芯块以及用于电机的使用芯块的磁极芯的制作方法

专利名称：芯块以及用于电机的使用芯块的磁极芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以多于一块的数量使用的芯块，用于通过芯块的互相连接来配置 单个的环形磁极芯(磁轭)，并且涉及一种通过芯块的环形结合进行配置的用于电机的磁 极芯。
背景技术：
在例如用于驱动由电机驱动的工具的内转子无刷电机中，用于检测位置的传感器 被连接至定子并检测设置在转子上的磁体的磁极，由此对施加于定子绕线的电流执行开关 控制。这种无刷电机的定子芯被设置为使得用于容纳绕线的磁极之间的槽被径向向内开 口。这样的结构在利用绕线机绕线时会遇到困难。具体地，这种绕线机以这样的方式进行 绕线在工件被固定后，线嘴被沿着矩形或椭圆形轨道移动。因此，磁极之间的槽的宽度会 对可用的线嘴直径或线直径造成限制。而且，由于必须在用于绕线的空间范围内提供用于 允许线嘴通过的空间，因此在增大绕线的占空系数方面会遇到困难。不可避免地，电机性能 的提高会受到影响。而且，用于构成磁极芯的钢叠片的材料的利用率也会下降。用于解决这种绕线问题的一种已知技术如下芯件的层压件被彼此连接为铰接结 构，其允许弯曲，并在展开的状态下接受绕线；在绕线之后，层压件被形成为环形的定子芯 (参见例如特许公开(公布)号为2000-201458的日本专利申请)。

图18A和18B示出了 特许公开(公布)号为2000-201458的日本专利申请中介绍的铰接结构的常规定子芯。图 18A是示出了通过冲压处理形成第一和第二芯体元件的步骤的平面图。图18B是示出了其 中第一芯体元件54和第二芯体元件58被交替地层压的状态的平面图。第一芯体元件54和 第二芯体元件58中的每一个都由通过连接装置56 (多组，每一组都由凸出部分和凹进部分 组成)连续连接的多个芯件57构成。每一个芯件57的相对端都分别被成形为凸出的弧形 或凹进的弧形。第一芯体元件54和第二芯体元件58的芯件57被形成为使得第一芯体元 件54的每一个芯件57的一端都被形成为凸出的弧形，而第二芯体元件58的每一个芯件57 的对应端则被形成为凹进的弧形。由此成形的第一和第二芯体元件54，58被层压在一起。 第一芯体元件54的芯件57的凸出端部的连接装置56和第二芯体元件58的芯件57的凸 出端部的对应的连接装置56被彼此接合，由此将芯件57的层压件旋转连接。在图18B示 出的状态下，绕线是在臂部25上进行的(未示出)。随后，芯件57的层压件被绕着接合的 连接装置56旋转以构成环形的形状。由此即可完成铰接的定子芯。这样的铰接定子芯具有铰接结构，其允许反复的弯曲，并且能够在促使臂部逐一 向外伸出的状态下进行绕线。但是，在小尺寸电机的情况下，形成铰接结构是很困难或者无 法实现的。同时，在分裂芯不具有上述铰接结构中使用的连接装置的情况下，芯块要经过绝缘处理，然后再绕线。随后，芯块被组装在一起形成环形，由此完成定子芯。与上述的其中工 件被固定的绕线方法相比，线嘴被沿着矩形或椭圆形轨道移动，简单的分裂芯使得能够采 用这样的绕线方法其中在线嘴被固定时，工件是移动的。由此，能够轻易地缠绕粗线。用 这种方式，在简单的分裂芯的情况下，芯块可以被单独加工；因此，具有高占空系数的绕线 就有可能实现。但是，在绕线工序之后将芯块组装为环形的过程中以及在将组装为环形的 芯块插入壳体内的过程中，没有装置可以用于将连接的芯块保持为环形。即使在有夹具可 以用于这些过程时，也要消耗大量的工时。为了保持环形而无需使用夹具，芯块必须通过例 如焊接或粘合而被固定地连接。特许公开(公布)号为2006-304495的日本专利申请公开了一种结构，其有助于 此类芯块的连接和固定。图19是示出了根据该公开文献中公开的方法如何将芯块以固定 状态彼此连接的视图。芯块21经过绝缘处理，然后就是紧密的绕线6。已经过绕线6的芯 块被设置为环形。然后，在将相邻的连接部分59被连接之后，利用粘合剂将连接的连接部 分59粘接在一起。每一个连接 部分59都具有类似于字母N的形状，用于允许相邻的连接 部分59彼此配合。但是，在未使用例如粘合剂就将这样的芯块组装的状态下，个体芯块在每一个连 接部分上的移动只在圆周方向上和相对于径向单向地受到限制。为了限制个体芯块相对于 径向双向地以及沿电机的轴向的移动以保持环形组装的状态，必须通过例如粘接或焊接来 连接芯块。也就是说，这样的分裂芯涉及的问题在于未使用粘合剂或任意其他连接装置而 组装的芯块很容易被彼此分离。类似的问题在外转子型无刷电机的定子芯(参见例如日本专利3261074和特许公 开(公布)号为H10-210669的日本专利申请)以及轴向间隙型无刷电机的定子芯(参见 例如特许公开(公布)号为2007-028853的日本专利申请)中也会涉及。磁极之间用于绕 线的槽在外转子型无刷电机的定子芯中被径向向外开口，而在轴向间隙型无刷电机的定子 芯中则被沿着旋转轴的轴向开口。因此，与上述内转子无刷电机中的定子芯相比，在绕线方 面不会遇到太多困难。但是，分裂芯的使用大大地有利于绕线。而且，分裂芯的使用提高了 用钢板冲压出预定形状毛坯的材料利用率。众所周知，磁极芯通常都是通过层压由钢板冲 压成预定形状的钢板毛坯而形成。冲压出具有磁极芯形状的环形件会留下具有很大面积的 无用的中心部件。作为对比，冲压出分裂芯的芯件不会包括这种无用的板件，从而提高了材 料的利用率。根据这种观点，即使在形成不需要绕线的磁性转子芯时，冲压出分裂芯的芯件 也会提高材料的利用率。但是，如上所述，仅仅是被组装在一起的芯块很容易被彼此分离。

发明内容
本发明的目标是解决分裂芯特有的问题，也就是为了使用与整体芯相比有助于绕 线并且提高了材料利用率的分裂芯结构而需要固定分裂芯的芯块的问题。本发明的另一个 目标是仅通过相邻芯块的简单接合即可限制组装好的芯块相对于圆周方向、径向和电机轴 向的双向移动并且能够将组装好的芯块插入到电机壳体内而无需通过例如焊接或粘合来 固定地连接相邻的芯块。本发明的芯块被以多于一块的数量使用，用于配置单个的环形磁极芯。芯块被沿 圆周方向设置并在其相对端彼此接合。芯块包括多个层叠为多级的芯段。每一个芯段都具有不对称的平面形状并且在其各自的相对端具有接合部分。芯块具有用于限制接合的相邻芯块相对于轴向、径向和圆周方向双向移动的锁合表面。每一个层叠为多级的芯段都具有臂部，以及在臂部末端沿圆周方向延伸的磁轭部 分。锁合表面由被彼此相邻地设置在磁轭部分的每一个相对端的突起和凹口确定。在至少 一个层叠为多级的芯段中，突起沿圆周方向从磁轭部分相应的相对端突出，而凹口被设置 用于接收相邻芯块相应的突起。在至少另外一个层叠为多级的芯段中，突起和相应的凹口 被以与所述的一个芯段的突起和凹口位置相反的关系彼此相邻地设置。每一个突起都具有 与突起的根部相比通过增加远端部分的厚度而在突起的远端部分成形的接合凸面，由此在 朝向根部的侧面形成接合凹面，相邻芯块的接合凸面与该接合凹面相接合。本发明的用于电机的磁极芯包括环形结合的多个芯块。每一个芯块都具有臂部， 以及在臂部末端沿圆周方向延伸的磁轭部分。至少磁轭部分被设置为使得多个芯段被沿电 机旋转轴的轴向或沿径向层叠为多级。每一个芯块都具有接合部分，接合部分在磁轭部分 各自的相对端处成形并且适合用于将芯块连接至相邻的芯块。在至少一个层叠为多级的芯 段中，每一个接合部分都具有沿圆周方向从磁轭部分对应的一个相对端延伸的突起，还具 有沿径向或轴向与突起并置并且适合用于接收相邻芯块的突起的凹口。在至少另外一个层 叠为多级的芯段中，每一个接合部分都具有相对于径向或轴向以与所述的一个芯段的突起 和凹口位置相反的关系设置的突起和凹口。在本发明的用于电机的磁极芯中，每一个芯块都被设置为使得多个单元芯块被沿 圆周方向连接。每一个单元芯块都具有臂部，以及在臂部末端沿圆周方向延伸的磁轭部分。 至少磁轭部分被设置为使得多个芯段被沿电机旋转轴的轴向或沿径向层叠为多级。每一个 芯块都具有接合部分，接合部分在位于芯块相对侧的磁轭部分各自的外端处成形并且适合 用于将芯块连接至相邻的芯块。在至少一个层叠为多级的芯段中，每一个接合部分都具有 沿圆周方向从磁轭部分对应的一个外端延伸的突起，还具有沿径向或轴向与突起并置并且 适合用于接收相邻芯块的突起的凹口。在至少另外一个层叠为多级的芯段中，每一个接合 部分都具有相对于径向或轴向以与所述的一个芯段的突起和凹口位置相反的关系设置的 突起和凹口。本发明使用了分裂芯，这就使得用粗线绕线和具有高占空系数的绕线成为可能并 且能够制造出高性能的电机。另外，根据本发明，组装好的芯块仅通过相邻芯块的简单接合 即可相对于圆周方向、径向和电机的轴向被双向固定。组装好的芯块可以被插入到电机壳 体内而无需通过例如焊接或粘合来固定地连接相邻的芯块。而且，根据本发明，用于相邻芯 块的连接结构非常简单。因此，本发明能够被应用于小尺寸电机。附图简要说明图1是示出了可以应用本发明的内转子无刷直流电机的完整结构的截面图；图2A是根据本发明的第一实施例在图1的电机中使用的定子芯的透视图，示出了 芯块组件；图2B到2E是单个芯块在从不同方向看时的透视图；图3A和3B是用于说明第一级芯段和第二级芯段的叠层的视图，其中图3A是第二 级芯段的透视图，而图3B是第二级芯段的平面图；图3C和3D分别是示出了第一级芯段的透视图和平面图3E是示出了层叠状态下的第一级芯段和第二级芯段的透视图；图3F是用于说明层压芯板的固定的视图；图4是用于说明相邻芯块如何被固定地接合的视图；图5A和5B是示出了相邻芯块被接合的状态的视图，其中图5A是用于说明第二级 芯段接合的视图，而图5B是用于说明第一级芯段接合的视图；图6A到6D是根据本发明第二实施例的定子芯的单个芯块在从不同方向看时的透 视图；图7A和7B是用于说明第二实施例定子芯的接合部分形状的视图，其中图7A是示 出了第二级芯段平面形状的视图，而图7B是示出了接合在一起的芯块的平面形状的视图； 图8A是示出了根据本发明第三实施例的定子芯的单个芯块在从不同方向看时的 透视图；图8B是图8A中的圈定区域的放大视图；图8C和8D是分别示出了第二级芯段的接合部分和第一级芯段的接合部分在接合 之前看时的视图；图8E是示出了已接合的芯块的平面图；图8F是示出了图8E中的圈定区域的放大视图；图9是根据本发明第四实施例的定子芯的单个芯块在从不同方向看时的透视图；图10是根据本发明第五实施例的定子芯的单个芯块在从不同方向看时的透视 图；图11是根据本发明第六实施例的定子芯的单个芯块的透视图；图12A和12B是示出了根据本发明第七实施例的不同类型定子芯的芯块的视图， 其中图12A是示出了 A类型的芯块的透视图，而图12B是示出了 B类型的芯块的透视图；图13A是示出了根据本发明第八实施例能够在外转子无刷直流电机中使用的分 裂结构的定子芯并且示出了芯块被组装为环形状态的平面图；图13B到13E是示出了单个芯块在从不同方向看时的透视图；图14是示出了能够在内转子无刷直流电机中使用的分裂结构的转子芯被安装在 旋转轴上的状态的透视图；图15A是示出了完整的转子芯的透视图；图15B到15E是示出了图15A中的转子芯的单个芯块在从不同方向看时的透视 图；图16A是示出了能够在轴向间隙式无刷直流电机中使用的定子芯的透视图；图16B到16E是示出了图16A中的定子芯的单个芯块在从不同方向看时的透视 图；图17A是示出了转子芯被安装在旋转轴上的状态的透视图；图17B和17C是分别示出了图17A中的转子芯在组装好的状态下的俯视图和透视 图；图17D是示出了图17A中的转子芯的芯块在组装之前看时的透视图；图18A是示出了通过冲压工序成形特许公开(公布)号为2000-201458的日本专 利申请中介绍的铰接结构的常规定子芯的芯体元件的平面图18B是示出了图18A中的二芯体元件被层压在一起的状态的平面图；和图19是示出了如何将特许公开(公布)号为2006-304495的日本专利申请中公 开的分裂芯的芯块以固定状态彼此连接的视图。
具体实施例方式下面将参照附图来介绍本发明的实施例。图1是示出了可以应用本发明的内转子 无刷直流电机的整体结构的截面图。电机壳体包括由金属或树脂形成的底端封闭的圆柱形 箱体4，以及由金属或树脂形成的箱盖5。箱盖5被装配至箱体4的开口部分的内周边中。 如随后将要详细介绍的那样，定子12被固定在圆柱形箱体4的内壁表面上。定子12被设置 为使绕线6通过绝缘体11被缠绕在分裂结构的定子芯10 (用于设置磁路的磁轭)上。电 机壳体包括箱体4和箱盖5，并且固定在电机壳体内的定子12构成了电机定子12 (电枢)。 箱体4的底部以及箱盖5都具有固定在其各自的中心的相应的轴承7。轴承7支撑转子13 的旋转轴1。旋转轴1相对端中的一端或两端伸出到电机壳体外部，并与用于驱动设备的外 部装置连接。
用作转子磁极的多块磁铁3被安装在转子芯2 (转子磁轭)上并且面向定子芯10， 转子芯2被固定在旋转轴1上。如随后将要参照图14和15详细介绍的那样，转子芯2也 可以是分裂芯结构。例如，圆柱形的成形的钕塑磁可以被用作转子磁铁3的组件。传感器 部件8被设置在电机定子侧上以通过利用设置在转子13表面上的转子磁铁3来检测转子 13的旋转位置。传感器部件8具有磁通量检测元件，例如霍尔元件9，用于检测由转子磁铁 3产生的磁通量。图2A到2E是示出了根据本发明的第一实施例在图1的电机中使用的定子芯的视 图。图2A是示出了芯块组件的透视图。图2B到2E是单个芯块在从不同方向看时的透视 图。在实际操作中，绕线是在已经经过绝缘处理的个体芯块21上进行的；然后，芯块21被 固定地连接在一起。但是为了便于说明，在图2和以下的说明内容里出现的附图中，对绝缘 处理和绕线的阐述均被省略。绝缘处理和绕线可以使用已知技术进行。图示的定子芯是相同形状的12个芯块21 (12极)的组件。每一个芯块21都被设 置为使得芯段沿旋转轴的轴向被层叠为两级。第一级芯段22和第二级芯段23不必沿旋转 轴的轴向具有相同的长度(相同数量的层压芯板)。在相同长度的情况下，第一级芯段22 和第二级芯段23具有相同的形状但是被以彼此反向的关系设置。要注意，磁极芯段通常被 设置为使得由钢板冲压而成预定形状的毛坯被层压；但是，磁极芯段也可以采取利用磁性 材料粉末的压块成形的实心体式形。每一个芯块都具有臂部25，以及沿圆周方向在臂部25的径向外端双向延伸的弧 形磁轭部分24。绕线在绝缘处理后的臂部25上进行。当芯块21被环形组装时，磁轭部分 24通过在个体的磁轭部分24的相对端处形成的接合部分27被彼此环形地连接。在芯块 21的圆周相对两侧的每一侧上，台阶26被形成在第一级芯段22和第二级芯段23的对应 的接合部分27之间。在芯块26的相对侧上形成的台阶26相应的肩部表面朝向相反的方 向。由于芯块21被彼此环形连接，因此台阶26的表面用作锁合表面。由此，就限制了芯块 21相对于旋转轴轴向的双向移动。图3A到3F是用于说明第一级芯段22和第二级芯段23的叠层的视图。图3A和3B分别是示出了第二级芯段23的透视图和平面图。图3C和3D分别是示出了第一级芯段 22的透视图和平面图。图3E是示出了层叠状态下的第一级芯段22和第二级芯段23的透 视图。图3F是用于说明层压芯板的固定的视图。第一级芯段22的包含接合部分的磁轭部 分24以及第二级芯段23的包含接合部分的磁轭部分24具有相同的形状，但是被以横向彼 此相反的关系设置。在该第一实施例中，至少芯段的磁轭部分24的平面形状是不对称的， 并且如图3B中所示，落在由两个关于电机轴的中心34的相同的圆心角α构成的环形范围 内。要注意，第一级芯段22和第二级芯段23在臂部25的形状方面不必彼此不同。如图所 示，随后将要详细介绍的径向外部突起33、径向内部突起32、径向外部凹口 35和径向内部 凹口 36构成了适合用于固定地连接芯块的接合部分；具体地，一个芯块的径向外部突起33 和径向内部突起32被分别与另一个芯块的径向外部凹口 35和再另一个芯块的径向内部凹 口 36相接合。径向外部突起33和径向内部凹口 36在磁轭部分24的一端被沿径向彼此并 置，而径向内部突起32和径向外部凹口 35则在磁轭部分24的另一端被沿径向彼此并置。 径向外部突起33和径向内部凹口 36构成的对以及径向内部突起33和径向外部凹口 35构 成的对可以与图示中的情况反向。但是，如图所示，当第一级芯段22在右侧具有径向内部 突起32而在左侧具有径向外部突起33时，第二级芯段23就以与第一级芯段22中的径向 内部突起和径向外部突起横向相反的关系具有径向内部突起32和径向外部突起33 ；具体 地，第二级芯段23在右侧具有径向外部突起33而在左侧具有径向内部突起32。由此构造的第一级芯段22和第二级芯段23被结合，从而构成如图3Ε中所示的单 个芯块。芯块的每一个这样的芯段都可以采取整体形式。但是，通常正如公知的那样，芯段 都是通过层压钢板形成的。更具体地，预定形状的毛坯是通过使用 压床由钢板冲压并随后 在模具内层压而成的。在模具内，层压的毛坯或钢板的压装部分37(图示的示例中有三个) 被压装以用于固定。压装的执行如下所述。如图3F中所示，与冲压同时地只在底部的钢板 39内形成有孔41。半冲压的压装部分38，其每一个都呈现出具有钢板一半厚度的突起的形 式，被形成在所有的要层压在底部钢板上的钢板内。随后，在模具内，半冲压的压装部分38 在层压的过程中被一张一张地设置，然后进行压装以固定。由此，在将钢板的层压件从模具 中取出时，层压件就表现为图3Ε中所示的整体式芯块的形式。可选地，在第一级芯段22和 第二级芯段23被如图3Α和3C中所示单独构造时，第一级芯段22和第二级芯段23可以通 过例如压装、粘合或焊接而被整合。在第一级芯段22和第二级芯段23具有相同数量的钢 板层压件的情况下，第一级芯段22和第二级芯段23是彼此相同的并且仅仅是被以彼此相 反的关系设置，由此提供了制造单一类型芯段的优点。用这种方式，芯块就由层叠为多层的 不对称芯段构成。在层叠各芯段时，为了建立起要被彼此接合的芯块的接合部分的紧密配 合，第一级芯段22和第二级芯段23被设置为使得第一级芯段22的径向内部突起32和外 部突起33与第二级芯段23的那些突起是径向相反的关系。众所周知，由此构造的芯块要经过绝缘处理，例如涂覆或附接绝缘体，随后再经历 绕线。绕线之后，如随后将要详细介绍的那样，相邻的芯块可以仅通过机械装配加工例如沿 径向或轴向施加压力或相对扭曲而被连接在一起。由此，环形组装的芯块即可保持其环形 状态而无需另外的连接过程例如粘合、焊接或压接。随后，芯块的环形组件被组装到箱体4 内(参见图1)。图4是用于说明相邻芯块如何被固定地接合的视图。如图4中所示，芯块A的径向外部突起33被成形为使芯段磁轭部分24的径向外部部分沿圆周方向突出。与径向外部突起33的形成相关联，径向内部凹口 36被形成在径向外部突起33的径向内侧。径向外部 突起33具有通过将径向外部突起33的远端部分径向向内突出而形成的接合凸面43。由 于接合凸面43的形成，接合凹面44被成形在径向外部突起33的朝向根部的侧面。换句话 说，径向外部突起33被设置为使其远端部分在径向长度(厚度)上要大于其根部。芯块B 的径向内部突起32被成形为使芯段磁轭部分24的径向内部部分沿圆周方向突出。与径向 内部突起32的成形相关联，径向外部凹口 35被形成在径向内部突起32的径向外侧。径向 内部突起32具有通过将径向内部突起32的远端部分径向向外突出而形成的接合凸面43。 由于接合凸面43的形成，接合凹面44被成形在径向内部突起32的朝向根部的侧面。换句 话说，径向内部突起32被设置为使其远端部分在径向长度(厚度)上要大于其根部。由此， 在接合相邻的芯块A和芯块B时，芯块A的接合凸面43被装配进芯块B的接合凹面44内， 而芯块B的接合凸面43被装配进芯块A的接合凹面44内。接合凸面43和接合凹面44的 接合表面用作锁合表面，从而建立起固定的接合。因此，接合的芯块A和B不能被轻易地沿 圆周方向彼此分离。图5A和5B是示出了相邻芯块被接合在一起的状态的视图。图5A是用于说明第 二级芯段23的接合的视图。图5B是用于说明第一级芯段22的接合的视图。如前所述，第 一级芯段22和第二级芯段23能够被设置为与图示中的情况反向的关系。如果只存在第二 级芯段23，如图5A中的箭头所示，芯块A就可以径向向外移动，而芯块B就可以径向向内移 动。但是，实际上，第一级芯段22被与相应的第二级芯段23结合。因此，芯块A的径向向 外移动和芯块B的径向向内移动即可分别被芯块B的第一级芯段22接合部分的锁合表面 和芯块A的第一级芯段22接合部分的锁合表面限制。也就是说，在芯块接合之后，芯块的 径向移动会受到限制。而且，两个接合芯块的这种将芯块沿圆周方向彼此分离的动作会被芯块的接合凸 面共同限制。如上所述，当芯块被整合时，芯块的径向移动会受限；由此，接合芯块就不能沿 径向彼此分离。在组装芯块时，要接合的芯块经受周向的压力，由此通过利用芯块的弹性变 形迫使芯块的接合部分彼此配合。在完成所有芯块的组装之后，利用由设置在磁轭部分相 对端的突起和凹口构成的锁合表面来限制芯块沿轴向、径向和圆周方向的移动。图6A到6D是示出了根据本发明第二实施例的定子芯的芯块的视图。图6A到6D 是单个芯块在从不同方向看时的透视图。类似于上述的第一实施例，定子芯是相同形状的 12个芯块21(12极)的组件。每一个芯块都被设置为使得芯段沿旋转轴的轴向被层叠为两 级。而且，类似于第一实施例，芯块通过在个体芯块的相对端处形成的接合部分27被环形 地组装在一起。接合部分27不同于第一实施例中的那些结构。图7A和7B是用于说明第二实施例定子芯的接合部分形状的视图。图7A是示出 了第二级芯段23平面形状的视图。图7B是示出了接合在一起的芯块的平面形状的视图。 类似于第一实施例，径向外部突起33、径向内部突起32、径向外部凹口 35和径向内部凹口 36构成了适合用于固定地连接芯块的接合部分。一个芯块的径向外部突起33和径向内部 突起32被分别与相邻芯块的径向外部凹口 35和另一个相邻芯块的径向内部凹口 36相接 合。径向外部突起33和径向内部凹口 36在磁轭部分24的一端被沿径向彼此并置，而径向 内部突起32和径向外部凹口 35则在磁轭部分24的另一端被沿径向彼此并置。径向外部突起33和径向内部凹口 36构成的对以及径向内部突起32和径向外部凹口 35构成的对可 以与图示中的情况反向。突起和凹口的细节可以类似于已经参照图4介绍的第一实施例中 的情况。通过接合部分接合的相邻芯块不能被轻易地沿着圆周方向彼此分离。在图7A和7B示出的定子芯中，磁轭部分径向内侧的圆周端位于在侧线和右侧线 上，左侧线和右侧线与公共的中心线一起构成相应的关于电机轴的中心34相同大小的圆 心角α。在图7Α中所示的平面形状是第二级芯段23的平面形状时，第一级芯段22的平面 形状就与第二级芯段23的平面形状成横向相反的关系。即使在该第一级芯段22中，磁轭 部分24径向内侧的圆周端位于在侧线和右侧线上，左侧线和右侧线也与公共的中心线一 起构成相应的相同大小的圆心角α。当包括第一级芯段22和第二级芯段23的两个芯块如 图7Β中所示被接合时，径向内部突起32和径向内部凹口 36之间的径向锁合表面就在同一 直线上对齐。也就是说，第一级芯段22和第二级芯段23具有各自的彼此对齐或位于同一 平面内的表面。因此，在组装芯块时，除了上述第一实施例的在其中向要被接合的芯块施加 周向压力以迫使芯块彼此配合的接合方法之外，该第二实施例还能够通过相对扭曲来接合 两个芯块。具体地，在芯块为两级结构的情况下，要接合的两个芯块被按如下方式设置一 个芯块的接合部分的突起被径向向外地(例如在周向的右侧)设置在第一级芯段22处，而 另一个芯块的接合部分的突起被径向向外地(例如在周向的左侧)设置在第二级芯段处。 在此状态下，芯块被相对扭曲以促使接合部分彼此相连，由此将芯块组装在一起。为了将两 个芯块中的每一个都与周向相对侧的另一个芯块接合，两个芯块中的每一个都必须被沿着 与芯块已经被扭曲而用于接合两个芯块的方向相反的方向扭曲。因此，在所有的芯块都被 组装在一起时，芯块的移动就会受到相对于轴向、径向和圆周方向的双向限制。
图8Α到8Ε是示出了根据本发明第三实施例的定子芯的芯块的视图。图8Α是示 出了单个芯块在从不同方向看时的透视图；图8Β是图8Α中的圈定区域的放大视图；图8C 和8D是分别示出了第二级芯段23的接合部分和第一级芯段22的接合部分在接合之前看 时的视图；图8Ε是示出了已接合的芯块的平面图；而图8F是示出了图8Ε中的圈定区域的 放大视图。图示的定子芯类似于上述第一实施例中的定子芯，只是在径向内侧上设置了小 突起46。类似于第一实施例，要被接合在一起的径向外部突起33和径向内部凹口以及要 被接合在一起的径向内部突起32和径向内部凹口 36构成了适用于固定地连接芯块的相应 的接合部分。在该第三实施例中，微突起46被成形在径向内部凹口 36的径向内侧。如图 8Ε和8F中所示，当相邻的芯块被接合时，装配进一个芯块的径向内部凹口 36内的另一芯块 的径向内部突起32被以这样的方式限制其移动被固定在位于径向内部突起32的径向外 部的一个芯块的径向外部突起33和位于径向内部突起32的径向内部的一个芯块的小突起 46之间。图9是根据本发明第四实施例的定子芯的单个芯块在从不同方向看时的透视图。 在该第四实施例的定子芯中，芯块由层叠为四级的四个不对称芯段构成。由图示的第一级 芯段22和第二级芯段23构成的对和图示的第三级芯段47和第四级芯段48构成的对中的 每一对都对应于图2中示出的第一实施例的芯块，只是钢板层压件的数量不同。换句话说， 图9中示出的第四实施例的芯块对应于层叠为两级的第一实施例中的两个芯块。这样的多 级芯段的叠层建立起更牢固的相邻芯块的接合。用这种方式，本发明可以被实施为使得芯段被层叠为两级或更多级。图10是根据本发明第五实施例的定子芯的单个芯块在从不同方向看时的透视 图。在定子芯中，芯块由层叠为三级的三个芯段构成以使对称的芯段被夹在不对称的芯段 之间。图示的第二级芯段23不具有上述的接合部分。相邻的第二级芯段23被以这样的方 式连接其磁轭部分对立的圆周端彼此接触。通过分别位于第二级芯段23下方和上方的第 一级芯段22和第三级芯段47的接合部分来提供连接第二级芯段23的作用力。图10中示 出的第一级芯段22和第三级芯段47分别对应于图2中示出的第一实施例的第一级芯段22 和第二级芯段23，只是钢板层压件的数量不同。图11是根据本发明第六实施例的定子芯的单个芯块的透视图。在定子芯中，单个 芯块被设置为使三个臂部A到C与单个的弧形磁轭部分整体形成。在形成例如图2A中示 出的环形定子芯(12极)时，如图11所示，四个芯块(每块具有3极)被连接。接合部分 27设置在与三个臂部A到C整体形成的磁轭部分的相对端。在绕线工作因为绕得是细线而 不会遇到特定困难的情况下，使用图示结构的芯块从提高芯材利用率和减少芯块接合所需 工时的数量的角度看是有利的。已经介绍了本实施例，其中提及了芯块被设置为使得三个 臂部(3极)与单个的磁轭部分整体形成。但是，在本发明中，对于臂部的数量没有加以特 别的限制。任意数量的臂部都可以被与磁轭部分整体形成以构成单个的芯块。 图12A和12B是示出了根据本发明第七实施例的不同类型定子芯的芯块的视图。 图12A和图12B是分别示出了 A类型芯块和B类型芯块的透视图。A类型芯块和B类型芯 块都是对称的。在A类型的芯块中，第二级芯段23具有从其周向相对侧突出的径向外部突 起33，而第一级芯段22具有从其周向相对侧突出的径向内部突起32。B类型芯块与A类型 芯块成相反关系；具体地，第一级芯段22具有从其周向相对侧突出的径向外部突起33，而 第二级芯段23具有从其周向相对侧突出的径向内部突起32。不用说，突起均伴有各自的凹 口。类似于上述的实施例，第一级芯段22和第二级芯段23可以是相反的形状。在第一级 芯段22和第二级芯段23具有相同数量的层压芯板的情况下，A类型和B类型是彼此相同 的并且仅仅是被以彼此间垂直地相反的关系设置。A类型和B类型的芯块被沿圆周方向交 替地设置并彼此接合，由此芯块即可被环形接合。因此，本实施例也可以产生类似于前述实 施例所产生的效果。图13A到13E是示出了根据本发明第八实施例能够在外转子无刷直流电机中使用 的分裂结构的定子芯的视图。图13A是示出了芯块21被组装为环形状态的平面图。图13B 到13E是示出了单个芯块在从不同方向看时的透视图。图示的定子芯是相同形状的12个 芯块21 (12极)的组件。每一个芯块21都被设置为使得芯段沿旋转轴的轴向被层叠为两 级。用这种方式，图13A到13E中示出的芯块结构类似于上述第一实施例中的结构。类似 于第一实施例，每一个芯块都具有上面缠有绕线的臂部25，以及沿圆周方向从臂部25双向 延伸的磁轭部分24。但是，每一个芯块21与第一实施例中芯块的不同之处在于磁轭部分 24在臂部25的径向内端沿圆周方向伸出。磁轭部分24在其周向的相对端具有接合部分 27用于和相邻的芯块接合。已经介绍了本实施例，同时提及了类似于上述第一实施例中的 芯块。但是，类似地，上述第二至第七实施例中的芯块也可以被变形或修改以应用到外转子 无刷直流电机的定子芯中。以下将介绍对图1中示出的转子芯应用分裂结构。图14是示出了分裂结构的转子芯2被安装在旋转轴1上的状态的透视图。图15A是示出了完整的转子芯2的透视图。 图15B到15E是示出了单个芯块在从不同方向看时的透视图。绕线没有被缠绕在转子芯 上，并且如图14中所示，环形磁铁3被从外部装配至转子芯2。图示的转子芯2是相同形状 的八个芯块21的组件。每一个芯块21都被设置为使芯段被沿着旋转轴1的轴向层叠为两 级。用这种方式，图14以及15A到15E中示出的芯块结构就类似于第一实施例中的定子芯 结构。类似于第一实施例，每一个芯块21都具有臂部25 (上面未缠有绕线)，以及沿圆周方 向在臂部25的径向外端双向延伸的磁轭部分24。磁轭部分24在其周向的相对端具有接合 部分27，用于和相邻的芯块接合。已经介绍了本实施例，其中提及了类似于上述第一实施例 中的芯块。但是，类似地，上述第二至第七实施例中的芯块也可以被变形或修改以应用到转 子芯中。
以下将介绍本发明对于轴向间隙型无刷电机的定子芯的应用。图16A是示出了整 个定子芯的透视图。图16B到16E是示出了单个芯块在从不同方向看时的透视图。图示的 芯块21由磁性材料粉末的压块而不是钢板层压件形成。尽管没有示出，但是绕线被缠绕在 臂部25上。转子磁铁被以这样的方式设置在图16A中示出的芯块21上方面对芯块21并 具有沿旋转轴的轴向设置在其间的间隙。该结构是一种已知结构。图示的定子芯是相同形状的12个芯块21 (12极)的组件。类似于上述的第一实 施例，每一个芯块21都具有上面缠有绕线的臂部25，以及沿圆周方向从臂部25双向延伸的 磁轭部分24。但是，每一个芯块21与第一实施例中芯块的不同之处在于磁轭部分24在沿 旋转轴轴向设置的臂部25的一个相对端沿圆周方向双向延伸(在臂部25面向转子磁铁的 那一侧的相对侧)。由于在第一实施例中，芯段被沿旋转轴的轴向层叠为两级，因此磁轭部 分24与第一实施例中磁轭部分的不同之处在于芯段被沿径向层叠为两级。但是，类似于第 一实施例，磁轭部分24在其周向相对端具有接合部分27，用于和相邻的芯块接合。不过，由 于在第一实施例中突起和凹口被沿径向彼此并置，因此构成接合部分的突起52和凹口 51 与第一实施例中的不同之处在于突起52和凹口 51被沿旋转轴的轴向彼此并置。已经介绍 了本实施例，其中提及了类似于上述第一实施例中的芯块21。但是，类似地，上述第二至第 七实施例中的芯块21也可以被变形或修改以应用到轴向间隙型无刷电机的转子芯中。类似于上述的外转子型电机，用于轴向间隙型无刷电机的绕线工作也便于通过使 用分裂芯进行。以下将介绍本发明对于具有电刷的直流电机的转子芯的应用。图17A是示出了转 子芯2被安装在旋转轴1上的状态的透视图。图17B和17C是分别示出了转子芯2在组装 好的状态下的俯视图和透视图。图17D是示出了芯块在组装之前看时的透视图。尽管未示 出，但是在芯块上缠有绕线。图示的转子芯是相同形状的3个芯块(3极)的组件。每个芯 块都被设置为使得芯段被沿旋转轴1的轴向层叠为两级。用这种方式，图17A至17D中示 出的芯块结构类似于上述第一实施例中的芯块结构。类似于第一实施例，每一个芯块都具 有上面缠有绕线的臂部25，以及沿圆周方向从臂部25双向伸出的磁轭部分24。但是，每一 个芯块与第一实施例中芯块的不同之处在于磁轭部分24在臂部25的径向内端沿圆周方向 双向延伸。磁轭部分24在其周向相对端具有接合部分27用于和相邻的芯块接合。已经介 绍了本实施例，其中提及了类似于上述第一实施例中的芯块。但是，类似地，上述第二至第 七实施例中的芯块也可以被变形或修改以应用到具有电刷的直流电机的转子芯中。
尽管已经参照上述实施例介绍了本发明的芯块，但是本发明并不局限于此。例如， 本发明可以被应用到具有类似于内转子型无刷电机定子芯的永磁型步进电机的定子芯、可 变阻抗型步进电机的定子芯和转子芯、混合动力型步进电机的定子芯、感应电机的定子芯、 交直流两用电机的定子芯以及具有的结构类似于直流电机的芯体基本结构的交直流两用 电机的转子芯。因此，所有这样的变形都应被理解 为包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种以多于一块的数量使用的芯块，用于通过互相接合沿圆周方向设置的个体芯块的相对端来配置单个的环形磁极芯，所述芯块包括多个层叠为多级的芯段，每一个芯段都在其各自的相对端具有接合部分；其中芯块具有用于限制接合的相邻芯块相对于轴向、径向和圆周方向双向移动的锁合表面。
2.如权利要求1所述的芯块，其中，每一个层叠为多级的芯段都具有臂部，以及在臂部 末端沿圆周方向延伸的磁轭部分；锁合表面由突起和凹口限定，突起和凹口被彼此相邻地 设置在磁轭部分的每一个相对端；在至少一个层叠为多级的芯段中，突起沿圆周方向从磁 轭部分相应的相对端突出，而凹口被设置用于接收相邻芯块的相应的突起；并且在至少另 外一个层叠为多级的芯段中，突起和相应的凹口被以与所述的一个芯段的突起和凹口位置 相反的关系彼此相邻地设置。
3.如权利要求2所述的芯块，其中，每一个突起都具有接合凸面，接合凸面通过与突起 的根部相比增加远端部分的厚度而在突起的远端部分形成，由此在朝向根部的侧面形成接 合凹面，相邻芯块的接合凸面与该接合凹面相接合。
4.如权利要求3所述的芯块，其中，磁轭部分的平面形状是不对称的；在至少一个层叠 为多级的芯段中，在磁轭部分一端形成的突起和凹口与在磁轭部分的另一端成形的突起和 凹口是不对称的；并且在至少另外一个层叠为多级的芯段中，突起和凹口被以与所述的一 个芯段的突起和凹口位置相反的关系形成。
5.如权利要求4所述的芯块，其中，在所有层叠为多级的芯段中，位于径向内侧的突起 和位于径向外侧的凹口被形成为使得磁轭部分径向内侧的周端被在相同的直线上对齐。
6.如权利要求3所述的芯块，其中，与位于凹口径向外侧的突起不同的小突起形成在 凹口的径向内侧。
7.如权利要求3所述的芯块，其中，磁轭部分具有对称的平面形状，在至少一个层叠为 多级的芯段中，突起和凹口彼此相邻地形成在磁轭部分的每一个相对端；并且在至少另外 一个层叠为多级的芯段中，突起和凹口被以与所述的一个芯段的突起和凹口相反的关系彼 此相邻地形成在磁轭部分的每一个相对端。
8.如权利要求3所述的芯块，其中，芯块被设置为使得由钢板冲压而成的毛坯通过压 配合被层压并固定在一起。
9.如权利要求3所述的芯块，其中，芯块被设置为使得相同结构的芯段被以交替的相 反的方式层叠为多级，每一个芯段都被设置为使得由钢板冲压而成的毛坯通过压配被层压 并固定在一起。
10.如权利要求3所述的芯块，其中，至少还有另外一个层叠为多级的芯段不具有接合 部分，并且以这样的方式被连接至相邻的芯块其磁轭部分的周端与相邻芯块相接触。
11.如权利要求3所述的芯块，其中，当通过相邻级的芯段之间形成的台阶将芯块环形 地结合时，相对于轴向的芯块的移动受到双向的限制。
12.如权利要求1所述的芯块，其中，芯块被设置为使多个臂部与单个磁轭部分形成整 体，并且接合部分被设置在芯块相应的相对端。
13.一种用于电机的磁极芯，包括如权利要求1至12中的任意一项所述的多个芯块，芯 块被环形地结合。
14.一种用于电机的磁极芯，包括环形地结合的多个芯块，其中每一个芯块都具有臂部，以及在臂部末端沿圆周方向延伸的磁轭部分，并且至少磁轭 部分被设置为使得多个芯段被沿电机旋转轴的轴向或沿径向层叠为多级；每一个芯块都具有接合部分，接合部分形成在磁轭部分相应的相对端并且适合用于将 芯块连接至相邻的芯块；并且 在至少一个层叠为多级的芯段中，每一个接合部分都具有沿圆周方向从磁轭部分对应 的一个相对端延伸的突起，还具有沿径向或轴向与突起并置并且适合用于接收相邻芯块的 突起的凹口，并且，在至少另外一个层叠为多级的芯段中，每一个接合部分都具有相对于径 向或轴向以与所述的一个芯段的突起和凹口位置相反的关系设置的突起和凹口。
15.如权利要求14所述的用于电机的磁极芯，其中，沿圆周方向从磁轭部分延伸的每 一个突起都具有接合凸面，接合凸面通过与突起的根部相比增加远端部分的厚度而在突起 的远端部分形成，由此在朝向根部的侧面形成接合凹面，相邻芯块的接合凸面与该接合凹 面相接合。
16.一种用于电机的磁极芯，包括环形结合的多个芯块，其中每一个芯块都被设置为使得多个单元芯块被沿圆周方向连接，每一个单元芯块都具有 臂部以及在臂部末端沿圆周方向延伸的磁轭部分，并且至少磁轭部分被设置为使得多个芯 段被沿电机旋转轴的轴向或沿径向层叠为多级；每一个芯块都具有接合部分，接合部分在位于芯块相对侧的磁轭部分相应的外端处形 成并且适合用于将芯块连接至相邻的芯块；在至少一个层叠为多级的芯段中，每一个接合部分都具有沿圆周方向从磁轭部分对应 的一个外端延伸的突起，还具有沿径向或轴向与突起并置并且适合用于接收相邻芯块的突 起的凹口，并且，在至少另外一个层叠为多级的芯段中，每一个接合部分都具有相对于径向 或轴向以与所述的一个芯段的突起和凹口位置相反的关系设置的突起和凹口。
17.如权利要求16所述的用于电机的磁极芯，其中，每一个突起都具有接合凸面，接合 凸面通过与突起的根部相比增加远端部分的厚度而在突起的远端部分形成，由此在朝向根 部的侧面形成接合凹面，相邻芯块的接合凸面与该接合凹面相接合。
全文摘要
本发明公开了芯块以及用于电机的使用芯块的磁极芯。一种芯块(21)，具有臂部(25)，以及在臂部(25)末端沿周向延伸的磁轭部分(24)。至少磁轭部分(24)被设置为使得多个芯段被沿轴向或沿径向层叠为多级。每一个芯块(21)都具有接合部分(27)，接合部分(27)在磁轭部分(24)相应的相对端处形成并且适合用于连接相邻的芯块(21)。在第一级芯段(22)中，每一个接合部分(27)都具有沿周向从磁轭部分(24)对应的一个相对端延伸的突起，还具有沿径向与突起并置并且适合用于接收相邻芯块的突起的凹口。在第二级芯段(23)中，每一个接合部分(27)都具有相对于径向以与第一级芯段(22)的突起和凹口位置相反的关系设置的突起和凹口。
文档编号H02K29/00GK101841193SQ20101013470
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月15日 优先权日2009年3月13日
发明者木下乃武雄 申请人:马渊马达株式会社