CN115836464A - 旋转电机及旋转电机的制造方法 - Google Patents

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Abstract

能够实现不会导致体积和成本增加的高效率且可靠性高的旋转电机。扁线分段线圈分别具有第一区域部、和与第一区域部相连、且包含向定子铁心(10)的周向弯曲的弯曲部而沿周向形成的第二区域部，在多个扁线分段线圈的线圈端部相邻的一对扁线分段线圈具有导电部，该导电部连接一方的扁线分段线圈的第一区域部、和另一方的扁线分段线圈的第二区域部。第二区域部具有与第一区域部的端部截面在同一面上排列的导电部截面，导电部截面是与第二区域部的线圈垂直截面不同的方向的截面。多个层分别具有从旋转电机的轴向观察线圈端部时第一区域部在轴向端部出现的第一层和第二区域部在轴向端部出现的第二层。

Description

旋转电机及旋转电机的制造方法
技术领域
本发明涉及搭载在铁道车辆、汽车、建筑机械等上的旋转电机以及旋转电机的制造方法。
背景技术
近年来，为了实现马达的高输出化，采用流过大电流来增加转矩的方法。为了流过大电流，重要的是通过在有限的马达体积中增大导体截面积来抑制在导体中产生的焦耳损(以下称为铜损)。
在汽车等的驱动马达中，为了提高导体截面积而使用扁线(角線)，由此实现铜损的降低。
通常，在使用扁线的情况下，需要将U字状线圈插入定子槽中，之后弯折直线部。在该工序中，容易因绝缘纸或线圈覆膜的损伤而引起绝缘不良，或因弯折角度或回弹的偏差而引起焊接不良，在确保可靠性上成为问题。
在专利文献1所记载的技术中，作为其对策，提出了如下方法：以不需要弯折的方式，由第1直线部、第2直线部、以及隔着弯曲部的第3直线部构成线圈片，将线圈片的端部彼此接合。另外，用铆接金属配件临时固定相邻的线圈片的直线部彼此的端部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2001-37131号公报。
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1的结构中，连接部分的第三直线部导致轴向长度增加，因此，马达体积和马达重量增加。
另外，每个线圈片需要2次弯折工时，存在加工成本增加的问题。
另外，为了防止第3直线部的位置偏移，需要铆接金属配件，存在部件数量、作业工时增加、成本增加的问题。
另外，假设在不使用铆接金属配件的情况下，由于第3直线部的位置偏移而产生焊接不良的问题。
另外，在同一槽内沿径向设置多个线圈层的情况下，需要对每个层改变线圈的周向长度，在此也会产生部件数量增加的问题。本发明的目的在于，实现不会导致体积和成本增加的高效率且可靠性高的旋转电机以及旋转电机的制造方法。
解决问题的技术手段
为了实现上述目的，本发明以如下方式构成。
本发明提供一种旋转电机，其具备多个扁线分段线圈和具有收纳所述多个扁线分段线圈的槽的定子铁心，所述槽具有在所述旋转电机的径向上排列的多个层，所述多个扁线分段线圈分别具有：第一区域部，其具有配置在所述槽内的插入部，并且沿着所述旋转电机的轴向形成为直线状；以及第二区域部，其与所述第一区域部相连，且包括向所述定子铁心的周向弯曲的弯曲部而沿着周向形成，在所述多个扁线分段线圈的线圈端部，相邻的一对所述扁线分段线圈具有导电部，该导电部连接一方的所述扁线分段线圈的所述第一区域部和另一方的所述扁线分段线圈的所述第二区域部，在所述导电部中，所述第二区域部具有与所述第一区域部的端部截面在同一面上排列的导电部截面，并且所述导电部截面是与所述第二区域部的线圈垂直截面不同的方向的截面，当从所述旋转电机的轴向观察所述线圈端部时，所述多个层分别具有所述第一区域部在轴向端部出现的第一层和所述第二区域部在轴向端部出现的第二层。
另外，本发明提供一种旋转电机的制造方法，该旋转电机具备多个扁线分段线圈和具有收纳所述多个扁线分段线圈的槽的定子铁心，其中，所述槽具有在所述旋转电机的径向上排列的多个层，所述多个扁线分段线圈分别具有配置在所述槽内的插入部，并且沿着所述旋转电机的轴向直线状地形成第一区域部，并且沿着周向形成第二区域部，该第二区域部与所述第一区域部相连，且包括向所述定子铁心的周向弯曲的弯曲部，在所述多个扁线分段线圈的线圈端部，相邻的一对所述扁线分段线圈具有导电部，该导电部连接一方的所述扁线分段线圈的所述第一区域部和另一方的所述扁线分段线圈的所述第二区域部，在所述导电部中，所述第二区域部具有与所述第一区域部的端部截面在同一面上排列的导电部截面，并且所述导电部截面是与所述第二区域部的线圈垂直截面不同的方向的截面，当从所述旋转电机的轴向观察所述线圈端部时，所述多个层分别具有所述第一区域部在轴向端部出现的第一层和所述第二区域部在轴向端部出现的第二层
发明的效果
根据本发明，能够实现不会导致体积和成本的增加的、高效率且高可靠性的旋转电机以及旋转电机的制造方法。
上述以外的课题、结构及效果通过以下的实施方式的说明而明确。
附图说明
图1A是本发明的实施例1中的线圈形状的说明图。
图1B是本发明的实施例1中的线圈形状的说明图。
图1C是图1B中的A部的详细视图。
图1D是沿着图1B中的B-B线的截面图。
图1E是表示图1C所示的例子的变形例的图。
图1F是表示图1C所示的例子的其他变形例的图。
图1G是表示图1D所示的例子的变形例的图。
图2A是本发明的实施例1中的线圈形状的说明图。
图2B是图2A中的A部的详细视图。
图2C是沿着图2A中的B-B线的截面图。
图3A是本发明的实施例1中的线圈整体结构的说明图。
图3B是本发明的实施例1中的线圈整体结构的说明图。
图3C是本发明的实施例1中的线圈整体结构的说明图。
图4A是本发明的实施例1中的线圈端部长度的说明图。
图4B是图4A中的A部的详细视图。
图5A是本发明的实施例1中的线圈端部的尺寸关系的说明图。
图5B是本发明的实施例1中的线圈端部的尺寸关系的说明图。
图6A是本发明的实施例1中的线圈周向长度的说明图。
图6B是本发明的实施例1中的线圈周向长度的说明图。
图7是本发明的实施例1中的径向层数和尺寸关系的说明图。
图8是本发明的实施例1中的线圈外观的说明图。
图9A是本发明的实施例2中的线圈形状的说明图。
图9B是本发明的实施例2中的线圈形状的说明图。
图10是本发明的实施例3，是应用本发明的车辆的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。
在以下的说明中，对相同的构成要素赋予相同的符号。它们的名称和功能是相同的，避免重复说明。在本发明中，将“线圈”的定义设为龟甲形的一卷或波形的一个循环。例如，在将线圈卷绕4圈的结构中，表示为4圈的线圈，但在以下的说明中，为了简单，基本上以1圈的线圈(每圈线圈)为对象。
另外，在1圈线圈由多个导体构成的情况下，将各导体称为分段线圈。另外，在以下的说明中，以汽车、铁道车辆等可变速驱动的旋转电机为对象，但本发明的效果不限于此，能够适用于包括恒速的所有旋转电机。
另外，旋转机可以是感应机、永久磁铁同步机、绕组型同步机、同步磁阻旋转机、开关磁阻旋转机。另外，在以下的说明中，以内转型的旋转电机为对象，但也可以是外转型的旋转电机。
另外，线圈的材质可以是铜，也可以是铝，还可以是其他的导电材料。另外，线圈的截面形状以单一的扁线为对象进行了说明，但本发明的效果不限于此，也可以将多个圆线等排列或成形而构成为方形。
实施例
(实施例1)
以下，使用图1A～图8对本发明的实施例1进行说明。
图1A～图1G是本发明的实施例1中的旋转电机的线圈形状的说明图。图2A～图2C是本发明的实施例1中的旋转电机的线圈形状的变形例的说明图。图3A～图3C是本发明的实施例1中的线圈整体结构的说明图。图4A和图4B是本发明的实施例1的线圈端部800的线圈端部长度的说明图。图5A和图5B是本发明的实施例1的线圈端部的尺寸关系的说明图。图6A及图6B是本发明的实施例1的线圈周向长度的说明图。图7是本发明的实施例1的径向层数和尺寸关系的说明图。图8是本发明的实施例1的线圈外观的说明图。
首先，参照图1A～图1G说明本发明的实施例1中的线圈形状。
在图1A中，定子铁心10具有内转型转子(未图示)，该内转型转子在径向内周侧隔着间隙沿周向旋转自如地被支承。定子铁心10在周向上具有多个槽100、200、...，在槽100、200、...内插入、收纳有多个扁线分段线圈即第一分段线圈510、第二分段线圈520、...(以下，有时也简称为线圈))。
为了确保线圈间的绝缘，用环氧树脂等绝缘被膜涂敷线圈510、520。另外，为了确保线圈510、520和定子铁心10之间的绝缘，槽100、200具有绝缘纸或绝缘用树脂绕线管。线圈510具有：具有插入在槽100内而配置的插入部且沿轴向形成为直线状的第一区域部511、与第一区域部511相连且包括向周向弯曲的弯曲部512d而沿周向形成的第二区域部512、形成在第一区域部511的终端的端部截面513、以及形成在第二区域部512的终端的端部截面515。
同样，线圈520具有：具有向槽200插入的插入部且沿轴向形成为直线状的第一区域部521、与第一区域部521相连且包括向周向弯曲的弯曲部而沿周向形成的第二区域部522、形成于第一区域部521的终端的端部截面523、以及形成于第二区域部522的终端的端部截面525。
如图1A所示，将预先成形的线圈510、520分别从作为轴向端部的I端、II端插入。此时，如表示被图1B所示的虚线包围的A部的详图的图1C所示，插入的线圈510的第二区域部端部截面515与线圈520的第一区域部端部截面523配置在同一截面上，并且线圈510和520通过线状导电部610电连接/机械连接。
此时，线圈510的第二区域部端部截面515与线圈510的第二区域部512的垂直截面514(图1B所示)不同。另外，线状导电部610在不具有沿轴向延伸的直线部这一点上与以往的TIG焊接部不同。这样的线状导电部610通过电子束焊接或激光焊接来实现，如图1D的B-B截面所示，其特征在于，在从轴向观察线圈端部的情况下，形成沿周向延伸的焊接线。沿周向延伸的焊接线是指线状导电部610。
作为线状导电部610的替代，或者与线状导电部610一起，线圈510和520可以通过图1C的A部详图所示的面状导电部620电连接/机械连接。面状导电部620的特征在于，使线圈510的第二区域部512端部的径向内周面和线圈520的第一区域部521端部的径向外周面接触而形成。
在该情况下，也在不具有沿轴向延伸的直线部这一点上与以往的TIG焊接部不同。在面状导电部620中，线圈510和线圈520在剥离绝缘被膜的状态下，或者在确保电导通的状态下相互接触。可以在线圈510和线圈520之间插入导电膏、导电片或导电粘合剂等导电构件。除此之外，也可以在线圈510和线圈520的至少一方的端部预先实施金属电镀处理，在形成面状导电部620时通过金属电镀来提高导电性。
进一步地，作为上述的金属电镀材料，也可以使用锌或锡等熔点比较低的材料，在图1B所示的状态下进行加热处理直到金属电镀材料熔融，由此，经由金属电镀材料不仅电连接而且机械连接面状导电部620。
另外，也可以同时设置面状导电部620和线状导电部610。
在此，线圈510的第二区域部端部截面515的形状可以通过调整切断线圈510时的切断方向或切断负荷等而成形为与垂直截面514不同，也可以根据其他方法而不同。
另外，端部截面515只要配置在与线圈520的第一区域部端部截面523相同的截面上即可，不限于图1B所示的方式，也可以是其他任何方式。
例如，如图1E、图1F所示，在线圈520的端部截面523与线圈520的垂直截面不同的情况下，只要调整切断方向以使线圈510的端部截面515配置在与线圈520的端部截面523相同的截面上即可。在这种情况下，线圈510和520也通过线状导电部610和面状导电部620中的任一个或两者电连接/机械连接。
如果确保了上述那样的形态，则线圈510的端部截面515和线圈520的端部截面523也可以不一定是周向位置一致的状态，也可以如图1G所示那样位于在周向上错开的位置。在图1G中，把将端部截面515的周向宽度与线圈520的端部截面523的周向宽度wc相加并且减去两者的重叠部分的周向宽度后的长度设为wa，wc＜wa。在该状态下，线圈510和520也通过线状导电部610和面状导电部620中的任一个或两者电连接/机械连接。
因此，由于不需要防止线圈的位置偏移，所以不需要利用铆接金属配件等进行对位。
如上所述，根据本发明，由于仅将预先成形的线圈插入定子铁心10即可，所以能够解决因绝缘纸或线圈覆膜的损伤而引起绝缘不良、或因弯折角度或回弹的偏差而引起焊接不良的问题。
另外，由于在连接部分不存在沿轴向延伸的直线部，因此能够解决轴向长度增加而导致的马达体积及马达重量增加的问题。
另外，每个线圈的弯折工时为一次即可，因此能够解决在线圈成形中加工成本增加的问题。
另外，由于不需要用于防止连接部分的位置偏移的铆接金属配件，所以能够解决部件数量、作业工时增加而导致成本增加的问题。
接着，使用图2A～2C说明本发明的实施例1的变形例的线圈形状。图1A～图1G所示的例子和图2A～图2C所示的例子的不同之处在于线圈510的端部截面515的形状。
如图2B的A部详图所示，线圈510的端部截面515的周向宽度为wb，相对于线圈520的端部截面523的周向宽度wc，wc＜wb。
另一方面，在表示图2A的B-B截面的图2C中，槽100具有在旋转电机径向上排列的第一层110、第二层120、第三层130、第四层140。
第一层110出现第一分段线圈510的第二区域512，第二层120出现第二分段线圈520的第一区域部端部截面523，第三层130出现第三分段线圈530(图8所示)的第二区域532，第四层140出现第四分段线圈540(图8所示)的第一区域部端部截面543。
线圈510和520通过线状导电部610和面状导电部620中的任一个或两者电连接/机械连接。如果确保了上述那样的形态，则线圈510的端部截面515和线圈520的端部截面523也可以如图2C所示的B-B截面那样，位于在周向上错开w1的位置。
类似地，线圈530和540通过线状导电部630和面状导电部640中的任一个或两者电连接或机械连接。如果确保了上述那样的形态，则线圈530的端部截面535和线圈540的端部截面543也可以如图2C所示的B-B截面那样，位于在周向上错开w2的位置。
另外，通过在线圈520和线圈530之间设置层间空隙400，能够避免层短路。层间空隙400中也可以配置绝缘纸、绝缘片、绝缘树脂等非导电性且非磁性的材料。
另外，如果线圈520、530的绝缘被膜具有充分的绝缘强度，则也可以在层间空隙400中配置金属材料。
这样，通过使线圈510的端部截面515和线圈520的端部截面523成为wc＜wb的关系，从而不需要严格地防止线圈的位置偏移的发生，因此不需要利用铆接金属配件等进行对位。
另外，即使在配置在与线圈510、520不同的层的线圈530、540的连接中，也不需要严格地防止线圈的位置偏移的发生，因此不需要利用铆接金属配件等进行对位。
另外，由于能够在多个层兼用同一种类的线圈，所以不需要对每个层改变线圈的周向长度，能够解决部件数量增加的问题。
接着，使用图3A、图3B和图3C说明本发明的实施例1中的线圈的整体结构。图3B是从径向外周侧观察的俯视图，图3A和图3C是分别从轴向观察的侧视图。与图1A～图1G所示的例子的不同之处在于，在第一层110的周向上排列有线圈510a、510b、510c，在第二层120的周向上排列有线圈520a、520b、520c。
在I端，线圈510a和线圈520b通过线状导电部610a电连接/机械连接，线圈510b和线圈520c通过线状导电部610b电连接/机械连接。在从轴向观察I端的线圈端部的情况下，在第一层110中出现线圈510a、510b、510c的第二区域部512a、512b、512c，在第二层120中出现线圈520b、520c的第一区域部521b、521c。
另一方面，在II端，线圈520a和线圈510b通过线状导电部620a电连接/机械连接，线圈520b和线圈510c通过线状导电部620b电连接/机械连接。在从轴向观察II端的线圈端部的情况下，在第一层110中，线圈510b、510c的第一区域部511b、511c出现在作为轴向端部的II端，在第二层120中，线圈520a、520b、520c的第二区域部522a、522b、522c出现在作为轴向端部的II端。
在本发明的线圈结构中，由于像这样分段线圈510a、510b、510c配置在第一层，分段线圈520a、520b、520c配置在第二层，所以线圈不会移动到不同的层。
即，由于分段线圈在第一区域部和第二区域部之间仅具有一处弯曲部，所以在线圈成形中弯曲工序仅一次即可，能够解决加工成本增加的问题。
另外，在图3A～图3C中，线圈端部也可以通过面状导电部620(620a、620b)代替线状导电部610(610a、610b)而电连接/机械连接，也可以使用这两者。
另外，关于线圈端部的形态，也不限于图3A～3C的形态，也可以是图1A～1G、图2A～2C或其他的形态。
接着，使用图4A和图4B说明本发明的线圈端部长度。图4B是图4A所示的A部的详细视图。
在图4A和4B中，线圈510a和510b沿第一层的周向排列。线圈510a由配置在定子齿20之间的6槽的线圈构成，是相数m＝3、每相每极槽数q＝2、相对于极间距τp成为绕组跨距W＝τp的分布绕组的绕组配置。
若从图4A的左侧依次分配槽编号1～7，则插入槽1的线圈510a、u1跨越5个槽，与插入槽7的第二层的线圈520b、u1(未图示)连接。
类似地，插入槽2、3、...的线圈510a、u2、线圈510a、v1、...分别跨越五个槽，与插入槽8、9、...的第二层的线圈520b、u2、线圈520b、v1、...(未图示)连接。
从图4A可知，任一个线圈都具有相同的形状，线圈端部的轴向长度(以下简称为线圈端部长度)le也相同。跨越的槽数越多，线圈端部长度le越大。即，相数m、每相每极槽数q、绕组跨距W/τp(≤1)越大越增加。重要的是使le尽可能小，因为线圈端部长度le的增加会导致马达体积和马达重量的增加。
因此，在本发明中，如下所示，在将线圈端部长度le公式化的基础上，新发现了使线圈端部长度le最小化的尺寸条件。
首先，在线圈端部长度le的公式化时，将线圈跨越的槽数称为“轴向层数Nz”，如下式(1)那样定义。
[式1]
Figure BDA0003995723040000111
在图4A所示的例子中，Nz＝6。如图4A也可知，线圈端部长度le随着轴向层数Nz的增加而增加。
通过使用图4B的A部详图表示的尺寸关系，线圈端部长度le能够如下式(2)那样公式化。
[式2]
Figure BDA0003995723040000112
其中，wt：定子齿20的宽度，ws：槽宽度，wc：线圈宽度，wi：线圈端部的线圈彼此的间隔，β：相对于定子铁心10的轴向端面的线圈倾斜角。
另外，关于斜率β，通过使用图4B的A部详图的尺寸关系，可以用下式(3)表示。
[式3]
Figure BDA0003995723040000121
在一般的旋转电机中，由于wc≈ws、wc＞Wi的近似成立，所以如果将其应用于上述式(2)、(3)，则能够得到下式(4)、(5)。
[式4]
Figure BDA0003995723040000122
[式5]
Figure BDA0003995723040000123
由上述式(4)、(5)可知，线圈端部长度le、线圈倾斜角β是ws、wt、Nz的函数。在此，如下式(6)那样定义齿宽度wt与槽宽度ws之比rw。
[式6]
Figure BDA0003995723040000124
如果使用式(6)，则式(4)、(5)可以表示为下式(7)、(8)。
[式7]
Figure BDA0003995723040000125
[式8]
Figure BDA0003995723040000131
在式(7)、(8)中，如果相对于任意的轴向层数Nz将rw＝0.1(齿宽度wt为槽宽度ws的1/10)时的线圈端部长度le作为基准值，则相对于rw的变化，线圈端部长度le(rw)由下式(9)表示。
[式9]
Figure BDA0003995723040000132
上式(9)的左边和rw的关系如图5A所示。作为代表例，仅指示Nz＝2、Nz＝12的曲线，对于在两者的曲线之间描绘的Nz＝3、4、...11的曲线，省略了指示。
从图5A可知，rw越大，越能够减小线圈端部长度le。其中，在rw＞0.5(齿宽度wt为槽宽度ws的一半以上)的范围内，线圈端部长度le收敛于大致恒定值，该倾向在任何Nz中都相同。
另一方面，由式(8)得到的β和rw的关系如图5B所示。β与Nz无关，因为它仅是rw的函数。
由图5B可知，β随着rw的增加而减少，这有助于线圈端部长度le的减少。但是，在rw＞10(齿宽度wt为槽宽度ws的10倍以上)的范围内，β的降低倾向大致收敛，对于线圈端部长度的降低没有大的效果。
根据以上内容，在本发明中，作为能够使线圈端部长度le最小化的尺寸条件，发现了以下内容。
[式10]
Figure BDA0003995723040000141
接着，使用图6A和图6B说明本发明的实施例1中的线圈端部周向长度。
在图6A中，第一槽100由四个层构成，从径向外周侧依次配置有第一层110、第二层120、第三层130、第四层140。在第二槽200中也由四个层构成，这一点是同样的。在槽100的第一层110中插入有第一分段线圈510a的第一区域部511a(未图示)，如图6A所示，在线圈端部出现第二区域部512a和第二区域部端部截面515a。
在第二槽200的第二层中出现第二分段线圈520b的第一区域部端部截面523b。线圈510a和线圈520b通过线状导电部610电连接/机械连接。
同样地，在槽100的第三层130中插入有第三分段线圈530a的第一区域部531a(未图示)，如图6A所示，在线圈端部出现二区域部532a和第二区域部端部截面535a。
在第二槽200的第四层中出现第四分段线圈540b的第一区域部端部截面543b。线圈530a和线圈540b通过线状导电部630电连接/机械连接。
另外，在图6A中，只要能够对上述线圈配置进行讨论即可，因此省略了对其他线圈的记载。
图6B表示从径向外周侧观察图6A时的线圈510a、520b的配置。在图6B中，线圈510a的第二区域部512a的端部截面515a的周向宽度为wb，相对于线圈520b的周向宽度wc为wc＜wb。线圈510a的第二区域部512a相对于定子铁心10的轴向端面倾斜角度β。
如图6A和图6B所示，线圈510a的端部截面515a的右端和线圈520b的端部截面523b的右端配置成周向位置一致。此时，线状导电部610的周向宽度与线圈520b的周向宽度wc相等。
另一方面，由于线圈530a和线圈510a为相同形状，所以如图6A所示，线圈530a的端部截面535a的右端与线圈540b的端部截面543b的右端周向位置不一致。在该状态下，为了实现线圈连接部的接触电阻抑制和电阻偏差抑制，重要的是将线状导电部630的周向宽度维持为与线圈540b的周向宽度wc相等。
因此，在本发明的实施例1中，如下所示，新发现了不依赖于槽内的径向位置，在任一个线圈连接部中线状导电部的周向宽度都与线圈宽度wc相等的尺寸条件。
首先，通过使用图6B所示的尺寸关系，可以如下式(11)那样定义wb的最大值。
[式11]
Figure BDA0003995723040000151
wb的大小例如可以通过做成图2B所示的A部详图那样的形状来减小，最大的是如图6B所示那样端部截面515a右端成为锐角时。
另外，图6A所示的第一槽100和第二槽200的周向距离θr可以定义为下式(12)。
[式12]
Figure BDA0003995723040000152
其中，在式(12)中，P是极数，m是相数，q是每相每极槽数，τp是极间距，W是绕组跨距。
图6B所示的第一层110的线圈510a的周向长度wθ通过使用图6A所示的尺寸关系，由下式(13)表示。
[式13]
wθ＝θr·(Rs-wh)+wc (13)
其中，在式(13)中，Rs是槽半径，wh是线圈厚度，wc是线圈宽度。
在本发明的实施例1中，由于使第一层110的线圈510a、第三层130的线圈530a各自的周向长度wθ1、wθ3相等，所以下式(14)成立。
[式14]
wθ1＝wθ3＝wθ (14)
在这种情况下，在第二槽200中，为了将线状导电部630的周向宽度维持为与线圈540b的周向宽度wc相等，只要线圈530a的端部截面535a的左端位于比线圈540b的端部截面543b左端靠左侧的位置即可，只要满足下式(15)即可。
[式15]
wθ-wb≤θr·(Rs-3wh) (15)
在上述式(15)中，左边表示以线圈530a的周向左端为起点到端部截面535a的左端为止的周向长度，右边表示以线圈530a的周向左端为起点到线圈540b的端部截面543b的左端为止的周向长度。
如果满足式(15)的关系，则成为端部截面540b必定收纳在端部截面535a的周向宽度wb的范围内的结构，所以能够将线状导电部630的周向宽度维持为与线圈540b的周向宽度wc相等，能够实现线圈连接部的接触电阻的抑制和电阻偏差的抑制。
在式(15)中代入式(13)，并且在径向层数Nr的情况下进行一般化，则得到下式(16)。
[式16]
θr·(Rs-wh)+wc-wb≤θr{Rs-(Nr-1)·wh} (16)
对wb整理式(16)，得到下式(17)。
[式17]
wb≥θr·(Nr-2)·wh+wc (17)
根据式(11)、(12)和(16)，不依赖于槽内的径向位置，在任一个线圈连接部中，线状导电部的周向宽度与线圈宽度wc相等的尺寸条件都可以定义为下式(18)。
[式18]
Figure BDA0003995723040000171
由此，能够实现线圈连接部的接触电阻的抑制和电阻偏差的抑制，并且能够在多个层兼用同一种类的线圈，因此，不需要对每个层改变线圈的周向长度，能够解决部件数量增加的问题。
接着，以下，以提高设计自由度为目的，新发现了线圈截面纵横比wh/wc(线圈厚度：线圈宽度的比)的最佳条件。
首先，在上述式(18)中，将各边除以线圈宽度wc，得到下式(19)。
[数19]
Figure BDA0003995723040000172
根据上述式(6)、(8)及(10)和图5B，在本发明的实施例1中，齿宽度wt与槽宽度ws之比rw取上限值(rw＝10)时，β为最小值(β＝0.091rad＝5.2deg.)。
此时，式(19)的右边1/sinβ为最大值11。因此，关于式(19)的左边，下式(20)成立。
[数20]
Figure BDA0003995723040000181
对径向层数Nr整理上述式(20)，得到下式(21)。
[式21]
Figure BDA0003995723040000182
由上述式(21)可知，径向层数Nr的上限值成为极数P、线圈截面纵横比wh/wc的函数。图7是表示任意极数P下的径向层数Nr与wh/wc的关系的曲线图。在图7中作为代表例表示极数P＝2、4、8、16、32、64的情况。
在图7中，表示在任意的极数P中，只要是比图示的曲线小的径向层数Nr，就能够选择为设计值。即，随着纵横比wh/wc的增加，可选择的Nr的范围变小。
另外，可知极数P越小，可选择的Nr的范围越小。
一般，在马达设计中，为了应对各种顾客需求(这里特别是电压、电流的规格)，重要的是调整径向层数Nr。因此，优选将径向层数Nr的上限值设定为较高的水平，提高设计自由度。
以该观点观察图7，在纵横比wh/wc＞1的范围内，径向层数Nr大致收敛于下限值，成为设计自由度低的状态。
根据以上内容，在本发明的实施例1中，作为能够提高设计自由度的尺寸条件，发现了下式(22)表示的条件。
[式22]
Figure BDA0003995723040000191
在本实施例1的最后，用图8说明本发明的实施例1中的线圈外观。
图8是表示插入到沿周向排列的多个槽(未图示)中的多个分段线圈的图。
在图8中，每个槽具有四个径向排列的层。在I端，在第一层中出现第一分段线圈510的第二区域部512，在第二层中出现第二分段线圈520的第一区域部521，在第三层中出现第三分段线圈530的第二区域部532，在第四层中出现第四分段线圈540的第一区域部541。另一方面，在II端，在第一层出现第一分段线圈510的第一区域部511，在第二层出现第二分段线圈520的第二区域部522，在第三层出现第三分段线圈530的第一区域部531，在第四层出现第四分段线圈540的第二区域部542。
这样，在本发明的实施例1的结构中，线圈不会移动到不同的层。另外，没有将线圈插入槽中后的弯折加工等工序。因此，能够非常容易地实施线圈组装作业。
即，根据本发明的实施例1，不会导致体积和成本的增加，能够实现高效率且可靠性高的旋转电机以及旋转电机的制造方法。
另外，配置在多个层110～140中的多个扁线分段线圈510、520、530、540中的至少两个能够构成为具有相同形状。
(实施例2)
接着，使用图9A和图9B说明本发明的实施例2。
图9A及图9B是本发明的实施例2中的线圈形状的说明图，与实施例1的不同之处在于线圈端部的形状，是与表示实施例1的图3B及图3C对应的图。
着眼于图9A和图9B的线圈510b，第二区域部512b由沿从定子铁心10向轴向远离的方向厚度变小的第三区域部516b构成。在设第二区域部512b的线圈宽度为w1、相对于定子铁心轴向端面的倾斜角为θ1时，第三区域部516b的线圈宽度w2、倾斜角θ2分别满足下式(23)和(24)的关系。
[式23]
w1＞w2 (23)
[式24]
θ1＞θ2 (24)
其他的线圈也是同样的结构。
通过这样的结构，能够减小线圈端部的轴向长度，图9A所示的L2比图3B所示的L1小。
作为第三区域部516b的加工方法，可以通过挤压成形或拉拔加工来成形线圈线材，也可以仅将该部切削成w2的宽度。另外，在图9中，在第二区域部512b和第三区域部516b之间设置有角状的弯曲部，但也可以是在圆弧上平滑地弯曲的结构。另外，上述弯曲部也可以在每一个分段线圈中有两处以上。
根据实施例2，除了能够得到与实施例1相同的效果之外，还能够减小线圈端部的轴向长度。
另外，在图9A中，第三区域部516a、第三区域部516c、第三区域部526a、第三区域部526b、第三区域部526c也成为与第三区域部516b相同的形状。
(实施例3)
接着，使用图10说明本发明的实施例3。图10是本发明的实施例3中的车辆700的说明图。
在图10所示的旋转电机751、752中应用本发明的实施例1或实施例2。车辆700是指例如混合动力汽车、插电式混合动力汽车，搭载有发动机760、旋转电机751、752和电池780。
电池780在驱动旋转电机751、752时，向驱动用的电力变换装置770(逆变器装置)供给直流电力。电力变换装置770将来自电池780的直流电力变换为交流电力，并将该交流电力分别提供给旋转电机751、752。
另外，在再生行驶时，旋转电机751、752根据车辆700的动能产生交流电力并提供给电力变换装置770。电力变换装置770将来自旋转电机751、752的交流电变换为直流电，并将该直流电提供给电池780。
由发动机760和旋转电机751、752产生的旋转转矩经由变速器740、差速齿轮730和车轴720传递到车轮710。
通常，要求汽车在坡道起步时的低速大转矩、在高速公路上的高速低转矩、在街上的中速中转矩等宽的运转范围。在这样宽的运转范围内，能够在旋转电机751、752中进行高效率的运转。此外，由于减少了热损失，所以能够提高车辆700的安全性和长寿命化。另外，能够延长车辆700的续航距离。
另外，即使在不具备发动机760而仅由旋转电机751、752的动力驱动的电动汽车中，通过应用本发明的实施例1或实施例2的旋转电机也能够得到同样的效果。
符号说明
10…定子铁心，20…定子齿，100…第一槽，110…第一层，120…第二层，130…第三层，140…第四层，200…第二槽，400…层间空隙，510…第一分段线圈，511…第一区域部，512…第二区域部，512d…弯曲部，513…端部截面，514…垂直截面，515…端部截面，516b…第三区域部，520…第二分段线圈，521…第一区域部，522…第二区域部，523…端部截面，525…端部截面，526a…第三区域部，530…第三分段线圈，531…第一区域部，532…第二区域部，535…端部截面，540…第四分段线圈，541…第一区域部，542…第二区域部，543…端部截面，610、630…线状导电部，620…面状导电部，700…车辆，710…车轮，720…车轴，730差速齿轮，740…变速器，751、752…旋转电机，760…发动机，770…电力变换装置，780…电池。

Claims (12)

1.一种旋转电机，其具备多个扁线分段线圈和具有收纳所述多个扁线分段线圈的槽的定子铁心，所述旋转电机的特征在于，
所述槽具有在所述旋转电机的径向上排列的多个层，
所述多个扁线分段线圈分别具有：第一区域部，其具有配置在所述槽内的插入部，并且沿着所述旋转电机的轴向形成为直线状；以及第二区域部，其与所述第一区域部相连，且包括向所述定子铁心的周向弯曲的弯曲部而沿着周向形成，
在所述多个扁线分段线圈的线圈端部，相邻的一对所述扁线分段线圈具有导电部，该导电部连接一方的所述扁线分段线圈的所述第一区域部和另一方的所述扁线分段线圈的所述第二区域部，
在所述导电部中，所述第二区域部具有与所述第一区域部的端部截面在同一面上排列的导电部截面，并且所述导电部截面是与所述第二区域部的线圈垂直截面不同的方向的截面，
当从所述旋转电机的轴向观察所述线圈端部时，所述多个层分别具有所述第一区域部在轴向端部出现的第一层和所述第二区域部在轴向端部出现的第二层。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
当从所述旋转电机的轴向观察所述线圈端部时，所述导电部由在所述旋转电机的周向上延伸的焊接线、以及所述第二区域部的径向面与所述第一区域部的径向面的接触而形成，或者所述导电部通过所述焊接线、或者所述第二区域部的径向面与所述第一区域部的所述径向面的接触中的某一者而形成。
3.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
在所述导电部中，
所述第一区域部的端部截面具有wc的大小的周向宽度，
把将所述wc与所述第二区域部的端部截面的周向宽度相加且减去所述第一区域部的端部截面与所述第二区域部的端部截面在径方向上重叠的部分的周向宽度后的长度设为wa，则wc＜wa，或者，
所述第二区域部的端部截面具有wb的大小的周向宽度，
相对于所述wc，成为wc＜wb，或者成为wc＜wa且wc＜wb。
4.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
配置在所述多个层中的所述多个扁线分段线圈中的至少两个具有相同的形状。
5.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述定子铁心具有沿所述旋转电机的周向排列的多个定子齿，
所述定子齿具有周向宽度wt，
所述槽具有周向宽度ws，
在所述周向宽度wt和所述周向宽度ws之间，0.5≤(wt/ws)≤10的关系成立。
6.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述旋转电机具有极数P、极间距τp、绕组跨距W、径向层数Nr、线圈厚度wh、线圈宽度wc、相对于所述定子铁心的轴向端面的线圈倾斜角β，所述第二区域部的端部截面具有wb的大小的周向宽度，
在与所述wb之间，(W·2π)/(τp·P)·(Nr-2)·wh+wc≤wb≤wc/sinβ的关系成立。
7.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，
对于所述径向层数Nr，Nr＜((10·P)/((W/τp)·2π))·(1/(wh/wc))+2的关系成立。
8.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述旋转电机具有线圈厚度wh、线圈宽度wc，
在所述线圈厚度wh和所述线圈宽度wc之间，0＜(wh/wc)≤1的关系成立。
9.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
所述第二区域部具有第三区域部，该第三区域部的线圈宽度沿着从所述定子铁心向所述旋转电机的轴向远离的方向变小。
10.根据权利要求9所述的旋转电机，其特征在于，
所述第二区域部相对于所述定子铁心的轴向端面倾斜了倾斜角θ1，
所述第三区域部相对于所述定子铁心的轴向端面倾斜了倾斜角θ2，
所述倾斜角θ1和所述倾斜角θ2满足倾斜角θ1＞倾斜角θ2的关系。
11.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，
用于车辆的所述旋转电机，
所述车辆具备：旋转电机；电池；以及电力变换装置，其将所述电池的直流电力变换为交流电力，并将所述交流电力供给到所述旋转电机，
所述旋转电机的转矩经由变速器传递到车轮。
12.一种旋转电机的制造方法，该旋转电机具备多个扁线分段线圈和具有收纳所述多个扁线分段线圈的槽的定子铁心，该旋转电机的制造方法的特征在于，
所述槽具有在所述旋转电机的径向上排列的多个层，
所述多个扁线分段线圈分别具有配置在所述槽内的插入部，并且沿着所述旋转电机的轴向直线状地形成第一区域部，
沿着周向形成第二区域部，该第二区域部与所述第一区域部相连，且包括向所述定子铁心的周向弯曲的弯曲部，
在所述多个扁线分段线圈的线圈端部，相邻的一对所述扁线分段线圈具有导电部，该导电部连接一方的所述扁线分段线圈的所述第一区域部和另一方的所述扁线分段线圈的所述第二区域部，
在所述导电部中，所述第二区域部具有与所述第一区域部的端部截面在同一面上排列的导电部截面，并且所述导电部截面是与所述第二区域部的线圈垂直截面不同的方向的截面，
当从所述旋转电机的轴向观察所述线圈端部时，所述多个层分别具有所述第一区域部在轴向端部出现的第一层和所述第二区域部在轴向端部出现的第二层。
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