CN106575898A - 定子的绝缘体、使用该绝缘体的旋转电机用定子和旋转电机用定子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于隔离绕定子芯(5)的齿(9)卷绕的线圈(6)的绝缘体(7)，其包括：轴向壁(20a)，所述轴向壁在被组装在所述齿(9)上的状态下与所述齿(9)的轴向端面对向；和周向壁(22a)，所述周向壁与所述轴向壁(20a)一体地设置并且与所述齿(9)的周向侧面对向。位于所述齿(9)与所述线圈(6)之间的所述周向壁(22a)由比所述轴向壁(20a)薄并且具有发泡性的绝缘板片(24)构成。

Description

定子的绝缘体、使用该绝缘体的旋转电机用定子和旋转电机 用定子的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于定子的绝缘体、一种使用该绝缘体的旋转电机用定子和一种制造旋转电机用定子的方法。

背景技术

在日本专利申请公报No.2011-188675(以下称为JP 2011-188675 A)中，关于构成电动机的定子的分段定子铁心，记载了一种构型——其中设置在轴向两端的由树脂成型制品形成的绝缘体以及设置成覆盖分段定子铁心的齿侧面和轭侧面的膜状绝缘板片被组装。这里，记载了膜状绝缘板片被保持在从绝缘体突出的爪部与分段定子铁心之间并且因此被组装在分段定子铁心上。

关于旋转电机的定子，优选提高线圈在形成于定子芯的齿之间的槽内的占空系数以便提高旋转电机的效率。因此，为了提高线圈在槽内的占空系数，有利的是采取其中定子芯的齿与线圈之间的空间通过如上述JP 2011-188675 A中记载的薄膜状绝缘板片来绝缘的构型。

然而，JP 2011-188675 A中记载的构型具有这样的问题——线圈只能在膜状绝缘板片连同绝缘体一起被组装在分段定子铁心上之后卷绕并且因此组装作业性等的自由度下降。

发明内容

本发明提供了一种定子的绝缘体、一种使用该绝缘体的用于旋转电机的定子和一种用于旋转电机的定子的制造方法，各者均被设计成提高槽内的占空系数并提高定子的组装作业等的自由度并且允许将线圈牢固地固定在齿上。

作为本发明的一方面，定子的绝缘体是一种用于将绕定子芯的齿卷绕的线圈与所述定子芯绝缘的绝缘体，并且包括：轴向壁，所述轴向壁在被组装在所述齿上的状态下与所述齿的轴向端面对向；和周向壁，所述周向壁与所述轴向壁一体地设置并且与所述齿的周向侧面对向。位于所述齿与所述线圈之间的所述周向壁由比所述轴向壁薄并且具有发泡性的绝缘板片构成。

在根据上述方面的绝缘体中，用于构成所述周向壁的绝缘板片可通过包含由绝缘膜形成的基材和至少层叠在该基材的齿侧表面上的发泡层而构成。

这种情况下，在所述发泡层的齿侧可层叠有粘接层。或者，所述发泡层也可用作粘接层。

此外，在根据上述方面的绝缘体中，所述定子芯可包括：轭部，所述轭部沿周向延伸；和齿，所述齿从该轭部径向地突出并且在周向上间隔设置，所述绝缘体一体地具有：凸缘，所述凸缘与所述轭部对向；两个轴向壁，所述两个轴向壁从该凸缘沿所述定子芯的径向延伸并且分别与所述定子芯的轴向两端面对向，并且用于构成所述周向壁的绝缘板片可构造成使得其轴向两端分别与位于所述定子芯的轴向两侧的所述两个轴向壁结合。

作为本发明的另一方面，用于旋转电机的定子包括：定子芯，所述定子芯具有：沿周向延伸的轭部和从该轭部径向地突出并且在周向上间隔设置的齿；绝缘体，所述绝缘体具有上述构型中的任意构型并从径向被组装在所述定子芯的齿上；和线圈，所述线圈经由所述绝缘体绕所述齿卷绕。

作为本发明的又一方面，用于旋转电机的定子的制造方法包括：准备绝缘体和具有齿的定子芯，所述绝缘体一体地具有：轴向壁，所述轴向壁在被组装在所述齿上的状态下与所述齿的轴向端面对向；和具有发泡性的周向壁，所述周向壁与所述齿的周向侧面对向并且由薄绝缘板片形成；绕所述绝缘体卷绕线圈；从径向将在其周围卷绕有所述线圈的所述绝缘体组装在所述定子芯的齿上；以及通过借助于加热其上组装有所述线圈和所述绝缘体的所述定子芯使所述绝缘体的周向壁发泡和膨胀来将所述线圈和所述绝缘体固定在所述定子芯的齿上。

根据按照上述方面的绝缘体、用于旋转电机的定子和用于旋转电机的定子的制造方法，绝缘体一体地包括轴向壁和由比轴向壁薄的绝缘板片形成的周向壁。因此，能提高线圈在槽内的占空系数。此外，由于在其周围卷绕有线圈的绝缘体能被组装在定子芯的齿上，所以能提高组装作业等的自由度。

此外，在定子被组装之后，进行定子的加热等以使绝缘体的周向壁发泡，并且线圈与齿之间的空间由此被填埋。因此，线圈能通过发泡的周向壁的拉伸力而固定在齿上。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、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1是与包括根据本实施方式的定子的旋转电机的轴向直交的方向上的截面图；

图2是绝缘体的透视图；

图3是沿图2中的III-III截取的截面图；

图4是处于周向壁被移除的状态下的绝缘体的透视图；

图5包括构成绝缘体的周向侧壁的绝缘板片的透视图和部分放大视图；

图6A和6B是图1中的定子的一个齿的放大视图，其中图6A示出绝缘体的发泡之前的状态，而图6B示出发泡之后的状态；

图7是用于制造定子的方法的程序的流程图；

图8A、8B各自都与图3相似并且各自都示出绝缘体的修改例；以及

图9A、9B是分别示出绝缘板片的修改例的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图对根据本发明的实施方式进行详细说明。在该说明中，具体的形状、材料、数值、方向等仅仅出于使本发明容易理解的目的而是示范性的，并且因此能按照用途、目的、规格等适当地变更。此外，从一开始就预期，当以下说明中包含多个实施方式、修改例等时，其特征部分被适当组合地使用。

图1是与包括本实施方式的定子2的旋转电机1的轴向直交的方向上的截面图。在图1中，定子径向通过箭头R表示，而定子周向通过箭头C表示。此外，定子轴向是与图1的纸面垂直的方向。

旋转电机1包括：大致筒状的定子2；和转子4，该转子经由间隙3设置在定子2的径向内侧。转子4经由固定在中心的轴4a由用于收纳旋转电机1的外壳(未示出)可旋转地支承。尽管在图1中示出了其中安装有永久磁体4b的转子4，但转子4可以是不包括永久磁体的转子类型。

定子2包括定子芯5、卷绕在定子芯5周围的线圈6和用于将定子芯5与线圈6绝缘的绝缘体7。

定子芯5是例如通过将呈大致圆环形冲压的很多电磁钢板层叠并利用压接、焊接等一体地联接电磁钢板而构成的磁性板材的层叠体。定子芯5包括呈大致圆环形的轭部8和从轭部8的径向内侧突出并在周向上以特定间隔形成的多个齿9。这样，在周向上相邻的齿9之间的空间中形成有在轴向两侧和径向内侧开口的沟状槽10。此外，在本实施方式中，齿9形成为在与径向直交的方向上具有恒定宽度Wt。然而，齿不限于具有恒定宽度的齿，而是可具有另一种形状，诸如梯形，其中宽度朝径向内侧减小。

这里，在本实施方式中说明了定子芯5一体地形成为环形的电磁板材的层叠体。然而，定子芯5可由分段芯形成，在各分段芯中轭部8在齿9的两侧以其间在周向上形成有指定间隙的状态被分开。这种情况下，分段芯通过大致圆弧形的轭部和齿而在平面图中呈大致T形。定子芯可构成如下。此类分段芯呈环形排列，筒状外壳在其外周侧接受预紧装配并且通过压入(压配合)等从外部安装在其上，并且这样，分段芯和筒状外壳一体地联接。此外，定子芯5可形成为粉末磁芯，该粉末磁芯通过将磁性粉末与树脂涂层在成型模中压缩和模制而形成。

线圈6是通过将诸如具有绝缘膜的铜线的导电线绕绝缘体7卷绕而形成的。在本实施方式中，线圈6以集中卷绕法绕各齿9卷绕。尽管构成线圈6的导电线在图1(和图6)中被示出为具有圆形截面，但其形状不限于此。导电线可具有诸如平面正方形的另一种截面形状。

绝缘体7具有将定子芯5和线圈6电绝缘的功能。此外，在本实施方式中，绝缘体7还具有将线圈6固定在定子芯5上的功能。

图2是绝缘体7的透视图。图3是沿图2中的III-III截取的截面图。此外，图4是处于周向壁被移除的状态下的绝缘体7的透视图。此外，图5包括构成绝缘体7的周向侧壁的绝缘板片的透视图和部分放大视图。在图2至图4中，定子轴向通过箭头A表示。

如图2所示，在被组装在定子芯5的齿9上的状态下，绝缘体7一体地包括：位于径向内侧并且具有矩形框架形状的内径侧凸缘12；位于径向外侧并且具有比内径侧凸缘12大的矩形框架形状的外径侧凸缘14；和联接在内径侧凸缘12与外径侧凸缘14之间的筒形本体16。内径侧凸缘12和外径侧凸缘14从本体16的径向两侧端沿与径向直交的外方向延伸。

绝缘体7的本体16具有呈直方体形状的空间18。该空间18以能收纳定子芯5的齿9的形状和尺寸形成。此外，如图3所示，当绝缘体7以在其中的空间18中容纳齿9的状态被组装时，绝缘体7的本体16一体地具有：分别与齿9的轴向端面9a、9b对向的轴向壁20a、20b；和分别与齿9的周侧面9c、9d对向的周向壁22a、22b。

构成绝缘体7的本体16的各轴向壁20a、20b在其径向(箭头R)两侧与内径侧凸缘12和外径侧凸缘14联接。构成绝缘体7的内径侧凸缘12和外径侧凸缘14以及轴向壁20a、20b通过将诸如聚苯硫醚(PPS)的绝缘树脂进行注射成型而一体地模制。此外，外径侧凸缘14形成有用于从径向内侧将绝缘体7插至齿9中的开口15。

同时，构成绝缘体7的本体16的周向壁22a、22b各自都由绝缘板片24构成。如图5所示，绝缘板片24通过包括以下而构成：基材24a，该基材包括由诸如聚萘二甲酸乙二酯的树脂制成的绝缘膜；发泡层24b，该发泡层被层叠在基材24a的两侧的表面上；和粘接层24c，该粘结层层叠在各发泡层24b上。

构成绝缘板片24的发泡层24b在被加热至指定温度时具有发泡(膨胀)特性(发泡性)。公知或众所周知的发泡材料(例如，环氧树脂类发泡树脂材料等)能被用于发泡层24b。此外，构成绝缘板片24的粘接层24c能通过使用例如由基于不饱和聚酯的树脂材料等制成的粘接剂来形成。此外，粘接层24c优选通过使用通过加热而呈现粘接性的热敏粘接剂来形成。这产生了这样的优点，即能在常温下容易地处理绝缘板片24并且能容易地制造绝缘体7。

返回参照图2，绝缘体7的本体16的各周向壁22a、22b是通过如上所述以适当大小形成绝缘板片24并且将其处于折叠状态下的轴向两端部与轴向壁20a、20b一体地结合来形成的。构成如刚刚所述的各周向壁22a、22b的绝缘板片24能通过在凸缘12、14和轴向壁20a、20b如上所述成型时预先将绝缘板片24配置在成形模内并且将绝缘板片24嵌入成型而一体地结合至轴向壁20a、20b。或者，绝缘板片24可通过设置在其表面上的粘接层、其他的粘接剂等粘接至各轴向壁20a、20b。

参照图3，构成绝缘体7的各周向壁22a、22b的绝缘板片24在以下将描述的热发泡之前的状态下形成为比轴向壁20a、20b薄。这样，与其中绝缘体7的本体16的周向壁22a、22b与轴向壁20a、20b同时由与轴向壁20a、20b相同的树脂材料一体地成型的情况相比，能提高占空系数——线圈6占槽10(参见图1)的体积比率。结果，能提高旋转电机的效率。

图6A、6B是图1所示的旋转电机1中的定子2的一个齿9的放大视图。如上所述，在本实施方式中，齿9形成为在与径向直交的方向上具有恒定宽度Wt。相反，与槽10对向的轭部8形成为使得，径向宽度不是恒定宽度，径向宽度在与齿9的根部对应的位置处最大，并且径向宽度在槽10的周向中心位置处最小。轭部8的与槽10对向并且正如所述形成的壁面(即，槽10的径向外侧壁面)构造成具有在绝缘体7被组装在齿9上时与外径侧凸缘14紧密接触的平面形状。

此外，如图6A所示，当带有与在其周围卷绕有线圈6的本体16的绝缘体7从径向内侧嵌合在齿9上时，在齿9与本体16的各周向壁22a、22b之间形成有作为组装余裕的空间S。

在线圈6和绝缘体7被组装在定子芯5的各齿9上时，定子2被加热至指定温度。然后，如图6B所示，构成绝缘体7的各周向壁22a、22b的绝缘板片24的发泡层24b发泡并且膨胀。这样，在组装时形成在绝缘体7与齿9之间的空间S被填埋。同时，由于周向壁22a、22b也向线圈6侧膨胀，线圈6与各周向壁22a、22b之间的空间也以进入用于构成线圈6的导线之间的凹槽的方式被填埋。因此，由于通过绝缘板片24的膨胀产生的拉伸力，周向壁22a、22b被带入从周向两侧挤压齿9的状态。结果，绝缘体7和线圈6稳定地固定在齿9上而不会引起响齿。

此外，构成绝缘板片24的两侧表面的粘接层24c通过发泡时的加热而呈现粘性。因此，各周向壁22a、22b粘接至齿9的周向侧面和线圈6。这样，线圈6和绝缘体7刚性地固定在齿9上。

图7是上述用于旋转电机的定子2的制造方法的程序的流程图。首先，在步骤S10中，准备定子芯5和绝缘体7。定子芯5和绝缘体7的构型是如上所述的构型。

接下来，在步骤S12中，绕绝缘体7卷绕线圈6。

然后，在步骤S14中，在其周围卷绕有线圈6的绝缘体7从径向内侧嵌合至并组装在定子芯5的齿9上。

然后，在步骤S16中，加热定子芯5——线圈6和绝缘体7被组装在定子芯5上。这样，绝缘体7的周向壁22a、22b发泡并膨胀，并且线圈6和绝缘体7固定在定子芯5的齿9上。

应当指出，用于将分别固定在定子芯5的齿9上的线圈6电连接的连接工序可在步骤S16之后或在步骤S14和S16之间进行。

如上所述，根据本实施方式的用于旋转电机的定子2，绝缘体7一体地包括轴向壁20a、20b和各自都由比各轴向壁20a、20b薄的绝缘板片24形成的周向壁22a、22b。因此，在线圈6的卷绕时能提高线圈6在槽10内的占空系数。此外，由于其周围卷绕有线圈6的绝缘体7能被组装在定子芯5的齿9上，所以能提高组装作业等的自由度。

此外，在其周围卷绕有线圈6的绝缘体7被组装之后，定子2被加热以使绝缘体7的周向壁22a、22b发泡，并且线圈6与齿9之间的空间被填埋。因此，线圈6能通过各发泡的周向壁22a、22b的拉伸力刚性地固定在齿9上。

图8A、8B各自都与图3相似并且各自都示出绝缘体的修改例。参照图8A，绝缘体7A的本体16A包括用于将内径侧凸缘12和外径侧凸缘14联接的四个柱28。在该绝缘体7A中，本体16A的各轴向壁20a、20b通过包括在周向上并列的两个柱28而构成，并且各柱28的厚度被设定为与上述并且参照了图3的各轴向壁20a、20b的厚度相同。然后，各轴向壁20a、20b的一部分由在上述两个柱28之间拉伸的具有发泡性的绝缘板片24构成。这样，作为线圈6的轴向端部的线圈端部与定子2中的齿9的轴向端面之间的空间通过发泡的绝缘板片24挤压并粘接。因此，能进一步强固线圈6和绝缘体7在定子芯5上的固定状态。

参照图8B，绝缘体7B形成有从用于构成本体16B的各轴向壁20a、20b的周向两端向槽10内延伸的延伸部21。然后，构成本体16B的各周向壁22a、22b的绝缘板片24形成为比槽10的轴向长度短并且跨越上述延伸部21拉伸。换言之，在绝缘体7B中，本体16B的各周向壁22a、22b并非全部而是一部分由绝缘板片24构成。这具有能降低绝缘板片24的使用量这样的优点。

对于图5中的实施方式而言，如上所述，已对其中发泡层24b设置在由绝缘膜形成的基材24a的两面上并且粘接层24c设置在各发泡层24b的表面上的绝缘板片24的例子进行了说明。然而，绝缘板片24不限于此。例如，与图9A所示的绝缘板片25相似，发泡层25b和粘接层25c可仅形成并层叠在基材25a的齿侧表面上。这样，通过绝缘板片25的发泡而产生的拉伸力作用在线圈6上。因此，线圈6和绝缘体7能刚性地固定在齿9上。

此外，与图9B所示的绝缘板片26相似，具有发泡性和粘接性两者的发泡粘接层26d可形成并层叠在基材26a的齿侧表面上。这种情况下，发泡粘接层26d也可形成并层叠在基材26a的线圈侧表面上。

应当指出，本发明不限于上述实施方式及其修改例。毋容置疑，能在本申请的权利要求中记载的事项及其等同方案内对本发明做出各种变更和改进。

Claims (7)

1.一种用于将绕定子芯的齿卷绕的线圈与所述定子芯绝缘的绝缘体，所述绝缘体包括：

轴向壁，所述轴向壁在被组装在所述齿上的状态下与所述齿的轴向端面对向；和

周向壁，所述周向壁与所述轴向壁一体地设置并且与所述齿的周向侧面对向，其中

位于所述齿与所述线圈之间的所述周向壁由比所述轴向壁薄并且具有发泡性的绝缘板片构成。

2.根据权利要求1所述的绝缘体，其中

用于构成所述周向壁的绝缘板片通过包含由绝缘膜形成的基材和至少层叠在所述基材的齿侧表面上的发泡层而构成。

3.根据权利要求2所述的绝缘体，其中

在所述发泡层的齿侧层叠有粘接层。

4.根据权利要求2所述的绝缘体，其中

所述发泡层也用作粘接层。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的绝缘体，其中

所述定子芯包括：轭部，所述轭部沿周向延伸；和齿，所述齿从所述轭部径向地突出并且在周向上间隔设置，

所述绝缘体一体地具有：凸缘，所述凸缘与所述轭部对向；两个轴向壁，所述两个轴向壁从所述凸缘沿所述定子芯的径向延伸并且分别与所述定子芯的轴向两端面对向，并且

用于构成所述周向壁的绝缘板片构造成使得所述绝缘板片的轴向两端分别与位于所述定子芯的轴向两侧的所述两个轴向壁结合。

6.一种用于旋转电机的定子，所述定子包括：

定子芯，所述定子芯具有：沿周向延伸的轭部和从所述轭部径向地突出并且在周向上间隔设置的齿；

根据权利要求1至5中任一项所述的绝缘体，所述绝缘体从径向被组装在所述定子芯的齿上；和

线圈，所述线圈经由所述绝缘体绕所述齿卷绕。

7.一种制造旋转电机用定子的方法，所述方法包括：

准备绝缘体和具有齿的定子芯，所述绝缘体一体地具有：轴向壁，所述轴向壁在被组装在所述齿上的状态下与所述齿的轴向端面对向；和具有发泡性的周向壁，所述周向壁与所述齿的周向侧面对向并且由薄绝缘板片形成；

绕所述绝缘体卷绕线圈；

从径向将在其周围卷绕有所述线圈的所述绝缘体组装在所述定子芯的齿上；以及

通过借助于加热其上组装有所述线圈和所述绝缘体的所述定子芯使所述绝缘体的周向壁发泡和膨胀来将所述线圈和所述绝缘体固定在所述定子芯的齿上。