CN101442230A - 旋转电机用定子以及应用它的旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机，可以减小直径方向的定子厚度。其中的定子，具备：连接磁轭部来圆环状排列的多个集中缠绕线圈(7)；和将集中缠绕线圈(7)的线圈末端(101、102)相互连接多相的多个导体(3)，其中，U相、V相、W相和中性点P的导体(3)，为设有多个插通线圈末端(101、102)的孔(20、30)的、直径不同的近似圆形，被配置在同一平面上。此外，在导体(3)与集中缠绕线圈(7)之间，插入形成有壁(21)的结线板(2)。

Description

旋转电机用定子以及应用它的旋转电机

技术领域

本发明涉及一种将线圈末端连接在导体上的定子、以及应用它的旋转电机。

背景技术

定子绕组的形态中存在同心缠绕和分布缠绕，其中，集中缠绕对每个磁极齿集中缠绕芯线来形成线圈，分布缠绕跨越多个齿槽缠绕芯线，在线圈末端(coil end)不同相或同相的线圈彼此重合。集中缠绕可以比分布缠绕具有更小的线圈末端，对旋转电机的小型化、高效化更为有效。而分布缠绕可以使定子内周的旋转磁场分布接近正弦波，比集中缠绕输出功率更高且噪音小。此外，作为两者通用的使旋转电机高输出化的实现手段，存在以下方法：通过将矩形截面的导线用于线圈的铜芯线，来提高定子齿槽内的线圈的叠层系数，提高电流密度。

本发明中，将具有通过导体连接定子线圈末端的构造的旋转电机作为对象。

专利文献1公开了以下技术：将集中缠绕的线圈末端插通由印刷线路板和多个铜板构成的结线板的连接孔，设置与该连接孔的位置对应的在轴方向上延伸的线圈槽，熔融该线圈槽的周壁，将线圈末端与结线板的连接孔连接。

专利文献2中形成以下构造：将线圈末端插通由树脂成型的汇流排(导体)的孔，通过筒体、连接端子等其它部件，连接线圈末端与汇流排(导体)。此外，专利文献2的技术中，由于是按照U、V、W相的顺序反复在圆周方向上排列，并且线圈两端的轴方向上的长度相等，所以插通汇流排的线圈末端的半径位置相等。

专利文献3形成了以下构造：绝缘层与汇流排(导体)被叠层，线圈末端插通各自设置的孔，各个规定的线圈末端与汇流排(导体)连接。

另外，专利文献1至专利文献3的技术中，均为属于低电压的构成。

专利文献1：专利第3651491号

专利文献2：特开2006-204029号公报

专利文献3：特开2006-246594号公报

专利文献2的技术中，插通圆环状汇流排的线圈末端的半径位置在所有线圈上都相等。因此，例如在用汇流排连接不同的U相线圈的一端时，在将V相和W相的汇流排通至同一线圈末端的内侧的情况下，就需要将另一端的V相和W相通至线圈端子的外侧。反之，在用汇流排连接不同的W相线圈的一端时，在将V相和U相的汇流排通至同一线圈末端的内侧的情况下，就需要将另一端的V相和U相通至线圈端子的外侧。因此，存在以下问题点：定子的径向宽度变长，定子变大。

此外，专利文献3的技术中，由于汇流排被叠层，所以存在以下问题点：线圈末端的宽度变长，定子变大。

另外，专利文献1的结线板中，使用印刷线路板来进行三相的结线。因此，虽然低压用旋转电机比较适用，但不适合高压用。

发明内容

因此，本发明的课题是提供一种小型化的定子和旋转电机。

为了解决上述课题，本发明的旋转电机用定子或旋转电机，具备：被排列成圆环状的多个定子绕组；和将所述定子绕组的线圈末端相互多相连接的多个导体，其特征在于，所述多个导体，是设有多个插通所述线圈末端的孔的、直径不同的近似圆形，被配置在同一平面上。

由此，因为多相连接定子绕组的多个导体是近似圆形，所以，可以将定子径向宽度控制在最小限度。此外，由于多个导体是配置在同一平面上，所以可以缩短线圈末端的轴方向宽度。这样，就可以使定子和旋转电机小型化。此外，通过在导体与定子绕组之间，插入形成有增加与相邻的所述导体之间的沿面距离的壁的结线板，绝缘性能就会得到提高。这时，通过将定子绕组缠绕在分割铁芯上，会使组装变得容易。

根据本发明，就可以提供一种小型化的旋转电机用定子和旋转电机。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的旋转电机的立体图。

图2是集中缠绕线圈的结线部的部分截面图。

图3是线圈末端与导体的连接部的截面图。

图4是线圈末端与导体的连接部的立体图。

图5是集中缠绕线圈的立体图。

图6是表示绝缘皮膜导线的皮膜剥离工序的立体图。

图7是表示第2实施方式的线圈末端与导体的连接部的立体图。

图8是表示第3实施方式的线圈末端与导体的连接部的截面图。

图中：1—绝缘皮膜导线，2—结线板，3、3a、3b—导体，4—熔接部(接合部)，5—铁芯，6—绕线架，7—集中缠绕线圈(定子绕组)，8—集中缠绕定子，9—转子，10—线圈末端，11—绝缘皮膜，12—截面形状成形部，13—皮膜剥离部，20—贯通孔，21—壁，30—连接孔，31—矩形体，32—圆形体，33—凸部，60—切缺，100—旋转电机，101—缠绕开始线圈末端，102—缠绕结束线圈末端，301、401—锥体。

具体实施方式

(第1实施方式)

图1是本发明的一个实施方式的旋转电机的立体图。

旋转电机100，同轴状具备集中缠绕定子8和转子9，转子9的N极、S极的永久磁铁，在铁芯的侧面被交替设置。

集中缠绕定子8，是在分割铁芯构造(参照图5)的铁芯5上缠绕绝缘皮膜导线1(图6)的多个集中缠绕线圈7，环状组合而成的，在与轴方向垂直的侧面上，配置有圆环状结线板2，形成线圈末端。在结线板2上开有多个贯通孔20(图3)，插通有线圈末端10。在本实施方式中，集中缠绕线圈7的个数为24个，U相、V相和W相线圈被反复8次配置。

因此，线圈末端10的总数就是48条。24条缠绕开始线圈末端101，被配置在结线板2的外周侧，将该24条缠绕开始线圈末端101彼此相连，形成中性点P。另外的24条缠绕结束线圈末端102，被8条一组地分割给3个相(U相、V相、W相)，被配置在与结线板2的内周侧的直径方向略微错开的位置上，同相的缠绕结束线圈末端102，被引出至同一半径的位置。将8条U相线圈、8条V相线圈、8条W相线圈分别连接，形成三相的集中缠绕定子8。

图2是本发明的一个实施方式的集中缠绕线圈7的结线部的截面图。纸面左侧是集中缠绕线圈7的内周侧，纸面右侧是外周侧。

图2(A)表示连接U相的状态。集中缠绕线圈7，具备：叠层有电磁钢板的铁芯5；覆盖铁芯5的侧面外周的绕线架6；和在绕线架6的凹部缠绕有绝缘皮膜导线1的定子绕组。此外，绝缘皮膜导线1的线圈末端101、102，插通在结线板2、和4个导体3(U相、V相、W相、中性点)中的任意一个这双方中。这里，4个导体3，是直径互不相同的近似圆形，以一层的形式被排列在同一平面，从而能够配置在定子的轴方向端部(线圈末末端)。此外，3个导体3(U相、V相、W相)，与绕线架6的宽度大致相同，中性点(P)的导体3与连接铁芯5的磁轭部的宽度大致相同。因此，4个导体3，被配置在集中缠绕定子8的直径方向的宽度范围内。

缠绕开始线圈末端101，与配置在结线板2上的最外周侧的导体3连接，形成中性点P。缠绕结束线圈末端102与配置在结线板2上的最内周侧的导体3连接，形成U相。中性点P中虽未图示，但U相、中性点P都是在线圈末端10插通的位置上，在结线板2上开有贯通孔20，导体3上开有连接孔30。通过上述构造，隔着结线板2，绝缘皮膜导线1与导体3的相间绝缘就得到确保。此外，结线板2设有壁21，在定位各导体的同时确保了导体3相互间的相间绝缘。

图2(B)表示连接V相的状态。缠绕结束线圈末端102与被配置在结线板2上的最内周侧起第2个导体3连接，形成V相。其它构成与U相相同。图2(C)表示连接W相的状态。缠绕结束线圈末端102与被配置在结线板2上的最内周侧起第3个导体3连接，形成W相。其它构成与U相相同。

此外，各线圈的缠绕结束，终结在线圈的宽度方向中央部，在U相的情况下，缠绕结束线圈末端102被引出，向图左侧偏斜的方向延长；在V相的情况下，缠绕结束线圈末端102被从线圈的宽度方向中央部起大致呈直线地引出；在W相的情况下，缠绕结束线圈末端102被引出，向图右侧偏斜的方向延长。

图3是被用于旋转电机100的集中缠绕定子8的线圈末端10、与将线圈相互连接的导体3之间的连接部的截面图。连接部具备：开有连接孔30的导体3；开有贯通孔20的结线板2；线圈末端10；和作为接合部的熔接部4。结线板2由绝缘材料形成，在结线板2的表面配置有导体3，呈圆环状。贯通孔20与连接孔30，被在同轴上开孔，插通线圈末端10。在与结线板2相反一侧的导体3的表面，配置有线圈末端10的端部。熔接部4是通过由TIG(Tungsten Inert Gas)熔接来熔融线圈末端10的整个圆周而形成的，熔融金属流入连接孔30的整个内周面，深至A点。由此，熔接部4，将线圈末端10与导体3机械性、电性连接。

此外，为了确保结线板的沿面距离，贯通孔20的直径被设置得比连接孔30更大，避免了线圈末端10与贯通孔20的内周面接触。例如，本实施方式中，设线圈末端10的直径约为1.2mm，设置大约0.3mm的缝隙，适合熔接中的熔融物质因熔化后流入并滞留在其间，设连接孔30的直径约为1.8mm。此外，为了允许导体3的连接孔30的定位和线圈末端10的定位误差，将贯通孔20的直径设为3mm。

图4是线圈末端10和导体3的连接部的立体图。

图4(A)表示导体3的截面是矩形体31的情况，在结线板2的表面所配置的导体3上，开有连接孔30，线圈末端10插通于连接孔30，线圈末端10的端部从导体3的上面突出。之后，通过TIG熔接，使线圈末端10的端部以及连接孔30的周边熔融，将线圈末端10与导体3接合。另外，图中还表示了作为结线板2的一部分的L字状的截面。

图4(B)表示使用导体3的截面形状为圆形的圆形体32的情况，基本形态与图4(A)相同。在将近似矩形体31与圆形体32进行比较的情况下，如果导体3的截面积相等，那么近似矩形体31比圆形体32更能减小导体3的高度尺寸，缩小线圈末端。

图5(A)是集中缠绕定子所使用的分割铁芯的立体图，图5(B)是集中缠绕线圈的立体图。在图5(A)中，铁芯5，在旋转电机100(图1)的轴方向上叠层电磁钢板而形成，减小了涡流损耗。绕线架6是四边形贯通的绝缘物，覆盖与定子径向正交的4个面。此外，四边形的绕线架6的各边形成为凹状。此外，在绕线架6的上部还设有插入缠绕开始线圈末端10的切缺60，在上下部的4处，设有开口部。

在图5(B)中，集中缠绕线圈7，是将截面为近似矩形的绝缘皮膜导线1缠绕在绕线架6的凹部(也就是铁芯5的齿部)得到的。由此，与线圈缠绕的面相垂直的方向(集中缠绕定子8的径向)上会产生磁场。集中缠绕线圈7，因绝缘皮膜导线1缠绕在绕线架6上，而确保了铁芯5与绝缘皮膜导线1之间的绝缘性能。该集中缠绕线圈7，在1个线圈具有2个线圈末端10，即缠绕开始线圈末端101和缠绕结束线圈末端102。铁芯5的磁轭部，是用来连接各铁芯5来构成圆筒状的集中缠绕定子8的部分。也就是说，定子绕组缠绕在被分割的铁芯5上，定子铁芯是用磁轭部圆筒状连接铁芯5而构成的，导体3被配置在与定子铁芯的轴方向垂直的侧面上。另外，绝缘皮膜导线1的截面可以是圆形、近似矩形中的任何一种，本实施方式为了提高铁芯槽内的线圈叠层系数，对近似矩形的情况进行了说明。

由于需要剥离绝缘皮膜，来接合线圈末端10和导体3(图3)，所以利用图6，对线圈末端10的处理工序进行说明。图6是表示截面为近似矩形的绝缘皮膜导线1的皮膜剥离工序的立体图。通过将绝缘皮膜导线1的截面做成近似矩形的形状，线圈的叠层系数就会得到提高。图6(A)表示直到绝缘皮膜导线1的前端都被绝缘皮膜11覆盖的线圈末端10。由于截面为近似矩形，所以绝缘皮膜导线1的角部很容易碰到贯通孔20或连接孔30(图3)的边缘，是难以穿过通孔的形状。因此，如图6(B)所示，用压模(未图示)对线圈末端10的截面形状成形部12加压，使截面成形为近似圆形。在这种状态下，截面形状成形部12上被绝缘皮膜11覆盖。接着，如图6(C)所示，使内周旋转的刀具(未图示)与皮膜剥离部13的一处相接，来剥离绝缘皮膜11。这样，可以用截面为近似矩形的绝缘皮膜导线1，得到绝缘皮膜被剥离的截面为圆形的线圈末端10。

如上所述，根据本实施方式，对构成集中缠绕定子8的绝缘皮膜导线1的线圈末端10的截面形状，直接以圆形或为近似圆形进行成形，并且剥离了线圈末端10的绝缘皮膜，在由绝缘材料形成的结线板2上开出贯通孔20，在该结线板2的表面所配置的导体3上开出连接孔30。然后，将线圈末端10插通贯通孔20和连接孔30两方，通过熔接或钎焊等方式接合线圈末端10和导体3。由此，集中缠绕定子8的线圈末端尺寸就会变小。

由于对每个U相、V相、W相、中性点统一了缠绕结束线圈末端102的各引出位置的半径，所以可以将导体3做成圆形，能够以绕线架6的宽度配置3个导体3，能利用磁轭部的径向宽度配置中性点P的导体3。这样，可以有效利用集中缠绕定子8的径向宽度，配置导体3。此外，由于可以在一层配置多个导体3，所以可以缩短线圈末端的长度。也就是说，由于可以缩短线圈末端的旋转轴方向的长度，所以可以减小旋转电机30在旋转时的轴振动。因此，即便是高速旋转，轴振动也会很小，可以实现稳定的运转。此外，由于是将结线板2插入在导体3与线圈之间，所以不用争取空间距离，就可以提高绝缘，能在结线板2上设置壁21，来提高导体3相互间的绝缘。由此，可以在确保电动机特性不变的情况下小型化，由于构造被简化，所以可以提高生产的可靠性。

(第2实施方式)

第1实施方式中，虽然只是将设有连接孔30的导体3与线圈末端10熔接，但可以在连接孔30上设置凸部来增加与线圈末端10的接合面积。图7是第2实施方式的线圈末端10与设有凸部33的导体3a的连接部的立体图。

截面为近似矩形的导体3a被配置在结线板2的表面，导体3a形成凸部33，并开有连接孔30。在连接孔30上插通线圈末端10，线圈末端10的端部在导体3的上部突出。在上述插通之后，通过TIG熔接，使线圈末端10的端部与连接孔30周边熔融，来接合线圈末端10与导体3a。通过将凸部33形成在导体3a上，使连接孔30的内周面的轴方向长度变长，连接面积增加，连接可靠性进一步增加。

(第3实施方式)

第1实施方式和第2实施方式中，虽然将贯通孔20的内径和连接孔30的内径设为恒定，但是可以设置圆锥部，使制作变得容易。

图8表示线圈末端10与导体3的连接部的截面图。结线板2上配置有导体3b，结线板2上开有贯通孔20，导体3上开有连接孔30，通过贯通孔40和连接孔30，线圈末端10的末端被配置在导体3b的上侧。线圈末端10的直径约为1.2mm，连接孔30的直径约为1.8mm，贯通孔20的直径约为3mm。贯通孔20和连接孔30中，分别设有角度为30度的锥体301、401，孔的入口侧直径变大，容易插入线圈末端10。通过TIG熔接，线圈末端10与导体3连接，得到熔接部4。另外，本实施方式虽然采用TIG熔接来进行连接，但也可以采用钎焊来进行连接。

此外，本实施方式中是以高压电机为前提，使用了设有壁21的结线板2，但对于无需用壁21进行绝缘的低压电机，也可以不设置结线板2，将线圈末端直接插通带孔的导体3，来连接导体3和线圈末端10。采用这种构造，定子的线圈末端尺寸会变小，可以得到小型的定子。

(比较例)

一般来说，为了对应高电压，需要确保导体间的空间距离和沿面距离，来满足绝缘特性，例如，旋转电机中，可以考虑以下3个技术。第1结构中，在汇流排上设置端子，将线圈末端连接在该端子部分。第2结构中，将另外的部件的端子连接在被称为总线环(バスリング)的导体上，将该端子与线圈末端连接。其中，由于端子的存在，使得定子的线圈末端在高度方向的尺寸较大。第3结构中，将导线沿直角方向连续弯折两次，来将导线末端与线圈末端连接。这会使线圈末端的连接部尺寸在转子的直径方向、轴方向上都变大。由于都是在绝缘材料形成的结线板上配置导体，所以满足绝缘特性。

(变形例)

本发明不限于上述的实施方式，例如可以进行如下变形。

上述各实施方式中，虽然采用了集中缠绕定子，但对于图3的结线方法，也可以使用分布缠绕。此外，上述各实施方式虽然采用了Y结线，但也可以采用没有中性点P的△结线。此外，上述各实施方式虽然以三相为前提进行了说明，但对n相旋转电机也可以使用。

Claims (13)

1.一种旋转电机用的定子，具备：被排列成圆环状的多个定子绕组；和将所述定子绕组的线圈末端相互多相连接的多个导体，其特征在于，

所述多个导体，是设有多个插通所述线圈末端的孔的、直径不同的近似圆形，被配置在同一平面上。

2.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述定子绕组，被形成为U相、V相、W相和它们的中性点的三相的Y结线，

所述中性点的导体被配置在所述同一平面上，

各所述定子绕组的一端与所述U相导体、所述V相导体、所述W相导体中的一个导体连接，另一端与所述中性点的导体连接。

3.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述定子绕组中，线圈末端的截面形状形成为近似圆形，

所述线圈末端中，绝缘皮膜导线的绝缘皮膜被剥离，

具备：接合所述线圈末端与所述导体的接合部。

4.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

还具备：设置有插通所述线圈末端的孔，并且介插在所述定子绕组与所述导体之间，且由绝缘物形成的结线板。

5.根据权利要求4所述的旋转电机用定子，其特征在于，

设在所述结线板上的孔的直径比设在所述导体上的孔更大。

6.根据权利要求4所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述结线板，形成有增加相邻的所述导体之间沿面距离的壁。

7.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述多个定子绕组，被分别缠绕在被分割为多个的分割铁芯上，

所述分割铁芯，被用磁轭部呈圆筒状连接，

所述导体，被配置在与所述连接形成的定子铁芯的轴方向垂直的侧面上。

8.根据权利要求7所述的旋转电机用定子，其特征在于，

还具备：设置有插通所述线圈末端的孔，并且介插在所述定子铁芯与所述导体之间，且由绝缘物形成的结线板。

9.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述定子绕组，通过缠绕截面为近似矩形形状的绝缘皮膜导线而形成，

所述线圈末端的部分，被形成为近似圆形的截面形状。

10.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述导体的截面是近似矩形的形状或圆形形状。

11.根据权利要求1所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述导体被绝缘皮膜包覆。

12.根据权利要求3所述的旋转电机用定子，其特征在于，

所述接合部，通过熔接或钎焊而接合。

13.一种旋转电机，其特征在于，

具备权利要求1所述的旋转电机用定子；和可在所述定子内部旋转的转子。

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