專利名稱：定子鐵芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請的發(fā)明涉及一種定子鐵芯。
背景技術(shù)：
諸如電動機(jī)或者發(fā)電機(jī)等的旋轉(zhuǎn)電氣裝置設(shè)置有定子，所述定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場以便旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。定子包括線圈和近似圓筒形的定子鐵芯，并且所述線圈被組裝到布置在定子鐵芯中的齒(極齒)。多個齒沿著定子鐵芯的圓周方向布置在所述定子鐵芯的內(nèi)部圓周面中，并且毗鄰的齒之間的空隙被稱作齒槽。為了提高齒槽中的線圈密度(線圈所占據(jù)的齒槽的空間的體積比率)，例如使用在日本專利申請公報NO. 2008-160939中公開且被稱作梯形齒的齒。如圖8中所示，梯形齒具有梯形的橫截面，所述梯形的橫截面垂直地沿著定子鐵芯110的中心軸線C取得，并且所述齒被形成為使得在朝向定子鐵芯110的中心軸線C的方向上具有更窄的寬度。遵從所述梯形齒112的形狀的梯形線圈114被組裝到梯形齒112。當(dāng)齒的橫截面和線圈的橫截面均具有梯形的形狀時，與圖9中所示的齒的橫截面和線圈的橫截面均具有矩形形狀的情況相比，提高了齒槽116中的線圈密度。上述事實表明，通過使用梯形齒112， 旋轉(zhuǎn)電氣裝置在保持輸出的同時可以小型化。如圖10中所示，在梯形線圈114已經(jīng)被組裝到指定的梯形齒112的情況下，在將梯形線圈122組裝到相鄰的梯形齒112時，所述梯形線圈122將不能被組裝到所述相鄰的梯形齒112。如圖11中所示，為了幫助組裝線圈，在定子鐵芯110中布置有不同于梯形齒 112的至少一個矩形齒118。如圖11所示，即使梯形線圈114被組裝到毗鄰的梯形齒112， 矩形線圈120也可以被組裝到矩形齒118。在將線圈組裝到齒的過程中，首先將梯形線圈 114組裝到毗鄰矩形齒118的梯形齒112，然后沿著定子鐵芯110的圓周方向依次將所述梯形線圈114組裝到梯形齒112，并且最后將矩形線圈120組裝到矩形齒118。這里，齒承受來自布置在轉(zhuǎn)子124中的永磁體126的磁通。圖12示出了由永磁體 1 產(chǎn)生的磁通流入到齒中的示意圖。磁通主要從齒的頂部表面1 流入到齒中，但是部分磁通作為漏磁通130從齒的側(cè)表面132流入到齒中。這是因為在從永磁體1 流入到齒的過程中，磁通密度增加到飽和，從而產(chǎn)生了離開齒的頂部表面128的磁通。在齒為梯形齒112的情況下和齒為矩形齒118的情況下，漏磁通130的強(qiáng)度不同。 也就是說，當(dāng)比較從轉(zhuǎn)子1 到梯形齒112的側(cè)表面134的磁路(在圖12中用交替的長和短虛線示出)和從轉(zhuǎn)子124到矩形齒118的側(cè)表面132的磁路時，矩形齒118的穿過大氣的磁路比梯形齒的磁路長由圖12中的符號△(!表示的長度。因為大氣比作為齒的材料的金屬具有更高的磁阻，磁通流過長的大氣通路，并且由此削減了磁通的強(qiáng)度。結(jié)果是，流入到矩形齒118中的全部磁通量小于流入到梯形齒112中的全部磁通量。如果磁通量由于齒的形狀而發(fā)生變化，則在轉(zhuǎn)子IM上產(chǎn)生徑向方向上的偏心力。將參照圖13描述該現(xiàn)象。在圖13中示出的旋轉(zhuǎn)電氣裝置是三相型交流旋轉(zhuǎn)電氣裝置， 并且矩形齒118被分配給V-相。當(dāng)磁通從轉(zhuǎn)子124的永磁體1 流到V-相齒時，如果磁通量由于齒的形狀而發(fā)生變化，則在矩形齒118上產(chǎn)生的電磁力和在朝向該矩形齒118的梯形齒112上產(chǎn)生的電磁力沒有相互抵銷，由此，在與矩形齒118相對的方向上產(chǎn)生偏心力 136。由于偏心力136，轉(zhuǎn)子IM和轉(zhuǎn)子124的軸138在與矩形齒118相對的方向上被牽拉。 因而，轉(zhuǎn)子IM的旋轉(zhuǎn)變得不穩(wěn)定、噪聲大，并且旋轉(zhuǎn)電氣裝置的振動特性(NV特性)惡化。

發(fā)明內(nèi)容
在此，本發(fā)明提供了一種定子鐵芯，所述定子鐵芯減輕了由于齒的形狀而產(chǎn)生的磁通量的失衡。本發(fā)明的第一方面涉及旋轉(zhuǎn)電氣裝置的定子鐵芯。所述定子鐵芯包括齒和圓筒形的軛，所述齒沿著軛的圓周方向布置在所述軛的內(nèi)部的圓周面中，并且所述齒承受來自旋轉(zhuǎn)電氣裝置的轉(zhuǎn)子的磁通。另外，所述齒包括梯形齒，所述梯形齒具有垂直地沿著軛的中心軸線取得的梯形橫截面；和異形齒，所述異形齒的頂部部分具有與梯形齒相同的形狀，并且所述異形齒的從所述頂部部分到軛的基部部分具有與梯形齒不同的形狀。在上述方面中，在沿著軛的徑向方向的長度上，異形齒的頂部部分的長度可以被設(shè)置為大于等于所述異形齒的總長度的15%并且小于等于所述異形齒的總長度的30%。根據(jù)本發(fā)明，可以降減輕由于齒的形狀而產(chǎn)生的磁通量的失衡。


通過下面參照附圖對優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明的前述和其它的目的、特征和優(yōu)勢將變得顯而易見，其中相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的元件，并且其中圖1是圖解了根據(jù)本實施例的定子鐵芯的視圖；圖2是圖解了異形齒的形狀與梯形齒的形狀相比較的視圖；圖3是根據(jù)本實施例的定子鐵芯的放大視圖；圖4是根據(jù)本實施例的定子鐵芯的放大視圖；圖5是圖解了根據(jù)本實施例的定子鐵芯中的磁通的分析結(jié)果的視圖；圖6是圖解了施加到轉(zhuǎn)子的偏心力的圖表；圖7是圖解了根據(jù)本實施例的定子鐵芯的視圖；圖8是圖解了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的定子鐵芯的視圖；圖9是圖解了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的定子鐵芯的視圖；圖10是圖解了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的定子鐵芯的視圖；圖11是圖解了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的定子鐵芯的視圖；圖12是圖解了相關(guān)技術(shù)中的磁通從轉(zhuǎn)子流入到定子的視圖；和圖13是圖解了相關(guān)技術(shù)中的施加到轉(zhuǎn)子上的偏心力的視圖。
具體實施例方式圖1圖解了根據(jù)本實施例的定子鐵芯10。所述定子鐵芯10具有近似圓筒形的形狀，并且在內(nèi)部的圓周側(cè)上容納有轉(zhuǎn)子11。通過將線圈(下文中描述)組裝到定子鐵芯10 而形成定子15。轉(zhuǎn)子11被由定子15產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。包括定子15和轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)電氣裝置例如被用作用于車輛的電動機(jī)或者發(fā)電機(jī)。這里，旋轉(zhuǎn)電氣裝置的類型可以是包
4括位于轉(zhuǎn)子11中的永磁體13的永磁電機(jī)，或者是在轉(zhuǎn)子11中不包括永磁體11的磁阻電動機(jī)。定子鐵芯10包括圓筒形軛12和多個齒14，所述多個齒14沿著軛12的圓周方向被布置在所述軛12的內(nèi)部的圓周面中，并且所述多個齒14朝向軛12的中心軸線延伸。例如，軛12和齒14形成為一個構(gòu)件，并且所述軛12和所述齒14由硅鋼板的層疊體形成。齒14包括梯形齒16和形狀不同于所述梯形齒16的異形齒18。梯形齒16具有垂直地沿著軛12的中心軸線取得的梯形橫截面，并且梯形齒16被形成為在朝向軛12的中心的方向上具有更窄的寬度。此外，啦鄰的梯形齒16的側(cè)表面可以大體彼此平行地形成。異形齒18包括頂部部分19，所述頂部部分19具有與梯形齒16相同的形狀；和基部部分21，所述基部部分21形成在頂部部分19和軛12之間，并且具有不同于梯形齒16 的形狀。這里，術(shù)語“相同的形狀”意指梯形齒16的頂部部分17和異形齒18的頂部部分 19呈幾何上全等，如圖2中所示。也就是說，它表示梯形齒16的頂部部分17的頂部表面 30和異形齒18的頂部部分19的頂部表面32的形狀和面積相同，并且梯形齒16的頂部部分17的側(cè)表面34和異形齒18的頂部部分19的側(cè)表面36的形狀和面積相同。此外，梯形齒16的頂部部分17的頂部表面30和側(cè)表面34之間的角度(錐角)和異形齒18的頂部部分19的頂部表面32和側(cè)表面36之間的角度彼此相等。按照上述條件，表示梯形齒16 的頂部部分17和異形齒18的頂部部分19的幾何形狀和體積彼此相同。這里，術(shù)語“相等” 包括在制造梯形齒16和異形齒18的過程中的公差。例如，公差包括偏離設(shè)計值大約5%的偏差。如圖3中所示，在軛12的徑向方向上，異形齒18的頂部部分19的長度L2可以被設(shè)置為大于等于所述異形齒18的總長度Ll的15%并且小于等于所述異形齒18的總長度 Ll的30%。如上述那樣設(shè)置異形齒18的頂部部分19的長度L2的作用將在下文中描述。 此外，梯形齒16的總長度和異形齒18的總長度可以彼此相等。在圖1中，異形齒18的基部部分21的橫截面以矩形示出；然而，所述橫截面并不局限于矩形形狀。實際上，所述橫截面可以是使得即使在梯形線圈20被插入到梯形齒16 之后線圈也可以被插入到毗鄰的異形齒18中的任何形狀；例如，基部部分21的橫截面可以形成為寬度比梯形齒16更窄(更薄)的梯形?；氐綀D1，線圈被組裝到梯形齒16和異形齒18，在所述梯形齒16和所述異形齒 18中，線圈被形成為遵從相應(yīng)的齒的形狀。在下文中，被組裝到梯形齒16的線圈被稱作梯形線圈20，而被組裝到異形齒18的線圈被稱作異形線圈22。這里，例如，梯形線圈20和異形線圈22可以是扁立線圈(edgewise coils)，所述扁立線圈是所謂的集中卷繞線圈，并且通過在厚度方向上卷繞銅制矩形電線而形成。除了扁立線圈之外，梯形線圈20和異形線圈 22可以是圓形電線線圈，在所述圓形電線線圈中，銅制圓形電線圍繞線軸卷繞，并且此外， 線圈可以是扁平卷繞線圈，在所述扁平卷繞線圈中，銅制矩形電線圍繞線軸卷繞。當(dāng)齒的形狀從根據(jù)相關(guān)技術(shù)的矩形齒變?yōu)楦鶕?jù)本實施例的異形齒18時，異形齒 18的寬度如圖4中的用參考符號w所示的那樣增加。與寬度的增加相關(guān)，在將線圈組裝到異形齒18期間，已經(jīng)被組裝到梯形齒16的梯形線圈20的頂部部分可能會與異形線圈22 的基部部分相接觸，并且異形線圈22很難被組裝到異形齒18。為此，在組裝異形線圈22期間，異形線圈22的基部部分側(cè)面外部的圓周面40朝向異形線圈22的中心軸線42彈性地變形，并且在減小基部部分側(cè)面上的直徑的狀態(tài)下，將所述異形線圈22的基部部分側(cè)面外部的圓周面40組裝到異形齒18。通過基部部分側(cè)面處的直徑的減小變形，異形線圈22可以避免與梯形線圈20的頂部部分相接觸，并且可以插入到異形齒18中。在經(jīng)過梯形線圈 20的頂部部分附近之后，異形線圈22通過自身彈性恢復(fù)到原來的形狀。此外，異形線圈22 的頂部部分的形狀遵從異形齒18的頂部部分的形狀，并且由此所述異形線圈22的頂部部分決不與毗鄰的梯形線圈20相接觸。盡管在圖1中異形齒18布置在定子鐵芯10中，但是異形齒18并不局限于這種布置。考慮到使線圈能夠被組裝，至少一個異形齒18可以布置在定子鐵芯10中。轉(zhuǎn)子11被容納在定子鐵芯10的內(nèi)部的圓周側(cè)處。轉(zhuǎn)子11被安裝并且緊固到軸 M上。從而，轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)被傳遞到軸對，并且所述旋轉(zhuǎn)被從軸M傳遞到車輛的動力傳送裝置(傳動系，未示出)。在如圖1所示的本實施例中，通過鑄造或者類似的方式將永磁體13組裝到轉(zhuǎn)子11。永磁體13優(yōu)選地由諸如銣磁體等的稀土磁體制成。由永磁體13產(chǎn)生的磁通流入到定子鐵芯10的齒14中。這里，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將異形齒18的頂部部分19的長度L2構(gòu)成為大于等于所述異形齒18的總長度的15%并且小于等于所述異形齒18的總長度的30%，流入到異形齒18中的磁通量變得與流入到梯形齒16的磁通量近似相等。根據(jù)研究結(jié)果，可以減小梯形齒16和異形齒18之間的磁通量的失衡，并由由此減小了施加到轉(zhuǎn)子11的偏心力。圖5示出了在轉(zhuǎn)子11和定子15之間的磁通的流動分析。磁通用畫在轉(zhuǎn)子11和定子15上的線條表示，并且磁通強(qiáng)度用圍繞所述線條的顏色的深度來表示。現(xiàn)在，參照圖 5的環(huán)繞部分，異形齒18的頂部部分19的顏色從頂部表面32到側(cè)表面36逐漸變深，或者那就是說，磁通密度增加。此外，在側(cè)表面36處，磁通密度隨著靠近軛12而減小。換句話說，應(yīng)當(dāng)理解的是，流入到異形齒18的側(cè)表面的大部分漏磁通集中在異形齒18的頂部部分 19中。通過上述結(jié)果，應(yīng)當(dāng)理解的是，通過僅僅將異形齒18的頂部部分形成為與梯形齒16 相同的形狀，異形齒18的磁通量就變得與梯形齒16的磁通量近似地相等。作為本發(fā)明人分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過將異形齒18的頂部部分19的長度L2設(shè)置為大于等于異形齒18的總長度Ll的15%并且小于等于所述異形齒18的總長度Ll的30%，異形齒18的磁通量變得與梯形齒16的磁通量近似相等。圖6B示出了在異形齒18布置在定子鐵芯10中時施加到轉(zhuǎn)子11的偏心力的軌跡。 圖6A是比較性實例并且示出了在根據(jù)相關(guān)技術(shù)的矩形齒替代異形齒18被放置時施加到轉(zhuǎn)子11的偏心力。在兩種情況下，示出了在轉(zhuǎn)子11的一轉(zhuǎn)中的偏心力的軌跡44。而且，在兩種情況下，如圖7中所示，僅一個異形齒18或者矩形齒布置在定子鐵芯10中的從基準(zhǔn)線A 開始逆時針方向的90°位置，并且梯形齒16布置在其它位置。對于施加到轉(zhuǎn)子11的偏心力，如圖6中用圓所示的那樣，可接受的范圍是預(yù)先確定的。預(yù)先通過實驗等方式，獲得該可接受的范圍，該可接受的范圍是不影響噪聲和振動特性(NV特性)的范圍。當(dāng)使用矩形齒時，應(yīng)當(dāng)理解的是，在與矩形齒相對的側(cè)上產(chǎn)生偏心力， 并且所述偏心力偏離如圖6A中所示的可接受的范圍。另一方面，當(dāng)使用根據(jù)本實施例的異形齒18來替代矩形齒時，雖然在與異形齒18相對的側(cè)上產(chǎn)生偏心力，但是所述偏心力的大小與矩形齒的偏心力的大小相比較被大幅度地減小，所述梯形齒18的偏心力落入可接受的范圍。
如上所述，作為布置在定子鐵芯10中的齒14，本發(fā)明使用梯形齒16和異形齒18， 所述異形齒18的頂部部分19具有與梯形齒16相同的形狀，并且所述異形齒18的基部部分 21具有與梯形齒16不同的形狀。通過布置這種異形齒18，與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的矩形齒相比， 減小了梯形齒16和異形齒18之間的磁通量的不同，并且由此也減小了施加到轉(zhuǎn)子11的偏心力。此外，異形齒18的基部部分21以矩形的橫截面等形狀形成，使得線圈可以插入，即使梯形線圈20被插入到毗鄰的梯形齒16中也是這樣。因此，在組裝線圈的過程中，保持組裝異形線圈22的容易程度大致與使用矩形線圈的組裝相同。如圖1所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)電氣裝置是三相型交流旋轉(zhuǎn)電氣裝置時，優(yōu)選的是，將異形齒 18均等地分配給每個相。如圖6B中所示，與根據(jù)相關(guān)技術(shù)的矩形齒相比較，減小了梯形齒 16和異形齒18之間的磁通量的不同；然而，梯形齒16和異形齒18之間的磁通量仍然有輕微的不同。從而，通過將異形齒18均等地分配給每個相，可以避免在相應(yīng)的相之間產(chǎn)生磁通量的失衡，并且可以均衡相應(yīng)的相之間的與磁通量相關(guān)的感應(yīng)電壓(逆電動勢)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)電氣裝置的定子鐵芯(10)，其特征在于，所述定子鐵芯(10)包括圓筒形的軛(12)；和齒(14)，所述齒沿著圓周方向布置在軛(1 的內(nèi)部圓周面中，并且所述齒承受來自旋轉(zhuǎn)電氣裝置的轉(zhuǎn)子(11)的磁通，其中，所述齒(14)包括多個梯形齒(16)，所述多個梯形齒具有垂直地沿著所述軛(1 的中心軸線取得的梯形橫截面；和至少一個異形齒(18)，所述至少一個異形齒的頂部部分(19)具有與所述梯形齒(16)相同的形狀，并且所述至少一個異形齒的從所述頂部部分(19)到所述軛(1 的基部部分具有與所述梯形齒不同的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子鐵芯，其中，在沿著所述軛(1 的徑向方向的長度中， 所述異形齒(18)的頂部部分(19)的長度被設(shè)置為大于等于所述異形齒(18)的總長度的 15%并且小于等于所述異形齒(18)的總長度的30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的定子鐵芯，其中，在所述軛(1 的徑向方向上，所述梯形齒(16)的總長度與所述異形齒(18)的總長度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的定子鐵芯，其中，所述異形齒(18)的基部部分具有垂直地沿著所述軛(1 的中心軸線取得的矩形橫截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的定子鐵芯，其中，所述異形齒(18)的基部部分具有垂直地沿著所述軛(1 的中心軸線取得的梯形橫截面，該梯形橫截面的寬度比所述梯形齒 (16)的梯形橫截面的寬度窄。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的定子鐵芯，其中，所述旋轉(zhuǎn)電氣裝置是三相型交流旋轉(zhuǎn)電氣裝置，并且所述梯形齒(16)和所述異形齒(18)布置在每個相中，以便均等地分配齒的比例。
全文摘要
一種定子鐵芯(10)，所述定子鐵芯包括齒(14)和圓筒形的軛(12)，所述齒沿著所述軛(12)的圓周方向布置在所述軛的內(nèi)部圓周面中，并且所述齒承受來自旋轉(zhuǎn)電氣裝置的轉(zhuǎn)子(11)的磁通。所述齒(14)包括梯形齒(16)，所述梯形齒具有垂直地沿著所述軛(12)的中心軸線取得的梯形橫截面；和異形齒(18)，所述異形齒的頂部部分(19)具有與梯形齒(16)相同的形狀，并且所述異形齒的從所述頂部部分(19)到所述軛(12)的基部部分(21)具有與所述梯形齒(16)不同的形狀。
文檔編號H02K1/14GK102468695SQ20111034440
公開日2012年5月23日 申請日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者佐野新也, 加藤功 申請人:豐田自動車株式會社, 愛信精機(jī)株式會社