三相電動機的製作方法

2023-11-01 15:55:58

本發明涉及一種具備由不同的線材構成的線圈的三相電動機，特別涉及到線圈的位置關係。

背景技術：

以往，在三相電動機所具備的定子中，使用由一種線材構成的線圈。一般來說，線圈所使用的電線的代表性線材是銅線。

近年來，銅的價格高漲。因此，為了抑制線圈所使用的電線的成本並且謀求電動機的輕量化，使用與銅線不同的線材。例如，作為與銅線不同的線材，存在鋁線。鋁線與銅線相比重量輕，價格也便宜。

然而，鋁線與銅線相比導電率低。因此，在將電動機中使用的全部銅線均替換為鋁線的情況下，線圈的發熱量會過於增加。因此，全部銅線均被替換為鋁線的電動機具有電動機的溫度過度上升這樣的問題。

為了應對上述問題，提出了專利文獻1所公開的方法。即，在專利文獻1中公開了以下方法：在一個電動機中將不同線材的電線進行組合來使用。

使用圖6A、圖6B、圖7來說明專利文獻1所公開的方法的概要。

如圖6A、圖6B所示，專利文獻1所公開的三相電動機所具備的定子13a的作為齒的齒部42上卷繞電線。卷繞於齒部42的電線形成作為繞組部的線圈。在形成線圈的電線中，作為一部分線材，使用鋁線40，作為剩餘的部分，使用銅線41。

如圖7所示，銅線41通過連接部43而與鋁線40串聯連接。如圖6A、圖6B所示，鋁線40纏繞在齒部42側。銅線41纏繞在齒部42上纏繞的鋁線40的上側。

通過本結構，變為高溫的鋁線40所產生的熱被傳遞到齒部42。因此，三相電動機抑制在整個三相電動機中發生的發熱不均。

專利文獻1：日本特開2010-183788號公報

技術實現要素：

本發明當作對象的三相電動機具備定子芯、外層線圈、內層線圈以及中層線圈。

定子芯包括多個齒、第一槽、第二槽以及第三槽。多個齒向中心軸延伸。第一槽、第二槽以及第三槽位於多個齒中的鄰接的各個齒之間。定子芯沿著中心軸方向延伸。

外層線圈被插入到第一槽。

內層線圈位於在與中心軸正交的方向上比外層線圈靠中心軸側的位置。內層線圈被插入到第二槽。

中層線圈位於在與中心軸正交的方向上外層線圈與內層線圈之間的位置。中層線圈被插入到第三槽。

特別是，外層線圈由機械強度比內層線圈和中層線圈的機械強度強的線材構成。

附圖說明

圖1A是本發明的實施方式1中的三相電動機所具備的定子的主視圖。

圖1B是本發明的實施方式1中的三相電動機所具備的定子的主要部分截面圖。

圖2A是表示本發明的實施方式1中的三相電動機所具備的定子中使用的繞組中的星型接線的模型圖。

圖2B是表示本發明的實施方式1中的三相電動機所具備的定子中使用的繞組中的三角接線的模型圖。

圖3是本實施方式1中的三相電動機所具備的定子中使用的定子芯的主視圖。

圖4A是本發明的實施方式2中的三相電動機所具備的定子的主視圖。

圖4B是本發明的實施方式2中的三相電動機所具備的定子的主要部分截 面圖。

圖5A是本發明的實施方式3中的三相電動機所具備的定子的主視圖。

圖5B是本發明的實施方式3中的三相電動機所具備的定子的主要部分截面圖。

圖6A是以往的三相電動機所具備的定子的主視圖。

圖6B是以往的三相電動機所具備的定子的主要部分截面圖。

圖7是表示以往的三相電動機所具備的定子中使用的繞組的接線的模型圖。

具體實施方式

通過後述的結構，在本發明的實施方式中的三相電動機中，形成三相的線圈所使用的線材的材質、各個線圈的配置成為更理想的狀態。因此，以取得了性能、成本、品質、輕量化的平衡的理想狀態來提供本發明的實施方式中的三相電動機。

也就是說，以往的三相電動機中存在以下應該改進的方面。即，在以往的三相電動機中，形成各相的線圈的鋁線與銅線是經由連接部來串聯連接的。在製造三相電動機時，將鋁線與銅線連接的工序會成為負擔。

另外，在三相電動機的性能上，將鋁線與銅線連接的電線會招致以下不良狀況。

即，使用將鋁線與銅線連接而成的電線來製作集中卷繞方式的三相電動機。在集中卷繞方式的三相電動機中，電線纏繞於定子的齒部。集中卷繞方式的三相電動機的繞組高次諧波變大。

接著，使用將鋁線與銅線連接而成的電線來製作分布卷繞方式的三相電動機。分布卷繞方式的三相電動機預先通過卷取電線來形成線圈。所形成的線圈被插入到定子所包括的槽內。在分布卷繞方式的三相電動機中，電線跨越多個齒部，因此無法對定子中包括的齒部纏繞鋁線。因此，分布卷繞方式的三相電動機在電動機的內部會大範圍地發生發熱不均。

特別是，分布卷繞方式的三相電動機需要形成三相的外層線圈、中層線圈以及內層線圈這三種線圈。在分布卷繞方式的三相電動機中，所述線圈按外層線圈、中層線圈、內層線圈的順序被插入到定子芯。

在製造分布卷繞方式的三相電動機的過程中，首先對被插入到定子芯的外層線圈存在以下方面的要求。即，外層線圈被大幅推向定子芯的外周側，以使插入接下來要插入的中層線圈的工序順利地進行。因此，要求外層線圈具有強的機械強度。

並且，在要求減小線圈端的尺寸的情況下，在製造定子的工序中，對外層線圈施加用於對線圈端進行整形的強壓力。因此，要求外層線圈具有更強的機械強度。

另外，在溫度上升大的電動機的情況下，作為電動機，要求將使電動機運轉時所產生的熱散發到電動機的外部。

並且，在三相電動機中，流過形成各相的線圈的電流間的平衡有時會變差。在所謂的三相間的電流不平衡大的情況下，作為三相電動機，要求在形成各相的線圈中減小各個線圈所具有的電阻值之差。

因此，通過設為後述的結構，在本發明的實施方式中的三相電動機中，形成三相的線圈所使用的線材的材質、各個線圈的配置成為更理想的狀態。因此，以性能、成本、品質以及輕量化保持了更理想的平衡的狀態來提供本發明的實施方式中的三相電動機。

下面，使用附圖來說明本發明的實施方式。

此外，下面的實施方式是具體實現本發明的一個例子，並不限定本發明的保護範圍。

(實施方式1)

圖1A是本發明的實施方式1中的三相電動機所具備的定子的主視圖。圖1B是本發明的實施方式1中的三相電動機所具備的定子的主要部分截面圖。圖2A是表示本發明的實施方式1中的三相電動機所具備的定子中使用的繞組中的星型接線的模型圖。圖2B是表示本發明的實施方式1中的三相電動機所 具備的定子中使用的繞組中的三角接線的模型圖。圖3是本實施方式1中的三相電動機所具備的定子中使用的定子芯的主視圖。

如圖1A、圖1B所示，本實施方式1中的三相電動機具備定子芯19、外層線圈10、內層線圈12以及中層線圈11。

如圖3所示，定子芯19包括多個齒15、第一槽16、第二槽17以及第三槽18。多個齒15向中心軸20延伸。第一槽16、第二槽17以及第三槽18位於多個齒15中的鄰接的各個齒15之間。定子芯19沿著中心軸20方向延伸。

如圖1A、圖1B、圖3所示，外層線圈10被插入到第一槽16。

內層線圈12位於在與中心軸20正交的方向上比外層線圈10靠中心軸20側的位置。內層線圈12被插入到第二槽17。

中層線圈11位於在與中心軸20正交的方向上外層線圈10與內層線圈12之間的位置。中層線圈11被插入到第三槽18。

特別是，外層線圈10由機械強度比內層線圈12和中層線圈11的機械強度強的線材構成。

另外，特別起到顯著的作用、效果的方式如下。

即，外層線圈10由銅線構成。內層線圈12和中層線圈11由鋁線構成。

使用附圖來進一步詳細地說明。

如圖1A、圖1B所示，形成三相的繞組的外層線圈10、中層線圈11以及內層線圈12被插入到在定子13的內周側構成的槽的內部。在定子13的中心軸20方向上的端部形成有線圈端14。

安裝於定子13的三相的繞組構成圖2A所示的星型接線。或者，安裝於定子13的三相的繞組構成圖2B所示的三角接線。

如果設為本結構，則本實施方式1中的三相電動機成為以下形狀。即，作為外層線圈10，能夠使用機械強度比中層線圈11所使用的線材和內層線圈12所使用的線材的機械強度強的線材、例如銅線。由於外層線圈10的機械強度強，因此不容易對線圈造成損傷。

另外，作為中層線圈11和內層線圈12，能夠使用機械強度比外層線圈10 所使用的線材的機械強度小、但價格便宜、比重小的線材、例如鋁線。

本實施方式1中的三相電動機是分布繞組電動機。在上述的結構中，本實施方式1中的三相電動機首先將外層線圈10插入到定子芯19。之後，本實施方式1中的三相電動機將中層線圈11插入到定子芯19。

插入到定子芯19的外層線圈10被大幅推向定子芯19的外周側，以不妨礙插入中層線圈11的作業。因此，對外層線圈10施加強的壓力，因此要求外層線圈10具有強的機械強度。

並且，作為定子13，有時會要求減小線圈端14的尺寸。此時，對外層線圈10進一步施加用於對線圈端14進行整形的強的壓力。因此，在本實施方式1中的三相電動機中，當在外層線圈10中使用機械強度強的線材時，不容易對外層線圈10造成損傷。因而，本實施方式1中的三相電動機能夠防止因線圈損傷而導致品質降低。

而且，在本實施方式1中的三相電動機中，在對線圈端14進行整形時，施加於形成外層線圈10以外的線圈的中層線圈11和內層線圈12的壓力比較小。因此，作為中層線圈11和內層線圈12，能夠使用雖然機械強度弱但是價格便宜、比重小的線材。因而，能夠以取得了成本、品質、輕量化的平衡的理想狀態來提供本實施方式1中的三相電動機。

(實施方式2)

圖4A是本發明的實施方式2中的三相電動機所具備的定子的主視圖。圖4B是本發明的實施方式2中的三相電動機所具備的定子的主要部分截面圖。

此外，對與本實施方式1中的三相電動機相同的結構標註相同標記，引用說明。

如圖4A、圖4B所示，本發明的實施方式2中的三相電動機具備定子芯19、外層線圈10a、內層線圈12a以及中層線圈11a。

如圖3所示，定子芯19包括多個齒15、第一槽16、第二槽17以及第三槽18。多個齒15向中心軸20延伸。第一槽16、第二槽17以及第三槽18位於多個齒15中的鄰接的各個齒15之間。定子芯19沿著中心軸20方向延伸。

如圖4A、圖4B、圖3所示，外層線圈10a被插入到第一槽16。

內層線圈12a位於在與中心軸20正交的方向上比外層線圈10a靠中心軸20側的位置。內層線圈12a被插入到第二槽17。

中層線圈11a位於在與中心軸20正交的方向上外層線圈10a與內層線圈12a之間的位置。中層線圈11a被插入到第三槽18。

特別是，外層線圈10a和內層線圈12a由導熱率比中層線圈11a的導熱率高的線材構成。

另外，特別起到顯著的作用、效果的方式如下。

即，外層線圈10a和內層線圈12a由銅線構成。中層線圈11a由鋁線構成。

使用附圖來進一步詳細地說明。

如圖4A、圖4B所示，形成三相的繞組的外層線圈10a、中層線圈11a以及內層線圈12a被插入到在定子13的內周側構成的槽的內部。在定子13的中心軸20方向上的端部形成有線圈端14。

如果設為本結構，則本實施方式2中的三相電動機成為以下形狀。即，作為外層線圈10a和內層線圈12a，能夠使用導熱率比中層線圈11a所使用的線材的導熱率高的線材、例如銅線。

另外，作為中層線圈11a，能夠使用導熱率比外層線圈10a所使用的線材和內層線圈12a所使用的線材的導熱率低、但價格便宜、比重小的線材、例如鋁線。

本實施方式2中的三相電動機是分布繞組電動機。本實施方式2中的三相電動機有時會在三相電動機的內部溫度的上升大的環境下被驅動。

此時，如果設為上述的結構，則本實施方式2中的三相電動機的外層線圈10a和內層線圈12a位於與存在於三相電動機的外部的空氣等接觸的機會多的場所。換言之，在本實施方式2中的三相電動機中，相比於中層線圈11a，外層線圈10a和內層線圈12a與存在於三相電動機的外部的空氣等接觸的表面積多。因此，外層線圈10a和內層線圈12a使用導熱率比中層線圈11a的導熱率高的線材。

因此，三相電動機的內部所產生的熱容易經由由導熱率高的線材形成的外層線圈10a和內層線圈12a而放出到三相電動機的外部。因而，本實施方式2中的三相電動機能夠抑制三相電動機的內部溫度的上升。

另一方面，在本實施方式2中的三相電動機中，中層線圈11a與存在於三相電動機的外部的空氣等接觸的機會少。換言之，在本實施方式2中的三相電動機中，相比於外層線圈10a和內層線圈12a，中層線圈11a與存在於三相電動機的外部的空氣等接觸的表面積少。因此，作為中層線圈11a，能夠使用雖然導熱率比外層線圈10a和內層線圈12a的導熱率低、但是價格便宜、比重小的線材。因而，能夠以取得了電動機內部所產生的熱的散熱性、成本、輕量化的平衡的理想狀態來提供本實施方式2中的三相電動機。

(實施方式3)

圖5A是本發明的實施方式3中的三相電動機所具備的定子的主視圖。圖5B是本發明的實施方式3中的三相電動機所具備的定子的主要部分截面圖。

此外，對與本實施方式1、2中的三相電動機相同的結構標註相同標記，引用說明。

如圖5A、圖5B所示，本發明的實施方式3中的三相電動機具備定子芯19、外層線圈10b、內層線圈12b以及中層線圈11b。

如圖3所示，定子芯19包括多個齒15、第一槽16、第二槽17以及第三槽18。多個齒15向中心軸20延伸。第一槽16、第二槽17以及第三槽18位於多個齒15中的鄰接的各個齒15之間。定子芯19沿著中心軸20方向延伸。

如圖5A、圖5B、圖3所示，外層線圈10b被插入到第一槽16。

內層線圈12b位於在與中心軸20正交的方向上比外層線圈10b靠中心軸20側的位置。內層線圈12b被插入到第二槽17。

中層線圈11b位於在與中心軸20正交的方向上外層線圈10b與內層線圈12b之間的位置。中層線圈11b被插入到第三槽18。

特別是，外層線圈10b和中層線圈11b由電阻率比內層線圈12b的電阻率小的線材構成。

另外，特別起到顯著的作用、效果的方式如下。

即，外層線圈10a和中層線圈11b由銅線構成。內層線圈12b由鋁線構成。

使用附圖來進一步詳細地說明。

如圖5A、圖5B所示，形成三相的繞組的外層線圈10b、中層線圈11b以及內層線圈12b被插入到在定子13的內周側構成的槽的內部。在定子13的中心軸20方向上的端部形成有線圈端14。

如果設為本結構，則本實施方式3中的三相電動機成為以下形狀。即，作為外層線圈10b和中層線圈11b，能夠使用電阻率比內層線圈12b所使用的線材的電阻率小的線材、例如銅線。

另外，作為內層線圈12b，能夠使用電阻率比外層線圈10b所使用的線材和中層線圈11b所使用的線材的電阻率大、但價格便宜、比重小的線材、例如鋁線。

本實施方式3中的三相電動機是分布繞組電動機。

一般來說，在驅動三相電動機時，有時會產生形成三相電動機所具有的各相的線圈之間的電流偏差、所謂的電流不平衡。在各線圈之間的電流不平衡大的情況下，形成各線圈的線材所具有的電阻值之差減小一點也是有效的。

另外，本實施方式3中的三相電動機在結構上，相比於內層線圈12b，外層線圈10b和中層線圈11b的周長更長。在使用相同線材的情況下，若周長長，則外層線圈10b和中層線圈11b所具有的電阻值大。

因此，在本實施方式3中的三相電動機中，作為外層線圈10b和中層線圈11b，使用電阻率比內層線圈12b的電阻率小的線材。

因此，形成三相的各相線圈之間的電阻值之差變小。因而，本實施方式3中的三相電動機能夠抑制形成各相的線圈之間的電流不平衡。

另一方面，在本實施方式3中的三相電動機中，相比於外層線圈10b和中層線圈11b，內層線圈12b的周長短，因此內層線圈12b所具有的電阻值小。因此，內層線圈12b能夠使用雖然電阻率比外層線圈10b和中層線圈11b的電 阻率大、但是價格便宜、比重小的線材。因而，能夠以取得了各相線圈之間所產生的電流不平衡、成本、輕量化的平衡的理想狀態來提供本實施方式3中的三相電動機。

根據以上的說明可以明確的是，本發明的實施方式中的三相電動機是分布繞組的三相電動機。本實施方式中的三相電動機的構成三相的各相的線圈具有以下特徵。即，構成各相的線圈由單一線材形成。構成三相的線圈由多個線材形成。

這種三相電動機能夠根據目的來適當選擇形成各相線圈的線材。

也就是說，本發明的實施方式中的三相電動機主要為了防止在製造三相電動機時對外層線圈產生損傷，而成為以下結構。

即，相比於內層線圈和中層線圈所使用的線材，外層線圈所使用的線材的機械強度強。

另外，本發明的實施方式中的三相電動機主要為了提高三相電動機所產生的熱的散熱性，而成為以下結構。

即，相比於中層線圈所使用的線材，外層線圈和內層線圈所使用的線材的導熱率高。

並且，本發明的實施方式中的三相電動機主要為了抑制在三相之間產生電流不平衡，而成為以下結構。

即，相比於內層線圈所使用的線材，外層線圈和中層線圈所使用的線材的電阻率小。

此外，上述的各實施方式中的三相電動機只要實施分布卷繞即可，也可以是三相感應電動機以外的三相電動機。上述的各實施方式中的三相電動機也可以是三相直流電動機。

並且，各相線圈所使用的線材也可以是鋁線、銅線以外的線材。各相線圈所使用的線材也可以是在鋁線的表面覆蓋銅而得到的銅包線。

產業上的可利用性

關於本發明的三相電動機，能夠提供在電動機性能、成本、品質、輕量 化的各指標中取得了平衡的三相電動機。本發明的三相電動機能夠應用於三相感應電動機、三相直流電動機等。

附圖標記說明

10、10a、10b：外層線圈；11、11a、11b：中層線圈；12、12a、12b：內層線圈；13、13a：定子；14：線圈端；15：齒；16：第一槽；17：第二槽；18：第三槽；19：定子芯；20：中心軸；40：鋁線；41：銅線；42：齒部；43：連接部。