CN103733482A - 旋转电机的定子和旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机的定子和旋转电机。旋转电机的定子包括定子铁心和定子绕组，该定子铁心具有在周向上排列的多个槽，该定子绕组由包括绝缘覆膜的矩形截面的导体形成，被插入至槽中，在该旋转电机的定子中，定子绕组包括：将多个成形为大致U字形状的线圈段连接而形成的第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组；第一中性线，其由跨第一槽和第二槽的连续的一个导体形成，连接第一相绕组与第二相绕组；和第二中性线，其从第三槽被引出，将第三相绕组与第一中性线连接。

Description

旋转电机的定子和旋转电机

技术领域

本发明涉及在绕组用导体上使用扁线（rectangular wire）的定子和具备该定子的旋转电机。

背景技术

用作车辆驱动用的旋转电机被要求小型化和高输出化。为了提高槽满率（叠层系数）·输出而使用扁线，使用利用扁线段（rectangular wiresegment）的绕组方式。

本绕组方式是将成形为U字形形状的扁线插入定子铁心，通过将从定子铁心突出的扁线直线部向周向分别扭转，进行不同的槽与扁线的连接。在星形连接的情况下，需要将各相绕组彼此连接的中性线，中性线的形状与上述U字线圈大不相同，攀缠在线圈末端上等、形状复杂。

在专利文献1中记载的发明中，利用通过将异相线圈连续地卷绕而产生的异相间的连接线（搭接线），将该连接线相互连接，由此构成中性线。此外，在专利文献2中记载的发明中，对通过将同相线圈连续地卷绕而产生的连接线彼此进行连接，由此作为星形连接的中性线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-303420号公报

专利文献2：日本特开2006-50690号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是专利文献1主要目的为在分割芯中的应用，难以在扁线段中进行应用。此外，在专利文献2的方法中，虽然利用通过将同相连续地卷绕而产生的连接线，但是在使用扁线段的定子中绕组不连续，也不产生连接线，因此不能应用。

用于解决问题的方式

根据本发明的一个方式，旋转电机的定子包括：

定子铁心，其包括在周向上排列的多个槽；和

定子绕组，其由包括绝缘覆膜的矩形截面的导体形成，被插入至所述槽中，

所述定子绕组包括：

将多个成形为大致U字形状的线圈段连接而形成的第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组；

第一中性线，其由跨第一槽和第二槽的连续的一个导体形成，将所述第一相绕组与所述第二相绕组连接；和

第二中性线，其从第三槽被引出，将所述第三相绕组与所述第一中性线连接。

根据本发明的一个方式，旋转电机包括上述方式的定子和在与定子铁心之间隔着间隙可自由旋转地被配置的转子。

发明的效果

根据本发明，能够实现中性线的连接操作的操作性的提高和连接部的可靠性的提高。

附图说明

图1是表示将本实施方式的旋转电机作为行驶用电动机装载的混合型电动汽车的概略结构的图。

图2是图1所示的旋转电机的截面图。

图3是图2的A-A截面图。

图4是定子230的立体图。

图5是说明线圈段240的图。

图6是说明扁线的绝缘覆膜除去方法的图。

图7是表示定子绕组238的接线结构的图。

图8是表示图7的以附图标记B表示的部分的绕组的概略形状的图。

图9是表示被向定子铁心232的一端侧引出的中性线244、245的线圈末端部244d、245c的形状的图。

图10表示成形加工后的中性线245的概略图。

图11是表示第一变形例的图。

图12是表示第二变形例的图。

图13表示现有的定子的立体图。

图14是说明图13所示的定子的、中性线的连接结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。本实施方式的旋转电机因为使用能够实现高输出·小型化的扁线（rectangular wire、矩形线），所以例如优选用作电动汽车的行驶用电动机。进一步，并不限于仅利用旋转电机行驶的纯粹的电动汽车，还能够应用于利用发动机和旋转电机双方驱动的混合型汽车。以下，以混合型汽车为例进行说明。

图1是将表示本实施方式的旋转电机作为行驶用电动机装载的混合型电动汽车的概略结构的图。如图1所示，在混合型汽车的车辆100，装载有发动机120、第一旋转电机200、第二旋转电机202和高电压的蓄电池180。

蓄电池180由锂离子电池或镍氢电池等2次电池构成，输出250伏至600伏或其以上的高电压的直流电力。蓄电池180在需要基于旋转电机200、202的驱动力的情况下向旋转电机200、202供给直流电力，在再生行驶时从旋转电机200、202被供给直流电力。蓄电池180与旋转电机200、202之间的直流电力的供给和接受通过电力转换装置600进行。此外，虽然未图示，但是在车辆中装载有供给低电压电力（例如，14伏类电力）的蓄电池。

利用发动机120和旋转电机200、202产生的转矩通过变速机130和差动齿轮160被传递至前轮110。因为旋转电机200、202大致相同地构成，所以以下以旋转电机200为代表进行说明。

图2是图1所示的旋转电机的截面图。旋转电机200包括壳体212、被保持在壳体212的内部的定子230和转子250。定子230包括定子铁心232和定子绕组238。在定子铁心232的内侧，转子250隔着空隙222以能够旋转的方式被保持。转子250包括转子铁心252、永久磁铁254和非磁性体的覆板226。转子铁心252被固定在圆柱状的旋转轴218。另外，在以下的说明中，将沿着旋转轴218的轴心J的方向称为“轴向”，将以轴心J为中心的旋转方向称为“周向”，将以轴心J为中心的辐射方向称为“径向”。

壳体212具有设置有轴承216的一对末端轴承架214，旋转轴218通过这些轴承216以自如地旋转的方式被保持。在旋转轴218设置有检测转子250的极的位置和转速的解析器（resolver）224。

图3是图2的A-A截面。另外，在图3中省略壳体212、定子绕组238的记载。在定子铁心232，遍及全周均等地配置有多个槽24和多个齿236。在图3中，并不对所有的槽和齿标注附图标记，仅代表性地在一部分齿和槽标注附图标记。虽然省略图示，但是在槽24内安装有U相、V相、W相的相绕组。另外，虽然省略图示，但是在槽24内配置有被称为槽衬里（liner）的绝缘部件。在本实施方式中，作为定子绕组238的缠绕方式采用分布缠绕。

所谓分布缠绕是指，以在跨多个槽24分离的两个槽中收纳相绕组的方式将相绕组缠绕在定子铁心232的绕组方式。在本实施例中，因为作为绕组方式采用分布缠绕，所以所形成的磁通量分布接近正弦波状，容易得到磁阻转矩。因此，充分利用磁场削弱控制和磁阻转矩，不仅能够实现对低转速的控制而且也能实现对直至高转速的广的转速范围的控制，适合于取得电动汽车等的电动机特性。

在转子铁心252贯穿设置有矩形的孔253。在孔253埋入有永久磁铁254a、254b（以下，作为代表记作254），并利用粘接剂等固定。孔253的周向的宽度被设定得比永久磁铁254的周向的宽度大。在永久磁铁254的两侧形成有磁空隙256。磁空隙256既可以埋入粘接剂，也可以利用模制树脂与永久磁铁254一体地固定。永久磁铁254作为转子250的磁场磁极发挥作用。

永久磁铁254的磁化方向朝向径向，在每个磁场磁极，磁化方向的朝向反转。即，如果永久磁铁254a的定子一侧的面为N极、轴一侧的面为S极，则相邻的永久磁铁254b的定子一侧的面为S极、轴一侧的面为N极。而且，这些永久磁铁254a、254b在周向上交替地配置。在本实施例中，各永久磁铁254等间隔地配置有8个，转子250成为8极。

在转子铁心252的内周面，以规定间隔突出设置有楔255。另一方面，在旋转轴218的外周面凹进设置有楔槽261。楔255与楔槽261间隙配合（游嵌）地嵌合，转矩从转子250被传递至旋转轴218。

永久磁铁254既可以在磁化之后埋入转子铁心252，也可以在磁化之前插入转子铁心252，然后赋予强的磁场而进行磁化。磁化后的永久磁铁254是强磁铁，如果在将永久磁铁254固定在转子250之前使磁铁被磁化，则在永久磁铁254的固定时在与转子铁心252之间产生强大的吸引力，该吸引力成为工作的妨碍。此外，存在由于强大的吸引力而在永久磁铁254附着铁粉等废物的问题。因此，在将永久磁铁254插入转子铁心252之后进行磁化，能够提高旋转电机的生产性。

另外，在以上的说明中，旋转电机200、202两者为根据本实施方式得到的旋转电机，也可以仅使一个旋转电机200或202为本实施方式的结构，而另一个采用其它结构。

图4是定子230的立体图。在定子绕组238使用扁线。在本实施方式中，将截面为矩形状的扁线形成为线圈段240，该线圈段240预先使用铸模等形成有图5的上侧所示那样的U字部240b。然后将该线圈段240从轴向插入至设置有槽绝缘部件235的槽24。此时，线圈段240的直线部240a插入在跨多个槽24分开的两个槽24中。之后，将突出的直线部240a向定子铁心232的轴向相反侧扭转成形，将该端部与同样地扭转成形的其它线圈段240的端部焊接。这样，将多个线圈段240插入定子铁心232的槽中，并将它们连接，由此形成一个相绕组。

上述的线圈段240的形成方法是说明了一个例子的方法，例如也可以如以下那样形成。在将扁线形成为单纯的U字形状之后，以一侧的直线部为基准，将另一侧直线部在周向上以规定的间隔扩展而进行扭转成形。成形之后，与上述的说明同样地将直线部从轴向插入至定子铁心232的槽24。在这种情况下，定子绕组238的U字部不使用铸模成形而通过扭转成形。

另外，因为在扁线形成有珐琅等绝缘覆膜，所以利用图6所示的方法预先除去端部的绝缘覆膜。作为绝缘覆膜的除去方法，除了以下说明的利用冲压进行的剥离方法以外，例如还存在使用药品的方法等几个方法，在本实施方式中，使用以下说明的那样的利用冲压进行的剥离方法。

在图6所示的剥离方法中，在剥离时，使成形为U字形状的扁线273或成形前的扁线273通过用于固定位置的引导部件270。在引导部件270的前端设置有上铸模271和下铸模272，通过将上铸模271向下方冲压，包括扁线273的导体部地除去绝缘覆膜，形成剥离部。在这种情况下，剥离部变得比具有绝缘覆膜的非剥离部细。在要使非剥离部与剥离部的宽度一致的情况下，将剥离部的导体压扁（压塌）一些而使宽度变大，然后，上铸模271和下铸模272使用不同的铸模除去变大的部分，使得宽度变得相同即可。

如图4所示，在定子铁心232的轴向的一侧，形成有焊接侧线圈末端组239b。焊接侧线圈末端组239b是线圈段240彼此的焊接部分呈圆状排列而成的。另一方面，在定子铁心232的轴向的另一侧，形成有由多个线圈段240的U字部240b构成的线圈末端239a。另外，在图4中将引出线等省略图示。

被引出到线圈末端239a一侧的标注有附图标记244、245的绕组为中性线。在本实施方式中，在这些中性线244、245的结构中具有特征。图7～9是说明中性线244、245的图。如图7所示，本实施方式的定子绕组238是一个星形连接的绕组，连接有U相绕组的中性线和V相绕组的中性线。在本实施方式中，U相绕组的中性线和W相绕组的中性线由连续的一根扁线（在以下的说明中称为中性线244）构成，在该中性线244连接有V相绕组的中性线245。

图8是表示图7的以附图标记B表示的部分的绕组的概略形状的图。U相绕组的线圈段240（U）与扁线的中性线244的一端连接，在该中性线244的另一端连接有V相绕组的线圈段240（W）。中性线244包括被收纳在槽内的直线导体部244b、244c和线圈末端部244d、244e、244f。此外，V相绕组的线圈段240（V）与中性线245的一端连接，中性线245的另一端与中性线244的线圈末端部244d的部分连接。中性线245包括被收纳在槽24内的直线导体部245b和线圈末端部245c、245d。

图9是表示被引出至定子铁心232的一端侧的中性线244、245的线圈末端部244d、245c的形状的图。另外，图9是表示定子绕组238内的中性线244、245的图，省略关于构成线圈末端239a的绕组的图示。从插入有直线导体部244c的槽24引出的中性线244沿线圈末端239a攀缠（参照图4），从中途向相反侧折弯。然后，被折弯的中性线244向相反方向攀缠在线圈末端239a上，之后，沿线圈末端239a向下（参照图4），进入用于插入直线导体部244b的槽24。另一方面，从插入有直线部245b的槽24引出的中性线245沿线圈末端239a攀缠，之后向相反方向被折弯，在线圈末端239a上与中性线244连接。

如图9所示，中性线244、245的连接部244a、245a按照上述那样的方法被除去绝缘覆膜。对于连接部244a、245a的连接使用钎焊（brazing、硬钎焊）或TIG焊接等。在图4、9所示的例子中，连接部244a、245a在定子铁心232的径向上排列并被连接，以抑制线圈末端高度。

如图9所示，将绝缘覆膜剥离的理由是为了使连接变得容易，并不是必须进行剥离。代替剥离，还有使用药品等除去绝缘覆膜的方法，例如还有通过使用电阻钎焊使绝缘覆膜碳化并施加压力，由此不除去绝缘覆膜地将中性线彼此连接的方法。

另外，中性线244、245的连接既可以在将图8所示的直线导体部244b、244c和245b插入定子铁心232的槽24之后进行，也可以在插入前进行连接。无论在那种情况下，图9所示的沿着线圈末端239a那样的中性线244、245的形状均为预先成形。

在该中性线244、245的成形中，例如使用图10所示那样的成形（forming）加工。图10表示成形加工后的中性线245的概略图。图10（a）是从定子一侧看中性线245的图，图10（b）是从轴向看的图。通过使用成形销P对扁线进行成形加工，能够形成图10所示那样的形状复杂的中性线245。因此，能够不对其它线圈产生干扰、并且使中性线245不攀缠在线圈末端239a侧面外侧地将中性线245插入至槽中。通过成形加工，中性线245由直线形状部S和弯曲形状部C构成，由此在扁线的表面形成成形销的压痕。当然，还可以以不仅包括直线形状部S和弯曲形状部C、而且还包括圆弧形状的部分的方式构成中性线。另外，关于中性线244也相同。

图11是表示第一变形例的图。在第一变形例中，使用共用的扁线构成U相绕组的中性线和V相绕组的中性线，作为一根中性线246。并且，将W相绕组的中性线247的连接部247a连接至设置在中性线246的中间部分的连接部246a。连接部246a、247a与图9的连接部244a、245a同样地以在径向上排列的方式配置。

图12是表示第二变形例的图。在第二变形例中，与图7的情况相同使用一根中性线248形成U相绕组的中性线和W相绕组的中性线。并且，在该中性线248的连接部的轴向下侧配置V相绕组的中性线249的连接部249a，连接连接部248a、249a。在这种情况下，线圈末端高度与图4所示那样在径向上排列的情况相比更高，但能够使连接部的径向宽度变得更小。此外，在图12所示的形状中，在线圈末端239a上攀缠的范围非常小，不仅能够提高与其它线圈的绝缘性，而且形状也非常简单。

另外，中性线的连接部（例如，图9的连接部244a、245a）需要与其它线圈绝缘。例如，需要使用清漆那样的树脂或管状的绝缘部件（以图9的虚线T表示）覆盖。不过，在与其它线圈的距离充分的情况下不需要上述那样的措施。

图13、14是作为比较例表示现有的定子的立体图的图，图13与图4对应，图14与图8对应。在图13中，中性线241、242、243依次表示W相绕组的中性线、V相绕组的中性线、U相绕组的中性线。中性线241、242、243分别包括直线导体部241b、242b、243b和线圈末端部241c、241d、242c、242d、243c、243d。从槽24引出的各中性线241、242、243成形为沿着构成线圈末端239a的线圈段240的U字部240b的形状，向线圈末端顶端方向去那样的形状。而且，这些接合部在线圈末端顶端部利用钎焊等被接合。

当对连接部分的结构进行比较时，在图13的情况下，需要将三个中性线241、242、243并列地排列、一起连接，因此以使得三个中性线均在同一高度的方式进行定位是困难的，操作性差。另一方面，在图4所示的本实施方式中，对两个中性线244、245进行定位即可，因此与对三个中性线进行定位的情况相比非常容易进行定位，能够实现操作性的提高和连接部的可靠性的提高。

此外，现有技术中将三个中性线241、242、243在同一方向上攀缠而连接，因此如从图8与图14的比较所能明白的那样，现有结构的情况下的中性线的长度更长。因此，必须确保绝缘的距离在现有结构中长，因此可靠性也降低，而且还产生绕组电阻的增加导致的效率降低。

另一方面，在本实施方式中，因为能够将中性线减少为两个，所以不仅能够实现线圈末端239a上的攀缠长度的降低，而且能够削减部件个数。此外，汇集为一个的中性线244被插入两个槽中，因此容易决定与另一个中性线245的连接部的位置，连接变得容易。连接部的径向的宽度尺寸在图4、11所示的结构中成为两个扁线的量，在图12所示的结构中成为一个扁线的量，因此在任一种情况下均能够减小径向的尺寸。

此外，因为中性线整体的长度变短，所以不仅能够实现线圈材料的使用量的降低，而且因为由于线圈长度的降低而线圈电阻也减少所以能够实现效率的提高。这样，在本实施方式的定子中，通过令中性线的结构为图4所示那样的结构，能够实现连接时的定位性的提高、攀缠部的绝缘性的提高、效率的提高。

对以上说明的本实施方式的特征点进行总结，如以下所述。定子绕组238具有将成形为大致U字形状的线圈段240连接多个而形成的U相、V相、W相的相绕组。而且，例如如图8、9所示那样，连接U相绕组与W相绕组的中性线244由以跨不同的槽24的方式连续的一个导体形成，连接中性线244与V相绕组的中性线245从配置在上述两个槽之间的槽24引出，连接至中性线244。其结果是，因为像这样在本实施方式中连接两个中性线244、245的连接部的结构，与现有的连接三个中性线的情况相比定位变得容易，能够实现连接操作的操作性的提高。此外，通过在三个槽的中间位置进行连接，能够将中性线整体的长度变短，能够实现旋转电机的效率的提高。

另外，为了更加缩短中性线整体的长度，优选令引出中性线244、245的三个槽的槽距如图9所示那样为相同的槽间距。当然，即使是槽距不相同的结构，也能够实现长度的缩短。

作为利用连续的一个导体构成中性线的方法，既可以如图9所示那样在U相绕组与W相绕组之间设置中性线244，也可以如图11所示那样在U相绕组与V相绕组之间设置中性线246，虽然未图示，但是也可以在V相绕组与W相绕组之间设置中性线。

此外，在通想要过设置连接部来抑制线圈末端的高度尺寸的增加的情况下，优选如图9、11那样，两个连接部以在定子铁心232的径向上排列的方式配置，在想要抑制线圈末端的宽度尺寸的增加的情况下，优选如图12所示那样配置在轴向上下。当然，即使如图9、11那样配置的情况下，与现有技术那样三个连接部在径向上排列的结构相比，径向尺寸也被抑制。

此外，通过如图10所示那样利用直线形状部S和弯曲形状部C构成图9所示的中性线244、245的至少一方的被引出至槽外的部分的导体，能够容易地形成复杂的形状。由此，能够将中性线的形状形成为以不与线圈末端239a的线圈接触的方式攀缠的形状，能够极力抑制线圈末端的尺寸增加。

另外，以上的说明只不过是一个例子，在对发明进行解释时，对于上述实施方式的记载事项与权利要求的范围的记载事项的对应关系没有任何限定和约束。例如，在上述实施方式中以一个星形的定子绕组为例进行了说明，但是并不限定于一个星形连接，还能够应用于两个星形连接的定子绕组。此外，以车辆驱动用的电动机为例进行了说明，但是本发明并不限定于车辆驱动用，在各种电动机中均能够应用。进一步，并不限定于电动机，能够应用于发电机等各种旋转电机。

在上述说明中，对各种实施方式和变形例进行了说明，但是本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术的思想的范围内能够想到的其它方式也包含在本发明的范围内。

以下的优先权基础申请的公开内容在此处作为引用文被纳入。

日本专利申请2011年第194885号（2011年9月7日提出申请）

Claims (10)

1.一种旋转电机的定子，其特征在于，包括：

定子铁心，其包括在周向上排列的多个槽；和

定子绕组，其由包括绝缘覆膜的矩形截面的导体形成，被插入至所述槽中，

所述定子绕组包括：

将多个成形为大致U字形状的线圈段连接而形成的第一相绕组、第二相绕组和第三相绕组；

第一中性线，其由跨第一槽和第二槽的连续的一个导体形成，将所述第一相绕组与所述第二相绕组连接；和

第二中性线，其从第三槽被引出，将所述第三相绕组与所述第一中性线连接。

2.如权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于：

用于插入所述第一中性线的所述第一槽和所述第二槽以及用于插入所述第二中性线的所述第三槽，按所述第一槽、所述第三槽、所述第二槽的顺序在周向上排列。

3.如权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于：

用于插入所述第一中性线的所述第一槽和所述第二槽以及用于插入所述第二中性线的所述第三槽，按所述第一槽、所述第二槽、所述第三槽的顺序在周向上排列。

4.如权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于：

所述第一槽、所述第二槽和所述第三槽以相同的槽距配置。

5.如权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于：

所述第一中性线的连接部和所述第二中性线的连接部以在所述定子铁心的径向上排列的方式配置。

6.如权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于：

所述第一中性线的连接部和所述第二中性线的连接部以在所述定子铁心的轴向上排列的方式配置。

7.如权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于：

所述第一中性线和所述第二中性线中的至少一方，其被引出至槽外的部分的导体由直线形状部和弯曲形状部构成。

8.如权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于：

所述第一中性线和所述第二中性线的连接部分别被除去所述绝缘覆膜。

9.如权利要求8所述的旋转电机的定子，其特征在于：

相互连接的第一中性线和第二中性线的连接部由绝缘材料覆盖。

10.一种旋转电机，其特征在于，包括：

权利要求1所述的旋转电机的定子；和

在与所述定子铁心之间隔着间隙可自由旋转地被配置的转子。

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