CN116235392A - 电磁部件的绕组、旋转电机的定子、旋转电机和车轮 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提供一种能够提高线圈端的接合品质并能够使组装工序简化的电磁部件的绕组、旋转电机的定子、旋转电机和车轮。电磁部件的绕组包括第一导体(3)和与第一导体(3)电连接的第二导体(4)。第一导体(3)和第二导体(4)被固定在电磁部件内。第一导体(3)和第二导体(4)中的至少一者具有弯曲部(10)。第一导体(3)被弯曲部(10)的残留应力引起的复原力(12)加压而与第二导体(4)紧密接触。

Description

电磁部件的绕组、旋转电机的定子、旋转电机和车轮

技术领域

本发明涉及电磁部件的绕组、旋转电机的定子、旋转电机和车轮。

背景技术

xEV(电动车：电动车、插电式混合动力车、混合动力车、氢燃料电池车等)的驱动电动机中，因为要求高转矩，所以需要在电动机绕组中流通大电流。此时，为了减少铜损而使用能够提高槽内占积率并抑制导体电阻的方线。

在线圈端形成工序中，将分段线圈插入定子槽中并进行焊接或软钎焊。但是，在焊接中担心因线圈之间按压不足而引起焊接不良，在软钎焊等异种金属接合中担心熔解时的热导致线圈弯曲部因残留应力而变形而引起接合不良。因此，通过铆接(例如参考专利文献1)或夹具等将线圈之间压紧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-037131号公报

发明内容

发明要解决的课题

如专利文献1中所公开的技术中，能够提高线圈端的接合品质。但是，部件个数和作业工作量增加，因此存在不能使组装工序简化的问题。

本发明目的在于提供一种能够提高线圈端的接合品质、同时使组装工序简化的电磁部件的绕组、旋转电机的定子、旋转电机和车轮。

用于解决课题的技术方案

为了达成上述目的，本发明包括第一导体和与所述第一导体电连接的第二导体，所述第一导体和所述第二导体被固定在电磁部件内，所述第一导体和所述第二导体中的至少一者具有弯曲部，所述第一导体被所述弯曲部的残留应力引起的复原力加压而与所述第二导体紧密接触。

发明效果

根据本发明，能够提高线圈端的接合品质，同时使组装工序简化。上述以外的课题、结构和效果，将通过以下实施方式的说明而说明。

附图说明

图1是本实施方式的包括绕组的电磁部件的主要部分立体图。

图2是从电动机(旋转电机)的轴向观察构成绕组的分段线圈(第一导体)和分段线圈(第二导体)的图。

图3A是表示弯曲部的形状是圆弧的例子的图。

图3B是表示弯曲部的形状是弯角(倒V字状)的例子的图。

图4A是复原力的说明图。

图4B是压紧力的说明图。

图5是弯曲部的放大图。

图6A是用于说明多个分段线圈的位置关系的图。

图6B是从轴向观察图6A所示的多个分段线圈的图。

图7是用于说明2个弯曲部的图。

图8是残留应力的大小关系的说明图。

图9是2个弯曲部的相对位置的说明图。

图10是2个弯曲部的相对位置的说明图。

图11是多个分段线圈的位置关系的说明图。

图12A是多个分段线圈的位置关系的说明图。

图12B是定子的局部放大立体图，表示多个分段线圈的位置关系。

图13是多个分段线圈的位置关系的说明图。

图14是多个分段线圈的位置关系的说明图。

图15是插入部的周向长度的说明图。

图16是表示弯曲部与旋转轴大致平行的图。

图17是焊接的说明图。

图18A是表示线圈的制作方法的图，示出了板材的冲压成型。

图18B是表示线圈的制作方法的图，示出了扁平电磁线的弯曲。

图19是本实施方式的包括使用绕组的电动机(旋转电机)的车轮的立体图。

具体实施方式

以下，使用附图说明本实施方式的绕组的结构。绕组被用于变压器、发电机、电动机等电磁部件。另外，各图中，同一附图标记表示同一部分。

首先，使用图1说明绕组15的周边的结构。图1是表示本实施方式的包括绕组15的电磁部件的主要部分立体图。图1的例子中，电磁部件是电动机(旋转电机)的定子14。定子14包括定子芯体2(芯体)和绕组15。绕组15包括分段线圈3(第一导体)和分段线圈4(第二导体)。

(绕组的结构)图2是从电动机(旋转电机)的轴向观察构成绕组15的分段线圈3(第一导体)和分段线圈4(第二导体)的图。

定子(电磁部件)中，将分段线圈3(第一导体)与分段线圈4(第二导体)电连接。分段线圈3(第一导体)和分段线圈4(第二导体)被固定在定子(电磁部件)内。分段线圈3(第一导体)和分段线圈4(第二导体)中的至少一者具有弯曲部10。

利用弯曲部10所具有的残留应力引起的复原力12进行加压，使分段线圈3(第一导体)的连接部6与分段线圈4(第二导体)的插入部11紧密接触。结果，压紧力13经由连接面9从分段线圈3(第一导体)向分段线圈4(第二导体)传递。

在弯曲部10中，存在将连接部6向分段线圈4(第二导体)压紧的方向的残留应力σ1。温度上升时产生向释放残留应力σ1的方向变形的复原力12，所以因残留应力σ1引起的复原力12，分段线圈3(第一导体)的连接部6被压紧于分段线圈4(第二导体)的插入部11。

另外，分段线圈3(第一导体)在弯曲部10与插入部5之间具有中间部7(第一中间部)，在弯曲部10与连接部6之间具有中间部8(第二中间部)。分段线圈3(第一导体)的插入部5在定子(电磁部件)内被固定。

连接面9是将分段线圈3(第一导体)与分段线圈4(第二导体)电连接的面。分段线圈3(第一导体)与分段线圈4(第二导体)是以不干涉且不隔开间隙的尺寸关系为目标制作的，通过复原力12将连接部6压紧于插入部11。

弯曲部10只要从平板起弯曲即可，弯曲半径(R)的大小可以是任意的。即也可以是圆弧。因为利用残留应力引起的复原力，所以距离分段线圈3(第一导体)的插入部5(固定部)最近的弯曲部10向分段线圈4(第二导体)一侧凸出。

(定子的结构)旋转电机的定子14如图1所示，包括形成有槽1的定子芯体2(芯体)和插入槽1中的具有矩形截面的多个分段线圈3、4(线圈)。多个分段线圈3(线圈)如图2所示，具有插入槽1中的插入部5、与多个分段线圈3、4(线圈)中的其他分段线圈4(线圈)电连接的连接部6、以及形成在插入部5与连接部6之间的中间部(整体)。另外，中间部(整体)包括中间部7(第一中间部)和中间部8(第二中间部)。

在连接部6上，形成有在电动机(旋转电机)的径向上与其他分段线圈4(线圈)相对的连接面9。中间部(整体)在从电动机(旋转电机)的旋转轴方向(轴向)观察时具有至少1个弯曲部10。最靠近插入部5的弯曲部10在其他分段线圈4(线圈)一侧形成凸起。

(结构的详情)如图3A所示，从电动机(旋转电机)的轴向观察的弯曲部10的形状可以是圆弧。另外，如图3B所示，从电动机(旋转电机)的轴向观察的弯曲部10的形状也可以是弯角(倒V字状)。

图4A所示的复原力12是要向释放使弯曲部10弯曲时的残留应力σ1的方向变形的力，具有加热或被施加外力而在时间经过时要恢复为平直的性质。图4B所示的压紧力13是通过残留应力σ1引起的复原力12、以弯曲部10为支点将连接部6压紧于分段线圈4(第二导体)的插入部11的力。

弯曲部10的凸形状因残留应力σ1引起的复原力12而要恢复为原本的弯曲加工前的平板时，连接部6被压紧于插入部11，焊接等的熔敷接合易于进行。焊接部在未紧密接触时易于发生接合不良。弯曲部10必须向分段线圈4(第二导体)的插入部11的方向凸出。

图4A所示的中间部7(第一中间部)位于插入部5与弯曲部10之间，并不移动。中间部8(第二中间部)位于弯曲部10与连接部6之间，与连接部6一起向分段线圈4(第二导体)的插入部11的方向移动。

图5是弯曲部10的放大图。拉伸应力在弯曲部10的弯曲外侧产生。越靠外侧应力越大，是塑性变形区域，在中立面附近也存在弹性区域。因为被拉伸，所以具有要收缩的性质。压缩应力在弯曲部10的弯曲内侧产生。越是内侧应力越大，是塑性变形区域，在中立面附近也存在弹性区域。因为被压扁，所以具有要伸长的性质。中立面是拉伸应力与压缩应力切换的应力为零的面。实际上，外侧伸长而存在材料不足的倾向，内侧存在材料过剩的倾向，因此弯曲的程度越强(板厚大，弯曲半径R小)，中立面越向与板厚中心相比的内侧移动。

如图6A、图6B所示，电动机(旋转电机)的定子14中包括的多个分段线圈包括能够插入槽1(第一槽)中的分段线圈3(第一线圈)和能够插入与槽1(第一槽)在周向上相邻的槽1(第二槽)中的分段线圈4(第二线圈)。

弯曲部10形成在相对于分段线圈3(第一线圈)的插入部5和分段线圈4(第二线圈)的插入部11距离相等、或者与分段线圈4(第二线圈)的插入部11相比更靠近分段线圈3(第一线圈)的插入部5的位置。

因为弯曲部10作为支点、连接部6旋转移动，所以臂的长度L2更长时，能够以更小的旋转角度确保连接部6的移动量。另外，如果连接部6与分段线圈4(第二线圈)的间隙相同，则臂的长度L2越短，旋转角度越大，因此连接部6倾斜，连接面9难以面接触。这易于成为焊接不良的原因。所以，臂的长度L2优选较长，因此限定为L2≥L1。该范围外也并非没有效果。

另外，将定子芯体2的相邻的槽1的分段线圈之间连接，但如果具有弯曲点，则也可以跳过槽1地连接。图6A、6B是设置有1个弯曲点的例子，因此并非同一层的连接，但也可以设置多个弯曲点而将同一层连接。

如图7所示，多个分段线圈(线圈)包括能够插入槽1(第一槽)的分段线圈3(第一线圈)和能够插入与槽1(第一槽)在周向上相邻的槽1(第二槽)的分段线圈4(第二线圈)。

弯曲部包括形成在靠近分段线圈3(第一线圈)的插入部5的一侧且成为向分段线圈4(第二线圈)一侧凸出的形状的弯曲部10(第一弯曲部)、以及形成在靠近分段线圈4(第二线圈)的插入部11的一侧且成为向与弯曲部10(第一弯曲部)相反的一侧凸出的形状的弯曲部10(第二弯曲部)。

图8是用于说明残留应力的大小关系的图。残留应力增大的条件是以下的(i)～(iv)。(i)板厚越薄则越大。(ii)材料的拉伸强度越大则越大。(iii)弯曲角度越大则越大。(iv)弯曲半径(R)越大则越大。

在分段线圈4(第二线圈)的插入部11的内周侧配置分段线圈3(第一线圈)的连接部6时，以下关系成立。

第一弯曲部的弯曲角度θ1>第二弯曲部的弯曲角度θ2

第一弯曲部的残留应力σ1>第二弯曲部的残留应力σ2

将分段线圈3(第一线圈)的插入部5作为固定点时，因σ1与σ2的差而残留有要使分段线圈3(第一线圈)的连接部6向外周方向变形的应力。因为该应力，分段线圈3(第一线圈)的连接部6被压紧于分段线圈4(第二线圈)的插入部11。

如图9所示，弯曲部10(第一弯曲部)和弯曲部10(第二弯曲部)形成为这些弯曲部之间的距离L2大于弯曲部10(第一弯曲部)与分段线圈3(第一线圈)的插入部5之间的距离L1。

因为弯曲部10(第一弯曲部)作为支点、连接部6旋转移动，所以臂的长度L2较长时能够以更小的旋转角度确保连接部6的移动量。另外，如果连接部6与分段线圈4(第二线圈)的间隙相同，则臂的长度L2越短旋转角度越大，因此连接部6倾斜，连接面9难以面接触。这易于成为焊接不良的原因。所以，臂的长度L2优选较长，因此限定为L2≥L1。该范围外也并非没有效果。

如图10所示，弯曲部10(第一弯曲部)和弯曲部10(第二弯曲部)形成为这些弯曲部之间的距离L2大于分段线圈4(第二线圈)的插入部11与弯曲部10(第二弯曲部)的距离L3。

弯曲部10(第一弯曲部)向使连接部6靠近分段线圈4(第二线圈)的方向变形，弯曲部10(第二弯曲部)向相反方向凸出，向使连接部6远离分段线圈4(第二线圈)的方向变形。

弯曲部10(第一弯曲部)的臂的长度L2+L3较长是较好的，弯曲部10(第二弯曲部)的臂的长度L3较短是较好的。如果较长，则连接部6远离分段线圈4(第二线圈)的方向的变形会增大。所以，弯曲部10(第二弯曲部)的臂的长度L3优选较短，因此限定为L2≥L3。该范围外也并非没有效果。

如图11～图14所示，分段线圈3(第一线圈)具有在电动机(旋转电机)的旋转轴方向上位置不同的2处以上的弯曲部10。分段线圈3(第一线圈)被插入第一槽的第一层，分段线圈4(第二线圈)被插入第二槽中。绕组15具有被插入与分段线圈4(第二线圈)相同的第二槽的、与分段线圈4(第二线圈)在电动机(旋转电机)的径向上相邻的层的分段线圈4_1(第三线圈)。

分段线圈3(第一线圈)的连接部6与分段线圈4_1(第三线圈)的插入部11_1位于同一层，并且配置在图11所示的旋转轴方向外侧。

要在同一层形成连接部6时，必须将导体板厚分别加工为1/2。但是，如果使弯曲部10在轴向上错开，将分段线圈3(第一线圈)的连接部6与分段线圈4_1(第三线圈)的插入部11_1配置在同一层，则无需将板厚加工为1/2就能够抑制径向尺寸。但是，弱点是轴向的尺寸增大。

另外，第二槽是供分段线圈4(第二线圈)和分段线圈4_1(第三线圈)插入的槽。但是，第二槽并不需要与第一槽相邻。层是槽内的线圈位置。图11的例子中，存在第一层～第六层共计6层。

如图15所示，接合部端面形成在与电动机(旋转电机)的旋转轴大致垂直的方向上。分段线圈3(第一线圈)的连接部6的周向长度长于比分段线圈4(第二线圈)的插入部11的周向长度。

如果接合部端面与旋转轴垂直，且与分段线圈4(第二线圈)的插入部11(固定在槽中)相比、分段线圈3(第一线圈)的连接部6的周向长度更长，则即使分段线圈3(第一线圈)的连接部6在周向上错开也能够确保接合部。由此，能够吸收部件公差和组装公差。

另外，电动机(旋转电机)的线圈一般在径向上使多层重叠(卷绕多匝)，内周侧的线圈与外周侧的线圈中周长不同，因此线圈间距离产生差异，需要采用不同的部件。本实施方式中，如果使长度差异大于周长差异则能够采用同一部件。这有助于减少模具数量、因同一部件数量增加引起的批量生产效果而使成本降低等。

如图16所示，弯曲部10构成为与旋转轴大致平行。如果采用与旋转轴平行地弯折的结构，则能够使分段线圈4(第二线圈)的插入部11与分段线圈3(第一线圈)的连接部6的面相对简单地平行而面接触。

即使相对于旋转轴具有角度地弯折也能够面接触，但会成为3D(立体)的扭转形状，因此制造难度提高。

如果接合部良好地面接触，则焊接的接合品质提高，并且也能够应对焊接以外的软钎焊和硬钎焊等异种金属接合。

如图17所示，分段线圈3(第一线圈)和分段线圈4(第二线圈)例如通过射束焊接而固定。射束焊接是电子束焊接(EBW：Electron Beam Welding)、激光焊接等高能量密度焊接。因为能够用较窄的宽度实现较深的熔透，所以即使是扁平截面线圈也能够从侧面进行焊接。因为能够点状地加热熔化，所以变形相对较少，即使是薄板也能够进行焊接。

另外，也可以使用TIG焊接等电弧焊接、EBW等射束焊接等焊接，也可以使用软钎焊或硬钎焊。焊接的焊透深度达到与板厚相同程度以上即可。本发明人等通过实测确认了不存在电阻降低的情况。线圈的材料是铜的情况较多，但也可以是铝等导电体。也可以是铜与铝等的异种金属接合。

(线圈的制造方法)图18A、18B是用于说明分段线圈3(第一线圈)的制造方法的图。分段线圈3(第一线圈)例如通过板材的冲压成型(参考图18A)、扁平电磁线的弯曲(参考图18B)而制造。另外，分段线圈4(第二线圈)、分段线圈4_1(第三线圈)等线圈的制造方法也是同样的。

对于线圈，可以使用板材的冲压，也可以使用扁平线的弯曲。线圈可以是非复合材料，也可以是带有绝缘膜的电磁线。

(轮内电机)图19是本实施方式的包括使用绕组15的电动机(旋转电机)16的车轮17的立体图。该例中，将外转子型电动机作为轮内电机16组装在车轮17内。但是，电动机16不限定于外转子型，也可以是内转子型的。矩形截面的扁平线圈从旋转轴方向插入定子芯体2的槽1中，在槽1内被固定。

线圈可以是1层的，也可以是多层的。图19的例子中，线圈是6层的。线圈的连接部从轴向通过电子束焊接(EBW)、激光焊接等射束焊接或TIG焊接等而接合。也可以使用软钎焊或硬钎焊。

如以上所说明，根据本实施方式，能够提高线圈端的接合品质，并且使组装工序简化。

另外，本发明不限定于上述实施方式，包括各种变形例。例如，上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的全部结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

另外，本发明的实施方式也可以是以下方式。

(2).一种具有(a)形成有槽的芯体和(b)能够插入上述槽的具有矩形截面的多个线圈的旋转电机的定子，其是旋转电机的定子：下述(c)上述多个线圈包括能够插入上述槽的插入部5、(d)与上述多个线圈中的其他线圈的插入部11电连接的连接部6、以及(e)形成在上述插入部与连接部之间的中间部7，(f)上述连接部形成有在上述旋转电机的径向上与上述其他线圈相对的连接面9，(g)上述中间部从上述旋转电机的旋转轴方向观察时具有至少1个弯曲部10，(h)最靠近上述插入部的上述弯曲部在上述其他线圈一侧形成凸起的(i)旋转电机的定子。

(3).在(2)所述的旋转电机的定子中，上述多个线圈包括能够插入第一槽的第一线圈和能够插入与该第一槽在周向上相邻的第二槽的第二线圈，将上述第一线圈的中间部与上述第二线圈的连接部定义为第一连接部，上述弯曲部形成在相对于上述第一线圈的插入部和上述第二线圈的插入部距离相等或者与上述第一连接部相比更靠近上述第一线圈的插入部的位置。

(4).在(2)所述的旋转电机的定子中，上述多个线圈包括能够插入第一槽的第一线圈和能够插入与该第一槽在周向上相邻的第二槽的第二线圈，将上述第一线圈的中间部与上述第二线圈的连接部定义为第一连接部，上述弯曲部包括形成在靠近上述第一线圈的插入部的一侧且成为向上述第二线圈一侧凸出的形状的第一弯曲部、以及形成在靠近上述第一连接部的一侧且成为向与上述第一弯曲部相反的一侧凸出的形状的第二弯曲部。

(6).在(4)所述的旋转电机的定子中，上述第一弯曲部和上述第二弯曲部形成为该弯曲部之间的距离大于该第二弯曲部与上述第一连接部的距离。

附图标记说明

1…槽，2…定子芯体，3…分段线圈，4…分段线圈，4_1…分段线圈，5…插入部，6…连接部，7…中间部(第一中间部)，8…中间部(第二中间部)，9…连接面，10…弯曲部，11…插入部，11_1…插入部，12…复原力，13…压紧力，14…定子(电磁部件)，15…绕组，16…电动机(旋转电机)，17…车轮。

Claims (11)

1.一种电磁部件的绕组，其特征在于：

包括第一导体和与所述第一导体电连接的第二导体，

所述第一导体和所述第二导体被固定在电磁部件内，

所述第一导体和所述第二导体中的至少一者具有弯曲部，

所述第一导体被所述弯曲部的残留应力引起的复原力加压而与所述第二导体紧密接触。

2.一种旋转电机的定子，其特征在于：

包括权利要求1所述的绕组，

所述第一导体和所述第二导体是线圈，

所述定子包括形成有槽的芯体和能够插入所述槽中的具有矩形截面的多个所述线圈，

所述线圈包括能够插入所述槽的插入部、与其他的所述线圈电连接的连接部、以及形成在所述插入部与所述连接部之间的中间部，

所述连接部形成有在所述旋转电机的径向上与其他的所述线圈相对的连接面，

所述中间部，从所述旋转电机的轴向观察时具有至少1个弯曲部，且最靠近所述插入部的所述弯曲部在其他的所述线圈一侧形成凸起。

3.如权利要求2所述的旋转电机的定子，其特征在于：

多个线圈包括能够插入第一槽的第一线圈和能够插入与所述第一槽在周向上相邻的第二槽的第二线圈，

所述弯曲部，形成在跟所述第一线圈的插入部和所述第二线圈的插入部的距离相等、或者与所述第二线圈的插入部相比更靠近所述第一线圈的插入部的位置。

4.如权利要求2所述的旋转电机的定子，其特征在于：

多个所述线圈包括能够插入第一槽的第一线圈和能够插入与所述第一槽在周向上相邻的第二槽的第二线圈，

所述弯曲部包括：

形成在靠近所述第一线圈的插入部的一侧的、成为向所述第二线圈一侧凸出的形状的第一弯曲部；和

形成在接近所述第二线圈的插入部的一侧的、成为向与所述第一弯曲部相反的一侧凸出的形状的第二弯曲部。

5.如权利要求4所述的旋转电机的定子，其特征在于：

所述第一弯曲部和所述第二弯曲部形成为，所述第一弯曲部与所述第二弯曲部之间的距离大于所述第一弯曲部与所述第一线圈的所述插入部之间的距离。

6.如权利要求4所述的旋转电机的定子，其特征在于：

所述第一弯曲部和所述第二弯曲部形成为，所述第一弯曲部与所述第二弯曲部之间的距离大于所述第二线圈的插入部与所述第二弯曲部的距离。

7.如权利要求3所述的旋转电机的定子，其特征在于：

多个所述线圈包括第三线圈，

所述第一线圈，具有在所述旋转电机的旋转轴方向上位置不同的2个以上的弯曲部，并插入所述第一槽的第一层，

所述第二线圈插入所述第二槽，

所述第三线圈在所述第二线圈所插入的第二槽中，插入在所述旋转电机的径向上与所述第二线圈相邻的层，

所述第一线圈的连接部与所述第三线圈的插入部位于同一层，且配置在旋转轴方向外侧。

8.如权利要求3所述的旋转电机的定子，其特征在于：

接合部端面形成在与所述旋转电机的旋转轴大致垂直的方向上，

所述第一线圈的连接部的周向长度长于所述第二线圈的插入部的周向长度。

9.如权利要求4所述的旋转电机的定子，其特征在于：所述弯曲部构成为与旋转轴大致平行。

10.一种旋转电机，其特征在于：

包括权利要求2所述的定子。

11.一种车轮，其特征在于：

包括权利要求10所述的旋转电机。

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