旋轉電機用定子以及應用它的旋轉電機的製作方法

2023-10-10 23:30:39 2

專利名稱：旋轉電機用定子以及應用它的旋轉電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種將線圈末端連接在導體上的定子、以及應用它的旋轉 電機。
背景技術：
定子繞組的形態中存在同心纏繞和分布纏繞，其中，集中纏繞對每個 磁極齒集中纏繞芯線來形成線圈，分布纏繞跨越多個齒槽纏繞芯線，在線
圈末端(coil end)不同相或同相的線圈彼此重合。集中纏繞可以比分布纏 繞具有更小的線圈末端，對旋轉電機的小型化、高效化更為有效。而分布 纏繞可以使定子內周的旋轉磁場分布接近正弦波，比集中纏繞輸出功率更 高且噪音小。此外，作為兩者通用的使旋轉電機高輸出化的實現手段，存 在以下方法通過將矩形截面的導線用於線圈的銅芯線，來提高定子齒槽 內的線圈的疊層係數，提高電流密度。
本發明中，將具有通過導體連接定子線圈末端的構造的旋轉電機作為 對象。
專利文獻l公開了以下技術將集中纏繞的線圈末端插通由印刷線路
板和多個銅板構成的結線板的連接孔，設置與該連接孔的位置對應的在軸 方向上延伸的線圈槽，熔融該線圈槽的周壁，將線圈末端與結線板的連接 孔連接。
專利文獻2中形成以下構造:將線圈末端插通由樹脂成型的匯流排(導 體)的孔，通過筒體、連接端子等其它部件，連接線圈末端與匯流排(導
體)。此外，專利文獻2的技術中，由於是按照U、 V、 W相的順序反覆
在圓周方向上排列，並且線圈兩端的軸方向上的長度相等，所以插通匯流 排的線圈末端的半徑位置相等。
專利文獻3形成了以下構造絕緣層與匯流排(導體)被疊層，線圈
末端插通各自設置的孔，各個規定的線圈末端與匯流排(導體)連接。另外，專利文獻1至專利文獻3的技術中，均為屬於低電壓的構成。
專利文獻l:專利第3651491號 專利文獻2:特開2006-204029號公報 專利文獻3:特開2006-246594號公報
專利文獻2的技術中，插通圓環狀匯流排的線圈末端的半徑位置在所 有線圈上都相等。因此，例如在用匯流排連接不同的U相線圈的一端時， 在將V相和W相的匯流排通至同一線圈末端的內側的情況下，就需要將 另一端的V相和W相通至線圈端子的外側。反之，在用匯流排連接不同 的W相線圈的一端時，在將V相和U相的匯流排通至同一線圈末端的內 側的情況下，就需要將另一端的V相和U相通至線圈端子的外側。因此， 存在以下問題點定子的徑向寬度變長，定子變大。
此外，專利文獻3的技術中，由於匯流排被疊層，所以存在以下問題 點線圈末端的寬度變長，定子變大。
另外，專利文獻l的結線板中，使用印刷線路板來進行三相的結線。 因此，雖然低壓用旋轉電機比較適用，但不適合高壓用。

發明內容
因此，本發明的課題是提供一種小型化的定子和旋轉電機。
為了解決上述課題，本發明的旋轉電機用定子或旋轉電機，具備被 排列成圓環狀的多個定子繞組；和將所述定子繞組的線圈末端相互多相連
接的多個導體，其特徵在於，所述多個導體，是設有多個插通所述線圈末 端的孔的、直徑不同的近似圓形，被配置在同一平面上。
由此，因為多相連接定子繞組的多個導體是近似圓形，所以，可以將 定子徑向寬度控制在最小限度。此外，由於多個導體是配置在同一平面上， 所以可以縮短線圈末端的軸方向寬度。這樣，就可以使定子和旋轉電機小 型化。此外，通過在導體與定子繞組之間，插入形成有增加與相鄰的所述 導體之間的沿面距離的壁的結線板，絕緣性能就會得到提高。這時，通過 將定子繞組纏繞在分割鐵芯上，會使組裝變得容易。
根據本發明，就可以提供一種小型化的旋轉電機用定子和旋轉電機。


圖1是本發明的一個實施方式的旋轉電機的立體圖。
圖2是集中纏繞線圈的結線部的部分截面圖。 圖3是線圈末端與導體的連接部的截面圖。 圖4是線圈末端與導體的連接部的立體圖。 圖5是集中纏繞線圈的立體圖。 圖6是表示絕緣皮膜導線的皮膜剝離工序的立體圖。 圖7是表示第2實施方式的線圈末端與導體的連接部的立體圖。 圖8是表示第3實施方式的線圈末端與導體的連接部的截面圖。 圖中l一絕緣皮膜導線，2—結線板，3、 3a、 3b —導體，4一熔接部 (接合部)，5 —鐵芯，6—繞線架，7 —集中纏繞線圈(定子繞組)，8 — 集中纏繞定子，9一轉子，IO—線圈末端，ll一絕緣皮膜，12 —截面形狀 成形部，13 —皮膜剝離部，20 —貫通孔，21 —壁，30 —連接孔，31—矩形 體，32—圓形體，33 —凸部，60 —切缺，100 —旋轉電機，IOI —纏繞開始 線圈末端，102 —纏繞結束線圈末端，301、 401—錐體。
具體實施例方式
(第1實施方式)
圖1是本發明的一個實施方式的旋轉電機的立體圖。
旋轉電機100,同軸狀具備集中纏繞定子8和轉子9，轉子9的N極、 S極的永久磁鐵，在鐵芯的側面被交替設置。
集中纏繞定子8，是在分割鐵芯構造(參照圖5)的鐵芯5上纏繞絕 緣皮膜導線l (圖6)的多個集中纏繞線圈7，環狀組合而成的，在與軸方 向垂直的側面上，配置有圓環狀結線板2，形成線圈末端。在結線板2上 開有多個貫通孔20 (圖3)，插通有線圈末端IO。在本實施方式中，集中 纏繞線圈7的個數為24個，U相、V相和W相線圈被反覆8次配置。
因此，線圈末端10的總數就是48條。24條纏繞開始線圈末端101， 被配置在結線板2的外周側，將該24條纏繞開始線圈末端101彼此相連， 形成中性點P。另外的24條纏繞結束線圈末端102，被8條一組地分割給 3個相(U相、V相、W相)，被配置在與結線板2的內周側的直徑方向略微錯開的位置上，同相的纏繞結束線圈末端102，被引出至同一半徑的
位置。將8條U相線圈、8條V相線圈、8條W相線圈分別連接，形成 三相的集中纏繞定子8。
圖2是本發明的一個實施方式的集中纏繞線圈7的結線部的截面圖。 紙面左側是集中纏繞線圈7的內周側，紙面右側是外周側。
圖2 (A)表示連接U相的狀態。集中纏繞線圈7，具備疊層有電 磁鋼板的鐵芯5;覆蓋鐵芯5的側面外周的繞線架6;和在繞線架6的凹 部纏繞有絕緣皮膜導線1的定子繞組。此外，絕緣皮膜導線1的線圈末端 101、 102，插通在結線板2、和4個導體3 (U相、V相、W相、中性點) 中的任意一個這雙方中。這裡，4個導體3，是直徑互不相同的近似圓形， 以一層的形式被排列在同一平面，從而能夠配置在定子的軸方向端部(線 圈末末端)。此外，3個導體3 (U相、V相、W相)，與繞線架6的寬度 大致相同，中性點(P)的導體3與連接鐵芯5的磁軛部的寬度大致相同。 因此，4個導體3，被配置在集中纏繞定子8的直徑方向的寬度範圍內。
纏繞開始線圈末端101，與配置在結線板2上的最外周側的導體3連 接，形成中性點P。纏繞結束線圈末端102與配置在結線板2上的最內周 側的導體3連接，形成U相。中性點P中雖未圖示，但U相、中性點P 都是在線圈末端IO插通的位置上，在結線板2上開有貫通孔20，導體3 上開有連接孔30。通過上述構造，隔著結線板2，絕緣皮膜導線l與導體 3的相間絕緣就得到確保。此外，結線板2設有壁21,在定位各導體的同 時確保了導體3相互間的相間絕緣。
圖2 (B)表示連接V相的狀態。纏繞結束線圈末端102與被配置在 結線板2上的最內周側起第2個導體3連接，形成V相。其它構成與U 相相同。圖2 (C)表示連接W相的狀態。纏繞結束線圈末端102與被配 置在結線板2上的最內周側起第3個導體3連接，形成W相。其它構成 與U相相同。
此外，各線圈的纏繞結束，終結在線圈的寬度方向中央部，在U相的 情況下，纏繞結束線圈末端102被引出，向圖左側偏斜的方向延長；在V 相的情況下，纏繞結束線圈末端102被從線圈的寬度方向中央部起大致呈 直線地引出；在W相的情況下，纏繞結束線圈末端102被引出，向圖右側偏斜的方向延長。
圖3是被用於旋轉電機100的集中纏繞定子8的線圈末端10、與將線 圈相互連接的導體3之間的連接部的截面圖。連接部具備開有連接孔30
的導體3;開有貫通孔20的結線板2;線圈末端10;和作為接合部的熔接
部4。結線板2由絕緣材料形成，在結線板2的表面配置有導體3，呈圓 環狀。貫通孔20與連接孔30，被在同軸上開孔，插通線圈末端IO。在與 結線板2相反一側的導體3的表面，配置有線圈末端10的端部。熔接部4 是通過由TIG (Tungsten Inert Gas)熔接來熔融線圈末端10的整個圓周而 形成的，熔融金屬流入連接孔30的整個內周面，深至A點。由此，熔接 部4，將線圈末端10與導體3機械性、電性連接。
此外，為了確保結線板的沿面距離，貫通孔20的直徑被設置得比連 接孔30更大，避免了線圈末端10與貫通孔20的內周面接觸。例如，本 實施方式中，設線圈末端10的直徑約為1.2mm，設置大約0.3mm的縫隙， 適合熔接中的熔融物質因熔化後流入並滯留在其間，設連接孔30的直徑 約為1.8mm。此外，為了允許導體3的連接孔30的定位和線圈末端10的 定位誤差，將貫通孔20的直徑設為3mm。
圖4是線圈末端10和導體3的連接部的立體圖。
圖4 (A)表示導體3的截面是矩形體31的情況，在結線板2的表面 所配置的導體3上，開有連接孔30，線圈末端10插通於連接孔30，線圈 末端10的端部從導體3的上面突出。之後，通過TIG熔接，使線圈末端 10的端部以及連接孔30的周邊熔融，將線圈末端10與導體3接合。另外， 圖中還表示了作為結線板2的一部分的L字狀的截面。
圖4 (B)表示使用導體3的截面形狀為圓形的圓形體32的情況，基 本形態與圖4 (A)相同。在將近似矩形體31與圓形體32進行比較的情 況下，如果導體3的截面積相等，那麼近似矩形體31比圓形體32更能減 小導體3的高度尺寸，縮小線圈末端。
圖5 (A)是集中纏繞定子所使用的分割鐵芯的立體圖，圖5 (B)是 集中纏繞線圈的立體圖。在圖5 (A)中，鐵芯5，在旋轉電機IOO (圖l) 的軸方向上疊層電磁鋼板而形成，減小了渦流損耗。繞線架6是四邊形貫 通的絕緣物，覆蓋與定子徑向正交的4個面。此外，四邊形的繞線架6的各邊形成為凹狀。此外，在繞線架6的上部還設有插入纏繞開始線圈末端
10的切缺60，在上下部的4處，設有幵口部。
在圖5 (B)中，集中纏繞線圈7，是將截面為近似矩形的絕緣皮膜導 線1纏繞在繞線架6的凹部(也就是鐵芯5的齒部)得到的。由此，與線 圈纏繞的面相垂直的方向(集中纏繞定子8的徑向)上會產生磁場。集中 纏繞線圈7，因絕緣皮膜導線1纏繞在繞線架6上，而確保了鐵芯5與絕 緣皮膜導線1之間的絕緣性能。該集中纏繞線圈7，在1個線圈具有2個 線圈末端10，即纏繞開始線圈末端101和纏繞結束線圈末端102。鐵芯5 的磁軛部，是用來連接各鐵芯5來構成圓筒狀的集中纏繞定子8的部分。 也就是說，定子繞組纏繞在被分割的鐵芯5上，定子鐵芯是用磁軛部圓筒 狀連接鐵芯5而構成的，導體3被配置在與定子鐵芯的軸方向垂直的側面 上。另外，絕緣皮膜導線1的截面可以是圓形、近似矩形中的任何一種， 本實施方式為了提高鐵芯槽內的線圈疊層係數，對近似矩形的情況進行了 說明。
由於需要剝離絕緣皮膜，來接合線圈末端10和導體3 (圖3)，所以 利用圖6，對線圈末端10的處理工序進行說明。圖6是表示截面為近似矩 形的絕緣皮膜導線1的皮膜剝離工序的立體圖。通過將絕緣皮膜導線1的 截面做成近似矩形的形狀，線圈的疊層係數就會得到提高。圖6 (A)表 示直到絕緣皮膜導線1的前端都被絕緣皮膜11覆蓋的線圈末端10。由於 截面為近似矩形，所以絕緣皮膜導線1的角部很容易碰到貫通孔20或連 接孔30 (圖3)的邊緣，是難以穿過通孔的形狀。因此，如圖6 (B)所 示，用壓模(未圖示)對線圈末端IO的截面形狀成形部12加壓，使截面 成形為近似圓形。在這種狀態下，截面形狀成形部12上被絕緣皮膜11覆 蓋。接著，如圖6 (C)所示，使內周旋轉的刀具(未圖示)與皮膜剝離 部13的一處相接，來剝離絕緣皮膜ll。這樣，可以用截面為近似矩形的 絕緣皮膜導線1，得到絕緣皮膜被剝離的截面為圓形的線圈末端10。
如上所述，根據本實施方式，對構成集中纏繞定子8的絕緣皮膜導線 1的線圈末端10的截面形狀，直接以圓形或為近似圓形進行成形，並且剝 離了線圈末端10的絕緣皮膜，在由絕緣材料形成的結線板2上開出貫通 孔20，在該結線板2的表面所配置的導體3上開出連接孔30。然後，將線圈末端10插通貫通孔20和連接孔30兩方，通過熔接或釺焊等方式接 合線圈末端10和導體3。由此，集中纏繞定子8的線圈末端尺寸就會變小。 由於對每個U相、V相、W相、中性點統一了纏繞結束線圈末端102 的各引出位置的半徑，所以可以將導體3做成圓形，能夠以繞線架6的寬 度配置3個導體3，能利用磁軛部的徑向寬度配置中性點P的導體3。這 樣，可以有效利用集中纏繞定子8的徑向寬度，配置導體3。此外，由於 可以在一層配置多個導體3，所以可以縮短線圈末端的長度。也就是說， 由於可以縮短線圈末端的旋轉軸方向的長度，所以可以減小旋轉電機30 在旋轉時的軸振動。因此，即便是高速旋轉，軸振動也會很小，可以實現 穩定的運轉。此外，由於是將結線板2插入在導體3與線圈之間，所以不 用爭取空間距離，就可以提高絕緣，能在結線板2上設置壁21，來提高導 體3相互間的絕緣。由此，可以在確保電動機特性不變的情況下小型化， 由於構造被簡化，所以可以提高生產的可靠性。 (第2實施方式)
第1實施方式中，雖然只是將設有連接孔30的導體3與線圈末端10 熔接，但可以在連接孔30上設置凸部來增加與線圈末端10的接合面積。 圖7是第2實施方式的線圈末端10與設有凸部33的導體3a的連接部的 立體圖。
截面為近似矩形的導體3a被配置在結線板2的表面，導體3a形成凸 部33，並開有連接孔30。在連接孔30上插通線圈末端10，線圈末端10 的端部在導體3的上部突出。在上述插通之後，通過TIG熔接，使線圈末 端10的端部與連接孔30周邊熔融，來接合線圈末端10與導體3a。通過 將凸部33形成在導體3a上，使連接孔30的內周面的軸方向長度變長， 連接面積增加，連接可靠性進一步增加。 (第3實施方式)
第1實施方式和第2實施方式中，雖然將貫通孔20的內徑和連接孔 30的內徑設為恆定，但是可以設置圓錐部，使製作變得容易。
圖8表示線圈末端10與導體3的連接部的截面圖。結線板2上配置 有導體3b，結線板2上開有貫通孔20，導體3上開有連接孔30，通過貫 通孔40和連接孔30，線圈末端10的末端被配置在導體3b的上側。線圈末端10的直徑約為1.2mm,連接孔30的直徑約為1.8mm，貫通孔20的 直徑約為3mm。貫通孔20和連接孔30中，分別設有角度為30度的錐體 301、 401，孔的入口側直徑變大，容易插入線圈末端IO。通過TIG熔接， 線圈末端10與導體3連接，得到熔接部4。另外，本實施方式雖然採用 TIG熔接來進行連接，但也可以採用釺焊來進行連接。
此外，本實施方式中是以高壓電機為前提，使用了設有壁21的結線 板2，但對於無需用壁21進行絕緣的低壓電機，也可以不設置結線板2， 將線圈末端直接插通帶孔的導體3，來連接導體3和線圈末端10。採用這 種構造，定子的線圈末端尺寸會變小，可以得到小型的定子。 (比較例)
一般來說，為了對應高電壓，需要確保導體間的空間距離和沿面距離， 來滿足絕緣特性，例如，旋轉電機中，可以考慮以下3個技術。第l結構 中，在匯流排上設置端子，將線圈末端連接在該端子部分。第2結構中，
將另外的部件的端子連接在被稱為總線環(A^yy夕"的導體上，將該
端子與線圈末端連接。其中，由於端子的存在，使得定子的線圈末端在高 度方向的尺寸較大。第3結構中，將導線沿直角方向連續彎折兩次，來將 導線末端與線圈末端連接。這會使線圈末端的連接部尺寸在轉子的直徑方 向、軸方向上都變大。由於都是在絕緣材料形成的結線板上配置導體，所 以滿足絕緣特性。 (變形例)
本發明不限於上述的實施方式，例如可以進行如下變形。 上述各實施方式中，雖然採用了集中纏繞定子，但對於圖3的結線方 法，也可以使用分布纏繞。此外，上述各實施方式雖然採用了 Y結線，但 也可以採用沒有中性點P的A結線。此外，上述各實施方式雖然以三相為 前提進行了說明，但對n相旋轉電機也可以使用。
權利要求
1. 一種旋轉電機用的定子，具備被排列成圓環狀的多個定子繞組；和將所述定子繞組的線圈末端相互多相連接的多個導體，其特徵在於，所述多個導體，是設有多個插通所述線圈末端的孔的、直徑不同的近似圓形，被配置在同一平面上。
2. 根據權利要求1所述的旋轉電機用定子，其特徵在於， 所述定子繞組，被形成為U相、V相、W相和它們的中性點的三相的Y結線，所述中性點的導體被配置在所述同一平面上，各所述定子繞組的一端與所述u相導體、所述v相導體、所述w相導體中的一個導體連接，另一端與所述中性點的導體連接。
3. 根據權利要求1所述的旋轉電機用定子，其特徵在於， 所述定子繞組中，線圈末端的截面形狀形成為近似圓形， 所述線圈末端中，絕緣皮膜導線的絕緣皮膜被剝離，具備接合所述線圈末端與所述導體的接合部。
4. 根據權利要求l所述的旋轉電機用定子，其特徵在於，還具備設置有插通所述線圈末端的孔，並且介插在所述定子繞組與 所述導體之間，且由絕緣物形成的結線板。
5. 根據權利要求4所述的旋轉電機用定子，其特徵在於，設在所述結線板上的孔的直徑比設在所述導體上的孔更大。
6. 根據權利要求4所述的旋轉電機用定子，其特徵在於， 所述結線板，形成有增加相鄰的所述導體之間沿面距離的壁。
7. 根據權利要求l所述的旋轉電機用定子，其特徵在於， 所述多個定子繞組，被分別纏繞在被分割為多個的分割鐵芯上， 所述分割鐵芯，被用磁軛部呈圓筒狀連接，所述導體，被配置在與所述連接形成的定子鐵芯的軸方向垂直的側面上。
8. 根據權利要求7所述的旋轉電機用定子，其特徵在於，還具備設置有插通所述線圈末端的孔，並且介插在所述定子鐵芯與所述導體之間，且由絕緣物形成的結線板。
9. 根據權利要求l所述的旋轉電機用定子，其特徵在於， 所述定子繞組，通過纏繞截面為近似矩形形狀的絕緣皮膜導線而形成，所述線圈末端的部分，被形成為近似圓形的截面形狀。
10. 根據權利要求1所述的旋轉電機用定子，其特徵在於，所述導體的截面是近似矩形的形狀或圓形形狀。
11. 根據權利要求l所述的旋轉電機用定子，其特徵在於， 所述導體被絕緣皮膜包覆。
12. 根據權利要求3所述的旋轉電機用定子，其特徵在於， 所述接合部，通過熔接或釺焊而接合。
13. —種旋轉電機，其特徵在於，具備權利要求1所述的旋轉電機用定子；和可在所述定子內部旋轉的 轉子。
全文摘要
本發明提供一種旋轉電機，可以減小直徑方向的定子厚度。其中的定子，具備連接磁軛部來圓環狀排列的多個集中纏繞線圈(7)；和將集中纏繞線圈(7)的線圈末端(101、102)相互連接多相的多個導體(3)，其中，U相、V相、W相和中性點P的導體(3)，為設有多個插通線圈末端(101、102)的孔(20、30)的、直徑不同的近似圓形，被配置在同一平面上。此外，在導體(3)與集中纏繞線圈(7)之間，插入形成有壁(21)的結線板(2)。
文檔編號H02K21/14GK101442230SQ200810182169
公開日2009年5月27日 申請日期2008年11月24日 優先權日2007年11月22日
發明者尾畑功治, 星野勝洋, 植田俊明, 石上孝, 長繩尚 申請人:株式會社日立製作所