CN105379072A - 轴向间隙型电动机及其绕组的制造方法 - Google Patents

轴向间隙型电动机及其绕组的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种不使卷绕了绝缘包覆导线的连续卷绕线圈的连接线突出、实现廉价和高输出的轴向间隙型电动机及其绕组的制造方法。轴向间隙型电动机包括：将多个线圈配置成圆环状而构成的定子；和转子，其安装成与所述定子的一方或两方的主面相对且可转动，具有与所述定子的多个线圈对应的多个永磁体，构成所述定子的多个线圈，分别将1根以上的绝缘包覆导线作为线圈线跨2个以上的分割铁芯来连续卷绕在该2个以上的分割铁芯的周围而形成，各铁芯的叠层厚度“L1’”与各线圈的径向长度“L2”的关系为L2＜L1’，并且，在各线圈中，跨所述2个以上的分割铁芯来连续卷绕的绝缘包覆导线的连接线的长度与所述线圈的径向长度“L2”相等。

Description

轴向间隙型电动机及其绕组的制造方法
技术领域
本发明涉及电动机和发电机等旋转电机，特别涉及轴向间隙型电动机及其绕组的制造方法。
背景技术
近年来，全球变暖正在深化，对于电气设备的节能化的要求正在提高。当前，日本国内的年耗电量的约55％是被电动机消耗的，所以对于电动机的高效率化的关注较高。以往，为了电动机的高效率化，采用使用具有高磁能积的稀土类磁体的设计。
但是，作为稀土类磁体的原料的Nd(钕)和Dy(镝)，因最大生产国即中国的出口配额限制，近年来价格正在上涨。中国的出口配额限制的方针是为了防止Nd和Dy的开采引起的环境破坏，今后稀土类的价格上涨和供给困难持续的可能性也较高。
因此，作为不使用稀土类磁体，仅用铁氧体磁体实现电动机的高效率化的一种手段，轴向间隙型电动机受到关注。轴向间隙型电动机能够使磁体面积比现有的径向间隙型更大，所以能够补偿代替铁氧体磁体的情况下的保持力的降低，能够使效率成为现有的同等以上。
轴向间隙型电动机的结构有单转子-双定子型、双转子-单定子型、单转子-单定子型等组合。
下述专利文献1中，示出了连续卷绕4个同相线圈，以Y形连接构成轴向间隙型电动机(单转子-单定子型)的情况，通过连续卷绕减少连接点数，实现了电动机的廉价化。此外，通过使连接线圈之间的连接线集中在线圈的内径侧，将线圈外径侧作为自由空间，通过使线圈外径侧与电动机壳体接触，提高冷却性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-172859号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，上述专利文献1中记载的结构中，高密度地卷绕绝缘包覆导线而提高槽满率(占積率)，在使连接线从线圈突出的状态下制造连续卷绕线圈时，转子的轴与连接线的距离缩短，发生了不能确保空间绝缘距离的问题。于是，本发明的目的在于提供一种能够不使高密度地卷绕了绝缘包覆导线的连续卷绕线圈的连接线从线圈突出而实现廉价化和高输出化的轴向间隙型电动机及其绕组的制造方法。
用于解决课题的技术方案
于是，本发明中，为了达成上述目的，首先，提供一种轴向间隙型电动机，包括：将多个线圈配置成圆环状而构成的定子；和转子，其安装成与所述定子的一方或两方的主面相对且可转动，具有与所述定子的多个线圈对应的多个永磁体，构成所述定子的多个线圈，分别将1根以上的绝缘包覆导线作为线圈线跨2个以上的分割铁芯来连续卷绕在该2个以上的分割铁芯的周围而形成，各铁芯的叠层厚度“L1’”与各线圈的径向长度“L2”的关系为L2＜L1’，并且，在各线圈中，跨所述2个以上的分割铁芯来连续卷绕的绝缘包覆导线的连接线的长度与所述线圈的径向长度“L2”相等。
此外，本发明中，为了达成上述目的，提供一种构成轴向间隙型电动机的定子的多个线圈的绕组的制造方法，所述轴向间隙型电动机包括：将多个线圈配置成圆环状而构成的定子；和转子，其安装成与所述定子的一方或两方的主面相对且可转动，具有与所述定子的多个线圈对应的多个永磁体，构成所述定子的多个线圈，分别将1根以上的绝缘包覆导线作为线圈线跨2个以上的分割铁芯来连续卷绕在该2个以上的分割铁芯的周围而形成，并且，各铁芯的叠层厚度“L1’”与各线圈的径向长度“L2”的关系为L2＜L1’，通过绕线治具将构成所述各线圈的2个以上的分割铁芯的线轴直列地配置在同轴上而进行绕线，使各线圈的卷绕终点线和下一个线圈的卷绕起点线在所述绕线治具的中间附近倾斜来形成连接线，在卷绕所述连续卷绕线圈之后，以所述连接线为基准，将邻接线圈各自折回90°来形成连续卷绕线圈。
发明效果
根据上述本发明，能够高密度地卷绕绝缘包覆导线而提高槽满率，不使连接线从线圈突出(连接线的冗余长度为0mm)而制造连续卷绕线圈。此外，即使在定子铁芯的铁芯叠层厚度变长的情况下也能够与铁芯叠层厚度无关地调整连接线的长度，因此能够提供能够实现廉价化(连接点数少)和高输出化(槽满率大)的轴向间隙型电动机及其绕组的制造方法。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的12槽的轴向间隙型电动机的各相线圈的连接线和引线的配置的示意图。
图2是表示上述12槽的轴向间隙型电动机的各相线圈的接线的电路图。
图3是表示上述12槽的轴向间隙型电动机中的U相的2连卷绕线圈的配置的示意图。
图4是表示上述轴向间隙型电动机中的U相的2连卷绕线圈的绕线结构的详情的局部放大立体图。
图5是为了与本发明比较，表示一般的2连卷绕线圈的绕线方法的立体图。
图6是表示能够用本发明制造的铁芯叠层厚度比线圈的径向长度长的2连卷绕线圈的理想的配置、结构的立体图。
图7是说明本发明的线圈的绕线方法的立体图。
图8是说明本发明的线圈的绕线方法(第一工序)的立体图。
图9是说明本发明的线圈的绕线方法(第二工序)的立体图。
图10是说明本发明的线圈的绕线方法(第三工序)的立体图。
图11是说明本发明的线圈的绕线方法(第四工序)的立体图。
图12是说明本发明的线圈的绕线方法(第五工序)的立体图。
图13是说明本发明的线圈的绕线方法(第六工序)的立体图。
图14是说明本发明的线圈的绕线方法(第七工序)的立体图。
图15是说明用上述绕线方法制造的线圈，在铁芯叠层厚度比线圈的径向长度长的情况下，也是理想的2连卷绕线圈的立体图。
图16是说明用上述绕线方法制造的线圈的卷绕层数是奇数的情况下的绕线方法的立体图。
具体实施方式
以下，对于本发明的多个实施例的详情，用附图进行说明。
实施例1
图1中示意地表示了本发明的一个实施方式的12槽的轴向间隙型电动机中的各相线圈的连接线和引线的配置。其中，此处“连接线”定义为连续卷绕的线圈(图1中例如是“U+”和“U-”的2连卷绕线圈)的、连接相邻的线圈与线圈的绝缘包覆导线部分的名称。此外，“引线”定义为线圈的卷绕起点线或卷绕终点线等、所谓被用作电动机的配线的绝缘包覆导线部分的名称。
在轴向间隙型电动机100中，例如准备多个在使硅钢板叠层形成的分割铁芯(core)3的周围连续卷绕绝缘包覆导线而形成的线圈，将它们配置成圆环状，例如，使定子1构成为圆盘状，与该定子1的上下两个主面或其中一方相对地可转动地配置转子2。此处，从图中可知，上述铁芯3示出了截面形状为梯形的铁芯，但本发明不限定于此，除此以外，例如能够将其截面形状适当变更为三角形或四边形。
此外，上述转子2与配置在电动机的中心的旋转轴4(更具体而言，是与旋转轴连结的未图示的圆盘状部件)连结，而且，相对于定子1隔开一定的间隙地配置。
此外，虽然未图示，但是在转子2的与上述定子1(stator)的相对面(环状的面)上，多个磁体(本例中为铁氧体磁体)在周向上使N极与S极交替地配置。此外，以下说明的轴向间隙型电动机100是一例，能够适当变更各相的线圈数、即槽数。
此外，该图1中，U相的2个线圈10a、10b经由连接线连续卷绕，本例中，关于线圈的卷绕方向，“U+”表示顺时针，“U-”表示逆时针，而且，连接线都集中在线圈的内径侧。此外，引线布设在线圈的外径侧与壳体之间，被用作电动机的配线。此外，另一对U相的2个线圈10g、10h，W相的两对(4个)线圈10c、10d、10i、10j，和V相的两对(4个)线圈10e、10f、10k、10l也与上述同样地连续卷绕，并且连续卷绕的卷绕方向和连接线的配置也与上述相同。
图2是表示本发明的轴向间隙型电动机100中的、以上说明了其绕线结构的定子1(stator)的接线的状态的电路图。即，从图中可知，U相的线圈10U的一方是使引线10U1、线圈10a、连接线10U2、10b、引线10U3直列地连结构成的。此外，另一方的线圈也是使引线10U1’、线圈10h、连接线10U2’、10g、引线10U3’直列地连结构成的。进而，其他相、即V相的线圈10V、W相的线圈10W的结构，包括其线圈的卷绕方向，也与上述U相的线圈10U相同。
即，本实施例的轴向间隙型电动机100由使用了6组2连卷绕线圈的所谓2串联2并联的Δ形连接构成。
进而，为了更详细地表示各2连卷绕线圈的结构、配置，以上述线圈U相10U为一例，在图3中表示其示意图，并且在图4中表示其放大立体图。当然，其他的V相的线圈10V和W相的线圈10W也是相同的结构、配置。此外，线圈此处示出了卷绕了1根绝缘包覆导线的状态，但本发明不限定于此，也可以改为2根以上的多根卷绕。
＜绕组的制造方法＞
此处，设定子1的铁芯叠层厚度为“L1”，线圈的径向长度为“L2”时，从图4可知，L1＜L2的关系成立(此外，关于其详情，在下文中也有所叙述)。此处，不使连接线从线圈突出(即，连接线冗余长度0mm)而配置理想的连接线时，成为图4中用粗实线示出的连接线10U2。这样，如果能够配置理想的连接线，则可以使转子的轴与连接线的距离较长，因此能够充分地确保空间绝缘距离。
＜一般的绕线方法＞
图5中示出了一般进行的2连卷绕线圈的绕线方法。一般而言，如图所示，使2个绕线用线轴10a、10b以其旋转轴(图中用点划线表示)相互邻接且平行的方式，在横向排成一排的状态下配置，然后，将它们搭载在能够分别前后(点划线的方向)驱动的前后移动机构(未图示)上。其中，该图5中，示出了直到第二个铁芯、即2个线轴10a和10b的绕线已结束的状态。以该状态为例说明，供给绝缘包覆导线的喷嘴(未图示)具有3轴方向的移动机构，并且能够形成各线圈之间的连接线，然而，在该例中，为了使说明简单，设喷嘴是固定的，而且，通过使包括另一方的工件的绕线部整体旋转而进行绕线。当然，使喷嘴移动(在线轴的周围旋转)的方式也能够同样形成2连卷绕线圈。
此处，在结束第二个铁芯(线轴10b)的绕线之后，如图所示，成为第一个铁芯(线轴10a)后退(参考图中的箭头)、使第二个铁芯(线轴10b)前进至能够确保绕线轨道的距离的状态(即，在第二个铁芯(线轴10b)的周围卷绕绝缘包覆导线时不会造成妨碍的状态)。此时的连接线10U2的长度“L2”在铁芯叠层厚度“L1”以上。
此处，线圈(线轴)的与点划线正交的面上的径向长度“L2”与连接线的长度“L2”相同的情况下，如上述图4所示，连接线10U2是理想的配置。
但是，例如，如图6所示，铁芯叠层厚度“L1’”与线圈的径向长度“L2”的关系是L2＜L1’的情况下，第二个铁芯(线轴)需要以铁芯叠层厚度“L1’”以上的行程移动，因此连接线10U2的长度至少在铁芯叠层厚度“L1’”以上。即，连接线10U2从线圈(线轴)突出，如上所述，转子的轴与连接线的距离缩短，发生不能确保空间绝缘距离等问题。
于是，本发明中，提供能够解决上述问题点，与铁芯叠层厚度与线圈的径向长度的关系无关地，即，如图6所示地使连接线10U2成为理想的长度的绕线方法，图7中示出了一例。
＜本发明的绕线方法＞
如图7所示，首先，使2个绕线用线轴20相对于未图示的绕线治具配置在同轴上。其中，该例中，供给绝缘包覆导线31的喷嘴30也具有3轴方向的移动机构，能够形成各线圈之间的连接线，但此处也设定为通过使包括工件的绕线部整体旋转(参考图中的箭头)而进行绕线。
2个绕线用线轴20分别相互对称地形成。具体而言，前方的绕线用线轴20在其前后具备线框21、22，进而，在后方的线框22的外周的一部分上，具有用于固定绝缘包覆导线的固定销23。另一方面，后方的绕线用线轴20在其前后具备线框25、27，在前方的线框25的外周的一部分上，具有用于固定绝缘包覆导线的固定销26。此外，线框21、22、25、27能够相对于各个绕线用线轴20自由装卸，此外，在这2个绕线用线轴20之间，设置了中间环24。
这2个绕线用线轴20，如图7所示，在它们之间安装了中间环24的状态下，被夹持在一对保持旋转治具100之间。其中，铁芯3可以在已插入绕线用线轴20内的状态下进行绕线，也可以在实施绕线之后，插入绕线用线轴20内，本例中，如后者所述，设铁芯3在实施绕线之后插入绕线用线轴20内进行说明。此外，配置在线框22和线框25的侧面的固定销23、26起到后述的连接线的定位用治具的作用。
图8中示出了绕线作业(绕组的制造方法)的第一工序。首先，一边使保持旋转治具100旋转(参考图中的箭头)，一边使喷嘴30移动，使绝缘包覆导线31挂在线框20的切口部(未图示)，然后，在中间环24上卷绕引线10U1。
接着，图9中示出了绕线作业的第二工序。此处，在形成了上述引线10U1之后，使喷嘴30移动，同时卷绕线圈10a。其中，此时，保持旋转治具100也在旋转(参考图中的箭头)。
图10中示出了绕线作业的第三工序。此处，在完成上述线圈10a的卷绕之后，形成连接线10U2，进而，在下一个绕线用线轴20上卷绕线圈10b。
此处，连接线10U2通过形成在各个线轴20的线框22、25的外周的固定销23、26进行定位，所以如图中所示地倾斜地形成。
接着，图11中示出了绕线作业的第四工序。在该工序中，在完成上述线圈10b的卷绕之后，使喷嘴30移动至绕线治具的中心(即中间环24的位置)，在中间环24上卷绕引线10U3。
进而，图12中示出了绕线作业的第五工序。在该工序中，例如用钳等将引线10U3截断，由此，完成2连卷绕线圈的原形。
然后，图13中示出了绕线作业的第六工序。在该工序中，使引线10U3从中间环24上松开，进而，从已卷绕的线圈10a、10b分解拆除线框21、线框22、中间环24、线框25、线框27。其中，图中示出了拆除这些线框和中间环之后的状态的线圈10a、10b的外观。之后，使完成后的2连卷绕线圈10a、10b如图中箭头所示地，以连接线10U2为基准，分别以90度的角度折回.
最后，图14中示出了绕线作业的第七工序。该图中示出了使2连卷绕线圈10a、10b以连接线10U2为基准，分别以90度的角度折回后的状态。之后，进而使线圈10a、10b以其中间部(即连接线10U2)为基准，以各线圈的梯形形状的顶点部靠近的方式旋转(参考图中的箭头)，从而例如如上述图6中所示地，不使连接线从线圈突出(连接线冗余长度0mm)而形成理想地配置的连接线10U2。
此处，在上述图12中示出的绕线作业的第五工序中，例如，如图15所示，设铁芯叠层厚度为“L1”，线圈的径向长度为“L2”时，L2＜L1的关系成立。
此处，在以上说明的、用于使连接线10U2成为理想的长度的绕线方法中，连接线10U2通过固定销23、26定位，从而倾斜地形成。于是，通过调整配置在线框22和线框25的侧面的固定销23、26、和线框22与线框25之间的距离“W”，能够使通过固定销23、26定位的连接线10U2的长度与线圈的径向长度L2相同。即，不使连接线从线圈突出(连接线冗余长度0mm)而形成理想地配置的连接线10U2。
而且，通过将如上所述地制造的绕组作为轴向间隙型电动机中的各相的连续卷绕的线圈，能够提高绕组的槽满率，不使连接线从线圈突出(连接线冗余长度0mm)而制造连续卷绕线圈，因此能够提供实现了廉价化(连接点数少)和高输出化(槽满率大)的轴向间隙型电动机。
进而，根据上述绕组的制造方法，即使在定子铁芯的铁芯叠层厚度变长的情况下，也能够与铁芯叠层厚度无关地适当调整连接线的长度，所以能够不使连接线从线圈突出(连接线冗余长度0mm)而制造连续卷绕线圈，由此能够提供实现了廉价化(连接点数少)和高输出化(槽满率大)的轴向间隙型电动机。
其中，以上说明的线圈的绕线方法是线圈的卷绕层数为偶数的情况。于是，最后，图16中示出了线圈的卷绕层数为奇数的情况下的绕线方法。
从图中可知，在上述图7中示出的绕线治具的左右，进一步追加了线框28、29，由此，将引线10U1、10U3分别卷绕在与线圈10a、10b邻接的部位。此外，关于连接线10U2的形成方法，即使线圈的卷绕层数为奇数，也与上述线圈的卷绕层数为偶数的情况相同。从而，线圈的卷绕层数为奇数的情况下，也能够与上述同样地，不使连接线从线圈突出(连接线冗余长度0mm)而形成理想地配置的连接线10U2。
附图标记说明
1…定子，2…转子，3…铁芯，10a～10l…线圈，10U…U相的线圈，10V…V相的线圈，10W…W相的线圈，10U1、10U1’…引线，10U2、10U2’…连接线，10U3、10U3’…引线，10V1、10V1’…引线，10V2、10V2’…连接线，10V3、10V3’…引线，10W1、10W1’…引线，10W2、10W2’…连接线，10W3、10W3’…引线，21、22、25、27…线框，24…中间环，23、26…固定销，28、29…线框，30…喷嘴，31…绝缘包覆导线，100…轴向间隙型电动机。

Claims (9)

1.一种轴向间隙型电动机，其特征在于，包括：
将多个线圈配置成圆环状而构成的定子；和
转子，其安装成与所述定子的一方或两方的主面相对且可转动，具有与所述定子的多个线圈对应的多个永磁体，
构成所述定子的多个线圈，分别将1根以上的绝缘包覆导线作为线圈线跨2个以上的分割铁芯来连续卷绕在该2个以上的分割铁芯的周围而形成，
各铁芯的叠层厚度“L1’”与各线圈的径向长度“L2”的关系为L2＜L1’，并且，
在各线圈中，跨所述2个以上的分割铁芯来连续卷绕的绝缘包覆导线的连接线的长度与所述线圈的径向长度“L2”相等。
2.如权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其特征在于：
所述线圈的截面形状是三角形或梯形。
3.如权利要求1所述的轴向间隙型电动机，其特征在于：
构成所述转子的永磁体是铁氧体磁体。
4.如权利要求3所述的轴向间隙型电动机，其特征在于：
按照2串联2并联的Δ接线来连接连续卷绕的所述线圈。
5.一种构成轴向间隙型电动机的定子的多个线圈的绕组的制造方法，所述轴向间隙型电动机包括：
将多个线圈配置成圆环状而构成的定子；和
转子，其安装成与所述定子的一方或两方的主面相对且可转动，具有与所述定子的多个线圈对应的多个永磁体，
构成所述定子的多个线圈，分别将1根以上的绝缘包覆导线作为线圈线跨2个以上的分割铁芯来连续卷绕在该2个以上的分割铁芯的周围而形成，并且，
各铁芯的叠层厚度“L1’”与各线圈的径向长度“L2”的关系为L2＜L1’，
所述绕组的制造方法的特征在于：
通过绕线治具将构成所述各线圈的2个以上的分割铁芯的线轴直列地配置在同轴上而进行绕线，
使各线圈的卷绕终点线和下一个线圈的卷绕起点线在所述绕线治具的中间附近倾斜来形成连接线，在卷绕所述连续卷绕线圈之后，以所述连接线为基准，将邻接线圈各自折回90°来形成连续卷绕线圈。
6.如权利要求5所述的绕组的制造方法，其特征在于：
在绕线前的所述线轴的两端安装线框，在绕线完成后拆除这些线框。
7.如权利要求6所述的绕组的制造方法，其特征在于：
在所述多个线框中，在相互相邻的一对线框的外周部形成有固定销，在形成所述连接线时，通过该固定销进行定位而倾斜地形成。
8.如权利要求5所述的绕组的制造方法，其特征在于：
各线圈由2个分割铁芯构成，且各线圈的卷绕层数为偶数，而且，还在直列地配置的所述线轴之间安装中间环，在该中间环上卷绕各线圈的引线。
9.如权利要求5所述的绕组的制造方法，其特征在于：
各线圈由2个分割铁芯构成，且各线圈的卷绕层数为奇数，而且，在直列地配置的所述线轴的两端分别安装中间环，在该2个中间环上卷绕各线圈的引线。
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