電動機的電樞及電動機的製作方法

2023-07-21 18:56:21 1

專利名稱：電動機的電樞及電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及電動機的電樞及電動機。
背景技術：
通常，電動機的電樞具有鐵芯和纏繞在該鐵芯上的繞組。繞組由多根單線以線束的方式構成，具有螺旋狀形成的多個線圈部和橫跨線圈部彼此之間的連接部。在鐵芯上設置有多個槽，線圈部的線圈邊被埋入槽中。作為製造上述電樞的方法公開在例如專利文獻1中。首先，將繞組纏繞在線圈架上而形成一個線圈部。在此，如圖8所示，通過使引導由多根單線W構成的繞組110的錠翼(」 「)120繞線圈架130旋轉，繞組110被纏繞在線圈架130上。由此，線圈部100成型為帶狀的多根單線W以螺旋狀纏繞的形狀。接著， 線圈部100從線圈架130向下方擠出而轉移到轉移裝置140上。該轉移裝置140用於將繞組100組裝在鐵芯150 (參照圖11)上，能夠將多個線圈部100 107圓形排列而保持(參照圖9和圖10)。在將上述線圈部100轉移到轉移裝置140後，在纏繞下一個線圈部101期間形成連接部111。連接部111為從形成上述線圈部100的繞組110繼續形成且橫跨相鄰的線圈部100的部分。連接部111通過使轉移裝置140或者線圈架130繞轉移裝置140的軸線旋轉移動而形成。之後，進而由相同的繞組110形成下一個線圈部101並轉移到轉移裝置140 上。如果通過反覆上述動作以完成所需數量的線圈部100 107和連接部111 117 的形成以及轉移到轉移裝置140上，則成為圖9所示的狀態。在此，當俯視時，多個線圈部 100 107在轉移裝置140的分離器(卞卜'J 7^)141的周圍圓形排列。另外，相鄰的線圈部100 107彼此以纏繞方向相互相反的方式形成。接著，如圖10所示，在轉移裝置140的上方配置鐵芯150。圖10是圖9的X-X剖面圖。在鐵芯150的內周面上形成有多個槽(參照圖2)。然後，通過使分離器141上升， 線圈部100 107被提升到上方。由此，如圖11所示，各線圈部100 107的線圈邊被插入分別對應的槽內。圖11表示了線圈部100的線圈邊121 (參照圖9)插入鐵芯150的槽 SlOO內，且線圈部103的線圈邊122 (參照圖9)插入槽S103內的狀態。專利文獻1 (日本)特開2005-110342號公報但是，在上述方法中，在將多個線圈部100 107保持在轉移裝置140上的狀態下，從繞組110的纏繞開始到纏繞結束，多根單線W的相對的配置橫跨多個線圈部100 107而維持。例如，在圖10中，某線圈部100的某纏繞部分中位於最上方的單線Wl在相同的線圈部100的其他纏繞部分中也位於最上方。而且，該單線Wl在其他線圈部101 107 的任一的纏繞部分中也位於最上方。這樣，包含於繞組Iio的從第一單線Wl到第N單線Wn 的N根單線在所有線圈部100 107的各纏繞部分中大體上維持從第一單線Wl到第N單線Wn的相對的配置。
如上所述，如果利用分離器141將設置於轉移裝置140上的線圈部100 107插入槽內，則多個單線Wl Wn—定從位於轉移裝置140的上部側的單線Wl依次插入到槽內。 因此，即使在槽內，從第一單線Wl到第N單線Wn從裡側按照該順序被收納於槽內。因此，在通過上述方法製造的電動機的電樞中，繞組的各纏繞部分中的多個單線大體上按照插入的順序從裡側依次擠入槽內。其結果，如圖12所示，在收納於槽內的各單線中，第一單線Wl與其他單線相比總是通過槽內側且形成線圈部100 107，第N單線Wn與其他單線相比總是通過槽外側且形成線圈部100 107。因此，如圖13所示，由各單線形成的線圈部的電感在第一單線Wl中最大，而在第N單線Wn (圖13的W15)中最小。這樣，每根單線之間的電感差異是導致使線圈效率下降並使電機效率下降的主要因素。

發明內容
本發明的課題在於提供一種能夠提高電動機效率的電動機的電樞及電動機。第一發明提供的電動機的電樞，包括鐵芯和繞組。鐵芯具有多個槽和形成在槽之間的多個齒。繞組由多根單線構成。另外，繞組具有線圈部和連接部。線圈部插入槽內並橫跨多個齒而纏繞。連接部將線圈部彼此連接。另外，繞組在連接部具有被扭轉的形狀。在該電動機的電樞中，通過構成繞組在連接部呈被扭轉的形狀的所謂分布繞組式線圈結構，使繞組內的多個單線的相對的配置發生變化。由此降低了每個單線的線圈的電感的不均勻性。從而能夠提高電動機效率。第二發明提供的電動機的電樞在第一發明提供的電動機的電樞的基礎上，連接部被設置成從齒的齒尖側橫跨到齒根側。在該電動機的電樞中，在製造時，預先形成由連接部連接的多個線圈部，因此，容易進行將多個線圈部匯總安裝在鐵芯上的作業。因此，能夠容易實現製造工序的自動化。第三發明提供的電動機的電樞在第一發明提供的電動機的電樞的基礎上，繞組的連接部中的扭轉角度為180度。在該電動機的電樞中，單線在扭轉部分的前後的配置相反。例如，某單線在扭轉部分的前後，齒的最靠近齒尖側的位置和齒的最靠近齒根側的位置交替變換。由此，進而降低餓每根單線的線圈的電感的不均勻性。第四發明提供的電動機具有作為定子的上述第一發明至第三發明中的任一項發明提供的電樞。在該電動機中，能夠提高作為定子的電樞的效率。本發明降低了繞組中每根單線線圈的電感的不均勻性。由此提高了電動機效率。


圖1是表示第一實施方式的電動機結構的示意圖；圖2是表示第一實施方式的定子結構的示意圖；圖3是繞組的展開圖；圖4是表示繞組的連接部的圖；圖5是表示線圈部和連接部的示意圖6(a)、(b)是表示線圈部中的單線位置的7是表示單線的電感的曲線圖；圖8是表示現有的定子線圈的製造裝置的圖；圖9是表示現有的定子線圈的製造裝置的圖；圖10是表示現有的定子線圈的製造裝置的圖；圖11是表示現有的定子線圈的製造裝置的圖；圖12是表示現有的定子線圈中的線圈部和連接部的示意圖；圖13是表示現有的定子線圈中的單線W的電感的曲線圖。附圖標記說明1電動機3定子(電樞)4 U相繞組(線圈)4a 4h 線圈部4p 4u 連接部31 鐵芯Sl S48 槽Tl T48 齒W 單線
具體實施例方式圖1中表示有本發明一實施方式的電動機1。該電動機1例如是磁鐵埋入型電動機等三相同步電動機，具有轉子2和定子3。轉子2為八極永磁轉子。轉子2具有轉子本體21和多個永磁體22。轉子本體21 為圓筒形狀，以轉軸為中心可轉動地設置在未圖示的本體殼上。永磁體22安裝在轉子本體 21上。在圖1中，僅對一部分永磁體標註了附圖標記，而其他省略了附圖標記。定子3為三相四十八槽的所謂分布繞組式定子。定子3具有鐵芯31和繞組4 6。如圖2所示，鐵芯31具有大致圓筒形的外形，設置有沿著中心軸延伸的貫通孔32。 在鐵芯31的內周面上設置有多個槽Sl S48。槽Sl S48分別沿著與中心軸平行的方向延伸。在Sl S48之間形成有齒Tl T48。在此，設置有48個Sl S48和齒Tl T48。 在圖2中僅對一部分的槽和齒標註了附圖標記，而其他省略了附圖標記。如圖1所示，繞組4 6包括U相繞組4、V相繞組5、W相繞組6等三個線圈。在 U相繞組4的一端設置有U相端子40。在V相繞組5的一端設置有V相端子50。在W相繞組6的一端設置有V相端子60。另外，U相繞組4、V相繞組5、W相繞組6的另一端將中性點10作為終端被連接。除了被插入的槽Sl S48不同以外，這些繞組4的結構大致相同， 因此，下面僅對U相繞組4進行說明。如圖3所示，U相繞組4具有第一繞組11和第二繞組12，第一繞組11和第二繞組 12分別由多根單線W以線束的方式構成(參照圖6)，例如由15根單線構成。如圖1和圖3所示，U相繞組4具有八個線圈部4a 4h和六個連接部4p 4u。圖3為U相繞組4的展開圖。在U相繞組4中，第一繞組11和第二繞組12並聯連接，第一繞組11的一端和第二繞組12的一端與U相端子40連接，第一繞組11的另一端和第二繞組12的另一端與中性點10連接。在上述線圈部4a 4h中，線圈部4a 4d設置在第一繞組11上並且分別串聯連接。而且，線圈部4e 4h設置在第二繞組12上並且分別串聯連接。 線圈部4a 4d是繞組4以螺旋狀形成的部分。在下面的說明中，從U相端子40 側，將第一繞組11的四個線圈部4a 4d依次稱為第一線圈部4a 第四線圈部4d。而且， 從U相端部40側，將第二繞組12的四個線圈部4e 4h依次稱為第五線圈部4e 第八線圈部4h。各線圈部4a 4h橫跨纏繞在多個齒上。例如，在圖2中，第一線圈部4a從第一齒Tl橫跨纏繞到第五齒T5。在四十八個槽Sl S48中，將插入第一線圈部4a的輸入線In的槽稱為第一槽Si，在圖2中從第一槽Sl沿著左旋轉的順序依次稱為第二槽S2 第四十八槽S48。另外，將位於第一槽Sl和第二槽S2之間的齒稱為第一齒Tl，在圖2中從第一齒Tl沿著左旋轉依次稱為第二齒T2 第四十八齒T48。另外，在各槽Sl S48和各齒Tl T48中，將徑向內側稱為「齒尖側」，將徑向外側稱為「齒根側」。在圖1和圖2中， 用「點(·)標記」和「叉(X標記)」來表示各線圈部4a 4h的纏繞方向。點(·)標記表示電流從紙面向裡側流動的方向，叉(X)標記表示電流從紙面裡側向外流動的方向。第一線圈部4a插入在第一槽Sl和第六槽S6之間。如圖2所示，第一線圈部4a 的多個線圈邊中最靠近U相端子40側的線圈邊41a在第一槽Sl內的線圈邊中位於最靠近齒尖側的位置。而且，第一線圈部4a的多個線圈邊中最靠近終端側的線圈邊42a在第六槽 S6內的線圈邊中位於最靠近齒根側的位置。這裡「線圈邊」是指各線圈部4a 4h中的插入槽Sl S48內且沿著(沿著與圖2的紙面垂直的方向)槽Sl S48延伸的部分。第二線圈部4b插入在第七槽S7與第十二槽S12之間。第二線圈部4b的多個線圈邊中最靠近U相端子40側的線圈邊41b在第十二槽S12內的線圈邊中位於最靠近齒尖側的位置。而且，第二線圈部4b的多個線圈邊中最靠近終端側的線圈邊42b在第七槽S7 內的線圈邊中位於最靠近齒根側的位置。另外，第二線圈部4b的纏繞方向與第一線圈部4a 的纏繞方向相反。第三線圈部4c插入在第十三槽S13與第十八槽S18之間。第三線圈部4c的多個線圈邊中最靠近U相端子40側的線圈邊41c在第十三槽S13內的線圈邊中位於最靠近齒尖側的位置。而且，第三線圈部4c的多個線圈邊中最靠近終端側的線圈邊42c在第十八槽 S18內的線圈邊中位於最靠近齒根側的位置。另外，第三線圈部4c的纏繞方向與第一線圈部4a的纏繞方向相同，而與第二線圈部4b的纏繞方向相反。第四線圈部4d插入在第十九槽S19與第二十四槽S24之間。第四線圈部4d的多個線圈邊中最靠近U相端子40側的線圈邊41d在第二十四槽S24內的線圈邊中位於最靠近齒尖側的位置。而且，第四線圈部4d的多個線圈邊中最靠近終端側的線圈邊42d在第十九槽S19內的線圈邊中位於最靠近齒根側的位置。另外，第四線圈部4d的纏繞方向與第二線圈部4b的纏繞方向相同，而與第三線圈部4c的纏繞方向相反。第五線圈部4e到第八線圈部4h(參照圖1)的結構與上述的第一線圈部4a到第四線圈部4d的結構相同。即，第五線圈部4e、第七線圈部4g的纏繞方向與第一線圈部4a 的纏繞方向相同，第六線圈部4f、第八線圈部4h的纏繞方向與第二線圈部4b的纏繞方向相同。即，U相繞組4的八個線圈部4a 4h的纏繞方向交替相反。圖1所示的連接部4p 4u是橫跨在繞組4中的線圈部4a 4d及線圈部4e 4h彼此之間的部分。如上所述，各線圈部4a 4h的線圈邊中最靠近U相端子40側的線圈邊(例如，圖2所示的線圈邊41a，41b，41c，41d)位於各槽Sl S48的齒尖側，最靠近中性點10側的線圈邊(例如，圖2所示的線圈邊42a，42b，42c，42d)位於各槽Sl S48的齒根側。因此，如圖2所示，連接部4p 4r以從齒尖側橫跨到齒根側的方式設置在線圈部4a 4d彼此之間。雖未圖示，連接部4s 4u被設置成一樣。下面，如圖3所示，在第一繞組11 中將連接第一線圈部4a和第二線圈部4b的連接部稱為第一連接部4p，一直到連接第三線圈部4c和第四線圈部4d的連接部依次稱為第二連接部4q、第三連接部4r。另外，第二線圈部12也同樣，從連接第五線圈部4e和第六線圈部4f的連接部到連接第七線圈部4g和第八線圈部4的連接部依次稱為第四連接部4s、第五連接部4t、第六連接部4u。第一連接部4p被設置成從第六槽S6的齒根側橫跨到第十二槽S12的齒尖側。第二連接部4q被設置成從第七槽S7的齒根側橫跨到第十三槽S13的齒尖側。第三連接部4r 被設置成從第十八槽S18的齒根側橫跨到第二十四槽S24的齒尖側。第四連接部4s被設置成從第三十槽S30的齒根側橫跨到第三十六槽(未圖示)的齒尖側。第五連接部4t 第六連接部4u的結構與第一連接部4p 第三連接部4r的結構相同，因此省略說明。如圖4和圖5所示，在第一連接部4p中，繞組4呈被扭轉成180度的形狀。因此， 如圖6所示，在第六槽S6的最靠近齒根側的線圈邊42a的多個單線W中位於最靠近齒根側的第一單線W1，在第十二槽S12的最靠近齒尖側的線圈邊41b中的多個單線W中位於最靠近齒尖側。而且，在第六槽S6的最靠近齒根側的線圈邊42a的最靠近齒尖側的第十五單線 W15，在第十二槽S12的最靠近齒尖側的線圈邊41b中位於最靠近齒根側。因此，如圖5所示，第一單線Wl在第六槽S6的各線圈邊中位於最靠近齒根側的位置，但是，在第十二槽S12 的各線圈邊中位於最靠近齒尖側。而且，第十五單線S15在第六槽S6的各線圈邊中位於最靠近齒尖側，但是，在第十二槽S12的各線圈邊中位於最靠近齒根側的位置。在圖5中，所有白色空心圓標記表示第一單線W1，所有具有陰影的實心圓標記表示第十五單線W15。其他單線W在第六槽S6的各線圈邊和第十二槽S12的各線圈邊中其位置在齒尖側和齒根側也交替變換。即使在第二連接部4q 第六連接部4u中，與第一連接部4p同樣，繞組4也被扭轉成180度的形狀。在圖7中表示了上述定子線圈的電感的實測數據。該數據為在第一繞組11的四個線圈部的兩端部，對本實施方式的定子3的第一單線Wl到第十五單線W15的電感以及現有的電動機所具有的定子的單線Wl W15的電感實際測量得到。在圖7中，Ll線表示本實施方式的電動機1中的各單線Wl Wl5的電感，L2線表示現有電動機中的各單線Wl W15的電感。在現有的定子中，從單線Wl到單線W15電感顯著下降，與之相對，在本實施方式的定子3中，顯著 地抑制了從單線Wl到單線W15電感下降。在現有的定子中，由於每個單線的電感大小差異較大，因此，對單線W的線束上同時施加相同的交流電壓時，電感小的單線W上流通更多的電流，因此線圈的整體效率下降。與之相對，根據本實施方式的定子3，由於抑制了單線W之間的電感的不均勻，因此，抑制了整體效率下降，結果，相比現有的電動機能夠得到更高的線圈效率。而且，即使是相同的電流，線圈效率越高，即產生越多的磁通量，由於產生更大的轉矩，因此，提高了電動機效率。因此，在本實施方式的電動機1中，相比現有電動機能夠提高電動機效率。另外，由於相比現有電動機提高了電動機效率，與現有技術相比，能夠實現高輸出化、小型化及輕量化。(a) 鐵芯的槽和齒的數量、構成繞組的單線數量、線圈部和連接部的數量不限於上述的數量，也可以採用不同的數量。(b)在上述實施方式中，說明了將本發明提供的電樞作為定子而具有的電動機，但是， 可以將本發明提供的電樞作為轉子設置在電動機中。(c)在上述實施方式中，繞組在所有連接部中形成被扭轉的形狀，但是，繞組可以在一部分的連接部中形成被扭轉的形狀。例如，可以在第二和第五連接部4q，4t中被扭轉。此時，可以與上述同樣實現電感的平均化，並且得到與上述相同的效果。(d)在上述實施方式中，U相繞組4具有並聯連接的第一繞組11和第二繞組12，但是所有線圈部均可串聯連接。例如，上述實施方式的八個線圈部可以被串聯連接。此時，繞組可以在所有連接部中形成被扭轉的形狀，也可以在一部分的連接部中形成被扭轉的形狀。另外，隨著電動機的轉子2的極數不同，形成扭轉的連接部的位置不同。定子繞組中的線圈數量與電動機轉子2的極數相對應。例如，電動機轉子2的極數為四個時，線圈數量也是四個。此時，連接部的數量為三個，為了使單線之間的線圈電感一致，優選僅在第二個跨接線中形成180度的扭轉，或者在所有跨接線中形成180度的扭轉。另外，在多相電動機中，為了平衡各相線圈的狀態，優選在各相中使形成扭轉的連接部的位置統一。工業實用性本發明具有能夠提高電動機效率的效果，作為電動機的電樞和電動機是有用的。
權利要求
1.一種電動機的電樞，其特徵在於，包括 鐵芯，具有多個槽和形成在所述槽之間的多個齒；繞組，由多根單線以線束的方式構成，具有插入所述槽內並橫跨多個所述齒而纏繞的多個線圈部和將所述線圈部彼此連接的連接部，所述繞組在所述連接部具有被扭轉的形狀。
2.如權利要求1所述的電動機的電樞，其特徵在於， 所述連接部被設置成從所述齒的齒尖側橫跨到齒根側。
3.如權利要求1所述的電動機的電樞，其特徵在於， 所述繞組在所述連接部中的扭轉角度為180度。
4.一種電動機，其特徵在於，具有作為定子的權利要求1至3中的任一項所述的電樞。
全文摘要
本發明提供一種電動機的電樞及電動機，能夠提高電動機效率。定子(3)具有鐵芯(12)和繞組(4)。鐵芯(12)具有多個槽和形成在槽之間的多個齒。繞組(4)由多根單線構成。另外，繞組(4)具有線圈部(4a～4h)和連接部(4p～4v)。線圈部(4a～4h)被插入槽中並纏繞在多個齒上。連接部(4p～4v)連接線圈部(4a～4h)之間。繞組(4)在連接部(4p～4v)具有被扭轉的形狀。
文檔編號H02K3/14GK102210083SQ20098014440
公開日2011年10月5日 申請日期2009年12月21日 優先權日2008年12月26日
發明者千葉貞一郎, 吉田大輔, 小早川剛 申請人:株式會社小松製作所