專利名稱：電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及發電機、電動機等的電機。
背景技術：
已知的電機具有定子和轉子。定子由線圈所纏繞的定子鐵芯構 成。轉子以預定間隔設置在定子的內周或者外周，并且在轉子的轉子 鐵芯中嵌入永磁鐵。在諸如混合動力車等中使用的大尺寸電機中，使 用大尺寸定子鐵芯。當在這種情況下使用單一式定子鐵芯時，將降低 原料效率。因此，近來常采用分隔成軛部的組合鐵芯。此外，通過將
薄鋼板層疊，構成定子鐵芯和轉子鐵芯。
在日本專利文獻JP2002-084698A中披露了一種己知的定子。該 定子分隔成多個齒部，并且，在設置于定子鐵芯的鐵芯背部(core back)的薄壁連接部分處，各齒部彼此連接。連接的齒部沿著單一直 線展開而層疊，并且在絕緣物插入齒部之后，將線圈緊密地纏繞在各 齒上。隨后，以各薄壁連接部分作為支點，連接的齒列層在薄壁連接 部分處彎曲以構成電動機的定子。在上述的電動機定子中，插入各齒 的絕緣物由具有高機械強度的絕緣材料形成。另外，在位于槽末端的 絕緣物槽開口處，設置槽開口的接觸表面。當定子鐵芯在薄壁連接部 分處彎曲時，相鄰齒的絕緣物在接觸表面處鄰接。通過使相鄰的絕緣 物在各槽開口處鄰接來實現剛性的提高，從而試圖降低電機的振動和 噪音。
還披露了另一種己知定子鐵芯。通過薄鋼板形成多個鋼帶，并 且在各鋼帶處形成齒部和鐵芯背部。通過以這樣的方式將鋼帶螺旋巻 繞并層疊，構造定子鐵芯，即各層的齒部和鐵芯背部與相鄰層的齒 部和鐵芯背部完全彼此重疊。
一般來說，具有由組合鐵芯構成的定子鐵芯的電機會造成較大
振動和較大噪音。這是由于使鐵芯分開而導致剛性降低。如在日本專
利文獻JP2002-084698中所披露的，通過使齒部在定子鐵芯的內周側 鄰接，來提高剛性。但是，為了同時進行組合鐵芯的分隔面的鄰接和 在內周側的鄰接，需要提高鐵芯的尺寸精確度。因此，這樣的改進會 導致成本提高。
在日本專利文獻JPH11-299136A中描述的使薄板部件螺旋巻繞 和層疊的構造可以應用于轉子鐵芯。當通過螺旋巻繞和層疊薄板部件 來構造旋轉鐵芯時，需要防止在層疊的薄板部件之間形成空隙，以確 保耐受離心力。因此，為了提供用于將薄板部件結合在一起的軸向壓 力，需要設置端板以與鐵芯的整個軸向端面接觸。如圖13所示，在 由螺旋巻繞和層疊薄板部件而構成的鐵芯中，在巻繞的開始部分和結 束部分處，在軸向出現水平差121p。為了在存在軸向水平差121p的 情況下設置端板123a和123b，需要使端板123a和123b與轉子鐵芯 121的整個端面接觸。由于這個原因，需要提供形狀精密的端板123a 和123b以填充軸向水平差121p。結果，使端板123a和123b的形狀 變得復雜，并且導致加工性能下降以及產出降低。而且，在制造過程 中需要更多的工序，并且增加電機的成本。
因此，存在提高電機的性能并降低成本的需求。
發明內容
根據本發明的一個方面，提供一種電機，包括定子，其具有 由線圈所巻繞的定子鐵芯；以及振動吸收部件，其設置在線圈和定子
鐵芯之間。
根據本發明的觀點，具有定子的電機通過將線圈巻繞在定子鐵 芯周圍而構成，其特征在于，振動吸收部件設置在線圈和定子鐵芯之 間。
根據本發明的結構，可以降低電機導致的噪音。因為通過線圈 和定子鐵芯之間的振動吸收作用可以使定子鐵芯的振動得到快速衰 減，從而較好地減弱定子的振動。
通過下文結合附圖進行的詳細描述，本發明的上述特性以及附 加特性將更加明了，其中-
圖l是示意性示出根據本發明實施例l的電機的結構的剖視圖2是示意性示出從軸向觀察的根據本發明實施例1的電機中 的定子結構的平面圖3A到圖3C示出根據本發明實施例1的電機中定子結構的示 意圖，圖3A是剖視圖，圖3B是從內周側觀察的平面圖，以及，圖 3C是沿III-Iir線的剖視圖4A和圖4B是示意性示出根據本發明實施例1的電機中定子 鐵芯的組件(除去線圈)結構和鐵芯支架結構的示意圖，圖4A是從 軸向觀察的平面圖，以及，圖4B是沿IV-IV'線的放大剖視圖5是示意性示出根據本發明實施例1的電機中定子鐵芯結構 的局部放大平面圖6是示意性示出根據本發明實施例1的電機中轉子結構的剖
視圖7是示意性示出從軸向觀察的根據本發明實施例1的電機中 轉子鐵芯結構的剖視圖8是示意性示出根據本發明實施例1的電機中轉子鐵芯的局 部平面圖，該轉子鐵芯通過沖壓板材而制成；
圖9是示意性示出從轉子的外周側觀察的根據本發明實施例1 的電機中轉子的局部平面圖IO是示出改變電機轉數時徑向噪音測量結果的示意圖11是示出改變電機轉數時徑向振動測量結果的示意圖12A到圖12C是示出根據本發明實施例1的電機的變化例中 定子結構的示意圖，圖12A是剖視圖，圖12B是從內周側觀察的平 面圖，以及，圖12C是沿XII-Xir線的剖視圖13是示出從外周側觀察的根據現有技術電機中轉子的局部平 面圖；以及
圖14A到圖14C是示意性地示出根據現有技術電機中的定子結
構的示意圖，圖14A是剖視圖，圖14B是從內周側觀察的平面圖， 以及，圖14C是沿XIV-XIV'線的剖視圖。
具體實施例方式
下面參照附圖描述本發明的實施例。 (實施例1)
參照附圖描述根據本發明實施例1的電機。圖1是示意性示出 根據實施例1的電機的結構的剖視圖。圖2是示意性示出從軸向觀察 的根據本發明實施例1的電機中定子結構的平面圖。圖3A到圖3C 是示出根據本發明實施例1的電機中定子結構的示意圖。具體地，圖 3A是剖視圖，圖3B是從定子內周側觀察的平面圖，以及，圖3C是 沿III-m'線的剖視圖。圖4A和圖4B是示意性示出根據本發明實施 例1的電機中定子鐵芯的組件(除去線圈等)結構和鐵芯支架結構的 示意圖。圖4A是從軸向觀察的平面圖，以及，圖4B是沿IV-IV'線 的放大剖視圖。圖5是示意性示出從軸向觀察的根據本發明實施例1 的電機中定子鐵芯結構的局部放大平面圖。圖6是示意性示出根據本 發明實施例1的電機中轉子結構的剖視圖。圖7是示意性示出從軸向 觀察的根據本發明實施例1的電機中轉子鐵芯結構的剖視圖。圖8 是示出根據本發明實施例1的電機中轉子鐵芯的局部平面圖，該轉子 鐵芯通過沖壓薄鋼板而制成。圖9是示出從轉子的外周側觀察的根據 本發明實施例1的電機中轉子的局部平面圖。
參照圖1，電機1是無刷式電機，該電機具有定子10和轉子20。
定子10是大體形成為環形或者圓筒形的定子(參照圖l到圖5)。 定子10具有定子鐵芯ll、絕緣部件13、線圈14、集電環15、線 圈支架16、以及振動吸收部件17 (參照圖1到圖4)。
組合鐵芯12是這樣的部件，S卩在其軛部llb處，沿與定子鐵 芯ll周向交叉的方向，分隔成齒部lla。連接組合鐵芯12以形成環 形，并且將其壓入鐵芯支架16 (參照圖4和圖5)中，以形成定子鐵 芯11。可以通過在凸部12a和凹部12b處與相鄰的組合鐵芯12接合， 調整各組合鐵芯12的位置。各凸部12a和各凹部12b形成為弧形以
彼此接合，以確保通過連接組合鐵芯12而形成的環形的外周的圓度。
通過使凸部12a和凹部12b形成為弧形，增加了凸部12a與凹部12b 之間的接觸面尺寸，以降低磁阻。這樣形成組合鐵芯12各分隔面中 位于內周側或者外周側的部分(除去凸部12a和凹部12b)，使其形 成為平面狀。各組合鐵芯12受到來自布置于抗磁性側的鐵芯支架16 的徑向壓力，并且該壓力允許各組合鐵芯12在周向的分隔面處彼此 接觸。結果，組合鐵芯12彼此推壓，從而使組合鐵芯12固定成為一 體。
絕緣部件13是使線圈14、定子鐵芯ll和集電環15之間電絕緣 的線軸形部件，并且安裝于定子鐵芯11的齒部lla(參照圖1到圖3)。 振動吸收部件17布置在絕緣部件13與齒部lla之間的各線圈端部 處。這里，線圈端部指的是布置在定子鐵芯ll兩軸向表面處的部分。
在定子鐵芯11與線圈14之間的各線圈端部處，振動吸收部件 17吸收定子鐵芯11振動(參照圖l到圖3)。振動吸收部件17包括 諸如橡膠等具有振動吸收特性的材料。在圖3中，振動吸收部件17 布置在定子鐵芯11與絕緣部件13之間的各線圈端部。但是，振動吸 收部件17的位置不限于如圖3所示的定子鐵芯11與絕緣部件13之 間的線圈端部。如圖12所示，振動吸收部件17可以布置在絕緣部件 13和線圈14之間的各線圈端部。振動吸收部件17需要包括具有熱 傳導性的材料，以利于線圈14的散熱。此外，振動吸收部件17需要 包括具有電絕緣特性的材料，以確保線圈14與定子鐵芯11之間的絕 緣。而且，可以通過使多層振動吸收材料和電絕緣材料層疊，構成振 動吸收部件17，也可以設置成使振動吸收材料和電絕緣材料與定子 鐵芯11 一體形成。在圖3中，各振動吸收部件17布置在定子鐵芯 11與線圈14之間。但是，也可以通過設置不使用振動吸收部件17 的機械結構來實現振動吸收的功能。例如，代替振動吸收部件17， 在絕緣部件13中位于定子鐵芯11側的表面上，設置從絕緣部件13 延伸的彈性突出部。
線圈14由表面具有電介質涂層的金屬線組成，并且通過將該金 屬線巻繞在絕緣部件13 (安裝于定子鐵芯11)的外周，構成線圈14
(參照圖1到圖3)。金屬線從線圈14的兩端拉出，以電連接和機 械連接至對應的集電環15。
集電環15是與線圈14連接的環形導電性部件(參照圖1和圖 3)。集電環15布置于線圈14的外周側，并且以將集電環15從電機 的軸向插入的方式，將其安裝于絕緣部件13。集電環15彼此絕緣。 各集電環15與位于電機蓋41外部的連接器(未示出)電連接。
鐵芯支架16是在外周側或^電機軸向的一側保持定子鐵芯11 的環形支架(參照圖1到圖4)，通過將多個組合鐵芯12連接以形 成為環狀，構成該定子鐵芯ll。鐵芯支架16通過螺栓42固定于電 機蓋41。電機蓋41通過螺栓48固定于發動機外殼46。連接器(未 示出)通過螺栓44安裝在電機蓋41的外部。
轉子20是內部型轉子，以預定間距布置于定子10的內周(參 照圖1和圖6到圖9)。轉子20具有轉子鐵芯21、永磁鐵22、端 板23a和23b、固定銷24以及澆注樹脂25。
轉子鐵芯21是通過將弧形單元鐵芯21a到21g巻繞和層疊而構 成的鐵芯。永磁鐵22插入形成于轉子鐵芯21的各磁鐵安裝孔21h。 端板23a和23b用于將單元鐵芯21a到21g的層組合在一起，并且 端板23a和23b設置在轉子鐵芯21的軸向兩側，澆注樹脂25介于 其間。各固定銷24插入形成于端板23a和23b的通孔、形成于澆注 樹脂25的通孔以及形成于轉子鐵芯21的通孔21i。另外，通過在固 定銷24兩端鉗壓，將固定銷24與端板23a和23b、澆注樹脂25、 永磁鐵22以及轉子鐵芯21固定成一體。通過使用固定銷24保持轉 子鐵芯21層的位置，以及，這樣可以制造耐受離心力優異的轉子鐵 芯21。
澆注樹脂25填充具有軸向水平差21p的轉子鐵芯21表面與相 對的端板23a之間限定的空間，并且還填充具有軸向水平差21p的轉 子鐵芯21另一表面與相對的端板23b之間限定的空間。澆注樹脂25 通過澆注形成。與端板23a和23b接觸的澆注樹脂25的表面這樣形 成，即.*澆注樹脂25的表面位于垂直于軸向的方向。可以在澆注樹 脂25中與端板23a和23b接觸的表面處，設置周向或者徑向凹槽或
者凹部。另外，可以注入澆注樹脂25以填充位于各磁鐵安裝孔21h
的內表面與插入的永磁鐵之間的空隙。在圖6中，澆注樹脂25與端 板23a和23b以及輪部件34分開形成。但是，根據電機的尺寸，澆 注樹脂25可以與端板23a和23b以及輪部件34 —體形成，以固定 方式支撐軸32。
用多個螺栓35將端板23b與輪部件34固定為一體。在輪部件 34中設置配合部分34b，以確定轉子中心的位置。在該配合部分34b 的內周側，設置多個安裝孔34a。通過螺栓33，將安裝孔34a經由軸 32固定于曲軸31。
下面將詳細描述轉子鐵芯21。
轉子鐵芯21設計成這樣在作為旋轉機的電機1的轉子20的 整個圓周中形成n個磁極(n: 2的倍數)。在圖7中所示的情況， 旋轉機具有20個磁極。各單元鐵芯21a到21g具有3個磁極。通常， 各單元鐵芯21a到21g具有M個磁極(M:除n的約數之外的自然 數)。通過對諸如硅鋼帶等帶狀薄鋼板進行沖壓，將單元鐵芯21a 到21g形成為連續形狀。因此，為了使鋼帶的寬度W變窄，需要使 各單元鐵芯21a到21g上具有更少數量的磁極。
在各單元鐵芯21a到21g與相鄰的單元鐵芯之間，形成寬度為 大約0.5到5(mm)的連接部分。各連接部分的寬度，0.5到5(mm)， 取決于弧形單元鐵芯21a到21g的板厚度t (mm)、磁極的數量M、 旋轉機的直徑等等。在許多情況下，寬度設定為大約l到3 (mm)。
在各單元鐵芯21a到21g的兩端部處，在一端形成凸部21j，在 另一端形成凹部21k。在實施例1中，凸部21j和凹部21k形成為半 圓形。當實施本發明時，需要采用這樣的轉子鐵芯21結構，其中， 當單元鐵芯21a到21g在連接部分處彎曲時，單元鐵芯21a到21g 可以自然連成一體。因此，需要使凸部21j和凹部21k形成為楔形形 狀，除了半圓形之外，還可采用諸如三角形等形狀。在任何情況下， 需要這樣形成凸部21j和凹部21k，即降低形成在相鄰單元鐵芯21a 到21g或各永磁鐵22與定子之間所形成磁路的磁阻。
在各弧形單元鐵芯21a到21g中，磁極的數量設定為M，并且
在弧形單元鐵芯21a到21g上形成M個磁鐵安裝孔21h。對應于磁 鐵安裝孔21h，形成用于安裝固定銷24的通孔21i。更具體地，在圖 8所示的位置(M形成各通孔21i，該位置位于從由單元鐵芯21a到21g 所形成圓的圓心向相應磁鐵安裝孔21h的大致中心徑向延伸的直線 上。通孔21i的位置應該離磁鐵安裝孔21h盡可能遠，以及，通孔 21i應形成為，允許單元鐵芯21a到21g獲得一定的機械強度。
在各弧形單元鐵芯21a到21g中，在定子10的相反側形成切口 凹入部21m，以巻起單元鐵芯21a到21g。該切口凹入部21m用于 當巻繞和層疊單元鐵芯21a到21g時，將形成為帶狀的單元鐵芯21a 到21g列層引入并且順次安裝。各切口凹入部21m形成于適當的位 置處，以使通孔21i附近的強度不會受到形成切口凹入部21m的影 響，該部位受到作用在單元鐵芯21a到21g上由旋轉導致的離心力。 例如，切口凹入部21m可以形成于圖8所示的位置())2，該位置位于 從由單元鐵芯21a到21g所形成圓的圓心向各通孔21i與相鄰通孔 21i之間的中心徑向延伸的直線上。
將上述構造的弧形單元鐵芯21a到21g的層按照下述方法進行 組裝。第一層單元鐵芯21a到21g的末端固定于籠形旋轉架(未示出)， 該籠形旋轉架通過磁鐵等與切口凹入部21m相嚙合。這時，疊層巻
的軸向移動量X設定為X=&〃360 (e:層的巻繞角度，t:單元鐵
芯的厚度)。
當使單元鐵芯21a到21g的層以上述方式在疊層巻的軸向層疊 任意指定次數時(如圖7所示，在實施例1中通過向右旋轉籠形旋轉 架(未示出)來進行層疊)，第一單元鐵芯21a與單元鐵芯21g重疊 各單元鐵芯的三分之一。該重疊導致每次轉子鐵芯21的層進行層疊 時的相移動。即，每當進行層疊時，弧形單元鐵芯21a到21g的重疊 位置發生移動，并且轉子鐵芯疊層形成為Z形圖案。
由于旋轉機具有n個磁極(n: 2的倍數)，并且各單元鐵芯21a 到21g的磁極數量設定為M， M為除去n的約數之外的任意自然數， 所以形成了Z形層疊。如上所述，當單元鐵芯21a到21g的疊層巻 的軸向移動量X達到規定值時，層疊處理結束。需要使疊層巻的結
束位置處于這樣的位置，該位置與第一層弧形單元鐵芯21a到21g 的末端部相接，以平衡轉子20的整個形狀。
下面，將描述噪音和振動的測量結果。在測量中，使用具有根 據現有技術定子的電機和具有根據實施例1的定子的電機，并且改變 電機的轉數。圖IO是示出改變電機轉數時徑向噪音測量結果的示意 圖。圖11是示出改變電機轉數時徑向振動測量結果的示意圖。根據 現有技術的定子(參照圖14)具有這樣的定子鐵芯，其包括組合鐵 芯但不包括根據實施例1中定子所使用的振動吸收部件17 (參照圖 3)。
在通常所使用的1000轉每分鐘(rpm)到3000轉每分鐘的電機 轉數處，使用根據實施例1的定子的電機(參照圖3A到圖3C)不 具有觀測為共振點的峰值。相對于使用根據現有技術的定子(參照圖 14)的電機，振動和噪音明顯減少。
這里，由于通電或轉子的旋轉，造成作用于轉子與定子之間的 吸引力發生變化，在定子鐵芯中產生振動。特別地，當定子鐵芯在一 側受到鐵芯支架116 (示于圖14)支撐的情況下，在定子鐵芯11中 發生以定子鐵芯的固定點作為支點的振動，S卩，具有軸向(圖14中 的豎直方向)分量的振動。抑制這種振動的方法之一是提高各部件的 剛性。如在根據現有技術的定子(參照圖14)中所觀察到的，在具 有由組合鐵芯構成的定子鐵芯111的電機中，線圈114緊密地巻繞在 各組合鐵芯周圍，絕緣部件113介于其間。另外，為了提高線圈114 的線圈占空系數，以高的張力巻繞線圈114。結果，定子鐵芯lll和 線圈114基本上成為一體。另外，在根據現有技術的定子(參照圖 14)中，對組合鐵芯進行保持并使其結合，以確保機械強度。結果， 根據現有技術的定子獲得高剛性。在這種條件下，如果響應于作用在 定子鐵芯111上的吸引力變化而在定子鐵芯111中產生振動，那么以 高剛性一體化的定子110會導致共振運動。這樣，會產生大的噪音。 而且，根據現有技術的定子(參照圖14)形成為具有高剛性，從而 使組裝變得復雜并且增加重量和成本。另一方面，在根據實施例1 的定子(參照圖3)中，在線圈端部設置振動吸收部件17，這樣可以
有效地吸收軸向振動，而不損失線圈占空系數。而且，在根據實施例 1的定子(參照圖3)中，不需要提高構成部件的剛性，這樣能減小 尺寸。
根據實施例1，可以降低電機的噪音。因為通過位于線圈與鐵芯 之間的振動吸收部件17，定子鐵芯11的振動被快速衰減。這樣，可 以很好地抑制定子鐵芯11的振動。
此外，可以提高電機的輸出，并且可以實現減小尺寸、減輕重 量和降低成本。'由于可以通過振動吸收部件17來降低振動和噪音， 所以不需要提高構成部件的剛性。這樣，可以實現減小尺寸和減輕重
量。而且，可以用振動吸收部件17提高熱傳導性，從而利于線圈14
的散熱。結果，可以增加接通電流和線圈電流密度。因此，可以提高 輸出并且減小尺寸和減輕重量。
另外，可以獲得低成本的電機。用澆注樹脂25填充位于轉子鐵 芯21的兩個軸向端面的水平差21p，從而可以簡化端板23a和23b 的形狀。因此，降低了制造成本。
此外，可以通過澆注樹脂實現常規部件的功能，從而減少部件 的數量。結果，可以降低構成部件的成本。
另外，將澆注樹脂25注入各磁鐵安裝孔21h，以填充位于磁鐵 安裝孔21h的內表面與布置于其中的永磁鐵22之間的空間，從而可 以固定永磁鐵22。
另外，通過使弧形單元鐵芯21a到21g層疊和巻繞來構成轉子 鐵芯21，從而相對于制造單一式環狀轉子鐵芯，提高了原料效率。
另外，單元鐵芯21a到21g的巻的軸向移動量設定為義=0.〃360 (e:層的巻繞角度，t:單元鐵芯的厚度)，從而使單元鐵芯21a到 21g的巻的軸向移動量在整個圓周上相等。結果，可以使由于軸向層 疊造成的偏差最小化，諸如磁鐵安裝孔21h的偏差、通孔21i的偏差 等等。
在實施例1中，描述了內轉子型電機的電機1中定子IO和轉子 20的構造。但是，可以將該構造應用于外轉子型電機。此外，在圖1 到圖9中，作為實例描述了用于混合動力車的電機。但是，該電機的
使用不限于該實例。
上文描述了本發明的優選實施例以及操作模式的原理。但是， 本發明并不局限于所披露的具體實施形式。上文給出的實施方式為了 例示說明，而不是用于限制本發明。對本發明已描述的優選具體實施 例可以進行各種改進和變化，而不偏離本發明的精神或范圍。因此， 本發明包括在所附權利要求范圍之內的各種改進、變化和等效置換。
權利要求
1.一種電機(1)，包括定子(10)，具有由線圈(14)所卷繞的定子鐵芯(11)；以及振動吸收部件(17)，設置在所述線圈(14)和所述定子鐵芯(11)之間。
2. 根據權利要求l所述的電機(1)，還包括絕緣部件(13)，其布置在所述線圈(14)和所述定子鐵芯(11) 之間，其中，所述振動吸收部件(17)設置在所述定子鐵芯(11)與 所述絕緣部件(13)之間。
3. 根據權利要求l所述的電機(1)，還包括絕緣部件(13)，其布置在所述線圈(14)和所述定子鐵芯(11) 之間，其中，所述振動吸收部件(17)設置在所述線圈(14)與所述 絕緣部件(13)之間。
4. 根據權利要求1、權利要求2和權利要求3中任意一項所述 的電機(1)，其中，在所述線圈(14)和所述定子鐵芯(11)之間 的線圈端部并在所述定子鐵芯(11)的兩個軸向表面處，設置兩個所 述振動吸收部件(17)。
5. 根據權利要求1、權利要求2、權利要求3和權利要求4中 任意一項所述的電機(1)，還包括組合鐵芯(12)，各組合鐵芯具有軛部(lib)，所述軛部(lib) 在與所述定子鐵芯(11)的周向相交的方向延伸，其中，所述組合鐵芯(12)經由所述軛部(lib)連接，以形成 所述定子鐵芯(11)。
全文摘要
本發明公開一種電機，包括定子，其具有由線圈所卷繞的定子鐵芯；以及振動吸收部件，其設置在所述線圈和所述定子鐵芯之間。
文檔編號H02K3/34GK101114779SQ200710129648
公開日2008年1月30日 申請日期2007年7月27日 優先權日2006年7月28日
發明者佐久間昌史, 土屋勝博, 星野彰教, 森田哲也, 福島智宏 申請人:愛信精機株式會社