CN107078583A - 旋转机械以及旋转机械的制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开的旋转机械具备环状的定子(3)，该定子具有圆环状的轭部(3a)、向径向内侧突出且沿周向排列的多个凸极(3b)、以及设于上述凸极(3b)的线圈(3c、3d)，上述凸极(3b)的周面是朝向上述凸极(3b)的前端变窄的锥面(3b1)，线圈(3c、3d)具备第一线圈(3c)和第二线圈(3d)。

Description

旋转机械以及旋转机械的制造方法

技术领域

本公开涉及旋转机械以及旋转机械的制造方法。本申请主张基于2014年10月24日在日本提交的日本特愿2014-217020号的优先权，并在此引用其内容。

背景技术

例如，如专利文献1所示，在马达等旋转机械中，有时采用以朝向前端变窄的方式将周面设为锥面的凸极。通过使用这样的形状的凸极，能够抑制磁饱和，从而即使在高输出时也能够抑制马达效率降低。并且，专利文献2中公开如下技术方案：在马达的定子中，线圈通过将利用线材而成型出的矩形截面的扁平导体沿边弯曲而螺旋状地卷绕来形成，该扁平导体以使在卷绕后每圈的矩形截面的长边和短边的长度不同的方式而预先成型为带台阶的形状。通过设为这样的形状，能够提高相对于插口的第一线圈和第二线圈的占空系数。并且，在专利文献3～4中也公开背景技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/137302号

专利文献2：日本特开2008-167593号

专利文献3：日本特开平11-032457号

专利文献4：日本特开2000-041365号

专利文献5：日本特开平09-308142号

发明内容

发明所要解决的课题

在一个定子设置多个线圈。通常，这些线圈具有同一形状。若以使占空系数最大的方式使用线圈，则一般，这样的同一形状的线圈设为与相邻的线圈抵接。

然而，当在朝向定子的径向内侧突出且周面呈锥面的凸极设置同一形状的线圈的情况下，在凸极与凸极之间产生不存在绕线的无效空间。更详细而言，在定子的组装时，当在沿周向设置的多个凸极依次安装已成型的线圈时，线圈沿朝向定子的径向的凸极的中心轴插入于凸极。此时，为了防止之前已安装的线圈的外周面的接近定子内侧的端部与之后安装的线圈的外周面的接近定子外侧的端部干涉，需要缩小线圈的接近定子外侧的端部的直径。其结果，在相邻的线圈彼此之间产生无效空间。

本公开是鉴于上述的问题点而完成的，其目的在于在具备具有朝向径向内侧突出的凸极的定子的旋转机械中，提高线圈的占空系数从而实现性能的提高。

用于解决课题的方案

为了实现上述目的，本公开的第一方案是一种旋转机械，具备环状的定子，该定子具有圆环状的轭部、向径向内侧突出且沿周向排列的多个凸极以及设于凸极的线圈，凸极的周面是朝向凸极的前端变窄的锥面。线圈具备：第一线圈，其具有沿凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向定子的径向内侧倾斜的外周面；以及第二线圈，其设置在与设有第一线圈的凸极相邻的凸极，并具有沿凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向定子的径向外侧倾斜的外周面。

本公开的第二方案是一种旋转机械的制造方法，该旋转机械具备环状的定子，该定子具有圆环状的轭部、向径向内侧突出且沿周向排列的多个凸极以及设于凸极的线圈，凸极的周面是朝向凸极的前端变窄的锥面，该旋转机械中，线圈具备：第一线圈，其具有沿凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向定子的径向内侧倾斜的外周面；以及第二线圈，其设置在与设有第一线圈的凸极相邻的凸极，并具有沿凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向定子的径向外侧倾斜的外周面。该旋转机械的制造方法包括：绕线工序，该工序中，通过多次卷绕绕线来成型第一线圈和第二线圈；冲压工序，该工序中，对在绕线工序中成型出的线圈进行压缩成型；以及组装工序，该工序中，将在冲压工序中压缩成型出的上述线圈安装于凸极。

发明的效果如下。

根据本公开的旋转机械，线圈具备：第一线圈，其具有沿凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向定子的径向内侧倾斜的外周面；以及第二线圈，其具有沿凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向定子的径向外侧倾斜的外周面。并且，第一线圈和第二线圈在定子的周向上交替地设于多个凸极。根据这样的旋转机械，若首先将第一线圈安装于凸极，则第一线圈的外周面朝向定子的径向外侧倾斜，从而第一线圈的外周面的接近定子的内侧的端部靠近凸极配置。由此，能够防止第一线圈的外周面的接近定子的内侧的端部妨碍第二线圈的安装。另外，由于第二线圈具有朝向定子的径向外侧倾斜的外周面，所以外周面的接近定子的内侧的端部以远离凸极的方式伸出。由此，能够使第二线圈的外周面接近或者抵接于第一线圈的外周面，从而实现线圈的占空系数的提高。这样，根据本公开，通过将形状不同的两个线圈交替地设于凸极，能够将所有的线圈安装于凸极，并且实现线圈占空系数的提高。根据这样的本公开，在具备具有朝向径向内侧突出的凸极的定子的旋转机械中，通过提高线圈的占空系数，能够实现性能的提高。

附图说明

图1是本公开的一个实施方式所涉及的开关磁阻马达的剖视图。

图2是本公开的一个实施方式所涉及的开关磁阻马达的局部放大剖视图。

图3是示出本公开的一个实施方式所涉及的开关磁阻马达的制造方法的流程图。

图4是对本公开的一个实施方式所涉及的开关磁阻马达的制造工序进行说明的剖视图。

图5是对本公开的一个实施方式所涉及的开关磁阻马达的制造工序进行说明的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本公开所涉及的旋转机械的一个实施方式进行说明。此外，以下的实施方式中，对将本公开的旋转机械应用于开关磁阻马达的例子进行说明。

图1是本实施方式的开关磁阻马达1的剖视图。如该图1所示，本实施方式的开关磁阻马达1具备转子2和定子3。此外，虽图1未示出，但本实施方式的开关磁阻马达1具备外壳、轴、控制电路等必要的构成要件。

转子2形成为以转子轴L为中心的环状形状，由未图示的轴承等支撑为能够以转子轴L为中心而旋转。该转子2具备圆环状的轭部2a、和从轭部2a朝向转子2的外侧突出的凸极2b。通过利用压入、热压配合、或者螺栓(未图示)中任一种对在沿转子轴L的方向上层叠的多个电磁钢板进行紧固等来形成上述轭部2a以及凸极2b。凸极2b从轭部2a的外周面朝向定子3突出，多个凸极2b在转子2的周向上以等间隔设置。此外，在本实施方式中，如图1所示，以60°间隔设有六个凸极2b。

定子3配置于转子2的外侧，以从径向外侧包围转子2的方式形成为以转子轴L为中心的环状形状。这样的定子3具备圆环状的轭部3a、和从轭部3a朝向定子3的内侧突出的凸极3b。这些轭部3a以及凸极3b利用磁性体而一体形成。另外，定子3具备以卷绕于凸极3b的方式设置的第一线圈3c和第二线圈3d。

凸极3b从轭部3a的内周面朝向转子2突出，并具有朝向前端变窄的周面。也就是说，凸极3b具有朝向前端变窄的锥面3b1。并且，多个凸极3b在定子3的周向上以等间隔设置。此外，在本实施方式中，如图1所示，以45°间隔设有八个凸极3b。

图2是定子3的局部放大图。如该图2所示，第一线圈3c具有沿凸极3b的锥面3b1倾斜的内周面3c1、和朝向定子3的径向外侧倾斜的外周面3c2。此外，第一线圈3c由多次紧密卷绕的绕线(线材)构成。构成该第一线圈3c的绕线以每圈的绕线沿凸极3b的锥面3b1相互紧密接触、并且以每圈的绕线沿轭部3a的未形成凸极3b的内周面相互紧密接触的方式对齐卷绕。但是，根据通过进一步对卷绕绕线而成型为与第一线圈3c相近的形状的部件进行压缩，来成型第一线圈3c，可知“每圈的绕线沿凸极3b的锥面3b1相互紧密接触”也包括每圈的绕线从沿锥面3b1的方向稍微错开而相互紧密接触的情况，“每圈的绕线沿轭部3a的未形成凸极3b的内周面相互紧密接触”也包括每圈的绕线从沿轭部3a的未形成凸极3b的内周面的方向稍微错开而相互紧密接触的情况。此处，内周面3c1和外周面3c2是指绕线最终成型为第一线圈3c的形状而得到的成型体的内周面和外周面。这样的内周面3c1以及外周面3c2预先在设计阶段中规定，按照设计来形成。

这样的第一线圈3c具有内周面3c1抵接于凸极3b的锥面3b1的内径。此处，如上述那样，内周面3c1沿凸极3b的锥面3b1倾斜。因此，如图2所示，第一线圈3c的内周面3c1与凸极3b的锥面3b1面接触。

并且，对于第一线圈3c而言，当以通过外周面3c2的定子3的径向为基准时，外周面3c2朝向定子3的径向外侧倾斜。因此，与沿定子3的径向形成外周面的情况、与凸极3b的中心轴平行地形成外周面的情况比较，外周面3c2的接近定子3的内侧的端部(图2中的第一线圈3c的上侧的端部)配置为接近设有第一线圈3c的凸极3b。

第二线圈3d设置在与设有第一线圈3c的凸极3b相邻的凸极3b，具有沿凸极3b的锥面3b1倾斜的内周面3d1以及朝向定子3的径向内侧倾斜的外周面3d2。此外，与第一线圈3c相同，第二线圈3d也由多次紧密卷绕的绕线(线材)构成。构成该第二线圈3d的绕线以使每圈的绕线沿凸极3b的锥面3b1相互紧密接触、并且每圈的绕线沿轭部3a的未形成凸极3b的内周面相互紧密接触的方式对齐卷绕。但是，根据通过进一步对卷绕绕线而成型为与第二线圈3d相近的形状的部件进行压缩，来成型第二线圈3d，可知“每圈的绕线沿凸极3b的锥面3b1相互紧密接触”也包括每圈的绕线从沿锥面3b1的方向稍微错开而相互紧密接触的情况，“每圈的绕线沿轭部3a的未形成凸极3b的内周面相互紧密接触”也包括每圈的绕线从沿轭部3a的未形成凸极3b的内周面的方向稍微错开而相互紧密接触的情况。此处，内周面3d1和外周面3d2是指绕线最终成型为第二线圈3d的形状而得到的成型体的内周面和外周面。这样的内周面3d1以及外周面3d2预先在设计阶段中规定，按照设计来形成。

这样的第二线圈3d具有内周面3d1抵接于凸极3b的锥面3b1的内径。此处，如上述那样，内周面3c1沿凸极3b的锥面3b1倾斜。因此，如图2所示，第二线圈3d的内周面3d1与凸极3b的锥面3b1面接触。

并且，对于第二线圈3d而言，当以通过外周面3d2的定子3的径向为基准时，外周面3d2朝向定子3的径向内侧倾斜。因此，与沿定子3的径向形成外周面的情况、与凸极3b的中心轴平行地形成外周面的情况比较，外周面3d2的接近定子3的内侧的端部(图2中的第二线圈3d的上侧的端部)以远离设有第二线圈3d的凸极3b的方式伸出。

并且，在本实施方式中，沿定子3的径向的基准线与朝向定子3的内侧倾斜的第一线圈3c的外周面3c2所成的倾斜角度、以及定子3的径向(基准线)与朝向定子3的外侧倾斜的第二线圈3d的外周面3d2所成的倾斜角度被设定为相同。另外，第一线圈3c的外径和第二线圈3d的外径被设定为彼此的外周面3c2以及外周面3d2面接触。因此，第一线圈3c的外周面3c2和第二线圈3d的外周面3d2在相互接触的位置，以定子3的径向的整个区域进行面接触。

并且，第一线圈3c的直径和第二线圈3d的直径被设定为，第一线圈3c的与绕线的卷绕方向正交的截面(图2所示的截面)的截面积、与第二线圈3d的与绕线的卷绕方向正交的截面(图2所示的截面)的截面积相同。并且，当假定第一线圈3c和第二线圈3d中的靠定子3的内侧以及外侧的面是平面时，第一线圈3c和第二线圈3d的上述截面的形状如图2所示地呈梯形。

接下来，参照图3～图5，对这样的本实施方式的开关磁阻马达1的制造方法进行说明。图3是示出本实施方式的开关磁阻马达1的制造工序的概要的流程图。此外，以下的说明中，设为已经形成有转子2、以及定子3的轭部3a和凸极3b的一体成型体。

首先，如图3所示，进行绕线工序(步骤S1)。此处，通过多次卷绕绕线，来成型第一线圈3c和第二线圈3d。详细而言，假定凸极3b的锥面3b1，以使每圈的绕线沿该锥面相互紧密接触的方式，并且假定轭部3a的未形成凸极3b的内周面，以使每圈的绕线沿该内周面相互紧密接触的方式，对绕线进行对齐卷绕，从而来成型第一线圈3c和第二线圈3d。此处，第一线圈3c以及第二线圈3d的尺寸成型为比最终的尺寸更大。此外，在由开关磁阻马达1处理的电流较大的情况下，期望增大绕线的主体部的截面积而降低开关磁阻马达1的电阻值，从而减小铜损。因此，在绕线工序S1中，也可以不单线地卷绕绕线，而在捆扎有(并列有)两根以上的绕线的状态下对它们进行卷绕。接着，如图3所示，进行冲压工序(步骤S2)。此处，使用模具对在绕线工序S1中成型出的第一线圈3c和第二线圈3d进行冲压加工，从而进行压缩成型。由此，第一线圈3c和第二线圈3d的绕线密度变高，并且第一线圈3c和第二线圈3d成型为最终的形状以及尺寸。

接着，如图3所示地进行组装工序(步骤S3)。此处，将通过冲压工序S2而压缩成型出的第一线圈3c以及第二线圈3d安装于定子3的凸极3b。首先，如图4所示，在沿定子3的周向排列的多个凸极3b以每隔一个的方式安装第一线圈3c，之后，如图5所示，在未形成第一线圈3c的凸极3b安装第二线圈3d。之后，组装转子2等。

根据以上那样的本实施方式的开关磁阻马达1，具备：具有沿凸极3b的锥面3b1倾斜的内周面3c1和朝向定子3的径向外侧倾斜的外周面3c2的第一线圈3c；以及具有沿凸极3b的锥面3b1倾斜的内周面3d1和朝向定子3的径向内侧倾斜的外周面3d2的第二线圈3d。并且，第一线圈3c和第二线圈3d交替地设于沿定子3的周向排列的多个凸极3b。

根据这样的开关磁阻马达1，如图4所示，若首先将第一线圈3c安装于凸极3b，则第一线圈3c的外周面3c2朝向定子3的径向外侧倾斜，从而第一线圈3c的外周面3c2的接近定子3的内侧的端部靠近凸极3b配置。由此，如图5所示，能够防止第一线圈3c的外周面3c2的接近定子3的内侧的端部妨碍第二线圈3d的安装。

另外，由于第二线圈3d具有朝向定子3的径向外侧倾斜的外周面3d2，所以外周面3d2的接近定子3的内侧的端部以远离凸极3b的方式伸出。由此，能够使第二线圈3d的外周面3d2抵接于第一线圈3c的外周面3c2，从而实现线圈的占空系数的提高。

这样，根据本实施方式的开关磁阻马达1，通过将形状不同的两个线圈交替地设于凸极，能够将所有的线圈安装于凸极2b，并且实现线圈的占空系数的提高。根据这样的本实施方式的开关磁阻马达1，通过提高线圈的占空系数，能够实现性能的提高。

并且，在本实施方式的开关磁阻马达1中，第一线圈3c的外周面3c2和第二线圈3d的外周面3d2在相互接触的位置，以定子3的径向的整个区域进行抵接。因此，能够使线圈的占空系数最大化。

并且，在本实施方式的开关磁阻马达1中，第一线圈3c的与绕线的卷绕方向正交的截面(图2所示的截面)的截面积、和第二线圈3d的与绕线的卷绕方向正交的截面(图2所示的截面)的截面积被设定为相同。因此，能够使第一线圈3c所形成的磁通密度与第二线圈3d所形成的磁通密度相同，从而能够有效果地减少转矩脉动等。

并且，在本实施方式的开关磁阻马达1中，第一线圈3c和第二线圈3d的上述截面的形状如图2所示地呈梯形。例如，也能够将第一线圈3c和第二线圈3d的上述截面的形状设为三角形，但在这样的情况下，三角形的顶部形成为锐角而尖锐。因此，第一线圈3c和第二线圈3d在构造上有容易崩坏的可能性。与此相对，如上述那样，通过将第一线圈3c和第二线圈3d的上述截面的形状设为梯形，第一线圈3c和第二线圈3d在构造上难以崩坏，从而强度较高。

此外，本公开并不限定于上述实施方式，例如考虑如下那样的变形例。在上述实施方式中，对将本公开应用于开关磁阻马达1的例子进行了说明，但本公开并不限定于此。例如，也能够将本公开应用于PM马达。并且，也能够将本公开应用于发电机等其它的旋转机械。

工业上的可利用性

根据本公开，在具备具有朝向内侧突出的凸极的定子的旋转机械中，能够提高线圈的占空系数从而实现性能的提高。

符号的说明

1—开关磁阻马达，2—转子，2a—轭部，2b—凸极，3—定子，3a—轭部，3b—凸极，3b1—锥面，3c—第一线圈，3c1—内周面，3c2—外周面，3d—第二线圈，3d1—内周面，3d2—外周面，L—转子轴。

Claims (7)

1.一种旋转机械，其具备环状的定子，该定子具有圆环状的轭部、向径向内侧突出且沿周向排列的多个凸极以及设于上述凸极的线圈，上述凸极的周面是朝向上述凸极的前端变窄的锥面，

上述旋转机械的特征在于，

上述线圈具备：

第一线圈，其具有沿上述凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向上述定子的径向内侧倾斜的外周面；以及

第二线圈，其设置在与设有上述第一线圈的上述凸极相邻的上述凸极，并具有沿上述凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向上述定子的径向外侧倾斜的外周面。

2.根据权利要求1所述的旋转机械，其特征在于，

相邻的上述第一线圈的上述外周面和上述第二线圈的上述外周面在上述定子的径向的整个区域抵接。

3.根据权利要求1或2所述的旋转机械，其特征在于，

上述第一线圈的与绕线的卷绕方向正交的截面的形状和上述第二线圈的与绕线的卷绕方向正交的截面的形状分别呈梯形。

4.根据权利要求1～3任一项中所述的旋转机械，其特征在于，

上述第一线圈的与绕线的卷绕方向正交的截面的截面积和上述第二线圈的与绕线的卷绕方向正交的截面的截面积相同。

5.根据权利要求1所述的旋转机械，其特征在于，

上述绕线以每圈的上述绕线沿上述凸极的上述锥面相互紧密接触的方式，并且以每圈的上述绕线沿上述轭部的未形成上述凸极的内周面相互紧密接触的方式对齐卷绕。

6.一种旋转机械的制造方法，该旋转机械具备环状的定子，该定子具有圆环状的轭部、向径向内侧突出且沿周向排列的多个凸极以及设于上述凸极的线圈，上述凸极的周面是朝向上述凸极的前端变窄的锥面，上述旋转机械中，上述线圈具备：第一线圈，其具有沿上述凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向上述定子的径向内侧倾斜的外周面；以及第二线圈，其设置在与设有上述第一线圈的上述凸极相邻的上述凸极，并具有沿上述凸极的锥面倾斜的内周面以及朝向上述定子的径向外侧倾斜的外周面，

上述旋转机械的制造方法的特征在于，包括：

绕线工序，该工序中，通过多次卷绕绕线来成型上述第一线圈和上述第二线圈；

冲压工序，该工序中，对在上述绕线工序中成型出的上述第一线圈以及上述第二线圈进行压缩成型；以及

组装工序，该工序中，将在上述冲压工序中压缩成型出的上述第一线圈以及上述第二线圈安装于上述凸极。

7.根据权利要求6所述的旋转机械的制造方法，其特征在于，

在上述绕线工序中，假定上述凸极的上述锥面，以每圈的上述绕线沿上述锥面相互紧密接触的方式，并且，假定上述轭部的未形成上述凸极的内周面，以上述每圈的上述绕线沿上述内周面相互紧密接触的方式，对绕线进行对齐卷绕。