旋转电机定子的制作方法
【专利摘要】旋转电机的定子包括定子芯、多个绝缘体和多个集中绕组线圈。定子芯包含环形轭和多个齿。绝缘体沿着齿的外周壁表面定位。绝缘体中的每一个绝缘体包括多个第一表面和多个第二表面。第二表面连接第一表面。线圈从其径向内侧被装配在已经放置有绝缘体的齿上。绝缘体中的每一个绝缘体的第一表面与放置在绝缘体的外周上的线圈的内周表面接触。
【专利说明】
旋转电机定子
技术领域
[0001]本发明涉及一种旋转电机定子，并且更具体地，涉及一种线圈经绝缘体缠绕的旋转电机定子。
【背景技术】
[0002]当矩形线的线圈经绝缘体缠绕时，只要绝缘体的绝缘性能被保证，绝缘体优选尽可能薄以便改进绕组的占空系数。
[0003]日本专利申请公开N0.2012-222944(JP 2012-222944 A)公开了一种定子，其中矩形线经绝缘体缠绕在从定子芯的轭部分向内突出的齿周围。在定子中，绝缘体的厚度取决于矩形线和齿之间的相对位置关系而变化。
[0004]在日本专利申请公开N0.2013-162565(JP 2013-162565 A)中陈述，已经预先通过使用缠绕模具绕缠具有矩形截面的线圈绕组而形成的集中绕组线圈从其径向内侧被装配在定子芯的齿周围。
[0005]在日本专利申请公开N0.2008-220093(JP 2008-220093 A)中陈述，当将集中绕组线圈依次装配在从一体式定子芯的轭部分径向向内突出的齿上时，除非采取专门措施，否则不能将线圈装配到最后一个齿上，因为线圈已经被放置在齿的两侧上的槽中。因此，披露的是，使线圈在被安装之前在中空状态下变形以便在不使用可分芯的情况下改进占空系数。
[0006]与JP 2008-220093 A相关，在日本专利申请公开N0.2013-223288 (JP 2013-223288 A)中指出，当使用多层多级集中绕组线圈并且将被装配在最后一个齿上的线圈变形时，这种变形会导致多层绕组之间的间隙或干涉。在该文献中陈述，为了防止多层线圈的绕组之间的干涉，在多层线圈的绕组之间预先设置预定的间隙。
[0007]为了在确保绝缘体的绝缘性能的同时改进线圈的占空系数，优选使用如在JP2012-222944中所描述的台阶式绝缘体。在这种情况下，当在一体式定子中使用集中绕组线圈时，将在最后被安装的线圈必须在它被安装之前变形，如在JP 2008-220093A中所描述的。这时，当使用台阶式绝缘体时，已变形的线圈的拐角部分可能与绝缘体的台阶干涉。因此，因为必须仔细地安装线圈以避免干涉，所以线圈可插入性是差的。当为了改进线圈可插入性而减小齿的宽度时，线圈的占空系数减小，这样会导致旋转电机的性能下降或其它问题。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种旋转电机定子，其中，能够在确保台阶式绝缘体的绝缘性能的情况下改进线圈的可插入性。
[0009]根据本发明的旋转电机定子包括定子芯、多个绝缘体和多个集中绕组线圈。定子芯包括环形轭和齿。齿从轭径向向内突出，并且齿周向布置，并且齿包括第一齿和与第一齿相邻的第二齿。在第一齿与第二齿之间限定有槽。绝缘体沿着齿的外周壁表面定位，并且每个绝缘体包括多个第一表面和多个第二表面。第二表面连接第一表面。多个集中绕组从径向内侧被装配在已经放置有绝缘体的每一个齿上。第一表面与放置在绝缘体的外周上的线圈的内周表面接触。
[0010]根据具有上述构造的旋转电机定子，每个绝缘体具有多个第一表面，所述多个第一表面与放置在绝缘体的外周上的线圈的内周表面接触。此外，每个绝缘体具有连接第一表面的多个第二表面。利用具有如上文所描述的构造的定子，即使当必须将线圈插入到窄槽中时，第二表面也有助于防止线圈和绝缘体之间的干涉。槽很窄的情况的示例包括线圈已经装配在除最后一个齿以外的所有齿上并且最后一个齿的两侧上的槽因此很窄的情况。此外，因为每个线圈的内周表面仅与第一表面接触，所以即使当提供第二表面时，绝缘体的绝缘性能也不会受到不利影响。因此，能够在确保绝缘体的绝缘性能的情况下改进线圈的可插入性。
[0011]在根据本发明的旋转电机定子中，放置在第一齿上的绝缘体的第二表面可以与放置在第二齿上的线圈的外周表面平行。
[0012]在根据本发明的旋转电机定子中，第一倾斜角度可以基于第二倾斜角度来设定。第一倾斜角度是在放置在第一齿上的绝缘体的第一表面与第二表面之间的倾斜角度。第二倾斜角度是第一齿的中心线与第二齿的中心线之间的倾斜角度。第一齿的中心线和第二齿的中心线是径向延伸的线。
[0013 ]在根据本发明的旋转电机定子中，线圈的一 Bi的内周表面可以部分地与第一表面接触，并且内周表面的其它部分可以与第二表面隔开。
【附图说明】
[0014]下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优势、以及技术和工业意义，其中相同的标记表示相同的元件，并且其中:
[0015]图1是示出根据本发明的实施例的旋转电机定子中的定子芯与绝缘体之间的关系的透视图；
[0016]图2是示出根据本发明的实施例的旋转电机定子中的齿、绝缘体和集中绕组之间的关系的图不；
[0017]图3是示出绝缘体已经装配在根据本发明的实施例的旋转电机定子中的齿上的状态的图示；
[0018]图4是示出当集中绕组线圈装配在根据本发明的实施例的旋转电机定子中的齿上的时刻的图示；
[0019]图5是示出最后一个齿的图示，必须将集中绕组线圈装配在根据本发明的实施例的旋转电机定子中的最后一个齿上，其中(a)示出已经安装的线圈和最后一个线圈之间的干涉，以及(b)示出为了避免与其他线圈干涉而变形的线圈；
[0020]图6是示出变形的线圈如何装配在根据本发明的实施例的旋转电机定子中的最后一个齿上的图示；
[0021]图7是示出根据本发明的实施例的旋转电机定子中的齿、绝缘体和集中绕组线圈之间的关系的放大图；
[0022]图8是示出根据本发明的实施例的旋转电机定子中的线圈可插入性的图示；以及
[0023]图9是为了比较而示出在使用根据现有技术的台阶式绝缘体的情况下的线圈可插入性的图示。
【具体实施方式】
[0024]下面参考附图详细地描述本发明的实施例。下面描述的尺寸、形状、材料等被示出用于说明性目的并且取决于旋转电机定子等的设计可以根据需要改变。此外，在下文中，相同的元件在所有附图中由相同的附图标记指示，并且不重复冗余描述。
[0025]图1和图2是示出在安装在车辆中的旋转电机中使用的旋转电机定子10的构造的图示。在下文中，旋转电机定子10被称为“定子10”，除有另外声明之外。在图1中，(a)是定子芯11的透视图，并且(b)是装配在(a)中所示的定子芯11的每个齿14上的绝缘体30的透视图。在图2中，(a)是齿14的顶视图，(b)是沿着图1中的平面A截取的绝缘体30的截面图，并且(c)是经绝缘体30装配在每个齿14上的集中绕组线圈20的顶视图。在图1和图2中，示出定子10的周向方向Θ、径向方向R和高度方向Z。在附图的平面上，+R意味着方向是径向向内的，并且+Θ意味着方向是从左至右。这一点也适用于其它附图。
[0026]使用了定子10的旋转电机是电动发电机并且是三相同步旋转电机，当车辆被驱动时，电动发电机用作电动马达，并且当车辆被制动时，电动发电机用作发电机。旋转电机由定子和转子构成，即，图1中所示的定子10和位于定子10径向内部的环形转子，在定子和转子之间具有预定的间隙。在图1中，省略了转子的图示。
[0027]定子10具有:定子芯11，所述定子芯11具有环形轭部分12、多个齿13和14以及多个槽15和16，所述多个齿13和14周向地布置并且从轭部分12径向向内突出，所述多个槽15和16作为齿13和14之间的空间；绝缘体30，所述绝缘体30沿着齿13和14的外周壁表面放置;和集中绕组线圈20，所述集中绕组线圈20从其径向内侧经绝缘体30被装配在齿13和14上。
[0028]轭部分12形成定子芯11的外周部分，并且具有环形形状。齿13和14以及槽15和16沿着轭部分12的径向内面交替地周向布置。齿13和14是突起，线圈20缠绕在齿13和14周围以形成磁极。齿13和14中的每一个齿关于它们的在R方向上延伸的中心线C-C ’对称，并且在+R方向上渐缩。两个相邻的齿13和14的中心线C-C’关于彼此以角度θο=(360/齿的数量)倾斜。例如，当定子芯11具有十个齿时，θο = 36°。
[0029]在图1(a)中，齿14的两个侧壁表面在Θ方向上分别通过参照面对槽15的侧壁表面和面对槽16的侧壁表面而被区别为“侧壁表面1? ”和“侧壁表面18r”。绝缘体30被放置成覆盖侧壁表面18l和18r。
[0030]使用多个环形薄磁板的层压制件作为定子芯11，所述多个环形薄磁板中的每一个板包含齿13和14以及槽15和16并且具有预定的形状。可以使用磁钢板作为磁薄板。可以使用通过将磁粉模制成预定形状而获得的压坯来代替磁薄板的层压件。
[0031]每个集中绕组线圈20通过使用缠绕模具将绝缘膜缠绕导体预定数量的匝数以形成预定数量的层并且将产生的缠绕本体从缠绕模具移除而形成，缠绕模具具有与齿13和14的截面形状对应的大致不规则四边形截面形状。在图2(c)所示的示例中，示出了已经沿着内部绕组22的外周表面缠绕成层的六匝内部绕组22和六匝外部绕组24。内部绕组22具有线圈内周表面26l和26r，所述线圈内周表面26l和26r分别放置在槽15和16中并且沿着绝缘体30的外周壁表面放置。
[0032]如图2中所示，当将绝缘体30装配在齿14上并且将线圈20环绕绝缘体30的外周放置时，线圈20的中心线与齿14的中心线C-C’一致。因此，线圈20的线圈内周表面26l和26r是与其上缠绕有线圈20的齿14的中心线C-C’平行的壁表面。
[0033]关于具有绝缘膜的导线，铜线、铜锡合金线或镀银铜锡合金线例如可以被用作导线的基线。使用具有矩形截面的矩形线作为基线。使用聚酰胺瓷釉膜作为绝缘膜。可以使用聚脂酰亚胺、聚酰亚胺、聚脂、缩甲醛等代替聚酰胺瓷釉膜。
[0034]绝缘体30是使定子芯11与线圈20之间的连接电绝缘的绝缘构件。如图1所示，绝缘体30是凸缘框架状构件，在齿13和14上各装配有一个绝缘体30。凸缘32C是与槽15和16的底部的内壁表面对应的延伸部分。在形成框架状的结构的侧壁之间，与齿14的侧壁表面1?对应的侧壁被称为“侧壁32l”，并且与齿14的侧壁表面18r对应的侧壁被称为“侧壁32r”。侧壁32dP32R中的每一个设置有台阶表面，所述台阶表面具有与线圈20的匝数对应的台阶。
[0035]台阶表面由相对于彼此倾斜的两个类型的壁表面构成。两个类型的壁表面是线圈接触表面34l和34r以及锥形表面36l和36r，所述锥形表面36l和36r连接在R方向上彼此相邻的线圈接触表面。线圈接触表面34l和锥形表面36l在R方向上从外侧到内侧交替且径向地布置在侧壁32l上，并且线圈接触表面34r和锥形表面36r在R方向上从外侧到内侧交替且径向地布置在侧壁32r上。
[0036]形成台阶表面的部分的线圈接触表面34l和34r是与在R方向上延伸的每个绝缘体30的中心线平行的壁表面。当将绝缘体30装配在齿14上并且将线圈20沿着绝缘体30的外周插入到槽15和16中时，线圈接触表面34l和34r平行于齿14的中心线C-C’并且平行于线圈20的线圈内周表面26l和26r延伸。因此，线圈内周表面26l和26r分别与线圈接触表面34l和34r接触。这就是为什么线圈接触表面34l和34r被如此命名的原因。
[0037]形成台阶表面的部分的锥形表面36l和36r是在R方向上连接彼此相邻的线圈接触表面的壁表面。在绝缘体30已经被装配在齿14上并且线圈20已经沿着绝缘体30的外周被插入到槽15和16中之后，锥形表面36l和36r不接触线圈20的线圈内周表面26l和26r而是分别与线圈20的线圈内周表面26l和26r隔开。可以根据线圈20到槽15和16中的可插入性来确定锥形表面36l和36r关于线圈接触表面34l和34r的倾斜角度。稍后参照图7详细地描述根据可插入性来确定倾斜角度。
[0038]图3至图6是示出在将绝缘体30装配在定子10中的齿13和14上之后依次安装集中绕组线圈20的程序的图示。这些图全是顶视图。在下文中，两个齿13和14被用作定子10的齿部分的代表，并且在齿14的两侧上的槽15和16被用作槽的代表。另外，绝缘体30和线圈20分别由相同的附图标记指定，无差别。
[0039]图3是示出绝缘体30已经装配在齿13和14上的状态的图示。如图3中所示，一个绝缘体的左侧部分和另一个绝缘体的右侧部分位于一个槽中。
[0040]图4是示出在绝缘体30已经装配在所有齿上并且线圈20已经依次被插入到在所有齿(除两个齿13和14以外)的两侧上的槽15中时线圈20被装配在齿13上的状态的图示。线圈20已经装配在齿13的左侧上的齿上，但是没有线圈20装配在齿13的右侧上的齿(S卩，齿14)上。换言之，没有线圈20放置在齿13的右侧上的槽15中。因此，当集中绕组线圈20的中心线C20关于齿13的中心线C-C’朝槽15移位时，即使线圈20未变形，线圈20也能够装配在齿13上且其形状被维持。
[0041]图5是示出在图4所示的过程已经完成(S卩，线圈20已经装配在除齿14的所有齿上)时线圈20被装配在齿14上的状态的图示。因为线圈20已经装配在齿13的左右侧上的齿上，所以线圈20位于齿14的左侧上的槽15中并且位于齿14的右侧上的槽16中。因此，现在不能将待安装的线圈20直接插入到槽15和16中，因为只要线圈20被维持在其同中心缠绕的形状下，在其大致不规则四边形截面形状的长侧的两端处的拐角部分就会与已经安装的线圈20干涉。该情形被示出为图5(a)中所示的干涉状态Iu
[0042]图5(b)是示出变形以避免产生干涉状态I1的线圈21的图示。例如，线圈21的变形能够按如下所述实现。首先，使线圈21关于齿14的中心线C-C’倾斜，直至线圈21的线圈外周表面27l平行于已经被放置在槽15中的线圈20的线圈外周表面27r为止。此时，线圈21尚未变形。然后，线圈21变形使得线圈21的线圈外周表面27r在该状态将不与已经被放置在槽16中线圈20的线圈外周表面27l干涉。线圈21在其弹性变形范围内变形。
[0043]上述变形过程仅仅只是示例。简言之，需要使将被安装的线圈21变形，使得它将不与已经安装的两个线圈20中的任一个线圈干涉。图6是示出变形的线圈21正被插入到槽15和16中的状态的图示。当插入过程继续，直至形成线圈21的绕组位于槽15和16中的位置为止，已经施加的使线圈21变形的外力消失，并且线圈21通过绕组的弹性恢复至其初始形状。因此，具有变形前的形状的线圈20被装配在齿14上。
[0044]图7是图5所示的状态的放大图，图5示出在最后一个线圈20被装配在齿14上之前齿13和14、绝缘体30和线圈20之间的关系。在此处，示出绝缘体30已经装配在齿14上的状态。此外，示出已经经绝缘体30装配在齿13上的线圈20的线圈内周表面26r与绝缘体30的侧壁32r的线圈接触表面34r和锥形表面36r之间的关系。
[0045]使用图7的右侧部分来描述已经装配在齿14上的绝缘体30。绝缘体30的侧壁32l被放置成与齿14的侧壁表面18L接触，并且绝缘体30的侧壁32r被放置成与齿14的侧壁表面18R接触。线圈接触表面34l和锥形表面36l在R方向上从外侧到内侧交替且径向地布置在绝缘体30的侧壁32l的槽15侧面上。换言之，线圈接触表面34l、锥形表面36l、线圈接触表面34l、锥形表面36l、线圈接触表面34l、锥形表面36l、线圈接触表面34l、锥形表面36l和线圈接触表面34l从外侧到内侧依次且径向地布置。
[0046]类似地，线圈接触表面34r和锥形表面36r在R方向上从外侧到内侧交替且径向地布置在绝缘体30的侧壁32r的槽16侧面上。换言之，线圈接触表面34r、锥形表面36r、线圈接触表面34r、锥形表面36r、线圈接触表面34r、锥形表面36r、线圈接触表面34r、锥形表面36r和线圈接触表面34r从外侧到内侧依次且径向地布置。
[0047]以这种方式，线圈接触表面34l和34r或锥形表面36l和36r在R方向上设置在绝缘体30的侧壁32l和32r上的相同位置上。
[0048]接着，使用图7的左侧部分描述在已经经绝缘体30将线圈20装配在齿13上之后的状态。在已经将线圈20装配在绝缘体30上之后，线圈内周表面26r与绝缘体30的线圈接触表面34R接触但是不与绝缘体30的锥形表面36r接触，S卩，与绝缘体30的锥形表面36r隔开。
[0049 ]当关注在一个槽15中彼此相对的两个绝缘体30时，装配在齿13上的绝缘体30的侧壁32r的锥形表面36r和装配在齿14上的绝缘体30的侧壁32l的线圈接触表面34l处于彼此平行关系P1。该平行关系丹平行于在R方向上延伸的齿14的中心线C-C’。
[0050]装配在齿13上的绝缘体30的侧壁32r的线圈接触表面34r与装配在齿13上的线圈20的线圈外周表面27r呈平行关系P2。此外，装配在齿14上的绝缘体30的侧壁32l的锥形表面36L也与装配在齿13上的线圈20的线圈外周表面27r呈平行关系P2。当如图6所示将线圈21装配在齿14上时，平行关系内被设置为改进变形线圈21的可插入性。
[0051]平行关系？2表明，装配在齿13上的绝缘体30的侧壁32r的线圈接触表面34r和装配在齿14上的绝缘体30的侧壁32l的锥形表面36l彼此平行。
[0052]使用图7来总结这些关系。装配在齿13上的绝缘体30的侧壁32r的线圈接触表面34r和装配在齿14上的绝缘体30的侧壁32l的锥形表面36l彼此呈平行关系？2。装配在齿13上的绝缘体30的侧壁32r的锥形表面36r和装配在齿14上的绝缘体30的侧壁32l的线圈接触表面34l呈平行关系P1。因此，平行关系P2关于平行关系P1的倾斜角度θο等于齿13的中心线C-ClP与齿13相邻的齿14的中心线C-C’之间的角度。
[0053]换言之，装配在齿14上的绝缘体30具有线圈接触表面34l和34r，所述线圈接触表面34l和34r分别与装配在齿14上的集中绕组线圈20的线圈内周表面26l和26r接触。
[0054]并且，装配在齿14上的绝缘体30具有锥形表面36l和36r，所述锥形表面36l和36r分别与放置在槽15中的另一个集中绕组线圈的外周表面27R和放置在槽16中的另一个集中绕组线圈的外周表面27l平行。锥形表面36l和36r分别关于线圈接触表面34l和34r以倾斜角度θο倾斜。
[0055]参照图8和图9描述如上文所描述的旋转电机定子10的效果。图8和图9被提供用于比较当将线圈20装配到在定子芯11的槽15中彼此相对的齿13和14上时的线圈可插入性。图8是示出了使用根据本发明的绝缘体30的情况的图示，并且图9是示出了使用根据现有技术的台阶式绝缘体31的情况的图示。在这些附图中，已经将线圈20装配在齿13上。对于齿14，将要根据图5和图6中所示的程序将线圈21经绝缘体31或绝缘体30插入到槽15和16中。
[0056]在图8中，根据本发明的绝缘体30已经装配在齿13和14上。根据本发明的绝缘体30具有如下结构:其中，线圈接触表面34l和34r在R方向上分别由锥形表面36l和36r连接。绝缘体30的最小厚度d0被设定为能够确保绝缘性能的值。虽然绝缘体30在具有锥形表面36l或36r的部分处具有较小的厚度，绝缘体30的绝缘性能不受到不利影响，因为线圈内周表面26l和26r分别与锥形表面36l和36r隔开。
[0057]每个绝缘体30具有在R方向上与线圈接触表面34l和34r相邻的锥形表面36l和36r，并且，如参照图8所描述的，装配在齿14上的绝缘体30的锥形表面36l平行于装配在齿13上的线圈20的线圈外周表面27r。因此，当变形的线圈21径向向外移动到槽15中以将线圈21装配在齿14上时，能够使线圈21沿着锥形表面36l顺利地移动，因为绝缘体30没有具有直角拐角的台阶。此外，即使当线圈21朝相邻的线圈20移动以便使线圈21沿着锥形表面36l移动时，也不与相邻的线圈20产生干涉，因为锥形表面36l平行于相邻的线圈20的线圈外周表面27r0
[0058]在图9中，根据现有技术的绝缘体31已经装配在齿13和14上。不像根据本发明的绝缘体30，根据现有技术的绝缘体31不具有锥形表面36l和36r并且具有仅由线圈接触表面34l和34r构成的台阶式结构。例如，装配在齿14上的绝缘体31在槽15中的线圈接触表面34L之间具有直角台阶。绝缘体31的最小厚度do被设定为能够保证绝缘性能的值。
[0059]在这种情况下，当变形的线圈21在槽15中径向向外移动以将线圈21装配在齿14上时，在线圈21的线圈内周表面26l的一端处的拐角部可能与绝缘体31的台阶的直角拐角干涉。该情形被示出为图9中的干涉状态12。因此，必须仔细地安装线圈21以便避免产生干涉状态12。此外，即使小心避免产生干涉状态12，线圈21也可能会与相邻的线圈20干涉，因为线圈21在台阶的直角拐角处必须朝相邻的线圈20移动台阶的高度。如刚刚描述的，在现有技术中，安装线圈21的工作效率是低的，因为必须小心地安装线圈21。在图8中所示的结构中，锥形表面36l被提供以防止这样的情况产生。因此，与图9中所示的现有技术的情况相比，安装线圈21的工作效率得到提高。
【主权项】
1.一种用于旋转电机的定子，所述定子包括: 定子芯，所述定子芯包括: 环形轭;和 齿，所述齿从所述轭径向向内突出，所述齿被周向地布置，所述齿包括第一齿和与所述第一齿相邻的第二齿，在所述第一齿与所述第二齿之间限定有槽； 多个绝缘体，所述多个绝缘体沿着所述齿的外周壁表面定位，每个绝缘体包括: 多个第一表面;和 多个第二表面，所述第二表面连接所述第一表面;和 多个集中绕组线圈，所述多个集中绕组线圈从径向内侧被装配在已经放置有所述绝缘体的所述齿中的每一个齿上， 其中，所述第一表面与放置在所述绝缘体的外周上的所述线圈的内周表面接触。2.根据权利要求1所述的定子， 其中，放置在所述第一齿上的所述绝缘体的所述第二表面与放置在所述第二齿上的所述线圈的外周表面平行。3.根据权利要求1所述的定子， 其中，第一倾斜角度基于第二倾斜角度来设定， 所述第一倾斜角度是放置在所述第一齿上的所述绝缘体的所述第一表面与所述第二表面之间的倾斜角度， 所述第二倾斜角度是所述第一齿的中心线与所述第二齿的中心线之间的倾斜角度，并且 所述第一齿的中心线和所述第二齿的中心线是径向延伸的线。4.根据权利要求1所述的定子， 其中，所述线圈的一匝的内周表面与所述第一表面部分地接触，并且所述内周表面的其它部分与所述第二表面隔开。
【文档编号】H02K3/52GK105917556SQ201580005070
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年1月19日
【发明人】宫本知彦, 辻赳, 中岛大
【申请人】丰田自动车株式会社, 爱信艾达株式会社