旋转电动机及其系统、绕线机、混合动力汽车、燃料电池汽车和电动汽车的制作方法

专利名称：旋转电动机及其系统、绕线机、混合动力汽车、燃料电池汽车和电动汽车的制作方法
技术领域：
本发明，涉及一种缠绕覆膜导线而成的多个线圈的每一个被分解成多个线圈组的旋转电动机、绕线机、旋转电动机系统、混合动力汽车、燃料 电池汽车和电动汽车。
背景技术：
近年来，从节能的观点出发，使用逆变器的电动机(旋转电动机)的 可变速运转越禾越广泛应用。但是，以生成矩形波的逆变器驱动电动机时， 由于逆变器所产生的急剧的浪涌电压的原因，在电动机绕组间会产生高电 压，有可能在绕组间产生绝缘恶化(参照非专利文献l)。针对该绕纟耳间绝缘问题，提出了将逆变器的施加浪涌电压的引出线侧 第一线圈的匝fe减少，加厚绝缘外膜等的实施绝缘强化的方案(参照非专利文献2)。但是，在该文献中，因为旋转电动机的机械输出特性会变化， 因此强化绝缘也存在界限。另外，为了改善绕组间绝缘分布，还公开了一种与绕组间分布静电电容相比减少绕镇各个部分的对地分布静电电容的设计(参照非专利文献3)。另外，提出了一种从绕组的外部连接一绕组间的分布静电电容调整用 电容器，缓和高压用旋转电动机的绕组间分担电压的方法(参照专利文献 1)。专利文献1:日本专利特开昭50—301号公报(权利要求、第3图、 第6图)；非专利文献l:电气学会技术报告第739号、R14 20， 1999年8月 发行；
非专利文献2:电气学会旋转机研究会资料RM—00—92 109 P.19， 2000年10月18日发行，减少端子线圈的绕数的感应电动机的特性试验， 一彬和良，森安正司非专利文献3:家田正之著，现代高电压工学，才一厶社、p.91 93但是，在小于lkVrms的低电压用的旋转电动机中，没有实施针对急 剧浪涌电压的绕组间分担电压缓和对策。其原因一般认为是，处于配电系 统的低压的旋转电动机中，雷浪涌或开闭浪涌直接侵入的可能性低，并且 由于在低压旋一电动机中绕组导体中使用实施过漆膜后的圆线来制作线 圈，因此难以象使用平角导体的模绕线圈那样控制绕组间的分布静电电容 和绕组各部的射地分布静电电容。另外，在绕组的中途连接绕组间电压分 布调整用电容^，在空间性和可靠性的方面上存在困难。换而言之，在现有的旋转电动机中，如果不增大绝缘尺寸、实施大型 化，则难以提供应对急剧的逆变器的浪涌电压的可靠性高的旋转电动机。发明内容因此，本发明的课题在于，提供一种即使不增加绝缘尺寸，也能提高 耐逆变器浪涌电压的旋转电动机、绕线机、旋转电动机系统、混合动力汽 车、燃料电池汽车和电动汽车。为了解决上述问题，本发明的旋转电动机，具备圆筒状的定子磁心； 在该定子磁心内部同轴地旋转的转子磁心；使用在所述定子铁心或所述转 子铁心中的任一方或者双方上轴方向形成的多个槽，缠绕覆膜导线而成的 多个线圈，其中，所述各个线圈，分割为多个线圈组， 一个所述线圈组的 始绕端的覆膜导线和另一所述多个线圈组的终绕端的覆膜导线一并(邻接 着)来缠绕，所述多个线圈组的覆膜导线的始绕端的各引出导线、以及终 绕端的各引出导线，在所述槽的外部连接。艮P，因为始绕匝的覆膜导线和终绕匝的覆膜导线邻接，所以这些覆膜 导线之间产生静电电容。另外，由于多个线圈组的覆膜导线的始绕端的各 引出导线、以A终绕端的各引出导线在槽的外部连接，因此互相连接的连 接点不经过线圈，与发生的静电电容连接。由此，施加到连接点的浪涌电 压，不通过一个线圈组和另一线圈组的线圈的电感，经静电电容来通过。
因此，线圈的绕组间电压不会上升，耐浪涌电压得到提高。根据本发明，可以提供一种耐浪涌电压得到提高的旋转电动机、绕线 机、旋转电动机系统、混合动力汽车、燃料电池汽车和电动汽车。


图1是本发明的一实施方式的旋转电动机系统的构成图。图2是第一实施方式的分布缠绕线圈的外观图和Y型连线的线圈电路图。图3是绕组间电压、浪涌电压和线圈的等价电路。 图4是浪涌电压波形、对地电压特性和绕组间电压特性。 图5是表示旋转电动机的制造工序的图。 图6是表示分布缠绕定子线圈的缠绕工序的图。 图7是表示第二实施方式的分布缠绕线圈的外观图和使用分割芯的制 造方法的图。图8是比较例1的分布缠绕线圈的外观图、对地电压特性和绕组间电 压特性。图9是比较例1的分布缠绕线圈的绕组间电压特性和浪涌电压特性。 图10是比较例2的集中缠绕线圈的外观图和定子的制造工序的图。 图ll是混合动力汽车的构成图。图12是使用在混合动力汽车中的旋转电动机系统的构成图。 图13是A连线的布线图和线圈的等价电路。图中2 —壳体，3、 4、 60、 61、 62 —定子，5_转子(转子磁心)，6 一轴承，8—绅，9一负载，10a、 10b、 134、 135、 136、 144、 145、 146、 150、 151 —绕组间电压，10c、 10d—浪涌电压，11—逆变器电源，12—变 换器电路，13、 13a、 13b —平滑电容器，14 —逆变器电路(逆变器)，15 —中间点，16 —上臂，17 —下臂，18—电缆，19 —定子线圈(线圈)，20 一定子磁心，21 —螺栓，31—U相线圈，32—V相线圈，33—W相线圈， 34—第一线圈，35 —第二线圈，36—第三线圈，37 —第四线圈，41、 42、 43 —相间绕组，52 —槽部(槽)，53、 54、 64、 65 —线圈组，55 —槽绝缘 (槽绝缘部件，线轴(bobbin)), 56—楔子，57 —绝缘管，63 —齿，70— 旋转缠绕框(缠绕框)，71、 72 —线轴，73 —模具(夕'V7)， 76 —叶片(7" 1/一K)， 77、 78、 93、 104、 114、 116、 117 —线圈，81 —分割芯，100 — 旋转电动机，110—旋转电动机，电动发电机，130、 140—施加电压，131、 132、 133、 141、 142、 143 —引出匝的对地电压，160、 161 —耐逆变器浪 涌电压，200 —旋转电动机系统，210 —发动机，220—前轮，225 —后轮， 230—逆变器电源(INV)， 240—电池(电池)，250 —前轮差动装置(FDF), 255 —后轮差动裴置(RDF)、 260—减速机(RG)、 271、 272 —前轮车轴， 273、 274—后轮车轴，280 —变速器，310—电动机控制单元(MCU)， 320 一驱动单元(DU)， Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6 —开关元件。
具体实施方式
(第一实施方式)参照图1对本发明的一实施方式的逆变器驱动的旋转电动机系统进行 说明。旋转电动机系统200，包括旋转电动机IOO、逆变器电源ll、以及 连接旋转电动机100和逆变器电源11的电缆18，旋转电动机100的转矩 驱动负载9。逆变器电源11，包括将交流电压变换为直流电压的变换器电路12; 使直流电压稳定的平滑电容器13;将直流电压用FET (Field Effect Transistor)、 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)等开关元件进行开关 控制，变换为矩形波交流电压的逆变器电路(逆变器)14。另外，平滑电 容器13连接在上臂16和下臂17之间，平滑电容器13的下臂17接地。旋转电动机100，包括用于由三相交流电压、电流生成旋转磁场的定 子3、以及，具有多个磁极并由旋转磁场和磁极之间的互相作用在定子3 的内部同轴地进行旋转的转子5，它们被收纳在壳体2中。这里，转子5 中，在转子磁心7的表面附近设置有作为磁极发挥功能的多个磁体。另外， 定子3，包括定子磁心20、和缠绕在定子磁心20上的线圈即定子线圈19, 通过螺栓21固走在壳体2上。另外，固定在转子5上的轴8，由安装在壳 体2上的两个轴承6支撑。壳体2和定子磁心20，为了安全而直接接地， 或通过从逆变器电源侧供给的电缆18接地(earth)。另外，定子线圈19 如后所述，为分布缠绕的Y型接线线圈。 图2 (a)是旋转电动机100的定子线圈的电路图，图2 (b)是定子3 的外观图和槽^J部分放大剖面图。如图2 (b)所示，旋转电动机100的定子线圈被Y型接线。在Y型 接线时，U相线圈31、 V相线圈32、和W相线圈33的终绕侧作为中性 点P电连接，始绕侧被施加相电压U、 V、 W。另外，各相的线圈中，对 于每一相，第一线圈34、第二线圈35、第三线圈36和第四线圈37这四 个线圈串联连接，并且这些串联线圈被并联连接两组。如图2(b)所示，定子3所具有的定子铁心20，为放射状，朝向中 心方向突出的多个齿63在转子5的旋转轴的垂直面内沿圆周方向等角度 地形成，齿间形成槽部(slot) 52。另外，在槽部52的表面敷设槽绝缘(槽 绝,部件)55，在齿63之间放置作为绝缘物的楔子56。另外，在橫部52之中收纳作为缠绕的线圈的两个线圈组53、 54。线 圈组53、 54的覆膜导线，始绕端彼此连接，终绕端彼此连接，形成两根 导体的一层缠绕线圈。在该例子中，将一个导体用电线2根缠绕12匝制 作线圈。覆膜导线，使用跨过一个以上的槽部52的两侧的两个槽部，被分布 缠绕地实施缠绕，形成线圈组53和线圈组54这两个组。线圈组53中， 覆膜导线被从槽底的始绕匝(1)起，依次缠绕至终绕匝(12)。接着，线 圈组54中，始绕匝(1，)挨着线圈组53的终绕匝(12)缠绕，并缠绕至 终绕匝(12，)。另外，在对从各个定子线圈引出的覆膜导线在槽外套装绝 缘管时，对从槽的不同位置引出的覆膜导线分别套装玻璃绝缘管57等绝 缘管、或将这些覆膜导线一并作为一根来套装同样的绝缘管57。图3 (a)为互相连接线圈组53、 54的线圈得到的等价电路，线圈组 53、 54的覆膜导线中，始绕端彼此、终绕端彼此被连接，因为始绕部分和 终绕部分邻接，所以生成静电电容C。另外，通过对线圈组53、 54并行 连接线(引出线)，表现出除了覆膜导线的始绕部分和终绕部分并不邻接。 通过该静电电容C吸收施加在绕组间的浪涌电压，通过浪涌电压以外的通 常的施加电压，绕组间电压逐渐上升。图3 (b)表示浪涌电压上升时间对应的绕组间电压特性，图3 (c) 表示浪涌电压上升时间对应的电动机的耐浪涌电压特性。图3 (b)的纵轴 是绕组间电压，楠轴为浪涌电压上升时间。绕组间电压10a表示的是使用 了本实施方式的线圈的情况，线圈间电压10b表示的是使用后述的比较例 1的线圈的情况。另外，比较例1表示从始绕端到终绕端，将两根覆膜导 线两根并排着缠绕在槽部52 (图2 (a)),并将始绕端的两根引出线和终 绕端的两根引出线在槽外部连接的情况。后述的比较例1的旋转电动机中，对于这样的急剧浪涌电压，绕组间 电压10b急剧升高，可能会与"绕组间可绝缘使用电压电平"相同、或为 其以上。但是，本实施方式的旋转电动机100中，即使浪涌电压上升时间 很短，绕组间电压10a也是缓慢增加，所以能让绕组间电压比绕组间可绝 缘使用电压电平低。另外，该绕组间可绝缘使用电压电平，是材料固有的 值。因为可以降低绕组间电压，所以即使对于逆变器电源11的供电侧母 线电压的过渡变动等、不测的电压变动，也可以提供大安全率、高可靠性 的逆变器驱动的旋转电动机系统。另一方面，在相同的浪涌电压上升时间 tr中，因为可以使本实施方式的绕组间电压10a与绕组间电压10b相比降 低到1/a，所以在与比较例1同等的安全率来考虑时，旋转电动机100的 耐逆变器的浪涌电压和逆变器系统的电压提高了 a倍。在本实施方式的逆 变器驱动的旋转电动机系统的旋转电动机100中，施加逆变器的急剧浪涌 电压时的绕组间电压，与比较例1的绕组间可绝缘使用电压电平相比得到 降低。换而言之，可以说旋转电动机100的绕组间浪涌电压，与将急剧浪 涌电压施加在两根覆膜导线并排缠绕在槽部52上得到的并排线圈时所产 生的线圈间浪涌电压相比降低。另外，该浪涌电压，优选为绕组间绝缘的 部分放电开始电压以下、或经过规定的时间后绕组间绝缘发生绝缘破坏的 电压以下。图3 (c)中，针对本实施方式和比较例之间的关系，将横轴设为浪涌 电压上升时间、纵轴设为浪涌电压来表示。在比较例1中，通过縮短浪涌 电压的上升时向，增加绕组间电压，旋转电动机的耐逆变器的浪涌电压10c 急剧降低。但是，本实施方式的旋转电动机100中，因为绕组间电压缓慢 增加，所以本实施方式的旋转电动机100的耐逆变器浪涌电压高于比较例 1。因为该增加比例为施加急剧浪涌电压时的绕组间电压的比例，所以为 升高a倍。因此，通过使用本实施方式的构成，可以提高旋转电动机100 的耐逆变器浪涌电压。另外，作为提高电压的结果，可以提供一种高输出密度的逆变器驱动的旋转电动机系统200。图4 (a)表示浪涌电压的实测例。以纵轴的刻度为300V/min，横轴 的刻度为0.2jis/div和0.2ms/div绘制，0.2ps/div的实测例是0.2ms/div的部 分放大图。扫描场(field)的浪涌电压，表示具有上升时间tr二约O.lps 的急剧电压变化的脉冲状电压波形。图4 (b)表示对旋转电动机100的U相线圈31、 V相线圈32、 W相 线圈33 (图2 (a))的各个线圈，施加急剧浪涌电压时的绕组间电压测量 结果。纵轴的刻度中，对地电压为62.5X/div，绕组间电压为50^div。另 外，横轴的刻度为0.5ps/div。施加电压130，是第一线圈的引出匝的对地 电压。以下，对地电压131 133，分别是第二 第四线圈的引出匝的测量 电压。它们的差值是各线圈的绕组间电压，绕组间电压134 136，分别是 第一 第三线圈的电压。在图4 (b)中，对地电压、绕组间电压中，均将 施加电压的变化量表示为100%。在本实施方式中，即使是上升时间约 O.liis的急剧浪涌电压，第一 第三线圈的绕组间电压134 136也表示出 几乎相同的峰值，即使对于急剧的浪涌电压不会察觉绕组间电压的增加。 (制作工序)图5表示本实施方式的旋转电动机100的制作方法的图。首先，冲压 电磁钢板(Sl)，并通过将该电磁钢板层叠(S2)、或将磁性粉末压縮铸模(压粉铸模)(S3)，来完成定子磁心20即芯(S4)。接着，对该定子铁心 20的槽部52放置槽绝缘55 (参照图2 (a))，进行槽绝缘作业(S5)。进 行将绕组对放置过槽绝缘55后的定子磁心20缠绕规定圈数的绕线作业(S6)，并在各个槽内收纳绕组(S7)。再有，在从槽部52跳到定子磁心20的轴方向两端的部分上，对相电 压不同的绕组,接触的部分施以异相间的线圈绝缘，即使是同一相，也在 线侧的高电压绕组和内部侧的低电压绕组相接触的部分施以线圈间绝缘(S8)。将结束这些作业后的线圈的末端，通过焊接、热接、焊锡焊接、 硬焊接(brazing)等方法连接绕组末端(S9)，完成Y型或A型等的绕组 电路(SIO)。接着，对制作出的绕组的绝缘进行检査(Sll)，如果绝缘没 问题，则将定子3和转子5安装到壳体2中(S12)，完成旋转电动机100(S13)。(其他的缠绕作业)虽然图5的S6中，对定子磁心20的齿63 (参照图2 (a))直接缠绕 覆膜导线，但是可以将预先缠绕的线圈插入定子磁心20。图6表示分布缠绕的旋转电动机100的缠绕作业的其他例子。该作业 工序，由S21到S23的三个工序组成，用缠绕框70和线轴71、 72构成绕 线机。首先，线轴71、 72引出的覆膜导线缠绕在缠绕框70上(S21)。此 时，将从线轴71引出的覆膜导线缠绕规定的匝数(例如12匝)终绕，形 成线圈组53，从与该终绕位置邻接的位置起，将从线轴72引出的覆膜导 线缠绕规定的匝数形成线圈组54。另外，缠绕框70形成有与覆膜导线的 直径匹配的沟槽，沿着该沟槽缠绕覆膜导线。另外，缠绕框70,通过在线 圈组53的终绕位置、或线圈组54始绕位置设置位置检测用标记，能容易 地检测到线圈组53的终绕。然后，将线圈组53、 54落入叶片(:/i^一K) 76 (S22)上，将其重 复两次，并将所制作的线圈77、 78插入到定子磁心20中(S23)。在本缠 绕方法中，也园为形成同一结构的分布缠绕线圈，所以可以抑制绕组间电 压对于急剧的浪涌电压的增加，能提供对逆变器浪涌电压具有良好特性的 旋转电动机IOO。另外，虽然在画面中固定线轴71、 72，使缠绕框70旋 转，但是也可以固定缠绕框70使线轴71、 72旋转，这样也同样可以形成 线圈组53、 54。如以上所fe明那样，根据本实施方式的旋转电动机100，由于缠绕在 定子3上的线圈组53的始绕匝、和线圈组54的终绕匝之间的覆膜导线邻 接，因此在这些覆膜导线之间产生静电电容C。另外，由于该始绕匝的引 出线和终绕匝的引出线在所述槽的外部连接，因此彼此连接的连接点P不 经过线圈，并与生成的静电电容C连接。由此，由于施加的浪涌电压不经 过线圈地通过静电电容C,因此不会对线圈施加浪涌电压。由此，不必使用绕组间的分布静电电容和绕组各部的对地分布静电电 容C的控制比较容易的平角导体，使用容易弯曲的圆线，也可以降低绕组 间电压。通过降低绕组间的电压，可以提高耐浪涌电压。具体地说，可以 使浪涌电压为部分放电开始电压以下，或成为绕组间绝缘在规定的期间内
不会发生绝缘破坏的电压以下。另外，根据本实施方式，不必强化绝缘覆 盖，也不必在外部设置电容器，因此可在不使绝缘尺寸变大或大型化的前 提下，提高耐雍涌电压。因此，比正弦波驱动电路更加可靠，能实现节能化的旋转电动机系统200。另外，提高逆变器电源ll的直流电压，可以降 低旋转电动机i(io的通电电流，因此可以使电缆18细化。 (第二实施方式)上述实施方式，虽然是分布缠绕的定子线圈，但也可以是集中缠绕的 定子线圈。图7 (a)是本实施方式的旋转电动机的定子的外观图、和槽的部分放 大剖面图。定子60的定子磁心、形状材质均与图2 (a)的定子磁心20相 同。另外，图2 (a)的槽绝缘55，在集中缠绕中使用线轴。定子60中， 将(1) (4)匝的线圈组65缠绕在齿63上之后，在与线圈组65的终 绕匝邻接的外周，配置下一个线圈组64的始绕匝(r)，直至缠绕到终绕 匝(4，)。这些线圈组64、 65的始绕端彼此和终绕端彼此，在槽部52的外部连 接，形成两根导体的4匝线圈。由于在本实施方式的集中缠绕的旋转电动 机中，也与所蜂分布缠绕的旋转电动机100同样，与线圈组65的终绕匝 (4)邻接地配置下一线圈组64的始绕匝(r)，因此在该邻接部分中生成 静电电容。通过该静电电容，浪涌电压被放电，线圈间不会被施加浪涌电 压。因此，在本实施方式中，也可以提供一种可抑制绕组间电压对急剧浪 涌电压的增加，耐逆变器浪涌电压特性良好的旋转电动机。另外，对从缠 绕在齿63上的线圈引出的覆膜导线套装绝缘管57时，可以对从齿63的 不同位置引出的覆膜导线分别覆盖绝缘管57，也可以将这些覆膜导线一并 作为一根来覆盖绝缘管。图7 (b)是集中缠绕的定子的另一例子。定子61不使用一体的定子 铁心，由分为多个的分割芯81、和缠绕在分割芯81的齿上的定子线圈构 成。但是，在分割的铁心上缠绕绕组之后，将其组合构成的旋转电动机中， 也可以得到同样的效果。另外，虽然图中的分割芯型的定子中表示了集中 缠绕，但是在由分割芯制作的分布缠绕中也可以得到同样的效果。(比较例1 )图8 (a)是作为比较例1的分布缠绕的定子的外观图、和槽的部分放 大剖面图。在比fe例l中，定子磁心上，从始绕端到终绕端缠绕有两根并 列的覆膜导线，将各始绕端和各终绕端双方在槽外部连接。与图2 (a) 同样，对定子磁心20的槽部52放置槽绝缘55和楔子56，在槽部52当中 容纳线圈93。线圈93,为两根导体的一层缠绕线圈，缠绕12匝构成1个 线圈。虽然始绕匝(1) (r)的各引出线、终绕匝(12) (12')的各引出 线彼此连接，但该比较例的情况，两根覆膜导线整体并列这一点上，与实 施方式1不同。在比较例1中，将覆膜导线缠绕在定子磁心20上时，从不同的两个线轴引出覆膜导线，使它们相邻地从槽底起、从始绕匝(i) (r)缠绕到终绕匝(12) (12，)来制作。另外，虽然图中未示，比较例l和实施方式 1同样，对于每一相串联缠绕4个线圈，形成定子线圈。在比较例1中， 如实施方式1所述，对于急剧浪涌电压，产生与漆覆膜导线(enamel covered wire)的可使用电压电平相同程度的绕组间电压。图8 (b)是比较例1的旋转电动机的绕组间电压测定结果。在纵轴的 刻度中，对地电压为62.5%/div,绕组间电压为50%/div。横轴的时间轴 刻度为0.5|as/div。施加电压140是对第一线圈的引出匝施加的对地电压。 以下，对地电压141 143，分别为第2 4线圈的引出匝的对地电压。它 们的差值为线圈93 (图8 (a))的绕组间电压，绕组间电压144 146分 别为第1 第3线圈(图3 (a))的绕组间电压。在比较例1的旋转电动 机中，施加电压140达到峰值之后，延迟0.5 lps，第2线圈35的引出 电压(对地电压142)达到峰值。其结果，施加电压140和对地电压141 之间的差值、即第1线圈34的绕组间电压144，与施加电压140几乎大小 相同。这样，在比较例1的旋转电动机中，对急剧的浪涌电压产生了高的 绕组间电压。图9 (a)表示实施方式1和比较例1的绕组间电压的测量结果。在 O.lp的急剧浪涌电压下，比较例1的绕组间电压150达到浪涌电压的83.0 %。另外，这与此次所使用的漆覆膜导线的可使用电压电平一致，在安全 率上没有余量。但是，本实施方式l中的线圈间电压151为45.6%，相对
于漆覆膜导线的可使用电压电平具有足够的余量。这里，漆覆膜导线的可 使用电压电平，为漆导线所具备的固有值。因此，实施方式l的旋转电动机ioo，其耐逆变器浪涌电压特性优良，即使对于电压变动等不测情况其 安全率也较高，旋转电动机ioo，相对于比较例1的旋转电动机而言，可 靠性高达83.0/45.6=1.82倍。在图9 (b)中，表示让可靠性相同时的实施方式1与比较例1的旋转 电动机的耐逆变器浪涌电压。另外，图中将电压的上升时间为O.lp下的 比较例1的耐逆变器浪涌电压161表示为100%。实施方式1的逆变器电 压160,与比较例1相比更高，为绕组间电压下降量的倒数的83.0/45.6=1.82 倍，因此，可认为具有182%的耐逆变器浪涌电压。因此，可以认为在使 用实施方式1的旋转电动机100的系统中，可提高1.82倍逆变器系统电压， 使逆变器驱动的旋转电动机系统200高输出密度化。 (比较例2)图10 (a)表示比较例2的集中缠绕的定子和定子的部分放大剖面图。 该比较例的定子62，在将缠绕导体缠绕在齿63上时，从不同的两个线轴 引出覆膜导线，使其邻接着从齿底的缠绕匝(l)、 (r)缠绕到终绕匝(4)、 (4')，形成4匝的线圈104。在比较例2的旋转电动机中，也对与比较例 1同样的急剧浪涌电压发生较高的绕组间电压。 (比较例3)图10 (b)表示比较例3的分布缠绕旋转电动机的缠绕工序。比较例 1、 2中，在钉子磁心20或齿63上缠绕覆膜导线来制作绕组，而在比较例 3中，从线轴71、 72引出覆膜导线，将该覆膜导线缠绕在缠绕框70上。 此时，在从线神71引出的覆膜导线和从线轴72引出的覆膜导线被缠绕在 缠绕框70上之前，用模具(夕'V7) 73予以归总(S31)。将归总后的两 根覆膜导线缠绕到缠绕框70上形成线圈114，使其落入叶片76 (S32)中。 将其重复两次后，将所制作的线圈116、 117插入到钉子磁心20，从而制 造定子(S33)。通过本发明，制造的也是与比较例1、 2同样的定子，因 此对于急剧浪涌电压产生高的绕组间电压。本发明的结果，仅通过改变绕线方法，就可以降低对急剧浪涌电压的 绕组间电压，与现有例相比，可以以同等或更小的尺寸提供耐逆变器浪涌
可靠性高的旋转电动机，同时提供高输出密度的产业用逆变器驱动的旋转 电动机系统。(混合动力汽车)接着，使用图ll，对使用旋转电动机200的混合动力汽车进行说明。混合动力汽车300为四轮驱动式汽车，通过内燃机即发动机210、和 前端侧的电动机/发电机FMC即旋转电动机110驱动两个前轮220，后侧 的电动机/发电机RMG即旋转电动机100分别驱动两个后轮225。另外， 虽然旋转电动机110与上述实施方式的旋转电动机100为同一构成，但是 也可以使用其他构成的旋转电动机。以下，虽对通过发动机210和前侧电动机/发电机FMG即旋转电动机 110驱动前轮220，通过后侧电动机/发电机RMG即旋转电动机100驱动 后轮225的情说进行说明，但也可以由发动机210和后侧电动机/发电机 RMG即旋转电动机100驱动后轮225，由前侧的电动机/发电机即旋转电 动机110驱动前轮220。前轮220的前轮车轴271、 272上，通过前轮差动装置(FDF) 250机 械连接有变速机280。变速机280上，通过输出控制机构(图示省略)机 械连接有发动机210和旋转电动机110。该输出控制机构(图示省略)，是 负责旋转输出的合成或分配的机构。旋转电动机100、 110的定子线圈和 逆变器(INV) 230的交流侧电连接。逆变器电源230，是将直流电变换为 三相交流电的电力变换装置，控制旋转电动机100、 110的驱动。另外， 逆变器电源230的直流侧，与电池(battery) 240电连接。后轮225的后轮车轴273、 274上，通过后轮差动装置(RDF) 255 和后侧减速机(RG) 260，机械连接有后侧电动机/发电机RMG即旋转电 动机100。这虽，逆变器电源230，对于前侧的电动机/发电机MGF和后 侧的电动机/发电机RMG是共用的，包括电动机/发电机MG用的变换电 路部、和后侧的电动机/发电机RMG的变换电路部、以及用于驱动它们的 驱动控制部。混合动力汽车的启动时和低速行驶时(在发电机210的运转效率(油 耗)低的行驶区域)，通过前侧的电动机/发动机FMG即旋转电动机110 驱动前轮220，不驱动后侧的旋转电机100。另外，也可以用前侧的旋转
电动机110驱动前轮220，用后侧的旋转电动机100同时驱动后轮225 (也 可以四轮驱动行驶)。逆变器电源230，从电池240供给直流电，该直流电通过逆变器电源 230变换为三相交流电，该三相交流电被提供给旋转电动机110的定子线 圈。由此，前侧的电动机/发电机FMG即旋转电动机110所产生的旋转输 出，通过输出控制机构(图示省略)输入到变速机280。被输入的旋转输 出通过变速机280变速，变速后的旋转输出通过前轮差动装置250分配给 左右，所分配的旋转输出分别传递到前轮车轴271和前轮车轴272。由此， 旋转驱动前轮220。混合动力汽车300在通常行驶时(行驶在干燥的路面上，发动机210 的运转效率(油耗)良好的行驶区域)，由发动机210驱动前轮220。进而， 通过电池240的充电状态的检测，在需要对电池240进行充电时，输出控 制机构(图示省略)将发动机210的旋转输出分配给前侧的电动机/发动机 FMG即旋转电动机llO。由此，旋转电动机IOO作为发电机动作，在定子 线圈中产生三相交流电。该产生的三相交流电，通过逆变器电源230变换 为规定的直流电。通过该变换得到的直流电，被蓄积在电池240中。混合动力汽车300在四轮驱动行驶时(行驶在有雪的路面等低p路， 发动机210的运转效率(油耗)良好的行驶区域)，后侧的电动机/发电机 RMG即旋转电动机100驱动后轮225，与上述通常行驶同样，发动机210 驱动前轮220。进而，通过旋转电动机100的驱动，电池240的畜电量减 少，因此与上述通常行驶同样，通过发动机210的旋转输出，对前侧的电 动f几/发动机FMG即旋转电动机110进行再生驱动，来对电池240进行充 电。为了由后侧的电动机/发电机RMG即旋转电动机100驱动后轮225， 从电池240将直流电供给到逆变器电源230。该供给的直流电，由逆变器 电源230变换为三相交流电，通过该变换后的交流电驱动旋转电动机100。 该驱动力，通过后侧减速机(RG) 260、后轮差动装置(RDF) 255、后轮 车轴273、 274，对后轮225进行旋转驱动。混合动力汽车300在加速时，发动机210和前侧电动机/发电机FMG 即旋转电动机110驱动前轮220。发动机210和旋转电动机110双发的旋 转输出，通过输出控制机构(图示省略)被输入到变速机280。被输入的 旋转输出通过变速机280、前轮差动装置(FDF) 250、前轮车轴271、 272， 旋转驱动前轮220。在混合动力汽车300再生时(踏下制动器时、加速踏板的踏下减缓时、 或加速踏板的踏下停止时等减速时)，前轮220的旋转输出，通过前轮车 轴271、 272，前轮差动装置(FDF) 250，变速机280和输出控制机构(图 示省略)，传递到旋转电动机IIO。另外，后轮225的旋转输出，通过后轮车轴273、 274，后轮差动装置 (RDF) 255，减速机(RG) 260传递到后侧的电动机/发电机RMG即旋 转电动机IOO。旋转电动机IIO、 IIO作为发电机动作，旋转电动机IIO、 110所发生的三相交流电，通过逆变器电源230被供给到电池240，电池 240被充电。接着，使用图12对上述混合动力汽车所使用的旋转电动机系统进行 说明。混合动力汽车的旋转电动机系统，具备后侧的电动机拨电机RMG 即旋转电动机100;前侧的电动机/发电机FMG即旋转电动机110;逆变 器电源230;连接旋转电动机100和逆变器电源230的电缆18;高压充电 的电池即电池240。逆变器电源230，由两个逆变器电路14、 14构成，各个逆变器电路 14、 14具备功率模块、驱动单元(DU) 320。驱动单元320，由电动机控 制单元(MCU) 310控制。功率模块中，被从电池240供给直流电，逆变 器电路14、 14，分别将直流电变换为三相交流电，提供给旋转电动机100、 110。另外，旋转电动机IOO、 IIO作为发电机动作时，发电机的交流输出 通过逆变器电路14、 14变换为直流电，畜电在电池240中。逆变器电路14的功率模块，由六个开关元件S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6构成，将从电池240供给的直流电变换为交流电，并将电力供给到旋转 电动机IOO、 110。开关元件S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6使用半导体开关元 件即IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅双极性晶体管)。另 夕卜，半导体的开关元件也可以使用IGBT以外的电力用MOS—FET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)。 IGBT具有动作速度块的优点。以往，由于能使用电力用MOS—FET 的电压较低，囟此使用IGBT制作高电压用的逆变器。但是最近，能使用 电力用MOS—1FET的电压变高，均可以作为半导体开关元件使用。电力 用MOS—FET的情况下的优点是，半导体的结构比IGBT简单，半导体的 制造工序比IGBT少。在上臂(P)，将开关元件Sl、 S2、 S3的集电极端子(电力用MOS 一FET时的漏极端子)互相连接，再与电池240的正极侧连接。另夕卜，在 下臂(N)，将井关元件S4、 S5、 S6的发射极端子(电力用MOS—FET 时的源极端子)互相连接，再与电池240的负极侧连接。U相的开关元件Sl的发射极端子(电力用MOS—FET时的源极端子) 和U相开关元j牛S4的集电极端子(电力用MOS—FET时的漏极端子)的 连接点，与旋转电动机IOO、 IIO的U相端子连接，流过U相电流。电枢 绕组(永磁型同步电动机的定子线圈)为Y连接时，流过U相绕组的电 流。同样，V相的开关元件S2的发射极端子和V相的开关元件S5之间 的连接点，与旋转电动机IOO、 IIO的V相电枢线圈(定子线圈)的V相 端子连接。W相的开关元件S3的发射极端子和W相的开关元件S6的集 电极端子的连接点与旋转电动机100、 110的W相端子连接。逆变器电路14将从电池240供给的直流电变换为三相交流电，该三 相交流电被供给到构成旋转电动机IOO、 IIO的定子的U相、V相、W相 的三相定子线圈。由此，通过生成旋转磁场，旋转驱动旋转电动机100、 110的转子。另外，电动机控制单元(MCU) 310，控制驱动单元(DU) 320，该 驱动单元320产生开关元件S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6的栅极信号。通过 该栅极信号控制各个臂的导通、非导通(截止)，将电池240供给的直流 电变换为三相交流电。另外，因为三相交流的产生是公知的，所以省略其 详细的动作说明。在以上的浪合动力汽车的电动机驱动系统中，将旋转电动机IOO、 110 作为前侧的电动机/发动机FMG、后侧的电动机/发动机RMG使用时，即 使被施加由逆泰器电源230所产生的高电压急剧浪涌电压时，与使用上述
比较例的旋转电动机的情况相比，也可以减小绕组间的浪涌电压。因此， 在相同的耐浪涌电压时，绕组间绝缘可以做得比比较例薄，使电动机/发电机(旋转电动机100、 110)紧凑化、重量轻、低成本。因此，有助于混合动力汽车的小型化、轻量化和低成本化。另外，通过电动机/发电机的小型 /轻量化，也可以期待油耗的改善。以上的旋转电动机驱动系统中，以混合动力汽车为例进行了说明，但 是燃料电池汽车或纯电动汽车中也可以期待同样的效果。另外，在应用于 一般产业用的旋转电动机系统时，可以期待旋转电动机系统的小型、轻量、 低成本化和高可靠性化。(变形例)本发明并不局限于上述的实施方式，例如可以有以下各种变形。(1) 虽然上述各个实施方式是Y型接线，但也可以是A型接线。在 图11 (a)中表示了A型接线的连接图。在U相和V相之间，连接相间线 圈41， V相和W相之间连接相间线圈42， W相和U相之间连接相间线圈 43。这些相间线圈41、 42、 43，并列连接四根串联连接的三个线圈来构成。(2) 虽然在上述各实施方式中，均例示的是定子，但是，在转子中 也可以得到同样的效果。例如，对于转子绕组中施加逆变器浪涌电压的二 次励磁型感应电动机或感应发电机，也可以得到同样的效果。(3) 虽然上述各实施方式，形成两个线圈组，将始绕匝的引出线和 终绕匝的引出线在槽外部连接，但也可以形成3个以上的线圈组。例如， 图ll (b)表示为3个的情况下的线圈等价电路。另外，将从N个线轴引出的N根覆膜导线缠绕在缠绕框时的绕线机， 与将从第n个线轴引出覆膜导线在缠绕框上缠绕规定的圈数得到的线圈组 的终绕匝的覆膜导线邻接着，将第(n+l)个线轴的覆膜导线开始缠绕在 缠绕框上，与将第(n+l)个线轴的覆膜导线缠绕规定圈数得到的线圈组 的终绕匝邻接着，在上述缠绕框上开始缠绕第(n+2)个线轴的覆膜导线。(4) 虽然在图5的制作工序的S3中，是将磁性粉末压縮成型(压粉 成型)，但也可以将磁性粉末和铁粉一体地成形。
权利要求
1、一种旋转电动机，具备圆筒状的定子磁心；在该定子磁心内部同轴地旋转的转子磁心；使用在所述定子铁心或所述转子铁心中的任一方或者双方上轴方向形成的多个槽，缠绕覆膜导线而成的多个线圈，其中，所述各个线圈，分割为多个线圈组，一个所述线圈组的始绕端的覆膜导线和另一所述多个线圈组的终绕端的覆膜导线邻接着来缠绕，所述多个线圈组的覆膜导线的始绕端的各引出导线之间、以及终绕端的各引出导线之间，在所述槽的外部连接。
2、 根据权利要求l所述的旋转电动机，其特征在于，所述线圈，跨过一个以上的槽，来使用该跨过的槽的两侧的槽来缠绕 所述覆膜导线，形成分布缠绕。
3、 根据权利要求1所述的旋转电动机，其特征在于，所述线圈，使用邻接的所述槽来缠绕所述覆膜导线，形成集中缠绕。
4、 根据权甲j要求l所述的旋转电动机，其特征在于， 在所述始绕端的覆膜导线和所述终绕端的覆膜导线之间，生成静电电容。
5、 根据权利要求l所述的旋转电动机，其特征在于， 对所述线圈施加急剧的浪涌电压时的绕组间浪涌电压，比对多条覆膜导线一并缠绕在所述槽中得到的线圈施加所述急剧浪涌电压时所产生的 绕组间浪涌电压低。
6、 根据权利要求5所述的旋转电动机，其特征在于， 所述绕组向浪涌电压，被减低至绕组间绝缘的部分放电开始电压以下。
7、 根据权利要求1所述的旋转电动机，其特征在于， 降低绕组间的浪涌电压，以使得对所述线圈施加大小为将多条覆膜导线一并缠绕在所述槽中得到的线圈的绕组间绝缘会发生绝缘破坏的急剧 浪涌电压时，经过规定的时间后所述绕组间绝缘才被绝缘破坏。
8、 根据权利要求l所述的旋转电动机，其特征在于， 将急剧浪涌电压施加在所述线圈时所产生的绕组间浪涌电压，比将多条覆膜导线一并缠绕在所述槽时更低，耐逆变器浪涌电压得到提高。
9、 根据权利要求l所述的旋转电动机，其特征在于， 将缠绕所述覆膜导线得到的线圈从缠绕框收纳到所述槽。
10、 根据权利要求l所述的旋转电动机，其特征在于， 所述定子磁心或所述转子磁心，由多个分割芯形成。
11、 根据权利要求10所述的旋转电动机，其特征在于， 缠绕从多个线轴引出的覆膜导线，形成多个线圈组。
12、 根据权利要求l所述的旋转电动机，其特征在于， 将形成有沟槽的槽绝缘部件或线轴设置在所述各个槽内， 所述覆膜导线沿着所述沟槽排列。
13、 根据权利要求l所述的旋转电动机，其特征在于， 对从槽的不同位置引出到线圈末端部的所述覆膜导线的每一个，披覆绝缘管。
14、 根据权利要求l所述的旋转电动机，其特征在于， 具有将多个所述覆膜导线在所述槽的出口一并披覆的绝缘管。
15、 一种绕线机，将缠绕在多个线轴的覆膜导线缠绕在缠绕框上， 与将从一个线轴引出的覆膜导线在所述缠绕框缠绕规定圈数得到的线圈组的终绕匝^覆膜导线邻接，在所述缠绕框开始缠绕另一线轴的覆膜 导线。
16、 根据权利要求15所述的绕线机，其特征在于， 计算将从所述一个线轴引出的电线缠绕规定瞎数时的线圈组的终绕匝的覆膜导线的邻接位置，从该计算出的位置起开始缠绕所述另一线轴的 覆膜导线。
17、 根据权利要求15所述的绕线机，其特征在于， 所述缠绕框，在表面设置有沟槽或位置检测用的标记。
18、 根据权利要求15所述的绕线机，其特征在于， 将缠绕于N个线轴的覆膜导线缠绕在缠绕框上，与将从第n个线轴引出的覆膜导线在所述缠绕框缠绕规定圈数得到的线圈组的终绕匝的覆膜导线邻接地，在所述缠绕框开始缠绕第(n+l)个 线轴的覆膜导线，并与将第(n+l)个线轴的覆膜导线缠绕规定圈数得到 的线圈组的终绕匝邻接，在所述缠绕框开始缠绕第(n+2)个线轴的覆膜 导线。
19、 一种旋转电动机系统，具备 根据权利要求l所述的旋转电动机；以及，将直流电庄变换为多相交流电压，并可变速驱动旋转电动机的逆变器。
20、 根据权利要求19所述的旋转电动机系统，其特征在于， 从电池供给直流电压。
21、 根据权利要求20所述的旋转电动机系统，其特征在于， 将交流电压整流为直流电压来得到所述直流电压。
22、 一种混合动力汽车，搭载权利要求l所述的旋转电动机。
23、 一种燃料电池汽车，搭载权利要求l所述的旋转电动机。
24、 一种电动汽车，搭载权利要求l所述的旋转电动机。
全文摘要
本发明，提供一种提高耐逆变器浪涌电压的旋转电动机，具备圆筒状的定子磁心；在该定子磁心内部同轴地旋转的转子磁心；使用在所述定子铁心或所述转子铁心中的任一方或双方上轴方向形成的多个槽，缠绕覆膜导线而成的多个线圈。优选所述各个线圈，分割为多个线圈组，一个所述线圈组的始绕端的覆膜导线、与另一多个线圈组的覆膜导线的终绕端的覆膜导线邻接着缠绕，所述多个线圈组的覆膜导线的始绕端的各引出导线、以及终绕端的各引出导线，在所述槽的外部连接。
文档编号B60L11/00GK101132138SQ200710140908
公开日2008年2月27日 申请日期2007年8月10日 优先权日2006年8月24日
发明者伊藤满, 关根昭裕, 妹尾正治, 安原隆, 小俣刚, 小泉孝行, 尾畑功治 申请人:株式会社日立制作所