CN108063511B

CN108063511B - 马达

Info

Publication number: CN108063511B
Application number: CN201710978010.6A
Authority: CN
Inventors: 开田健; 冈田真一
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-11-08
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2020-08-28
Anticipated expiration: 2037-10-18
Also published as: CN108063511A

Abstract

本发明提供一种马达。目的在于不使供电部侧线圈的占空系数降低而使供电部侧线圈的分担电压降低。一种具备多个包括卷绕于齿(5)的绕组(13)的线圈的马达(1)，利用模制材料(14)对位于供电部侧的线圈的绕组(13)进行模制，使对位于供电部侧的线圈的绕组(13)进行模制的模制材料(14)的介电常数比位于供电部侧以外的位置的线圈的绕组(13)的周围的介电常数高。

Description

马达

技术领域

本发明涉及一种在电动汽车和混合动力汽车的电动机、电梯的卷扬机等中使用的由逆变器驱动的马达。

背景技术

随着节能化而广泛使用具有高效率的特征的由逆变器驱动的马达。在由逆变器驱动的马达中，有时在作为来自逆变器的输出的脉冲电压上重叠陡峭的浪涌电压。在此，浪涌电压是指，瞬间性地超过稳定状态来产生的高的电压。如果这种浪涌电压施加到马达，则产生局部放电，存在马达的绝缘性能降低的问题。

陡峭上升的浪涌电压不是由构成马达的各线圈均等地分担，而是该浪涌电压的8成集中地施加到供电部侧的线圈。因此，公开了如下方法：为了提高供电部侧线圈的耐电压，使供电部侧线圈的绕组的电线覆膜的膜厚比其它线圈的绕组的电线覆膜的膜厚更厚(例如参照专利文献1)。另外，公开了如下方法：使供电部侧线圈的绕组的绝缘覆膜的介电常数比除此以外的线圈的绕组的绝缘覆膜的介电常数低，来提高供电部侧的局部放电起始电压(PDIV：Partial Discharge Inception Voltage)(例如参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2012-120405号公报(6页、图5、图6)

专利文献2：日本特开2012-175822号公报(11页、图9A)

发明内容

发明要解决的问题

在使供电部侧线圈的绕组的电线覆膜的膜厚比其它线圈的绕组的电线覆膜的膜厚更厚的方法中，存在供电部侧线圈的绕组的占空系数降低的问题。如果供电部侧线圈的绕组的占空系数降低，则存在马达的输出降低的弊病。

另外，在使供电部侧线圈的绕组的绝缘覆膜的介电常数比除此以外的线圈的绕组的绝缘覆膜的介电常数低的方法中，存在供电部侧线圈的分担电压变高而重叠到供电部侧的线圈的浪涌电压进一步变高的问题。

本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于不使供电部侧线圈的占空系数降低而使供电部侧线圈的分担电压降低。

用于解决问题的方案

本发明所涉及的马达是具备多个包括卷绕于齿的绕组的线圈的马达，利用模制材料对位于供电部侧的线圈的绕组进行模制，使对位于供电部侧的线圈的绕组进行模制的模制材料的介电常数比位于供电部侧以外的位置的线圈的绕组的周围的介电常数高。

发明的效果

本发明使对位于供电部侧的线圈的绕组进行模制的模制材料的介电常数比位于供电部侧以外的位置的线圈的绕组的周围的介电常数高，因此能够不使供电部侧线圈的占空系数降低而使供电部侧的线圈的分担电压降低。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的马达的示意图。

图2是本发明的实施方式1所涉及的马达的等效电路图。

图3是本发明的实施方式1中的模制线圈的剖面图。

图4是表示本发明的实施方式1中的马达的静电电容的等效电路。

图5是表示本发明的实施方式1中的一个相的线圈的静电电容的等效电路。

图6是本发明的实施方式1所涉及的分担电压的特性图。

图7是本发明的实施方式2中的模制线圈的剖面图。

图8是本发明的实施方式3所涉及的马达的示意图。

图9是本发明的实施方式4所涉及的马达的示意图。

图10是本发明的实施方式4所涉及的马达的等效电路图。

(附图标记说明)

1：马达；2：转子；3：定子；4：芯；5：齿；6：模制线圈；7：第一线圈；8：第二线圈；9：第三线圈；10：第四线圈；11：逆变器；12：中性点；13：绕组；14：模制材料；15：分布静电电容；16：对地间静电电容；17：U相供电部；18：V相供电部；19：W相供电部；20：结合静电电容

具体实施方式

实施方式1.

图1是用于实施本发明的实施方式1所涉及的马达的示意图。在图1中，该马达1包括转子2和定子3。定子3包括圆筒状的芯4、从该芯4向内周侧突出的齿5以及被该齿5插入的中空的模制线圈6。本实施方式中的马达1是三相4线圈串联的被Y形接线的集中绕组的马达，在将从后述的逆变器接受供电的线圈称为供电部侧线圈时，将三相各自的供电部侧线圈设为U1、V1及W1，朝向中性点侧的线圈设为U2、V2及W2、U3、V3及W3以及U4、V4及W4。下面，将供电部侧线圈称为第一线圈7，朝向中性点侧称为第二线圈8、第三线圈9以及第四线圈10。这些线圈全部由模制线圈6构成。

图2是本实施方式的马达1的等效电路图。在图2中，来自逆变器11的输出连接于各相的第一线圈U1、V1及W1。各相的线圈是4个线圈串联连接而成的，在各相中，朝向中性点12，接着第一线圈串联连接有第二线圈、第三线圈以及第四线圈。

图3是本实施方式中的模制线圈6的剖面图。在本实施方式中，第一线圈至第四线圈中的各个线圈的基本构造相同。在图3中，在圆筒状的模制线圈6的中空部分插入有齿5。模制线圈6包括绕组13和模制材料14。将配置于供电部侧的第一线圈的模制材料的介电常数设为ε₁，将除此以外的线圈即第二线圈、第三线圈以及第四线圈的模制材料的介电常数设为ε₂。在本实施方式的马达中，以使ε₁大于ε₂的方式选定模制材料。

通常，作为模制材料使用树脂。作为能够用作模制材料的树脂，例如可列举环氧树脂、氟树脂、聚喹啉(polyquinoline)树脂、聚(苯并环丁烯)树脂、非晶聚烯烃树脂等。作为介电常数高的模制材料，例如能够使用在这些树脂中含有氮化铝、氧化铝、钛酸钡(BaTiO₃)、氧化钛(TiO₂)、碳化硅(SiC)、钛－钡－钕系复合氧化物、铅－钙系复合氧化物、二氧化钛系陶瓷、钛酸铅系陶瓷、钛酸镁系陶瓷、钛酸锶系陶瓷、钛酸铋系陶瓷、锆酸铅系陶瓷等高介电常数粉末的材料。作为介电常数低的模制材料，能够使用仅由这些树脂构成的材料或在这些树脂中含有低介电常数的填料的材料。

接着，说明定子3的制造方法。以比齿5的外径大的直径将绕组13卷绕，利用模制材料14对卷绕该绕组13而成的构件进行模制来制作模制线圈6，对该模制线圈6插入齿5，由此能够制作定子3。另外，作为其它制造方法，还能够通过如下方式制作定子3：先将绕组13卷绕在齿5，在绕组13卷绕于齿5的状态下利用模制材料14对绕组13进行模制来制作定子3。根据该方法，在模制材料与齿之间不产生空隙，因此能够期待对于浪涌电压的耐电压性能提高，进而能够期待模制材料与齿之间的热导率提高。此外，也可以是如下构造：齿5与芯4不是一体的，而是构成为不同构件，在制造定子3时将它们组合。

这样，通过使供电部侧线圈的模制材料的介电常数ε₁大于除此以外的线圈的模制材料的介电常数ε₂，供电部侧线圈的分布静电电容大于除此以外的线圈的分布静电电容。一般，如果逆变器输出的电压脉冲的上升时间为将逆变器与马达连接的线缆中的脉冲往复传播时间以下，则在马达的端子间产生达到逆变器输出的电压脉冲的2倍的浪涌电压。并且，如果马达中产生的浪涌电压的上升时间陡峭而浪涌电压的高频成分超过马达绕组的谐振频率，则马达的静电电容成分变得显著，因此在各线圈中分担的电压变得不均等，电压集中于供电部侧线圈。随之，当供电部线圈中的绕组间的电位差、供电部侧线圈与芯之间的电位差以及供电部侧的各相的线圈间的电位差中的任意电位差超过局部放电起始电压时，产生局部放电。

图4是表示本实施方式中的马达的各线圈的静电电容的等效电路。U相、V相及W相分别从供电部侧的第一线圈7按第二线圈8、第三线圈9以及第四线圈10的顺序串联连接。能够用分布静电电容15和对地间静电电容16来表示各线圈的静电电容等效电路。各相的第四线圈10连接于中性点12。U相的第一线圈7连接于U相供电部17，V相的第一线圈7连接于V相供电部18，W相的第一线圈7连接于W相供电部19。

图5是表示本实施方式中的马达的一个相的线圈的静电电容的等效电路。下面，设作为1个相选择U相来进行说明。如图5所示，表示U相的静电电容的等效电路表示为U相的第一线圈7的分布静电电容15和对地间静电电容16、以及将U相的第一线圈7以外的U相的第二线圈～第四线圈和V相及W相的各线圈的静电电容结合而成的结合静电电容20。

在图5中，将从U相供电部17向马达整体施加的电压设为E，施加到U相的第一线圈7的电压设为V₁，将U相的第一线圈7的分布静电电容15的值设为C₁，将对地间静电电容16的值设为C₂，将U相的第一线圈7以外的结合静电电容20的值设为C_a。由于逆变器驱动而对马达施加陡峭的浪涌电压，能够通过如下式来表示此时的施加到U相的第一线圈7的电压V₁。

V₁＝(C_a+C₂)/(C₁+C₂+C_a)×E

从该式可知，在设C_a固定时，如果使U相的第一线圈的分布静电电容C₁变大且使对地间静电电容C₂变小，则V₁变小。为了使U相的第一线圈的分布静电电容C₁变大且使对地间静电电容C₂变小，使U相的第一线圈的模制材料的介电常数ε₁高于其它线圈的模制材料的介电常数ε₂即可。也就是说，通过使对位于供电部侧的线圈的绕组进行模制的模制材料的介电常数比位于供电部侧以外的位置的线圈的绕组的周围的介电常数高，位于供电部侧的线圈的分担电压变低，能够防止因浪涌电压引起的位于供电部侧的线圈的局部放电。

另外，仅仅改变模制材料的介电常数，因此能够使位于供电部侧的线圈的线圈构造与位于供电部侧以外的位置的线圈的线圈构造相同，因此供电部侧的线圈的占空系数也不会降低。

在这样构成的马达中，能够不使供电部侧线圈的占空系数降低而使供电部侧的线圈的分担电压降低。

关于本实施方式中的使供电部侧的线圈的分担电压降低的效果，更详细地进行说明。作为位于供电部侧的线圈的模制材料，使用对于相对介电常数为3.5的环氧树脂将相对介电常数为9.2的氧化铝作为填料添加了75重量％的模制材料，作为供电部侧以外的线圈的模制材料，仅使用环氧树脂来构成模制线圈。此时，位于供电部侧的线圈的模制材料的介电常数ε₁是7.8，位于供电部侧以外的位置的线圈的模制材料的介电常数ε₂是3.5，ε₁/ε₂为2.2。通过这样，能够使对位于供电部侧的线圈的绕组进行模制的模制材料的介电常数比位于供电部侧以外的位置的线圈的绕组的周围的介电常数高。

设对具备这种模制线圈的图1所示的三相4线圈串联的被Y形接线的集中绕组的马达施加了上升陡峭的脉冲电压。将施加的脉冲电压的峰值电压设为E，将达到该峰值电压为止的上升时间设为200ns。在这种条件下驱动的马达中，施加电压可视为高频，因此马达的电容成分变得显著，能够用图3中示出的静电电容的等效电路来表示。能够使用该用静电电容表示的等效电路，通过计算来求出施加到位于供电部侧的线圈的电压V₁。

图6是通过计算求出施加到本实施方式中的供电部侧的线圈的电压(分担电压)的特性图。在图6中，纵轴是V₁/E。横轴是ε₁/ε₂，如上所述适当选定构成模制材料的树脂和填料来改变ε₁/ε₂。ε₁/ε₂＝1是使位于供电部侧的线圈的模制材料的介电常数与位于供电部侧以外的位置的线圈的模制材料的介电常数相同的情况。可知，在该情况下，向马达的输入电压的80％集中于供电部侧的线圈。

从图6可知，如果ε₁/ε₂为1.5以上，则供电部侧的线圈的分担电压为75％以下。在ε₁/ε₂为1.5至5的范围中，随着ε₁/ε₂变大，供电部侧的线圈的分担电压减少，但是当ε₁/ε₂超过5时，其减少率降低。另外，如果ε₁/ε₂超过5，则在相对介电常数高的线圈产生了剥离、空隙的缺陷的情况下，产生电场集中，因此还有可能发生局部放电起始电压降低的问题。

据此，优选的是，位于供电部侧的线圈的模制材料的介电常数为位于供电部侧以外的位置的线圈的模制材料的介电常数的1.5倍以上且5倍以下。

实施方式2.

图7是用于实施本发明的实施方式2所涉及的模制线圈的剖面图。本实施方式中的马达的构造与实施方式1的图1中示出的马达的构造同样。在图7中，图7的(a)是位于供电部侧的线圈的模制线圈的剖面图，图7的(b)是位于供电部侧以外的位置的线圈的模制线圈的剖面图。将图7的(a)所示的配置于供电部侧的第一线圈的模制材料的介电常数设为ε₁，将图7的(b)所示的除此以外的线圈即第二线圈、第三线圈以及第四线圈的模制材料的介电常数设为ε₂。在本实施方式的马达中，以使ε₁大于ε₂的方式选定模制材料。

并且，将图7的(a)所示的配置于供电部侧的第一线圈的绕组13与芯4及齿5之间的模制材料14的厚度A设定得比图7的(b)所示的配置于供电部侧以外的位置的第二～第四线圈的绕组13与芯4及齿5之间的模制材料14的厚度B大。配置于供电部侧的第一线圈的绕组13的匝数与配置于供电部侧以外的位置的第二～第四线圈的绕组13的匝数相同。

在这样构成的马达中，与实施方式1同样地，能够不使供电部侧线圈的占空系数降低而使供电部侧的线圈的分担电压降低。另外，配置于供电部侧的第一线圈的绕组与芯4及齿5之间的模制材料的厚度A被设定得比配置于供电部侧以外的位置的第二～第四线圈的绕组与芯4及齿5之间的模制材料的厚度B大。因此能够使配置于供电部侧的线圈的对地间静电电容小于配置于供电部侧以外的位置的线圈的对地间静电电容。

实施方式3.

图8是用于实施本发明的实施方式3所涉及的马达的示意图。本实施方式中的马达1与实施方式1同样地是三相4线圈串联的被Y形接线的集中绕组的马达，在将从逆变器接受供电的线圈称为供电部侧线圈时，将三相各自的供电部侧线圈设为U1、V1及W1，朝向中性点侧的线圈设为U2、V2及W2、U3、V3及W3以及U4、V4及W4。

在本实施方式中，作为供电部侧线圈的第一线圈7(U1、V1及W1)与实施方式1同样地由利用模制材料模制的模制线圈6构成，而除此以外的第二线圈8(线圈U2、V2及W2)、第三线圈9(U3、V3及W3)以及第四线圈10(U4、V4及W4)仅由绕组13构成。即，关于位于供电部侧的线圈以外的线圈，绕组的周围是介电常数为1的空气。

这样构成的马达能够使对位于供电部侧的线圈的绕组进行模制的模制材料的介电常数比位于供电部侧以外的位置的线圈的绕组的周围的介电常数高，因此与实施方式1同样地，能够不使供电部侧线圈的占空系数降低而使供电部侧的线圈的分担电压降低。

实施方式4.

图9是用于实施本发明的实施方式4所涉及的马达的示意图。在图9中，该马达1包括转子2和定子3。定子3包括圆筒状的芯4、从该芯4向内周侧突出的齿5以及被该齿5插入的模制线圈6。本实施方式中的马达1是三相3线圈2并联的被Y形接线的集中绕组马达，当将从逆变器接受供电的线圈称为供电部线圈时，将各相的供电部侧线圈设为2并联的第一组的U11、V11、W11以及第二组的U21、V21、W21，朝向中性点侧的线圈，将第一组设为U12、V12及W12、U13、V13及W13，将第二组设为U22、V22及W22、U23、V23及W23。下面，将供电部侧线圈称为第一线圈7，朝向中性点侧称为第二线圈8和第三线圈9。这些线圈全部由模制线圈6构成。

图10是本实施方式所涉及的马达的等效电路图。在图10中，来自逆变器11的输出连接于各相的第一线圈U11、U12、V11、V12及W11、W12。各相由2个组构成，各个组中3个线圈串联连接，在各相中，朝向中性点12，接着第一线圈串联连接有第二线圈和第三线圈。

图9中示出的模制线圈6的结构是与实施方式1同样的结构，用实施方式1的图3中示出的模制线圈6的剖面图来表示，在圆筒状的模制线圈6的中空部分插入有齿5。模制线圈6包括绕组13和模制材料14。将配置于供电部侧的第一线圈的模制材料的介电常数设为ε₁，将除此以外的线圈即第二线圈和第三线圈的模制材料的介电常数设为ε₂。在本实施方式的马达中，以使ε₁大于ε₂的方式选定模制材料。

这样构成的马达能够使对位于供电部侧的线圈的绕组进行模制的模制材料的介电常数比位于供电部侧以外的位置的线圈的绕组的周围的介电常数高，因此与实施方式1同样地，能够不使供电部侧线圈的占空系数降低而使供电部侧的线圈的分担电压降低。其结果，能够防止因浪涌电压引起的位于供电部侧的线圈的局部放电。

此外，在本实施方式中列举2并联的例子来进行了说明，但是还能够增加并联数。在增加并联数的情况下各线圈组也并联连接，因此在各线圈组中产生与串联连接的情况同样的相电压。其结果，与实施方式1同样地，能够不使供电部侧线圈的占空系数降低而使供电部侧的线圈的分担电压降低。

另外，在本实施方式中，列举将第一线圈7、第二线圈8以及第三线圈9全部由模制线圈6构成的例子来进行了说明，但是也可以如在实施方式3中说明的那样仅将作为供电侧线圈的第一线圈7由模制线圈构成，将除此以外的第二线圈8和第三线圈9设为仅由绕组13构成的线圈。

Claims

1.一种马达的制造方法，该马达具有转子和定子，该定子具备多个包括以集中绕组方式卷绕于向有所述转子的内周侧突出的齿的绕组的线圈，该马达的制造方法的特征在于，包括：

以比所述齿的外径大的直径将位于供电部侧的线圈的绕组卷绕的工序；

利用模制材料对被卷绕的所述线圈的绕组进行模制的工序；以及

对进行了所述模制的所述线圈的绕组插入所述齿的工序，

对位于所述供电部侧的线圈的绕组进行模制的所述模制材料的介电常数比所述供电部侧以外的多个所述线圈中的位于中性点侧的所述线圈的绕组的周围的模制材料的介电常数高。

2.根据权利要求1所述的马达的制造方法，其特征在于，

位于供电部侧以外的位置的所述线圈的绕组的至少一个是利用模制材料进行模制而成的，

对位于所述供电部侧的线圈的绕组进行模制的模制材料的介电常数比对位于所述供电部侧以外的位置的线圈的绕组进行模制的模制材料的介电常数高。

3.根据权利要求2所述的马达的制造方法，其特征在于，

在位于所述供电部侧的线圈的绕组与齿之间存在的模制材料的厚度比在位于所述供电部侧以外的位置的线圈的绕组与齿之间存在的模制材料的厚度厚。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的马达的制造方法，其特征在于，

对位于所述供电部侧的线圈的绕组进行模制的模制材料的介电常数为位于所述供电部侧以外的位置的线圈的绕组的周围的模制材料的介电常数的1.5倍以上且5倍以下。