CN101346782B - 卷绕方法和线圈单元 - Google Patents

Abstract

以如下方式制造矩形线圈单元(1)：将两根导线(2)同时规则地卷绕在具有矩形横截面的架圈(3)的四个外表面上，使得导线(2)在架圈(3)的四个外表面的成对平行表面中的一个表面(下表面侧)上一起倾斜地前进与0.5根导线对应的匝道变化，并在该成对平行表面中的另一个表面(上表面侧)上一起倾斜地前进与1.5根导线对应的匝道变化。

Description

卷绕方法和线圈单元

技术领域

本发明涉及将导线规则地卷绕在架圈上的卷绕方法，以及由该方法制造的线圈单元。

背景技术

如在各个日本未经审查的专利公开2004-119922、2000-348959和8(1996)-203720中公开的卷绕方法，这种技术是公知的。在它们中，例如公开文献’922揭示了一种利用可旋转卷绕喷嘴(通过该喷嘴同时供应多根导线)从而制造多层线圈和平行线圈的卷绕方法。根据该方法，随着架圈旋转，导线卷绕在架圈上，并且进一步随着喷嘴绕预定旋转中心旋转使导线以多层或平行关系卷绕。

发明内容

本发明解决的问题

根据公开文献’922中揭示的卷绕方法，导线能够以多层或平行卷绕方式卷绕在架圈上。但是，该公开没有关于如何卷绕导线以使得到的线圈紧凑的内容。通常，在用于规则集中卷绕线圈的制造处理中，容易在架圈的端部附近产生所卷绕的导线的突起部分。这是由于在规则卷绕的换行部分和换层部分处(即，在回转位置上)导线的倾斜和偏移所导致的。规则集中卷绕线圈容易在回转位置上发生导线布置的混乱，这是引起线圈外尺寸增大的因素之一，导致对集中卷绕线圈最小化的阻碍。

已经考虑了以上情况进行了本发明，且本发明的目的是提供一种规则卷绕两根线圈的方法以及由该卷绕方法制造的线圈，能够防止在卷绕回转位置上发生导线的突起部分，由此实现紧凑的线圈。

解决问题的手段

为了实现以上目的，本发明提供了一种将两根导线规则地卷绕在架圈上的卷绕方法，所述架圈的横截面呈矩形，并且具有包括成对平行表面的四个外表面，所述方法包括以下步骤：将所述导线卷绕在所述架圈上，使得所述导线在所述成对平行表面中的一个表面上一起倾斜地前进与0.5根导线对应的匝道变化，并在所述成对平行表面中的另一个表面上一起倾斜地前进与1.5根导线对应的匝道变化；在完成对于第一层的卷绕操作之后，在所述成对平行表面中的一个表面上，沿着与第一层相反的方向进行0.5根导线直径的匝道变化；在所述成对平行表面中的另一个表面上，沿着与第一层相反的方向进行1.5根导线直径的匝道变化，所述导线沿着轴向上的相反方向规则并反复地卷绕。

根据以上结构，导线在架圈的四个外表面的成对平行表面中的一个表面上一起倾斜地前进与0.5根导线(即，半根导线)对应的匝道变化，并在该成对平行表面中的另一个表面上一起倾斜地前进与1.5根导线(即，三个半根导线)对应的匝道变化。与例如在架圈的外表面之一上与2根导线相对应的匝道变化相比，此方法可以提供更小的导线倾斜，从而带来可以减少分层导线在回转位置上相交的结果。此外，与在架圈的四个表面的每个表面上都进行与一根导线相对应的匝道变化的情况不同，本发明在卷绕完成的情况下不引起两根导线中的一根在回转位置上被保留为未盘卷。

根据前述发明，可以防止在规则卷绕两根导线时在回转位置上产生突起部分，从而在不增大线圈外尺寸的情况下实现紧凑的线圈。

在以上方法中，优选地，所述卷绕方法用于制造矩形线圈单元，所述矩形线圈单元包括具有矩形横截面的线圈。

根据以上结构，对于矩形线圈单元能够实现与前述相同的操作和效果。

在以上方法中，优选地，所述卷绕方法用于制造梯形线圈单元，所述梯形线圈单元包括具有梯形横截面的线圈。

根据以上结构，对于梯形线圈单元能够实现与前述相同的操作和效果。

根据另一个方面，本发明提供了一种线圈单元，其包括规则地卷绕在架圈上的两根导线，所述架圈的横截面呈矩形，并具有包括成对平行表面的四个外表面，其中，所述导线被卷绕在所述架圈上，使得所述导线在所述成对平行表面中的一个表面上一起倾斜地前进与0.5根导线对应的匝道变化，并在所述成对平行表面中的另一个表面上一起倾斜地前进与1.5根导线对应的匝道变化，在完成对于第一层的卷绕操作之后，在所述成对平行表面中的所述一个表面上，沿着与第一层相反的方向进行与0.5根导线直径对应的匝道变化；在所述成对平行表面中的所述另一个表面上，沿着与第一层相反的方向进行与1.5根导线直径对应的匝道变化，所述导线沿着轴向上的相反方向规则并反复地卷绕。

根据以上结构，导线在架圈的四个外表面的成对平行表面中的一个表面上一起倾斜地前进与0.5根导线(即，半根导线)对应的匝道变化，并在该成对平行表面中的另一个表面上一起倾斜地前进与1.5根导线(即，三个半根导线)对应的匝道变化。因此，与例如在架圈的外表面之一上与2根导线相对应的匝道变化相比，本发明的线圈可以提供更小的导线倾斜，从而带来可以减少分层导线在回转位置上相交的结果。此外，与在架圈的四个表面的每个表面上都进行与一根导线相对应的匝道变化的情况不同，本发明在卷绕完成的情况下不引起两根导线中的一根在回转位置上被保留为未盘卷。

根据前述发明，可以防止在规则卷绕两根导线时在回转位置上产生突起部分，从而在不增大线圈外尺寸的情况下实现紧凑的线圈。

附图说明

在附图中，

图1是矩形线圈单元的立体图；

图2是矩形线圈单元的后视图；

图3是出于解释的方便而去除了第一凸缘的矩形线圈单元的正视图；

图4是架圈上线圈的侧视图；

图5是架圈上线圈的后视图；

图6A至6D是从由图4中的箭头A、B、C和D所表示的方向观察的视图；

图7是示出架圈上线圈的布置的排布图；

图8A至8D是从由图4中的箭头A、B、C和D所表示的方向观察的视图；

图9是示出架圈上线圈的布置的排布图；

图10A至10D是从由图4中的箭头A、B、C和D所表示的方向观察的视图；

图11是示出架圈上线圈的布置的排布图；

图12是示出定子的结构的示意图；

图13是示出定子中矩形线圈单元和梯形线圈单元的组装状态的视图；

图14是梯形线圈单元的侧视图；

图15是梯形线圈单元的正视图；

图16A和16B是示出与第一和第二层相关的、将导线卷绕在架圈上的处理的解释图；

图17A和17B是示出与第二至第四层相关的、将导线卷绕在架圈上的处理的解释图；

图18A和18B是示出与第四至第六层相关的、将导线卷绕在架圈上的处理的解释图；

图19A和19B是示出与第六至第八层相关的、将导线卷绕在架圈上的处理的解释图；

图20A和20B是示出与第八至第九层相关的、将导线卷绕在架圈上的处理的解释图；并且

图21A和22B是示出与第九至第十层相关的、将导线卷绕在架圈上的处理的解释图。

具体实施方式

[第一实施例]

现在将参照附图给出应用于矩形线圈单元的本发明的卷绕方法的优选 实施例的详细描述。

图1是在本实施例中矩形线圈单元1的立体图。图2是矩形线圈单元1的后视图。图3是出于解释的方便而去除了第一凸缘的矩形线圈单元1的正视图。以如下方式制造本实施例中的矩形线圈单元1：成对的两根导线2同时规则地卷绕在具有矩形横截面的架圈3的四个外表面上。多个矩形线圈单元1将安装在形成于定子芯上的多个齿中，从而构成定子。该定子还进一步与转子组装，形成电机。

架圈3包括矩形横截面的芯管3a、形成在芯管3a的轴向两端处的第一凸缘3b和第二凸缘3c。架圈3由诸如PPS(聚苯硫醚)之类的合成树脂制成以具有绝缘性。设置在后侧上的第一凸缘3b具有与设置在前侧上的近似普通矩形的第二凸缘3c不同的形状。具体而言，第一凸缘3b包括上切口部分3d和下切口部分3e、从图3中的上切口部分的一个侧表面朝向另一个侧表面突出的绝缘壁3f，以及形成在上部中的止挡槽3g。芯管3a是中空的，提供了中空孔3h。如图2所示，在绝缘壁3f与上切口部分3d的下表面之间形成间隙。两根导线2同时规则地卷绕在芯管3a上，形成具有中空形状的线圈4。两根线圈2的两个端部都与绝缘壁3f和止挡槽3g部分地配合。在本实施例中，相对较粗的导线2用于实现小尺寸大功率电机。导线2由涂覆有珐琅绝缘膜的铜导线制成。

在以上矩形线圈单元1中，两根导线2通过绝缘壁3f与切口部分3d的下表面之间的间隙被导引到芯管3a上。这两根导线2沿着从第一凸缘3b向第二凸缘3c前进的方向相继卷绕为芯管3a上的一排，形成第一层。然后，导线2沿着第二凸缘3c回转(回折)，并沿着与第一层相反的从第二凸缘3c到第一凸缘3b的方向卷绕为第一层上的一排，形成第二层。两根导线2如上所述沿着芯管2a轴向上的相反方向规则并反复地卷绕，形成具有多排和多层导线的线圈4。在卷绕之后，两根导线2的端部配合在止挡槽3g中。于是制造了包括以如上方式制成的线圈4而具有矩形横截面的矩形线圈单元1。

本实施例中的走线方法具有在卷绕两根导线时的特定特征。

图4是架圈3上线圈4的侧视图。图5是架圈上线圈4的后视图。图 6A至6D是从由图4中的箭头A、B、C和D所表示的方向观察的视图。图7是示出架圈3上线圈4的布置的排布图。注意，图7中导线2的数量仅给定为帮助对导线布置的说明，并因此与图6A至6D中的数量并不对应。在本实施例中，如图4至7所示，两根导线2以如下方式卷绕：在具有包括成对平行表面的四个外表面的架圈3的芯管3a的下表面侧上，一起倾斜地前进与0.5根导线(即一半的导线直径)对应的匝道变化，并在其上表面侧上，一起倾斜地前进与1.5根导线(即一倍半的导线直径)对应的匝道变化(此后，将该卷绕方法称为“1.5-0.5变化”)。于是，在架圈3的上下侧上进行与总共两倍导线直径对应的匝道变化。

具体而言，如图4、5和6A中的数字“1”(表示导线2的第一圈)所示，两根导线2开始从上侧沿着第一凸缘3b向左侧卷绕，并接着向下侧竖直向下卷绕。随后，如图6B中的数字“1”所示，导线2在下侧上一起倾斜地前进0.5根导线的匝道变化，并接着在右侧上向上侧竖直向上前进。如图6A中的数字“1”和“2”所示，在上侧上，导线2一起倾斜地前进1.5根导线的匝道变化，并再次在下侧上向上侧竖直向上前进。此后，以如上方式分别在上侧和下侧上重复以上匝道变化。因此形成线圈4的第一层(如图6A和6B中的数字“1”至“6”所示，第一层具有6匝)。在完成对于第一层的卷绕操作之后，导线2在与卷绕开始位置相对的位置处回转(回折)。在下侧上，如图6B所示，沿着与第一层相反的方向进行0.5根导线的匝道变化。在上侧上，如图6A所示，沿着与第一层相反的方向进行矩形线圈单元1.5根导线的匝道变化。

这里，为了与本实施例中的“1.5-0.5变化”相比，将解释与此不同的卷绕方法。图8A至8D是从由图4中的箭头A、B、C和D所表示的方向观察的视图。图9是架圈3上线圈4的布置的排布图。注意，图9中导线2的数量仅给定为帮助对导线布置的说明，并因此与图8A至8D中的数量并不对应。在如图8和9所示的卷绕方法中，两根导线2以如下方式卷绕：在具有包括成对上下表面的四个外表面的架圈3的芯管3a的下表面侧上，一起笔直地跨越与0根导线对应的匝道变化(即，没有匝道变化)，并在上表面侧上一起倾斜地前进与2根导线(即两倍的导线直径)对应的 匝道变化(此后，将该卷绕方法称为“2-0变化”)。于是，在架圈3的上下侧上卷形与总共两倍导线直径对应的匝道变化。如图8A的阴影区域所示，该卷绕方法使导线2在卷绕回转位置上相交并重叠为三层，产生如图8C中的点划线圈S1所示的突起部分。

另一方面，图10A至10C是从由图4中的箭头A、B、C和D所表示的方向观察的视图。图11是示出架圈3上线圈4的布置的排布图。注意，图11中导线2的数量仅给定为帮助对导线布置的说明，并因此与图10A至10D中的数量并不对应。在如图10和11所示的卷绕方法中，两个导线2以如下方式卷绕：在具有包括成对平行表面的四个外表面的架圈3的芯管3a的下表面侧上，一起倾斜地前进与1根导线(即一倍的导线直径)对应的匝道变化，并在其上表面侧上，一起倾斜地前进与1根导线(即一倍的导线直径)对应的匝道变化(此后，将该卷绕方法称为“1-1变化”)。于是，在架圈3的上下侧上进行与总共两倍导线直径对应的匝道变化。根据此方法，当在架圈3的端部完成卷绕时，如图11所示，导线2之一在与图11中的卷绕回转位置相对应的该卷绕端部中保留为未盘卷。

根据如上所述本实施例中的矩形线圈单元1及其卷绕方法，两根导线2在具有包括成对平行表面的四个外表面的架圈3的芯管3a的下表面侧上，一起倾斜地前进0.5根导线的匝道变化，并在上表面侧上，一起倾斜地前进1.5根导线的匝道变化。与使用“2-0变化”从而如图8和9所示仅在架圈3的上侧上进行2根导线的匝道变化的卷绕方法相比，本实施例的卷绕方法可以提供导线2的更小倾斜，由此带来了减少线圈4的分层导线在架圈3的每个凸缘3b、3c附近(即在卷绕回转位置上)相交的结果。与使用“1-1变化”从而如图10和11所示在架圈3的上下两侧上进行矩形线圈单元1根导线的匝道变化的卷绕方法不同，本实施例的卷绕方法能够防止一根导线在位于架圈3的每个凸缘3b、3c附近的完成卷绕处的卷绕端部位置上保留为未盘卷。因此，在将两根导线2同时卷绕以制造矩形线圈单元1时，可以防止在卷绕回转位置上突起部分的产生。这使得可以在补使4的外尺寸增大的情况下使线圈4紧凑。

这里，例如如图12所示，矩形线圈单元1能够以如下方式安装在定 子芯12的各个齿12a中：梯形线圈单元11和矩形线圈单元1交替布置以构成定子13。如前所述，可以抑制在卷绕回转位置上突起部分的产生，从而使矩形线圈单元1的线圈4紧凑。在此情况下，如图13所示，可以确保矩形线圈单元1的线圈4和与其相邻的梯形线圈单元11的线圈4之间的预定距离。因此可以提高组装时的空间率，确保相邻布置的线圈单元1和11之间的绝缘，从而提高使用上述定子13的电机的性能。

根据本实施例中的卷绕方法制造的矩形线圈单元1被构造为使得两根导线2同时规则地卷绕在架圈3上。因此可以减少矩形线圈单元1的涡电流损耗，其有助于使电机具有大功率。还可以提高矩形线圈单元1的生产率。

[第二实施例]

以下将参照附图解释应用于梯形线圈单元的本发明的卷绕方法的第二实施例。

注意，与第一实施例中相同或相似的元件赋予相同的附图标记，并省略其解释。以下说明将针对与第一实施例不同的结构进行。

图逆变器14是本实施例中梯形线圈单元11的侧视图。图电动机控制ECU 15是从由图逆变器14中的箭头D所示的方向观察的梯形线圈单元11的正视图。本实施例中的梯形线圈单元11以如下方式制造：两根导线2同时规则地卷绕在具有矩形横截面的架圈3的四个外表面上，由此形成具有梯形横截面的卷绕线圈4。梯形线圈单元11将安装在定子芯12的各个齿12a中，使得如图12和13所示梯形线圈单元11和矩形线圈单元1交替布置以构成定子13。

在本实施例中，除了以下情况之外，架圈3具有与第一实施例中的架圈3大体相同的结构：本实施例中的架圈3具有小于第一凸缘3b的第二凸缘3c。在本实施例中，卷绕两根导线2的方法以与第一实施例中的卷绕方法相同的方式来实施。图16A、16B至21A、21B示出了将导线2卷绕在架圈3上的处理，其中带圈数字表示导线2的匝的顺序。图16A至21A示出了架圈3的引入侧，即从由图14中的箭头A所示的方向观察的架圈3(其上侧)的视图。图16B至21B示出了架圈3与引入侧相对的一侧，即 从由图14中的箭头B所示的方向观察的架圈3(其下侧)的视图。在本实施例中，如图16至21所示，两根导线2也以如下方式规则地卷绕：在具有包括成对平行表面的四个外表面的架圈3的芯管3a的下表面侧上，一起倾斜地前进与0.5根导线(即一半的导线直径)对应的匝道变化，并在其上表面侧上，一起倾斜地前进与1.5根导线(即一倍半的导线直径)对应的匝道变化(“1.5-0.5变化”)。于是，在架圈3的上下侧上进行与总共两倍导线直径对应的匝道变化。

这里，为了形成具有梯形横截面的线圈4，如图16至18所示，导线2从第一层到第五层卷绕覆盖架圈3的芯管的几乎整个区域。然后，线圈4的在每层中的排如图19至21所示逐渐减少，以形成如图21所示的最终具有总共十层的梯形横截面的线圈4。

因此，在此实施例中，对于梯形线圈单元11可以实现与第一实施例相同的操作和效果。此外，在此实施例中，通过使用“1.5-0.5变化”的卷绕方法制造的线圈4用于图12和13中矩形线圈单元1和梯形线圈单元11两者。因此，可以提高在矩形线圈单元1和梯形线圈单元11的组装中的空间率，确保相邻布置的线圈单元1和11之间的绝缘，并因此提高电机性能的可靠性。

应该理解，本发明不限于以上实施例，并可以在不偏离其实质特征的情况下以其他具体方式来实施。

Claims (4)

1.一种将两根导线规则地卷绕在架圈上的卷绕方法，所述架圈的横截面呈矩形，并且具有轴向上的成对端部并具有包括成对平行表面的四个外表面，所述卷绕方法包括相继地将所述导线卷绕为轴向上的排并在每一个所述端部处回转，形成具有多排和多层所述导线的线圈，所述方法包括以下步骤：

将所述导线卷绕在所述架圈上，使得所述导线在所述成对平行表面中的一个表面上一起沿着所述轴向倾斜地前进与0.5根导线直径对应的匝道变化，并在所述成对平行表面中的另一个表面上一起沿着所述轴向倾斜地前进与1.5根导线直径对应的匝道变化；

在完成对于第一层的卷绕操作之后，在所述成对平行表面中的所述一个表面上，所述导线一起沿着与第一层相反的方向倾斜地前进与0.5根导线直径对应的匝道变化；在所述成对平行表面中的所述另一个表面上，所述导线一起沿着与第一层相反的方向倾斜地前进与1.5根导线直径对应的匝道变化，所述导线沿着轴向上的相反方向规则并反复地卷绕。

2.根据权利要求1所述的卷绕方法，其中，所述卷绕方法用于制造矩形线圈单元，所述矩形线圈单元包括具有矩形横截面的线圈。

3.根据权利要求1所述的卷绕方法，其中，所述卷绕方法用于制造梯形线圈单元，所述梯形线圈单元包括具有梯形横截面的线圈。

4.一种线圈单元，其包括规则地卷绕在架圈上的两根导线，所述架圈的横截面呈矩形，并且具有轴向上的成对端部并具有包括成对平行表面的四个外表面，所述导线被相继地卷绕为轴向上的排并在每一个所述端部处回转，使得所述线圈单元具有多排和多层所述导线，

其中，所述导线被卷绕在所述架圈上，使得所述导线在所述成对平行表面中的一个表面上一起沿着所述轴向倾斜地前进与0.5根导线直径对应的匝道变化，并在所述成对平行表面中的另一个表面上一起沿着所述轴向倾斜地前进与1.5根导线直径对应的匝道变化，

在完成对于第一层的卷绕操作之后，在所述成对平行表面中的所述一个表面上，所述导线一起沿着与第一层相反的方向倾斜地前进与0.5根导线直径对应的匝道变化；在所述成对平行表面中的所述另一个表面上，所述导线一起沿着与第一层相反的方向倾斜地前进与1.5根导线直径对应的匝道变化，所述导线沿着轴向上的相反方向规则并反复地卷绕。

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