CN110800193A - 旋转电机的定子、旋转电机及旋转电机的定子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于谋求旋转电机的小型化和冷却性能的提高。本发明的旋转电机的定子(20)具备：多个区段线圈(28)，它们围绕旋转轴(13)；定子铁心(132)，其收纳多个区段线圈(28)各自的一部分；以及绝缘覆膜(500)，其至少覆盖从所述定子铁心(132)的收纳空间突出的多个区段线圈(28)的部分，多个区段线圈(28)沿从旋转轴(13)去往径向外侧的方向排列，绝缘覆膜(500)的体积是相较于靠近旋转轴(13)那一侧而言在面向径向外侧那一侧增大。

Description

旋转电机的定子、旋转电机及旋转电机的定子的制造方法

技术领域

本发明涉及定子和使用它的旋转电机以及旋转电机的定子的制造方法，尤其涉及为了汽车的行驶而产生扭矩或者在制动时发电的定子和使用它的旋转电机以及旋转电机的定子的制造方法。

背景技术

旋转电机通过对定子线圈供给交流电来产生旋转磁场，借助该旋转磁场使转子旋转。此外，也可以将施加至转子的机械能转换为电能而从线圈输出交流电。如此，旋转电机作为电动机或发电机进行工作。

作为这种旋转电机的定子，已知有对区段导体的末端进行焊接来加以连接的构成(例如参考专利文献1)。有一种旋转电机，其具有将定子线圈的线圈端部的整面及根部、间隙堵住的粘接性，由此，可以提高定子线圈的线圈端部的绝缘性并确保耐振性，而且能降低风噪音(例如参考专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-151975号公报

专利文献2：日本专利特开2001-119883号公报

发明内容

发明要解决的问题

在将这种旋转电机搭载于汽车的情况下，要求小型化以安装在狭窄有限的空间内。线圈端部的上部期望降低线圈端部高度，以确保与变速部的间隙。进而，从上侧滴下的油等液状制冷剂RF在由区段导体成型的矩形线上须对全周线圈均等、有效地进行冷却。尤其是存在因线圈形状而导致制冷剂RF落下、难以局部地沿线圈端部流动的部分。

解决问题的技术手段

本发明的旋转电机的定子具备：多个区段线圈，它们围绕旋转轴；定子铁心，其收纳多个区段线圈各自的一部分；以及绝缘覆膜，其至少覆盖从定子铁心的收纳空间突出的多个区段线圈的部分，多个区段线圈沿从旋转轴去往径向外侧的方向排列，绝缘覆膜的体积是相较于靠近旋转轴那一侧而言在面向径向外侧那一侧增大。

发明的效果

通过本发明，可以谋求旋转电机的小型化和冷却性能的提高。

附图说明

图1为本实施方式的旋转电机10的截面图。

图2为定子20的整体立体图。

图3为定子铁心132的整体立体图。

图4为沿直角方向切割轴向的转子11和定子20的截面图。

图5为表示定子线圈60的整体立体图。

图6为表示定子线圈60的连接状态的概念图。

图7A为说明构成定子线圈60的区段导体28的概念图。

图7B为说明构成定子线圈60的区段导体28的概念图。

图8为表示图5所示的定子线圈60的一个相即U相线圈60U的立体图。

图9为表示U1相线圈60U1的立体图。

图10为表示U2相线圈60U2的立体图。

图11为本实施方式的定子20的焊接相反侧线圈端部61侧的放大立体图。

图12为另一实施方式的定子20的焊接相反侧线圈端部61的放大立体图。

图13为另一实施方式的定子20的焊接相反侧线圈端部61的放大立体图。

图14为表示以四轮驱动为前提的混合动力汽车的动力传动的概略构成的示意图。

具体实施方式

下面，参考图14，对本发明的具体实施方式进行说明。本实施方式中的旋转电机10是适合用于汽车的行驶的旋转电机。此处，使用旋转电机10的所谓的电动汽车包括配备发动机ENG和旋转电机10两方的混合动力型电动汽车(HEV)和不使用发动机ENG而仅靠旋转电机10来行驶的纯电动汽车(EV)。以下所说明的旋转电机可以用于两种类型，因此，此处以代表的方式、根据用于混合动力型汽车的旋转电机来进行说明。

此外，在以下的说明中，“轴向”是指沿着旋转电机的旋转轴的方向。周向是指沿着旋转电机的旋转方向的方向。“径向”是指以旋转电机的旋转轴为中心时的动径方向(半径方向)。“内周侧”是指径向内侧(内径侧)，“外周侧”是指其反方向也就是径向外侧(外径侧)。

(车辆的概略构成)

首先，参考图14，对搭载旋转电机的车辆的概略构成进行说明。图14为表示以四轮驱动为前提的混合动力汽车的动力传动的概略构成的示意图。作为前轮侧的主动力，有发动机ENG和旋转电机10。发动机ENG和旋转电机10所产生的动力由变速器TR加以变速而传递至前轮侧驱动轮FW。此外，在后轮的驱动中，配置在后轮侧的旋转电机10与后轮侧驱动轮RW以机械方式相连来传递动力。作为前轮侧的动力源的旋转电机10配置在发动机ENG与变速器TR之间。

旋转电机10进行发动机ENG的起动，此外，根据车辆的行驶状态而切换驱动力的产生与以电能形式回收车辆减速时的能量的发电力的产生。旋转电机10的驱动动作及发电动作是根据车辆的运转状况、以扭矩及转速达到最佳的方式由电力转换装置INV加以控制。旋转电机10的驱动所需的电力是经由电力转换装置INV从电池BAT供给。此外，在发电动作时，旋转电机10经由电力转换装置INV对电池BAT充电。

该旋转电机10为永磁铁内置型三相同步马达。通过对定子线圈供给三相交流电流，旋转电机10作为使转子旋转的电动机进行工作。此外，当被发动机ENG驱动时，旋转电机10作为发电机进行工作而输出三相交流的发电电力。也就是说，旋转电机10具有作为根据电能来产生转矩的电动机的功能和作为根据机械能来进行发电的发电机的功能这两方，可以根据车辆的行驶状态选择性地利用上述功能。

(旋转电机10的说明)

图1为本实施方式的旋转电机10的截面图。在本实施方式中，旋转电机10配设在液冷套130内部。液冷套130由发动机ENG的壳体或者变速器TR的壳体构成。旋转电机10具备定子20、保持定子20的罩壳50以及转子11。

液冷套130固定在罩壳50的外周侧。由液冷套130的内周壁和罩壳50的外周壁构成油等液状制冷剂RF的制冷剂通道153。固定转子11的转轴13由设置在液冷套130上的轴承144及轴承145旋转自如地加以支承。因此，液冷套130也称为轴承架。

再者，在直接液体冷却方式的情况下，制冷剂RF也就是制冷剂贮藏空间150内积存的液体通过制冷剂通道153，进而经由制冷剂通道154和制冷剂通道155朝定子20流出，对定子20进行冷却。此处，制冷剂RF可为冷却用的油。

定子20固定在罩壳50的内周侧。转子11可旋转地支承在定子20的内周侧。罩壳50通过碳钢等铁系材料的切削或者通过铸钢或铝合金的铸造或者通过压力加工而成型为圆筒状，构成了旋转电机10的外罩。罩壳50也称为框体或框架。

罩壳50是通过拉深加工将厚度2～5mm左右的钢板(高张力钢板等)形成为圆筒形状。罩壳50上设置有安装至液冷套130的多个凸缘(未图示)。多个凸缘在圆筒状的罩壳50的一端面周缘突设在径向外侧。再者，凸缘是在拉深加工时形成的端部将凸缘以外的部分切除而形成的，与罩壳50成一体。再者，也可不设置罩壳50而是将定子20直接固定在作为壳体的液冷套130中。

图2为定子20的整体立体图。图3为定子铁心132的整体立体图。如图2所示，定子20由定子铁心132和定子线圈60构成。定子铁心132是薄硅钢板层叠制作而成。定子线圈60缠绕在设置于定子铁心132的内周部的多个槽420内。来自定子线圈60的发热经由定子铁心132传递至液冷套130，通过在液冷套130内流通的制冷剂RF加以散热。

转子11由转子铁心12和转轴13构成。图4为表示转子11及定子铁心132的截面的图。再者，图4中省略了转轴13的图示。转子铁心12是薄硅钢板层叠制作而成。转轴13固定在转子铁心12的中心。如图1所示，转轴13由安装在液冷套130上的轴承144、145旋转自如地加以保持，在定子20内的规定位置而且是与定子20相对的位置上旋转。此外，虽然省略了图示，但转子11上设置有永磁铁18和端环19。

如图3所示，在定子铁心132上以在周向上成等间隔的方式形成有与定子铁心132的轴向平行的多个槽420。关于槽420的数量，例如在本实施方式中为72个，上述定子线圈60收容在槽420内。各槽420的内周侧设为开口，该开口的周向的宽度与供定子线圈60安装的各槽420的线圈安装部大致相等或者比线圈安装部小一些。

在槽420之间形成有齿430，各齿430与环状的铁心背部440成一体。也就是说，定子铁心132是各齿430与铁心背部440一体成型的一体型铁心。齿430将定子线圈60产生的旋转磁场引导至转子11，使转子11产生转矩。

定子铁心132是通过冲裁加工对厚度0.05～1.0mm左右的电磁钢板进行成型并将成型后的圆环形状的电磁钢板层叠多块而成。焊接部200是通过TIG焊接、激光焊接等与定子铁心132的轴向平行地设置在圆筒状的定子铁心132的外周部。再者，也可不设置焊接部200而是通过铆接等来加以固定并将定子铁心132直接插入、固定在壳体中。

图4是沿直角方向切割轴向的转子11和定子20的截面图。在转子铁心12上等间隔地形成有供矩形形状的永磁铁18插入的磁铁插入孔810。永磁铁18通过粘接剂、粉体树脂、模塑等固定在各磁铁插入孔810内。磁铁插入孔810的圆周方向的宽度设定得比永磁铁18的圆周方向的宽度大，在永磁铁18两侧形成有磁隙156。该磁隙156可埋入粘接剂，也可利用成型树脂与永磁铁18凝固为一体。永磁铁18起到形成转子11的场磁极的作用。在该实施例中，是设为以一个永磁铁18形成1个磁极的构成，但也能将构成各磁极的永磁铁18增加为复数，通过增加永磁铁18，永磁铁发出的各磁极的磁通密度增大，能够增大磁铁扭矩。

永磁铁18的磁化方向朝向径向，磁化方向的朝向按每一场磁极而颠倒。即，若形成某一磁极用的永磁铁18的定子侧那一面磁化为N极、轴侧那一面磁化为S极，则形成相邻磁极的永磁铁18的定子侧那一面以成为S极的方式加以磁化、轴侧那一面以成为N极的方式加以磁化。这些永磁铁18以磁化方向在圆周方向上按每一磁极交替变化的方式加以磁化、配置。在本实施方式中，各永磁铁18等间隔地配置有12个，转子11形成有12个磁极。

此处，永磁铁18可以使用钕系、钐系的烧结磁铁、铁氧体磁铁、钕系的粘结磁铁等。在本实施方式中，在形成磁极的各永磁铁18之间形成有辅助磁极160。该辅助磁极160以定子线圈60产生的q轴磁通的磁阻减小的方式发挥作用。并且，通过该辅助磁极160，q轴磁通的磁阻与d轴磁通的磁阻相比变得极小，因此，会产生较大的磁阻转矩。

图5为表示定子线圈60的整体立体图。图6为表示定子线圈60的连接状态的概念图。在本实施方式中，定子线圈60采用的是将图6所示的2个星形接线并联而成的双星形构成的定子线圈。即，定子线圈60具备U1相线圈60U1、V1相线圈60V1及W1相线圈60W1的星形接线和U2相线圈60U2、V2相线圈60V2及W2相线圈60W2的星形接线。N1及N2为各星形接线的中性点。

定子线圈60的截面可为圆形状也可为四角形状。但是，由于设为尽可能有效地利用槽420内部的截面、槽内的空间减少这样的结构会提高效率，因此，在效率提高这一点上，截面较理想为四角形状。再者，关于四角形状截面的各边的长度，可将定子铁心132的径向上的长度设定得较长，也可反过来将周向上的长度设定得较长。

本实施方式的定子线圈60使用的是长方形截面的矩形线，长方形截面的长边在槽420内沿定子铁心132的周向排列，短边沿定子铁心132的径向排列。矩形线外周被绝缘覆膜覆盖。定子线圈60使用无氧铜或有氧铜。例如，在有氧铜的情况下，含氧率大致为10ppm以上至1000ppm左右。

图7为说明构成定子线圈60的区段导体28的图。图7A展示了安装至定子铁心132之前的区段导体28的形状。图7B展示了安装到定子铁心132之后的区段导体28的形状。区段导体28由矩形线形成，形成为具有一对脚部28B和连结它们的头顶部28C的大致U字形状。

在连接区段导体28彼此来形成各相线圈的情况下，如图7B所示，将区段导体28的一对脚部28B从定子铁心132的轴向的一侧分别插入至不同的槽420。其后，将突出到定子铁心132的轴向的另一侧的脚部28B朝应连接的区段导体28的方向弯折，并将脚部28B的端部28E焊接至另一区段导体28的端部28E。

突出至定子铁心132的一侧的头顶部28C的集合构成图5所示的定子线圈60的一侧的线圈端部61。突出至定子铁心132的另一侧的端部28E的集合构成图5所示的定子线圈60的另一侧的线圈端部62。以下，将线圈端部62称为焊接侧线圈端部62，将线圈端部61称为焊接相反侧线圈端部61。

如图5及图6所示，在焊接相反侧线圈端部61那一侧引出有连接于U1相线圈60U1的一端的引出线41U1和连接于U2相线圈60U2的一端的引出线41U2。引出线41U1与引出线41U2通过交流端子42U汇集成1个。同样地，在焊接相反侧线圈端部61那一侧，连接于V1相线圈60V1及V2相线圈60V2的一端的引出线41V1及引出线41V2通过交流端子42V汇集成1个。连接于W1相线圈60W1及W2相线圈60W2的一端的引出线41W1及引出线41W2通过交流端子42W汇集成1个。

此外，在焊接相反侧线圈端部61那一侧配置有中性点接线用导体40N1及中性点接线用导体40N2。中性点接线用导体40N1与一星形接线的中性点N1(参考图6)相关，中性点接线用导体40N2与另一星形接线的中性点N2相关。

定子线圈60是以分布绕法的方式加以卷绕的。所谓分布绕法，是以跨越多个槽420(参考图3)而隔开、将相绕组收纳在两个槽420内的方式将相绕组卷绕在定子铁心132上的绕线方式。在本实施方式中，由于绕线方式采用的是分布绕法，因此形成的磁通分布比集中绕法更接近正弦波，具有容易产生磁阻转矩的特征。因此，该旋转电机10的弱场控制和运用磁阻转矩的控制的控制性提高，可以在从低转速到高转速的广阔转速范围内加以利用，从而能获得适于电动汽车的优异的马达特性。

图8为表示图5所示的定子线圈60的一个相即U相线圈60U的立体图。如图6所示，U相线圈60U由一星形接线的U1相线圈60U1和另一星形接线的U2相线圈60U2构成。图9为表示U1相线圈60U1的立体图。图10为表示U2相线圈60U2的立体图。如图9及图10所示，中性点接线用导体40N1连接于U1相线圈60U1的另一端，中性点接线用导体40N2连接于U2相线圈60U2的另一端。

(定子的制造方法)

-弯曲加工-

接着，对本实施方式中的定子20的制造方法进行说明。如前文所述，将图7A的状态的区段导体28插入至定子铁心132的槽内，之后像图7B那样将脚部28B朝应连接的另一区段导体28的方向进行弯曲加工。从各槽420引出的各脚部28B朝应连接的区段导体28的方向加以弯曲。例如，从槽420突出的脚部28B1朝周向左侧加以弯曲。另一方面，具有端部28E2的脚部28B2朝周向右侧加以弯曲。并且，端部28E1与端部28E2以在径向上邻接的方式加以配置。

图11为本实施方式的定子20的焊接相反侧线圈端部61侧的放大立体图。图12为另一实施方式的定子20的焊接相反侧线圈端部61侧的放大立体图。图13为另一实施方式的定子20的焊接相反侧线圈端部61侧的放大立体图。再者，图11至图13所示的旋转电机设置成连结多个区段线圈28的头顶部28C的假想圆环相对于铅垂方向而言具有不同于90°的角度。如图11至图13所记载，绝缘覆膜500至少覆盖从定子背部400突出的多个区段导体28的部分。多个区段线圈28沿从转轴13的旋转轴去往径向外侧的方向排列。

如图13所记载，绝缘覆膜500的体积设置成相较于靠近转轴13的旋转轴那一侧而言在面向径向外侧那一侧增大。由此，可以调整制冷剂RF的流动，因此能对全周线圈均等、有效地进行冷却。更具体而言，使流出至沿径向排列的区段线圈28的外周侧的制冷剂RF流至定子铁心132的内径侧。因此，制冷剂RF就容易接触区段线圈28表面，所以冷却性能提高。进而，接触从上侧滴下的油等液状制冷剂RF的面积变大，冷却效果提高。

此外，如图11所记载，绝缘覆膜500可仅设置在构成离转轴13的旋转轴最远那一层的区段线圈28上。

如图11所示，固定部445使用焊接相反侧线圈端部61侧的连结构件(未图示)连接至液冷套130。连结构件例如为螺栓等。线段70是将图1所示的转轴13的旋转轴与固定部445相连的假想线段。绝缘覆膜500至少设置在线段70与区段导体28重叠的部分。绝缘树脂500主要使用热固性的环氧系树脂。由此，可以确保距对固定部445进行固定的连结构件即螺栓等的绝缘距离，所以绝缘性也提高。例如，在绝缘树脂500于焊接相反侧线圈端部61上进行涂布的时刻通过连结构件使定子20连接至液冷套130，由此，可以提高组装时的绝缘可靠性。

进而，图12所示的绝缘覆膜500与图11所示的实施方式的材料相同，主要使用热固性的环氧系树脂。图12所示的实施方式与图11所示的实施方式的不同点在于，绝缘树脂500设置在面向固定部445的焊接相反侧线圈端部61的侧面部。具体而言，区段线圈28具有斜行部28D，所述斜行部28D以相对于从铁心背部440突出的方向而言具有角度的方式弯曲并连至区段线圈28的头顶部28C为止。绝缘覆膜500设置在该斜行部28上。进而，绝缘覆膜500也可接触槽衬310。由此，对于对固定部445进行固定的连结构件即螺栓等而言，绝缘性进一步提高。

关于绝缘树脂500，也可在焊接相反侧线圈端部62的头顶部28C上与变速部的间隙较窄的地方设置绝缘树脂500。由此，制冷剂RF容易积存在头顶部28C上与变速部的间隙中，使得头顶部28C与制冷剂RF的接触时间变长、冷却性能提高。此外，通过使头顶部28C上与变速部的间隙变窄，容易改变制冷剂RF的流动方向。

根据上述实施方式，获得以下作用效果。

作为连接部即焊接部中产生的主要应力，有升温、降温时产生的应力。因此，由油等液状制冷剂RF或者冷却风引起的焊接相反侧线圈端部的冷却提高，所以来自定子的发热的冷却效率提高，能够减轻定子的温度上升。可以提供一种尽管体型小、功率高但冷却性优异的旋转电机的定子。

上文中，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术思想的范围内思索的其他形态也包含在本发明的范围内。

符号说明

10 旋转电机

11 转子

12 转子铁心

13 转轴

18 永磁铁

20 定子

28 区段导体

28B 脚部

28C 头顶部

28E 端部

40N1 中性点接线用导体

40N2 中性点接线用导体

41U1 引出线

41U2 引出线

41V1 引出线

41V2 引出线

41W1 引出线

41W2 引出线

42U 交流端子

42V 交流端子

42W 交流端子

50 罩壳

60 定子线圈

60U U相线圈

60U1 U1相线圈

60U2 U2相线圈

60V1 V1相线圈

60V2 V2相线圈

60W1 W1相线圈

60W2 W2相线圈

61 焊接相反侧线圈端部

62 焊接侧线圈端部

130 液冷套

132 定子铁心

144 轴承

145 轴承

150 制冷剂(油)贮藏空间

153 制冷剂通道

154 制冷剂通道

155 制冷剂通道

156 磁隙

160 辅助磁极

200 焊接部

310 槽衬

420 槽

430 齿

440 铁心背部

445 固定部

500 绝缘覆膜

BAT 电池

ENG 发动机

FW 前轮侧驱动轮

INV 电力转换装置

N1 中性点

N2 中性点

TR 变速器

RF 制冷剂

RW 后轮侧驱动轮。

Claims (7)

1.一种旋转电机的定子，其特征在于，具备：

多个区段线圈，它们围绕旋转轴；

定子铁心，其收纳多个所述区段线圈各自的一部分；以及

绝缘覆膜，其至少覆盖从所述定子铁心的收纳空间突出的多个所述区段线圈的部分，

多个所述区段线圈沿从所述旋转轴去往径向外侧的方向排列，

所述绝缘覆膜的体积是相较于靠近所述旋转轴那一侧而言在面向径向外侧那一侧增大。

2.根据权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述绝缘覆膜仅设置在构成离所述旋转轴最远那一层的所述区段线圈上。

3.根据权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述定子铁心具有使用连结构件连接至其他构件用的固定部，

所述绝缘覆膜设置成包含以下部分，即：将被所述定子铁心围绕的所述旋转轴与所述固定部相连的假想线段与多个所述区段线圈重叠的部分。

4.根据权利要求3所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述区段线圈具有斜行部，所述斜行部以相对于从所述定子铁心的收纳空间突出的方向而言具有角度的方式弯曲并连至所述区段线圈的头顶部为止，

所述绝缘覆膜设置在所述斜行部上。

5.根据权利要求4所述的旋转电机的定子，其特征在于，

具备槽衬，所述槽衬设置在所述定子铁心的收纳空间内，将所述区段线圈与所述定子铁心绝缘，

所述槽衬的一部分从所述定子铁心的收纳空间突出，

所述绝缘覆膜与所述槽衬的一部分接触。

6.一种旋转电机，其具备根据权利要求1所述的定子，该旋转电机的特征在于，

所述定子设置成连结多个所述区段线圈的头顶部的假想圆环相对于铅垂方向而言具有不同于90°的角度。

7.一种旋转电机的定子的制造方法，其特征在于，包括：

第1工序，即，将多个区段线圈的一部分以沿从旋转轴去往径向外侧的方向排列的方式收纳在定子铁心上形成的收纳部内；

第2工序，即，在将所述定子铁心的固定部与所述旋转轴相连的假想线段与多个所述区段线圈重叠的部分设置绝缘覆膜；以及

第3工序，即，经由固定构件将所述定子铁心的固定部固定在定子支承部上。

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