TW201424202A

TW201424202A - 旋轉電機之定子

Info

Publication number: TW201424202A
Application number: TW103105797A
Authority: TW
Inventors: Fumiaki Tsuchiya; Akira Watarai; Daisuke Shijyo
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-02-14
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2014-06-16
Also published as: TW201234740A; TWI431900B; CN103370856A; CN103370856B; JPWO2012111076A1; KR20130127505A; US20130300247A1; CN106887915A; WO2012111076A1; TWI520464B; JP5628349B2; KR101543935B1; CN106887915B; DE112011104883T5

Abstract

本發明提供一種可謀求提升槽滿率或裝置小型化之旋轉電機之定子。該定子係順向捲繞m層且在預定位置進行折返，並重疊於m層反向捲繞m+1層而作為一組繞線，一邊跨接各齒狀物一邊逐漸於繞線區域1組1組地捲繞繞線；當第1繞線(20A)之n層超過境界面(16)或與第2繞線(20B)之距離達到最小絕緣距離D時，將該位置作為折返位置反向捲繞n+1層至基底部為止；跨接至第2齒狀物(10B)，且當第2繞線(20B)之n層超過境界面16或與第1繞線(20A)之距離達到最小絕緣距離時，將該位置作為折返位置進行反向捲繞，將此重複進行一組以上；跨接至第1齒狀物(10A)，且在最終層以使捲繞數與第2繞線(20B)相符合之方式調整捲繞數而進行捲繞。

Description

旋轉電機之定子

本發明係有關於一種電動機及發電機等之旋轉電機之定子及其繞線方法。

以往，已提案有數種於電動機及發電機等之旋轉電機之定子裡，以提升槽滿率(繞線密度)或裝置小型化為目的，用相鄰齒狀物(teeth)作不相同繞線排列之技術。例如：在專利文獻1及專利文獻3，使配置於齒狀物與繞線間絕緣體(insulator)設置凹凸或錐形，藉以不相同形狀之相鄰絕緣體，作為用相鄰齒狀物作不相同繞線排列。此外，在專利文獻2，藉由使用特殊規格之繞線機，作為用相鄰齒狀物作不相同繞線排列。

(先前技術文獻) (專利文獻)

專利文獻1：日本特開2006-296146號公報。

專利文獻2：日本特許4456886號公報。

專利文獻3：日本特開2004-104870號公報。

然而，在上述專利文獻1之方法中，因絕緣體為特殊形狀，故有因構件成本高，而引來產品成本變高之課題。

此外，在專利文獻2之方法中，因需要特殊繞線機，而無法以通用繞線機對應，故有構件及產品成本變高的同時，可以該方法進行生產之機種亦受限之問題。

另外，在專利文獻3之方法中，與專利文獻1同樣地，絕緣體之構件成本變高的同時，亦有因絕緣體為錐形形狀，而使裝置外形尺寸變大之課題。

本發明為有鑑於前述之問題點所開發者，其目的為提供一種旋轉電機之定子及其繞線方法，其在不使用特殊形狀之絕緣體，再者亦不使用特殊規格之繞線機的前提下，可於相鄰齒狀物作不相同繞線排列，而可謀求提升槽滿率(繞線密度)及裝置小型化。

為解決上述問題點，達成目的，本發明之旋轉電機之定子，係使朝向旋轉軸芯於放射方向具有同一形狀之複數個齒狀物的基底側端部呈環狀地連結於鐵芯背部，於鄰接的前述齒狀物間形成有槽，於前述齒狀物之前端部兩側突出形成有鍔部，於鄰接的前述鍔部間形成有槽入口，於各齒狀物之周圍係形成有繞線區域，於各繞線區域隔介有同一形狀之絕緣體而捲繞繞線，其中，捲繞於各相隔一個所設置之第1齒狀物捲繞有第1繞線，並在被前述第1齒狀物挾持之第2齒狀物捲繞有第2繞線；前述第1繞線與第2繞線係在相對向部之剖面形狀裡，以前述第1繞線之凸部對應於前述第2繞線之凹部或前述第1繞線之凹部對應於前述第2繞線之凸部之方式，捲繞成互相不相同之形狀。

再者，本發明之旋轉電機之定子，係使朝向旋轉軸芯於放射方向具有使同一形狀之複數個齒狀物的基底側端部呈環狀地連結於鐵芯背部，於鄰接的前述齒狀物間形成有槽，於前述齒狀物之前端部兩側突出形成有鍔部，於鄰接的前述鍔部間形成有槽入口，於各齒狀物之周圍係形成有繞線區域，於各繞線區域隔介有同一形狀之絕緣體而捲繞繞線，其中，於各相隔一個所設置之第1齒狀物捲繞有第1繞線，並在被前述第1齒狀物挾持之第2齒狀物捲繞有第2繞線；以將前述槽內之空間於放射方向2分割成剖面錐狀的面作為境界面；將前述第1繞線與前述第2繞線可最接近之距離作為最小絕緣距離；從前述剖面錐狀之寬度寬廣之前述齒狀物之基底部側向寬度窄之前述鍔部方向順向捲繞m層且在預定位置進行折返，並重疊於前述m層反向捲繞m+1層而作為一組繞線，且一邊跨接各齒狀物一邊逐漸於前述繞線區域各捲繞1組繞線；當前述第1繞線之n層超過前述境界面或與前述第2繞線之距離達到前述最小絕緣距離時，將該位置作為折返位置反向捲繞n+1層至基底部為止；跨接至前述第2齒狀物，且當前述第2繞線之n層超過前述境界面或與前述第1繞線之距離達到前述最小絕緣距離時，將該位置作為折返位置進行反向捲繞，且將此重複進行一組以上；跨接至前述第1齒狀物，且在最終層以使捲繞數與第2繞線相符合之方式調整捲繞數而進行捲繞。

再者，本發明之旋轉電機之定子之繞線方法，係為下述定子之繞線方法：使朝向旋轉軸芯於放射方向具有同一形狀之複數個齒狀物的基底側端部呈環狀地連結於鐵芯背部，於鄰接的前述齒狀物間形成有槽，於前述齒狀物之前端部兩側突出形成有鍔部，於鄰接的前述鍔部間形成有槽入口，於各齒狀物之周圍係形成有繞線區域，於各繞線區域隔介有同一形狀之絕緣體而捲繞有繞線者，該繞線方法中，於各相隔一個所設置之第1齒狀物捲繞有第1繞線，並在被前述第1齒狀物挾持之第2齒狀物捲繞有第2繞線；以將前述槽內之空間於放射方向2分割成剖面錐狀的面作為境界面；將前述第1繞線與前述第2繞線可最接近之距離作為最小絕緣距離；從前述剖面錐狀之寬度寬廣之前述齒狀物之基底部側向寬度窄之前述鍔部方向順向捲繞m層且在預定位置進行折返，並重疊於前述m層反向捲繞m+1層而作為一組繞線，且一邊跨接各齒狀物一邊逐漸於前述繞線區域各捲繞1組繞線；當前述第1繞線之n層超過前述境界面或與前述第2繞線之距離達到前述最小絕緣距離時，將該位置作為折返位置反向捲繞n+1層至基底部為止；跨接至前述第2齒狀物，且當前述第2繞線之n層超過前述境界面或與前述第1繞線之距離達到前述最小絕緣距離時，將該位置作為折返位置進行反向捲繞，將此重複進行一組以上；跨接至前述第1齒狀物，且在最終層以使捲繞數與第2繞線相符合之方式調整捲繞數而進行捲繞。

依據本發明，將第一繞線捲繞於各相隔一個所設置之第一齒狀物，並將第二繞線捲繞於被第一齒狀物挾持之第二齒狀物；第一繞線與第二繞線，在相對向部之剖面形狀裡，以第一繞線之凸部對應於第二繞線之凹部或第一繞線之凹部對應於第二繞線之凸部之方式，捲繞成互相不相同之形狀，故可達成謀求提昇槽滿率或裝置小型化之效果。

依據本發明，藉由將第一繞線捲繞於各相隔一個所設置之第一齒狀物，並將第二繞線捲繞於被第一齒狀物挾持之第二齒狀物；以將槽內之空間於放射方向2分割為剖面錐狀之面作為境界面；將第一繞線與第二繞線可最接近之距離作為最小絕緣距離；從剖面錐形狀之寬度寬廣之齒狀物之基底部側向寬度窄之前述鍔部方向順向捲繞m層，在預定位置進行折返，並重疊於m層反向捲繞m+1層而作為一組繞線，一邊跨接各齒狀物一邊逐漸於各繞線區域1組1組地捲繞繞線；當超過境界面或與第二繞線之距離達到最小絕緣距離時，將該位置作為折返位置進行反向捲繞，藉由以上簡單程序，可使第一繞線與第二繞線在相對向部之剖面形狀裡以第一繞線之凸部對應於第二繞線之凹部或第一繞線之凹部對應於第二繞線之凸部之方式，捲繞成互不相同之形狀；而可在不做成特殊形狀之絕緣體，再者不使用特殊規格之繞線機的前提下，於相鄰之齒狀物10間作不相同的繞線排列，並可達成謀求提昇槽滿率(繞線密度)或裝置小型化之效果。

10‧‧‧齒狀物

10A‧‧‧第1齒狀物

10B‧‧‧第2齒狀物

11‧‧‧鍔部

12‧‧‧絕緣體

13‧‧‧鐵芯背部

15‧‧‧槽

16‧‧‧境界面

20‧‧‧繞線

20A‧‧‧第1繞線

20B‧‧‧第2繞線

50‧‧‧定子

120‧‧‧繞線

D‧‧‧最小絕緣距離

t‧‧‧捲繞數

U‧‧‧繞線

第1圖係為表示部分旋轉電機之定子(齒狀物四個份)之剖面圖。

第2圖係為第1圖之c部份之擴大剖面圖，表示卷繞在一槽份之繞線排列模樣之圖。

第3圖係為剖面第2圖一槽份之繞線排列之繞線交錯部之繞線部之側面圖。

第4圖(a)及(b)係表示捲繞在齒狀物之第1層與第1層之繞線排列的齒狀物一個份之側面圖。

第5圖(a)至(e)係依序表示從第1層逐漸重疊繞線到最終層之步驟的步驟圖。

第6圖係分色表示在第5圖所示之各步驟中所捲繞之繞線的繞線排列之剖面圖；第7圖係為為了比較而表示之相當於第2圖之捲繞於以往一槽份之繞線排列的模樣之圖；第8圖係為了比較而表示相當於第3圖之以往之一槽份之繞線排列之繞線交錯部之繞線部予以剖面之側面圖。

以下根據圖面，詳細說明關於本發明之旋轉電機之定子之實施形態。另外，本發明不以該實施形態為限。

實施形態

第1圖係為表示部分旋轉電機之定子(齒狀物四個分)之剖面圖。第2圖係為第1圖之c部份之擴大剖面圖，表示卷繞在槽(slot)一個份之繞線排列模樣之圖。第3圖係為剖面第2圖一槽份之繞線排列之繞線交錯部之繞線部之側面圖。第4圖係為表示卷繞在齒狀物之第1層與第1層之繞線排列之齒狀物一個份之側面圖。另外，第1圖雖表示齒狀物四個份之定子，但定子全體係具有12個齒狀物。

定子50係擁有朝向旋轉軸芯向放射方向之複數個齒狀物10者。複數個齒狀物10係將基底側端部環狀地連結於鐵芯背部13。形成槽15於相鄰之齒狀物10之間。於齒狀物10之前端部兩側突出形成有鍔部11。形成槽入口於相鄰之鍔部11、11之間。槽15之內部之內的空間，於向放射方向延伸之境界面16被虛擬性地2分割成錐形形狀。於是，以包含在境界面16被2分割之槽15之內部空間之方式，形成捲繞繞線20於各齒狀物10之周圍之繞線區域。隔介有絕緣物12地在各齒狀物10之繞線區域捲繞繞線20。

捲繞第1繞線20(20A)於每隔一間隔所設置之第1齒狀物10(10A)，且捲繞第2繞線20(20B)於被第1齒狀物10A挾持之第2齒狀物10(10B)。第1繞線20A與第2繞線20B可最接近之距離為最小絕緣距離D。換言之，第1繞線20A與第2繞線20B，係於最接近之處亦相離達最小絕緣距離D。

第7圖係為表示有為了比較而表示的相當於第2圖之卷繞於以往一槽分之繞線排列模樣之圖。第8圖係為了比較而表示的相當於第3圖之剖面以往之一槽分之繞線排列之繞線交錯部之繞線部之側面圖。以往之繞線120係捲繞在相鄰齒狀物捲繞相同之繞線排列。因此，相互之繞線120之凸部與凸部成為相對向之位置，此外，凹部與凹部成為相對向之位置，故於凹部與凹部之間形成多餘空間。

依據本實施形態之定子50，如前述在對向部之剖面形狀裡，以第1繞線20A之凸部對應於第2繞線20B之凹部，且第1繞線20A之凹部對應於第2繞線20B之凸部之方式，捲繞成互相不相同之形狀。於是，互相之凹凸係配置成一邊保持預定之間隔一邊互相咬合。亦即，藉由適用本實施形態之繞線排列方法之方式，成為如第2圖所示之一邊保持以使相鄰繞線20、20保持預定間隔一邊互相咬合之不相同繞線排列，使與以往之繞線排列(第7圖)比較可提昇繞線槽滿率、電動機效率、以及確保必要之絕緣距離。此外，如第3圖所示，可比以往之繞線排列(第8圖)還減少於電動機軸方向之繞線層數，而可縮短電動機軸方向之尺寸。

以相鄰齒狀物作不相同繞線排列之情形，以往係因將繞線之對象(絕緣體等)做成特殊形狀、並必需有特殊繞線機之對應，故而有多品種生產之困難及高成本之問題。本實施形態因以通用品即可對應，故而多品種生產容易而可謀求低成本化。

此外，藉由適用本實施形態之繞線排列方法，因繞線終點位置必定成為鐵芯背部13側，故可使佈線及向相鄰之齒狀物10、10之間之跨接處理容易化，而可藉由連續繞線處理實現繞線時間之縮短(成本低減)。

再者，藉由適用本實施形態之繞線排列方法，提升繞線整列性。第4圖(a)係表示卷繞於齒狀物之第1層之繞線排列，第4圖(b)係表示卷繞於齒狀物之第1層與第2層之繞線排列，如第4圖所示，在齒狀物10之短邊部使繞線交叉，使重疊捲繞繞線必定接觸而提升繞線整列性。

接著，藉由第5圖與第6圖說明本實施形態之定子 50之程序。在第5圖裡係表示遵循順序從第1層到最終層重疊積累繞線之步驟。在第6圖裡係將在各步驟所捲繞之繞線之改變剖面線之模樣而表示。第6圖中括弧之數字係為層之行編號。

如前述所構成之定子50係如以下之方式，捲繞第1繞線20A與第2繞線20B於第1齒狀物10A與第2齒狀物10B。作為先決條件者為，從齒狀物10之基底部(鐵芯背部13側)向鍔部 11方向順向捲繞第m層之m層並將預定位置作為折返位置進行折返，並在m層之上反向捲繞m+1層，作為一組之1往復之繞線。

(1)首先，在第1齒狀物10A，如第5圖(a)以箭頭E1、E2、E3之順序捲繞1組。反向捲繞將到達鍔部的繞線U作為折返位置而反向捲繞，而捲繞如第6圖所示之第1層與第2層。

(2)接著，相同方式進行，在第2齒狀物10B，如第5圖(b)以箭頭F1、F2、F3之順序捲繞1組(如第6圖所示第1層與第2層)。

重複前述(2)(1)而順向捲繞。亦即，當一邊跨接各齒狀物10，一邊於各齒狀物10捲繞結束第1層與第2層時，繼續捲繞1組(第三層與第四層)於各齒狀物10。如此，一邊從第1齒狀物10A跨接各齒狀物，一邊逐漸於各繞線區域各捲繞1組繞線。另外，作為將第1繞線20A與第2繞線20B電性連接之跨接線，係直接使用被拉出之繞線作為跨接線。

(3)如前述，逐漸重疊捲繞繞線，而順向捲繞到如第5圖(c)之箭頭G1順向捲繞第1繞線20A之第5層時，若之後的第6層繞線到達境界面16，則以其位置作為折返位置(繞線U之位置)，如箭頭G2、G3所示地反向捲繞第6層至基底部。另外，因依據繞線區域之深度與繞線之直徑，在設計階段即可以了解何層之繞線為折返位置，故預先架設繞線機於該位置。如此，捲繞如第6圖所示第5層、第6層於第1齒狀物10A。

另外，在前述(3)之步驟裡，作為折返位置之繞線U，只要為滿足到達境界面16，或到達其與第2繞線20B之距離成為最小絕緣距離D之位置之任一方條件者，均可進行折返。

(4)跨接第2齒狀物10B，並一邊考慮是否到達境界面16、或是成為與第1繞線20A之距離為最小絕緣距離，一邊以與第1繞線20A之第5層、第6層成為大致相同捲繞數t的方式捲繞1組以上之繞線。具體而言，如第5圖(d)所示，以箭頭H1、H2、I1、I2、I3之順序捲繞2組。藉此，捲繞如第6圖所示之第5層至第8層的第2繞線20B。且，因應需要而重複前述(3)(4)。

(5)最後，在第1齒狀物10A中，在最終層以使第1繞線20A與第2繞線20B之捲繞數相符合的方式調整捲繞數而捲繞繞線。具體而言，如第5圖(e)所示，以箭頭K1、K2、K3之順序捲繞1組(表示於第6圖之第7層、第8層)而完成繞線。

如前所述，繞線係一邊考慮是到達境界面16或是與第一繞線20A之距離成為最小絕緣距離，而一邊以使第1繞線20A與第2繞線20B之捲繞數相符合的方式調整捲繞數的捲繞繞線，反向捲繞層之繞線之捲繞數係與前一層之捲繞數為相同數或為±1捲。

(例)第1層之捲繞數=第2層之捲繞數

(例)第5層之捲繞數=第6層之捲繞數+1捲。

如前所述，依據本實施形態之定子50，捲繞第1繞線20(20A)於各相隔一個所設置之第1齒狀物10(10A)，並捲繞第2繞線20(20B)於被第1齒狀物10A挾持之第2齒狀物10(10B)。且，將槽15內之空間於放射方向2分割為剖面錐狀的面即作為境界面16；最小絕緣距離D為第1繞線20A與第2繞線20B可最接近的距離；從剖面錐形狀之寬度寬廣之齒狀物基底部側向寬度窄之鍔部11順向捲繞m層且在預定位置進行折返，並重疊於m層而反向捲繞m+1層的繞線係作為一組繞線，而一邊跨接各齒狀物一邊逐漸於繞線區域各捲繞1組繞線。

於是，當第1繞線20A之n層超過境界面16，或與第2繞線20B之距離達到最小絕緣距離D時，則將將該位置作為折返位置，反向捲繞n+1層至基底部為止，並跨接至第2齒狀物10B，當第2繞線20B之n層超過境界面16，或與第1繞線20A之距離達到最小絕緣距離時，將該位置作為折返之位置，進行反向捲繞，將此操作重複進行一組以上，並跨接至第1齒狀物10A，在最終層以使捲繞數與第2繞線20B相符合之方式調整捲繞數而進行捲繞。

因此，當超過境界面16或達到最小絕緣距離D時，藉由將該位置作為折返位置而進行反向捲繞之簡單程序，使第1繞線20A與第2繞線20B在對向部之剖面形狀裡，可以第1繞線20A之凸部對應於第2繞線20B之凹部，或第1繞線20A之凹部對應於第2繞線20B之凸部之方式，捲繞成彼此不同的形狀，而在不使用特殊形狀之絕緣體，且不使用特殊規格之繞線機的前提下，達成於相鄰之齒狀物10間作不相同繞線排列的效果，並可謀求提昇槽滿率(繞線密度)或裝置小型化。

另外，關於應將繞線進行反向捲繞至何處為止之問題，雖如本實施形態地全部進行至齒狀物10之基底部(鐵芯背部13)為止為最佳，但即使未完全達到基底部，僅反向捲繞至接近基底部附近為止，亦可得到大致同樣之效果。

另外，在本實施形態裡，亦可採用捲繞第2繞線20B於第1齒狀物10A，捲繞第1繞線20A於第2齒狀物10B之方式。

[產業上可利用性]

如前所述，本發明之旋轉電機之定子及其繞線方法係例如適用於配備於汽車之交流發電機及起動電動機等旋轉電機。