CN109196756B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

旋转电机中，各线圈具有从线圈主体引出的线圈终端。多个母线与线圈终端相连接。当设母线的直径为D、线圈线的截面直径为d、线圈线的杨氏模量为E、母线的材料的线膨胀系数为α1、定子芯体的材料的线膨胀系数为α2、室温与使用环境温度的设想温度差为ΔT时，从至少一个线圈终端的线圈主体侧的端部到与母线的连接部为止的长度L满足L≥((3πdED(α1－α2)ΔT/10)^1/2)/10。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及设置于定子的多个线圈的线圈终端与多个母线相连接的旋转电机。

背景技术

通常，车载用的旋转电机由于安装在发动机的附近，因此温度环境严峻，为了设为高输出，缓解因作为发热体的线圈及母线的热变形而产生的应力成为技术问题。对此，在现有的旋转电机中，线圈终端与母线部进行直线性耦合(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5016969号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1所示的现有的旋转电机中，由于线圈终端与母线部进行直线性耦合，因此线圈与母线的连接部容易产生应力。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于得到一种能够抑制因温度上升而在线圈终端与母线的连接部上所产生的应力的旋转电机。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的旋转电机包含：金属材料制的框；固定于框并具有多个齿部的圆筒状的定子芯体；设置在定子芯体的端面的由绝缘材料所构成的多个绝缘体；分别具有隔着绝缘体设置在齿部周围的线圈主体及从线圈主体引出的线圈终端、并由线圈线所构成的多个线圈；沿定子芯体的周向进行设置、并连接有线圈终端的导电性材料制的多个母线；以及相比线圈终端配置在定子芯体的径向外侧、并保持多个母线的支架，当设母线的直径为D、线圈线的截面直径为d、线圈线的杨氏模量为E、母线的材料的线膨胀系数为α1、定子芯体的材料的线膨胀系数为α2、室温与使用环境温度的设想温度差为ΔT时，从至少一个线圈终端的线圈主体侧的端部到与母线的连接部为止的长度L满足L≥((3πdED(α1－α2)ΔT/10)^1/2)/10，以使得因热变形导致在线圈处产生的应力变成0.2％耐力即250MPa以下。

另外，本发明所涉及的旋转电机包含：金属材料制的框；固定于框并具有多个齿部的圆筒状的定子芯体；设置在定子芯体的端面的由绝缘材料所构成的多个绝缘体；分别具有隔着绝缘体设置在齿部周围的线圈主体及从线圈主体引出的线圈终端、并由线圈线所构成的多个线圈；沿定子芯体的周向进行设置、并与线圈终端相连接的导电性材料制的多个母线；以及相比线圈终端配置在定子芯体的径向外侧、并对多个母线进行保持的支架，至少一个线圈终端具有：从线圈主体侧的端部向定子芯体的径向外侧进行设置的引出部；沿定子芯体的周向进行设置的第一直线部；设置在引出部与第一直线部之间的第一弯曲部；沿定子芯体的轴向进行设置的第二直线部；以及设置在第一直线部与第二直线部之间的第二弯曲部。

发明效果

本发明的旋转电机能够抑制因温度上升而在线圈终端与母线的连接部产生的应力。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的旋转电机的定子的主要部分剖视图。

图2是从径向内侧向外侧观察图1的定子的一部分的主视图。

图3是沿轴向观察图1的定子的一部分的俯视图。

图4是沿轴向观察图1的一根母线的俯视图。

图5是表示对图1的第一线圈终端进行简化后的模型的说明图。

图6是表示线圈终端长度与产生应力及谐振频率之间的关系的一个示例的图表。

图7是从径向内侧向外侧观察本发明的实施方式2所涉及的旋转电机的定子的一部分的主视图。

图8是沿轴向观察图7的定子的一部分的俯视图。

图9是表示图7的第一线圈终端及第二的线圈终端的形状的立体图。

图10是表示本发明的实施方式3所涉及的旋转电机的第一线圈终端及第二线圈终端的形状的立体图。

图11是沿轴向观察本发明的实施方式4所涉及的旋转电机的定子的一部分的俯视图。

图12是从径向内侧向外侧观察本发明的实施方式5所涉及的旋转电机的定子的一部分的主视图。

图13是从径向内侧向外侧观察本发明的实施方式6所涉及的旋转电机的定子的一部分的主视图。

具体实施方式

下面，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。

实施方式1﹒

图1是本发明的实施方式1所涉及的旋转电机的定子的主要部分剖视图，图1的Z轴方向为定子的轴向、Y轴方向为定子的径向。图2是从径向内侧向外侧观察图1的定子的一部分的主视图，图3是沿轴向观察图1的定子的一部分的俯视图。实施方式1中，作为旋转电机，表示了车载用的电动机。

铁制的圆筒状的定子芯体1固定在金属材料制、例如铁制的圆筒状的框2的内侧并被保持。框2的轴向的两端部设置有向径向外侧突出的凸缘部2a。

定子芯体1中设置有突出到径向内侧的多个齿部1a。齿部1a以彼此等间隔设置在定子芯体1的周向。定子芯体1的轴向的两端面设置有由绝缘材料所构成的多个绝缘体3。

定子芯体1设置有分别由线圈线所构成的多个线圈4。各线圈4具有隔着绝缘体3设置在相对应的齿部1a的周围的线圈主体5、从线圈主体5引出的第一线圈终端6及第二线圈终端7。

第一线圈终端6从线圈主体5的卷绕开始及卷绕结束的任一个引出。第二线圈终端7从线圈主体5的卷绕开始及卷绕结束的另一个引出。

所有的线圈4中的第一线圈终端6配置在定子芯体1的轴向的相同侧。另外，所有的线圈4中的第二线圈终端7配置在与定子芯体1的轴向的第一线圈终端6的相反侧。

框2的轴向两端面固定有由电绝缘材料所构成的支架8。支架8相比第一线圈终端6及第二线圈终端7配置在定子芯体1的径向外侧。

支架8保持有由导电性材料、例如铜所构成并将线圈4连接到供电部的多个母线9。母线9连接有相对应的线圈终端6、7。各线圈终端6、7例如利用焊接即经由焊接部，连接到相对应的相的母线9。另外，母线9一体地固定于或收纳于支架8。并且，母线9沿定子芯体1的周向进行设置。

此处，设沿定子芯体1的轴向观察时的母线9的直径为D(参照图4)，构成线圈4的线圈线的截面直径为d，线圈线的杨氏模量为E，母线9的材料的线膨胀系数为α1，定子芯体1的材料的线膨胀系数为α2，室温与使用环境温度的设想温度差为ΔT。此时，从各线圈终端6、7的线圈主体5侧的端部到与母线9的连接部为止的长度L(L与d的关系参照图5)满足下式，以使得因热变形而产生于线圈的应力变为0.2％耐力即250MPa以下。

L≥((3πdED(α1－α2)ΔT/10)^1/2)/10···式1

更详细而言，各线圈终端6、7的线圈主体5侧的端部是对于各线圈终端6、7的线圈主体5的最终约束点。另外，母线9的直径D变为290mm以上、316mm以下。并且，线圈线的截面直径d变为1.7mm以上、2.0mm以下。

当室温与使用环境温度的设想温度差ΔT产生时，在根据因线膨胀系数差而产生在大致呈圆环状的母线9与定子芯体1之间的位移差来进行强制位移的情况下，通常在梁上产生的应力表现为

(3πdED(α1－α2)ΔT/(4L²)。

并且，本实施方式的特征在于是在梁上产生的应力为250MPa以下那样的L。

例如，在母线9的材料为铜、定子芯体1的材料为铁、线圈线的截面直径d：φ2mm、母线9的直径D：316mm的旋转电机的情况下，若设ΔT：100℃、E：122600、α1：1.7×10^－5、α2：1.2×10^－5，则线圈终端6、7的长度L为19.2mm以上。

另外，在旋转电机设置在发动机的附近的情况下，设线圈4的密度为ρ，设置在附近的发动机的设想最高转速为R，发动机的气筒数为a，设想在与发动机产生谐振时显现的振动模式的次数为n。此时，上述的L满足下式。

(5.28×10⁷d((E/ρ)^1/2)/Ranπ)^1/2≥L···式2

通常，在梁上产生的谐波频率f由

3.52/2π((10¹²×Ed²)/(16ρL⁴))^1/2

求出。并且，通常，由发动机产生的振动频率由

R×(1/60)×a×(1/2)×n

求出。并且，本实施方式的特征在于设L使得在梁上产生的谐振频率变为由发动机产生的谐振频率以上。

例如，若设R：6000rpm、a：6、n：2、d：φ2mm、E：122600、ρ：8880，则线圈终端6、7的长度L为41.6mm以下。

根据式1、式2，L取(5.28×10⁷d((E/ρ)^1/2)/Ranπ)^1/2≥L≥((3πdED(α1－α2)ΔT/10)^1/2)/10的范围。

根据该式，L和d变为(5.28×10⁷((E/ρ)^1/2)/Ranπ)^1/2≥L/d^1/2≥((3πED(α1－α2)ΔT/10)^1/2)/10的范围。

例如，当设E：122600、ρ：：8880、α1：1.7×10^－5、α2：1.2×10^－5、ΔT：100、D：316、R：6000、n：2、a：6时，满足13.6≤L/d^1/2≤29.4。

在像这样的旋转电机中，由于线圈终端6、7的长度L设定为满足上述的式1，因此能够抑制在温度上升时因定子芯体1与母线9的线膨胀系数差而产生于线圈终端6、7的应力。例如，若为上述的计算例，则能够将产生应力抑制在铜的0.2％耐力以下。由此，能够抑制因在恶劣的热环境下的温度上升而在线圈终端6、7与母线9的连接部上产生的应力。

并且，由于线圈终端6、7的长度L设定为满足上述的式2，因此能够保持线圈终端6、7的谐振点高于受到来自发动机的影响的主要振动，能够确保充分的耐振性。

图6是表示线圈终端长度与产生应力及谐振频率的关系的一个示例的图表。实施方式1中，线圈终端6、7的长度L设定为在图5的L1以上L2以下。L1为在梁上产生的应力与250MPa相等时的L。L2为在梁上产生的谐振频率f与由发动机产生的振动频率相等时的L。由此，能够一边抑制线圈终端6、7的产生应力，一边确保充分的耐振性。

例如，为了适用于48V系统，在使旋转电机整体的直径变大、并使线圈线的截面直径变大的情况下，线圈刚性变高，并且因热变形而产生的位移量变大。对此，根据实施方式1的结构，即使在旋转电机直径较大、线圈线较粗的情况下，也能够充分地抑制产生于线圈终端6、7与母线9的连接部的应力。

并且，所有的第一线圈终端6配置在定子芯体1的轴向的相同侧，所有的第二线圈终端7配置在与定子芯体1的轴向的第一线圈终端6的相反侧，因此不存在与母线9连接时的工具干扰物，操作性得到提高。并且，能充分地确保第一弯曲部13及第一直线部12的空间。

实施方式2﹒

接着，图7是从径向内侧向外侧观察本发明实施方式2所涉及的旋转电机的定子的一部分的主视图，图8是沿轴向观察图7的定子的一部分的俯视图，图9是表示图7的第一线圈终端6及第二的线圈终端7的形状的立体图。各线圈终端6、7具有引出部11、第一直线部12、第一弯曲部13、第二直线部14、及第二弯曲部15。

将引出部11从线圈主体5侧的端部向定子芯体1的径向外侧进行设置。第一直线部12沿定子芯体1的周向进行设置。第一弯曲部13设置在引出部11与第一直线部12之间。

将第二直线部14沿定子芯体1的轴向进行设置。第2弯曲部15设置在第一直线部12与第二直线部14之间。

并且，第一直线部12的长度为3mm以上、5mm以下。并且，第二直线部14的长度为10mm以上、15mm以下。其他结构与实施方式1相同。

在像这样的旋转电机中，由于各线圈终端6、7设置了引出部11、第一直线部12、第一弯曲部13、第二直线部14、及第二弯曲部15，因此各线圈终端6、7变成沿定子芯体1的径向及周向进行走线的形状。由此，能多方向确保线圈终端6、7的柔软性，能够抑制因热变形而在线圈终端6、7与母线9的连接部生成的应力。

即，能够一边防止各线圈终端6、7向轴向扩大，一边在第一直线部12及第一弯曲部13中缓和在连接部所生成的应力。

另外，由于设母线9的直径D为316mm以下，设线圈线的截面直径d为1.8mm以上、2.0mm以下，设第一直线部12的长度为3mm以上、5mm以下，设第二直线部14的长度为10mm以上、15mm以下，因此能够一边缓和产生于线圈终端6、7与母线9的连接部的应力，一边将线圈终端6、7的固有值、即对于发动机振动的谐振频率保持得较高。

实施方式3﹒

接着，图10是表示本发明的实施方式3所涉及的旋转电机的第一线圈终端6及第二线圈终端7的形状的立体图。实施方式2的各线圈终端6、7还具有第三弯曲部16及第三直线部17。

第3弯曲部16设置在第一弯曲部13与引出部11之间，向与第一弯曲部13的反向弯曲。第三直线部17在第三弯曲部16与第一弯曲部13之间沿定子芯体1的周向进行设置。其他结构与实施方式2相同。

在像这样的旋转电机中，由于追加有第三弯曲部16及第三直线部17，因此能够使各线圈终端6、7更柔软，并还能够抑制产生于线圈终端6、7与母线9的连接部的应力。

实施方式4﹒

接着，图11是沿轴向观察本发明的实施方式4所涉及的旋转电机的定子的一部分的俯视图。在实施方式4中，第一直线部12配置在绝缘体3与支架8之间。即，第一直线部12的至少一部分进入到形成于绝缘体3与支架8之间的槽内。其他结构与实施方式2或3相同。

在像这样的旋转电机中，由于在由绝缘材料所构成的绝缘体3与支架8之间均配置有第一直线部12，因此能够一边更可靠地确保与周围元器件的绝缘性，一边防止线圈终端6、7向定子芯体1的轴向及径向扩大。

实施方式5﹒

接着，图12是从径向内侧向外侧观察本发明的实施方式5所涉及的旋转电机的定子的一部分的主视图。在实施方式5中，所有的线圈4中的第一线圈终端6及第二线圈终端7均配置在定子芯体1的轴向的相同侧。其他结构与实施方式1、2、3或4相同。

在像这样的旋转电机中，所有的线圈4中的第一线圈终端6及第二线圈终端7均配置在定子芯体1的轴向的相同侧，因此能使旋转电机整体的轴向尺寸变小。

实施方式6﹒

接着，图13是从径向内侧向外侧观察本发明的实施方式6所涉及的旋转电机的定子的一部分的主视图。在实施方式6中，各线圈4中的第一线圈终端6及第二线圈终端7配置在定子芯体1的轴向的相同侧。并且，相邻线圈4中的第一线圈终端6及第二线圈终端7配置在定子芯体1的轴向的相反侧。其他结构与实施方式1、2、3或4相同。

在像这样的旋转电机中，相邻线圈4的第一线圈终端6及第二线圈终端7配置在定子芯体1的轴向的相反侧，因此不存在与母线9连接时的工具干扰物，操作性得到提高。并且，能充分地确保第一弯曲部13及第一直线部12的空间。

此外，本发明还能适用于一部分的线圈终端，若适用于至少一个线圈终端，则在该线圈终端中能够得到效果。

另外，直线部12、14、17可以不是完全的直线。

并且，本发明还适用于车载用的电动机以外的旋转电机。

Claims (11)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

金属材料制的框；

固定于所述框并具有多个齿部的圆筒状的定子芯体；

设置在所述定子芯体的端面的由绝缘材料所构成的多个绝缘体；

分别具有隔着所述绝缘体设置在所述齿部周围的线圈主体及从所述线圈主体引出的线圈终端、并由线圈线所构成的多个线圈；

沿所述定子芯体的周向进行设置、并连接有所述线圈终端的导电性材料制的多个母线；以及

相比所述线圈终端配置在所述定子芯体的径向外侧、并对多个所述母线进行保持的支架，

当设所述母线的直径为D、所述线圈线的截面直径为d、所述线圈线的杨氏模量为E、所述母线的材料的线膨胀系数为α1、所述定子芯体的材料的线膨胀系数为α2、室温与使用环境温度的设想温度差为ΔT时，从至少一个所述线圈终端的所述线圈主体侧的端部到与所述母线的连接部为止的长度L满足

L≥((3πdED(α1－α2)ΔT/10)^1/2)/10，

所述线圈终端包含第一线圈终端及第二线圈终端，

各所述线圈中的所述第一线圈终端及所述第二线圈终端配置在所述定子芯体的轴向的相同侧，

相邻的所述线圈中的所述第一线圈终端及所述第二线圈终端配置在所述定子芯体的轴向的相反侧。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

当设所述线圈的密度为ρ、设置在附近的发动机的设想最高转速为R、所述发动机的汽缸数为a、设想在与所述发动机谐振时显现的振动模式的次数为n时，从所述至少一个所述线圈终端的所述线圈主体侧的端部到与所述母线的连接部为止的长度L满足

(5.3×10⁷d((E/ρ)^1/2)/Ranπ)^1/2≥L。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，满足

13.6≤L/d^1/2≤29.4。

4.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

所述母线的直径D为290～316mm，所述线圈线的截面直径d为1.7～2.0mm。

5.一种旋转电机，其特征在于，包括：

金属材料制的框；

固定于所述框并具有多个齿部的圆筒状的定子芯体；

设置在所述定子芯体的端面的由绝缘材料所构成的多个绝缘体；

分别具有隔着所述绝缘体设置在所述齿部周围的线圈主体及从所述线圈主体引出的线圈终端、并由线圈线所构成的多个线圈；

沿所述定子芯体的周向进行设置、并连接有所述线圈终端的导电性材料制的多个母线；以及

相比所述线圈终端配置在所述定子芯体的径向外侧、并对多个所述母线进行保持的支架，

至少一个所述线圈终端具有：

从所述线圈主体侧的端部向所述定子芯体的径向外侧进行设置的引出部；

沿所述定子芯体的周向进行设置的第一直线部；

设置在所述引出部与所述第一直线部之间的第一弯曲部；

沿所述定子芯体的轴向进行设置的第二直线部；以及

设置在所述第一直线部与所述第二直线部之间的第二弯曲部。

6.如权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，

所述至少一个所述线圈终端还具有：

设置在所述第一弯曲部与所述引出部之间、向与第一弯曲部的相反方向弯曲的第三弯曲部；以及

在所述第三弯曲部与所述第一弯曲部之间沿所述定子芯体的周向进行设置的第三直线部。

7.如权利要求5或6所述的旋转电机，其特征在于，

所述第一直线部的长度为3mm以上、5mm以下，

所述第二直线部的长度为10mm以上、15mm以下。

8.如权利要求5或6所述的旋转电机，其特征在于，

所述第一直线部配置在所述绝缘体与所述支架之间。

9.如权利要求5或6所述的旋转电机，其特征在于，

所述线圈终端包含第一线圈终端及第二线圈终端，

所有的所述线圈中的所述第一线圈终端配置在所述定子芯体的轴向的相同侧，

所有的所述线圈中的所述第二线圈终端配置在与所述定子芯体的轴向的所述第一线圈终端的相反侧。

10.如权利要求5或6所述的旋转电机，其特征在于，

所述线圈终端包含第一线圈终端及第二线圈终端，

所有的所述线圈中的所述第一线圈终端及所述第二线圈终端配置在所述定子芯体的轴向的相同侧。

11.如权利要求5或6所述的旋转电机，其特征在于，

所述线圈终端包含第一线圈终端及第二线圈终端，

各所述线圈中的所述第一线圈终端及所述第二线圈终端配置在所述定子芯体的轴向的相同侧，

相邻所述线圈中的所述第一线圈终端及所述第二线圈终端配置在所述定子芯体的轴向的相反侧。

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