旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，以資源價格上漲的影響和防止國際性的地球溫室效應(yīng)的運(yùn)動為背景，針對抑制作為二氧化碳產(chǎn)生源的能量使用量的意識正在不斷提高。其中，消耗世界總發(fā)電量的約40%的旋轉(zhuǎn)電機(jī)受到關(guān)注，其效率改善成為當(dāng)務(wù)之急。
[0003]旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子繞組大體分為集中卷繞和分布卷繞。分布卷繞具有能夠減小扭矩波動、噪聲等優(yōu)點(diǎn)，另一方面，由于線圈端部的高度變高，所以導(dǎo)線長度變長，具有繞組電阻的增大、即銅損增大以及效率降低的缺點(diǎn)。
[0004]在專利文獻(xiàn)I中記載了下述技術(shù)，即，在三相電動機(jī)的定子中，將在槽內(nèi)最內(nèi)側(cè)的第I線圈配置相、中間的第2線圈配置相、以及最外側(cè)的第3線圈配置相中配置的3個u相的導(dǎo)線，在線圈端部處的最內(nèi)側(cè)的第I外部延長層中進(jìn)行層疊配置，將3個V相的導(dǎo)線在線圈端部處的中間的第2外部延長層中進(jìn)行層疊配置，將3個w相的導(dǎo)線在線圈端部處的最外側(cè)的第3外部延長層中進(jìn)行層疊配置。由此，根據(jù)專利文獻(xiàn)1，在線圈端部處，將各相的繞組在相互不同的外部延長層中進(jìn)行層疊配置，因而使線圈端部的外徑變小而各相的繞組不會相互干涉。
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本特開平8 - 084448號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]專利文獻(xiàn)I中記載的技術(shù)為了減小線圈端部的外徑，以將各相(U相、V相、W相)的繞組設(shè)為相互不同的形狀為前提。因此，每個相的繞組長度產(chǎn)生較大的差別，因此繞組電阻值的不均衡有可能超過允許范圍而變大。如果繞組電阻值的不均衡超過允許范圍而變大，則造成旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電流不均衡，成為扭矩波動、振動等的發(fā)生原因。
[0007]另外，專利文獻(xiàn)I中記載的技術(shù)為了減小線圈端部的外徑，以在槽內(nèi)以及線圈端部這兩者中沿徑向形成3層為前提。因此，只能將各相的繞組分為3組，難以應(yīng)用于多種多樣的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
[0008]本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于得到一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)，該旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠減小線圈端部的外徑，能夠?qū)⒏飨嗟睦@組電阻值的不均衡抑制在允許范圍內(nèi)。
[0009]為了解決上述課題并達(dá)到目的，本發(fā)明的一個方面所涉及的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的特征在于，具備:定子鐵芯，其具有環(huán)狀的芯座、從所述芯座起沿徑向延伸而在周向上排列的多個齒、以及在周向上相鄰的所述齒之間分別配置的多個槽；以及定子繞組，其收容并卷繞在所述定子鐵芯的槽中，在所述定子繞組中，針對每個相，作為多個導(dǎo)線的束而形成有線圈，各相的繞組由配置在槽內(nèi)部的大于或等于I個線圈形成，所述大于或等于I個線圈分別具有:第I導(dǎo)線組，其在所述槽內(nèi)部沿定子鐵芯的徑向配置m層，m為大于或等于2的整數(shù)；第2導(dǎo)線組，其在所述線圈端部處將所述第I導(dǎo)線組沿定子鐵芯的徑向配置變換為η層，η為大于或等于I的整數(shù)；第I彎折部，其在所述槽內(nèi)部以及所述線圈端部的邊界處，以所述第I導(dǎo)線組與所述第2導(dǎo)線組形成比180°小的角度Θ的方式進(jìn)行彎折；第3導(dǎo)線組，其將在所述線圈端部處從定子鐵芯的徑向的第I層配置至第η層的所述第2導(dǎo)線組，配置變換為從定子鐵芯的徑向的第(m — η+1)層至第m層；以及第2彎折部，其在所述線圈端部處，以所述第2導(dǎo)線組與所述第3導(dǎo)線組形成比180°小的角度Θ ’的方式進(jìn)行彎折，層數(shù)m以及n滿足:n/m彡1/2。
[0010]發(fā)明的效果
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明，在形成各相繞組的各線圈中，例如，能夠在槽內(nèi)部和線圈端部處對導(dǎo)線進(jìn)行排列變更，能夠在線圈端部的中途將導(dǎo)線沿定子鐵芯的徑向進(jìn)行配置變換。例如，能夠?qū)⒕€圈端部的左半部分的導(dǎo)線集中在相當(dāng)于槽內(nèi)部的第I層的區(qū)域中，能夠?qū)⒕€圈端部的右半部分的導(dǎo)線集中在相當(dāng)于槽內(nèi)部的第2層的區(qū)域中。由此，在各相的繞組使用相同形狀的線圈的情況下，在線圈端部處，能夠使I個相的繞組變得不易與其他相的繞組發(fā)生干涉，能夠降低線圈端部的高度。即，能夠減小線圈端部處的各相的繞組的機(jī)械干涉，能夠?qū)⒚總€相的繞組長度設(shè)為均等(例如相同)。其結(jié)果，能夠減小線圈端部的外徑，能夠?qū)⒏飨嗟睦@組電阻值的不均衡抑制在允許范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0012]圖1是實(shí)施方式I所涉及的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子的結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2是構(gòu)成實(shí)施方式I所涉及的定子繞組的線圈的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3是表示根據(jù)實(shí)施方式I的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的剖視圖的圖。
[0015]圖4是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式I所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0016]圖5是從定子鐵芯的下表面觀察在實(shí)施方式I所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0017]圖6是從定子鐵芯的側(cè)面觀察在實(shí)施方式I所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0018]圖7是對形成實(shí)施方式I所涉及的線圈的導(dǎo)線的彎折角度進(jìn)行說明的圖。
[0019]圖8是在實(shí)施方式I中的定子鐵芯中插入了線圈的定子的每個相的繞組結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖9是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式2所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0021]圖10是從定子鐵芯的下表面觀察在實(shí)施方式2所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0022]圖11是從定子鐵芯的側(cè)面觀察在實(shí)施方式2所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0023]圖12是對形成實(shí)施方式2所涉及的線圈的導(dǎo)線的彎折角度進(jìn)行說明的圖。
[0024]圖13是在實(shí)施方式2所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的定子的每個相的繞組結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖14是構(gòu)成實(shí)施方式3所涉及的定子繞組的線圈的結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖15是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式3所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0027]圖16是從定子鐵芯的下表面觀察在實(shí)施方式3所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0028]圖17是從定子鐵芯的側(cè)面觀察在實(shí)施方式3所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0029]圖18是對形成實(shí)施方式3所涉及的線圈的導(dǎo)線的彎折角度進(jìn)行說明的圖。
[0030]圖19是為了構(gòu)成實(shí)施方式3所涉及的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子繞組而在定子鐵芯中插入了線圈的定子的每個相的繞組結(jié)構(gòu)圖。
[0031]圖20是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式4所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0032]圖21是從定子鐵芯的下表面觀察在實(shí)施方式4所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0033]圖22是從定子鐵芯的側(cè)面觀察在實(shí)施方式4所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0034]圖23是對形成實(shí)施方式4所涉及的線圈的導(dǎo)線的彎折角度進(jìn)行說明的圖。
[0035]圖24是為了構(gòu)成實(shí)施方式4所涉及的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子繞組而在定子鐵芯中插入了線圈的定子的每個相的繞組結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖25是構(gòu)成實(shí)施方式5所涉及的定子繞組的線圈的結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖26是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式5所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0038]圖27是從定子鐵芯的下表面觀察在實(shí)施方式5所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0039]圖28是從定子鐵芯的側(cè)面觀察在實(shí)施方式5所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0040]圖29是對形成實(shí)施方式5所涉及的線圈的導(dǎo)線的彎折角度進(jìn)行說明的圖。
[0041]圖30是為了構(gòu)成實(shí)施方式5所涉及的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子繞組而在定子鐵芯中插入了線圈的定子的每個相的繞組結(jié)構(gòu)圖。
[0042]圖31是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式6所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0043]圖32是從定子鐵芯的下表面觀察在實(shí)施方式6所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0044]圖33是從定子鐵芯的側(cè)面觀察在實(shí)施方式6所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0045]圖34是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式7所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0046]圖35是從定子鐵芯的下表面觀察在實(shí)施方式7所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0047]圖36是從定子鐵芯的側(cè)面觀察在實(shí)施方式7所涉及的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0048]圖37是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式I?7的變形例中的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0049]圖38是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式I?7的變形例中的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0050]圖39是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式I?7的變形例中的定子鐵芯中插入了線圈的狀態(tài)的圖。
[0051]圖40是構(gòu)成實(shí)施方式I?7的變形例中的定子繞組的線圈束的結(jié)構(gòu)圖。
[0052]圖41是從定子鐵芯的上表面觀察在實(shí)施方式I?7的變形例中的定子鐵芯中插入了線圈束的狀態(tài)的圖。
[0053]圖42是構(gòu)成實(shí)施方式I?7的變形例中的定子繞組的線圈組的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面，基于附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明所涉及的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的實(shí)施方式。此外，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施方式。
[0055]實(shí)施方式I
[0056]對實(shí)施方式I所涉及的旋轉(zhuǎn)電機(jī)I進(jìn)行說明。
[0057]旋轉(zhuǎn)電機(jī)I具有定子以及轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子相對于定子旋轉(zhuǎn)，經(jīng)由固定于轉(zhuǎn)子上的軸(未圖示)將旋轉(zhuǎn)動力傳遞至機(jī)械裝置(未圖示)，使機(jī)械裝置工作。旋轉(zhuǎn)電機(jī)I例如是永磁體型旋轉(zhuǎn)電機(jī)或者感應(yīng)型旋轉(zhuǎn)電機(jī)。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)I中，例如，對定子3中的繞組構(gòu)造進(jìn)行了改進(jìn)。
[0058]具體地說，旋轉(zhuǎn)電機(jī)I具有圖1?圖3所示的結(jié)構(gòu)。圖1是表示旋轉(zhuǎn)電機(jī)I中的定子鐵芯以及定子繞組的結(jié)構(gòu)的斜視圖。圖2是表示定子繞組中的線圈的結(jié)構(gòu)的斜視圖。圖3是表示從旋轉(zhuǎn)軸RA方向觀察轉(zhuǎn)子以及定子鐵芯的情況下的結(jié)構(gòu)的圖。在圖1?3中，例如，作為旋轉(zhuǎn)電機(jī)1，例示性地示出極數(shù)為4，槽數(shù)為24，相數(shù)為3，每極每相的槽數(shù)q為2的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。另外，在圖3中，為了簡化圖示，省略了定子繞組的圖示。
[0059]如圖1及圖3所示，旋轉(zhuǎn)電機(jī)I具有轉(zhuǎn)子2以及定子3。轉(zhuǎn)子2具有轉(zhuǎn)子鐵芯2a以及多個永磁體2b。轉(zhuǎn)子鐵芯2a以與軸同心的方式構(gòu)成，例如，具有大致圓柱形狀，該大致圓柱形狀具有沿軸的旋轉(zhuǎn)軸RA。多個永磁體2b例如沿轉(zhuǎn)子鐵芯2a的周面進(jìn)行配置。此夕卜，在圖3中，例示了轉(zhuǎn)子2為永磁體型旋轉(zhuǎn)體的情況，但轉(zhuǎn)子2也可以是利用銅等導(dǎo)體形成為籠型的籠型旋轉(zhuǎn)體。
[0060]定子3以與轉(zhuǎn)子2分離并且收容轉(zhuǎn)子2的方式構(gòu)成。例如，定子3具有定子鐵芯5以及定子繞組6。
[0061]定子鐵芯5以與軸同心的方式構(gòu)成，例如，具有大致圓筒形狀，該大致圓筒形狀具有沿軸的旋轉(zhuǎn)軸RA。定子鐵芯5例如由層疊的電磁鋼板等形成。
[0062]例如，如圖3所示，定子鐵芯5具有芯座(core back) 7、多個齒8、以及多個槽9。芯座7為環(huán)狀，例如具有大致圓筒形狀。多個齒8分別從芯座7起沿徑向向旋轉(zhuǎn)軸RA側(cè)延伸。多個齒8在芯座7的旋轉(zhuǎn)軸RA側(cè)，在沿芯座7的周面7a的方向(即周向)上進(jìn)行排列。在周向上相鄰的齒8之間，分別形成有槽9。
[0063]在定子繞組6中，將同相的線圈每2個槽地嵌入定子鐵芯5中。定子繞組6例如利用絕緣紙等對周圍進(jìn)行保護(hù)而插入槽9中。在定子繞組6中，作為導(dǎo)線11的束而形成線圈17，在槽9內(nèi)部配置大于或等于I個該線圈17。并且，通過利用焊接等方法將線圈17的末端進(jìn)行連接，從而形成定子繞組6。
[0064]在定子繞組6中，針對每個相由具有同樣形狀的線圈17形成，例如形成有圖2所示的線圈17。作為在接近的同相中插入線圈的疊繞組，在定子鐵芯5的槽9中插入線圈17。線圈17作為導(dǎo)線11的束而形成。
[0065]具體地說，線圈17具有:第I導(dǎo)線組17a、第2導(dǎo)線組17b、第I彎折部17d、第3導(dǎo)線組17c、第2彎折部17e、第4導(dǎo)線組17f、以及第3彎折部17g。
[0066]在第I導(dǎo)線組17a中，在槽內(nèi)部SI，沿定子鐵芯5的徑向配置m層(m為大于或等于2的整數(shù))導(dǎo)線11。
[0067]第2導(dǎo)線組17b是在線圈端部CE1，將第I導(dǎo)線組17a沿定子鐵芯5的徑向配置變換為η層(η為大于或等于I的整數(shù))而得到的。在第2導(dǎo)線組17b中，例如，在線圈端部CEl中，導(dǎo)線11從定子鐵芯5的徑向的第I層配置至第η層。
[0068]在第I彎折部17d中，在槽內(nèi)部SI以及線圈端部CEl的邊界處，以第I導(dǎo)線組17a與第2導(dǎo)線組17b形成角度Θ (90° < Θ <180° )的方式進(jìn)行彎折。即，包含第I彎折部17d在內(nèi)的排列變更部1d進(jìn)行從槽內(nèi)部SI的第I導(dǎo)線組17a的排列向線圈端部CEl的第2導(dǎo)線組17b的排列的變更。
[0069]第3導(dǎo)線組17c是在線圈端部CEl中，將第2導(dǎo)線組17b配置變換為從定子鐵芯5的徑向的第(m - η+1)層至第m層而得到的。在第3導(dǎo)線組17c中，在線圈端部CEl中，導(dǎo)線11從定子鐵芯5的徑向的第(m — η+1)層配置至第m層。
[0070]在第2彎折部17e中，在線圈端部CEl中，以第2導(dǎo)線組17b與第3導(dǎo)線組17c形成角度θ’( = 360° —(Θ + Θ ”))的方式進(jìn)行彎折。S卩，包含第2彎折部17e在內(nèi)的通過區(qū)域變更部13a進(jìn)行從線圈端部CEl的第2導(dǎo)線組17b的排列(徑向的通過區(qū)域)向線圈端部CEl的第3導(dǎo)線組17c的排列(徑向的通過區(qū)域)的變更。
[0071 ] 在第4導(dǎo)線組17f中，在槽內(nèi)部SI，沿定子鐵芯5的徑向配置m層(m為大于或等于2的整數(shù))導(dǎo)線11。
[0072]在第3彎折部17g中，在線圈端部CEl以及槽內(nèi)部SI的邊界處，以第3導(dǎo)線組17c與第4導(dǎo)線組17f形成角度Θ ”(90° < Θ ” < 180° )的方式進(jìn)行彎折。即，包含第3彎折部17g在內(nèi)的排列變更部1a進(jìn)行從線圈端部CEl的第3導(dǎo)線組17c的排列向槽內(nèi)部SI的第4導(dǎo)線組17f的排列的變更。
[0073]在此，層數(shù)m、n滿足下面的式I。
[0074]n/m 彡 1/2 式 I
[0075]例如，在圖2中，線圈17在槽內(nèi)部SI中由2層(定子鐵芯5的徑向)X8根(定子鐵芯5的周向)的導(dǎo)線11構(gòu)成。例如，徑向的數(shù)量以及周向的數(shù)量能夠以如下的方式?jīng)Q定。
[0076]例如，在圖2所示的情況下，線圈17從槽內(nèi)部SI至線圈端部CEl進(jìn)行了繞組排列的變更(包含第I彎折部17d在內(nèi)的排列變更部1d)。由此，在槽內(nèi)部SI中為2層(定子鐵芯5的徑向)X8根(定子鐵芯5的周向)的導(dǎo)線11的束在線圈端部CEl中排列為I層(定子鐵芯5的徑向)X 16根(定子鐵芯5的周向)。另外，此時，在第I彎折部17d中，以角度θ (例如在圖2中為120° )進(jìn)行彎折。
[0077]然后，在線圈端部CEl中，例如，在定子鐵芯5的徑向的第I層進(jìn)行排列的導(dǎo)線11以與其他相的繞組(其他相的線圈17)不干涉的方式，例如配置變換為定子鐵芯5的徑向的第2層(包含第2彎折部17e在內(nèi)的通過區(qū)域變更部13a)。另外，此時，在進(jìn)行配置變換之前和之后，即在第2彎折部17e中，也以角度Θ’(例如在圖2中為120° )進(jìn)行彎折。
[0078]隨后，在再次從線圈端部CEl返回至槽內(nèi)部SI時，進(jìn)行繞組排列的變更(包含第3彎折部17g在內(nèi)的排列變更部1a)。由此，在線圈端部CEl中為I層(定子鐵芯5的徑向)X16根(定子鐵芯5的周向)的導(dǎo)線11的束在槽內(nèi)部SI中排列為2層(定子鐵芯5的徑向)X8根(定子鐵芯5的周向)。另外，此時，也以角度Θ ”(例如在圖2中為120° )進(jìn)行彎折。
[0079]通過如上述所示構(gòu)成線圈17，線圈端部CEl的線圈形狀變?yōu)?角形。另外，雖然省略說明，但線圈17的下半部分也以相同的方式進(jìn)行了導(dǎo)線11的排列變更，作為整體，形成包含線圈端部CEl的3角形、槽內(nèi)部SI的4邊形、以及線圈端部CE2的3角形在內(nèi)的6邊形。
[0080]以下，使用圖4至圖6，更詳細(xì)地說明線圈17的繞組排列的變更的部分。圖4是從定子鐵芯5的上表面(旋轉(zhuǎn)軸RA的方向)觀察在定子鐵芯5中插入了線圈17的狀態(tài)的圖。圖5是從定子鐵芯5的下表面觀察在定子鐵芯5中插入了線圈17的狀態(tài)的圖。圖6是從定子鐵芯5的側(cè)面(朝向旋轉(zhuǎn)軸RA的面)觀察在定子鐵芯5中插入了線圈17的狀態(tài)的圖。
[0081]圖4至圖6例示了在槽內(nèi)部SI中插入了 I個2層(定子鐵芯5的徑向)X2根(定子鐵芯5的周向)的線圈11的狀態(tài)，使用位置12a至位置12r，例示性地說明此時導(dǎo)線11如何卷繞而形成線圈17。
[0082]在線圈17中，從2個槽9a、9b的中間附近起開始對導(dǎo)線11進(jìn)行卷繞(位置12a)，經(jīng)過線圈端部CEl中的相當(dāng)于槽內(nèi)部SI的第I層的區(qū)域CEla而靠近槽9a。隨后，進(jìn)行排列變更(排列變更部1a)而使得進(jìn)入槽內(nèi)部SI的第2層的位置12b (參照圖4)。如果從側(cè)面觀察該部分，則導(dǎo)線11以角度Θ ”進(jìn)行彎折(參照圖6、圖7)。<