旋轉電機的製造方法和旋轉電機的製作方法
2023-12-11 07:20:32
專利名稱：旋轉電機的製造方法和旋轉電機的製作方法
旋轉電機的製造方法和旋轉電機技術領域
本文所討論的實施方式涉及旋轉電機的製造方法和旋轉電機。
背景技術：
傳統上，在各種領域中廣泛使用諸如馬達和發電機之類的旋轉電機。例如，在諸如生產工廠之類的工作場所，廣泛使用機器人，機器人包括多個驅動軸，並且在機器人中各驅動軸都由馬達驅動。
例如，日本專利特開公報No. 2011-030320等中描述的馬達通過將轉子面向定子布置在該定子的內周側而構成，並且使用適合於額定轉速和額定扭矩的轉子和定子。通常， 為一組中的各額定轉速設置具有不同額定扭矩的馬達。當設計各驅動軸由馬達驅動的機器人時，根據所需的轉速和扭矩從一組中選擇合適的馬達。
然而，當在所提供的組中沒有合適的馬達時，重新開發馬達。在新的馬達中，單獨設計能夠輸出期望轉速和扭矩的合適的轉子和定子，從而在成本和交貨時間中存在問題。 而且，在一組馬達中，在通用的前體下確定馬達特性。因此，馬達被設計成在從低速範圍到高速範圍的寬轉速範圍中使用，使得在僅使用低速範圍的應用中，高速範圍中的馬達特性多餘，從而導致過大質量。而且，存在一種作為低速馬達的直接驅動馬達，然而，這種馬達是用於低速範圍的專業馬達，並且馬達設計和馬達結構不同，從而馬達生產線需要專用設備。 如上所述，為了最佳地選擇馬達，需要許多類型的馬達，從而馬達結構和馬達製造設備需要多樣化，因此不容易最佳地選擇馬達。
實施方式的一個方面的目的是提供一種旋轉電機的製造方法和一種旋轉電機，所述製造方法能夠容易地提供具有不同特性的旋轉電機。發明內容
根據一個實施方式的旋轉電機的製造方法包括通過將第一定子繞組和第二定子繞組中的任意一個定子繞組選擇性地附裝至定子芯來形成定子；形成待面向所述定子布置在該定子的內周上的轉子；以及將所述定子和所述轉子布置在殼體中。
根據實施方式的一個方面，具有這樣的效果，即可以提供一種旋轉電機的製造方法，該製造方法能夠容易地提供具有不同特性的旋轉電機。
通過參照結合附圖考慮的如下詳細描述將更好地理解本發明及其許多相關優點， 從而將容易地實現對本發明及其許多相關優點更完全的認識，在附圖中
圖I是根據一個實施方式的馬達的縱向剖視圖2是根據所述實施方式的馬達的定子和轉子的說明圖3示出了根據所述實施方式的製造方法的過程的圖；以及
圖4是示出了馬達的額定特性的實施例的圖。
具體實施方式
在下文中，將基於附圖詳細地描述在本申請中公開的旋轉電機(例如，馬達或功率發生器)及其製造方法的實施方式。本發明不限於該實施方式。而且，在下文中，將旋轉電機的製造方法簡單地描述為「製造方法」。
首先，說明通過根據所述實施方式的製造方法製造的馬達的構造。圖I是根據所述實施方式的馬達的縱向剖視圖，圖2是根據所述實施方式的定子和轉子的說明圖。圖2 示出了定子和轉子在圖I中的A-A線剖面中的部分。
如圖I中所示，根據當前實施方式的馬達I包括框架2、託架3A和3B、軸承4A和 4B、軸5、定子6、轉子7、編碼器8和制動器9。在根據當前實施方式的電機I中，框架2和託架3A及3B形成了殼體。
框架2形成為管狀形狀，並且定子6的外周固定至框架2的內周面。託架3A形成為基本盤狀形狀，並且在其外周部附裝至框架2的位於負載側的開口端，而在內周部保持軸承4A。以類似方式，託架3B形成為基本盤狀形狀，並且在其外周部附裝至框架2的位於與負載側相反的一側的開口端，而在內周部保持軸承4B。
軸5的中心位於框架2的中心軸線O上，並且軸5由軸承4A和4B支撐成可圍繞中心軸線O旋轉。而且，編碼器8附裝至託架3B的與負載側相反的一側，並且軸5的轉速由編碼器8檢測。另外，制動器9附裝至託架3B的負載側，軸5的旋轉由制動器9停止。
如圖2所示，定子6通過環形地連接多個分割定子60而形成，轉子7面向定子6 布置在定子6的內周側,轉子7和定子6之間具有間隙。分割定子60包括分割定子芯61、 分割定子繞組62和保護構件63。
分割定子芯61包括沿著框架2的內周彎曲的弓形軛部61a和從軛部61a徑向向內伸出的齒部61b，馬達I的定子芯通過環形連接分割定子芯61形成。
在各分割定子芯61上，藉助保護構件63纏繞絕緣材料包覆線。因此，分割定子繞組62附裝至各分割定子芯61。作為絕緣材料包覆線，例如使用銅線或鋁線。
在圖2中所示的定子6的定子芯中，磁極的數量(極數)是12，然而，磁極的數量並不限於此。例如，定子芯的磁極的數量可以被設置在8到12的範圍內。
如圖2所示，轉子7包括轉子芯71和多個永磁體72，並且圍繞作為中心軸線O的軸5的中心旋轉。轉子芯71通過堆疊多個板材(例如磁鋼板)形成，以減少渦流。另外， 轉子芯71形成為管狀形狀，並且附裝至軸5。
永磁體72沿著轉子芯71的外周面並列地布置。具有相同磁極的永磁體72在軸5 的延伸方向上並排地布置在轉子芯71的外周中，而具有不同磁極的永磁體72並排交錯地布置在轉子芯71的周向方向上。永磁體72的布置並不限於此，可以採用不同的布置。
接下來，說明根據所述實施方式的製造方法。圖3是示出了根據所述實施方式的製造方法的過程的圖。
如圖3中所示，根據所述實施方式的製造方法包括定子形成過程S10、轉子形成過程S20、殼體成型過程S30、編碼器形成過程S40、制動器形成過程S50、組裝過程S60和檢查過程S70。
而且，定子形成過程SlO包括芯衝壓過程S11、芯堆疊過程S12、纏繞過程S13、芯組裝過程S14和線連接過程S15。
在芯衝壓過程Sll中，通過用模具衝壓諸如磁鋼板之類的板材形成用於形成分割定子芯61的的定子芯件。在芯堆疊過程S12中堆疊在芯衝壓過程Sll中形成的多個定子芯件，由此形成分割定子芯61。
在纏繞過程S13中，選擇性地執行第一纏繞過程13A和第二纏繞過程S13B。在第一纏繞過程S13A中，通過藉助於保護構件63在分割定子芯61的齒部61b上纏繞Na次線徑為φΑ的絕緣材料包覆線而將第一定子繞組附裝至分割定子芯61。另一方面，在第二纏繞過程S13B中，通過藉助於保護構件63在分割定子芯61的齒部61b上纏繞Nb (> Na)次線徑為φΒ(< φΑ)的絕緣材料包覆線而將第二定子繞組附裝至分割定子芯61。
因為第二定子繞組的線徑ΦΒ小於第一定子繞組的線徑ΦΑ，所以第二定子繞組的阻抗高於第一定子繞組的阻抗。而且，因為第二定子繞組的匝數Nb大於第一繞組的匝數Να， 所以第二定子繞組的阻抗變得高於第一定子繞組的阻抗。因此，在纏繞過程S13中，可以選擇性地將具有不同阻抗的定子繞組附裝至同一分割定子芯61。
在纏繞過程S13中，如果使用能夠選擇性地將多種類型的絕緣材料包覆線纏繞在分割定子芯61上的纏繞 機，則可以容易選擇性地執行第一纏繞過程S13A和第二纏繞過程 S13B。
而且，在該實施方式中，說明了將分割定子繞組62附裝至分割定子芯61的實施例，然而，定子芯並不限於此。例如，作為定子芯，可以採用包括內芯和外芯的雙分割芯系統的定子芯，並且可以將定子繞組附裝至定子芯。
另外，可以通過改變形成定子繞組的線的材料來改變定子繞組的阻抗。例如，在第一纏繞過程S13A中，形成定子繞組的線是銅線，而在第二纏繞過程S13B中，形成定子繞組的線是鋁線。銅和鋁具有不同的導電性，從而即使當定子繞組的匝數和線徑在第一纏繞過程S13A和第二纏繞過程S13B中設置成一樣時，也可以使得第一定子繞組的阻抗和第二定子繞組的阻抗彼此不同。
在芯組裝過程S14中，通過將12個附裝有定子繞組的分割定子60相連接而形成環形定子芯。之後，在線連接過程S15中，將從分割定子芯61的分割定子繞組62抽出的絕緣材料包覆線相連接而形成定子6。
這樣，在定子形成過程SlO中，選擇性地執行第一纏繞過程S13A和第二纏繞過程 S13B。換言之，選擇性地執行通過將第一定子繞組附裝至分割定子芯61而形成定子6的第一定子形成過程和通過將與第一定子繞組不同的第二定子繞組附裝至分割芯61而形成定子6的第二定子形成過程。
在轉子形成過程S20中，通過用模具衝壓諸如磁性鋼板之類的板形成多個轉子芯件。之後，通過堆疊這些轉子芯件形成轉子芯71。
將以這種方式形成的轉子芯71壓配到軸5中。之後，將永磁體72附裝至轉子芯 71 (其附裝至軸5)的外周。此外，將軸5插入到軸承4Α中，以將軸承4Α布置在轉子芯71 的負載側。
在殼體成型過程S30中，框架2和託架3Α及3Β均被成型。框架2和託架3Α、3Β 例如能通過將熔融金屬注射到鑄造模具中來成型。另外，在編碼器形成過程S40中，形成編碼器8，而在制動器形成過程S50中，形成制動器9。
在完成上述過程SlO至S50之後，執行組裝過程S60。在該組裝過程S60中，通過收縮配合將在定子形成過程SlO中形成的定子6固定至在殼體成型過程S30中成型的框架 2的內周。之後，將託架3A附裝至框架2的以這種方式布置有定子6的負載側。
接下來，從框架2的與負載側相反的一側將附裝至軸5的轉子7插入，以將轉子7 和軸5布置在框架2中。之後，通過從框架2的與負載側相反的一側將制動器9插入軸5 來附裝制動器9，另外，附裝託架3B、軸承4B、編碼器8等以組裝馬達I。最後，在檢查過程 S70中，通過檢查組裝好的馬達I的特性來確定馬達I的質量。
這樣，在根據當前實施方式的製造方法中，在纏繞過程S13中，能夠選擇匝數和線徑不同的定子繞組，從而可以容易地製造具有不同特性的馬達。
例如，在纏繞過程S13中，當選擇第一纏繞過程S13A時，形成其中線徑為ΦΑ而匝數為Na的第一定子繞組附裝至分割定子芯61的定子(在下文中描述為第一定子)。另一方面，在纏繞過程S13中，當選擇第二纏繞過程S13B時，則形成其中線徑為ΦΒ而匝數為Nb 的第二定子繞組附裝至分割定子芯61的定子(在下文中描述為第二定子)。
因此，可以選擇性地製造具有其中第一定子繞組附裝至分割定子芯61的第一定子的馬達I和具有其中特性與第一定子繞組不同的第二定子繞組附裝至分割定子芯61的第二定子的馬達I。
在纏繞過程S13中，通過改變匝數和線徑形成不同的定子繞組，然而，通過改變匝數和線徑中的僅一方也可以形成不同的定子繞組。另外，通過改變線的材料而不改變匝數和線徑也可以形成不同的定子繞組。而且，通過改變匝數、線徑和材料中的至少兩個也可以形成不同的定子繞組。
圖4示出了具有第一定子的馬達I (在下文中描述為第一馬達1Α)和具有第二定子的馬達I (在下文中描述為第二馬達1Β)的實施例。
如上所述，第二定子繞組的線徑ΦΒ小於第一定子繞組的線徑ΦΑ，而第二定子繞組的匝數Nb大於第一定子繞組的匝數Να。因此，第二定子繞組的阻抗變得高於第一定子繞組的阻抗。而且，當由這些馬達產生的扭矩相同時，在第二定子繞組中流動的電流變得小於在第一定子繞組中流動的電流。
另外，當增加定子繞組的匝數時，由馬達產生的電壓變高，從而使第二馬達IB的額定轉速變得小於第一馬達IA的額定轉速。在圖4中所示的實施例中，第一馬達IA的額定轉速是1500rpm,而第二馬達IB的額定轉速為92rpm。
馬達的額定輸出是由額定轉速和額定扭矩的乘積限定的值。因此，當額定轉速減小時，額定輸出也減小。在第二馬達IB中，與第一馬達IA相比，額定轉速減小，從而額定輸出也減小。在圖4中所示的實施例中，第一馬達IA的額定輸出是1300W，而第二馬達的額定輸出是80W。因此，可以通過降低額定轉速而不改變馬達扭矩來降低馬達額定輸出，從而使得能夠降低馬達功率消耗。而且，通過降低馬達電流可以降低馬達驅動裝置的容量，這還會使得驅動裝置的成本和功耗降低。
這樣，在根據當前實施方式的製造方法中，通過選擇性地將匝數和線徑不同的定子繞組附裝至定子芯，無需改變馬達尺寸和馬達額定扭矩，就可以容易地製造具有不同特性的馬達。
例如，在現有的馬達生產線上，可以容易地製造具有不同特性的馬達。具體地說，將在現有馬達生產線上執行的纏繞過程設置為第一纏繞過程，並且選擇性地執行將不同繞組數和線徑的定子繞組附裝至定子芯的第一纏繞過程和第二纏繞過程。
這樣，通過改變現有馬達的定子繞組可以提供具有期望額定轉速的馬達，從而與重新設計並製造馬達的情況相比可以降低馬達的成本。
例如，當設計包括多個關節軸並通過馬達驅動這些關節軸的機器人時，根據將被驅動的關節軸將轉速和扭矩設置為合適的額定轉速和額定扭矩，然而，經常沒有適用於所設置的轉速和扭矩的馬達。在這種情況下，選擇具有比所需更多的馬達扭矩的馬達，即具有裕量的馬達，或者分別設計和製造根據所設置的額定轉速和額定扭矩的馬達。
因為根據轉子的特性和定子的特性來確定額定轉速和額定扭矩，所以如果分別設計和製造轉子和定子，則設計成本和製造成本均增加。然而，在根據當前實施方式的製造方法中，可以通過改變現有馬達的定子繞組來提供具有期望額定轉速的馬達，從而可以降低馬達的成本。
在上述實施方式中，選擇性地執行了兩個纏繞過程，即第一纏繞過程S13A和第二纏繞過程S13B，然而，纏繞過程並不限於此。例如，可以選擇性地執行其中線徑和匝數不同的三個或更多個纏繞過程中的任何一個。
因此，可以容易地提供具有用於各額定扭矩的不同額定轉速的一組馬達，從而能夠極大地增加選擇馬達的自由。換言之，可以以額定扭矩作為參考來容易地選擇馬達。
馬達I的構造並限於圖I和圖2中所示，而是可以使用其他構造的馬達，只要馬達包括其中定子繞組附裝至定子芯的定子和面向定子布置在該定子的內周側的轉子即可。
權利要求
1.一種旋轉電機的製造方法，該製造方法包括 通過選擇性地將第一定子繞組和第二定子繞組中的任一個定子繞組附裝至定子芯而形成定子； 形成待面向所述定子布置在該定子的內周上的轉子；以及 將所述定子和所述轉子布置在殼體中。
2.根據權利要求I所述的旋轉電機的製造方法，其中，所述第一定子繞組和所述第二定子繞組的線徑不同和/或匝數不同。
3.根據權利要求I或2所述的旋轉電機的製造方法，其中，所述第一定子繞組和所述第二定子繞組的線的材料不同。
4.一種旋轉電機,該旋轉電機包括與另一個旋轉電機相同的定子芯、轉子和框架，其中， 附裝至所述定子芯的定子繞組與包括在所述另一個旋轉電機中的定子繞組不同。
5.根據權利要求4所述的旋轉電機，其中，附裝至所述定子芯的所述定子繞組與包括在所述另一個旋轉電機中的所述定子繞組的線徑不同和/或匝數不同。
6.根據權利要求4或5所述的旋轉電機，其中，附裝至所述定子芯的所述定子繞組與包括在所述另一個旋轉電機中的所述定子繞組的線的材料不同。
全文摘要
本發明涉及旋轉電機的製造方法和旋轉電機。根據實施方式的旋轉電機的製造方法包括通過選擇性地將第一定子繞組和第二定子繞組中的任一個定子繞組附裝至定子芯而形成定子；形成待面向所述定子布置在該定子的內周上的轉子；以及將所述定子和所述轉子布置在殼體中。
文檔編號H02K15/00GK102983685SQ20121003772
公開日2013年3月20日 申請日期2012年2月17日 優先權日2011年9月7日
發明者佐次川勇二, 岡久學 申請人:株式會社安川電機