CN104620475B - 旋转电机的电枢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种旋转电机的电枢，能提高扁立绕法线圈的散热性，并能提高旋转电机的效率，该旋转电机的电枢包括：铁心，该铁心具有轭部和极齿部，该极齿部从轭部突出；扁立绕法线圈，该扁立绕法线圈是通过扁立弯曲绕法对导体截面为方形形状的扁线进行卷绕而形成的，该扁立绕法线圈隔着绝缘构件套设至极齿部；以及导热构件，该导热构件填充于极齿部与扁立绕法线圈的间隙，形成于极齿部与扁立绕法线圈的长边之间的两个部位的间隙彼此不同。

Description

旋转电机的电枢及其制造方法
技术领域
本发明涉及旋转电机的电枢及其制造方法。
背景技术
近年来，进行了大量以降低旋转电机的损失、提高旋转电机的效率为目的的研发。此处，作为降低旋转电机的损失的一个方法，可例举出通过提高卷绕于铁心的铜线(线圈)在其卷绕空间中占有的比例、即所谓占空系数来抑制铜发热、即铜损的方法。
另外，在将线圈通过绝缘构件直接卷绕于铁心的直接卷绕方式中，并不能将线圈以与铁心紧贴的方式进行卷绕，会导致卷绕隆起，因此，不能有效地将线圈卷绕于能卷绕的区域。特别地，线圈线越粗，该倾向就越是显著，从而成为阻碍线圈的占空系数提高的主要原因。
因此，在上述情况下，已知有以下方法：在将线圈暂时卷绕于其它线圈架之后，通过从外部对线圈的隆起部分进行成形来矫正隆起，然后，将线圈插入至铁心。通过采用上述组装工序，能提高线圈的占空系数。
另外，作为进一步提高线圈的占空系数的方法，提出了一种应用扁立绕法线圈的方案，该扁立绕法线圈是将导体截面为方形形状(长方形)的扁线朝使导体截面的短边成为线圈轴的内侧的方向弯曲而形成的。
与采用导体截面为圆形状的圆线的线圈相比，通过使用扁立绕法线圈，能消除不需要的间隙，从而能提高线圈的占空系数。另外，扁立绕法线圈相对于铁心具有一层结构，因此，与采用卷绕多层的圆线的线圈相比较，能将热量直接释放至铁心，能提高散热性。
此处，对于扁立绕法线圈也同样地提出了以下方案：在暂时形成扁立绕法线圈之后，将扁立绕法线圈隔着绝缘体插入至铁心，从而制造出定子(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-254689号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
然而，在现有技术中，存在以下技术问题。
在专利文献1中，示出了以下结构：当将扁立绕法线圈插入至铁心时，通过绝缘体将扁立绕法线圈与铁心的间隙确保为一定量。该绝缘体具有对扁立绕法线圈与铁心进行绝缘、并使扁立绕法线圈所产生的热量释放至铁心(散热)的功能。
在专利文献1的定子中，为了提高扁立绕法线圈的散热性，需要减小绝缘体的厚度，但从成形上的技术问题出发，需要确保一定程度的厚度，因此，存在不能提高散热性这样的技术问题。
本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于获得一种能提高扁立绕法线圈的散热性并能提高旋转电机的效率的旋转电机的电枢及其制造方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的旋转电机的电枢是旋转电机的电枢，包括：铁心，该铁心具有轭部和极齿部，该极齿部从轭部突出；扁立绕法线圈，该扁立绕法线圈是通过扁立弯曲绕法对导体截面为方形形状的扁线进行卷绕而形成的，该扁立绕法线圈隔着绝缘构件套设至极齿部；以及导热构件，该导热构件填充于极齿部与扁立绕法线圈的间隙，形成于极齿部与扁立绕法线圈的长边之间的两个部位的间隙彼此不同。
另外，本发明的旋转电机的电枢的制造方法是旋转电机的电枢的制造方法，包括：通过扁立弯曲绕法对导体截面为方形形状的扁线进行卷绕以形成扁立绕法线圈的步骤；将扁立绕法线圈隔着绝缘构件套设至铁心的极齿部的步骤，该铁心具有轭部和从轭部突出的极齿部；使扁立绕法线圈在扁立绕法线圈的短边方向上偏移的步骤；以及将导热构件填充于极齿部与扁立绕法线圈的间隙的步骤。
发明效果
根据本发明的旋转电机的电枢及其制造方法，形成于极齿部与扁立绕法线圈的长边之间的两个部位的间隙彼此不同。
因此，能降低从扁立绕法线圈到铁心的导热部热阻，从而能提高扁立绕法线圈的散热性，并能提高旋转电机的效率。
附图说明
图1是表示由本发明实施方式一的旋转电机的电枢构成的定子的俯视图。
图2是表示本发明实施方式一的旋转电机的电枢的立体图。
图3是表示本发明实施方式一的旋转电机的铁心的立体图。
图4是表示本发明实施方式一的旋转电机的扁立绕法线圈的立体图。
图5(a)和图5(b)分别是表示本发明实施方式一的旋转电机的扁立绕法线圈的侧视图及俯视图。
图6是表示本发明实施方式一的旋转电机的绝缘体的立体图。
图7是表示本发明实施方式一的旋转电机的绝缘纸的立体图。
图8是表示本发明实施方式一的旋转电机的电枢的组装步骤的立体图。
图9是表示本发明实施方式一的旋转电机的电枢的组装步骤的立体图。
图10(a)和图10(b)是分别表示本发明实施方式一的旋转电机的铁心及扁立绕法线圈的剖视图。
图11是本发明实施方式一的旋转电机的电枢的剖视图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的旋转电机的电枢及其制造方法的优选实施方式进行说明，对于各图中相同或相当的部分标注相同的符号来进行说明。
另外，在以下的实施方式中，有时将扁立绕法线圈简单地表述为线圈。另外，在以下的实施方式中，对本发明的旋转电机的电枢应用于定子的情况进行说明，但并不限定于此，本发明的旋转电机的电枢也可应用于转子。
实施方式一
图1是表示由本发明实施方式一的旋转电机的电枢10构成的定子100的俯视图。在图1中，定子100由配置成圆环状的电枢10和配置于电枢10外周的框架20构成。框架20具有过盈量，并通过压入或热压配合而对电枢10进行保持固定。
图2是表示本发明实施方式一的旋转电机的电枢10的立体图。在图2中，电枢10由铁心11、绝缘体(绝缘构件)12、绝缘纸(绝缘构件)13及线圈14构成。
图3是表示本发明实施方式一的旋转电机的铁心11的立体图。在图3中，铁心11由轭部11a和极齿部11b构成，其中，上述极齿部11b从轭部11a朝定子100的中心方向突出。
另外，铁心11是将薄板钢板11c层叠而构成的。此处，通过使用硅钢板以作为薄板钢板11c，能抑制铁损。另外，层叠的薄板钢板11c被冲压成型的榫11d、11e、11f铆接而一体固定。
另外，作为层叠的薄板钢板11c的固定方法，除了上述方法之外，还存在通过粘接进行固定的方法、通过焊接进行固定的方法等。另外，将极齿部11b的与线圈14相对的面称为极齿部侧面11g，并将轭部11a的与线圈14相对的面称为轭部侧面11h。
图4是表示本发明实施方式一的旋转电机的扁立绕法线圈(edgewise coil)14的立体图。在图4中，线圈14是将导体截面呈方形形状(长方形)的扁线通过所谓扁立弯曲绕法加以卷绕而构成的，所谓扁立弯曲绕法是使扁线朝使导体截面的短边成为线圈轴的内侧的方向弯曲的方法。另外，线圈14被套设至铁心11的极齿部11b。
线圈14具有：线圈端部14a、14b，该线圈端部14a、14b是定子100的轴向两端侧的线圈短边；槽部14c、14d，该槽部14c、14d是线圈长边；以及两根线圈末端14e、14f，这两根线圈末端14e、14f是末端。此处，线圈14由表面被聚酰胺亚胺等的绝缘皮膜覆盖的导体构成。
另外，将槽部14c、14d的与铁心11的极齿部11b(极齿部侧面11g)相对的面称为槽内周面14g，并将槽部14c、14d的与铁心11的轭部11a(轭部侧面11h)相对的面称为槽轭面14h。
另外，线圈末端14e、14f在组装成定子100的状态之后进行三相的连接。另外，在本发明的实施方式一中，线圈末端14e、14f朝同一方向延伸，但并不限定于此，也可在彼此相反的方向上延伸。在该情况下，线圈末端14e、14f分别在定子100的轴向两端进行接线。
图5(a)和图5(b)分别是表示本发明实施方式一的旋转电机的扁立绕法线圈14的侧视图及俯视图。在图5中，线圈14的扁线从线圈末端14e按照槽部14w、线圈端部14x、槽部14y、线圈端部14z、……、线圈末端14f的顺序卷绕成螺旋状。
此处，槽部14w是与线圈末端14e连续且最靠槽轭面14h一侧的槽部14d，线圈端部14x是与槽部14w连续且最靠槽轭面14h一侧的线圈端部14b，槽部14y是与线圈端部14x连续且最靠槽轭面14h一侧的槽部14c，线圈端部14z是与槽部14y连续且最靠槽轭面14h一侧的线圈端部14a。
另外，在图5中，从第一匝朝第二匝的卷绕使线圈端部从距线圈末端14e较远一侧的槽部14y逐渐变为斜坡状，并使距线圈末端14e较近一侧的线圈端部14z与线圈末端14e重叠，从而形成第二匝。
这以后，同样地重叠扁线，从而卷绕规定的匝数。因此，与线圈末端14e连续的槽部14w和另一方的槽部14y不在同一平面上。因此，和线圈末端14e连续的槽部14w与铁心11之间的间隙比另一方的槽部14y与铁心11之间的间隙小。
图6是表示本发明实施方式一的旋转电机的绝缘体12的立体图。在图6中，绝缘体12呈大致コ字形状，并具有：线圈支承部12a，该线圈支承部12a配置于线圈14与铁心11之间；外壁12b，该外壁12b在线圈支承部12a的侧面设于铁心11的轭部11a一侧；以及内壁12c，该内壁12c设于铁心11的极齿部11b的前端侧。
此处，外壁12b及内壁12c能限制线圈端部14a、14b朝定子100的外径侧或内径侧伸出。另外，绝缘体12由具有耐热性的热塑性树脂或热固性树脂等形成。
图7是表示本发明实施方式一的旋转电机的绝缘纸13的立体图。另外，绝缘纸13是使用具有耐热性及绝缘性的材料并将多片材料重叠的片材，例如使用芳族聚酰胺纸(aramid paper)－PPS(聚苯硫醚：polyphenylene sulfide)－芳族聚酰胺纸等。
在图7中，绝缘纸13具有：极齿绝缘部13a，该极齿绝缘部13a将极齿部侧面11g及槽内周面14g覆盖；轭绝缘部13b，该轭绝缘部13b将轭部侧面11h及槽轭面14h覆盖；极齿前端绝缘部13c，该极齿前端绝缘部13c将线圈14的极齿部11b的前端侧覆盖；以及相间绝缘部13d，该相间绝缘部13d将线圈14的外侧覆盖，并确保组装成定子100的状态时相间的绝缘。
以下，参照图8、图9，对本发明实施方式一的旋转电机的电枢10的组装步骤进行说明。图8、图9是表示本发明实施方式一的旋转电机的电枢10的组装步骤的立体图。
首先，如图8所示，在线圈14的槽部14c、14d分别卷绕绝缘纸13。此时，将绝缘纸13的极齿绝缘部13a配置于槽部14c、14d的内周侧，折曲轭绝缘部13b及极齿前端绝缘部13c，最后重叠相间绝缘部13d。
接着，将绝缘体12分别插入于线圈14的线圈端部14a、14b。接着，如图9所示，通过将铁心11的极齿部11b插入到组装有绝缘体12及绝缘纸13的线圈14的内侧，从而完成旋转电机的电枢10。
接着，参照图10，对本发明实施方式一的旋转电机的电枢10的线圈14和铁心11的尺寸关系进行说明。图10(a)和图10(b)是分别表示本发明实施方式一的旋转电机的铁心11及扁立绕法线圈14的剖视图。
在图10中，作为使线圈14的热量释放至铁心11的导热路径，存在从线圈14的槽内周面14g释放至铁心11的极齿部侧面11g的路径和从线圈14的槽轭面14h释放至铁心11的轭部侧面11h的路径。
在本发明的实施方式一中，作为线圈14和铁心11组装时的尺寸关系，当如图10(a)所示将铁心11的极齿部11b的宽度设为X，并如图10(b)所示将线圈14的槽轭面14h一侧的宽度(包括绝缘纸13)设为Y时，规定X＞Y。
另外，当如图10(a)所示将极齿部侧面11g相对于铁心11的中心线的角度设为α，并如图10(b)所示将槽内周面14g相对于线圈14的中心线的角度设为β时，规定α＞β。
根据上述尺寸关系进行组装，使线圈14相对于铁心11的中心位置朝线圈末端14f的方向(沿定子100的周向)偏移。藉此，线圈14的槽内周面14g与铁心11的极齿部侧面11g的间隙为左右非对称。
接着，参照图11，对本发明实施方式一的旋转电机的电枢10的线圈14和铁心11的关系进行说明。图11是本发明实施方式一的旋转电机的电枢10的剖视图。
在图11中，在该状态下，用热传导率较高的漆(导热构件)30a、30b填充线圈14与铁心11的间隙。根据该结构，由于槽内周面14g与极齿部侧面11g的间隙为左右非对称，因此，间隙狭小的漆30a的厚度比间隙较大的漆30b的厚度薄。
此时，热阻为并联的热阻，因此，整体的热阻比漆30a、30b的厚度为左右均等的情况下的热阻小。因此，扁立绕法线圈14的散热性提高，旋转电机的效率提高。
另外，如上所述，和线圈末端14e连续的槽部14w与铁心11的间隙比另一方的槽部14y与铁心11的间隙小(参照图5)，因此，整体的热阻进一步减小，扁立绕法线圈14的散热性提高，旋转电机的效率提高。
如上所述，根据实施方式一，形成于极齿部与扁立绕法线圈的长边之间的两个部位的间隙彼此不同。
因此，能降低从扁立绕法线圈到铁心的导热部热阻，从而能提高扁立绕法线圈的散热性，并能提高旋转电机的效率。
另外，在上述实施方式一中，说明了用漆(导热构件)30a、30b填充线圈14与铁心11的间隙。然而，并不限定于此，也可将填充于线圈14与铁心11的间隙的导热构件设为导热硅(heat conductive silicon)。此处，导热硅的粘度较高，在线圈14与铁心11的组装后再涂布时，导热硅不会渗透到间隙中，因此，采用在组装前涂布导热硅的方式。
作为涂布方法，在组装前的预先涂布(pre-application)中，例如在铁心11的极齿部11b以使厚度成为左右非对称的方式在间隙较小的一侧涂布得较薄、在间隙较大的一侧涂布得较厚之后，组装线圈14，从而制作出电枢10。在该情况下，通过使用热传导率较高的导热硅，能进一步提高扁立绕法线圈14的散热性。

Claims (5)

1.一种旋转电机的电枢，其特征在于，包括：
铁心，该铁心具有轭部和极齿部，该极齿部从所述轭部突出；
扁立绕法线圈，该扁立绕法线圈是通过扁立弯曲绕法对导体截面为方形形状的扁线进行卷绕而形成的，所述扁立绕法线圈隔着绝缘构件套设至所述极齿部；以及
导热构件，该导热构件填充于所述极齿部与所述扁立绕法线圈的间隙，
形成于所述极齿部的一方的极齿部侧面与所述扁立绕法线圈的长边之间的间隙和形成于所述极齿部的另一方的极齿部侧面与所述扁立绕法线圈的长边之间的间隙彼此不同。
2.如权利要求1所述的旋转电机的电枢，其特征在于，
形成于所述轭部的一方的轭部侧面与所述扁立绕法线圈的长边之间的间隙和形成于所述轭部的另一方的轭部侧面与所述扁立绕法线圈的长边之间的间隙彼此不同。
3.如权利要求1或2所述的旋转电机的电枢，其特征在于，
所述导热构件是漆。
4.如权利要求1或2所述的旋转电机的电枢，其特征在于，
所述导热构件是导热硅。
5.一种旋转电机的电枢的制造方法，其特征在于，包括：
通过扁立弯曲绕法对导体截面为方形形状的扁线进行卷绕以形成扁立绕法线圈的步骤；
将所述扁立绕法线圈隔着绝缘构件套设至铁心的极齿部的步骤，该铁心具有轭部和从所述轭部突出的所述极齿部；
使所述扁立绕法线圈在所述扁立绕法线圈的短边方向上偏移的步骤；以及
将导热构件填充于所述极齿部与所述扁立绕法线圈的间隙的步骤。
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