CN101931282B - 相间绝缘部件以及旋转电机 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种能够实现旋转电机的小型化的相间绝缘部件。相间绝缘部件包括：平面部(601)，介于相邻的两相绕组端之间并使其绝缘；以及立体部(603)，具有从平面部(601)突出并引导绕组的立体形状；在平面部(601)的表面上设置有作为加强部件的环氧树脂层(4601、5601)。
Description
本申请是申请号为200780009335.8(国际申请号为PCT/JP2007/055793)的专利申请的分案申请，所述原申请的申请日为2007年3月14日，发明名称为“相间绝缘部件以及旋转电机”。
技术领域
本发明涉及相间绝缘部件和具有该相间绝缘部件的旋转电机，特别涉及使多个绕组端绝缘的相间绝缘部件和具有该相间绝缘部件的旋转电机。
背景技术
以往，旋转电机例如在日本专利文献特开2005-218255号公报(文献1)和日本专利文献特开2005-20942号公报(文献2)中被公开。
发明内容
在以往的文献1中公开了在相间绝缘纸上通过加厚希望加强的部位或者通过不同的材料来形成希望加强的部位而进行加强的技术。但是，虽然通过该方法能够提高对裂口的强度，但是对按压成形的强度也提高了，因而从通过定子铁心端面的按压成形而实现的马达小型化的观点出发存在着改善的余地。
因此，本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够使旋转电机小型化的相间绝缘部件。
本发明的相间绝缘部件在旋转轴方向上的定子铁心的端面处使由多个定子绕组形成的绕组端的相邻的两相绝缘并具有可挠性，其包括：平面部，介于相邻的两相绕组端之间并使其绝缘；以及立体部，具有从平面部突出并引导绕组的立体形状；在平面部的表面上设置有加强部件。
在如上构成的相间绝缘部件中，能够提高对裂口的强度，并且不会不必要地提高对按压成形的强度。由此，能够使旋转电机小型化。
优选的是：还包括连接多个平面部的脚部，平面部和脚部由相同的材料构成。在该情况下，由于脚部和平面部由相同的材料构成，因此与为了在加强部位的表面构成加强部位而通过不同的材质来构成加强部位的情况相比，能够降低成本并提高生产效率。
优选的是：加强部件具有比平面部大的韧性。由此，能够在可靠地提高了对裂口的强度、并且不会不必要地提高对按压成形的强度的情况下促进旋转电机的小型化。
优选的是：加强部件是包含环氧材料而构成的膜。在该情况下，通过使用环氧材料，能够提高相间绝缘部件的形状维持性、形状保持性，提高旋转电机的组装性。
本发明的相间绝缘部件介于卷绕在定子铁心上的多个绕组层之间并使其相互绝缘，该相间绝缘部件具有可挠性，包括无纺布层和设置成与无纺布层接触的环氧树脂层。
在如上构成的相间绝缘部件中，环氧树脂层具有高韧性，因此即使相间绝缘部件弯曲，也能够通过设置在其表面上的环氧树脂层的延伸来防止在相间绝缘部件上产生裂口。结果，能够提高对裂口的强度。另外，由于形成薄的环氧树脂层，因此能够防止相间绝缘部件整体变厚。并且，由于环氧树脂层容易弯曲，因此能够实现使用该相间绝缘部件的旋转电机的小型化。
本发明的旋转电机包括：上述相间绝缘部件；以及结合部件，与环氧树脂层接触并包含固定绕组相的环氧树脂。
在如上构成的旋转电机中，由于结合部件包含环氧树脂，因而结合部件会与相间绝缘部件牢固地结合并牢固地固定绕组，因此能够使旋转电机小型化。
根据本发明，可以提供一种能够使旋转电机小型化并能够防止裂口的相间绝缘部件。
附图说明
图1是简要地表示包括本发明的实施方式一的旋转电机100的旋转轴的截面的图；
图2是从图1中的箭头II所示的方向观察到的定子铁心的平面图；
图3是插入到U相绕组的绕组端与V相绕组的绕组端之间的相间绝缘部件60、64的立体图；
图4是插入到V相绕组的绕组端与W相绕组的绕组端之间的相间绝缘部件62、66的立体图；
图5是表示在图2所示的定子铁心40上安装图3所示的相间绝缘部件60的情况的一个例子的立体图；
图6是从定子铁心40的端面42A侧观察到的与图5相对应的平面图；
图7是表示在图2所示的定子铁心40上安装图4所示的相间绝缘部件62的情况的一个例子的图；
图8是用于说明图3所示的相间绝缘部件60、64的制造方法的图；
图9是用于说明图3所示的相间绝缘部件60、64的制造方法的图；
图10是用于说明图3所示的相间绝缘部件60、64的制造方法的图；
图11是用于说明图3所示的相间绝缘部件60、64的制造方法的图；
图12是用于说明图3所示的相间绝缘部件60、64的制造方法的图；
图13是沿图12中的XIII-XIII线截取的截面图；
图14是其他的平面部的截面图；
图15是与平面部接触的绕组的截面图；
图16是平面部与突出(nose)部的接合部分的截面图；
图17是其他的平面部与突出部的连接部分的截面图；
图18是无纺布层的平面图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下的实施方式中，对相同或相当的部分标注相同的参考标号并不再重复其说明。
(实施方式一)
图1是简要地表示包括本发明的实施方式一的旋转电机100的旋转轴的截面的图。参照图1，本发明的旋转电机100包括：转子轴10，转子芯20，磁铁30、32，定子铁心40，绕组50、52，相间绝缘部件60～66。绕组50包括U相绕组51A、V相绕组51B、W相绕组51C，绕组52包括U相绕组53A、V相绕组53B、W相绕组53C。
转子芯20通过在旋转轴方向上层积、铆接在外周部具有空孔的电磁钢板而形成，该空孔用于插入构成转子磁极的磁铁30、32。并且，转子芯20固定在转子轴10的周围，与转子轴10连动而围绕旋转轴旋转。磁铁30、32被插入到设置在转子芯20的外周部的上述空孔中而构成磁极。
定子铁心40通过在旋转轴方向上层积、铆接电磁钢板而形成。并且，定子铁心40与转子芯20隔开间隙而设置在转子芯20的外周，并固定在旋转电机100的壳体(未图示)上。U相绕组51A、53A，V相绕组51B、53B，以及W相绕组51C、53C分别卷绕在定子铁心40上而构成定子磁极。
相间绝缘部件60在转子铁心40的端面42A、42B处插入到U相绕组51A的绕组端50E与V相绕组51B的绕组端50E之间，使V相绕组51B与U相绕组51A绝缘。相间绝缘部件62插入到V相绕组51B的绕组端50E与W相绕组51C的绕组端50E之间，使W相绕组51C与V相绕组51B绝缘。另外，相间绝缘部件64插入到U相绕组53A的绕组端52E与V相绕组53B的绕组端52E之间，使V相绕组53B与U相绕组53A绝缘。相间绝缘部件66插入到V相绕组53B的绕组端52E与W相绕组53C的绕组端52E之间，使W相绕组53C与V相绕组53B绝缘。
U相绕组51A、53A，V相绕组51B、53B，以及W相绕组51C、53C在分别卷绕在定子铁心40上并插入了相间绝缘部件60～66后，在定子铁心40的端面42A、42B被按压成形，使得绕组端50E、52E向定子铁心40的外周侧扩张。这里，通过U相绕组51A、53A，V相绕组51B、53B，以及W相绕组51C、53C的各绕组端50E、52E被按压成形，相间绝缘部件60～66也产生变形，但是如后所述，各个该相间绝缘部件60～66容易弯曲并具有高韧性，因此相间绝缘部件60～66不会由于绕组端50E、52E按压成形而产生纸偏移或破损。由此，旋转电机100在维持了各相绕组间的绝缘性能的情况下通过绕组端50E、52E的按压成形而被小型化。
图2是从图1中的箭头II所示的方向观察到的定子铁心的平面图。参照图2，绕组511～518构成U相绕组51A、53A，绕组521～528构成V相绕组51B、53B，绕组531～538构成W相绕组51C、53C。并且，绕组511～518配置在最外周，绕组521～528配置在绕组511～518的内周侧并配置在相对于绕组511～518在圆周方向上错开预定位置的位置处。另外，绕组531～538配置在绕组521～528的内周侧并配置在相对于绕组521～528在圆周方向上错开预定位置的位置处。
相间绝缘部件60、64插入到绕组511～518与绕组521～528之间。在该图2中，为了便于图示而表示成相间绝缘部件60、64在圆周方向上连续，但是实际上被分割成了包括相间绝缘部件60、64的多个相间绝缘部件。相间绝缘部件62、66插入到绕组521～528与绕组531～538之间。此外，为了便于图示而表示成相间绝缘部件62、66也在圆周方向上连续，但是实际上被分割成了包括相间绝缘部件62、66的多个相间绝缘部件。
各个绕组511～518、521～528、531～538卷绕在对应的多个齿上。例如，绕组537与齿2～6对应，在齿2～6的整体上卷绕预定的次数而形成。其他的绕组也与绕组537相同在对应的多个齿的整体上卷绕预定的次数而形成。
绕组511～514串联连接，一端为端子U1，另一端为中性点UN1。绕组515～518串联连接，一端为端子U2，另一端为中性点UN2。绕组521～524串联连接，一端为端子V1，另一端为中性点VN1。绕组525～528串联连接，一端为端子V2，另一端为中性点VN2。绕组531～534串联连接，一端为端子W1，另一端为中性点WN1。绕组535～538串联连接，一端为端子W2，另一端为中性点WN2。
图3是插入到U相绕组的绕组端与V相绕组的绕组端之间的相间绝缘部件60、64的立体图。参照图3，相间绝缘部件60、64分别包括平面部601、602，突出部603、604，脚部605、606。平面部601、602的各自的与突出部603、604相对应的部分被切除。
突出部603、604由与平面部601、602相同的部件构成，突出部603、604分别与平面部601、602的切除部分相对应地被粘结。例如，突出部603、604通过热压接片或粘结带而分别被牢固地接合在平面部601、602上。如后所述，该突出部603、604被安装成在绕组端50E、52E处从定子铁心40的内周面覆盖从定子铁心40立起的绕组立起部。
脚部605、606由与平面部601、602相同的材质构成。在平面部601、602的两端，脚部605、606的各自的两端分别与平面部601、602粘结在一起。该脚部605、606插入到定子铁心40的狭缝中。由脚部605、606确定的601、602的间隔H1与定子铁心40的旋转轴的长度方向相对应。
在各个该相间绝缘部件60、64中，脚部605、606插入到定子铁心40的狭缝中，平面部601和突出部603插入到定子铁心40的端面42A侧的U相绕组和V相绕组的各绕组端之间。另外，平面部602和突出部604插入到定子铁心40的端面42B侧的U相绕组和V相绕组的各绕组端之间。此时，相间绝缘部件60、64分别安装成突出部603、604与U相绕组的从定子铁心40立起的立起部相对应、并且突出部603、604的突起侧为定子铁心40的内周侧。
图4是插入到V相绕组的绕组端与W相绕组的绕组端之间的相间绝缘部件62、66的立体图。参照图4，相间绝缘部件62、66分别包括平面部621、622，突出部623、624，脚部625、626。相间绝缘部件62、66的基本构造与图3所示的相间绝缘部件60、64的构造相同。即，平面部621、622，突出部623、624，以及脚部625、626分别具有例如在PET树脂的两个面上粘附了无纺布的构造。相间绝缘部件62、66与图3所示的相间绝缘部件60、64的不同之处在于突出部的宽度不同。即，插入到V相绕组的绕组端与W相绕组的绕组端之间的相间绝缘部件62、66的突出部623、624的宽度比插入到U相绕组的绕组端与V相绕组的绕组端之间的相间绝缘部件60、64的突出部603、604的宽度宽。这是因为：在按压绕组端时，首先U相绕组在最外周侧被成形，然后按照从外周侧到内周侧的顺序V相绕组和W相绕组被成形，因此在从狭缝立起的绕组的立起部中越是靠近内侧的绕组越是直接在圆周方向上产生变形。
由脚部625、626确定的平面部621、622的间隔H2被设计为比相间绝缘部件60、64的间隔H1稍长。这是考虑到在定子铁心40的端面42A、42B处相间绝缘部件62、66间隔着V相绕组而配置在相间绝缘部件60、64的上层侧的缘故。
图5是表示在图2所示的定子铁心40上安装图3所示的相间绝缘部件60的情况的一个例子的立体图，图6是从定子铁心40的端面42A侧观察到的与图5相对应的平面图。在图6中，图2所示的定子铁心40的齿1～6的附近被放大表示，定子绕组未图示。另外，在图5和图6中说明了一个相间绝缘部件60覆盖绕组端的一部分的情况，但是实际上多个相间绝缘部件60在定子铁心40的整个圆周方向上无间隙地设置。
参照图5、图6，U相绕组511、518(U相绕组511未图示)在分别插入到狭缝16、15中并从狭缝16、15立起后，在定子铁心40的端面42A的最外周侧被扩张/按压成形。相间绝缘部件60的脚部605、606分别插入到狭缝12、18中，使得与插入了U相绕组511、518的狭缝16、15相对应地配置突出部603。
然后，当设置在比相间绝缘部件60更靠近内周侧的位置处的未图示的V相绕组527、528被扩张/按压成形后，相间绝缘部件60与V相绕组527、528一起被成形，并以图示的形状被夹持在U相绕组511、518与V相绕组527、528之间。平面部601沿突出部603的线A棱角朝外地被弯折。
U相绕组518的绕组端50E在沿定子铁心40的圆周方向的部分处成形为近似平面，在从狭缝15立起的立起部分处三维地大幅变形。这里，在该相间绝缘部件60上设置有预先考虑了该三维变形后的绕组立起部的形状的突出部603、604。因此，在绕组端50E被按压成形时，在突出部603、604处不会发生纸偏移或破损。
在该相间绝缘部件60中，如上所述，突出部603、604和平面部601、602由不同的部件构成，在与绕组端50E成形为平面的部分相对应的平面部601、602处没有不必要地提高刚性。这是因为：提高相间绝缘部件的刚性会对防止纸偏移造成不利的影响，如果过高地提高平面部601、602的刚性，相间绝缘部件从绕组端50E露出的露出量会变大，从而损害旋转电机的小型化。因此，在平面部601、602处，在按压成形时不会发生大的纸偏移，另外平面部601、602不会损害旋转电机100的小型化。
并且，在该相间绝缘部件60中，脚部605、606和平面部601、602也由不同的部件构成，插入到狭缝中的脚部605、606被设计得尽可能地薄。因此，脚部605、606在狭缝内不会损害绕组的填充系数，旋转电机100的性能不会变差。
图7是在图2所示的定子铁心40上安装图4所示的相间绝缘部件62的情况的一个例子的图。在图7中表示了在安装了相间绝缘部件60后再安装相间绝缘部件62的情况。另外，在图7中也对一个相间绝缘部件62覆盖绕组端的一部分的情况进行了说明，但是实际上多个相间绝缘部件62在定子铁心40的整个圆周方向上无间隙地设置。
参照图7，未图示的V相绕组527、528在分别插入到狭缝13、14中并从狭缝13、14向纸面的前面侧立起后，在定子铁心40的端面42A处，在比U相绕组511、518靠近内周侧的位置处被扩张/按压成形。相间绝缘部件62的脚部625、626分别插入到狭缝11、17中，使得与插入了V相绕组527、528的狭缝13、14和相间绝缘部件60的突出部603相对应地配置突出部623。
然后，当设置在比相间绝缘部件62更靠近内周侧的位置处的未图示的W相绕组536、537被扩张/按压成形后，相间绝缘部件62与W相绕组536、537一起被成形，并被夹持在V相绕组527、528与W相绕组536、537之间。平面部621沿突出部623的线B棱角朝外地被弯折。
V相绕组527、528的绕组端在沿定子铁心40的圆周方向的部分处成形为近似平面，但在从狭缝13、14立起的立起部分处三维地大幅变形。这里，与相间绝缘部件60相同，在该相间绝缘部件62上也设置有预先考虑了该三维变形后的绕组立起部的形状的突出部623、624。因此，在绕组端被按压成形时，在突出部623、624处不会发生纸偏移或破损。
另外，如上所述，成形后的V相绕组在比U相绕组更靠近内周侧的位置处被成形，因此与U相绕组相比，从自狭缝立起的立起部较早地在定子铁心40的圆周方向上产生变形。因此，V相绕组架设在相间绝缘部件60的突出部603上。并且，成形后的W相绕组在比V相绕组更靠近内周侧的位置处被成形，因此与V相绕组相比，从自狭缝立起的立起部更早地在定子铁心40的圆周方向上产生变形。
这里，在该相间绝缘部件62上，考虑该V相绕组的立起部的形状和最内周侧的W相绕组的配置状态而设置了也覆盖相间绝缘部件60的突出部603的宽的突出部623，因此W相绕组的绕组端与V相绕组的绕组端被可靠地绝缘。
图8～图12是用于说明图3所示的相间绝缘部件60、64的制造方法的图。图8是制造图3所示的平面部601、602时的平面图，图9是制造图3所示的突出部603、604时的平面图，图10是制造图3所示的脚部605、606时的平面图。另外，图11、图12是表示由图8～图10分别表示的平面部601、602，突出部603、604，以及脚部605、606形成的相间绝缘部件60的制造方法的第一和第二工序图。
参照图8～图10，平面部601、602是通过对片状材料651进行冲裁而被成形的。平面部601、602的各自的一部分被切除成矩形。平面部601、602和突出部603、604也可以通过对同一膜状树脂进行冲裁而形成。
参照图11，当平面部601、602和脚部605、606分别由片状材料651、653成形后，在平面部601、602的两端，脚部605、606的各自的两端分别被与平面部601、602粘结在一起。这里，平面部601、602配置成各自的被切除的部分相对、并且各间隔为与定子铁心40的旋转轴方向的长度相对应的间隔H1。粘结使用具有足够的粘接力的热压接片或粘结带。
参照图12，当脚部605、606与平面部601、602被粘结在一起后，在平面部601、602的各切除部处分别粘结突出部603、604。粘结与脚部605、606和601、602的粘结相同使用具有足够的粘接力的热压接片或粘结带。
这里，如果脚部605、606的厚度对于绕组在狭缝内的填充系数来说不会成为大的损害因素，则一体地成形平面部601、602和脚部605、606。此时，会产生被平面部601、602和脚部605、606包围的不使用区域，当由该部分制造突出部603、604时制造成品率也会提高。
在上述说明中，在脚部605、606和平面部601、602被粘结在一起后，突出部603、604和平面部601、602被粘结在一起，但是脚部605、606和突出部603、604被粘结在平面部601、602上的顺序也可以反过来。即，也可以先将突出部603、604粘结在平面部601、602上，然后再将脚部605、606粘结在平面部601、602上。
虽然没有特别地进行图示，但是图4所示的相间绝缘部件62、66的制造方法也与上述相间绝缘部件60、64的制造方法相同。
图13是沿图12中的XIII-XIII线截取的截面图。参照图13，平面部601由无纺布层1601、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)层2601、以及无纺布3601构成，在无纺布3601上设置环氧树脂层4601。环氧树脂层4601的厚度比平面部601的厚度薄。另外，环氧树脂层4601具有比平面部601高的韧性，具有即使被拉扯也不会裂口的韧度。优选的是环氧树脂层4601比无纺布层3601的厚度薄。无纺布层1601、3601例如由NOMEX(注册商标)构成。作为将环氧树脂层4601粘结在无纺布层3601上的方法，可以使预先成形的环氧树脂层4601与无纺布层3601接触后加热环氧树脂层4601。另外，也可以通过加热环氧树脂而使其流动化并将半液体状态的环氧树脂涂布在无纺布3601的表面上后进行冷却来构成环氧树脂层4601。
环氧树脂层4601具有高韧性而能够防止在弯折时裂口。并且，由于在环氧树脂层4601上不会形成裂口，能够保护内部的PEN层2601。
图14是其他的平面部的截面图。参照图14，也可以在平面部601的表面和背面两侧设置环氧树脂层4601、5601。环氧树脂层4601、5601的厚度均比平面部601薄。即使当在两个面上构成环氧树脂层4601、5601时，也可以采用与图13所示的仅在单面上构成环氧树脂层时相同的形成方法。
图15是与平面部接触的绕组的截面图。参照图15，绕组518、528分别由导线1518、1528构成。为了固定绕组518、528，通过含有环氧树脂的树脂材料(清漆(ワニス))2518来固定导线1518、1528。作为导电部件的导线1518被清漆2518固定，该清漆2518的主成分是与构成环氧树脂层4601、5601的环氧树脂相同的成分。因此，清漆2518与环氧树脂层4601、5601粘合在一起，从而能够通过清漆2518来可靠地固定构成绕组518、528的导线1518、1528。
图16是平面部与突出部的接合部分的截面图。参照图16，平面部601和突出部603均具有环氧树脂层5601、无纺布层1601、PEN层2601、无纺布层3601、以及环氧树脂层4601层积在一起的构造。在平面部601和突出部603的接触界面处环氧树脂层4601、5603相互接触。由此，环氧树脂层相互之间牢固地接合在一起。
图17是其他的平面部与突出部的连接部分的截面图。参照图17，本例与图16的不同之处在于在突出部603侧未设置环氧树脂层5601。可以这样在接触界面的某一侧或两侧上不设置环氧树脂层。如果采用在突出部603和平面部601的两侧设置环氧树脂层、这些环氧树脂层相互接触的构造，则两者的接触更加紧密，因此为优选。
图18是无纺布层的平面图。参照图18，无纺布层1601是纤维2602的集合体，未编入多根纤维2602。纤维2602可以是有机物或无机物中的某一种，具有平面部601和突出部603所需的强度即可。
即，本发明的相间绝缘部件是在作为旋转轴的转子轴10方向上的定子铁心40的端面42a、42b处使由多个作为定子绕组的U相绕组51A、53A，V相绕组51B、53B，以及W相绕组53A、53C形成的绕组端50E、52E的相邻的两相绝缘并具有可挠性的相间绝缘部件60、62、64、64、66，其包括介于相邻的两相绕组端之间并使其绝缘的平面部601和作为具有从该平面部601突出并引导绕组的立体形状的立体部的突出部603，在平面部601的表面上设置有作为加强部件的环氧树脂层4601、5601。还包括连接多个平面部601、602的脚部605、606，平面部601、602和脚部605、606由相同的材料构成。作为加强部件的环氧树脂层4601、5601具有比平面部601、602大的韧性。相间绝缘部件60包括无纺布层3601和环氧树脂层4601、5601。
本发明的相间绝缘部件60、62、64、66是介于作为卷绕在定子铁心上的多个绕组相的U相绕组51A、53A，V相绕组51B、53B，以及W相绕组51C、53C之间并使其绝缘的具有可挠性的相间绝缘部件，包括无纺布层1603、3603和设置成与无纺布层1603、3603接触的环氧树脂层4603、5603。
本发明的旋转电机包括相间绝缘部件60、62、64、66和清漆2518，该清漆2518是与环氧树脂层接触并包含固定绕组相的环氧树脂的结合部件。
在这样构成的相间绝缘部件60、62、64、66中，由于设置有环氧树脂层4601、5601，因此即使相间绝缘部件60、62、64、66被拉扯也能够防止出现裂口。另外，即使各绕组被按压在相间绝缘部件60上，由于相间绝缘部件60、62、64、66的韧性大，因此能够防止在相间绝缘部件60、62、64、66上产生裂口。并且，由于环氧树脂层4601、5601容易挠曲，因此不会妨碍相间绝缘部件60、62、64、66变形，从而能够防止旋转电机的体积变大。
应认为此次公开的实施方式在所有方面均仅为示例而不具有限制作用。本发明的范围由权利要求书而非上述说明来表示，与权利要求书等同的含义和范围内的所有变更均包括在本发明的范围之内。
Claims (1)
1.一种旋转电机，包括：
相间绝缘部件，介于卷绕在定子铁心上的多个绕组相之间并使其相互绝缘，并包括无纺布层；以及
结合部件，包含固定构成所述绕组相的导线的环氧树脂，
所述相间绝缘部件包括：平面部，介于相邻的两相绕组端之间并使其绝缘；以及立体部，具有从所述平面部突出并引导绕组的立体形状，
在所述平面部的表面上设置有加强部件，
所述加强部件被构成为包含与所述结合部件接触的环氧材料。
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