专利名称：电动机定子及定子制造方法
技术领域：
本发明涉及具有定子线圈的电动机定子，该定子线圈包括定子芯、导 电线圈、以及位于定子芯与导电线圈之间的绝缘体，本发明还涉及该电动 机定子的制造方法。
背景技术：
通常的电动机定子包括多个定子线圈，每一个定子线圈均由绕定子芯 缠绕的导电线圈构成。树脂绝缘体布置在定子芯与导电线圈之间以确保两 者之间的绝缘。在导电线圈通过绝缘体被插在定子芯上之后，通过模制工 艺利用模制材料将它们完全覆盖以形成定子。执行模制工艺以允许在导电 线圈中产生的热量扩散至外部并防止水等物质进入定子。
定子的制造方法通过将装配在绝缘体上的导电线圈安装到定子芯上、 安装母线等部件、并将它们整体模制来实现。
在这里，绝缘体与导电线圈之间的间隙被设置的较小以提高导热性。 因此，在对装配在绝缘体上的导电线圈进行模制的过程中，模制材料不能 充分地进入上述间隙，由此在绝缘体与导电线圈之间留下空气层。因为该 空气层本身较差的导热性，该空气层易于使导热性降低，由此导致电动机 的热扩散不充分。
为了解决以上问题， 一种措施是在整体模制之前通过模制工艺来覆盖 绝缘体及导电线圈。
例如，JP3659874揭示了一种技术，其在未将绝缘物质插入槽绝缘体 内的情况下，通过模制工艺利用环氧热固性树脂来覆盖扁平导线，并且在 组装了形成定子的部件之后，再次通过模制工艺利用环氧热固性树脂来整 体覆盖组件。具体而言，与导电线圈对应的扁平导线被插入与绝缘体对应 的槽绝缘体，并且组合后的单元被安装在槽内，然后一次被环氧热固性树脂覆盖。在将形成定子的部件组装在一起之后，将环氧热固性树脂模制形 成在组件周围以完成定子。另一方面，作为模制材料，使用了包含大量填充物的热固性树脂以提 高抗裂性及导热性。作为绝缘体材料，使用了热固性树脂以提高产率。在使用包含大量填 充物的热固性树脂以将线性膨胀系数减小至线圈或定子芯的水平并提高导 热性的情况下，很可能其流动性降低并且韧性降低，由此导致绝缘体自身 发生断裂。发明内容本发明解决的问题但是，JP3659874中揭示的定子及定子制造方法具有以下缺陷。己经进入并填充在绝缘体与导电线圈之间的间隙中的模制材料会降低 在间隙中留下空气层的可能性。但是，如图12所示，在导电线圈102与 定子芯101之间形成有三层，具体而言，这些层是通过在第一模制工艺过 程中渗入绝缘体104与导电线圈102之间的间隙内而形成的环氧树脂模制 层105;绝缘体104;以及在整体模制工艺过程中形成的另一环氧树脂模 制层103。因此，在五个层之间存在四个边界表面。公知在边界表面上的 导热性低于层中的导热性。导热性趋于从层到层而发生变化，由此不能实 现稳定的热传递状态。由此难以进一步提高导热性。此外，通过在各个边界表面处发生层的剥离或分离而导致断裂的发 生。因此，随着边界表面的数量的增加，抗裂性下降。近来，对于混合动力电动车辆，已经在研发一种紧凑型电动机，其允 许高压电流流过以输出较高的转矩。因此，需要具有更高导电性及更高抗 裂性的定子以防止电动机的温度升高，但是，难以实现上述电动机。着眼于以上情况完成了本发明，其目的在于提供一种具有较高导热性 及较高抗裂性的定子。 解决问题的手段为了实现上述目的，本发明的电动机定子及定子制造方法具有以下构造。(1) 根据本发明的一个方面，提供了一种电动机定子，包括多个定 子线圈，每一个所述定子线圈均由缠绕在定子芯上的导电线圈形成，其中所述定子芯及所述导电线圈中的一者通过嵌件成型与由热固性树脂制 成的绝缘体形成为一体，并且通过模制工艺用热固性树脂覆盖包括所述多个定子线圈的所述定子。(2) 在(1)中所述的电动机定子中，形成所述绝缘体的所述热固性 树脂以及通过模制工艺覆盖包括所述多个定子线圈的所述定子的所述热固 性树脂具有相同的线性膨胀系数。(3) 在(2)中所述的电动机定子中，线性膨胀系数相同的所述树脂 是包含60 vol %至80 vol %的填充物的环氧热固性树脂，并且所述线性膨 胀系数是10 ppm/°C至20 ppm/°C。(4) 在(1)中所述的电动机定子中，形成所述绝缘体的所述热固性 树脂的导热性大于通过模制工艺覆盖所述定子的所述热固性树脂的导热 性。(5) 在(1)中所述的电动机定子中，所述导电线圈是具有扁平剖面 形状的线圈，并沿边缘缠绕，并且所述绝缘体局部地形成在所述定子芯及 所述导电线圈中的一者的四个角部处。(6) 根据另一方面，本发明提供了一种电动机定子制造方法，用于 制造包括多个线圈的电动机定子，每一个所述线圈均由缠绕在定子芯上的 导电线圈形成，所述方法包括以下步骤以通过嵌件成型与所述定子芯及 所述导电线圈中的一者成为一体的方式，形成由热固性树脂制成的绝缘 体；并且通过模制工艺用热固性树脂覆盖包括所述多个线圈的所述定子。以下将描述具有上述特征的定子及定子制造方法的工作情况及优点。 当通过嵌件成型使热固性树脂覆盖定子芯时，定子芯优选地由多个分 体芯构成以便于嵌件成型。模具的空腔被设计成与具有绝缘体的分体芯对 应的形状。在空腔内，分体芯被插入，并且例如在分体芯周围注入环氧热 固性树脂。由此，环氧热固性树脂在压力下被模制成型在分体芯的表面 上。因为通过在压力下注入环氧热固性树脂来执行嵌件成型，故绝缘体与分体芯可形成为一体使得环氧热固性树脂与分体芯的表面紧密接触。因 此，边界表面的数量被减少一个，由此防止因边界表面导致的散热性降低 及抗裂性降低。此外，环氧热固性树脂具有粘附性能，由此可实现定子的 更高导热性。类似的，当盒式线圈(cassette coil)通过缠绕导电线圈而形成并且被安装在定子芯上时，绝缘体通过嵌件成型形成在将与定子芯接触的盒式线 圈的内表面上。具体而言，模具的空腔被设计成与具有绝缘体的盒式线圈 对应的形状。在空腔内，盒式线圈被插入，并且例如在盒式线圈周围注入 环氧热固性树脂。因此，环氧热固性树脂在压力下被模制成型在盒式线圈 的表面上。通过嵌件成型，环氧热固性树脂可模制成与盒式线圈的内表面 紧密接触，由此形成与盒式线圈成为一体的绝缘体。因此，在绝缘体与盒 式线圈之间不存在间隙。因此，在对整个组件进行模制加工的过程中，能 够防止模制材料进入盒式线圈与绝缘体之间。边界表面的数量可以减少一 个，由此防止因层(即，边界表面)而造成导热性降低以及抗裂性降低。 此外，环氧热固性树脂具有粘附性能，由此可实现更高的导热性。用作形成绝缘体的材料的热固性树脂与用在整体模制工艺中的热固性 树脂是具有相同线性膨胀系数的树脂。因此，随着电动机的温度升高，绝 缘体及整体模制层将在边界表面处以相同的膨胀系数膨胀或收縮。因此能 够抑制在边界表面处的剥离或分离，由此提高抗裂性。因为用作形成绝缘体的材料的热固性树脂的导热性被设置为大于用作 形成模制层的材料的热固性树脂的导热性，故可提高绝缘体的散热性能。 换言之，分体芯及绝缘体以紧密接触关系彼此接合，由此实现较高的导热 性。因此，在盒式线圈中产生的热量可被更有效地传递至分体芯。另一方面，为了提供导热性，需要提高基体(matrix)的导热性及填 充物的导热性。但是，使用两种措施的成本较高，由此导致定子整体成本 增加。模制层通过大量材料在线圈端部形成得更厚，而绝缘体通过极少量 材料形成为具有数百微米的厚度。由此在不增加成本的前提下可将绝缘体 的导热性设置得更高。
图1A及图1B是在第一实施例中用于通过嵌件成型在分体芯上形成绝缘体的模具的视图；图2A及图2B是在第一实施例中绝缘体成型后的分体芯的视图；图3是处于模制工艺前的状态下的组装定子的视图； 图4是在模制工艺之后的定子的视图；图5A至图5C是在第二实施例中用于通过嵌件成型在盒式线圈中形成 绝缘体的模具的视图；图6A及图6B是在第二实施例中的绝缘体成型后的盒式线圈的视图； 图7A及图7B是示出安装在定子芯上的绝缘体成型后的盒式线圈的视图；图8是处于模制工艺前的状态下的组装定子的视图-，图9是在模制工艺之后的定子的视图；图IO是示出第一实施例中的层构造的视图；图ll是示出在第二实施例中的层构造的视图；并且图12是示出现有技术中的层构造的视图。
具体实施方式
现在，将参考附图来给出对根据本发明的定子及定子制造方法的优选 实施例的详细描述。首先，以下将描述在第一实施例中通过嵌件成型来将 绝缘体4形成在分体芯3上的情况。图1A是用于嵌件成型的模具的剖视 图。图1B是沿图1A的线A-A所取的模具的剖视图。这些图示出了剖面 但为了方便起见未给出剖面线。模具包括配合在一起以形成空腔的上模具1及下模具2。该空腔是界 定分体芯3与绝缘体4的组合体的形状的空间。在此空腔内，分体芯3被 插入，然后例如将环氧热固性树脂注入。由此，环氧热固性树脂在压力下 被模制成型在分体芯3的表面上，成为在绝缘体4。通过嵌件成型，能够 以使绝缘体4与分体芯3形成为一体的方式，使环氧热固性树脂形成在分 体芯3的表面上成为绝缘体4。具体而言，环氧热固性树脂具有较高的粘附特性，由此可使得绝缘体4形成为与分体芯3的表面紧密接触。因此， 在绝缘体4与分体芯3的表面之间不会产生间隙。用于形成绝缘体4的树脂是包含填充物的环氧热固性树脂。上述填充物可从以下所列的填充物中选择，诸如铝及硅土之类的高导热性填充物、 诸如熔凝硅土之类的低线性膨胀填充物、诸如压制纤维之类的强化填充物、以及诸如弹性体成分的应力减小剂。填充物的填充率为60voiy。至 80vol%。树脂的线性膨胀系数被调整至10至20ppm/。C的范围内，由此接 近线圈及定子芯的线性膨胀系数。图2A及图2B示出了绝缘体成型后的分体芯6，其一体地形成有绝缘 体4。图2A是盒式线圈5安装到绝缘体成型后的分体芯6上的分解视图， 图2B示出了与盒式线圈5组装在一起的分体芯6。在本实施例中，绝缘体 4的厚度为数百微米，但图中夸张地将其示出为较厚。如图2A所示，分体芯3的与盒式线圈5接触的区域(即，分体芯3 的与盒式线圈5的中空部分接触的突起)以及分体芯3的围绕该突起的内 周表面被绝缘体4大范围地覆盖。如图2B所示，绝缘体4存在于盒式线圈5与分体芯3之间的全部区 域以提高导电线圈的绝缘性。图3示出了八个绝缘体成型后的分体芯6作为定子组件与热插入环7 组装在一起，其中每个绝缘体成型后的分体芯6上均安装有盒式线圈5。 具体而言，环7被加热从而膨胀，从而将绝缘体成型后的分体芯6布置在 其中，然后环7被冷却以收縮。由此，八个分体芯6被组装成一体，由此 形成定子组件。该定子组件被布置在模具中，然后热固性树脂被浇注在模 具中以形成模制层8。最终形成图4所示的定子10。在本实施例中，用于形成模制层8的树脂是环氧热固性树脂，其具有 与用于通过嵌件成型来形成绝缘体4的树脂相同的线性膨胀系数。绝缘体4的材料及模制层8的材料是相同的环氧热固性树脂，其被调 制为使得在填充了填充物之后各自的线性膨胀系数变为相同。绝缘体4与 模制层8由此可在电动机温度升高时膨胀相同的量，由此减小绝缘体4与 模制层8在其边界表面处彼此分离或剥离的可能性，由此提高抗裂性。此外，当用作形成绝缘体4的材料的热固性树脂的导热性被设定为大 于用作形成模制层8的材料的热固性树脂的导热性时，绝缘体4可具有更 高的散热性能。以下将描述本实施例的定子IO的工作情况及优点。图IO是示出第一 实施例的定子10的局部构造的剖视图。在由层叠薄钢板构成的分体芯3的表面上，以紧密接触的关系粘附地 形成了绝缘体4。换言之，环氧热固性树脂渗入层叠薄板之间的间隙内， 由此形成绝缘体4。因为绝缘体4以与分体芯3紧密接触的方式粘附地接 合，故可防止模制层8进入绝缘体4与分体芯3之间。因此，形成具有三 个边界表面的四个层分体芯3、绝缘体4、模制层8、以及盒式线圈5。 相较于图12中的常规构造，该构造可将边界表面的数量减少一个。通过将边界表面的数量减少一个，能够抑制因在边界表面处的分离或 剥离而导致的断裂。相较于图12所示的情况，较少的边界表面以及绝缘 体4与分体芯3的紧密接触可以提高导热性。如上详细所述，第一实施例的定子被构造为使得热固性树脂被嵌件成 型在构成定子芯的各个分体芯3上，以将绝缘体4与各个分体芯3形成为 一体，并且通过模制工艺用热固性树脂覆盖包括多个盒式线圈5的定子。 因此，边界表面的数量可减少一个，由此防止因边界表面导致的导热性的 降低以及抗裂性的降低。此外，具有粘附性能的环氧热固性树脂可实现较 高的导热性。用作形成绝缘体4的材料的热固性树脂以及用作形成模制层8的材料 的热固性树脂是具有较高导热性的树脂，并且它们具有相同的线性膨胀系 数。因此，随着电动机的温度上升，绝缘体4与模制层8可一起在其边界 表面处膨胀和收縮。由此使得能够防止绝缘体4与模制层8在其边界表面 处分离或剥离，由此提高抗裂性。当用作形成绝缘体4的材料的热固性树脂的导热性被设定为大于用作 形成模制层8的材料的热固性树脂的导热性时，可提高绝缘体4的散热 性。换言之，分体芯3与绝缘体4以紧密接触的方式彼此一体地接合，由 此实现较高的导热性。因此，在盒式线圈5中产生的热量可更有效地传递至分体芯3。另一方面，为了提高导热性，需要提高用于形成绝缘体4的热固性树 脂的基体的导热性以及填充物的导热性。但是，使用两种措施所需的成本 较高，由此导致定子10的总成本增加。模制层8通过大量材料而在线圈 端部处形成得较厚，而绝缘体4则通过极少量材料形成数百微米的厚度。因此，可以在不增加成本的情况下，将绝缘体4的导热性设置得更大。以下将描述本发明的第二实施例。给予第一实施例中类似的部件相同 的附图标记。图5A是用于通过嵌件成型在盒式线圈5上形成绝缘体4的模具的剖 视图。图5B是沿图5A中的线B-B所取的模具的剖视图，而图5C是沿图 5A中的线C-C所取的模具的另一剖视图。这些视图是剖视图，但为了方 便起见省去了剖面线。模具由配合在一起以形成空腔的上模具11和下模 具12构成。该空腔是界定出盒式线圈5与位于盒式线圈5的缠绕部分(导 电线圈)的内表面上的绝缘体4的组合形状的空间。将盒式线圈5的缠绕 部分布置在该空腔内，然后例如注入环氧热固性树脂。盒式线圈5的导电线圈是沿边缘缠绕的扁平线圈5。绝缘体4形成在 盒式线圈5的四个内角部处。换言之，绝缘体4并未在盒式线圈5的整个 内表面上连续地形成，原因如下。难以基于盒式线圈5的外侧来正确定位 盒式线圈5。因此，为了基于盒式线圈5的内侧来将盒式线圈5布置到 位，绝缘体4被划分为四个部分，在这四个部分之间来设定盒式线圈5的 位置。具体而言，如图5C所示，通过模具来使沿图5A中的线C-C所取的 盒式线圈5的缠绕导电线圈的四个面定位。由此确定了在沿图5A中的线 B-B所取的位置处形成绝缘体4的空间。当环氧热固性树脂被注入该空间 时，绝缘体4以与盒式线圈5的内表面紧密接触的方式粘附地形成。图6A及图6B示出了绝缘体成型后的盒式线圈9，其一体地形成有成 品的绝缘体4。图6A是在组装之前定子芯13的平面图，而图6B是沿图 6A中的线D-D所取的定子芯13的剖视图。图7A及图7B分别示出了安装在定子芯13上的绝缘体盒式线圈9;具体而言，图7A是其平面图，而图7B是其沿图7A中的线E-E所取的剖 视图。如图7A及图7B所示，盒式线圈5的与定子芯13接触的区域(即， 盒式线圈5的其中定子芯13的突起所插入的内表面)以及盒式线圈5的与 定子芯13接触的端面被绝缘体4大范围地覆盖。以此方式，绝缘体4存在 于盒式线圈5与定子芯13之间的全部区域，以提高导电线圈的绝缘性。图8示出了八个绝缘体成型后的盒式线圈9，其分别安装在定子芯13 上并组装在一起作为定子组件。该组件被布置在模具中并通过模制工艺用 热固性树脂覆盖。最终实现图9所示的定子14。用于形成模制层8的树脂是环氧热固性树脂，其具有与在嵌件成型中 用于形成绝缘体4的树脂相同的线性膨胀系数。用于绝缘体4的材料及用于模制层的材料是相同的环氧热固性树脂， 其被调制为使得在填充了填充物之后各自的线性膨胀系数变为相同。绝缘 体4及模制层8因此可随着电动机的温度的升高而膨胀相同的量，由此降 低了绝缘体4与模制层8在其边界表面处彼此分离或剥离的可能性，从而 提高了抗裂性。此外，当用作形成绝缘体4的材料的热固性树脂的导热性被设定为大 于用作形成模制层8的材料的热固性树脂的导热性时，绝缘体4可具有更 高的散热性。换言之，绝缘体4与作为发热体的盒式线圈5以紧密接触的 关系接合为一体，由此实现较高的导热性。因此，在盒式线圈5中产生的 热量可被更有效地传递至模制层8。以下将描述本实施例的定子14的工作情况及优点。图11是示出本实 施例的定子14的局部构造的剖视图。在由螺旋缠绕导电线圈构成的盒式线圈5的表面上，以紧密接触关系 粘附地形成绝缘体4。换言之，环氧热固性树脂渗入缠绕线圈部分之间的 间隙，由此形成绝缘体4。因为绝缘体4以与盒式线圈5紧密接触的方式 粘附地接合，故可防止模制层8进入绝缘体4与盒式线圈5之间。因此， 形成了具有三个边界表面的四层盒式线圈5、绝缘体4、模制层8及定 子芯13。相较于图12中的常规构造，该构造可将边界表面的数量减少一个。通过将边界表面的数量减少一个，能够减少因边界表面处的分离或剥离而导致的断裂。相较于图12中所示的情况，更少的边界表面以及绝缘 体4与盒式线圈5的紧密接触可使得导热性增加。如上详细所述，第二实施例的定子被构造为使得通过嵌件成型，使由 导电线圈形成的盒式线圈5与由热固性树脂模制成型的绝缘体4形成为一 体，并且通过模制工艺用热固性树脂覆盖包括多个盒式线圈5的定子。因 此，可将边界表面的数量减少一个，由此防止因边界表面导致的导热性降 低以及抗裂性的降低。此外，具有粘附性能的环氧热固性树脂可提供更高 的导热性。用作形成绝缘体4的材料的热固性树脂以及用作形成模制层8的材料 的热固性树脂是具有更高导热性的树脂，并且其线性膨胀系数相同。因 此，随着电动机温度升高，绝缘体4及模制层8可在其边界表面处一起膨 胀和收縮。由此使得其能够防止绝缘体4及模制层8在其边界表面处分离 或剥离，由此提高抗裂性。当用作形成绝缘体4的材料的热固性树脂的导热性被设置为大于用作 形成模制层8的材料的热固性树脂的导热性时，可提高绝缘体4的散热能 力。换言之，盒式线圈5与绝缘体4以紧密接触的关系彼此接合为一体， 由此实现较高的导热性。因此，在盒式线圈5中产生的热量可更有效地传 递至分体芯3。另一方面，为了提高导热性，需要提高基体的导热性及填充物的导热 性。但是，使用两种措施的成本较高，由此导致定子14的总成本增加。 模制层8通过大量材料在线圈端部处形成得较厚，而绝缘体4通过极少量 材料形成具有数百微米的厚度。因此，可以在不增加成本的情况下将绝缘 体4的导热性设定得更大。在不脱离本发明的实质特征的前提下，可以用其他具体方式来实现本 发明。例如，上述实施例使用热插入环7来将分体芯3组装在一起。可替代 地，可利用螺栓等机械紧固方式来将分体芯3组装在一起。
权利要求
1.一种电动机定子，包括多个定子线圈，每一个所述定子线圈均由缠绕在定子芯上的导电线圈形成，其中所述定子芯及所述导电线圈中的一者通过嵌件成型与由热固性树脂制成的绝缘体形成为一体，并且通过模制工艺用热固性树脂覆盖包括所述多个定子线圈的所述定子。
2. 根据权利要求1所述的电动机定子，其中形成所述绝缘体的所述热固性树脂以及通过模制工艺覆盖包括所述多 个定子线圈的所述定子的所述热固性树脂具有相同的线性膨胀系数。
3. 根据权利要求2所述的电动机定子，其中 线性膨胀系数相同的所述树脂是包含60 vol %至80 vol %的填充物的 环氧热固性树脂，并且所述线性膨胀系数是10 ppm/。C至20 ppm/。C。
4. 根据权利要求1所述的电动机定子，其中形成所述绝缘体的所述热固性树脂的导热性大于通过模制工艺覆盖所 述定子的所述热固性树脂的导热性。
5. 根据权利要求1所述的电动机定子，其中 所述导电线圈是具有扁平剖面形状的线圈，并沿边缘缠绕，并且 所述绝缘体局部地形成在所述定子芯及所述导电线圈中的一者的四个角部处。
6. —种电动机定子制造方法，用于制造包括多个线圈的电动机定子， 每一个所述线圈均由缠绕在定子芯上的导电线圈形成，所述方法包括以下 步骤以通过嵌件成型与所述定子芯及所述导电线圈中的一者成为一体的方 式，形成由热固性树脂制成的绝缘体；并且通过模制工艺用热固性树脂覆盖包括所述多个线圈的所述定子。
全文摘要
一种电动机定子(10)，包括多个定子芯，定子芯由分体芯(3)及作为导电线圈的盒式线圈(5)构成。分体芯及盒式线圈中的一者通过嵌件成型与由热固性树脂制成的绝缘体(4)形成为一体。通过模制工艺用热固性树脂覆盖包括多个盒式线圈(5)的定子组件以制造定子。
文档编号H02K15/12GK101569079SQ20078004787
公开日2009年10月28日 申请日期2007年10月30日 优先权日2006年12月21日
发明者浅井正孝 申请人:丰田自动车株式会社