定子芯、定子单元以及马达的制作方法

1.本发明涉及一种定子芯、具有该定子芯的定子单元以及具有该定子单元的马达。


背景技术：

2.在日本专利第5181994号公报中记载有一种分体式定子，该分体式定子由多个定子片在周向上组合形成，多个定子片分别具有在周向上延伸的轭部以及从该轭部在径向上延伸的齿部。在该分体式定子中，在多个定子片的轭部分别形成有两个狭缝，该狭缝从轭部的周向上的两端面沿上述周向延伸。由此，通过使多个定子片收纳于壳体中时产生的应力集中在上述两个狭缝之间的区域，来降低成为电动机效率下降的原因的铁损。
3.在日本专利2006-333657号公报中，公开了一种具有定子单元和转子的马达，在定子单元中，使由多个芯板层叠构成的定子芯容纳在壳体中，转子相对于该定子单元自由旋转。在该马达中，定子芯由第一部分和第二部分构成，第二部分以在轴线方向上与第一部分的两端部重叠的方式固定。第一部分通过具有比壳体的内径小的外径的芯板层叠而构成。构成第二部分的芯板具有基部和多个突起部，基部具有与构成第一部分的芯板相同的外径，多个突起部从该基部的外周部延伸设置。而且，通过仅用该多个突起部使定子芯和壳体接触，来减小在定子芯中应力作用的区域。


技术实现要素：

4.发明要解决的问题
5.日本专利第5181994号公报中记载的现有技术不能适用于未分割成多个定子片的一体式的定子铁芯。另外，根据壳体和定子芯的尺寸精度，在相邻的定子片的内径侧，各定子片的周向端面相互紧密接触，从而有可能在圆周方向上产生压缩应力，为了避免该情况出现，需要严格的尺寸精度管理。但是，在量产中执行这样的尺寸精度管理是非常困难的，即使能够执行也会成为制造成本增加的原因。
6.在日本专利2006-333657号公报中记载的现有技术中，从构成第二部分的芯板的基部的外周部延伸设置的多个突起部在与基部连接的部分，上述芯板的径向的刚性变高。因此，根据壳体以及各突起部的尺寸精度，各突起部从壳体接受的径向的载荷传导至芯板的基部，在芯板的基部(轭部)产生高压缩应力，从而有可能增加铁损。
7.本发明考虑到上述事实，其目的在于，获得一种比以往更能降低铁损且易于尺寸精度管理的定子芯、具有该定子芯的定子单元以及具有该定子单元的马达。
8.用于解决问题的手段
9.第一方式的定子芯由多个芯板层叠而构成，容纳在马达的壳体内，所述多个芯板包括带弹性突起的芯板，所述带弹性突起的芯板在周向上排列设置有从外周部向径向外侧延伸并在轴向上弯曲的多个弹性突起，所述定子芯以所述多个弹性突起与所述壳体的内周面接触而弹性挠曲的状态被所述壳体支撑。
10.第一方式的定子芯由多个芯板层叠而构成，容纳在马达的壳体内。上述多个芯板
包括带弹性突起的芯板，带弹性突起的芯板在周向上排列设置有从外周部向径向外侧延伸并在轴向上弯曲的多个弹性突起。该定子芯以上述多个弹性突起与壳体内周面接触而弹性挠曲的状态被壳体支撑。由此，能够防止或有效地抑制在定子芯的轭部产生压缩应力，因此，与以往相比，能够降低铁损。另外，通过上述多个弹性突起的弹性挠曲，能够吸收壳体以及定子芯的尺寸偏差，因此尺寸精度管理变得容易。
11.第二方式的定子芯为，在第一方式中，所述多个弹性突起包括向内的弹性突起，所述向内的弹性突起的前端部以朝向所述带弹性突起的芯板的径向内侧的方式弯曲。
12.根据第二方式的定子芯，设置于带弹性突起的芯板的外周部的多个弹性突起包括向内的弹性突起，向内的弹性突起的前端部以朝向带弹性突起的芯板的径向内侧的方式弯曲。因此，若该定子芯相对于壳体在径向上位移，则向内的弹性突起的前端部与定子芯的外周面接触，向内的弹性突起的弹簧常数增加。由此，能够抑制上述位移，能够防止包括向内的弹性突起的多个弹性突起产生塑性变形。
13.第三方式的定子芯，在第一方式或第二方式中，所述多个弹性突起被实施了淬火。
14.根据第三方式的定子芯，多个弹性突起被实施了淬火，因此能够抑制各弹性突起的永久变形，能够使各弹性突起的耐久性提高。
15.第四方式的定子芯，在第一方式～第三方式的任意一种方式中，所述多个芯板包括带平突起的芯板，带平突起的芯板在周向上排列设置有从外周部向径向外侧延伸的多个平突起，所述多个平突起的前端部相对于所述壳体的内周面隔开间隙地相向配置。
16.根据第四方式的定子芯，多个芯板包括带平突起的芯板，带平突起的芯板在周向上排列设置有从外周部向径向外侧延伸的多个平突起。多个平突起的前端部相对于壳体的内周面隔开间隙地相向配置。因此，若该定子芯相对于壳体在径向上位移，则平突起的前端部与壳体的内周面接触，能够限制上述位移即多个弹性突起的变形。其结果是，能够防止多个弹性突起产生塑性变形。
17.第五方式的定子单元具有马达的壳体以及容纳在所述壳体内的第一方式1～第四方式的任意一种方式的定子芯。
18.在第五方式的定子单元中，定子芯容纳在马达的壳体内。该定子芯为第一方式～第四方式的任意一种方式的定子芯，因此能够得到上述的作用以及效果。
19.第六方式的定子单元，在第五方式中，在所述壳体的内周面的周向上排列设置有供所述多个弹性突起插入的多个槽，在所述壳体的内周面与所述定子芯的外周面之间设置有间隙。
20.在第六方式的定子单元中，在定子芯所具有的带弹性突起的芯板的外周部设置的多个弹性突起插入多个槽，所述多个槽形成于壳体的内周面。由此，能够限制定子芯相对于壳体在周向上的相对旋转，因此不需要键等防旋转部件。另外，因为在壳体的内周面与所述定子芯的外周面之间设置有间隙，所以尺寸精度的管理变得容易。
21.第七方式的定子单元，在第六方式中，在所述定子芯相对于所述壳体在径向上位移的情况下，在所述多个弹性突起弹性变形的范围内，所述定子芯的外周面的一部分与所述壳体的内周面的一部分接触。
22.在第七方式的定子单元中，如上所述，通过定子芯的外周面的一部分与壳体的内周面的一部分接触，限制定子芯的上述位移。该状态在多个弹性突起弹性变形的范围内，因
此能够防止多个弹性突起塑性变形。
23.第八方式的马达具有第五方式～第七方式的任意一种方式的定子单元以及容纳在所述定子单元所具有的定子芯的内侧的转子芯。
24.在第八方式的马达中，在定子单元所具有的定子芯的内侧容纳有转子芯。上述定子单元为第五方式～第七方式的任意一种方式的定子单元，因此能够得到上述作用以及效果。
25.发明的效果
26.如以上说明的那样，本发明的定子芯、定子单元以及马达比以往更能够降低铁损且易于尺寸精度管理。
附图说明
27.图1是本发明的第一实施方式的马达的剖视图。
28.图2是将沿着图1的f2-f2线的剖面放大示出的放大剖视图。
29.图3是将图2中标记有附图标记a的区域放大示出的放大剖视图。
30.图4是用于说明定子芯的偏芯的与图1对应的剖视图。
31.图5是示出本发明的第二实施方式的马达的部分结构的与图3对应的剖视图。
32.图6是示出本发明的第三实施方式的马达的部分结构的与图1的一部分对应的剖视图。
33.图7是示出本发明的第四实施方式的马达的部分结构的与图3对应的剖视图。
具体实施方式
34.＜第一实施方式＞
35.以下，使用图1～图4，说明本发明的第一实施方式的马达10。如图1所示，本实施方式的马达10成为在定子单元12内设置有转子芯18的内转子型。定子单元12具有形成为有底筒状的壳体14以及容纳在该壳体14内的定子芯16。
36.转子芯18构成转子的铁芯，形成为圆筒状。该转子芯18由多个芯板层叠而构成。此外，在图2中，概略地记载有转子芯18。在该转子芯18的轴心部，以同轴的方式固定有未图示的旋转轴。该旋转轴经由未图示的轴承以能够旋转的方式被壳体14支撑。在转子芯的外周侧，在周向上排列形成有多个磁铁孔20。未图示的永磁铁插入这些磁铁孔20中。
37.定子芯16构成定子的铁芯，形成为大致圆筒状。该定子芯16由多个芯板24层叠而构成。此外，在图2以及图3中，省略各芯板24的剖面的剖面线。多个芯板24是将电工钢板冲压为环状而形成的，并在轴线方向上层叠。在定子芯16的外周侧设置有轭部16a，在定子芯16的内周侧设置有多个齿部16b。多个齿部16b在定子芯16的周向上排列并以等间隔配置。在这些齿部16b上卷绕有未图示的绕组从而形成线圈。
38.在多个芯板24中，在层叠方向上排列的每规定片数(例如每10片)中包括带弹性突起的芯板24a，在层叠方向上相邻的带弹性突起的芯板24a之间配置有规定片数(例如9片)的无突起芯板24b。即，多个芯板24由多个带弹性突起的芯板24a以及多个无突起芯板24b构成。多个无突起芯板24b和多个带弹性突起的芯板24a通过例如铆接层叠相互结合。
39.无突起芯板24b形成为在内周部以及外周部没有突起的环状。带弹性突起的芯板
24a具有结构与无突起芯板24b相同的板主体26以及从板主体26的外周部延伸出的多个弹性突起28。多个弹性突起28向板主体26的径向的外侧延伸，并且向各芯板24的轴向的一方侧弯曲。多个弹性突起28在各芯板24的周向上以等间隔(在此为90度间隔)排列配置。各弹性突起28是通过将构成带弹性突起的芯板24a的电工钢板的一部分弯曲加工而形成的，如图2以及图3所示，从各芯板24的周向观察，弯曲为圆弧状。该多个弹性突起28具有弹性。另外，对该多个弹性突起28实施了渗碳淬火等淬火(热处理)。
40.在本实施方式中，如上所述，在多个芯板24中，在层叠方向上排列的每规定片数中包括带弹性突起的芯板24a。而且，在中间夹有规定片数的无突起芯板24b且在层叠方向上相邻的带弹性突起的芯板24a以在周向上使位相偏移规定角度(在此为45度)的方式配置。此外，弹性突起28的数量和配置可以适当变更。
41.上述结构的定子芯16容纳在壳体14的内侧，以多个弹性突起28与壳体14的内周面接触而弹性挠曲的状态被壳体14支撑(保持)。即，定子芯16通过如上所述那样挠曲的多个弹性突起28所产生的弹簧载荷而相对于壳体14被支撑，并相对于壳体14同轴地配置。将使各弹性突起28向定子芯16的径向内侧变形时的刚性设定为比使板主体26向定子芯16的径向内侧变形时的刚性低。该多个弹性突起28的弹簧载荷被设定为不会因壳体14的内径尺寸以及定子芯16的外径尺寸的偏差而大幅变化。
42.(作用以及效果)
43.接着，说明本实施方式的作用以及效果。
44.在本实施方式中，定子芯16由多个芯板24层叠而构成，容纳在马达10的壳体14内。多个芯板24包括带弹性突起的芯板24a，带弹性突起的芯板24a在周向上排列设置有从外周部向径向外侧延伸并在轴向上弯曲的多个弹性突起28。该定子芯16以多个弹性突起28与壳体14的内周面接触而弹性挠曲的状态被壳体14支撑。由此，能够防止或有效地抑制在定子芯16的轭部16a产生压缩应力，因此，与以往相比，能够降低铁损。另外，通过多个弹性突起28的弹性挠曲，能够吸收壳体14以及定子芯16的尺寸偏差，因此尺寸精度管理变得容易。
45.若要补充上述效果，例如在外周部将平滑的圆筒状的定子芯固定在马达的壳体上的情况下，一般通过过盈配合固定。在该情况下，通过对定子芯外周面施加朝向径向内侧的载荷，在定子芯的轭部产生周向的压缩应力，从而使铁损增加。为了尽可能降低上述压缩应力，需要严格管理尺寸精度，而现实情况下会产生一定量的尺寸偏差。另外，由于定子芯以及壳体的刚性高，因此，固定力因微小的尺寸偏差而大幅变化。因此，根据不同情况，有可能无法得到需要的固定力，为了防止这种情况出现，以成为可靠地产生需要的固定力的过盈配合的尺寸公差进行设计。这样的话，当在偏差范围内成为最大的过盈配合量的情况下，超过所需程度的过盈配合量会产生过度的固定力，作用于定子芯的轭部的压缩应力增加，从而铁损增加。
46.对于这一点，在本实施方式中，定子芯16通过多个弹性突起28的弹簧载荷而被壳体14支撑，多个弹性突起28设置于带弹性突起的芯板24a的外周部。将使各弹性突起28向定子芯16径向内侧变形时的刚性设定为比使板主体26向定子芯16的径向内侧变形时的刚性低。由此，即使定子芯16以及壳体14有尺寸误差，施加于定子芯16的轭部16a的径向的载荷也不会大幅变化，能够将定子芯16的保持力保持在适当的范围内。其结果是，与以往相比，能够降低铁损，能够提高马达10的效率。
47.另外，在本实施方式中，驱动马达10时产生的定子芯16的热量能够经由多个弹性突起28传递至壳体14，从壳体14向马达10的外部散热。即，多个弹性突起28作为导热构件发挥功能。而且，在带弹性突起的芯板24a的外周部一体地设置有多个弹性突起28，因此，相较于设置与芯板24分体的导热构件的情况，能够减少构件数量，有助于降低制造成本。
48.另外，在本实施方式中，对多个弹性突起28实施了渗碳淬火等淬火，因此能够抑制各弹性突起28的永久变形，能够提高各弹性突起28的耐久性。其结果是，即使在马达10的磁引力大的情况、定子芯的振动大的情况或定子芯16的振动频率高的情况下，也能够抑制多个弹性突起28永久变形。由此，能够防止图4所示的比较例10’那样的定子芯16相对于壳体14不可逆地偏芯的情况(图4中g1＜g2)。
49.即，若在转子芯18与定子芯16之间产生使弹性突起28塑性变形那样的磁引力，则定子芯16与壳体14将不可逆地偏芯。上述磁引力是由转子芯18与定子芯16的偏芯而产生的，但转子芯18与定子芯16的间隙越小，磁引力就越大，所以偏芯进一步促进偏芯。由于这样的偏芯，各弹性突起28的永久变形成为问题，而在本实施方式中，通过上述淬火，能够抑制各弹性突起28的永久变形。
50.接着，说明本发明的其他实施方式。此外，对于与已说明的实施方式基本相同的结构以及作用，标注与已说明的实施方式相同的附图标记，省略其说明。
51.＜第二实施方式＞
52.在图5中，本发明的第二实施方式的马达的部分结构用与图3对应的剖视图示出。该实施方式的结构与第一实施方式基本相同，而在带弹性突起的芯板24a的外周部，多个向内的弹性突起28a在周向上排列设置。这些向内的弹性突起28a与第一实施方式的弹性突起28同样地，向板主体26的径向的外侧延伸，且向各芯板24的轴向的一方侧弯曲，但构成为以两个阶段弯曲。具体地说，在各向内的弹性突起28a的前端部侧形成有曲部29，曲部29的弯曲半径比各向内的弹性突起28a的基端部侧小，各向内的弹性突起28a以使前端部朝向带弹性突起的芯板24a的径向内侧的方式弯曲。各向内的弹性突起28a的前端部以相对于定子芯16的外周面分离的方式配置。另外，在壳体14以及定子芯16上产生的尺寸偏差的范围内，各向内的弹性突起28a的前端部构成为不与定子芯16的外周面接触。
53.在该实施方式中，上述以外的结构与第一实施方式相同。因此，在该实施方式中，能够得到与第一实施方式基本相同的作用效果。而且，在该实施方式中，若定子芯16相对于壳体14在径向上位移，则位于该位移方向的向内的弹性突起28a的挠曲量增加。其结果是，向内的弹性突起28a的前端部与定子芯16的外周面接触，向内的弹性突起28a的弹簧常数增加(变化)。由此，能够抑制定子芯16的位移，能够防止向内的弹性突起28a产生塑性变形。其结果是，能够防止图4所示那样的定子芯16的不可逆的偏芯。
54.另外，在向内的弹性突起28a的挠曲量小时，即在各向内的弹性突起28a的前端部不与定子芯16的外周面接触时，定子芯16通过多个弹性突起28的弹簧载荷而被壳体14支撑。由此，能够防止或有效地抑制在定子芯16的轭部16a上产生压缩应力，因此，与以往相比，能够降低铁损。另外，通过多个弹性突起28的弹性挠曲，能够吸收壳体14以及定子芯16的尺寸偏差，因此尺寸精度管理变得容易。
55.＜第三实施方式＞
56.在图6中，本发明的第三实施方式的马达的部分结构用与图1的一部分对应的剖视
图示出。该实施方式的结构与第一实施方式基本相同，但在壳体14的内周面的周向上排列形成有供多个弹性突起28插入(嵌入)的多个槽30(图6中仅图示一个)。该多个槽30在壳体14的轴线方向上延伸。该多个槽30的深度被设定为在壳体14的内周面与定子芯16的外周面之间形成有环状的间隙32。另外，各槽30的宽度被设定为与各弹性突起28的宽度相同。在该实施方式中，在定子芯16相对于壳体14在径向上位移的情况下，在多个弹性突起28弹性变形的范围内，定子芯16的外周面的一部分与壳体14的内周面的一部分接触。
57.在该实施方式中，上述以外的结构与第一实施方式相同。因此，在该实施方式中，能够得到与第一实施方式基本相同的作用效果。而且，定子芯16的多个弹性突起28插入壳体14的多个槽30中。由此，在驱动马达10时产生的旋转扭矩能够由多个弹性突起28与多个槽30的卡合部分承受。其结果是，不使用键等防旋转部件就能够限制定子芯16相对于壳体14在周向上相对旋转。另外，在壳体14的外周面与定子芯16的外周面之间设置有间隙32，因此，能够吸收壳体14以及定子芯16的尺寸偏差。另外，在该实施方式中，在定子芯16相对于壳体14在径向上位移的情况下，定子芯16的外周面的一部分与壳体14的内周面的一部分接触，由此定子芯16的上述位移被限制。该状态处于多个弹性突起28弹性变形的范围内，因此能够防止多个弹性突起28产生塑性变形。其结果是，能够防止图4所示那样的定子芯16的不可逆的偏芯。
58.＜第四实施方式＞
59.在图7中，本发明的第四实施方式的马达的部分结构用与图3对应的剖视图示出。该实施方式的结构与第一实施方式基本相同，但多个芯板24包括多个带平突起的芯板24c，多个带平突起的芯板24c在周向上排列设置有从外周部向径向外侧延伸的多个平突起34。带平突起的芯板24c具有结构与无突起芯板24b相同的板主体26以及从板主体26的外周部延伸出的多个平突起34。多个平突起34的前端部相对于壳体14的内周面隔开间隙地相向配置。
60.在该实施方式中，上述以外的结构与第一实施方式相同。因此，在该实施方式中，能够得到与第一实施方式基本相同的作用效果。而且，在该实施方式中，若定子芯16相对于壳体14在径向上位移，则平突起34的前端部与壳体14的内周面接触，能够限制定子芯16的位移即多个弹性突起28的变形。其结果是，能够防止多个弹性突起28产生塑性变形。
61.以上，举出了几个实施方式来说明本发明，而本发明在不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更来实施。另外，毫无疑问的是，本发明的保护范围不限于上述各实施方式。
62.此外，2019年10月16日申请的日本专利申请2019-189689号的全部公开内容以参照的形式整体援引至本说明书中。本说明书中记载的全部文献、专利申请以及技术规格，以与具体且个别地记载了以参照的形式援引有各个文献、专利申请以及技术规格的情况相同程度地，通过参照的形式援引至本说明书中。