密封壳结构的电动机中的被分割的定子铁心部件和用该部件的定子铁心以及电动的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种密封壳结构的电动机中的被分割的定子铁心部件和用该部件的定子铁心以及电动机。在组装被分割的定子铁心部件来形成定子铁心之际，各定子铁心部件的制造误差不对电动机的效率带来影响的定子铁心。构成电动机的定子铁心用的定子铁心部件，包括：部分圆筒状的部分圆筒状部，和与从该圆筒状部朝向定子铁心的中心的齿部，所述部分圆筒状部的两端部具有与邻接的其他部分圆筒状部的端部对应的接合形状，该接合形状是沿定子铁心的半径方向的波形曲线形状。
【专利说明】密封壳结构的电动机中的被分割的定子铁心部件和用该部件的定子铁心以及电动机
【技术领域】
[0001]本申请发明涉及一种电动机的定子铁心，尤其涉及一种密封壳结构的电动机中的被分割的定子铁心部件和用该部件的定子铁心以及电动机。
【背景技术】
[0002]图1所示那样的真空泵历来为人所共知，在该真空泵中设有旋转驱动泵主轴20用的电动机15。这样的真空泵被广泛地使用于半导体制造工艺中的真空室内的过程气体的排气等中。图1中所示的电动机15的情况，是电动机转子40被直接连结到泵主轴20上的结构。因此，由于结构上的原因，有时转子室19内电动机转子40接触到从泵室漏出的过程气体。由于半导体制造中所用的过程气体具有腐蚀性，因此电动机转子40等采用具有耐腐蚀性的材料来制造。
[0003]另一方面，对电动机定子100M也有必要保护，使之不受因与过程气体接触而引起的腐蚀。作为对腐蚀的保护方法而言，除了对电动机定子整体加以树脂密封的例子以外，还有在电动机转子40与电动机定子100M之间设置密封壳17的例子。这里，所谓密封壳17是指隔离电动机转子40与电动机定子100M用的圆筒状构件。这样，具有用密封壳17隔离电动机转子40与电动机定子100M的结构的电动机被称为密封电动机。另外，运转控制装置140被连接到电动机15中。
[0004]为将电动机做成密封结构，有时在定子铁心的内周面部设置金属密封壳。原本希望该密封壳正确地制作其内周面和外周面的尺寸，并无间隔地被组装到由机械加工进行尺寸管理的定子铁心的内周面上。然而，实际的密封壳制造中，往往不是用机械加工来制造薄壁的密封壳构件，而是用圆筒弯曲加工与密封焊接来制造薄的金属板。在这种方法中，“热压配合”或“无间隙”制造是非常困难的。因此，在制造使用金属密封壳的密封电动机时，多为在将密封壳插入定子铁心的内部后，向着机械尺寸精度比较高的定子铁心的内周面，施行使金属密封壳扩张并紧贴的加工工艺。通过这种加工，便能控制定子铁心的内周面尺寸与金属密封壳的尺寸，并能正确控制电动机转子与电动机定子间的间距(间隙尺寸)。另夕卜，有必要设计并制造电动机转子与电动机定子间的间距使其为极小。这是因为在间距越大时，定子铁心中产生的旋转磁场其磁损耗越大，且转子的旋转力越下降的缘故。换言之，是因为作为电动机的电-机转换效率下降的缘故。
[0005]另一方面，在设置有金属密封壳的状态下使旋转磁通产生时，在密封壳中将产生涡电流，并产生因该涡电流而引起的损耗。在着眼于高效率的电动机的设计时，为避免因该涡电流引起的损耗，选择了用树脂等的非金属材料做的密封壳。在树脂密封壳的情况中，因可以采用模具的注塑等方法来制造，所以能够比较正确地制作密封壳的内周面与外周面的尺寸。然而，树脂密封壳多数情况下是脆性的构件，因此难以在定子铁心的内周面上为无间隙地设置而进行扩张紧贴加工。又因为是树脂构件，故“热压配合”加工等也是困难的。因而，在采用树脂的密封壳时，在定子铁心的内周面与树脂密封壳的外周面之间，在机械加工中会产生因不可避免的交叉尺寸而引起的间隙。
[0006]图2是示出电动机定子201与密封壳209的立体图，图3是从端面侧看该立体图的图。图2中示出使电动机定子201的中心轴线为垂直方向。由图2可见，电动机定子201包括圆筒状的定子主体与从该定子主体向半径方向内侧延伸的齿部205。齿部205具有以一定的宽度从定子主体侧延伸的，且在与密封壳209碰接的前端部上呈逐渐扩张的形状。并且，在该齿部205的周围卷绕励磁用的线圈207。
[0007]线圈207希望尽可能绕得密且绕得多。这是因为线圈207绕得越密且多，产生的磁通密度就越高，作为电动机整体的输出效率就越高。然而，在如图2和图3所示那样的已经设有齿部205的圆筒状电动机定子201的情况下，在齿部205的周围密集地绕线圈207是非常困难的。这是因为有必要在各齿部205之间的狭窄空间内卷绕线圈207。
[0008]图4是示出为解决上述问题的一例的图。如该图所示，为对齿部405-1、405_2等卷绕密且圈数多的线圈，圆筒状的电动机定子401沿圆周方向被分割为多个。这时，电动机定子401便由每个具有所述齿部405-1?405-6的多个定子铁心部件(例如401-1?401-6)所构成。而且，在各自分别地做成的定子铁心部件401-1?401-6的齿部405-1?405-6的周围，便能够密集地且尽可能多地卷绕线圈。然后，将这样绕成的定子铁心部件沿圆周方向连接，形成圆筒状的电动机定子401。
[0009]专利文献中公开了用上述那样的分割的定子铁心部件的例子(参照专利文献2)。在该例中，为了进行多个定子铁心部件之间的互相连接，在各定子铁心部件中的定子铁心主体的两端部上，形成相互对应的凹口与突起。即是说，在邻接的2个定子铁心主体的端部上，设置凹口结构与突起结构，利用它们的互相嵌合，使定子铁心部件之间结合(参照引用文献2的图3和图4)。
[0010]可是，如上所述，从一般的电动机中提高电-机转换效率的观点来看，希望电动机定子与电动机转子之间的间距尽可能做得小些。特别在具备如图2所示那样的密封壳209的电动机的情况下，为了使电动机定子201与电动机转子203之间的间距做得小，齿部205的前端部2051有必要与密封壳209的外周面碰接。这是因为，当因齿部205的制造误差等的原因引起的，在齿部205的逐渐扩张的端部2051与密封壳209之间存在空隙时，与电动机转子203的距离就相应变大，作用于电动机转子203的磁力就减少，电动机效率就降低。
[0011]专利文献
[0012][专利文献I]日本特开2012-120268号公报
[0013][专利文献2]日本特开2009-95189号公报
[0014]图4中，作为一例示出在第2个齿部405-2的前端部与密封壳409之间存在空隙d2的情况。这是定子铁心主体(部分圆筒状部)中不存在制造误差，而齿部405-2的长度中存在制造误差的情况。这种情况下，第2个齿部405-2与电动机转子的距离与其他齿部405-1等相比来得大，作用于电动机转子的磁力就低。
[0015]另一方面，在齿部的长度存在制造误差的状态下组装电动机定子时(参照图5(a))，在相互邻接的定子铁心主体的接合部中就会产生偏移(参照图5 (b)的X部)。例如，图5 (b)示出齿部405-2仅比其他的齿部长的情况。在产生这种偏移时，定子铁心主体彼此间的碰接面积减少，磁阻就会增大。而且，如图6 (b)所示，还在定子铁心主体的接合部存在产生圆周方向的间隙的情况(参照图6 (b)的X部)，这时也妨碍磁通的流路410，并使磁阻增大。
[0016]另外，虽然上述专利文献2的发明不是密封电动机，但上述那样的制造误差成为大问题。即是说，假如采用上述专利文献2那样的精密嵌合结构时，也要考虑因制造误差而不能完全适当地组装定子铁心。假如就算被组装了，也因没有修正(或吸收)制造误差的结构，在应用于密封电动机时，在一个或以上的齿部的前端部与密封壳之间将产生空隙。另一方面，当使用专利文献2那样的精密的嵌合结构，并使最优先嵌合定子铁心部件整体时，由于定子铁心部件的制造误差，会产生齿部的前端部没有碰接密封壳的定子铁心部件的情形。
[0017]而且，图7、图8示出的例子虽然不是引用文献2有关的发明那样的精密嵌合结构，但用了嵌合凹口构造710。这种情况也与专利文献2的发明同样的，凹口并不恰当一致或齿部没有碰接密封壳，或者不能避开这两方面的弊病。图8 (b)示出凹口并不恰当一致的情况(参照图中的X部)。如该图所示，在定子铁心部件703的接合部中，产生半径方向的偏移和圆周方向的间隙。
【发明内容】
[0018]因此，本发明的目的在于，在制造密封电动机时，即便在组装各自具有制造误差可能性的定子铁心部件的情况下，也提供制造误差的影响不对电动机的效率带来影响(不使磁阻增大)的电动机定子。特别是对用树脂密封壳时的电动机定子，为使与密封壳的外周面之间的间隙为最小限度，将定子铁心做成分割结构，且与密封壳的外周面可靠地接触(紧贴)那样的结构。具体如下。
[0019]本申请的第I发明中采用的结构，是构成电动机的定子铁心用的定子铁心部件，且所述定子铁心部件包括:部分圆筒状的部分圆筒状部，和与从该部分圆筒状部朝向定子铁心的中心的齿部，所述部分圆筒状部的两端部具有与邻接的其他部分圆筒状部的端部对应的接合形状，该接合形状是沿定子铁心的半径方向的波形曲线形状。
[0020]又，第2发明中采用这样的结构:所述波形曲线形状是正弦波。
[0021]又，第3发明中采用这样的结构:所述正弦波是相当于不满半波长的形状。
[0022]又，第4发明中采用这样的结构:所述定子铁心部件是在定子铁心的中心轴线方向上层叠多片板状体的部件，在所述部分圆筒状部的两端部，沿所述中心轴线方向交替配置具有第I波形曲线形状的第I板状体与具有使所述第I波形曲线形状颠倒的第2波形曲线形状的第2板状体。
[0023]又，第5发明中采用这样的结构:沿所述中心轴线方向，所述第I板状体连续地被配置多片，所述第2板状体连续地被配置多片。
[0024]又，第6发明中采用这样的结构:组装第I?第5发明中任一项所述的定子铁心部件而形成的定子铁心。
[0025]又，第7发明中采用这样的结构:包括第6发明的定子铁心的电动机。
[0026]而且，第8发明中采用的结构是在第7发明中，所述电动机包括配置于所述定子铁心的内侧的圆筒状的密封壳，所述密封壳的外周面直径比所述各定子铁心部件彼此间在完全地嵌入的状态下所述各齿部的前端部形成的内周面直径来得大。
[0027]发明的效果[0028]根据本申请的实施方式有关的发明，例如在密封电动机中，即使定子铁心部件产生制造误差，也能够进行电动机定子的组装，而且可以避免因制造误差的存在而引起的磁阻的增大。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是示出具有密封电动机的真空泵的概略截面图。
[0030]图2是示出与相关技术有关的定子的结构立体图。
[0031]图3是从图2所公开的定子的端面侧看到的图。
[0032]图4是示出与相关技术有关的由多个定子铁心部件构成的定子铁心的立体图。
[0033]图5是对图4中公开的定子铁心部件因制造误差而引起的磁阻增加的主要原因进行说明的说明图。
[0034]图6是对图4中公开的定子铁心部件因制造误差而引起的其他的磁阻增加的主要原因进行说明的说明图。
[0035]图7是示出与相关技术有关的带凹口的定子铁心部件的概略图。
[0036]图8是对图7中公开的定子铁心部件因制造误差而引起的磁阻增加的主要原因进行说明的说明图。
[0037]图9是组装本发明的第I实施方式的定子铁心部件作为定子铁心，并从端面侧看到该定子铁心的图。
[0038]图10是图9中公开的定子铁心从端面侧看到组装前的状态的图。
[0039]图11是示出由多片板状体构成的定子铁心部件的图。(层叠钢板的咬合结构例I)。
[0040]图12是对用图10中公开的定子铁心部件吸收制造误差的原理进行说明的说明图。
[0041]图13是示出使邻接的定子铁心部件嵌合，并产生有间隙g的状态图。
[0042]图14是对图13中公开的定子铁心部件的对接部中的磁路进行说明的说明图。
[0043]图15是示出第2实施方式的，由多片板状体构成的定子铁心部件的图。(层叠钢板的咬合结构例2)。
[0044]图16是示出第3实施方式的，由多片板状体构成的定子铁心部件的图，并示出相同形状的板状体多片连续情况的图。(层叠钢板的咬合结构例3)。
[0045]图17是对第4实施方式的定子铁心部件的嵌合状态与密封壳之间的关系进行说明的说明图。
【具体实施方式】
[0046][第I实施方式]
[0047][总体概要]
[0048]参照图9，说明本发明的第I实施方式的定子铁心903的总体概要。本实施方式中，由6个定子铁心部件901、903、905、907、909、911 (下面示作“901等”)的组合构成密封电动机的定子铁心903。这里，定子铁心部件901等包括部分圆筒状的部分圆筒状部与从该部分圆筒状部向定子铁心903的中心延伸的齿部901t、903t、905t、907t、909t、911t (下面示作“901t等”)。
[0049][部分圆筒状部]
[0050]本实施方式的定子铁心903中，由上述的6个定子铁心部件901等构成圆筒状的定子铁心903。因此，各定子铁心部件901等的部分圆筒状部就占有相当于60°的角度的部分。部分圆筒状部的两端部(901-902) e、(911-901) e具有对应于邻接的其他的部分圆筒状部的端部的接合形状，该接合形状是沿定子铁心903的半径方向的波形曲线形状。关于该接合形状(波形曲线形状)的详情在后面说明。
[0051][齿部]
[0052]各定子铁心部件901等中，为了构成磁极，设有向定子铁心903的中心延伸的齿部901t等。本实施方式的齿部901t等从部分圆筒状部中的圆周方向的大致中央部延伸。齿部901t等从部分圆筒状部侧至前端部侧(靠近定子铁心中心的一侧)的近旁，由大致一定的宽度所构成。另一方面，齿部901t等的前端部向着定子铁心903的中心成逐渐扩张的形状。又在齿部901t等的周围，密绕着线圈901m、903m、905m、907m、909m、911m (下面示作“901m
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[0053][接合形状]
[0054]在定子铁心部件901等的部分圆筒状部，其两端部(901-902) e及(911-901) e上形成有接合形状。这些接合形状是以机械方式(使不脱开)及磁气方式(使磁阻不增大)接合邻接的定子铁心部件901等彼此之间用的方式。本实施方式的接合形状，具有波形曲线形状，更具体地说，是正弦波的那种形状。特别假定关于定子铁心903的中心，定义半时钟旋转方向为波的上方，则波形曲线形状由2个峰与这2个峰之间的I个谷所形成。因此，该实施方式中，大体上为相当于正弦波1.5波长的波形曲线形状。
[0055]但，该实施方式的波形曲线形状始终是一例而已，并不限定于此。即是说，可将波形曲线形状定为相当于不满半波长的形状，也可为相当于一个波长的形状(峰和谷各I个)。而且，也可超过1.5波长，为相当于2个波长(峰和谷各2个)以上。
[0056][组装前的状态]
[0057]图10是图9中公开的定子铁心的组装前的状态的图。如该图所示，在某个特定的定子铁心部件901中的部分圆筒状的两端部上，形成有波形曲线形状。而且在与该特定的定子铁心部件901邻接的其他定子铁心部件903、911上，形成有与波形曲线形状对应的波形曲线形状。可是在图10中，全长以实线的波形曲线形状来表示，部分以恰好颠倒状态的虚线波形曲线形状来表示。参照图11来详细说明这一点。
[0058]图11是示出相互邻接的定子铁心部件1201、1202的接合部的图。尤其，图11(a)是对应图10 (从端面方向看)的图，图11 (b)是侧面图。尤其，从图11可见，本实施方式的定子铁心部件1201、1202各自具有在定子铁心的中心轴线方向C上将板状体的钢板层叠的结构。而且，在中心轴线C上每一邻接层使各板状体的端部(1201-1202)e等的接合形状颠倒。即，层叠结构的一个层的接合形状(9-1-01)与同一定子铁心部件中的中心轴线方向C上邻接的另一层的接合形状(9-1-03)，成相互颠倒的关系。
[0059][作用]
[0060]下面参照图12?14，说明本实施方式的定子铁心部件的作用。图12中所示例的情况是，一部分齿部的长度存在制造误差，在使各齿部与密封壳碰接时，在定子铁心部件的接合部，圆周方向和半径方向上位置偏移的情形。尽管是这种情况，由于部分圆筒状部的两端部整体由波形曲线形状形成，所以即使各自不是恰好地一致，波形形状彼此间也以某种偏移状态宽松地嵌合(参照图12 (b)的X部)。因而，邻接的定子铁心部件间即使存在制造误差(偏移)，也能够整体地组装定子铁心叠堆(参照图12(b))。这样一来，不但提高了圆周方向的接合强度，而且也提高了中心轴线方向的接合强度。换句话说，意味着在维持一定接合强度的状态下的机械接合是可能的。
[0061]本实施方式中除了机械的接合作用外，与上述同时地也充分实现了磁气的接合作用。即，如图12(b)所示，尽管接合部发生偏移的情况，相互邻接的定子铁心部件彼此间的、同层的板状体(层叠钢板)中也至少3处相接触。因此，用该接触部在某种程度上抑制了磁阻的增大。另一方面存在的情况是，如图13所示，在各板状体的对接面之间，因接合部位而产生一定的间隙g。然而，如图14所示，由于在中心轴线方向C上邻接的板状体彼此间的接合部中具有相互颠倒形状，故磁路就可靠地得以维持。利用这种结构也能够有效地抑制磁阻的增大。
[0062][第2实施方式]
[0063]下面参照图15，说明第2实施方式的定子铁心部件。该实施方式有关的发明，其基本的技术思想与第I实施方式的发明是共通的。然而，接合形状的具体形状不同。即一看就是单纯的圆弧形状。假如是这种单纯的圆弧形状，即使因制造误差在接合部发生偏移时，也不对组装产生障碍。同时，至少在I处及其周边邻接的板状体彼此碰接。因此可确保机械性的接合强度。此外，如图15 (b)所示，中心轴线方向C上邻接的板状体彼此间以宽面积接触，故也能抑制磁阻的增大。
[0064]又，该“圆弧形状”由本发明的“波形曲线形状”所包含。这是因为，若在狭义范围看波形曲线形状，则不只圆弧形，也存在相近的形状。
[0065][第3实施方式]
[0066]根据图16说明第3实施方式。该实施方式在板状体的层叠结构方面具有特征。即如图16 (b)所示，接合形状本身虽与第I实施方式相同，但在多片相同接合形状的板状体连续地被层叠一定片数这一点上有所不同。具体如图16 (b)所示的例中，相同形状的板状体(第I板状体与第2板状体)各自4片为一组，沿中心轴线方向C交替地调换。由此，可以实现矩形波形状的接合结构。至于其他作用，是与第I和第2实施方式相同的。
[0067][第4实施方式]
[0068]下面根据图17说明第4实施方式。在此，图17 Ca)是表示定子铁心部件之间彼此完全嵌合的状态图。由假想线形成的圆P表示密封壳的外周面直径，上述的所谓“定子铁心部件彼此间完全嵌合”，是指将相互邻接的定子铁心部件的部分圆筒状部之间，定义为既无沿圆周方向的间隙又无半径方向的偏移的嵌合状态。这种状态中，如图所示那样，由假想线表示的密封壳的外周面直径比由各齿部的前端部形成的内周面直径要大。
[0069]另一方面，图17 (b)实际上是表示使密封壳与定子铁心部件组合的状态图。从该图可见，在各定子铁心部件的齿部的前端部接触密封壳的外周面的状态中，较之上述的“定子铁心部件彼此间完全嵌合的”状态，各定子铁心部件在半径方向外侧上稍有偏移。因此，在邻接的定子铁心部件之间，仅在圆周方向上形成间隙(参照图17 (b)的X部)。这样，通过形成稍微的间隙，邻接的定子铁心部件彼此之间能在半径方向上稍有相对移动。这就意味着即便在定子铁心部件(特别是齿部的长度)中产生制造误差，也能吸收该制造误差，并使全部的齿部的前端部接触密封壳。例如，即便特定的定子铁心部件的齿部比其他的齿部形成得短一些时，也可在组装时压入半径方向的内方，能使所有的齿部接触密封壳。
[0070]再者，有关用上述的定子铁心部件的定子铁心，或用该定子铁心的电动机，不用说也被包含在本发明的技术范围内。又，上述的各特征在作为发明成立的范围内，能以单独或任意组合方式包含于发明中。
[0071][工业上的可利用性]
[0072]本申请的实施例可利用于例如真空泵的旋转驱动中使用的密封壳结构的电动机中的电动机的分割定子部的组合体中。
[0073]符号的说明
[0074]201电动机定子
[0075]203电动机转子
[0076]205 齿部
[0077]207 线圈
[0078]209密封壳
[0079]2051齿部的逐渐扩张端部
[0080]901定子铁心部件
[0081]901m 线圈
[0082]90 It 齿部
[0083](901-902) e定子铁心主体的端部
[0084]903定子铁心
[0085]9-1-01层叠结构的I个层的形状
[0086]9-1-03层叠结构的I个板状体的形状(9-1-01)与轴方向上邻接的另一板状体的形状
[0087](1201-1202) e定子铁心主体的端部。
【权利要求】
1.一种定子铁心部件，是构成电动机的定子铁心用的定子铁心部件，其特征在于， 所述定子铁心部件包括:部分圆筒状的部分圆筒状部，和从该部分圆筒状部朝向定子铁心中心的齿部， 所述部分圆筒状部的两端部具有与邻接的其他部分圆筒状部的端部对应的接合形状，该接合形状是沿定子铁心的半径方向的波形曲线形状。
2.如权利要求1所述的定子铁心部件，其特征在于，所述波形曲线形状是正弦波。
3.如权利要求2所述的定子铁心部件，其特征在于，所述正弦波是相当于不满半波长的形状。
4.如权利要求1至3中任一项所述的定子铁心部件，其特征在于， 所述定子铁心部件是在定子铁心的中心轴线方向上层叠多片板状体的部件， 在所述部分圆筒状部的两端部，沿所述中心轴线方向交替配置具有第I波形曲线形状的第I板状体，和具有使所述第I波形曲线形状颠倒的第2波形曲线形状的第2板状体。
5.如权利要求4所述的定子铁心部件，其特征在于，沿所述中心轴线方向，所述第I板状体连续地被配置多片，所述第2板状体连续地被配置多片。
6.一种定子铁心，其特征在于，是组装权利要求项I至3中任一项所述的定子铁心部件而形成的。
7.一种电动机，其特征在于，包括权利要求6所述的定子铁心。
8.如权利要求7所述的电动机，其特征在于， 所述电动机包括配置于所述定子铁心的内侧的圆筒状的密封壳， 所述密封壳的外周面直径比在所述各定子铁心部件彼此间完全嵌入的状态下所述各齿部的前端部所形成的内周面直径来得大。
【文档编号】H02K1/12GK103683556SQ201310199551
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年5月24日 优先权日:2012年8月31日
【发明者】大山敦 申请人:株式会社荏原制作所