旋转电机的定子、端子排以及旋转电机

技术领域

本发明涉及旋转电机的定子。

背景技术

旋转电机在寻求高功率，本发明期望将线圈高匝数化。

作为本技术领域的背景技术，有以下现有技术。专利文献1(国际公开2017/195481号)中，定子的轴长延伸而大型化，而且连接部位处于定子铁心的两端侧，因此旋转电机的生产率变差。该旋转电机具备：定子铁心；定子绕组，其由多个区段线圈构成；以及接线板，其对将定子绕组的区段线圈的不同相相连的异相间连接导体以及将定子绕组的同相的区段线圈相连的同相间连接导体进行固定；定子绕组具有相对于定子铁心的轴向而在一侧连接多个区段线圈相互的端部的线圈连接部，接线板相对于定子铁心而配置在配置有线圈连接部那一侧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2017/195481号

发明内容

发明要解决的问题

随着这样的定子线圈的高匝数化，线圈密集的输入输出部存在温度上升这一问题。因此，需要借助在电枢槽内流动的冷却液(例如ATF)来冷却线圈。但是，安装在定子的上表面侧的接线板有时会妨碍冷却液向电枢槽内流入。因此，需要不会妨碍冷却液的流入的接线板的形状。

解决问题的技术手段

展示本申请中揭示的发明的代表性的一例如下。即，一种旋转电机的定子，其特征在于，具备：定子铁芯；多个区段线圈，它们从所述定子铁芯的电枢槽突出且沿径向排列；连接导体，其连接所述区段线圈之间；以及绝缘构件，其保持所述连接导体；所述绝缘构件具有供所述区段线圈贯通并加以收容的通孔，在所述绝缘构件的内周侧具有能够供冷却液流入所述通孔的开口部。

发明的效果

根据本发明，即便是设置有接线板的转子，也能高效地冷却转子线圈。前文所述以外的课题、构成及效果将通过以下实施例的说明来加以明确。

附图说明

图1为表示本发明的实施例的旋转电机的整体构成的示意图。

图2为表示本实施例的壳体中安装的定子的立体图。

图3为本实施例的从壳体中卸下的定子的立体图。

图4为本实施例的接线板的立体图。

图5为本实施例的接线板中内置的输入输出连接导体的立体图。

图6为本实施例的已安装接线板的状态的定子的截面图。

图7为本实施例的已安装接线板的定子的俯视图。

图8为本实施例的已安装接线板的定子的俯视立体图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明的实施例进行说明。

本实施方式的旋转电机是适合用于汽车的行驶的旋转电机。此处，使用旋转电机的所谓电动汽车中有配备发动机和旋转电机两方的混合动力型电动汽车(HEV)和不使用发动机而仅靠旋转电机来行驶的纯电动汽车(EV)，而以下所说明的旋转电机可用于这两种类型。

图1为表示本发明的实施例的旋转电机100的整体构成的示意图。图1中，将旋转电机100的一部分设为截面来展示旋转电机100的内部。旋转电机100配设在罩壳10内部，具有壳体112、定子130以及转子150，所述定子130具有固定在壳体112上的定子铁芯132，所述转子150旋转自如地配设在定子130内。罩壳10可由发动机的罩壳或者变速器的罩壳构成。

旋转电机100为永磁铁内置型三相同步马达。本实施例中是以旋转电机100为例对三相同步马达进行说明，但本发明也能运用于感应马达。

本实施例的旋转电机100作为电动机进行工作，即，向缠绕在定子铁芯132上的定子线圈138供给三相交流电流，由此使转子150旋转。此外，当旋转电机100被发动机驱动时，作为发电机进行工作而输出三相交流的发电电力。也就是说，旋转电机100具有作为根据电能来产生转矩的电动机的功能和作为根据机械能来进行发电的发电机的功能这两方，可以根据汽车的行驶状态选择性地利用前文所述的功能。

定子130固定在壳体112上。定子130通过将壳体112上设置的凸缘115借助螺栓12紧固在罩壳10上而固定、保持在罩壳10内。固定在转轴118上的转子150由罩壳10的轴承14A、14B加以支承，可旋转地保持在定子铁芯132内侧。

图2为表示壳体112中安装的定子130的立体图，图3为从壳体112上卸下的定子130的立体图。图3中省略了定子铁芯132的一部分。

壳体112是通过卷压加工将厚度2～5mm左右的钢板(高张力钢板等)形成为圆筒形状。在壳体112的轴向一端设置有凸缘115，如前文所述，借助螺栓12固定在罩壳10上(参考图1)。凸缘115是通过卷压加工而与壳体112形成为一体。再者，也可不设置壳体112而将定子130直接固定在罩壳10上。

定子130固定在壳体112的内周侧，具有圆筒状的定子铁芯132以及安装在定子铁芯132上的定子线圈138和接线板140。定子铁芯132例如是将厚度0.05～1.0mm左右的通过冲裁加工或蚀刻加工成型的多块电磁钢板133加以层叠而形成。层叠在一起的电磁钢板133通过焊接加以连接而固定，抑制压入到壳体112时的紧固力所引起的电磁钢板133的变形。

定子铁芯132上，在周向上等间隔地形成有沿轴向延伸的多个电枢槽122。关于电枢槽122的数量，例如在本实施方式中为72个。如图2所示，在电枢槽122中收容定子线圈138。在图3所示的例子中，电枢槽122为开放式电枢槽，在定子铁芯132的内周侧形成有开口。该开口的周向的宽度宜与安装定子线圈138的各电枢槽122的线圈安装部大致相同或者比线圈安装部小一些。

再者，各电枢槽122内配置有电枢槽衬垫300。电枢槽衬垫300例如以具有耐热性的树脂成型为规定形状，厚度为0.1～0.5mm左右。电枢槽衬垫300配设在电枢槽122内和线圈端部。电枢槽衬垫300配设在电枢槽122内插通的线圈的相互之间以及线圈与电枢槽122的内表面之间，作为绝缘构件发挥功能，提高了线圈间和线圈与电枢槽122的内表面之间的绝缘耐压。

定子线圈138是将U字形状的多个区段线圈相互连接而形成。区段线圈以其端部从电枢槽122(即定子130)露出的方式配置成一个端部与其他区段线圈邻接，且配置成另一端部与又一区段线圈邻接。端部邻接的区段线圈在该邻接的端部相互连接，由此形成了缠绕在定子铁芯132上的定子线圈138。

在定子线圈138的区段线圈的端部的一部分安装用于对定子130与电路进行接线的接线板140。

此外，配设在线圈端部的电枢槽衬垫300为实现线圈端部处的相间绝缘和导体间绝缘而呈环状配设在线圈之间。如此，在本实施例的旋转电机100中，在电枢槽122的内侧和线圈端部配设有电枢槽衬垫300，因此即便线圈的绝缘覆膜受损或劣化，也能保持所需的绝缘耐压。

电枢槽122之间形成有枢齿121，各枢齿121与环状的铁芯背部123成型为一体。定子铁芯132是将各枢齿121与铁芯背部123成型为一体的一体型铁芯。枢齿121将定子线圈138产生的旋转磁场引导至转子150，使转子150产生转矩。

转子150具有转子铁芯152和保持在转子铁芯152上形成的磁铁插入孔内的永磁铁154。

在转子铁芯152上，在外周部附近沿周向等间隔地形成有长方体形状的磁铁插入孔。在各磁铁插入孔内埋入永磁铁154，并利用粘接剂等加以固定。磁铁插入孔的圆周方向的宽度形成得比永磁铁154的圆周方向的宽度大，在永磁铁154的两侧形成有磁隙156。该磁隙156可埋入粘接剂，也可利用树脂与永磁铁154凝固为一体。

永磁铁154形成转子150的场磁极。再者，本实施例中是设为由一个永磁铁154形成一个磁极的构成，但也可由多个永磁铁154构成一个磁极。通过将用于形成各磁极的永磁铁154增加为多个，永磁铁154所产生的各磁极的磁通密度增大，能增大磁铁转矩。永磁铁154可以使用钕系、钐系的烧结磁铁或铁氧体磁铁、钕系的粘结磁铁等，而永磁铁154的剩余磁通密度较理想为0.4～1.3T左右，钕系的磁铁更为合适。也可在各永磁铁154之间形成辅助磁极。

当通过将三相交流电流供给至定子线圈138而在定子130中产生旋转磁场时，该旋转磁场作用于转子150的永磁铁154而产生磁铁转矩。转子150中除了该磁铁转矩以外还产生上述磁阻转矩，因此，上述的磁铁转矩和磁阻转矩这两种转矩作为转矩而作用于转子150，从而能获得较大转矩。

参考图4、图5、图6、图7，对接线板140进行说明。图4为接线板140的立体图，图5为配置在接线板140内部的输入输出连接导体144的立体图，图6为已安装接线板140的状态的定子130的截面图，图7为已安装接线板140的定子130的俯视图。

接线板140具有：输入输出连接导体144(参考图5)，其作为连接旋转电机100的外部与定子130的引出线；连接导体145、146，它们作为连接区段线圈之间的中继线；以及绝缘构件141，其保持输入输出连接导体144及连接导体145、146。连接端子142连接在输入输出连接导体144的端部(参考图2、图3)。

绝缘构件141构成为通过树脂材料的一体成型来保持输入输出连接导体144及连接导体145、146。绝缘构件141在内周侧开口(开口部1412)，形成了梳状的树脂端子排。如后文所述，该开口部1412用于向定子铁芯132的电枢槽122内导入冷却油。

如图5所示，连接导体145、146有连接同相的区段线圈的同相间连接导体145和连接异相的区段线圈的异相间连接导体146。连接导体144、145、146保持一定间隔而固定在绝缘构件141内，以实现接线板140内的电性绝缘。

如图3、图4、图7所示，将区段线圈的端部沿轴向穿入接线板140的通孔1411内，由此，将接线板140安装在区段线圈的轴向的端部与定子铁心的轴向的端部之间的位置。通过将接线板140安装在该位置，能缩短定子线圈138的线圈末端部的长度，从而能将旋转电机100小型化。

绝缘构件141设为如下大小：在已安装在定子130上的位置上，其内周侧面相较于枢齿121的顶端而言位于外周侧。因此，在将转子150插入定子130内侧时，能够避免接线板140与转子150发生干涉，可以从上侧及下侧中的任一侧插入转子150。

此外，区段线圈与连接导体144、145、146在轴向侧是在定子130的上部也就是接线板140的上部连接。通过在轴向的上部进行连接，在区段线圈与连接导体144、145、146的连接时，导体彼此的夹紧变得容易，而且能使连接部位处于靠近定子铁芯132的位置，从而能将旋转电机100小型化。

如此，通过将接线板140安装在定子线圈138上，区段线圈的端部与连接导体144、145、146的端部邻接，区段线圈的端部与连接导体144、145、146的端部可以连接。

具体而言，同相间连接导体145配置在于周向上相邻的二个通孔1411之间，在接线板140的上表面连接电枢槽122内的最内周(第1层)的区段线圈与最外周(第6层)的区段线圈(参考图5)。

此外，电枢槽122内的第2层区段线圈的端部与第3层区段线圈的端部连接，第4层区段线圈的端部与第5层区段线圈的端部连接。

输入输出连接导体144在各相中设置有2根，1根输入输出连接导体144与最内周(第1层)的区段线圈连接，另1根输入输出连接导体144与最外周(第6层)的区段线圈连接。由此，2个系统的线圈接在各相一个连接端子142上。

异相间连接导体146连接不同相的区段线圈的端部，在绝缘构件141的内部形成中性点。也可将中性点引出到绝缘构件141的上表面。

如此，通过区段线圈与连接导体144、145、146的连接来形成定子线圈138的电路。

关于区段线圈的端部与连接导体144、145、146的端部的连接方法以及U字形区段线圈的端部彼此的连接方法，例如可以使用TIG焊接，但也可以采用激光焊接、电子束焊接、超声波焊接等其他接合方法。

在本实施例中，与最内周的区段线圈邻接的连接导体144、145、146设置于在周向上与该区段线圈的端部邻接的位置，避免导体的端部妨碍冷却油向开口部1412流入。此外，与最外周的区段线圈邻接的连接导体144、145、146设置于在径向上与该区段线圈的端部邻接的位置，被到达后文叙述的积聚部1413的冷却油冷却。

接着，参考图7及图8，对本实施例中的线圈的冷却进行说明。图7为已安装接线板140的定子130的俯视图，图8为已安装接线板140的定子130的俯视立体图。图7及图8中，以箭头表示冷却油的流动。

本实施例的旋转电机100的罩壳10内部流动有冷却油，对因定子线圈138的铜损而产生的热进行冷却。例如，在自动变速器与旋转电机100收容在一个罩壳内的情况下，ATF(Automatic Transmission Fluid)流至旋转电机100内部，借助在旋转电机100内部的定子线圈138周围流动的ATF来冷却定子线圈138。ATF通常是从定子130的上表面(例如定子线圈138的焊接侧那一面)流过电枢槽122内而从定子130的下表面(例如区段线圈的插入侧那一面)流出。

在本实施例的旋转电机100中，由于接线板140安装在定子130的上表面侧，因此存在因接线板140的形状而妨碍ATF向定子130内流入的情况。因此，本实施例的接线板140在其绝缘构件141的内周侧设置开口部1412，将冷却油从开口部1412导入至通孔1411。因此，可以将冷却油导入至位于接线板140下部的定子线圈138，从而能对位于接线板140下部的定子线圈138进行冷却。

此外，在接线板140的绝缘构件141的外周侧设置有比开口部1412宽的积聚部1413。因此，从开口部1412流入到绝缘构件141内部的冷却油到达积聚部1413而滞留在积聚部1413，由此，能有效地冷却连接导体144、145、146。此外，从开口部1412流入到绝缘构件141内部的冷却油对绝缘构件141进行冷却，因此能对绝缘构件141中设置的连接导体144、145、146进行冷却。

在以上说明过的实施例中，对借助冷却油来冷却定子线圈138的例子进行了说明，但本发明的定子130也可以使用非油冷却介质(液体或气体)来进行冷却。

如以上所说明，根据本发明的实施例，一种旋转电机100的定子130，其具备：定子铁芯132；多个区段线圈，它们从定子铁芯132的电枢槽122突出且沿径向排列；连接导体145、146，它们连接区段线圈之间；以及绝缘构件141，其保持连接导体145、146，绝缘构件141具有供区段线圈贯通并加以收容的通孔1411，在绝缘构件141的内周侧具有能够供冷却液流入通孔1411的开口部1412，因此，即便是设置有接线板140的定子130，也能高效地冷却定子线圈138。

此外，绝缘构件141在通孔1411的外周侧具有供从开口部1412流入的冷却液到达的积聚部1413，因此冷却液流入至积聚部1413，从而能有效地冷却连接导体144、145、146。

此外，连接导体145、146在径向上与配置在最外周的区段线圈邻接而连接，在周向上与配置在最内周的区段线圈邻接而连接，因此不会妨碍冷却油向开口部1412流入，可以借助到达积聚部1413的冷却油来有效地进行冷却。

再者，以上的说明只是一例，在解释发明时，丝毫不受上述实施方式的记载事项与权利要求书的记载事项的对应关系所限定或束缚。例如，上述实施方式以转子中配备有永磁铁的旋转电机为例来进行了说明，但本发明同样也能运用于感应马达等旋转电机的定子。此外，也能运用于车辆驱动用旋转电机以外的领域。

再者，本发明包含随附权利要求书的宗旨内的各种变形例及同等构成，并不限定于前文所述的实施例。例如，前文所述的实施例是为了以易于理解的方式说明本发明所作的详细说明，本发明并非一定限定于具备说明过的所有构成。此外，可将某一实施例的构成的一部分替换为其他实施例的构成。此外，也可对某一实施例的构成加入其他实施例的构成。此外，也可对各实施例的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。

符号说明

10…罩壳，12…螺栓，14A、14B…轴承，100…旋转电机，112…壳体，115…凸缘，118…转轴，121…枢齿，122…电枢槽，123…铁芯背部，130…定子，132…定子铁芯，133…电磁钢板，138…定子线圈，140…接线板，141…绝缘构件，1411…通孔，1412…开口部，1413…积聚部，142…输入输出连接端子，144…输入输出连接导体，145、146…连接导体，150…转子，152…转子铁芯，154…永磁铁，156…磁隙，300…电枢槽衬垫。