CN1753276A

CN1753276A - 用于旋转电动机器的定子

Info

Publication number: CN1753276A
Application number: CN200510103904.8A
Authority: CN
Inventors: 铃木健太; 中野正树; 加藤崇; 古瀬久行; 今津知也
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: EP1638187A1; CN100557921C; DE602005001997T2; DE602005001997D1; EP1638187B1; JP2006094579A; US20060061229A1; JP4706215B2; US7608969B2

Abstract

一种用于旋转电动机器的定子，包括多个围绕所述定子的中心轴以圆周方向上间隔开的方式布置的多个定子芯；以及填充于相邻定子芯之间的模制树脂。每个定子芯包括与模制树脂相啮合并且形成于所述定子芯的圆周方向上相对的侧表面上的啮合部分。所述定子芯包括多个沿中心轴方向层叠从而形成所述啮合部分的定子片段。

Description

用于旋转电动机器的定子

技术领域

本发明涉及一种用于多轴多层旋转电动机器的定子，具体地说，涉及一种用于这样一种旋转电动机器的定子，该电动机器包括两个转子和一个所述两个转子共用的定子。

背景技术

日本专利申请首次公开No.2001-359261描述了一种旋转电动机器，该机器包括圆柱形定子和分别可旋转地设置于所述定子内侧和外侧的内部和外部转子。所述定子包括多个在其圆周方向上布置的带有线圈的定子芯，以及填充于相邻定子芯之间的模制树脂。

发明内容

在上述现有技术中的用于多轴多层旋转电动机器的这种定子中，需要提高定子芯本身的径向和圆周方向上的抗挠刚度。不过，人们还没有提出改善由层叠电磁钢板制成的定子芯的抗挠刚度的技术。此外，由于定子结构包括填充于相邻定子芯之间的模制树脂，所以定子芯无法由模制树脂在定子芯的径向或者轴向方向上刚性固定。而且，当定子受到由于铁损和铜损而在内部产生的热的影响时，在线性膨胀系数彼此不同的定子芯和模制树脂之间出现空隙。空隙的出现会导致模制树脂的约束力的下降。

本发明的一个目的是解决上述问题并且提供一种用于多轴多层旋转电动机器上的定子，本发明能够提高定子芯的抗挠刚度以及模制树脂相对于定子芯的约束力。

在本发明的一个方面，提供了一种用于旋转电动机器的定子，包括：

多个围绕所述定子的中心轴以圆周方向上间隔开的关系布置的多个定子芯；以及

填充于相邻定子芯之间的模制树脂，

多个定子芯中的每个包括与所述模制树脂相啮合并且形成于所述定子芯的圆周方向上的相对侧表面上的啮合部分，多个定子芯中的每一个包括多个沿中心轴方向层叠从而形成所述啮合部分的定子片段。

在本发明的另一方面中，提供了一种用于旋转电动机器的定子，包括：

填充于相邻定子芯之间的模制树脂；以及

用于防止多个定子芯中的每一个与模制树脂之间在预定方向上相对运动的啮合装置。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的用于多轴多层旋转电动机器的定子的示意性横截面图，该横截面图是在垂直于定子中心轴的方向上取得的；

图2是如图1所示的定子的示意性剖面图，该剖面是在包括定子中心轴的平面中取得的；

图3是图1和2所示定子的定子芯从方向A观看的示意图，示出了定子芯的定子片段和模制树脂；

图4A和4B示出了从定子的中心轴方向上看到的本发明的定子的第二实施例，分别示出了定子芯的定子片段的相对的端面；

图5是示出从中获得本发明的定子的弯曲测试结果的曲线；

图6A和6B分别示出了本发明的定子的第三实施例以及第三实施例的改型；

图7A和7B分别示出了本发明的定子的第四实施例以及第四实施例的改型；

图8示出了本发明的定子的第五实施例；

图9示出了本发明的定子的第六实施例。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。参照图1-3，对用于多轴多层旋转电动机器的根据本发明第一实施例的定子进行说明。图1是第一实施例的定子的示意性横截面图，该横截面图是在垂直于定子的中心轴C的方向上截取的。图2是在包含定子的中心轴C的平面内取得的第一实施例的定子的示意性剖面图。如图1所示，定子4具有环形形状。未示出的内部和外部定子分别设置于定子4的内侧和外侧。定子4公用于内部和外部转子并与其共同作用以构成旋转电动机器。

如图1所示，定子4包括多个在圆周方向上以间隔开关系布置的定子芯2，以及填充于相邻定子芯2之间的模制树脂3。每个定子芯2都采用具有如图1所示的T型横截面的块的形式，在其上还缠绕有线圈1。定子芯2包括多个沿着定子4的中心轴C方向层叠的定子片段5，从而在定子芯2的圆周方向上相对的侧表面上形成啮合部分，该啮合部分与模制树脂3相啮合。下面将参照附图3详细说明所述啮合部分。每个定子片段5具有大致为T型的形状，包括位于径向外侧上的头部和位于径向内部上的柄部，该柄部的圆周方向上的宽度小于头部的。定子片段5由电磁钢板制成。定子片段5优选由覆盖有无机绝缘膜的硅钢板制成。

如图2所示，绝缘体6连接于定子芯2的在定子4中心轴C的方向上彼此相对的两端上。线圈1缠绕于定子芯2上从而覆盖定子芯2的圆周方向上相对的侧表面以及绝缘体6的相对的端面。绝缘体外壳7配装到相应绝缘体6的端部上。绝缘体外壳7成形为覆盖线圈1在定子4的中心轴C的方向上彼此相对的端部。定子芯2通过图1所示的紧固螺栓10和11以及螺母(未示出)支撑于前盖8和后盖9之间，如图1所示。

图3是图1和2所示的定子4从定子4的径向A观看的示意图。在图3中，为了简洁起见，只示出了定子芯2和模制树脂3，省略了其他部分。如图3所示，定子芯2由两种定子片段5A和5B形成，所述两种定子片段沿着定子4的中心轴C的方向交替层叠，从而在定子芯2的圆周方向上相对的侧表面上形成啮合部分，该啮合部分与模制树脂3相啮合。定子片段5A和5B可构造成在形状和尺寸中至少一个方面上彼此不同。在该实施例中，定子片段5A和5B从中心轴C的方向上观看具有大致为T型的形状，但是彼此的形状并不相同。具体地说，大致为T型的定子片段5A和5B的头部交替层叠地形成凹陷和凸起，所述凹陷和凸起在中心轴C的方向上交替地布置，从而在定子芯2的圆周方向上的相对的侧表面上形成啮合部分，如图3所示。因此，定子芯2的侧表面上的啮合部分由凹陷和凸起构成，而凹陷和凸起由交替层叠的两种定子片段5A和5B形成。在定子芯2的沿中心轴C的方向上彼此相对的端面上以及在其外圆周表面和内圆周表面上没有设置啮合部分。填充于相邻定子芯2之间的模制树脂3与每个定子芯2的侧表面的啮合部分相互啮合。

通过在每个定子芯2的圆周方向上相对的侧表面上设置啮合部分，在相邻的定子芯2之间浇注树脂3时，树脂3进入存在于定子芯2的侧表面的啮合部分上的凹陷中，由此提高了定子芯2在径向和圆周方向上的抗挠刚度。而且，模制树脂3形成有啮合表面，该啮合表面与定子芯2的侧表面的相应啮合部分相啮合。模制树脂3的啮合表面与定子芯2的侧表面的相应啮合部分相啮合，由此限制了模制树脂3和定子芯2之间在中心轴C方向上的相对运动。结果，定子芯2可刚性固定于中心轴C的方向上。因此，即使由于在旋转电动机器的运转期间所产生的热在定子芯2和模制树脂3之间出现间隙，也可防止定子芯2在中心轴C的方向上相对于模制树脂3移动。而且，当如图3所示沿着定子4的外圆周表面从径向外侧观看时，或者当从垂直于径向并延伸过定子芯2的头部的剖面观看时，定子芯2的侧表面的啮合部分具有所谓的梳状轮廓、与模制树脂3相啮合。由于啮合部分的梳状轮廓，所以可以相当大地减小在定子4和转子之间产生的磁吸引力的分散(dispersion)，这种分散是取决于转子的旋转位置而引起的，从而抑止了在旋转电动机器中产生的所谓的变动力矩(cogging torque)。

参照图4A和4B，对本发明的定子的第二实施例进行说明。第二实施例与第一实施例的区别之处就在于，定子芯2由具有相同形状的层叠的定子片段105C形成，该定子片段相对于与定子芯2的径向平行的直线非对称，并布置成沿中心轴C的方向交替翻转。图4A和4B示出了从中心轴C方向观看的定子片段105C的相对的端面。如图4A和4B所示，定子片段105C具有变形的T型形状，该形状相对于与定子芯2的径向成平行关系延伸过头部和柄部的直线L是非对称的。定子片段105C交替翻转，从而使图4A和4B所示的相对端面交替布置于中心轴C的方向上。交替翻转的非对称T型定子片段105C的头部形成凹陷和凸起，所述凹陷和凸起构成在定子芯2的圆周方向上的相对侧表面上的啮合部分。

第二实施例可以呈现出与第一实施例所述相同的效果。此外，在第二实施例中，定子片段105C可使用单个模具制造，与第一实施例相比，减小了生成成本并提高了生产效率，在第一实施例中需要使用两种类型的模具生产两种类型的定子片段5A和5B。

定子芯2的构造并不局限于上述第一和第二实施例，可进行修改以包括相同的T型定子片段，所述定子片段沿着中心轴C的方向以在圆周方向上相互偏移的关系交替层叠。而且，定子芯2由两种类型的T型定子片段形成，这两种定子片段头部在圆周方向上的宽度不同并且沿着中心轴C的方向交替层叠。

图5示出了本发明所使用的棒形金属测试样本的弯曲测试结果。弯曲测试是使用六种测试样本进行的。测试样本是由钢S45C以下述方式制成的棒。第一种测试样本是通过抛光棒的表面而得到的。第二种测试样本是通过抛光棒的表面并且对棒进行切槽以在棒的表面上形成垂直于其纵向延伸的凹槽而得到的，其中凹槽的宽度为20μm，深度为20μm，间距为0.27mm。第三种测试样本是通过抛光棒的表面并且对棒进行切槽以在表面上形成凹槽而得到的，其中凹槽垂直于棒的纵向延伸，且宽度为80μm，深度为80μm，间距为0.27mm。第四种测试样本是通过抛光棒的表面并且对棒进行模制以在表面上形成模制树脂层而得到的。第五种测试样本是通过以第二种测试样本所述的相同方式对棒进行抛光和切槽，并且对棒进行树脂模制以在表面上形成模制树脂层而得到的。第六种测试样本是通过以第三种测试样本所述的相同方式对棒进行抛光和切槽，并且对棒进行树脂模制以在表面上形成模制树脂层而得到的。使由此得到的测试样本经历下述弯曲测试。每个测试样本在以60mm间隔彼此间隔开的两个点处被支撑。30N的负载在两点之间的中点处施加于相应的测试样本，测量负载点处的位移。在第一至第三种测试样本中的负载点的位移量分别为0.149mm、0.149mm和0.179mm。第四至第六种测试样本中的负载点的位移量分别为0.129mm、0.117mm和0.119mm。图5示出了弯曲测试的测量结果。在图5中，第一至第三种测试样本的测量结果由虚线示出，第四至第六种测试样本的测量结果由实线示出。

在不带有凹槽的第一种测试样本以及带有凹槽的第二和第三种测试样本中，可知如下内容。第二种测试样本具有与第一种测试样本相等的负载点的位移量。在第二和第三种测试样本中，随着凹槽的宽度变大，负载点的位移量也有所增加。因此，在第二和第三种测试样本中，随着凹槽宽度的增加，抗挠刚度有所减小。在另一方面，在不带有凹槽但带有模制树脂层的第四种测试样本中，负载点的位移量有所减小，因此，与第一至第三测试样本相比，抗挠刚度有所增加。在带有凹槽以及模制树脂层的第五和第六种测试样本中负载点的位移量有所减小，因此，与第四测试样本相比，抗挠刚度有所增加。结果，由此可知，通过切槽和树脂模制，棒形金属部件往往会提高抗挠刚度。

从上述发现可知，可以认为定子芯具有与棒形金属部件相同的趋势。于是，可以理解到如果定子片段层叠以在定子芯的侧表面上形成啮合部分并且模制树脂填充在相邻定子芯之间，那么定子芯即可在抗挠刚度方面得以提高。本发明就是在此发现的基础上实现的。

参照图6A，对本发明的定子的第三实施例进行说明，该实施例与第一实施例的不同之处就在于定子芯和模制树脂的构型。图6A是定子的示意性横截面图，该横截面图是在垂直于中心轴C的平面内取得的，为了简洁起见，只示出了定子芯202和模制树脂203。具有大致为T型剖面的定子芯202包括位于径向外侧的头部和位于径向内侧的柄部，所述柄部的圆周宽度小于头部的圆周宽度。凹陷202A采取凹槽的形状，设置于定子芯202的柄部的相对侧表面的径向内侧上。凹陷202A在定子芯202的相对轴向端面之间沿定子中心轴C的方向上连续延伸。即，凹陷202A形成于在中心轴C的方向上层叠的相应定子片段205的柄部的圆周方向相对的侧表面的径向内侧上。凹陷202A在中心轴C的方向上相互对齐。模制树脂203填充于相邻的定子芯202之间并形成有与定子芯202的凹陷202A向啮合的凸起。因此，凹陷202A形成在定子芯202的圆周方向上的相对侧表面上的啮合部分，该啮合部分与模制树脂203的凸起相啮合。由于定子芯202的凹陷202A与模制树脂203的凸起相啮合，所以定子芯202可径向固定并被防止相对于模制树脂203产生径向位移。

图6B示出了第三实施例的改型，其中凸起302B设置于定子芯302的柄部的相对侧表面的径向内侧上并在定子芯302的侧表面上形成啮合部分。凸起302B在定子芯302的相对轴向端面之间沿定子中心轴C方向持续延伸。具体地说，凸起302B形成于在中心轴C的方向上层叠的相应定子片段305的柄部的圆周方向上相对的侧表面的径向内侧上。凸起302B在中心轴C的方向上相互对齐。模制树脂303填充在相邻的定子芯302之间并形成有与定子芯302的凸起302B相啮合的凹陷。由于定子芯302的凸起302B与模制树脂203的凹陷相啮合，所以定子芯302可被径向固定并被防止相对于模制树脂303产生径向位移。此外，由于定子芯302起到磁路的作用，所以凸起302B比凹陷更优选，从而提供较宽的磁路。

参照图7A，将说明本发明的第四实施例，其与第一实施例的区别在于定子芯和模制树脂的构型。图7A是定子的示意性横截面图，该横截面是在垂直于中心轴C的平面内取得的，为了简洁起见，只示出了定子芯402和模制树脂403。具有大致为T型横截面的定子芯402包括位于径向外侧的头部和位于径向内侧的柄部，所述柄部的圆周宽度小于头部的圆周宽度。凹陷402A采用凹槽的形状、设置于定子芯402的头部的相对侧表面的径向内侧上并在其侧表面上形成啮合部分，该啮合部分与填充于相邻定子芯402之间的模制树脂403相啮合。凹陷402A在定子芯402的相对轴向端面之间沿定子中心轴C方向持续延伸。具体地说，凹陷402A形成于在中心轴C的方向上层叠的相应定子片段405的头部的圆周方向上相对的侧表面的径向内侧上。凹陷402A在中心轴C的方向上相互对齐。填充于相邻定子芯402之间的模制树脂403形成有与定子芯402的凹陷402C向啮合的凸起。

图7B示出了第四实施例的改型，其中凸起502D设置于定子芯502的头部的相对侧表面上。凸起502D在定子芯502的相对轴向端面之间沿定子的中心轴C的方向持续延伸。凸起502D形成在定子芯502的圆周方向上相对的侧表面上的啮合部分，该啮合部分与填充于相邻定子芯502之间的模制树脂503相啮合。具体地说，凸起502D形成于在中心轴C的方向上层叠的相应定子片段505的头部的圆周方向上相对的侧表面的径向内侧上。凸起502D在中心轴C的方向上相互对齐。填充于相邻定子芯302之间的模制树脂503形成有与定子芯502的凸起502D相啮合的凹陷。

由于在第四实施例中定子芯402的凹陷402C与模制树脂203的凸起相啮合并且在其改型中定子芯502的凸起502D与模制树脂503的凹陷相啮合，所以定子芯402和502可被径向固定并被防止相对于模制树脂403和503产生径向位移。而且，与第四实施例的改型中的凸起502D相比，在第四实施例中提供的凹陷402C作用为减小磁漏。而且，由于相应定子芯402和502的头部的圆周方向上的宽度大于柄部圆周方向上的宽度，所以在第四实施例及其改型中对磁路尺寸的影响会小于第三实施例及其改型中的影响，如图6A和6B所示，在第三实施例及其改型中，凹陷202A和凸起302B形成于柄部上。

参照图8，将说明本发明的定子的第五实施例，其与第一实施例的区别在于定子芯和模制树脂的构型。图8是定子的示意性横截面图，该横截面是在垂直于中心轴C的平面内取得的，为了简洁起见，只示出了定子芯602和模制树脂603。具有大致为T型横截面的定子芯602包括位于径向外侧的头部和位于径向内侧的柄部，所述柄部的圆周方向的宽度小于头部的圆周方向的宽度。切口602E形成于定子芯602头部的圆周方向上相对的侧表面与其外圆周表面相交的角落处。因此，切口602E形成在定子芯602的圆周方向上相对的侧表面上的啮合部分，该啮合部分与填充于相邻定子芯602之间的模制树脂603相啮合。切口602E在定子的中心轴C方向上延伸，并限定了一个矩形的啮合部分的横截面，该横截面是在垂直于中心轴C的平面上取得的。也就是说，切口602E形成于在中心轴C的方向上层叠的相应定子片段605的头部的圆周方向上相对的侧表面上。切口602E在中心轴C的方向上相互对齐。填充于相邻定子芯602之间的模制树脂603形成有与定子芯602的凹陷602E相啮合的凸起。

由于在第五实施例中定子芯602的切口602E和模制树脂603的凸起之间的啮合，所以定子芯602可被径向固定并被防止相对于模制树脂603径向移动。而且，由于切口602E的存在，定子芯602和外部转子之间的气隙在定子芯602的头部的圆周方向相对的侧表面附近台阶状变化。结果，可以相当大地减小在定子和外部转子之间产生的磁吸引力的分散，这种分散是取决于转子的旋转位置引起的，从而抑止了将在旋转电动机器中产生的变动力矩。

参照图9，将说明本发明的定子的第六实施例，其与第一实施例的区别在于定子芯和模制树脂的构型。切口702F形成于定子芯702头部的圆周方向上相对的侧表面与其外圆周表面相交的角落处。切口702F形成了在定子芯702的圆周方向上相对的侧表面上的啮合部分，该啮合部分与填充于相邻定子芯702之间的模制树脂703相啮合。切口702F限定了一个啮合部分的锥形横截面，该横截面是在垂直于中心轴C的平面内取得的。锥形横截面朝向定子芯702的径向内侧逐渐减小。切口702F在定子的中心轴C的方向上延伸。也就是说，切口702F形成于在中心轴C的方向上层叠的相应定子片段705的头部的圆周方向上相对的侧表面上。切口702F在中心轴C的方向上相互对齐。填充于相邻定子芯702之间的模制树脂703形成有与定子芯702的切口702F相啮合的凸起。由于定子芯702的切口702F和模制树脂703之间的啮合，所以定子芯702可被径向固定并被防止相对于模制树脂703径向位移。而且，由于切口702F的形成，所以定子芯702和外部转子之间的气隙在定子芯702的头部的圆周方向上相对的侧表面附近逐渐变化。因此，第六实施例可呈现出抑制旋转电动机器内产生的变动力矩。同时，安装有本发明的定子的旋转电动机器可包括电动机和发电机二者。

本申请是以2004年9月21日提交的在先日本专利申请No.2004-273379为基础的。该日本专利申请No.2004-273379的全部内容由此合并作为参考。

虽然上面已经参照本发明的特定实施例对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述实施例。鉴于上述教导，上述实施例的各种修改和变型对本领域技术人员来说都是可以出现的。本发明的范围根据所附的权利要求进行限定。

Claims

1、一种用于旋转电动机器的定子，包括：

多个围绕定子的中心轴以圆周方向上间隔开的方式布置的多个定子芯；以及

填充于相邻定子芯之间的模制树脂，

多个定子芯中的每一个都包括与所述模制树脂相啮合并且形成于所述定子芯的圆周方向上相对的侧表面上的啮合部分，多个定子芯中的每一个都包括多个沿中心轴方向层叠从而形成所述啮合部分的定子片段。

2、根据权利要求1所述的定子，其中，啮合部分包括沿中心轴方向交替布置的凹陷和凸起。

3、根据权利要求2所述的定子，其中，多个定子芯中的每一个都由两种定子片段形成，所述两种片段在形状和尺寸至少一个方面是不同的并且沿中心轴方向交替布置。

4、根据权利要求2所述的定子，其中，所述定子片段具有相同的形状，所述形状相对于与多个定子芯中的每一个的径向平行延伸的直线是非对称的，所述定子片段布置成沿中心轴方向交替翻转。

5、根据权利要求1所述的定子，其中，所述啮合部分包括凹陷和凸起中的任一个并在中心轴方向上持续延伸。

6、根据权利要求5所述的定子，其中，多个定子芯中的每一个具有T形形状，包括位于所述定子芯的径向内侧上的柄部，所述凹陷形成在所述柄部的圆周方向上相对的侧表面上。

7、根据权利要求5所述的定子，其中，多个定子芯中的每一个具有T形形状，包括位于所述定子芯的径向外侧上的头部，所述凹陷形成在所述头部的圆周方向相对的侧表面上。

8、根据权利要求5所述的定子，其中，多个定子芯中的每一个具有T形形状，包括位于所述定子芯的径向内侧上的柄部，所述凸起形成在所述柄部的圆周方向上相对的侧表面上。

9、根据权利要求5所述的定子，其中，多个定子芯中的每一个具有T形形状，包括位于所述定子芯的径向外侧上的头部，所述凸起形成在所述头部的圆周方向相对的侧表面上。

10、根据权利要求5所述的定子，其中，多个定子芯中的每一个具有T形形状，包括位于所述定子芯的径向外侧上的头部，所述凹陷采取切口的形式、形成于所述头部的圆周方向上相对的侧表面与其外圆周表面相交的角落处。

11、根据权利要求10所述的定子，其中，所述切口限定了所述凹陷的矩形横截面，所述横截面是在垂直于中心轴的平面中取得的。

12、根据权利要求10所述的定子，其中，所述切口限定了所述凹陷的锥形横截面，所述横截面是在垂直于中心轴的平面中取得的。

13、根据权利要求1所述的定子，其中，多个定子片段的每一个都由电磁钢板制成。

14、根据权利要求1所述的定子，其中，所述定子可应用于多轴多层旋转电动机器上。

15、根据权利要求14所述的定子，其中，所述定子可应用于具有两个转子的旋转电动机器上。

16、一种用于旋转电动机器的定子，包括：

多个围绕定子的中心轴以在圆周方向上间隔开的关系布置的多个定子芯；以及

填充于相邻定子芯之间的模制树脂；以及

用于防止多个定子芯中的每一个与所述模制树脂之间在预定方向上的相对运动的啮合装置。

17、根据权利要求16所述的定子，其中，所述预定方向是所述定子的中心轴的方向。

18、根据权利要求16所述的定子，其中，所述预定方向是所述定子的径向。