CN101449449A - 绝缘体以及旋转电机 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够以大的张力卷绕线圈的绝缘体以及具有该绝缘体的旋转电机。绝缘体(140)能够在卷绕了线圈的状态下安装在定子齿(110)上，该绝缘体包括：作为第一部件的骨架体(940)，构成绝缘体(140)的骨架；以及作为第二部件的覆盖体(950)，形成绝缘体(140)的外表面并具有绝缘性；其中，所述骨架体(940)的刚性比所述覆盖体(950)的刚性高。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘体以及旋转电机，特别是涉及设置在定子铁心与转子芯之间的绝缘体以及具有该绝缘体的旋转电机。
背景技术
以往，例如在日本专利文献特开2004-48908号公报(专利文献1)、特开2002-51491号公报(专利文献2)、以及特开2005-51998号公报(专利文献3)中公开了有关绝缘体的技术。
发明内容
在以往的技术中，由于绝缘体的强度而致使线圈的卷绕张力存在限度，因此无法高密度地卷绕线圈，从而存在着电动机难以小型化的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够高密度地卷绕线圈的绝缘体以及具有该绝缘体的旋转电机。
本发明的绝缘体能够在卷绕了线圈的状态下安装在定子齿上，该绝缘体包括：第一部件，构成绝缘体的骨架；以及第二部件，形成绝缘体的外表面并具有绝缘性；其中，第一部件的刚性比第二部件的刚性高。
在如上构成的绝缘体中，由于设置了构成高刚性骨架的第一部件，因此绝缘体的强度变大。因此，能够提高线圈的卷绕张力，从而能够使旋转电机小型化。
优选的是，线圈被卷绕在绝缘体上。在该情况下，能够提高生产率。
优选的是，多个线圈被同时卷绕。
优选的是，第一部件仅设置在第二部件的线圈卷绕部的内侧。
优选的是，第二部件由耐热性树脂构成。
优选的是，第二部件由热可塑性树脂构成。
优选的是，第一部件由硬质树脂构成。
优选的是，第一部件由热固性树脂构成。
优选的是，第一部件由金属构成。
也可以对上述各方式中的至少两个方式适当地进行组合。
本发明的旋转电机包括：定子齿；与定子齿相嵌合的上述绝缘体；以及卷绕在绝缘体上的线圈。
根据本发明，可以提供能够使旋转电机小型化的绝缘体。
附图说明
图1是简要地表示包括本发明的一个实施方式的绝缘体的电动车辆的构成的图；
图2是包括本发明的一个实施方式的绝缘体的定子的图；
图3是在图2所示的定子上设置了模制树脂部的状态的图；
图4是图3中的IV-IV截面图；
图5是骨架体的立体图；
图6是绝缘体的立体图；
图7是卷绕了线圈的盒式线圈(cassette coil)的图；
图8是安装在图3所示的定子上的末端组件的立体图；
图9是安装在图3所示的定子上的末端组件的分解立体图。
具体实施方式
下面，对本发明的实施方式进行说明。对相同或相当的部分标注相同的参照标号，有时不再重复说明。
在以下说明的实施方式中，除了提及个数、量等的情况、有特别记载的情况以外，本发明并不限于该个数、量等。此外，在以下的实施方式中，除了有特别记载的情况之外，各构成要素不一定是本发明所必需的。此外，下面当存在多个实施方式时，除了有特别记载的情况以外，可以对各个实施方式的特征部分进行适当的组合是从最初就是预先的。
图1是表示包括本发明的一个实施方式的旋转电机的混合动力车辆(HV：Hybrid Vehicle)的图。在本申请的说明书中，“电动车辆”不限于混合动力车辆，例如燃料电池车辆、电动汽车也包括在“电动车辆”中。
参照图1，混合动力车辆包括：定子10；转子20；轴30；减速机构40；差速机构50；驱动轴承接部60；PCU(Power Control Unit，电力控制单元)70；以及作为能够进行充放电的二次电池的蓄电池80。
定子10和转子20构成了旋转电机(电动发电机)，其具有作为电动机或发电机的功能。定子20被组装在轴30上。轴30经由轴承可旋转地由驱动单元的壳体支承。
定子10具有环状的定子铁心。定子铁心是通过层积由铁或铁合金等板状的磁性体而构成的。在定子铁心的内周面上形成有多个定子齿和作为在该定子齿部之间形成的凹部的槽部。槽部被设置成向定子铁心的内周侧开口。
包括作为三个绕线相的U相、V相、W相的定子线圈按照与槽部相嵌合的方式卷绕到齿部上。U相、V相、W相被卷绕成在圆周上彼此错开。定子线圈经由供电电缆连接到PCU 70上。PCU 70经由供电电缆与蓄电池80电连接。由此，蓄电池80与定子线圈电连接。
从包括定子10和转子20的电动发电机输出的动力从减速机构40经由差速机构50而被传递到驱动轴承接部60。被传递到驱动轴承接部60的驱动力经由驱动轴(未图示)而作为转矩被传递到车轮(未图示)上而使车辆行驶。
另一方面，当混合动力车辆进行再生制动时，车轮由于车体的惯性力而旋转。通过来自车轮的旋转力，经由驱动轴承接部60、差速机构50、以及减速机构40而驱动电动发电机。此时，电动发电机作为发电机工作。由电动发电机发出的电力经由PCU 70内的逆变器被蓄存到蓄电池80中。
图2、图3是表示定子10的立体图(图2：模制树脂形成之前；图3：模制树脂形成之后)，图4是图3中的IV-IV截面图。参照图2～图4可知，定子10包括：定子齿110；定子线圈；与定子线圈连接的汇流条；安装汇流条的定子用末端组件；模制树脂部120；隔板130；以及绝缘体140。
如图2所示，定子线圈包括：第一至第四U相线圈11U～14U；第一至第四V相线圈11V～14V；第一至第四W相线圈11W～14W。
通过将导线511U卷绕到齿上而构成了第一U相线圈11U，导线511U的一个端部连接到第一U相线圈用端子4111U上，导线511U的另一端连接到第一U相线圈用端子1111U上。
通过将导线511V卷绕到齿上而构成了第一V相线圈11V。导线511V的一端连接到第一V相线圈用端子1211V上，导线511V的另一端连接到第一V相线圈用端子2111V上。
通过将导线511W卷绕到齿上而构成了第一W相线圈11W。导线511W的一端连接到第一W相线圈用端子2211W上，导线511W的另一端连接到第一W相线圈用端子3111W上。
通过将导线512U卷绕到齿上而构成了第二U相线圈12U。导线512U的一端连接到第二U相线圈用端子3212U上，导线512U的另一端连接到第二U相线圈用端子4112U上。
通过将导线512V卷绕到齿上而构成了第二V相线圈12V。导线512V的一端连接到第二V相线圈用端子3212V上，导线512V的另一端连接到第二V相线圈用端子1212V上。
通过将导线512W卷绕到齿上而构成了第二W相线圈12W。导线512W的一端连接到第二W相线圈用端子3212W上，导线512W的另一端连接到第二W相线圈用端子2112W上。
通过将导线513U卷绕到齿上而构成了第三U相线圈13U。导线513U的一端连接到第三U相线圈用端子3313U上，导线513U的另一端连接到第三U相线圈用端子1313U上。
通过将导线513V卷绕到齿上而构成了第三V相线圈13V。导线513V的一端连接到第三V相线圈用端子3313V上，导线513V的另一端连接到第三V相线圈用端子2313V上。
通过将导线513W卷绕到齿上而构成了第三W相线圈13W。导线513W的一端连接到第三W相线圈用端子3313W上，导线513W的另一端连接到第三W相线圈用端子3413W上。
通过将导线514U卷绕到齿上而构成了第四U相线圈14U。导线514U的一端连接到第四U相线圈用端子1314U上，导线514U的另一端连接到第四U相线圈用端子1114U上。
通过将导线514V卷绕到齿上而构成了第四V相线圈14V。导线514V的一端连接到第四V相线圈用端子2314V上，导线514V的另一端连接到第四V相线圈用端子2114V上。
通过将导线514W卷绕到齿上而构成了第四W相线圈14W。导线514W的一端连接到第四W相线圈用端子3414W上，导线514W的另一端连接到第四W相线圈用端子3114W上。
各个线圈用端子被设置成从导轨100突出。该端子具有凹部，通过由该凹部接纳各个导线而确保了导线与端子之间的连接。各个线圈在被组装到定子齿110上之前被卷绕到绝缘体140上而形成为盒式线圈。在多个线圈之间设置有隔板130，隔板130确保了相邻的线圈之间的绝缘。各个线圈被嵌合到定子齿110上。
参照图3、图4可知，设置在定子齿110上的导轨和线圈被由树脂构成的模制树脂部120模制。由此，能够可靠地对各线圈进行定位，并且确保了相邻的线圈之间的绝缘。关于这种使用树脂的模制，并不限于形成图3、图4所示的成形体，也可以采用在线圈的表面涂布清漆等绝缘树脂来确保各个线圈的定位的方式。
绝缘体140具有：作为第一部件的骨架体940；作为包围骨架体940的第二部件的覆盖体950。骨架体940作为绝缘体140的框架而发挥作用，形成绝缘体140中的卷绕线圈的部分。骨架体940例如可以由金属等导电体构成。此外，也可以由热固树脂或硬质树脂等材料构成。由于绝缘体140是用来对定子齿110和导线514V进行绝缘的，因此当由导电体来构成骨架体940时，使骨架体940不连接导线514V和定子齿110。
图5是骨架体的立体图。参照图5，骨架体940是将多个方棒料941连接组合而成的构造，具有内部是空洞的立方体形状。骨架体940不仅可以是图5所示的立方体形状，也可以采用圆柱形状等。在骨架体940的外周上卷绕线圈。
图6是绝缘体的立体图。参照图6，构成绝缘体140的覆盖体950露出到绝缘体140的表面。绝缘体140具有两个凸缘部141、142，在该凸缘部141、142之间卷绕线圈。开口部144是方形的空洞区域，在该开口部144中插入定子齿110。由金属或硬质树脂来构成骨架体940。通过在骨架体940上涂布绝缘材料或通过绝缘材料的树脂进行成形而构成图6所示的绝缘体140。在带骨架的绝缘体140上直接卷绕线圈，构成盒式线圈。在构成绝缘体140的外表面的卷绕部951上卷绕线圈。
图7是卷绕了线圈的盒式线圈的图。参照图7，导线514V被卷绕到绝缘体140上而构成盒式线圈。在卷绕了线圈后将定子齿插入到开口部144中。
在本发明中，骨架体940很牢固，能够抑制绝缘体140自身的变形。此外，由于不会变形而可以简化设备，或者可以提高卷绕间歇而降低成本。
并且，由于绝缘体140的变形小，因而还可以应对自动化组装，提供质量稳定的产品。
图8是组装到定子10上的末端组件的立体图。参照图8，末端组件具有导轨100。导轨100呈正十二边形的环状，形成为包围预定的空间。导轨100的形状不限于十二边形，也可以是其他多边形。根据配置在导轨100内的盒式线圈的个数来决定导轨100的形状。
在导轨100上设置有内周面105和外周面106，内周面105和外周面106均为平坦的面。内周面105和外周面106位于导轨100的内周侧和外周侧，沿导轨100的周向延伸。在导轨100上设置有多个槽1001、1002、1003、1004。
槽1001位于最内周侧。并且，在槽1001的外周侧配置了槽1002。槽1002沿槽1001与槽1001平行配置。槽1003在槽1002的外侧沿槽1002与槽1002平行配置。槽1004在槽1003的外侧沿槽1003与槽1003平行配置。
在槽1001至槽1004中嵌合有多个汇流条，线圈用的端子从该汇流条向箭头A所示的轴向延伸。作为U相用电极的第一U相线圈用端子1111U、4111U分别嵌合在槽1001和槽1004中。第一V相线圈用端子1211V、2111V分别嵌合在槽1001和槽1002中。第一W相线圈用端子2111W、3111W分别嵌合在槽1002和槽1003中。
第二U相线圈用端子3212U、4112U分别嵌合在槽1003和槽1004中。第二V相线圈用端子3212V、1212V分别嵌合在槽1003和槽1001中。第二W相线圈用端子3212W、2212W分别嵌合在槽1003和槽1002中。
第三U相线圈用端子3313U、1313U分别嵌合在槽1003和槽1001中。第三V相线圈用端子3313V、2313V分别嵌合在槽1003和槽1002中。第三W相线圈用端子3313W、3413W嵌合在槽1003中。
第四U相线圈用端子1314U、1114U嵌合在槽1001中。第四V相线圈用端子2314V、2114V嵌合在槽1002中。第四W相线圈用端子3414W、3114W嵌合在槽1003中。
对使哪个端子嵌合到哪个槽中没有特殊的限制，只要配置成分别连接U相、V相、以及W相线圈而驱动旋转电机即可。
在导轨100上安装有连接器102。设置在连接器102内的金属端子与各个汇流条连接。
图9是安装在定子10上的末端组件的分解立体图。参照图9，设置在导轨100上的环形的槽1001、1002、1003、1004分别呈在中途被截断的形状。在槽1001、1002、1003、1004上形成有用于固定汇流条的肋101。肋101被构成为沿多边形的轴向(箭头A所示的方向)延伸。在图9的例子中，在多边形的一个边上至少设置有一个肋101，但是也可以在一部分边上不设置肋101。此外，也可以省略所有的肋101。并且，从可靠地按压汇流条的观点出发，可以在一个边上设置两个以上的肋101。
汇流条包括：第一汇流条11～13；第二汇流条21～23；第三汇流条31～34；第四汇流条41。
第一汇流条11、12、13嵌合在槽1001中。在第一汇流条11上设置有第一U相线圈用端子1111U和第四U相线圈用端子1114U。此外，在第一汇流条11上安装有连接器用端子11T。从连接器用端子11T供应电力，该电力被传输给第一汇流条11。在第一汇流条12上设置有第一V相线圈用端子1211V和第二V相线圈用端子1212V。在第一汇流条13上设置有第三U相线圈用端子1313U和第四U相线圈用端子1314U。
第二汇流条21、22、23嵌合在槽1002中。在第二汇流条21上设置有第一V相线圈用端子2111V和第四V相线圈用端子2114V。此外，在第二汇流条21上安装有连接器用端子21T。从连接器用端子21T供应电力，该电力被传输给第二汇流条21。在第二汇流条22上设置有第一W相线圈用端子2211W和第二W相线圈用端子2212W。在第二汇流条23上设置有第三V相线圈用端子2313V和第四V相线圈用端子2314V。
第三汇流条31、32、33、34嵌合在槽1003中。在第三汇流条31上设置有第四W相线圈用端子3114W和第一W相线圈用端子3111W。此外，在第三汇流条31上安装有连接器用端子31T。从连接器用端子31T供应电力，该电力被传输给第三汇流条31。在第三汇流条32上设置有第二U相线圈用端子3212U、第二V相线圈用端子3212V、以及第二W相线圈用端子3212W。在第三汇流条33上设置有第三U相线圈用端子3313U、第三V相线圈用端子3313V、以及第三W相线圈用端子3313W。第三汇流条32、33发挥连接U相线圈、V相线圈、以及W相线圈的中性点的作用。在第三汇流条34上设置有第三W相线圈用端子3413W和第四W相线圈用端子3414W。
第四汇流条41嵌合在槽1004中。在第四汇流条41上设置有第一U相线圈用端子4111U和第二U相线圈4112U。
在图9中表示了星型接线的三项交流电动机，但是不限于此，例如本发明也可以应用于三角形接线的三相电动机。
作为对构成定子齿110的各电磁钢板彼此之间进行固定的方法，可以使用焊接、铆接等。
绝缘体140是能够在卷绕了线圈的状态下安装到定子齿110上的绝缘体140，其包括：作为构成绝缘体140的骨架的第一部件的骨架体940；以及作为形成绝缘体140的外表面并具有绝缘性的第二部件的覆盖体950，骨架体940比覆盖体950的刚性高。构成U相、V相、以及W相的线圈卷绕在绝缘体140上。在该情况下，能够提高生产率。此外，多个线圈被同时卷绕。骨架体940仅设置在覆盖体950的线圈卷绕部951的内侧。在该情况下，能够使对骨架体940的使用达到最小限度。覆盖体950可以由耐热性树脂构成，也可以由热可塑性树脂构成。当由耐热性树脂构成时，会提高绝缘体140的耐热强度，当由热可塑性树脂构成时，会提高可成形性。由于骨架体940并不需要像覆盖体950那样具有高精度的可成形性和绝缘性，因此可以由硬质树脂构成以满足骨架体940的强度要求，也可以由热固性树脂构成，或者由金属构成。
本发明的旋转电机包括：定子齿110；与定子齿110相嵌合的绝缘体140；卷绕在绝缘体140上的第一至第四U相线圈11U～14U、第一至第四V相线圈11V～14V、第一至第四W相线圈11W～14W。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但是此次公开的实施方式在所有方面均应被理解为例示而不具有限制作用。本发明的范围由权利要求书表示，与权利要求等同的内容和范围内的所有变更均包括在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种绝缘体(140)，能够在卷绕了线圈的状态下安装在定子齿(110)上，该绝缘体包括：
第一部件(940)，构成所述绝缘体的骨架；以及
第二部件(950)，形成所述绝缘体的外表面并具有绝缘性；
其中，所述第一部件的刚性比所述第二部件的刚性高。
2.如权利要求1所述的绝缘体，其中，
线圈被卷绕在所述绝缘体(140)上。
3.如权利要求2所述的绝缘体，其中，
多个所述线圈被同时卷绕。
4.如权利要求1所述的绝缘体，其中，
所述第一部件(940)仅设置在所述第二部件(950)的线圈卷绕部的内侧。
5.如权利要求1所述的绝缘体，其中，
所述第二部件(950)由耐热性树脂构成。
6.如权利要求1所述的绝缘体，其中，
所述第二部件(950)由热可塑性树脂构成。
7.如权利要求1所述的绝缘体，其中，
所述第一部件(940)由硬质树脂构成。
8.如权利要求1所述的绝缘体，其中，
所述第一部件(940)由热固性树脂构成。
9.如权利要求1所述的绝缘体，其中，
所述第一部件(940)由金属构成。
10.一种旋转电机，包括：
定子齿(110)；
与所述定子齿相嵌合的权利要求1所述的绝缘体(140)；以及
卷绕在所述绝缘体上的线圈。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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