CN104737421B - 旋转电机的定子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋转电机的定子，属于旋转电机领域，旨在提供一种能在确保导体部段线圈的可插入性的同时抑制铜损的旋转电机的定子。在该旋转电机的定子中，多个导体部段线圈如此组装在各个槽中：每个导体部段线圈从定子芯的轴向上的一侧插入该槽中且该导体部段线圈的在轴向上的另一侧突出的部分弯曲，导体部段线圈呈U形，且在槽的径向最内侧设置有预设空间。导体部段线圈的从定子芯的轴向上的一侧突出的U形部分的截面积为A1，导体部段线圈的槽内部分的截面积为A2，导体部段线圈的从定子芯的轴向上的另一侧突出的末端部分的截面积为A3，A1大于A3，A3大于A2，A3沿槽的周向的尺寸等于A2沿槽的周向的尺寸，A3沿槽的径向的尺寸大于A2沿槽的径向的尺寸。

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，并且更特别地涉及一种利用导体部段线圈形成绕组的旋转电机的定子。

背景技术

为了形成卷绕在旋转电机的定子周围的线圈，将U形导体部段从定子芯的轴向上的一侧插入槽中，并且使在轴向上的另一侧突出的末端部分弯曲并顺次连接。

例如，日本专利申请公报No.2011-135733(JP 2011-135733 A)描述了一种旋转电机的定子芯的线圈，其中根据相关技术卷绕单一截面积的导体，其中使槽部分的截面积小于该单一截面积，并且使线圈端部部分的截面积大于该单一截面积。

此外，日本专利申请公报No.2003-259584(JP 2003-259584 A)描述了这样的技术，其中通过压延等来使用于车辆用交流发电机的定子中的导体部段的槽部分变形成具有大致矩形的截面，并且导体部段的转弯部具有保持为圆形线截面的截面。

日本专利申请公报No.2003-32933(JP 2003-32933 A)描述了涉及用于车辆用交流发电机的定子中的导体部段的技术，其中，当将线圈端部部分的截面积表示为A1、将槽部分的截面积表示为A2、并且将端部的截面积表示为A3时，在第一示例性实施例中，A2和A3保持具有长方形截面且A1被挤压成形为具有圆形截面，在第二示例性实施例中，A1和A2保持具有长方形截面且A3被挤压成形为具有圆形截面，在第三示例性实施例中，A2保持具有长方形截面且A1和A3被挤压成形为具有圆形截面，并且在第四示例性实施例中，A2保持具有圆形截面且A1和A3被挤压成形为具有长方形截面。

当线圈的导体截面积减小时，导体在定子芯的槽内的占空系数提高，但电阻变得更大并且铜损增加。如果如JP 2011-135733 A、JP 2003-259584A和JP 2003-32933 A中那样增大线圈端部部分的导体截面积，则能够降低该部分的铜损。然而，当使用导体部段线圈时，U形部分和腿部的末端上的部分变成线圈端部，并且如果末端处的部分的截面积增大，则向槽中的可插入性下降(即，更难将导体部段线圈插入槽中)。

发明内容

因此，本发明提供了一种能够在确保导体部段线圈的可插入性的同时抑制铜损的旋转电机的定子。

本发明的一方面涉及一种旋转电机的定子。该定子包括：包括多个槽的定子芯，所述定子芯在每个槽的径向最内侧具有预设空间；和多个均呈U形的导体部段线圈，每个导体部段线圈都通过该部段线圈从所述定子芯的轴向上的一侧插入对应的一个所述槽中并且该导体部段线圈的在所述定子芯的轴向上的另一侧突出的部分弯曲而组装在该槽中。所述导体部段线圈的从所述定子芯的轴向上的一侧突出的U形部分的截面积大于所述导体部段线圈的从所述定子芯的轴向上的另一侧突出的末端部分的截面积，并且所述导体部段线圈的从所述定子芯的轴向上的另一侧突出的末端部分的截面积大于所述导体部段线圈的槽内部分的截面积。

在根据本发明的该方面的定子中，所述导体部段线圈的从所述定子芯的轴向上的另一侧突出的末端部分沿所述槽的周向的尺寸可等于所述导体部段线圈的槽内部分沿所述槽的周向的尺寸，并且所述导体部段线圈的从所述定子芯的轴向上的另一侧突出的末端部分沿所述槽的径向的尺寸可大于所述导体部段线圈的槽内部分沿所述槽的径向的尺寸。

在上述根据本发明的该方面的定子中，在所述预设空间中可配置有间隔件。

根据该结构，能够增大导体部段线圈组装在定子芯上时位于轴向上的一侧的线圈端部部分和位于轴向上的另一侧的线圈端部部分两者的截面积，因此能够抑制铜损。此外，通过在将导体部段线圈插入槽中时移除设置在槽的最内侧的间隔件，即使导体部段线圈的末端部的截面积大，也不会丧失向槽中的可插入性。

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和1B是根据本发明的一个示例性实施例的旋转电机的定子和插入该定子中的导体部段线圈的视图，其中图1A是导体部段线圈插入其中的旋转电机的定子的透视图，而图1B是导体部段线圈的各部分的截面积的视图；以及

图2A、2B和2C是示出按照其将导体部段插入根据该示例性实施例的旋转电机的定子的槽中的程序的视图，其中图2A是示出间隔件插入之前的富余空间的视图，图2B是示出利用该富余空间插入的导体部段线圈的截面积大的末端部分的视图，而图2C是示出在导体部段线圈已插入槽中之后插入的间隔件的视图。

具体实施方式

现将参考附图详细说明本发明的示例性实施例。在下文中，将旋转电机描述为三相同步旋转电机，但这仅仅是用于说明的示例。该旋转电机可以是使用导体部段线圈的任何旋转电机。在下文中，将导体部段线圈的截面描述为呈矩形形状，但矩形形状也包括角部适当进行了倒圆处理的矩形形状。此外，矩形形状仅仅是用于说明的示例。该截面的形状也可以是圆形、椭圆形等。

下述定子芯中的槽的数量和配置在一个槽中的导体部段线圈的数量等仅仅是用于说明的示例，并且可根据旋转电机的定子的规格适当变更。

在下文中，附图中同样或对应的要素将用同样的附图标记表示并且将省略重复说明。

图1A是旋转电机的定子10的视图。该旋转电机是三相同步旋转电机。在下文中，除非另外指出，否则旋转电机的定子10将简称为“定子10”。图1A是组装在定子10的定子芯12上的导体部段线圈20的透视图，而图1B是示出了导体部段线圈20的各部分的截面积的构架的视图。定子10与未示出的转子组合而形成旋转电机。定子10通过使以组装导体部段线圈20所形成的绕组线圈通电而在电磁作用方面与转子协同工作来使转子旋转，并且向转子的旋转轴输出转矩。

定子10包括定子芯12、在定子芯12上沿周向配置的多个齿14、作为相邻的齿14之间的空间的槽16和通过导体部段线圈20插入并组装在槽16中而形成的绕组线圈。在下文中，设置了多个的部分例如槽16可能用单数提及以有利于理解。

定子芯12是多个齿14配置在内周侧的环形磁性部件。定子芯12由叠置在一起的多个呈预定形状的磁性钢板形成。

导体部段线圈20用来形成绕组线圈。导体部段线圈20是这样的，即具有矩形截面的导体呈U形弯曲。这里，U形指的是导体部段线圈20弯曲并形成有线圈端部部分的状态。该线圈端部部分可通过弯曲单个线圈而形成，或该线圈端部部分可通过使一个导体部段线圈20的端部和另一个导体部段线圈20的端部弯曲并将它们焊接在一起而形成。

在导体部段线圈20的表面上设置有绝缘涂层。可使用高导电性的金属作为导体的材料。铜等是高导电性的金属的一个可行的示例。可对该绝缘涂层使用聚酰胺-酰亚胺搪瓷涂层。该绝缘涂层的厚度由定子10的绝缘规格等决定。该厚度的一个示例为大约30至50μm。可使用聚酯酰亚胺、聚酰亚胺、聚酯或二甲氧基甲烷等作为用于该绝缘涂层的搪瓷涂层。

以下述方式利用导体部段线圈20形成绕组线圈。导体部段线圈20的两个腿部的末端部分从定子芯12的轴向上的一侧插入由定子芯12的周向上的预定数量的槽空间隔开的两个槽16中。图1是示出导体部段线圈20的各自插入由与三相(即U相、V相和W相)匹配的六个槽空间隔开的两个槽16中的两个腿部的末端的视图。在图1中，定子芯12的轴向上的一侧是沿绘制图1的纸面的上侧。

从定子芯12的轴向上的一侧插入槽16中的两个腿部的末端部分在定子芯12的轴向上的另一侧突出。突出的末端部分在定子芯12的轴向上的另一侧弯曲，并通过焊接等与以相同方式插入槽16中的另一个导体部段线圈20的末端部分连接。根据定子芯10的绕组规格来执行与另一个导体部段线圈20的末端部分的连接。这样，多个导体部段线圈20组装在定子芯12上并且连接在一起而形成绕组线圈。

在定子芯12的轴向上的一侧配置有多个U形部分，并且在另一侧配置有多个弯曲且相连的末端部分。结果，多个导体部段线圈20组装在定子芯12上，因而形成绕组线圈。绕组线圈在定子芯12的轴向上突出的部分将称为线圈端部。配置有多个U形部分的部分是在定子芯12的轴向上的一侧突出的一侧线圈端部。配置有多个弯曲的末端部分的部分是在定子芯12的轴向上的另一侧突出的另一侧线圈端部。

导体部段线圈20如图1B所示包括形成一侧线圈端部的U形部分22、配置在沿定子芯12的槽16的轴向的空间内的槽内部分24、和将被弯曲且成为另一侧线圈端部的末端部分26。

在与导体部段线圈20的各部分的轴向垂直的截面中，将U形部分22的截面积表示为A1，将槽内部分24的截面积表示为A2，并且将末端部分26的截面积表示为A3。A1被设定为大于A3，且A3被设定为大于A2。亦即，A1、A2和A3之间的关系被设定为使得A1＞A3＞A2。

因此，槽内部分24的截面积A2最小。因而，在绕组数相同的情况下，与槽内部分24的截面积为A1或A3时相比，槽16能够更小，因此定子芯12的尺寸能够更小。此外，U形部分22的截面积A1最大。因而，与U形部分22的截面积为A2时相比，一侧线圈端部处的电阻值能够更低并且能够减小铜损。此外，末端部分26的截面积A3大于A2。因而，与末端部分26的截面积为A2时相比，能够减小铜损。这样，定子芯12的尺寸能够更小，并且能够减小定子10的铜损。

U形部分22不会在很大程度上受截面积A1增大的制约，因为U形部分22不需要穿过槽16。另一方面，末端部分26必须穿过槽16，因此截面积A3受槽16的尺寸的制约。因此，A3被设定为小于A1。

图2A、2B和2C是示出穿过槽16的导体部段线圈20的视图。图2A是示出在配置第四导体部段线圈20之前配置在槽16中的三个导体部段线圈20的视图。这里，三个导体部段线圈20在槽16中沿径向配置，但在槽16中的周向上仅配置有一个导体部段线圈20。当各导体部段线圈20配置在槽16中时它的截面积A2为A2＝WC×LC2。周向和径向在图2A中用箭头表示为彼此正交的方向。

WC是构成导体部段线圈20的矩形截面的各侧边之中沿周向的侧边的尺寸。导体部段线圈20的沿周向的尺寸WC不仅对于导体部段线圈20的槽内部分24而言相同，而且对于U形部分22和末端部分26而言相同。

LC2是构成导体部段线圈20的矩形截面的各侧边之中沿槽内的径向的侧边的尺寸。在U形部分22处，导体部段线圈20的沿径向的尺寸为LC1＝A1/WC，其比LC2长，而在末端部分26处，导体部段线圈20的沿径向的尺寸为LC3＝A3/WC，其比LC2长且比LC1短。

槽16的沿周向的开口的宽度尺寸WS被设定为稍微比WC宽。槽16的沿径向的开口的长度尺寸被设定为比作为四个导体部段线圈的径向尺寸的4LC2长与间隙ΔL对应的量。

间隙ΔL是为了插入间隔件30(参看图2C)而设置的间距的径向尺寸。间隔件30降低由穿过槽16内的导体部段线圈20的来自转子侧的泄漏磁通引起的涡电流损失。大于A2的A3能够利用该间隙ΔL作为富余空间来穿过槽16。

图2B是示出利用间隙ΔL的富余空间穿过槽16的第四导体部段线圈20的末端部分26的视图。在末端部分26的截面积A3等于WC×LC3(即，A3＝WC×LC3)的情况下，LC3大于LC2，但小于(LC2+ΔL)。因此，第四导体部段线圈20的末端部分26能够在图2A中的三个导体部段线圈20配置在槽16中的状态下插入槽16中。

图2C是示出配置在槽16内的第四导体部段线圈20和槽内部分24的视图，其中第四导体部段线圈20的末端部分26穿过槽16并且在定子芯12的轴向上的另一侧突出预定长度。在此状态下下，间隙ΔL形成在槽16的最内周侧，因此间隔件30在此处插入。

间隔件30由强磁性材料制成，并且吸引来自转子侧的磁通以使得该磁通不会穿过导体部段线圈20。结果，降低了导体部段线圈20的涡电流损失。可使用透磁率为制成导体部段线圈20的导体的铜的透磁率的数百倍的镍-铁合金作为用于间隔件30的强磁性材料。

这样，通过在将导体部段线圈20插入槽16中时移除设置在槽16的最内侧的间隔件30，即使导体部段线圈20的末端部分26的截面积大，也不会丧失向槽16中的可插入性。因而，与槽内部分24相比，能够增大导体部段线圈20组装在定子芯12上时位于轴向上的一侧的线圈端部部分和位于轴向上的另一侧的线圈端部部分两者的截面积。结果，能够抑制定子10的铜损。此外，在槽16内配置了预定的导体部段线圈20之后，由强磁性材料制成的间隔件30配置在槽16的最内侧，因此能够抑制导体部段线圈20的涡电流损失。

Claims (3)

1.一种旋转电机的定子，在所述定子中多个导体部段线圈以这样的方式组装在各个槽中：每个所述导体部段线圈从定子芯的轴向上的一侧插入该槽中并且该导体部段线圈的在所述轴向上的另一侧突出的部分弯曲，所述导体部段线圈呈U形，并且在所述槽的径向最内侧设置有预设空间，所述定子的特征在于

所述导体部段线圈的从所述定子芯的轴向上的一侧突出的U形部分的截面积为A1，所述导体部段线圈的槽内部分的截面积为A2，所述导体部段线圈的从所述定子芯的轴向上的另一侧突出的末端部分的截面积为A3，A1大于A3，A3大于A2，并且此外，A3沿所述槽的周向的尺寸等于A2沿所述槽的周向的尺寸，且A3沿所述槽的径向的尺寸大于A2沿所述槽的径向的尺寸。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于

在所述预设空间中配置有间隔件。

3.根据权利要求2所述的旋转电机的定子，其特征在于

所述间隔件由强磁性材料制成，该强磁性材料的透磁率等于或大于制成所述导体部段线圈的导体的材料的透磁率的数百倍。