CN117044072A - 定子及定子的制造方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的第一观点的定子，具备：定子铁芯，其具有沿轴向贯通的多个槽；以及多根线圈线，其配置在槽中，线圈线的剖面形状为圆形，槽的周向两端的侧面是从径向内侧端到径向外侧端具有一定的周向宽度并沿轴向延伸的平面。根据本发明的第二观点的定子的制造方法，是具备具有沿轴向贯通的多个槽的定子铁芯的定子的制造方法，其具备：将剖面形状为圆形的线圈线卷绕成环状而形成线圈的工序；以及将线圈插入槽中的工序，槽的周向两端的侧面是从径向内侧端到径向外侧端具有一定的周向宽度并沿轴向延伸的平面。

Description

定子及定子的制造方法

技术领域

本发明涉及定子及定子的制造方法。

背景技术

以往，已知有具备具有齿的定子铁芯和配置在齿间的槽中的线圈线的定子。作为这样的定子，例如在日本特开2001-298917号公报(专利文献1)中公开了使齿部沿周向弯曲并将线圈线卷绕在齿部的结构。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2001-298917号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述专利文献1中，公开了在槽内抑制线圈线的死区，使占空系数提高的内容。本发明人从与上述专利文献1不同的观点出发，以提高占空系数为课题。

本发明的目的在于提供一种提高占空系数的定子及定子的制造方法。

用于解决课题的手段

根据本发明的第一观点的定子，具备：定子铁芯，其具有沿轴向贯通的多个槽；以及多根线圈线，其配置在槽中，线圈线的剖面形状为圆形，槽的周向两端的侧面是从径向内侧端到径向外侧端具有一定的周向宽度并沿轴向延伸的平面。

根据本发明的第二观点的定子的制造方法，是具备具有沿轴向贯通的多个槽的定子铁芯的定子的制造方法，其具备：将剖面形状为圆形的线圈线卷绕成环状而形成线圈的工序；以及将线圈插入槽中的工序，槽的周向两端的侧面是从径向内侧端到径向外侧端具有一定的周向宽度并沿轴向延伸的平面。

发明的效果

本发明能够提供提高占空系数的定子及定子的制造方法。

附图说明

图1是实施方式的定子的与轴向垂直的剖面的示意图。

图2是图1的放大图。

图3是在实施方式的槽中插入扁平线后的放大图。

图4是示出实施方式的定子的制造方法的流程图。

图5示出变形例1的定子，是与图2对应的示意图。

图6示出变形例2的定子，是与图2对应的示意图。

图7示出变形例2的定子，是图6的放大图。

图8示出变形例3的定子，是与图7对应的放大图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。另外，在以下的附图中，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复其说明。

另外，在以下的说明中，将定子1的中心轴延伸的方向、即槽24的贯通方向设为“轴向”。将沿轴向的一侧设为下(后)侧，将另一侧设为上(前)侧。上下(前后)方向是为了确定位置关系而使用的，并不限定实际的方向。即，向下的方向不一定意味着重力方向。轴向没有特别限定，包括铅直方向、水平方向、与这些方向交叉的方向等。

另外，将与定子1的中心轴正交的方向设为“径向”。进而，将沿着以定子1的中心轴为中心的圆弧的方向设为“周向”。

另外，在以下的说明中使用的附图，为了强调特征部分，有时为了方便而将成为特征的部分放大示出。因此，各构成要素的尺寸和比例不一定与实际的尺寸和比例相同。另外，为了同样的目的，有时省略不成为特征的部分而进行图示。

(定子)

如图1及图2所示，定子1是马达的构成部件，与未图示的转子相互作用而产生旋转转矩。本实施方式的定子1被设为跨过几个槽24卷绕线圈线的分布绕组。定子1包括线圈10、定子铁芯20、楔形件30和绝缘纸40。

＜线圈＞

线圈10是将线圈线11卷绕成环状而成的。线圈线11是剖面形状为圆形的线圈线(以下也称为圆线)。

线圈10具有两个线圈边部和线圈搭接部。两个线圈边部收纳在槽24内。在图1及图2中，配置在槽24内的线圈线11是线圈10的线圈边部。图1及图2所示的线圈线11的直径全部相同。

具体而言，收纳一个线圈边部的槽24与收纳另一个线圈边部的槽24不同。收纳一个线圈边部的槽24和收纳另一个线圈边部的槽24可以如图1所示隔着其他的槽沿周向配置，也可以相邻(未图示)。

线圈搭接部连接两个线圈边部。另外，线圈搭接部配置在定子铁芯20的轴向两侧。具体而言，位于轴向上侧的线圈搭接部是连结两个线圈边部的上端部的上侧线圈端。位于轴向下侧的线圈搭接部是连结线圈边部的下端部的下侧线圈端。

＜定子铁芯＞

定子铁芯20为一体型。定子铁芯20形成为中空的圆柱形状。定子铁芯20通过重叠较薄的硅钢板而形成。定子铁芯20包括铁芯背部21、多个齿22、多个伞部23和多个槽24。

铁芯背部为环状。多个齿22从铁芯背部21沿径向延伸。另外，多个齿22在周向上配置有多个。

伞部23与齿22的径向内端部连接，并向周向两侧延伸。伞部23的周向的宽度比齿22的径向内端部的周向的宽度大。

多个槽24设置在沿周向相邻的齿22之间。另外，多个槽24沿轴向贯通。在轴向观察时，本实施方式的槽24为大致长方形。

如图2所示，槽24具有槽开口241、侧面242、径向外侧端面243、第一连接部244和第二连接部245。槽开口241位于径向内侧端部。侧面242位于周向两端。径向外侧端面243位于径向外侧端部。第一连接部244连接径向外侧端面243与侧面242。第二连接部245连接槽开口241与侧面242。在本实施方式中，由槽开口241、侧面242、径向外侧端面243、第一连接部244及第二连接部245划定槽24的外形。

槽开口241形成在径向内侧，在径向上开口。槽开口241比在槽24中收纳线圈边部的空间的周向宽度小。

侧面242位于周向两端。其中，侧面242配置有两个。侧面242是从径向内侧端到径向外侧端具有一定的周向宽度并沿轴向延伸的平面。本实施方式的侧面242由平面构成。

在图2中，两个侧面242位于槽24的周向外侧端。即，仅两个侧面242位于周向外侧端。两个侧面242的周向宽度总是一定的。

径向外侧端面243是位于径向外侧端部的面。本实施方式的径向外侧端面243是位于径向外侧端且沿轴向延伸的一个平面。另外，径向外侧端面243由平面构成。径向外侧端面243和侧面242彼此正交。

第一连接部244连接径向外侧端面243的周向两端与侧面242的径向外侧端。其中，第一连接部244配置有两个。

第一连接部244具有以线圈线11的半径与绝缘纸40的厚度之和为曲率半径的R形状。由此，能够在第一连接部244配置线圈线11，因此能够进一步提高占空系数。曲率半径优选为0.6mm左右。

第二连接部245连接槽开口241的周向两端与侧面242的径向内侧端。其中，第二连接部245配置有两个。

第二连接部245具有以线圈线11的半径与绝缘纸40的厚度之和以下为曲率半径的R形状。由此，能够在第二连接部245配置线圈线，因此能够进一步提高占空系数。另外，能够提高伞部23的强度。曲率半径优选为0.6mm以上0.7mm以下。

槽24与剖面形状为四边形的线圈线(以下也称为平角线)共用。即，构成为能够在槽中配置平角线和圆线。具体而言，在槽24中，如图2所示，能够配置圆线，并且如图3所示，能够配置平角线12。

＜楔形件＞

楔形件30配置于槽24中。在本实施方式中，楔形件30配置在配置于槽24内的线圈10与槽开口241之间。楔形件30封闭槽开口241。楔形件30使定子铁芯20与线圈10绝缘。楔形件30的轴向长度大于槽24的轴向长度。

在轴向观察时，本实施方式的楔形件30为U字形状。详细地说，包括沿周向延伸的周向部和从周向部的两端部朝向径向外侧延伸的两个径向部。周向部和径向部可以由一个部件构成，也可以连接有互不相同的部件。

＜绝缘纸＞

绝缘纸40配置在槽24中。绝缘纸40覆盖插入到槽24中的线圈10。绝缘纸40沿着在槽24中划分除径向内侧以外的空间的齿22配置。本实施方式的绝缘纸40为U字形状。详细地说，如图1所示，包括沿周向延伸的周向部和从周向部的两端部朝向径向内侧延伸的两个径向部。在图1中，绝缘纸40的开口和楔形件30的开口为彼此相反的方向。绝缘纸40的厚度没有限定，例如为0.2mm。

另外，绝缘纸40也可以具有从定子铁芯20的轴向一侧的端面突出并折回的翻边部(未图示)，绝缘纸40也可以具有从定子铁芯20的轴向另一侧的端面突出并折回的翻边部(未图示)。

＜线圈线的配置＞

如图2所示，配置在槽24内的线圈10的线圈线11形成沿径向排列的多个层X1～X5。构成层的列数没有限定，优选为4列以上6列以下，更优选为5列。在图2中，从周向左侧朝向右侧，将层设为X1～X5。

在周向上相邻的层中，构成连结线圈线11的中心的假想线V彼此的周向距离L小于线圈线11的直径的排列部。排列部是在槽24内将线圈线11层叠而成的部分。换言之，排列部配置成使三根线圈线11相互接触，从轴向观察时，三根线圈线11的中心C1、C2、C3为正三角形。由此，能够在四边形状的槽24中层叠线圈线，因此能够进一步提高占空系数。

在本实施方式中，排列部位于径向外侧。径向外侧是指比槽24的径向中心更靠外侧。在槽24的径向外侧，由于容易层叠线圈线，因此能够容易地实现提高了占空系数的定子。

在图2中，排列部位于槽24的径向外侧端面243。由此，能够在槽24的径向外侧端面243层叠线圈线，因此能够进一步提高占空系数。其中，排列部与配置在槽24的径向外侧端面243的径向内侧的绝缘纸40接触。

在本实施方式中，排列部位于径向内侧。径向内侧是指比径向中心更靠内侧。

在图2中，排列部与楔形件30接触。由此，能够在槽开口241附近层叠线圈线11，因此能够进一步提高占空系数。

另外，线圈线11与配置在第一连接部244的径向内侧的绝缘纸40接触。其中，与配置在第一连接部244的径向内侧的绝缘纸40接触的线圈线11构成排列部。

另外，线圈线11与配置在第二连接部245的径向内侧的绝缘纸40接触(未图示)。与配置在第二连接部245的径向内侧的绝缘纸40接触的线圈线11构成排列部。

在本实施方式中，与槽开口241对置的层X3与楔形件30接触，与该层X3在周向相邻的层X2、X4与配置在槽24的径向外侧端面243的绝缘纸40接触。再者，在此，与槽开口241对置的层X3是位于周向中心的层。另外，与槽开口241对置的层X3不与配置于槽24的径向外侧端面243的绝缘纸40接触。在周向与槽开口241对置的层X3相邻的层X2、X4在图2中不与楔形件30接触，但也可以与楔形件30接触。

另外，位于周向两端的层X1、X5与配置在侧面242的径向内侧的绝缘纸40接触。进而，位于周向两端的层X1、X5的位于径向最外侧的线圈线11与配置在第一连接部244的径向内侧的绝缘纸40接触。

再者，在图2中，线圈线11的整体构成排列部，但也可以是线圈线11的一部分构成排列部，且剩余部分不构成排列部。

在径向与槽开口241对置的层X3的径向宽度等于或大于位于槽24的周向端的层X1、X5的径向宽度。再者，在图2中，与槽开口241在径向对置的层X3的径向宽度比位于槽24的周向端的层X1、X5的径向宽度大。由于能够在槽24内较多地配置构成与槽开口241在径向对置的层X3的线圈线11，因此能够提高占空系数。

另外，与槽开口241在径向对置的层X3的径向宽度为与该层X3在周向相邻的层X2、X4的径向宽度以上。另外，在图2中，在径向与槽开口241对置的层X3的径向宽度与层X2、X4的径向宽度相同。

(定子的制造方法)

参照图1、图2及图4，对本实施方式的具备具有沿轴向贯通的多个槽24的定子铁芯20的定子1的制造方法进行说明。详细地说，是一种定子1的制造方法，该定子1具备一体型的定子铁芯20，该定子铁芯20包括：环状的铁芯背部21；齿22，其从铁芯背部21沿径向延伸，并且沿周向配置有多个；伞部23，其与齿22的径向内端部连接，并且向周向两侧延伸；以及槽24，其设置在沿周向相邻的齿22之间，并沿轴向贯通。

首先，如图4所示，形成定子铁芯20(步骤S10)。在该工序(S10)中，如图1及图2所示，将槽24的周向两端的侧面242形成为从径向内侧端到径向外侧端具有一定的周向宽度且沿轴向延伸的平面。

再者，在本实施方式中，在将后述的线圈10插入槽24之前，在槽24内配置绝缘纸40。

另外，如图4所示，将剖面形状为圆形的线圈线11卷绕成环状而形成线圈10(步骤S20)。在该工序(S20)中，将线圈线11卷绕成环状，形成具有收纳在槽24内的两个线圈边部和连接两个线圈边部并配置在定子铁芯20的轴向两侧的线圈搭接部的线圈10。

接着，将线圈10插入槽24中(步骤S30)。在该步骤(S30)中，例如，执行如下。

具体而言，将在工序(S20)中形成的环状的线圈10保持在配置于定子铁芯20的径向内侧的叶片上。接着，通过配置在叶片的径向内侧的线圈移动机构，使线圈10沿轴向移动。详细地说，使线圈移动机构从轴向一侧向另一侧移动。由此，将线圈10的两个线圈边部配置在槽24中，并且轴向一侧的线圈搭接部在定子铁芯20的一侧跨过槽24之间，并且另一侧的线圈搭接部在定子铁芯20的另一侧跨过槽24之间。

再者，在本实施方式的工序(S20)中，在将线圈10插入槽24时，将楔形件30与线圈10一起插入。

通过实施以上的工序(S10～S30)，能够制造图1及图2所示的定子1。

如以上说明，根据本实施方式的定子1及定子1的制造方法，通过在周向宽度一定的侧面的槽24中配置圆线，能够提高占空系数。

具体而言，本发明人为了提高圆线的占空系数而进行了专心研究，其结果是，通过在剖视时为四边形状的槽24中层叠圆线，能够将占空系数从以往的54％提高到58％。该占空系数是将117根层X1～X5为5列、直径为0.77mm的圆线以层叠方式插入槽24时的值。另外，在图2所示的剖面中，占空系数是由(线圈线11的除覆膜以外的总截面积)/(槽24的除楔形件30及绝缘纸40以外的截面积)求出的值。

这样，通过本实施方式的槽24的形状以及插入槽24中的线圈线11的配置，能够提高占空系数。

(变形例1)

在上述实施方式中，以槽24内的线圈线11整体层叠的定子为例进行了说明，但在本发明的定子中，槽24内的线圈线11的一部分也可以层叠，如图5所示，槽24内的线圈线11的全部也可以不层叠。在本变形例中，如图5所示，槽24内的线圈线11在径向和周向上排列。

详细地说，如图5所示，配置在槽24内的线圈线11形成沿径向排列的多个层X1～X4。

另外，使四根线圈线11相互接触，配置成四根线圈线11的中心C1、C2、C3、C4在轴向观察时为正方形。在周向上相邻的层中，连接线圈线11的中心的假想线V彼此的周向距离L与线圈线11的直径相同。

(变形例2)

在上述实施方式中，以径向外侧端面243为平面的结构为例进行了说明，但本发明的径向外侧端面并不限定于此。在本变形例中，如图6及图7所示，在径向外侧端面243具有第一面243a和第二面243b这一点上，与实施方式不同。

详细地说，槽24具有槽开口241、侧面242、第一面243a、第二面243b、第一连接部244、第二连接部245和第三连接部246。槽开口241、侧面242和第二连接部245与上述实施方式相同。在本变形例中，由槽开口241、侧面242、第一面243a、第二面243b、第一连接部244、第二连接部245及第三连接部246划定槽24的外形。

槽24在径向外侧端部具有通过沿轴向延伸的第一面243a和第二面243b而向径向外侧突出的凸形状。如图7所示，至少一根线圈线11a与第一面243a及第二面243b对置。这样，在槽24的径向外侧端部，以与构成向径向外侧突出的凸形状的第一面243a及第二面243b对置的方式配置至少一根线圈线11a，由此能够进一步提高占空系数。

在本实施方式中，至少一根线圈线11a与配置在凸形状的径向内侧的绝缘纸40接触。

线圈线11沿着凸形状排列。其中，3根线圈线11沿着第一面243a排列，并且3根线圈线11沿着第二面243b排列。

在本变形例中，将线圈线11层叠而成的排列部与第一面243a及第二面243b对置。即，与第一面243a和第二面243b对置的线圈线11a构成排列部。其中，与第三连接部246对应的层构成排列部。

第一面243a及第二面243b可以是曲面，但在本变形例中是平面。需要说明的是，在第一面243a及第二面243b为曲面的情况下，可以是朝向槽24的内侧弯曲的曲面，也可以是朝向槽24的外侧弯曲的曲面。

第一面243a与第二面243b所成的角度θ1优选为110度以上且150度以下，最优选为120度。角度θ1是第一面243a的延伸方向与第二面243b的延伸方向交叉的角度。

第一面243a与侧面242所成的角度θ2以及第二面243b与侧面242所成的角度θ3优选为110度以上150度以下，最优选为120度。角度θ2是第一面243a的延伸方向与侧面242的延伸方向交叉的角度。角度θ3是第二面243b的延伸方向与侧面242的延伸方向交叉的角度。

第一连接部244将第一面243a及第二面243b与侧面242连接。第一连接部244具有以线圈线11的半径与绝缘纸40的厚度之和为曲率半径的R形状。

第三连接部246连接第一面243a和第二面243b。即，第三连接部246是连结第一面243a和第二面243b的连结部分。第三连接部246具有R形状。在图7中，第三连接部246的径向位置与线圈线11a的径向位置相同。

在本变形例中，与假想线V正交的水平线W与第一面243a所成的角度θ4优选为15度以上35度以下，最优选为30度。与假想线V正交的水平线W与第二面243b所成的角度θ5优选为15度以上35度以下，最优选为30度。角度θ4是第一面243a的延伸方向与水平线W的延伸方向交叉的角度。角度θ5是第二面243b的延伸方向与水平线W的延伸方向交叉的角度。

根据本变形例，能够以在槽24的径向外侧端部包含与构成向径向外侧突出的凸形状的第一面243a及第二面243b对置的线圈线11a的方式构成排列部。由此，通过将线圈线11a作为层叠的起点，能够容易地形成排列部。这样，在本变形例中，通过将槽24的径向外侧端部形成为凸形状，能够从径向外侧限制线圈线11的配置。因此，能够进一步提高占空系数。

(变形例3)

在上述变形例2中，凸形状的径向外侧端位于周向的中心，但并不限定于此。如图8所示，在本变形例中，凸形状的径向外侧端从周向的中心向周向的一侧(图8中为右侧)偏移。

在本变形例中，沿径向排列的层的列为4列。另外，沿着第一面243a排列3根线圈线11，并且沿着第二面243b排列2根线圈线11。

(变形例4)

在上述实施方式中，如图1所示，插入线圈的两个槽24为夹着四个槽24的一个槽24和另一个槽24，但并不限定于此。

(变形例5)

在上述实施方式中，以在两个槽24中插入一个线圈10的方法为例进行了说明。也可以在四个以上的槽24中同时插入多个线圈10。

本次公开的实施方式和变形例在所有方面都是示例，不应认为是限制性的。本发明的范围并不是由上述实施方式及变形例而是由权利要求书所示出的，意在包含与权利要求书等同的意思及范围内的所有变更。

符号说明

1：定子；10：线圈；11、11a：线圈线；12：平角线；20：定子铁芯；24：槽；30：楔形件；40：绝缘纸；241：槽开口；242：侧面；243：径向外侧端面；243a：第一面；243b：第二面；244：第一连接部；245：第二连接部；246：第三连接部(连结部分)；C1、C2、C3、C4：中心；L：周向距离；V：假想线；X1、X2、X3、X4、X5：层；θ1、θ2、θ3：角度。

Claims (12)

1.一种定子，其特征在于，具备：

定子铁芯，其具有沿轴向贯通的多个槽；以及

配置在所述槽中的多根线圈线，

所述线圈线的剖面形状为圆形，

所述槽的周向两端的侧面是从径向内侧端到径向外侧端具有一定的周向宽度并沿轴向延伸的平面。

2.根据权利要求1所述的定子，其特征在于，

所述线圈线形成沿径向排列的多个层，并在沿周向相邻的所述层中，构成连结所述线圈线的中心的假想线彼此的周向距离小于所述线圈线的直径的排列部。

3.根据权利要求2所述的定子，其特征在于，

所述排列部位于径向外侧。

4.根据权利要求3所述的定子，其特征在于，

所述排列部位于所述槽的径向外侧端面。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的定子，其特征在于，

在所述槽的径向内侧形成有沿径向开口的槽开口，

与所述槽开口在径向对置的所述层的径向宽度为位于所述槽的周向端的所述层的径向宽度以上。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的定子，其特征在于，

在所述槽的径向内侧形成有沿径向开口的槽开口，

还具备楔形件，所述楔形件配置在所述槽中并配置在所述槽开口与所述线圈线之间，

所述排列部与所述楔形件接触。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的定子，其特征在于，

所述槽在径向外侧端部具有通过沿轴向延伸的第一面和第二面而向径向外侧突出的凸形状。

8.根据权利要求7所述的定子，其特征在于，

所述第一面与所述第二面所成的角度为110度以上且150度以下。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的定子，其特征在于，

还具备配置在所述槽中的绝缘纸，

所述槽还具有连接径向外侧端面与所述侧面的第一连接部，

所述第一连接部具有以所述线圈线的半径与所述绝缘纸的厚度之和为曲率半径的R形状。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的定子，其特征在于，

还具备配置在所述槽中的绝缘纸，

在所述槽的径向内侧形成有沿径向开口的槽开口，

所述槽还具有连接所述槽开口与所述侧面的第二连接部，

所述第二连接部具有以所述线圈线的半径与所述绝缘纸的厚度之和以下为曲率半径的R形状。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的定子，其特征在于，

所述定子铁芯为一体型，所述线圈线为分布绕组。

12.一种定子的制造方法，该定子具备具有沿轴向贯通的多个槽的定子铁芯，其特征在于，所述定子的制造方法包括：

将剖面形状为圆形的线圈线卷绕成环状而形成线圈的工序；以及

将所述线圈插入到所述槽中的工序，

所述槽的周向两端的侧面是从径向内侧端到径向外侧端具有一定的周向宽度并沿轴向延伸的平面。