CN110492630B

CN110492630B - 旋转电机

Info

Publication number: CN110492630B
Application number: CN201910363141.2A
Authority: CN
Inventors: 中村成志; 毛利聪人; 日野辰郎; 安田紘平
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2039-04-30
Also published as: US10992191B2; US20190356180A1; CN110492630A; JP6640910B2; JP2019201460A

Abstract

一种旋转电机，能增加分割芯部的芯部强度，同时兼顾铁损耗的减少和分割芯部的高刚性。旋转电机的特征是，具有定子芯部，所述定子芯部以使沿径向对层叠的电磁钢板进行分割而成的分割芯部呈环状地配置的方式形成，设置通过铆接将层叠后的电磁钢板结合而成的铆接部，并且将所述铆接部配置于相邻的所述分割芯部彼此抵接的芯部支撑部的、长度距外周不超过1/3的范围内。

Description

旋转电机

技术领域

本申请涉及一种旋转电机，尤其涉及旋转电机的定子结构。

背景技术

近年来，EV(电动汽车)、PHEV(插电式混合动力车)或HEV(混合动力车)中，要求从低负载区域(市区街道行驶)至高负载区域(爬坡行驶、高速道路行驶)的大范围内提升耗电效率(日文：電費)。此外，对于驱动车辆所采用的旋转电机，也要求在大范围的旋转区域内实现马达的小型化、高效化、静谧性以及输出密度提高。特别地，已知使用频度高的低负载区域中的马达的效率会对耗电效率产生较大影响。

鉴于这种情况，车辆中使用的电动机、发电机等旋转电机使用永磁体，以实现旋转电机的单位体积下的输出密度。因此，广为人知的是，将磁性构件即铁心进行层叠，以构成作为旋转电机中使用的定子芯部，由此抑制在铁心中产生的涡电流，从而实现马达的高效化。

此外，广为人知的是，通过采用铁心分割并通过框架将外周固定成圆环状的结构，以提高生产率的分割芯部结构，通过这种分割芯部，能获得由线圈的占空系数及输出密度提高带来的高效化、模具费用降低、高速绕线化这样的优点(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5819037号公报

发明内容

一般在使用分割芯部结构的定子芯部的情况下，从生产率提高出发，通过冲压铆接(日文：抜きかしめ)将层叠后的电磁钢板彼此紧固，但若芯部刚性低，则在框架的烧嵌或压入时，应力会集中在分割芯部彼此的接触部处，从而使电磁钢板发生变形。其结果是，会发生电磁钢板的剥离或是压弯变形，使得磁特性降低、定子的形状保持力降低。此外，若为了减小铁损耗而使电磁钢板变薄，则芯部刚性降低，进而使得电磁钢板更容易发生变形。

因此，如专利文献1所记载的那样，通过增加将分割芯部的电磁钢板彼此紧固的铆接数，并将上述铆接配置于芯部中央部来实现芯部强度的增加，但由铆接损耗带来的铁损耗也会增加，导致马达的效率降低，从而成为妨碍输出密度的增加、马达的小型化以及耗电效率的提高的主要原因。

本申请公开一种用于解决上述这样的问题的技术，其目的在于提供一种旋转电机，增加分割芯部的芯部强度，并且兼顾铁损耗的减少和分割芯部的高刚性。

本申请公开的旋转电机包括：外壳；定子，上述定子固定于上述外壳；以及转子，上述转子配置成与上述定子的内周侧相对，其特征是，上述定子具有：定子芯部，上述定子芯部以使沿径向对层叠后的电磁钢板进行分割而成的分割芯部呈环状地配置的方式形成；以及定子绕线，上述定子绕线安装于由上述定子芯部的相邻的上述分割芯部形成的切槽，设置有通过铆接将上述层叠后的电磁钢板结合而成的铆接部，并且将上述铆接部配置于相邻的上述分割芯部彼此抵接的芯部支撑部的、长度距外周不超过1/3的范围内。

根据本申请所公开的旋转电机，通过在不会对永磁体的磁通通路产生影响的位置处设置铆接部，能获得兼顾低铁损耗和分割芯部的高刚性的旋转电机的定子。

附图说明

图1是表示实施方式1的旋转电机的整体结构的剖视图。

图2是表示图1的旋转电机的主要部分的立体图。

图3是从轴向观察图1的旋转电机的定子的俯视图。

图4是将图3中的定子的主要部分放大表示的俯视图。

图5是从轴向观察实施方式1中的定子绕线所使用的单位线圈的俯视图。

图6是表示图5的单位线圈的立体图。

图7是表示实施方式1的定子绕线的立体图。

图8是表示实施方式1的定子的立体图。

图9是表示实施方式1的定子的分割芯部的图，其中，图9的(A)是立体图，图9的(B)是俯视图，图9的(C)是主要部分剖视图。

图10是用于说明分割芯部的特性的概略图。

图11是表示实施方式2的定子的分割芯部的俯视图。

图12是表示实施方式3的分割芯部的结构的俯视图。

图13是表示实施方式4的定子的分割芯部的俯视图。

图14是表示实施方式5的定子的分割芯部的俯视图。

图15是表示实施方式6的定子芯部的局部结构的立体图。

图16是表示实施方式7的定子芯部的局部结构的立体图。

图17是表示实施方式8的分割芯部的结构的图，其中，图17的(A)是俯视图，图17的(B)是主要部分剖视图。

图18是表示实施方式9的定子的结构的主要部分剖视图。

图19是用于说明定子的平面外变形的概略图。

具体实施方式

以下，使用附图，对旋转电机的定子的优选实施方式进行说明。

实施方式1

图1是实施方式1的旋转电机的整体结构的剖视图，图2是表示图1的旋转电机的主要部分的立体图，图3是从轴向观察图1的定子的俯视图，图4是将图3的定子的主要部分放大表示的俯视图。此外，图5是从轴向观察实施方式1的定子绕线所使用的单位线圈的俯视图，图6是表示图5的单位线圈的立体图，图7是表示定子绕线的主视图，图8是表示实施方式1的定子的立体图。

在图1中，旋转电机100包括：外壳1，上述外壳1由圆筒状的框架1a和将框架1a的开口堵塞的上下的支架1b构成；定子10，上述定子10固定在框架1a的圆筒内；以及转子20，上述转子20配置成与定子10的内周侧相对。

上述转子20包括转轴22、转子铁心23和永磁体24，并形成所谓的永磁体型转子，其中，上述转轴22经由轴承21能旋转地支承于上下的支架1b，上述转子铁心23固接于转轴22，上述永磁体24收纳在沿轴向贯穿转子铁心23的外周面侧的孔内，并在周向上等间距排列，以构成磁极。

另外，转子20并不局限于永磁体式转子。此外，作为转子20，也可以使用将未绝缘的转子导体收纳于转子铁心23的切槽并通过短路环使两侧短路的笼形转子，或是将绝缘后的导体线安装于转子铁心23的切槽的绕线形转子。

接着，参照图2至图11，对定子10的结构进行具体说明。另外，为了便于说明，将转轴22的轴向设为轴向，将转轴22的半径方向设为径向，将以转轴22的轴心为中心的旋转方向设为周向。

如图2至图4所示，定子10包括：定子芯部11，上述定子芯部11安装于圆筒状的框架1a；以及定子绕线12，上述定子绕线12安装于定子芯部11，将定子芯部11与定子绕线12绝缘的绝缘构件13安装于定子芯部11，然后，在定子芯部11内浸渍有漆等填充剂。在此，将转子20的极数设为8，将定子芯部11的切槽数设为48，将定子绕线12设为三相绕线。即，切槽以在每极每相上形成两个的比例形成在定子芯部11上。

这种定子芯部11是将分割开的分割芯部110组合而形成的。上述分割芯部110具有：外周呈圆弧状的芯部支撑部111；以及极齿部112，上述极齿部112从芯部支撑部111向径向内侧延伸，通过使相邻的分割芯部中的芯部支撑部111的周向的侧面彼此抵接并排列成圆环状，来构成定子芯部11。另外，利用在周向上相邻的极齿部112间的空间来形成切槽113。

另一方面，定子绕线12由多个单位线圈121构成，上述单位线圈121是通过被绝缘覆盖且没有连接部的连续的、由铜线、铝线等制成的长方形截面的导体线(图5所示)而形成的。此外，如图6所示，在从径向内侧观察时，上述单位线圈121卷绕成将“8”字横置的线圈图案。如上所述制作而成的单位线圈121是分布卷绕的重叠卷绕的绕线。

另外，也可以使用圆形截面的导体线来代替长方形截面的导体线。此外，六个切槽间隔是指位于在周向上连续的六个极齿部112两侧的切槽113之间的间隔，在此相当于一个磁极间距。

接着，在组装这种极齿10的情况下，首先，以一个切槽间距在周向上排列四十八个单位线圈121，并如图7所示制作出未接线状态的圆环状的定子绕线12。此时，未接线状态的定子绕线12的、沿径向排成一列的第一切槽插入部、第二切槽插入部、第三切槽插入部、第四切槽插入部、第五切槽插入部和第六切槽插入部的组以一个切槽间距在周向上排列四十八个。

接着，将四十八个分割芯部110配置成在定子绕线12的外径侧呈圆环状排列，并使这些分割芯部110朝径向内侧移动。由此，分割芯部110的极齿部112被插入到在周向上相邻的第一切槽插入部、第二切槽插入部、第三切槽插入部、第四切槽插入部、第五切槽插入部和第六切槽插入部的组之间。然后，在周向上相邻的分割芯部110的芯部支撑部111的周向的侧面彼此对接，分割芯部110朝径向内侧的移动结束。

通过这种工序，如图8所示，定子绕线12安装于定子芯部11。最后，通过焊接等将一个单位线圈121的第一末端和第二末端接合到另一个单位线圈121的第一末端和第二末端，从而组装成定子10。

接着，使用图9和图10对实施方式1的旋转电机的主要部分即定子芯部进行说明。

图9是表示实施方式1的构成定子芯部11的分割芯部的图，其中，图9的(A)是立体图，图9的(B)是俯视图，图9的(C)是C-C线剖视图。

在各图中，形成定子芯部11的分割芯部110由电磁钢板层叠而形成，各电磁钢板具有：外周形成为圆弧状的芯部支撑部111；以及极齿部112，上述极齿部112从芯部支撑部111向径向内侧延伸，在芯部支撑部111的一个侧面的径向中央位置设有凸部111a，在另一个侧面的径向中央位置设有凹部111b。此外，在芯部支撑部111的径向外周侧设有一对铆接部111c，通过铆接部111c的铆接层叠而成的多个电磁钢板被结合为一体。此外，通过使芯部支撑部111的凸部111a及凹部111b与相邻的芯部支撑部111的凹部111b及凸部111a嵌合，来形成环状的定子芯部11。

然而，在通过框架1a对层叠后的电磁钢板的外周进行固定的情况下，如图19所示，周向的载荷会作用于分割芯部110彼此的抵接面，在电磁钢板的紧固强度低的情况下，电磁钢板会在周向上滑动，从而导致平面外变形或是挠曲压弯变形。

因此，在本申请中，如图10所示，在芯部支撑部111的径向宽度B的外周侧D1且不超过半径方向的长度(即、径向宽度B)的1/3的范围设置铆接部111c，由此能抑制平面外变形，此外，因避开永磁体的磁通量穿过的区域，从而能减轻对交链磁通量M的影响。

实施方式2

图11是表示实施方式2的定子的分割芯部的俯视图。

在图11中，在分割芯部110的芯部支撑部111的中央的最外径侧，通过激光焊接或TIG焊接沿电磁钢板的层叠方向形成紧固部111d。在此，紧固部111d设于与一对铆接部111c构成等腰三角形的顶部的位置处。

另外，其他结构与实施方式1相同，因此省略说明。此外，在以下的实施方式中，除了作为主要部分的分割芯部之外，均与实施方式1相同，因此，同样省略说明。

如上所述，通过将铆接部111c和由焊接形成的紧固部111d配置于构成三角形的芯部支撑部111的最外径侧的位置，能在不增加铆接数的情况下大幅提高刚性，能抑制平面外变形、振动、噪声。

实施方式3

图12是表示实施方式3的定子的分割芯部的俯视图。

在图12中，在分割芯部110的芯部支撑部111的最外径中央部设置凹部111e，在上述凹部111e内通过焊接将电磁钢板沿层叠方向紧固而构成紧固部111d。在此，通过使到凹部111e的底面为止的半径R2比到铆接部111c为止的半径R1大，从而将一对铆接部111c与紧固部111d配置成呈三角形。

这样，在芯部支撑部111的最外径部设置凹部111e，并在上述凹部111e内对层叠后的电磁钢板进行焊接，能获得与实施方式2相同的效果。此外，能利用凹部111e，进行分割芯部110的定位，并作为搬运时的保持部位、定位使用，从而能提高生产率。

实施方式4

图13是表示实施方式4的定子的分割芯部的俯视图。

在实施方式4的分割芯部110中，除了形成在芯部支撑部111的中央部的最外径侧进行了焊接的紧固部111d之外，还形成在相邻的分割芯部110之间的最外径侧进行了焊接的紧固部111f。在此，铆接部111c、芯部支撑部111中央的紧固部111d以及相邻的分割芯部110之间的紧固部111f以配置成呈三角形的方式构成。

这样，通过设置对芯部支撑部111的径向外周的中央部进行焊接固定的紧固部111d以及将相邻的分割芯部110之间焊接固定的紧固部111f，能增加电磁钢板的轴向的紧固强度，并能抑制平面外变形、振动、噪声。

实施方式5

图14是表示实施方式5的定子的分割芯部的俯视图。

实施方式5的分割芯部110在芯部支撑部111的径向外周的中央设置凹部111e，并在上述凹部111e内设置由焊接形成的紧固部111d。

这样，通过在芯部支撑部111的最外径侧中央部的凹部111e处对层叠后的分割芯部110之间进行焊接，使得电磁钢板的紧固强度增加，从而能抑制平面外变形、振动、噪声。此外，通过设置凹部111e，能用作分割芯部110的定位和搬运时的保持，并能提高生产率。

实施方式6

图15是表示实施方式6的定子芯部的局部结构的立体图。

在实施方式6中，将分割芯部110的焊接部位仅设为层叠后的电磁钢板的轴向两个端部侧(L)，并省略了轴向中间部的焊接。

通过这样对分割芯部110的仅轴向端部进行焊接固定，从而不易产生芯部端部处的剥离，能获得抑制平面外变形的效果。此外，通过减小焊接长度，能抑制设备费用，提高生产率，另外能获得对由焊接部分造成的铁损耗增加进行抑制的效果。

实施方式7

图16是表示实施方式7的定子芯部的局部结构的立体图。

在实施方式7的分割芯部110中，如图16所示，将由层叠后的电磁钢板的芯部间的焊接形成的紧固部111f和由芯部凹部内的焊接形成的紧固部111d的轴向的焊接位置呈锯齿状配置。

这样，通过将由层叠方向的焊接形成的紧固部111d、111f呈锯齿状配置，能获得对由铆接损耗造成的铁损耗增加进行抑制的效果。

实施方式8

图17是表示实施方式8的分割芯部的结构的俯视图以及主要部分剖视图。

实施方式8的分割芯部110在通过铆接部111c将两块以上的层叠后的电磁钢板紧固时，如图17的(B)所示形成为具有剪切面S。

通过这样在电磁钢板的铆接部111c形成剪切面S，使得铆接强度增大，从而能获得由芯部刚性提高带来的平面外变形的抑制效果。

实施方式9

图18是表示实施方式9的定子的结构的主要部分剖视图。

实施方式9的定子10具有在沿周向分割的芯部的一个极齿上直接卷绕有线圈的集中卷绕结构，在定子芯部11层叠有电磁钢板的状态下，每个极齿隔着由绝缘纸制成的绝缘构件13设置有定子绕线12。此外，对定子绕线12进行收容的切槽113的一部分浸渍有填充剂。

通过这样进行芯部的集中卷绕，能提高生产率，此外，通过在切槽113中浸渍填充剂，从而使填充剂填充在芯部侧面与绝缘纸之间、绝缘纸与绕线之间，通过使电磁钢板彼此粘接从而使层叠方向的紧固强度得到增加。其结果是，能提高径向的刚性，能获得抑制平面外变形、振动和噪声的抑制效果。

另外，本公开虽记载有例示的实施方式，但实施方式所记载的各种各样的特征、形态以及功能并不局限于应用于特定的实施方式，能以单独或是各种各样的组合应用于实施方式。

因此，未被例示的无数的变形例被设想在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，包括使至少一个结构要素变形的情况、追加至少一个结构要素的情况或是省略至少一个结构要素的情况。

Claims

1.一种旋转电机，包括：外壳；定子，所述定子固定于所述外壳；以及转子，所述转子配置成与所述定子的内周侧相对，

其特征在于，

所述定子具有：定子芯部，所述定子芯部以通过形成于芯部支撑部的周向两侧面的径向中央位置处的凸部与凹部的嵌合来使沿径向对层叠后的电磁钢板进行分割而成的分割芯部呈环状地配置的方式形成；以及定子绕线，所述定子绕线安装于由所述定子芯部的相邻的所述分割芯部形成的切槽，设置有通过铆接将所述层叠后的电磁钢板结合而成的铆接部，使所述铆接部在径向上与所述凸部和所述凹部的设置位置错开，并且将所述铆接部配置于相邻的所述分割芯部彼此抵接的芯部支撑部的、长度距外周不超过1/3的范围内。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

在所述芯部支撑部的中央最外径部处对所述层叠后的电磁钢板进行焊接，并将由所述焊接形成的紧固部和所述铆接部配置成三角形。

3.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

在所述芯部支撑部的中央部最外径部设置凹部，并在所述凹部内对所述层叠后的电磁钢板进行焊接。

4.如权利要求2所述的旋转电机，其特征在于，

设置有将相邻的所述分割芯部之间焊接而成的紧固部。

5.如权利要求3所述的旋转电机，其特征在于，

设置有将相邻的所述分割芯部之间焊接而成的紧固部。

6.如权利要求4所述的旋转电机，其特征在于，

将由相邻的所述分割芯部间的焊接形成的紧固部和所述铆接部配置成三角形。

7.如权利要求5所述的旋转电机，其特征在于，

8.如权利要求2至7中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

将由所述焊接形成的紧固部仅配置于所述定子芯部的轴向两端部。

9.如权利要求8所述的旋转电机，其特征在于，

将由对层叠后的所述电磁钢板进行的焊接而形成的紧固部和由在所述凹部内进行的焊接而形成的紧固部在所述定子芯部的轴向上呈锯齿状配置。

10.如权利要求1至7、9中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

在所述层叠后的电磁钢板的铆接部处，以具有两个以上的剪切面的方式进行铆接。

11.如权利要求8所述的旋转电机，其特征在于，

12.如权利要求1至7、9、11中任一项所述的旋转电机，其特征在于，

在所述切槽中浸渍有填充剂。

13.如权利要求8所述的旋转电机，其特征在于，

在所述切槽中浸渍有填充剂。

14.如权利要求10所述的旋转电机，其特征在于，

在所述切槽中浸渍有填充剂。