CN104620474B - 旋转电机的定子 - Google Patents

Abstract

一种旋转电机的定子包括：沿定子芯的周向配置的多个槽；和由线圈形成的线圈体，所述线圈沿定子芯的周向作为单一导体配置在所述槽内并且沿定子芯的径向在所述槽内卷绕多个绕圈。所述线圈具有扁平导体部、设置在扁平导体部周围的磁性体层和设置在磁性体层周围的绝缘膜。

Description

旋转电机的定子

技术领域

本发明涉及一种旋转电机的定子，特别地涉及其中线圈绕线卷绕在槽内的旋转电机的定子。

背景技术

为了使旋转电机紧凑并具有技术优势，有必要以有效的方式卷绕线圈并减少诸如铜损或铁损之类的损失。日本专利申请公报2009-232607(JP2009-232607A)公开了使用具有凹部和凸部的扁平线作为旋转电机的定子绕线并且将扁平线线圈配置在槽内以使得相邻的扁平线线圈的凸部和凹部彼此嵌合，由此提高线圈在槽内的占空系数。

日本专利申请公报2011-210638(JP 2011-210638A)中记载了在导体的表面层上设置用作用于电磁体的线圈的线的磁性体层以增大电磁体的吸引力。在使用这种线作为用于旋转电机中的定子的分布卷绕线圈的绕线的实施例中，具有圆形截面的多根线收纳在单个槽中。

日本专利申请公报2008-236924(JP 2008-236924A)中公开了涂覆在扁平线圈线上的绝缘层的厚度或绝缘材料的类型在线圈端部和槽部之间不同以使旋转电机小型化。该公报还描述了在线圈导体的表面上或绝缘层的表面上设置混入有导电性填料或半导电性填料的导电聚合物层或环氧树脂层等作为缓和逆变器的突跳浪涌电压的电场缓冲层。

尽管可利用具有凹部和凸部的扁平线来提高占空系数，但由泄漏磁通导致的涡电流损失可能由于导体的降低的阻抗值——其因此促进电流流动——而增加。可通过在导体的表面层上设置磁性体层来减少涡电流损失。然而，占空系数由于磁性体层的厚度而下降。

发明内容

本发明提供了一种旋转电机的定子，其能提高线圈绕线在槽中的占空系数并且能减少涡电流损失。根据本发明一个方面的旋转电机的定子包括：沿定子芯的周向配置的多个槽；和由线圈形成的线圈体，所述线圈沿所述定子芯的周向作为单一导体配置在所述槽内，并且所述线圈沿所述定子芯的径向在所述槽内卷绕多个绕圈。所述线圈具有扁平导体部、设置在所述扁平导体部周围的磁性体层和设置在所述磁性体层周围的绝缘膜。

根据以上方面，由于旋转电机的定子中的泄漏磁通从设置在扁平导体部周围的磁性体层通过但不从扁平导体部通过，所以能减少扁平导体部中的涡电流损失。因此，能利用扁平线来降低涡电流损失而同时提高占空系数。

此外，在根据以上方面的旋转电机的定子中，在所述线圈体中具有所述磁性体层的线圈可沿所述径向配置成彼此分隔开一个绕圈。

在该旋转电机的定子中，磁性体层在沿径向卷绕多个绕圈的线圈之中的相邻线圈之间重叠。因此，具有磁性体层的线圈沿径向配置成彼此分隔开一个绕圈。因此，能通过消除重叠的磁性体层来进一步提高线圈体在槽内的占空系数并有效地减少涡电流损失。

此外，在根据以上方面的旋转电机的定子中，可仅在所述槽的最内周侧配置有所述线圈体中的一个绕圈的具有所述磁性体层的线圈。

从旋转电机的定子通过的来自转子的泄漏磁通在沿径向的最内周侧高。具有磁性体层的线圈仅配置在该最内周侧，并且不对其它绕圈的线圈设置磁性体层。因此，能有效地降低涡电流损失并进一步提高线圈体在槽中的占空系数。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：

图1A是槽的剖视图，示出了根据本发明一个实施例的旋转电机的定子的结构；

图1B是线圈的剖视图，示出了根据本发明实施例的旋转电机的定子的结构；

图2是用于示出使用相关技术的线圈进行比较时的涡电流损失的视图；

图3是用于示出图1A的构型中的降低的涡电流损失的视图；

图4是用于示出具有磁性体层的线圈的另一配置示例的视图；

图5是用于示出图4的构型中的降低的涡电流损失的视图；

图6是具有磁性体层的线圈的另一配置示例；

图7是用于示出图6的构型中的降低的涡电流损失的视图；以及

图8是根据本发明实施例的旋转电机的定子的透视图。

具体实施方式

下文将参照附图对本发明的一个实施例进行详细说明。在以下说明中，线圈体是根据分布卷绕法卷绕的。然而，线圈体可沿定子芯的周向作为单一导体配置在槽内并沿定子芯的径向在槽内卷绕多个绕圈。例如，该线圈体包括通过波形卷绕法卷绕的线圈体。此外，在以下说明中使用具有矩形截面的扁平导线作为线圈。然而，可使用具有角部被倒圆的大致矩形截面的导线、具有大致椭圆形截面的导线等。以下将描述的定子芯中的槽数以及线圈的绕圈数、尺寸、厚度等仅出于说明的目的，且因此它们可根据旋转电机中的定子的规格适当地改变。

以下用相同的附图标记表示相同或对应的要素，并且将不重复它们的说明。

图1是用于示出旋转电机的定子10的视图，其中图1A是槽的剖视图，而图1B是线圈的剖视图。旋转电机的定子10与未示出的转子组合而形成旋转电机，借助由电流通向线圈所产生的电磁作用与转子协同地使转子旋转，并且向转子的旋转轴输出转矩。

旋转电机的定子10包括定子芯12、沿定子芯12的周向配置的多个齿14、16、作为相邻的齿14、16之间的空间的槽18和进入槽18并卷绕多个绕圈的线圈体20。

定子芯12是其中多个齿14、16配置在其内周侧的圆形磁性体部件。稍后将描述的图8示出了定子芯12具有72个齿14、16。这种定子芯12通过堆叠多个呈特定形状的电磁钢板而形成。

如图1A所示，线圈体20在各自作为单一导体沿周向配置在槽18内的线圈沿径向在槽18内卷绕多个绕圈时形成。在图1中，周向为θ方向，而径向为R方向。在图1中，线圈体20由在径向上排布的四个绕圈的线圈22、24、26、28形成。各线圈22、24、26、28配置在槽18的在周向上的一端和另一端之间并且仅卷绕一个绕圈。换言之，各线圈22、24、26、28沿周向作为单一导体配置在槽18内。

各线圈22、24、26、28从定子芯12的在轴向上的一侧插入，从槽18通过，从其另一端离开，并插入沿定子芯12的周向与该槽分隔开6个槽的另一个槽中。因此，各线圈22、24、26、28根据反复执行以上过程的分布卷绕法构成定子绕线。

如图1B所示，线圈22包括扁平导体部40、设置在扁平导体部40周围的磁性体层42和设置在磁性体层42周围的绝缘膜44。

扁平导体部40是与导体延伸方向垂直的截面呈矩形的导线。能使用高导电性的金属作为导体材料。作为高导电性的金属，能使用铜等。

磁性体层42是以均匀和连续的方式涂覆扁平导体部40的整个外周的具有导电性的强磁性体层。用于磁性体的材料为铁-镍合金，并且使用镀覆法在扁平导体部40的外周上形成磁性体层42。在一个示例中，磁性体层42的厚度为约1μm。用于磁性体的材料可以是软磁性材料、铁或镍。

绝缘膜44是以均匀和连续的方式涂覆磁性体层42的整个外周的电绝缘树脂层。对绝缘膜44使用由聚酰胺亚胺组成的搪瓷涂层。绝缘膜44的厚度由旋转电机的定子10的绝缘规范等决定。在一个示例中，该厚度为约30至35μm。用于绝缘膜44的搪瓷涂层可为聚酰胺酯、聚酰亚胺、聚酯、二甲氧基甲烷等。或者，可使用玻璃纤维涂层，其中卷绕有玻璃纤维并且用醇酸树脂等浸渍玻璃纤维。除通过涂覆来形成膜外，可缠绕由聚酰亚胺、聚酯、聚萘二甲酸乙二酯等组成的膜或薄膜片。

关于线圈22，在槽18的周向上仅配置有单一导体。换言之，仅一个绕圈的线圈22在周向上配置在槽18内。线圈22的扁平导体部40具有矩形截面，并且矩形形状的各边与槽18的内壁面平行或垂直。因此，磁性体层42具有矩形框架形状，并且矩形框架形状的各边也与槽18的内壁面平行或垂直。

将参照图2和图3对以上构型的优点进行详细说明。这些图对应于图1B，并且四个绕圈的线圈沿槽18的径向配置。在该四个绕圈的线圈之中，仅其中一个用附图标记表示。图2示出了使用未设置磁性体层且仅具有扁平导体部40和绝缘膜44的相关技术线圈29的示例。图3是对应于图1B的视图，并且使用了设置有磁性体层42的线圈28。

图2示出了从旋转电机的转子侧泄漏至定子芯12侧的泄漏磁通50、52、54、56、58的方向。泄漏磁通在它从转子侧进入齿14并且然后到达齿16时从槽18中的线圈29通过。线圈29由铜制的扁平导体部40和绝缘体的绝缘膜44形成，并具有比齿14、16低的透磁率。因此，泄漏磁通50、52、54、56、58的方向不受线圈29有无的影响。考虑到以上情况，可理解的是，泄漏磁通50、52、54、56、58从线圈29中的扁平导体部40的铜部分通过，并且此处发生涡电流损失。

在图3中，线圈28具有涂覆扁平导体部40周围的磁性体层42。由于磁性体层42是强磁性体，所以其透磁率比由铜制成的扁平导体部40的透磁率高数百倍。因此，磁通趋于从磁性体层42而不是由铜制成的扁平导体部40通过。如图3所示，来自转子侧的泄漏磁通51、53、55、57、59从磁性体层42通过但不从由铜制成的扁平导体部40通过。因此，与图2中的情形相比，扁平导体部40中发生的涡电流损失显著减少。

此外，磁性体层42不是与扁平导体部40组合的单独构件，而是通过镀覆与磁性体层42一体地形成为使得扁平导体部40的周围涂覆有磁性体层42。因此，不需要特别的组装工序来配置磁性体层42，并且因而当线圈22、24、26、28插入并卷绕在槽18内时扁平导体部40和磁性体层42不会相对于彼此移位。

图4是用于示出这样的构型的视图，其中在沿线圈体20的径向配置的四个绕圈的线圈22、24、26、28之中，仅沿径向配置成彼此分隔开一个绕圈的线圈22、26设置有磁性体层42，而线圈24、28未设置磁性体层42。如果针对如图1B所示的所有线圈22、24、26、28设置磁性体层42，则磁性体层42由于线圈22、24、26、28的矩形截面而在相邻的线圈之间沿周向重叠。在图4中，具有磁性体层42的线圈22、26配置成彼此分隔开一个绕圈，并且因而免除了两个重叠的磁性体层42。

图5示出了图4所示的构型中的泄漏磁通61、63、65的方向。磁性体层42具有比铜高数百倍的透磁率。因此，即使在消除了相邻线圈之间的周向重叠的磁性体层42中的一个磁性体层时，泄漏磁通61、63、65的方向也很难从图3所示的方向改变。此外，在收纳于单个槽18中的四个绕圈的线圈22、24、26、28之中，两个绕圈的线圈24、28未设置磁性体层42。因此，能使各线圈22、24、26、28的扁平导体部40的截面积增大在线圈24、28中未设置的磁性体层42的厚度。因此，与图1B中的构型相比，能尽量减小由于设置磁性体层42而导致的占空系数的下降，同时同样地减少涡电流损失，并且因此能抑制由于设置磁性体层42而导致的铜损的降低。

图6是用于示出这样的构型的视图，其中在沿线圈体20的径向的四个绕圈的线圈22、24、26、28之中，仅配置在槽18的最内周侧的一个绕圈的线圈22具有磁性体层42。来自转子侧的磁通的泄漏在转子附近的位置较高而在远离转子的位置较低。因此，泄漏磁通导致的涡电流损失在位于槽18的最内周侧的线圈22中最高，而涡电流损失按配置在槽18内的外周侧的线圈24、26、28的次序逐渐减少。

图7示出了图6所示的构型中的泄漏磁通71、73的方向。由于位于槽18内的最内周侧的线圈22具有磁性体层42，所以具有最高磁通量的泄漏磁通71能从该磁性体层42通过。这防止了泄漏磁通71从位于最内周侧的线圈22中的扁平导体部40通过。同时，位于外周侧的与线圈22相邻的线圈24未设置磁性体层42。由于泄漏磁通73被引导到线圈22的磁性体层42并从其中通过，所以泄漏磁通73很难从线圈24的扁平导体部40通过。此外，虽然设置在更外周侧的线圈26、28未设置磁性体层42，但从其扁平导体部40通过的泄漏磁通极低。

图8是旋转电机的定子10的透视图。根据以上构型，在收纳于旋转电机的定子10的单个槽18中的四个绕圈的线圈22、24、26、28之中，仅位于最内周侧的线圈22设置有磁性体层42，而没有在位于外周侧的线圈24、26、28中设置磁性体层42的必要。因此，能使各线圈22、24、26、28中的扁平导体部40的截面积增大在线圈24、26、28中未设置的磁性体层42的厚度，防止占空系数的下降，并抑制由于设置磁性体层42而导致的铜损的降低。

Claims (3)

1.一种用于旋转电机的定子，所述定子的特征在于包括：

定子芯，所述定子芯具有沿所述定子芯(12)的周向配置的多个槽(18)；和

由线圈形成的线圈体(20)，所述线圈沿所述定子芯的周向作为单一导体配置在所述槽内，并且所述线圈沿所述定子芯的径向在所述槽内卷绕多个绕圈，其中

所述线圈具有扁平导体部(40)、设置在所述扁平导体部周围的磁性体层(42)和设置在所述磁性体层周围的绝缘膜(44)，其中

所述线圈体包括第一线圈(22，26)和第二线圈(24，28)，并且所述第一线圈和所述第二线圈配置成彼此分隔开一个绕圈，

所述第一线圈构造有所述扁平导体部、设置在所述扁平导体部周围的所述磁性体层和设置在所述磁性体层周围的所述绝缘膜，

所述第二线圈构造有所述扁平导体部和直接设置在所述扁平导体部周围的所述绝缘膜。

2.根据权利要求1所述的定子，其中

所述磁性体层的磁导率比所述扁平导体部的磁导率高数百倍。

3.根据权利要求1所述的定子，其中

在所述线圈体中，仅在所述槽的在所述定子芯的径向上的最内周侧配置有一个绕圈的具有所述磁性体层的线圈。