TW201325028A - 電動機之定子及永久磁石式旋轉電機 - Google Patents

Abstract

本發明在於提供一種可確保沿面距離，且可適用於小型馬達之定子及永久磁石式旋轉電機。電動機之定子具備軛芯，及在該芯之徑向延伸之複數個齒芯，且設置有安裝於上述齒芯、包含絕緣材之複數個線軸；上述線軸包含捲裝有上述定子之勵磁繞組之本體部，及形成於該本體部之兩端部之軸環部，且於上述軸環部之內徑側之軸環部之圓周方向的端面，設置有嵌合相鄰之線軸彼此之軸環部之凹凸、且於圓周方向連結上述複數個線軸彼此之嵌合部。

Description

電動機之定子及永久磁石式旋轉電機

本發明係關於電動機之定子及搭載有該定子之永久磁石式旋轉電機。

作為電動機，例如如伺服馬達般，為安裝於機械或電子機器者時，要求盡可能小型化。

作為使馬達小型化之手段，一般有效的是增加線圈之捲繞數，提高線圈繞組密度。

作為該一手段，有採用定子結構之方法，該定子結構係將構成定子(stator)之齒芯進行分割成為複數個分割芯，對每個該分割芯捲繞特定次數線圈(繞組)進行捲裝後，將該等裝配成所需之插槽數作為一個圓環狀定子。

但是，為該定子結構時，對各分割芯之齒芯施與之線圈繞組絕緣物之表面絕緣能力最好成為沿面，此處，存在2個導電性部份間之沿著絕緣物之表面之最短距離的沿面距離。

一般而言，操作控制馬達之控制機器或裝置之情形時，安全上及動作上規定有絕緣空間距離、沿面距離、溫度上升等。

沿面距離在例如200 V級之馬達中要求2~3 mm。

因此，為馬達時，該沿面之絕緣距離(絕緣空間距離、沿面距離等)之下降成為問題。尤其是使馬達小型化之情形時，要求馬達內部之高密度化，隨之2個導電性部份之 絕緣距離亦縮小，安全上及動作上，有難以獲得所需之絕緣性能之較大問題。

作為先前技術，提案有如下之電動機之定子結構。

即，其一係在經由絕緣線軸將線圈捲繞(勵磁繞組)於定子(stator)之定子繞組結構中，以設置一體形成於絕緣線軸之側部之兩端之彈性舌片，使該舌片位於各線圈繞組間的方式構成，藉由該舌片可防止線圈繞組與定子間之電性導通，使線圈繞組之絕緣提高而成之旋轉電機之定子繞組結構(專利文獻1)。

又，其二係具備安裝於包含定子鐵芯之齒部之芯本體之內側、具有線圈收納部與內壁部之2個絕緣體(絕緣材)，於該內壁部之圓周方向之端面設置互相不同之階差狀連結部，藉由該連結部，組合複數個絕緣體從而構成圓環狀之定子結構之電動機絕緣體(專利文獻2)。

又，更早期時，提案有包含以覆蓋H字狀之定子鐵芯之內周面以便自兩側嵌入的方式構成，且殘留定子鐵芯之線圈繞組部之齒面側，覆蓋定子鐵芯之外周之絕緣體，於該絕緣體之凸緣部之圓周方向之端部設置用於在圓周方向相互連結包含軛部及齒部之芯件彼此之2個連結機構，即用於將各芯件彼此以轉子輸出軸為中心環狀連結之鉤部，與扣止上述鉤部之扣止軸，且將絕緣體形成為具有沿著齒面及鉤部片平行之一對之凸緣部之線軸狀，以使齒面側之凸緣在軸線方向較齒面側低的方式形成，設齒面為最高之位置，藉此使與轉子間之間隙縮小，寬度方向尺寸縮小而成 之軸向間隙型電動機(參照專利文獻3、4、5、6)。

又，提案有具備沿著分割型齒芯之I形狀之分割芯之外周部圍繞之線軸，於該線軸之內部凸緣形成結合槽與結合凸起，於外部凸緣設置圓周形成面，將分割芯與線軸之間之裝配以使用熱固化型樹脂之插入成形方式等一體成形之狹長型定子(參照專利文獻7、8)。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2000-175393號公報

[專利文獻2]日本專利特開2007-252031號公報

[專利文獻3]日本專利特開2008-118833號公報

[專利文獻4]日本專利特開2008-125278號公報

[專利文獻5]日本專利特開2010-88166號公報

[專利文獻6]日本專利特開2011-114993號公報

[專利文獻7]日本專利特開2010-154740號公報

[專利文獻8]日本專利特開2010-154741號公報

專利文獻1所記載之發明為對絕緣物之形狀進行研究者，為環繞線圈繞組整體之形狀，即利用絕緣線軸作為絕緣物者。

但是，由於該絕緣線軸設置有一體形成於其側部之兩端之彈性舌片，且將該舌片位於各繞組間，故限制該部份線圈繞組之密度，從而有無法提高馬達之性能之問題。

又，記載於專利文獻2之發明之構成為以藉由裝配於圓周方向之外側絕緣體及內側絕緣體2個絕緣體，夾住線圈收納部的方式構成，且對該絕緣體之線圈收納部內所收納之線圈收納部射出塗布劑，於線圈繞組整體塗敷塗布劑者。

因此，射出塗布劑時，必須設法使塗布劑不向絕緣體之外部洩漏，因此，為於上述之絕緣體之內壁部之圓周方向之端面設置互相不同之階差狀之連結部者，其構成成為複雜之構成。

換而言之，形成於形狀不同之2種絕緣體之端部之互相不同之階差狀連結部係以抑制在該塗布劑固化前，該塗布劑從該線圈收納部內流出為目的而形成者，且藉由絕緣體之連結部之連結，雖乍看就能看到是否為使沿面距離增大之形狀，但絕緣體之連結部確實存在界面。

因此，作為其結果，不能說沿面距離有任何改善，而與先前相同，基於沿面距離之上述之問題仍殘留，從而無法成為更正該問題之技術。

又，由於係採用具有內側之絕緣體與外側之絕緣體，且夾住線圈線之構成，故不易將該等裝配，很難說適用於馬達之小型化。

而且，在射出塗布劑用於絕緣線圈繞組時，塗布劑無論其射出機構、所需時間、成本均不利。

又，記載於專利文獻3~6之發明係以防止基於定子之齒面與轉子之磁體面的間隙之磁損耗為目的者，專利文獻7 ~8所記載之發明係以減少轉子與定子間之氣隙誤差導致產生之振動為目的者，該等不僅連獲得較大之分割齒芯與線圈間之沿面距離都未考慮，而以從兩側嵌入以便覆蓋H字狀之定子鐵芯之內周面的方式構成，且為殘留定子鐵芯之線圈繞組部之齒面側，覆蓋定子鐵芯之外周之絕緣體，連結機構為包含鉤部與扣止軸、及突起或槽之凸緣形狀時，沿面距離增長，無法期待使電動機更小型化。

本發明係鑑於上述之問題而完成者，其目的在於提供一種具備可對應於電動機(馬達)之小型化，且安全上及動作上可確保所需之沿面距離，且可適用於小型馬達之定子結構之電動機及永久磁石式旋轉電機。

為達成上述目的，本發明之電動機之定子採用之構成為例如在電動機之定子中，具備經分割之複數個齒芯；於內周面及軸向上形成有插入該齒芯之前端部之複數個凹部之軛芯；及包含捲裝有線圈之絕緣材之複數個線軸；上述線軸包含：捲裝上述線圈，且具有安裝有上述齒芯之貫通孔之線軸本體部；形成於該線軸本體部之外徑側之端部之軸環部；及形成於該線軸本體部之內徑側之端部之軸環部；上述內徑側端部之軸環部構成為，將上述線軸安裝於上述軛芯而裝配相鄰之線軸彼此時，具有形成嵌合之凹凸部之內側面，且形成於圓周方向延伸且於軸向延伸之板狀突出片，以該突出片可確保上述線圈與上述齒芯間之沿面距離較長。

又，進而本發明為例如搭載有上述電動機之定子之永久磁石式旋轉電機。

根據本發明，可更正先前之問題，無需減少線圈繞組部絕緣物即線軸之沿面距離，即可在安全上及動作上，獲得可確保所需之沿面距離之電動機之定子結構。藉此，亦可無需改變電壓規格，而適用於小型馬達。

又，根據本發明，即使在決定了定子之(齒芯)之內徑與定子之插槽數，增大其內徑、或增加其插槽數，或者分配給一個齒芯，圓周方向之長度無法變更之情形時，仍可獲得安全上及動作上，確保所需之沿面距離，可適用於欲更小型化之馬達之電動機之定子。

藉此，可提供一種小型且高性能之旋轉電機。

以下，參照圖式說明本發明之實施形態。

[實施例]

圖1係表示構成有關本發明之電動機之定子之主要零件的定子結構之構成圖，圖2係放大圖1之線軸之一部份(單體)表示線軸之結構的構成圖，圖3係用於說明組合複數個線軸而相鄰之線軸彼此之組合之構成圖，圖4及圖5係表示本發明之定子之軛芯、齒芯及線軸之主要部分及裝配之分解立體圖。

該圖中，1係表示與電動機之轉子(未圖示)相互作用產生轉動力矩之定子(stator)，該定子包含：圓筒狀軛芯(軛 鐵芯)11；配設於該軛芯之圓筒內側，包含複數個分割芯之T字狀齒芯12；包含具有插入該複數個齒芯之貫通孔之絕緣材之複數個線軸13；及分別捲繞於該複數個線軸而予以捲裝之線圈繞組(勵磁繞組)14。

採用由定子1分割之齒芯12，藉此可使其相較於採用一體化於定子之芯者對準纏繞銅線。

即，由於高密度地捲繞線圈，故可抑制作為導致能量轉換之效率下降之原因之「銅損」，從而可提高馬達之性能。

在本實施例中係齒芯12與線圈14其插槽數為12個之情形。再者，於線軸13之內側雖未圖示，但配置有經由軸承安裝於旋轉軸之轉子(rotor)，而本實施例中省略。

如圖2所示，線軸13包含：以個別覆蓋複數個齒芯12的方式安裝，且捲繞線圈14進行捲裝之筒狀線軸本體部131；於軸向延伸一體形成於該線軸本體部131之軛芯側(外徑側)之一端部之板狀軸環部132(參照圖4)；及於軸向延伸一體形成於該線軸本體部131之轉子側(內徑側)之板狀軸環部133(參照圖4)。

如圖4所示，線軸13之線軸本體部131於軸向延伸，於其內部設置有插入齒芯12之一部份121之貫通孔1311。又，為使線圈14可捲裝於線軸本體部13，設置有藉由該線軸本體部131與該線軸本體之兩側之軸環部132、133而圍繞之線圈繞組空間部6。

線軸13之軸環部132、133係以可確保相鄰之線軸13之線 軸本體131之端部之線圈繞組之端部與齒芯12內徑側之端部122間之絕緣(沿面距離L)或裝配後之強度的方式形成。

即，軸環部132、133為分別於軸向延伸且於圓周方向延伸之板狀(突出片)，以該突出片與線軸本體部，使較線軸本體部131於軸向及圓周方向構成為較大，以構成上述線圈繞組空間部6。

如此，以使一體形成於線軸本體部131之兩端之軸環部132、133之形狀於軸向及圓周方向上延設並突出的方式構成，藉此，可確保捲繞於線軸本體部131之線圈繞組14、與安裝於線軸本體部之貫通孔1311之齒芯12之內徑側的一端部122間之沿面距離L(參照圖3)較長。線軸彼此之組合將於下文敍述。

又，線軸13之外徑側之軸環部132之順時針方向及逆時針方向之兩端面1321、1322在裝配複數個線軸彼此時，例如如圖3所示，以與相鄰之線軸之軸環部彼此之兩端面對向且密接的方式，成為相互向內側傾斜之傾斜面。

線軸13之內徑側之軸環部133以相對於與線軸本體131之接合面略微彎曲R的方式，形成為於圓周方向延伸之厚度不同之板狀。即，如圖所示，逆時針方向側之板狀以相對於順時針側之板狀帶有階差的方式形成。

其原因為組合線軸彼此時，使軸環部133之組合良好，同時確保該接合面之沿面距離。

又，於其內周面側形成有在組合相鄰之線軸彼此時，以例如如圖3所示，使兩線軸彼此相互密接的方式嵌合之凹 凸部。又，如圖4所示，該等凹凸部係以沿著軸向整面延伸的方式形成於軸環部133之內周面。

即，於包含軸環部133之彎曲面R之板狀之一端部，形成與相鄰之線軸之軸環部之端部對向之凹凸部1331、1332、1333，以其中一個凸部(圖式上為配置於右側之圓周方向之線軸之凸部1334)嵌合於另一個凹部1331的方式構成。

詳細而言，軸環部133之凸部1332、1333以圍繞凹部1331的方式於圓周方向延伸。該凹部1331在與相鄰之線軸組合時，如圖3所示，嵌合形成於相鄰之線軸之軸環部之一端部之凸部1334。

凸部1332之構成為在圖式上與相鄰之右側線軸組合時，如圖3所示重疊於相鄰之線軸13之軸環部133之凸部1334之上表面。又，其前端部具有接於相鄰之線軸之線軸本體部131之側面程度之長度。

藉由如此形成，可進一步增大沿面距離，重要的是如圖4所示，使凹凸遍及軸環部133之軸向之整面而延伸。換而言之，重點是線軸本體部整體、即不僅線軸本體部131之端部，亦包含中央部，以從線軸本體部133之兩側整體包圍的方式較大地構成軸環部133。

如此，不僅線軸本體1331之端部，亦包含中央部，以於軸向延伸的方式構成軸環部133之突出片1332、1334，藉此相較於使用圖6所示之僅於線軸本體之端部形成軸環部之線軸時線軸彼此之結合部之沿面距離L'，可確保該突出片之沿面距離。此處，圖6之沿面距離L'係例如如專利文 獻2所示，僅線軸本體之端部具有凹凸接合部之線軸形狀之情形。其結果，若以相同沿面距離下之性能規格進行比較，則該距離可使定子小型化、輕量化。

凸部1333之構成為重疊於相鄰之線軸之軸環部之凸部1334的下側位置。又，具有接於相鄰之線軸之軸環部之側面、且較凸部1332短之長度。

於軸環部133之另一端部形成有上述凸部1334，而該凸部係以在較線軸本體部131之端面位置下降一段之位置，於圓周方向延伸的方式形成。

即，於線軸13之軸環部133之一端部(圖2之右側)，以從上下夾住嵌合相鄰之線軸之軸環部之凸部1334之凹部1331及該嵌合之凸部1334的方式，形成有長度不同之2個凸部1332、1333。

又，於線軸13之軸環部133之另一端部(圖2之左側)，形成有嵌合於相鄰之線軸之軸環部之凹部1331之凸部1334及階差部1335、1336。

要言之，軸環部133之兩端部在組合相鄰之線軸彼此時，如圖3所示於上下方向重疊，且該兩端部之兩面形成為可以相互密接的方式組合之凹凸形狀。軸環部133之凹凸之各厚度分別構成為0.3 mm左右。軸環部133之於圓周方向延伸之突出片之長度構成為1~2 mm左右。

其次，參照圖4、圖5說明線軸等之裝配。首先，於線軸13之線軸本體部131纏繞所需次數之線圈。

其後，於線軸本體部131之貫通孔1311插入T字狀之齒芯 12之一部份121。於圖5表示其狀態。

其後，將於線軸13之外徑側面突出之齒芯12之一部份121之前端部以從圖式之上側沿著軸向插入的方式，從圖5所示之位置依序安裝於形成於軛芯11且於軸向延伸之凹部111。

此時，相鄰之線軸彼此之軸環部133之一個凸部1335以從另一個凹部1334之一端面滑向另一端面側的方式滑動，作為其結果，軸環部133之一端面側之凹凸部1331-1333，與另一端面之凹凸部1334-1336嵌合，以圖3所示之狀態結合。

此處，齒芯12與線圈繞組(勵磁繞組)14之各部藉由安裝於齒芯12之線軸13而相互絕緣。此時，從由線圈14之捲繞構成之線圈繞組部14順著線圈繞組空間6及線圈表面，直至齒芯12之距離內最短之距離L作為沿面距離最小值而決定絕緣性能。

在上述之本實施例中，順著該線圈繞組表面到達之表面路徑中，存在有設置於線軸13之軸環部133之端部之凹凸部之嵌合部。由於採用之構成係藉由該凹凸部之嵌合，且以線軸一側之2個凸夾住相鄰之線軸之另一側之凸，且以覆蓋的方式重疊，從而增長其表面路徑，故可確保沿面距離較長，作為其結果，可在安全上及動作上滿足所需之沿面距離之規定值，從而可使其小型化。

換而言之，以本實施例而言，由於其構成為軸環部133具有上述之形狀，從相互相鄰之線軸中之一個線軸本體 131與軸環部133之凸部1332之固定部份，橫跨該凸部之表面、另一個線軸本體131之軸環部133、該另一個線軸之軸環部之凸部1334，進而一個線軸之軸環部133之凸部1333之距離成為沿面距離L，可確保其沿面距離較長，故若以與先前相同之條件之性能對比，則能夠確保其沿面距離較大之部分亦可與馬達之小型化對應。

再者，在本實施例中，雖已說明藉由設置於對向之軸環部彼此之凹凸部嵌合之例，但並非是嵌合本身，只要線軸之軸環部延伸至超過全周360度除以線軸之個數之每一個線軸之分配角度之範圍為止，藉此對向之線軸之軸環部半徑方向具有重疊，則由於可確保其沿面距離較大，故獲得相同之效果。

又，形成該重疊之部份雖為絕緣物之壁厚，但假設帶有錐度之情形，將不會判斷切除對每個素材特性決定之所需之最小壁厚之部份存在絕緣物。因此，僅限本發明而言，絕緣物之端部必須以不帶錐度的方式成形形狀。

[產業上之可利用性]

可適用於具有上述之定子之結構之永久磁石式旋轉電機。

1‧‧‧電動機之定子

6‧‧‧線圈繞組空間部

11‧‧‧軛芯(軛鐵芯)

12‧‧‧齒芯

13‧‧‧絕緣線軸

14‧‧‧線圈(線圈繞組部)

111‧‧‧凹部

121‧‧‧齒芯之一部份

122‧‧‧齒芯內徑側之端部

131‧‧‧線軸本體部

132‧‧‧軸環部

133‧‧‧軸環部

1321‧‧‧軸環部之順時針方向之端面

1322‧‧‧軸環部之逆時針方向之端面

1331‧‧‧凹部

1332‧‧‧凸部

1333‧‧‧凸部

1334‧‧‧凸部

1335‧‧‧凸部

1336‧‧‧凸部

L‧‧‧沿面距離

圖1係表示本發明之電動機之定子之概略結構的構成圖。

圖2係放大表示安裝於本發明之定子之齒芯之絕緣構件即線圈的結構之構成圖。

圖3係組合複數個圖2之線軸時之放大圖。

圖4係表示本發明之定子之軛芯、齒芯及線軸之主要部分之分解立體圖。

圖5係用於說明本發明之定子軛芯、齒芯及線軸之裝配之分解立體圖。

圖6係模式性表示先前之沿面距離之圖。

1‧‧‧電動機之定子

11‧‧‧軛芯(軛鐵芯)

12‧‧‧齒芯

13‧‧‧絕緣線軸

14‧‧‧線圈(線圈繞組部)

111‧‧‧凹部

121‧‧‧齒芯之一部份

122‧‧‧齒芯內徑側之端部

Claims (5)

1. 一種電動機之定子，其特徵在於具備：經分割之複數個齒芯；於內周面及軸向上形成有插入該齒芯之前端部之複數個凹部之軛芯；及包含捲裝有線圈之絕緣材之複數個線軸；上述線軸包含：捲裝上述線圈，且具有安裝上述齒芯之貫通孔之線軸本體部；形成於該線軸本體部之外徑側之端部之軸環部；及形成於該線軸本體部之內徑側之端部之軸環部；上述內徑側端部之軸環部構成為，將上述線軸安裝於上述軛芯而裝配相鄰之線軸彼此時，具有形成有嵌合之凹凸部之內側面，且形成於圓周方向延伸且於軸向延伸之板狀突出片，以該突出片可確保上述線圈與上述齒芯間之沿面距離較長。
2. 一種永久磁石式旋轉電機，其搭載有如請求項1之上述電動機之定子。
3. 一種電動機之定子，其特徵在於具備：經分割之複數個齒芯；於內周面及軸向上形成有插入該齒芯之前端部之複數個凹部之軛芯；及包含捲裝有線圈之絕緣材之複數個線軸；上述線軸包含：捲裝上述線圈，且具有安裝上述齒芯之貫通孔之線軸本體部；形成於該線軸本體部之外徑側之端部之軸環部；及形成於該線軸本體部之內徑側之端部之軸環部； 上述內徑側端部之軸環部延伸至超過將全周360度除以該線軸之個數之角度之範圍。
4. 一種電動機之定子，其特徵在於具備：經分割之複數個齒芯；於內周面及軸向上形成有插入該齒芯之前端部之複數個凹部之軛芯；及包含捲裝有線圈之絕緣材之複數個線軸；上述線軸包含：捲裝上述線圈，且具有安裝上述齒芯之貫通孔之線軸本體部；形成於該線軸本體部之外徑側之端部之軸環部；及形成於該線軸本體部之內徑側之端部之軸環部；上述外徑側端部之軸環部延伸至超過將全周360度除以該線軸之個數之角度之範圍。
5. 一種電動機之定子，其特徵在於具備：經分割之複數個齒芯；於內周面及軸向上形成有插入該齒芯之前端部之複數個凹部之軛芯；及包含捲裝有線圈之絕緣材之複數個線軸；上述線軸包含：捲裝上述線圈，且具有安裝有上述齒芯之貫通孔之線軸本體部；形成於該線軸本體部之外徑側之端部之軸環部；及形成於該線軸本體部之內徑側之端部之軸環部；上述內徑側端部及外徑側端部之軸環部具有即使在其前端部壁厚尺寸亦不減少之形狀。