CN108233575B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种旋转电机。该旋转电机的定子线圈包括多个在旋转电机的轴向上的定子芯的外侧位置在该旋转电机的周向上延伸的扁平线状的线圈片(32)，在所述轴向上的定子芯外侧的位置，在周向第一方向上延伸的线圈片(32)的前端部(40)接合于在与所述周向第一方向反向的周向第二方向上延伸的另一线圈片(32)的前端部(40)，线圈片(32)的前端部(40)中的轴向外侧端面(42)为向轴向外侧凸出的圆弧面。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及具备接合多个线圈片而成的定子线圈的旋转电机。

背景技术

以往以来，广泛已知有接合多个线圈片而成的定子线圈(例如日本特开2014－007795等)。线圈片在定子芯的轴向外侧在周向上延伸，线圈片的前端通过焊接等而接合于另一线圈片的前端。

在此，在现有技术中，如图11所示，线圈片32在沿周向延伸之后向轴向外侧弯曲而向与轴向平行的外侧方向笔直地延伸。在该情况下，线圈端部高度按向轴向外侧延伸的距离h1的量变高。在设置空间有限的旋转电机例如作为行驶用马达搭载于电动车辆的旋转电机等的情况下，这样的线圈端部高度增加乃至旋转电机的体积增加是重大的问题。

发明内容

因此，一部分人提出了下述方案：如图12所示，将线圈片32的前端不向轴向外侧延伸而是在周向上延伸的状态下接合。根据这样的构成，能将线圈端部高度抑制得较低，能减小旋转电机的体积。

但是，在如图12所示、将线圈片32的前端部40的轴向外侧端面42设为平坦面的情况下，很难将多个线圈片32的前端部40的轴向高度统一。即，通常，线圈片32在径向上配设多个。越往径向外侧，槽间的距离越大，因此在要将线圈片32的前端部40的高度统一了的情况下，越是径向外侧的线圈片32，弯曲角度α越小。若线圈片32的弯曲角度α改变，则如图13所示，前端部40的一部分超出所接合的另一接合部。为了避免这样的超出，需要根据弯曲角度α来改变线圈片32的前端部40的形状。但是，准备前端部40的形状不同的多种线圈片32，会导致制造工时和/或成本的增加。

在本发明中，提供一种体积进一步减小同时能简易地制造的旋转电机。

本发明的技术方案的旋转电机，其特征在于，具备：转子和定子，所述定子具有与所述转子同心地配置的定子芯和卷绕于所述定子芯的定子线圈，所述定子线圈具有多个在旋转电机的轴向上的所述定子芯外侧的位置在该旋转电机的周向上延伸的扁平线状的线圈片，在所述轴向上的所述定子芯外侧的位置，在周向第一方向上延伸的所述线圈片的前端部接合于在与所述周向第一方向反向的周向第二方向上延伸的另一线圈片的前端部，所述线圈片的前端部中的轴向外侧端面为向轴向外侧凸出的圆弧面。

通过设为这样的构成，线圈片以在周向上延伸的状态接合，能降低线圈端部高度，能减小旋转电机的体积。另外，各线圈片的轴向外侧端面为圆弧面，因此即使相互接合的二个线圈片的姿势(轴向外侧位置处的倾倒角度)变了，也能使这二个线圈片的前端部适当地重合。其结果，不需要准备前端部的形状不同的多种线圈片，能简易地制造旋转电机。

另外，也可以设为，相互接合的所述线圈片以使得各自的所述圆弧面的中心轴一致的方式在所述线圈片的厚度方向上重叠并接合。

通过设为这样的构成，能使相互接合的线圈片的前端部更适当地重合。

另外，也可以设为，所述线圈片的所述圆弧面的半径比所述线圈片的宽度大。

通过设为这样的构成，能使接合的二个线圈片重合的重叠部分的距离(重叠距离)变大，能确保充分的接合面积。

另外，也可以设为，所述线圈片具有：在形成于所述定子芯的槽内在轴向上延伸的腿部；和在所述定子芯的轴向外侧位置在周向上延伸的搭接部，所述定子线圈具有在所述旋转电机的径向上排列的二个以上的所述线圈片，在所述二个以上的线圈片中，越是配置于靠径向外侧的线圈片，所述腿部与所述搭接部所成的弯曲角度越小，以使得所述前端部的轴向高度变得相同。

通过设为这样的构成，能将在径向上排列的线圈片的前端部的高度统一为低的高度，能进一步减低线圈端部高度乃至于旋转电机的体积。

另外，也可以设为，所述多个线圈片的前端部全部为同一形状。

通过设为这样的构成，能将线圈片的前端部的形状种类设为一种，因此能进一步降低制造的工时和/或成本。

另外，也可以设为，所述线圈片的除所述前端部外的其余的所有部分由绝缘覆膜被覆，所述绝缘覆膜的厚度为未由所述绝缘覆膜被覆的线圈片与由所述绝缘覆膜被覆了的线圈片之间所需的绝缘距离以上。

通过设为这样的构成，即使不对被施加了绝缘覆膜的部分和前端部的配置下功夫，也能确保两者的绝缘。

根据本发明的技术方案的旋转电机，线圈片保持在周向上延伸的状态而接合，因此能降低线圈端部高度、能减小旋转电机的体积。另外，各线圈片的轴向外侧端面为圆弧面，因此即使相互接合的二个线圈片的姿势(轴向外侧位置处的倾倒角度)变了，也能使这二个线圈片的前端部适当地重合。其结果，不需要准备前端部的形状不同的多种线圈片，能简易地制造旋转电机。

附图说明

以下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重要性，其中同样的附图标记表示同样的部件，并且附图中：

图1是示出旋转电机的构成的图。

图2是定子的线圈端部周边的立体图。

图3是仅拔出了属于同相的线圈片的图。

图4是组装于定子之前的线圈片的概略主视图。

图5是示出相互接合了的线圈片的前端部附近的图。

图6是示出相互接合了的线圈片的前端部附近的图。

图7是说明线圈片的绝缘距离的图。

图8是说明定子线圈制造流程的流程图。

图9是示出线圈材料的切断情况的图。

图10是示出线圈材料的切断情况的图。

图11是示出现有线圈片的一例的图。

图12是示出现有线圈片的另一例的图。

图13是示出图12的线圈片中弯曲角度变化了的情况的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例涉及的旋转电机10的构成进行说明。此外，在以下的说明中，所谓“轴向”、“周向”以及“径向”为旋转电机10的轴向、周向以及径向的意思。图1是示出旋转电机10的构成的概略图。另外，图2是定子14的线圈端部周边的立体图，图3是仅拔出了属于同相的线圈片32的图。

旋转电机10具备转子12、定子14以及转轴16。转子12具备转子芯18和设置于该转子芯18内的1块以上的永磁体20。转子芯18为在轴向上层叠多块电磁钢板(例如硅钢板)而成的圆柱形部件。多块永磁体20在周向上隔开间隔地配设，构成转子12的磁极。在转子芯18的中心插通并附着固定有转轴16。转轴16和转子12一起自转。

定子14具有定子芯22和定子线圈24。定子芯22与转子12同心地配置于转子12的外侧。定子芯22是在轴向上层叠多块电磁钢板(例如硅钢板)而成的。定子芯22大体分为大致圆筒形的轭(yoke)26和从该轭26的内周缘向径向内侧突出的多个齿(teeth)28。多个齿28在周向上等间隔地排列，在相邻的二个齿28之间形成有作为供定子线圈24插入的空间的槽(slot)30。

此外，在此，例举转子12配置于定子14的内侧的内转子型的旋转电机为例进行说明，但是本发明的方式的技术，只要是转子12和定子14同心地配置的旋转电机即可，也可以适用于其他形态的旋转电机。因此，本发明的方式的技术，也可以适用于例如在定子14的外侧同心地配置有转子12的外转子型的旋转电机、在定子14的外侧和内侧这两方配置有转子12的双转子型的旋转电机等。在外转子型旋转电机的情况下，齿28从轭26的外周缘向径向外侧突出。在双转子型旋转电机的情况下，定子14具有从轭26的内周缘向径向内侧突出的齿和从轭26的外周缘向径向外侧突出的齿。

定子线圈24包括U相线圈、V相线圈以及W相线圈(以下，在不对U、V、W进行区分的情况下称为“相线圈”)。各相线圈的基端连接于输入端子，各相线圈的末端连接于另一相线圈的末端而形成中性点。因此，该定子线圈24为星形接线。只是，定子线圈24的接线形态也可以根据所需要的马达特性等而适当地变更，例如，定子线圈24也可以取代星形接线而设为三角形接线。

各相线圈是将多个线圈片32接合而构成的。图4是代表性的线圈片32的概略主视图。该线圈片32是将相线圈按易组装的单位分割而得的，也是用绝缘覆膜62被覆截面大致矩形的线状导体60而成的。线圈片32在组装于定子芯22之前的阶段，成形为具有一对直进部50和将该一对直进部50连结的连结部34的大致U字状。在将线圈片32组装于定子芯22时，一对直进部50分别被插入槽30。由此，连结部34在定子芯22的轴向另一端侧以跨多个齿28的方式在周向上延伸。另外，直进部50被插入槽30之后，如图4中双点划线所示，在其途中在周向上弯曲。由此，直进部50变为在槽30内在轴向上延伸的腿部36和在定子芯22的轴向一端侧在周向上延伸的搭接部38。

此外，在图4中，例示了叠绕用的线圈片32，一对直进部50向相互接近的方向弯曲。但是，本发明的方式的技术，也适用于其他的卷绕方式的线圈片32例如波状卷绕用的线圈片32。在波状卷绕用的线圈片32的情况下，一对直进部50向相互离开的方向弯曲。另外，定子线圈24，不仅具有构成环状地卷绕于齿的环状线圈的线圈片32，有时还具有用于将不同的环状线圈彼此连结的连结用线圈片、用于将三相线圈的末端彼此连结而形成中性点的中性点用线圈片等。后述的前端部40的形状也可以适用于该连结用线圈片、中性点用线圈片。

在一个槽30中，在径向上排列有多条图4所示的线圈片32的腿部36，在定子芯22的轴向一端侧，在径向上排列有多个在周向上延伸的搭接部38。如图3所示，从一个槽30伸出而在周向第一方向(例如顺时针方向)上延伸的搭接部38接合于从另一个槽30伸出而在周向第二方向(例如逆时针方向)上延伸的搭接部38。

在此，线圈片32如上所述被绝缘覆膜62被覆，仅前端部40被去除了该绝缘覆膜62。这是为了确保与另一线圈片32的电连接。另外，如图3、图4所示，将线圈片32的前端部40中的最终的轴向外侧端面42即线圈片32的宽度方向一端面设为向轴向外侧凸出的圆弧面。关于这样将前端部40的轴向外侧端面42设为圆弧面的原因，以与现有技术进行比较的方式来进行说明。

在现有的旋转电机10中，搭接部38如图11所示，当在周向上行进了之后，向与轴向平行的外侧方向笔直地延伸。在该情况下，线圈端部高度升高向轴向外侧延伸的距离h1的量，导致了旋转电机10的体积增加。这一体积的增加，在设置空间有限的旋转电机、例如作为行驶用马达而搭载于电动车辆的旋转电机等中成为很大的问题。另外，线圈材料额外需要向轴向外侧延伸的距离h1的量，也导致了成本上升。

因此，为了降低线圈端部高度并减少线圈材料，一部分人提出了下述方案：如图12所示，搭接部38保持在周向上延伸的状态、不向与轴向平行的方向弯曲地接合。根据该技术，能将线圈端部高度降低向轴向外侧延伸的距离h1的量。

但是，在现有技术中，将前端部40的轴向外侧端面42设为了平坦面。在该情况下，若搭接部38与腿部36所成的弯曲角度α改变，则如图13所示，前端部40的一部分超出接合对象的前端部40。为了避免这样的超出，需要按照每个弯曲角度α来改变前端部40的形状。在这样根据弯曲角度α而改变了前端部40的形状的情况下，导致制造工时和成本的增加。

尤其是在要将线圈端部高度抑制到最小的情况下，越是靠径向外侧的线圈片32，线圈片32的弯曲角度α越小，因此，前端部40的形状种类数也越多。即，为了将线圈端部高度抑制到最小，需要使在径向上排列的多个线圈片32的前端部40的轴向高度全部统一到最小高度(相同高度)。另一方面，越往径向外侧，槽间距离变得越长，因此越是靠径向外侧的线圈片32，搭接部38的长度越长。其结果，在要将线圈端部高度抑制到最小的情况下(在要将前端部40的轴向高度统一为同一高度的情况下)，越是靠径向外侧的线圈片32，弯曲角度α越小。

因此，在将前端部40的轴向外侧端面42设为平坦面、同时要将线圈端部高度抑制为最小的情况下，弯曲角度α根据线圈片32的径向位置而改变，因此必须准备前端部40的形状不同的多种线圈片32。该多种线圈片32的制造，不仅耗费工时，也会导致伴随刀具种类的增加等的成本增加。

因此，在本发明的方式的技术中，将线圈片32的前端部40的轴向外侧端面42设为向轴向外侧凸出的圆弧面。通过设为这样的构成，即使弯曲角度α改变了，也能使接合的二个前端部40适当地重合。关于这一点参照图5、图6进行说明。

图5、图6是示出相互接合的线圈片32的前端部40附近的图。图5的图示例与图6的图示例相比，弯曲角度α小。另外，在图5、图6中，画了交叉影线的部位示出二个前端部40重合的重叠部分。

在将线圈片32的前端部40接合时，将相互接合的二个前端部40以使得各自的圆弧面(轴向外侧端面42)的中心轴O一致的方式在其厚度方向上重叠并接合。通过这样以使中心轴一致的方式进行重叠，从而在弯曲角度α大的情况(图6的情况)下，在弯曲角度α小的情况(图5的情况)下，都能使相互接合的二个前端部40的轴向外侧的线一致且适当地重合。其结果，即使将多个线圈片32的前端部40设为同一形状，也能使在径向上排列的多个线圈片32的轴向高度相同。

此外，在本发明的方式的技术中，增大圆弧面(轴向外侧端面42)的半径R、具体而言设为线圈片32的宽度W以上(参照图4)。这是为了确保充分的接合面积。即，为了确保充分的接合面积，只要使接合的二个前端部40重合的重叠部分的长度即重叠距离D变大即可。重叠距离D在重叠部分的中心角度设为β的情况下为D＝2·R·tan(β/2)。弯曲角度α越小则中心角度β能越大，因此半径R越大并且中心角度β越大(弯曲角度α越小)，则重叠距离D能越大。

只是，若重叠距离D过大，则恐无法确保与周向相邻的另一线圈片32的绝缘距离。对此参照图7进行说明。如上所述，线圈片32具有由绝缘覆膜62被覆的绝缘部分和被去除了绝缘覆膜62的前端部40。作为在线圈片32中应考虑的绝缘距离，有绝缘部分与绝缘部分之间所需的第一绝缘距离C1、绝缘部分与前端部40之间所需的第二绝缘距离C2和前端部40与前端部40之间所需的第三绝缘距离C3。此外，当然C3＞C2＞C1。

在图7所示的状态下，在轴向上相邻的线圈片32的被覆部分彼此的距离L1必须在第一绝缘距离C1以上。在此，也与绝缘覆膜62的厚度和/或材质相关，但一般来说C1≒0，绝缘部分彼此即使接触也没有问题。因此，距离L1为0也没有问题，关于距离L1不需要特别的注意。

在轴向上相邻的线圈片32的前端部40与绝缘部分的距离L2必须在第二绝缘距离C2以上。在本发明的方式的线圈片32中，将绝缘覆膜62的厚度t(参照图4)设为该第二绝缘距离C2以上。通过设为该构成，即使不特别对线圈片32的配置和/或弯曲角度α等下功夫，也能使前端部40与绝缘部分的距离L2为第二绝缘距离C2以上。

在周向上相邻的前端部40彼此的距离L3必须在第三绝缘距离C3以上。若为了确保重叠距离D而使半径R变大、使前端部40的长度变长，则该距离L3变小，这次恐无法确保充分的绝缘距离。特别是，在弯曲角度α变大的径向内侧，重叠距离D变小，并且在周向上相邻的前端部40彼此的周向距离L3也变小。也即是，越是靠径向内侧，越难以确保重叠距离D和第三绝缘距离C3这两方。因此，在决定前端部40的长度、半径R等时，优选，以位于最靠内径侧的线圈片32为基准来决定。

接下来，关于以上构成的定子线圈24的制造流程参照图8进行说明。图8是示出定子线圈24的制造流程的流程图。在制造定子线圈24的情况下，首先，制造构成该定子线圈24的线圈片32。线圈片32是将长条的扁平线即线圈材料切断成形而制造的。另外，线圈材料通常卷筒状地卷绕于线轴而保管。因此，在制造线圈片32时，首先，从线轴将线圈材料拉出(S10)。此时，在被拉出的线圈材料带有卷曲痕迹，因此使用多个矫直辊等对线圈材料进行矫直化。

如果对线圈材料矫直化了，则接着将线圈材料切断成所期望的长度(S12)。图9、图10是示出该切断的情况的示意图。用切断装置100将线圈材料70切断。该切断装置100中，二个与前端部40的形状对应的形状的刀具102按镜像关系配置。接着，通过将切断装置100按压于线圈材料70，从而同时形成一个线圈片32的终端和另一个线圈片32的始端。在此，如上所述，通过将前端部40的一端面(轴向外侧端面42)设为圆弧面，从而不需要按每个线圈片32而改变前端部40的形状。因此，所准备的刀具102的形状也是一种即可，能降低切断所耗的工时和成本。此外，在图10中，附图标记72表示切屑。

通过将线圈材料切断成预定的长度而能得到成形前的线圈片32的话，接着，将该线圈片32的前端部40(始端和终端)的绝缘覆膜62去除(S14)。作为该绝缘覆膜62的去除方法，可以考虑各种方法。例如，绝缘覆膜62既可以使用刀具以机械方式去除，也可以通过蚀刻等以化学方式去除。另外，绝缘覆膜62也可以使用激光以热方式去除。更具体而言，也可以通过将预定等级的激光照射于前端部40的表面和背面这两个面，从而将前端部40的绝缘覆膜62去除。

此外，为了将线圈片32彼此接合，只要至少仅仅前端部40中的实际接合的面(表面和背面中的一方的面)的绝缘覆膜62被去除了即可，其他的面(背面和表面中的另一方的面和侧面)的绝缘覆膜62也可以残留。但是，现实中，这些其他的面即使残留，也会因后述的焊接步骤中产生的热等而劣化成为废屑，因此优选，在该阶段将其去除。

如果将绝缘覆膜62去除了，则接着使用模具等使笔直的线圈片32弯曲并成形(S16)。例如，如图4所示，将线圈片32成形为具有一对直进部50和将一对直进部50连结的连结部34的大致U字状。

接下来，如果完成了线圈片32的成形，则接着将该线圈片32插入定子芯22的槽30(S18)。接着，如果所有线圈片32都被插入了，则使用专用的夹具使直进部50中的从各槽30突出的部分倒向周向(S20)。由此，直进部50成为在槽30内在轴向上延伸的腿部36和在轴向一端侧在周向上延伸的搭接部38。

如果形成了搭接部38，则接着将在周向第一方向(例如顺时针方向)上延伸的搭接部38的前端部40和在周向第二方向(例如逆时针方向)上延伸的另一搭接部38的前端部40接合(S22)。在进行接合时，使要相互接合的二个前端部40在厚度方向上重合。另外，此时，使二个前端部40的轴向外侧端面42的中心轴O一致。由此，二个前端部40的轴向外侧的线一致，使二个前端部40能适当地重合。

二个前端部40通过焊接而接合。作为焊接方法，既可以是TIG焊接所代表的电弧焊，也可以是以激光光源为热源的激光焊。在激光焊的情况下，如图3所示，对重合了的二个前端部40的接合面附近照射焊接用的激光110。在激光焊的情况下，能局部加热，因此能仅加热前端部40附近，能有效地防止绝缘覆膜62的热劣化等。其结果，能在维持适当的绝缘性能的状态下将多个线圈片32电连接。而且，如果焊接了所有线圈片32，则定子线圈24完成。

此外，在此说明了的线圈片32的制造步骤是一例，也可以适当变更。例如，线圈材料的切断和绝缘覆膜62的去除的顺序可以一前一后，绝缘覆膜62的去除和线圈片32的成形的顺序也可以一前一后。不管哪种顺序，都能通过将前端部40的轴向外侧端面42设为圆弧面而减少前端部40的形状种类，因此能减少制造的工时和成本。

根据以上的说明可知，在本发明的实施例的旋转电机10的情况下，线圈片32的前端部40为圆弧面。因此，即使弯曲角度α因配置各线圈片32的径向位置的不同而不同，也不需要改变前端部40的形状。其结果，不需要准备多种在线圈片32的制造中使用的刀具，能降低制造的工时和成本。另外，即使弯曲角度α变了，也不需要改变前端部40的形状，所以能将多个线圈片32的前端部40的高度统一为低的高度，能降低线圈端部高度。此外，如果前端部40的轴向外侧端面42是圆弧面，则其他构成也可以适当变更。例如，在上述例子中，多个线圈片32的前端部40全部设为同一形状，但是一部分线圈片32的前端形状也可以不同。例如，也可以：将位于径向内侧一半的线圈片32的轴向外侧端面42设为半径R1的圆弧面，将位于径向外侧一半的线圈片32的轴向外侧端面42设为半径R2的圆弧面。在该情况下，与轴向外侧端面42为平坦面的图12的情况相比，也能大幅减少前端部40的形状种类，能减低制造的工时和成本。

Claims (7)

1.一种旋转电机，其特征在于，具备：

转子；和

定子，

所述定子包括：

与所述转子同心地配置的定子芯；和

卷绕于所述定子芯的定子线圈，

所述定子线圈具有多个扁平线状的线圈片，所述扁平线状的线圈片在所述旋转电机的轴向上的所述定子芯外侧的位置在所述旋转电机的周向上延伸，

在所述轴向上的所述定子芯外侧的位置，在周向第一方向上延伸的所述线圈片的前端部接合于在与所述周向第一方向反向的周向第二方向上延伸的另一线圈片的前端部，

所述线圈片的前端部中的轴向外侧端面为向轴向外侧凸出的圆弧面，

相互接合的所述线圈片以使得各自的所述圆弧面的中心轴一致的方式在所述线圈片的厚度方向上重叠并接合。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述线圈片的所述圆弧面的半径比所述线圈片的宽度大。

3.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述线圈片具有：在形成于所述定子芯的槽内在轴向上延伸的腿部；和在所述轴向上的所述定子芯外侧的位置在周向上延伸的搭接部，

所述定子线圈具有在所述旋转电机的径向上排列的二个以上的所述线圈片，

在所述二个以上的线圈片中，越是配置于靠径向外侧的线圈片，所述腿部和所述搭接部所成的弯曲角度越小，以使得所述前端部的轴向高度变得相同。

4.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

所述线圈片具有：在形成于所述定子芯的槽内在轴向上延伸的腿部；和在所述轴向上的所述定子芯外侧的位置在周向上延伸的搭接部，

所述定子线圈具有在所述旋转电机的径向上排列的二个以上的所述线圈片，

在所述二个以上的线圈片中，越是配置于靠径向外侧的线圈片，所述腿部和所述搭接部所成的弯曲角度越小，以使得所述前端部的轴向高度变得相同。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述多个线圈片的前端部全部为同一形状。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

所述线圈片的除所述前端部外的剩余的所有部分由绝缘覆膜被覆，

所述绝缘覆膜的厚度为未由所述绝缘覆膜被覆的线圈片与由所述绝缘覆膜被覆了的线圈片之间所需的绝缘距离以上。

7.根据权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，

所述线圈片的除所述前端部外的剩余的所有部分由绝缘覆膜被覆，

所述绝缘覆膜的厚度为未由所述绝缘覆膜被覆的线圈片与由所述绝缘覆膜被覆了的线圈片之间所需的绝缘距离以上。