CN104205575B - 旋转电机的定子结构 - Google Patents

Abstract

在构成旋转电机(10)的定子(12)中，U字状的第一分割导体(30)及第二分割导体(32)配置在插槽(34、34a)中。该第一分割导体(30)的一对直线部(22a、22b)的间距比第二分割导体(32)中的一对直线部(24a、24b)的间距设定得大。并且，第二分割导体(32)配置在第一分割导体(30)的内侧、即定子铁心(14)侧。

Description

旋转电机的定子结构

技术领域

本发明涉及作为电动机或发电机而进行动作的旋转电机的定子结构，更详细地说，涉及具有收纳在定子的插槽中且产生旋转磁场的导电构件的旋转电机的定子结构。

背景技术

一直以来，公知有一种旋转电机，其具有形成为圆环状的定子、以旋转自如的方式向该定子的中心部插入的转子，通过卷绕于所述定子的插槽的线圈来产生旋转磁场，使所述转子旋转。

上述的旋转电机的定子例如国际公开第2011/055438号小册子所公开的那样，具有将圆环状的定子分割成多个而得到的扇形的分割定子铁心，通过将所述分割定子铁心组装成环状来构成定子。在分割定子铁心上分别形成有齿，在由所述齿构成的插槽中例如装配矩形导体(日语：平角尊体)，通过使所述矩形导体成环而进行电连接。

另外，在各插槽中装配矩形导体之后，以使各分割定子铁心成为圆环状的方式从外周侧朝向内周侧组装，并在其外周部位设置圆环状的壳体，从而将所述分割定子铁心一体地保持。

发明的概要

在上述的国际公开第2011/055438号小册子的旋转电机中，由于将多个分割定子铁心相互组装而构成定子，因此在相互的分割面产生残留应力，伴随于此，导磁率降低，因此产生损失。另外，在分割定子铁心与壳体之间也同样产生损失。

而且，由于通过组装多个分割定子铁心来构成定子，因此在所述定子的内径上产生偏差。因而，需要考虑该偏差而预先较大地设定定子与向定子铁心的内部插入的转子的间隙，其结果是，导致包含定子铁心的旋转电机的大型化，并且阻碍该旋转电机的性能提高。

发明内容

本发明的通常目的在于提供一种旋转电机的定子结构，其通过抑制线圈相对于定子铁心的跨接高度来实现小型化，且同时通过减少损失来实现性能的提高。

本发明提供一种旋转电机的定子结构，该旋转电机具备：定子铁心，其为具有多个插槽的圆环状，且至少将两个以上的所述插槽一体地形成；以及线圈，其设置在所述插槽内，所述旋转电机的定子结构的特征在于，

所述线圈由形成为U字状的分割导体构成，该分割导体跨所述定子铁心中的两个插槽而配置，该分割导体为第一分割导体和第二分割导体，

该第一分割导体的所述两个插槽之间的间距大，

该第二分割导体与所述第一分割导体为同一相，相对于该第一分割导体而言，所述间距小，

在所述定子铁心的跨接部中，在配置所述第一分割导体的所述间距内配置所述第二分割导体。

根据本发明，在为圆环状且至少将两个以上的所述插槽一体地形成的定子铁心中，具备形成为U字状且跨该定子铁心中的两个插槽而配置的第一分割导体及第二分割导体，所述第一分割导体的所述两个插槽间的间距形成得大，相对于该第一分割导体而言，所述第二分割导体的所述间距形成得小。

因此，不用形成为将定子铁心至少按插槽分割的分割结构，就能够在所述定子铁心的跨接部中可靠且容易地组装形成为U字状的第一分割导体及第二分割导体，因此能够抑制在采用分割结构的定子铁心的情况下担心的损失。其结果是，通过防止因该损失引起的输出降低，能够实现旋转电机的输出提高。另外，由于第一分割导体及第二分割导体为同一相，因此对于所述第二分割导体而言，能够在配置所述第一分割导体的间距内将第二分割导体接近配置。其结果是，在定子铁心的跨接部中，能够抑制第一分割导体及第二分割导体向定子铁心的轴向的跨接高度(体积)，能够使包含所述定子铁心的旋转电机的沿着轴向的厚度小型化。

附图说明

图1是表示在本发明的实施方式的构成旋转电机的定子中将构成导电体的第一分割导体及第二分割导体向上方取出后的状态的外观立体图。

图2是图1所示的第一分割导体及第二分割导体的外观立体图。

图3是表示将图1的第一分割导体及第二分割导体分别装配于定子铁心的插槽中的状态的放大立体图。

图4是表示在图3的定子铁心的插槽中装配有第一分割导体及第二分割导体的状态的剖视图。

图5是从第一连接部及第二连接部侧观察图4的第一分割导体及第二分割导体所得到的立体图。

图6是表示在定子中相邻配置的多个第一分割导体及第二分割导体的连接状态的示意图。

图7是表示向图1的旋转电机中的导电体供给的电流与从转子输出的转矩的关系的特性线图。

图8是表示构成图1的旋转电机的转子的转速与损失的关系的特性曲线图。

具体实施方式

该旋转电机10例如是3相交流无刷式电动机，如图1所示，具有圆环状的定子12。在该定子12的内部穿过有旋转自如的未图示的转子，旋转电机10基于从未图示的电力源分别经由未图示的U相端子、V相端子及W相端子而供给的电力，对所述转子进行旋转驱动。

该定子12包括：圆环状的定子铁心14；从所述定子铁心14向内径侧突出而形成的齿16；相对于所述齿16设置在外周侧的装配于插槽34中的多个导电体(线圈)18。

定子铁心14通过将多个钢板沿轴向(箭头A1、A2方向)层叠并利用沿周向等间隔分离的多个紧固销20向该轴向(箭头A1、A2方向)一体地紧固而形成。需要说明的是，定子铁心14没有限定为以圆环状的一体形状形成的情况，例如，也可以为将一体地设有至少相邻的两个以上的插槽34的多个分割体组装而构成的分割结构的定子铁心。

如图1～图5所示，导电体18例如形成为将截面长方形形状的矩形导体板折弯而成的大致U字状，其由第一分割导体30及第二分割导体32构成，该第一分割导体30及第二分割导体32分别具有一对直线部22a、22b、24a、24b、将该直线部22a、22b、24a、24b的一端部彼此连接的顶部26、28。第一分割导体30及第二分割导体32以成为同一相(例如，U相彼此、V相彼此、W相彼此)的方式分别与U相端子、V相端子及W相端子中的任一个连接。

在该第一分割导体30及第二分割导体32中，一方的直线部22a、24a与另一方的直线部22b、24b相互分离规定间隔而大致平行地形成，且分别相对于定子铁心14的插槽34插入。需要说明的是，插槽34沿着定子铁心14的周向每隔等间隔设置有多个，并且沿着该定子铁心14的轴向(箭头A1、A2方向)贯通而形成。

该直线部22a、22b、24a、24b的沿着其轴向(箭头A1、A2方向)的长度比定子铁心14的沿着轴向(箭头A1、A2方向)的厚度尺寸设定得长。因此，在将直线部22a、22b、24a、24b从定子铁心14的一端面14a侧分别向两个捅槽34插入时，直线部22a、22b、24a、24b的另一端部相对于所述定子铁心14的另一端面14b突出规定长度。

另外，如图2所示，第一分割导体30中的一对直线部22a、22b之间的分离距离L1比第二分割导体32中的一对直线部24a、24b之间的分离距离L2设定得大。即，第一分割导体30的直线部22a、22b之间的分离距离L1形成得大，第二分割导体32的直线部24a、24b之间的分离距离L2比所述第一分割导体30形成得小(L1＞L2)。

顶部26、28例如相对于直线部22a、22b、24a、24b的一端部倾斜规定角度，且朝向从该直线部22a、22b、24a、24b分离的方向延伸。并且，顶部26、28与一方的直线部22a、24a连接的部位和顶部26、28与另一方的直线部22b、24b连接的部位相互倾斜规定角度，并且向相互接近的方向延伸，且所述顶部26、28以其中央部成为最高的方式形成为山状。需要说明的是，顶部26、28没有限定为上述的山状，例如，也可以是圆弧状的弯曲形状。

并且，如图3及图4所示，第一分割导体30及第二分割导体32以使相互的顶部26、28彼此在一直线上一致且所述第二分割导体32相对于所述第一分割导体30成为内侧、即定子铁心14侧(箭头A1方向)的方式装配于所述定子铁心14。另外，由于第一分割导体30的一对直线部22a、22b的间距(分离距离L1)大，因此，该第一分割导体30的一对直线部22a、22b分别向与插入有第二分割导体32的直线部24a、24b的插槽34相邻的成为周向外侧的其他的插槽34a插入。

换言之，第二分割导体32配置在配置有第一分割导体30的插槽34a的间距内。

即，如图4所示，第一分割导体30的直线部22a、22b、及第二分割导体32的直线部24a、24b向定子铁心14中的周向上不同的插槽34a、34插入。

另外，如图4及图5所示，第一分割导体30及第二分割导体32在各自的直线部22a、22b、24a、24b插入到定子铁心14的插槽34a、34中的状态下，使从所述插槽34a、34突出的另一端部沿着所述定子铁心14的周向扭转并折弯，由此分别形成第一连接部36及第二连接部38。

该第一连接部36包括：一组端子部36a，其相对于一对直线部22a、22b分别向所述周向外侧折弯；以及一组端子部36b，其相对于所述直线部22a、22b分别向周向内侧折弯。

另一方面，第二连接部38包括：一组端子部38a，其相对于一对直线部24a、24b分别向周向外侧折弯；以及一组端子部38b，其相对于所述直线部24a、24b分别向周向内侧折弯。

并且，第一连接部36及第二连接部38在各直线部22a、22b、24a、24b从插槽34a、34向外部突出的部位折弯，因此所述第一连接部36及第二连接部38相对于定子铁心14的另一端面14b被卡止(参照图4)。

因此，能够防止第一分割导体30及第二分割导体32的直线部22a、22b、24a、24b在插槽34、34a内沿轴向(箭头A1、A2方向)移动的情况，所述第一分割导体30及第二分割导体32在顶部26、28配置于定子铁心14的一端面14a侧(箭头A2方向)且直线部22a、22b、24a、24b插入到插槽34、34a中的状态下被可靠地固定。

并且，如图6所示，在构成第一连接部36的端子部36a、36b上例如通过焊接等分别连接有导线40a，从而相对于装配在相邻的插槽34a中的其他的第一分割导体30的第一连接部36电连接。在构成第二连接部38的端子部38a、38b上也同样连接有导线40b，从而相对于装配在相邻的插槽34中的其他的第二分割导体32的第二连接部38电连接。

由此，装配于定子铁心14的多个第一分割导体30及第二分割导体32相互经由导线40a、40b电连接而构成电路。

即，第一连接部36及第二连接部38作为用于将相邻的第一分割导体30及第二分割导体32彼此电连接的连接端子而发挥功能，与此同时，还作为防止第一分割导体30及第二分割导体32相对于定子铁心14的向轴向(箭头A1、A2方向)的位置错动的限动件而发挥功能。

此时，第一分割导体30与第二分割导体32为同一相，因此能够使相互的顶部26、28彼此接近地配置，伴随于此，能够抑制距离定子铁心14的一端面14a的高度H(跨接高度)。

另外，如图6所示，第一分割导体30的直线部22a、22b与和该第一分割导体30为同一相且相邻的另一个第一分割导体30的直线部22a、22b分别向同一插槽34a插入。另一方面，第二分割导体32的直线部24a、24b与和该第二分割导体32不同相的另一个第二分割导体32向同一插槽34插入。

而且，与第二分割导体32配置在同一插槽34中的另一个第二分割导体32适合配置成距离各相中成为输入端子的U相端子、V相端子及W相端子最远且与中点侧连结。

如以上那样，在本实施方式中，作为导电体18，设置形成为大致U字状的第一分割导体30及第二分割导体32，第一分割导体30及第二分割导体32沿轴向(箭头A1、A2方向)相对于一体形成为圆环状的定子铁心14的插槽34插入，并使它们的另一端部折弯，由此相对于所述定子铁心14固定。因此，在旋转电机10中，不将定子铁心14形成为分割结构，就能够可靠且容易地组装所述第一分割导体30及第二分割导体32，并且，能够抑制采用分割式的定子铁心的情况下担心的损失，因此能够防止因该损失引起的输出降低。其结果是，能够实现旋转电机10的输出的提高。

另外，与形成为将定子铁心14至少按插槽34分割的分割结构的情况比较，通过形成为一体形状，能够抑制所述定子铁心14的内周径的偏差，因此，能够将考虑到该偏差而设定的所述定子铁心14的内周面与转子的间隙(间隙)设定得较小。因此，如图7所示，与采用了分割结构的定子铁心的现有技术的旋转电机(图7中为虚线)比较，能够增加对旋转电机10通过同一电流时的输出转矩(图7中为实线)。其结果是，相对于具有以往的分割结构的定子铁心的旋转电机，能够实现性能的提高。

而且，与形成为将定子铁心14至少按插槽34分割的分割结构的情况比较，能够减少组装该定子铁心14时产生的残留应力。因此，如图8所示，与采用了分割结构的定子铁心的现有技术的旋转电机的损失(图8中为虚线)比较，能够降低使旋转电机10的转子以同一转速旋转时的损失(图8中为实线)。其结果是，相对于具有以往的分割结构的定子铁心的旋转电机，能够提高导磁率而提高输出。

另外，由于构成导电体18的第一分割导体30及第二分割导体32为同一相，因此，能够将所述第二分割导体32配置在所述第一分割导体30的内侧，并且能够使相互的顶部26、28彼此接近配置。其结果是，能够抑制第一分割导体30及第二分割导体32的相对于定子铁心14的一端面14a的高度H(跨接高度)，能够使包含定子铁心14的旋转电机10的沿着轴向(箭头A1、A2方向)的厚度小型化。另外，同时能够从转子顺利地输出转矩。

另外，第一分割导体30及第二分割导体32沿定子铁心14的周向设有多个，沿所述周向相邻的所述第一分割导体30彼此经由相互的第一连接部36连接，另一方面，所述第二分割导体32彼此经由相互的第二连接部38分别连接。因此，如图6所示，能够将由第一分割导体30及第二分割导体32构成的导电体18相对于定子铁心14以波形卷绕和重叠卷绕的方式交替地配置，并且，能够形成为在插槽中配置有不同相的第一分割导体30及第二分割导体32的双层卷绕。其结果是，能够缩短第一分割导体30及第二分割导体32的间距，能够抑制沿着定子铁心14的轴向的高度H(跨接高度)。

另外，在相对于定子铁心14的插槽34装配多个第一分割导体30及第二分割导体32时，在将相邻的同一相的第一分割导体30的直线部22a、22b彼此配置在同一插槽34中且将不同相的第二分割导体32的直线部24a、24b彼此配置在同一插槽34中时，通过配置为距离各相中成为输入端子的U相端子、V相端子及W相端子最远且与中点侧连结，由此能够减小相互的电位差，因此，能够降低该插槽34中的绝缘补偿水平。其结果是，能够减少旋转电机10中的绝缘补偿所需要的成本。

此外，上述的定子铁心14通过利用多个紧固销20对层叠的钢板进行紧固而一体地形成，但与现有技术的分割结构的定子铁心比较，能够将其紧固点数(紧固销20的数量)设定得较少。其结果是，能够实现旋转电机10中的部件数量及组装工时的削减，并且能够实现损失的减少。

需要说明的是，本发明的旋转电机的定子结构不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内当然能够采用各种结构。

Claims (4)

1.一种旋转电机的定子结构，该旋转电机(10)具备：定子铁心(14)，其为具有多个插槽(34、34a)的圆环状，且至少将两个以上的所述插槽(34、34a)一体地形成；以及线圈(18)，其设置在所述插槽(34、34a)内，所述旋转电机的定子结构的特征在于，

所述线圈(18)由形成为U字状的分割导体构成，该分割导体为第一分割导体(30)和第二分割导体(32)，

所述第一分割导体(30)跨所述定子铁心(14)中的两个插槽(34a)而配置，所述两个插槽(34a)之间的间距大，

所述第二分割导体(32)跨所述定子铁心(14)中的另两个插槽(34)而配置，所述第二分割导体(32)与所述第一分割导体(30)为同一相，相对于该第一分割导体(30)而言，所述另两个插槽(34)之间的间距小，

在所述定子铁心(14)的跨接部中，在配置所述第一分割导体(30)的所述间距内配置所述第二分割导体(32)，并且所述第一分割导体(30)及第二分割导体(32)沿着所述定子铁心(14)的周向设有多个，沿着所述周向相邻的所述第一分割导体(30)彼此连接，沿着所述周向相邻的所述第二分割导体(32)彼此连接，且由所述第一分割导体(30)及第二分割导体(32)构成的所述线圈(18)相对于所述定子铁芯(14)以波形卷绕和重叠卷绕的方式交替地配置。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的定子结构，其特征在于，

在所述第一分割导体(30)的内周侧配置所述第二分割导体(32)。

3.根据权利要求1或2所述的旋转电机的定子结构，其特征在于，

所述第一分割导体(30)相对于所述第二分割导体(32)与中点侧连结，在装配有所述第二分割导体(32)的插槽(34)中配置不同相的另一个第二分割导体(32)，在装配有所述第一分割导体(30)的插槽(34a)中配置相同相的另一个第一分割导体(30)。

4.根据权利要求1所述的旋转电机的定子结构，其特征在于，

在所述第一分割导体(30)及第二分割导体(32)上形成有将从所述插槽(34、34a)突出的端部沿着所述定子铁心(14)的周向折弯而成的连接部(36、38)。