專(zhuān)利名稱(chēng)：爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)及定子制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)狀線(xiàn)圈設(shè)置在帶爪環(huán)狀磁芯內(nèi)部的爪齒型(claw teeth type)旋轉(zhuǎn)電機(jī)及定子制造方法。
背景技術(shù)：
電機(jī)用作家電領(lǐng)域、汽車(chē)領(lǐng)域等工業(yè)用的將電能變換為機(jī)械能的驅(qū)動(dòng) 用裝置。例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)l中，公開(kāi)了結(jié)構(gòu)便宜和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單的槽型 (slot type)三相無(wú)刷電機(jī)。此外，電機(jī)的形式根據(jù)用途區(qū)分有單相、二 相、三相。其中由于三相電機(jī)控制性好，可以A接線(xiàn)、Y接線(xiàn)，所以具有 可以由較少的晶體管元件進(jìn)行正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
另一方面，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，公開(kāi)了由設(shè)置多個(gè)爪磁極的環(huán)狀鐵芯和 在該環(huán)狀鐵芯內(nèi)部設(shè)置的環(huán)狀線(xiàn)圈構(gòu)成定子的爪齒型電機(jī)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)l:日本特開(kāi)2002—359938號(hào)公報(bào)(圖9)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平7—227075號(hào)公報(bào)(圖9)
在專(zhuān)利文獻(xiàn)2的爪齒型電機(jī)中，定子鐵芯的材料由SPCC (冷間壓延鋼板)
等構(gòu)成，在圓環(huán)狀的鐵芯部^A圓環(huán)狀的線(xiàn)亂M;彎折在內(nèi)周部形艦部(爪
磁極)。
但是，SPCC的磁特性不好，并且由于磁力線(xiàn)集中的彎折部分因發(fā)生殘留應(yīng) 力而導(dǎo)致應(yīng)力應(yīng)變，磁特性進(jìn)一步地惡化。因此，這種電機(jī)具有在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的 鐵損大這樣的問(wèn)題。并且，由于彎折SPCC，在鐵芯的彎折部分上產(chǎn)生殘留應(yīng)力， 并且由于應(yīng)力應(yīng)變導(dǎo)致磁特性進(jìn)一步惡化。特別地，由于該彎折部分的磁力皿 中，產(chǎn)生的鐵損大。艮P，采用了專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載的SPCC的爪齒型電機(jī)是效率 非常低的電機(jī)。
因此，為了避免由鐵芯的彎折導(dǎo)致的磁特性的惡化，考慮采用由絕緣MM的 鐵粉成形的壓粉磁芯。但是，存在采用壓粉磁芯的定子鐵芯的機(jī)械弓M低的問(wèn)題。
例如，鐵芯的成形體的彎曲S破比鐵板割氏，為10MPa，抗沖擊弱。因此，在構(gòu) 成電機(jī)的情況下，需要構(gòu)成為可以承受在定子和轉(zhuǎn)子間發(fā)生的轉(zhuǎn)矩反作用力和來(lái) 自外部的沖擊、振動(dòng)等外部干擾等的電機(jī)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種可以提高定子機(jī)械強(qiáng)度的爪齒型旋轉(zhuǎn) 電機(jī)，以及定子的制造方法。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括在由壓粉 磁芯成形的帶爪環(huán)狀磁芯的內(nèi)部設(shè)有環(huán)狀線(xiàn)簡(jiǎn)的定子，和在該定子的內(nèi)部 設(shè)置的可以轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述帶爪環(huán)狀磁芯是通過(guò)以從內(nèi)徑 部?jī)蓚?cè)在軸向上延伸的方式交互突出的多個(gè)爪部嚙合而形成的，所述定子 的所述帶爪環(huán)狀磁芯和所述環(huán)狀線(xiàn)圈通過(guò)熱可塑性或熱硬化性的樹(shù)脂形 成一體地模制成形。通過(guò)采用樹(shù)脂來(lái)模制成形，在環(huán)狀線(xiàn)圈和帶爪環(huán)狀磁 芯之間沒(méi)有空隙，可以避免壓縮變形，提高定子的機(jī)械強(qiáng)度。并且，通過(guò) 由壓粉磁芯成形帶爪環(huán)狀磁芯，可以減少鐵損。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供可提高定子機(jī)械強(qiáng)度的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)和定子 的制造方法。


圖1是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的爪齒型電機(jī)的剖面圖。 圖2是三相定子鐵芯的立體圖。
圖3A是圖1的剖面A (U相)的定子鐵芯的剖面圖。
圖3B是圖1的剖面B (V相)的定子鐵芯的剖面圖。
圖3C是圖1的剖面C (W相)的定子鐵芯的剖面圖。
圖4是示出定子結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖5是用于說(shuō)明定子動(dòng)作的立體圖。
圖6是進(jìn)行模制的情況下的樹(shù)脂成形用模具的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是模制的定子的立體圖。
圖8A是示出爪齒型電機(jī)的FEM解析用網(wǎng)模(meshmodel)的立體圖。 圖8B是示出爪齒型電機(jī)的FEM解析用網(wǎng)模的齒槽轉(zhuǎn)矩(cogging
torgue)與機(jī)械角的解析結(jié)果的解析圖。
圖8C是示出爪齒型電機(jī)的FEM解析用網(wǎng)模的齒槽轉(zhuǎn)矩與電氣角的解 析結(jié)果的解析圖。
圖8D是示出爪齒型電機(jī)的FEM解析用網(wǎng)模的齒槽轉(zhuǎn)矩與機(jī)械角的解 析結(jié)果的圖。
圖9A是示出在爪齒型電機(jī)的各相定子鐵芯間設(shè)置磁絕緣材料的情況 的剖面圖。
圖9B是示出在爪齒型電機(jī)的各相定子鐵芯間沒(méi)有設(shè)置磁絕緣材料的 情況的剖面圖。
圖9C是示出在爪齒型電機(jī)的各相定子鐵芯間沒(méi)有設(shè)置磁絕緣材料的 情況的齒槽轉(zhuǎn)矩的圖。
圖10A是在爪齒型電機(jī)的各相定子鐵芯通過(guò)一體成形設(shè)置定位用凹 部(in-low)的結(jié)構(gòu)圖。
圖10B是圖10A中使用的定子鐵芯的局部立體圖。
圖11A是用于說(shuō)明三相爪齒型電機(jī)的各相定子發(fā)生旋轉(zhuǎn)角偏差的情 況的定子的立體圖。
圖11B是三相爪齒型電機(jī)的各相定子發(fā)生旋轉(zhuǎn)角偏差的情況的齒槽 轉(zhuǎn)矩與電氣角的關(guān)系的解析結(jié)果。
圖11C是三相爪齒型電機(jī)的各相定子發(fā)生旋轉(zhuǎn)角偏差的情況的齒槽 轉(zhuǎn)矩與機(jī)械角的關(guān)系的解析結(jié)果。
圖12A是為了確定三相爪齒型電機(jī)的定子的相間的位置，而設(shè)置鍵狀 突起的定子的立體圖。
圖12B是設(shè)置與上述鍵狀突起對(duì)應(yīng)的鍵狀凹槽的定子的立體圖。
圖13A是設(shè)置冷卻用葉片的定子的結(jié)構(gòu)圖。
圖13B是設(shè)置空氣流路的定子的局部放大立體圖。
圖14A是設(shè)置金屬散熱板的定子的局部放大立體圖。
圖14B是設(shè)置散熱片的定子的局部放大立體圖。
圖15是用于模制定子的模具的結(jié)構(gòu)圖。
圖16A是防銹處理后的定子的局部放大立體圖。
圖16B是形成通螺栓孔的定子的結(jié)構(gòu)圖。
符號(hào)說(shuō)明
l一軸；2 —轉(zhuǎn)子；3 —轉(zhuǎn)子鐵芯；4一轉(zhuǎn)子磁鐵；5 —定子；6， 6u， 6v，
6w—定子鐵芯；6A， 6B—爪部；7 —?dú)んw；8， 8A， 8B—軸承(軸承)；
13 —線(xiàn)圈(環(huán)狀線(xiàn)圈)；14一模制上部模具；15 —澆口； 16 —模制下部模 具；17—中心鐵芯；18-樹(shù)脂注射工作缸；19一樹(shù)脂注射柱塞；20 —模制
樹(shù)脂(樹(shù)脂、填充材料)；21 —磁絕緣材料；22 —貫通螺栓；23 —磁鐵間
空隙；24—凹部；25 —鍵狀凹部；26 —鍵狀突起；27 —空氣流路(通風(fēng)路 徑)；28 —渦輪機(jī)翼片；29 —散熱片；30—金屬散熱板；31—上線(xiàn)圈壓銷(xiāo) (線(xiàn)圈壓夾具)；32 —下線(xiàn)圈壓銷(xiāo)(線(xiàn)圈壓夾具)；33 —線(xiàn)圈定位塊；34 一電機(jī)表面樹(shù)脂膜；35—通螺栓孔；IOO—爪齒型電機(jī)(爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī))； 200—模制用模具
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施方式)
參考

作為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的爪齒型電機(jī)(爪齒型旋轉(zhuǎn)電 機(jī))的結(jié)構(gòu)。
圖1的剖面圖所示的爪齒型電機(jī)100是16極三相的多相電機(jī)，包括 設(shè)置在殼體(端架)7上的環(huán)狀的多個(gè)定子5，在定子5的環(huán)內(nèi)插設(shè)軸1 的轉(zhuǎn)子2，和固定在殼體7上、保持軸l使其可以旋轉(zhuǎn)(可以轉(zhuǎn)動(dòng))的軸 承(bearing) 8A、 8B。
轉(zhuǎn)子2是所謂的環(huán)磁鐵結(jié)構(gòu)，施加16極的磁化的轉(zhuǎn)子鐵芯3通過(guò)粘 著等方法在圓筒狀的強(qiáng)磁性體上插設(shè)(固定)軸1而構(gòu)成。轉(zhuǎn)子2由軸向 兩端保持在殼體7上的軸承8A、 8B保持并可以旋轉(zhuǎn)。定子5被保持于殼 體7，內(nèi)徑面隔著空隙與轉(zhuǎn)子2的外周面相對(duì)。爪齒型電機(jī)100的定子5 是每一相獨(dú)立存在的結(jié)構(gòu)，三個(gè)相的定子5在軸向上并列設(shè)置在剖面A(u 相)、剖面B (v相)、剖面C (w相)上，從而構(gòu)成三相電機(jī)。
圖2是并列設(shè)置三個(gè)相的定子5的一個(gè)極對(duì)部分的立體圖。各相的定 子5包括由一對(duì)鐵芯塊6構(gòu)成的定子鐵芯和線(xiàn)圈13 (13u， 13v， 13w)， 如下所述，在定子鐵芯(一對(duì)鐵芯塊)6和線(xiàn)圈13之間由非磁性體的填充 材料模制。并且， 一對(duì)定子鐵芯塊6包括各個(gè)爪部6A、 6B，該爪部6A、
6B以嚙合的方式重合。此外，填充材料可以采用熱硬化性或熱可塑性樹(shù) 脂。
定子5并列設(shè)置在軸1的軸向上，作為帶爪環(huán)狀磁芯部件的定子鐵芯 (6U、 6V、 6W)分別以電氣角都是120度地配置，使得其旋轉(zhuǎn)方向位置 不同。在本實(shí)施方式的16極電機(jī)中，機(jī)械角=電氣角/極對(duì)數(shù)=120度/8=15 度，在剖面A、 B、 C各面中定子5在機(jī)械上分別平均相差15度錯(cuò)開(kāi)。此 外，定子鐵芯6U、 6V、 6W的爪部6A在徑向上接受來(lái)自轉(zhuǎn)子磁鐵4的磁 力線(xiàn)，該磁力線(xiàn)在軸向上流動(dòng)，進(jìn)一步地通過(guò)軛鐵部(環(huán)狀部)，成為從 鄰接的爪部6B在徑向上返回到轉(zhuǎn)子磁鐵4的三維的磁力線(xiàn)流。此外，爪 部6A、 6B通過(guò)形成前端部短的梯形狀，可使磁通密度均勻化，并且可以 使極數(shù)增加。
圖3A—C是剖面A、 B、 C (參考圖1)的各剖面圖，在剖面A、 B、 C各面中的轉(zhuǎn)子磁鐵4的極的位置相同。在剖面A中，爪部6A、 6B的中 心與轉(zhuǎn)子磁鐵4的極中心一致，在剖面B中，爪部的位置相對(duì)于剖面A 構(gòu)成相差15度的位置，在剖面C中，爪部6A、 6B的位置與剖面A相比 構(gòu)成相差30度的位置。
由于磁力線(xiàn)流過(guò)定子鐵芯6u、 6v、 6w的軛鐵部(環(huán)狀部)，所以如 果由鐵等磁性體塊構(gòu)成定子鐵芯6u、 6v、 6w則存在會(huì)產(chǎn)生過(guò)電流的問(wèn)題。 但是，由于定子鐵芯6u、 6v、 6w形成的是如槽型電機(jī)那樣通過(guò)層疊薄板 難以構(gòu)成的形狀，優(yōu)選由作為電氣絕緣體的磁性體(或，由絕緣物覆蓋的 鐵粉〉的壓粉磁芯構(gòu)成。但是，由于該壓粉磁芯存在機(jī)械強(qiáng)度(例如彎曲 強(qiáng)度是鐵板等的1/3左右，為lOMPa左右)非常低的上述技術(shù)問(wèn)題，所以 不能承受轉(zhuǎn)子2和定子5間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩反作用力等。
圖4是示出定子鐵芯(一對(duì)鐵芯塊)6的結(jié)構(gòu)的立體圖。 一個(gè)相的定 子鐵芯6包括剖面邊緣形成為L(zhǎng)字形狀的環(huán)狀軛鐵部，和從該環(huán)狀軛鐵 部的內(nèi)徑部?jī)蓚?cè)交互突出、在圓周上等間隔配置并在軸向上延伸的多個(gè)爪 部6A、 6B，并且通過(guò)在軸向上壓縮成形磁粉而形成。此外，如圖5所示， 帶爪環(huán)狀磁芯在圓形的S面使兩個(gè)定子鐵芯6相對(duì)，通過(guò)使爪部6A、 6B 相互嚙合而形成。此外，定子5包括嚙合構(gòu)成的帶爪環(huán)狀磁芯和在爪部 6A、 6B外周側(cè)使定子鐵芯6對(duì)向形成的凹部中保持的環(huán)狀鐵芯13，這些
部件都由樹(shù)脂模制。
圖6是模制用模具的剖面圖。模制用模具是采用注射成形、轉(zhuǎn)換
(transfer)成形等方法進(jìn)行模制的模具，包括具有注入模制樹(shù)脂的澆口 15的模制上部模具14，同軸狀設(shè)置圓筒狀中心鐵芯17的模制下部模具16， 樹(shù)脂注射工作缸18，和樹(shù)脂注射柱塞19。將定子5放置到該模制用模具 中，將熱可塑性、熱硬化性等模制樹(shù)脂填充到樹(shù)脂注射工作缸18中，通 過(guò)壓入樹(shù)脂注射柱塞19，模制樹(shù)脂經(jīng)澆口 15填充到相對(duì)的兩個(gè)鐵芯塊(定 子鐵芯)6和線(xiàn)圈13的間隙中。由此，如圖7所示，由于在定子鐵芯6 和線(xiàn)圈13之間的間隙部分以及在爪部6A和爪部6B之間的間隙部分無(wú)間 隙地填充有模制樹(shù)脂20，所以可以提高定子鐵芯6的機(jī)械強(qiáng)度。在這種情 況下，優(yōu)選模制樹(shù)脂20的線(xiàn)性膨脹系數(shù)近似于定子鐵芯6的線(xiàn)性膨脹系 數(shù)。
根據(jù)上述說(shuō)明的本實(shí)施方式，由于在定子鐵芯6和線(xiàn)圈13之間的間 隙中填充有模制樹(shù)脂20，所以可以減小壓縮變形，并且提高定子5的機(jī)械 強(qiáng)度。此外，通過(guò)采用壓粉磁芯，與層疊SPCC相比由過(guò)電流導(dǎo)致的鐵損 少，以及由于沒(méi)有彎折爪部，所以不會(huì)產(chǎn)生彎折部的鐵損。即，爪齒型電 機(jī)IOO可以同時(shí)滿(mǎn)足電機(jī)效率的提高和機(jī)械強(qiáng)度的提高。 (第二實(shí)施方式)
第一實(shí)施方式的爪齒型電機(jī)100由于在軸向上并列設(shè)置獨(dú)立的三個(gè)定 子5 (參考圖1)，所以在相間產(chǎn)生不平衡。即，兩端的二相(u相和w 相)是與轉(zhuǎn)子磁鐵4相對(duì)的面的軸向一端接近于磁鐵端部的結(jié)構(gòu)，與此相 對(duì)，中央的相(v相)是與磁鐵相對(duì)的面的軸向兩端都不接近于磁鐵的端 部的結(jié)構(gòu)，從而構(gòu)成磁回路平衡不同的結(jié)構(gòu)。這種不平衡引起對(duì)線(xiàn)圈13 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的不平衡，除了使電機(jī)的效率降低之外，還成為由磁性不平 衡產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩、負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的原因。在此，所謂的齒槽轉(zhuǎn) 矩是相對(duì)于基于定子5和轉(zhuǎn)子2間的磁吸引力產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角而發(fā)生的轉(zhuǎn)矩 變化，稱(chēng)為所謂的轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)。
本實(shí)施方式的電機(jī)解決了這些三相爪齒型電機(jī)100的問(wèn)題。基本的電 機(jī)結(jié)構(gòu)雖然與圖l相同，但是不同點(diǎn)是在轉(zhuǎn)子磁鐵4、定子5的相間施加 磁絕緣。
在圖8中示出了采用FEM (電磁場(chǎng)解析)計(jì)算爪齒型電機(jī)100的齒槽 轉(zhuǎn)矩的例子。在圖8A中示出了 24極的爪齒型電機(jī)100的電氣角一個(gè)周期 (機(jī)械角=360度/ 12極對(duì)=30度)的FEM網(wǎng)模(mesh model)。采用這種 FEM網(wǎng)模，以轉(zhuǎn)子磁鐵4、爪部6A、 6B的磁特性作為輸入條件，計(jì)算電 機(jī)相對(duì)于機(jī)械角的齒槽轉(zhuǎn)矩(N'm)的結(jié)果在圖8B中示出。如果使轉(zhuǎn)子 磁鐵4從0度旋轉(zhuǎn)30度，則可以看出空隙磁通密度根據(jù)轉(zhuǎn)子磁鐵4和爪 部6A、 6B的關(guān)系而改變，從而產(chǎn)生正弦波狀的兩個(gè)周期的轉(zhuǎn)矩。在該一 相中產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩與任何相中產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩相同時(shí)，如圖1所示，轉(zhuǎn) 子磁鐵4的位置雖然在軸向上相同，但是定子5的爪部6A、 6B的位置由 于位于電氣角各相差120度的位置，所以在v相、w相產(chǎn)生的齒槽轉(zhuǎn)矩在 圖8B的齒槽轉(zhuǎn)矩的周期產(chǎn)生電氣角各相差120度的齒槽轉(zhuǎn)矩。在圖8C 中示出的是表示各相的齒槽轉(zhuǎn)矩的圖。齒槽轉(zhuǎn)矩的波形(振幅、周期)與 圖8B相同，是僅相位各相差120度的波形。
在作為三相電機(jī)來(lái)看的情況下的齒槽轉(zhuǎn)矩是三個(gè)相的合成轉(zhuǎn)矩。在圖 8D中示出了該合成轉(zhuǎn)矩波形。此外，圖8D與圖8B、 8C的縱軸的比例尺 不同。通過(guò)合成三個(gè)相，作為電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅是一個(gè)相的齒槽轉(zhuǎn)矩 的振幅的1/30，在電氣角一周期中可以減小為六周期的非常小的齒槽轉(zhuǎn) 矩。這是一個(gè)相的定子、轉(zhuǎn)子獨(dú)立存在且不受其他相的影響的情況。這樣 的電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖9A所示相當(dāng)于如下情況定子鐵芯6的一個(gè)相被由非磁 性材料構(gòu)成的磁絕緣材料(磁絕緣板)21磁絕緣，轉(zhuǎn)子2的轉(zhuǎn)子磁鐵(永 磁鐵)4由磁鐵間空隙23在軸向上分割。
與此相對(duì)，如圖9B所示，在沒(méi)有磁絕緣(磁絕緣材料21、磁鐵間空 隙23)的情況下，如圖9C所示，由于一個(gè)相(中央的相)磁性不同，所 以由于其磁能的不平衡，三個(gè)相的合成轉(zhuǎn)矩在電氣角每一周期產(chǎn)生兩個(gè)周 期的齒槽轉(zhuǎn)矩。因此，在齒槽轉(zhuǎn)矩必須減小的用途、例如精密機(jī)器的用途 中，圖9A所示的由非磁性材料構(gòu)成的磁絕緣材料21和磁鐵間空隙23是 必需的。
雖然該磁絕緣材料21通常由塑料這樣的有機(jī)材料或銅、不銹鋼、鋁 等非磁性金屬材料構(gòu)成，但是需要保證相鄰相的定子鐵芯塊(帶爪環(huán)狀磁 芯)彼此之間的同軸度，并且需要具有在軸向平行等嚴(yán)格的尺寸。在第一
實(shí)施方式中說(shuō)明的模制結(jié)構(gòu)的定子鐵芯塊(帶爪環(huán)狀磁芯)中，僅通過(guò)模 制時(shí)的模具形狀設(shè)計(jì)就可以由模制材料將該磁絕緣材料一體化構(gòu)成。該結(jié)
構(gòu)在圖幼A、 B中示出。由模制樹(shù)脂將用于磁絕緣的磁絕緣材料21 (非磁 性部分) 一體化，在該樹(shù)脂部形成凹部24等同軸對(duì)合功能。在由壓粉磁 心構(gòu)成的鐵芯的一側(cè)端面形成凹部，在樹(shù)脂模制的軸向一端面設(shè)置樹(shù)脂凸 部，通過(guò)在軸向上組裝該鐵芯，可以形成同心、同軸、平行度一次性確定 的結(jié)構(gòu)。
如上所述說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)在相間設(shè)置采用有機(jī)材料或非 磁性金屬材料的磁絕緣材料21，減小了齒槽轉(zhuǎn)矩。此時(shí)，優(yōu)選采用凹部 24進(jìn)行同軸對(duì)合。
(第三實(shí)施方式)
接下來(lái)，說(shuō)明在定子鐵芯6上設(shè)置定位機(jī)構(gòu)，并且通過(guò)降低組裝誤差 來(lái)降低齒槽轉(zhuǎn)矩的實(shí)施方式。圖11中示出了在24極電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向的位 置錯(cuò)開(kāi)的情況下的齒槽轉(zhuǎn)矩。在通常的情況下，電氣角一個(gè)周期以機(jī)械角 計(jì)算是30度，組裝的允許公差設(shè)為士0.5度左右，此時(shí)電氣角的偏差
量是±6度。圖11示出了由組裝誤差導(dǎo)致的一相以機(jī)械角計(jì)算相差 0.5度的情況的例子。如圖IIA所示，A相(u相)相對(duì)于B相(v相) 在以機(jī)械角度計(jì)算相差10度的狀態(tài)下組裝，C相(w相)相對(duì)于B相， 原本應(yīng)相差10度的地方以9.5度進(jìn)行了組裝。此時(shí)，各相的齒槽轉(zhuǎn)矩如圖 UB所示，A相和B相的轉(zhuǎn)矩成為電氣角相差120度的關(guān)系，B相和C相 成為相差114度的關(guān)系。將這三個(gè)相的齒槽轉(zhuǎn)矩合成的結(jié)果在圖11C中示 出。結(jié)果，齒槽轉(zhuǎn)矩的振幅相對(duì)于設(shè)計(jì)值(參考圖8D)變大10倍以上。 相對(duì)于電氣角一周期，周期也變成二次，少于原本的三相電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩 的六次，成為旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的低頻振動(dòng)、噪音的原因。
為了減小由該組裝誤差導(dǎo)致的齒槽轉(zhuǎn)矩，必須提高組裝精度。因此， 在本實(shí)施方式中利用模制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)組裝后的高精度化。上述問(wèn)題由 于旋轉(zhuǎn)方向的位置誤差成為問(wèn)題，所以構(gòu)成為對(duì)樹(shù)脂部設(shè)置規(guī)定該旋轉(zhuǎn)方 向的定位功能。具體的結(jié)構(gòu)例子在圖12A、 B中示出。在圖12A中，定子 5在由模制樹(shù)脂構(gòu)成的磁絕緣材料21上，除了用于對(duì)合上述同軸度、平行 度的凹部24外，還具有旋轉(zhuǎn)方向的定位用的鍵狀凹槽(鍵槽)25等的定
位功能。在鄰接的定子5的一個(gè)上設(shè)置鍵狀凹槽25，在另一個(gè)上設(shè)置鍵狀 突起26 (圖12B)，若使這些鍵狀凹槽25和鍵狀突起26嵌合，則鄰接的 定子5的相對(duì)角度一次性地確定，確保組裝后的位置關(guān)系的精度。由此， 可以得到可靠地降低了齒槽轉(zhuǎn)矩的電機(jī)。
如上述說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)使作為凹凸部的鍵狀凹槽(鍵槽) 25和鍵狀突起26嵌合， 一次性地確定各相定子鐵芯6的相對(duì)角度。此外， 由凹部24對(duì)合同軸度、平行度。由此，提高組裝精度，降低齒槽轉(zhuǎn)矩。 (第四實(shí)施方式)
接下來(lái)，說(shuō)明在磁絕緣材料21形成空氣流路(通風(fēng)路)，設(shè)置散熱 片、渦輪機(jī)翼片來(lái)提高散熱性的實(shí)施方式。
通過(guò)用模制樹(shù)脂20 (熱傳導(dǎo)率是0.6W/m K)覆蓋線(xiàn)圈13，從線(xiàn)圈 表面?zhèn)鳠岬膫鳠崧窂降臒醾鲗?dǎo)率與線(xiàn)圈13的周?chē)强諝獾那闆r(空氣的 熱傳導(dǎo)率是0.1W/m'K)相比，熱傳導(dǎo)率提高。但是，提高的程度不大， 由于與沒(méi)有磁絕緣材料21的情況相比從鐵芯在軸向上的熱傳導(dǎo)變差，所 以存在散熱性變差的情況。因此，作為飛躍性地提高熱傳導(dǎo)率的方法，存 在提高樹(shù)脂自身的熱傳導(dǎo)率的方法。作為熱硬化性或熱可塑性樹(shù)脂的填充 物，通過(guò)形成混合了硅石、氧化鋁等高熱傳導(dǎo)性的非磁性體粉末的樹(shù)脂， 熱傳導(dǎo)率可以提高數(shù)倍左右，達(dá)到5.5W/m.K。
進(jìn)一步地，如圖13A、 B所示，為了提高散熱性，從定子5的內(nèi)周部 到外周部在徑向上形成用于對(duì)磁絕緣材料進(jìn)行空氣冷卻的空氣流路(通風(fēng) 路)27，從而形成風(fēng)在該通風(fēng)路積極流動(dòng)的結(jié)構(gòu)。并且，如圖13A所示， 在轉(zhuǎn)子磁鐵的磁絕緣部分設(shè)置用于攪拌旋轉(zhuǎn)裝置內(nèi)部空隙的空氣的渦輪 機(jī)翼片28等，風(fēng)從內(nèi)部向外部流出，或者風(fēng)從外部流入。并且，在定子5 的由模制形成的磁絕緣部分，通過(guò)一體成形構(gòu)成空氣流路27。由此，通過(guò) 由轉(zhuǎn)子攪拌的空氣對(duì)該流路進(jìn)行通風(fēng)冷卻，提高冷卻性能。
進(jìn)一步地，如圖14A所示，增大通風(fēng)部分即樹(shù)脂部的形狀的表面積來(lái) 形成散熱片，也可以進(jìn)一步地提高冷卻效率。并且，代替采用熱傳導(dǎo)性良 好的材料，如圖14B所示，模制時(shí)在模具內(nèi)放置鋁、銅等熱傳導(dǎo)性好的金 屬散熱板30，通過(guò)采用同時(shí)成形的嵌入成形法，可以得到散熱性好的電機(jī)。 由此，金屬散熱板30插入于下述絕緣材料21和定子鐵芯6之間。并且，金屬散熱板30是圓環(huán)狀薄板，外周部形成為凹凸?fàn)睢?(第五實(shí)施方式)
接下來(lái)，說(shuō)明線(xiàn)圈13和定子鐵芯6的絕緣。
如圖4所示，上述各實(shí)施方式的爪齒型電機(jī)的線(xiàn)圈13具有圓環(huán)狀的 非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。當(dāng)巻繞該線(xiàn)圈13時(shí)，考慮到與定子鐵芯6的絕緣，如 果對(duì)巻繞的線(xiàn)圈13實(shí)施用于絕緣的帶繞，則雖然形成折角簡(jiǎn)易的繞組， 但絕緣處理的工時(shí)數(shù)增加，電機(jī)的制造成本增高。本實(shí)施方式的模制結(jié)構(gòu) 通過(guò)模制一體化也可以得到該線(xiàn)圈13的絕緣。具體的方法的例子在圖15 中示出。在該模制模具內(nèi)部，具有作為線(xiàn)圈壓夾具的線(xiàn)圈定位銷(xiāo)(上線(xiàn)圈 壓銷(xiāo)31，下線(xiàn)圈壓銷(xiāo)32)，通過(guò)利用這些線(xiàn)圈壓銷(xiāo)在模制時(shí)使線(xiàn)圈13和 定子鐵芯6不接觸地相互離開(kāi)來(lái)進(jìn)行模制，從而不用對(duì)巻繞的線(xiàn)圈13施 加絕緣物，可以制造可靠性高的電機(jī)。即，本實(shí)施方式的定子制造方法是 在帶爪環(huán)狀磁芯的內(nèi)部，在模制上部模具14、模制下部模具16內(nèi)模制線(xiàn) 圈13的定子5的制造方法，該帶爪環(huán)狀磁芯采用兩個(gè)定子鐵芯6而形成， 該等定子鐵芯6包括剖面的邊緣部形成為L(zhǎng)字形狀的環(huán)狀部和多個(gè)爪部， 這些環(huán)狀部相互接觸，由多個(gè)爪部嚙合的兩個(gè)定子鐵芯6安裝線(xiàn)圈13，通 過(guò)兩個(gè)插入到鐵芯塊(定子鐵芯)6的貫通孔中的上線(xiàn)圈壓銷(xiāo)31、下線(xiàn)圈 壓銷(xiāo)32在定子鐵芯6和線(xiàn)圈13間設(shè)置間隔地進(jìn)行保持，采用熱可塑性或 熱硬化性的模制樹(shù)脂20在模具內(nèi)模制成形兩個(gè)鐵芯塊6和線(xiàn)圈13。還有， 與定子鐵芯6的平面方向的定位，通過(guò)在模具上設(shè)置要插入到爪部6A、 6B (參考圖5)的間隙中的定位塊，可以進(jìn)行該定位。 (第六實(shí)施方式)
接下來(lái)，說(shuō)明覆蓋定子鐵芯6的表面，防止表面氧化(防銹)的實(shí)施 方式。
定子鐵芯6由于是壓粉磁芯，所以在表面部分具有壓縮成形的面。因 此，由于絕緣被膜損傷了的粉末分散，所以存在該部分非常容易氧化(容 易生銹)的缺點(diǎn)。因此，由于將壓粉磁芯直接作為電機(jī)的表面使用是困難 的，所以必須通過(guò)涂裝、鍍、樹(shù)脂涂布等方法對(duì)定子鐵芯6的表面進(jìn)行處 理。本實(shí)施方式的模制結(jié)構(gòu)可以由一體成形得到上述表面處理。如圖16A 所示，將這種情況下的電機(jī)表面樹(shù)脂膜34非常薄地設(shè)計(jì)成離壓粉磁芯表
面為0.3mm左右，從而在電機(jī)的重量不會(huì)大大增加的情況下得以實(shí)現(xiàn)目 的。并且，由于也不會(huì)大大增加厚度，所以可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的進(jìn)一步小型化。 并且，雖然通過(guò)用兩端的端架(軸承保持部)夾v入鐵芯，且需要用于 在軸向上連接兩端的端架的貫通螺栓22 (參考圖9B、圖10A)，但是作 為在外觀上不使該貫通螺栓22向外露出的結(jié)構(gòu)，可以由一體化模制結(jié)構(gòu) 形成作為樹(shù)脂形狀的通螺栓孔35 (圖16B)。由此，該貫通螺栓22用于 連結(jié)多個(gè)定子5。并且，該貫通螺栓22也可以構(gòu)成為固定軸承8A、 8B(參 考圖1)。
(變形例)
本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式，例如可以進(jìn)行以下各種變形。
(1) 雖然上述各實(shí)施方式中說(shuō)明的是電機(jī)(電動(dòng)機(jī))，但是也可以 用作發(fā)電機(jī)。
(2) 雖然上述各實(shí)施方式中在定子鐵芯6中使用壓粉磁芯，但是也 可以使用SPCC等金屬板，通過(guò)樹(shù)脂模制提高機(jī)械強(qiáng)度。
(3) 雖然在上述各實(shí)施方式中采用轉(zhuǎn)子磁鐵4產(chǎn)生磁轉(zhuǎn)矩，但是也 可以不使用轉(zhuǎn)子磁鐵4而作為同步磁阻電機(jī)動(dòng)作。這種情況下的轉(zhuǎn)子是與 爪部的數(shù)量對(duì)應(yīng)地在圓周方向設(shè)置凹凸形狀的大致圓筒形，構(gòu)成為利用該 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)改變磁阻。
權(quán)利要求
1、一種爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，包括具有由壓粉磁芯成形的帶爪環(huán)狀磁芯和在該環(huán)狀磁芯中組裝的環(huán)狀線(xiàn)圈的定子，和在所述定子內(nèi)側(cè)配置成可以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，在所述環(huán)狀磁芯的內(nèi)周緣設(shè)有多個(gè)爪部，所述多個(gè)爪部以相互嚙合的方式在周方向上以規(guī)定的間隔且在軸向上延伸，所述定子由所述帶爪環(huán)狀磁芯、所述環(huán)狀線(xiàn)圈、和在所述帶爪環(huán)狀磁芯與環(huán)狀線(xiàn)圈間填充的非磁性的模制填充材料構(gòu)成，所述帶爪環(huán)狀磁芯和所述環(huán)狀線(xiàn)圈通過(guò)所述模制填充材料形成一體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述帶爪環(huán)狀磁芯由一對(duì)鐵芯塊構(gòu)成，在這些鐵芯±央上分別設(shè)置形,其外周緣的剖面l字形狀的緣框和所述多個(gè)爪部，在所述鐵芯i央彼此嵌合時(shí)，所述環(huán)狀線(xiàn)圈配置于由戶(hù);M^框形成的凹部。
3、 根據(jù)權(quán)利要求i所述的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述填充材料是熱可塑性或熱硬化性的樹(shù)脂。
4、 根據(jù)權(quán)利要求i戶(hù)脫的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述帶爪環(huán)狀磁芯三個(gè)相并列設(shè)置，鄰接的帶爪環(huán)狀磁芯以電氣角計(jì)對(duì)目差120度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4戶(hù)腿的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 在所述帶爪環(huán)狀磁芯的軸向的一端面或兩端面由非磁性體構(gòu)成的磁絕緣材料與戶(hù)，樹(shù)脂一起一體成形。
6、 根據(jù)權(quán)禾腰求5戶(hù)腿的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 在所述磁絕緣材料和定子鐵芯之間插入有金屬散熱板。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6戶(hù)脫的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述磁絕緣材料，所述金屬散熱件的外周部形成為片狀的凹凸形狀。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4戶(hù)，的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 戶(hù)，帶爪環(huán)狀磁芯在軸向的一端面或兩端面設(shè)有凹凸部， ilii嵌合戶(hù)腿凹凸部，確保戶(hù)腐帶爪環(huán)狀磁芯的同心度，或者停liJ虔轉(zhuǎn)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 戶(hù)腿帶爪環(huán)狀磁芯砂卜周表面設(shè)有一體成形的樹(shù)脂膜。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的爪齒型凝轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述樹(shù)脂混合有非磁性體粉末，從而提高熱傳導(dǎo)性。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，戶(hù);M非磁性體粉末是氧化鋁和硅石中的至少一種。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，所述帶爪環(huán)狀磁芯包括i^;M轉(zhuǎn)子和所述定子間的空隙到外周部的通風(fēng)路。
13、 根據(jù)權(quán)禾腰求12戶(hù)脫的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子在磁回路以外的外周緣部具有用于攪拌空氣的翼片， 構(gòu)成從戶(hù)Jfm卿各吸排空氣的結(jié)構(gòu)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于， 戶(hù)，環(huán)狀線(xiàn)圈和所述帶爪環(huán)狀磁芯以相互隔開(kāi)的狀態(tài)一體成形。
15、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，戶(hù);M帶爪環(huán)狀磁芯分別在其外周形,脂，該樹(shù)脂具有螺栓貫通孔，用于連結(jié)三個(gè)帶爪環(huán)狀磁芯的貫通螺^Mil戶(hù)，貫通孔而插通。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于，戶(hù)腿貫Mi累栓對(duì)軸鄉(xiāng)行固定，該軸承保持戶(hù)脫轉(zhuǎn)子，4妙; ^轉(zhuǎn)子相對(duì)于所 述定子可以轉(zhuǎn)動(dòng)。
17、 一種定子的制造方法，該定子具有由壓粉磁芯成形的帶爪環(huán)狀磁芯和在該環(huán)狀磁芯中組裝的環(huán)狀線(xiàn)圈，其特征在于，采用在外周緣剖面呈L字形的緣框禾吶表面上具有多個(gè)爪部的一對(duì)環(huán)狀鐵 芯塊形成帶爪環(huán)狀磁芯，在連結(jié)的戶(hù)脫環(huán)狀鐵芯塊的內(nèi)部組裝環(huán)狀線(xiàn)圈且相互嚙合戶(hù)腿多個(gè)爪部，利用貫通鐵芯塊的保^a，在保持距離的同時(shí)對(duì)戶(hù);M—對(duì)鐵芯i央和環(huán)狀線(xiàn) 圈進(jìn)行保持，通過(guò)向在模具中設(shè)置的環(huán)狀鐵芯塊和環(huán)狀線(xiàn)圈間填充采用熱可塑性樹(shù)脂或 熱硬化性樹(shù)脂的填充材料，進(jìn)行模制。
全文摘要
提供一種爪齒型旋轉(zhuǎn)電機(jī)及定子制造方法，其可以提高定子的機(jī)械強(qiáng)度。其包括在由壓粉磁芯成形的帶爪環(huán)狀磁芯(6)的內(nèi)部設(shè)有環(huán)狀線(xiàn)圈(13)的定子，和在該定子的內(nèi)部設(shè)置的可以轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，其特征在于，所述帶爪環(huán)狀磁芯(6)是通過(guò)以從內(nèi)徑部?jī)蓚?cè)在軸向上延伸的方式交互突出的多個(gè)爪部(6A、6B)嚙合而形成的，所述定子的所述帶爪環(huán)狀磁芯(6)和所述環(huán)狀線(xiàn)圈(13)通過(guò)熱可塑性或熱硬化性的樹(shù)脂(20)形成一體地模制成形。另外，通過(guò)采用壓粉磁芯來(lái)制作帶爪環(huán)狀磁芯，可以提高機(jī)械強(qiáng)度且減少鐵損。
文檔編號(hào)H02K15/02GK101114778SQ20071014649
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月24日
發(fā)明者伊藤元哉, 北村正司, 大巖昭二, 山崎克之, 榎本裕治, 正木良三, 淺香一夫, 石原千生, 茂木康彰 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立產(chǎn)機(jī)系統(tǒng);日本伺服株式會(huì)社;日立粉末冶金株式會(huì)社