CN116615856A - 旋转电机定子、旋转电机定子的制造方法 - Google Patents

Abstract

旋转电机定子具备形成有多个槽的圆筒形的定子芯、以及沿定子芯的径向分层地插入到槽中的多个分段线圈，在定子芯的一端，分段线圈在与另一分段线圈连接的连接部和配置在定子芯的内部的插入部之间形成有：朝向定子芯弯曲的第一弯曲部；形成在最靠近连接部的一侧的第二弯曲部；以及第一弯曲部与第二弯曲部之间的倾斜部，该旋转电机定子包含：第一分段线圈，其位于层中的规定层；以及第二分段线圈，其位于与第一分段线圈相同的层，第二分段线圈中从定子芯的端面到第二弯曲部的距离与第一分段线圈中从定子芯的端面到第二弯曲部的距离相同，第二分段线圈中的倾斜部的长度与第一分段线圈中的倾斜部的长度不同。

Description

旋转电机定子、旋转电机定子的制造方法

技术领域

本发明涉及旋转电机定子以及旋转电机定子的制造方法。

背景技术

电动机、发电机等旋转电机一直被要求性能提高和低成本化。作为低成本化的一个方法，可以举出提高生产率的方法。在专利文献1中公开了一种旋转电机定子，其特征在于，具备：圆环状的定子芯，其具有沿内周方向配置的多个槽；以及定子线圈，其使用跨及以预定的槽间隔分离的两个规定槽而分别插入的多个导体分段，在定子芯的轴方向端部将各导体分段的顶端部相互依次接合而形成接合部并卷绕在定子芯上，在跨及两个规定槽而插入的多个导体分段中相邻的导体分段彼此接合而形成的多个接合部中，在定子芯的径向上相邻配置的接合部的轴向高度互不相同，轴向高度较高的接合部与轴向高度较低的接合部沿径向交替配置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-119535号公报

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1所记载的构成中，在分段线圈的生产率方面存在研究的余地。

用于解决技术问题的手段

本发明的第一方面的旋转电机定子具备形成有多个槽的圆筒形的定子芯、以及沿所述定子芯的径向分层地插入到所述槽中的多个分段线圈，在所述定子芯的一端，所述分段线圈在与另一分段线圈连接的连接部和配置在所述定子芯的内部的插入部之间形成有：朝向所述定子芯弯曲的第一弯曲部；形成在最靠近所述连接部的一侧的第二弯曲部；以及所述第一弯曲部与所述第二弯曲部之间的倾斜部，该旋转电机定子包含：第一分段线圈，其位于所述层中的规定层；以及第二分段线圈，其位于与所述第一分段线圈相同的层，所述第二分段线圈中从所述定子芯的端面到所述第二弯曲部的距离与所述第一分段线圈中从所述定子芯的端面到所述第二弯曲部的距离相同，所述第二分段线圈中的所述倾斜部的长度与所述第一分段线圈中的所述倾斜部的长度不同。

本发明的第二方面的旋转电机定子的制造方法中，所述旋转电机定子具备形成有多个槽的定子芯、以及沿所述定子芯的径向分层地插入到所述槽中的多个分段线圈，所述旋转电机定子的制造方法包含：第一工序，将第一分段线圈以及与所述第一分段线圈相比旋转电机的轴向长度形成得较长的第二分段线圈插入到所述槽中；第二工序，使夹具与所述第二分段线圈接触；第三工序，通过使所述夹具沿所述定子芯的周向移动，从而使所述第二分段线圈沿所述定子芯的周向倾斜；第四工序，通过使所述夹具沿所述定子芯的轴向移动，从而使得除了所述第二分段线圈之外、所述第一分段线圈也与所述夹具接触；以及第五工序，通过使所述夹具沿所述定子芯的周向移动，从而使所述第一分段线圈及所述第二分段线圈沿周向倾斜。

发明效果

根据本发明，能够提高分段线圈的生产率。

附图说明

图1是定子的外观图。

图2是示出分段线圈的示意图。

图3是示出跨层的多个分段线圈的图。

图4是示出各相的连接部的图。

图5是示出第一分段线圈与第二分段线圈的关系的图。

图6是示出分段线圈的成型方法的图。

图7是示出第二实施方式的分段线圈的图。

具体实施方式

-第一实施方式-

以下，参照图1～图6说明旋转电机定子以及旋转电机定子的制造方法的第一实施方式。

图1是旋转电机、例如永磁式无刷电动机中使用的定子100的外观图。定子100具备定子芯20和多个分段线圈30。不过，在图1中，分段线圈30仅图示了3相中的1相的量。定子芯20具有中空的圆筒形形状。定子芯20具有多个槽21，在各槽21中以不同的径向位置插入有多个分段线圈30。即，分段线圈30形成与定子芯20中心相同的多个圆筒状的层。以下将该层称为“层(layer)”。另外，“层”也可以说是由径向位置相同的分段线圈30的群构成的圆筒状的层。

图2是示出分段线圈30的示意图。图2的(a)是示出分段线圈30的形状的图，图2的(b)是示出插入到槽21中的2个分段线圈30的图。分段线圈30是对直线状的线圈实施图2的(a)所示那样的弯曲加工而使用的。各分段线圈30具有连接部31、插入部32、倾斜部33、第一弯曲部34和第二弯曲部35。

连接部31是指在定子芯20的一端与另一分段线圈30连接的部位。插入部32是指插入定子芯20的内部的部位。第一弯曲部34是指朝向定子芯20弯曲的部位。第二弯曲部35是朝向连接部31弯曲的部位，也是分段线圈30中弯曲的部位中的最接近连接部31的部位。倾斜部33是指第一弯曲部34与第二弯曲部35之间的部位。另外，虽然在图2中，第一弯曲部34和第二弯曲部35记载为2个直线的连接部，但实际上描画为圆弧。以下将倾斜部33的长度称为“倾斜部长度”33L。

如图2的(b)所示，分段线圈30的连接部31与相邻的另一分段线圈30的连接部31彼此连接。将相邻的槽21彼此的间隔称为“槽间距”，在本实施方式中作为长度的单位使用。以下，将连接部31与插入部32的距离称为“扭转量”T。图2所示的2个分段线圈30的插入部32彼此相距5槽间距。因此，这些分段线圈30的扭转量T为2.5槽间距。

定子100中包含的分段线圈30具有2个扭转量T中的某一个。在此，为了方便，将2个扭转量T称为标准扭转量Ts和过度扭转量Tt。另外，以下，将扭转量T为标准扭转量Ts的分段线圈30称为第一分段线圈30A，将扭转量T为过度扭转量Tt的分段线圈30称为第二分段线圈30B。

定子100中包含的大多数分段线圈30都是第一分段线圈30A，第二段线圈30B仅存在于跨层的部位。不过，未必所有的跨层的分段线圈30都是第二分段线圈30B。换言之，跨层的分段线圈30中的至少1个的扭转量T不是标准扭转量Ts。在本实施方式中，以标准扭转量Ts为2.5槽间距的情况进行具体的说明。

图3是示出跨层的多个分段线圈30的图。图3的(a)与图3的(b)仅阴影线的位置不同。该阴影线示出了关注的分段线圈30。在图3的(a)中，带阴影线的分段线圈30的插入部32彼此相距6槽间距，所以在标准扭转量Ts为2.5槽间距的情况下相当于第二分段线圈30B。在图3的(b)中，带阴影线的分段线圈30的插入部32彼此相距5槽间距，所以在标准扭转量Ts为2.5槽间距的情况下相当于第一分段线圈30A。由此可见，第一分段线圈30A和第二分段线圈30B也可以同时存在于跨层的分段线圈30中。

图4是示出各相的连接部的图。在本实施方式中，在任一相中，最内周及最外周的层的端部都具有第二分段线圈30B。并且，最内周的第二分段线圈30B彼此通过连接构件C连接而构成中性线。在图4中，用标号30B-U表示U相的最内周的第二分段线圈30B，用标号30B-V表示V相的最内周的第二分段线圈30B，用标号30B-W表示W相的最内周的第二分段线圈30B。

图5是示出第一分段线圈30A与第二分段线圈30B的关系的图。图5所示的分段线圈30大部分都是第一分段线圈30A，仅大致中央所示的1个是第二分段线圈30B。图5所示的所有分段线圈30的插入部32都被插入到定子芯20中。从定子芯20的端面到第二弯曲部35的距离Y在第一分段线圈30A和第二分段线圈30B中是相同的。换言之，分段线圈30插入到定子芯20中的状态下的、从第一弯曲部34到第二弯曲部35的定子芯20的中心轴方向的距离在第一分段线圈30A和第二分段线圈30B中是相同的。

另外，如前所述，第二分段线圈30B的扭转量T比第一分段线圈30A长。因此，第二分段线圈30B的倾斜部长度33L比第一分段线圈30A的倾斜部长度33L长。并且，如图4所示，关于从第二弯曲部35到连接部31的距离，第二分段线圈30B比第一分段线圈30A长。

图6是示出分段线圈30的成型方法的图。分段线圈30是使用拧转夹具J，按照图6的(a)～图6的(e)所示的顺序制作的。拧转夹具J是在分别与第一分段线圈30A及第二分段线圈30B对应的位置上设置有凹陷的圆筒形的夹具。关于凹陷的深度，与第二分段线圈30B对应的位置比与第一分段线圈30A对应的位置深。

在图6中，在图示上方形成有2个第二分段线圈30B，在图示上部的其他部分以及全部的下部形成有第一分段线圈30A。另外，以下将通过被成型而成为第一分段线圈30A的棒状的第一分段线圈30A称为“棒状第一分段线圈”130A。同样地，将通过被成型而成为第二分段线圈30B的棒状的第二分段线圈30B称为“棒状第二分段线圈”130B。

首先，在插入步骤中，将棒状的分段线圈30插入到定子芯20中。图6的(a)示出插入步骤完成的状态。棒状第二分段线圈130B比棒状第一分段线圈130A长。在接下来的初次位置调整步骤中，使图示上部的拧转夹具向图6的(a)中标号F1所示的方向移动。具体而言，在初次位置调整步骤中，使拧转夹具J从定子芯20的轴向远方接近定子芯20的端面，将拧转夹具J调整到使得仅棒状第二分段线圈130B的顶端插入到拧转夹具J的凹陷中的位置。图6的(b)示出初次位置调整步骤完成的状态。

在接下来的初次扭转步骤中，如图6的(b)中标号F2所示，通过使定子芯20与拧转夹具J的相对位置在圆周方向上错开、即扭转规定量，来使棒状第二分段线圈130B稍微变形。图6的(c)示出初次扭转步骤完成的状态。在接下来的最终位置调整步骤中，如图6的(b)中标号F3及标号F4所示，使拧转夹具J从定子芯20的轴向远方接近定子芯20的端面，将拧转夹具J调整到使得不仅是棒状第二分段线圈130B的顶端，棒状第一分段线圈130A的顶端也插入到拧转夹具J的凹陷中的位置。图6的(d)示出最终位置调整步骤完成的状态。

在最后的最终扭转步骤中，如图6的(d)中标号F5及标号F6所示，使定子芯20与拧转夹具J的相对位置在圆周方向上错开、即扭转规定量。由此，使棒状第一分段线圈130A和棒状第二分段线圈130B变形，形成第一分段线圈30A和第二分段线圈30B。通过以上的处理，形成分段线圈30。

根据上述的第一实施方式，能够得到以下的作用效果。

(1)定子100用于旋转电机。定子100具备形成有多个槽21的圆筒形的定子芯20和沿定子芯20的径向分层地插入到槽21中的多个分段线圈30。在定子芯20的一端，分段线圈30在与另一分段线圈30连接的连接部31和配置在定子芯20的内部的插入部32之间，形成有朝向定子芯20弯曲的第一弯曲部34、形成在最靠近连接部31的一侧的作为弯曲的部位的第二弯曲部35、以及第一弯曲部34与第二弯曲部35之间的倾斜部33。定子100包含位于层中的规定层的第一分段线圈30A和位于与第一分段线圈30A相同的层的第二分段线圈30B。如图5所示，第二分段线圈30B中从定子芯20的端面到第二弯曲部35的距离是与第一分段线圈30A中从定子芯20的端面到第二弯曲部35的距离相同的Y。第二分段线圈30B中的倾斜部33的长度与第一分段线圈30A中的倾斜部33的长度不同。因此，能够以一个工序制造扭转量T不同的多个分段线圈30，从而能够提高生产率。

(2)第二分段线圈30B的倾斜部33形成得比第一分段线圈30A的倾斜部33长。第二分段线圈30B中第二弯曲部35与连接部31之间的长度形成得比第一分段线圈中第二弯曲部与连接部之间的长度长。因此，不需要仅以第二分段线圈30B的顶端部分为对象的加工，仅用1个拧转夹具J就能够实现分段线圈30的成型。

(3)第一分段线圈30A与配置于相邻的层的分段线圈30连接。第二分段线圈30B经由连接构件C与另一分段线圈30连接，由此构成中性线。因此，由于能够根据所连接的中性线的形状而调整第二分段线圈30B的连接部31的位置，所以中性线的形状的设计自由度增加。

(4)第一分段线圈30A和第二分段线圈30B所属的层是定子100的最内周的层和最外周的层中的至少一方的层。因此，由于连接部31位于最内周或最外周，所以空间有富余，连接部31的焊接变得容易，能够将线圈端部抑制得较低。

(5)第二分段线圈30B的根数比第一分段线圈30A少。第二分段线圈30B的第二弯曲部35与连接部31之间的长度比第一分段线圈30A的第二弯曲部35与连接部31之间的长度长地形成。因此，先将第二分段线圈30B先插入拧转夹具J的分段线圈30的根数少，生产率得以提高。假设在第二分段线圈30B的根数比第一分段线圈30A多的情况下，则会在初次位置调整步骤中将一半以上的分段线圈30的端部插入到拧转夹具J的槽中，所以选定较繁杂且效率差。

(6)定子100的制造方法包含以下的第一工序～第四工序。第一工序是前述的插入步骤，是将第一分段线圈30A以及与第一分段线圈30A相比定子芯20的轴向长度形成得较长的第二分段线圈30B插入到槽21中的工序。第二工序是前述的初次位置调整步骤，是使拧转夹具J与第二分段线圈30B接触的工序。第三工序是前述的初次扭转步骤，是通过使拧转夹具J沿定子芯20的周向移动，从而使第二分段线圈30B沿定子芯20的周向倾斜的工序。第四工序是前述的最终位置调整步骤，是通过使拧转夹具J沿定子芯20的轴向移动，从而使得除了第二分段线圈30B之外、第一分段线圈30A也与拧转夹具J接触的工序。第四工序是前述的最终扭转步骤，是通过使拧转夹具J沿定子芯20的周向移动，从而使第一分段线圈30A和第二分段线圈30B沿周向倾斜的工序。因此，通过适当移动拧转夹具J，能够以一个工序形成分段线圈30。

(变形例1)

在上述实施方式中，相比于第一分段线圈30A，第二分段线圈30B的倾斜部长度33L较长，且从第二弯曲部35到连接部31的距离较长。但也可以是，相比于第一分段线圈30A，第二分段线圈30B的倾斜部长度33L较短，且从第二弯曲部35到连接部31的距离较短。

(变形例2)

也可以对棒状第二分段线圈130B的顶端预先实施弯曲加工后插入到槽21中，不经过初次位置调整步骤和初次扭转步骤而执行最终位置调整步骤和最终扭转步骤。

(变形例3)

在上述实施方式中，例示了第一分段线圈30A的扭转量T即标准扭转量Ts为2.5槽间距、第二分段线圈30B的扭转量T即过度扭转量Tt为3.0槽间距的情况。由于连接2个第一分段线圈30A从而从某一个槽21出入另一个槽21，因此标准扭转量Ts就成为0.5槽间距的倍数。但是，对于过度扭转量Tt来说，尤其在设置于端部的情况下，由于仅一端插入到槽21中，因此也可以不是0.5槽间距的倍数。

-第二实施方式-

参照图7，说明旋转电机定子以及旋转电机定子的制造方法的第二实施方式。在以下的说明中，对与第一实施方式相同的构成要素标注相同的标号，主要说明不同点。没有特别说明的点与第一实施方式相同。在本实施方式中，主要在还追加了一个分段线圈的形状的变型这一点上与第一实施方式不同。

图7是示出第二实施方式的分段线圈30的图。在本实施方式中，分段线圈30中包含第三分段线圈30C。第三分段线圈30C的扭转量T及倾斜部33的长度比第二分段线圈30B长。即，扭转量T和倾斜部长度33L按照第一分段线圈30A、第二分段线圈30B、第三分段线圈30C的顺序变长。第一分段线圈30A、第二分段线圈30B以及第三分段线圈30C中，从定子芯20的端面到第二弯曲部35的距离都相同。如图7所示，第二分段线圈30B配置在第一分段线圈30A与第三分段线圈30C之间。

(制造方法)

以下，将通过被成型而成为第三分段线圈30C的棒状的第三分段线圈30C称为“棒状第三分段线圈”130C。棒状第三分段线圈130C比棒状第二分段线圈130B短，比棒状第一分段线圈130A长。以下主要说明与第一实施方式的制造方法的不同点。本实施方式的分段线圈30的制造方法在以下点上与第一实施方式大不相同，即：在初次扭转步骤与最终位置调整步骤之间包含第二次位置调整步骤和第二次扭转步骤。

本实施方式中使用的拧转夹具J2是在分别与第一分段线圈30A、第二分段线圈30B及第三分段线圈30C对应的位置上设置有凹陷的圆筒形的夹具。关于拧转夹具J2的凹陷的深度，如图7所示，与第三分段线圈30C对应的位置比与第一分段线圈30A对应的位置深，与第二分段线圈30B对应的位置最深。

首先，在插入步骤中，将所有的棒状的分段线圈30插入到定子芯20中。此时插入的棒状的分段线圈30中包含棒状第三分段线圈130C，这一点与第一实施方式不同。初次位置调整步骤和初次扭转步骤与第一实施方式相同。即，在初次扭转步骤中，仅加工最长的棒状第二分段线圈130B。

在第二次位置调整步骤中，使拧转夹具J从定子芯20的轴向远方接近定子芯20的端面，将拧转夹具J调整到使得除棒状第二分段线圈130B之外、棒状第三分段线圈130C的顶端也插入到拧转夹具J的凹陷中的位置。在接下来的第二次扭转步骤中，通过使定子芯20与拧转夹具J的相对位置在圆周方向上错开、即扭转规定量，来使棒状第二分段线圈130B及棒状第三分段线圈130C变形。

接下来的最终位置调整步骤与第一实施方式同样地，使拧转夹具J从定子芯20的轴向远方接近定子芯20的端面，将拧转夹具J调整到使得所有棒状的分段线圈30的顶端都插入到拧转夹具J的凹陷中的位置。最后的最终扭转步骤也与第一实施方式同样地，通过使定子芯20与拧转夹具J的相对位置在圆周方向上错开、即扭转规定量，来对所有的分段线圈30的形状进行加工。

根据上述的第二实施方式，能够得到以下的作用效果。

(7)具备第三分段线圈30C，该第三分段线圈30C具有比第二分段线圈20B中的倾斜部33长的倾斜部33。在规定的层中，第二分段线圈30B配置在第一分段线圈30A与第三分段线圈30C之间。因此，即使增加分段线圈30的变型，也能够与第一实施方式同样地以1个工序成型分段线圈30。

上述的各实施方式及变形例也可以分别组合。以上说明了各种实施方式及变形例，但本发明并不限定于这些内容。在本发明的技术构思的范围内考虑的其它方式也包含在本发明的范围内。

标号说明

20：定子芯

21：槽

30：分段线圈

30A：第一分段线圈

30B：第二分段线圈

30C：第三分段线圈

130A：棒状第一分段线圈

130B：棒状第二分段线圈

130C：棒状第三分段线圈

31：连接部

32：插入部

33：倾斜部

33L：倾斜部长度

34：第一弯曲部

35：第二弯曲部

100：定子

C：连接构件

J、J2：拧转夹具。

Claims (7)

1.一种旋转电机定子，其具备形成有多个槽的圆筒形的定子芯、以及沿所述定子芯的径向分层地插入到所述槽中的多个分段线圈，所述旋转电机定子的特征在于，

在所述定子芯的一端，所述分段线圈在与另一分段线圈连接的连接部和配置在所述定子芯的内部的插入部之间形成有：

朝向所述定子芯弯曲的第一弯曲部；

形成在最靠近所述连接部的一侧的第二弯曲部；以及

所述第一弯曲部与所述第二弯曲部之间的倾斜部，

所述旋转电机定子包含：

第一分段线圈，其位于所述层中的规定层；以及

第二分段线圈，其位于与所述第一分段线圈相同的层，

所述第二分段线圈中从所述定子芯的端面到所述第二弯曲部的距离与所述第一分段线圈中从所述定子芯的端面到所述第二弯曲部的距离相同，

所述第二分段线圈中的所述倾斜部的长度与所述第一分段线圈中的所述倾斜部的长度不同。

2.根据权利要求1所述的旋转电机定子，其特征在于，

所述第二分段线圈的所述倾斜部形成得比所述第一分段线圈的所述倾斜部长，

所述第二分段线圈中所述第二弯曲部与所述连接部之间的长度形成得比所述第一分段线圈中所述第二弯曲部与所述连接部之间的长度长。

3.根据权利要求2所述的旋转电机定子，其特征在于，

所述第一分段线圈与配置于相邻的所述层的所述分段线圈连接，

所述第二分段线圈经由连接构件与另一分段线圈连接，由此构成中性线。

4.根据权利要求3所述的旋转电机定子，其特征在于，

还具备第三分段线圈，其具有比所述第二分段线圈中的所述倾斜部长的所述倾斜部，

在所述规定层中，所述第二分段线圈配置在所述第一分段线圈与所述第三分段线圈之间。

5.根据权利要求3所述的旋转电机定子，其特征在于，

所述规定层是该定子的最内周的层和最外周的层中的至少一方的层。

6.根据权利要求1所述的旋转电机定子，其特征在于，

所述第二分段线圈的根数比第一分段线圈少，

所述第二分段线圈的第二弯曲部与所述连接部之间的长度形成得比所述第一分段线圈的第二弯曲部与所述连接部之间的长度长。

7.一种旋转电机定子的制造方法，所述旋转电机定子具备形成有多个槽的定子芯、以及沿所述定子芯的径向分层地插入到所述槽中的多个分段线圈，所述旋转电机定子的制造方法的特征在于，包含：

第一工序，将第一分段线圈以及与所述第一分段线圈相比旋转电机的轴向长度形成得较长的第二分段线圈插入到所述槽中；

第二工序，使夹具与所述第二分段线圈接触；

第三工序，通过使所述夹具沿所述定子芯的周向移动，从而使所述第二分段线圈沿所述定子芯的周向倾斜；

第四工序，通过使所述夹具沿所述定子芯的轴向移动，从而使得除了所述第二分段线圈之外、所述第一分段线圈也与所述夹具接触；以及

第五工序，通过使所述夹具沿所述定子芯的周向移动，从而使所述第一分段线圈及所述第二分段线圈沿周向倾斜。