本发明涉及设置了集中卷绕线圈的电动机，特别涉及将卷绕了线圈的绕线架插入定子齿的结构的旋转电机。
背景技术：
在转子表面配置永磁体的表面磁体型的集中卷绕永磁体电动机中，通常在定子铁芯的齿上配置集中卷绕的线圈，但此时，为了使齿与线圈的绝缘可靠，并且为了使线圈容易卷绕，大多在齿与线圈之间使用由树脂构成的绕线架。
例如，在专利文献1的说明书摘要和图3中，公开了为了“不受绕线架和定子铁芯的尺寸精度的较大影响，在它们的组装中简便地获得绕线架与定子铁芯的固定”，而“具有在外周卷绕有线圈的绕线架、和将该绕线架插入齿部的定子铁芯的电动机，上述绕线架包括：与上述齿部的外周形状大致对应的大致筒状的内壁面形状；和在上述齿插入方向上延伸，在上述内壁面的定子铁芯齿插入方向端部附近，垂直方向截面的顶部高度和基部的宽度随着靠近该端部而连续地增加的至少1个突起部”的电动机。
而且，如该文献的段落0013等所说明的，在绕线架中插入齿时，绕线架内表面的突起部的顶部被齿切削，突起部与齿的接触面积增大，两者之间的摩擦系数增加，由此实现绕线架与齿的固定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-119537号公报
技术实现要素：
发明要解决的课题
上述专利文献1中，绕线架内表面的突起部被适度地切削而提高两者之间的摩擦力，由此能够不受绕线架和定子铁芯的尺寸的精度的较大影响而实现绕线架与齿的固定。
但是，进而要求提高组装性和对于运动中的温度变化、电磁振动的稳定性的旋转电机。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的旋转电机包括：本发明的旋转电机包括：具有将钢板层叠而形成的齿的定子；具有转子铁芯的转子，其中所述转子铁芯通过层叠钢板而构成，在与所述齿相对的面上排列有永磁体；和配置在所述定子与所述转子之间的轴承，在所述齿上安装有卷绕了线圈的大致四角筒状的绕线架，在构成所述齿的钢板的端板上设置有与所述绕线架接触的板簧。
另外，包括：具有将钢板层叠而形成的齿的定子；具有转子铁芯的转子，其中所述转子铁芯通过层叠钢板而构成，在与所述齿相对的面上排列有永磁体；和配置在所述定子与所述转子之间的轴承，在所述齿上安装有卷绕了线圈的大致四角筒状的绕线架，在所述绕线架的内表面设置有与构成所述齿的钢板的端板接触的板簧。
发明效果
根据本发明，即使在形成定子铁芯的电磁钢板的厚度存在误差的情况下，也能够用设置在齿上的板簧的挠曲吸收该误差，所以能够简便且适当地将绕线架固定在定子铁芯上。
另外，即使因为电动机运转中的温度变化，绕线架热膨胀而尺寸变化，也因为板簧的复原力持续、板簧追随绕线架的热膨胀而按压绕线架，所以不会在与绕线架之间产生间隙。
进而，即使运转中的电磁力施加至绕线架，也因为板簧按压绕线架的内表面的摩擦力更大，所以绕线架不会因电磁振动而移动，能够抑制噪音和磨损的发生，长期保持电动机的品质和可靠性。
附图说明
图1是实施例1的集中卷绕永磁体电动机的纵截面图。
图2是实施例1的集中卷绕永磁体电动机的横截面图。
图3是实施例1的定子铁芯的齿的立体图。
图4是实施例1的插入齿中的绕线架的平面图。
图5是实施例1的插入到齿中的绕线架的截面图。
图6是图5的绕线架与定子铁芯的端板的接触部的放大图。
图7是实施例2的定子铁芯的齿的放大立体图。
图8是实施例2的插入齿中的绕线架的平面图。
图9是实施例2的插入到齿中的绕线架的截面图。
图10是实施例3的定子铁芯的齿的放大立体图。
图11是实施例4的插入齿中的绕线架的平面图。
具体实施方式
以下用附图说明应用了本发明的实施例的集中卷绕永磁体电动机。
【实施例1】
首先，用图1～图6说明实施例1的集中卷绕永磁体电动机。图1是本实施例的集中卷绕永磁体电动机的纵截面图，图2是图1的A-A截面上的横截面图。另外，图3表示定子铁芯21的齿212的立体图，图4表示插入齿212中的绕线架30的平面图，图5表示插入到齿212中的绕线架30的截面图，图6表示绕线架30与定子铁芯21的端板的接触部的放大图。
如图1或图2所示，本实施例的集中卷绕永磁体电动机100主要包括转子1和定子2，转子1利用轴承13绕定子2的旋转轴旋转。
在转子1的内侧，例如安装将厚度0.5mm的电磁钢板层叠110片而成的厚度为55mm的大致环状的转子铁芯11，在其内周面上等间隔地排列有永磁体12。另外，在定子2的框架23上，以与转子铁芯11相对向的方式，安装有例如将厚度0.5mm的电磁钢板层叠100片而成的厚度50mm的定子铁芯21。该定子铁芯21如图2所示，由大致环状的铁芯背部211、和在其外侧辐射配置的大致长方体状的齿212构成，在各齿212上卷绕有线圈22。另外，定子铁芯21可以是将大致扇形的电磁钢板组合多个而成大致环状，也可以使用单独成大致环状的电磁钢板。
虽然在图1、图2中省略，但在线圈22与齿212之间设置有后述的绕线架30，用它使线圈22与齿212绝缘，并且不受构成齿212的电磁钢板的厚度误差的累积大小影响地，将各线圈22维持在规定尺寸、规定位置。
另外，图1、图2中，例示了使转子1为外转子、定子2为开口槽结构，并且是集中卷绕、矩形永磁体、极数40、槽数48(极数与槽数的比为10比12)的集中卷绕永磁体电动机，但本发明的适用对象不限于此，极数等各条件能够适当变更。
接着，用图3的立体图说明本实施例的定子铁芯21的齿212的结构。如此处所示，各齿212是将电磁钢板的辐射状突出部叠层、用铆钉214一体化而成的，在位于其最上端的端板上，具有用于对后述的绕线架30施力的板簧213。该板簧213是将齿212的端板的大致中央以大致コ字状地切断的、在齿212的顶端侧连接、在根部侧分离的悬臂结构的板簧。
接着，用图4的平面图说明在齿212上安装的绕线架30的结构。其中，图4的(a)表示从绕线架30的侧面观察的平面图，图4的(b)表示从图4的(a)的B侧观察的平面图，图4的(c)表示从图4的(a)的C侧观察的平面图，图4的(d)表示图4的(a)的D截面图，图4的(e)表示图4的(c)的E截面图。
如图4的(a)、(d)、(e)所示，绕线架30主要由顶板303、底板304、侧板305、306这四片板构成的大致四角筒的部分、顶端侧的凸缘部301、根部侧的凸缘部302构成。另外，在顶板303的顶面、在比根部侧的凸缘部302的更靠根部侧具有大致圆筒状的线圈引导突起307，在其底面的大致中央部，具有跨整个宽度的台阶309。另一方面，底板304不具有线圈引导突起和台阶，为平坦的形状。
另外，如图4的(b)、(c)所示，顶端侧的凸缘部301在开口的四边配置了突缘，根部侧的凸缘部302在顶边以外的三边配置了突缘。另外，如图4的(c)所示，在顶板303的顶面，配置有用于对线圈22的引线部位进行引导的、2个大致圆筒状的线圈引导突起307、和在其中央设置的屏风状的线圈引导突起308。
接着，用图5的截面图说明将卷绕有线圈22的绕线架30插入定子铁芯21的齿212前后的状态。另外，图5的(a)是绕线架30和齿212各自的截面图，图5的(b)是将绕线架30插入到齿212的状态的截面图。
如图5的(a)所示，在大致四角筒状的绕线架30上，在凸缘部301与302之间卷绕有必要匝数的线圈22。另外，绕线架30在顶板303的台阶309与定子铁芯21的板簧213相对的状态下被插入齿212。另外，虽然图5中未示出，但从线圈22延伸的引线部位经由线圈引导部307与其他线圈、中性点的结线、电动机引线等连接。
另外，如图5的(b)所示，在绕线架30中插入齿212时，齿212的板簧213与绕线架30的内表面接触而施力，并且成为板簧213的开放侧端部进入绕线架30的内表面的台阶309的状态，在台阶309附近的绕线架30与板簧213的接触面处摩擦力发生作用，实现绕线架30与齿212的固定。另外，绕线架30插入后，即使要拔出绕线架30，也因为板簧213的端部被绕线架30的台阶309阻挡，所以不能容易地拔出。
接着，用图6更详细地说明插入前后的板簧213的动作。
图6的(a)表示绕线架30插入前和插入中的板簧213的状态。如此处所示，将绕线架30插入齿212时，在齿212的板簧213与初始状态相比被绕线架30的顶板303按下的状态下插入。
图6的(b)表示绕线架30插入中和插入后的板簧的状态。如此处所示，绕线架30的台阶309经过板簧213的端部时，被按下的板簧213复原，成为用力N按压绕线架30的内表面的状态，绕线架30被固定在齿212上。另外，因为板簧213的端部与台阶309咬合，所以成为即使要拔出绕线架30也不能拔出的状态。另外，图4至图6中用台阶309防止绕线架30拔出，但另外准备防止拔出结构的情况下，也可以不在绕线架30的内表面设置台阶309。
另外，对板簧213的按压力N进行考察。
在电动机运转中，因为集中卷绕的线圈22中流动的电流，电磁力在将绕线架30向齿212推入的方向或者拔出的方向上作用。以下，设电流最大值时的最大电磁力为Fe。
另一方面，设板簧213按压绕线架30的内表面的力为N，接触面的摩擦系数为μ时，摩擦力Fb用式1表达。
Fb＝μN…式1
对该式1进行变形得到式2。
N＝Fb/μ…式2
为了得到绕线架30不会运动的摩擦力Fb，使摩擦力Fb>电磁力Fe即可。基于该不等式和式2，板簧213所需的按压力N能够用式3表达。即，只要满足该式地设计板簧213即可。
N>Fe/μ…式3
根据以上说明的本实施例的集中卷绕永磁体电动机，能够不受构成定子2的齿212的电磁钢板的厚度误差的累积大小影响地，将齿212上卷绕的线圈22维持在规定尺寸和规定位置，能够抑制电动机性能的不均。另外，即使在电动机使用时绕线架30热膨胀时，也因为绕线架30的内表面被齿212的板簧213按压，所以即使电磁力在将绕线架30对齿212按入的方向或者拔出的方向上作用的情况，也能够抑制绕线架30的移动。进而，因为齿212的板簧213与绕线架30的台阶309咬合，所以能够防止绕线架30被意外拔出。
另外，本实施例中例示了集中卷绕永磁体电动机，但对于不使用永磁体而是用绕组形成磁场的电动机或发电机，只要在集中卷绕中使用绕线架30就能够采用同样的结构得到同样的效果。另外，实施例中示出了外转子，但在内转子的情况下也能够用同样的结构得到同样的效果。
【实施例2】
接着，用图7至图9说明应用了本发明的实施例2的集中卷绕永磁体电动机。另外，对于与实施例1的共通点省略重复说明。
实施例1中，在各齿212上设置有1处板簧213，但在要使绕线架30相对于齿212保持水平的情况、和要增加摩擦力Fb的情况下，也可以采用设置有2处以上板簧213的结构。
具体而言，如图7所示，本实施例的齿212中，在端板上设置有多个板簧213。另外，如图8的(a)(d)(e)所示，本实施例的绕线架30中，在顶板303的底面设置有多个楔状的台阶(高低差)310。
然后，对图7的齿212插入图8的绕线架30时，如图9的(a)(b)所示，绕线架30的内表面的各个台阶310与齿212的各个板簧213卡合，由此能够使绕线架30相对于齿212保持水平，并且与实施例1的结构相比能够增加摩擦力，所以能够将绕线架30更稳定地固定在齿212上，能够进一步提高定子2以及电动机的可靠性。
另外，本实施例中采用了在绕线架30的内表面设置多个较窄的台阶310、各自承担比实施例1的台阶309更小的负荷的结构，但也可以采用与实施例1同样地跨绕线架30的内表面整个宽度的台阶310。
【实施例3】
接着，用图10说明应用了本发明的实施例3的集中卷绕永磁体电动机。另外，对于与上述实施例的共通点省略重复说明。
实施例1、2中，采用了通过将齿212的端板大致コ字状地切断而形成悬臂的板簧213，由此从内表面按压固定绕线架30的结构，但本实施例中，采用设置整个宽度上跨齿212的端板的山峰状(或波纹形)地成形的板簧213，由此固定绕线架30的结构。
根据本实施例，能够用山峰状的高度、弯曲半径调整板簧213的按压力，所以能够与实施例1、2同样地使端板具有板簧的功能。另外，图10中，示出了山峰状为1个的板簧213，但要使绕线架30相对于齿212保持水平的情况下，也可以仿照实施例2，采用将山峰状增加至2个以上的结构。
另外，图10中，作为定子铁芯21的端板，沿用了与端板以外的电磁钢板相同形状的板，所以对端板的齿212实施山峰状的成形时，端板的齿顶端部成为与其他电磁钢板的齿顶端部相比向根部侧后退的形状。因此，即使板簧213的山峰状的高度与齿212上安装的绕线架30的热膨胀的程度相应地变化，端板的齿顶端部的移动也在其他电磁钢板的齿212的范围内，所以能够防止端板的齿顶端部与其他电磁钢板的齿顶端部相比突出而与转子1上排列的永磁体12接触这样的事故发生。
【实施例4】
接着，用图11说明应用了本发明的实施例4的集中卷绕永磁体电动机。另外，对于与上述实施例的共通点省略重复说明。
上述实施例中，用定子2的齿212上设置的板簧213按压绕线架30的内表面而固定绕线架30，但本实施例中，用绕线架30的内表面上设置的板簧311按压齿212而固定绕线架30。
图11是说明本实施例的绕线架30上设置的板簧311的平面图。如此处所示，在本实施例的绕线架30的顶板303的底面，设置有与实施例1的板簧213相同形状的板簧311。然后，用将该板簧311按压在定子2的齿212上而发生的摩擦力，能够与实施例1同样地将绕线架30固定在齿212上。另外，设置板簧311的结果，是本实施例的绕线架30成为与实施例1相比略复杂的形状，所以也可以在绕线架30的成形中使用3D打印机。
使用图11中说明的绕线架30的情况下，不需要在齿212上设置板簧213，所以对于齿212的端板能够沿用其他层的电磁钢板。即，与实施例1不同，不需要将2种电磁钢板层叠而构成定子铁芯21，所以能够实现作业效率的提高。
另外，本实施例中，也可以在齿212上设置与绕线架30的板簧311咬合的台阶。该情况下，仅将在与板簧311咬合的部件设置了开口的相同形状的电磁钢板叠层就能够形成要求的台阶，所以在采用使板簧与台阶咬合的结构的情况下，与实施例1相比也能够实现作业效率的提高。
另外，本发明不限定于上述实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的全部结构。另外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，也能够在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。另外，对于各实施例的结构，能够追加、删除、置换其他结构。
附图标记说明
100…集中卷绕永磁体电动机，
1…转子，
11…转子铁芯，
12…永磁体，
13…轴承，
2…定子，
21…定子铁芯，
211…铁芯背部，
212…齿，
213…板簧，
22…线圈，
23…框架，
30…绕线架，
301，302…凸缘部，
303…顶板，
304…底板，
305，306…侧板，
307，308…线圈引导突起，
309，310…台阶，
311…板簧。