CN104584385B - 旋转电机的定子以及旋转电机的定子的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转电机的定子，定子(10)的齿(2)具有齿宽朝向前端部而减少的锥形形状，绕组(4)由在齿(2)上卷绕成1列的扁绕绕组构成，以使齿(2)的根部侧的端末(4a)比前端部侧的端末(4b)为高电压的方式被供电，根部的齿宽T_h被设定于通过使使用了定子芯(1)的外侧半径、芯背宽、槽(3)内的绕组(4)的间隙、绕组宽、齿(2)与绕组(4)之间的空隙、槽(3)的间距、和绕组(4)的倾斜角度的指数成为最大值的齿宽T_ha、和容许下限值T_min规定的T_min<T_h<1.25T_ha的范围内。

Description

旋转电机的定子以及旋转电机的定子的制造方法

技术领域

本发明涉及在电动汽车、混合动力汽车等车辆用的驱动马达中使用的旋转电机的定子，特别涉及考虑了定子芯的磁饱和缓和以及绕组之间的绝缘强度的旋转电机的定子以及旋转电机的定子的制造方法。

背景技术

以往，在旋转电机中，为了实现定子芯的磁饱和缓和构造，使齿部为锥形形状，将齿的间距和锥形角设定为相同，并且为了提高绕组的占空系数来提高转矩，而使用将矩形线(剖面长方形)向扁立方向弯曲了的轨道状的绕组(例如，参照专利文献1)。

专利文献1:日本特开2006-166610号公报

发明内容

以往的旋转电机的定子的齿的锥形角和间距是相同的，所以在实施了扁绕绕组的情况下，无法确保绝缘距离这样的课题。

另外，如果想要确保绝缘距离，则齿间的间隙被均匀地隔开，所以存在产生死角这样的课题。

进而，如果增大各绕组的相互间的间隙，则绕组变小，而且齿宽变窄，所以存在旋转电机(马达)的损耗变大这样的课题。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于得到一种旋转电机的定子以及旋转电机的定子的制造方法，能够确保绝缘严格的部位的相间绝缘距离、且比以往构造更宽地确保齿前端部，提高了旋转电机的输出转矩。

本发明提供一种旋转电机的定子，是与具有磁阻根据旋转位置而不同的结构的转子相对配置，并与转子一起构成旋转电机的定子，该定子具备：定子芯；齿以及槽，在定子芯的与转子的相对部以等间距形成；以及绕组，以配设在槽内的方式卷绕在齿上，齿朝向转子的外周表面突出设置，并且具有齿宽朝向前端部而减少的锥形形状，绕组由在齿上卷绕成1列的扁绕绕组构成，并且以使齿的根部侧的端末比齿的前端部侧的端末为高电压的方式被供电，齿的根部的齿宽T_h被设定在通过使后述式(6)的值成为最大值的齿宽T_ha、和容许下限值T_min规定的T_min<T_h<1.25T_ha的范围内，该式子是使用定子芯的外侧半径D以及芯背宽T_C、绕组宽h、齿与绕组之间的空隙a、齿以及槽的间距α、以及绕组的倾斜角度β来表示绝缘性能、损耗性能以及磁饱和性能的指数F(T_h)的式子。

另外，本发明提供一种旋转电机的定子的制造方法，其特征在于，具备：第一步骤，以使具有齿宽朝向前端部而减少的锥形形状的齿在内周部以等间距突出设置的方式，制作定子芯；第二步骤，利用扁绕绕组，制作线圈；第三步骤，为了使在第二步骤中制作出的线圈、和在第一步骤中制作出的定子芯绝缘，将线圈插入到第一绝缘部件中；第四步骤，将在第三步骤中插入了线圈的第一绝缘部件插入到定子芯中；第五步骤，圆环状地配置在第四步骤中插入了第一绝缘部件的定子芯；第六步骤，将在第五步骤中圆环状地配置的定子芯嵌入到框架；以及第七步骤，向在第六步骤中嵌入到框架的定子芯内的线圈中的第一线圈、和与第一线圈相邻的第二线圈之间的间隙中，插入第二绝缘部件。

根据本发明，能够确保绝缘严格的部位的相间绝缘距离、且比以往构造更宽地确保齿前端部，所以能够提高旋转电机的输出转矩。

附图说明

图1是将本发明的实施方式1的旋转电机的定子与转子一起示出的剖面图。

图2是将图1内的定子的三相的齿放大而示出的剖面图。

图3是示出图1内的定子的各绕组的接线状态的说明图。

图4是示出图1内的单一的齿上的绕组和逆变器的接线位置的剖面图。

图5是示出本发明的实施方式1的单一的齿的各种尺寸的剖面图。

图6是示出本发明的实施方式1的定子的齿宽和耐压指数的关系的说明图。

图7是示出本发明的实施方式1的齿宽和定子性能的关系的说明图。

图8是示出本发明的实施方式2的绕组的接线状态的说明图。

图9是将本发明的实施方式3的旋转电机的定子与转子一起示出的剖面图。

图10是将本发明的实施方式4的旋转电机的定子的单一的齿的形状放大而示出的剖面图。

图11是将本发明的实施方式5的旋转电机的定子的单一的齿的形状放大而示出的剖面图。

图12是将本发明的实施方式6的旋转电机的定子与转子一起示出的剖面图。

图13是示出本发明的实施方式6的定子中设置的右卷线圈的说明图。

图14是示出本发明的实施方式6的定子中设置的左卷线圈的说明图。

图15是示出本发明的实施方式6的定子的各绕组的接线状态的说明图。

图16是示出本发明的实施方式6的在定子内相邻地设置的U相线圈以及U(-)相线圈的各个中发生的感应电压的说明图。

图17是示出本发明的实施方式6的在定子内相邻地设置的各线圈之间发生的电位差(线圈间电压)的说明图。

图18是示出本发明的实施方式7的在定子内相邻地设置的线圈的说明图。

图19是示出本发明的实施方式7的在定子内相邻地设置的各线圈之间发生的电位差(线圈间电压)的说明图。

图20是示出本发明的实施方式1～7的旋转电机的定子的制造方法的流程图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是将本发明的实施方式1的旋转电机的定子与转子一起示出的剖面图，示出旋转电机30是三相马达的情况。

在图1中，车辆用驱动马达等旋转电机30由剖面环形状的定子10、和被旋转自如地配置在定子10内的转子20构成。

定子10具备定子芯1、在定子芯1的内周部以等间距突出设置的齿2、在各齿2的相互之间形成的槽3、以及在各槽3内分别配设的长方形形状的绕组4。

转子20具备转子芯5、和在转子芯5的外周部以等间距埋设的长方形形状的磁铁6，位于定子10的内侧，具有磁阻根据旋转位置而不同的结构。

凸状的齿2如图所示与卷绕在各齿2上的绕组4一起构成例如10个三相(U相、V相、W相)线圈，30根齿2被配置成与转子芯5上的20个磁铁6相对。

在该情况下，在逆时针方向上，按照U相、V相、W相的顺序，在各齿2上卷绕了绕组4。

图2是将图1内的三相(3个)齿2放大而示出的剖面图。

在图2中，在U相、V相、W相的各齿2上，使用了矩形线的扁绕绕组4被卷绕成1列。

另外，在槽3内，在定子芯1以及齿2与绕组4之间，介有绝缘纸等绝缘部件(未图示)。

关于各绕组4的相互间的间隙δ(槽3的相互间的间隙)，齿2的根部(定子芯1侧)的一方被设定得较宽，随着朝向齿2的前端部(转子20的磁铁6侧)被设定为变窄。

另外，各齿2具有如与图4一起后述那样朝向转子20的外周表面其宽度变窄那样的锥形形状。

图3是示出定子10的各绕组4的接线状态的说明图。

在图3中，构成三相线圈的30个绕组4针对U相、V相、W相的每一相各并联地设置了10个，以中性点Q为中心而成为星形接线。

即，绕组4的并联数被设定为磁铁6的极数(20极)和槽3的数量(30个)的最大公约数P(＝10)。

图4是示出单一的齿2上的绕组4和逆变器(未图示)的接线位置的剖面图。

在图4中，定子10的齿2具有由于锥形角γ，根部(定子芯1侧)的宽度相比于前端部(转子20的外周表面侧)更宽的锥形形状。另外，齿2以及槽3以同一间距α被形成。

关于被卷绕在齿2上的绕组4，位于齿2的根部(定子芯1侧)的端末4a与逆变器(高电压侧)连接，位于齿2的前端部(转子20的磁铁6侧)的端末4b与中性点Q(低电压侧)连接。

在该情况下，向齿2的根部的端末4a施加来自逆变器的线间电压。

即，在由通过具有收纳在槽3内的绕组4的定子芯1形成了的定子10、和位于定子10内且通过具有磁铁6的转子芯5形成了的转子20构成的旋转电机30的定子10中，定子芯1由朝向转子20的表面被集中卷绕在凸形状的齿2上的扁绕绕组4被卷绕成1列的结构构成，在定子芯1以及齿2与绕组4之间设置了绝缘部件。

接下来，参照图5～图7，说明满足定子10的绝缘性能、磁饱和性能以及损耗性能的公式的导出方法。

图5是示出单一的齿2的各种尺寸的剖面图。另外，此处，未示出邻接齿，仅示出以齿2为中心，至槽3的底部中央部为止的部分，所以关于槽3(绕组4)的相互间的间隙δ，被示出一半的间隙δ/2。

在图5中，示出定子芯1的半径D、槽3的底部中央处的定子芯1的芯背宽T_C、齿2的根部(定子芯1侧)的齿宽T_h、齿2的前端宽T_S(<T_h)、绕组4的相互间的一半的间隙δ/2、绕组宽h、齿2(定子芯1)与绕组4之间的空隙a(绝缘部件的厚度)、槽3(齿2)的间距α、以及绕组4的倾斜角度β。

成为齿宽朝向定子10的外径方向单调地增加、且绕组4的相互间的间隙δ朝向定子10的外径方向单调地增加的结构。

另外，成为如上述(图4)那样，以使齿2的根部的端末4a的一方比齿2的前端部的端末4b为高电压的方式对绕组4供电的结构。

此处，如以下那样导出满足定子10的各种性能的公式。

首先，通过使用图5内的各种尺寸，能够用以下的式(1)表示马达构造的关系式。

此时，通过使用与定子10交链的磁通量φ、和定子芯1的轴长Lc(图中的垂直方向长度)，能够用以下的式(2)表现与定子10的磁饱和性能相当的齿2的根部的磁通密度B。

另外，通过使用绕组4的相互间的间隙δ，关于定子10的绝缘性能A，作为和与相邻的绕组4的电位差V的关系式，能够用以下的式(3)表示。

V＝A*δ...(3)

另外，在式(3)中，未特别考虑体积效应。

接下来，如果考虑定子10的铁损(涡流损耗)，则涡流损耗与磁通密度B的平方成比例，所以能够用以下的式(4)表示定子10的损耗C。

C＝B²...(4)

在上述式(2)～(4)中，在磁通密度B大的情况下，表示磁饱和降低(易于磁饱和)，在绝缘性能A大的情况下，表示绝缘性能降低，在损耗C大的情况下，表示损耗大。

因此，为了满足定子10的绝缘性能A、磁饱和性能(磁通密度B)以及损耗性能C，使使用常数部分E(＝Lc^3/φ^3*V)表示的以下的式(5)成为最大即可。

进而，式(5)中的T_h^3以后如以下的式(6)那样，能够用根部的齿宽T_h的4次函数F(T_h)来表示。

此处，如果针对F(T_h)用齿宽T_h进行微分，则成为以下的式(7)。

此处，式(6)表示上凸的曲线，所以为了使F(T_h)成为最大值，设为F’(T_h)＝0的情况即可。

满足用于使式(6)的F(T_h)成为最大值的、式(7)的F’(T_h)＝0的解是T_h＝0、和T_h＝T_ha，用以下的式(8)表示使式(6)的值为最大值的齿宽T_ha。

图6是示出定子10的齿宽T_h和耐压指数(绝缘性能A)的关系的说明图。

在图6中，横轴(齿宽T_h)的基准刻度是用式(8)得到了的齿宽T_ha，纵轴(耐压指数)的基准刻度用与绝缘性能A对应的值A1表示。

根据图6可知，在齿宽T_h＝1.29T_ha的情况下，耐压指数＝A1，满足交流施加时的绝缘性能A。

但是，已知在电动汽车、混合动力汽车等车辆用的驱动马达的情况下，在逆变器驱动时，需要交流电压施加时的耐压性能A1的约2倍(＝2×A1)。

如根据图6可知，在齿宽T_h＝1.33T_ha的情况下，耐压指数＝0，在齿宽T_h＝1.25T_ha的情况下，耐压指数＝2A1。

因此，如图6所示，为了满足逆变器驱动时的耐压性能，需要设定为齿宽T_h≤1.25T_ha。

图7是对式(6)的4次函数进行图形化而示出的说明图，横轴表示根部的齿宽T_h，纵轴表示磁饱和×涡流损耗(损耗性能)×绝缘性能。

在图7中，纵轴的基准刻度用F1(最大值)表示，将容许性能的容许下限值设为F1/2。

从图7可知，关于包括绝缘性能A、磁饱和性能(磁通密度B)以及损耗性能C的综合的定子10的性能指数(纵轴)，在齿宽T_h是0.61T_ha<T_h<1.25T_ha的范围内，能够维持最大值F1的一半以上(≥F1/2)。

因此，为了确保最大值F1的一半以上(≥F1/2)的性能指数，将定子10的根部的齿宽T_h设定于0.61T_ha<T_h<1.25T_ha的范围内即可。

进而，为了缓和磁饱和，齿宽T_h大比较好，所以期望使上述范围的容许下限值T_min从0.61T_ha上移到T_ha，将齿宽T_h设定于仅上限侧的T_ha<T_h<1.25T_ha的范围内。

如以上那样，本发明的实施方式1(图1～图7)的旋转电机的定子是与具有磁阻根据旋转位置而不同的结构的转子20相对配置，与转子20一起构成旋转电机30的定子10，具备定子芯1、在定子芯1的与转子20的相向部以等间距形成了的齿2以及槽3、和以配设在槽3内的方式卷绕在齿2上的绕组4。

齿2朝向转子20的外周表面突出设置、并且具有齿宽T_h朝向前端部而减少的锥形形状。

绕组4由在齿2上卷绕成1列的扁绕绕组构成，并且以使齿2的根部侧的端末4a比齿2的前端部侧的端末4b为高电压的方式被供电。

使用定子芯1的外侧半径D以及芯背宽T_C、绕组宽h、齿2与绕组4之间的空隙a、齿2以及槽3的间距α、和绕组4的倾斜角度β，将齿2的根部的齿宽T_h设定于通过使表示绝缘性能A、损耗性能C以及磁饱和性能(磁通密度B)的指数F(T_h)的式(6)的值成为最大值的齿宽T_ha、和容许下限值T_min规定的T_min<T_h<1.25T_ha的范围内。

这样，将绕组4的高电压侧作为定子10的芯背侧，将低电压侧作为齿2的前端部，并且，关于绕组4的相互间的绝缘距离，将定子10的芯背侧设定得较宽，使齿2的前端侧变窄，使齿2成为锥形形状，从而能够缓和齿2的根部的磁饱和来降低铁损，并且能够满足绝缘性能。

即，根据本发明的实施方式1，能够确保槽3内的绝缘严格的部位处的相间绝缘距离，并且，能够比以往构造将齿2的前端部确保得更宽，所以能够提高旋转电机30(马达)的输出转矩。

另外，能够在被确保得较宽的间隙δ中注入清漆等绝缘材料，所以绝缘性能进一步提高，并且能够易于将在定子10的绕组4中发生的热向定子芯1的芯背部传热，使绕组4高效地冷却。

另外，通过将容许下限值T_min设定为使式(6)的值成为最大值的齿宽T_ha的0.61倍，能够充分地满足上述定子10的性能。

另外，通过将容许下限值T_min设定为使式(6)的值成为最大值的齿宽T_ha，能够进一步缓和包括齿2的定子芯1的磁饱和，能够降低定子10的铁损。

进而，针对转子20的极数(＝20极)、和定子10的槽数(＝30个)的最大公约数P(＝10)，绕组4(图3)的并联数被设定为与最大公约数P相等的值(＝10)，能够使齿2的根部的空隙变宽，即便是绝缘性能最严格的条件，也能够充分地满足绝缘性能。

实施方式2.

另外，在上述实施方式1(图3)中，使三相马达的绕组4针对U相、V相、W相的每一相都并联接线全部10个，但也可以如图8所示，将各相的10个绕组4按照2齿串联且5齿并联地接线。

图8是示出本发明的实施方式2的定子10A的绕组4的接线状态的说明图，代表性地仅示出U相的10个绕组4。另外，未图示的结构如图1以及图2所示。

即使是图8的接线状态，也当然起到与上述同样的作用效果。

实施方式3.

另外，在上述实施方式1(图1)中，将磁铁6的极数(20极)和槽3的数量(30个)之比设定为20：30(＝2：3)，但也可以如图9所示，使磁铁6的极数成为40极，将极数(40极)和槽3的数量(30个)之比设定为40：30(＝4：3)。

图9是将本发明的实施方式3的旋转电机的定子与转子一起示出的剖面图，关于与上述(参照图1)同样的部分，附加与上述相同的符号，或者在符号之后附加“B”而省略详述。

在图9中，旋转电机30B由具有30个齿2以及绕组4的定子10B、和具有40极的磁铁6的转子20B构成。

另外，在如图9那样，使用了40极的磁铁6和30个槽3的4：3系列的情况下，相对上述(图1)的2：3系列的情况，需要相反地构成V相和W相的各绕组4的接线状态。

因此，在图9中，在顺时针方向上，按照U相、V相、W相的顺序，在各齿2上卷绕定子10B的各绕组4。

在应用于图9的4：3系列的旋转电机30B的情况下，当然也起到与上述同样的作用效果。

即，各相的绕组4如上述(图3)那样并联连接，相对转子20的极数(＝40极)、和定子10的槽数(＝30个)的最大公约数P(＝10)，绕组4的并联数被设定为与最大公约数P相等的值(＝10)，所以能够使齿2的根部的空隙变宽，即便是绝缘性能最严格的条件，也能够充分地满足绝缘性能。

实施方式4.

另外，在上述实施方式1(图1～图5)中，使各齿2的剖面形状整体地成为锥形形状，但也可以如图10那样，使齿2C的根部2Ca成为直线形状，仅使前端部2Cb成为锥形形状。

图10是将本发明的实施方式4的定子10C的单一的齿2C的形状放大而示出的剖面图，关于与上述同样的部分，附加与上述相同的符号，或者在符号之后附加“C”而省略详述。另外，未图示的结构与上述相同。

在图10中，齿2C的前端部2Cb成为随着接近转子20(未图示)的外周表面变得尖端越来越细的锥形形状，但在齿2C的根部2Ca成为直线形状。

在具有图10的剖面形状的齿2C的情况下，当然也起到与上述同样的作用效果。

另外，通过使根部2Ca的剖面形状成为直线，能够在齿2C的根部2Ca中，保持相邻的绕组4的相互间的间隙δ。

进而，在将绕组4卷绕在根部2Ca上时，相比于锥形形状的情况，直线形状的一方更易于卷绕，所以定子10C的制造也变得容易。

实施方式5.

另外，在上述实施方式1～4中，未提及齿前端部的具体的形状，但也可以如图11那样，在定子10D的齿2D的前端形成凸缘7。

图11是将本发明的实施方式5的定子10C的单一的齿2C的形状放大而示出的剖面图，关于与上述同样的部分，附加与上述相同的符号，或者在符号之后附加“C”而省略详述。另外，未图示的结构与上述相同。

在图11中，在齿2D的前端形成了凸缘7。

另外，凸缘7的长度d优选比绕组宽h短。

假设，在凸缘7的长度d比绕组宽h长的情况下，邻接的齿2D的前端部过于接近，漏磁通的大小增大，旋转电机的转矩输出降低。

如图11那样在前端有凸缘7的齿2D的情况下，当然也起到与上述同样的作用效果。

另外，在齿2D的前端部卷绕绕组4时，凸缘7作为导引发挥功能，所以定子10C的制造也变得容易。

实施方式6.

在上述实施方式1～5中，例示将磁铁6的极数与槽3的数量之比设定为20：30(＝2：3)或者40：30(＝4：3)的情况而进行了说明。相对于此，在本实施方式6中，例示使磁铁6的极数成为20极，并且使槽的数量成为24个，将磁铁6的极数(20极)与槽3的数量(24个)之比设定为20：24(＝10：12)的情况而进行说明。

图12是将本发明的实施方式6的旋转电机的定子与转子一起示出的剖面图，关于与上述(参照图1)同样的部分，附加与上述相同的符号，或者在符号之后附加“E”来省略详述。

在图12中，旋转电机30E由具有24个齿2以及绕组4的定子10E、和具有20极的磁铁6的转子20E构成。另外，在图12中，齿2与卷绕在各齿2上的绕组4一起，构成了例如具备4个U相线圈以及U(-(上杠))相线圈的U相线圈部、具备4个V相线圈以及V(-)相线圈的V相线圈部、和具备4个W相线圈以及W(-)相线圈的W相线圈部。

具体而言，如图12所示，U相线圈部具备第一U相线圈u₁～第四U相线圈u₄以及第一U(-)相线圈u₁’～第四U(-)相线圈u₄’，V相线圈部具备第一V相线圈v₁～第四V相线圈v₄以及第一V(-)相线圈v₁’～第四V(-)相线圈v₄’，W相线圈部具备第一W相线圈w₁～第四W相线圈w₄以及第一W(-)相线圈w₁’～第四W(-)相线圈w₄’。在该情况下，在逆时针方向上，按照U相、V相、W相的顺序，在各齿2上卷绕绕组4。

另外，在图12所示的U相线圈以及U(-)相线圈中，以使各个磁通的朝向相互相反的方式，在各齿2上卷绕绕组4。在V相线圈以及V(-)相线圈、和W相线圈以及W(-)相线圈中也是同样的。

图13是示出本发明的实施方式6的定子10E中设置的右卷线圈40的说明图，图14是示出本发明的实施方式6的定子10E中设置的左卷线圈50的说明图。另外，以后，以U相线圈以及U(-)相线圈的结构为中心进行说明。

如上所述，在相邻的U相线圈以及U(-)相线圈中，为了使各个磁通的朝向相互相反，U相线圈中的绕组4的卷绕方向、和U(-)相线圈中的绕组4的卷绕方向相反。

具体而言，在针对齿2在一个方向(例如右卷方向)上卷绕了绕组4的情况下，如图13所示，作为U相线圈，构成右卷线圈40。另一方面，在相对齿2在逆方向(例如左卷方向)上卷绕了绕组4的情况下，如图14所示，作为U(-)相线圈，构成左卷线圈50。

另外，在图13以及图14所示的各线圈40、50中，里侧(在图中纸面里侧)的根侧线圈端41、51对应于齿2的根部的端末4a，面前侧(在图中纸面面前侧)的前端侧线圈端42、52对应于齿2的前端部的端末4b。

此处，例如设想在构成U相线圈部的线圈中的第一U相线圈u₁以及第一U(-)相线圈u₁’中，第一U相线圈u₁(右卷线圈40)的根侧线圈端41从逆变器(高电压侧)被供电的情况。在这样的情况下，第一U相线圈u₁的前端侧线圈端42与第一U(-)相线圈u₁’(左卷线圈50)的根侧线圈端51连接。另外，第一U(-)相线圈u₁’的前端侧线圈端52与中性点Q(低电压侧)连接。

相对于此，在构成V相线圈部的线圈中的第一V相线圈v₁以及第一V(-)相线圈v₁’中，第一V(-)相线圈v₁’(左卷线圈50)的根侧线圈端51与逆变器(高电压侧)连接。另外，第一V(-)相线圈v₁’的前端侧线圈端52与第一V相线圈v₁(右卷线圈40)的根侧线圈端41连接。进而，第一V相线圈v₁的前端侧线圈端42与中性点Q(低电压侧)连接。另外，第一U(-)相线圈u₁’以及第一V(-)相线圈v₁’分别被构成在相邻的齿2上。

另外，在构成W相线圈部的线圈中的第一W相线圈w₁以及第一W(-)相线圈w₁’中，第一W相线圈w₁(右卷线圈40)的根侧线圈端41与逆变器(高电压侧)连接。另外，第一W相线圈w₁的前端侧线圈端42与第一W(-)相线圈w₁’(左卷线圈50)的根侧线圈端51连接。进而，第一W(-)相线圈w₁’的前端侧线圈端52与中性点Q(低电压侧)连接。另外，第一V相线圈v₁以及第一W相线圈w₁分别被构成在相邻的齿2上。

这样，被构成为在定子10E中与逆变器(高电压侧)连接的线圈、和与中性点Q(低电压侧)连接的线圈交替配置。具体而言，如图12所示，第一U相线圈u₁、第一V(-)相线圈v₁’、第一W相线圈w₁、第二U(-)相线圈u₂’、第二V相线圈v₂、第二W(-)相线圈w₂’···各自的根侧线圈端41、51与逆变器(高电压侧)连接。另外，第一U(-)相线圈u₁’、第一V相线圈v₁、第一W(-)相线圈w₁’、第二U相线圈u₂、第二V(-)相线圈v₂’、第二W相线圈w₂···各自的前端侧线圈端42、52与中性点Q(低电压侧)连接。

图15是示出本发明的实施方式6的定子10E的各绕组4的接线状态的说明图。在图15中，在构成U相线圈部的线圈中的在定子10E内相邻地设置的U相线圈(右卷线圈40)以及U(-)相线圈(左卷线圈50)被串联地接线。具体而言，图12所示的第一U相线圈u₁以及第一U(-)相线圈u₁’被串联地接线，关于第二U相线圈u₂～第四U相线圈u₄、和第二U(-)相线圈u₂’～第四U(-)相线圈u₄’，也分别同样地被串联地接线。

另外，4组这些串联地接线了的各U相线圈以及各U(-)相线圈被并联地接线。即，其并联数被设定为磁铁6的极数(20极)和槽3的数量(24个)的最大公约数P(＝4)。另外，关于V相线圈部以及W相线圈部，也是与U相线圈部同样的接线状态。

另外，在各相线圈部中，并联地连接在定子10E内相邻地设置的右卷线圈40以及左卷线圈50在原理上也是可能的，但优选如上所述串联地连接。

图16是示出本发明的实施方式6的在定子10E内相邻地设置的U相线圈以及U(-)相线圈的各个中发生的感应电压的说明图。如图16所示，在U相线圈中发生的感应电压、和在U(-)相线圈中发生的感应电压的相位偏移30度。因此，为了防止循环电流，在各相线圈部中，在定子10E内相邻地设置的右卷线圈40以及左卷线圈50优选串联地连接。

图17是示出本发明的实施方式6的在定子10E内相邻地设置的各线圈之间发生的电位差(线圈间电压)的说明图。

在图17中，一并示出在异相线圈之间发生的电位差、和在同相线圈之间发生的电位差。另外，异相线圈意味着例如U相线圈以及V相线圈这样的相相互不同的线圈，同相线圈意味着例如U相线圈以及U(-)相线圈这样的相相互相同的线圈。

另外，在图17中，作为具体例示出第一U(-)相线圈u₁’以及第一V(-)相线圈v₁’的各自的、在根侧线圈端51之间发生的电位差、和在前端侧线圈端52之间发生的电位差。此处，第一U(-)相线圈u₁’成为低电压侧线圈、第一V(-)相线圈v₁’成为高电压侧线圈，所以被配置成在异相之间高电压侧线圈和低电压侧线圈始终相邻。另外，示出第一U相线圈u₁以及第一U(-)相线圈u₁’的各自的、在根侧线圈端41、51之间发生的电位差、和在前端侧线圈端42、52之间发生的电位差。另外，以在第一U(-)相线圈u₁’、第一V(-)相线圈v₁’各自的根侧线圈端41之间发生的电位差的值为基准，对图17所示的各个电位差进行了标准化。

如图17所示，关于在异相线圈之间发生的电位差，能够确认在异相线圈各自的根侧线圈端(齿根侧)之间发生的电位差大于在前端侧线圈端(齿前端侧)之间发生的电位差。另外，关于在同相线圈之间发生的电位差，能够确认在同相线圈各自的根侧线圈端(齿根侧)之间发生的电位差、和在前端侧线圈端(齿前端侧)之间发生的电位差是等同的。

这样，在定子10E内相邻地设置的各线圈之间(相邻的线圈之间)，齿2的根侧的电位差比齿2的前端侧的电位差(线圈间电压)大或者等同。因此，通过与上述实施方式1同样地，使齿2的根侧的线圈间间隙比齿2的前端侧的线圈间间隙更宽，能得到同样的效果。

实施方式7.

另外，在上述实施方式6(图12～图14)中，设为在1个齿2上卷绕1个绕组4的线圈结构，但即使如图18那样在2个齿2上卷绕1个绕组4的线圈结构也能得到同样的效果。

图18是示出本发明的实施方式7的在定子10F内相邻地设置的线圈60的说明图。具体而言，在上述实施方式6中，通过对相邻的2个齿2中的一方，向右方向卷绕1个绕组4，并且对另一方，向左方向卷绕另一个绕组4，构成同相线圈(右卷线圈40以及左卷线圈50)。相对于此，在本实施方式7中，通过对相邻的2个齿，使卷绕方向(右卷或者左卷)反转的同时连续地卷绕1个绕组4，将1个线圈60构成为同相线圈。

另外，在图18所示的线圈60中，将右卷的绕组部分(纸面左侧)设为第一绕组部61，将左卷的绕组部分(纸面右侧)设为第二绕组部62。另外，第一绕组部61对应于上述实施方式6中的U相线圈、V相线圈、W相线圈(右卷线圈40)，第二绕组部62对应于上述实施方式6中的U(-)相线圈、V(-)相线圈、W(-)相线圈(左卷线圈50)。

另外，第一绕组部61的里侧的根侧线圈端63对应于上述实施方式6中的根侧线圈端41，第二绕组部62的里侧的根侧线圈端64对应于上述实施方式6中的根侧线圈端51。

另外，第一绕组部61以及第二绕组部62之间的线圈中心部65对应于上述实施方式6中的前端侧线圈端42、52。

另外，关于针对线圈60的来自逆变器的供电，第一绕组部61的根侧线圈端63与逆变器连接，第二绕组部62的根侧线圈端64与中性点Q连接。

图19是示出本发明的实施方式7的在定子10F内相邻地设置的各线圈之间发生的电位差(线圈间电压)的说明图。

在图19中，与前面的图17同样地一并示出在异相线圈之间发生的电位差和在同相线圈之间发生的电位差。如图19所示，关于在同相线圈之间发生的电位差，能够确认在同相线圈各自的根侧线圈端(齿根侧)之间发生的电位差大于前端侧线圈端(齿前端侧)。

另外，如图19所示，关于在异相线圈之间发生的电位差，存在在根侧线圈端(齿根侧)之间发生的电位差比在前端侧线圈端(齿前端侧)之间发生的电位差大的情况和小的情况。

即，例如与U相线圈对应的第一绕组部61的根侧线圈端63、和与V相线圈对应的第一绕组部61的根侧线圈端61之间的电位差大于与U相线圈对应的第一绕组部61的线圈中心部65、和与V相线圈对应的第一绕组部61的线圈中心部65之间的电位差。

相对于此，例如与U(-)相线圈对应的第二绕组部62的根侧线圈端64、和与V(-)相线圈对应的第二绕组部62的根侧线圈端64之间的电位差小于与U(-)相线圈对应的第二绕组部62的线圈中心部65、和与V(-)相线圈对应的第二绕组部62的线圈中心部65之间的电位差。另外，在这样的情况下，优选使构成这些第二绕组部62的齿2的前端侧的线圈间间隙更宽。

实施方式8.

图20是示出本发明的实施方式1～7的旋转电机的定子的制造方法的流程图。另外，在本实施方式8中，说明针对每1个齿分割了齿2的情况。此处，本实施方式8的旋转电机的定子的制造方法具有如下技术特征：具备以在内周部以等间距突出设置具有齿宽朝向前端部而减少的锥形形状的齿2的方式形成定子芯1的步骤S1、和从定子芯1的线圈之间的间隙插入绝缘部件的步骤S7。

首先，在步骤S1中，以在内周部以等间距突出设置具有齿宽朝向前端部而减少的锥形形状的齿2的方式，制作定子芯，进入到步骤S2。另外，该情况下的单一的齿的各种尺寸成为上述那样的尺寸。另外，通过形成步骤S1那样的形状的定子芯1，在后述步骤S7中，能够在定子芯1的线圈之间形成间隙。

接下来，在步骤S2中，制作用于在旋转电机的定子中使用的线圈。具体而言，用扁绕绕组制作前面的图13、图14或者图18所示的线圈，进入到步骤S3。接下来，在步骤S3中，为了使在步骤S2中制作出的线圈、和在步骤S1中制作出的定子芯绝缘，将该线圈插入到绝缘部件(绝缘器)中，进入到步骤S4。

接下来，在步骤S4中，将在步骤S3中插入了线圈的绝缘部件插入到定子芯，进入到步骤S5。接下来，在步骤S5中，圆环状地配置在步骤S4中插入了绝缘部件的定子芯，进入到步骤S6。

接下来，在步骤S6中，将在步骤S5中圆环状地配置的定子芯嵌入到框架，进入到步骤S7。另外，在步骤S6中，为了将定子芯嵌入到框架，例如进行压合(press-fitting)作业或者热装(shrink-fitting)作业即可。这样，通过执行步骤S4、步骤S5以及步骤S6，如前面的图1或者图12所示，形成成为圆环状的定子铁芯。

接下来，在步骤S7中，为了固定在步骤S6中嵌入到框架的定子芯的各线圈，插入(注入)清漆等这样的绝缘部件。具体而言，通过从定子芯的线圈之间的间隙空开的部分，插入绝缘部件，来固定线圈。另外，省略关于本实施方式8中的在执行步骤S7之后进行的对固定了的线圈进行接线的工序的说明。

此处，上述实施方式1～7中的旋转电机的定子如上所述被构成为与电位差高的部位相当的线圈之间的间隙空开。因此，在步骤S7中，通过从线圈之间的间隙空开的部分，插入清漆等，来固定线圈。在这样的情况下，清漆也具有作为绝缘部件的功能，所以能够如上所述，提高线圈之间的绝缘耐压。进而，通过使用热传导率比空间高的清漆，在线圈中发生的发热易于传递到定子铁芯(芯背侧)，所以能够高效地降低线圈的温度。这样，在本申请发明中，得到相比于以往绝缘性能提高、并且能够抑制线圈发热的旋转电机的定子。

另外，在上述实施方式1～5中，示出了磁铁6的极数与槽数之比是2：3系列的情况、和4：3系列的情况，在上述实施方式6、7中示出了10：12系列的情况，但即使是其他极数与槽数之比也能够应用，即使在例如(9±1)：9系列的情况、(12±2)：12系列的情况下也起到与上述同样的作用效果。

另外，在上述实施方式1～7中，未特别提及在定子芯1以及齿2与绕组4之间介有的绝缘部件(未图示)的厚度，但绝缘部件的厚度在低电压侧即使薄也够用，所以也可以构成为随着从齿2的根部(高电压侧)朝向前端部(低电压侧)而变薄。

这样，通过随着从高电压侧到低电压侧，使绝缘部件的厚度变薄，能够根据绝缘耐压，对绝缘部件的厚度进行可变设定，能够将齿宽T_h设定得尽可能粗，所以能够进一步降低铁损。

Claims (10)

1.一种旋转电机的定子，是与具有磁阻根据旋转位置而不同的结构的转子相对配置并与所述转子一起构成旋转电机的定子，

该定子具备：

定子芯；

齿以及槽，在所述定子芯的与所述转子的相对部以等间距形成；以及

绕组，以配设在所述槽内的方式卷绕在所述齿上，

所述齿朝向所述转子的外周表面突出设置，并且具有齿宽朝向前端部而减少的锥形形状，

所述绕组由在所述齿上卷绕成1列的扁绕绕组构成，并且被供电成使所述齿的根部侧的端末的电压比所述齿的前端部侧的端末的电压高，

所述齿的根部的齿宽T_h被设定在通过使下式的值成为最大值的齿宽T_ha、和容许下限值T_min规定的T_min＜T_h＜1.25T_ha的范围内，

$F\left(T_h\right)=-\frac{{T_h}^4}{\cos \left(\mathrm{\&beta;}\right)}+\left(2\right(D-T_c)\tan \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}-2(h+a\left)\right){T_h}^3,$

该式子是使用所述定子芯的外侧半径D以及芯背宽T_C、绕组宽h、所述齿与所述绕组之间的空隙a、所述齿以及所述槽的间距α、以及所述绕组的倾斜角度β来表示绝缘性能、损耗性能以及磁饱和性能的指数F(T_h)的式子。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述容许下限值T_min被设定为使所述式子的值成为最大值的齿宽T_ha的0.61倍。

3.根据权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述容许下限值T_min被设定为使所述式子的值成为最大值的齿宽T_ha。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转电机的定子，其特征在于，

卷绕在所述齿上的所述绕组中的第一绕组、和与所述第一绕组相邻的第二绕组之间的间隙朝向所述定子的外形方向单调地增加。

5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转电机的定子，其特征在于，

在所述转子的极数与所述定子的槽数之比是(3±1)：3、且所述极数与所述槽数的最大公约数是P时，

所述绕组的并联数被设定为与所述最大公约数P相等的值。

6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转电机的定子，其特征在于，具备：

绝缘部件，介于所述定子芯和所述齿与所述绕组之间，

所述绝缘部件的厚度被设定为随着朝向所述齿的前端部而变薄。

7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的旋转电机的定子，其特征在于，

在所述齿的前端部形成了凸缘。

8.一种权利要求1至3中的任意一项所述的旋转电机的定子的制造方法，具备：

第一步骤，以使具有齿宽朝向前端部而减少的锥形形状的齿在内周部以等间距突出设置的方式，制作定子芯；

第二步骤，利用所述扁绕绕组，制作线圈；

第三步骤，为了使在所述第二步骤中制作出的所述线圈、和在所述第一步骤中制作出的所述定子芯绝缘，将所述线圈插入到第一绝缘部件中；

第四步骤，将在所述第三步骤中插入了所述线圈的所述第一绝缘部件插入到所述定子芯中；

第五步骤，圆环状地配置在所述第四步骤中插入了所述第一绝缘部件的所述定子芯；

第六步骤，将在所述第五步骤中所述圆环状地配置的所述定子芯嵌入到框架；以及

第七步骤，向在所述第六步骤中嵌入到框架的所述定子芯内的所述线圈中的第一线圈、和与所述第一线圈相邻的第二线圈之间的间隙中，插入第二绝缘部件。

9.一种旋转电机的定子，是与具有磁阻根据旋转位置而不同的结构的转子相对配置并与所述转子一起构成旋转电机的定子，

所述转子的极数与所述定子的槽数之比是(12±2)：12，

该定子具备：

定子芯；

齿以及槽，在所述定子芯的与所述转子的相对部以等间距形成；以及

绕组，以配设在所述槽内的方式卷绕在所述齿上，

所述齿朝向所述转子的外周表面突出设置，并且具有齿宽朝向前端部而减少的锥形形状，

所述绕组由在所述齿上卷绕成1列的扁绕绕组构成，在所述齿中的相邻的第一齿以及第二齿上使卷绕方向反转的同时连续地卷绕，从而第一绕组部被构成在所述第一齿上，并且与所述第一绕组部的绕组方向相逆的方向的第二绕组部被构成在所述第二齿上，并被供电成使所述第一齿的根部侧的端末的电压比所述第二齿的根部侧的端末的电压高，

所述齿的根部的齿宽T_h被设定在通过使下式的值成为最大值的齿宽T_ha、和容许下限值T_min规定的T_min＜T_h＜1.25T_ha的范围内，

$F\left(T_h\right)=-\frac{{T_h}^4}{\cos \left(\mathrm{\&beta;}\right)}+\left(2\right(D-T_c)\tan \frac{\mathrm{\&alpha;}}{2}-2(h+a\left)\right){T_h}^3,$

该式子是使用所述定子芯的外侧半径D以及芯背宽T_c、绕组宽h、所述齿与所述绕组之间的空隙a、所述齿以及所述槽的间距α、和所述绕组的倾斜角度β来表示绝缘性能、损耗性能以及磁饱和性能的指数F(T_h)的式子。

10.一种权利要求9所述的旋转电机的定子的制造方法，具备：

第一步骤，以使具有齿宽朝向前端部而减少的锥形形状的齿在内周部以等间距突出设置的方式，制作定子芯；

第二步骤，利用所述扁绕绕组，制作线圈；

第三步骤，为了使在所述第二步骤中制作出的所述线圈、和在所述第一步骤中制作出的所述定子芯绝缘，将所述线圈插入到第一绝缘部件中；

第四步骤，将在所述第三步骤中插入了所述线圈的所述第一绝缘部件插入到所述定子芯中；

第五步骤，圆环状地配置在所述第四步骤中插入了所述第一绝缘部件的所述定子芯；

第六步骤，将在所述第五步骤中所述圆环状地配置的所述定子芯嵌入到框架；以及

第七步骤，向在所述第六步骤中嵌入到框架的所述定子芯内的所述线圈中的第一线圈、和与所述第一线圈相邻的第二线圈之间的间隙中，插入第二绝缘部件。