CN106887915A - 旋转电机的定子及其绕线方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够实现槽满率的提高和小型化的旋转电机的定子。将卷绕m层，在规定的位置处折回，层叠在m层上而向回卷绕m+1层的绕线设为1组，在各齿部之间进行过渡的同时，在绕线区域中一组一组地逐渐卷绕绕线，如果在第1绕线(20A)的n层处超过边界面(16)或者与第2绕线(20B)的距离达到最小绝缘距离(D)，则将该位置设为折回位置，将n+1层向回卷绕至根部后，向第2齿部(10B)过渡，如果在第2绕线(20B)的n层处超过边界面(16)或者与第1绕线(20A)的距离达到最小绝缘距离，则将该位置设为折回位置并向回卷绕，将该卷绕动作反复进行大于或等于1组后，向第1齿部(10A)过渡，在最终层以第1绕线与第2绕线(20B)匝数一致的方式，对匝数进行调整而卷绕。

Description

旋转电机的定子及其绕线方法
本申请是基于2013年8月14日提出的中国国家申请号201180067591.9(PCT/JP2011/053057)申请(旋转电机的定子及其绕线方法)的分案申请，以下引用其内容。
技术领域
本发明涉及一种电动机或发电机等旋转电机的定子及其绕线方法。
背景技术
当前，在电动机或发电机等旋转电机的定子中，以提高槽满率(绕线密度)和装置的小型化为目的，提出有在相邻的齿部上形成不同的绕线排列的多种方案。例如，在专利文献1及3中，在配置于齿部和绕线之间的绝缘体上设有凹凸部和锥部，将相邻的绝缘体形成为不同的形状，从而在相邻的齿部上形成不同的绕线排列。另外，在专利文献2中，通过使用特殊规格的绕线机，从而在相邻的齿部上形成不同的绕线排列。
专利文献1：日本特开2006－296146号公报
专利文献2：日本特许第4456886号公报
专利文献3：日本特开2004－104870号公报
发明内容
然而，在上述专利文献1的方法中，由于绝缘体为特殊形状，因此，部件成本提高，进而产品成本提高，成为课题。
另外，在专利文献2的方法中，需要特殊的绕线机，无法利用通用绕线机进行应对，因此存在部件及产品成本提高，并且能够进行生产的机种受限这样的问题。
并且，在专利文献3的方法中，与专利文献1同样地，绝缘体的部件成本提高，并且由于绝缘体为锥形状，因此存在装置外形尺寸变大的问题。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种旋转电机的定子及其绕线方法，无需形成特殊形状的绝缘体，另外无需使用特殊规格的绕线机，也能够在相邻的齿部上形成不同的绕线排列，实现槽满率(绕线密度)的提高和装置的小型化。
为了解决上述课题，实现目的，本发明的旋转电机的定子构成为，朝向旋转轴芯在放射方向上，相同形状的多个齿部将根部侧端部在铁芯背部处连结成环状，在相邻的齿部之间形成槽，在齿部的前端部两侧凸出地形成凸缘部，在相邻的凸缘部之间形成槽入口，在各齿部的周围形成绕线区域，在各绕线区域中隔着相同形状的绝缘体而卷绕有绕线，该旋转电机的定子的特征在于，在隔一个设置的第1齿部上卷绕第1绕线，在第1齿部之间的第2齿部上卷绕第2绕线，第1绕线和第2绕线以在相对部的剖面形状中，第1绕线的凸部与第2绕线的凹部相对应，另外第1绕线的凹部与第2绕线的凸部相对应的方式，卷绕成彼此不同的形状。
另外，本发明的旋转电机的定子构成为，朝向旋转轴芯在放射方向上，相同形状的多个齿部将根部侧端部在铁芯背部处连结成环状，在相邻的齿部之间形成槽，在齿部的前端部两侧凸出地形成凸缘部，在相邻的凸缘部之间形成槽入口，在各齿部的周围形成绕线区域，在各绕线区域中隔着相同形状的绝缘体而卷绕有绕线，该旋转电机的定子的特征在于，在隔一个设置的第1齿部上卷绕第1绕线，在第1齿部之间的第2齿部上卷绕第2绕线，将槽内的空间沿放射方向分成2个剖面锥形状的面设为边界面，将所容许的第1绕线和第2绕线最接近的距离设为最小绝缘距离，将从剖面锥形状的宽度较宽的齿部的根部侧开始朝向宽度狭窄的凸缘部方向卷绕m层，在规定的位置处折回，层叠在m层上而向回卷绕m+1层的绕线设为1组，在各齿部之间进行过渡的同时，在绕线区域中一组一组地逐渐卷绕绕线，如果在第1绕线的n层处超过边界面或者与第2绕线的距离达到最小绝缘距离，则将该位置设为折回位置，将n+1层向回卷绕至根部，向第2齿部过渡，如果在第2绕线的n层处超过边界面或者与第1绕线的距离达到最小绝缘距离，则将该位置设为折回位置而向回卷绕，将该卷绕动作反复进行大于或等于1组，向第1齿部过渡，在最终层以使第1绕线与第2绕线的匝数一致的方式，对匝数进行调整而卷绕。
另外，在本发明的旋转电机的定子的绕线方法中，该旋转电机的定子构成为，朝向旋转轴芯在放射方向上，相同形状的多个齿部将根部侧端部在铁芯背部处连结成环状，在相邻的齿部之间形成槽，在齿部的前端部两侧凸出地形成凸缘部，在相邻的凸缘部之间形成槽入口，在各齿部的周围形成绕线区域，在各绕线区域中隔着相同形状的绝缘体而卷绕有绕线，该旋转电机的定子的绕线方法的特征在于，在隔一个设置的第1齿部上卷绕第1绕线，在第1齿部之间的第2齿部上卷绕第2绕线，将槽内的空间沿放射方向分成2个剖面锥形状的面设为边界面，将所容许的第1绕线和第2绕线最接近的距离设为最小绝缘距离，将从剖面锥形状的宽度较宽的齿部的根部侧开始朝向宽度狭窄的凸缘部方向卷绕m层，在规定的位置处折回，层叠在m层上并向回卷绕m+1层的绕线设为1组，在各齿部之间进行过渡的同时，在绕线区域中一组一组地逐渐卷绕绕线，如果在第1绕线的n层处超过边界面或者与第2绕线的距离达到最小绝缘距离，则将该位置设为折回位置，将n+1层向回卷绕至根部，向第2齿部过渡，如果在第2绕线的n层处超过边界面或者与第1绕线的距离达到最小绝缘距离，则将该位置设为折回位置而向回卷绕，将该卷绕动作反复进行大于或等于1组，向第1齿部过渡，在最终层以第1绕线与第2绕线的匝数一致的方式，对匝数进行调整而卷绕。
发明的效果
根据本发明，在隔一个设置的第1齿部上卷绕第1绕线，在第1齿部之间的第2齿部上卷绕第2绕线，第1绕线和第2绕线以在相对部的剖面形状中，第1绕线的凸部与第2绕线的凹部相对应，另外第1绕线的凹部与第2绕线的凸部相对应的方式，卷绕成彼此不同的形状，因此，具有能够实现槽满率(绕线密度)的提高和装置的小型化的效果。
根据本发明，在隔一个设置的第1齿部上卷绕第1绕线，在第1齿部之间的第2齿部上卷绕第2绕线，将槽内的空间沿放射方向分成2个剖面锥形状的面设为边界面，将所容许的第1绕线和第2绕线最接近的距离设为最小绝缘距离，将从剖面锥形状的宽度较宽的齿部的根部侧开始朝向宽度狭窄的凸缘部方向卷绕m层，在规定的位置折回，层叠在m层上而向回卷绕m+1层的绕线设为1组，在各齿部之间过渡的同时，在绕线区域中一组一组地逐渐卷绕绕线，如果绕线超过边界面或者达到最小绝缘距离，则将该位置设为折回位置而向回卷绕，能够通过上述简单的步骤，将第1绕线和第2绕线以在相对部的剖面形状中，第1绕线的凸部与第2绕线的凹部相对应，另外第1绕线的凹部与第2绕线的凸部相对应的方式，卷绕成彼此不同的形状，无需形成特殊形状的绝缘体，另外，无需使用特殊规格的绕线机，也能够在相邻的齿部上形成不同的绕线排列，能够实现槽满率(绕线密度)的提高和装置的小型化的效果。
附图说明
图1是示出旋转电机的定子的局部(4个齿部)的剖面图。
图2是图1的C部分的放大剖面图，是表示卷绕安装在一个槽中的绕线排列的情况的图。
图3是将图2的一个槽的绕线排列的绕线交错部的绕线部剖开的侧视图。
图4是一个齿部的侧视图，示出卷绕安装在齿部上的第1层和第1层的绕线排列。
图5是按照顺序示出将绕线从第1层逐渐层叠卷绕至最终层的工序的工序图。
图6是将在图5所示的各工序中卷绕的绕线以颜色区分而示出的绕线排列的剖面图。
图7是为了比较而示出的与图2相当的卷绕安装在一个槽中的现有绕线排列的情况的图。
图8是为了比较而示出的与图3相当的将现有的一个槽的绕线排列的绕线交错部的绕线部剖开的侧视图。
具体实施方式
下面，基于附图，对本发明所涉及的旋转电机的定子的实施方式进行详细说明。另外，本发明并不限定于本实施方式。
实施方式
图1是示出旋转电机的定子的局部(4个齿部)的剖面图。图2是图1的C部分的放大剖面图，是表示卷绕安装在一个槽中的绕线排列的情况的图。图3是将图2的一个槽的绕线排列的绕线交错部的绕线部剖开的侧视图。图4是一个齿部的侧视图，示出卷绕安装在齿部上的第1层和第1层的绕线排列。另外，在图1中示出4个齿部状态下的定子，但整体具有12个齿部。
定子50在朝向旋转轴芯的放射方向上具有多个齿部10。关于多个齿部10，将根部侧端部在铁芯背部(core back)13处连结成环状。在相邻的齿部10之间形成有槽15。在齿部10的前端部两侧凸出地形成有凸缘部11。在相邻的凸缘部11、11之间形成有槽入口。槽15内部中的空间被沿放射方向延伸的边界面16假想地分成两个锥形状。并且，包含被边界面16一分为二的槽15内部的空间在内，在各齿部10的周围形成有用于卷绕绕线20的绕线区域。在各齿部10的绕线区域内，隔着绝缘体12卷绕有绕线20。
在隔一个设置的第1齿部10(10A)上卷绕有第1绕线20(20A)，在第1齿部10A之间的第2齿部10(10B)上卷绕有第2绕线20(20B)。所容许的第1绕线20A和第2绕线20B最接近的距离为最小绝缘距离D。即，第1绕线20A和第2绕线20B即使在最靠近的部位处也以最小绝缘距离D分离开。
图7是为了比较而示出的与图2相当的卷绕安装在1个槽中的现有绕线排列的情况的图。图8是为了比较而示出的与图3相当的将现有的一个槽的绕线排列的卷绕交错部的绕线部剖开的侧视图。现有的绕线120以相同的绕线排列卷绕在相邻的齿部10上。由此，绕线120彼此的凸部和凸部位于相对的位置，另外，凹部和凹部位于相对的位置，在凹部和凹部之间形成有多余的空间。
根据本实施方式的定子50，如上所述，以在相对部的剖面形状中，第1绕线20A的凸部与第2绕线20B的凹部相对应，另外第1绕线20A的凹部与第2绕线20B的凸部相对应的方式，卷绕成彼此不同的形状。并且，彼此的凹部和凸部配置为，在保持规定的间隔的状态下彼此啮合。即，通过使用本实施方式的绕线排列方法，如图2所示，使相邻的绕线20、20形成保持规定的间隔并彼此啮合这样的不同的绕线排列，与现有的绕线排列(图7)相比，能够提高绕线槽满率、电动机效率，并且能够确保必要绝缘距离。另外，如图3所示，与现有的绕线排列(图8)相比，能够使绕线层数沿电动机轴向减少，能够缩短电动机轴向的尺寸。
在相邻的齿部上形成不同的绕线排列的情况下，在现有技术中，将进行绕线的对象(绝缘体等)形成为特殊形状，或者需要利用特殊绕线机进行应对，因此，存在难以进行多品种生产和高成本的问题。在本实施方式中，能够利用通用品进行应对，因此，能够容易地进行多品种生产且实现低成本化。
另外，通过使用本实施方式的绕线排列方法，绕线结束位置一定位于铁芯背部13侧，因此，能够使结线和在相邻的齿部10、10之间的过渡处理变得容易，能够通过连续绕线处理而实现绕线时间的缩短(降低成本)。
并且，通过使用本实施方式的绕线排列方法，绕线定位性提高。图4(a)示出卷绕安装在齿部上的第1层的绕线排列，图4(b)示出卷绕安装在齿部上的第1层和第2层的绕线排列，如图4(a)及图4(b)所示，在齿部10的短边部绕线发生交错，层叠卷绕的绕线一定会接触，绕线定位性提高。
下面，利用图5和图6，说明本实施方式的定子50的制造顺序。在图5中，按照顺序示出将绕线从第1层逐渐层叠卷绕至最终层的工序。在图6中，改变阴影的样式而示出在各工序中卷绕的绕线。图6中带括号的数字是层的列编号。
以上述方式构成的定子50，如下所述，在第1齿部10A和第2齿部10B上卷绕有第1绕线20A和第2绕线20B。前提是，从齿部10的根部(铁芯背部13侧)侧向凸缘部11方向卷绕第m个即m层，将规定的位置设为折回位置而进行折回，在m层上向回卷绕m+1层，将这样往复1次的绕线设为1组。
(1)首先，在第1齿部10A上，如图5(a)所示，以箭头E1、E2、E3的顺序卷绕1组绕线。将到达凸缘部的绕线U设为折回位置而向回卷绕，卷绕图6所示的第1层和第2层。
(2)然后，同样地，在第2齿部10B上，如图5(b)所示，按照箭头F1、F2、F3的顺序卷绕1组(图6所示的第1层和第2层)。
反复上述(2)(1)而进行卷绕。即，在各齿部10之间过渡的同时，在各齿部10上完成第1层和第2层的卷绕后，接着再在各齿部10上卷绕1组(第3层和第4层)。如上所述，从第1齿部10A向各齿部过渡，在各绕线区域中一组一组地逐渐进行绕线的卷绕。另外，关于实现第1绕线20A和第2绕线20B的电连接的过渡线，是将绕线直接引出而形成的过渡线。
(3)如上所述，将绕线逐渐层叠卷绕，而在第1绕线20A如图5(c)的箭头G1所示地卷绕5层时，如果接下来的6层绕线到达边界面16，则将该位置设为折回位置(绕线U的位置)，如箭头G2、G3所示地将6层向回卷绕至根部。另外，根据绕线区域的深度和绕线的直径，在设计阶段可知哪处绕线成为折回位置，因此在绕线机中设置该位置。如上所述，在第1齿部10A上卷绕如图6所示的第5层、第6层。
另外，在上述(3)的工序中，折回位置的绕线U到达边界面16，并且处于与第2绕线20B的距离为最小绝缘距离D的位置，但在任一个条件下均进行折回。
(4)向第2齿部10B过渡，考虑是否到达边界面16、或与第1绕线20A的距离是否成为最小绝缘距离，并且以使与第1绕线20A的第5层、第6层相比，大致成为相同匝数t的方式卷绕大于或等于1组。具体地说，如图5(d)所示，以箭头H1、H2、H3、I1、I2、I3的顺序卷绕2组。由此，在第2绕线20B上，卷绕如图6所示的第5层至第8层。并且，与需求相对应，反复进行上述(3)(4)。
(5)最后，在第1齿部10A上在最终层以使第1绕线20A和第2绕线20B的匝数一致的方式对匝数进行调整而卷绕绕线。具体地说，如图5(e)所示，以箭头K1、K2、K3的顺序卷绕一组(图6所示的第7层、第8层)而结束卷绕。
如上所述，对于绕线，考虑是否到达边界面16和与第1绕线20A的距离是否成为最小绝缘距离，并且以使第1绕线20A和第2绕线20B的匝数一致的方式对绕线进行调整而卷绕，但向回卷绕的这一层的绕线的匝数与前一层的匝数相同或者±1匝。
(例)第1层的匝数＝第2层的匝数
(例)第5层的匝数＝第6层的匝数+1匝
如上所述，根据本实施方式的定子50，在隔一个设置的第1齿部10A上卷绕有第1绕线20A，在第1齿部10A之间的第2齿部10B上卷绕有第2绕线20B。并且，将槽15内的空间沿放射方向分成2个剖面锥形状的面设为边界面16，所容许的第1绕线20A和第2绕线20B最接近的距离为最小绝缘距离D，将从剖面锥形状的宽度较宽的齿部的根部侧开始向宽度狭窄的凸缘部11方向卷绕m层，在规定的位置处折回而层叠在m层上并向回卷绕m+1层的绕线设为1组，在各齿部之间过渡的同时，在绕线区域中一组一组地逐渐卷绕绕线。
并且，如果在第1绕线20A的n层处绕线超过边界面16，或者与第2绕线20B的距离达到最小绝缘距离D，则将该位置作为折回位置，将n+1层向回卷绕至根部后，向第2齿部10B过渡，如果在第2绕线20B的n层超过边界面16，或者与第1绕线20A的距离达到最小绝缘距离，则将该位置作为折回位置而向回卷绕，将这种卷绕动作反复进行大于或等于1组后，向第1齿部10A过渡，在最终层以使第1齿部10A与第2绕线20B的匝数一致的方式，对匝数进行调整而卷绕。
由此，通过如果超过边界面16或者达到最小绝缘距离D，则将该位置作为折回位置向回卷绕这种简单的步骤，能够使第1绕线20A和第2绕线20B以在相对部的剖面形状中，第1绕线20A的凸部与第2绕线20B的凹部相对应，另外第1绕线20A的凹部与第2绕线20B的凸部相对应的方式，卷绕成彼此不同的形状，无需形成特殊形状的绝缘体，另外无需使用特殊规格的绕线机，也能够在相邻的齿部10上形成不同的绕线排列，从而能够实现槽满率(绕线密度)的提高和装置的小型化。
另外，对于将绕线向回卷绕至何处，如本实施方式所示，全部向回卷绕至齿部10的根部(铁芯背部13侧)是理想状态，但即使没有完全到达根部，通过向回卷绕至根部附近，也能够实现大致相同的效果。
另外，在本实施方式中，也可以在第1齿部10A上卷绕第2绕线20B，在第2齿部10B上卷绕第1绕线20A。
工业实用性
如上所述，本发明所涉及的旋转电机的定子及其绕线方法，例如适用于搭载在汽车等上的交流发电机或起动电动机等旋转电机。
标号的说明
10 齿部
10A 第1齿部
10B 第2齿部
11 凸缘部
12 绝缘体
13 铁芯背部
15 槽
16 边界面
20 绕线
20A 第1绕线
20B 第2绕线
D 最小绝缘距离

Claims (2)

1.一种旋转电机的定子，其构成为，
朝向旋转轴芯在放射方向上配置相同形状的多个齿部，
在相邻的所述齿部之间形成槽，
在各所述齿部的周围形成绕线区域，
在各所述绕线区域中隔着相同形状的绝缘体而卷绕有绕线，
该旋转电机的定子的特征在于，
在隔一个设置的第1齿部上卷绕第1绕线，
在所述第1齿部之间的第2齿部上卷绕第2绕线，
所述第1绕线和所述第2绕线在相对部的剖面形状中，卷绕成彼此不同的形状，并以所述第2绕线的多个凸部与所述第1绕线的1个凹部相对应的方式进行卷绕。
2.根据权利要求1所述的旋转电机的定子，其特征在于，
在所述剖面形状中，所述槽以相邻的所述齿部之间的宽度从所述齿部的凸缘部侧朝向根部侧而变宽的方式形成，
所述第1绕线由沿着所述第1齿部重叠的多层形成，
所述第2绕线由沿着所述第2齿部重叠的多层形成，
所述第1绕线的凹部形成于所述第1绕线的不同的2个凸部之间，
所述第1绕线的凸部通过下述方式而形成，即，所述第1绕线中的相邻的2个所述层之中，与所述第1齿部侧的层的凸缘部侧端的绕线相比，所述第2齿部侧的层的凸缘部侧端的绕线配置于根部侧，
所述第2绕线的凸部通过下述方式而形成，即，所述第2绕线中的相邻的2个所述层之中，与所述第2齿部侧的层的凸缘部侧端的绕线相比，所述第1齿部侧的层的凸缘部侧端的绕线配置于根部侧。
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