CN107078565A - 用于旋转电机的定子 - Google Patents

Abstract

一种用于旋转电机的定子包括环形的轭部，和从所述轭部沿定子径向突出的齿。每个所述齿在定子轴向上的两个端都包括宽度减小部。每个所述宽度减小部的宽度都比每个所述齿的其余部分的宽度小。定子线圈各自都以集中卷绕方式卷绕在每个所述齿周围，并且在线圈端部中包括至少一个弯曲部。所述弯曲部在位置上与所述宽度减小部的至少一部分对应。

Description

用于旋转电机的定子

技术领域

本发明涉及一种用于旋转电机的定子。

背景技术

通常，已知一种旋转电机，其包括筒状的定子，以及转子，所述定子设置有卷绕在其周围的线圈，所述转子经由间隙可旋转地设置在所述定子的内侧。该旋转电机的定子可构造成使得诸如电磁钢板的多个磁性板例如被冲压和层叠成彼此一体化。此外，定子一般包括圆环形的背轭部和沿背轭部的径向从背轭部突出并且等间距(齿距)地形成在背轭部的周向上的齿。

定子线圈可采用集中卷绕方式卷绕在定子芯的各齿周围。例如，日本专利申请公报No.2013-153615(JP 2013-153615 A)记载了一种集中卷绕的电机，其中设置有卷绕在其周围的线圈的筒状的线圈筒管从各定子齿的末端部插入，以便安装在定子芯上。

发明内容

如上所述的卷绕在齿周围的线圈部通过弯曲和卷绕线圈导线而形成为线圈形状，所述线圈导线例如是覆盖有搪瓷涂层的铜线等。此时，线圈导线在配置于齿间的槽内的导线部分和沿齿的轴向端面配置的导线部分之间弯曲。如果这里的曲率半径过小，则线圈导线的内周侧变厚并且在彼此邻接的线圈导线之间会形成间隙，这导致占空系数的下降。此外，绝缘涂层被拉伸成在弯曲部的外侧薄，这可能降低绝缘性。因此，有必要呈以特定曲率半径弯曲的形状形成线圈导线的弯曲部。这在使用刚性高的扁平导线作为线圈导线时特别有必要。

在这种情况下，当线圈导线形成为从线圈导线由槽引出的位置弯曲并跨越齿的轴向端面侧以弯曲方式进入其相邻的槽中时，在线圈端部中的线圈导线和齿的轴向端面之间形成与曲率半径大致相当的间隙，所述线圈端部是线圈部的位于槽外的部分。结果，线圈长度增加那么多，这导致诸如铜损的损失恶化。

本发明提供了一种用于旋转电机的定子，该定子能在集中卷绕的线圈的线圈导线中以在一定程度上具有大曲率半径的方式形成弯曲部并同时缩短线圈长度。

一种用于旋转电机的定子包括定子芯和定子线圈。所述定子芯包括环形的轭部且包括齿。所述环形的轭部沿定子周向延伸。所述齿从所述轭部沿定子径向突出，并且以预定齿距位于定子周向上。所述定子芯是沿定子轴向层叠的多个磁性板。每个所述磁性板都呈环形。每个所述齿在定子轴向上的两个端部都包括宽度减小部。每个所述宽度减小部的宽度都比每个所述齿的其余部分的宽度小。每个所述定子线圈都包括至少一个弯曲部，每个所述定子线圈都在所述弯曲部处弯曲。所述弯曲部从所述定子芯的一个槽延续到线圈端部之一，所述线圈端部是所述定子线圈在定子轴向上的端部。所述弯曲部在位置上与每个所述宽度减小部的至少一部分对应。

在上述定子中，在所述宽度减小部中层叠的所述磁性板呈沿定子轴向向外突出的V形。

在上述定子中，每个所述齿在沿定子轴向看去时都呈梯形。

一种用于旋转电机的定子包括定子芯和定子线圈。所述定子芯包括环形的轭部且包括齿。所述齿从所述轭部朝所述定子的径向内侧突出，并且沿定子周向以预定齿距设置在所述轭部中。所述轭部和所述齿是沿定子轴向层叠的多个磁性板。所述齿各自都包括第一部分、第二部分和第三部分。所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分以所述第二部分、所述第一部分和所述第三部分的次序配置在定子轴向上。所述第一部分在定子周向上的宽度大于所述第二部分在定子周向上的宽度。所述第一部分在定子周向上的宽度大于所述第三部分在定子周向上的宽度。所述第一部分与所述第二部分以及所述第一部分与所述第三部分分别限定出台阶部。所述台阶部各自都包括第一角部和第二角部。所述定子线圈是集中卷绕的线圈。所述定子线圈卷绕在相应一个所述齿周围。所述定子线圈包括多个弯曲部。将所述第一角部与所述第二角部连接的直线在每个所述齿的截面上位于所述定子线圈的中心和每个所述弯曲部的圆弧的顶点之间。

在上述定子中，所述第二部分和所述第三部分各自都在每个所述齿的截面上呈沿定子轴向向外突出的V形。

在上述定子中，每个所述齿在沿定子轴向看去时都呈梯形。

根据本实施方式的用于旋转电机的定子，由于以集中方式卷绕的定子线圈构造成使得从定子芯的槽延续到作为定子线圈在定子轴向上的端部的线圈端部的弯曲部与宽度减小部的至少一部分对应，所以构成定子线圈的线圈导线能从定子周向上与宽度减小部对向的位置弯曲，以便卷绕通过与齿的轴向端面靠近的位置。因此，与齿宽度在定子轴向上一致的情况相比，能缩短构成定子线圈的线圈导线的长度。因此，可以将诸如铜损的损失刚好抑制那么多，并且实现定子线圈的成本降低。

附图说明

下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中同样的附图标记表示同样的要素，并且其中：

图1是沿与定子轴向垂直的方向的根据本发明一个实施方式的包括定子的旋转电机的剖视图；

图2是绝缘体的透视图；

图3A是在沿定子轴向看去时的一个齿的俯视图，而图3B是沿图1中的线A-A截取的剖视图；

图4是图3B中的C部的放大视图；

图5示出在沿图1中的线A-A截取的截面中齿的宽度沿定子轴向一致的比较例：图5A是在沿定子轴向看去时的一个齿的俯视图；图5B是比较例的齿在与定子径向垂直的方向上的剖视图；

图6A是在沿定子轴向看去时的根据另一个实施方式的定子的一个齿的俯视图，图6B是与沿图1中的线A-A截取的截面对应的剖视图；

图7是与图3A对应的视图并且示出了齿宽度在定子径向上一致的改型；以及

图8是与图3A对应的视图并且示出了圆环形的轭部在定子径向上的宽度一致的改型。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式(以下称为实施方式)。在本说明书中，具体的形状、材料、值、方向等是用于使本发明容易理解的示例，并且能依照用途、目的、规格等适当地变更。此外，在以下说明包括多个实施方式或改型的情况下，首先认为它们的特征可被适当组合地使用。

图1是沿与定子轴向垂直的方向的根据本实施方式的包括定子12的旋转电机10的剖视图。此外，在以下对本实施方式的说明中，定子12的径向被表述为定子径向，沿定子12的外周的方向被表述为定子周向，并且定子12的轴向被表述为定子轴向，除非另外指出。

旋转电机10呈大致圆筒状，并且包括定子12和经由间隙14设置在定子12的径向内侧的转子16。转子16由外壳(未示出)经由固定在转子16的中心的轴18可旋转地支承，旋转电机10收纳在所述外壳中。图1示出其中包括永磁体19的转子16，但转子16不限于此，并且可以是不包括永磁体的转子。

定子12包括定子芯20、卷绕在定子芯20周围的定子线圈22和使定子芯20与定子线圈22绝缘的绝缘体24。

定子芯20由层叠体构成，所述层叠体构造成使得多个磁性板(如电磁钢板)例如被冲压成大致圆环形并且层叠在定子轴向上以便通过例如压接、焊接等彼此成一体地连接。定子芯20包括呈大致圆环形的轭部20a，和从轭部20a径向向内突出并以预定齿距形成在定子周向上的多个齿20b。本实施方式举例说明了具有九个齿20b的定子芯20。

在本实施方式中，齿20b在沿定子轴向看去时各自都呈梯形形成。即，齿20b各自都在两个周向侧分别具有一侧面，这些侧面朝位于径向内侧的齿顶形成渐缩的形状。此外，各齿20b的内侧末端未设置肋部。由于齿20b这样在沿轴向看去时各自都呈梯形形成，所以存在这样的优点，即能容易地进行从径向内侧装配定子线圈22(后述)和绝缘体24的安装操作。

此外，在定子周向上彼此相邻的齿20b之间形成有沟状的槽21。沟状的槽21形成为在轴向两侧和径向内侧开口。本实施方式举例说明了具有九个槽21的定子芯20，所述槽的数量与齿20b的数量相同。此外，本实施方式的定子芯20的轭部20a形成为具有在齿20b的相应根部在径向宽度上宽但在槽21的定子周向各中央位置处在径向宽度上最窄的形状。

定子线圈22形成为使得例如具有诸如搪瓷的绝缘涂层的线圈导线23(例如铜线)卷绕在绝缘体24周围。在本实施方式中，定子线圈22以集中卷绕方式卷绕在齿20b中的各齿周围。此外，例如，使用具有矩形截面的扁平导线作为构成本实施方式的定子线圈22的线圈导线23。然而，线圈导线23不限于此，并且可使用具有正方形截面的正方形导线或者可使用具有圆形截面的圆形导线。

在旋转电机10是三相交流电机的情况下，每三个定子线圈22——即九个定子线圈22中的三个定子线圈22——通过汇流条(未示出)互相电连接，从而构成U相线圈。此外，每三个定子线圈22——即与U相线圈的周向一侧相邻的三个定子线圈22——通过汇流条(未示出)互相电连接，从而构成V相线圈。此外，其余三个定子线圈22通过汇流条(未示出)互相电连接，从而构成W相线圈。这样构成的各相线圈的一个端部与各相的相应端子(未示出)连接，而其另一端部互相连接以便形成中性点。因此，三相线圈互相电连接以便构成整个定子线圈22。

绝缘体24具有使定子芯20与定子线圈22电绝缘的功能。此外，绝缘体24可具有将定子线圈22固定在定子芯20上的功能。

图2是绝缘体24的透视图。在图2中，定子轴向通过箭头B表示(这也适用于图3B、4、5B、6B)。如图2所示，在绝缘体24组装在定子芯20的齿20b上的状态下，绝缘体24一体地包括收纳齿20b的筒部26，和从筒部26的定子径向外侧的端部突出的具有矩形框架形状的凸缘部28。凸缘部28从筒部26的端部沿垂直于定子径向的向外方向延伸。

绝缘体24的筒部26在其内部包括具有长方体形状的空间30。空间30形成为具有允许定子芯20的齿20b收纳在其中的形状和尺寸。形成空间30的筒部26的这些定子轴向壁部26a从凸缘部28沿定子径向延伸。此外，筒部26的定子周向壁部26b各自都从凸缘部28沿呈梯形的齿20b的各定子周向侧面延伸。由筒部26的定子轴向壁部26a和定子周向壁部26b限定出的四个角部27以呈具有预定曲率半径r的大体圆弧形状弯曲的形状形成，以便与后述齿20b的角部形状对应。

构成绝缘体24的筒部26和凸缘部28能通过利用诸如聚苯硫醚(PPS)的绝缘树脂进行注射成型而一体地成形。此外，在凸缘部28中形成有供绝缘体24从径向内侧插入齿20b中的开口32。

注意，绝缘体24的筒部26和凸缘部28的厚度是考虑定子芯20和定子线圈22之间的绝缘性、防止组装和旋转电机工作时的破损的强度等而设计的。然而，优选筒部26和凸缘部28形成得尽可能薄。这样将筒部26和凸缘部28形成得薄能有助于缩短构成定子线圈22的线圈导线23的长度和提高槽内的占空系数。然而，绝缘体24不是必需的并且可以省略。这种情况下，为了确保定子线圈22相对于定子芯20的绝缘，可实施别的手段，例如，使定子线圈22被浸渍以诸如清漆的绝缘树脂并且然后使绝缘树脂硬化，或代之以使用绝缘纸。

图3A是在沿定子轴向看去时的一个齿20b的俯视图，图3B是沿图1中的线A-A截取的剖视图。此外，图4是图3B中的C部的局部放大视图。此外，图5示出在沿图1中的线A-A截取的截面中齿的宽度沿轴向一致的比较例：图5A是在沿定子轴向看去时的一个齿20c的俯视图；图5B是比较例的齿20c在与定子径向垂直的方向上的剖视图。

如图3A、3B所示，本实施方式中的定子芯20的齿20b的沿定子周向的宽度构造成使得齿20b在定子轴向(箭头B的方向)上的两个端部各自都形成为宽度比其它部分小的宽度减小部34。更具体地，宽度减小部34形成为使得层叠在定子轴向端部上的至少一个磁性板的齿部的定子周向宽度比层叠在定子轴向中央部中的磁性板的齿部的定子周向宽度窄。宽度减小部表示第二部分或第三部分。此外，齿20b的具有宽的定子周向宽度的部分表示第一部分。本实施方式示出三个磁性板具有宽度窄的齿部的示例。

通过设置宽度减小部34，如图3B所示，在齿20b中由两个轴向端面40和周向侧面42限定出的四个角部的每一个中都形成有台阶部36。台阶部包括第一角部和第二角部。此外，线圈导线形成为使得从位于定子芯20的槽21内的槽导线部分22a延续到作为定子线圈22的定子轴向端部的线圈端部22b的弯曲部22c与宽度减小部34的至少一部分对应。弯曲部22c位于由沿定子周向从第一部分的重心(形心，centroid)通过的直线和沿定子轴向从第一部分的重心通过的直线限定出的各区域中的任意区域内。此外，在齿的截面上，将第一角部与第二角部连接的直线位于定子线圈的中心和弯曲部的圆弧的顶点之间。

参照图4详细说明定子线圈22的弯曲部22c。定子线圈卷绕轴线的方向对应于定子径向。以弯曲方式形成的绝缘体24的筒部26的角部27配置成覆盖由定子芯20的齿20b的宽度减小部34形成的台阶部36的外侧。这里，筒部26的角部27的外周面呈具有曲率半径r的圆弧形状形成。优选曲率半径r被设定为与定子线圈22的弯曲部22c的内周侧的曲率半径r大致相等。这产生了这样的优点，即定子线圈22无任何间隙稳定地配置在绝缘体24的筒部26上，由此可以抑制振动、噪音等的产生。

就由宽度减小部34形成的台阶部36而言，当假设轴向尺寸为a并且假设周向尺寸为b时，优选设定a≥b，并且更优选设定a＝b。通过将a设定为大于b，从槽21经由以曲率半径r弯曲的弯曲部22c延续到线圈端部22b的线圈导线23能被容易地卷绕通过齿20b的轴向端面40附近的位置。此外，在不考虑绝缘体24的筒部26的厚度的情况下，优选台阶部36的轴向尺寸a被设定为等于或大于定子线圈22的弯曲部22c的曲率半径r，并且更优选设定a＝r。在假设绝缘体24的筒部26的厚度为t的情况下，优选设定a+t＝r。注意，台阶部36的轴向尺寸a可被设定为大于弯曲部22c的曲率半径r，使得弯曲部22c对应于宽度减小部34的一部分。

这里，在定子线圈22的弯曲部22c的曲率半径r小的情况下，线圈导线23的内周侧变厚并且在定子径向上互相邻接的各线圈导线23之间会形成间隙，这导致占空系数的下降。此外，绝缘涂层被拉伸成在线圈导线23的外侧薄，这可能降低绝缘性。另一方面，在曲率半径r大的情况下，从槽21延伸的线圈导线23向轴向外侧大幅突出，使得线圈端部22b变大，由此导致旋转电机10的大型化。因此，考虑到这几点，根据线圈导线23的弯曲刚性等适当地设定定子线圈22的曲率半径r。

绝缘体24和定子线圈22从齿20b的末端径向地插入以便组装在如上所述构成的定子芯20的齿20b上。此时，可向绝缘体24的凸缘部28的外表面和筒部26的内周面涂敷粘接材料，使得绝缘体24接合并固定在定子芯20上。此外，定子线圈22可在定子线圈22预先配置在绝缘体24的筒部26上的状态下组装在定子芯20上，或定子线圈22可在绝缘体24被组装之后安装。

图5示出在沿图1中的线A-A的截面中齿宽度沿定子轴向一致的比较例：图5A是在沿定子轴向看去时的一个齿的俯视图；图5B是比较例的齿20c在与定子径向垂直的方向上的剖视图。参照图5，构成集中卷绕的定子线圈22的线圈导线23卷绕成从线圈导线23由槽21引出的位置起弯曲并且沿齿20c的定子轴向端面40形成线圈端部。此时，在线圈导线23是具有比较高的刚性的扁平导线的情况下，弯曲部有必要具有在一定程度上大的曲率半径，使得在线圈端部中在线圈导线23和齿20c的定子轴向端面之间形成有间隙S。这使得构成定子线圈22的线圈导线23的长度变长那么多。结果，诸如铜损的损失和成本增加。

相比之下，根据本实施方式的定子12，由于以集中方式卷绕的定子线圈22构造成使得从定子芯20的槽21延续到作为定子线圈的定子轴向端部的线圈端部22b的弯曲部22c与宽度减小部对应，构成定子线圈22的线圈导线23能从在定子周向上与宽度减小部34对向的位置弯曲，以便卷绕通过与齿20b的轴向端面靠近的位置。这使得可以相对缩短线圈导线23的长度。相应地，可以将诸如铜损的损失抑制那么多，并且实现定子线圈22的成本降低。另外，可以形成具有小尺寸的线圈端部22b，这可有助于定子12和包括定子12的旋转电机10的小型化。

此外，在本实施方式中，由于台阶部36由设置在齿20b的两个轴向端部上的宽度减小部34形成，所以可以抑制绝缘体24和定子线圈22在从齿20b的末端径向地组装定子线圈22时被齿20b的角部所损伤。

此外，由于绝缘体24的筒部26的角部27以弯曲方式形成为具有与齿20b的台阶部36对应的大体圆弧形，所以可以抑制定子线圈22的弯曲部22c的绝缘涂层在定子线圈22被组装在绝缘体24上时受损伤。

此外，在本实施方式中，绝缘体24和定子线圈22互相独立和分开地形成以便能被组装在齿20b上，从而它们在组装之后不承受任何应力。结果，定子线圈22能在维持其期望形状的同时安装在定子芯20上，并且几乎不会引起绝缘体24的损伤。

接下来将参照图6说明根据另一实施方式的定子。在该定子中，与上述定子12相同的构件具有与上述定子12相同的附图标记，并且省略了重复的说明。

如图6所示，在该定子的定子芯20B的齿20d中，层叠在两个轴向端部中的磁性板的齿部形成为呈沿轴向向外突出的V形，由此形成宽度减小部34。换言之，在齿的截面上，第二部分和第三部分呈沿定子轴向向外突出的V形。本实施方式示出了层叠在轴向端部中的四个磁性板的齿部弯曲成呈沿定子轴向向外突出的V形以便形成宽度减小部34的示例。

此外，绝缘体24的筒状部26构造成使得其两个轴向端部呈包含钝角顶角的山形，以便与这样形成的宽度减小部34对应。定子线圈22以其线圈端部22b沿着绝缘体24的筒部26的形状形成。除此之外的构型与上述定子12相似。

根据本实施方式的定子，可以产生与以上相同的效果。另外，在本实施方式中，从配置在槽21内的槽导线部分22a延续到线圈端部22b的定子线圈22的该弯曲部22c的曲率半径能被设定为大于上述定子12。相应地，这里说明的构型适于抑制由于在内侧的弯曲部22c的加厚和在外侧的绝缘涂层的变薄而引起的绝缘性的下降。

注意，根据本发明的用于旋转电机的定子不限于以上实施方式，并且能在本申请的权利要求中记载的范围及其等同范围内作出各种改型和变更。

例如，上述实施方式的定子12涉及齿20b在沿定子轴向看去时呈梯形的情况。然而，本发明不限于此，并且本发明可适用于如图7所示的构造成使得齿20e的周向宽度在定子径向上一致的定子。

此外，上述实施方式的定子12构造成使得定子芯20的轭部20a的径向宽度在齿20b的相应根部宽，但该径向宽度在槽21的定子周向各中央位置处最窄。然而，本发明不限于此，并且在定子径向上具有一致的径向宽度的环形轭部20f可如图8所示在各齿20b之间呈圆弧形延伸。

Claims (6)

1.一种用于旋转电机的定子，所述定子包括：

定子芯，所述定子芯包括沿定子周向延伸的环形的轭部，和从所述轭部沿定子径向突出的齿，

所述齿以预定齿距位于定子周向上，

所述定子芯是沿定子轴向层叠的多个磁性板，

每个所述磁性板都呈环形，

每个所述齿在定子轴向上的两个端部都包括宽度减小部，

每个所述宽度减小部的宽度都比每个所述齿的其余部分的宽度小；和

定子线圈，每个所述定子线圈都以集中卷绕方式卷绕在相应一个所述齿周围，

每个所述定子线圈都包括至少一个弯曲部，每个所述定子线圈都在所述弯曲部处弯曲，

所述弯曲部从所述定子芯的一个槽延续到线圈端部之一，所述线圈端部是所述定子线圈在定子轴向上的端部，

所述弯曲部在位置上与每个所述宽度减小部的至少一部分对应。

2.根据权利要求1所述的用于旋转电机的定子，其中

在所述宽度减小部中层叠的所述磁性板呈沿定子轴向向外突出的V形。

3.根据权利要求1或2所述的用于旋转电机的定子，其中

每个所述齿在沿定子轴向看去时都呈梯形。

4.一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的轭部且包括齿，

所述齿从所述轭部朝所述定子的径向内侧突出，

所述齿沿定子周向以预定齿距设置在所述轭部中，

所述轭部和所述齿是沿定子轴向层叠的多个磁性板，

所述齿各自都包括第一部分、第二部分和第三部分，

所述第一部分、所述第二部分和所述第三部分以所述第二部分、所述第一部分和所述第三部分的次序配置在定子轴向上，

所述第一部分在定子周向上的宽度大于所述第二部分在定子周向上的宽度，

所述第一部分在定子周向上的宽度大于所述第三部分在定子周向上的宽度，

所述第一部分与所述第二部分以及所述第一部分与所述第三部分分别限定出台阶部，

所述台阶部各自都包括第一角部和第二角部；和

定子线圈，所述定子线圈是集中卷绕的线圈，

所述定子线圈卷绕在相应一个所述齿周围，

所述定子线圈包括多个弯曲部，

将所述第一角部与所述第二角部连接的直线在每个所述齿的截面上位于所述定子线圈的中心和每个所述弯曲部的圆弧的顶点之间。

5.根据权利要求4所述的用于旋转电机的定子，其中

所述第二部分和所述第三部分各自都在每个所述齿的截面上呈沿定子轴向向外突出的V形。

6.根据权利要求4或5所述的用于旋转电机的定子，其中

每个所述齿在沿定子轴向看去时都呈梯形。