CN112272913A - 电动机及用于该电动机的线圈 - Google Patents

Abstract

电动机(1000)包括定子(100)、和与定子(100)之间留有规定的间隔而设的转子(200)。定子(100)具有：环状的磁轭(20)、与磁轭(20)的内周相连的多个齿(10)、以及分别缠绕在多个齿(10)中相对应的每个齿(10)上的多个线圈(40)。线圈(40)在轴向端部的每个端部分别具有线圈端(43)，在线圈端(43)的轴向端面上形成有沿定子(100)的径向延伸的第一凹部(45)，将多个线圈(40)彼此连接起来的第一布线部件(50)收纳在第一凹部(45)中。

Description

电动机及用于该电动机的线圈

技术领域

本发明涉及一种电动机及用于该电动机的线圈。

背景技术

近年来，对工业和车载用电动机的需求不断增加，要求将电动机小型化并提高其效率。

已知：抑制电动机体积增加并提高其效率的方法之一，为提高布置在定子的定子槽内的线圈的占空系数。通过提高线圈的占空系数，电动机工作时能够抑制在线圈中流动的电流所引起的损耗。

作为提高线圈的占空系数的方法之一，已有人提出将使用了铜材的铸造线圈布置在定子槽内的构造(例如参照专利文献1)。另外，在该构造下，为了提高占空系数而使线圈的剖面为四边形，并且使其线径变粗。

专利文献1：德国专利申请公开第102012212637号说明书

发明内容

－发明要解决的技术问题－

然而，为了将设置在电动机内的多个线圈之间电连接起来，在现有技术中，在线圈的轴向端部、具体而言在从定子槽向电动机的输出轴方向探出的部分(以下称为线圈端)的上侧或下侧设置有连接线、母线等布线部件。

另一方面，近年来，车辆、工业设备等所使用的电动机的台数增多，因此而要求各个电动机进一步小型化。

但是，在专利文献1所公开的现有技术中的构造下，如果在线圈端设置所述布线部件则会出现以下情况：定子在输出轴方向上的高度变高，而不能充分地将电动机小型化。

本发明正是为解决上述技术问题而完成的，其目的在于：实现在线圈端设置有布线部件的电动机的小型化。

－用以解决技术问题的技术方案－

为了达成上述目的，本发明涉及一种电动机，其至少包括定子、和与所述定子之间留有规定的间隔而设的转子，其特征在于：所述定子至少具有：环状的磁轭、与该磁轭的内周相连的多个齿、以及分别缠绕在多个所述齿中相对应的每个所述齿上的多个线圈，所述线圈在所述电动机的输出轴的延伸方向即轴向的端部中的每个端部分别具有线圈端，在所述线圈端的轴向端面上形成有至少一个沿所述定子的径向延伸的第一凹部，将多个所述线圈中两个以上的线圈彼此连接起来的第一布线部件收纳在所述第一凹部中。

根据该构成方式，能够降低定子的轴向上的高度，从而能够实现电动机的小型化。

本发明所涉及的线圈是一种缠绕在设置于电动机的定子中的齿上的线圈，其特征在于：所述线圈在所述电动机的输出轴方向的端部中的每个端部分别具有线圈端，在所述线圈端的轴向端面上形成有至少一个以上沿所述定子的径向延伸的第一凹部。

根据该构成方式，能够将布线部件收纳在第一凹部中，从而能够降低定子的轴向上的高度。

－发明的效果－

根据本发明的电动机，能够降低定子的轴向上的高度，从而能够实现电动机的小型化。根据本发明的线圈，能够将布线部件收纳在第一凹部中，从而能够降低定子的轴向上的高度。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式所涉及的电动机的剖视图；

图2是第一实施方式所涉及的线圈的立体图；

图3是变形例1所涉及的线圈的俯视图；

图4是变形例2所涉及的线圈的立体图；

图5是本发明的第二实施方式所涉及的线圈的立体图；

图6是变形例3所涉及的线圈的俯视图；

图7是本发明的第三实施方式所涉及的线圈的立体图；

图8是变形例4所涉及的线圈的立体图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式详细地进行说明。以下优选的实施方式本质上只不过是示例而已，完全没有对本发明、本发明的应用对象或本发明的用途加以限制的意图。

(第一实施方式)

[电动机的构造]

图1是本实施方式所涉及的电动机的剖视图。需要说明的是，在以下的说明中，有时将电动机1000的半径方向称为“径向”，将外周方向称为“周向”，将电动机1000的输出轴210的延伸方向(与图1中的纸面垂直的方向)称为“轴向”。在径向上，有时将电动机1000的中心侧称为径向内侧，将电动机1000的外周侧称为径向外侧。

电动机1000具有定子100和转子200。需要说明的是，电动机1000具有定子100和转子200以外的构成部件，例如电动机壳体、支承输出轴的轴承等部件，但为了便于说明，省略其图示和说明。

定子100具有圆环状的磁轭20、与磁轭20的内周相连且沿该内周等间隔而设的多个齿10、分别形成在周向相邻的齿10之间的定子槽30、以及收纳在定子槽30内的线圈40。定子100布置在转子200的径向外侧，与转子200之间留有一定的间隔。

齿10和磁轭20分别是在层叠含有硅等的电磁钢板后进行冲裁加工而形成的。线圈40是由剖面为四边形的铜等构成的导线缠绕n匝(n为2以上的整数)而成的部件，隔着未图示的绝缘体安装在多个齿10中的每一个齿10上，且收纳在定子槽30内。在构成线圈40的导线的表面形成有未图示的绝缘薄膜。需要说明的是，在本实施方式中，根据流过线圈40的电流的相位，有时将线圈40分别称为线圈U1～U4、线圈V1～V4、线圈W1～W4。在线圈40的轴向上侧布置有将线圈U1～U4、线圈V1～V4、线圈W1～W4中两个以上的线圈电连接起来的第一布线部件50(参照图2(b))和第二布线部件60(参照图7(b))。

转子200具有布置在轴心的输出轴210、和与定子100相对且N极、S极沿输出轴的外周方向交替布置着的磁铁220。需要说明的是，磁铁220的材料、形状、材质能够根据电动机1000的输出等而进行适当的改变。

线圈U1～U4、线圈V1～V4、线圈W1～W4各自相互串联，相互具有电角度120°的相位差的U相、V相、W相这3相电流分别被供给到线圈U1～U4、线圈V1～V4、线圈W1～W4而被励磁，从而在定子100产生旋转磁场。在该旋转磁场与设置在转子200上的磁铁220所产生的磁场之间产生相互作用而产生转矩，输出轴210被未图示的轴承支承着旋转。

[线圈的构造]

图2示出本实施方式所涉及的线圈的立体图，图(a)示出未设置第一布线部件的线圈的立体图，图(b)示出设置有第一布线部件的线圈的立体图。

如图2所示，线圈40具有第一端部41、第二端部42、线圈端43以及轴向延伸部44。当已将线圈40安装在齿10上以后，线圈端43是沿着齿10的轴向端面而设，轴向延伸部44沿着齿10的周向端面布置。轴向延伸部44收纳在定子槽30内，有助于产生通过定子100内部的旋转磁场。

在线圈端43上形成有沿径向延伸的第一凹部45，如图2的(b)所示，在第一凹部45内收纳有第一布线部件50，并且第一布线部件50与第一端部41接合，线圈40与第一布线部件50因此而电连接在一起。第一布线部件50是剖面为四边形的导体。需要说明的是，在第二端部42上连接有未图示的其他布线部件。

线圈40的各匝构成为线圈端43的轴向上的高度A大致相等，除了第一凹部45之外，线圈端43的轴向端面大致齐平。需要说明的是，在本申请说明书中，“大致”意味着包括构成部件的制造公差和部件之间的组装公差，例如“大致相等”并不意味着被比较的多个对象严格相等。

需要说明的是，高度A是指在将线圈40安装在齿10上以后从齿10的轴向端面到线圈端43的轴向端面的距离。作为从齿10的轴向端面到第一凹部45的底面的距离的高度B能够根据允许线圈40具有的电阻值来适当进行决定，如果从另一观点出发，作为从齿10的轴向端面到第一凹部45的底面的距离的高度B则能够根据在线圈40中流过规定电流时允许线圈40发热的发热量来适当进行决定。需要说明的是，实际上，由于线圈40隔着未图示的绝缘体安装在齿10上，因此高度A、B的基准面为绝缘体的表面。

需要说明的是，第一布线部件50的厚度，换言之，第一布线部件50的轴向上的高度被设定为与第一凹部45的深度大致相等，但并不特别限定于此，例如第一布线部件50的厚度也可以比第一凹部45的深度大。

[效果等]

如上所述，本实施方式所涉及的电动机1000至少包括定子100、和与定子100之间留有规定的间隔而设的转子200。定子100至少具有：环状的磁轭20、与磁轭20的内周相连的多个齿10、以及缠绕在多个齿10中相对应的每个齿10上的多个线圈40。

线圈40在电动机1000的输出轴的延伸方向即轴向的端部中的每个端部分别具有线圈端43，在线圈端43的轴向端面上形成有沿定子100的径向延伸的第一凹部45，将多个线圈40中两个以上的线圈彼此连接起来的第一布线部件50收纳在第一凹部45中。

根据本实施方式，在线圈端43形成沿径向延伸的第一凹部45，将第一布线部件50收纳在其中。因此，与例如不形成第一凹部50即专利文献1公开的现有技术下的构造相比，在本实施方式的情况下，能够降低定子100的轴向上的高度。这样一来就能够实现电动机1000的小型化。特别是在将多个布线部件沿轴向重叠着布置在线圈端43上的情况下，能够实质上将布线部件的层叠片数减少一片。

针对线圈40的各匝而言，让线圈端43的轴向上的高度A大致相等，线圈端43的轴向端面大致齐平，因此容易将第一凹部45在整个径向上的深度设定得相同。因此，能够将第一布线部件50收纳在第一凹部45中且不让第一布线部件50从第一凹部45的底面浮起。结果，能够防止包括第一布线部件50在内的线圈40的高度增加，从而能够实现电动机1000的小型化。

本实施方式所涉及的线圈40缠绕在设置于电动机1000的定子100中的齿10上，在轴向即电动机1000的输出轴210的延伸方向的端部中的每个端部分别具有线圈端43。在线圈端43的轴向端面上形成有沿定子的径向延伸的第一凹部45。

通过这样构成线圈40，即能够将第一布线部件50收纳在第一凹部45中。这样一来，能够降低定子的轴向上的高度，从能够实现电动机的小型化。

＜变形例1＞

图3是本变形例所涉及的线圈的俯视图。需要说明的是，在图3中，针对与第一实施方式相同的部位标注相同的符号，省略详细的说明。

本变形例所涉及的构造和图2所示的构造的不同点，在于第一凹部45a的延伸方向不同。具体而言，俯视时，本变形例所示的第一凹部45a以规定的角度θ1倾斜于周向地形成在线圈端43的轴向端面上。

通过这样形成第一凹部45a，能够提高与第一布线部件50的设置位置相关的自由度。还能够收到与第一实施方式所示效果相同的效果。

＜变形例2＞

图4示出本变形例所涉及的线圈的立体图，图(a)示出未设置第一布线部件的线圈的立体图，图(b)示出设置有第一布线部件的线圈的立体图。需要说明的是，在图4中，针对与第一实施方式相同的部位标注相同的符号，省略详细的说明。

在第一实施方式所示的构造中，在线圈端43的周向中央部分形成有第一凹部45，相对于此，本变形例所涉及的构造，通过在周向相邻的线圈40中分别沿径向切除线圈端43的相对的角部而形成有第一凹部45b，这是第一实施方式和本变形例的不同之处。

通过这样形成第一凹部45b，能够提高与第一布线部件50的设置位置相关的自由度。还能够收到与第一实施方式所示效果相同的效果。在图2的(b)所示的构造中，为了与线圈40的第一端部41连接，第一布线部件50的形状复杂，但根据本变形例，能够使第一布线部件50的形状简单化，从而能够降低其加工工时和成本。

由于线圈端43的角部的剖面面积比其他部分大，所以即使将角部切除，与其他部分相比，角部切除后的部分中的电流密度也不会极端地变高。因此，能够抑制在线圈端43的角部的局部发热，从而能够提高线圈40的可靠性且提高电动机1000的效率。

需要说明的是，在本变形例中，通过分别切除线圈端43的相对的角部而形成了第一凹部45b，但也可以仅切除一者的角部而形成第一凹部45b。

(第二实施方式)

图5示出本实施方式所涉及的线圈的立体图，图(a)示出未设置第二布线部件的线圈的立体图，图(b)示出设置有第二布线部件的线圈的立体图。需要说明的是，在图5中，针对与第一实施方式相同的部位标注相同的符号，省略详细的说明。

在第一实施方式所示的构造中，在线圈端43的轴向端面上沿径向形成有第一凹部45，相对于此，本实施方式的构造为在线圈端43的轴向端面上沿周向形成有第二凹部46，这是本实施方式与第一实施方式的不同之处。也就是说，线圈40在轴向端部的每个端部分别具有线圈端43，在线圈端43的轴向端面上形成有沿定子100的周向延伸的第二凹部46，将多个线圈40中两个以上的线圈彼此连接起来的第二布线部件60收纳在第二凹部46中。需要说明的是，第二凹部46是通过沿周向切割线圈端43而形成的。

通过这样形成第二凹部46，能够提高与第二布线部件60的设置位置相关的自由度。通过形成第二凹部46，容易将在周向上相分离的线圈40之间电连接起来。例如，能够将线圈U1～U4串联起来，并且能够使用更少的布线部件在分别串联的线圈V1～V4和线圈W1～W4之间进行接线。

线圈端43的轴向端面大致齐平，与第一实施方式所示的相同，能够防止包括第二布线部件60在内的线圈40的高度增加，从而能够实现电动机1000的小型化。

＜变形例3＞

图6是本变形例所涉及的线圈的俯视图。需要说明的是，在图6中，针对与第二实施方式相同的部位标注相同的符号，省略详细的说明。

在本变形例所涉及的构造和图5所示的构造中，第二凹部46a的延伸方向不同。具体而言，俯视时，本变形例所示的第二凹部46a以规定的角度θ2倾斜于周向地形成在线圈端43的轴向端面上。

通过这样形成第二凹部46a，能够提高与第二布线部件60的设置位置相关的自由度。还能够收到与第二实施方式所示效果相同的效果。

(第三实施方式)

图7示出本实施方式所涉及的线圈的立体图，图(a)示出未设置第一和第二布线部件的线圈的立体图，图(b)示出设置有第一和第二布线部件的线圈的立体图。需要说明的是，在图7中，针对与第一、第二实施方式相同的部位标注相同的符号，省略详细的说明。

在第一或第二实施方式所示的构造中，在线圈端43的轴向端面上沿径向形成有第一凹部45，或者在线圈端43的轴向端面上沿周向形成有第二凹部46，相对于此，本实施方式所涉及的构造为：在线圈端43的轴向端面上沿径向形成有第一凹部45，且在线圈端43的轴向端面上沿周向形成有第二凹部46，这是本实施方式与第一或第二实施方式的不同之处。本实施方式与第一或第二实施方式的不同之处还有：以与收纳在第一凹部45中的第一布线部件50交叉的方式布置收纳在第二凹部46中的第二布线部件60，并且第一布线部件50和第二布线部件60之间被电分离。需要说明的是，为了进行该分离，在第一布线部件50和第二布线部件60各自的表面形成有绝缘膜(未图示)。与第一布线部件50相同，第二布线部件60是剖面为四边形的导体。

根据本实施方式，通过在线圈端43的轴向端面上形成第一凹部45和第二凹部46，能够提高与延伸方向不同的第一布线部件50和第二布线部件60的设置位置相关的自由度。特别是，在第一布线部件50和第二布线部件60各自的表面上形成有绝缘膜而将二者电分离，由此而能够交叉着布置第一布线部件50和第二布线部件60。也就是说，能够进一步提高与第一布线部件50和第二布线部件60的设置位置相关的自由度。

根据本实施方式，还能够收到与第一、第二实施方式所示效果相同的效果。

＜变形例4＞

图8示出本变形例所涉及的线圈的立体图，图(a)示出未设置第一和第二布线部件的线圈的立体图，图(b)示出设置有第一和第二布线部件的线圈的立体图。需要说明的是，在图8中，针对与第三实施方式相同的部位标注相同的符号，省略详细的说明。

在第三实施方式所示的构造中，在线圈端43的周向中央部分形成有第一凹部45，相对于此，本变形例所涉及的构造为：通过在周向相邻的线圈40中分别沿径向切除线圈端43的相对的角部而形成了第一凹部45b。

通过这样形成第一凹部45b，能够提高与第一布线部件50的设置位置相关的自由度。还能够收到与第三实施方式或变形例2所示效果相同的效果。

需要说明的是，也可以如变形例2所示，仅切除线圈端43的相对角部中的一个角部来形成第一凹部45b。

(其他实施方式)

需要说明的是，也可以在一个线圈40上形成多个第一凹部45、第一凹部45a、第一凹部45b。也可以在一个线圈40上形成多个第二凹部46、第二凹部46a。也可以在一个线圈40上仅形成第一凹部45、仅形成第一凹部45a或仅形成第一凹部45b，也可以仅形成第二凹部46或仅形成第二凹部46a。也可以在一个线圈40上分别形成一个以上的第一凹部45、第一凹部45a或第一凹部45b和一个以上的第二凹部46或第二凹部46a。

在第一到第三实施方式中，示出了在一个线圈40中，仅在轴向上侧的线圈端43形成第一凹部45或第二凹部46的例子，但也可以在轴向下侧的线圈端43形成第一凹部45或第二凹部46。在该情况下，第一布线部件50或第二布线部件60被收纳在设置于轴向下侧的线圈端43的第一凹部45或第二凹部46中。或者，也可以在轴向上侧和轴向下侧的线圈端43两者上都形成第一凹部45或第二凹部46。在该情况下，第一布线部件50或第二布线部件60可以收纳在形成于轴向两侧的线圈端43的第一凹部45或第二凹部46中，也可以收纳在形成于轴向上侧和轴向下侧中的任一侧的线圈端43上的第一凹部45或第二凹部46中。

第一布线部件50也可以具有收纳在第一凹部45中并沿径向延伸的部分，并且具有收纳在第二凹部46中并沿周向延伸的部分。

通过这样构成第一布线部件50，例如能够使第一布线部件50成为电动机1000的中性线，还能够使设置有多个布线部件的线圈40在轴向上较低。这样一来，能够将电动机1000小型化。

同样，第二布线部件60也可以既具有收纳在第二凹部46中并沿周向延伸的部分，又具有收纳在第一凹部45中并沿径向延伸的部分。

在图7的(b)、图8的(b)所示的构造中，也可以不在第一布线部件50和第二布线部件60各自的表面上形成绝缘膜，而在第一布线部件50和第二布线部件60交叉的位置处布置未图示的绝缘间隔物，将第一布线部件50和第二布线部件60电分离。

线圈端43的轴向高度A可以在各匝中不同。但是，在该情况下，为了确保流经线圈40的电流密度及线圈40的可靠性，优选从齿10的轴向端面到第一凹部45的底面的高度B在各匝中为规定值以上。

需要说明的是，在第一实施方式中，以在圆环状的磁轭20上连接有多个齿10的构造为例进行了说明，但并不特别限定于此，也可以在沿周向分割了的分割磁轭上分别连接一个齿10，在该状态下将多个分割磁轭沿周向连接起来而构成定子100。

线圈40的剖面形状可以为梯形，也可以为长方形，还可以为正方形。也可以是n边形(n为4以上的整数)。第一布线部件50、第二布线部件60的剖面形状并不特别限定于四边形，也可以是n边形，也可以是圆形、也可以是椭圆形。也可以根据第一布线部件50和第二布线部件60的剖面形状来改变第一凹部45或第二凹部46的形状。能够稳定地将收纳在第一凹部45或第二凹部46中的第一布线部件50或第二布线部件60布置在线圈50上。

－产业实用性－

本发明的电动机通过在线圈端设置布线部件的收纳部而能够实现电动机的小型化，因此在作为能够布置在有限空间内的电动机而应用于各种电气设备、车辆等方面是有用的。

－符号说明－

10 齿

20 磁轭

30 定子槽

40 线圈

43 线圈端

44 轴向延伸部

45、45a、45b 第一凹部

46、46a 第二凹部

50 第一布线部件

60 第二布线部件

100 定子

200 转子

210 输出轴

220 磁铁

1000 电动机

Claims (12)

1.一种电动机，其至少包括定子、和与所述定子之间留有规定的间隔而设的转子，其特征在于：

所述定子至少具有：环状的磁轭、与该磁轭的内周相连的多个齿、以及分别缠绕在多个所述齿中相对应的每个所述齿上的多个线圈，

所述线圈在所述电动机的输出轴的延伸方向即轴向的端部中的每个端部分别具有线圈端，

在所述线圈端的轴向端面上形成有至少一个沿所述定子的径向延伸的第一凹部，将多个所述线圈中两个以上的线圈彼此连接起来的第一布线部件收纳在所述第一凹部中。

2.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：

俯视时，所述第一凹部以规定的角度倾斜于所述定子的周向而设。

3.根据权利要求1所述的电动机，其特征在于：

所述第一凹部跨越周向相邻的两个线圈而设。

4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的电动机，其特征在于：

在所述线圈端的轴向端面上形成有至少一个沿所述定子的周向延伸的第二凹部，

所述第一布线部件或与所述第一布线部件不同的第二布线部件收纳在所述第二凹部中。

5.根据权利要求4所述的电动机，其特征在于：

俯视时，所述第二凹部以规定的角度倾斜于所述定子的周向而设。

6.根据权利要求4或5所述的电动机，其特征在于：

所述第一布线部件与所述第二布线部件被电分离。

7.一种线圈，其缠绕在设置于电动机的定子中的齿上，其特征在于：

该线圈在所述电动机的输出轴方向的端部中的每个端部分别具有线圈端，

在所述线圈端的轴向端面上形成有至少一个以上沿所述定子的径向延伸的第一凹部。

8.根据权利要求7所述的线圈，其特征在于：

俯视时，所述第一凹部以规定的角度倾斜于所述定子的周向而设。

9.根据权利要求7或8所述的线圈，其特征在于：

在所述线圈端的轴向端面上形成有至少一个沿所述定子的周向延伸的第二凹部。

10.根据权利要求9所述的线圈，其特征在于：

俯视时，所述第二凹部以规定的角度倾斜于所述定子的周向而设。

11.根据权利要求7所述的线圈，其特征在于：

通过切除所述线圈端的角部而形成有所述第一凹部。

12.根据权利要求11所述的线圈，其特征在于：

通过在沿所述定子的周向相邻的两个线圈中分别切除所述线圈端的彼此相对的角部，而在所述两个线圈中形成有所述第一凹部。

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