CN104348273A - 旋转电机及旋转电机的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋转电机及旋转电机的制造方法，旋转电机具备：定子，具有定子铁芯及多个线圈群；和转子，设置成能够相对于所述定子旋转。所述线圈群是通过相对于所述定子铁芯的插槽将多个单位线圈以重叠卷绕方式插入而构成的。与构成所述多个线圈群当中位于所述定子铁芯的外周侧的线圈群的单位线圈相比，构成位于所述定子铁芯的内周侧的线圈群的单位线圈的周长更短。

Description

旋转电机及旋转电机的制造方法

相关申请的引用：本申请基于2013年8月7日申请的在先日本专利申请2013－164178号的优先权的利益，并且要求该利益，其内容整体通过引用而被包含在本申请中。

技术领域

本发明的实施方式涉及旋转电机及旋转电机的制造方法。

背景技术

作为旋转电机的定子绕组的卷绕方法，有重叠卷绕方式。所谓重叠卷绕方式是指如下的卷绕方式：在定子铁芯的周向上邻接的各线圈沿着定子铁芯的径向交错地重叠，并且其重叠的内侧和外侧交错地更替。该重叠卷绕方式通过将各极各相的线圈以使插入的插槽各错开规定间距的方式在定子的径向上交错地重叠配置而构成。通常，线圈例如是将铜线卷绕多圈而构成的，因此缺乏柔软性，将线圈向插槽插入时的操作性很差。

因此，提出了例如将各极各相的线圈分成二个来向插槽插入的方法。

但是，在将线圈分成二个向各插槽在径向上两重地插入了的情况，插槽间的跨度长度因外周侧和内周侧而不同，所以，线圈端的高度尺寸产生差别。位于该线圈端的部分对于旋转电机的性能没有贡献，因此尽量减少是有利的。

发明内容

本发明提供一种旋转电机及旋转电机的制造方法，能够容易地对转子铁芯的插槽插入线圈，并且，能够减少线圈端部分的铜线浪费。

根据实施方式的旋转电机，具备：定子，具有定子铁芯及多个线圈群；以及转子，设置成能够相对于所述定子旋转。所述线圈群是通过相对于所述定子铁芯的插槽将多个单位线圈以重叠卷绕方式插入而构成的。与构成所述多个线圈群当中位于所述定子铁芯的外周侧的线圈群的单位线圈相比，构成位于所述定子铁芯的内周侧的线圈群的单位线圈的周长较短。

根据上述的构成，能够容易地对转子铁芯的插槽插入线圈，而且能够减少线圈端部分的铜线浪费

附图说明

图1是表示第一实施方式的旋转电机的定子的俯视图。

图2A是表示U、V、W相的定子绕组的构成的图，是表示第一层线圈群的配置的图。

图2B是表示U、V、W相的定子绕组的构成的图，是表示第二层线圈群的配置的图。

图3是表示第一层单位线圈及第二层单位线圈的构成的立体图。

图4是将定子的一部分截断来表示的截面图。

图5A是沿着图1的F5－F5线的截面图，是表示第一实施方式的线圈端的图。

图5B是沿着图1的F5－F5线的截面图，是表示以往构成的线圈端的图。

图6A至图6C分别是沿着图1的F6－F6线的截面图，是表示将第一层单位线圈及第二层单位线圈插入到插槽的多个工序的图。

图7A是表示第一相间绝缘纸的说明图。

图7B是表示第二相间绝缘纸的说明图。

图8是表示第二实施方式的旋转电机的定子的俯视图。

图9A是表示第二实施方式的U、V、W相的定子绕组的构成的图，是表示第一层线圈群的配置的图。

图9B是表示第二实施方式的U、V、W相的定子绕组的构成的图，是表示第二层线圈群的配置的图。

图10A是表示第三实施方式的U、V、W相的定子绕组的构成的图，是表示第一层线圈群的配置的图。

图10B是表示第三实施方式的U、V、W相的定子绕组的构成的图，是表示第一层线圈群的配置的图。

具体实施方式

以下的各实施方式涉及旋转电机及旋转电机的制造方法。在各实施方式中，对实质上相同的构成部位赋予相同的附图标记。在各实施方式中，“线圈”是指将铜线卷绕规定圈数而形成为环状的部件。“定子绕组”是指将多个线圈连接而构成的部件。

参照图1至图7对第一实施方式进行说明。

在本实施方式中，作为例子而对具备层叠型的定子50的内转子型的旋转电机进行说明。定子50与未图示的一般的转子一起构成内转子型的旋转电机。在该情况下，旋转电机既可以是永久磁铁马达也可以是感应电动机。此外，旋转电机不限于内转子型，也可以是外转子型。

图1所示的三相交流的旋转电机的定子50具备：定子铁芯51；以及三相各相的定子绕组、即U相的定子绕组U、V相的定子绕组V和W相的定子绕组W。定子铁芯51是通过将例如电磁钢板冲裁成规定的形状、将该冲裁后的电磁钢板层叠多张层叠而构成的。定子铁芯51形成有例如24个插槽52。定子绕组U、V、W分别被收纳于插槽52。由此，定子50构成4极24插槽的定子。

U相的定子绕组U具有各4个的U相第一层单位线圈11和U相第二层单位线圈21。U相的各极通过将各1个的U相第一层单位线圈11和U相第二层单位线圈21组合而构成。在该情况下，各极的U相第一层单位线圈11及U相第二层单位线圈21分别以相同的插槽间距、例如3插槽间距来构成。此外，各极的U相第一层单位线圈11及U相第二层单位线圈21分别在相同的插槽52内沿着定子铁芯51的径向重叠地配置。在该情况下，U相第二层单位线圈21相对于U相第一层单位线圈11，设置在定子铁芯51的径向的内侧。

V相的定子绕组V具有各4个的V相第一层单位线圈12和V相第二层单位线圈22。V相的各极是通过将各1个的V相第一层单位线圈12和V相第二层单位线圈22组合而构成的。在该情况下，各极的V相第一层单位线圈12及V相第二层单位线圈22分别以相同的插槽间距、例如3插槽间距来构成。此外，各极的V相第一层单位线圈12及V相第二层单位线圈22分别在相同的插槽52内沿着定子铁芯51的径向重叠地配置。在该情况下，V相第二层单位线圈22相对于V相第一层单位线圈12，设置在定子铁芯51的径向的内侧。

W相的定子绕组W具有各4个的W相第一层单位线圈13和W相第二层单位线圈23。W相的各极是通过将各1个的V相第一层单位线圈13和W相第二层单位线圈23组合而构成的。在该情况下，各极的W相第一层单位线圈13及W相第二层单位线圈23分别以相同的插槽间距、例如3插槽间距来构成。此外，各极的W相第一层单位线圈13及W相第二层单位线圈23分别在相同的插槽52内沿着定子铁芯51的径向重叠地配置。在该情况下，W相第二层单位线圈23相对于W相第一层单位线圈13，配置在定子铁芯51的径向的内侧。此外，在该情况下，各极的第一层单位线圈11、12、13与第二层单位线圈21、22、23虽然周长不同，但是配置关系、插槽间距等同样。

图2中，对于24个各插槽52，在将N设为1～24的整数、将某个插槽52设为第一插槽的情况下，将第N个插槽表示为第N插槽。各相的第一层单位线圈11、12、13及第二层单位线圈21、22、23各自的线圈间距一定，此处由3插槽来构成。

如图2A、图2B所示，U相的第一层单位线圈11及第二层单位线圈21分别被卷绕设置在第一插槽及第四插槽、第七插槽及第十插槽、第十三插槽及第十六插槽、以及第十九插槽及第二十二插槽。V相第一层单位线圈12及第二层单位线圈22分别被卷绕设置在第三插槽及第六插槽、第九插槽及第十二插槽、第十五插槽及第十八插槽、以及第二十一插槽及第二十四插槽。W相第一层单位线圈13及第二层单位线圈23分别被卷绕设置在第五插槽及第八插槽、第十一插槽及第十四插槽、第十七插槽及第二十插槽、以及第二十三插槽及第二插槽。

接下来，参照图3对第一层单位线圈11、12、13、以及第二层单位线圈21、22、23的构成进行说明。如图3所示，各第一层单位线圈11、12、13分别为相同的构成。此外，各第二层单位线圈21、22、23也分别为相同的构成。

第一层单位线圈11、12、13以及第二层单位线圈21、22、23均由相同的圈数、例如20圈来构成。并且，通过将第一层单位线圈11、12、13以及第二层单位线圈21、22、23分别组合，构成与对圈数进行分割前的例如40圈同等的圈数。第二层单位线圈21、22、23的周长比第一层单位线圈11、12、13的周长短。即，与在定子铁芯51的径向的外侧、即外周侧设置的第一层单位线圈11、12、13的周长相比，在定子铁芯51的径向的内侧、即内周侧设置的第二层单位线圈21、22、23的周长较短。

在此，如图4所示，将在定子铁芯51的圆周上配置有第一层单位线圈11、12、13的部分、即定子铁芯51的径向的外侧部分处的插槽52间的距离设为L1。此外，将在定子铁芯51的圆周上配置有第二层单位线圈21、22、23的部分、即定子铁芯51的径向的内侧部分处的插槽52间的距离设为L2。在该情况下，由于第一层单位线圈11、12、13和第二层单位线圈21、22、23被设置的部分处的定子铁芯51的径差，使得距离L2比距离L1小。

第一层单位线圈11、12、13的周长以沿着定子铁芯51的径向的外侧部分的方式与距离L1相对应地设定。由此，能够尽量减少第一层单位线圈11、12、13的线圈端部分的高度尺寸。此外，位于第一层单位线圈11、12、13内侧的第二层单位线圈21、22、23的周长比位于外侧的第一层单位线圈11、12、13的周长短。并且，第二层单位线圈21、22、23的周长以沿着定子铁芯51的径向的内侧部分的方式与距离L2相对应地设定。因此，相比于将第二层单位线圈21、22、23设为与第一层单位线圈11、12、13相同的周长的情况，能够减少第二层单位线圈21、22、23的线圈端部分的高度尺寸。

在此，在本实施方式中所谓线圈端部分的高度尺寸是指如图5A、图5B中H1、H2所示那样，各单位线圈11、12、13、21、22、23从插槽52的端部向轴向的外侧突出的部分的长度尺寸。在此，在如以往构成那样第一层单位线圈11、12、13的周长与第二层单位线圈21、22、23的周长相同的情况下，如图5B所示那样，第二层线圈群20的线圈端的高度尺寸H2比第一层线圈群10的线圈端的高度尺寸H1大。另一方面，若如本实施方式那样将第二层单位线圈21、22、23的周长设为比第一层单位线圈11、12、13的周长短，则图5A所示那样，能够将第一层线圈群10的线圈端的高度尺寸H1与第二层线圈群20的线圈端的高度尺寸H1抑制为同等程度。

图5A、图5B示出了为了对U相单位线圈11、21、V相单位线圈12、22、W相单位线圈13、23中的线圈端的高度尺寸进行比较，而将这些单位线圈11、21、12、22、13、23概念性地排列成一列的图。因此，图5A、图5B看起来与沿着图1中的F5－F5线示出截面的情况不同。

第一层单位线圈11、12、13和第二层单位线圈21、22、23通过不同的工序配置在定子铁芯51的插槽52内。即，如图1所示那样，第一层单位线圈11、12、13在插槽52的里侧构成以重叠卷绕方式形成的第一层线圈群10。第二层单位线圈21、22、23在比第一层线圈群10靠内侧即插槽52的开放侧，构成以重叠卷绕方式形成的第二层线圈群20。换句话说，在以重叠卷绕方式形成的第一层线圈群10的内侧配置有第二层线圈群20。

在本实施方式中，所谓重叠卷绕方式是指如图1所示那样，以在定子铁芯51的周向上邻接的各线圈沿着定子铁芯51的径向交错地重叠、并且该重叠的内侧和外侧交错地更替的方式卷绕的方式。在该情况下，第一层线圈群10及第二层线圈群20分别作为整体而构成为环状。并且，第一层线圈群10和第二层线圈群20作为整体而配置为同心圆状，第一层线圈群10将第二层线圈群20的外侧包围。另外，该情况下的“同心”不是作为定子绕组的卷绕方法的一种的“同心卷绕方法式”。

定子50的制造方法中，首先，如图6A所示那样，相对于定子铁芯51的插槽52，将各相的第一层单位线圈11、12、13以重叠卷绕方式插入，由此，形成插槽52的里侧的线圈群、在该情况下为第一层线圈群10。然后，如图6B所示那样，相对于定子铁芯51的插槽52，将各相的第二层单位线圈21、22、23以重叠卷绕方式插入，由此形成插槽52的开放侧即内侧的线圈群、在该情况下为第二层线圈群20。然后，如图6C所示那样，将第一层线圈群10及第二层线圈群20的线圈端扩展，由此完成了定子50。

定子50如图1所示那样，具备第一相间绝缘纸53及第二相间绝缘纸54。第一相间绝缘纸53如图7A所示那样，例如将具有绝缘性的芳纶纸切断成带状，将该带状的两端连接而构成为环状。第一相间绝缘纸53在定子铁芯51的轴向的两端部，设置在第一层线圈群10与第二层线圈群20之间。由此，第一层线圈群10与第二层线圈群20被电绝缘。

第二相间绝缘纸54如图7B所示那样，例如由具有绝缘性的矩形状的芳纶纸构成。第二相间绝缘纸54设置在第一层线圈群10中的各相的单位线圈11、12、13的相互间、以及第二层线圈群20中的各相的单位线圈21、22、23的相互间。由此，在第一层线圈群10及第二层线圈群20中，各相的单位线圈被电绝缘。另外，在本实施方式的情况下，在插槽52内不存在异相的线圈，所以在插槽52内未设置相间绝缘纸。

据此，在定子50的定子绕组中，U、V、W相的各极是通过将分割为多个、在本实施方式中为2个的单位线圈、即第一层单位线圈11、12、13和第二层单位线圈21、22、23组合而构成的。由此，不用改变作为构成一个磁极的线圈整体的圈数，就能减少相对于插槽52的插入单位的线圈即单位线圈的圈数，该情况能够减半。因此，对于作为插入单位的各单位线圈11、12、13、21、22、23的单体而言，线圈的截面积降低并且柔软性增加。作为其结果，将各单位线圈11、12、13、21、22、23向插槽52插入时的操作性提高，由此，能够容易地对定子铁芯51的插槽52插入线圈。

在定子铁芯51的径向的内侧配置的第二层单位线圈21、22、23的周长比在径向的外侧配置的第一层单位线圈11、12、13的周长短。因此，能够减少第二层单位线圈21、22、23所使用的铜线的量，作为其结果，能够减少第二层单位线圈21、22、23的线圈端部分的铜线的浪费和铜损。

此外，相比于在第二层单位线圈21、22、23中使用与第一层单位线圈11、12、13相同周长的线圈的情况，能够减少第二层单位线圈21、22、23的线圈端部的高度尺寸。因此，能够减少定子50的轴向的尺寸，实现了小型化。

参照图8、图9A、图9B对第二实施方式进行说明。

关于第一层线圈群10及第二层线圈群20，其形状与上述第一实施方式相同，但是配置不同。即，在定子铁芯51的径向的外侧设置的第一层线圈群10与在定子铁芯51的径向的内侧设置的第二层线圈群20使被插入的插槽52各错开1插槽地配置。在该情况下，在各相中，一个磁极由插入到不同插槽52的多个单位线圈形成。

U相第二层单位线圈21和与该U相第二层单位线圈21同极同相且在在定子铁芯51的径向的外侧设置的U相第一层单位线圈11，插入到不同插槽。V相第二层单位线圈22和与该V相第二层单位线圈22同极同相且在定子铁芯51的径向的外侧设置的V相第一层单位线圈12，插入到不同插槽。W相第二层单位线圈23和与该W相第二层单位线圈23同极同相且在定子铁芯51的外侧设置的W相第一层单位线圈13，插入到不同插槽。

具体地说，如图9A所示那样，第二实施方式中的第一层线圈群10与第一实施方式的第一层线圈群10同样地配置。另一方面，如图9B所示那样，第二实施方式中的第二层线圈群20相对于第一实施方式的第二层线圈群20错开1插槽地配置。

如图9B所示那样，U相的第二层单位线圈21分别卷绕设置在第二插槽及第五插槽、第八插槽及第十一插槽、第十四插槽及第十七插槽、第二十插槽及第二十三插槽。V相的第二层单位线圈22分别卷绕设置在第四插槽及第七插槽、第十插槽及第十三插槽、第十六插槽及第十九插槽、第二十二插槽及第一插槽。W相的第二层单位线圈23分别卷绕设置在第六插槽及第九插槽、第十二插槽及第十五插槽、第十八插槽及第二十一插槽、第二十四及第三插槽。

另外，在该情况下，在各插槽52内，配置有异相的单位线圈。因此，在插槽52内，在异相的单位线圈间设置有未图示的相间绝缘纸，由此异相的单位线圈间被电绝缘。

据此，得到了与上述第一实施方式同样的作用效果。而且，据此，能够得到与对未图示的转子设置了倾斜的构造同等的作用效果。即，例如在笼型三相感应电动机的情况下，一般而言，定子笼由位于转子的轴向两端部的2个端环和将该2个端环连接的多个杆构成。并且，这样的转子笼为了抑制转矩不均，而设为将端环与杆不垂直地配置而带有一定角度的倾斜构造。但是，这样的转子例如通过铝压铸成型来形成，但若设为设置倾斜的构成，那么其制造困难。与此相对，根据第二实施方式的构成，通过将第一层线圈群10和第二层线圈群20在定子铁芯51的周向上错开配置，能够得到与对定子设置了倾斜的情况同等的作用效果。因此，不需要对定子设置倾斜，作为其结果，能够简化转子的构成。

参照图10A、图10B对第三实施方式进行说明。

图10A、图10B示出了对4极36插槽的定子50配置各单位线圈的情况。在第三实施方式中，定子50具备第一层线圈群60及第二层线圈群70。第一层线圈群60构成为将第一实施方式的各第一层单位线圈11、12、13进而进行了3分割的形态。即，第三实施方式的第一层线圈群60具备各2组的U相第一层单位线圈群61、V相第一层单位线圈群62和W相第一层单位线圈群63。

U相第一层单位线圈群61例如通过由9插槽间距构成且各错开1间距地配置的3个单位线圈611、612、613来构成。同样，V相第一层单位线圈群62例如通过由9插槽间距构成且各错开1间距地配置的3个单位线圈62、622、623来构成。同样，W相第一层单位线圈群63通过由9插槽间距构成且各错开1间距地配置的3个单位线圈631、632、633来构成。

第二层线圈群70也与第一层线圈群60同样，构成为将第一实施方式的各第二层单位线圈21、22、23进而进行了3分割的形态。即，第三实施方式的第二层线圈群70各具有2组的U相第二层单位线圈群71、V相第二层单位线圈群72、W相第二层单位线圈群73。

U相第二层单位线圈群71例如通过由9插槽间距构成且各错开1间距地配置的3个单位线圈711、712、713来构成。同样，V相第二层单位线圈群72通过由9插槽间距构成且各错开1间距地配置的3个单位线圈721、722、723来构成。同样，W相第二层单位线圈群73通过由9插槽间距构成且各错开1间距地配置的3个单位线圈731、732、733来构成。

在该情况下，构成第一层线圈群60的各单位线圈611、612、613、62、622、623、631、632、633的圈数与构成第二层线圈群70的各单位线圈711、712、713、721、722、723、731、732、733的圈数是相同的。另一方面，构成第二层线圈群70的各单位线圈711、712、713、721、722、723、731、732、733的周长比构成第一层线圈群60的各单位线圈611、612、613、62、622、623、631、632、633的周长短。

在该情况下，U、V、W相的定子绕组U、V、W以单层重叠卷绕方式构成。所谓单层重叠卷绕方式是指，为重叠卷绕方式，为在相同插槽52内不收纳有异相的单位线圈的构成、即在一个插槽52内仅设置一个相的单位线圈的构成。

U相第一层单位线圈群61及U相第二层单位线圈群71的圈数的总数与第一实施方式同样，例如为40圈。V相第一层单位线圈群62及V相第二层单位线圈群72的圈数的总数与第一实施方式同样，例如为40圈。W相第一层单位线圈群63及W相第二层单位线圈群73的圈数的总数与第一实施方式同样，例如为40圈。

据此，能够得到与上述第一实施方式及第二实施方式同样的作用效果。进而，能够进一步减少作为向插槽52内的插入单位的单位线圈的圈数，所以，单位线圈的柔软性增加，能够进一步容易地向插槽52插入单位线圈。

各相的定子绕组U、V、W以单层重叠卷绕方式形成。即，在相同的插槽52内不配置有异相的单位线圈。因此，在插槽52内，不必考虑异相的单位线圈间的电绝缘，无需在插槽52内设置相间绝缘纸。因此，能够进一步简化定子50的构成，并且，能够更大地确保插槽52内的空间，所以，能够更容易地进行单位线圈的插入。

定子50不限于上述各实施方式的情况，也可以适当地变更插槽52的数量、极数。即，定子50不限于4极24插槽、4极36插槽的情况，例如也可以是4极48插槽等其他构成。此外，也可以是，将构成一个磁极的线圈以3分割以上来进行分割，配置成分割为第一层线圈群、第二层线圈群、第三层线圈群。

根据以上说明的实施方式，旋转电机的定子具有多个通过相对于定子铁芯的插槽将多个单位线圈以重叠卷绕方式插入而构成的线圈群。并且，与构成多个线圈群当中位于定子铁芯的外周侧的线圈群的单位线圈相比，构成位于定子铁芯的内周侧的线圈群的单位线圈的周长更短。由此，能够减少形成各单位线圈的铜线的浪费，进而能够实现线圈的铜损和线圈端高度的减少。而且，不用变更构成一个极的线圈的圈数的总数，就能够减少作为向插槽的插入单位的单位线圈的圈数，对于各单位线圈单体而言，线圈的截面积降低并且柔软性增加。因此，提高了将各单位线圈向定子铁芯的插槽插入时的操作性，作为其结果，能够容易地对定子铁芯的插槽插入线圈。

以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只是作为例子提示，不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨中，也包含在权利要求所记载的发明及其均等范围内。

Claims (9)

1.一种旋转电机，其中，具备：

定子，具有定子铁芯及多个线圈群，所述线圈群是通过相对于所述定子铁芯的插槽将多个单位线圈以重叠卷绕方式插入而构成的；以及

转子，设置成能够相对于所述定子旋转；

与构成所述多个线圈群当中位于所述定子铁芯的外周侧的线圈群的单位线圈相比，构成位于所述定子铁芯的内周侧的线圈群的单位线圈的周长较短。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其中，

在多个所述插槽当中的同一插槽中插入有所述多个单位线圈当中同极同相的单位线圈。

3.如权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述各线圈群中的同极同相的单位线圈错开规定插槽地插入到所述插槽。

4.如权利要求3所述的旋转电机，其中，

在所述各插槽中，一个所述插槽收纳有一个所述单位线圈。

5.如权利要求1所述的旋转电机，其中，

所述各线圈群以同心圆状配置。

6.如权利要求2所述的旋转电机，其中，

所述各线圈群以同心圆状配置。

7.如权利要求3所述的旋转电机，其中，

所述各线圈群以同心圆状配置。

8.如权利要求4所述的旋转电机，其中，

所述各线圈群以同心圆状配置。

9.一种旋转电机的制造方法，其中，

旋转电机具备多个线圈群；

线圈群是通过相对于定子铁芯的插槽将多个单位线圈以重叠卷绕方式插入而构成的；

转子铁芯的制造方法包括如下工序：

将构成所述多个线圈群当中的一个线圈群的所述单位线圈插入到所述各插槽内并配置在所述插槽的里侧之后，将构成与所述一个线圈群不同的其他线圈群的所述单位线圈插入到所述插槽内，并将该其他线圈群以与所述一个线圈群同心圆状的方式相对于所述一个线圈群配置在所述插槽的开放侧的工序。