CN1521916A - 旋转电机的电枢、旋转电机、及电枢的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种旋转电机的电枢，卷绕在圆周方向相邻的一对凸极(13、13)中一方上的线圈绕组(14)的一部分形成从两者间边界线(X)伸出的凸状部(14a)，卷绕在另一方凸极(13)上的线圈绕组(14)的一部分形成从边界线(X)凹陷的凹状部(14b)，以避免与一方凸极(13)的线圈绕组(14)的凸状部(14a)相互干扰，由此可在以前不超越边界线(X)地卷绕时产生的空间内卷绕在圆周方向上相邻的凸极(13、13)上的线圈绕组(14、14)，从而能进一步提高分割铁心(1)的线圈绕组(14)的占空系数。
Description
技术领域
本发明涉及通过将多个分割铁心进行组合而将多个凸极在圆周方向排列的旋转电机的电枢、使用该电枢的旋转电机、及旋转电机的电枢的制造方法。
背景技术
以往，对于在马达等旋转电机中使用的电枢，有各种将电机铁心做成分割铁心结构的提案。分割铁心结构是以提高绕组的占空系数以降低铜损等、且提高旋转特性及小型化为目的的，例如图9所示，电枢铁心1的整体由沿着圆周方向分割成多个的分割铁心2的环状集合体构成，在将这多个分割铁心2进行固定时，将配置在各分割铁心2的外周侧的各圆弧状铁心片3沿圆周方向对接，再利用未图示的螺钉等固定在框架侧(参照特开平9-322439号公报和特开2001-25186号公报)。
在对这种分割铁心结构的电枢施以线圈绕组4的场合，是在上述各分割铁心2上分别独立地制造铁心绕组。比如，在各分割铁心2上形成树脂制绝缘层后，如图10所示，在设置于各分割铁心2上的凸极的臂部5上分别集中卷绕线圈绕组4。采用这种分割铁心结构的电枢，能卷绕更多匝数的更粗的线圈，能容易地提高线圈绕组的所谓占空系数。
另外，卷绕线圈绕组4时，也有的是事先使多个分割线圈2展开成为直线排列的状态，由此将各凸极的臂部5之间的间隙打开放大，在此状态上将线圈绕组4分别卷绕在上述各凸极的臂部5上(参照特开平10-136589号公报)。
但是，在由这种分割铁心结构构成的传统的电枢中，线圈绕组4的占空系数还不够高。即，一般具有分割铁心结构的电枢在组装多个分割铁心2时，需要避免圆周方向相邻的分割铁心2、2之间的相互干扰，而上述传统的分割铁心结构的电枢为了确保分割铁心2的组装性，如图11所示，要使所有的分割铁心2的线圈绕组4都不越过与相邻的分割铁心2的线圈绕组4之间的边界线X。即，采用传统的分割铁心结构时，所有的线圈绕组4的都卷绕成从上述边界线X凹陷的凹状。
但是，如果为了不超越与其他线圈绕组4之间的边界线X而将所有的线圈绕组4都卷绕成凹陷的凹状，则相邻的分割线圈2、2的线圈绕组4、4之间会形成无用空间，这样就导致目前的线圈绕组的占空系数不充分，扭矩常数等特性方面还有改善的余地。
发明内容
为此本发明的目的在于提供一种能进一步提高分割铁心结构中的线圈绕组的占空系数的旋转电机的电枢、使用了该电枢的旋转电机、以及旋转电机的电枢的制造方法。
为了达到上述目的，本发明的旋转电机的电枢在凸极的臂部从铁心中心形成大致相等的中心角θ并放射状地延伸的分割铁心中，圆周方向相邻的一对凸极以两个周端位置上的径向线为边界线而配置在其两侧，前述两个周端位置是从该凸极的臂部的中心线起向着圆周方向两侧各转动中心角θ的1/2后到达的位置，卷绕在上述一对凸极中一方凸极上的线圈绕组的一部分形成越过上述边界线而朝另一凸极伸出的凸状部，卷绕在前述另一凸极上的线圈绕组的一部分为了不与前述一方凸极的线圈绕组的凸状相互干扰而形成从所述边界线凹陷的凹状部。
采用如此结构的旋转电机的电枢，在圆周方向相邻的凸极上卷绕的线圈绕组可以在以前不超越边界线地进行卷绕时产生的空间内进行卷绕，因此线圈绕组的占空系数提高。
另外，上述发明中，所述分割铁心可做成按每个凸极沿圆周方向分割的结构。采用如此结构的旋转电机的电枢，可对各分割铁心上设置的各个凸极分别卷绕线圈绕组，可提高卷绕作业的效率。
上述分割铁心可以是由磁性板在厚度方向层叠而成的层叠铁心构成，同时边界线沿着圆周方向相邻的一对分割铁心之间的接合面延伸。采用如此结构的旋转电机的电枢，圆周方向相邻的分割铁心之间的边界线更加明确，其结果，能容易、正确地进行线圈绕组的卷绕作业。
另外，上述旋转电机的电枢可以将所述线圈绕组做成在圆周方向上相邻的分割铁心具有交替不同的两种卷绕形状。采用如此结构的电枢，线圈绕组的卷绕形状只要两种即可，能容易地进行线圈绕组的制造或管理。
所述线圈绕组可在所有的分割铁心上设定同样的卷绕数。这样，不管线圈绕组的卷绕形状如何，都能很好地维持激磁平衡，同时使卷绕作业变得容易。
本发明的线圈绕组，可对圆周方向相邻的各分割铁心设定交替不同的卷绕数。采用如此结构的旋转电机的电枢，只要是在允许的特性范围内，就可根据分割铁心之间的空间形状进行卷绕线圈绕组，可进一步提高占空系数。
另一方面，本发明可以是具有上述各电枢的旋转电机。采用如此结构的旋转电机，同样能得到上述电枢带来的良好的作用。
另外，本发明的旋转电机的电枢的制造方法是在凸极的臂部从铁心中心形成大致相等的中心角θ并放射状地延伸的分割铁心上，以从该凸极的臂部的中心线朝圆周方向两侧各转动前述中心角θ的1/2后到达的两个位置上的径向线为边界线，将圆周方向相邻的一对凸极配置在其两侧，其特点是，使卷绕在上述一对凸极中一方凸极上的线圈绕组的一部分形成越过上述边界线而朝另一方凸极伸出的凸状部，同时为了避免与前述一方凸极上的线圈绕组的凸状相互干扰，使卷绕在前述另一方凸极上的线圈绕组的一部分形成从所述边界线凹陷的凹状部。
采用上述旋转电机的电枢制造方法，在圆周方向相邻的凸极上卷绕的线圈绕组可以在以前不超越边界线地进行卷绕时产生的空间内进行卷绕，因此线圈绕组的占空系数提高。
如上所述，采用本发明的旋转电机的电枢，使卷绕在圆周方向上相邻的一对凸极中一方凸极上的线圈绕组的一部分形成朝另一方伸出的凸状部，同时为了避免与前述一方凸极上的线圈绕组的凸状相互干扰而使卷绕在另一方凸极上的线圈绕组的一部分形成凹陷的凹状部，因而可进一步提高线圈绕组的占空系数，既能避免旋转电机大型化，又能可靠地改善扭矩常数等特性。
另外，采用本发明的上述旋转电机的电枢的制造方法，使卷绕在圆周方向上相邻的一对凸极中一方凸极上的线圈绕组的一部分形成朝另一方伸出的凸状部，同时为了避免与前述一方凸极上的线圈绕组的凸状相互干扰而使卷绕在另一方凸极上的线圈绕组的一部分形成凹陷的凹状部，因而可进一步提高线圈绕组的占空系数，既能避免旋转电机大型化，又能可靠地改善扭矩常数等特性。
附图说明
图1是表示本发明一实施例的内转子型电机的电枢的俯视说明图。
图2是将构成图1所示电枢的一对分割铁心之间的接合部分放大表示的俯视说明图。
图3是表示构成图1所示电枢的两种分割铁心的分解说明图。
图4是表示本发明其他实施例的内转子型电机的电枢的俯视说明图。
图5是表示构成图4所示电枢的两种分割铁心的分解说明图。
图6是将图4及图5所示分割铁心的肋状臂部与齿状集磁部的接合部分放大表示的俯视说明图。
图7是将构成本发明又一实施例的电枢的一对分割铁心之间的接合部分放大表示的俯视说明图。
图8是将构成本发明再一实施例的电枢的一对分割铁心之间的接合部分放大表示的俯视说明图。
图9是表示一般内转子型电机的电枢的俯视说明图。
图10是表示构成图9所示电枢的分割铁心的分解说明图。
图11是将构成图9所示电枢的一对分割铁心之间的接合部分放大表示的俯视说明图表示。
具体实施方式
以下，参照附图对将本发明应用于电机的电枢的实施例进行详细说明。
图1所示的内转子型电机用电枢10是将分割成各极的6块分割铁心11组合成圆环状，上述各分割铁心11分别由磁性板在厚度方向层叠而成。各分割铁心11包括：由圆环状的环状铁心沿圆周方向分割成6块后形成的圆弧状铁心片12、从各圆弧状铁心片12向铁心中心呈放射凸出的6块凸极13。
其中，上述各圆弧状铁心片12上的圆周方向两端面分别形成在径向延伸的接合面12a、12a上，与设置在圆周方向相邻的其他圆弧状铁心片12上的接合面12a、12a在圆周方向相互紧密对接。
另一方面，在上述各凸极13上设置从上述各圆弧状铁心片12的径向内周面上的大致中央部分呈放射状延伸的肋状臂部13a。即，将上述6块分割铁心11组合成圆环状时，各肋状臂部13a沿着中心线C延伸，而中心线C则从铁心中心O构成大致相等的中心角θ而呈放射状延伸，在各肋状臂部13a朝上述铁心中心O凸出的内端部分，分别形成从该肋状臂部13a向圆周方向两侧伸出的齿状集磁部13b。各齿状集磁部13b的径向内周面形成大致圆弧状，靠近未图示的转子部的外周表面。
另外，在上述各凸极13的肋状臂部13a上粘附有适宜的绝缘构件，线圈绕组14隔着该绝缘构件，通过集中卷绕，卷绕成数层整齐排列的状态。
在这样的6块分割铁心11中，圆周方向相邻的一对分割铁心11、11之间假设存在着涉及到配置区域的边界线X，而本实施例的各边界线X则在沿着形成于各圆弧状铁心片12的圆周方向两端面上的接合面12a、12a的位置上沿半径方向延伸。即，各边界线X分别在从各凸极13的臂部13a的中心线C各向圆周方向两侧转动相等角度后到达的两周端位置上延伸，此时的转动角度设定为上述臂部13a的中心线C之间的中心角θ的1/2(＝θ/2)。
设置在圆周方向相邻的一对分割铁心11、11中一方上的线圈绕组14如图2所示，其径向外侧的一部分形成越过上述边界线X而朝另一方分割铁心11侧伸出的凸状部14a。另一方面，卷绕在与该一方分割铁心11相邻的另一方分割铁心11上的绕线14的径向外侧的一部分则为了避免与卷绕在上述一方分割铁心11上的线圈绕组14上的凸状部14a相互干扰而形成从上述边界线X凹陷的凹状部14b。另外，在径向外侧的一部分形成凹状部14b的线圈绕组14的内周侧，形成越过上述边界线X而朝另一方分割铁心11伸出的凸状部14a。与此相反，在径向外侧的一部分形成凸状部14a的线圈绕组14的内周侧，为了避免与对方的凸状部14a相互干扰而形成从上述边界线X凹陷的凹状部14b。
即，本实施例的分割铁心11有两种：凸状部14a在内周侧而凹状部14b在外周侧的图3(a)所示的分割铁心11、凸状部14a在外周侧而凹状部14b在内周侧的图3(b)所示的分割铁心11。上述两种卷绕形状互不相同的线圈绕组14沿圆周方向每3个一组交替配置，且这两种分割铁心中的一方线圈绕组14的凸状部14a与另一方线圈绕组14的凹状部14b将相邻的一对分割铁心11、11之间的间隙实际上毫无浪费地填满成，由此，可提高线圈绕组14的占空系数。
另外，本实施例的上述两种线圈绕组14设定为相互具有同一的卷绕数，各个分割铁心11中都使用譬如卷绕45匝的线圈绕组14。即，通过采用同样卷绕数的结构，尽管线圈绕组14的卷绕形状互不相同，仍能很好地维持激磁平衡，同时使卷绕作业变得容易。
不过，只在是在允许的特性范围内，各相邻分割铁心11上的线圈绕组14的卷绕数也可设定为不同。通过设定不同的卷绕数，能对应分割线圈11之间的空间形状将线圈绕组14更密地进行卷绕，能进一步提高占空系数。
如上所述，本实施例的在圆周方向相邻的分割铁心11、11的各线圈绕组14可在以前用不超越边界线X的方式卷绕时产生的空间内进行卷绕，使线圈绕组14的占空系数相应地得到提高，既可避免旋转电机的大型化，又能可靠地改善扭矩常数等特性。
此时，本实施例中圆周方向相邻的分割铁心11、11之间的边界线X沿着这些分割铁心11、11之间的接合面12a延伸，因而使圆周方向相邻的分割铁心11、11之间的边界线更加明确，由此，能容易、正确地进行线圈绕组14的卷绕作业。
而且本实施例的线圈绕组14具有在圆周方向相邻的各分割铁心11、11交替不同的两种卷绕形状，因而线圈绕组14的卷绕形状只要两种即可，能容易地进行线圈绕组14的制造或管理。
图4中凡与上述实施例对应的结构物使用同一符号表示，该实施例是具有两种不同线圈绕组24的卷绕形状的分割铁心沿圆周方向交替配置。由这两种不同线圈绕组24的卷绕形状形成：凸状部24a在内周侧而凹状部24b在外周侧的图5(a)所示的分割铁心11、凸状部24a在外周侧而凹状部24b在内周侧的图5(b)所示的分割铁11。图5(a)、(b)所示的两种铁心中一方线圈绕组24的凸状部24a与另一方线圈绕组24的凹状部24b将相邻的一对分割铁心11、11之间的间隙实际上毫无浪费地填满，由此，可提高线圈绕组24的占空系数。
本实施例中，上述线圈绕组24的各卷绕层、即卷绕在各凸极13的肋状臂部13a上的线圈绕组24的总层数设定为“偶数”，图5(a)所示的线圈绕组24的总层数设定为6层，图5(b)所示的线圈绕组24的总层数设定为8层。通过采用“偶数”层的结构，可将线圈绕组24的卷绕开始端和卷绕结束端都设在肋状臂部13a的长度方向(径向)上的同一端部，使线圈绕组24的卷绕处理可在同一处进行，能确保容易、可靠的卷绕作业。
另外，本实施例中，上述线圈绕组24的各卷绕层上的匝数(卷绕数)在包括第1层的奇数层上为(N-1)匝，在包括第2层的偶数层上则为减去1的N匝，通过如此设定，整个卷绕层的范围内都不会产生无用空间。
而且，此时直接卷绕在凸极13的肋状臂部13a上的线圈绕组24的第1层的卷绕层为(N-1)匝，在上述肋状臂部13a的长度方向(径向)的两端部分、即在上述圆弧状铁心片12及齿状集磁部13b的各接合部，形成相当于减去1匝的间隙。而且，如图6所示，利用这些间隙，在上述各接合部分分别形成弯曲面状的R部R1、R2，通过这种弯曲面状的R部R1、R2来扩大磁通在上述各接合部分的通过面积，使旋转驱动特性相应地得到提高。
本实施例在上述线圈绕组24的各卷绕层中，前半部分的卷绕层(本实施例是第1层至第4层)夹在上述圆弧状铁心片12与齿状集磁部13b间的径向相对面之间。而且上述线圈绕组24的前半部分卷绕层的最终层(本实施例中为第4层)分别配置在齿状集磁部13b在圆周方向的两周端位置13c、13c上，该齿状集磁部13b在圆周方向的两周端位置13c、13c的前端部分形成没有R部(弯曲部)的锐角状突起。由此使上述线圈绕组24上的前半部分卷绕层的最终层(本实施例中为第4层)被上述齿状集磁部13b的两周端位置13c、13c的前端角部很好地保持，可防止线圈绕组24的散落。
本实施例如上所述，针对线圈绕组24的各卷绕层中的偶数层卷绕更多的匝数(N匝)，并在上述齿状集磁部13b的两周端位置13c、13c的前端角部保持线圈绕组24的各卷绕层中的第偶数层，因此能通过上述齿状集磁部13b可靠地保持线圈绕组24。
在图7及图8中，凡与上述实施例对应的结构物用同一符号表示，在该实施例中，线圈绕组34及线圈绕组44的各截面形状分别形成六角形(参照图7)及四角形(参照图8)。上述各实施例中的线圈绕组34及线圈绕组44之间的紧密性比圆形截面的场合高，由此可提高线圈绕组的占空系数，同时线圈绕组不会散架。
以上用实施例对本发明作了具体的说明，但本发明并不局限于上述实施例，可在不脱离其宗旨的范围内进行各种变形。
比如，上述实施例将线圈绕组14的卷绕形状设定为两种，但也可采用3种以上的卷绕形状。
另外，各分割铁心的铁心形状为各圆弧状铁心片12的内周面成为1个平坦面，但为了增大绕组空间，也将各圆弧状铁心片12的内周面做成外周侧具有凹面。
而且，上述实施例中，在各圆弧状铁心片12的圆周方向两端面形成的接合面12a、12a是在径向延伸的单一的平坦面，但如果在径向延伸的单一的平坦面的一方侧形成山形凸部，在另一方侧形成与上述山形凸部嵌合的山形凹部，则可使各分割铁心的定位、装入变得非常容易。
另外，上述实施例中的各分割铁心在圆周方向完全分离，但本发明并不局限于完全分离的结构，同样适用于特开平10-136589号公报所示的、可在分割铁心的一部分接合的状态下将分割铁心展开的结构。另外，本发明同样适用于特开平8-130844号公报所示的、分割铁心在径向的内外分离的结构等，不过在此场合要将预先卷绕好的线圈绕组插入肋状臂部后，再嵌入形成铁心外周的环状铁心部。
而且，本发明并不局限于上述实施例那样的内转子型电枢，同样可适用于特开2001-25186号公报所揭示的外转子型电枢，而且，本发明并不局限于马达，也可适用于发电机等其他旋转电机。
以上说明的本发明的旋转电机的电枢可广泛应用于从马达到发电机等多种多样的旋转电机。
Claims (15)
1.一种旋转电机的电枢，通过将具有凸极的多个分割铁心进行组合，使所述凸极沿圆周方向排列成环状，其特征在于，
卷绕在沿所述圆周方向相邻的一对凸极中一方凸极上的线圈绕组的一部分形成朝另一方凸极伸出的凸状部，
卷绕在所述另一方凸极上的线圈绕组的一部分形成不与所述一方凸极上的线圈绕组的凸状部相互干扰的凹状部。
2.如权利要求1所述的旋转电机的电枢，其特征在于，所述分割铁心做成按每个凸极沿圆周方向分割的结构。
3.如权利要求1所述的旋转电机的电枢，其特征在于，所述分割铁心由将磁性板在厚度方向层叠而成的层叠铁心构成，
卷绕在所述一方凸极上的线圈绕组的一部分，从连接沿所述圆周方向相邻的一对分割铁心的接合部与电枢的铁心中心的线而朝另一方凸极侧伸出。
4.如权利要求3所述的旋转电机的电枢，其特征在于，所述线圈绕组具有在圆周方向上相邻的各分割铁心交替不同的两种卷绕形状。
5.如权利要求4所述的旋转电机的电枢，其特征在于，所述线圈绕组的所述两种卷绕形状是：所述凸状部在内周侧而所述凹状部在外周侧的形状、及所述凸状部在外周侧而所述凹状部在内周侧的形状。
6.如权利要求5所述的旋转电机的电枢，其特征在于，所述线圈绕组在所有的分割铁心上设定为相同的卷绕数。
7.如权利要求3所述的旋转电机的电枢，其特征在于，所述线圈绕组设定为圆周方向相邻的各分割铁心交替不同的卷绕数。
8.如权利要求1所述的旋转电机的电枢，其特征在于，所述多个分割铁心组合后各凸极的臂部分别沿各中心线延伸，所述各中心线从铁心中心起构成大致相等的中心角θ而呈放射状延伸，
在从所述各凸极的臂部的中心线起朝圆周方向两侧各转动所述中心角θ的1/2后到达两个周端位置、且以该两个周端位置上的径向线为边界线时，
卷绕在沿所述圆周方向相邻的一对凸极中一方上的线圈绕组的一部分形成从所述边界线向另一方凸极伸出的凸状部，
卷绕在所述另一方凸极上的线圈绕组的一部分形成不与所述一方凸极的线圈绕组上的凸状部相互干扰的凹状部。
9.一种旋转电机，包括将多个具有凸极的分割铁心沿圆周方向排列成环状的电枢，其特征在于，
卷绕在沿所述圆周方向相邻的一对凸极中一方上的线圈绕组的一部分形成朝另一方凸极伸出的凸状部，
卷绕在所述另一方凸极上的线圈绕组的一部分形成不与所述一方凸极的线圈绕组上的凸状部相互干扰的凹状部。
10.如权利要求9所述的旋转电机，其特征在于，所述分割铁心由将磁性板在厚度方向层叠而成的层叠铁心构成，
所述多个分割铁心组合后各凸极的臂部分别沿各中心线延伸，所述各中心线从铁心中心起构成大致相等的中心角θ而呈放射状延伸，
在从所述各凸极的臂部的中心线起朝圆周方向两侧各转动所述中心角θ的1/2后到达两个周端位置、且以该两个周端位置上的径向线为边界线时，
卷绕在沿所述圆周方向相邻的一对凸极中一方上的线圈绕组的一部分形成从所述边界线向另一方凸极伸出的凸状部，
卷绕在所述另一方凸极上的线圈绕组的一部分形成不与所述一方凸极的线圈绕组上的凸状部相互干扰的凹状部。
11.如权利要求9所述的旋转电机，其特征在于，所述线圈绕组具有在圆周方向上相邻的各分割铁心交替不同的两种卷绕形状。
12.如权利要求11所述的旋转电机，其特征在于，所述两种卷绕形状是：所述凸状部在内周侧而所述凹状部在外周侧的形状、所述凸状部在外周侧而所述凹状部在内周侧的形状。
13.如权利要求12所述的旋转电机，其特征在于，所述线圈绕组在所有的分割铁心上设定为相同卷绕数。
14.如权利要求11所述的旋转电机的电枢，其特征在于，所述线圈绕组设定为圆周方向相邻的各分割铁心交替不同的卷绕数。
15.一种旋转电机的电枢制造方法，将分别具有凸极的多个分割铁心沿圆周方向相邻地排列成环状，并在各凸极的臂部上分别卷绕线圈绕组，其特征在于，
使卷绕在沿所述圆周方向相邻的一对凸极中一方凸极上的线圈绕组的一部分形成朝另一方凸极伸出的凸状部，
使卷绕在所述另一方凸极上的线圈绕组的一部分形成不与所述一方凸极的线圈绕组上的凸状部相互干扰的凹状部。
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