TWI823305B - 定子和定子的製造方法 - Google Patents

Abstract

提供一種定子和定子的製造方法。定子包括：具有沿著軸向貫穿的多個切槽的定子芯部；以及配置於切槽的多個線圈線，線圈線的截面形狀呈圓形，切槽的周向兩端的側面是從徑向內側端至徑向外側端具有恒定的周向寬度並沿著軸向延伸的平面。

Description

定子和定子的製造方法

本發明關於一種定子和定子的製造方法。

以往，已知一種包括具有極齒的定子芯部和配置於極齒之間的切槽的線圈線的定子。作為上述這種定子，例如在日本專利特開2001-298917號公報（專利文獻1）中公開了一種結構：使極齒部沿著周向彎曲並將線圈線捲繞於極齒部。

現有技術文獻 專利文獻1：日本專利特開2001-298917號公報。

在所述專利文獻1中公開了一種在切槽內抑制線圈線的死區空間以提高占空係數的技術。本發明人從與所述專利文獻1不同的觀點出發，以提高占空係數為技術問題。

本發明的目的在於，提供一種提高占空係數的定子和定子的製造方法。

本發明的第一觀點提供一種定子，包括：定子芯部，所述定子芯部具有沿著軸向貫穿的多個切槽；以及多個線圈線，多個所述線圈線配置於切槽，線圈線的截面形狀呈圓形，切槽的周向兩端的側面是從徑向內側端至徑向外側端具有恒定的周向寬度並沿著軸向延伸的平面。

本發明的第二觀點提供一種定子的製造方法，所述定子包括定子芯部，所述定子芯部具有沿著軸向貫穿的多個切槽，所述定子的製造方法包括：將截面形狀呈圓形的線圈線捲繞成環狀以形成線圈的工序；以及將線圈插入到切槽的工序，切槽的周向兩端的側面是從徑向內側端至徑向外側端具有恒定的周向寬度並沿著軸向延伸的平面。

本發明能提供一種提高占空係數的定子和定子的製造方法。

以下，基於附圖對本發明的實施方式進行說明。另外，在以下附圖中，對相同或相當的部分標注相同的參考符號，並且不重複其說明。

而且，在以下的說明中，將定子1的中心軸線延伸的方向、即切槽24的貫穿方向設為“軸向”。將沿著軸向的一側設為下（後）側，另一側設為上（前）側。上下（前後）方向用於規定位置關係，而並非限定實際的方向。即，下方向並不一定指重力方向。軸向沒有特別限定，其包括鉛垂方向、水平方向以及與鉛垂方向、水平方向交叉的方向等。

而且，將與定子1的中心軸線正交的方向設為“徑向”。此外，將沿著以定子1的中心軸線為中心的圓弧的方向設為“周向”。

另外，在以下說明中使用的附圖中，有時為了強調特徵部分這一目的，出於方便而放大表示作為特徵的部分。因此，各結構要素的尺寸及比例並不一定與實際相同。此外，有時為了同樣的目的而省略不作為特徵的部分進行圖示。

（定子） 如圖1和圖2所示，定子1是馬達的構成部件，與未圖示的轉子相互作用而產生旋轉扭矩。本實施方式的定子1設為以跨及若干個切槽24的方式捲繞線圈線的分佈捲繞。定子1包括線圈10、定子芯部20、楔形件30和絕緣紙40。

＜線圈＞ 線圈10是線圈線11捲繞成環狀而成的。線圈線11是截面形狀呈圓形的線圈線（以下，也稱為“圓線”）。

線圈10具有兩個線圈邊部和線圈跨接部。兩個線圈邊部收容在切槽24內。在圖1和圖2中，配置於切槽24內的線圈線11是線圈10的線圈邊部。圖1和圖2所示的線圈線11的直徑全部相同。

具體而言，收納有一方的線圈邊部的切槽24與收納有另一方的線圈邊部的切槽24不同。收納有一方的線圈邊部的切槽24與收納有另一方的線圈邊部的切槽24既可以如圖1所示隔著其他切槽沿著周向配置，也可以相鄰（未圖示）。

線圈跨接部將兩個線圈邊部連接。此外，線圈跨接部配置於定子芯部20的軸向兩側。具體而言，位於軸向上側的線圈跨接部是將兩個線圈邊部的上端部連結的上側線圈邊端。位於軸向下側的線圈跨接部是將線圈邊部的下端部連結的下側線圈邊端。

＜定子芯部＞ 定子芯部20是一體型的。定子芯部20形成為中空的圓柱形狀。定子芯部20是使薄矽鋼板重疊而形成的。定子芯部20包括芯背21、多個極齒22、多個傘形件23和多個切槽24。

芯背呈環狀。多個極齒22從芯背21沿著徑向延伸。此外，多個極齒22沿著周向配置有多個。

傘形件23與極齒22的徑向內端部連接，並向周向兩側延伸。傘形件23的周向寬度比極齒22的徑向內端部的周向寬度大。

多個切槽24設置于在周向上相鄰的極齒22之間。此外，多個切槽24沿著軸向貫穿。本實施方式的切槽24在軸向觀察時呈大致長方形。

如圖2所示，切槽24具有切槽開口241、側面242、徑向外側端面243、第一連接部244和第二連接部245。切槽開口241位於徑向內側端部。側面242位於周向兩端。徑向外側端面243位於徑向外側端部。第一連接部244對徑向外側端面243和側面242進行連接。第二連接部245對切槽開口241和側面242進行連接。在本實施方式中，通過切槽開口241、側面242、徑向外側端面243、第一連接部244和第二連接部245劃定切槽24的外形。

切槽開口241形成於徑向內側並在徑向上開口。切槽開口241的周向寬度比切槽24中收納線圈邊部的空間的周向寬度小。

側面242位於周向兩端。在此，側面242配置有兩個。側面242是從徑向內側端至徑向外側端具有恒定的周向寬度並沿著軸向延伸的平面。本實施方式的側面242由平面構成。

在圖2中，兩個側面242位於切槽24的周向外側端。即，僅兩個側面242位於周向外側端。兩個側面242的周向寬度始終恒定。

徑向外側端面243是位於徑向外側端部的面。本實施方式的徑向外側端面243是位於徑向外側端並沿著軸向延伸的一個平面。此外，徑向外側端面243由平面構成。徑向外側端面243和側面242彼此正交。

第一連接部244對徑向外側端面243的周向兩端與側面242的徑向外側端進行連接。在此，第一連接部244配置有兩個。

第一連接部244呈以線圈線11的半徑與絕緣紙40的厚度之和為曲率半徑的圓角形狀。由此，能將線圈線11配置於第一連接部244，因此，能進一步提高占空係數。曲率半徑優選為0.6mm左右。

第二連接部245對切槽開口241的周向兩端與側面242的徑向內側端進行連接。在此，第二連接部245配置有兩個。

第二連接部245呈以線圈線11的半徑與絕緣紙40的厚度之和以下為曲率半徑的圓角形狀。由此，能將線圈線配置於第二連接部245，因此，能進一步提高占空係數。此外，能提高傘形件23的強度。曲率半徑優選為0.6mm以上且0.7mm以下。

切槽24與截面形狀呈四邊形的線圈線（以下，也稱為“扁平線”）共用。即，切槽構成為能配置扁平線和圓線。具體而言，能如圖2所示在切槽24配置有圓線，並且能如圖3所示在切槽24配置有扁平線12。

＜楔形件＞ 楔形件30配置於切槽24。在本實施方式中，楔形件30在配置於切槽24內的線圈10與切槽開口241之間配置。楔形件30將切槽開口241封堵。楔形件30使定子芯部20與線圈10絕緣。楔形件30的軸向長度大於切槽24的軸向長度。

本實施方式的楔形件30在軸向觀察時呈U字形狀。詳細而言，包括：沿著周向延伸的周向部；以及從周向部的兩端部朝徑向外側延伸的兩個徑向部。周向部和徑向部既可以由一個構件構成，也可以將彼此不同的構件連接而成。

＜絕緣紙＞ 絕緣紙40配置於切槽24。絕緣紙40將插入到切槽24的線圈10覆蓋。絕緣紙40在切槽24中沿著對去掉徑向內側的空間進行劃界的極齒22配置。本實施方式的絕緣紙40呈U字形狀。詳細而言，如圖1所示，包括：沿著周向延伸的周向部；以及從周向部的兩端部朝徑向內側延伸的兩個徑向部。在圖1中，絕緣紙40的開口與楔形件30的開口彼此反向。絕緣紙40的厚度並不限定，例如是0.2mm。

另外，絕緣紙40也可以由從定子芯部20的軸向一側的端面突出並折回的袖口部（未圖示），絕緣紙40也可以具有從定子芯部20的軸向另一側的端面突出並折回的袖口部（未圖示）。

＜線圈線的配置＞ 如圖2所示，配置於切槽24內的線圈10的線圈線11形成在徑向上並排的多層X1～X5。形成層的列的數量並不限定，優選為4列以上且6列以下，更優選為5列。在圖2中，從周向左側向周向右側將層設為X1～X5。

在周向上相鄰的層中，構成將線圈線11的中心連接的假想線V彼此的周向距離L小於線圈線11的直徑的排列部。排列部是切槽24內層疊線圈線11的部分。換言之，排列部配置成，使三個線圈線11彼此接觸，並使三個線圈線11的中心C1、C2、C3在軸向觀察時呈正三角形。由此，能將線圈線層疊於四邊形的切槽24，因此，能進一步提高占空係數。

在本實施方式中，排列部位於徑向外側。所謂徑向外側，是指比切槽24的徑向中心靠外側的部位。在切槽24的徑向外側容易層疊線圈線，因此，能容易地實現占空係數的提高。

在圖2中，排列部位於切槽24的徑向外側端面243。由此，能將線圈線層疊於切槽24的徑向外側端面243，因此，能進一步提高占空係數。在此，排列部與在切槽24的徑向外側端面243的徑向內側配置的絕緣紙40接觸。

在本實施方式中，排列部位於徑向內側。所謂徑向內側，是指比徑向中心靠內側的部位。

在圖2中，排列部與楔形件30接觸。由此，能將線圈線11層疊於切槽開口241附近，因此，能進一步提高占空係數。

此外，線圈線11與在第一連接部244的徑向內側配置的絕緣紙40接觸。在此，與在第一連接部244的徑向內側配置的絕緣紙40接觸的線圈線11構成排列部。

此外，線圈線11與在第二連接部245的徑向內側配置的絕緣紙40接觸（未圖示）。與在第二連接部245的徑向內側配置的絕緣紙40接觸的線圈線11構成排列部。

在本實施方式中，與切槽開口241相對的層X3與楔形件30接觸，與該層X3在周向上相鄰的層X2、X4與在切槽24的徑向外側端面243配置的絕緣紙40接觸。另外，在此，與切槽開口241相對的層X3是位於周向中心的層。此外，與切槽開口241相對的層X3與在切槽24的徑向外側端面243配置的絕緣紙40不接觸。與和切槽開口241相對的層X3在周向上相鄰的層X2、X4雖然在圖2中與楔形件30不接觸，但也可以與楔形件30接觸。

此外，位於周向兩端的層X1、X5與在側面242的徑向內側配置的絕緣紙40接觸。而且，位於周向兩端的層X1、X5的位於徑向最外側的線圈線11與在第一連接部244的徑向內側配置的絕緣紙40接觸。

另外，在圖2中，線圈線11整體構成排列部，但也可以線圈線11的一部分構成排列部，且剩餘部分不構成排列部。

與切槽開口241在徑向上相對的層X3的徑向寬度為位於切槽24的周向端部的層X1、X5的徑向寬度以上。另外，在圖2中，與切槽開口241在徑向上相對的層X3的徑向寬度比位於切槽24的周向端部的層X1、X5的徑向寬度大。能在切槽24內大量地配置構成與切槽開口24在徑向上相對的層X3的線圈線11，因此，能提高占空係數。

此外，與切槽開口241在徑向上相對的層X3的徑向寬度為與該層X3在周向上相鄰的層X2、X4的徑向寬度以上。另外，在圖2中，與切槽開口241在徑向上相對的層X3的徑向寬度與層X2、X4的徑向寬度相同。

（定子的製造方法） 參照圖1、圖2和圖4，對本實施方式的包括具有沿著軸向貫穿的多個切槽24的定子芯部20的定子1的製造方法進行說明。詳細而言，一種定子1的製造方法，所述定子1包括一體型的定子芯部20，所述定子芯部20包括：環狀的芯背21；極齒22，所述極齒22從芯背21沿著徑向延伸，並且在周向上配置有多個；傘形件23，所述傘形件23與極齒22的徑向內端部連接，並且向周向兩側延伸；以及切槽24，所述切槽24設置于在周向上相鄰的極齒22之間，並沿著軸向貫穿。

如圖4所示，首先，形成定子芯部20（步驟S10）。在上述工序（S10）中，如圖1和圖2所示，將切槽24的周向兩端的側面242形成為從徑向內側端至徑向外側端具有恒定的周向寬度並沿著軸向延伸的平面。

另外，在本實施方式中，在將後述的線圈10插入到切槽24之前，將絕緣紙40配置於切槽24。

此外，如圖4所示，將截面形狀呈圓形的線圈線11捲繞成環狀以形成線圈10（步驟S20）。在上述工序（S20）中，將線圈線11捲繞成環狀以形成具有兩個線圈邊部和線圈跨接部的線圈10，所述兩個線圈邊部收納於切槽24內，所述線圈跨接部將兩個線圈邊部連接，並配置於定子芯部20的軸向兩側。

接著，將線圈10插入到切槽24（步驟S30）。在上述工序（S30）中，例如以下述的方式實施。

具體而言，將在工序（S20）中形成的環狀的線圈10保持於在定子芯部20的徑向內側配置的葉片。接著，通過在葉片的徑向內側配置的線圈移動機構，以使線圈10沿著軸向移動。詳細而言，使線圈移動機構從軸向一側向軸向另一側移動。由此，將線圈10的兩個線圈邊部配置於切槽24，並且軸向一側的線圈跨接部在定子芯部20的一側跨過切槽24之間，並且，另一側的線圈跨接部在定子芯部20的另一側跨過切槽24之間。

另外，在本實施方式的工序（S20）中，在將線圈10插入到切槽24時，將楔形件30與線圈10一起插入。

通過實施以上的工序（S10～S30），能製造圖1和圖2所示的定子1。

如以上說明的那樣，根據本實施方式的定子1和定子1的製造方法，通過將圓線配置于周向寬度恒定的側面的切槽24，能提高占空係數。

具體而言，本發明人為了提高圓線的占空係數進行了認真研究，其結果是，通過將圓線層疊於剖視觀察時呈四邊形的切槽24，能將占空係數從以往的54％提高至58％。所述占空係數是在層X1～X5這五列中，將117根直徑為0.77mm的圓線層疊插入到切槽24時的值。另外，占空係數是在圖2所示的剖視觀察時，用（線圈線11的除了包覆膜以外的總截面積）/（切槽24的除了楔形件30和絕緣紙40以外的截面積）求得的值。

如此，通過本實施方式的切槽24的形狀和插入到切槽24的線圈線11的配置，能提高占空係數。

（變形例1） 在上述實施方式中，以切槽24內的線圈線11整體層疊而成的定子為例進行了說明，但在本發明的定子中，也可以切槽24內的線圈線11的一部分層疊，還可以如圖5所示切槽24內的線圈線11全部均不層疊。在本變形例中，如圖5所示，切槽24內的線圈線11沿著徑向和軸向並排。

詳細而言，如圖5所示，配置於切槽24內的線圈線11形成在徑向上並排的多層X1～X4。

此外，配置成，使四個線圈線11彼此接觸，並使四個線圈線11的中心C1、C2、C3、C4在軸向觀察時呈正方形。在周向上相鄰的層中，將線圈線11的中心連接的假想線V彼此的周向距離L與線圈線11的直徑相同。

（變形例2） 在上述實施方式中列舉徑向外側端面243為平面的結構為例進行了說明，但本發明的徑向外側端面並不受限定。在本變形例中，如圖6和圖7所示，徑向外側端面243主要在具有第一面243a和第二面243b這一點上與實施方式不同。

詳細而言，切槽24具有切槽開口241、側面242、第一面243a、第二面243b、第一連接部244、第二連接部245和第三連接部246。切槽開口241、側面242和第二連接部245與上述實施方式相同。在本變形例中，通過切槽開口241、側面242、第一面243a、第二面243b、第一連接部244、第二連接部245和第三連接部246劃定切槽24的外形。

切槽24在徑向外側端部處通過沿著軸向延伸的第一面243a和第二面243b而具有向徑向外側突出的凸形狀。如圖7所示，至少一個線圈線11a與第一面243a和第二面243b相對。如此，在切槽24的徑向外側端部處，通過將至少一個線圈線11a配置成與構成向徑向外側突出的凸形狀的第一面243a和第二面243b相對，能進一步提高占空係數。

在本實施方式中，至少一個線圈線11a與在凸形狀的徑向內側配置的絕緣紙40接觸。

線圈線11沿著凸形狀並排。在此，三根線圈線11沿著第一面243a並排，並且三根線圈線11沿著第二面243b並排。

在本變形例中，線圈線11層疊而成的排列部與第一面243a和第二面243b相對。即，與第一面243a和第二面243b相對的線圈線11a構成排列部。在此，與第三連接部246對應的層構成排列部。

第一面243a和第二面243b也可以是曲面，但在本變形例中是平面。另外，在第一面243a和第二面243b是曲面的情況下，既可以是向切槽24的內側彎曲的曲面，也可以是向切槽24的外側彎曲的曲面。

第一面243a與第二面243b的角度θ1優選為110度以上且150度以下，最優選為120度。角度θ1是第一面243a的延伸方向與第二面243b的延伸方向交叉的角度。

第一面243a與側面242的角度θ2以及第二面243b與側面242的角度θ3優選為110度以上且150度以下，最優選為120度。角度θ2是第一面243a的延伸方向與側面242的延伸方向交叉的角度。角度θ3是第二面243b的延伸方向與側面242的延伸方向交叉的角度。

第一連接部244對第一面243a及第二面243b與側面242進行連接。第一連接部244呈以線圈線11的半徑與絕緣紙40的厚度之和為曲率半徑的圓角形狀。

第三連接部246對第一面243a和第二面243b進行連接。即，第三連接部246是對第一面243a和第二面243b進行連結的連結部分。第三連接部246具有圓角形狀。在圖7中，第三連接部246的徑向位置與線圈線11a的徑向位置相同。

在本變形例中，與假想線V正交的水平線W與第一面243a的角度θ4優選為15度以上且35度以下，最優選為30度。與假想線V正交的水平線W與第二面243b的角度θ5優選為15度以上且35度以下，最優選為30度。角度θ4是第一面243a的延伸方向與水平線W的延伸方向交叉的角度。角度θ5是第二面243b的延伸方向與水平線W的延伸方向交叉的角度。

根據本變形例，在切槽24的徑向外側端部處，能將排列部構成為包括線圈線11a，所述線圈線11a與構成向徑向外側突出的凸形狀的第一面243a和第二面243b相對。由此，通過將線圈線11a設為層疊的起點，能容易地形成排列部。如此，在本變形例中，通過將切槽24的徑向外側端部形成為凸形狀，能從徑向外側限制線圈線11的配置。因此，能進一步提高占空係數。

（變形例3） 在上述變形例2中，凸形狀的徑向外側端位於周向的中心，但並不限定於此。在本變形例中，如圖8所示，凸形狀的徑向外側端從周向的中心向周向一側（在圖8中為右側）偏移。

在本變形例中，在徑向上並排的層的列是四列。此外，三根線圈線11沿著第一面243a並排，並且兩根線圈線11沿著第二面243b並排。

（變形例4） 在上述實施方式中，如圖1所示，供線圈插入的兩個切槽24設為夾著四個切槽24的一個切槽24和另一個切槽24，但並不限定於此。

（變形例5） 在上述實施方式中，以將一個線圈10插入到兩個切槽24的方法為例進行了說明。也可以將多個線圈10同時插入到四個以上的切槽24。

應認為，本次公開的實施方式和變形例在所有點上均為例示，並不構成限制。本發明的範圍是由申請專利範圍而非由上述實施方式和變形例來表示的，並且旨在包括與申請專利範圍等同的意思和範圍內的所有改變。

1:定子 10:線圈 11,11a:線圈線 12:扁平線 20:定子芯部 21:芯背 22:極齒 23:傘形件 24:切槽 30:楔形件 40:絕緣紙 241:切槽開口 242:側面 243:徑向外側端面 243a:第一面 243b:第二面 244:第一連接部 245:第二連接部 246:第三連接部（連結部分） C1,C2,C3,C4:中心 L:周向距離 V:假想線 W:水平線 X1,X2,X3,X4,X5:層 θ1,θ2,θ3,θ4,θ5:角度 S10,S20,S30:步驟

圖1是實施方式的定子的與軸向垂直的截面的示意圖。 圖2是圖1的放大圖。 圖3是將扁平線插入到實施方式的切槽的放大圖。 圖4是表示實施方式的定子的製造方法的流程圖。 圖5表示變形例1的定子，其是與圖2對應的示意圖。 圖6表示變形例2的定子，其是與圖2對應的示意圖。 圖7表示變形例2的定子，其是圖6的放大圖。 圖8表示變形例3的定子，其是與圖7對應的放大圖。

1:定子

20:定子芯部

22:極齒

23:傘形件

24:切槽

30:楔形件

40:絕緣紙

241:切槽開口

242:側面

243:徑向外側端面

244:第一連接部

245:第二連接部

C1,C2,C3:中心

L:周向距離

V:假想線

X1,X2,X3,X4,X5:層

Claims (12)

1. 一種定子，包括：定子芯部，所述定子芯部具有沿著軸向貫穿的多個切槽；以及多個線圈線，多個所述線圈線配置於所述切槽，所述線圈線的截面形狀呈圓形，且所述線圈線形成在徑向上並排的4層以上的層，所述切槽的周向兩端的側面是從徑向內側端至徑向外側端具有恒定的周向寬度並沿著軸向延伸的平面。
2. 如請求項1所述的定子，其中，在周向上相鄰的所述層中構成將所述線圈線的中心連接的假想線彼此的周向距離小於所述線圈線的直徑的排列部。
3. 如請求項2所述的定子，其中，所述排列部位於徑向外側。
4. 如請求項3所述的定子，其中，所述排列部位於所述切槽的徑向外側端面。
5. 如請求項2至4中任一項所述的定子，其中，在所述切槽的徑向內側形成有在徑向上開口的切槽開口，與所述切槽開口在徑向上相對的所述層的徑向寬度為位於所述切槽的周向端部的所述層的徑向寬度以上。
6. 如請求項2至4中任一項所述的定子，其中，在所述切槽的徑向內側形成有在徑向上開口的切槽開 口，所述定子還包括楔形件，所述楔形件配置於所述切槽，並配置於所述切槽開口與所述線圈線之間，所述排列部與所述楔形件接觸。
7. 如請求項1至4中任一項所述的定子，其中，所述切槽在徑向外側端部處通過沿著軸向延伸的第一面和第二面而具有向徑向外側突出的凸形狀。
8. 如請求項7所述的定子，其中，所述第一面與所述第二面的角度是110度以上且150度以下。
9. 如請求項1至4中任一項所述的定子，其中，所述定子還包括配置於所述切槽的絕緣紙，所述切槽還具有對徑向外側端面和所述側面進行連接的第一連接部，所述第一連接部呈以所述線圈線的半徑與所述絕緣紙的厚度之和為曲率半徑的圓角形狀。
10. 如請求項1至4中任一項所述的定子，其中，所述定子還包括配置於所述切槽的絕緣紙，在所述切槽的徑向內側形成有在徑向上開口的切槽開口，所述切槽還具有對所述切槽開口和所述側面進行連接的第二連接部，所述第二連接部呈以所述線圈線的半徑與所述絕緣紙的厚度之和為曲率半徑的圓角形狀。
11. 如請求項1至4中任一項所述的定子，其中所述定子芯部是一體型的，所述線圈線是分佈捲繞的。
12. 一種定子的製造方法，所述定子包括定子芯部，所述定子芯部具有沿著軸向貫穿的多個切槽，所述定子的製造方法包括：將截面形狀呈圓形的線圈線捲繞成環狀以形成線圈的工序；以及將所述線圈插入到所述切槽的工序，插入所述切槽的所述線圈線形成在徑向上並排的4層以上的層，所述切槽的周向兩端的側面是從徑向內側端至徑向外側端具有恒定的周向寬度並沿著軸向延伸的平面。