CN103929000B - 用于旋转电机绕组的集合导线和旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于旋转电机绕组的集合导线和旋转电机。用于旋转电机绕组的集合导线（30）包括成束的多根线（32），该多根线被沿着集合导线的周向方向扭转，并且该多根线被以预定间隔焊接到一起。

Description

用于旋转电机绕组的集合导线和旋转电机

技术领域

本发明涉及一种由捆束到一起的多根线形成的用于旋转电机绕组的集合导线，和一种旋转电机。

背景技术

日本专利申请公报No.2009-199749（JP2009-199749A）例如描述了通过如下步骤的集合导线的制造：首先通过扭转每一根利用绝缘层涂覆的多根线而形成多股线，并且在这种状态中，通过使用成型模成型而将多股线的截面压缩模塑成预定形状，然后利用比每一根线的绝缘层更厚的绝缘层涂覆多股线的表面。

发明内容

当弯曲在JP2009-199749A中描述的集合导线从而作为用于旋转电机的定子线圈缠绕它（即，集合导线）时，弯曲曲率是大的，从而形成多股线的线可能分开并且最外绝缘层可能因此断裂。

当金属材料被用作外层的涂层从而加强多股线的结合时，将在金属材料层中产生涡流，并且这个涡流将成为当流动时将增加损耗的循环电流，这是有问题的。

在另一方面，当形成集合导线的线通过在适当的位置中焊接而被结合到一起时，经由焊接位置的短接可以延长通过线流动的循环电流的路径并且导致损耗增加。

因此，本发明提供一种用于旋转电机绕组的集合导线，该集合导线既能够抑制由于线被焊接到一起而产生循环电流，又能够抑制线分开。

本发明的第一方面涉及一种用于旋转电机绕组的集合导线。该集合导线包括成束的多根线。该多根线被沿着集合导线的周向方向扭转。该多根线被以预定间隔焊接到一起。在该集合导线中，该预定间隔可以是如下的间隔：该多根线以所述间隔被沿着集合导线的周向方向扭转180度。在该集合导线中，该预定间隔可以是如下的间隔：该多根线以所述间隔被沿着集合导线的周向方向扭转360度。

本发明的第二方面涉及一种旋转电机，包括定子、转子，和包括成束的多根线的集合导线。该多根线被沿着集合导线的周向方向扭转。该多根线被以预定间隔焊接到一起。该集合导线围绕定子或者转子缠绕从而集合导线的焊接部分位于定子的定子芯的槽或者转子的转子芯的槽内侧。

根据本发明的、用于旋转电机绕组的集合导线能够抑制由于线被焊接到一起而产生循环电流，并且抑制线分开。

附图说明

将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点，以及技术和工业意义，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中：

图1是垂直于本发明的集合导线结合到其中的旋转电机的轴向方向的截面视图；

图2是图1所示旋转电机的轴向截面视图；

图3是图1中的部分3A的放大视图；

图4是示意其中形成集合导线的成束线组件被扭转的方式的视图；

图5是示意其中扭转线组件通过经过模具而被形成为矩形截面的方式的视图；

图6是示意其中扭转线组件通过利用辊子从四个侧面挤压成型而被形成为矩形截面的方式的视图；

图7是示意其中布置在槽中的集合导线的扭转起点部分、扭转中心点和相位错部分被布置成位于槽内侧的方式，和其中循环电流的流动方向在扭转中心点处反向的方式的视图；

图8A是其中4（四）对扭转起点部分和相位错部分被设置在槽长度内的实例的视图，其中每一对由一个扭转起点部分和一个相位错部分组成，并且图8B是其中4.5（四对半）对扭转起点部分和相位错部分被设置在槽长度内的实例的视图；并且

图9是示出在槽中的集合导线的位错的数目和循环电流损耗之间的关系的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例（在下文中简单地被称作“示例性实施例”）。在描述时，具体形状、材料、数值和方向等仅仅是实例以便理解本发明，并且可以根据使用、目的和规格等而适当地改变。而且，当描述包括多个示例性实施例或者修改实例等时，起初地意图在于适当组合的、其特征部分的使用。

图1是垂直于是本发明的一个示例性实施例的、用于旋转电机绕组的集合导线应用于此的旋转电机的轴向方向的截面视图。图2是沿着图1所示旋转电机的轴向方向截取的截面视图。

根据该示例性实施例的旋转电机10包括被固定在未示出的外壳内侧的基本筒形定子12，和能够相对于定子12旋转的转子14。在图1和2所示实例中，定子12和转子14被沿着垂直于旋转电机10的轴向方向的径向方向越过预定的小间隙面对面地布置。转子14被布置在定子12的内周侧上。

转子14包括被以可旋转方式支撑的轴15、被固定到轴15的外周表面的转子芯16，和多个永久磁体18，其被沿转子芯16的周向方向布置在转子芯16中。

定子12包括定子芯20，和布置在定子芯20上的多相（诸如三相）线圈22。朝向转子14沿着径向向内突出的多个齿24被沿着围绕轴向方向的周向方向成间隔（即，等距间隔）地布置在定子芯20上。槽26被形成为在沿着周向方向相邻的齿24之间沿着轴向方向延伸。

在图1和2所示实例中，该多个齿24沿其突出的方向匹配径向方向，该多个齿24沿其布置的方向匹配周向方向，并且该多个齿24沿其延伸的方向匹配轴向方向。通过例如通过在齿24之间的槽26围绕齿24利用缠绕方法诸如分布式缠绕来缠绕线圈22，磁极在定子12上形成。

图3是图1中的部分3A的放大视图。图3示出其中形成线圈22的集合导线30被布置在一个槽26中的方式。在图中省略了在沿着周向方向的两侧上的槽中的集合导线。

如在图3中所示，多根（在这个示例性实施例中四根）集合导线30在槽26内侧被布置成沿着径向方向排列。集合导线30被相互紧密接触地容纳在槽26中。未示出的绝缘纸被置入槽26的内侧壁表面和集合导线30之间，从而线圈22被相对于定子芯20绝缘。

每一根集合导线30被形成为多股线，其中由已经捆束到一起的、其每一个被绝缘涂覆的多根（在这个示例性实施例中七根）线32形成的线组件34被沿着集合导线30的周向方向扭转。在线组件34的表面上形成绝缘层36。在这个示例性实施例中，给出了其中线组件34由七根线32形成的实例，但是线32的数目可以适当地改变。

线32可以是任何众所周知的线。例如，线32可以由铜、铝、银、金或者它们的合金等制成。而且，形成线组件34的线32的数目可以适当地改变。而且，线32的截面形状可以是任何形状，诸如圆状、四方形或者六边形等，并且其导线的直径还可以适当地改变。

被用于绝缘层36的绝缘材料可以是任何材料，只要它是通常使用的材料诸如搪瓷材料或者树脂诸如聚酰亚胺树脂或者酰亚胺树脂。而且，用于涂覆线组件34的方法可以是任何方法，只要它是通常被用作绝缘涂覆方法的方法，诸如浸没、电沉积涂覆、氧化物薄膜，或者电镀。

通过一起地扭转其每一个被绝缘涂覆的多根线32，然后使用成型模压缩成型线组件34使得它具有矩形截面而形成集合导线30的线组件34，如在图4到6中所示。以此方式通过一起地扭转线32并且将它们压缩成型而形成线组件34使得该多根线32能够被集成到一起。

任何方法可以被用于压缩成型，只要线组件34的截面被压缩成型为预定形状。例如，如在图5中所示，可以采用拉拔工艺，诸如使用具有四方形模孔42的成型模40的模拉。使用这种拉拔工艺，与线组件34的截面形状无关地，通过使得线组件34流过模孔42，线组件34的截面能够被容易地压缩成型为模孔42的形状。

而且，如在图6中所示，还可以采用使用孔44和辊子46的槽型轧制。使用这种槽型轧制，与线组件34的截面形状无关地，通过使得线组件34经过孔44，线组件34的截面能够被容易地压缩成型为孔44的形状。结果，制造过程能够得以简化，从而能够有效率地制造集合导线30。在此情形中，主要地利用辊子46执行压缩成型，从而形成线组件34的线32将不相对于孔44的内周表面强烈地摩擦，从而每一根线32的绝缘涂层将不易于受到损坏。

在压缩成型之后线组件34的截面形状可以是任何形状，诸如圆状、四方形或者六边形等，但是矩形或者多边形是优选地，这是因为线组件34将被用作线圈22。当集合导线30被布置在槽26中时，以此方式使得线组件34的截面形状为矩形或者多边形使得相邻的集合导线30能够相互表面接触。结果，在相邻的集合导线30之间将不形成任何间隙，从而线圈22的热耗散性质和空间因子能够得以改进。

接着，除了图3，将参考图7到9描述该示例性实施例的集合导线30的扭转方法和焊接。图7是示意其中布置在槽中的集合导线的扭转起点部分、扭转中心点，和相位错部分被布置成位于槽内侧的方式，和其中循环电流的流动方向在扭转中心点处反向的方式的视图。在图7中，定子轴向方向是在其上绘制图7的纸张的竖直方向（即，垂直于在其上绘制图7的纸张的表面的方向），并且在槽26中位于径向最内侧上的集合导线30被示为不带绝缘层36的线组件34。

如在图3和7中所示，线圈22由布置在槽26内侧的多根集合导线30形成。每一根集合导线30由线组件34形成，该线组件34由如上所述捆束到一起的多根扭转和成型的线32构成。在沿着轴向方向经过槽26的该多根线组件34沿着径向方向（即，齿沿其突出的方向）在彼此之上堆叠时，线圈22绕齿24缠绕。在图3中，仅仅沿着周向方向部分地示出槽26和线圈22，但是未示出的部分的结构可以利用与示出的部分相同的结构实现。

每一根集合导线30在槽26外侧电连接。以此方式，布置在每一个槽26中的线圈匝与集合导线30作为单元形成。而且，一根集合导线30被形成为用于每一个线圈匝的构件，并且线圈匝例如通过焊接等而被结合到一起。在图3所示实例中，集合导线30被布置成沿着径向方向排列成四个层。在图3和7所示实例中，四层的集合导线30沿着径向方向排列，但是沿着径向方向排列的集合导线30的数目可以被适当地设定。而且，线圈22并不是必要地必须在槽26外侧由集合导线30形成。

在这个示例性实施例中，如在图7中所示，每一根集合导线30的线组件34在对应于齿24（或者定子芯20）沿着轴向方向的一个端部分的位置中具有扭转起点部分34a，并且在对应于齿24沿着轴向方向的另一个端部分的位置中具有相位错部分34b。在线组件34中，线32被沿着箭头B的方向扭转，并且每一根线32的位置移动到围绕在集合导线30的纵向方向上延伸的中心轴线关于扭转起点部分34a的在相位错部分34b处180度对称的位置。更加具体地，如在图7中所示，在扭转起点部分34a处位于径向最内侧上的线32a由于被沿着集合导线30的周向方向扭转在相位错部分34b处位于径向最外侧上。

当槽26的轴向长度（在下文中被称作“槽长度”）是L时，在线组件34的扭转起点部分34a和相位错部分34b之间的距离基本对应于槽长度L。而且，在距扭转起点部分34a和相位错部分34b这两者大致一半的槽长度L的距离L/2的位置处，线组件34具有扭转中心点34c。在这个扭转中心点34c处，每一根线32的相位从扭转起点部分34a以大致90度沿着箭头B的方向偏移，并且在相位错部分34b处每一根线32的相位关于扭转中心点34c以另一个大致90度沿着箭头B的方向偏移。在此情形中，在扭转起点部分34a和扭转中心点34c之间的距离优选地等于在相位错部分34b和扭转中心点34c之间的距离，但是即便它们不是相同的，也仍然预期将通过消除部分涡流而减小由于循环电流引起的损耗。

而且，利用在这个示例性实施例中的集合导线30，线32在线组件34的相位错部分34b处被焊接到一起。在图7中，这个焊接点35被示意为带有阴影的区段。在这个焊接点35处，线组件34的线32被短接。优选地在线32已经被捆束和扭转之后，但是在执行压缩成型之前以此方式焊接相位错部分34b，但是它（即，相位错部分34b）还可以在执行压缩成型之后被焊接。

此外，在图7所示实例中，除了相位错部分34b处，还在扭转起点部分34a处形成焊接点35。这里，当相位错部分34b被视为线组件34的扭转起点部分时，可以认为扭转起点部分34a对应于相位错部分。因此，扭转起点部分34a的焊接点35还可以是相位错部分的焊接点。

在图7中，仅仅对于在径向最内侧（最靠近转子14）上的集合导线30示出线32的结构，但是可以利用与示出的部分相同的结构实现在未示出的其它集合导线30中的线32的结构。

以此方式，每一根集合导线30在槽26内侧被扭转，从而每一根线32的布置在槽26内侧一次地错位到180度对称的位置。然而，线32的布置可以在同一线圈匝（集合导线30）内侧错位（反相），但是不必在不同的线圈匝（集合导线30）之间错位（反相）。而且，线32的布置可以仅仅在槽26内侧错位，但是不必在槽26外侧错位。

利用旋转电机10，通过使得交流电通过多相的线圈22流动，齿24被顺序地磁化，从而沿着周向方向旋转的旋转磁场在定子12中形成。而且，在定子12中产生的旋转磁场和由转子14的永久磁体18产生的磁场之间的电磁相互作用（吸引和排斥）向转子14施加扭矩（磁扭矩），这使得转子14能够被以可旋转方式驱动。以此方式，能够使得旋转电机10功能用作使得转子14使用供应到线圈22的电力产生动力的电动机。

在另一方面，还能够使得旋转电机10功能用作使得线圈22使用转子14的动力产生电力的发电机。而且，转子14不限于设置有永久磁体18的结构。例如，转子14还可以具有设置有线圈的结构，或者使用磁阻变化引起的磁阻转矩的结构。

当在定子12和转子14之间施加扭矩时，磁通在定子12和转子14之间作用，并且这个磁通沿着径向方向通过齿24流动。然而，当通过齿24流动的磁通变得饱和时，磁通从齿24泄漏出去并且沿着周向方向在相邻的齿24之间（即，通过槽26）流出。特别地，当转子14的扭矩是大的时，通过齿24流动的磁通趋向于变得饱和，从而磁通趋向于沿着周向方向在齿24之间流动。在齿24之间的这个漏通沿着周向方向流过集合导线30（线32）。而且，当在齿24之间通过集合导线30流动的漏通波动时，在每一根线32中产生涡流。结果，在集合导线30中产生循环电流，并且因此，这个循环电流引起的损耗发生。

作为对照，在这个示例性实施例中，集合导线30在槽26中被扭转，并且线32的布置在槽26内的不同的位置中错位。结果，由于在齿24之间的漏通的波动，在线32中产生的涡流的方向也同时地改变，并且考虑槽26内侧的整个轴向方向，涡流将自身抵消。例如，如在图7中所示，在对应于齿24的一端的扭转起点部分34a和扭转中心点34c之间通过线32a流动的涡流48a的方向和在扭转中心点34c和相位错部分34b之间通过线32a流动的涡流48b的方向反向，从而它们相互抵消。这还适用于形成集合导线30的线组件34的其它线32。结果，抑制由于涡流引起的循环电流在集合导线30中产生是可能的，并且因此能够抑制循环电流引起损耗。

此外，对于这个示例性实施例的每一根集合导线30，线32在相位错部分34b处被焊接到一起。当集合导线30通过在槽26外侧弯曲而被形成为线圈22时，通过在相位错部分34b（和34a）处焊接线32而防止或者抑制了线32分开。结果，集合导线30的最外绝缘层36将不被已经分开的线32裂开，从而绝缘性质将不降低。

在以上说明中，扭转起点部分34a和相位错部分34b这两者均被焊接，但是本发明不限于此。即，该结构还可以是这两者中的仅仅一个被焊接的结构。例如，在扭转起点部分34a和相位错部分34b中，可以仅仅槽26外侧的弯曲曲率在此处最大的那一侧被焊接。

图8A是其中4（四）对扭转起点部分34a和相位错部分34b被设置在槽长度L内的实例的视图，其中每一对由一个扭转起点部分34a和一个相位错部分34b组成，并且图8B是其中4.5对（四对半）扭转起点部分34a和相位错部分34b被设置在槽长度L内的实例的视图。在图8A和8B中，被焊接的相位错部分34b由符号X示意并且是涡流的流动方向在此处反向的边界的扭转中心点34c由符号O示意。

对于图8A所示集合导线30，四对扭转起点部分34a和相位错部分34b被设置在槽长度L内。当以此方式设置多对扭转起点部分34a和相位错部分34b时，第一对的相位错部分34b对应于下一对的扭转起点部分34a。这里，相对于扭转起点部分34a在相位错部分34b处线32的相位错角度可以由180度×N（其中N是整数）表达。

以此方式，能够通过在槽26内侧的集合导线30中设置该多对扭转起点部分34a和相位错部分34b而抑制由于循环电流引起的损耗，并且能够通过在相位错部分34b处焊接线32而抑制线32分开。而且，通过线32循环的闭环电流变得更小，从而由于循环电流引起的损耗能够更加有效地抑制。这里，线32由于在相位错部分34b处焊接而短接，但是涡流的流动方向在相位错部分34b沿着轴向方向的两侧上反向（或者成为不在此处产生涡流的部分），从而该闭环将不由于焊接点35而变得更长，并且因此由于循环电流引起的损耗将不增加。

对于图8B所示集合导线30，4.5对（四对半）扭转起点部分34a和相位错部分34b被设置在槽长度L内。即便以此方式扭转起点部分34a和相位错部分34b的对数不是整数倍的，也仍然利用在扭转起点部分34a和扭转中心点34c之间的线32和在扭转中心点34c和相位错部分34b之间的线预期涡流消除效果，从而由于循环电流引起的损耗能够受到抑制。

如在图8A和8B中所示，当相位错部分34b在集合导线30中处于多个位置中时，可以在每隔一个的相位错部分34b处执行焊接。相应地，其中每一根线32的相位已经改变360度的每隔一个的相位错部分34b将被焊接，从而焊接点将更少，因此使得制造更加容易，这是有利的。可替代地，可以仅仅焊接靠近槽26的轴向端部分定位的或者相位错部分34b或者扭转中心点34c。这是因为，这种部分是当弯曲集合导线30以形成线圈时在此处线32特别趋向于分开的位置。

图9是示出在槽中的集合导线的位错的数目和循环电流损耗之间的关系的曲线图。在图9中，水平轴线代表位错的数目（N）并且竖直轴线代表循环电流损耗（p.μ.）。如在图中所示，显然当180度位错的数目是整数倍时，集合导线30的循环电流为零。而且，即便位错的数目不是整数倍，例如诸如在图8B中所示的4.5，循环电流通过其流动的闭环也随着槽26中的位错的数目变得更大而变得更小，从而循环电流损耗也据此而变得更小。

根据本发明的、用于旋转电机绕组的集合导线不限于该示例性实施例或者其修改实例，而是可以在专利权利要求的范围和等价于该范围的含义内被以各种方式中的任何一种改进或者修改。

例如，线32的布置并不是必要地必须对于沿着径向方向排列的全部集合导线30在槽26中逆相。例如，线32的布置可以仅仅对于在距转子14的距离在此处为近距离的径向内侧上（即，在齿的顶端侧上）的集合导线30被扭转并且在齿24之间错位，并且线32的布置对于在更加远离转子14的径向外侧（即，齿根侧）上的集合导线30在齿24之间可以不被扭转。

而且，在以上说明中，沿着集合导线的线组件的轴向方向位于端部分上的扭转起点部分34a和相位错部分34b位于槽26内侧，但是它们还可以位于槽26外侧。

而且，在以上说明中，描述了其中以分布式缠绕将线圈22缠绕在齿24上的情形，但是还可以利用除了分布式缠绕之外的缠绕方法将线圈22缠绕在齿24上。例如，线圈22还可以以集中式缠绕来缠绕在齿24上。

而且，在以上说明中，描述了其中集合导线被应用于定子线圈的情形，但是集合导线还可以被应用于围绕转子缠绕的线圈。

此外，在以上说明中，描述了其中本发明被应用于径向类型旋转电机的情形，但是本发明还可以被应用于轴向类型旋转电机。

Claims (2)

1.一种用于旋转电机绕组的集合导线(30)，包括：

成束的多根线(32)，其中，所述多根线中的每一根线在其一个端部分处具有扭转起点部分(34a)，并且所述多根线中的每一根线在其另一个端部分处具有相位错部分(34b)，在所述相位错部分(34b)处，所述多根线中的每一根线的另一个端部分的位置移动到关于所述扭转起点部分(34a)围绕在所述集合导线的纵向方向上延伸的中心轴线180度对称的位置，所述多根线中的每一根线的另一个端部分的位置通过将所述多根线在所述集合导线的周向方向上扭转而移动到所述围绕在所述集合导线的纵向方向上延伸的中心轴线180度对称的位置，并且

所述多根线在所述相位错部分处被焊接到一起。

2.一种旋转电机(10)，包括：

定子(12)；

转子(14)；和

集合导线(30)，所述集合导线(30)包括成束的多根线(32)，其中，所述多根线中的每一根线在其一个端部分处具有扭转起点部分(34a)，并且所述多根线中的每一根线在其另一个端部分处具有相位错部分(34b)，在所述相位错部分(34b)处，所述多根线中的每一根线的另一个端部分的位置移动到关于所述扭转起点部分(34a)围绕在所述集合导线的纵向方向上延伸的中心轴线180度对称的位置，所述多根线中的每一根线的另一个端部分的位置通过将所述多根线在所述集合导线的周向方向上扭转而移动到所述围绕在所述集合导线的纵向方向上延伸的中心轴线180度对称的位置，并且所述多根线在所述相位错部分处被焊接到一起，

其中，所述集合导线被缠绕在所述定子或所述转子上，使得所述集合导线的焊接部分位于所述定子的定子芯的槽的内侧或者所述转子的转子芯的槽的内侧。