CN106663971A - 交流电动机 - Google Patents

Abstract

定子铁心(3)上设有多个槽(12)。多个定子线圈(4)成形为长方形截面形状的线圈。定子线圈(4)的下口线圈(4b)插入至多个槽(12)中的一个槽(12)的里侧，上口线圈(4a)插入至多个槽(12)中的另一个槽(12)的入口侧，从而以双层卷绕方式插入至各槽(12)。各槽(12)中设有在将上口线圈(4a)从另一个槽(12)抬起的情况下能使下口线圈(4b)在槽(12)的里侧进行转动的空间。

Description

交流电动机

技术领域

本发明涉及交流电动机。

背景技术

作为交流电动机的一种，具有感应电动机。感应电动机中，通过使交流电流流过槽内的定子线圈，从而产生旋转磁场。转子槽内的转子导体与该旋转磁场交链，从而在转子导体中产生感应电动势。利用该感应电动势，在构成闭合电路的转子导体中流过感应电流，在转子铁心产生磁极。通过该磁极与旋转磁场的磁极的相互作用，转子产生圆周方向的力。该力成为感应电动机的转轴的输出转矩。

在以感应电动机为代表的交流电动机中，要求希望在不增大电动机的体积的情况下增大输出。虽然需要增大流过用于产生旋转磁场的定子线圈的电流，然而为了减少对体积的影响，要求在设置于定子铁心的槽内尽量有效地使用定子线圈所占的空间。为了尽量有效地使用空间，使用模绕线圈(formed coil)。模绕线圈中使用截面积较大的长方形截面形状的导体，成形为在卷绕所需匝数后沿线圈边排列的整个导体保持长方形形状。

并且，为了增大所产生的磁通，需要应用能增加线圈数的双层卷绕方式。定子线圈的各线圈边插入于隔开规定间隔的两个槽。在双层卷绕方式的情况下，一个线圈边配置于槽的里侧，另一个线圈边配置于另一个槽的入口侧。定子铁心的各槽中分别插入有两个不同的定子线圈的线圈边。

将用于驱动铁道车辆的现有的交流电动机(感应电动机)的槽称为开口槽(例如参照专利文献1的图1)，插入有定子线圈的槽的宽度从入口起到底部为止是均匀的。利用长方形截面形状的导体而成形的模绕线圈能从槽入口插入到槽内，能增大定子线圈的线圈截面积在槽内所占的比例，并且在定子铁心的外侧能容易地连接线圈彼此。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2011-87373号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在组装定子时，依次反复执行将定子线圈插入到槽中的工序。因此，在该工序的最终阶段，需要在已插入到槽(入口侧的部分)中的定子线圈的线圈边的里侧插入其他定子线圈的线圈边。该情况下，抬起已配置好的线圈边，使其暂时离开槽以进行作业。

由于该作业，存在定子的组装作业所需时间变长的问题。特别在定子铁心的内径较小的情况下，抬起线圈边的作业并不容易，定子的组装作业所需时间变得非常长。并且，在抬起配置于槽的入口侧的线圈边时，配置于槽的里侧的线圈边被较大力地按压到槽的内壁面及定子铁心的角部，从而还存在使定子线圈的外侧的绝缘覆膜发生损伤的可能性。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供一种线圈组装作业容易且能降低线圈表面的绝缘覆膜损伤的可能性的交流电动机。

解决技术问题的技术方案

为了达到上述目的，在本发明的交流电动机的定子铁心上所设置的多个槽中设有在将另一个线圈边从另一个槽抬起的情况下能使一个线圈边在槽的里侧进行转动的空间。

发明效果

根据本发明，设有在将另一个线圈边从另一个槽抬起的情况下能使一个线圈边在槽的里侧进行转动的空间，因此能毫无困难地将另一个线圈边从另一个槽抬起。其结果是，线圈组装作业变得容易，能降低线圈表面的绝缘覆膜发生损伤的可能性。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的交流电动机的纵截面图。

图2是图1的A-A’的截面图。

图3是表示定子线圈插入于槽中的状态的图。

图4是定子槽的放大图。

图5是表示抬起定子线圈的线圈边并将其他定子线圈的线圈边插入于槽中时的状况的图。

图6是现有的交流电动机的定子槽的截面图。

图7是表示在现有的交流电动机中抬起定子线圈的线圈边并将其他定子线圈的线圈边插入于槽中时的状况的图。

图8是本发明的实施方式2的交流电动机的定子槽的截面图。

图9是图8的定子的槽的放大图。

图10是本发明的实施方式3的交流电动机的定子槽的截面图。

图11是图10的定子的槽的放大图。

图12是本发明的实施方式4的交流电动机的定子槽的截面图。

图13是图12的定子的槽的放大图。

图14是本发明的实施方式5的交流电动机的定子槽的截面图。

图15是图14的定子的槽的放大图。

图16是本发明的实施方式6的交流电动机的定子槽的截面图。

图17是图16的定子的槽的放大图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

实施方式1.

以下，对本发明的实施方式1进行说明。

图1示出实施方式1所涉及的交流电动机的纵截面。纵截面是沿着交流电动机1的转轴AX切断交流电动机1时的切断面。该交流电动机1是感应电动机。

如图1所示，交流电动机1包括产生旋转磁场的定子2及以转轴AX为中心进行旋转的转子5。定子2和转子5设置于框架9内。

定子2固定于交流电动机1的框架9，配置为以转轴AX为中心包围转子5。

定子2包括定子铁心3和多个定子线圈4。定子铁心3是层叠铁心，也称为定子铁芯。

图2示出交流电动机1的图1所示的定子2的A-A’的横截面。如图2所示，定子铁心3中，多个槽12等间隔地排列在定子铁心3的内周侧。该槽12中插入有定子线圈4。通过在该定子线圈4中流过交流电流，从而在定子2中产生旋转磁场。

转子5经由轴承配置于定子2的内侧，能以转轴AX为中心进行旋转。

转子5包括以转轴AX为中心进行旋转的转子轴8、设置于转子轴8的周围的圆筒状的转子铁心6及插入到转子铁心6的槽中的旋转导体7。若将交流电输入至定子线圈4，则在定子铁心3中产生旋转磁场。通过该旋转磁场在转子导体7中感应出电流，通过因该感应电流而在转子铁心6中产生的磁极与旋转磁场的磁极的相互作用，在转子铁心6产生转矩，转子轴8进行旋转。

对定子2的结构进行更为详细的说明。如图2所示，定子线圈4将具有绝缘被覆的长方形截面形状的导体卷绕所需匝数而呈线圈状，利用绝缘胶带等覆盖绝缘被覆导体的外侧，使得沿线圈边排列的整个导体保持长方形形状。

如图3所示，定子线圈4跨过定子铁心3上所设置的多个槽12进行插入。定子线圈4的一个线圈边插入到多个槽12中的一个槽12的里侧，被称为下口线圈4b。定子线圈4的另一个线圈边插入到多个槽12中的隔开规定间隔的另一个槽12的入口侧，被称为上口线圈4a。即，交流电动机1中，定子线圈4以双层卷绕方式插入于槽12。

将槽12的宽度设定成对利用绝缘胶带等将绝缘被覆导体保持为长方形形状的线圈边(上口线圈4a、下口线圈4b)的最大宽度加上0.3～0.5mm的间隙后的值。由此，定子线圈4可容易地插入槽12，降低了插入时定子线圈4表面的绝缘层发生损伤的可能性。

如图2所示，槽12中，2个定子线圈4的线圈边(上口线圈4a、下口线圈4b)在槽12的深度方向上进行排列。各槽12的入口部12a配置有用于防止定子线圈4脱落的槽楔10，并且设有用于形成在交流电动机1运转时使冷却风流通的通路的后退部11。

各槽12中设有在将定子线圈4的上口线圈4a侧的线圈边从槽12抬起的情况下、下口线圈4b侧的线圈边能在槽12的里侧进行转动的空间。

图4示出槽12的放大图。如图4所示，槽12设有以与作为其开口部的入口部12a相同宽度而相对的内壁呈平行的平行槽部12b、作为槽12的底面的槽底部12d、以及槽12的宽度扩展的扩大部12c。

槽12中，到从入口部12a到槽底部12d的槽深L的a％的深度为止的部分为平行槽部12b。以下，也将a％的深度位置称为深度位置e。a％约为60％，例如能设为50％以上、70％以下的数值。

从a％的深度位置e到槽底部12d的部分为扩大部12c。扩大部12c中，从a％的深度位置起以与两侧分别呈α度的张开角度朝向槽底部12d扩展槽宽。α度例如为10度。

扩大部12c中，从槽底部12d起朝向入口部12a以与两侧分别呈β度的张开角度扩大槽宽。β度例如为45度。

由此，本实施方式1中，通过从各槽12的规定深度位置e起朝向槽底部12d以α度(第1角度)扩展槽宽，从而形成空间。规定深度位置e为全体深度L的约60％的深度位置，α度为10度。

此外，各槽12中，通过从槽底部12d起朝向入口侧以β度(第2角度)扩展槽宽，从而形成空间，β度例如为45度。

槽12整体的截面形状呈八边形形状。

接着，对交流电动机1的定子线圈4组装到定子2的情况进行说明。

一个定子线圈4跨2个槽12来进行插入。例如，在槽12的个数为36个的交流电动机1中，每一台有合计36个的定子线圈4插入槽12。对于大半的定子线圈4，能毫无问题地将各自的线圈边(上口线圈4a、下口线圈4b)插入到隔开规定间隔的两处的槽12中。然而，在将最后几个定子线圈4的一个线圈边作为下口线圈4b插入到槽12的里侧时，已插入的其他定子线圈4的线圈边作为上口线圈4a存在于槽12的入口侧。因此，需要在将上口线圈4a从槽12抬起的状态下将作为下口线圈4b的线圈边插入。

槽12中，从槽深度的a(约60)％的位置起朝向槽底部12d以与两侧分别呈α度(10度)的张开角度对槽宽进行扩大。因此，能使已插入槽12中的定子线圈4的下口线圈4b在槽12的里侧倾斜至α度(10度)的角度。因此，如图5所示，能容易地将上口线圈4a抬起到槽12的外侧。由此，通过将已插入的其他定子线圈4的上口线圈4a抬起至槽12的外侧，使其他的定子线圈4的下口线圈4b向箭头B的方向移动，从而能容易地进行插入到槽12的作业。另外，下口线圈4b能自由地倾斜至槽12的扩大部12c的锥形的内壁的倾斜度，因此下口线圈4b不会强压槽12的槽壁，能防止定子线圈4表面的绝缘层受到损伤。

槽12中，从入口部12a起到槽深L的a％(约60％)的深度位置e为平行槽部12b。因此，在所有定子线圈4插入到规定位置的状态下，虽然槽12的里侧的槽宽被扩大了，但下口线圈4b的上部由平行槽部12b所保持。规定深度位置e被决定为使得下口线圈4b的上部位于平行槽部12b的范围内，且在槽部里侧的空间中下口线圈4b能进行转动。

并且，决定从a％(约60％)的深度位置e起向两侧扩大槽宽的张开角度α度(10度)如图2所示那样确保槽12间的定子铁心齿13的齿根部13b的宽度比齿头部13a的宽度要大。由此，由定子线圈4产生的磁通通过时的齿根部13b的磁通密度比齿头部13a的磁通密度要小，能将交流电动机1的功率因数维持为与现有的槽形状的情况下的功率因数基本同等。

即使定子铁心3上所设置的槽12的个数为36以外，只要根据槽12的个数设定用于从槽12的a％(约60％)的深度位置e起扩大槽宽的张开角度α，就能设定槽12间的定子铁心齿13的齿根部13b的齿宽比齿头部13a的齿宽要大的槽12的截面形状。

在现有的交流电动机的定子铁心71中，从齿头部73a到齿根部73b设置于定子铁心齿73间的槽72如图6所示那样整体为平行槽。定子线圈4的上口线圈4a及下口线圈4b设有规定间隙地插入到槽72的内侧，该槽72为平行槽。在定子线圈4插入到槽72的最终阶段，若要插入下口线圈4b，则由于已插入的其他定子线圈4的上口线圈4a存在于槽72内，因此若要插入其他定子线圈4的下口线圈4b，则需要抬起已插入的上口线圈4a。

然而，在槽72是平行槽的情况下，定子线圈4的下口线圈4b在槽内的倾斜度较小，因此如图7所示，无法容易地将已插入的上口线圈4a移动到槽72的外侧。因此，需要边沿箭头C的方向抬起已插入的定子线圈4的上口线圈4a，边将其他的定子线圈4的下口线圈4b插入槽72的里侧。由于未形成下口线圈4b能进行旋转的空间，因此该上口线圈4a的抬起多少伴随着所成形的定子线圈4的变形，因此需要较大的力。在插入最后的定子线圈4的阶段，需要抬起多个上口线圈4a，因此除了导致需要耗费大量时间在线圈的插入作业上以外，与所抬起的上口线圈4a对应的下口线圈4b在槽72内被强压于槽壁等，定子线圈4表面的绝缘层可能发生损伤。

与此相对，根据本实施方式所涉及的交流电动机1，将槽12设为如下形状：将到从槽12的入口部12a到槽底部12d的槽深L的a％(约60％)的深度位置e为止的部分设为平行槽部12b，从a％(约60％)的深度位置e起朝向槽底部12d以与槽宽方向两侧分别呈α度(10度)的张开角度扩大槽宽，从槽底部12d朝向入口部12a以与槽宽方向两侧分别呈β度(45度)的张开角度扩大槽宽。因此，抬起上口线圈4a的作业变得容易，即使是定子铁心3的内径较小的交流电动机1的情况，也能缩短组装定子铁心4的作业时间。

并且，在抬起上口线圈4a时，能使下口线圈4b倾斜至与槽12的锥形的内壁相抵接的倾斜度，因此不会有强行按压至槽12的壁面或定子铁心3的端部的角部的情况，能降低使定子线圈4表面的绝缘层发生损伤的可能性。

实施方式2.

接着，对本发明的实施方式2进行说明。

实施方式2所涉及的交流电动机1的结构中，仅槽22的截面形状与上述实施方式1所涉及的交流电动机1的结构不同。

本实施方式2中，如图8及图9所示，从约60％的深度位置e起到槽底部22d的扩大部22c中，从深度位置e起以与槽宽方向单侧呈α度(10度)的张开角度朝向槽底部22d扩大槽宽。并且，扩大部22c成为如下形状：从槽底部22d起朝向入口侧以β度(45度)的张开角度向同一方向的单侧扩大槽宽。由此，将定子线圈4插入到槽22中的方向限定为一个方向，但能期待与上述实施方式1同等的效果。

本实施方式2中，槽22的槽宽仅单侧扩大。由此，能确保定子铁心齿23的齿根部23b的齿宽比齿头部23a要大的同时，使扩大槽宽的张开角度大至20度。由此，在插入定子线圈4的最终阶段，也能期待如下效果：能更容易地进行已插入的线圈的上口线圈部4a的抬起作业。

实施方式3.

接着，对本发明的实施方式3进行说明。

实施方式3所涉及的交流电动机1的结构中，仅槽32的形状与上述实施方式1所涉及的交流电动机1的结构不同。

本实施方式3中，如图10及图11所示，从约60％的深度位置e起到槽底部32d为止的扩大部32c中，从约60％的深度位置e起以与槽宽方向的两侧分别呈α度(10度)的张开角度朝向槽底部32d扩大槽宽。并且，对于扩大部32c的槽底侧的面，使从槽底部32d向槽宽方向两侧延伸的面成为凹曲面。

即使将槽32的截面形状设为上述形状，也能期待与上述实施方式1同等的效果。

实施方式4.

接着，对本发明的实施方式4进行说明。

实施方式4所涉及的交流电动机1的结构中，仅槽42的形状与上述实施方式3所涉及的交流电动机1的结构不同。

本实施方式4中，如图12及图13所示，从约60％的深度位置e起到槽底部42d为止的扩大部42c中，从约60％的深度位置e起以与槽宽方向单侧呈α度(10度)的张开角度朝向槽底部42d扩大槽宽。并且，对于扩大部42c的槽底侧的面，在与从槽底部42d扩大槽宽的方向相同一侧，使槽底侧的面成为凹曲面。由此，将定子线圈4插入到槽42中的方向限定为一个方向，但能期待与上述实施方式3同样的效果。

并且，槽42的槽宽仅单侧扩大，能如上所述那样确保定子铁心齿43的齿根部43b的齿宽比齿头部43a要大的同时，使扩大槽宽的张开角度大至20度，能在插入定子线圈4的最终阶段，更容易地进行已插入的上口线圈部4a的抬起作业。

实施方式5.

接着，对本发明的实施方式5进行说明。

实施方式5所涉及的交流电动机1的结构中，仅槽52的形状与上述实施方式1所涉及的交流电动机1的结构不同。

本实施方式5中，如图14及图15所示，将从约60％的深度位置e起到槽底部52d为止的扩大部52c从深度位置e起以与两侧分别呈α度(10度)的张开角度朝向槽底部52d扩大槽宽。槽52的整体形状呈六边形形状。即使将槽52的截面形状设为上述形状，也能期待与实施方式1同样的效果。

实施方式6.

接着，对本发明的实施方式6进行说明。

实施方式6所涉及的交流电动机1的结构中，仅槽62的形状与上述实施方式5所涉及的交流电动机1的结构不同。

本实施方式6中，如图16及图17所示，采用如下形状：将从约60％的深度位置e起到槽底部62d为止的扩大部62c从深度位置e起以与单侧呈α度(10度)的张开角度朝向槽底部62d扩大槽宽。槽整体的形状为五边形形状。由此，将定子线圈4插入到槽62中的方向限定为一个方向，但能期待与上述实施方式5同样的效果。

并且，槽62的槽宽仅单侧扩大，能如上所述那样在确保定子铁心齿63的齿根部63b的齿宽比齿头部63a要大的同时，使扩大槽62的宽度的张开角度大至约20度，能在插入定子线圈4的最终阶段，更容易地对已插入的上口线圈部4a进行抬起作业。

槽的截面形状并不限于上述各实施方式。能任意地决定扩大部的入口侧的扩大开始位置e的深度a％，此外，也能任意地设定扩大部的张开角度α、β，也能任意地设定槽宽扩大部的槽底侧形状。

如以上详细说明的那样，根据上述各实施方式，设置有在将上口线圈4a从其他的槽12等抬起的情况下能使下口线圈4b在槽的里侧进行转动的空间。利用该空间，能毫无困难地将另一个线圈边从其他的槽抬起。其结果是，线圈组装作业变得容易，能降低线圈表面的绝缘覆膜发生损伤的可能性。

将第1角度决定为使得定子铁心齿的齿根部的宽度不比齿头部的宽度窄，能将交流电动机1的功率因数维持为与在槽的里侧未设置空间的情况基本同等。

各槽22、42、62中，上述空间设置于槽宽方向单侧，定子线圈4的插入方向被限制于一个方向，但能增大槽里侧的空间的第1角度。实施方式的说明中示出能增大至20度的情况，但将定子铁心齿的齿根部宽度设定得比齿头部宽度要宽即可，并不限定于20度。

工业上的实用性

本发明适于作为双层卷绕方式的交流电动机的定子结构来采用。交流电动机可以是感应电动机，也可以是同步电动机。

标号说明

1交流电动机、2定子、3定子铁心、4定子线圈、4a上口线圈、4b下口线圈、5转子、6转子铁心、7转子导体、8转子轴、9框架、10槽楔、11后退部、12槽、12a入口部、12b平行槽部、12c扩大部、12d槽底部、13定子铁心齿、13a齿头部、13b齿根部、21定子铁心、22槽、22a入口部、22b平行槽部、22c扩大部、22d槽底部、23定子铁心齿、23a齿头部、23b齿根部、31定子铁心、32槽、32a入口部、32b平行槽部、32c扩大部、32d槽底部、33定子铁心齿、33a齿头部、33b齿根部、41定子铁心、42槽、42a入口部、42b平行槽部、42c扩大部、42d槽底部、43定子铁心齿、43a齿头部、43b齿根部、51定子铁心、52槽、52a入口部、52b平行槽部、52c扩大部、52d槽底部、53定子铁心齿、53a齿头部、53b齿根部、61定子铁心、62槽、62a入口部、62b平行槽部、62c扩大部、62d槽底部、63定子铁心齿、63a齿头部、63b齿根部、71定子铁心、72槽、73定子铁心齿、73a齿头部、73b齿根部、AX转轴、B下口线圈的插入方向、C上口线圈的抬起方向。

Claims (11)

1.一种交流电动机，其特征在于，包括：

定子铁心，该定子铁心设有多个槽；以及

多个定子线圈，该多个定子线圈成形为截面为长方形的形状，通过将一个线圈边插入至多个所述槽中的一个槽的里侧，将另一个线圈边插入至多个所述槽中的另一个槽的入口侧，从而以双层卷绕方式将该多个定子线圈插入至各所述槽，

各所述槽中，设有在将所述另一个线圈边从所述另一个槽抬起的情况下能使所述一个线圈边在槽的里侧进行转动的空间。

2.如权利要求1所述的交流电动机，其特征在于，

各所述槽中，槽宽到规定深度位置为止是均匀的，

通过从所述规定深度位置起朝向槽底侧扩展所述槽宽，从而形成所述空间。

3.如权利要求2所述的交流电动机，其特征在于，

各所述槽中，从所述规定深度位置起朝向槽底部以第1角度扩展所述槽宽。

4.如权利要求2或3所述的交流电动机，其特征在于，

将所述规定深度位置决定为使得所述一个线圈边的上部位于所述槽宽均匀的部分，能利用所述空间使所述一个线圈边进行转动。

5.如权利要求2至4的任一项所述的交流电动机，其特征在于，

在所述空间中，将从所述规定深度位置起到所述槽底部的槽宽决定为使得在使所述一个线圈边在各所述槽的里侧进行转动的情况下，所述另一个线圈边能从所述另一个槽退出到外部。

6.如权利要求5所述的交流电动机，其特征在于，

将所述空间决定为使得确保各所述槽间的定子铁心齿的齿根部的宽度比齿头部的宽度要大。

7.如权利要求2至6的任一项所述的交流电动机，其特征在于，

各所述槽中，通过从槽底部朝向入口侧扩展所述槽宽，从而形成所述空间。

8.如权利要求7所述的交流电动机，其特征在于，

各所述槽中，从所述槽底部起朝向入口侧以第2角度扩展所述槽宽。

9.如权利要求7所述的交流电动机，其特征在于，

各所述槽中，从所述槽底部朝向入口侧形成有凹曲面。

10.如权利要求1至9的任一项所述的交流电动机，其特征在于，

各所述槽中，所述空间设置于所述槽的宽度方向的两侧。

11.如权利要求1至9的任一项所述的交流电动机，其特征在于，

各所述槽中，所述空间设置于所述槽的宽度方向的单侧。