CN102210083A - 电动机的电枢及电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机的电枢及电动机，能够提高电动机效率。定子(3)具有铁芯(12)和绕组(4)。铁芯(12)具有多个槽和形成在槽之间的多个齿。绕组(4)由多根单线构成。另外，绕组(4)具有线圈部(4a～4h)和连接部(4p～4v)。线圈部(4a～4h)被插入槽中并缠绕在多个齿上。连接部(4p～4v)连接线圈部(4a～4h)之间。绕组(4)在连接部(4p～4v)具有被扭转的形状。

Description

电动机的电枢及电动机

技术领域

本发明涉及电动机的电枢及电动机。

背景技术

通常，电动机的电枢具有铁芯和缠绕在该铁芯上的绕组。绕组由多根单线以线束的方式构成，具有螺旋状形成的多个线圈部和横跨线圈部彼此之间的连接部。在铁芯上设置有多个槽，线圈部的线圈边被埋入槽中。

作为制造上述电枢的方法公开在例如专利文献1中。

首先，将绕组缠绕在线圈架上而形成一个线圈部。在此，如图8所示，通过使引导由多根单线W构成的绕组110的锭翼(フライヤ)120绕线圈架130旋转，绕组110被缠绕在线圈架130上。由此，线圈部100成型为带状的多根单线W以螺旋状缠绕的形状。接着，线圈部100从线圈架130向下方挤出而转移到转移装置140上。该转移装置140用于将绕组100组装在铁芯150(参照图11)上，能够将多个线圈部100～107圆形排列而保持(参照图9和图10)。

在将上述线圈部100转移到转移装置140后，在缠绕下一个线圈部101期间形成连接部111。连接部111为从形成上述线圈部100的绕组110继续形成且横跨相邻的线圈部100的部分。连接部111通过使转移装置140或者线圈架130绕转移装置140的轴线旋转移动而形成。之后，进而由相同的绕组110形成下一个线圈部101并转移到转移装置140上。

如果通过反复上述动作以完成所需数量的线圈部100～107和连接部111～117的形成以及转移到转移装置140上，则成为图9所示的状态。在此，当俯视时，多个线圈部100～107在转移装置140的分离器(ストリツパ)141的周围圆形排列。另外，相邻的线圈部100～107彼此以缠绕方向相互相反的方式形成。

接着，如图10所示，在转移装置140的上方配置铁芯150。图10是图9的X-X剖面图。在铁芯150的内周面上形成有多个槽(参照图2)。然后，通过使分离器141上升，线圈部100～107被提升到上方。由此，如图11所示，各线圈部100～107的线圈边被插入分别对应的槽内。图11表示了线圈部100的线圈边121(参照图9)插入铁芯150的槽S100内，且线圈部103的线圈边122(参照图9)插入槽S103内的状态。

专利文献1：(日本)特开2005-110342号公报

但是，在上述方法中，在将多个线圈部100～107保持在转移装置140上的状态下，从绕组110的缠绕开始到缠绕结束，多根单线W的相对的配置横跨多个线圈部100～107而维持。例如，在图10中，某线圈部100的某缠绕部分中位于最上方的单线W1在相同的线圈部100的其他缠绕部分中也位于最上方。而且，该单线W1在其他线圈部101～107的任一的缠绕部分中也位于最上方。这样，包含于绕组110的从第一单线W1到第N单线Wn的N根单线在所有线圈部100～107的各缠绕部分中大体上维持从第一单线W1到第N单线Wn的相对的配置。

如上所述，如果利用分离器141将设置于转移装置140上的线圈部100～107插入槽内，则多个单线W1～Wn一定从位于转移装置140的上部侧的单线W1依次插入到槽内。因此，即使在槽内，从第一单线W1到第N单线Wn从里侧按照该顺序被收纳于槽内。

因此，在通过上述方法制造的电动机的电枢中，绕组的各缠绕部分中的多个单线大体上按照插入的顺序从里侧依次挤入槽内。

其结果，如图12所示，在收纳于槽内的各单线中，第一单线W1与其他单线相比总是通过槽内侧且形成线圈部100～107，第N单线Wn与其他单线相比总是通过槽外侧且形成线圈部100～107。因此，如图13所示，由各单线形成的线圈部的电感在第一单线W1中最大，而在第N单线Wn(图13的W15)中最小。这样，每根单线之间的电感差异是导致使线圈效率下降并使电机效率下降的主要因素。

发明内容

本发明的课题在于提供一种能够提高电动机效率的电动机的电枢及电动机。

第一发明提供的电动机的电枢，包括铁芯和绕组。铁芯具有多个槽和形成在槽之间的多个齿。绕组由多根单线构成。另外，绕组具有线圈部和连接部。线圈部插入槽内并横跨多个齿而缠绕。连接部将线圈部彼此连接。另外，绕组在连接部具有被扭转的形状。

在该电动机的电枢中，通过构成绕组在连接部呈被扭转的形状的所谓分布绕组式线圈结构，使绕组内的多个单线的相对的配置发生变化。由此降低了每个单线的线圈的电感的不均匀性。从而能够提高电动机效率。

第二发明提供的电动机的电枢在第一发明提供的电动机的电枢的基础上，连接部被设置成从齿的齿尖侧横跨到齿根侧。

在该电动机的电枢中，在制造时，预先形成由连接部连接的多个线圈部，因此，容易进行将多个线圈部汇总安装在铁芯上的作业。因此，能够容易实现制造工序的自动化。

第三发明提供的电动机的电枢在第一发明提供的电动机的电枢的基础上，绕组的连接部中的扭转角度为180度。

在该电动机的电枢中，单线在扭转部分的前后的配置相反。例如，某单线在扭转部分的前后，齿的最靠近齿尖侧的位置和齿的最靠近齿根侧的位置交替变换。由此，进而降低饿每根单线的线圈的电感的不均匀性。

第四发明提供的电动机具有作为定子的上述第一发明至第三发明中的任一项发明提供的电枢。

在该电动机中，能够提高作为定子的电枢的效率。

本发明降低了绕组中每根单线线圈的电感的不均匀性。由此提高了电动机效率。

附图说明

图1是表示第一实施方式的电动机结构的示意图；

图2是表示第一实施方式的定子结构的示意图；

图3是绕组的展开图；

图4是表示绕组的连接部的图；

图5是表示线圈部和连接部的示意图；

图6(a)、(b)是表示线圈部中的单线位置的图；

图7是表示单线的电感的曲线图；

图8是表示现有的定子线圈的制造装置的图；

图9是表示现有的定子线圈的制造装置的图；

图10是表示现有的定子线圈的制造装置的图；

图11是表示现有的定子线圈的制造装置的图；

图12是表示现有的定子线圈中的线圈部和连接部的示意图；

图13是表示现有的定子线圈中的单线W的电感的曲线图。

附图标记说明

1 电动机

3 定子(电枢)

4 U相绕组(线圈)

4a～4h  线圈部

4p～4u  连接部

31 铁芯

S1～S48 槽

T1～T48 齿

W 单线

具体实施方式

<结构>

图1中表示有本发明一实施方式的电动机1。该电动机1例如是磁铁埋入型电动机等三相同步电动机，具有转子2和定子3。

转子2为八极永磁转子。转子2具有转子本体21和多个永磁体22。转子本体21为圆筒形状，以转轴为中心可转动地设置在未图示的本体壳上。永磁体22安装在转子本体21上。在图1中，仅对一部分永磁体标注了附图标记，而其他省略了附图标记。

定子3为三相四十八槽的所谓分布绕组式定子。定子3具有铁芯31和绕组4～6。

如图2所示，铁芯31具有大致圆筒形的外形，设置有沿着中心轴延伸的贯通孔32。在铁芯31的内周面上设置有多个槽S1～S48。槽S1～S48分别沿着与中心轴平行的方向延伸。在S1～S48之间形成有齿T1～T48。在此，设置有48个S1～S48和齿T1～T48。在图2中仅对一部分的槽和齿标注了附图标记，而其他省略了附图标记。

如图1所示，绕组4～6包括U相绕组4、V相绕组5、W相绕组6等三个线圈。在U相绕组4的一端设置有U相端子40。在V相绕组5的一端设置有V相端子50。在W相绕组6的一端设置有V相端子60。另外，U相绕组4、V相绕组5、W相绕组6的另一端将中性点10作为终端被连接。除了被插入的槽S1～S48不同以外，这些绕组4的结构大致相同，因此，下面仅对U相绕组4进行说明。

如图3所示，U相绕组4具有第一绕组11和第二绕组12，第一绕组11和第二绕组12分别由多根单线W以线束的方式构成(参照图6)，例如由15根单线构成。如图1和图3所示，U相绕组4具有八个线圈部4a～4h和六个连接部4p～4u。图3为U相绕组4的展开图。在U相绕组4中，第一绕组11和第二绕组12并联连接，第一绕组11的一端和第二绕组12的一端与U相端子40连接，第一绕组11的另一端和第二绕组12的另一端与中性点10连接。在上述线圈部4a～4h中，线圈部4a～4d设置在第一绕组11上并且分别串联连接。而且，线圈部4e～4h设置在第二绕组12上并且分别串联连接。

线圈部4a～4d是绕组4以螺旋状形成的部分。在下面的说明中，从U相端子40侧，将第一绕组11的四个线圈部4a～4d依次称为第一线圈部4a～第四线圈部4d。而且，从U相端部40侧，将第二绕组12的四个线圈部4e～4h依次称为第五线圈部4e～第八线圈部4h。各线圈部4a～4h横跨缠绕在多个齿上。例如，在图2中，第一线圈部4a从第一齿T1横跨缠绕到第五齿T5。在四十八个槽S1～S48中，将插入第一线圈部4a的输入线In的槽称为第一槽S1，在图2中从第一槽S1沿着左旋转的顺序依次称为第二槽S2～第四十八槽S48。另外，将位于第一槽S1和第二槽S2之间的齿称为第一齿T1，在图2中从第一齿T1沿着左旋转依次称为第二齿T2～第四十八齿T48。另外，在各槽S1～S48和各齿T1～T48中，将径向内侧称为“齿尖侧”，将径向外侧称为“齿根侧”。在图1和图2中，用“点(·)标记”和“叉(×标记)”来表示各线圈部4a～4h的缠绕方向。点(·)标记表示电流从纸面向里侧流动的方向，叉(×)标记表示电流从纸面里侧向外流动的方向。

第一线圈部4a插入在第一槽S1和第六槽S6之间。如图2所示，第一线圈部4a的多个线圈边中最靠近U相端子40侧的线圈边41a在第一槽S1内的线圈边中位于最靠近齿尖侧的位置。而且，第一线圈部4a的多个线圈边中最靠近终端侧的线圈边42a在第六槽S6内的线圈边中位于最靠近齿根侧的位置。这里“线圈边”是指各线圈部4a～4h中的插入槽S1～S48内且沿着(沿着与图2的纸面垂直的方向)槽S1～S48延伸的部分。

第二线圈部4b插入在第七槽S7与第十二槽S12之间。第二线圈部4b的多个线圈边中最靠近U相端子40侧的线圈边41b在第十二槽S12内的线圈边中位于最靠近齿尖侧的位置。而且，第二线圈部4b的多个线圈边中最靠近终端侧的线圈边42b在第七槽S7内的线圈边中位于最靠近齿根侧的位置。另外，第二线圈部4b的缠绕方向与第一线圈部4a的缠绕方向相反。

第三线圈部4c插入在第十三槽S13与第十八槽S18之间。第三线圈部4c的多个线圈边中最靠近U相端子40侧的线圈边41c在第十三槽S13内的线圈边中位于最靠近齿尖侧的位置。而且，第三线圈部4c的多个线圈边中最靠近终端侧的线圈边42c在第十八槽S18内的线圈边中位于最靠近齿根侧的位置。另外，第三线圈部4c的缠绕方向与第一线圈部4a的缠绕方向相同，而与第二线圈部4b的缠绕方向相反。

第四线圈部4d插入在第十九槽S19与第二十四槽S24之间。第四线圈部4d的多个线圈边中最靠近U相端子40侧的线圈边41d在第二十四槽S24内的线圈边中位于最靠近齿尖侧的位置。而且，第四线圈部4d的多个线圈边中最靠近终端侧的线圈边42d在第十九槽S19内的线圈边中位于最靠近齿根侧的位置。另外，第四线圈部4d的缠绕方向与第二线圈部4b的缠绕方向相同，而与第三线圈部4c的缠绕方向相反。

第五线圈部4e到第八线圈部4h(参照图1)的结构与上述的第一线圈部4a到第四线圈部4d的结构相同。即，第五线圈部4e、第七线圈部4g的缠绕方向与第一线圈部4a的缠绕方向相同，第六线圈部4f、第八线圈部4h的缠绕方向与第二线圈部4b的缠绕方向相同。即，U相绕组4的八个线圈部4a～4h的缠绕方向交替相反。

图1所示的连接部4p～4u是横跨在绕组4中的线圈部4a～4d及线圈部4e～4h彼此之间的部分。如上所述，各线圈部4a～4h的线圈边中最靠近U相端子40侧的线圈边(例如，图2所示的线圈边41a，41b，41c，41d)位于各槽S1～S48的齿尖侧，最靠近中性点10侧的线圈边(例如，图2所示的线圈边42a，42b，42c，42d)位于各槽S1～S48的齿根侧。因此，如图2所示，连接部4p～4r以从齿尖侧横跨到齿根侧的方式设置在线圈部4a～4d彼此之间。虽未图示，连接部4s～4u被设置成一样。下面，如图3所示，在第一绕组11中将连接第一线圈部4a和第二线圈部4b的连接部称为第一连接部4p，一直到连接第三线圈部4c和第四线圈部4d的连接部依次称为第二连接部4q、第三连接部4r。另外，第二线圈部12也同样，从连接第五线圈部4e和第六线圈部4f的连接部到连接第七线圈部4g和第八线圈部4的连接部依次称为第四连接部4s、第五连接部4t、第六连接部4u。

第一连接部4p被设置成从第六槽S6的齿根侧横跨到第十二槽S12的齿尖侧。第二连接部4q被设置成从第七槽S7的齿根侧横跨到第十三槽S13的齿尖侧。第三连接部4r被设置成从第十八槽S18的齿根侧横跨到第二十四槽S24的齿尖侧。第四连接部4s被设置成从第三十槽S30的齿根侧横跨到第三十六槽(未图示)的齿尖侧。第五连接部4t～第六连接部4u的结构与第一连接部4p～第三连接部4r的结构相同，因此省略说明。

如图4和图5所示，在第一连接部4p中，绕组4呈被扭转成180度的形状。因此，如图6所示，在第六槽S6的最靠近齿根侧的线圈边42a的多个单线W中位于最靠近齿根侧的第一单线W1，在第十二槽S12的最靠近齿尖侧的线圈边41b中的多个单线W中位于最靠近齿尖侧。而且，在第六槽S6的最靠近齿根侧的线圈边42a的最靠近齿尖侧的第十五单线W15，在第十二槽S12的最靠近齿尖侧的线圈边41b中位于最靠近齿根侧。因此，如图5所示，第一单线W1在第六槽S6的各线圈边中位于最靠近齿根侧的位置，但是，在第十二槽S12的各线圈边中位于最靠近齿尖侧。而且，第十五单线S15在第六槽S6的各线圈边中位于最靠近齿尖侧，但是，在第十二槽S12的各线圈边中位于最靠近齿根侧的位置。在图5中，所有白色空心圆标记表示第一单线W1，所有具有阴影的实心圆标记表示第十五单线W15。

其他单线W在第六槽S6的各线圈边和第十二槽S12的各线圈边中其位置在齿尖侧和齿根侧也交替变换。

即使在第二连接部4q～第六连接部4u中，与第一连接部4p同样，绕组4也被扭转成180度的形状。

<特征>

在图7中表示了上述定子线圈的电感的实测数据。该数据为在第一绕组11的四个线圈部的两端部，对本实施方式的定子3的第一单线W1到第十五单线W15的电感以及现有的电动机所具有的定子的单线W1～W15的电感实际测量得到。在图7中，L1线表示本实施方式的电动机1中的各单线W1～W15的电感，L2线表示现有电动机中的各单线W1～W15的电感。

在现有的定子中，从单线W1到单线W15电感显著下降，与之相对，在本实施方式的定子3中，显著地抑制了从单线W1到单线W15电感下降。

在现有的定子中，由于每个单线的电感大小差异较大，因此，对单线W的线束上同时施加相同的交流电压时，电感小的单线W上流通更多的电流，因此线圈的整体效率下降。与之相对，根据本实施方式的定子3，由于抑制了单线W之间的电感的不均匀，因此，抑制了整体效率下降，结果，相比现有的电动机能够得到更高的线圈效率。

而且，即使是相同的电流，线圈效率越高，即产生越多的磁通量，由于产生更大的转矩，因此，提高了电动机效率。因此，在本实施方式的电动机1中，相比现有电动机能够提高电动机效率。另外，由于相比现有电动机提高了电动机效率，与现有技术相比，能够实现高输出化、小型化及轻量化。

<其他实施方式>

(a)

铁芯的槽和齿的数量、构成绕组的单线数量、线圈部和连接部的数量不限于上述的数量，也可以采用不同的数量。

(b)

在上述实施方式中，说明了将本发明提供的电枢作为定子而具有的电动机，但是，可以将本发明提供的电枢作为转子设置在电动机中。

(c)

在上述实施方式中，绕组在所有连接部中形成被扭转的形状，但是，绕组可以在一部分的连接部中形成被扭转的形状。例如，可以在第二和第五连接部4q，4t中被扭转。此时，可以与上述同样实现电感的平均化，并且得到与上述相同的效果。

(d)

在上述实施方式中，U相绕组4具有并联连接的第一绕组11和第二绕组12，但是所有线圈部均可串联连接。例如，上述实施方式的八个线圈部可以被串联连接。此时，绕组可以在所有连接部中形成被扭转的形状，也可以在一部分的连接部中形成被扭转的形状。

另外，随着电动机的转子2的极数不同，形成扭转的连接部的位置不同。定子绕组中的线圈数量与电动机转子2的极数相对应。例如，电动机转子2的极数为四个时，线圈数量也是四个。此时，连接部的数量为三个，为了使单线之间的线圈电感一致，优选仅在第二个跨接线中形成180度的扭转，或者在所有跨接线中形成180度的扭转。

另外，在多相电动机中，为了平衡各相线圈的状态，优选在各相中使形成扭转的连接部的位置统一。

工业实用性

本发明具有能够提高电动机效率的效果，作为电动机的电枢和电动机是有用的。

Claims (4)

1.一种电动机的电枢，其特征在于，包括：

铁芯，具有多个槽和形成在所述槽之间的多个齿；

绕组，由多根单线以线束的方式构成，具有插入所述槽内并横跨多个所述齿而缠绕的多个线圈部和将所述线圈部彼此连接的连接部，所述绕组在所述连接部具有被扭转的形状。

2.如权利要求1所述的电动机的电枢，其特征在于，

所述连接部被设置成从所述齿的齿尖侧横跨到齿根侧。

3.如权利要求1所述的电动机的电枢，其特征在于，

所述绕组在所述连接部中的扭转角度为180度。

4.一种电动机，其特征在于，

具有作为定子的权利要求1至3中的任一项所述的电枢。

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