CN104094502A - 旋转电机 - Google Patents

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CN104094502A CN201380007970.8A CN201380007970A CN104094502A CN 104094502 A CN104094502 A CN 104094502A CN 201380007970 A CN201380007970 A CN 201380007970A CN 104094502 A CN104094502 A CN 104094502A
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Abstract

本发明提供能够确保线圈端缘与壳体或者箱体的内壁之间的绝缘性的旋转电机。旋转电机具备定子(230)，该定子(230)具有：定子铁心(232)，其具有在周向上排列的多个槽(24)；以及定子绕组(238)，其由具备绝缘被膜且剖面呈矩形的导体形成，并插入到所述槽(24)，所述定子绕组(238)具有设置在所述定子(230)的径向外侧的第一片段转移折弯部(241a)与设置在所述定子的径向内侧的第二片段转移折弯部(242a)，第一片段转移折弯部(241a)的层转移折弯部角度(θ1)比第二片段转移折弯部(242a)的层转移折弯部角度(θ2)大。

Description

旋转电机
技术领域
本发明涉及一种旋转电机。
背景技术
在车辆驱动中使用的旋转电机要求小型化、高输出化。因此，出于占空因数、输出提高的目的而使用扁线。作为该情况下的绕组方式，有使用扁线片段的绕组方式。
在该绕组方式中，将成形为U字状的扁线插入到定子铁心，在周向上分别捻合从定子铁心突出的扁线直线部，由此进行不同的槽的与扁线之间的连接。使用螺栓将具有螺栓通孔的定子芯材直接安装于电动机壳体或者变速器箱体的情况、将定子热装于壳体的情况下，壳体或者箱体的内壁与位于定子芯材两端的线圈端缘靠近。在这样的情况下，有时在扁线与壳体或者箱体的内壁之间的绝缘性方面产生问题。
在日本特开2006-149049号公报(专利文献1)中记载有一种车辆用旋转电机，在该车辆用旋转电机中，小片段所包含的转弯部具有使导体线材在径向上错开有与该小片段的径向宽度几乎相同的长度的第一弯曲部，大片段的转弯部具有使导体线材在径向上错开有与所述小片段的径向宽度的2倍的值和所述大片段的径向宽度相加后的值几乎相同的长度的弯曲部。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-149049号公报
发明概要
发明要解决的课题
在专利文献1中记载有在以使片段重叠的方式使用的情况下防止线圈端缘在径向上鼓起的车辆用旋转电机，但没有记载线圈端缘与壳体或者箱体之间的绝缘性。
另外，在现有的扁线定子中，对于在定子芯材开设有螺栓孔从而将定子芯材直接安装于壳体或者箱体的方式，存在壳体或者箱体与线圈端缘靠近而无法确保足够的绝缘性的情况。
发明内容
对此，本发明的课题在于提供能够确保线圈端缘与壳体或者箱体的内壁之间的绝缘性的旋转电机。
解决方案
为了解决所述课题，例如采用权利要求书所记载的结构。本申请包含多个解决所述课题的手段，列举其中一例，旋转电机具备定子，该定子具有定子铁心和定子绕组，所述定子铁心具有在周向上排列的多个槽；所述定子绕组由具备绝缘被膜且剖面呈矩形的导体形成，并插入到所述槽，其中，所述定子绕组具有设置在所述定子的径向外侧的第一片段转移折弯部与设置在所述定子的径向内侧的第二片段转移折弯部，第一片段转移折弯部的层转移折弯部角度比第二片段转移折弯部的层转移折弯部角度大。
发明效果
根据本发明，能够提供能确保线圈端缘与壳体或者箱体的内壁之间的绝缘性的旋转电机。
上述以外的课题、结构以及效果由以下实施方式的说明得以明确。
附图说明
图1是搭载有实施例1的旋转电机的混合动力型电动汽车的简要结构图。
图2是图1的旋转电机的剖视图。
图3是示出图2的定子以及转子的剖视图。
图4是示出图2的定子的立体图。
图5是示出扁线、中性线端部的端部剥离方法的图。
图6是从轴向垂直地观察图2的定子时的图。
图7是示出现有的定子绕组形状的图。
图8是从轴向观察本发明的定子绕组形状时的图。
图9是示出本发明的定子绕组形状的图。
具体实施方式
以下，使用附图对实施例进行说明。
(第一实施例)
如以下说明那样，本实施例的旋转电机使用能够实现高输出、小型化的扁线，因此，例如适合用作电动汽车的行驶用电动机。本发明的旋转电机也能够应用于仅利用旋转电机而行驶的纯粹的电动汽车、由发动机和旋转电机这两者驱动的混合动力汽车。以下，以混合动力汽车为例进行说明。
如图1所示，在混合动力汽车的车辆100中安装有发动机120、第一旋转电机200、第二旋转电机202以及高电压的蓄电池180。
蓄电池180由锂离子电池或者镍氢电池等充电电池构成，输出250伏～600伏或者600伏以上的高电压的直流电。蓄电池180在需要旋转电机200、202所产生的驱动力的情况下向旋转电机200、202供给直流电，在再生行驶时从旋转电机200、202供给直流电。蓄电池180与旋转电机200、202之间的直流电的交接借助功率转换装置600来进行。
另外，虽未图示，但在车辆安装有供给低电压功率(例如14伏系功率)的电池。
发动机120以及旋转电机200、202所产生的转矩经由变速机130与差速齿轮160而传递至前轮110。
由于旋转电机200、202大致同样地构成，因此，以下，以旋转电机200为代表进行说明。
如图2所示，旋转电机200具有壳体212和保持在壳体212的内部的定子230，定子230具备定子铁心232与定子绕组238。转子250以与定子铁心232隔开空隙222的方式可旋转地保持在定子铁心232的内侧。转子250具备转子铁心252、永久磁铁254以及非磁性体的挡板226，转子铁心252固定于圆柱状的轴体(旋转轴体)218。需要说明的是，将沿着该旋转轴的方向称作“轴向”，将以旋转轴作为中心的旋转方向称作“周向”，将从旋转轴朝向周围的放射方向(例如图3中的从旋转轴朝向永久磁铁254的方向)称作“径向”。
壳体212具有设置有轴承216的一对端缘托架214，轴体218由所述轴承216保持为旋转自如。在轴体218上设置有用于检测转子250的极的位置、旋转速度的解析器224。
图3是图2的A-A剖面。在图3中省略壳体212、定子绕组238的记载。在图3中，在定子铁心232的内周侧，多个槽24与齿236在整周的范围内均匀地配置。在槽24内设置有槽绝缘部(省略图示)，且装配有构成定子绕组238的u相～w相的多相绕组。在本实施例中，采用分布绕法作为定子绕组238的卷绕方法。
需要说明的是，在图3中并没有对所有的槽以及齿标注附图标记，作为代表仅在一部分齿与槽标注了附图标记。
分布绕法指的是以相绕组收纳在横跨多个槽24的分离的两个槽内的方式将相绕组卷绕于定子铁心232的绕组方式。在本实施例中，由于采用分布绕法作为绕组方式，因此形成的磁通分布接近正弦波状，容易获得磁阻转矩。因此，能够有效利用磁场削弱控制、磁阻转矩来进行从低旋转速度到高旋转速度的大转速范围的控制，适于获得电动汽车等的电动机特性。
在转子铁心252贯穿设置有矩形的孔253，永久磁铁254a、254b(以下以254为代表)嵌入孔253，并利用粘合剂等固定于该孔253。孔253的周向上的宽度设定为比永久磁铁254的周向的宽度大，在永久磁铁254的两侧形成有磁隙256。磁隙256可以填入粘合剂，也可以利用成型树脂与永久磁铁254凝固成一体。永久磁铁254作为转子250的场磁极而发挥作用。
永久磁铁254的磁化方向朝向径向，每个场磁极的磁化方向的方向相反。即，若永久磁铁254a的定子侧的面是N极，轴侧的面是S极，则相邻的永久磁铁254b的定子侧的面是S极，轴侧的面是N极。并且，这些永久磁铁254a、254b在周向上交替配置。在本实施例中，各永久磁铁254等间隔地配置有8个，转子250形成为8极。
在转子铁心252的内周面以规定间隔突出设置有键255。另一方面，在轴体218的外周面凹陷设置有键槽261。键255以间隙配合嵌合于键槽261，从转子250向轴体218传递转矩。
永久磁铁254可以在磁化后嵌入转子铁心252，也可以在磁化前插入到转子铁心252中，之后交予强磁场来进行磁化。磁化后的永久磁铁254是强力的磁铁，若在将永久磁铁254固定于转子250之前对磁铁进行充磁，则在固定永久磁铁254时，在永久磁铁254与转子铁心252之间产生强吸引力，该吸引力成为作业的阻碍。另外，有可能因强吸引力而在永久磁铁254上附着铁粉等废物。因此，将永久磁铁254插入转子铁心252后磁化的情况能提高旋转电机的生产性。
需要说明的是，在以上说明中，旋转电机200、202这两者基于第一实施例，但也可以是仅其中一个旋转电机200或者旋转电机202采用第一实施例，另一个采用其他结构。
图4是图2、图3所示的定子230的立体图。定子绕组238是扁线，在本实施例中，预先使用模具等将扁线成形为U字部(转弯部)240，从轴向插入到具备槽绝缘部235的定子铁心232。此时，向横跨多个槽24的分离的两个槽插入直线部。需要说明的是，图4是焊接侧线圈端缘239b加捻成形后的图，引出线以及中性线等未图示并省略。
所述实施例仅是一例，也存在其他方法。例如，利用滚子将线圈输送规定的距离，在确定的位置使用销等折弯成规定的角度。通过反复进行该操作，能够得到与利用所述模具成形而成的线圈形状相同的形状。在成形后，与上述相同地从轴向将直线部插入到定子铁心232中的槽24。在该情况下，不利用模具使定子绕组238的U字部240成形，通过利用销等进行折弯而成形。
在本实施例中，利用图5所示的冲压机除去线圈端缘239b顶端部的绝缘皮膜。皮膜的除去方法除了图5所示的方法以外还存在几种使用化学试剂的方法等，在本实施例中叙述基于压力机构的剥离方法。
如图5所示，对于在本实施例中进行的剥离方法，使成形为U字的扁线273或者成形前的扁线273穿过用于在剥离时固定位置的引导件270。在引导件270的末端设置有上模271与下模272，通过向下按压上模271来除去扁线273的包含导体部在内的绝缘皮膜，从而形成剥离部。在该情况下，剥离部比具备绝缘皮膜的非剥离部细。
图6示出从径向观察定子230时的图。如该图所示可知，外侧排列绕组241从定子铁心232突出，随着朝向折回侧线圈端缘239a的U字部240而向径向外侧扩大。这是为了通过抑制折回侧线圈端缘239a的轴向高度来确保线圈间的缝隙而实施的。
另外，焊接侧线圈端缘239b在图6中也在径向上扩大，这基于与所述相同的考虑。但是，在能够充分确保轴向高度以及线圈间缝隙的情况下，两个线圈端缘都不必一定在径向上扩大。
如上所述，在多数情况下，折回侧线圈端缘239a的U字部240在径向上扩大，尤其是外侧排列绕组241比内侧排列绕组242向径向外侧扩大。
定子230通常安装于外壳、变速器箱体等。安装方法有热装定子铁心232的方法、在定子铁心232设置螺栓通孔并直接拧紧螺栓的方法等。在以此方式安装于外壳等的情况下，如图2所示，壳体内壁与线圈端缘239彼此接近。
尤其是在壳体内壁与外侧排列绕组241最接近而无法确保足够的距离的情况下，有时会在其绝缘性方面产生问题。
为了解决所述的问题，增大接近外侧排列绕组241的外壳内径即可，但存在过度增大外壳外径的可能性。尤其是在空间受限的混合动力汽车用的旋转电机等中，存在与其他部件干涉的可能性。
如图7所示，对于现有的外侧排列绕组241，内侧排列绕组242和外侧排列绕组241的两个片段转移折弯部241a、242a的中心线2410a、2420a与两个绕组的中心线B所成的角度(层转移折弯部角度)θ1、θ2相同。在该情况下，内侧排列绕组242与外侧排列绕组241的片段转移折弯部241a、242a的绝缘强度大致相等。
比较此时的线圈间的缝隙，由于外侧排列绕组241位于径向外侧，因此外侧排列绕组241的线圈间的缝隙比内侧排列绕组242的线圈间的缝隙多，但在考虑到绝缘性的情况下，只要能够确保与内侧排列绕组242相同的缝隙即可。
如图8所示，本发明的特征在于，与内侧排列绕组242的层转移折弯部角度θ2相比，外侧排列绕组241的层转移折弯部角度θ1更大。由此，能够使外侧排列绕组241的片段转移折弯部241a的绝缘强度比内侧排列绕组242的片段转移折弯部242a高。
因而，能够提高最接近外壳内壁的外侧排列绕组241的绝缘强度，因此能够降低在外壳内壁与外侧排列绕组241之间的绝缘性方面产生问题的可能性。
然而，增大层转移折弯部角度θ1会导致外侧排列绕组241彼此的线圈间的缝隙不均匀。因此，如图9所示，能够通过使片段转移部中心280与插入到槽的脚部彼此之间的脚部间中心281的位置错开来对线圈间的缝隙进行微调。另外，使片段转移部中心280与U字部顶点位置282的位置错开也能够获得相同的效果。
在图9中，作为与脚部彼此之间的脚部间中心281或者与U字部顶点位置282错开位置的片段转移部中心280，例示了外侧排列绕组241，但也可以使内侧排列绕组242的片段转移部中心错开。
需要说明的是，前述的内侧排列绕组242与外侧排列绕组241的中心线B是将内侧排列绕组242与外侧排列绕组241的各个脚部彼此之间的脚部间中心281连结起来的线。
通过应用上述内容，能够设定形成与内侧排列绕组242相等的线圈间缝隙的层转移折弯部角度θ1。由此，能够使层转移折弯部角度θ1比层转移折弯部角度θ2大，能够提高外侧排列绕组241与壳体内壁之间的绝缘性。此外，由于能够使外侧排列绕组241的线圈间的缝隙与内侧排列绕组242相等，因此绕组间的绝缘性不会降低。
在以上说明中图示了各个绕组，但绕组形状不受任何限定。
以上，以车辆驱动用的电动机为例进行了说明，但本发明不局限于车辆驱动用，也能够应用于各种电动机。此外，并不局限于电动机，本发明也能够应用于发电机等各种旋转电机。另外，本发明并不限定于上述实施例，包含各种变形例。例如，为了浅显地说明本发明而详细说明了所述实施例，但并不限于必须具备所说明的全部结构。即，能够将某实施例的结构的一部分替换为其他实施例的结构，另外，也能够在某实施例的结构的基础上添加其他的实施例的结构。此外，能够对各实施例的结构的一部分进行其他的结构的追加、删除、替换。
附图标记说明如下：
24   槽
100  车辆
110  前轮
120  发动机
130  变速机
160  差速齿轮
180  蓄电池
200、202  旋转电机
212  壳体
214  端缘托架
216  轴承
218  轴体
222  空隙
224  解析器
226  挡板
230  定子
232  定子铁心
235  槽绝缘部
236  齿
238  定子绕组
239  线圈端缘
240  U字部
241  外侧排列绕组
242  内侧排列绕组
250  转子
252  转子铁心
253  孔
254  永久磁铁
255  键
256  磁隙
261  键槽
270  引导件
271  上模
272  下模
273  扁线
280  片段转移部中心
281  脚部间中心
282  U字部顶点位置
600  功率转换装置
θ1、θ2  层转移折弯部角度

Claims (6)

1.一种旋转电机，该旋转电机具备定子，该定子具有定子铁心和定子绕组，所述定子铁心具有在周向上排列的多个槽；所述定子绕组由具备绝缘被膜且剖面呈矩形的导体形成，并插入到所述槽，其中，
所述定子绕组具有设置在所述定子的径向外侧的第一片段转移折弯部与设置在所述定子的径向内侧的第二片段转移折弯部，
第一片段转移折弯部的层转移折弯部角度比第二片段转移折弯部的层转移折弯部角度大。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
所述第一片段转移折弯部或者所述第二片段转移折弯部的层转移折弯部的弯折中心与插入到槽的各片段的脚部彼此之间的中心不同。
3.根据权利要求1所述的旋转电机，其中，
所述第一片段转移折弯部或者所述第二片段转移折弯部的层转移折弯部的弯折中心与U字部顶点的位置不同。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其中，
所述定子绕组利用模具而成形。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其中，
所述定子铁心具有供螺栓穿过的孔，并利用螺栓安装在壳体或者箱体上。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的旋转电机，其中，
所述定子铁心被热装于壳体或者箱体。
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