CN1945927B - 电机用定子 - Google Patents

Abstract

提供一种可以防止绕线管的轭侧的凸缘部的机械强度降低的电机用定子。在与多片磁性钢板的叠层方向正交的方向上切断了轭的内周部时的内周部的形状，具有组合了正N边形的形状和在该正N边形的形状的各边的大致中央分别形成的N个嵌合用凹部而成的形状。极柱的一端具有三角形形状。励磁线圈部包括与极柱嵌合的绕线管。绕线管具有绕线管的一部分与在嵌合用凹部和嵌合在嵌合用凹部中的极柱之间形成的空间嵌合的形状。由此，可以防止绕线管的轭侧的部分的机械强度降低。

Description

电机用定子

技术领域

本发明涉及电机用定子。

背景技术

在特许第2816698号公报(专利文献1)中，示出了包括具有大致圆环状的轭和在圆环状的轭的内侧配置的磁极构成体的定子铁心、及在磁极构成体上设置的励磁线圈部的电机用定子。磁极构成体一体地具有一端与轭的内侧连结的多个极柱、分别设置在多个极柱的另一端上的磁极面形成部、和连结邻接的两个磁极面形成部的连结部。轭和磁极构成体分别叠层多片磁性钢板而构成。并且，在轭的内周部形成有朝向多片磁性钢板的叠层方向的两方向和磁极构成体开口，并分别与多个极柱的一端嵌合的多个嵌合用凹部。

专利文献1：特许第2816698号公报、附图1-4

但是，在现有的电机用定子中，圆环状的轭的内周面弯曲成圆弧状。因此，配置形成在极柱两侧的励磁线圈部的空间的横截面形状是扇形。其结果是，励磁线圈部的形状被该空间的形状限制，从而在提高线圈的占空系数上存在界限。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提高励磁线圈部的占空系数，使磁通容易在轭内流动的电机用定子。

本发明的另一目的是提供一种不必使在卷绕线圈导体的绕线管(bobbin)的轭侧设置的凸缘部弯曲，即可提高励磁线圈部的占空系数的电机用定子。

本发明的又一目的是提供一种可以防止绕线管的轭侧的凸缘部的机械强度降低的电机用定子。

作为本发明的改进对象的电机用定子，包括：具有环状的轭和在所述环状的轭的内侧配置的磁极构成体的定子铁心；及设置在磁极构成体上的N个(N是3以上的整数)的励磁线圈部。磁极构成体具有装配有励磁线圈部的N个极柱。N个极柱在环状的轭的内侧沿轭的周方向留有间隔地配置，分别具有与轭连结的一端和位于该一端的径向内侧的另一端。在N个极柱的另一端分别设置有在内周侧具有磁极面的多个磁极面形成部。此外，磁极构成体具有连结邻接的两个磁极面形成部的多个连结部。轭和磁极构成体分别通过叠层多片磁性钢板而构成。在轭的内周部形成有朝向多片磁性钢板的叠层方向的两方向开口且朝向磁极构成体开口，并分别与N个极柱的一端嵌合的N个嵌合用凹部。在本发明中使用的轭的内周部，在N个嵌合用凹部的周方向两侧，分别形成有与嵌合用凹部的内表面连续的一对平面部。并且，一对平面部在周方向上延伸的边的长度尺寸相等且位于相同的假想平面内。

在现有的电机用定子中，由于轭具有圆环状，所以在极柱的两侧形成横截面形状呈扇形的励磁线圈部收纳空间。在极柱的周围卷绕线圈导体而形成了励磁线圈部的情况下，在弯曲的轭的内周部之间形成较大的间隙部。与此相对，如本发明所述，若采用在轭的内周部的嵌合用凹部的周方向两侧分别形成有一对平面部的结构，则励磁线圈部收纳空间的形状是，能够与在轭的内周部形成的一对平面部相符地配置励磁线圈部的线圈导体的匝的形状的空间。因此，在极柱的周围卷绕线圈导体而形成的励磁线圈部和一对平面部之间未如现有技术那样形成较大的空隙部。由此，可以提高励磁线圈部的线圈导体占有配置空间的比率(占空系数)。此外，可以局部地增大轭的横截面积，使磁通容易在轭内流动。

进而，在本发明的电机用定子中，在与多片磁性钢板的叠层方向正交的方向上切断了轭的内周部时的内周部的形状，具有组合了正N边形的形状和在该正N边形的形状的各边的大致中央分别形成的N个嵌合用凹部而成的形状。此外，极柱的一端具有三角形形状。并且，励磁线圈部包括与极柱嵌合的绕线管。绕线管具有绕线管的一部分与在嵌合用凹部和嵌合在嵌合用凹部中的极柱之间形成的空间嵌合。由此，可以防止绕线管的轭侧的部分的机械强度降低。

在这种情况下，在设极柱的具有三角形形状的一端的角部的顶点和定子铁心的中心点的距离为R、与在极柱的一端和另一端之间延伸的方向正交的方向的宽度尺寸为T、极柱的三角形形状的底边和中心点的距离为x、与N边形的一边正交且通过中心点的假想线的与一边正交的点和中心点间的距离为H时，优选N、T和R具有下列关系。

T≤2R(1-cos(π/N))/tan(π/N)

其中，H、x和R具有H＜x＜R的关系。由此，能够在不妨碍有助于产生转矩的有效磁通的流动的情况下形成定子铁心，从而能够进行最优的磁路设计。

励磁线圈部可以通过由绝缘材料形成且与极柱嵌合的绕线管和卷绕在该绕线管上的线圈导体构成。在这种情况下，绕线管可以构成为，包括与极柱嵌合且卷绕线圈导体的筒状部、设置在筒状部的一端部且与轭的内周面接触的第一凸缘部、及设置在筒状部的另一端部且与磁极面形成部接触的第二凸缘部。并且，嵌合用凹部和绕线管的第一凸缘部的形状可以设定为，第一凸缘部的一部分嵌合在嵌合用凹部内。这样，通过第一凸缘部的一部分嵌合在嵌合用凹部内，可以提高与轭的内周面接触的第一凸缘部的机械强度。因此，可以减小与一对平面部接触的第一凸缘部的厚度尺寸，即使在使用绕线管的情况下也可以提高励磁线圈部的占空系数。

具体地，绕线管的结构构成为，第一凸缘部具有与轭的内周面相符的平板状的本体部和从该本体部立起到轭侧的一对肋部。并且，嵌合用凹部的内表面由与一对平面部分别连续的一对倾斜平面部构成。一对倾斜平面部的在周方向上延伸的边的长度尺寸优选设定为，在一对倾斜平面部和与嵌合用凹部嵌合的极柱的一端之间形成有分别与绕线管的一对肋部嵌合的一对空间。这样，在由一对倾斜平面部构成嵌合用凹部的内表面这样的简单结构中，能够将第一凸缘部的一部分嵌合在嵌合用凹部内。通过肋部和嵌合用凹部的嵌合，进行绕线管的定位。此外，在第一凸缘部中，存在肋部的部分与其他部分相比厚度尺寸大。其结果是，即使减小第一凸缘部的平板状的本体部的厚度尺寸小而尽可能增大配置线圈导体的空间的容积，也能够防止第一凸缘部的机械强度降低。

此外，若绕线管的第一凸缘部和第二凸缘部的相互对置的内表面分别平行地延伸，则能够将线圈导体以直线对准方式卷绕在筒状部上。这样，可以进一步地提高励磁线圈部的占空系数。

(发明效果)

根据本发明，因为在轭的内周部的嵌合用凹部的周方向两侧分别形成有一对平面部，所以励磁线圈部收纳空间的形状是，能够与在轭的内周部形成的一对平面部相符地配置励磁线圈部的线圈导体的匝的形状的空间。由此，能够增加励磁线圈部的占空系数。此外，能够增大极柱的一端附近的轭的横截面积，使磁通容易在轭内流动。

此外，在本发明中，因为励磁线圈部采用了如下的结构，即包括与极柱嵌合的绕线管，并且绕线管的一部分与在嵌合用凹部和嵌合在嵌合用凹部中的极柱之间形成的空间嵌合，所以能够防止绕线管的轭侧的部分的机械强度降低。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的电机用定子的正视图。

图2是图1所示的定子所使用的定子铁心的正视图。

图3是用于说明由钢板材料冲裁加工图1所示的定子所使用的轭用磁性钢板和磁极用磁性钢板的方式的图。

图4是用于说明组装图1所示的定子的方式的图。

图5是参考例的电机用定子所使用的定子铁心的正视图。

图6是本发明第二实施方式的电机用定子所使用的定子铁心的正视图。

符号说明

1 电机用定子

3 定子铁心

5 励磁线圈部

7 轭

9 磁极构成体

7a 嵌合用凹部

7b 一对平面部

7c 一对倾斜平面部

13 极柱

15 磁极面形成部

17 连结部

19 一对空间

23 绕线管

23a 筒状部

23b 第一凸缘部

23c 第二凸缘部

23d 本体部

23e 一对肋部

25 线圈导体

具体实施方式

下面，将参考附图详细说明本发明的实施方式。图1是本发明第一实施方式的电机用定子的正视图。如该图所示，该实施例的电机用定子1具有定子铁心3和六个励磁线圈部5。如图2所示，定子铁心3由环状轭7和配置在环状轭7内侧的磁极构成体9构成。此外，在图2中，为了参考描述了仅设置有一个励磁线圈部5的状态。轭7通过叠层多片轭用磁性钢板11而构成。沿与轭7外周部的多片轭用磁性钢板11的叠层方向正交的方向切断的形状具有圆形。此外，轭7内周部的切断形状具有组合了正N边形(在本例中是正六边形)形状和在该正六边形形状的各边的大致中央分别形成的6个嵌合用凹部7a而成的形状。由此，嵌合用凹部7a以朝向多片磁性钢板的叠层方向的两方向开口且朝向磁极构成体9开口的方式形成在轭7的内周部。此外，在轭7的内周部，在6个嵌合用凹部7a的周方向两侧分别形成有与嵌合用凹部7a的内表面连续的一对平面部7b。该一对平面部7b在周方向上延伸的边的长度尺寸相等且位于相同的假想平面内。此外，嵌合用凹部7a的内表面由与一对平面部7b分别连续的一对倾斜平面部7c构成。

磁极构成体9具有N个(N是3以上的整数，在本例中是6个)极柱13、在极柱13的端部设置的磁极面形成部15、和连结邻接的两个磁极面形成部的连结部17。极柱13在轭7内侧沿周方向留有间隔地配置，并且具有与轭7连结的一端和位于该一端的径向内侧的另一端。在本例中，极柱13的一端具有三角形形状的凸部13a。由此，凸部13a具有在轭7的周方向上延伸的一对倾斜面13b。并且，凸部13a与轭7的嵌合用凹部7a嵌合，使得一对倾斜面13b和轭7的一对倾斜平面部7c分别接触，从而极柱13与轭7连结。在本例中，倾斜面13b的轭7的周方向的长度尺寸比倾斜平面部7c的周方向的长度尺寸短。由此，一对倾斜平面部7c的一部分在极柱13侧露出，在一对倾斜平面部7c的一部分和极柱13间形成横截面为三角形槽状的一对空间19。磁极面形成部15设置在极柱13另一端且具有在内周侧与转子对置的磁极面15a。此外，在由磁极面15a围住的区域配置有未图示的转子。

此外，与轭7相同，磁极构成体9通过叠层多片磁极用磁性钢板21叠层而构成。如图3所示，构成轭7的一片轭用磁性钢板11和构成磁极构成体9的一片轭用磁性钢板21，通过用压力机冲裁加工一片钢板材料M而形成。轭用磁性钢板11具有在内侧构成轭7的平面部7b的平面部构成部11a、和构成轭7的倾斜平面部7c的轭7的倾斜平面形成部11b。

磁极用磁性钢板21具有构成极柱13的极柱构成部21a、构成磁极面形成部15的磁极面部21b和构成连结部17的连结构成部21c。极柱构成部21a具有构成倾斜面13b的倾斜面构成部21d。并且，轭用磁性钢板11的邻接的两个平面部构成部11a的一部分和磁极用磁性钢板21的邻接的两个倾斜面构成部21d通过压力机而切断。在后继工序中，由于极柱13和轭7连结，使得倾斜面构成部21d和倾斜平面形成部11b接触，所以可以对应于连结的状态，适当地设定邻接的两个倾斜面构成部21d间的角度θ1和邻接的两个倾斜平面形成部11b间的角度θ2。例如，为了容易连结极柱13和轭7，只要使角度θ1比角度θ2稍小即可，为了牢固地连结极柱13和轭7，只要使角度θ1和角度θ2大致相同，或者使角度θ1比角度θ2稍大即可。

如图2所示，励磁线圈部5由绝缘材料形成，并且由与极柱13嵌合的绕线管23和在绕线管23上卷绕的线圈导体25构成。绕线管23一体地包括与极柱13嵌合的筒状部23a、设置在筒状部23a的一端部且与轭7的内周面接触的第一凸缘部23b、和设置在筒状部23a另一端部且与磁极面形成部15接触的第二凸缘部23c。第一凸缘部23b和第二凸缘部23c相互对置的内表面分别平行地延伸。并且，线圈导体25以直线对准(整列)方式卷绕在筒状部23a上。第一凸缘部23b包括从筒状部23a立起的平板状的本体部23d和一对肋部23e。一对肋部23e位于筒状部23a的相反侧且从本体部23d立起到轭7侧。此外，一对肋部23e具有横截面呈三角形的形状，并且沿轭用磁性钢板11的叠层方向延伸。并且，在励磁线圈部5安装在定子铁心3上的状态下，本体部23d与一对平面部7b接触，一对肋部23e嵌合在轭7和磁极构成体9间的一对空间19内。即，轭7的嵌合用凹部7a和第一凸缘部23b的形状设定为，第一凸缘部23b的一部分(一对肋部23e)嵌合在嵌合用凹部7a内。换言之，一对倾斜平面部7c的在轭7的周方向上延伸的边的长度尺寸设定为，在嵌合用凹部7a的一对倾斜平面部7c和与嵌合用凹部7a嵌合的极柱13的一端(凸部13a)之间，形成分别与绕线管23的第一凸缘部23b的一对肋部23e嵌合的一对空间19。

此外，在本例的定子铁心3中，在设极柱13一端的角部的顶点和定子铁心3的中心点C的距离是R、与在极柱13的一端和另一端之间延伸的方向正交的方向的宽度尺寸是T、极柱13的三角形形状的凸部13a的底边和中心点C的距离是x、与轭7的内周部的正六边形的一边正交且通过中心点C的假想线的与一边正交的点和中心点间的距离是H的情况下，N、T和R具有T≤2R(1-cos(π/N))/tan(π/N)的关系。此外，H、x和R具有H＜x＜R的关系。

在本例中，如下所述组装了定子1。首先，在绕线管23上卷绕线圈导体25而制作励磁线圈部5。接着，如图4所示，将励磁线圈部5与磁极构成体9的极柱13嵌合。由此，绕线管23的第二凸缘部23c与磁极构成体9的磁极面形成部15接触。接着，将极柱13的凸部13a与轭7的嵌合用凹部7a嵌合，将设置有励磁线圈部5的磁极构成体9安装在轭7上。由此，如图2所示，绕线管23的本体部23d与一对平面部7b接触，一对肋部23e嵌合在轭7和磁极构成体9间的一对空间19内。

根据本例的定子1，由于在轭7的内周部的嵌合用凹部7a的周方向两侧分别形成有一对平面部7b，所以励磁线圈部收纳空间的形状，为了成为能够与在轭7的内周部形成的一对平面部7b相符地配置励磁线圈部5的线圈导体25的匝的形状的空间，而并未如现有技术所述在将线圈导体25卷绕于极柱13的周围而形成的励磁线圈部5和一对平面部7b间形成较大的空隙部。由此，能够提高励磁线圈部5的占空系数。此外，能够局部地增大轭7的横截面积，使磁通容易在轭7内流动。此外，在第一凸缘部23b中，存在肋部23e的部分与其他部分相比厚度尺寸大。其结果是，即使减小第一凸缘部23b的平板状的本体部23d的厚度尺寸而尽可能增大配置线圈导体25的空间的容积，也可以防止第一凸缘部23b的机械强度降低。

图5是参考例的定子所使用的定子铁心的正视图。本参考例的定子，除了嵌合用凹部107a的内表面的形状以外，具有与第一实施方式的定子相同的结构。在本例中，嵌合用凹部107a的内表面由与一对平面部107b分别连续且与该一对平面部107b分别呈直角而延伸的一对垂直面107d、和与一对垂直面107d分别连续的一对倾斜平面部107c构成。即使是本例的定子也能够提高励磁线圈部的占空系数，能够抑制在轭107中流动的磁通密度的降低。但是，由于绕线管的第一凸缘部的一部分未与轭107的嵌合用凹部107a嵌合，所以无法如第一实施例那样，得到能够减小第一凸缘部的厚度尺寸的效果。

图6是本发明第二实施方式的定子所使用的定子铁心的正视图。本例的定子是包括9个极柱213的9个槽(slot)的定子。本例的定子由于除了极柱的数目以外，具有与第一实施方式的定子基本相同的结构，所以在第一实施方式的定子所标注的符号上加上200，省略其说明。

Claims (5)

1.一种电机用定子，其包括：具有环状的轭和在所述环状的轭的内侧配置的磁极构成体的定子铁心；及设置在所述磁极构成体上的N个励磁线圈部，所述N是3以上的整数，

所述磁极构成体具有：N个极柱，其在所述环状的轭的内侧沿所述轭的周方向留有间隔地配置，分别具有与所述轭连结的一端和位于该一端的径向内侧的另一端，且安装有所述励磁线圈部；多个磁极面形成部，其分别设置在所述另一端且在内周侧具有磁极面；及连结部，其连结邻接的两个所述磁极面形成部，

所述轭和所述磁极构成体分别通过叠层多片磁性钢板而构成，

在所述轭的内周部形成有N个嵌合用凹部，该N个嵌合用凹部在所述多片磁性钢板的叠层方向的两方向上开口且朝向所述磁极构成体开口，并分别与所述N个极柱的所述一端嵌合，

所述电机用定子的特征在于，

在所述轭的内周部，在N个所述嵌合用凹部的所述周方向两侧，分别形成有与所述嵌合用凹部的内表面连续的一对平面部，

所述一对平面部在所述周方向上延伸的边的长度尺寸相等且位于相同的平面内，

在与所述多个磁性钢板的叠层方向正交的方向上切断了所述轭的所述内周部时的所述内周部形状，具有组合了正N边形的形状和在该正N边形的形状的各边的大致中央分别形成的N个所述嵌合用凹部而成的形状，

所述极柱的所述一端具有三角形形状，

所述励磁线圈部包括与所述极柱嵌合的绕线管，

所述绕线管构成为，所述绕线管的一部分与在所述嵌合用凹部和嵌合在所述嵌合用凹部中的所述极柱之间形成的空间嵌合。

2.根据权利要求1所述的电机用定子，其特征在于，

在设所述极柱的具有三角形形状的所述一端的角部的顶点和所述定子铁心的中心点的距离为R、与在所述极柱的所述一端和所述另一端之间延伸的方向正交的方向的宽度尺寸为T、所述极柱的所述三角形形状的底边和所述中心点的距离为x、与所述N边形的一边正交且通过所述中心点的线的与所述一边正交的点和所述中心点间的距离为H的情况下，所述N、所述T和所述R具有T≤2R(1-cos(π/N))/tan(π/N)的关系，

所述H、所述x和所述R具有H＜x＜R的关系。

3.根据权利要求2所述的电机用定子，其特征在于，

所述励磁线圈部通过由绝缘材料形成且与所述极柱嵌合的所述绕线管和卷绕在所述绕线管上的线圈导体构成，

所述绕线管包括：与所述极柱嵌合且卷绕所述线圈导体的筒状部；设置在所述筒状部的一端部且与所述轭的内周面接触的第一凸缘部；及设置在所述筒状部的另一端部且与所述磁极面形成部接触的第二凸缘部，

所述嵌合用凹部和所述绕线管的所述第一凸缘部的形状设定为，所述第一凸缘部的一部分嵌合在所述嵌合用凹部内。

4.根据权利要求3所述的电机用定子，其特征在于，

所述第一凸缘部具有与所述轭的内周面相符的平板状的本体部和从该本体部立起到所述轭侧的一对肋部，

所述嵌合用凹部的所述内表面由与所述一对平面部分别连续的一对倾斜平面部构成，

所述一对倾斜平面部的在所述周方向上延伸的边的长度尺寸设定为，在所述一对倾斜平面部和与所述嵌合用凹部嵌合的所述极柱的所述一端之间形成有分别与所述绕线管的所述一对肋部嵌合的一对空间。

5.根据权利要求3或4所述的电机用定子，其特征在于，

所述绕线管的所述第一凸缘部和所述第二凸缘部的相互对置的内表面分别平行地延伸，

所述线圈导体以整齐排列方式卷绕在所述筒状部上。

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