定子和旋转电的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种定子和旋转电机。本发明的目的在于提供一种能够提高线圈在两个相邻的齿之间的有限空间中的占空系数的定子以及旋转电机。定子（4）包括：定子芯（S），该定子芯具有大致环形的外芯（7）和布置在该外芯（7）内的内芯（8）；以及线轴（11），该线轴具有筒体部（14）和凸缘部（15），绕组线（9）绕所述筒体部缠绕，所述凸缘部形成为从所述筒体部（14）立起，所述凸缘部具有边缘部（15d）以及多个弯曲部（15a，15b，15c）。
【专利说明】定子和旋转电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种定子和旋转电机。
【背景技术】
[0002]常规上，用于诸如电动机的旋转电机的定子设置有多个齿。在这多个齿中，分别插入供绕组线缠绕的线轴。绕组线绕线轴的盘绕次数(也称为绕组线数或匝数)增大而增大占空系数，这有助于改善旋转电机的特性。例如，建议通过重叠由具有方形截面的被覆线沿相反方向缠绕的两个线圈以形成一组来提高占空系数(例如，参看日本未审专利申请公报N0.2004-72824)。
【发明内容】
[0003]要解决的技术问题
[0004]绕线轴缠绕的绕组线布置在位于两个相邻的齿之间的空间中。也就是说，两个相邻的齿之间的空间变成用于绕组线的空间。最近，旋转电机变得能和数量增加的定子槽一起使用。槽数量增加得越多，两个相邻的齿之间的空间变得越小。结果，用于绕组线的空间减小，使得难以增大占空系数。
[0005]然而，为了改善旋转电机的特性，占空系数需要被增大。因此，在有限空间中优选地布置许多绕组线。
[0006]本发明的目的在于提供一种能够提高线圈在位于两个相邻的齿之间的有限空间中的占空系数的定子和旋转电机。
[0007]用于解决技术问题的技术方案
[0008]一种定子，所述定子包括:定子芯，所述定子芯具有大致环形的外芯和布置在该外芯内的内芯；以及线轴，所述线轴具有筒体部和凸缘部，绕组线绕所述筒体部缠绕，所述凸缘部形成为从所述筒体部立起，所述凸缘部具有自由端部以及多个弯曲部。
[0009]所述内芯以相等的间隙从所述外芯的圆心朝向外侧径向突出并且具有这样的齿，这些齿的外缘部抵接所述外芯的内周。所述筒体部被插入齿中使得所述凸缘部变得向外。所述多个弯曲部包括形成在所述筒体部和所述凸缘部之间的第一弯曲部以及形成为比该第一弯曲部更靠近自由端部侧的第二弯曲部。在所述外芯的内周上形成有向内突出的突起。所述突起可以位于所述齿的外边缘部的两侧并且定位在所述线轴的所述第一弯曲部和所述第二弯曲部之间。
[0010]所述第二弯曲部可以朝向所述外芯弯曲。
[0011]所述线轴在所述第二弯曲部中的厚度大致可以与所述线轴在所述第一弯曲部中的厚度相同。
[0012]在所述凸缘部中，第三弯曲部可以形成为比所述第二弯曲部更靠近所述自由端部侧。
[0013]所述第三弯曲部的弯曲方向可以与所述第二弯曲部的弯曲方向相反。[0014]所述线轴在所述第三弯曲部中的厚度大致可以与线轴在所述第一弯曲部中的厚度相问。
[0015]所述线轴在所述第三弯曲部的所述自由端部侧可以定位在比所述齿的所述外边缘部距外芯的圆心更远侧。
[0016]作为本发明的另一示例性方面，旋转电机包括转子和上述定子，所述转子设置在所述外芯的外部或所述内芯的内部并且能绕所述圆心旋转。
[0017]显然，根据上述教导可以对本发明进行各种修改和变形。因此要理解的是，在所附的权利要求的范围内，本发明可以与如本文具体描述的不同地实施。
[0018]有益效果
[0019]可以提高线圈在位于两个相邻的齿之间的有限空间中的占空系数。结果，能够改善旋转电机的特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]结合附图参考下面的详细说明将会更好地理解本发明，从而将容易地获得对本发明和其许多伴随优点的更完整的认识。
[0021]图1示出了涉及实施方式I的马达的分解立体图；
[0022]图2示出了图1所示的定子的轴正交平面的剖面图；
[0023]图3示出了图2所示的定子的局部放大剖面图；
[0024]图4示出了说明性图，其示出了当外芯和内芯两者都由相同的金属板材冲压(press)时外芯和内芯之间的位置关系；
[0025]图5示出了轴正交平面中常规的定子的局部放大剖面图。
[0026]图6示出了说明性图，其示出了当常规的外芯和内芯两者都由相同的金属板材冲压时外芯和内芯之间的位置关系。
【具体实施方式】
[0027]在下文中，参照附图描述作为涉及实施方式的旋转电机中的一种的马达(电动机)I。图1是涉及实施方式的马达I的分解立体图。马达I是内转子式马达。而且，永磁体作为磁场用于转子3中。马达I包括马达壳2、转子(旋转体、内转子)3、轴承12和定子(外定子)4。
[0028]马达壳2是构成马达I的外壁的壳体，该壳体在其上表面中开设有通孔2a。在马达壳2内，转子3作为场磁体布置。转子3包括轴5和转子芯6。在马达壳2和转子3之间布置有轴承12。转子3包括多个永磁体，这些永磁体顺次地布置为使极交替相异。这多个永磁体沿着转子3的周面周向地布置。
[0029]轴5穿过轴承12的中心孔和马达壳2的通孔2a。轴承12的外圈连接至马达壳2，并且借助于轴承12的连接至转子3的轴5的内圈使整个转子3能沿图中的箭头α的方向旋转，从而相对于马达壳2绕轴5的中心轴线X回转。轴5的中心轴线X在平面图中与稍后提及的外芯7的圆心处于相同的位置。因此，其在平面图中以与外芯7的圆心的中心轴线相同的符号X表不。
[0030]轴承12能构造成被夹设在马达壳2和转子3之间而不与马达壳2或转子3连接。覆盖马达壳2的底面的底环13布置在转子3的下方。轴承12也布置在转子3和底环13之间，从而轴承12以可旋转的方式支撑转子3。
[0031]而且，在本说明书中，为了方便起见，图1中的竖直方向被定义为马达I中的竖直方向，而使用诸如上表面、底面等的名称。然而，当然，竖直方向不限于图1中的竖直方向，这取决于使用马达的方式。
[0032]作为电枢的定子4布置在马达壳2内，从而该定子从转子3的外侧围绕该转子3。图2示出了定子的轴正交平面的剖面图。定子4在轴正交平面(具有沿法线方向的中心轴线X的平面)中的截面是正圆形的。定子4包括定子芯S以及多个线轴11。定子芯S由外芯7和内芯8构成。绕组线(线圈)9分别绕多个线轴11缠绕，从而构成电枢线圈。
[0033]外芯7由金属环形构件制成并且保持在内芯8的外部。内芯8由磁性材料制成并且具有多个径向延伸的齿10。另外，本实施方式中，外芯7和内芯8由通过压机进行切除的相同的金属板材(磁性金属)制成并且通过沿厚度方向层压而构成。齿10在周向上以相等的间隙布置。两个相邻的齿10在根部处(较靠近圆心X的一侧)彼此连接并且从该根部处向外突出。内芯8布置在转子3的周围从而确保与转子3的永磁体的特定磁隙。
[0034]绕组线9被缠绕从而围绕齿10。具体地，绕组线9绕筒状线轴缠绕并且线轴11被插入齿10中。在该定子4的情况下，24个线轴11被分别插入24个齿10中并且被周向布置。因此，相邻的齿10之间的角间隙是15°。
[0035]每个绕组线9均连接至与每个两相、三相或更多的相对应的交流电源。当具有不同相的电流在每个相位中流动时，转子3借助电磁感应旋转。在该实施方式中，每两个相邻的绕组线9连接至三相(即，相U、相V和相W)交流电源。
[0036]图3示出定子4的局部放大剖面图。图3是齿10附近的轴正交平面中的剖面图并且示出了线轴11被插入齿10中的状态。绕组线9被绕线轴11缠绕并且线轴11被从外面插入齿10中。在插入线轴11之后,将内芯8通过冷缩配合插入外芯7中，使得内芯8被布置在外芯7内。
[0037]在外芯7的内周上形成有抵接面7b。抵接面7b是供内芯8的齿10的末端(外端部)IOa抵接的面。在抵接面7b的沿周向的两侧形成有突起7a。突起7a向抵接面7b的内周侧突出并且定位在齿10的两侧。突起7a定位在插入齿10中的线轴11的第一弯曲部15a和第二弯曲部15b之间。突起7a限制外芯7和内芯8的沿周向方向的相对旋转。
[0038]在外芯7的内周上形成有退避(evacuation)面7c。当从突起7a观察时,退避面7c定位在抵接面7b的相反侧。退避面7c在外芯7的径向方向上定位在抵接面7b的外侧(从圆心X的远侧)。因为退避面7c向径向方向的外侧退避，因此防止了退避面7c和线轴
11的凸缘部15 (具体地，第三弯曲部15c和边缘部15d)之间的干涉。线轴11和绕组线9定位在由退避面7c和齿10的侧表面包围的空间中。
[0039]如将稍后讨论的，在本实施方式中，外芯7和内芯8借助压机由相同材料制成。在冲压过程期间，齿10的末端IOa与退避面7c对置。因此，退避面7c沿外芯7的径向方向定位在末端IOa的外侧(从圆心X的远侧)。退避面7c的沿着周向方向的长度(L7)长于L10,该LlO是齿10的沿周向方向的宽度(也就是说，末端IOa的沿周向方向的长度)。
[0040]线轴11总体上由方筒形状或圆筒形状形成，并且通过树脂成型而形成。线轴11的中空内部适于由齿10插入。在图3中，线轴11在穿过该线轴的中心附近的轴正交平面中被切开。线轴11包括筒体部14和凸缘部15。筒体部14构成线轴11的主体部并且是供绕组线9缠绕的部分。齿10穿过筒体部14的中空内部。
[0041]凸缘部15定位在筒体部14的外侧并且形成为从该筒体部14立起。凸缘部15支撑绕组线9的一侧以防止处于层压状态下的绕组线9塌缩。凸缘部15包括边缘部(自由端部)15d以及多个(本实施方式中为3个)弯曲部15a至15c。
[0042]第一弯曲部15a形成在筒体部14和凸缘部15之间。也就是说，连接筒体部14和凸缘部15的部分是第一弯曲部15a。在第一弯曲部15a中，筒体部14和凸缘部15以大致90°弯曲并且凸缘部15大致沿着外芯7的周向方向延伸。第一弯曲部15a沿这样的方向被弯曲，在该方向上，凸缘部15远离供插入筒体部14中的齿10移动。
[0043]第二弯曲部15b形成在边缘部15d侧，该第二弯曲部比第一弯曲部15a更靠近凸缘部15的末端(端部)。第二弯曲部15b被弯曲成将更靠近边缘部15d侧的凸缘部15引向外周侧(也就是说，远离圆心X的方向)，即，朝向外芯7弯曲。弯曲方向与第一弯曲部15a相反。因为第二弯曲部15b被弯曲成将凸缘部15引向外周侧，因此增大了线轴11的绕组空间。因此，更多的绕组线9能绕线轴11被缠绕。
[0044]外芯7的突起7a定位在第一弯曲部15a和第二弯曲部15b之间并且与线轴11的凸缘部15对置。也就是说，凸缘部15通过在第一弯曲部15a处被弯曲而避免了与突起7a发生干涉。并且凸缘部15通过在第二弯曲部15b处被弯曲而增大了绕组空间。
[0045]第三弯曲部15c形成在边缘部15d侧，该第三弯曲部比第二弯曲部15b更靠近凸缘部15的末端(端部)。第三弯曲部15c被弯曲成将更靠近边缘部15d侧的凸缘部15引向沿着周向方向的方向，也就是说，朝向沿着外芯7的内周的方向弯曲。弯曲方向与第二弯曲部15b相反。因为第三弯曲部15c被弯曲成沿着周向方向引导凸缘部15，因此不仅获得了借助第二弯曲部15b增大绕组线空间的效果，而且也获得了小尺寸线轴11。因为防止了线轴11沿定子4的径向方向尺寸增大，因此提高了定子4沿径向方向的小型化。
[0046]在线轴11中，凸缘部15的厚度总体上形成为使得它大致是均质的。也就是说，第一弯曲部15a、第二弯曲部15b和第三弯曲部15c中的厚度，以及第一弯曲部15a和第二弯曲部15b之间、第二弯曲部15b和第三弯曲部15c之间、第三弯曲部15c和边缘部15d之间的厚度大致是恒定的。因此，与凸缘部15的外芯7侧对置的面的弯曲形状和与绕组线9侧对置的弯曲形状大致相同。通过使厚度恒定，线轴11能被优选地形成。通过以大致恒定的厚度形成第一弯曲部15a、第二弯曲部15b和第三弯曲部15c，在防止与突起7a发生干涉的同时增大了绕组线空间并且获得了整个线轴11的小型化。
[0047]〈外芯和内芯的冲压〉
[0048]图4示出了说明性图，其示出了当外芯7和内芯8由相同的金属板材P冲压时该外芯7和内芯8之间的位置关系。图4中的阴影部分示出通过压机的切除被移除的部分。当由金属板材P冲压时，内芯8的齿10和外芯7的退避面7c布置成使得它们彼此对置。也就是说，定子4中外芯7和内芯8之间的位置关系以及当由金属板材P冲压时外芯7和内芯8之间的位置关系以圆心X为旋转中心偏移了 7.5。。
[0049]当通过冲压从金属板材P切出外芯7和内芯8时，需要一定宽度或更宽的冲压余量C。冲压余量C的长度对应于作为冲压刀片的冲压模的厚度。以与定子4中的外芯7和内芯8之间的位置关系相同的方式，当在齿10和抵接面7b对置的情况下由金属板材P冲压两个芯7和8时，齿10的长度变得短了冲压余量C的长度。因此，齿10不能通过冷缩配合与抵接面7b抵接。
[0050]通过使退避面7c和齿10对置来执行冲压，即使当存在冲压余量C时，也可以使齿10的末端IOa沿径向方向的位置与抵接面7b沿径向方向的位置大致重合。退避面7c沿径向方向的位置远离圆心X从齿10的末端IOa至少移动冲压余量C的长度。齿10的末端IOa的周向方向的长度LlO等于或小于由外芯7的两个突起7a夹设的退避面7c的周向方向的长度L7。
[0051]〈常规定子〉
[0052]图5示出了轴正交平面中常规定子40的局部放大剖面图。在该定子40的情况下，齿100的数量(槽的数量)是9。因此，两个相邻的齿100的角间隙是40°。
[0053]在外芯70的内周上形成有抵接面70b。在抵接面70b的两侧布置有突起70a。当从突起70a观察时在抵接面70b的相反侧,形成大致沿着周向方向延伸的退避面。退避面70c比抵接面70b的位置更远离圆心X定位。突起70a和退避面70c由平滑倾斜的斜面70d连接。
[0054]线轴110被插入齿100中。线轴110包括位于连接筒体部140和凸缘部150的部分中的第一弯曲部150a。凸缘部150既不包括第二弯曲部也不包括第三弯曲部。从第一弯曲部150a到边缘部150d，凸缘部沿着外芯70的斜面70d适于为大致是线性的。
[0055]图6示出了说明性附图，其示出了当常规的外芯70和常规的内芯80两者都由相同的金属板材P冲压时该外芯70和内芯80之间的位置关系。图6中的阴影部分通过由冲压机进行切除而被移除的部分。当由金属板材P冲压时，内芯80的齿100和外芯70的退避面70c布置成使得它们彼此对置。也就是说，定子40中外芯70和内芯80之间的位置关系以及当由金属板材P冲压时外芯70和内芯80之间的位置关系以圆心X为旋转中心偏移20。。
[0056]在常规的定子40的情况下，每个齿100之间的间隙的角度是40°，该角度相对较大。结果，即使当突起70a和退避面70c利用斜面70d连接时，退避面70c沿周向方向的长度也能够是相对长的。齿100的沿周向方向的宽度大致与抵接面70b的沿周向的长度相同。齿100的末端IOOa沿径向方向的位置大致与抵接面70b沿径向方向的位置相同。考虑到冲压模的冲压余量，齿100的沿周向方向的宽度LlOO是将两个斜面70d的中间部(该中间部对应于抵接面70b沿径向方向的位置)彼此连接的周向长度。
[0057]当槽的数量增加时，退避面70c的沿周向方向的长度在斜面70d的倾斜角恒定时需要被缩短。因此，齿100的沿周向方向的宽度LlOO不能被确保与抵接面70b的沿周向方向的长度相同。
[0058]然而，本实施方式的定子4解决了上述问题。也就是说，外芯7构造成使得退避面7c位于突起7a的紧后方。结果，获得如下状态，即，没有斜面可用或者斜面的倾斜角是陡的。因此，能确保退避面7c的沿周向方向的长的长度。即使当定子4具有多个槽时，齿10的沿周向方向的宽度LlO也能保持大致与抵接面7b的沿周向方向的长度L7相同。
[0059]通过构造线轴11从而将第一弯曲部15a和第二弯曲部15b定位在突起7a的两侧并且进一步将第三弯曲部15c定位在第二弯曲部15b和边缘部15d之间，绕组线空间能被增大以有助于改善马达I的特性。[0060]如上描述了本发明的实施方式；然而，本发明不限于此并且在其宗旨的范围内可以进行各种布置和修改。
[0061]在上述实施方式中，旋转电机已被描述为马达(电动机)I ;然而，旋转电机可以是具有与马达I相同构造的包括转子3和定子4的发电机。另外，提供了这样的描述，假定定子4的槽的数量(也就是说，齿10的数量)假定为24 ;然而，槽的数量不限于此并且其它数量可以适当地设定。马达不限于如实施方式中所述的外定子(内转子)型马达。另选地，可应用内定子(外转子)型马达。
【权利要求】
1.一种定子，所述定子包括: 定子芯，所述定子芯具有大致环形的外芯和布置在该外芯内的内芯；以及线轴，所述线轴具有筒体部和凸缘部，绕组线绕所述筒体部缠绕，所述凸缘部形成为从所述筒体部立起，所述凸缘部具有自由端部和多个弯曲部。
2.根据权利要求1所述的定子，其中 所述内芯在从所述外芯的圆心观察时以相等的间隙朝向外侧径向突出，并且所述内芯具有这样的齿，所述齿的外边缘部抵接所述外芯的内周； 所述筒体部被插入所述齿中，使得所述凸缘部向外； 所述多个弯曲部包括形成在所述筒体部和所述凸缘部之间的第一弯曲部以及形成为比该第一弯曲部更靠近自由端部侧的第二弯曲部； 在所述外芯的内周上形成有向内突出的突起，所述突起位于所述齿的外边缘部的两侧并且定位在所述线轴的所述第一弯曲部和所述第二弯曲部之间。
3.根据权利要求1所述的定子，其中， 所述第二弯曲部朝向所述外芯弯曲。
4.根据权利要求2所述的定子，其中， 所述第二弯曲部朝向所述外芯弯曲。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的定子，其中， 所述线轴在所述第二弯曲部中的厚度大致与所述线轴在所述第一弯曲部中的厚度相同。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的定子，其中， 在所述凸缘部中，第三弯曲部形成为比所述第二弯曲部更靠近所述自由端部侧。
7.根据权利要求5所述的定子，其中， 在所述凸缘部中，第三弯曲部形成为比所述第二弯曲部更靠近所述自由端部侧。
8.根据权利要求6所述的定子，其中， 所述第三弯曲部的弯曲方向与所述第二弯曲部的弯曲方向相反。
9.根据权利要求7所述的定子，其中， 所述第三弯曲部的弯曲方向与所述第二弯曲部的弯曲方向相反。
10.根据权利要求6所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部中的厚度大致与所述线轴在所述第一弯曲部中的厚度相同。
11.根据权利要求7所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部中的厚度大致与所述线轴在所述第一弯曲部中的厚度相同。
12.根据权利要求8所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部中的厚度大致与所述线轴在所述第一弯曲部中的厚度相同。
13.根据权利要求9所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部中的厚度大致与所述线轴在所述第一弯曲部中的厚度相同。
14.根据权利要求6所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部的所述自由端部侧定位在比所述齿的所述外边缘部距所述外芯的圆心更远侧。
15.根据权利要求7所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部的所述自由端部侧定位在比所述齿的所述外边缘部距所述外芯的圆心更远侧。
16.根据权利要求8所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部的所述自由端部侧定位在比所述齿的所述外边缘部距所述外芯的圆心更远侧。
17.根据权利要求9所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部的所述自由端部侧定位在比所述齿的所述外边缘部距所述外芯的圆心更远侧。
18.根据权利要求10所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部的所述自由端部侧定位在比所述齿的所述外边缘部距所述外芯的圆心更远侧。
19.根据权利要求11所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部的所述自由端部侧定位在比所述齿的所述外边缘部距所述外芯的圆心更远侧。
20.根据权利要求12所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部的所述自由端部侧定位在比所述齿的所述外边缘部距所述外芯的圆心更远侧。
21.根据权利要求13所述的定子，其中， 所述线轴在所述第三弯曲部的所述自由端部侧定位在比所述齿的所述外边缘部距所述外芯的圆心更远侧。
22.—种旋转电机，所述旋转电机包括: 根据权利要求1至21中的任一项所述的定子；以及 转子，所述转子布置在所述外芯的外部或所述内芯的内部并且能绕所述圆心旋转。
23.根据权利要求22所述的旋转电机，其中， 所述旋转电机是马达。
【文档编号】H02K1/12GK103683555SQ201310087095
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2012年9月19日
【发明者】山岸俊幸, 冈威宪, 汤田丰史 申请人:株式会社安川电机