CN104584392B - 旋转电机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将线圈端小型化了的旋转电机。该旋转电机包括：定子(130)，其包括形成有排列在周向上的多个槽(420)的定子铁心(132)和插入到该定子铁心的上述槽内的定子线圈(138)；和转子(150)，其与上述定子铁心隔着间隙可旋转地配置，上述定子线圈通过将成形为大致U字形状的由矩形截面的导体形成的多个分段线圈(28)多个连接而构成，上述分段线圈在端部具有与其它的分段线圈连接的连接部(800)，上述连接部具有角部(810)。

Description

旋转电机及其制造方法

技术领域

本发明涉及旋转电机及其制造方法。

背景技术

旋转电机通过对定子线圈供给交流电力而产生旋转磁场，能够利用该旋转磁场使转子旋转。另外，还能够将施加于转子的机械能转换为电能从线圈输出交流电力。像这样，旋转电机作为电动机或者发电机工作。

作为这样的旋转电机的定子线圈已知有将分段线圈的末端焊接而连接的类型(例如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-151975号公报

发明内容

发明想要解决的技术问题

在将这种旋转电机搭载于汽车的情况下，被安装于被限制得较狭窄的空间，因此，要求小型化。另外，也需要在线圈端的上部确保与传动部的间隙。因此，期望在分段线圈的焊接部降低线圈端高度。但是，在这种旋转电机中，存在线圈端变大、在轴向、径向上突出的问题。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述技术问题，例如采用权利要求书中记载的结构。本申请包含多个解决上述技术问题的方案，当列举其一个例子时，构成这样一种旋转电机，其包括：定子，其包括：形成有排列在周向上的多个槽的定子铁心、和插入到该定子铁心的上述槽内的定子线圈；和转子，其与上述定子铁心隔着间隙可旋转地配置，上述定子线圈通过将成形为大致U字形状的由矩形截面的导体形成的多个分段线圈多个 地连接而构成，上述分段线圈在端部设有与其它的分段线圈连接的连接部，上述连接部具有角部。

发明效果

根据本发明，能够提供线圈端小型化了的旋转电机。上述以外的技术问题、结构以及效果根据以下的实施方式的说明变得明确。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的旋转电机的整体结构的示意图。

图2是表示本发明的实施方式所涉及的旋转电机的定子的立体图。

图3是定子铁心132的立体图。

图4是表示电磁钢板133的图。

图5是表示转子150和定子130的截面的图。

图6是表示定子线圈138的立体图。

图7是表示星形接线的图。

图8是表示定子线圈138U的立体图。

图9是表示定子线圈138U1的立体图。

图10是表示定子线圈138U2的立体图。

图11是说明分段线圈的连接部800的图。

图12是表示图11所示的分段线圈的连接部800的放大图。

图13是表示连接部800的图。

图14是表示连接部800的图。

图15是表示连接部800的图。

图16是表示连接部800的图。

图17是表示连接部800的图。

图18是表示连接部800的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(旋转电机的整体结构)

本实施方式所涉及的旋转电机是适合在汽车的行驶中使用的旋转 电机。在此，使用旋转电机的所谓的电动车，包括具有发动机和旋转电机两者的混合动力类型的电动车(HEV)和不使用发动机而仅利用旋转电机进行行驶的纯电动车(EV)，以下说明的旋转电机能够在两者的类型中使用，所以，在此作为代表，基于混合动力类型的汽车所使用的旋转电机进行说明。

图1是表示本发明的实施方式所涉及的旋转电机100的整体结构的示意图。在图1中，通过使旋转电机100的一部分为截面，来表示旋转电机100的内部。如图1所示，旋转电机100配置在外壳10的内部，包括壳体112、固定在壳体112的具有定子铁心132的定子130、和可旋转地配置在该定子内的转子150。外壳10由发动机的外壳、变速器的外壳构成。

该旋转电机100是永磁铁内置型的三相同步电动机。旋转电机100作为通过对卷绕在定子铁心132的定子线圈138供给三相交流电流而使转子150旋转的电动机工作。另外，旋转电机100由发动机驱动时，作为发电机工作，输出三相交流的发电电力。即，旋转电机100具有作为电能产生旋转转矩的电动机的功能和基于机械能进行发电的发电机的功能这两者，能够根据汽车的行驶状态选择性地利用上述功能。

定子130固定在壳体112。设置在壳体112的凸缘115通过螺栓12紧固到外壳10，由此定子130被固定保持在外壳10内。固定在轴118的转子150由外壳10的轴承14A、14B支承，可旋转地保持于定子铁心132的内侧。

图2是表示安装在壳体112的定子130的立体图。壳体112通过利用拉深(drawing)加工将厚度2～5mm左右的钢板(高张力钢板等)形成为圆筒形状。壳体112的轴向一端设置有凸缘115，如上述那样螺栓固定在外壳10(参照图1)。凸缘115通过拉深加工与壳体112形成为一体。此外，可以不设置壳体112而将定子130直接固定在外壳10。

定子130固定在壳体112的内周侧，并具有圆筒状的定子铁心132和安装在该定子铁心132的定子线圈138。图3是定子铁心132的立体图。定子铁心132通过将图4所示的电磁钢板133层叠多个而形成。电磁钢板133的厚度为0.05～1.0mm左右，通过冲孔加工或者蚀刻加工而成形。层叠的电磁钢板133通过焊接被固定。图3所示的例子中， 焊接部200表示这种情况。通过该焊接而层叠的各电磁钢板133被连接并且压入到壳体112时的紧固力导致的电磁钢板133的变形受到抑制。

在定子铁心132，在周向上等间隔地形成有在轴向上延伸的多个槽420。槽420的数量例如在本实施方式中为72个。如图2所示，槽420收纳定子线圈138。在图3所示的例子中，槽420为开槽，在定子铁心内周侧形成有开口。该开口的周向的宽度，与用于安装定子线圈138的各槽420的线圈安装部大致相等或者比线圈安装部稍小。

此外，在各槽420内配置有绝缘纸300。绝缘纸300配置在槽420、线圈端140a、140b。通过将绝缘纸300(所谓的槽衬(slot liner))配置在槽420，配置在插通在槽420的线圈相互间和线圈和槽420的内表面之间，实现线圈间、线圈和槽420的内表面之间的绝缘耐压的提高。

另外，配置在线圈端140a、140b的绝缘纸300因线圈端140a、140b中的相间绝缘、导体间绝缘而环状地配置在线圈间。像这样，本实施方式所涉及的旋转电机100在槽420的内侧、线圈端140a、140b中，配置有绝缘纸300，因此，即使线圈的绝缘覆膜600发生损伤或者劣化，也能够保持必要的绝缘耐压。此外，绝缘纸300例如为耐热聚酰胺纸的绝缘片，厚度为0.1～0.5mm左右。

在槽420间形成有齿430，各个齿430与环状的心背(core back)440为一体。定子铁心132是各齿430和心背440一体成形而形成的一体型铁心。齿430将由定子线圈138产生的旋转磁场引导到转子150，进行使转子150产生旋转转矩的动作。

图3所示的定子铁心132通过热套法，嵌合固定在上述圆筒状的壳体112的内侧。作为具体的组装方法，例如，首先，配置定子铁心132，将通过预先加热利用热膨胀扩大了内径的壳体112嵌套到该定子铁心132。接着，将壳体112冷却使内径收缩，利用其热收缩将定子铁心132的外周部紧固。

定子铁心132将壳体112的内径尺寸设定为比定子铁心132的外径尺寸小规定值，以免运转时的转子150的转矩所产生的反作用导致相对于壳体112空转。其结果是，利用热套嵌合，定子铁心132被牢固地固定在壳体112内。常温下的定子铁心132的外径和壳体112的 内径的差被成为过盈量，设想(考虑)旋转电机100的最大转矩来设定该过盈量，壳体112能够利用规定的紧固力保持定子铁心132。此外，定子铁心132不限于利用热套法进行嵌合固定的情况，也可以利用压入法，嵌合固定在壳体112。

图5是说明转子150的图，是表示转子150和定子130的截面的图。此外，为了避免复杂，将收纳于轴118、槽420的内部的定子线圈138、绝缘纸300省略。如图5所示，转子150包括转子铁心152和保持于形成在该转子铁心152的磁铁插入孔的永磁铁154。

在转子铁心152，在外周部附近在周向上以等间隔形成有长方体形状的磁铁插入孔。各磁铁插入孔中埋入(嵌入)永磁铁154，利用粘接剂等固定。磁铁插入孔的圆周方向的宽度形成为比永磁铁154的圆周方向的宽度大，在永磁铁154的两侧形成有磁空隙156。该磁空隙156可以埋入粘接剂，也可以利用树脂与永磁铁154固定为一体。

永磁铁154形成转子150的励磁极。此外，本实施方式中，采用由一个永磁铁154形成一个磁极的结构，但是，可以由多个多个永磁铁构成一个磁极。通过将用于形成各磁极的永磁铁增加至多个，永磁铁产生的各磁极的磁通密度变大，能够增大磁铁转矩。

永磁铁154的磁化方向朝向径向，每个励磁极的磁化方向的朝向反向(反转)。即，用于形成某个磁极的永磁铁154的定子侧的面磁化为N极、轴侧的面磁化为S极时，形成相邻的磁极的永磁铁154的定子侧的面磁化为S极，轴侧的面磁化为N极。本实施方式中，12个永磁铁154在圆周方向上等间隔地按每个磁极，磁化方向交替改变的方式磁化配置，转子150形成12个磁极。

此外，永磁铁154可以在磁化后埋入(嵌入)到转子铁心152的磁铁插入孔，也可以在磁化前插入到转子铁心152的磁铁插入孔，在之后施加较强的磁场进行磁化。

不过，磁化后的永磁铁154的磁力较强，如果在将永磁铁154固定到转子150前使磁铁磁化，则在固定永磁铁154时与转子铁心152之间产生较强的吸引力，该吸引力妨碍作业。另外，有时因较强的吸引力，铁粉等的垃圾附着在永磁铁154。因此，在提高旋转电机100的生产性方面，优选在将永磁铁154插入到转子铁心152的磁铁插入 孔后进行磁化。在此，永磁铁154能够使用钕类、钐类的烧结磁铁、铁氧体磁铁、钕类的粘结(bond)磁铁等，但是永磁铁154的残留磁通密度优选为0.4～1.3T左右，钕类的磁铁更加适合。

在本实施方式中，在形成磁极的各永磁铁154间形成有辅助磁极160。该辅助磁极160发挥作用使得定子线圈138产生的q轴的磁通的磁阻变小。而且，因该辅助磁极160，q轴的磁通的磁阻与d轴的磁通的磁阻相比非常小，因此产生较大的磁阻转矩(reluctancetorque)。

通过将三相交流电流供给到定子线圈138而在定子130产生旋转磁场时，该旋转磁场作用于转子150的永磁铁154而产生磁铁转矩。转子150除了该磁铁转矩外，还产生上述的磁阻转矩，所以，上述的磁铁转矩和磁阻转矩两转矩作为旋转转矩作用于转子150，能够获得较大的旋转转矩。

(定子线圈的说明)

图6是表示三相的定子线圈138的立体图。定子线圈138以图7所示的星形接线的结构连接。在本实施方式中，采用将2个星形接线并列连接而成的2星形结构的定子线圈138。即，包括U1相、V1相和W1相的星形接线和U2相、V2相和W2相的星形接线，U1和U2相的引出线通过交流端子41U集中为一个，V1和V2相的引出线通过交流端子41V集中为一个，W1和W2相的引出线通过交流端子41W集中为一个。N1和N2为各自的星形接线的中性点。

定子线圈138使用无氧铜、或有氧铜。例如在有氧铜的情况下，含氧率在大致10ppm以上至1000ppm左右。

另外，定子线圈138以分布绕组的方式卷绕。分布绕组是以相绕组线圈收纳在跨多个槽420分离的两个槽420中的方式将相绕组线圈卷绕在定子铁心132的绕组方式。在本实施方式中，作为绕组方式采用分布绕组，所以，具有如下特征：所形成的磁通分布与集中绕组相比接近正弦波，容易产生磁阻转矩。因此，该旋转电机100中，弱励磁控制、利用磁阻转矩的控制的控制性得以提高，能够在从低转速至高转速的较宽的转速范围中利用，能够获得适合电动车的优良的电动机特性。

定子线圈138的截面可以为圆形，也可以为四边形。不过，具有 采用下述结构会提高效率的趋势，该结构为：尽可能有效利用槽420的内部的截面，减少槽内的空间的结构，因此，在效率提高这一点上，优选截面为四边形。此外，定子线圈138的截面的四边形，可以采用定子铁心132的周向短、径向长的形状，相反，也可以采用周向长、径向短的形状。本实施方式中，定子线圈138使用在各槽420内定子线圈138的长方形截面在定子铁心132的周向上长、在定子铁心132的径向上短的形状的平角线圈。另外，该平角线圈的外周被绝缘覆膜600覆盖。

如图2所示，图6所示的定子线圈138中，整体上6个系统(U1、U2、V1、V2、W1、W2)的线圈与定子铁心132贴紧(密着)安装。而且，构成定子线圈138的6个系统的线圈通过槽420彼此隔着适当的间隔排列。如图6所示，在定子线圈138中的一方的线圈端140a侧，配置有作为UVW三相各自的输入输出用端子的交流端子41U、41V、41W和中性线连接部40。

此外，为了旋转电机100的组装中的操作性提高，用于接收三相交流电力的交流端子41U、42V、43W配置成从线圈端140a突出至定子铁心132的轴向外方。而且，定子130经由该交流端子41U、42V、43W与未图示电力转换装置连接，被供给交流电力。

如图2和图6所示，从定子铁心132向轴向外方鼓出的部分即线圈端140a、140b是整体上整齐的配置，具有能使旋转电机整体的小型化的效果。另外，线圈端140a、140b很整齐，这从绝缘特性的可靠性提高的观点出发也予以优选。

图8是表示卷绕在定子铁心132的U相的定子线圈138U的立体图。图9、10是表示构成定子线圈138U的U1相的定子线圈138U1和U2相的定子线圈138U2的立体图。从图9、10可知，定子线圈138为由将U字形状的多个分段线圈28相互连接而形成的分段型线圈。分段线圈28的头顶部28c配置在一方的线圈端140a。另外，分段线圈28的两端部28E、28E在另一方的线圈端140b与其它的分段线圈28连接。

图11是表示分段线圈的连接部800的图。本实施方式中，具有144处的连接部800。连接部彼此隔着适当的间隔排列。连接方法是利用电弧焊接的TIG焊接、等离子体焊接等来连接。将铜线的母材溶融而进 行连接。保护气体(shield gas)使用氩气、氦气、或者氩气和氦气的混合气体等。

图12是从径向看到图11所示的分段线圈的连接部800时的放大图。连接部800中，在焊接后残留有角部810。特别是，有氧铜的表面张力小，因此，能够利用角部810缩小线圈端140b。

图13是从图12的连接部800的周向看到时的详细图(以后，图14-16也同样为从周向看到的图)。在本实施方式中，焊接部的表面张力小，因此，角部810形成于连接部的径向两侧。即，留下角部810，焊接部形成为峰状。另外，在本实施方式中，角部810形成为从峰状的焊接部的坡部830向轴向突出。利用这样的形状，能够进一步减小线圈端140b。

图14是图12的连接部800的其它方式的详细图。本实施方式中，为了增大连接面积，焊接部分变大。即，峰状的焊接部的坡部830的部分与图13的例子相比变大，角部810构成为与峰状的焊接部的坡部830相连(图14的右侧)。在本实施方式中，因焊接部的表面张力小，角部810形成在两侧，因此，能够进一步减小线圈端140b。此外，当将连接面积取得较大时，例如在焊接时向下侧(重力方向)实施即可。

图15是图12的连接部800的其它方式的详细图。本实施方式中，为了将连接面积取得较大，焊接部分与图14相比变得更大。即，在径向一方，角部810构成为与峰状的焊接部的坡部830相连，在径向另一方，焊接部构成为向母材的径向外方突出。不过，在获得本实施方式的效果方面，角部810形成在径向一侧即可，角部810的形状可以为如图13所示从坡部830向轴向突出的形状。

像这样，在本实施方式中，因表面张力小，角部810形成在一侧，所以能够减小线圈端140b。此外，当将连接面积取得较大时，例如在焊接时向下侧(重力方向)实施即可。

图16是图12的连接部800的其它方式的详细图。在本实施方式中，构成为具有角部810且峰状的焊接部的坡部830在轴向凹陷。通过像这样构成，能够将连接面积取得较大并且抑制连接部800的轴向高度。此时，角部810的形状可以为如图13所示向轴向突出的形状，也可以为与峰状的焊接部的坡部830相连的形状，不过，如图16所示 采用与坡部830相连的形状时，连接面积变大。像这样，本实施方式中，表面张力小，形成角部810，因此，能够减小线圈端140b。此外，当将连接面积取得较大时，例如在焊接时向下侧(重力方向)实施即可。

图17是图12的连接部800的其它方式的详细图，是从径向看到连接部800的图。在本实施方式中，角部810形成在连接部800的径向端面的一部分。像这样，因表面张力小，角部810形成于一部分，因此，能够减小线圈端140b。

图18是图12的连接部800的其它方式的详细图。本实施方式中，将具有角部810的连接部设置在线圈端的一部分。在这样的方式中，也因表面张力小，角部810形成于一部分，因此，能够减小线圈端140b。

此外，以上的说明终归是一个例子，在解释发明时完全不限定于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。例如，在上述实施方式中，以转子具有永磁铁的旋转电机为例进行了说明，但是，本发明也能够同样适用于感应电动机等的旋转电机的定子。另外，也能够应用于车辆驱动用旋转电机之外。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换成其它的实施方式的结构，另外，能够给一个实施方式的结构添加其它的实施方式的结构。

附图标记说明

28：分段线圈

28c：头顶部

41U、41V、41W：交流端子

100：旋转电机

130：定子

132：定子铁心

138、138U、138U1、138U2：定子线圈

140a 140b：线圈端

150：转子

420：槽

800：连接部

810：角部

Claims (5)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

定子，其包括：形成有排列在周向上的多个槽的定子铁心、和插入到该定子铁心的所述槽内的定子线圈；和

转子，其与所述定子铁心隔着间隙可旋转地配置，

所述定子线圈通过将多个分段线圈多个连接而构成，所述分段线圈成形为大致U字形状，由矩形截面的导体形成，

所述分段线圈在端部设有与其它的分段线圈连接的连接部，

所述连接部具有角部，所述角部形成为从峰状的焊接部的坡部向轴向突出。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：

所述角部形成在共用所述连接部的两个所述分段线圈的径向端部，

所述角部的轴向位置比所述连接部的轴向端部靠近定子。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于：

所述导体由有氧铜形成。

4.一种旋转电机的制造方法，其特征在于：

所述旋转电机包括：

定子，其包括：形成有排列在周向上的多个槽的定子铁心、和插入到该定子铁心的所述槽内的定子线圈；和

转子，其与所述定子铁心隔着间隙可旋转地配置，

所述旋转电机的制造方法包括：

将矩形截面的导体成形为大致U字形状而形成分段线圈的步骤；和

所述分段线圈以在连接部设有角部且该角部形成为从峰状的焊接部的坡部向轴向突出的方式连接的连接步骤。

5.如权利要求4所述的旋转电机的制造方法，其特征在于：

所述导体由有氧铜形成，

所述连接步骤中，利用TIG焊接或者等离子体焊接对所述导体的所述连接部进行焊接，作为焊接时的保护气体使用氩气、氦气、或者氩气和氦气的混合气体。