CN101627525A - 定子的卷线方法及永磁电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种定子的卷线方法，使用具备3个喷嘴(13)的卷线装置(12)，来将导线(8)卷绕到具有3n个齿部(4a～4f)与狭缝(5a～5f)的定子铁芯(3)的齿部(4a～4f)上，在进行第n次的卷线步骤的齿部(4b、4d、4f)的两侧的狭缝(5a～5f)中，在进行第n次的卷线步骤的齿部(4b、4d、4f)侧的深度尺寸A形成为小于剩余部分的深度尺寸B，在第n次的卷线步骤的最后阶段，使喷嘴(13)从狭缝(5a～5f)的内侧朝定子铁芯(3)的内周侧移动，使卷绕在齿部(4b、4d、4f)上的导线(8)、与卷绕在齿部(4a、4c、4e)上的导线(8)之间的间隙(14)的尺寸小于喷嘴(13)的外径尺寸。

Description

定子的卷线方法及永磁电动机
技术领域
本发明涉及一种定子(stator)的卷线方法及使用了利用此卷线方法所制造的定子的永磁电动机(permanent-magnet electric motor)。
背景技术
图1所示的永磁电动机包括：环状的定子100；以及转子(rotor)102，以可旋转的方式放置在形成于定子100的中央部的中空部101内。在定子100上，以等间隔形成有朝内周侧突出的多个齿部103、以及位于相邻的齿部103之间的多个狭缝(slot)104，在各齿部103上卷绕有导线105，此导线105分布在位于所述各齿部103两侧的狭缝104内。
使用具有辐射状地排列的多个喷嘴(nozzle)的卷线装置，来将导线105卷绕到齿部103上。例如，当齿部103为6个，使用具有3个喷嘴的卷线装置来进行卷线时，通过2次步骤来进行卷线，在第1次的卷线步骤中，对间隔地配置的3个齿部103进行卷线，在第2次的卷线步骤中，对剩余的3个齿部103进行卷线。
在所述卷线步骤中，以使喷嘴围绕被卷线的齿部103旋转的方式来驱动卷线装置，将从喷嘴抽出的导线105卷绕到齿部103上。因此，在被卷绕到相邻的齿部103上的相邻的导线105之间形成有间隙106，此间隙106在第2次卷线步骤时，供喷嘴绕着齿部103旋转。所述间隙106形成为大于喷嘴的外径尺寸。
如此，由于在卷绕到相邻的齿部103上的导线105之间形成有间隙106，而且此间隙106形成为大于喷嘴的外径尺寸，因此，必须将狭缝104的截面积(与转子102的旋转轴正交的平面上的截面积)增加至已卷绕的导线105的截面积加上所述间隙106的截面积的程度。
如果狭缝104的截面积变大，则定子100的齿部103及磁轭(yoke)部的磁路(magneticpath)会相应地变窄，磁通密度(magnetic flux density)变大而导致铁芯损耗(core loss)增大，从而产生永磁电动机的效率下降的问题。
为了解决上述问题，在日本专利特开2004-274878号公报中提出了如下的发明：减小卷绕在相邻的齿部上的导线之间的间隙，以此来减小狭缝的截面积，使磁路宽度增大，从而提高电动机的效率。
在所述发明中，使用具备数量与狭缝的数量相同的喷嘴的卷线装置，同时对所有的齿部进行卷线，在进行最外周的卷线时，使喷嘴从狭缝的内侧朝定子的内周侧移动，使邻接的导线之间的间隙尺寸小于喷嘴的外径尺寸。
但是，在所述专利文献所公开的发明中，并未考虑以下方面。
由于使用具备数量与狭缝的数量相同的喷嘴的卷线装置，因此，要使用的绕线筒(wire bobbin)的数量及布置导线的路径的数量增多，卷线装置的机构变得复杂。
此外，使喷嘴在直径方向上摆动的机构变得复杂，并且在摆动的机构中，摆动行程(oscillating stroke)取决于喷嘴头(nozzle head)的直径及喷嘴的数量，因此，如果喷嘴的数量增多，则无法获得较大的摆动行程。当摆动行程较小时，难以朝狭缝的内侧卷线，导线的卷线状态容易变得混乱。
再者，为了增大摆动行程，只要增大喷嘴头的直径即可，但在此情况下，定子的内径尺寸会变大，定子侧的磁路宽度变小，电动机的效率下降。
而且，由于是同时对所有的齿部进行卷线，因此不进行极间的连续卷绕，所卷绕的导线的末端增多，引线(lead wire)等的布线处理变得繁杂。
发明内容
本发明是为了解决如上所述的问题研究而成的，目的在于提供一种能够减小狭缝的截面积并增大定子的磁路宽度，从而提高电动机的效率的定子的卷线方法及永磁电动机。
本发明的第1特征是一种定子的卷线方法，将导线卷绕在环状的定子上，所述定子包括具有朝内周侧突出的3n(n是大于等于2的整数)个齿部的铁芯、以及逐一设置在相邻的齿部之间的3n个狭缝，在所述3n个齿部中以120°的间隔而辐射状地排列的1组3个齿部中，位于各齿部两侧的狭缝的所述齿部侧的部分与所述定子中心相距的距离，小于所述狭缝的剩余部分与所述定子的中心相距的距离，准备具备以120°的间隔而辐射状地排列的3个喷嘴的卷线装置，对所述1组3个齿部进行所述第n次的卷线步骤，在所述第n次的卷线步骤的最后阶段，使所述喷嘴从所述狭缝的外周侧朝内周侧移动，以下述的两部分之间的间隙小于所述喷嘴的外径的方式来进行卷线，所述两部分中的一部分是在所述第n次的卷线步骤中卷绕在所述1组3个齿部的各个上的导线的部分，另一部分是卷绕在与所述1组3个齿部的各个相邻接的齿部上的导线的部分。
本发明的第2特征是一种永磁电动机，包括：环状的定子，包含具有朝内周侧突出的3n(n是大于等于2的整数)个齿部的铁芯、及逐一设置在相邻的齿部之间的3n个狭缝，在所述3n个齿部中以120°的间隔而辐射状地排列的1组3个齿部中，位于各齿部两侧的狭缝的所述齿部侧的部分与所述定子中心相距的距离，小于所述狭缝的剩余部分与所述定子的中心相距的距离；以及转子，具有永久磁铁(permanent magnet)，且以可旋转的方式放置在形成于所述定子的铁芯的内周侧的中空部内。
以下，使用附图来说明本发明的实施方式。
附图说明
图1是表示现有举例的永磁电动机的平面图；
图2是表示本发明第一实施方式的永磁电动机的平面图；
图3是表示将导线卷绕到定子铁芯的齿部上的卷线作业的平面图；
图4是表示狭缝的形状与卷绕到齿部上的导线的水平截面图；
图5是表示本发明第二实施方式的永磁电动机的定子铁芯的平面图。
具体实施方式
(第一实施方式)
如图2所示，本发明第一实施方式的永磁电动机是由定子1及转子2所构成。
定子1具有如图4所示的环状的定子铁芯3，在所述定子铁芯3内形成有朝内周侧突出的6个齿部4a、4b、4c、4d、4e、4f、以及逐一设置在相邻的齿部4a～4f之间的6个狭缝5a、5b、5c、5d、5e、5f，在定子铁芯3的内周部形成有中空部6。绝缘框7安装在定子铁芯3上，导线8从绝缘框7上卷绕在各齿部4a～4f上。导线8的端部作为引线9而被抽出至外部，引线9连接于对导线8的通电进行控制的通电控制部(未图示)。
转子2是形成为具有4个平板状的永久磁铁10的4极构造，且以可旋转的方式放置在中空部6内。在转子2的中心部设置有旋转轴11。
如图3所示，使用位于中空部6内的卷线装置12，来进行将导线8卷绕于定子铁芯3的齿部4a～4f上的卷线作业。所述卷线装置12包括以120°的间隔而辐射状地排列的3个喷嘴13。缠绕在绕线筒(未图示)上的导线8插入在此喷嘴13内，从喷嘴13的前端抽出的导线8卷绕在齿部4a～4f上。由卷线装置12进行的导线8的卷线作业是通过两次的卷线步骤来进行的。在第1次的卷线步骤中，将导线卷绕到间隔地配置的3个齿部4a、4c、4e上，在第2次的卷线步骤中，将导线卷绕到剩余的3个齿部4b、4d、4f上。图3表示第2次的卷线步骤的最后阶段的情况。
如图4所示，齿部4a～4f的内周侧的前端部的形状全部相同，且宽度尺寸相同。
关于狭缝5a～5f的形状，位于第2次的卷线步骤的齿部4b、4d、4f两侧的狭缝5a～5f的深度尺寸“A”形成为小于深度尺寸“B”，所述深度尺寸“A”是进行第2次的卷线步骤的齿部4b、4d、4f侧的大概一半的部分与旋转轴11的中心相距的深度尺寸，所述深度尺寸“B”是剩余的大概一半的部分的深度尺寸。
在将导线卷绕到齿部4b、4d、4f上的第2次的卷线步骤的最后阶段，使喷嘴13从狭缝5b、5d、5f的内侧朝定子铁芯3的内周侧的中空部6移动，以与已卷绕在其他齿部4a、4c、4e上的邻接的其他导线8之间的间隙14的尺寸小于喷嘴13的外径尺寸的方式，对在所述第2次的卷线步骤中所卷绕的导线8进行卷绕，并且使此导线8的卷径大于已卷绕在其他齿部4a、4c、4e上的其他导线8的卷径。即，当将“a”设为第2次的卷线步骤中所卷绕的导线8的卷径，将“b”设为在第1次的卷线步骤中所卷线的导线8的卷径时，形成“a＞b”的关系。
在安装于定子铁芯3上的绝缘框7的外周侧形成有对卷绕在齿部4a～4f上的导线8进行引导的凸缘部(flange part)7a、7b，。凸缘部7a是对卷绕在齿部4a、4c、4e上的导线8进行引导的部分，凸缘部7b是对卷绕在齿部4b、4d、4f上的导线8进行引导的部分。
在上述构成中，如图4所示，对于位在第2次的卷线步骤中被卷绕的齿部4b、4d、4f两侧的狭缝5a～5f而言，齿部4b、4d、4f侧的大概一半的部分的深度尺寸“A”形成为小于剩余的大概一半的部分的深度尺寸“B”。即，狭缝5a～5f的位于齿部4b、4d、4f侧的截面积Sa小于位于齿部4a、4c、4e侧的截面积Sb，定子铁芯3中的齿部4b、4d、4f的外周侧的部分的磁路宽度(对应于卷径a)大于齿部4a、4c、4e的外周侧的部分的磁路宽度(对应于卷径b)。这样，形成将定子铁芯3的狭缝5a～5f的截面积部分地减小而增大磁路宽度的部分，由此，可提高永磁电动机的效率而无需增大定子铁芯3的外径尺寸。
虽然齿部4b、4d、4f侧的狭缝5a～5f的截面积变小，但在第2次的卷线步骤的最后阶段，使喷嘴13从狭缝4a～4f的内侧朝定子铁芯3的内周侧即中空部6移动，以与已卷绕在其他齿部4a、4c、4e上的邻接的其他导线8之间的间隙尺寸小于喷嘴13的外径尺寸的方式，对在所述第2次的卷线步骤中所卷绕的导线8进行卷绕，使卷绕在齿部4b、4d、4f上的导线8的卷径“a”大于卷绕在其他齿部4a、4c、4e上的导线8的卷径“b”。因此，可使卷绕于各齿部4a～4f的导线8的卷绕数相同，从而能够防止因卷绕于各齿部4a～4f的导线8的卷绕数的差引起的各齿部4a～4f中的磁性的不均匀性。
此外，由于各齿部4a～4f的前端部形状及各齿部4a～4f的宽度尺寸相同，所以能够防止因各齿部4a～4f的前端部形状或宽度尺寸不同引起的各齿部4a～4f中的磁性的不均匀性。
再者，本实施例对齿部4a～4f与狭缝5a～5f均为6个的情况进行了举例说明，但即使当齿部与狭缝的数量是6个以外的3的倍数时，也可以应用本发明。例如，当齿部与狭缝的数量为9个时，通过3次卷线步骤来对3个齿部进行卷线，使位于在作为最后的卷线步骤的第3次的卷线步骤中被卷绕的齿部两侧的狭缝的形状，形成为进行卷线的齿部侧的一半的部分的深度尺寸为“A”，剩余的一半的部分的深度尺寸为“B”即可。而且，使在所述第3次的卷线步骤中所卷绕的导线8的卷径“a”，大于在第1次与第2次的卷线步骤中所卷绕的导线8的卷径“b”即可。
(第二实施方式)
根据图5来说明本发明第二实施方式的永磁电动机。另外，对与第一实施方式中已说明的构成要素相同的构成要素赋予相同的符号，并省略重复的说明。
第二实施方式的永磁电动机的基本构造与第一实施方式的永磁电动机相同。相对于第一实施方式的永磁电动机，在第二实施方式的永磁电动机中，在定子铁芯3上，以等间隔形成有用来安装螺栓(未图示)的固定用孔即3个螺栓孔(bolt hole)15，所述螺栓是将定子1固定到框架(frame)(未图示)上的固定构件。
螺栓孔15的形成位置是定子铁芯3上的进行第2次卷线步骤的齿部4b、4d、4f的外周侧的部分。
而且，在安装于定子铁芯3的绝缘框7的外周侧，形成有对卷绕在齿部4a～4f上的导线8进行引导的凸缘部7a、7b。
在形成有螺栓孔15的齿部4b、4d、4f的两侧，狭缝5a～5f的深度尺寸为“A(A＜B)”，凸缘部7b的位置比凸缘部7a的位置更靠近定子铁芯3的内周侧。因此，通过在所述齿部4b、4d、4f的外周侧的部分形成螺栓孔15，就可防止安装在所述螺栓孔15中的螺栓干扰凸缘部7b，且能够容易地进行将螺栓拧紧的作业。
根据本发明，能够减小狭缝的截面积并且能够增大定子的磁路宽度，从而可提高电动机的效率。

Claims (3)

1、一种定子的卷线方法，用于将导线卷绕在环状的定子上，其特征在于，所述定子具有：
铁芯，具有朝内周侧突出的3n(n是大于等于2的整数)个齿部；以及
3n个狭缝，逐一设置在相邻的齿部之间，在所述3n个齿部中以120°的间隔而辐射状地排列的1组3个齿部中，位于各齿部两侧的狭缝的所述齿部侧的部分与所述定子中心相距的距离，小于所述狭缝的剩余部分与所述定子的中心相距的距离；
所述定子的卷线方法包括：
准备具备3个喷嘴的卷线装置，所述3个喷嘴以120°的间隔而辐射状地排列；
对所述1组3个齿部进行所述第n次的卷线步骤；
在所述第n次的卷线步骤的最后阶段，使所述喷嘴从所述狭缝的外周侧朝内周侧移动，以下述的方式来进行卷线，使在所述第n次的卷线步骤中卷绕在所述1组3个齿部的各个上的导线的部分，和卷绕在与所述1组3个齿部的各个相邻接的齿部上的导线的部分的间隙小于所述喷嘴的外径。
2、一种永磁电动机，其特征在于包括：
环状的定子，具有：
铁芯，具有朝内周侧突出的3n(n是大于等于2的整数)个齿部；及
3n个狭缝，逐一设置在相邻的齿部之间，在所述3n个齿部中以120°的间隔而辐射状地排列的1组3个齿部中，位于各齿部两侧的狭缝的所述齿部侧的部分与所述定子中心相距的距离，小于所述狭缝的剩余部分与所述定子的中心相距的距离；以及
转子，具有永久磁铁，且以可旋转的方式放置在形成于所述定子的铁芯的内周侧的中空部内。
3、根据权利要求2所述的永磁电动机，其特征在于：在所述定子的铁芯上的所述1组3个齿部的外周侧的部分，形成有安装固定构件的固定用孔，所述固定构件将所述定子固定于框架上。
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