CN103580308B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机，其能够限制匝转换部的错位，使集中卷绕线圈的绕线形状更接近理想的形状。在该旋转电机中，集中卷绕线圈交替地层叠以从绕线管（6）的一端向另一端按顺序形成线圈匝的第一匝行进形态被盘绕的一层量的线圈和以从绕线管（6）的另一端向一端形成匝的第二匝行进形态被盘绕的一层量的线圈，绕线管（6）具有盘绕集中卷绕线圈的盘绕部（61）、分别形成在盘绕部（61）的两端的凸缘部（60a、60b）、和在第一以及第二匝行进形态下限制匝转换开始部的错位的至少一个凸部（62）。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及马达、发电机等旋转电机。

背景技术

地球规模的温暖化现象进展，强烈要求开发削减CO2的排出量的技术。其中，作为削减CO2的有效的手段，期待促进马达、发电机等旋转电机的高效率化和由旋转电机的小型大扭矩化产生的车辆电动化。

马达被称为产业的粮食，工厂的消耗电力的约70%由马达消耗。因此，可以认为仅通过将马达的效率提高几个百分点，就能够期待与几十万kW级的发电厂相当的节能效果，也有助于每年几百万吨的CO2削减。另一方面，作为运输部门中的削减CO2的排出量的手段，可以列举出汽车的电动化、HEV（HybridElectricVehicle、混合动力电动车）、EV（ElectricVehicle电动车）等环境对应汽车的普及。例如，HEV与以往的汽油车相比，使耗油量减少一半，能够大幅降低CO2的排出量。另外，作为车辆电动化的一例，若使动力转向装置从以往的液压驱动成为马达驱动，则能够通过怠速停车使耗油量减少3～5%，也能够削减CO2的排出量。

基于上面的背景，面向低碳化社会的实现，正在推进实现提高旋转电机（马达以及发电机）的效率和主要与车载用途对应的小型大扭矩化（以及高效率化）的技术开发。

作为使旋转电机小型大扭矩、高效率的方法之一，能够列举出线圈向定子芯的高密度安装。向定子线圈通电时的焦耳热成为旋转电机的损失。由此，通过减少定子线圈的电阻，能够提高旋转电机的效率。另外，由于电磁力通过BIL积（B：磁通密度，I：电流，L：导线的长度）得到，所以，通过增加定子线圈的匝数，在为马达的情况下，能够增大输出。即、使同一输出下的小型化成为可能。因此，要求能够实现提高插槽内的导体密度（根数×面积）的线圈安装构造。

作为解决这样的问题的方法，已知定子芯的分割、对原料电线使用方线的方法。在集中卷绕、分割芯定子中，与以往的一体型芯的定子相比，能够谋求提高线圈的匝数和粗线化，能够实现小型大输出化、高效率化的旋转电机。另外，通过将原材料电线从圆线置换为方线，能够增加可配置在插槽内的导体的截面积，能够减少旋转电机的铜损。

在将方线的集中卷绕线圈绕线在分割芯上的情况下，在分割芯上装配由绝缘部件形成的绕线管，在该绕线管上盘绕方线。但是，在将方线盘绕在绕线管上的情况下，不能做成像圆线那样逐渐将货物堆积那样的叠层结构，所以，在绕线时，绕线容易错位（横向偏移）。因此，作为防止这样的错位的构造，提出了在绕线管上形成台阶的构造（例如，参见专利文献1）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-350450号公报

在将方线在绕线管上绕线多层的情况下，每次切换绕线的层，匝行进方向（每匝的绕线位置的变化的方向）也被切换。但是，在将台阶形成在上述的绕线管上的结构的情况下，仅在往复的匝行进方向的一方的情况下具有防止错位效果，在另一方的匝行进方向进行绕线的情况下，不能避免错位的产生。

发明内容

技术方案一的发明是一种旋转电机，其包括：定子，该定子具有被配置成圆形的多个分割芯、被装配在该分割芯上的绝缘绕线管以及在该绝缘绕线管上盘绕矩形截面电线而成的集中卷绕线圈；和相对于定子旋转自由地被配置的转子，其特征在于，分割芯具有轭铁和被形成为从轭铁突出且装配着绝缘绕线管的齿，集中卷绕线圈交替地层叠以从绝缘绕线管的一端到另一端按顺序形成线圈匝的第一匝行进形态被盘绕的一层量的线圈和以从绝缘绕线管的另一端到一端形成匝的第二匝行进形态被盘绕的一层量的线圈，绝缘绕线管具有盘绕集中卷绕线圈的盘绕部、分别形成在该盘绕部的两端的凸缘部、和在第一以及第二匝行进形态下，限制匝转换开始部的错位的至少一个凸部。

根据本发明，在集中卷绕线圈使用了方线的旋转电机中，能够限制在将集中卷绕线圈绕线在分割芯上时的方线的错位，使绕线形状更接近理想的形状。

附图说明

图1是本实施方式的旋转电机1的剖视图。

图2是示意地表示使用了圆线以及方线的情况下的集中卷绕线圈的盘绕状态的图。

图3是表示使用了圆线的情况下的绕线管13的一例的图。

图4是表示盘绕了方线15的情况下的理想的绕线形状的图。

图5是表示在将方线15绕线在绕线管13上的情况下的从第一匝向第二匝转换时的状况的图。

图6是表示产生了错位的情况下的绕线形状的图。

图7是说明具有台阶构造的绕线管中的错位的图。

图8是分割绕线管6A的立体图。

图9是分割绕线管6A的三面图。

图10是说明一体型的绕线管6B的图。

图11是说明绕线顺序的图，表示绕线前的绕线管6和被绕线到第一层的第二匝为止的状态的绕线管6。

图12是说明绕线顺序的图，表示绕线到第一层的第三匝为止的状态的绕线管6和被绕线到第一层的第四匝为止的状态的绕线管6。

图13是说明绕线顺序的图，表示绕线到第二层的第五匝为止的状态的绕线管6和被绕线到第二层的第六匝为止的状态的绕线管6。

图14是说明绕线顺序的图，表示绕线到第二层的第七匝为止的状态的绕线管6和被绕线到第三层的第八匝为止的状态的绕线管6。

图15是表示第一层结束时的绕线管6和第三层结束时的绕线管6。

图16是最终的绕线状态下的分割芯的剖视图。

图17是表示为3匝且设置一个凸部62的情况下的绕线管6的图。

图18是表示设置2个凸部62的情况下的绕线管6的图。

附图标记说明

1：旋转电机；2：定子；3：转子；4：分割芯；6、6B、13：绕线管；6A：分割绕线管；8：线圈；11：圆线；11a、15a：匝转换部；15：方线；16、61：盘绕部；16b：侧面；16c：端面；16d：台阶；41：轭铁；42：齿；47、48：间隙；60a、60b：凸缘；62：凸部；601～606：阶梯

具体实施方式

下面，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。图1是本实施方式的旋转电机1的剖视图。旋转电机1的定子2构成将多个分割芯4配置成圆形而成的分割芯定子。在图1所示的例中，定子2由12个分割芯4构成。定子2被固定在壳体7的内周侧。在定子2的内侧旋转自由地设置转子3。转子3的旋转轴5由未图示出的轴承可旋转地进行支撑。

分割芯4具备将电磁钢板等层叠而形成的芯块40、由电气绝缘材料形成的绕线管6。芯块40由轭铁41和从轭铁41向转子方向突出的齿42构成。细节将在后面阐述，线圈8通过集中卷绕被盘绕在被装配于齿42的绕线管6上。装配了绕线管6的齿42和邻接的齿42之间构成收纳线圈8的直线部（被称为线圈边）的插槽。

如前所述，近年来为了提高旋转电机的性能，在集中卷绕、分割芯定子中使用将线圈用电线从圆线置换为方线的方法。图2是示意地表示线圈用电线使用了圆线以及方线的情况下的集中卷绕线圈的盘绕状态的图。图2（a）、（b）是将分割芯相对于定子轴垂直地剖开的半剖视图。

在使用图2（a）所示的圆线11的情况下，圆线11被排列盘绕成叠层。但是，即使像这样排列绕线，也由于圆线11的截面形状为圆形，线间的几何间隙14也不会消失。由此，插槽内的导体密度（被称为占空率）自然存在极限。

另一方面，若如图2（b）所示，替代圆线11，使用截面形状为大致矩形的方线15，则能够减小线间的间隙14。虽然若方线15的截面形状为几何地严密的矩形，则间隙为零，但是，实际上由于方线15的角为R形状，所以，达不到零。但是，与圆线11的情况相比，能够充分小，导体密度提高的效果大。在图2（a）所示的例中，第一层被盘绕9匝，但是，第二层由于被叠层在邻接的圆线11的中间位置，所以，仅盘绕了8匝。另一方面，在使用了方线15的情况下，如图2（b）所示，由于在第一层的方线15的正上方盘绕第二层的方线15，所以，盘绕9匝。由于这样的情况，在使用方线15的情况下，能够使可配置在插槽内的导体的截面积增加约15%，能够减少旋转电机的铜损。

以往，在使用圆线的情况下，如图3所示，在盘绕圆线11的绕线管13的盘绕部16，在其角部16a、侧面16b形成圆弧状的槽160。图3（a）是表示绕线管13的线圈端侧的图，图3（b）是表示绕线管侧面（插槽侧的面）的图。通过形成这样的槽160，能够将线圈的第一层的插槽内的圆线11的位置限制在规定位置。而且，线圈的第二层以后的圆线11能够使由下层的圆线11形成的谷间体现导向器的作用，像图2（a）所示那样，将圆线11叠层地进行排列绕线。

此时，各圆线11的匝间的匝转换部11a均集中在线圈端侧的端面16c（绕线管13的定子轴方向端面）。在图3所示的例中，在盘绕部16上卷绕3匝量的圆线11，在图3（a）的上侧的端面16c形成从1匝向2匝的匝转换部11a、从2匝向3匝的匝转换部11a、从3匝向4匝的匝转换部11a。而且，在盘绕部16的侧面16b，圆线11无间隙地排列。

另一方面，即使在使用了方线15的情况下，理想的绕线形状如图4所示，也与图3所示的圆线11的情况相同。即、在绕线管13的一方的线圈端侧的面形成匝转换部15a，在绕线管侧面，方线15无间隙地排列。

但是，对于线圈8使用方线15的情况下，不能在盘绕部16的表面设置圆弧形状的槽，盘绕部16的侧面成为图2（b）所示那样的平的面。由此，在缠绕方线15时的匝转换时，方线15在匝行进方向错位，不能卷绕成图4所示那样的理想的形状。

图5是表示将方线15向绕线管13绕线的情况下的从第一匝向第二匝转换时的状况的图。如图5（a）所示，在从第一匝向第二匝转换时，由于方线15的匝转换部15a被倾斜地盘绕，所以，不能避免相对于方线15施加如箭头R1所示那样的倾斜方向的力。其结果为，在图5（b）的匝转换开始部150，方线15向箭头R2的方向滑动并错位。

由此，若接着按照第二匝、第三匝的顺序盘绕方线15，则第一层的线圈的绕线形状成为图6所示那样的形状。由于第一匝的错位，在形成有匝转换部15a的侧，方线15在匝行进方向上错位，绕线管侧面中的方线15的排列变得倾斜。其结果为，在绕线管13的盘绕部16产生间隙，可盘绕的匝数减少。在图6的例中，与图4所示的理想状态相比，匝数少1匝的量。

以往，为了防止方线的卷绕崩溃，提出了将绕线管13做成图7所示那样的台阶构造。如图7（a）所示，在匝从台阶低的一方向高的一方行进的情况下，方线15的匝行进方向侧的侧面被台阶16d限制。因此，在从1匝向2匝转换时，即使向第一匝的方线15施加倾斜方向的力R1，也能够防止向R2方向的错位。

但是，在第二层的绕线作业中，如图7（b）所示，匝行进方向相反。因此，第一层线圈的外周面的台阶相对于从第二层的1匝向2匝转换时的R2方向的错位，不作为限制部发挥功能。其结果为，在第二层产生方线15的错位，不能成为理想的绕线状态。

因此，在本实施方式中，如图8、9所示，在盘绕部61的侧面61b形成能够不受匝行进方向影响地防止方线15的错位的凸部62。图8是本实施方式中使用的分割绕线管6A的立体图。另外，图9是分割绕线管6A的三面图。图1所示的绕线管6通过将2个图8、9所示的分割绕线管6A上下对合而构成。即、一对分割绕线管6A的一方从齿42的一方的端面（线圈端侧的面）侧装配，另一方从齿42的另一方的端面侧装配。

分割绕线管6A在齿突出方向的两端、即、在齿根侧和齿前端侧形成凸缘60a、60b。凸缘60a和凸缘60b之间构成盘绕部61。在盘绕部61的两侧面61b形成凸部62。凸部62沿芯块40的轴方向（即、定子2的轴方向）延伸。另外，在侧面61b也形成与以往同样的台阶。

另外，这里以二分割类型的绕线管6为例进行了说明，但是，在非分割型的情况下，一体形成将分割绕线管6A上下反转做成一个的绕线管，然而，凸部62的形状及其作用效果与二分割的绕线管完全相同。一体型的绕线管6B在图10所示那样的分割为齿部9和背轭铁部10的定子芯2的情况下使用。

接着，根据图11～14所示的绕线顺序说明凸部62的功能。图11（a）是从线圈端侧看绕线前的绕线管6（将2个分割绕线管6A对合的绕线管）的图。另外，这里在绕线管6绕线二层量的方线15。在盘绕部61的侧面61b形成凸部62且形成台阶。在为图11（a）所示的分割绕线管6A的情况下，在第一层盘绕4匝，但是，凸部62被形成在第二匝的绕线位置和第三匝的绕线位置之间。另外，盘绕第一匝的阶梯601比盘绕第二匝的阶梯602低。同样，盘绕第三匝的阶梯603比盘绕第四匝的阶梯604低。另外，邻接的阶梯之间的台阶被设定成比所盘绕的方线15的高度尺寸小。

图11（b）是说明从第一匝向第二匝转换的图，方线15被盘绕到第二匝。另外，第一层的匝行进方向如箭头T1所示，被设定为从齿根部到前端部方向。方线15在将第一匝盘绕在侧面61b的阶梯601后，将第二匝盘绕在阶梯602上。在从第一匝向第二匝转换时，因为处于匝行进方向侧的阶梯602变高，所以，相对于图4（b）所示那样的匝转换部15a的转换开始部分中的向R2方向的错位，阶梯602的侧面作为限制部发挥功能。其结果为，能够匝转换部15a的转换开始部分不会错位地将第二匝盘绕在阶梯602上。

图12（c）是说明从第二匝向第三匝转换的图，方线15被盘绕到第三匝。在从第二匝向第三匝转换时，在匝转换部15a的转换开始部分，方线15被卡定在凸部62的图示上侧的面即匝行进方向相反侧的面。其结果为，转换开始部分向R2方向的错位被限制。

图12（d）是说明从第三匝向第四匝转换的图，方线15被盘绕到第四匝。在从第三匝向第四匝转换时，因为处于匝行进方向侧的阶梯604高，所以，相对于转换开始部分向R2方向的错位，阶梯604的侧面作为限制部发挥功能。其结果为，能够转换开始部分不会错位地将第四匝盘绕在阶梯604。

接着的图13、14是表示第二层以及第三层的绕线顺序的图。第二层的匝行进方向与第一层相反，如图13（e）的箭头T2所示，是从齿前端部到根部方向。图13（e）是说明第二层的从第四匝向第五匝转换的图，方线15被盘绕到第五匝。第五匝的方线15被盘绕成重叠在第三匝的方线15的上侧。如图12（d）所示，被盘绕在阶梯604上的第四匝的方线15的侧面与第三匝的方线15的侧面相向。由此，在从第四匝向第五匝转换时，第三匝的方线15的侧面作为限制部发挥功能，转换开始部分向R3方向（匝行进）的错位被限制。

图13（f）是说明第二层的从第五匝向第六匝转换的图，方线15被盘绕到第六匝。第六匝的方线15被盘绕成重叠在第二匝的方线15的上侧。在从第五匝向第六匝转换时，在匝转换部15a的转换开始部分，方线15被卡定在凸部62的图示的下侧的面、即、匝行进方向相反侧的面。其结果为，转换开始部分向R3方向的错位被限制。另外，凸部62的高度被设定成其前端比最外层（这里为第二层）的外周面低，比该层的内周面、即、一层量的内侧的层（这里为第一层）的外周面高。

图14（g）是说明第二层的从第六匝到第七匝的转换的图，方线15被盘绕到第七匝。第七匝的方线15被盘绕成重叠在第一匝的方线15的上侧。另外，这里，因为第二匝比第一匝高，所以，就从第六匝向第七匝的转换而言，没有作为限制部发挥功能的部件，而是继续盘绕第八匝。

图14（h）是说明第二层的从第七匝向第八匝的转换的图。第八匝的方线15被盘绕成重叠在第七匝的方线15上。在从第七匝向第八匝的转换中，因为方线15未被倾斜地盘绕，所以，不必担心错位。另外，如上所述，因为在从第六匝向第七匝的转换中，没有限制错位的部件，所以，在该转换时，存在引起错位的可能性。但是，由于在到第六匝为止被无错位地绕线，所以，作为到第七匝为止的整体的错位的影响小。由此，如图14（g）、14（h）所示，能够盘绕成将第七匝以及第八匝的方线15挤入第七匝的方线15和凸缘60a的间隙。

如上所述，在本实施方式中，集中卷绕线圈8具备以从绕线管6的一端向另一端按顺序形成线圈匝的第一匝行进形态被盘绕的第一层的线圈和以从绕线管6的另一端向一端形成匝的第二匝行进形态被盘绕的第二层的线圈。而且，就绕线管6（将2个分割绕线管6A对合的绕线管）而言，上述绝缘绕线管具有盘绕线圈8的盘绕部61、分别形成在该盘绕部61的两端的凸缘部60a、60b、和在第一以及第二匝行进形态下限制匝转换开始部150的错位的至少一个凸部62。

即、在容易产生错位的位置，例如，在图8、9所示的例中，在与绕线管6的侧面61b的第二匝和第三匝的边界相当的部分设置凸部62。因此，在从第二匝向第三匝转换时以及在匝行进方向相反的从第五匝向第六匝转换时的方线15的错位被凸部37限制。其结果为，在使用了方线15的情况下，能够使绕线形状接近图4所示那样的理想的绕线状态，能够避免匝数的减少。

再有，优选凸部62被形成为其前端位于线圈8的最外层（第二层）的一层量的线圈的外周面位置和内周面位置之间。因为若凸部62的高度过高，则容易成为绕线时的妨碍，所以，优选尽可能低。由此，在本实施方式中，通过将凸部62的高度设定成比最外层的线圈的外周面低，且比其内周面（即、一个内侧的层的外周面）高，兼顾确实的防止错位和绕线作业的容易性。

图15（a）是表示第一层的绕线结束时的绕线状态的图，图15（b）是表示第三层的绕线结束时的绕线状态的图。在本实施方式中，通过设置凸部62，方线15以理想的绕线状态被盘绕。在线圈端侧，如图15（a）所示，在第一匝的匝转换部和第二匝的匝转换部之间以及第二匝的匝转换部和第三匝的匝转换部之间形成间隙47。另外，在第二层中，也如图15（b）所示，在被配置成隔着凸部62的第五～第七匝的每一个之间形成间隙47。在由符号C表示的部分，第一层的间隙47和第二层的间隙47上下重叠。通过空气、油（用于冷却、润滑的油）在该间隙47中流过，与单纯地被紧贴绕线的方线线圈相比，冷却性能提高。

图16是将图15（b）所示的最终的绕线状态下的分割芯在相对于定子轴方向垂直的面剖开的图。从该剖视图可知，通过设置凸部62，在绕线管侧面侧也形成间隙48。由此，表面彼此并未紧贴而是露出的部分的线圈表面积增大。通过空气、油流过该间隙48，与线圈端的间隙47的效果同样，线圈的冷却效果提高，能够减小旋转电机的阻力损耗。

另外，在图11（a）中，在分割绕线管6A的两者的侧面61b上形成了凸部62，但是，如图11～14的绕线顺序中说明的那样，仅图示右侧的凸部62就有助于对方线15错位的限制。由此，在为图11～14所示那样的绕线形态的情况下，也可以省略图示左侧的凸部62。

在绕线管6（分割绕线管6A）中，在两方的侧面61b设置凸部62的理由如下。在图1所示的例中，设置了12个分割芯4的线圈8的绕线方向在邻接的分割芯4彼此为反方向。即、在图11～14所示的例中，从齿前端侧看为逆时针盘绕，但在与该分割芯4邻接的分割芯4中，线圈8被顺时针盘绕。由此，在本实施方式中，为了使同一形状的分割绕线管6A对正卷、反卷哪种分割芯4都能够适用，而在两方的侧面61b上形成凸部62。

当然，在构成为相对于绕线方向为顺时针的分割芯4和为逆时针的分割芯4，分别形成专用的分割绕线管6A的情况下，只要仅在需要进行错位限制的一方的侧面61b形成凸部62即可。

另外，由于凸部62是限制方线15的匝转换开始部150（参见图5（b））的错位的部件，所以，设置在图9的端面61a和侧面61b的边界附近最有效。另外，在图9所示的分割绕线管6A中，从与端面61a的边界附近延伸到侧面61b的下端。即、在使2个分割绕线管6A为一体的绕线管6中，凸部62遍及侧面61b的长边方向整体延伸，但是，也可以仅在形成匝转换部15a的端面侧的近傍设置凸部62。

另外，若在每1匝设置凸部62，则能够使绕线形状成为理想的形状，但是，并非必须做成这样的结构。因为能够将在往复匝中错位的部位减少凸部62的数量，所以，能够使绕线形状更接近理想形状。另外，例如，如图17所示，在第一层为3匝，凸部62为1个的情况下，在第一层的从第一匝向第二匝转换时、第二层的从第五匝向第六匝转换时容易产生错位。

但是，在像图14（a）所示的第六匝、第七匝的情况那样，通过盘绕成将方线15挤入已被盘绕的方线15和凸部62或者凸缘10a之间，能够绕线成理想的形状。另外，如图11（a）所示，通过设置凸部62和阶梯601～604这两者，与高度比方线15的高度小的台阶并用，能够将凸部62的数量抑制得小，且使绕线形状做成大致理想形状。

另外，在上述的实施方式中，以二层卷绕的线圈8为例进行了说明，但是，并不限于二层卷绕，在三层以上的情况下，也能够同样适用。另外，在第一层的匝数多的情况下，也可以像图18所示那样，设置2个以上凸部62。在图18所示的例中，设置有2个凸部62，通过形成阶梯601～606，在凸部62间、凸部62和凸缘60a、60b之间设置有台阶。该台阶具有与图11（a）的情况的台阶同样的效果。

另外，上面的说明仅仅是一例，在解释发明时，丝毫不受上述实施方式的记载事项和权利要求书的记载事项的对应关系限定和约束。

Claims (3)

1.一种旋转电机，所述旋转电机包括：

定子，其具有被配置成圆形的多个分割芯、被装配在该分割芯上的绝缘绕线管、以及在该绝缘绕线管上盘绕矩形截面电线而成的集中卷绕线圈；和

相对于上述定子旋转自由地被配置的转子，

所述旋转电机的特征在于，

上述分割芯具有轭铁和被形成为从上述轭铁突出且装配着上述绝缘绕线管的齿，

上述集中卷绕线圈交替地层叠以从上述绝缘绕线管的一端到另一端按顺序形成线圈匝的第一匝行进形态被盘绕的一层量的线圈和以从上述绝缘绕线管的另一端到一端形成匝的第二匝行进形态被盘绕的一层量的线圈，

上述绝缘绕线管具有：盘绕上述集中卷绕线圈的盘绕部、分别形成在该盘绕部的两端的凸缘部、和在上述第一以及第二匝行进形态下限制匝转换开始部的错位的至少一个凸部，

上述凸部被形成为其前端位于构成上述多个层的集中卷绕线圈的最外层的一层量的线圈的外周面位置和内周面位置之间。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

上述凸部设有一个，在上述凸缘部的每一个和上述凸部之间分别形成台阶尺寸比上述电线的层叠方向厚度小的台阶。

3.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

在上述凸缘部之间并列设置多个上述凸部，在上述凸缘部和与之邻接的凸部之间以及被并列设置的上述凸部之间分别形成台阶尺寸比上述电线的层叠方向厚度小的台阶。