CN112771764A - 定子以及使用该定子的电动机 - Google Patents

Abstract

定子(100)具备：磁轭(20)；齿(10)，其与磁轭(20)连接；以及线圈(40)，其包括板状的导线，并且安装于齿(10)。线圈(40)具有绕组部(43)、第1端子部(41)以及第2端子部(42)。绕组部(43)在齿(10)上卷绕n匝(n是2以上的整数)。对于绕组部(43)，在线圈(40)的第k匝(k是整数且1≤k≤n)中，在将沿着齿(10)的轴向端面的第1部分(k1)的轴向上的高度设为Ak，将从第1部分(k1)的端部延伸并且沿着齿(10)的周向端面的第2部分(k2)的周向上的宽度设为Bk的情况下，满足Ak＜Bk的关系。

Description

定子以及使用该定子的电动机

技术领域

本发明涉及定子以及使用该定子的电动机。

背景技术

近年来，在产业、车载用途中电动机的需求提高。其中，期望电动机的小型化、提高效率。

作为抑制电动机的体积增加并且提高效率的方法之一，已知提高配置于定子的槽内的线圈的槽满率。通过提高线圈的槽满率，能够抑制在电动机驱动时，由于在线圈中流动的电流引起的损耗。

作为提高线圈的槽满率的方法，提出将使用了铜材料的铸造线圈配置于槽内的结构(例如参照专利文献1)。另外，在该结构中，为了提高槽满率，将线圈的截面设为四边形，且使其线径加粗。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：德国专利申请公开第102012212637号说明书

发明内容

发明要解决的问题

另外，近年来，在车辆、产业设备等中使用的电动机的数量增加，在各个电动机中要求进一步小型化。

但是，在专利文献1所示的以往的结构中，为了提高线圈的槽满率，使线圈的线径加粗。因此，线圈的轴向端部，具体来说，从槽向电动机的输出轴方向突出的部分(以下，称为线圈端部)的高度也变高，难以使线圈乃至电动机充分地小型化。

本发明是鉴于该点而完成的发明，其目的在于提供降低了线圈端部的高度的定子以及使用该定子的电动机。

用于解决问题的方案

为了实现上述目的，本发明的定子至少具备环状的磁轭、与该磁轭连接的齿以及包括板状的导线并且安装于所述齿的线圈，其特征在于，该线圈具有：第1端子部；绕组部，其与所述第1端子部电连接；以及第2端子部，其与所述绕组部电连接，所述绕组部在所述齿上卷绕n匝(n是2以上的整数)，在所述线圈的第k匝(k是整数且1≤k≤n)，在将沿着所述齿的轴向端面的第1部分的轴向上的高度设为Ak，将从所述第1部分的端部延伸并且沿着所述齿的周向端面的第2部分的周向上的宽度设为Bk的情况下，满足Ak＜Bk的关系。

利用该结构，能够降低相当于线圈端部的第1部分的轴向上的高度，并且能够使定子小型化。另外，能够不降低来自线圈的散热量，从而维持定子的散热性能。

本发明的电动机的特征在于，其至少具备所述定子和与所述定子隔开预定的间隔地设置的转子。

利用该结构，能够降低定子的高度，能够谋求电动机的小型化。

发明的效果

根据本发明的定子，能够降低线圈端部的高度，谋求定子的小型化。另外，能够维持定子的散热性能。根据本发明的电动机，能够降低定子的高度，谋求电动机的小型化。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的电动机的剖视图。

图2是从径向观察线圈的第k匝的示意图。

图3A是卷绕于齿的线圈的立体图。

图3B是图3A的ⅢB-ⅢB线处的剖视图。

图3C是图3A的ⅢC-ⅢC线处的剖视图。

图4A是本发明的实施方式2的卷绕于齿的线圈的立体图。

图4B是图4A的ⅣB-ⅣB线处的剖视图。

图4C是图4A的ⅣC-ⅣC线处的剖视图。

图5是变形例的线圈端部的截面示意图。

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。以下的优选的实施方式的说明本质上不过是例示，本发明完全没有限制其应用物或其用途的意图。

(实施方式1)

[电动机的结构]

图1表示本实施方式的电动机的剖视图。此外，在以后的说明中，存在分别将电动机1000的半径方向称为“径向”、将外周向称为“周向”、将电动机1000的输出轴210的延伸方向(与图1的纸面垂直的方向)称为“轴向”的情况。另外，在径向上，存在将电动机1000的中心侧称为径向内侧、将外周侧称为径向外侧的情况。

电动机1000具有定子100和转子200。此外，电动机1000具有除此以外的构成部件，例如具有电动机壳体、枢转支承输出轴的轴承等部件，但为了便于说明，省略其图示以及说明。

定子100具有：圆环状的磁轭20；多个齿10，其与磁轭20的内周连接，并且沿着该内周等间隔地设置；槽30，其分别设于在周向上相邻的齿10之间；以及线圈40，其容纳于槽30内，该定子100以与转子200隔开一定的间隔的方式配置于转子200的径向外侧。

齿10和磁轭20例如是分别通过在层叠了含有硅等的电磁钢板后进行冲裁加工而形成的。线圈40是由截面呈四边形的铜等构成的板状的导线卷绕n匝(n是2以上的整数)而成的部件，隔着未图示的绝缘体而分别安装于多个齿10，并容纳于槽30内。此外，在本实施方式中，存在根据在线圈40中流动的电流的相位，将线圈分别称为线圈U1～U4、V1～V4、W1～W4的情况。另外，线圈40相对于齿10集中卷绕。

转子200具有：输出轴210，其配置于轴心；以及磁体，其与定子100相对并且N极、S极沿着输出轴210的外周方向交替地配置。此外，关于磁体的材料、形状、材质，能够根据电动机1000的输出等进行适当变更。

线圈U1～U4、V1～V4、W1～W4分别串联地连接，分别向线圈U1～U4、V1～V4、W1～W4供给相互具有120°电角度的相位差的U、V、W相这3相的电流并且励磁，在定子100产生旋转磁场。该旋转磁场与设于转子200的磁体220产生的磁场相互作用，在转子200产生扭矩，输出轴210支承于未图示的轴承而旋转。

[线圈的结构]

图2表示从径向观察本实施方式的线圈的第k匝的示意图。另外，图3A表示卷绕于齿的线圈的立体图，图3B表示图3A的ⅢB-ⅢB线处的剖视图，图3C表示图3A的ⅢC-ⅢC线处的剖视图。

如图3A～图3C所示，线圈40是板状的导线卷绕n匝(n是2以上的整数)而成的部件，具有第1端子部41、第2端子部42以及绕组部43。另外，在线圈40的表面设有绝缘覆膜(未图示)。另外，绕组部43中的沿着齿10的轴向端面延伸的部分相当于线圈端部44。

在线圈40安装于齿10时，第1端子部41位于齿10的基端侧，第2端子部42位于齿10的顶端侧，也就是说位于比第1端子部41靠近齿10的顶端的位置。另外，绕组部43在第1连接部位41a与第1端子部41连接，在第2连接部位42a与第2端子部42连接。也就是说，绕组部43与第1端子部41和第2端子部42电连接。另外，绕组部43从第1连接部位41a到第2连接部位42a在齿10上卷绕n匝。

第1端子部41和第2端子部42分别借助未图示的来自外部的电源线或中性线或搭接线(日文：渡し線)、汇流条等与其他线圈40的端子部连接。此外，在线圈40是卷绕1根导线而成的情况下，第1端子部41和第2端子部42相当于绕组部43的两端分别延长的部分。另外，也可以是，将第1端子部41和第2端子部42分别焊接于绕组部43的两端在该情况下是第1连接部位41a和第2连接部位42a等来进行安装。

另外，如图2和图3A～图3C所示，线圈40的第k匝(k是整数且1≤k≤n)具有：第1部分k1，其沿着齿10的轴向端面配置；以及第2部分k2，其从第1端子部41朝向第2端子部42而位于第1部分k1的旁边，该第2部分k2从第1部分k1的端部延伸并且沿着齿的周向端面配置，第1部分k1相当于线圈端部44的一部分。另外，第1部分k1位于在轴向上与齿10相对的区域，第2部分k2至少位于在与轴向正交的方向上与齿10相对的区域。

在分别将第1部分k1的齿10的轴向上的高度设为Ak，将第2部分k2的齿10的周向上的宽度设为Bk时，以高度Ak和宽度Bk满足Ak＜Bk的关系的方式构成线圈40。另外，如图3B所示，在第1匝～第n匝，高度A1～An分别是相同的值，在该情况下成为A的方式构成线圈40。另一方面，在第1匝～第n匝，线圈40的宽度B1～Bn如图3C所示随着位于径向内侧而变窄，也就是说，随着位于齿10的顶端侧而变窄。

此外，实际上，由于隔着未图示的绝缘体而在齿10安装有线圈40，高度A1～An(＝A)是从绝缘体的表面到第1部分k1的轴向端面的距离，宽度B1～Bn是从绝缘体的表面到第2部分k2的周向外侧面的距离。

[效果等]

本实施方式的定子100至少具备：环状的磁轭20；齿10，其与磁轭20连接；以及线圈40，其包括板状的导线，并且安装于齿10。线圈40具有：第1端子部41；绕组部43，其与第1端子部41电连接；以及第2端子部42，其位于比第1端子部41靠近齿10的顶端的位置，并且与绕组部43电连接，绕组部43在齿上卷绕n匝(n是2以上的整数)。

对于绕组部43，在线圈40的第k匝(k是整数且1≤k≤n)，在将沿着齿10的轴向端面的第1部分k1的轴向上的高度设为Ak，将从第1端子部41朝向第2端子部42而位于第1部分k1的旁边且从第1部分k1的端部延伸并且沿着齿10的周向端面的第2部分k2的周向上的宽度设为Bk的情况下，满足Ak＜Bk的关系。

通过以这种方式构成线圈40，能够降低相当于线圈端部44的第1部分k1的高度Ak，能够使定子100小型化。此外，第1部分k1位于在轴向上与齿10相对的区域，第2部分k2至少位于在与轴向正交的方向上与齿10相对的区域。

另外，在第1匝～第n匝中，设为随着位于齿10的顶端侧而宽度B1～Bn变窄，从而能够提高容纳于槽30内的线圈40的槽满率。

另外，根据本实施方式，能够在不大幅地降低线圈40的散热性能的前提下使线圈40小型化。对该情况进一步进行说明。在容纳于槽30内的线圈40产生的热量主要向齿10传递，另外，借助齿10向磁轭20传递。而且，从未图示的电动机的外壳等向大气中或另外设置的散热构件散热。

另一方面，在从槽30突出的部分即线圈端部44，难以引起向齿10、磁轭20的热传递，热量直接向大气中发散。但是，大气与构成齿10、磁轭20的电磁钢板、安装于齿10并且由树脂构成的未图示的绝缘体等相比，热导率较小，因此在线圈端部44容易积存热量。

另一方面，根据本实施方式，通过使第1部分k1的高度Ak比第2部分的宽度Bk小，能够降低线圈端部44的体积，减小积存在线圈端部44的热量。另外，能够缩短第1部分k1的上表面与齿10之间的距离，并且能够增大从线圈端部44向齿10、磁轭20的热传递量。

另外，在容纳于槽30内并且有助于散热的部分，也就是说，在第2部分k2，以将线圈40的槽满率设为预定以上的方式确保周向的宽度Bk，例如，能够实现线圈40的与在专利文献1中公开的以往的结构同等的散热性能。

另外，本实施方式的电动机1000至少具备定子100以及与定子100隔开预定的间隔地设置的转子200。

根据本实施方式，能够降低线圈40乃至定子100的高度，从而谋求电动机1000的小型化。另外，能够实现电动机1000的与以往的结构同等的散热性能。

(实施方式2)

图4A表示本实施方式的卷绕于齿的线圈的立体图，图4B表示图4A的ⅣB-ⅣB线处的剖视图，图4C表示图4A的ⅣC-ⅣC线处的剖视图。此外，在图4A～4C，对与实施方式1同样的部位标注相同的附图标记并且省略详细的说明。

在本实施方式所示的结构和实施方式1所示的结构中，在以下方面不同。首先，以随着从第1匝朝向第n匝而第1部分的高度A1～An降低的方式构成线圈40。

通过以这种方式构成线圈40，能够在各匝减小截面面积的变化率，换言之减小电流密度的变化率。通过以这种方式设置，能够抑制在不同的匝产生发热的不均，能够提高线圈40的可靠性并且能够提高电动机1000的效率。

特别地，如果在第1匝～第n匝的各匝中，将高度Ak与宽度Bk的比设为恒定，则能够在各匝中将截面面积的变化率换言之电流密度的变化率设为恒定，能够抑制线圈40内的发热不均，进一步提高线圈40的可靠性和电动机1000的效率。

接着，在将第1匝～第n匝的高度A1～An中的最大值设为Amax，将第1匝～第n匝的宽度B1～Bn中的最小值设为Bmin时，以满足Amax＜Bmin的关系的方式构成线圈40，在这一方面与实施方式1不同。

通过以这种方式构成线圈40，能够确保在线圈40中流动的电流的电流密度并且能够充分地降低线圈端部44。

此外，也可以不同时满足如下两个关系：以随着从第1匝朝向第n匝而第1部分的高度A1～An降低的方式构成线圈40、和满足Amax＜Bmin的关系。通过满足任一个关系，能够起到各个关系所对应的效果。

<变形例>

图5表示本变形例的线圈端部的截面示意图。此外，图5分别与图3B、图4B所示的截面中的位于轴向上侧的第1部分k1的截面对应。此外，在图5中，对与实施方式1、实施方式2同样的部位标注相同的附图标记并且省略详细的说明。

在本变形例所示的结构和实施方式1所示的结构中，在线圈端部44的高度在第1匝～第n匝中变化这一方面不同。另外，不是实施方式2所示的单调的变化，高度A1～An例如也可以像图5的(a)图所示那样变化，也可以像(b)图所示那样变化。或者，也可以像(c)图所示那样变化。另外，虽然未图示，但也可以如图5所示那样设置位于轴向下侧的线圈端部44的形状。此外，高度A1～An也可以在第1匝～第n匝中进行图5所示的变化以外的变化。线圈端部44的高度以如下方式变化即可：高度Ak比第1匝～第(k-1)匝的第1部分的轴向上的高度A1～Ak-1中的任一高度高，且比第(k+1)匝～第n匝的第1部分的轴向上的高度Ak+1～An中的任一高度高。或者，线圈端部44的高度以高度Ak比高度A1～Ak-1中的任一高度低，且比高度Ak+1～An中的任一高度低的方式变化即可。

像前述那样，在线圈端部44热量主要向大气中发散。另一方面，根据本变形例，线圈端部44的高度像上述那样变化，因此例如与实施方式1、实施方式2所示的情况相比，能够使线圈端部44的表面积增大，并且能够增大从线圈端部44向大气中的热发散量。

另外，根据本变形例，在线圈端部44的轴向端面，也就是说，在上表面和下表面中的至少一者形成有凹部或凸部或凹部和凸部这两者，因此能够将凸部的两侧或凹部设为在定子100内流动的制冷剂的流路。由此，能够提高包括线圈40的定子100的冷却效率并且能够提高电动机1000的效率。此外，作为制冷剂，能够使用油、水等液体。

此外，第1匝～第n匝的第1部分的轴向上的高度A1～An中的最小值Amin优选提高至预定值以上，以使线圈40不会由于焦耳发热而断路，或可靠性不会下降。

(其他的实施方式)

此外，在实施方式1中，以在圆环状的磁轭20连接有多个齿10的结构为例子进行了说明，但不特别限定于此，也可以设为：在周向上被分割的分割磁轭分别各与1个齿10连接，并且在该状态下将多个分割磁轭在周向上连接，从而构成定子100。

另外，构成线圈40的导线的截面形状可以是梯形、长方形、正方形，也可以是n边形(n是4以上的整数)。

另外，在图3A～图3C和图4A～图4C中，线圈40以第1端子部41位于齿10的基端侧，第2端子部42位于齿10的顶端侧的方式安装于齿10，但第1端子部41和第2端子部42的位置并不特别限定于此，例如，也可以设为第2端子部42向径向外侧引绕而第1端子部41和第2端子部42均位于齿10的基端侧。此外，在该情况下，也是第2连接部位42a位于齿10的顶端侧。

另外，在实施方式1、实施方式2中，表示了在位于轴向上侧和下侧的线圈端部44中第k匝的第1部分k1的高度与第2部分k2的宽度的关系满足Ak＜Bk的关系的例子，但未必需要在轴向两侧的线圈端部44处满足该关系，在至少一个线圈端部44满足Ak＜Bk的关系即可。

产业上的可利用性

本发明的定子能够降低线圈端部的高度，因此在应用于需要小型化的电动机方面是有用的。

附图标记说明

10、齿；20、磁轭；30、槽；40、线圈；41、第1端子部；42、第2端子部；43、绕组部；44、线圈端部；100、定子；200、转子；210、输出轴；220、磁体；1000、电动机；k1、线圈40的第k匝的第1部分；k2、线圈40的第k匝的第2部分；Ak、第1部分k1的轴向上的高度；Bk、第2部分Bk的周向上的宽度。

Claims (7)

1.一种定子，该定子至少具备环状的磁轭、与该磁轭连接的齿以及包括板状的导线并且安装于所述齿的线圈，其特征在于，

该线圈具有：

第1端子部；

绕组部，其与所述第1端子部电连接；以及

第2端子部，其位于比所述第1端子部靠近所述齿的顶端的位置，并且与所述绕组部电连接，

所述绕组部在所述齿上卷绕n匝，n是2以上的整数，

对于所述绕组部，在所述线圈的第k匝中，在将沿着所述齿的轴向端面的第1部分的轴向上的高度设为Ak，将从所述第1端子部朝向所述第2端子部而位于所述第1部分的旁边并且从所述第1部分的端部延伸而沿着所述齿的周向端面的第2部分的周向上的宽度设为Bk的情况下，满足Ak＜Bk的关系，k是整数且1≤k≤n。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，

第1匝～第n匝各自的所述第1部分的轴向上的高度相等。

3.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，

随着从第1匝朝向第n匝而所述第1部分的轴向上的高度降低。

4.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，

在将第1匝～第n匝的所述第1部分的轴向上的高度中的最大值设为Amax，将第1匝～第n匝的所述第2部分的周向上的宽度中的最小值设为Bmin时，满足Amax＜Bmin的关系。

5.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，

所述高度Ak比第1匝～第(k-1)匝的所述第1部分的轴向上的高度A1～Ak-1中的任一高度高，且比第(k+1)匝～第n匝的所述第1部分的轴向上的高度Ak+1～An中的任一高度高，或者，

所述高度Ak比所述高度A1～Ak-1中的任一高度低，且比所述高度Ak+1～An中的任一高度低。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的定子，其特征在于，

所述第1部分位于在所述轴向上与所述齿相对的区域，

所述第2部分至少位于在与所述轴向正交的方向上与所述齿相对的区域。

7.一种电动机，其特征在于，

该电动机至少具备权利要求1～6中的任一项所述的定子；以及

与所述定子隔开预定的间隔地设置的转子。

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