CN107925292B - 旋转电机的定子以及旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定子以及组装该定子的旋转电机，所述定子具备能够不使槽绝缘纸厚度增大而在高驱动电压下运转的高耐压绝缘系统。本发明所涉及的旋转电机的定子具有：定子铁芯，其形成有多个槽；定子线圈，其被插入至所述槽；以及绝缘纸，其被插入至所述槽并使所述定子线圈和所述定子铁芯绝缘，所述绝缘纸至少具有：第1绝缘纸部，其在所述槽轴方向端面的外侧与定子铁芯相邻地配置；以及第2绝缘纸部，其被配置在所述第1绝缘纸部和所述定子铁芯之间，所述绝缘纸在所述第1绝缘纸部和所述第2绝缘纸部之间形成配置有绝缘树脂的树脂积存部。

Description

旋转电机的定子以及旋转电机

技术领域

本发明涉及旋转电机的定子以及旋转电机，特别是涉及搭载于电动汽车上的旋转电机。

背景技术

与工业、生活密切相关的旋转电机是支撑现代社会的基础设备。特别是在从保护地球环境的观点出发而正在普及的混合动力汽车和电动车辆中，从确保搭载空间以及基于轻量化的耗油改善的观点出发，对于动力源的马达需求小型/轻量化。

混合动力汽车、电动汽车用的动力马达的定子的槽绝缘由被插入定子铁芯/线圈间和异相线圈间的槽绝缘纸、以及填充这些间隙并将线圈和槽绝缘纸固定在定子铁芯上的固定清漆构成。

在槽绝缘中，在定子铁芯的槽端部附近，由于槽绝缘纸和定子铁芯之间存在的空气与该槽绝缘纸的介电常数差较大，因此电场集中在槽端部附近的空气层，在绝缘纸和定子铁芯之间通过低电压发生局部放电。由于该局部放电侵蚀绝缘层，最终导致马达运转中的绝缘破坏，因此在混合动力汽车、电动汽车用动力马达的定子槽绝缘中，不引起局部放电是必要条件。

作为动力马达的小型化的手段，可以考虑高驱动电压化，但是为了在现有技术的延长线上对于高电压化进行处理，考虑使槽绝缘纸的厚度增加，并确保与作用电压对应的绝缘距离的方法。例如，在专利文献1中，公开了根据分担电压对于槽衬的合计厚度进行多层化而调整的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006-60929号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，在使槽绝缘纸厚度增加并确保与作用电压对应的绝缘距离的方法中，引起槽内的线圈占积率减小，线圈电流降低。为了弥补该点，需要提高线圈电流密度，但是线圈温度上升无法避免，并使得槽内绝缘构成材料的热老化加速，有损害绝缘系统的可靠性之虞。

本发明的目的在于，提供一种定子以及组装了该定子的旋转电机，所述定子具有高耐压系统，既抑制了槽绝缘纸厚度的增大，又缓和了槽端部的电场集中，并承受高驱动电压运转。

解决问题的技术手段

本发明所涉及的旋转电机的定子具有：定子铁芯，其形成有多个槽；定子线圈，其被插入至所述槽；以及绝缘纸，其被插入至所述槽并使所述定子线圈和所述定子铁芯绝缘，所述绝缘纸至少具有：第1绝缘纸部，其在所述槽轴方向端面的外侧与定子铁芯相邻地配置；以及第2绝缘纸部，其被配置在所述第1绝缘纸部和所述定子线圈之间，所述绝缘纸在所述第1绝缘纸部和所述第2绝缘纸部之间形成配置有绝缘树脂的树脂积存部。

发明的效果

根据本发明，提供一种能够减轻在定子铁芯的槽端部附近的空间区域发生的电场集中的、高驱动电压的小型定子以及使用了该定子的旋转电机。

附图说明

图1是使用了本发明实施例、比较例的叠片铁芯主视图。

图2(a)是本发明实施例1的槽绝缘纸端部折曲加工方法。

图2(b)是本发明实施例1的槽绝缘纸端部折曲加工后的形状示意图。

图3(a)是本发明实施例1的主视图。

图3(b)是本发明实施例1的侧视图。

图4是本发明实施例1的槽端部附近的图3(a)的A－A'放大截面图。

图5是本发明实施例1的树脂积存的示意图。

图6(a)是本发明比较例的主视图。

图6(b)是本发明比较例的侧视图。

图7是本发明比较例的槽端部附近的图6(a)的B-B'放大截面图。

图8是本发明第2实施方式的树脂积存示意图。

图9是本发明第3实施方式的多层槽绝缘纸。

图10是本发明第3实施方式的变形例。

具体实施方式

以下，根据以各自的构成将线圈、绝缘纸装入从外径245mm、内径200mm、槽数72、铁芯厚度94mm的定子铁芯中分出的铁芯中的绝缘模型的局部放电开始电压测定结果，说明本发明的第1实施方式。以下所说明的实施例、比较例虽然是旋转电机定子的局部模型，但从下面的说明可以明显看出，其相当于实际的旋转电机定子。

图1示出了用于绝缘模型装配而分出的定子铁芯的铁芯端面形状。将上述大致圆筒形状的定子铁芯切割成中心角5°的扇形，并且在大致扇形铁芯1的中央配置一个槽2。槽端3的形状是宽度固定的大致矩形形状，其宽度、平行部分深度分别为4.18mm、12.2mm。在叠片铁芯中使用相当于35A300的冲压电磁钢板。定子铁芯的叠片铁芯间通过清漆被固定，并且在扇形铁芯1切割过程中铁芯不散开。扇形铁芯的切割方法采用线切割。

在绝缘模型装配中，作为模拟线圈6，将4道扁平漆包绝缘线7隔着槽绝缘纸4、10配置在铁芯1中央的槽2内。槽内的模拟线圈、槽绝缘纸以及定子铁芯通过清漆固定。模拟线圈的长度设为160mm，并且从两个槽端均匀地伸出33mm。绝缘纸的尺寸设为宽30mm、长100mm，并且从防止沿面放电的观点出发，从槽两端伸出3mm。

对于扁平漆包绝缘线7，使用了在短边为2.7mm、长边为3.6mm、倒角半径为0.5mm的扁平铜导体72覆盖了厚度为0.05mm的聚酰胺酰亚胺绝缘层71的材料。对于固定清漆，使用了固化条件为150℃×1小时、玻璃温度为125℃的双液混合型环氧树脂。混合后的粘度为0.9mPa·s。该清漆与扇形叠片铁芯1之间的固定清漆相同。

在绝缘模型制作中的清漆固定处理中，以模拟线圈成为竖直方向的方式使绝缘模型倒立，首先，使来自槽上侧一端的固定清漆从绝缘纸端上方滴下并流入槽内，将绝缘模型升温至规定的温度，保持并使固定清漆固化。接下来，使该绝缘模型上下翻转，以相同的方法滴下固定清漆，并使之固化。

表1表示评价了的实施例、比较例的绝缘模型构成。在实施例1和2中，使用厚度分别为0.1mm、0.05mm的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)作为绝缘纸，在实施例3中，使用厚度为0.05mm的芳纶纸，并且根据这些绝缘纸厚度而进行多层化以使得模拟线圈/铁芯间的间隙最小。在绝缘纸的多层化中，仅仅简单地层叠多张绝缘纸，并不实施绝缘模型装配时以多层化绝缘纸间的粘合为目的的处理。此外，在各实施例中，为了使绝缘纸端部位于槽端的外侧，在槽端对绝缘纸端部进行了折曲加工。

比较例使用了在现有技术中通常使用的作为绝缘纸的厚度为0.18mm的芳纶纸/PET/芳纶纸的3层层叠纸。叠层的各层间通过聚氨酯系粘合剂而粘合。比较例的槽端部是直的。

[表1]

图2(a)以及图2(b)表示实施例1的绝缘纸端部的折曲加工方法的示意图。在将被折曲为槽内插入形状的、与铁芯相邻的第1绝缘纸41以及配置在第1绝缘纸41和线圈6之间的第2绝缘纸42一起插入到槽内之后，以绝缘纸不压缩变形的程度将顶端设有锥度的压模5推向槽端部，由此使绝缘纸端部带有折曲，并使绝缘纸端部配置在槽端的外侧。在槽端处的绝缘纸的折曲加工结束之后，插入扁平漆包绝缘线7并形成模拟线圈。

在本实施例中使用的压模5的槽开口部侧未带有锥度，这是用于在槽开口部侧的模拟线圈/铁芯之间确保充分的绝缘距离。

图3(a)以及图3(b)分别表示实施例1的通过清漆进行固定处理后的绝缘模型的正视以及侧视的示意图。可以理解为第1绝缘纸41、第2绝缘纸42中的任意一个的绝缘纸端部位于槽端的外侧。

图4是示出了图3(a)所示的A－A'截面的槽端附近的放大图的图。在铁芯1和第1绝缘纸41之间、第1绝缘纸41和第2绝缘纸42之间以及第2绝缘纸42和模拟线圈6的漆包绝缘层71之间形成有空间。通过在线圈导体72和铁芯1之间形成的多个由绝缘纸划分出的空间内产生电场，由此降低引起局部放电开始电压下降的铁芯端部的电场集中。

图5示出了图4中的形成于第1绝缘纸41和第2绝缘纸42之间的空间的两绝缘纸的交叉线9附近的放大示意图。确认了以交叉线作为底部连接第1绝缘纸41和第2绝缘纸42的形状而填充固定清漆，并形成清漆积存8。通过该清漆积存可以延长槽端部绝缘的绝缘设计上必须注意的导体线圈和铁芯之间的绝缘距离，其结果是电场降低。另外，确认在其他实施例中也都形成这样的清漆积存。

图6、图7示出了作为比较例以和图3、图4的对比为目的而制作的绝缘模型的形态。根据作为图6(a)的B-B'槽端附近的放大截面图的图7的比较例，在线圈导体72和铁芯1之间存在由3层层叠现有绝缘纸10和铁芯1形成的连续空间，并且由于现有绝缘纸和空气的介电常数的差异，电场集中在槽端附近的空气层。另外，尽管在图中未图示，但确认在作为表1的实施例、比较例而制作的绝缘模型的模拟线圈和绝缘纸之间、绝缘纸和铁芯之间、以及实施例的多层绝缘纸之间渗透固定清漆，并且各绝缘模型的槽构成材料通过清漆而被固定。

表2表示作为表1所示的实施例、比较例而制作的绝缘模型的50Hz的局部放电开始电压测量结果。局部放电开始电压是各绝缘模型的铁芯1接地、并且将电压施加至模拟线圈而测量出的结果，将局部放电电荷量达到100pC的电压作为局部放电开始电压。表2的测量值由各实施例和比较例进行5次测量并取其平均值示出。

以围绕铁芯1的铁芯背部的方式缠绕两匝铝导电粘合胶带，其上通过导电胶带粘贴固定接地电缆。对于模拟线圈6，以大约10mm的宽度去除4根扁平漆包绝缘线7的两端部的漆包绝缘层71，使导体72外露，将铝箔缠绕在该部分上，并在一侧的铝箔电极安装加压电缆。铁芯侧的接电电极以及模拟线圈的加压电极形成在清漆固定前实施。为了防止在清漆固定时沾上清漆，对于形成的电极使用特氟龙(注册商标)胶带进行覆盖，并在固定后将覆盖胶带剥离。

根据表2，在现有技术中，局部放电开始电压约为1.06kVrms，而在本发明的实施例中，在任意的实施例中局部放电开始电压上升，能够验证本发明的效果。此外，相对于实施例1，在实施例2和3中，局部放电开始电压更高，这是因为通过更加多层化使得在绝缘纸之间形成的空间数的增加以及清漆积存的体积增大。

[表2]

在本实施例中使用PET和芳纶纸来验证效果，但从上述本发明效果的发现机理中容易理解，用于本发明的绝缘树脂片并不限于PET或芳纶纸。

接下来，通过图8说明本发明的第2实施方式。在根据表1的实施例1制作的绝缘模型的绝缘纸两端部充填粘度为0.6Pa·s的室温固化型硅树脂，并验证该效果。图8示出了硅树脂充填、固化后的第1绝缘纸41和第2绝缘纸42间的交叉线9附近的放大示意图。在作为第1树脂积存的固定清漆积存8上重新形成第2树脂积存层11。

和表2中同样地测量额外充填硅树脂之后的局部放电开始电压，并且如表2所示那样在没有第2树脂积存而仅有作为第1树脂积存的固定清漆积存时为1.28kVrms的局部放电开始电压可以增加到1.62kVrms，由此能够确认第2树脂积存形成的效果。

在本发明的第2实施方式中，如上述那样通过硅树脂形成第2树脂积存，但本发明所使用的第2树脂积存形成用树脂并不限定于硅树脂。

此外，在第2实施方式中，通过利用不同的树脂积存而形成的实施例来说明其效果，但在没有形成利用了第1固定清漆的树脂积存而是渗透固定清漆使槽内构成材料被固定的情况下，通过使用上述的第2树脂积存形成方法，也能够在线圈/绝缘纸之间、铁芯/绝缘纸之间、以及多层绝缘纸之间形成树脂积存。

图9表示与本发明的多层绝缘纸的形成有关的其他实施方式，在表1的实施例中，通过彼此不粘合的简单叠层结构而制作了绝缘模型。在表1中，没有发生在多层绝缘纸之间渗透固定清漆而槽内绝缘构成物的粘着性受损的情况，但在谋求更加多层化且局部放电开始电压提高的情况下，由于固定清漆难以渗透到绝缘纸之间，所以需要预先粘合多层绝缘纸。

图9示出了为此而实施的方式，并且示出了在使用表1的实施例2的绝缘纸构成的情况下的多层绝缘纸12的形成方法。在将被切成规定尺寸的、层叠后的0.05mm的PET片13重叠之后，以与槽轴正交的方式对于配置在槽内的部分进行超声波粘合。通过超声波粘合，各层被固定。在超声波粘合之后，实施用于槽插入的折曲加工，在槽插入之后，利用图2的方法，与实施例2同样地将槽端部的非接合的多层化层压弯，并制作成为第3实施方式中的实施例的绝缘模型，和上述方法同样地测定该部分放电开始电压。模拟线圈的扁平漆包绝缘线的插入后的固定清漆处理是和实施例2相同的方法。

局部放电开始电压为1.65kVrms，是高于表2所示的实施例2的测定结果的值。认为这是因为与槽轴方向正交存在的超声波粘合部14堵塞了固定清漆，由此清漆积存的体积相比实施例2而增加。

在图9中，设置了与槽轴正交的直线状的超声波粘合部14，但图10所示的方式也能获得相同的效果。图10是利用超声波点接合多层绝缘纸15的情况的示意图。

此外，在描述了多层绝缘纸的接合的第3实施例中使用了超声波粘合，但是也可以使用高频粘合、热熔粘合、基于粘合剂的部分涂覆的粘合方法。

在本实施例中，由于是绝缘模型的制作，因此在重叠绝缘纸之后进行超声波粘合，但在量产使用了本发明的定子铁芯时，可以匹配槽长地切割并使用以规定的位置、间隔接合的被缠绕成卷状的多层绝缘纸。

本发明是认真研究了定子铁芯槽端部处的高局部放电开始电压化而获得的结果，以与混合动力汽车、电动汽车驱动马达等的高输出功率马达的小型化、高驱动电压化对应的高耐压绝缘系统开发为目的而实施。对设置于定子铁芯的槽端部附近的线圈/定子铁芯之间的槽绝缘纸进行多层化，并在多层绝缘纸之间形成树脂积存，由此发现定子铁芯附近的电场集中降低，从而完成本发明。

在定子铁芯的槽端部，由于槽绝缘纸的绝缘纸和定子铁芯间的空气的介电常数的差异，电场集中在槽端附近的空气层，难以提高局部放电开始电压。因此，通过降低定子铁芯端部的电场集中，可以提高局部放电开始电压。

作为其手段，在本发明中，使槽端部附近的槽绝缘纸多层化，由此分割引起电场集中的槽绝缘纸、定子铁芯之间的空间，使得槽端部附近的电场集中缓和，另外，通过在多层化绝缘纸之间形成树脂积存，使线圈/铁芯间的电场降低，其结果是，能够大幅降低槽端部附近的电场集中，并且可以进行高局部放电开始电压化。

符号说明

1：铁芯

2：槽

3：槽端

4：实施例1的槽绝缘纸

41：第1绝缘纸

42：第2绝缘纸

5：压模

6：模拟线圈

7：扁平漆包绝缘线

71：聚酰胺酰亚胺绝缘层

72：铜导体

8：树脂积存

9：第1、第2绝缘纸交叉线

10：比较例的槽绝缘纸

11：第2树脂积存

12：接合多层绝缘纸

13：PET片

14：超声波粘合部

15：其他方式的接合多层绝缘纸

16：波点超声波粘合部。

Claims (6)

1.一种旋转电机的定子，其具有：定子铁芯，其形成有多个槽；定子线圈，其被插入至所述槽；以及绝缘纸，其被插入至所述槽并使所述定子线圈和所述定子铁芯绝缘，所述旋转电机的定子的特征在于，

所述绝缘纸至少有：第1绝缘纸部，其在所述槽的轴方向端面的外侧与定子铁芯相邻地配置；以及第2绝缘纸部，其被配置在所述第1绝缘纸部和所述定子线圈之间，

所述绝缘纸在所述第1绝缘纸部的槽的轴方向端面的外侧和所述第2绝缘纸部的槽的轴方向端面的外侧之间形成配置有绝缘树脂的树脂积存部。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述第2绝缘纸部的轴向端部被配置为相比所述第1绝缘纸的轴向端部接近所述定子线圈。

3.根据权利要求1或者2所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述树脂积存部具有：第1树脂积存部，其配置有固定清漆；以及第2树脂积存部，其形成于所述第1树脂积存部之上。

4.根据权利要求1或者2所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述第1绝缘纸部和第2绝缘纸部在槽内部具有接合部。

5.根据权利要求1或者2所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述定子线圈由构成一匝的分段绕组构成。

6.一种旋转电机，其特征在于，包括：

根据权利要求1至4中任意一项所述的旋转电机的定子；以及

转子，其被配置为与所述定子隔着规定的间隙。