕线，一单元铁芯6内的伸出极数3与绕组相数3一致。

另外，将转子9构成在成为磁路10的轭铁部7的周面上具有8个永久磁铁11。在此场合，由于转子9的总磁极数为8、定子铁芯5的单元铁芯数为4，转子9的总磁极数成为能用定子铁芯5的单元铁芯数除尽的磁极数。此外、相对于定子铁芯5的1单元铁芯6的磁极数为2。

此外，将所有单元铁芯6的相互邻接部分形成燕尾槽形状，且同时存在于伸出极8a与8c之间，此种将其夹住的绕组的相排列模式对所有相互邻接部分相同。而且，各相互邻接部分中的各伸出极与转子永久磁铁11的面对面模式也相互相同。这是由于伸出极8a-8c在各单元铁芯6与转子9的磁极11在相同电气角度位置面对面。这意味着能使通过各单元铁芯6的互相邻接部分的磁能量相同地分割铁芯。

这样、可用下式求出使这样的单元铁芯相互邻接部分的磁通量相互大致相同的每单元铁芯的伸出极数。

式中，每单元铁芯的伸出极数＝CM(Nt/CD(Nt，Np)，Nf)

式中，CM(A，B)：整数A与整B的公倍数

CD(A，B)：整数A与整数B的公约数

Nt：定子的总伸出极数(≥2)

Np：转子的总磁极数(≥2)

Nf：绕组相数。

就是，在使用具有多磁极转子场合，在单元铁芯6的相互邻接部分的磁通量大致相同的位置除了如在第1实施例已说明的、1单元铁芯6的伸出极数为绕组相数的整数倍的条件外，有必要使转子9的总磁极数是单元铁芯数的整数倍。

这里，在上式中，由于通过求出定子总伸出极数Nt与转子的总磁极数Np的公约数就求出单元铁芯数，通过用该单元铁芯数对定子的总磁极数Nt进行除运算，即表示1单元铁芯具有的可以最小伸出极数。因此，能用这样求出的最小伸出极数与绕组相数Nf的公倍数求出每一单元铁芯的伸出极数。

根据第2实施例，在内转式永久磁铁电动机中，各单元铁芯6的互相邻接部分，转子9的总磁极数被用定子铁芯5的单元铁芯6的数除尽的同时、由于在所有的互相邻接部分将各相互邻接部分夹住的绕组的相排列模式相互相同，与第1实施例一样，即使在构成定子铁芯5的单元铁芯6间磁吸引力起作用，也由于在单元铁芯6间起作用的磁吸引力大致相同，而能用单元铁芯6间的磁吸引力防止振动的的发生。

在此场合，在求出最小伸出极数与绕组相数Nf的公倍数之际，在求出这些最小公倍数时、能求出1单元铁芯具备的最小伸出极数。这意味着能将单元铁芯6按最大数分割，故能达到有效利用铁芯材料。

现参照图3对适于外转式永久磁铁电动机的本发明第3实施例进行说明。

图3表示外转式电动机转子和定子铁芯的俯视平面在此图3中，定子铁芯12具有6单元铁芯13。各单元铁芯13通过将冲压加工成规定形状的硅钢片层叠形成，具有轭铁部14和一体的6个伸出极15a-15f。将这些各单元铁芯13在PPS树脂的树脂层上进行嵌入成形。在使各单元铁芯13的各伸出极15a-15f与其它单元铁芯13的同标号的伸出极15a-15f保持成为同相关系下进行未图示的集中绕线。进而将其中的两个伸出预置成同相，就是成对关系的伸出极15a、15d成为U相，成对关系的伸出极15b、15e成为V相，成对关系的伸出极15c、15f成为W相，在1单元铁芯上进行2组3相(U、V、W相)的绕线。

在此场合，如上述那样、使属同一相的成对伸出极相互从旋转中心至伸出极最顶端为止的长度(半径长)和作为伸出极顶端部分周向宽的顶角宽度的组合模式相互不同。在此场合，伸出极15a、15c、15e的半径长度小、顶端角度宽度大，伸出极15b、15d、15f的半径长度大、顶角宽度小。就是作为由伸出极半径长和顶角宽形成的顶端形状有两种，且形成交替排列。因此，在将此两种顶端形状的排列作为一排列顺序模式时，在一个单元铁芯13中，一排列顺序模式内的伸出极数为2、绕组相数为3，伸出极数与绕组相数的积为6，这与各单元铁芯13的伸出极数6相一致。

此外，在上述构成的定子铁芯12的外周上配设转子16。在此转子16上连接构成24个永久磁铁17。图中，带斜线部分为S极、不带斜线部分为N极。在此场合，由于定子铁芯12的单元铁芯数为6、转子16的磁极数为24，故能用单元铁芯数6整除磁极数。

在此、所有单元铁芯13的相互邻接部分位于伸出极15a与15f间，夹住各相互邻接部分的绕组的相排列模式对于全部相互邻接部分相互相同。进而，由于夹住各相互邻接部分的伸出极顶端形状的排列模式相互相同，故使通过各单元铁芯13的相互邻接部分的磁通量相同。

此外，伸出极15c与15d也成为相同绕组相间，然而，在伸出极顶端形状的排列模式上与伸出极15a与15f不同。因此，由于因磁路也不同，成为磁通量不同，而不设单元铁芯相互邻接部分。

根据此第3实施例，在外转式永久磁铁电动机中，即使在定子铁芯12的伸出极15a-15f的顶端形状不相同场合，由于在定子铁芯12中存在磁通量成为大致相同的位置，故能通过在该位置设定单元铁芯相互邻接部分，用在单元铁芯相互邻接部分间的磁吸引力防止发生振动噪音。

然而，近年在大直径电动机的开发中，要求有效利用铁芯材料，然而在该用途中，绕组相数为3相，每一相具有多个伸出极的结构较多。此外、作为该应用场合的防止振动对策，使用多种伸出极相邻排列模式产生效果，排列模式内的伸出极数、较多使用作为超过1的自然数的最小的2，在此场合，形成分割铁芯的结构要包含与通电相数的最小公倍数6的伸出极，然而，在第3实施例中，获得最大分割数，可得到最好效果。

现用图4对本发明的上述第3实施例的变形例、对其与图3的不同之处进行说明。

在图4中，定子铁芯18由3个单元铁芯19构成。各单元铁芯19具有轭铁部20和与其一体形成的12个伸出极20a-201。在各单元铁芯19的各伸出极20a-201与其它单元铁芯19中的同标号的伸出极20a-201在同样关系的前提下进行未图示的集中绕线。此外，将其中的两个伸出极预置成同相，就是使成对关系的伸出极20a、20d为U相，成对关系的伸出极20b、20e为V相，成对关系的伸出极20c、20h为W相，对于其它成对关系的伸出极也一样。结果，在一单元铁芯10上进行4组的3相(U、V、W相)绕线。

在此场合，如上所述，对于属于同一相成为成对关系的伸出极，使其相互从旋转中心至伸出极最顶端的长度(半径长)与作为伸出极顶端部分的周向宽的顶角宽度的组合模式互不相同。在此场合，伸出极20a、20e、20i的半径长度小、顶角宽度大，伸出极20b、20f、20j的半径长度大、顶角宽度小，伸出极20c、20g、20k的半径长度和顶角宽度都大，伸出极20d、20h、201的半径长度和顶角宽度都小。就是，作为用伸出极半径长度与顶角宽度形成的顶端形状存在4种，将这些伸出极按不同种类相互邻接排列。因此，将此种顶端形状的排列构成一排列模式时、在1单元铁芯19中的1排列模式内的伸出极数为4、绕组相数为3，伸出极与绕组相数的积为12，这与各单元铁芯19的伸出极数12相一致。在此结构中，转子16的磁极数24也能被单元铁芯数3整除。

在此、全部单元铁芯19的相互邻接部分位于伸出极20a与201间，夹住各相互邻接部分的绕组的相排列模式相对所有相互邻接部分相互相同。此外、由于夹住各相互邻接部分的伸出极顶端形状的排列模式也相互相同，成为通过各单元铁芯19的相互邻接部分的磁通量相同。

此外、在伸出极20c与20d间、20f与20g间以及20i与20j间的相排列模式也相同，而伸出极顶端形状的排列模式和伸出极20a与201间相应不同。因此，由于磁通量成为不相同，故在其间可以使单元铁芯相互邻接部分不存在。

现参照图5-8说明本发明第4实施例。首先，图6表示内转子永久磁铁型电动机21。该电动机21的转子22系通过将转子轭铁24安装在转轴23上、同时将作为激磁构件的永久磁铁25安装在转子轭铁24上构成。另外，定子26系通过将绕组28在定子铁芯27的伸出极29b上绕制构成。使所述绕组28与永久磁铁25沿径向面对面进行所述定子铁芯27与转子22的组装，从而构成电动机21。

上述定子铁芯27系通过连接多个，例如3个单元铁芯29构成。就是如图7所示，各单元铁芯29系通过将多片钢片30层叠构成。该钢片30系通过将上下面形成绝缘膜的硅钢片冲压成规定形状形成。

由钢片30层叠而成的各单元铁芯29具有圆弧状轭铁部29a以及向该部内径一侧伸出形成的伸出极29b。并且，将单元铁芯29的各端部29d形成平坦状，在此端部29d的外径一侧形成连接伸出部29c。各邻接配置的单元铁芯29的端部29d相互间通过隔离保持构件31面对面相靠，通过用连接件32使连接伸出部29c相互连接，使各单元铁芯29相连构成定子铁芯27。

上述隔离保持构件31系由电气绝缘材料(例如聚酯)制的例如0.1mm的薄膜构成。

因此，通过将端部间隔d设定在0.01mm以上和0.15mm以下，确认因铁损减少而具有成效。

根据本实施例，由于设置使邻接配置的单元铁芯29间隔离的电气绝缘材料制的隔离保持构件31，能使邻接单元铁芯29间绝缘，使涡流损失和铁损减少。

尤其根据本实施例，由于将单元铁芯29的隔离距离设定为0.01mm以上，0.15mm以下范围内的0.1mm，能达到减少涡流损失的同时、因成为可抑制磁阻增大而能使整体铁损减少。

此外、根据本实施例，由于隔离保持构件31由薄膜状合成树脂的电绝缘材料构成，能用较简单的结构达到减少铁损。

图9-11表示本发明第5实施例。在此场合，转子40为外转子式，定子41系通过用合成树脂将各单元铁芯42进行整体模制成形而连成一体构成。此外，在单元铁芯42的一端部上形成楔状凸部42a，在其另一端部上形成楔状凹部42b。

关于该定子铁芯41的制造，首先，将单元铁芯42配置在成形模具3(图11简要表示该模具一部分的结构)的内腔43a内。此时将各单元铁芯42配置固定成为使邻接的单元铁芯42的楔状凸起42a与楔状凹部42b间存的间隙在0.03mm以上、0.15mm以下范围内相嵌合状态。并且，将合成树脂(例如聚苯酚亚硫酸盐、聚乙烯对酞酸盐)的熔融液向该成型模43注射，也使合成树脂向上述间隙充填。此后，使合成树脂固化、形成电气绝缘层44。此电气绝缘层44作为隔离保持构件发挥作用。

就是，在此实施例中，通过在单元铁芯42相互间隙间存在合成树脂层44a(参照图10)，使电气绝缘层44作为隔离保持构件发挥作用。但是，在此场合，即使在单元铁芯42相互间未充填形成该合成树脂层44a，由于在外侧存在在止动状态将各单元铁芯42连接的电气绝缘层44、故与上述合成树脂层44a的有无无关，此电气绝缘层44作为隔离保持构件发挥作用。并且，此电气绝缘层44也作为连接单元铁芯42用的连接机构发挥作用，就是构成兼作为隔离保持构件与连接机构使用，能达到减少构件数的目的。

此外，在此实施例中，由于将单元铁芯42的端部相互的规定间隙设定在0.01mm以上、0.15mm以下的范围内，在用注射进行模制成形时，即使其注射压力不过高，也能使合成树脂良好地进入邻接的单元铁芯42间，因此能可靠将单元铁芯42相互保持成隔离状态。

图8表示对有关本发明铁损的测定结果。特性曲线C表示在单元铁芯钢片切断端不产生冲压引起的毛刺及翘曲、且在邻接的两单元铁芯相互邻接部间不存在钢板层叠方向偏移连接的所谓理想条件下的定子铁芯场合，使单元铁芯端部间隔d从0.00mm至0.200mm变化时的铁损变化。特性曲线D表示实际使用品(不可避免存在微小毛刺、翘曲或连接端部的轴向偏移)的定子铁芯场合的铁损变化。

在特性曲线C上，当端部间隔d为0.00mm时、就是把在钢片30的端部相互间沿周向导通、沿轴向绝缘时作为铁损指数Ts「1」时、铁损指数Ts在端部间隔d至约0.02mm减少，其后又逐渐增加，当端部间隔d超过0.15mm时，因磁阻慢慢增大、使铁损指数Ts增大成为大于「1」。

在特性曲线D上，表示端部间隔d至约为0.01mm、铁损指数Ts在「1」以上。考虑这是由于端部相互间产生微小接触的原因。当端部间隔d成为约0.01mm以上时，铁损减少，约从0.05mm起慢慢与特性曲线C同样地增加当端部间隔d超过0.15mm时，存在铁损指数Ts增大成为大于「1」的倾向。

图12-15表示本发明第6实施例。对在第4实施例所示单元铁芯29的端部29d，如图13所示，用加热机构例如感应加热装置51感应加热达到规定温度以上(超过后述聚酯系粉体熔点温度以上)，并且，如图14所示、使聚酯系粉体进入呈空气中浮游状的室52内。据此、使上述粉体呈薄膜状熔融附着在单元铁芯29的端部29d上、其后产生固化。结果如图15所示，在单元铁芯29的端部上形成隔离保持构件53。在此场合形成此隔离保持构件53的厚度在0.01mm以上、0.15mm以下。

并且，与第1实施例一样，使各单元铁芯29相连。在此连接状态，由于在各单元铁芯29的端部间存在所述隔离保持构件53，故与第4实施例一样，能减少铁损。

尤其根据此实施例能仅在必要部位(单元铁芯29的端部)设置隔离保持构件53，同时成为能容易形成薄壁的隔离保持构件53，达到提高工艺性。此外，是在各单元铁芯29的一侧端部上形成隔离保持构件53，然而也可以在两端部上形成隔离保持构件53。在此场合由于在单元铁芯29的连接状态，在端部间存在夹有2层隔离保持构件53，可以将一层的隔离保持构件53的厚度尺寸设定在0.005mm以上、0.075mm以下，重要的是将存在于端部间的隔离保持构件53的合计厚度设定成使单元铁芯29的端部相互间的间隔距离在0.01mm以上、0.15mm以下。

图16-18表示本发明第7实施例。图16所示的定子铁芯61为多槽型，单元铁芯62的个数也多。在各单元铁芯62的两端部上，与第5实施例(参照图9)一样分别形成楔状凸部62a与楔状凹部62b。并且，此单元铁芯62分别用电气绝缘材料(例如聚酯)制的具有嵌合部63a与嵌合部63b的一对保持框63进行连接保持。

就是将嵌合部63a和嵌合部63b形成使各单元铁芯62的轭铁部62c与各伸出极62d的体部62d’能嵌合的形状，在使各单元铁芯62的端部之间相互接合状态，从上下将这些单元铁芯62夹住进行嵌合，从而将各单元铁芯62连接成止动状态。此时，构成用一对保持框63将楔状凸部62a与楔状凹部62b隔离成具有规定间隙(0.01mm以上、0.15mm以下)进行保持。

在此实施例中，由于保持框63还兼作为连接机构使用，故能使构件数目减少。

此外，本发明不限于上述各实施例，例如，电气绝缘构件的材料不限于聚酯、聚苯酚亚硫酸盐、聚乙烯对酞酸盐等，可在不脱离本发明宗旨范围内作种种变化。

Claims (4)

1.一种电动机，由转子与分割型定子铁芯构成，所述分割型定子铁芯由多个单元铁芯构成，邻接配置的多个单元铁芯由电气绝缘性的模制材料模制形成一体，且以邻接的所述单元铁芯的端部之间夹着所述模制材料的状态邻接配置，

所述单元铁芯通过将表面经过绝缘处理的多块钢片层叠后构成。

2.根据权利要求1所述电动机，其特征在于，将邻接的单元铁芯端部相互间的间隔距离设定为0.01mm以上、0.15mm以下。

3.一种电动机制造方法，包括：将表面经过绝缘处理的多块钢片层叠形成多个单元铁芯的工序；以所述单元铁芯间存在规定间隙的状态邻接配置并形成定子铁芯的工序；在所述邻接配置的状态下用电气绝缘的合成树脂模制形成一体、并使所述模制材料夹在所述单元铁芯的端部之间的工序。

4.根据权利要求3所述制造方法，其特征在于将所述规定间隙设定在0.01mm以上、0.15mm以下。

Images