专利名称：定子铁芯、使用定子铁芯的电动机及定子铁芯的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种线圏的占空系勿填充系数有所增大的定子铁芯/磁芯、 使用所述定子铁芯的电动机/电机以及所述定子铁芯的制造方法。
背景技术：
近年来，对电动机的尺寸减小和性能提高的需求在增长。作为满足这 种需求的手段，已知一种涉及增大线圏的占空系数的方法。当缠绕在定子 铁芯上的线圏的占空系数增大而由此提高每单位体积的励磁效率时，电动 机的输出可提高。如图6的剖视图所示，特开JP2002-369418号公报公开了一种构造有齿 12的定子铁芯10，齿12形成为其宽度尺寸从定子的外周侧向内周侧逐渐减 小。定子铁芯10被描述为包括齿12的结构，其中通过层叠具有高磁导率的 材料如电磁钢板而制成的层叠铁芯部12a与铁芯端部12b接合，铁芯端部 12b具有当绕层叠铁芯部12a的层叠方向上的两端部缠绕线圈时用作引导部 的线圏接收面。在由层叠铁芯部12a和铁芯端部12b构成的齿12上安装有由 绝缘材料构成的绝缘軍16，以便在线圏14和齿12之间保持电绝缘。另一方面，特开JP 2004-140964号公报公开了一种具有安装在齿上的 绝缘体的定子铁芯，所述定子铁芯由线圏缠绕，并且设有用于将线圏安装 成齐整状态的引导凹槽。所述引导凹槽以沿轴向延伸的凹陷形状配置在绝 缘体的线圏槽部的侧面上，还沿周向配置在线圏槽部的端面上，以便与配 置在两个侧面上的对应的引导凹槽连通。尽管构成齿12的铁芯端部12b包括线圏接收面，在线圏接收面上形成有 台阶部以限定线圏14的安置空间，但是仅仅提供这些台阶部不足以防止缠绕在齿上的线圏沿线圏槽部的延伸方向(图中的箭头方向)发生偏移。图6 示出在最先提及的专利文献中所述的定子铁芯10沿线圏槽部的延伸方向 (图中的箭头方向)所截取的剖视图。如图6所示，在将线圏14缠绕在齿12 上的过程中，线圏14沿线圏槽部的延伸方向偏移，这使得几乎不可能安装 紧密缠绕的线圏14。因此，存在在线圏槽部中线圏14的占空系数减小的问 题。制造独立于齿12的绝缘罩16并将其附装在齿12上。在这种结构中，独 立于齿12而制成的绝缘罩16稍后附装在齿12上，由于必须增大绝缘軍16的 厚度，所以在齿12的线圏槽部中由绝缘罩16所占据的空间的比例增大。特 别地，如在上述两篇专利文献中所述，当在绝缘軍16上设置用于限定线圏 14的安置空间的台阶部或用于使线圏对齐的引导凹槽时，绝缘軍16的厚度 将不可避免地增大，从而能够安装在齿12中的线图14的占空系数减小。此 外，由于齿12和绝缘革16的加工精度大约为0.05mm，所以需要设置0.1mm 或更大的间隙以将绝缘軍16安装在齿12上。由于这个原因，能够安装在齿 12上的线圏14的占空系数也会减小。因此，无法进一步提高电动机的输出。发明内容本发明提供了 一种定子铁芯，所述定子铁芯包括通过对覆盖有绝缘覆 层的磁性粉末进行压缩成型而制成的压粉铁芯部。在所述定子中，所述压 #4失芯部的至少一部分构成线圏槽部的至少一部分，在所述线圏槽部上缠 绕有线圏，并且所述压粉铁芯部包括用于防止所述线圏沿所述线圏槽部的 延伸方向偏移的线圏引导凹槽。
图l是示出根据本发明实施例的电动机的构型的俯视图。图2是示出根据本发明实施例的齿的构型的透视图。图3是示出形成定子铁芯中的主铁芯部的电磁钢板的图示。图4是用于说明根据本发明实施例的定子铁芯的形状的剖视图。图5是用于说明根据本发明实施例的齿的形状的剖视图。 图6是示出现有技术的定子铁芯的构型的剖视图。
具体实施方式
图1是示出根据本发明实施例的电动机100的内部的剖切俯视图。如 图1所示，根据本发明实施例的电动机100包括定子102和转子104。转 子104通过轴承等安装到旋转轴34上并配置成可利用旋转轴34作为中心 轴线而旋转。定子102包括绕转子104的周边配置的内铁芯32、沿内铁芯 32的外周以基本规则的间隔配置的多个定子铁芯20和绕定子铁芯20的外 周配置的外铁芯30。定子铁芯20、内铁芯32和外铁芯30均使用具有高磁 导率的磁性材料作为主要成分而形成。线圏22缠绕在各个定子铁芯20上。当电流流过缠绕在定子铁芯20 上的线圏22时，在定子102内部产生磁场。与磁场的电磁相互作用使得转 子104绕旋转轴34旋转。定子铁芯20包括齿和绝缘树脂。所述齿设置成将由绕在定子铁芯20 上的线圏22产生的磁场有效地导向定子102的内部。所述齿由具有优良磁 导性的高磁导率材料构成。所述齿通过绝缘树脂与线圏22电绝缘。如图2所示，齿24可具有分割成主铁芯部24a和压粉铁芯部24b的结 构。例如，压粉铁芯部24b配置成从上侧和下侧保持主铁芯部24a。齿24 具有由凸缘部A、线圏槽部B和终端部C构成的形状。凸缘部A和终端部 C是与线圏槽部B邻接的邻接部。线圏槽部B配置成从凸缘部A伸出，并 且线圏22缠绕在线圏槽部B上。在该实施例中，压粉汰芯部24b中的线 圏槽部B具有设计成将线圏22安装成齐整状态的线圏引导凹槽40。如图3所示，通过层叠多个由被冲切成变形扇段形状的电磁钢板等形 成的高磁导率板28而制成主铁芯部24a。延伸而形成T形的凸缘部28a附 接在扇形高磁导率板28的至少一端上。当通过层叠这种高磁导率板28而 构成主^l失芯部24a时，凸缘部28a构成与齿24的凸缘部A对应的部分。 从凸缘部28a伸出的伸出部28b构成与缠绕有线圏22的线圏槽部B对应的部分。此外，当层叠高磁导率板28时，优选地使高磁导率板28彼此电绝缘， 从而防止涡电流流过高磁导率板28。例如，可优选地在高磁导率板28之 间插入绝缘树脂层。通过导入具有高磁导率的材料一一磁性粉末并在压力机或其它机器中 对磁性粉末进行压缩成型而制成压粉铁芯部24b。作为磁性粉末，例如可 使用粒径大约为50~500pm且外表面进行过诸如磷化涂覆之类的绝缘处 理的铁粉。当通过压制上述经绝缘涂覆的磁性粉末而形成压粉铁芯部24b 时，能以高精度形成齿24的外形。另外，可防止在齿24内部产生涡电流。图4示出定子铁芯20的沿线圏槽部B的延伸方向截取的剖视图。如 图4所示，设计成将线圏22安装成齐整状态的线圏引导凹槽40形成在与 压粉4失芯部24b的线圏槽部B对应的部分上。优选地，线圏引导凹槽40 沿与线圏槽部B的延伸方向交叉的方向延伸。线圏引导凹槽40的截面形 状被限定成与线圏的截面形状相配，从而将线圏引导凹槽40配置成能使线 圏配合在其中。通过这种构型，可将线圏安装在线圏槽部B中而不沿线圏 槽部B的延伸方向发生偏移。此外，压粉铁芯部24b的表面的至少一部分 可用由绝缘材料形成的覆层来覆盖。为了更清楚地描述线圏引导凹槽40,安装在线圏引导凹槽40中的线 圏22示出为在图4所示的定子铁芯20中被部分地移除。线圏引导凹槽40 所形成的形状可防止线圏22在压粉^^芯部24b的伸出方向即线圏槽部B 的延伸方向上偏移。如图4的剖视图所示，例如，具有凹形状的线圏引导凹槽40在压IH失 芯部24b的外表面上沿与压粉^^芯部24b的伸出方向交叉的方向以预定间 隔配置成彼此邻接。线圏引导凹槽40的截面形状优选地形成为与线圏22 的截面相匹配的形状。例如，当线圏22的截面为圆形时，如图4所示，线 圏引导凹槽40被限定为具有半圆形的截面。结果，在将线圏22缠绕在齿 24的线圏槽部B上的过程中，由于仅通过沿线圏引导凹槽40巻绕线圏22 而将线圏22配合在线圏引导凹槽40中，所以可抑制线图22在线圏槽部B的延伸方向上的偏移，从而能够安装在线圏槽部B的延伸方向上紧密缠绕 的线圏22。因此，可增大线圏22的占空系数。此外，如图2所示，还优选地，在压粉铁芯部24b中在与邻接线圏槽 部B的凸缘部A和终端部C对应的适当部分上形成有用于引出线圏22的 凹槽42。引出凹槽42形成在压IH失芯部24b中的邻接部的至少一个上。 与线圏引导凹槽40类似，优选地，引出凹槽42的截面形状^L形成为与线 圏22的截面相匹配的形状。在将线圏22缠绕在齿24的线圏槽部B上的 过程中，由于通过沿引出凹槽42安装线圏22的端部而将线圏22配合在引 出凹槽42中，所以可在线圏22的开始端或结束端固定线圏的端部，这有 利于进行缠绕线圏22的过程。这样，线圏22能以高精度安装在线圏槽部 B上。齿24由主铁芯部24a和压粉铁芯部24b组合构成。主铁芯部24a借助 于构造性"配合，，、由环氧树脂制成的粘合剂等与压粉铁芯部24b接合。 线圏引导凹槽40可形成在构成齿24的上部和下部的两个压IH失芯部24b 上，或者形成在压粉铁芯部24b的任一个上。当线圈引导凹槽40形成在两 个压粉铁芯部24b上时，优选地，如图4所示，线圏引导凹槽40的凹部在 上、下压粉铁芯部24b之间偏移半个螺距(pitch)。这样，在线圏22绕 齿24的线圏槽部B缠绕时，可在使线圏22沿线圏槽部B的延伸方向稍稍 偏移的同时缠绕线圏22。图5示出齿24的沿与线圏槽部B的延伸方向正交的方向截取的剖视 图。如图4和5所示，齿24的表面的至少一部分覆盖有由绝缘材料形成的 覆层29。覆层29至少形成在齿24中的线圏槽部B的表面上，从而使线圏 22与齿24电绝缘。为了在线圏22沿线圏引导凹槽40安装时提高线圏22的可滑动性，优 选地，覆层29主要由具有高强度和高滑动性的绝缘材料构成。例如，可优 选地使用诸如环氧树脂、二氧化硅、陶瓷或DLC (类金刚石碳)之类的绝 缘材料。由于使用电沉积将这些绝缘材料覆盖在齿24的线圏槽部B上， 所以可形成膜厚度为O.lmm或更小且具有高强度和高滑动性的覆层29。如上所述，当与在齿24的表面上施加由绝缘材料构成的覆层29相结 合地在齿24本身上形成线圏引导凹槽40和引出凹槽42时，与使用绝缘罩 的传统绝缘方法相比，绝缘部相对于线圏槽部B内的空间的占空系数可更 小。于是，由于,皮传统绝缘部所占据的空间的减小相应地增大了可安装线 圏22的空间，所以在线圏槽部B中线圏22的占空系数可比传统线圏更大。 因此，电动机能比传统电动机产生更大的输出。
如在上述示例(其中齿24的结构被分成通过对磁性粉末进行压缩成型 而制成的压粉铁芯部24b和通过层叠电磁钢板而制成的主铁芯部24a)中 所述，可利用压模通过压缩成型将齿24的包括线圏引导凹槽40的复杂形 状部简单而容易地形成为压粉铁芯部24b，同时可通过层叠多个电磁钢板 而将齿24的较筒单的形状部低成本地形成为主铁芯部24。
这样，包括具有定子铁芯20的定子102和转子104的电动机能比传统 电动机产生更大的输出，所述转子由于与磁场的电磁相互作用而旋转，所 述磁场由流过安装在定子铁芯20上的线圏的电流产生。
应当注意，本发明不限于上述示例。例如，所述齿可仅用由电磁钢板 构成的层叠铁芯或由压缩成型磁性粉末构成的压粉铁芯部中的一者来构 成。另外，可在所述齿上仅形成线圏引导凹槽或引出凹槽中的任一者。
权利要求
1.一种定子铁芯，所述定子铁芯包括通过对覆盖有绝缘覆层的磁性粉末进行压缩成型而制成的压粉铁芯部，其特征在于，所述压粉铁芯部的至少一部分构成线圈槽部的至少一部分，在所述线圈槽部上缠绕有线圈；所述压粉铁芯部包括用于防止所述线圈沿所述线圈槽部的延伸方向偏移的线圈引导凹槽。
2. 根据权利要求l所述的定子铁芯，其特征在于，所述线圏引导凹槽 被设置成在与所述线圏槽部的所述延伸方向交叉的方向上延伸。
3. 根据权利要求l所述的定子铁芯，其特征在于，所述压IH失芯部的 表面的至少 一部分覆盖有由绝缘材料构成的覆层。
4. 根据权利要求2所述的定子铁芯，其特征在于，所述压粉铁芯部的 表面的至少一部分覆盖有由绝缘材料构成的覆层。
5. 根据权利要求l所述的定子铁芯，还包括 通过层叠电磁钢板而构成的主铁芯部，其特征在于， 所述压粉铁芯部与所述主铁芯部组合而构成所述定子铁芯。
6. 根据权利要求2所述的定子铁芯，还包括 通过层叠电磁钢板而构成的主铁芯部，其特征在于， 所述压粉铁芯部与所述主铁芯部组合而构成所述定子铁芯。
7. 根据权利要求3所述的定子铁芯，还包括 通过层叠电磁钢板而构成的主铁芯部，其特征在于， 所述压粉铁芯部与所述主铁芯部组合而构成所述定子铁芯。
8. 根据权利要求4所述的定子铁芯，还包括 通过层叠电磁钢板而构成的主铁芯部，其特征在于， 所述压粉铁芯部与所述主铁芯部组合而构成所述定子铁芯。
9. 一种电动机，其特征在于，所述电动机包括定子，所述定子包括定子铁芯，所述定子铁芯具有通过对覆盖有绝缘 覆层的磁性粉末进行压缩成型而制成的压粉铁芯部，所述压粉铁芯部的至 少一部分构成线圏槽部的至少一部分，在所述线圏槽部上缠绕有线圏，并 且所述压粉铁芯部具有用于防止所述线圏沿所述线圏槽部的延伸方向偏移的线圏引导凹槽；以及转子，所述转子由于与磁场的电磁相互作用而旋转，所述磁场由流过安装在所述定子铁芯上的所述线圏的电流产生。
10. —种定子铁芯，其特征在于，所述定子铁芯包括 通过对覆盖有绝缘覆层的磁性粉末进行压缩成型而制成的压粉铁芯部，槽部，在所述槽部上缠绕有线圏，以及 与所述槽部邻接的邻接部，其特征在于， 所述邻接部具有与所述线圏对应的凹部。
全文摘要
一种定子铁芯，包括通过对覆盖有绝缘覆层的磁性粉末进行压缩成型而制成的压粉铁芯部。所述压粉铁芯部的至少一部分构成线圈槽部的至少一部分，在所述线圈槽部上缠绕有线圈。所述压粉铁芯部包括用于防止所述线圈沿所述线圈槽部的延伸方向偏移的线圈引导凹槽。结果，所述线圈的占空系数增大，从而电动机的输出进一步提高。
文档编号H02K1/04GK101258661SQ20068003269
公开日2008年9月3日 申请日期2006年9月8日 优先权日2005年9月8日
发明者水谷良治, 立松和高, 远藤康浩 申请人:丰田自动车株式会社