定子
阅读：663发布：2020-05-11
专利汇可以提供定子专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 定子 。定子(1)具备构成定子 铁 芯(2)的多个分铁芯(3)和从外侧将分铁芯(3)保持成一体的环状的保持件(4)。分铁芯(3)具有与保持件(4)的内周面对向的对向面(8)。对向面(8)上设置与中 心轴 线(ax)平行延伸的凹部(10)，在保持件(4)的内周面上设置进入凹部(10)内的凸部(14)。凸部(14)与对应的凹部10内的两 侧壁 (10a)(10b)中任意一方侧壁的端缘抵接。，下面是定子专利的具体信息内容。
1.一种定子，其具备排列成圆环状并形成定子铁芯的多个分铁芯和配置在所述定子铁芯的外侧并将所述多个分铁芯保持成一体的环状的保持件，所述定子的特征在于：
所述分铁芯具有与所述保持件的内周面对向的对向面和用于相邻的分铁芯彼此接合的接合面，
所述对向面上设置与所述定子铁芯的中心轴线平行延伸的凹部，
在所述保持件的内周面上设置进入所述凹部内的凸部，
所述凸部形成为沿与该凸部对应的所述凹部内的侧壁上所述保持件一侧的端缘抵接，所述凸部与对应的所述凹部的两侧壁中在所述定子铁芯的周向上的一方侧壁的端缘或另一方侧壁的端缘中仅一方的侧壁的端缘接触，所述凸部和所述凹部配置成各凸部接触的各凹部的一方侧壁和另一方侧壁混合存在。
2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述相邻的分铁芯的对向面上的各凹部间的部分和与该部分对向的所述保持件的内周面之间存在空隙。
3.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，所述分铁芯具有齿部，该齿部从所述定子铁芯在周向上的中央部向该定子铁芯的中心轴线一侧突出，该齿部与所述中心轴线垂直的截面为T型形状，
所述凹部位于所述分铁芯的对向面在所述周向上的中央部。
定子
技术领域
背景技术
[0002] 在现有技术中，已知有一种具备多个分铁芯和环状的保持件的定子，所述多个分铁芯配置成圆环状而构成定子铁芯，所述保持件配置在所述多个分铁芯的外侧，将所述多个分铁芯保持成一体(例如参照专利文献1)。
[0003] 在专利文献1的定子中，分铁芯和保持件分别具有沿定子中心轴线平行延伸的凹部及凸部。并且，在使分铁芯和保持件一体化而形成定子时，通过将所述凹部和凸部松动(存在空隙)嵌合，将保持件组装到分铁芯上，凸部在冲击下变形。由此，凹部和凸部之间的空隙被填埋，进一步产生残留应力，因此能够形成分铁芯和保持件被牢固地紧固的定子。
[0004] 专利文献1的另一形态的定子通过下述方式形成：将圆筒状保持件外嵌到把多个分铁芯排列成圆环状的环状排列，并通过用于塑性变形的冲压件等从保持件的外周面向内周面实施推压保持件。在这种情况下，通过冲压件等的推压，保持件的素材进入到分铁芯的沟槽等内，从而实现分铁芯和保持件的一体化。
[0005] 这种定子应用于硬盘等驱动用电机等小型电机上时，分铁芯和保持件的配合强度足够。然而，比如汽车的驱动用电机等这种被施加有较大的转矩的电极的情况下，分铁芯相对保持件的固定强度不够充分，因此有可能导致分铁芯从保持件上脱落。
[0006] 因此，应用于汽车的驱动用电机的定子一般来讲通过下述方式形成：将保持件压装(press fitting)或烧嵌(shrink fitting)到分铁芯的环状排列的外周面上，利用保持件以强力紧固环状排列。由此，能够获得分铁芯相对保持件的充分的固定强度，因此能够防止定子铁芯在承受较大的转矩时脱离保持件的情况。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1：日本特开2003-169431号公报
发明内容
[0010] 发明要解决的课题
[0011] 然而，在通过压装形成定子时，会产生以下问题：即，在将保持件压装到分铁芯的环状排列上时，可能导致环状排列的外周面被保持件切削而产生削片。因此，需要采取用吸引器吸取削片的对策。
[0012] 另外，保持件一般通过冲压成型等制成，其尺寸精度并不高，在将保持件压装到环状排列上时的过盈量(interference)并不恒定，紧固荷重容易变得散乱。因此，有必要对要使用的保持件的尺寸精度进行管理。其结果，导致保持件的成品率(yield)下降。
[0014] 另一方面，在通过对保持件实施烧嵌将其配合到分铁芯的环状排列上的情况下，需要实施用于对保持件进行加热及冷却的方式及步骤。
[0015] 本发明的目的在于提供一种能够以简便的步骤进行制造并实现分铁芯和保持件牢固的一体化、而无需进行削片的吸引对策且不会导致成品率及性能下降的定子。
[0016] 用于解决课题的方式
[0017] 本发明的定子具备排列成圆环状并形成定子铁芯的多个分铁芯和配置在所述定子铁芯的外侧并将所述多个分铁芯保持成一体的环状的保持件，所述定子的特征在于，所述分铁芯具有与所述保持件的内周面对向的对向面和用于相邻的分铁芯彼此接合的接合面，所述对向面上设置与所述定子铁芯的中心轴线平行延伸的凹部，在所述保持件的内周面上设置进入所述凹部内的凸部，所述凸部形成为沿与该凸部对应的所述凹部内的侧壁上所述保持件一侧的端缘抵接。
[0018] 在本发明中，分铁芯的凹部和保持件的凸部以直线状在凹部的侧壁抵接，因此分铁芯和保持件特别是在保持件的周向上牢固地配合。所以，即使是在对分铁芯作用较大的转矩的情况下，分铁芯也不会在保持件上偏位或与保持件脱离。
[0019] 另外，可以通过从外侧推压保持件使其产生塑性变形来形成保持件的凸部。在该情况下，当制造定子时，与通过压装或烧嵌的方式将保持件配合到分铁芯周围的情形相比，无需削片的吸引对策、保持件的加热/冷却步骤，保持件对分铁芯施加的紧固力即使较小也足够固定。另外，不会对保持件有较高的尺寸精度的要求，也不会降低保持件的成品率。
[0020] 所以，根据本发明，能够提供一种以简便的步骤进行制造并实现分铁芯和保持件牢固的一体化、而无需进行削片的吸引对策且不会导致成品率及性能下降的定子。
[0021] 在本发明中，所述凸部与对应的所述凹部的两侧壁中所述定子铁芯在周向上一方侧壁的端缘或另一方侧壁的端缘接触，所述凸部和所述凹部配置成各凸部接触的各凹部的一方侧壁和另一方侧壁混合存在。由此，即使在对分铁芯作用周向上的一方向或另一方向中任一方向的转矩的情况下，也能够由保持件可靠地保持分铁芯，而在分铁芯和保持件之间不会发生滑动。
[0022] 在本发明中，所述相邻的分铁芯的对向面上的各凹部间的部分和与该部分对向的所述保持件的内周面之间也可以存在空隙。这样，保持件不会对相邻的分铁芯的对向面上各凹部间的部分施加推压力，因此能够避免因所述推压力造成分铁芯变形而引起定子的性能下降的情况。
[0023] 在本发明中，所述分铁芯具有齿部，该齿部从所述定子铁芯在周向上的中央部向该定子铁芯的中心轴线一侧突出，该齿部与所述中心轴线垂直的截面为T型形状，所述凹部位于所述分铁芯的对向面在所述周向上的中央部。
[0024] 根据这种方式，分铁芯的对向面的凹部位于对向面的中央、即磁通密度较疏的部分，因此，即使因形成保持件的凸部而使分铁芯的凹部附近产生应变，也能够避免定子性能下降。
[0026] 图1是本发明一实施方式中的定子的斜视图。
[0027] 图2是图1的定子的分铁芯的斜视图。
[0028] 图3是表示图1的定子中分铁芯和保持件的配合状况的平面图。
[0029] 图4是用于制造图1的定子的定子制造装置的平面图。
[0030] 图5是图4的定子制造装置的截面图。
[0031] 图6是图4的定子制造装置的与图5是不同状态下的截面图。
[0032] 图7是图4的定子制造装置的另一不同状态下的截面图。
[0033] 图8是表示定子制造装置的支承机构、推压机构、分铁芯及保持件的状态的图。图8A表示上部夹具位于加工准备位置时的状态；图8B表示上部夹具位于图6的位置时的状态；
图8C表示上部夹具位于图6的位置和图7的位置之间的位置时的状态；图8D表示上部夹具位于图7的位置时的状态；图8E表示上部夹具回到加工准备位置时的状态。
图8C表示上部夹具位于图6的位置和图7的位置之间的位置时的状态；图8D表示上部夹具位于图7的位置时的状态；图8E表示上部夹具回到加工准备位置时的状态。
[0034] 用于实施发明的方式
[0035] 以下，利用附图说明本发明的实施方式。如图1所示，实施方式的定子1具备排列成圆环状并构成定子铁芯2的多个分铁芯3、配置在分铁芯排列外侧的圆筒状保持件4和设置在各个分铁芯3上的定子线圈5。
[0036] 分铁芯3的排列构成与定子铁芯2的中心轴线ax平行的圆筒状外周面。保持件4具有与上述外周面相对的圆筒状内周面，并经由该内周面与分铁芯3保持成一体。
[0037] 图2是分铁芯3的斜视图。如图2所示，分铁芯3具备配置在上述定子线圈5外周的齿部6和使相邻的分铁芯3的齿部6磁性配合的轭部7。
[0038] 轭部7具有近乎立方体的形状，具备与保持件4的内周面对向的部分圆筒状的对向面8和两侧的接合面9，两侧的接合面9面向相邻两侧的分铁芯3的轭部7而设置。相邻的分铁芯3以各自的接合面9接触而配合。
[0039] 分铁芯3的对向面8上设置与中心轴线ax平行的直线状的凹部10。凹部10位于对向面8在定子铁芯2的周向c上的中央位置，并被利用于分铁芯3和保持件4的配合。
[0040] 分铁芯3两侧的接合面9上分别设置有与中心轴线ax平行的凹槽11及凸条12。相邻的分铁芯3通过其中一方分铁芯的凹槽11和另一方分铁芯的凸条12嵌合相互在中心轴线ax的径向上被定位。
[0041] 齿部6从轭部7的周向c中央向中心轴线ax方向延伸。所以，分铁芯3的与中心轴线ax垂直的截面具有近乎T型形状。定子线圈5经由绝缘体(insulator)13设置在齿部6的外周。
[0042] 图3表示分铁芯3和保持件4的配合状况。如图3所示，在保持件4的内周面设置有与分铁芯3的凹部10对应的直线状的凸部14。凸部14经由抵接部14a以直线状抵接到对应的凹部10的侧壁10a，10b上保持件4一侧的端缘。这里，各凸部14的抵接部14a接触的凹部10的侧壁在各凹部10上不同。
[0043] 例如，在相邻的各分铁芯3的凹部10处，对应的凸部14接触的侧壁10a，10b彼此不同。即，如圆A及圆B所圈示，假设凸部14与某一分铁芯3的凹部10的一方侧壁10a接触，与其相邻的分铁芯3的凹部10对应的凸部14与该凹部10的另一方侧壁10b接触。多个凸部14和凹部10如上所述配置成各凸部14接触的凹部10的一方侧壁10和另一方侧壁10b混合存在。
[0044] 由此，圆形排列的分铁芯3以相对保持件4不会发生相对旋转的形式与保持件4配合。另外，保持件4的凸部14是通过自外侧推压保持件4使其塑性变形而形成，其残余应力将各分铁芯3向中心轴线ax方向推压，因此各分铁芯3经由其接合面9彼此牢固地配合。所以，各分铁芯3与保持件4紧紧地保持成一体，从而形成定子铁芯2。
[0045] 另外，相邻的轭部7的对向面8上的各凹部10之间的对向面部分与于此对应的保持件4的内周面之间存在空隙d。由此，对于轭部7上的该部分，不会有朝向中心轴线ax方向施加的应力，因而不会因有该应力而产生应变。
[0046] 另外，相对轭部7的对向面8的周向c上的中央部分进行保持件4的凸部14对分铁芯3的推压。由于该部分的磁通密度(magnetic flux density)比较疏，即使该部分因推压力而产生应变，也不会对定子1的性能造成影响。
[0047] 图4是用于制造定子1的定子制造装置的平面图。图5是定子制造装置的截面图。该定子制造装置15用于通过保持件4将设置了定子线圈5的多个分铁芯3一体化而形成定子1。
[0048] 在图4中，除了示出要实施一体化的分铁芯3及保持件4之外，仅对定子制造装置15的主要零件进行表示。这些主要零件配置成圆环状，但是在图4中仅示出圆环状的一部分。在图5中，将以不同的角度通过定子制造装置15的中心轴线AX的两个面的截面分别示于中心轴线AX左右两边。
[0049] 如图5所示，定子制造装置15具备排列有分铁芯3及保持件4的下部夹具16和沿中心轴线AX相对下部夹具16升降的上部夹具17。在下部夹具16上，在中心轴线AX周围配置多个分铁芯3和用于将这些分铁芯3一体化的保持件4，用于制造定子1。
[0050] 下部夹具16上排列的分铁芯3的轭部7连成圆环状，形成圆筒状的外周面。在分铁芯3的排列的外侧配置保持件4，使得分铁芯3的外周面以保持微小空隙的形式与保持件4的内周面相对。
[0051] 下部夹具16上设置支承机构18，该支承机构18从以中心轴线AX为中心的径向R的内侧向外侧对排列在下部夹具16上的分铁芯3进行支承。支承机构18沿分铁芯3排列的内侧针对每个分铁芯3设置成环状。
[0052] 另外，支承机构18具备保持部19和上下两层支承销20。保持部19以能够在径向R上若干移动的形式被支承在下部夹具16上。支承销20以通过保持部19能够在径向R上移动的形式被保持，从径向R的内侧向径向R外侧对分铁芯3进行支承。在相邻的保持部19之间设置适当地保持保持部19彼此之间的间隔的部件19a。
[0053] 通过线圈弹簧21对支承销20施加朝向径向R外侧的施力。由支承销20及线圈弹簧21构成本发明的施力部。保持部19固定有阻止部件22，用于阻止分铁芯3抵抗支承销20的施力向相比规定位置更靠向径向R内侧发生变位。
[0054] 此外，在下部夹具16上，在相对中心轴线AX几乎对称的位置上分别设置两个定位销23。定位销23用于在将保持件4配置到下部夹具16上时对保持件4进行定位。在通过后述推压机构28形成凸部14之前，移动定位销23，由此解除定位销23对保持件4的定位。
[0055] 即，定位销23朝向上方竖立设置在活动部件25上。活动部件25通过弹簧24被向上方施力并被导向为能够在上下方向上移动。定位销23用于在将保持件4配置到下部夹具16上时将定位销23的上端部插入到保持件4的定位孔26中来对保持件4进行定位。活动部件25上设置朝向下部夹具16的上方突出的突出部件27。
[0056] 所以，由在形成凸部14时下降的后述推压机构28向下方推压突出部件27时，定位销23与活动部件25一起下降，并从保持件4的定位孔26脱离，从而解除定位销23对保持件4的定位。
[0057] 另一方面，上部夹具17上设置推压机构28。推压机构28从保持件4的外周面一侧推压配置在分铁芯3的排列外侧的保持件4，从而在保持件4的内周面上形成与分铁芯3的凹部10对应的凸部14。推压机构28针对每个分铁芯3设置并被配置成圆环状。通过推压机构28形成的凸部14，使得保持件4和各分铁芯3堵缝接合(caulked joint)从而构成一体化。
[0058] 推压机构28具备用于在保持件4的外周面上转动而形成凸部14的推压辊29。推压辊29具备推压保持件4的外周面的环状推压部29a(参照图3)。环状推压部29a在用包含推压辊29的旋转轴线的平面切断该推压部29a后的截面上具有V型形状。
[0059] 推压辊29在与上部夹具17一起下降时，沿中心轴线AX平行移动。这时，环状推压部29a推压保持件4的外周面，在保持件4的内周面上形成直线状的凸部14。
[0060] 各推压辊29设置成：通过各推压辊29a形成的各凸部14的位置成为相对对应的凹部10的中心位置在中心轴线AX的周向c上的一方向及另一方向交替偏离规定量的位置。由此，如图3所示，形成凸部14，使得在相邻的一方分铁芯3的凹部10中，对应的凸部14与侧壁10a接触，而在另一方的分铁芯3的凹部10中，对应的凸部14与侧壁10b接触。
[0061] 另外，在上部夹具17上设置圆筒状的固定部件30。在利用推压机构28形成凸部14时，固定部件30从内侧对支承机构18的保持部19进行固定，使得保持部19位于径向R上的规定位置。在形成凸部14时，固定部件30嵌合到由各保持部19的径向R的内侧的面构成的圆筒状表面的内侧，并抵抗来自推压机构28的推压力，从而牢固地将各保持部19维持在径向R上的位置。
[0062] 此外，上部夹具17上设置推压部件31。推压部件31在与中心轴线AX平行的方向上推压分铁芯3的与中心轴线AX垂直的端面。推压部件31以在上下方向上能够滑动的方式装设在上部夹具17上，并通过线圈弹簧32被向下方施力。通过推压部件31在利用推压机构形成凸部14时推压分铁芯3，能够防止伴随推压辊29对保持件4的推压使分铁芯3产生应变。
[0063] 这时，推压部件31伴随上部夹具17的下降，如图6所示临到开始形成凸部14之前开始推压分铁芯3。并且，伴随凸部14的形成过程，如图7所示直到凸部14成形结束，推压部件31的推压力因线圈弹簧32而增大。
[0064] 图8A至图8E表示通过定子制造装置15对分铁芯3和保持件4进行一体化时的支承机构18、推压机构28、分铁芯3及保持件4的状态变化。由图8A表示上部夹具17如图5所示位于加工准备位置时的状态，由图8B表示上部夹具17如图6所示位于凸部14的加工开始位置之前的位置时的状态。
[0065] 另外，图8C表示上部夹具17位于图6所示的位置和图7示出的下限位置之间的位置时的状态。图8E表示上部夹具17回到加工准备位置时的状态。
[0066] 为了制造定子1而将分铁芯3和保持件4进行一体化时，首先执行保持件配置步骤：在分铁芯3的排列的外侧配置保持件4，该分铁芯3的排列在下部夹具16上将轭部7连接成圆环状配置而成。这时，上部夹具17如图5所示位于加工准备位置上。
[0067] 定子线圈5经由绝缘体13设置在各分铁芯3上。通过将下部夹具16的两个定位销23的顶端部插入到保持件4的两个定位孔26来对保持件4进行配置。在配置保持件4后，如图8A所示，配置在下部夹具16上的分铁芯3和对应的支承机构18之间有空隙33存在。并且，在各分铁芯3和保持件4之间有空隙34存在。
[0068] 接着，执行在保持件4上形成凸部的凸部形成步骤。即，首先，上部夹具17下降到图5所示的加工准备位置。然后，如图6所示，在上部夹具17要到达加工开始位置之前，推压机构28将突出部件27推向下方，定位销23从保持件4的定位孔26脱离。由此，解除定位销23对保持件4的约束，保持件4能够在水平面上进行一定程度的位移。
[0069] 这时，由于固定部件30嵌合到各保持件19的内侧，如图8B所示，支承机构18受固定部件30推压而向径向R的外侧移动若干。由此，上述分铁芯3和支承机构18之间的空隙33以及分铁芯3和保持件4之间的空隙34变零而消失。即，各分铁芯3相对保持件4被强制保持为均一的姿势而不会发生晃动(wobble)。
[0070] 另外，由此在相邻的分铁芯3之间产生空隙35。这时，由于支承机构18的支承销20受线圈弹簧21施力，支承销20的位置与分铁芯3的移动被阻止部件22阻止时的位置相比要偏向于径向R外侧。另外，这时推压部件31开始推压分铁芯3。该推压力直到上部夹具17到达下限位置为止持续增大。
[0071] 上部夹具17进一步下降时，各推压机构28的推压辊29与跟各分铁芯3的凹部10对应的保持件4的上端部接触，并通过推压保持件4从该接触部分开始形成凸部14。
[0072] 然后，伴随上部夹具17朝向图7所示的下限位置下降，通过推压辊29形成凸部14。伴随该过程，分铁芯3如图8C所示根据经由保持件4而被施加的作用力F被推向径向R内侧从而发生移动，相邻的分铁芯3之间的空隙35逐渐减少。另外，由于该分铁芯3的移动，支承机构18的支承销20抵抗线圈弹簧21的施力被推向径向R内侧，分铁芯3移动到被阻止部件22阻止的位置。
[0073] 然后，当上部夹具7到达图7所示的下限位置时，如图8D所示，相邻的分铁芯3之间的空隙35消失。并且，相邻的分铁芯3的凹部10间的对向面部分和与此对应的保持件4的内周面之间产生空隙36。该空隙36构成上述图3的空隙d。
[0074] 接着，上部夹具17回到上方的加工准备位置。这时，由于固定部件30对支承机构18的保持部19的推压解除，如图8E所示，支承机构18回到图8A所示的初始位置。并且，这时推压部件31对分铁芯3的推压被解除。由此，结束凸部形成步骤，实现分铁芯3和保持件4的一体化。
[0075] 根据本实施方式的定子1，分铁芯3的凹部10和保持件4的凸条12的经由直线状的接触面接触。由此，即使在分铁芯3作用有较大的转矩的情况下，也能够通过保持件4可靠地保持分铁芯3，而在分铁芯3和保持件4之间不会发生滑动。
[0076] 此外，由于在各凸部14接触的凹部10的侧壁中，周向c上的一方侧壁10a及另一方侧壁10b混合存在，即使对分铁芯3作用周向c上的一方向或另一方向的任一方向的转矩时，也能够通过保持件4可靠地保持分铁芯3，而在分铁芯3和保持件4之间不会发生滑动。
[0077] 此外，由于相邻的分铁芯3的凹部10间的对向面8的部分和与此对应的保持件4的内周面之间存在空隙36，不会有朝向径向R内侧的推压力作用到分铁芯3的该外周面部分上。因此，能够避免因分铁芯3的应变而造成定子1的性能下降。
[0078] 另外，分铁芯3的凹部10位于轭部7的对向面8的中央、即磁通密度较疏的部分。因此，即使因形成保持件4的凸部14使凹部10附近产生应变，也能够避免因此造成定子1的性能下降。
[0079] 产业上的可利用性
[0080] 本发明的定子通过利用保持件实现对排列成环状的分铁芯的一体化的方式进行保持来形成，因而该定子能够被应用于构成电机。这时，由于是利用以简便的步骤并且不会降低性能和成品率的方式牢固地形成一体化后的定子，因而该定子适用于如汽车的驱动用电机这种被施加较大的转矩的电机。
[0081] 符号说明
[0082] 1 定子
[0083] 2 定子铁芯
[0084] 3 分铁芯
[0085] 4 保持件
[0086] 6 齿部
[0087] 7 轭部
[0088] 8 对向面
[0089] 9 接合部
[0090] 10 凹部
[0091] 14 凸部
[0092] d 间隙
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