定子以及具有定子的电动机的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种定子以及具有定子的电动机。


背景技术：

[0002]
在马达或发电机等的电动机中，设置有产生旋转磁场来使转子旋转的定子。例如，如图8所示，定子101具有大致圆筒形状的定子铁芯103。在定子铁芯103的内周面上，沿着周方向排列有例如长方形的芯齿105。线圈109被插入相邻的芯齿105之间的槽107中，从而被安装于芯齿105。
[0003]
当电流流过该线圈109时，线圈109因其电阻而发热，线圈109的温度会上升。若线圈109的温度过度上升，则可能产生线圈被膜被破坏、短路以及发热等问题。因此，需要冷却线圈109。线圈109的冷却，其一部分是通过经由芯齿105向定子铁芯103散热来进行的。
[0004]
如图8所示，在与定子铁芯103的中心轴垂直的剖面形状为长方形的芯齿105均匀排列的结构中，线圈109在其内侧与芯齿105接触，因此散热性高，但在线圈109的外侧，与芯齿105之间产生有间隙，因此散热性会降低。
[0005]
如图9所示，还存在如下的结构，即，在定子铁芯103的内周面沿着圆周方向交替排列有剖面形状为长方形的芯齿105和剖面形状为梯形的芯齿106。在该结构中，在线圈109的两侧均与芯齿105接触，因此可以确保高的散热性。
[0006]
从散热性的观点来看，与图8所示的长方形芯齿105的均匀排列结构相比，图9所示的长方形芯齿105与梯形芯齿106的交替排列结构是有利的。如图10所示，由于转子120的永磁体121与梯形芯齿106的侧面之间的距离比永磁体121与长方形芯齿105的侧面之间的距离近，因而梯形芯齿106从转子120的永磁体121接收的磁引力f2比长方形芯齿105从转子120的永磁体121接收的磁引力f1强。因此，如图11所示，与长方形芯齿105的均匀排列结构相比，长方形芯齿105与梯形芯齿106的交替排列结构具有齿槽扭矩增加的反面性。
[0007]
在电动机的定子中，线圈散热性能与齿槽扭矩具有折衷(trade off，难以两全)的关系。
[0008]
现有技术文献
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专利文献
[0010]
专利文献1：日本未审查专利申请公开(pct申请译文)第2009-5288811号


技术实现要素：

[0011]
期望一种能够确保线圈的散热性并抑制齿槽扭矩增加的电动机的定子。
[0012]
本公开的一方式的电动机的定子具有圆筒形状的定子铁芯。在定子铁芯的内周面上，沿着圆周方向排列有第一芯齿。在定子铁芯的内周面上，沿着圆周方向与第一芯齿交替地排列有第二芯齿。第二芯齿的与定子铁芯的中心轴垂直的剖面形状与第一芯齿的剖面形状不同。在第一芯齿或第二芯齿上，安装有线圈。在第二芯齿的前端部分与该前端部分的后方的部分之间边界上，第二芯齿的宽度以具有阶梯差或曲面的方式而变窄。
[0013]
根据本方式，能够使线圈与第一芯齿的侧面接触，且虽然第二芯齿的前端部分与线圈之间空出间隙而不能与线圈接触，但能够在前端部分的后方的部分使线圈与第二芯齿接触。由此，与在第二芯齿的几乎整个区域上与线圈之间产生间隙的情况相比，能够提高线圈的散热性。
[0014]
另外，第一芯齿的前端的宽度与第二芯齿的前端的宽度相同，第二芯齿的前端部分的形状与第一芯齿的前端部分的形状相同，因此，能够使第二芯齿与转子的磁体之间的磁引力近似于第一芯齿与转子的磁体之间的磁引力。由此，能够抑制齿槽扭矩增加。
[0015]
进而，并非简单地将第一芯齿、第二芯齿的前端部分形成为相同的形状，而是通过挖第二芯齿的前端部分的侧面，来将第二芯齿的前端部分形成为与第一芯齿的前端部分相同的形状，从而使得第二芯齿的前端部分变细，由此，提高了线圈的插入作业性。
附图说明
[0016]
图1是一实施方式的电动机的定子的一部分的立体图。
[0017]
图2是图1的电动机的一部分的剖视图。
[0018]
图3是图1的长方形芯齿与梯形芯齿的放大剖视图。
[0019]
图4是与本实施方式的定子的线圈散热性有关的说明补充图。
[0020]
图5是示出图1的梯形芯齿、长方形芯齿各自从转子的永磁体接收的磁引力的图。
[0021]
图6是示出本实施方式的定子的齿槽扭矩的图。
[0022]
图7是示出用于覆盖图1的梯形芯齿的盖的图。
[0023]
图8是与以往的长方形芯齿的均匀排列结构中的线圈的散热性有关的说明补充图。
[0024]
图9是与以往的长方形芯齿与梯形芯齿的交替排列结构中的线圈的散热性有关的说明补充图。
[0025]
图10是示出图9的梯形芯齿和长方形芯齿各自与转子的永磁体之间的磁引力的图。
[0026]
图11是示出图9、图10各自定子的齿槽扭矩的图。
具体实施方式
[0027]
以下，参照附图说明本实施方式的定子以及具有该定子的电动机。
[0028]
如图1、图2、图3所示，定子1与具有永磁体21的转子2一起构成电动机。定子1具有大致圆筒形状的定子铁芯3，在其内侧容纳有转子2。转子2具有：大致圆柱形的铁芯20，中心贯通有旋转轴；以及永磁体21，沿着铁芯20的圆周方向等间隔地排列。
[0029]
在定子铁芯3的内周面上，朝向定子铁芯3的中心轴r突出地设置有与中心轴r垂直的剖面形状不同的多个种类的芯齿，在此为2个种类的第一芯齿5、第二芯齿6。第一芯齿5、第二芯齿6沿着定子铁芯3的圆周方向交替地排列。第一芯齿5和第二芯齿6以使各自的中心线c1、c2与圆筒半径一致的方式，以定子铁芯3的中心轴r为中心呈放射状排列。线圈9被插入第一芯齿5、第二芯齿6之间的间隙(槽)7中，并被安装于第一芯齿5。线圈9也可以被安装于第二芯齿6。
[0030]
第一芯齿5彼此形状相同且尺寸相同，第二芯齿6彼此形状相同且尺寸相同。第二
芯齿6相对于第一芯齿5呈异形。典型而言，第一芯齿5的与定子铁芯3的中心轴r垂直的剖面形状为长方形。第一芯齿5的与转子2相对的前端的宽度w1朝向半径外侧方向(进深方向)恒定。
[0031]
另一方面，第二芯齿6具有大致梯形的剖面形状，使得第二芯齿6的侧面和与其相邻的第一芯齿5的侧面平行，并使它们之间的槽7成为平行槽。虽然形成为如下的梯形形状，即，其上底的宽度w2构成为与第一芯齿5的前端的宽度w1相同，且该梯形的宽度从其下底朝向前端连续地变窄，但是，该宽度在中途具有阶梯差而变窄成为宽度w2，并且该宽度w2一直持续到前端。将从宽度具有阶梯差而变窄的位置到前端为止的部分称为前端部分8。换言之，在第二芯齿6中，使其前端的宽度w2在规定的进深长度的范围内持续，并使第二芯齿6的前端部分8成为与第一芯齿5的前端部分相同的形状且相同的尺寸，从而将该第二芯齿6的两侧面挖成细窄的凹状。此外，说明了第二芯齿6的前端部分8与该前端部分8的后方的部分之间的边界具有阶梯差而变窄成为宽度w2，但是，也可以形成为具有曲面而缓缓地变窄成为宽度w2。
[0032]
在第一芯齿5上，作为线圈9而安装有长方形线圈。在安装于第二芯齿6的情况下，线圈9被设为梯形线圈。在此，以前者的例子进行说明。无论在哪种情况下，线圈9的一个侧面都在整个区域与第一芯齿5的侧面接触，另一方面，线圈9的另一侧面在前端部分8的后方的部分与第二芯齿6的侧面接触。此外，实际上，在线圈9与第一芯齿5、第二芯齿6之间存在绝缘纸。
[0033]
如图4所示，在被挖成凹状的前端部分8，与线圈9之间产生有间隙而不与线圈9接触，但是在相对于前端部分8靠半径外侧(里侧)的部分，线圈9与第二芯齿6的侧面接触，因此，与如图8所示那样的线圈9在其整个区域内与第二芯齿6的侧面空出间隙而不与第二芯齿6的侧面接触的结构相比，提高了线圈9的散热性。
[0034]
第一芯齿5的剖面形状为长方形，因此其两侧面与中心线c1同样地相对于圆筒半径平行。与此同样地，对于第二芯齿6，仅限于前端部分8处，其两侧面也相对于圆筒半径平行。而且，两芯齿的宽度也构成为相等。如图5所示，当着眼于第一芯齿5的前端附近的侧面上的某一位置时，该着眼位置与转子2处于某一相位时的永磁体21之间的最短距离d1，与第二芯齿6的前端附近的侧面上的与着眼位置相同的位置与永磁体21之间的最短距离d2相同。该距离d2，与没有将第二芯齿6的前端部分8的两侧面挖成凹状的图9的结构的情况的该距离相比，根据被挖出的深度而变短。因此，第一芯齿5的前端附近的侧面上的着眼位置与永磁体21之间的距离随着转子2的相位位移而变动，但相对于此，(上述变动与)第二芯齿6的前端附近的侧面上的对应位置与永磁体21之间的距离的变动几乎相等。
[0035]
由于磁引力与距离的平方成反比例，因此第二芯齿6从永磁体21接收的磁引力f3比第一芯齿5从永磁体21接收的磁引力f1大，但是比图9的结构的情况的磁引力f2小。
[0036]
因此，图6所示的本实施方式的长方形的第一芯齿5与(以使前端部分的剖面呈长方形的方式被挖成凹状的)梯形的第二芯齿6交替排列的结构的齿槽扭矩，虽然与图8所示的长方形芯齿均匀排列的结构的齿槽扭矩相比有所增加，但是，与图9所示的长方形芯齿与前端部分没有被挖成凹状的梯形芯齿的交替排列结构的齿槽扭矩相比，可得到抑制。
[0037]
此外，通过延长第二芯齿6的前端部分8，能够更有效地抑制齿槽扭矩的增加，并近似于长方形芯齿均匀排列的结构的齿槽扭矩，但是，于此相反，线圈9与第二芯齿6的前端部
分8的侧面接触的范围变窄，散热性会降低。可考虑齿槽扭矩与散热性之间的平衡来决定第二芯齿6的被挖成凹状的前端部分8的长度l。
[0038]
在不将第二芯齿6的前端部分8挖成凹状，而是将第一芯齿5的前端部分以变宽的方式扩展成梯形状，以将两个芯齿的前端形状构成为相同的形状且相同的尺寸的情况下，也能够抑制齿槽扭矩。但是，在本实施方式中，通过将第二芯齿6的前端部分8挖成凹状，并构成为与第一芯齿5的前端部分相同的形状且相同的尺寸，由此能够提高线圈9的插入作业的效率。
[0039]
如图7所示，也可以用盖11覆盖第二芯齿6的前端部分8以防止线圈9脱落。作为盖11的材料，可采用非磁性体树脂，从而不影响齿槽扭矩，更具体而言，可使用添加有al2o3、aln、bn、beo等填料而提高了导热性的环氧树脂、具有弹性的eva树脂或者其他树脂。如果是前者，则能够提高散热性，另外，如果是后者，则能够有效地防止线圈9脱落。盖11可以预先成型为具有棱锥台的外形的短筒体，以填补第二芯齿6的被挖成凹状的前端部分8与线圈9之间的间隙，在覆盖第二芯齿6之后，再插入线圈9，也可以在将线圈9插入第一芯齿5之后，将其注入第二芯齿6的被挖成凹状的前端部分8与线圈9之间的间隙，并进行固化。
[0040]
尽管已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式呈现，并非旨在限制本实用新型的范围。实际上，本文所描述的新的方法和系统可以以各种其他形式体现，此外，可以在不脱离本实用新型的精神的情况下，对本文所描述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和变更。所附权利要求及其等价物旨在涵盖落入本实用新型的范围和精神的形式或修改。