CN101989772A - 旋转电机 - Google Patents

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牧山高大
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Abstract

本发明提供一种旋转电机,其中,齿主体与齿前端部通过连接部连通,并且在连接部的线圈侧具有狭缝,狭缝从其开口部向齿前端部的圆周方向中心侧延伸,且按照构成狭缝开口部的齿主体侧部件与前端部的部件相接触的方式形成,相邻的齿前端部彼此的圆周方向的间隔比线圈群的圆周方向的宽度还小。因此,实现了铁芯凹槽内铁芯的高占空率、线圈绕线的简单化,并且具有出色的电特性。

Description

旋转电机
技术领域
本发明涉及一种旋转电机。
背景技术
作为在旋转电机的定子上形成的线圈的结构,周知分布绕组、集中绕组等方式。其中,从降低铁损(iron loss)的观点考虑,期望分布绕组线圈的定子铁芯一体成型。再有,从降低铁损的观点出发,期望定子铁芯的齿前端部构成为如下结构:定子铁芯的齿前端部的宽度比收纳线圈的定子铁芯的凹槽宽度宽,即相邻齿彼此之间的间隔窄。
对于绕组方式而言,需要跨过定子铁芯的凹槽之间而形成,由于从定子铁芯的内径侧向凹槽内绕线,因此在制造上最好使相邻的齿彼此之间的间隔较宽。因此,在齿彼此之间的间隔较宽的状态下对线圈进行绕线,绕线之后齿彼此之间的间隔变窄,也就是说,定子铁芯的齿前端部的宽度变宽,从而兼顾了制造上的优点与性能上的优点。
作为绕线之后使齿前端成型的方法,周知线圈侧旋转的电枢(参照专利文献1)。
【专利文献1】日本特开平3-273850号公报
鉴于近来的能量问题,旋转电机也追求高效率。但是,由于上述技术是线圈侧旋转的电枢,因此转子铁芯的齿前端部配置在外周侧。
发明内容
本发明的对象是线圈侧成为定子的旋转电机,从定子铁芯的内径侧向定子凹槽收纳分布绕组线圈,从而获得小型的旋转电机。
本发明是一种旋转电机,其包括:转子,其在圆周方向设置有多个磁极;和定子,其隔着空隙配置于转子,定子的铁芯的齿与齿之间的凹槽中收纳线圈群,齿具有齿主体和齿前端部,齿主体与齿前端部通过连接部连通,并且在连接部的线圈侧具有狭缝,狭缝从其开口部向齿前端部的圆周方向中心侧延伸,并且构成狭缝开口部的齿主体侧部件与前端部部件相接触,相邻的齿前端部彼此的圆周方向的间隔比线圈群的圆周方向的宽度还小。
此外,本发明的旋转电机,其包括:转子,其在圆周方向设置有多个磁极;和定子,其隔着空隙配置于转子,定子的铁芯的齿与齿之间的凹槽中收纳线圈群,齿具有齿主体和齿前端部,齿主体与齿前端部通过连接部连通,并且在连接部的线圈侧具有狭缝,狭缝从其开口部向铁芯径向方向中心侧、以及齿前端部圆周方向中心侧延伸,并且构成狭缝开口部的齿主体侧部件与前端部部件相接触,相邻的齿前端部彼此之间圆周方向的间距比线圈群的圆周方向的宽度还小。
本发明的旋转电机,有效地利用了旋转特性方面出色的分布绕组定子的优点,可实现铁芯凹槽内线圈的高占空率(space factor)。
附图说明
图1是构成本发明的一实施方式的旋转电机的定子的正面图。
图2是构成本发明的一实施方式的旋转电机的定子的凹槽部分放大剖视图。
图3是表示构成本发明的一实施方式的旋转电机的定子的线材插入工序的凹槽部放大剖视图。
图4是表示构成本发明的一实施方式的旋转电机的定子铁芯齿前端的开放成形工序的凹槽部放大剖视图。
图5是表示将构成本发明的一实施方式的旋转电机的定子铁芯齿前端开放成形为最终形状的工序的凹槽部放大剖视图。
图6是表示构成本发明的一实施方式的旋转电机的定子铁芯齿前端的开放成形工序的轴方向剖视图。
图7是构成本发明的一实施方式的旋转电机的其他定子的凹槽部放大剖视图。
图8是构成本发明的一实施方式的旋转电机的其他定子的凹槽部放大剖视图。
图9表示构成本发明的一实施例的旋转电机的示意图。
图10表示构成本发明的一实施例的旋转电机的示意图。
图11表示构成本发明的一实施例的空冷式车辆用交流发电机100的剖视图。
图12表示由图11所示的绕组构成的三相直流电路。
图中:1-定子;2-定子铁芯;3-线材;6-铁芯凹槽;7-分散绕组线圈;12-加压杆;20-齿;21-齿主体;22-齿前端部;23-连接部;24-狭缝;31、32-冲头。
具体实施方式
以下所示的实施方式与电动机或发电机等旋转电机及其制造方法相关,涉及搭载了通过齿前端开放成形而形成的半封闭式凹槽(semiclosedslot)的铁芯固定件(stator)的旋转电机。
图1是构成本发明的一实施方式的旋转电机。表示以如下方式缠绕线圈的定子1,即在转子的磁极所形成的电角360度以内,配置2个由同相的线圈匝(coil turn)形成的定子磁极。以下,将缠绕形成的该线圈称为分散绕组线圈。分散绕组线圈的详细内容将在后面进行叙述。
图1表示从定子铁芯2的侧面观察的定子1的正面图,将分散绕组线圈7组装于定子铁芯2,并连接线材3的末端部9。通过该结构,线圈终端部3d的高度变低。
图2表示定子铁芯2的定子铁芯凹槽6部分的放大图。
图2(A)是组装了绝缘纸4与线材3的状态的剖视图,定子铁芯2对厚度约0.35mm的硅钢板等进行冲切层叠而形成。线材3是具有绝缘覆膜的导线,在本实施方式中使用聚酰胺-酰亚胺树脂对铜制导线进行覆盖。在定子铁芯2的定子铁芯凹槽6内,配置有利用绝缘材料包裹的线材。通过利用绝缘材料4来包裹线材3,从而使绝缘性提高。用绝缘材料4包裹这一构成兼顾了以下情况:应对覆盖线材3的表面的瓷漆(enamel)覆膜万一存在针孔(pinhole)时的绝缘对策;防止对定子铁芯组装时瓷漆覆膜损伤。图2中的线材3是剖面为圆形的圆线,构成为在固定铁芯2的定子铁芯凹槽6内的轴方向配置4个线材3的结构。
图2(B)是除去绝缘纸与线材之后的固定铁芯2的3个齿的凹槽6部分的放大图。
齿20具有齿主体21以及齿前端部22,齿主体21与齿前端部22通过连接部23连通。此外,在收纳连接部23的线圈的一侧形成有狭缝24,狭缝24从其开口部向齿前端部22的圆周方向中心侧延伸,并且狭缝24以构成狭缝24的开口部的齿主体21侧的部件与前端部22的部件相接触的方式形成,相邻的齿前端部彼此在圆周方向上的间隔A形成得比凹槽宽度B还小。由此,形成半封闭式凹槽结构的固定件。
在该定子1的内部,以同轴组装磁体转动体(rotor)、或者筐型的铜转动体(并未图示),由轴承可旋转地支持转动体的两端,从而构成电动机或者发电机。
图3是表示将线材3插入定子铁芯2的凹槽6中的过程的凹槽部分的放大剖视图。图3(A)表示将线材3插入定子铁芯2的凹槽6内之前的状态。从齿前端部23至凹槽6的宽度是排成一列宽的线材3可充分通过的尺寸。凹槽6内配置有绝缘纸4。图3(B)表示将线材3插入定子铁芯2的凹槽6内之后的状态。在配置于凹槽6内的绝缘纸4的内侧,配置有线材3。
图4和图5是表示开放成形齿前端的过程的凹槽部分的放大剖视图。首先,如图4(A)所示,在将线材3插入凹槽6内之后的定子铁芯2的内径侧,配置开放成形用的冲头(punch)31。接着,如图4(B)所示的箭头那样,使冲头31从定子铁芯的内侧向径向方向外侧移动,从而开放成形齿前端部22。接着,替换冲头,在定子铁芯2的内径侧配置图5(A)所示的开放成形用的冲头32。接着,如图5(B)所示的箭头那样,使冲头32从定子铁芯的内侧向径向方向外侧移动,从而使齿前端部22开放成形为最终的形状。
图6是表示对齿前端进行开放成形的过程的示意剖视图。图6(A)表示按压冲头31或32之前的状态。将冲头31(32)设置为与凹槽数相同的数量,在冲头31(32)的下方设置加压杆12。另外,在冲头31(32)中形成锥形部30a,在加压杆12中形成锥形部12a。图6(B)表示已按压冲头31(32)的状态。通过使加压杆12向纸面上方移动,从而冲头31(32)根据加压杆锥形部12a和冲头锥形部30a,在定子铁芯2内向外径方向移动,使得齿前端部开放成形。
如上所述那样,形成安装有图1所示的分散绕组线圈的定子。
利用图9以及图10,对分散绕组线圈进行详细叙述。
图9表示构成本发明的一实施例的旋转电机的示意图。是将旋转电机的一部分以直线状展开来表示的图。
由转子101以及定子1构成,在转子101中装备多个转子磁极1011,在定子1中装备形成定子的磁极的多个齿1021,在多个齿1021上缠绕U相线圈1031、V相线圈1032、W相线圈33。在此,将V相线圈定义为:相对于流过U相线圈的交流电流,流过相位比该电流延迟了120度(超前240度)的交流电流的线圈。另外,将W相线圈定义为:相对于流过U相线圈的交流电流,流过相位比该电流延迟了240度(超前120度)的交流电流的线圈。在图1中,用箭头方向表示转子1的旋转方向。
实线表示正向缠绕线圈(从内径侧观察齿时按顺时针方向缠绕),虚线表示与此相反的反向缠绕(从内径侧观察齿时按逆时针方向缠绕)。虽然在图1中记载了将正向缠绕线圈缠绕在远离转子的位置处,但也可以在靠近转子的位置处进行缠绕。如图所示,本实施例的定子线圈结构是:在电角彼此偏离180度的位置上将两个集中绕组线圈配置为两层,串联连接各U相线圈、V相线圈、W相线圈彼此。换言之,是如下的旋转电机:定子1隔着空隙配置于转子101,在电角幅度360度的区域内按照配置由同相线圈匝形成的两个定子磁极1091、1092的方式缠绕线圈,形成定子磁极1091、1092的各线圈匝其圆周方向角度幅度比电角180度小,以构成两个定子磁极1091、1092的线圈匝彼此不重合的方式进行设置,并且以各定子磁极1091、1092彼此形成相反极性的方式缠绕线圈匝。在此,构成两个定子磁极1091、1092的线圈匝彼此错开电角180度而设置。并且,构成U、V、W的三相定子磁极,且分别按电角60度错开而配置。此外,V相线圈与U相线圈相反地缠绕。由此,形成+60度-180度=-120度,V相线圈相位比U相线圈相位延迟120度。此外,W相线圈由于与U相线圈同向缠绕,因此相位比U相线圈相位超前2×60度=120度。另外,在该实施例中,一个线圈匝所形成的电角幅度为120度,在同相下两个线圈匝缠绕在240度的区域内,即缠绕在整体的2/3数目的齿上。将这种线圈缠绕方法称作分散绕组。
因此,本实施例中的定子线圈与在电角360度以内设置一个集中绕组线圈的集中绕组结构相比,与转子的磁通交链的各线圈匝的电路面积为2倍,线圈利用效率是集中绕组的两倍。为了获得与集中绕组相同的磁链(flux linkage),在关注某一根齿的情况下,在本实施例中,缠绕于齿的线圈匝数只要为集中绕组的一半即可。U相、V相、W相的各线圈分散成集中绕组的两倍,而且并不是分布绕组那样在全部的齿上缠绕线圈的结构,是仅在整体的2/3数目的齿上缠绕的结构。因此,与集中绕组或分布绕组相比,能够将线圈电感抑制得更低。
再有,本实施例与集中绕组相比,由于线圈被分散配置为两倍,U相线圈、V相线圈以及W相线圈被一半程度重复地缠绕,因此比起集中绕组,电枢反作用在圆周方向上较平滑地分布,形成了高次的电磁力高次谐波成分被降低的结构。因此,与集中绕组相比,能够起到更加安静的旋转电机作用。
此外,图9的例是每隔电角60度配置一根定子齿且以电角幅度120度缠绕线圈匝的结构,但即便是每隔电角30度配置一个定子齿且以电角幅度90度或120度或150度来缠绕线圈匝的结构,也能够起到同样的效果。
图10表示构成本发明的一实施例的旋转电机的示意图。除了以下所叙述的事项外,其他与上述实施例相同。
在本实施例中,是组合了上述的分散绕组结构与双重三相结构的构成。即,设置两个图9所示的绕组群,彼此错开相位而配置。如图10所示,构成为:电角每360度配置十二根齿1021,相邻的齿1021之间的电角相位差为30度。在齿1021的半径方向外侧的部分配置一个三相交流系统(三相系统A)的分散绕组结构的三相交流系统线圈,在半径方向内侧的部分再配置一个三相交流系统(三相系统B)的分散绕组结构的三相交流系统线圈。三相系统B相对于三相系统A配置在电角错开30度的位置,并且并联连接。三相系统A、B都以各线圈例如捆扎4根齿的方式缠绕。
图11是表示构成本发明的一实施例的空冷式车辆用交流发电机100的剖视图。转子101中,在轴的中心部配置爪形磁极113,在爪形磁极113的中心部配置励磁绕组112。在轴的前端安装滑轮1101,在其相反侧设置用于对所述励磁绕组供电的汇流环(slip ring)109。再有,在转子101的爪形磁极113的两端面上构成有与旋转同步地旋转的冷却风扇的正面风扇107F和背面风扇107R。此外,在爪形磁极113上配置永久磁体116,起到使励磁绕组磁通增加的辅助励磁的作用。另一方面,定子1由定子磁极1091、1092和定子绕组构成,隔着微小缝隙与转子101对置地配置。定子1由正面托架114与背面托架115来保持,两托架与转子1被轴承102F以及102R可旋转地支撑。前面叙述的汇流环109构成为:与电刷(brush)108接触,并且可提供电力。定子绕组如上述实施例那样由三相绕组构成,各绕组的引线连接于整流电路111。整流电路111由二极管等整流元件构成,且构成全波整流电路。例如,在二极管的情况下,阴极端子连接于接线柱(terminal)106。另外,阳极侧的端子电连接于车辆用交流发电机主体。后脂盖罩(rear cover)110起到整流电路111的保护罩的作用。
接下来,说明发电动作。发动机(并未图示)与车辆用交流发电机100一般通过传送带连结。车辆用交流发电机100通过滑轮1101经由传送带与发电机侧连接,转子1与发动机的旋转一起进行旋转。设置于转子1的爪形磁极113中心部的励磁绕组112中流过电流,从而该爪形磁极113被磁化,并通过进行旋转在定子绕组中产生三相的感应电动势。该电压在上述的整流电路111中被全波整流,从而产生直流电压。该直流电压的正极侧与接线柱106连接,进而与电池(未图示)连接。虽然省略了详细的内容,但是以整流后的直流电压成为适于对电池进行充电的电压的方式,控制励磁电流。
图12表示由图11所示的绕组构成的三相整流电路。图12(A)对应图9的实施例,图12(B)对应图10的实施例。各相绕组通过三相Y接线连接。三相线圈的中间点相反侧的端子如图示那样连接于6个二极管D1+~D3-。另外,正极侧的二极管的阳极共同连接于电池的正极侧。负极侧的二极管端子的阴极同样地连接于电池的负极端子。
在图12(B)中,由于电性独立的三相绕组的U1绕组与U2绕组的电压相等,且电相位错开30度,因此选择电位大的位置,最终成为30度幅度的波纹(ripple)。
此外,虽然在此例示了星状接线的例子,但是也可以采用三角接线。在采用三角接线的情况下,与星状接线的情况相比,可获得能够将线圈感应电压提高11.5%的效果。
此外,上述实施例换言之是一种以下构成的旋转电机,即,包括:定子,其由流过单一的三相交流系统的电流的定子线圈、缠绕该定子线圈的齿以及使流过齿的磁通回流的反馈铁芯(coil back)构成;和转子,其具有与齿对置的磁极,并且在该旋转电极中,缠绕各齿的定子线圈仅仅是U相线圈与V相线圈、或者V相线圈与W相线圈、或者W相线圈与U相线圈,所述转子具有与齿相对的磁极。
此外,是一种以下构成的旋转电机,即包括:定子,其由流过单一的三相交流系统电流的定子线圈、缠绕该线圈的齿、使流过齿的磁通量回流的铁芯槽构成;和转子,其具有与齿对置的磁极,并且在该旋转电极中,在齿的半径方向外侧的位置处配置U相线圈、V相线圈以及W相线圈的集中绕组线圈,进而在半径方向内侧的位置处配置与所述的集中绕组线圈系统相反地进行缠绕的U相线圈、V相线圈以及W相线圈的集中绕组线圈,按各相串联连接这些两个集中绕组线圈系统。
再有,旋转电机构成为:具有两个由U相线圈、V相线圈以及W相线圈形成的三相线圈系统,将各线圈系统的电角相位差设定为大致30度、或者20度至40度的范围内。
此外,本实施例虽然以分散绕组线圈为例进行了说明,但是也可以是分布绕组线圈或集中绕组线圈等任意绕组方式的线圈。对于其他的实施例利用图7和图8进行说明。图7和图8是以剖面大致为矩形形状的线材3a形成线圈时的实施例,是在铁芯2之外进行绕线且使用由绝缘纸4包裹的线圈时的凹槽6部分的放大剖视图。图7表示将线材3a插入凹槽内的状态。将线材3a插入至凹槽内之后,通过图4至图6所说明的工序,对齿前端部22进行开放成形,从而获得图8所示的定子铁芯2。

Claims (4)

1.一种旋转电机,其包括:
转子,其在圆周方向设置有多个磁极;和
定子,其隔着空隙配置于所述转子,
在该旋转电机中,
在所述定子的铁芯的齿与齿之间的凹槽中收纳线圈群,
所述齿具有齿主体和齿前端部,所述齿主体与所述齿前端部通过连接部连通,并且在所述连接部的线圈侧具有狭缝,
所述狭缝,从其开口部向齿前端部的圆周方向中心侧延伸,并且构成所述狭缝开口部的齿主体侧部件与前端部部件相接触,相邻的所述齿前端部彼此的圆周方向的间隔比线圈群的圆周方向的宽度还小。
2.根据权利要求1所述的旋转电机,其中,
所述开口部的开口宽度比所述定子铁芯的1张层叠体的厚度还小。
3.根据权利要求1所述的旋转电机,其中,
在对所述齿前端部进行开放成形前,所述齿前端部的圆周方向的宽度为所述齿主体部的宽度以下,在将线材收纳于所述定子铁芯的凹槽中的状态下,对所述齿前端部进行开放成形,所述齿前端部的圆周方向宽度为所述齿主体部宽度以上。
4.一种旋转电机,其包括:
转子,其在圆周方向设置有多个磁极;和
定子,其隔着空隙配置于所述转子,
在该旋转电机中,
所述定子的铁芯的齿与齿之间的凹槽中收纳线圈群,
所述齿具有齿主体和齿前端部,所述齿主体与所述齿前端部通过连接部连通,并且在所述连接部的线圈侧具有狭缝,
所述狭缝从其开口部向铁芯的径向方向中心侧、以及齿前端部的圆周方向中心侧延伸,并且构成所述狭缝开口部的齿主体侧部件与前端部部件相接触,相邻的齿前端部彼此的圆周方向的间隔比线圈群的圆周方向的宽度还小。
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