CN112840529A - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明的技术问题是提高旋转电机的可靠性。旋转电机的定子包括在圆筒状的内侧面上设置有齿和槽的定子铁芯、配置在槽的内部的多个绕组、以及配置在槽的内壁和所述多个绕组之间的槽衬，多个绕组分别具有沿定子铁芯的径向形成的第一面和沿周向形成的第二面，槽具有与第一面相对的第一内壁和与第二面相对的第二内壁，在槽衬的表面上形成通过加工会膨胀的粘接层，当第一面的面积大于第二面的面积时，使第一内壁与第一面之间的距离小于第二内壁与第二面之间的距离，当第一面的面积小于第二面的面积时，使第一内壁与第一面之间的距离大于第二内壁与第二面之间的距离。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及旋转电机。

背景技术

以往，在旋转电机的定子的槽内设置被称为槽衬的绝缘片以覆盖线圈，并且通过将槽衬浸透在液体状清漆中来固定线圈，并且使线圈绝缘。

作为本技术领域的背景技术，有日本专利特开2018-78764号公报(专利文献1)。日本专利特开2018-78764号公报中记载了：“一种电动机用定子，在构成电动机的定子铁芯的齿的槽壁面上配置绝缘纸，隔着绝缘纸在齿周围形成线圈，在绝缘纸的槽壁面侧的表面或线圈侧的表面中的至少一方形成相互连续的凹部和凸部，绝缘纸通过位于凸部前端的粘接剂固定在槽壁面或线圈上，凹部作为冷却介质流路。”(参考摘要)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2018-78764号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，现有技术(专利文献1)中，没有考虑槽内壁(定子铁芯)与线圈之间的间隙(间隔)。槽内线圈的固定力根据槽内壁与线圈之间的间隙而变化，线圈在定子铁芯内可能发生意外振动，从而可能影响旋转电机的可靠性。

解决技术问题所采用的技术方案

如下所述，示出本申请公开的发明的代表性的一个例子。即，一种旋转电机的定子，其特征在于，包括：定子铁芯，该定子铁芯在圆筒状的内侧面上设置有齿和槽；多个绕组，该多个绕组配置在所述槽的内部；以及槽衬，该槽衬配置在所述槽的内壁和多个所述绕组之间，多个所述绕组分别具有沿所述定子铁芯的径向形成的第一面和沿周向形成的第二面，所述槽具有与所述第一面相对的第一内壁和与所述第二面相对的第二内壁，在所述槽衬的表面上形成通过加工而会膨胀的粘接层，当所述第一面的面积大于所述第二面的面积时，使所述第一面与所述第一内壁之间的距离小于所述第二面与所述第二内壁之间的距离，当所述第一面的面积小于所述第二面的面积时，使所述第一面与所述第一内壁之间的距离大于所述第二面与所述第二内壁之间的距离。

发明效果

根据本发明的一个方式，线圈被稳定地固定，并且能提高旋转电机的可靠性。上述以外的问题、结构及效果通过以下实施例的说明来进一步明确。

附图说明

图1是安装有本发明的实施例的旋转电机的混合动力型电动汽车的概略结构图。

图2是表示旋转电机的整体结构的示意图。

图3是在图2的A－A处的剖视图。

图4是安装有线圈的定子铁芯的立体图。

图5是从线圈端侧观察安装有线圈的定子铁芯的俯视图。

图6是构成槽衬的片材的剖视图。

图7是表示槽内的分段线圈的配置的图。

图8是表示槽内的分段线圈的配置的图。

图9是表示槽内的分段线圈的配置的图。

图10是表示槽内的分段线圈的配置的图。

图11是表示槽衬的形状的图。

图12是表示槽衬的形状的图。

图13是表示槽衬的形状的图。

具体实施方式

如图1所示，作为混合动力汽车的车辆100安装有发动机120、第一旋转电机200、第二旋转电机201和高电压的电池150。电池150由锂离子电池或镍氢电池等充电电池构成，输出250～600伏或更高电压的直流电。当需要旋转电机200、201的驱动力时，电池150向旋转电机200、201提供直流电，并且在再生行驶时从旋转电机200、201获得直流电。电池150与旋转电机200、201之间的直流电通过功率转换装置160进行交换。

另外，虽然省略了图示，但是车辆100安装有提供低压电(例如，14伏系电力)的电池。发动机120和旋转电机200、201的旋转转矩通过变速器130和差速器140传递到前轮110。旋转电机200和201构成为几乎相同，下面将以旋转电机200为代表进行说明。

图2是旋转电机200的整体结构的示意图。

在图2中，通过用横截面表示旋转电机200的一部分来示出旋转电机200的内部。如图2所示，定子300被支承在壳体205的内部，并且定子300具有定子铁芯305和定子线圈510。在定子铁芯305的内周侧隔着间隙500可旋转地支承着转子400。转子400具有固定在轴430上的转子铁芯405、永磁体415和非磁性体的端板420。壳体205具有设置有轴承425、426的一对端部托架210，轴430可旋转地受上述轴承425、426支承。

该旋转电机200是永磁体内置型的三相同步电动机。旋转电机200通过向卷绕在定子铁芯305上的定子线圈510提供三相交流电流，从而作为使转子400旋转的电动机进行动作。此外，当旋转电机200由发动机120驱动时，旋转电机200作为发电机进行动作，并且输出三相交流的发电功率。即，旋转电机200具有作为利用电能产生旋转转矩的电动机的功能和作为利用机械能发电的发电机的功能，并且能根据汽车的行驶状态选择性地利用上述功能。

图3是示出图2所示的定子300和转子400的截面的示意图，并且示出图2的AA剖视图。在图3中，省略了壳体205和轴430的记载。

定子铁芯305通过在轴向上层叠多个磁性体(例如多个电磁钢板)而形成，并且由磁轭部和齿部(也称为突出部、凸极部)构成。磁轭部由嵌合在壳体205的内周侧的圆筒状磁轭铁芯306(也称为铁芯背部)构成。齿部由从磁轭铁芯306的内周侧沿径向突出并沿周向以规定间隔配置的多个齿芯307构成。在图3中，没有对所有的齿进行标号，而是仅对部分齿芯307标号作为代表。在相邻的齿芯307之间，在转子400侧形成有沿周向连续的多个槽310。在槽310内设有槽衬来实现槽绝缘(省略图示)，并且将构成定子300的U相、V相、W相等多相绕组安装在槽310内。在本实施方式中，定子线圈510(参见图2)以分布绕组的方式卷绕。

另一方面，转子铁芯405通过在轴向上层叠多个磁性体例如多个电磁钢板而形成，在电磁钢板上开有用于插入磁体的矩形的磁体插入孔410，在磁体插入孔410中埋入永磁体415并用环氧树脂类粘接剂等固定。磁体插入孔410的周向宽度被设定为大于永磁体415的周向宽度，并且在永磁体415的两侧形成磁隙416。该磁隙416中可以埋入粘接剂，或者可以通过成型树脂与永磁体415一体地固定。永磁体415用作转子400的励磁极。

永磁体415的磁化方向朝向径向，并且每个励磁极的磁化方向相反。即，如果永磁体415a的定子侧面为N极，轴侧面为S极，则相邻的永磁体415b的定子侧面为S极，轴侧面为N极。这些永磁体415a、415b沿圆周方向交替配置。永磁体415可以在磁化之后埋入转子铁芯405中，或者可以在磁化之前插入转子铁芯405中之后通过施加强力的磁场来磁化。磁化后的永磁体415是强力的磁体，若在永磁体415固定到转子400之前对磁体进行磁化时，则在固定永磁体415时永磁体415和转子铁芯405之间会产生强吸引力，而该吸引力会妨碍作业。此外，由于强吸引力，铁粉等异物可能粘附在永磁体415上。因此，通过在将永磁体415插入转子铁芯405之后进行磁化，从而提高了旋转电机的生产率。

作为永磁体415，能使用钕系或钐系烧结磁体、铁氧体磁体、钕系粘结磁体等。永磁体415的剩余磁通密度大约为0.4～1.3T左右。

图4是安装了线圈的定子铁芯305的立体图，图5是从线圈端侧观察安装有线圈的定子铁芯305的俯视图，图6是构成槽衬520的片材的剖视图。

旋转电机200的定子300包括圆筒状的定子铁芯305、插入定子铁芯305中的定子线圈510和槽衬520。

如图4所示，定子线圈510容纳在定子铁芯305的槽310中。在图4所示的示例中，槽310是开口槽，并且开口形成在定子铁芯305的内周侧。如图3和图5所示，形成在槽310的最内周上的开口的周向宽度几乎等于各个槽310的用来安装定子线圈510的线圈安装部，或稍小于线圈安装部。

槽衬520配置在各个槽310中。槽衬520例如是由耐热树脂制成的绝缘片，并且具有0.1～0.5mm左右的厚度。通过在槽310中配置槽衬520，提高了插通槽310中的线圈彼此之间以及线圈与槽310的内表面之间的绝缘耐压，并且即使线圈的绝缘被膜劣化或损坏，也保持了必要的绝缘耐压。

在本实施例中，使用形成有粘接剂层的槽衬520。例如，如图6所示，槽衬520由在合成树脂膜(例如，聚萘二甲酸乙二醇酯等耐热性高的树脂)的基材521的两个面上形成了由发泡粘接剂构成的粘接层522的片材构成。发泡粘接剂在规定的温度下加热规定时间，从而使发泡树脂膨胀，填埋在定子线圈510与槽310的内壁之间的间隙(间隔)，并将定子线圈510固定到定子铁芯305。即使不是发泡粘接剂，也可以通过加工(例如加热)来增大容积。此外，可以对基材521进行阻燃加工。例如，可以在耐热树脂膜的基材521的两个面上设置阻燃树脂层(例如，Nomex等芳族聚酰胺树脂(Nomex是注册商标))，并且可以在阻燃树脂层上设置粘接层522。基材521可以使用纸而不是合成树脂膜。只要粘接层522的体积在后续工序(例如，加热工序)中增加，也可以使用发泡粘接剂以外的粘接剂。

例如，在厚度为100微米的聚萘二甲酸乙二醇酯合成树脂膜的两个面上形成厚度为50微米的Nomex层，然后在由此得到的基材521上形成厚度为40微米的发泡粘接剂层522，利用这样形成的片材来形成槽衬。由于发泡粘接剂的厚度通过加热而膨胀到3倍左右，因此在该例中，槽衬520的厚度从280微米增加到440微米。

如图4所示，通过将平角线成型为U字形而获得的多个分段线圈512被容纳在两个分离的槽310中，使得其端部从槽310(即定子铁芯305)露出，分段线圈512的一个端部与另一个分段线圈512相邻配置，而另一个端部与又一个分段线圈512相邻配置。分段线圈512的端部在线圈端侧(图4中的右边靠里侧)彼此连接，从而构成卷绕在定子铁芯305上的分布绕组的定子线圈510。分段线圈512配置在各个槽310内，平角线的截面的长方形的长边为定子铁芯305的周向，短边为径向。此外，平角线的截面的长方形可以配置成短边为定子铁芯305的周向而长边为径向。

接下来，说明在槽310内的分段线圈512的配置的示例。在本发明的实施例中，槽310内的定子线圈510和定子铁芯305之间的间隙(间隔)在定子铁芯305的周向和径向上是不同的，并且通过使其中一方的间隙大于另一方的间隙来提高线圈的插入性。当该间隙变大时，线圈插入时的操作性提高，但是线圈体积占有率降低，旋转电机200的输出特性降低。

此外，在槽衬520上形成发泡粘接剂层，通过加热使发泡粘接剂膨胀，从而用发泡粘接剂填埋槽310的内壁和分段线圈512之间的间隙，并固定分段线圈512。

图7是表示槽310内的分段线圈512的配置的图。

如上所述，分段线圈512由截面为长方形并且具有大致平行的侧面的平角线构成，在图7所示的示例中，定子铁芯305的径向是平角线的截面的长边，而周向是短边。

此时，平角线的长边侧的分段线圈512的侧面即第一面514的面积比平角线的短边侧的分段线圈512的侧面即第二面516的面积大，并且大面积地与槽310的第一内壁310A相对。槽衬520配置在第一面514和第一内壁310A之间以及第二面516和第二内壁310B之间。槽衬520也配置在分段线圈512之间。分段线圈512的第一面514与相对的第一内壁310A之间的距离小于分段线圈512的第二面516与相对的第二内壁310B之间的距离。

一般，粘接层变薄时，粘接剂的粘合力(如剪切强度)提高，粘接面积变大时，粘合力提高。尤其是发泡粘接剂的粘合力根据发泡后的厚度(发泡倍率)而不同，并且具有较小发泡倍率的发泡粘接剂表现出较大的粘合力。考虑到该特性，根据分段线圈512和槽衬520之间的接触面积来设定最佳间隔和发泡倍率。

此外，当交流电流流过分段线圈512时，分段线圈512在槽310中振动。因此，如果槽310内的分段线圈512的固定强度根据方向而不同，则容易产生异常的振动，并且旋转电机200可能损坏。因此，优选为槽310内的分段线圈512的固定强度在槽310的内壁与分段线圈512之间的距离较小的方向上较大，或者在定子铁芯305的周向和径向上大致相同。

因此，在图7所示的示例中，在面积较大的第一面514上，到槽310的第一内壁310A的距离减小，而在面积较小的第二面516上，到槽310的第二内壁310B的距离增大。

图8是表示槽310内的分段线圈512的另一个配置的图。

如上所述，分段线圈512由截面为长方形并且具有大致平行的侧面的平角线构成，在图8所示的示例中，定子铁芯305的径向是平角线的截面的短边，而周向是长边。

此时，平角线的长边侧的分段线圈512的侧面即第一面514的面积比平角线的短边侧的分段线圈512的侧面即第二面516的面积小，并且小面积地与槽310的第一内壁310A相对。槽衬520配置在第一面514和第一内壁310A之间以及第二面516和第二内壁310B之间。槽衬520也配置在分段线圈512之间。分段线圈512的第一面514与相对的第一内壁310A之间的距离大于分段线圈512的第二面516与相对的第二内壁310B之间的距离。

槽310内的分段线圈512的固定强度优选在定子铁芯305的周向和径向上大致相同，或者在槽310的内壁与分段线圈512之间的距离较小的方向上较大。因此，在图8所示的示例中，在面积较大的第一面514上，到槽310的第一内壁310A的距离增大，而在面积较小的第二面516上，到槽310的第二内壁310B的距离减小。

在图7和图8所示的实施例中，槽310的内壁与分段线圈512之间的间隙(间隔)在定子铁芯305的径向和周向具有不同的大小，并且形成在槽衬520上的发泡粘接剂层522通过加热工序而膨胀。即，通过扩大分段线圈512和槽衬520之间的接触面积小的面上的间隙，膨胀粘接剂的膨胀率增大，单位面积的粘合力减小。另一方面，通过减小分段线圈512和槽衬520之间的接触面积较大的面上的间隙，发泡粘接剂的膨胀率减小，单位面积的粘合力增大。分段线圈512和槽衬520之间的间隙可以在径向或周向中的某一侧较大。由此，发泡后的粘接剂的粘合力在径向和周向被最优化，线圈被稳定地固定。因此，提高了旋转电机200在振动条件下的可靠性，并且具有更稳定的特性。

此外，由于通过在槽衬520上形成发泡粘接剂层522，能在加热工序中固定线圈，因此不需要在定子线圈510上涂覆清漆，并且能简化定子300的制造工序。

接着，对变形例进行说明。在图7和图8中所示的示例中，槽310的内壁与分段线圈512之间的间隙的大小在沿径向的两个面上是相同的，并且在沿周向的两个面上是相同的。然而，沿相同方向的间隙大小可以不相等。

图9是示出图7所示的实施例的变形例中的槽310内的分段线圈512的配置的图。在图9中，将槽310内的一部分分段线圈512放大示出。

如上所述，分段线圈512由截面为长方形并且具有大致平行的侧面的平角线构成，在图9所示的示例中，定子铁芯305的径向是平角线的截面的长边，而周向是短边。此外，槽310的内壁和分段线圈512的侧面之间的间隙在各个面上是不同的。具体地，在图9所示的示例中，与第三面515相对的第三间隙(第三面515与相对的第三内壁310C之间的距离)小于与第一面514相对的第一间隙(第一面514与相对的第一内壁310A之间的距离)，与第一面514相对的第一间隙小于与第二面516相对的第二间隙(第二面516与相对的第二内壁310B之间的距离)，并且与第二面516相对的第二间隙小于与第四面517相对的第四间隙(第四面514与相邻的分段线圈512的面之间的距离)。

由此，在图9所示的实施例中，在面积较大的第一面514和第三面515，到槽310的内壁的距离减小，而在面积较小的第二面516和第四面517，到槽310的内壁或相邻的分段线圈512的距离增大。因此，分段线圈512的各面上的粘合力可以按照第三间隙、第一间隙、第二间隙和第四间隙的顺序变大，或者几乎相同。

图10是示出图8所示的实施例的变形例中的槽310内的分段线圈512的配置的图。在图10中，将槽310内的一部分分段线圈512放大示出。

如上所述，分段线圈512由截面为长方形并且具有大致平行的侧面的平角线构成，在图10所示的示例中，定子铁芯305的径向是平角线的截面的短边，而周向是长边。此外，槽310的内壁和分段线圈512的侧面之间的间隙在各个面上是不同的。具体地，在图10所示的实施例中，与第四面517相对的第四间隙(第四面514和相邻的分段线圈512的面之间的距离)小于与第二面516相对的第二间隙(第二面516和相对的第二内壁310B之间的距离)，与第二面516相对的第二间隙小于与第一面514相对的第一间隙，并且与第一面514相对的第一间隙(第一面514与相对的第一内壁310A之间的距离)小于与第三面515相对的第三间隙(第三面515与相对的第三内壁310C之间的距离)。

由此，在图10所示的实施例中，面积较大的第二面516和第四面517到槽310的内壁或相邻的分段线圈512的距离减小，而面积较小的第一面514和第三面515到槽310的内壁的距离增大。因此，分段线圈512的各面上的粘合力可以按照第四间隙、第二间隙、第一间隙和第三间隙的顺序变大，或者几乎相同。

接下来，说明槽衬520的形状的示例。在上述实施例中，槽衬520形成所谓的倒B字形，以被一个槽衬520包围的两个分段线圈512相对的面的右端为起点和终点来卷绕各个分段线圈512。在该形状中，用槽衬520覆盖分段线圈512的所有面，并且槽衬520也设置在分段线圈512之间。因此，能获得高绝缘性和高线圈固定力。

在图11所示的实施例中，槽衬520形成所谓的S字形，其中以上侧分段线圈512A的右下端作为起点，依次覆盖右侧面、上侧面、左侧面和下侧面，依次覆盖下侧分段线圈512C的右侧面、下侧面和左侧面，以下侧分段线圈512C的左上端作为终点。在起点和终点，如放大图所示，槽衬520的端部可以与其它部分重叠。当槽衬520的端部配置成与其它部分重叠时，槽衬520不会产生间隙，并且能提高绝缘性能。在该形状中，用槽衬520覆盖分段线圈512的所有面，并且槽衬520也设置在分段线圈512之间，这点与上述倒B字形相同，但是线圈固定力低于B字形。此外，提高了分段线圈512的插入性，并且能减少槽衬520的使用量。

在图12所示的实施例中，槽衬520形成所谓的O字形，其中以分段线圈512的右下端为起点，依次覆盖右侧面、上侧面、左侧面和下侧面，以右下端为终点。在起点和终点，如放大图所示，槽衬520的端部可以与其它部分重叠。当槽衬520的端部配置成与其它部分重叠时，槽衬520不会产生间隙，并且能提高绝缘性能。

在图13所示的实施例中，槽衬520形成倒U字形，其中，以下侧分段线圈512C的右下端为起点，依次覆盖分段线圈512C～A的右侧面、上侧分段线圈512A的上侧面和分段线圈512A～C的左侧面，以下侧分段线圈512C的左下端为终点。此外，从下往上数的三个分段线圈512被另一个U字形槽衬520覆盖。因此，分段线圈512和槽310的内壁(定子铁芯305)被绝缘，但是配置在一个槽310内的分段线圈512之间没有配置槽衬520，仅通过分段线圈512的被覆来绝缘。因此，由于设置在一个槽310内的分段线圈512之间没有通过槽衬520绝缘，所以需要使配置在一个槽310内的分段线圈512中流过同相的电流。

在起点和终点，如放大图所示，槽衬520的端部可以与其它槽衬520重叠。当槽衬520的端部配置成与其它部分重叠时，槽衬520不会产生间隙，并且能提高绝缘性能。此外，虽然用槽衬520覆盖分段线圈512和槽310的内壁之间，但是由于槽衬520不设置在分段线圈512之间，所以线圈固定力低于B字形或S字形，但是提高了分段线圈512的插入性，并且能减少槽衬520的使用量。

另外，本发明不限于上述实施例，包括在所附的权利要求书的主旨内的各种变形例和等同的结构。例如，所述实施例是为了便于理解本发明而进行的详细说明，并不限于要具备所说明的所有结构。另外，可以将某个实施例的结构的一部分替换成其它实施例的结构。另外，还可以将其它实施例的结构加入某个实施例的结构。另外，对于各实施例的结构的一部分，也可以进行其它结构的追加、删除、替换。

标号说明

100车辆

110车轮

120发动机

130变速器

140差速器

150电池

160功率转换装置

200旋转电机

205壳体

210端部托架

300定子

305定子铁芯

306磁轭铁芯

307齿芯

310槽

510定子线圈

510分段线圈

514第一面

515第三面

516第二面

517第四面

520槽衬。

Claims (6)

1.一种旋转电机的定子，其特征在于，包括：

定子铁芯，该定子铁芯在圆筒状的内侧面上设置有齿和槽；

多个绕组，该多个绕组配置在所述槽的内部；以及

槽衬，该槽衬配置在所述槽的内壁和多个所述绕组之间，

多个所述绕组分别具有沿所述定子铁芯的径向形成的第一面和沿周向形成的第二面，

所述槽具有与所述第一面相对的第一内壁和与所述第二面相对的第二内壁，

在所述槽衬的表面形成通过加工会膨胀的粘接层，

当所述第一面的面积大于所述第二面的面积时，使所述第一面与所述第一内壁之间的距离小于所述第二面与所述第二内壁之间的距离，

当所述第一面的面积小于所述第二面的面积时，使所述第一面与所述第一内壁之间的距离大于所述第二面与所述第二内壁之间的距离。

2.如权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于，

多个所述绕组还分别具有与所述第一面面积相同且大致平行地形成的第三面、以及与所述第二面面积相同且大致平行地形成的第四面，该第四面与另一绕组的侧面相对，

所述槽具有与所述第三面相对的第三内壁，

当所述第一面和所述第三面的面积大于所述第二面和所述第四面的面积时，所述第一面和所述第一内壁之间的距离以及所述第三面和所述第三内壁之间的距离小于所述第二面和所述第二内壁之间的距离以及所述第四面和所述另一绕组的侧面之间的距离中的任意一个。

3.如权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于，

多个所述绕组还分别具有与所述第一面面积相同且大致平行地形成的第三面、以及与所述第二面面积相同且大致平行地形成的第四面，该第四面与另一绕组的侧面相对，

所述槽具有与所述第三面相对的第三内壁，

当所述第一面和所述第三面的面积小于所述第二面和所述第四面的面积时，所述第一面和所述第一内壁之间的距离以及所述第三面和所述第三内壁之间的距离大于所述第二面和所述第二内壁之间的距离以及所述第四面和所述另一绕组的侧面之间的距离中的任意一个。

4.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述粘接层由通过加热会膨胀的发泡粘接剂形成。

5.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述槽衬设置在多个所述绕组和所述槽的内壁之间、以及多个所述绕组之间。

6.如权利要求1至3中任一项所述的旋转电机的定子，其特征在于，

所述槽衬设置在多个所述绕组和所述槽的内壁之间，而不设置在多个所述绕组之间。

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