CN110337771B

CN110337771B - 马达

Info

Publication number: CN110337771B
Application number: CN201780086753.0A
Authority: CN
Inventors: 菱田光起; 吉川祐一; 山内弘和; 额田庆一郎
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2021-12-03
Anticipated expiration: 2037-12-20
Also published as: JP7065280B2; CN110337771A; US20200235625A1; EP3588743A4; US11190073B2; WO2018154944A1; EP3588743A1; JPWO2018154944A1; EP3588743B1

Abstract

马达包括：定子，其具有定子芯和自定子芯突出的齿；以及线圈，其包括在齿上卷绕了n(n为1以上的整数)匝而成的第1匝～第n匝。线圈由截面呈多边形的导电构件构成。在将线圈沿齿自定子芯突出的方向剖切时的剖面中，线圈在作为与齿相对的相对面的第1相对面和作为与卷绕于相邻的齿的线圈相对的相对面的第2相对面中的至少一者具有凹部。此外，由第1相对面和第2相对面中的至少一者和凹部构成供冷却线圈的制冷剂通过的空间。

Description

马达

技术领域

在此公开的技术涉及一种马达的线圈的构造。

背景技术

近年来，在工业、车载用途中，马达的需求提高。其中，期望马达的效率提高、低成本化。

作为提高马达的效率的一个方法，公知有使配置在定子的槽内的线圈的槽满率提高的方法。通过提高线圈的槽满率，能够在马达驱动时抑制由在线圈流动的电流引起的损耗。

作为提高线圈的槽满率的方法，提出有在槽内配置使用了铜材料的铸造线圈的结构(例如参照专利文献1)。

热是使马达效率下降的一个主要原因，公知有通过使制冷剂在马达内部循环从而抑制温度上升的方法(例如，参照专利文献2)。

若提高线圈的槽满率，则槽内的空闲空间减小，制冷剂难以在槽内流动。其结果，热容易积存在线圈或供线圈卷绕的齿，可能导致马达效率下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：德国发明专利申请公开第102012212637号说明书

专利文献1：日本特开2015－109733号公报

发明内容

发明要解决的问题

在此公开的技术即是鉴于这一点而做成的，其目的在于进一步提高制冷剂对线圈进行冷却的冷却效果而实现高效率的马达。

用于解决问题的方案

为了达成上述目的，在此公开的技术的马达包括：定子，其具有定子芯和自定子芯突出的齿；以及线圈，其包括在齿上卷绕了n(n为1以上的整数)匝而成的第1匝～第n匝。线圈由截面呈多边形的导电构件构成。此外，在将线圈沿齿自定子芯突出的方向剖切时的剖面中，线圈在作为与齿相对的相对面的第1相对面和作为与卷绕于相邻的齿的线圈相对的相对面的第2相对面中的至少一者具有凹部。此外，由第1相对面和第2相对面中的至少一者和凹部构成供冷却线圈的制冷剂通过的空间。

根据该结构，相对于热容易积存的线圈，通过在线圈的附近设置制冷剂的通路，能够提高线圈的冷却效果。因而，能够实现高效率的马达。

在马达中，可以是，通过将线圈的第k(k为整数，且1≤k≤n)匝的至少一个角部设为缺口部，从而设置凹部。

根据该结构，能够在不使线圈的截面积较大程度地减少的前提下，设置制冷剂的通路。

此外，在马达中，可以是，通过将线圈的第k(k为整数，且1≤k≤n)匝的第1相对面的中央部分和第2相对面的中央部分中的至少一者设为局部切除而成的形状，从而设置凹部。

可以是，在线圈中的至少两匝设置凹部。

此外，在马达中，可以是，在线圈的至少定子芯附近的匝设置凹部。

根据该结构，通过在位于距离制冷剂的通路较远的位置的定子芯附近的匝设置制冷剂的通路，能够高效地冷却线圈。

可以是，线圈的各匝的第2相对面具有多个凹部。

根据该结构，能够增加线圈的表面积，能够进一步提高线圈的冷却效果。

可以是，制冷剂为液体。

根据本公开，能够提高制冷剂对线圈进行冷却的冷却效果，而实现高效率的马达。

附图说明

图1A是表示实施方式所涉及的马达的俯视图。

图1B是表示实施方式所涉及的马达的侧视图。

图1C是图1B中的1C－1C线处的剖视图。

图2是图1C的局部放大图。

图3A是表示实施方式所涉及的马达的齿与线圈的另一剖面的图。

图3B是表示实施方式所涉及的马达的齿与线圈的又一剖面的图。

图4A是表示变形例1所涉及的齿与线圈的剖面的图。

图4B是表示变形例1所涉及的齿与线圈的另一剖面的图。

图4C是表示变形例1所涉及的齿与线圈的又一剖面的图。

图5是表示变形例2所涉及的齿与线圈的剖面的图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明实施方式。以下的优选的实施方式的说明本质上仅是例示，完全没有意图限制本发明及其应用物或者其用途。

(实施方式)

(马达构造)

图1A是表示实施方式所涉及的马达1的俯视图。图1B是表示实施方式所涉及的马达1的侧视图。图1C是图1B中的1C－1C线处的剖视图。但是，在任一附图中，均未图示机壳等。另外，在图1C中，仅主要部位的剖面由阴影表示。马达1在机壳(未图示)的内部包括轴2、转子3、定子4、线圈U11～U41、V12～V42、W11～W41以及汇流条51～54。

在此，将轴2的长度方向(相对于图1A的纸面垂直的方向)称作Z轴方向。将与Z轴方向正交的方向(相对于图1A的纸面平行的方向)称作X轴方向和Y轴方向。X轴方向与Y轴方向正交。

“一体”或“一体化”不仅是指多个部件以螺栓紧固或铆接等机械的方式连接在一起，也指利用共价键、离子键或金属键等材料键合将部件电连接而得到的1个物体、或者、部件整体利用熔融等而进行材料结合并电连接而得到的1个物体的状态。

轴2在内部具有沿Z轴方向延伸的中空部2a。在轴2的侧面设有多个贯通孔2b。中空部2a为用于冷却马达1的内部的制冷剂C的通路。制冷剂C在中空部2a内沿Z轴方向流动。利用设于外部的泵等(未图示)，制冷剂C在马达1的内部循环地流动。此外，在中空部2a内流动的制冷剂C的一部分还自多个贯通孔2b流出，而自马达1的中心侧朝向外侧、即自转子3朝向定子4所处的方向流动，冷却转子3和定子4。

转子3以与轴2的外周相接触的方式设置。转子3包括与定子4相对地沿轴2的外周方向交替配置N极、S极而成的磁体31。在本实施方式中，作为转子3所使用的磁体31，使用钕磁体，但对于磁体31的材料、形状以及材质，能够根据马达的输出等适当变更。

定子4具有实质上呈圆环状的定子芯41、沿定子芯41的内周以等间隔设置的多个齿42以及分别设于齿42之间的槽43。从Z轴方向观察，定子4以与转子3隔开一定间隔地分开的方式配置于转子3的外侧。

例如在层叠含有硅等的电磁钢板后进行冲裁加工来形成定子芯41。

在本实施方式中，转子3的磁极数是共计10极，其中，与定子4相对的N极为5个，S极为5个。槽43的数量为12个。但是，转子3的磁极数和槽43的数量没有特别限定于此，也能够应用其他的磁极数和槽数的组合。

定子4具有12个线圈U11～U41、V12～V42、W11～W41。线圈U11～U41、V12～V42、W11～W41分别安装于所对应的齿42，在从Z轴方向观察时配置于各槽43内。也就是说，线圈U11～U41、V12～V42、W11～W41相对于齿42成为集中绕组。此外，线圈U11～U41与汇流条51一体化地配置，线圈V12～V42与汇流条52一体化地配置，线圈W11～W41与汇流条53一体化地配置。

在此，表示线圈的附图标记UPQ、VPQ、WPQ中的第一个文字表示马达1的各相(在本实施方式的情况下，U相、V相、W相)。第二个文字表示同相内的线圈的排列顺序。第三个文字表示线圈的卷绕方向，在本实施方式中，1为顺时针方向，2为逆时针方向。因而，线圈U11表示U相的排列顺序为第1个的线圈，且卷绕方向为顺时针方向。线圈V42表示V相的排列顺序为第4个的线圈，且卷绕方向为逆时针方向。另外，顺时针是指从马达1的中心观察为右旋，“逆时针”是指从马达1的中心观察为左旋。

严格而言，线圈U11、U41为U相的线圈，线圈U22、U32为U-bar相(产生的磁场的朝向与U相的线圈相反)的线圈。但是，在以后的说明中，只要没有特别指出，就统称为U相的线圈。线圈V12～V42和线圈W11～W41也同样，分别统称为V相的线圈、W相的线圈。

(线圈剖面的特征)

图2是图1C的剖视图的局部放大图。图2示出自定子芯41突出的齿42和卷绕于齿42的线圈5A。定子芯41位于马达外侧，齿42位于马达中心侧。线圈5A与图1C所示的线圈U11～U41、V12～V42、W11～W41中的任一者相对应。线圈5A形成为以例如铜、铝、锌、镁、黄铜、铁以及SUS(Steel Use Stainless：不锈钢)等中的任一者为主要材料。

在此，将齿42自定子芯41突出的方向设为R方向。图2示出沿R方向的剖面。在图2中，线圈5A在齿42上卷绕有6匝。A1～A6分别由剖面示出线圈5A的第1匝至第6匝。此外，还存在附图标记A1～A6分别表示该A1～A6的截面积的情况。

在本实施方式中，在线圈5A中，实质上具有梯形形状的剖面形状的各匝线圈在靠近齿42的一侧且沿R方向具有缺口部，该缺口部具有将位于马达1的中心侧的角部60A进行C倒角而成的形状。缺口部具有将角部60A直线切除而成的形状，齿42与角部60A所成的空间成为实质上的三角形。该空间作为在定子4内流动的制冷剂C的通路发挥功能。换言之，在线圈5A的与齿42相对的相对面61设有多个凹部63，由齿42的侧面和凹部63构成制冷剂C的通路。

通过设为这样的结构，能够在热容易积存的线圈5A的附近确保制冷剂C的通路，能够高效地冷却线圈5A。此外，在线圈5A的各匝中，由于角部60A为C倒角而成的形状，因此，能够在不使线圈5A的截面积较大程度地减少的前提下，维持线圈5A的槽满率。由此，能够提高马达1的效率。此外，在线圈5A的各匝中，通过将角部60A设为进行C倒角而成的形状，与设为以将角部60A弄圆的方式进行R倒角而成的形状的情况相比，能够较大地获得凹部63的面积。因而，能够确保制冷剂C的通路，而能够高效地冷却线圈5A。

图3A是表示实施方式所涉及的马达1的齿42和线圈5A的另一剖面的图。图3A示出线圈5A的第3匝A3、相邻的线圈5A的第3匝A3以及齿42。与图2同样，线圈5A的各匝的剖面呈实质上的梯形形状。线圈5A的第3匝A3具有四个角部60A～60D。图3B是表示实施方式所涉及的马达1的齿42与线圈5A的又一剖面的图。图3B示出线圈5A的第2匝A2和第3匝A3、相邻的线圈5A的第2匝A2和第3匝A3以及齿42。四个角部60A～60D全部成为具有C倒角那样的形状的缺口部。另外，为了简单地进行说明，在线圈5A中仅示出第3匝A3或第2匝A2和第3匝A3，在其他匝中也能够应用同样的形状。

在图2中，示出了四个角部中仅角部60A为缺口部的例子。但是，若将位于与齿42相对的相对面61的另一角部60B也设为具有C倒角那样的形状的缺口部，则制冷剂C的通路被进一步扩大，线圈5A的冷却效率提高。若将线圈5A的剖面形状设为实质上的梯形形状并提高槽43内的线圈5A的槽满率，则槽43内的空间减少，制冷剂C难以流动。特别是由于线圈5A的相对面61与齿42紧密贴合，因此，制冷剂C几乎不流动。但是，通过改变角部60A或角部60B的形状，能够确保制冷剂C的通路，能够冷却线圈5A和齿42。

另一方面，通常在相邻的线圈5A彼此之间设有间隙，因此，同线圈5A与齿42之间相比，制冷剂C易于在相邻的线圈5A彼此之间流动。但是，通过将位于与相邻的线圈5A相对的相对面62的角部60C、角部60D也设为缺口部，相邻的线圈5A、5A之间的制冷剂C的通路被进一步扩大。同时，与制冷剂C之间的接触面增加。因而，线圈5A的冷却效率提高。因而，如图3B所示，通过将四个角部60A～60D全部设为具有C倒角那样的形状的缺口部，能够进一步提高制冷剂C对线圈5A和齿42进行冷却的冷却效果。

这样，线圈的冷却效果根据将角部设为缺口部时的角部的位置而不同。但是，改变任一角部的形状，都能够促进制冷剂对线圈的冷却。对于对角部60A至角部60D中的哪一角部的形状进行改变，能够根据马达1所要求的性能、马达1的使用环境以及线圈5A所要求的上限温度、或线圈5A的设定槽满率等适当变更。其中，若改变位于与齿42相对的相对面61的角部60A、60B的形状，则对于确保制冷剂C的通路并冷却线圈5A和齿42来说更优选。

此外，可以将线圈5A中全部匝的角部设为例如图2或图3B所示的形状，但也可以仅将一部分匝设为图2或图3B所示的形状。例如，与制冷剂C流动的马达1的中心侧相比，在靠近定子芯41的一侧，线圈难以被冷却。因此，可以仅将第5匝至第6匝的角部设为具有倒角而成的形状的缺口部。对于对哪一匝的角部的形状进行改变，能够根据马达1所要求的性能、马达1的使用环境以及线圈5A所要求的上限温度、或线圈5A的设定槽满率等适当变更。此外，在线圈5A中，为了使电流密度恒定，优选使各匝的截面积相同。在规定的匝中，可以通过改变角部的形状来使各匝的截面积相同。即，可以是，在齿42上卷绕n(n为1以上的整数)匝而成的线圈5A中，线圈5A由剖面呈多边形的导电构件构成，在将线圈5A沿作为齿42自定子芯41突出的突出方向的R方向剖切时的剖面中，线圈5A在与齿42相对的相对面61和与卷绕于相邻的齿42的线圈5A相对的相对面62中的至少一者具有凹部63，由相对面61和相对面62中的至少一者和凹部63构成供冷却线圈5A的制冷剂C通过的空间。此外，可以是，通过将线圈5A的第k(k为整数，且1≤k≤n)匝的至少一个角部设为缺口部，从而设置凹部63。

如上所述，本实施方式的马达1包括：定子4，其具有定子芯41和自定子芯41突出的齿42；以及线圈5A，其包括在齿42上卷绕了n(n为1以上的整数)匝而成的第1匝～第n匝。线圈5A由剖面呈多边形的导电构件构成。此外，在将线圈5A沿齿42自定子芯41突出的方向R剖切时的剖面中，线圈5A在作为与齿42相对的相对面61的第1相对面和作为与卷绕于相邻的齿42的线圈5A相对的相对面62的第2相对面中的至少一者具有凹部63。此外，由相当于相对面61的第1相对面和相当于相对面62的第2相对面中的至少一者和凹部63构成供冷却线圈5A的制冷剂C通过的空间。

根据该结构，相对于热容易积存的线圈5A，通过在线圈5A的附近设置制冷剂C的通路，能够提高线圈5A的冷却效果。因而，能够实现高效率的马达1。

此外，在马达1中，可以是，通过将线圈5A的第k(k为整数，且1≤k≤n)匝的至少一个角部设为缺口部，从而设置凹部63。

根据该结构，能够在不使线圈5A的截面积较大程度地减少的前提下，设置制冷剂C的通路。

此外，在马达1中，可以是，通过将线圈5A的第k(k为整数，且1≤k≤n)匝的相当于相对面61的第1相对面的中央部分和相当于相对面62的第2相对面的中央部分中的至少一者设为局部切除而成的形状，从而设置凹部63。

此外，可以是，在线圈5A中的至少两匝设有凹部63。

此外，在马达1中，可以是，在线圈5A中的至少定子芯41附近的匝设置凹部63。

根据该结构，通过在位于距离制冷剂C的通路较远的位置的定子芯41附近的匝设置制冷剂C的通路，能够高效地冷却线圈5A。

(变形例1)

角部60A～60D的形状并不限定于C倒角而成的形状，而能够设为各种形状。图4A是表示变形例1所涉及的齿42和线圈5A的剖面的图。图4B是表示变形例1所涉及的齿42和线圈5A的另一剖面的图。图4C是表示变形例1所涉及的齿42和线圈5A的又一剖面的图。图4A～图4C分别示出不同的形状的角部60A或凹部63。例如，如图4A所示，可以是，通过将角部60A设为具有实质上呈矩形地局部切除而成的形状的缺口部，从而设置凹部63。此外，如图4B所示，可以是，通过将角部60A设为具有以圆弧朝向线圈5A的内部的方式实质上呈四分之一圆形形状地局部切除而成的形状的缺口部，从而设置凹部63。此外，如图4C所示，可以是，在线圈5A的各匝中，相对面61的中央部分成为局部切除成实质上呈矩形形状而成的形状，从而设置凹部63。或者，也可以局部切除成实质上的半圆形形状或三角形等多边形形状。此外，可以是，相对面62的中央部分成为局部切除成实质上的矩形形状、实质上的半圆形形状或多边形形状而成的形状，从而设置凹部63。可以是，相对面61的中央部分和相对面62的中央部分成为局部切除成实质上的矩形形状、实质上的半圆形形状或多边形形状而成的形状，从而设置凹部63。

在任一情况下，线圈5A的截面积均比图2～图3B所示的情况略微减小。但是，制冷剂C的通路面积变大，能够提高线圈5A的冷却效果。

此外，对于在线圈5A的角部60A～60D中将哪一部分设为缺口部、或在线圈5A的各匝中将哪一角部设为缺口部，与上述同样，能够根据马达1所要求的性能、马达1的使用环境以及线圈5A所要求的上限温度、或线圈5A的设定槽满率等适当变更。

此外，对于在线圈5A的各匝中的哪一匝的中央部分设置局部切除成实质上的矩形形状、实质上的半圆形形状或多边形形状的形状的凹部63，与上述同样，能够根据马达1所要求的性能、马达1的使用环境以及线圈5A所要求的上限温度或线圈5A的设定槽满率等适当变更。此外，如图2、图3B、图4A或图4B所示，可以在改变线圈5A的角部的形状的同时，在线圈5A的任一匝的中央部分设置局部切除而成的形状的凹部63。

即，可以是，通过将线圈5A的第k(k为整数，且1≤k≤n)匝的至少一个角部设为缺口部，从而设置凹部63，或者，通过将线圈5A的第k匝的相对面61的中央部分和相对面62的中央部分中的至少一者设为局部切除而成的形状，从而设置凹部63。

(变形例2)

图5是表示变形例2所涉及的齿42和线圈5A的剖面的图。图5示出线圈5A的第3匝A3和齿42。如图5所示，在线圈5A中，在与相邻的线圈5A相对的相对面62设有多个凹部63。如上所述，同线圈5A与齿42之间相比，制冷剂C容易在相邻的线圈5A之间流动。因而，通过在相对面62设置多个凹部63，从而增加与制冷剂C接触的部分的表面积。因而，线圈5A的冷却效果进一步提高。另外，将位于相对面62的角部60C、60D设为缺口部，也具有增加相对面62的表面积的作用。

另外，对于相对面62的凹凸形状而言，并不限定于图5所示的形状。此外，对于在线圈5A的全部匝中的相对面62设置多个凹部63、或仅在一部分匝中的相对面62设置多个凹部63，能够根据马达1所要求的性能、马达1的使用环境以及线圈5A所要求的上限温度或线圈5A的设定槽满率等适当变更。

此外，图5所示的相对面62的形状也能够应用于图2、图3A，图3B、或图4A～4C所示的结构中的任一结构。

如上所述，可以是，本变形例2的线圈的各匝中的相当于相对面62的第2相对面具有多个凹部。

另外，在实施方式中，将线圈的匝数设为6，但并不限定于此，能够根据马达1的尺寸或性能等适当变更。

在实施方式中，线圈5A的剖面形状为实质上的梯形形状，但也可以是除此以外的四边形，例如实质上的矩形形状。此外，并不限定于四边形，也可以是其他的多边形。

此外，线圈5A的角部60A～60D可以利用成形加工或切削加工等实质上进行C倒角，或者通过局部切除而设为缺口部。在利用铸造等对线圈5A进行批量成形的情况下，可以在铸模等中将角部60A～60D预先设为C倒角而成的形状，或者设为局部切除成多边形或实质上的四分之一圆形形状而成的形状。在将线圈5A的各匝的中央部分设为局部切除成多边形或实质上的半圆形形状而成的形状的情况下也是同样的。

在实施方式中，示出了线圈U11～U41与汇流条51一体化、线圈V12～V42与汇流条52一体化、线圈W11～W41与汇流条53一体化的例子。但是，也可以以与各个线圈形状相对应的方式利用熔接或焊接处理等将线圈安装于汇流条。

在实施方式中，设为了制冷剂C在轴2内的中空部2a内流动的结构，但例如，也可以设为制冷剂C在转子3与定子4之间的空间内循环流动。作为制冷剂C，能够使用例如油或水等液体。通过使用液体作为制冷剂C，线圈5A的冷却效果进一步提高。

产业上的可利用性

本公开所涉及的马达进一步提高制冷剂对线圈进行冷却的冷却效果。因而，在实现高效率且低成本的马达的方面是有用的。

附图标记说明

1、马达；2、轴；2a、中空部；2b、贯通孔；3、转子；4、定子；5A、线圈；31、磁体；41、定子芯；42、齿；43、槽；51～54、汇流条；60A～60D、线圈5A的角部；61、相对面；62、相对面；63、凹部；A1～A6、线圈5A的各匝的剖面；C、制冷剂；U11、U22、U32、U41、V12、V21、V31、V42、W11、W22、W32、W41、线圈。

Claims

1.一种马达，该马达包括：

定子，其具有定子芯和自所述定子芯突出的齿；以及

线圈，其包括在所述齿上卷绕了n匝而成的第1匝～第n匝，n为1以上的整数，

其中，

所述线圈由剖面呈多边形的导电构件构成，

在将所述线圈沿所述齿自所述定子芯突出的方向剖切时的剖面中，

所述线圈在作为与所述齿相对的相对面的第1相对面和作为与卷绕于相邻的齿的线圈相对的相对面的第2相对面中的至少一者具有凹部，

由所述第1相对面和所述第2相对面中的至少一者和所述凹部构成供冷却所述线圈的制冷剂通过的空间，

所述凹部仅形成于一部分匝，且至少形成于与所述定子芯相邻的匝，

通过改变所述凹部的形状而使各匝的截面积相同。

2.根据权利要求1所述的马达，其中，

通过将所述线圈的第k匝的至少一个角部设为缺口部，从而设置所述凹部，k为整数，且1≤k≤n。

3.根据权利要求1所述的马达，其中，

通过将所述线圈的第k匝的所述第1相对面的中央部分和所述第2相对面的中央部分中的至少一者设为局部切除而成的形状，从而设置所述凹部，k为整数，且1≤k≤n。

4.根据权利要求1所述的马达，其中，

在所述线圈中的至少两匝设置所述凹部。

5.根据权利要求1所述的马达，其中，

在所述线圈的至少所述定子芯附近的匝设置所述凹部。

6.根据权利要求1所述的马达，其中，

所述线圈的各匝的所述第2相对面具有多个所述凹部。

7.根据权利要求1所述的马达，其中，

所述制冷剂为液体。