线圈的制作方法
【专利摘要】本发明实现能够抑制线圈卷绕工序所需的时间、设备费用的增大、并且能够抑制循环电流的产生的线圈。多个星形接线体分别具备与三相分别对应的三个相线圈部，该三个相线圈部各自的第一端部通过按每个星形接线体独立形成的中性点连接。相互不同的星形接线体所具备的同相的相线圈部的第二端部相互连接。配置各个相线圈部的相线圈配置区域(A)设定为在周向(C)上连续，并且配置为在沿径向(R)观察时与配置同相的其他相线圈部的相线圈配置区域(A)不重叠。相线圈部各自的周向的中心位置(P)被设定于相对于同一星形接线体所具备的其他相的相线圈部的周向的中心位置(P)在周向(C)上相差120°的位置。
【专利说明】
线圈
【技术领域】
[0001]本发明涉及被卷绕于具有沿圆筒状的铁芯基准面的周向分散配置的多个槽的铁芯、并且具有多个星形接线体的线圈。
【背景技术】
[0002]作为上述那样的线圈的以往技术，例如有日本特开2006 - 311733号公报(专利文献I)记载的技术。在专利文献I记载有如下结构，即，线圈具备两个星形接线体(Y形接线体)，连接各相的相线圈部各自的一端部的中性点相对于该两个星形接线体设置为共用。在专利文献I记载的结构中，构成并联电路的同相的两个相线圈部(专利文献I的图5所示的串联线圈A以及串联线圈B)分别如该文献的图4所示那样，由径向对置配置的两个线圈组构成。由此，即使是卷绕线圈的定子和配置为相对于该定子能够旋转的转子处于相互偏心的状态的情况下，也能够保持电磁平衡，抑制上述并联电路内循环电流的产生。
[0003]然而，在专利文献I的结构中，因为在构成同一相线圈部的上述两个线圈组的周向之间，配置构成同相的其他相线圈部的其他线圈组，所以需要使连接该两个线圈组的搭接线的周向的位置与该其他线圈组重叠配置。因此，在专利文献I的结构中，有招致在铁芯卷绕线圈的线圈卷绕工序复杂化、线圈卷绕工序需要的时间增大、用于进行线圈卷绕工序的设备的费用增大的可能性。
[0004]专利文献1:日本特开2006 — 311733号公报(第0023?0025、0030段等)
【发明内容】
[0005]因此，希望实现能够抑制线圈卷绕工序所需的时间、设备费用的增大并且能够抑制循环电流的产生的线圈。
[0006]本发明的线圈构成为，被卷绕于具有沿圆筒状的铁芯基准面的周向分散配置的多个槽的铁芯，并且具有N个(N表示2以上的整数)星形接线体，其特征结构在于，上述N个星形接线体分别具备与三相分别对应的三个相线圈部，并且上述三个相线圈部各自的第一端部通过按每个上述星形接线体独立形成的中性点连接，相互不同的上述星形接线体所具备的同相的N个上述相线圈部的第二端部相互连接，配置各个上述相线圈部的相线圈配置区域设定为在上述周向上连续，并且配置为在沿径向观察时与配置同相的其他(N — I)个上述相线圈部的上述相线圈配置区域不重叠，上述相线圈部各自的上述周向的中心位置被设定于相对于同一上述星形接线体所具备的其他相的上述相线圈部的上述周向的中心位置在上述周向上相差120°的位置。
[0007]根据上述的特征结构，同一星形接线体所具备的三个相线圈部各自的第一端部通过按每个星形接线体独立形成的中性点连接，并且相互不同的星形接线体所具备的同相的N个相线圈部的第二端部相互连接。因此，在本发明中，能够产生循环电流的并联电路的各支路由同一星形接线体所具备的两个相线圈部经由中性点串联连接而成的串联连接体构成。而且，根据上述的特征结构，相线圈部各自的周向的中心位置被设定于相对于同一星形接线体所具备的其他相的相线圈部的周向的中心位置在周向上相差120°的位置。即，同一星形接线体所具备的三个相线圈部各自的周向的中心位置沿周向以均等的间隔分散配置。
[0008]另外，在线圈是旋转电机用的线圈的情况下，由于该旋转电机的转子的旋转分别在相线圈部产生反电动势，但是在该旋转电机的转子与定子的旋转轴心配置为同心的同心状态下，设计上，相线圈部分别产生相互相同大小(振幅)的反电动势(以下，称作“基准反电动势”。)。另一方面，在该旋转电机的转子与定子的旋转轴心相互偏心的偏心状态下，与同心状态相比，伴随着转子的旋转产生的反电动势的大小变化。这里，根据上述的特征结构，如上述那样，同一星形接线体所具备的三个相线圈部各自的周向的中心位置沿周向以均等的间隔分散配置。因此，对于在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的大小、变化的方向在同一星形接线体所具备的三个相线圈部之间不平衡而言，能够与该偏心的朝向无关地进行抑制。这里，作为在两个相线圈部分别产生的反电动势的和，决定在由该两个相线圈部构成的串联连接体的两端部间产生的反电动势。因此，根据上述的特征结构，在构成同一并联电路的多个串联连接体之间，能够抑制在偏心状态下产生的反电动势之差变大，从而能够抑制成为振动、噪声的产生或者损失的增加的原因的循环电流的产生。
[0009]并且，根据上述的特征结构，配置各个相线圈部的相线圈配置区域设定为在周向上连续，并且配置为在沿径向观察时与配置同相的其他(N — I)个相线圈部的相线圈配置区域不重叠。因此，与相线圈配置区域在周向上不连续的区域的情况相比，能够将相线圈配置区域的周向的宽度抑制得小，并且能够使周向的位置不相互重叠地分别配置同相的多个相线圈部。由此，能够实现将线圈卷绕于铁芯的线圈卷绕工序的简化，结果，能够抑制线圈卷绕工序所需要的时间的增大、用于进行线圈卷绕工序的设备的费用的增大。
[0010]如上述那样，根据上述的特征结构，能够抑制线圈卷绕工序所需的时间、设备费用的增大，并且能够抑制循环电流的产生。
[0011]这里，优选构成为，上述相线圈部具备多个在一对或者多对槽间卷绕多次而成的单元线圈部，同一上述相线圈部所具备的多个上述单元线圈部以与电连接顺序相同的上述周向的顺序配置。
[0012]根据该结构，与多个单元线圈部的电连接顺序不同于周向的配置顺序的情况相t匕，能够缩短连接单元线圈部彼此的搭接线，能够实现线圈端部的小型化。另外，能够减少邻接配置的单元线圈部间的电位差，从而容易确保线圈的电绝缘性。
[0013]另外，优选构成为，配置各个上述相线圈部的上述相线圈配置区域配置为在沿径向观察时与配置其他相的上述相线圈部的上述相线圈配置区域局部重叠。
[0014]根据该结构，能够减少线圈形成的旋转磁场所包含的高次谐波成分。因此，在线圈是旋转电机用的线圈的情况下，能够抑制旋转电机的运转时的振动、噪声的产生。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的第一实施方式的定子的轴向视图。
[0016]图2是本发明的第一实施方式的线圈的接线图。
[0017]图3是本发明的第一实施方式的线圈的简化的接线图。
[0018]图4是表示本发明的第一实施方式的、相线圈部所产生的反电动势相对于电角度的变化的一个例子的图。
[0019]图5是表示本发明的第一实施方式的、通过串联连接两个相线圈部而成的串联连接体所产生的反电动势相对于电角度的变化的一个例子的图。
[0020]图6是表示本发明的第一实施方式的、在同一电源端子间连接的两个串联连接体之间的反电动势之差相对于电角度的变化的一个例子的图。
[0021]图7是比较例的定子的轴向视图。
[0022]图8是表示比较例的、相线圈部所产生的反电动势相对于电角度的变化的一个例子的图。
[0023]图9是表示比较例的、通过串联连接两个相线圈部而成的串联连接体所产生的反电动势相对于电角度的变化的一个例子的图。
[0024]图10是表示比较例的、在同一电源端子间连接的两个串联连接体之间的反电动势之差相对于电角度的变化的一个例子的图。
[0025]图11是本发明的第二实施方式的定子的轴向视图。
[0026]图12是本发明的第二实施方式的线圈的接线图。
[0027]图13是本发明的第三实施方式的定子的轴向视图。
【具体实施方式】
[0028]1.第一实施方式
[0029]参照附图对本发明的线圈的第一实施方式进行说明。这里以将本发明的线圈应用于旋转电机用的线圈的情况、具体而言应用于卷绕于定子I的定子铁芯2的线圈10(参照图1)的情况为例进行说明。如图1所示，本实施方式的定子I为内转子型的旋转电机用的定子。在本说明书中，旋转电机作为包括马达(电动机)、发电机(Generator)、以及根据需要而起到马达以及发电机双方的功能的电动发电机中的任一个概念而使用。在本实施方式中，定子铁芯2相当于本发明中的“铁芯”。
[0030]在以下的说明中，除了特别区别而标明的情况以外，“轴向”、“周向C”，以及“径向R”以圆筒状的铁芯基准面S(参照图1)的轴心作为基准进行定义。铁芯基准面S的轴心如后述那样在本实施方式中与定子轴心X—致。“周第一方向Cl”以及“周第二方向C2”分别表示从轴向的两侧的线圈端部1a中连接电源端子80U、80V、80W的一个线圈端部1a侧沿铁芯基准面S的轴心(轴向)观察线圈10或者是定子铁芯2的情况下(参照图1)的、顺时针方向以及逆时针方向。“径第一方向R1”以及“径第二方向R2”分别表示朝向铁芯基准面S的径向R的内侧的方向以及朝向外侧的方向。另外，在以下的说明中与各部件的配置方向、配置位置等相关的用语作为包括存在误差(制造上能够被允许的程度的误差)带来的差异的状态的概念而使用。
[0031]1- 1.定子的整体结构
[0032]参照图1对本实施方式的定子I的整体结构进行说明。定子I是作为旋转电机用的电枢的定子，具备定子铁芯2和卷绕于定子铁芯2的线圈10。定子铁芯2使用磁性材料形成。在定子铁芯2的径第一方向Rl侧(径向内侧)，配置有具备永久磁铁、电磁铁等的作为磁场的转子5。即，本实施方式的旋转电机是内转子型、旋转磁场型的旋转电机。在图1中简化表示转子5，仅表示转子5的外圆周面(虚线部分)、以及转子5或者是转子铁芯的轴心亦即转子轴心Y。图1中表示因为组装误差等而转子5相对于定子I向图1中的右下侧偏心、从而转子轴心Y与定子轴心X不一致的偏心状态。在这样的偏心状态下，定子I与转子5之间的径向R的缝隙亦即气隙的大小沿周向C不均匀。
[0033]在定子铁芯2沿周向C分散配置有多个槽3。在周向C上邻接的两个槽3之间形成有齿4。上述的“圆筒状的铁芯基准面S”是与槽3的配置、结构有关而成为基准的假想的面，在本实施方式中，将包含多个(与槽3数目相同)齿4的径第一方向Rl侧的端面的圆筒状的假想面(铁芯内圆周面)作为铁芯基准面S。因此，在本实施方式中，铁芯基准面S的轴心与作为定子I或者定子铁芯2的轴心的定子轴心X —致。也可以将定子铁芯2的径第二方向R2侧的面(铁芯外圆周面)等作为铁芯基准面S。
[0034]多个槽3沿周向C以一定间隔分散配置。各槽3形成为相互相同的形状。具体而言，槽3形成为沿轴向延伸，而沿轴向贯通定子铁芯2。另外，槽3形成为在径第一方向Rl侧开口(即，向铁芯内圆周面开口)，并且从定子轴心X放射状地沿径向R延伸。
[0035]旋转电机是被三相交流驱动的交流电动机，线圈10分别与三相(作为第一相的U相、作为第二相的V相、以及作为第三相的W相)对应地具备U相线圈10U、V相线圈10V、以及W相线圈10W(参照图2)。在定子铁芯2以沿周向C反复出现的方式配置有U相用、V相用、以及W相用的槽3。在本实施方式中，每极每相的槽数为“2”，在定子铁芯2，各相用的槽3配置为沿周向C两个两个反复出现。而且，在本实施方式中，每相的磁极数为“8”，在定子铁芯2合计设置有48 ( = 2X8X3)个槽3。
[0036]I 一 2.线圈的结构
[0037]接下来，对作为本发明的要部的线圈10的结构进行说明。线圈10具有N个(N表示2以上的整数)星形接线体11、12。在本实施方式中，“N”是每相的磁极数(在本例中为“8”)的约数中的2以上的值。在本例中，如图2所示，“N”为“2”，线圈10具有第一星形接线体11和第二星形接线体12两个星形接线体。线圈10由线状的导体亦即线状导体构成。线状导体例如由铜、铝等金属形成。作为这样的线状导体，能够使用由捆绑多个细线的绞线构成的导体、与延伸方向正交的剖面和槽3的剖面形状一致的形状(例如矩形状)的导体坐寸ο
[0038]N个(在本例中为两个)星形接线体11、12各自具备分别与三相对应的三个相线圈部，该三个相线圈部各自的第一端部71通过按每个星形接线体11、12独立形成的中性点91、92连接。即，三个相线圈部为星形接线(Y接线)，而形成一个星形接线体11、12。具体而言，如图2所示，第一星形接线体11具备与U相对应的第一 U相相线圈部21U、与V相对应的第一 V相相线圈部21V、以及与W相对应的第一 W相相线圈部21W。而且，第一 U相相线圈部2IU的第一端部71、第一 V相相线圈部21V的第一端部71、以及第一 W相相线圈部21W的第一端部71通过第一中性点91相互连接。第二星形接线体12具备与U相对应的第二 U相相线圈部22U、与V相对应的第二 V相相线圈部22V、以及与W相对应的第二 W相相线圈部22W。而且，第二 U相相线圈部22U的第一端部71、第二 V相相线圈部22V的第一端部71、以及第二 W相相线圈部22W的第一端部71通过第二中性点92相互连接。如图2所示，第一中性点91和第二中性点92相互独立地形成，不直接连接而经由电路元件(这里是相线圈部)电连接。
[0039]另外，相互不同的星形接线体11、12所具备的同相的N个(本例中为两个)相线圈部的第二端部72相互连接。具体而言，如图2所示，第一星形接线体11所具备的第一 U相相线圈部2IU的第二端部72和第二星形接线体12所具备的第二 U相相线圈部22U的第二端部72相互连接。第一星形接线体11所具备的第一 V相相线圈部21V的第二端部72和第二星形接线体12所具备的第二 V相相线圈部22V的第二端部72相互连接。第一星形接线体11所具备的第一 W相相线圈部21W的第二端部72和第二星形接线体12所具备的第二 W相相线圈部22W的第二端部72相互连接。
[0040]如图2所示，U相相线圈部21U、22U的第二端部72与U相电源端子80U连接，V相相线圈部21V、22V的第二端部72与V相电源端子80V连接，W相相线圈部21W、22W的第二端部72与W相电源端子80W连接。这里，电源端子80U、80V、80W是用于对连接旋转电机和逆变器(未图示)的导线(电力线)进行连接的端子。如图1示意性表示那样，在本实施方式中，U相电源端子80U、V相电源端子80V，以及W相电源端子80W全部相对于定子铁芯2而在轴向的相同侧(图1中的纸面近前侧)与线圈端部1a连接。
[0041]在本实施方式中，星形接线体11、12所具备的三个相线圈部分别具备多个单元线圈部。单元线圈部是在一对或者多对槽3间卷绕多次而成的线圈部，多个单元线圈部分别形成磁极。单元线圈部具有配置在槽3内的线圈边部和连接线圈边部彼此的折回部。折回部由单元线圈部从定子铁芯2沿轴向突出的部分构成。而且，通过折回部、和相对于定子铁芯2在轴向的外侧将两个单元线圈部彼此连接的搭接部(搭接线)形成线圈端部10a。此夕卜，在图1中仅表示折回部，省略了搭接部、以及线圈端部1a与中性点91、92(参照图2)的连接部件的图示。另外，在图1中，也省略线圈端部1a与电源端子80U、80V、80W的连接部件的图示，简化为仅表示线圈端部1a与电源端子80U、80V、80W的连接关系。
[0042]在本实施方式中，单元线圈部是在一对槽3间卷绕多次而成的线圈部，例如，通过使一根线状导体环绕多次(偶数次或者奇数次)，来形成由多根线状导体束构成的单元线圈部。而且，由串联连接的多个(在本例中为四个)单元线圈部形成一个相线圈部。具体而言，如图2所示，第一 U相相线圈部21U从第二端部72侧向第一端部71侧开始(即，按照电连接的顺序)具备第一 U相单元线圈部31U、第二 U相单元线圈部32U、第三U相单元线圈部33U、以及第四U相单元线圈部34U。第二 U相相线圈部22U从第二端部72侧向第一端部71侧开始(B卩，按照电连接的顺序)具备第五U相单元线圈部35U、第六U相单元线圈部36U、第七U相单元线圈部37U、以及第八U相单元线圈部38U。
[0043]如图1所示，U相单元线圈部31U?38U分别卷绕于相互离开5槽间距的一对槽3间。即，构成一个U相单元线圈部3IU?38U的多个线圈边部分开配置于相互离开5槽间距的两个槽3。另外，多个U相单元线圈部31U?38U沿周向C以I磁极间距(在本例中为6槽间距)配置。即，U相单元线圈部31U?38U各自的周第一方向Cl侧的线圈边部相对于配置在周第一方向Cl侧邻接的其他U相单元线圈部3IU?38U的周第二方向C2侧的线圈边部的槽3，配置于与周第二方向C2侧邻接的槽3。
[0044]在本实施方式中，同一相线圈部所具备的多个单元线圈部以与电连接顺序相同的周向的顺序配置。即，在本实施方式中，相线圈部具有邻极卷绕结构，同一相线圈部所具备的多个单元线圈部以卷绕方向相互为相反方向的单元线圈部按照电连接的顺序交替出现的方式连接。
[0045]具体而言，如图1所示，第一 U相相线圈部2IU所具备的多个U相单元线圈部31U?34U朝向周第一方向Cl侧按第一 U相单元线圈部31U、第二 U相单元线圈部32U、第三U相单元线圈部33U、以及第四U相单元线圈部34U的顺序配置，第一 U相相线圈部2IU所具备的多个U相单元线圈部31U?34U的电连接顺序(参照图2)与周向C的配置顺序一致。同样，第二 U相相线圈部22U所具备的多个U相单元线圈部35U?38U朝向周第二方向C2侧按第五U相单元线圈部35U、第六U相单元线圈部36U、第七U相单元线圈部37U、以及第八U相单元线圈部38U的顺序配置，第二 U相相线圈部22U所具备的多个U相单元线圈部35U?38U的电连接顺序(参照图2)与周向C的配置顺序一致。
[0046]在图1中，为了使发明容易理解，用空心的圆圈表示作为配置线圈边部的部分的单元线圈部的周向C的两端部，并且在该圆圈的内部附上表示在线圈边部流动的电流的方向的符号。具体而言，“X”字状的符号表示电流从电源端子80U、80V、80W侧向中性点91、92侧流动时，电流向图1中纸面里侧流动，点状的符号表示电流从电源端子80U、80V、80W侧向中性点91、92侧流动时，电流向图1中纸面近前侧流动。
[0047]从图1可知，第一 U相单元线圈部31U、第三U相单元线圈部33U、第六U相单元线圈部36U、以及第八U相单元线圈部38U的卷绕方向相互相同并且形成相互方向相同的磁极。第二 U相单元线圈部32U、第四U相单元线圈部34U、第五U相单元线圈部35U、以及第七U相单元线圈部37U的卷绕方向相互相同并且形成相互方向相同的磁极。而且，U相单元线圈部31U、33U、36U、38U与U相单元线圈部32U、34U、35U、37U的卷绕方向相互为相反方向，形成相互方向相反的磁极。
[0048]第一 V相相线圈部21V除了将第一U相单元线圈部31U、第二 U相单元线圈部32U、第三U相单元线圈部33U、以及第四U相单元线圈部34U分别置换为第一 V相单元线圈部31V、第二 V相单元线圈部32V、第三V相单元线圈部33V、以及第四V相单元线圈部34V这一点以外，基本上构成为与第一 U相相线圈部21U相同。另外，第二 V相相线圈部22V除了将第五U相单元线圈部35U、第六U相单元线圈部36U、第七U相单元线圈部37U、以及第八U相单元线圈部38U分别置换为第五V相单元线圈部35V、第六V相单元线圈部36V、第七V相单元线圈部37V、以及第八V相单元线圈部38V这一点以外，基本上构成为与第二 U相相线圈部22U相同。
[0049]同样，第一 W相相线圈部21W除了将第一 U相单元线圈部31U、第二 U相单元线圈部32U、第三U相单元线圈部33U、以及第四U相单元线圈部34U分别置换为第一 W相单元线圈部31W、第二 W相单元线圈部32W、第三W相单元线圈部33W、以及第四W相单元线圈部34W这一点以外，基本上构成为与第一 U相相线圈部21U相同。另外，第二 W相相线圈部22W除了将第五U相单元线圈部35U、第六U相单元线圈部36U、第七U相单元线圈部37U、以及第八U相单元线圈部38U分别置换为第五W相单元线圈部35W、第六W相单元线圈部36W、第七W相单元线圈部37W、以及第八W相单元线圈部38W这一点以外，基本上构成为与第二U相相线圈部22U相同。
[0050]此外，如图1所示，V相线圈1V以相对于U相线圈1U向周第一方向Cl侧错开120° (本例中为16槽间距)的位置关系配置。即，第一 V相相线圈部21V的周向C的中心位置P相对于第一 U相相线圈部2IU的周向C的中心位置P，配置于向周第一方向Cl侧错开120°的位置，第二 V相相线圈部22V的周向C的中心位置P相对于第二 U相相线圈部22U的周向C的中心位置P，配置于向周第一方向Cl侧错开120°的位置。另外，如图1所示，W相线圈1W以相对于V相线圈1V向周第一方向Cl侧错开120°的位置关系配置。SP，第一 W相相线圈部21W的周向C的中心位置P相对于第一 V相相线圈部21V的周向C的中心位置P，配置于向周第一方向Cl侧错开120°的位置，第二 W相相线圈部22W的周向C的中心位置P相对于第二 V相相线圈部22V的周向C的中心位置P，配置于向周第一方向Cl侧错开120°的位置。
[0051]因此，在本实施方式中，如图1所示，第一 U相相线圈部2IU的周向C的中心位置P、第一 V相相线圈部21V的周向C的中心位置P、以及第一 W相相线圈部21W的周向C的中心位置P分别配置于将圆周均等地三等分的位置。另外，第二 U相相线圈部22U的周向C的中心位置P、第二 V相相线圈部22V的周向C的中心位置P、以及第二 W相相线圈部22W的周向C的中心位置P也分别配置于将圆周均等地三等分的位置。这样，相线圈部各自的周向C的中心位置P相对于同一星形接线体11、12所具备的其他相的相线圈部的周向C的中心位置P，设定于在周向C上相差120°的位置。
[0052]如图1所示，配置各个相线圈部的周向C的区域亦即相线圈配置区域A设定为沿周向C连续。这里，“沿周向C连续”是作为包括不具有不连续部分的状态、和具有I槽间距以下的周向C宽度的缝隙的不连续部分的状态双方的概念而使用的。在本实施方式中，相线圈部具备多个单元线圈部，相线圈配置区域A由配置该多个单元线圈部各个的周向C的区域的集合形成。
[0053]例如，如图1所示，配置第一 U相相线圈部21U的相线圈配置区域A为分别配置第一 U相单元线圈部31U、第二 U相单元线圈部32U、第三U相单元线圈部33U、以及第四U相单元线圈部34U的区域的集合。在该情况下，在沿周向C邻接的两个U相单元线圈部31U?34U之间虽然形成与齿4的周向C宽度对应的缝隙，但是该缝隙的周向C宽度为I槽间距以下，配置第一 U相相线圈部21U的相线圈配置区域A形成为沿周向C连续。第二 U相相线圈部22U、第一 V相相线圈部21V、第二 V相相线圈部22V、第一 W相相线圈部21W、第二 W相相线圈部22W也一样，配置该相线圈部的相线圈配置区域A形成为沿周向C连续。
[0054]而且，分别配置相线圈部的相线圈配置区域A配置为，在沿径向R观察时与配置同相的其他(N — I)个(本例中为一个)相线圈部的相线圈配置区域A不重叠。S卩，相线圈配置区域A的整体设定为位于配置同相的其他相线圈部的相线圈配置区域A的外部(周向C的外部)。在本实施方式中，如图1所示，相线圈配置区域A分别具有180° (严格来说，为从180°减去一个齿4的周向C的宽度的角度)的周向C的长度。而且，在本实施方式中，同相的多个(本例中为两个)相线圈配置区域A(例如，配置第一 U相相线圈部21U的相线圈配置区域A、以及配置第二 U相相线圈部22U的相线圈配置区域A)设定为沿周向C相互错开180°的位置关系。因此，在本实施方式中，如图1所示，相线圈部各自的周向C的中心位置P相对于同相的其他相线圈部的周向C的中心位置P，设定于在周向C上相差180°的位置。
[0055]在本实施方式中，单元线圈部卷绕于相互距离5槽间距的一对槽3间，相互不同的相的单元线圈部彼此配置为在沿径向R观察时局部重叠。因此，对于单元线圈部所构成的相线圈部而言，相互不同相的相线圈部彼此也配置为在沿径向R观察时局部重叠，其结果，在本实施方式中，分别配置相线圈部的相线圈配置区域A配置为在沿径向R观察时与配置其他相的相线圈部的相线圈配置区域A局部重叠。
[0056]在本实施方式中，如上述那样，相线圈配置区域A分别具有180°的周向C的长度。因此，同一星形接线体11、12所具备的多个相线圈部配置为沿周向C相互错开120°的角度配置，并且在沿径向R观察时相互局部重叠。即，在本实施方式中，分别配置相线圈部的相线圈配置区域A配置为在沿径向R观察时与配置同一星形接线体11、12所具备的其他相的相线圈部的相线圈配置区域A局部重叠。
[0057]接下来，参照图7所示的比较例，对本实施方式的线圈10中能够抑制循环电流的产生这一点进行说明。此外，在图7所示的比较例中，线圈10也如图2所示那样构成，但与本发明不同，相线圈部各自的周向C的中心位置P相对于同一星形接线体11、12所具备的其他相的相线圈部的周向C的中心位置P，未设定于在周向C上相差120°的位置。具体而言，同一星形接线体11、12所具备的三个相线圈部各自的周向C的中心位置P如图7所示地沿周向C以30°的间隔配置。
[0058]本实施方式的线圈10因为如图2所示那样构成，所以在定子I与转子5偏心的状态(以下，称作“偏心状态”。)下能够产生循环电流的并联电路形成于两个电源端子80U、80V、80W之间，并联电路分别具有N个(在本例中为两个)支路。而且，对于并联电路的各支路而言，由同一星形接线体11、12所具备的两个相线圈部由经由中性点91、92串联连接而成的串联连接体构成。此外，在本实施方式中，相线圈部因为通过串联连接多个单元线圈部而形成，所以在相线圈部产生的反电动势为在该多个单元线圈部分别产生的反电动势的总和。
[0059]例如，如图2所示，形成于U相电源端子80U与V相电源端子80V之间的并联电路具有两个支路，一个支路由第一 U相相线圈部2IU和第一 V相相线圈部21V经由第一中性点91串联连接而成的串联连接体构成，另一个支路由第二 U相相线圈部22U和第二 V相相线圈部22V经由第二中性点92串联连接而成的串联连接体构成。而且，虽然伴随转子5的旋转而分别在相线圈部产生反电动势，但是通过将构成同一并联电路的多个(在本例中为两个)串联连接体之间的反电动势之差抑制得小，能够抑制该并联电路中的循环电流。
[0060]关于这一点，在本实施方式的线圈10中，如图1所示，相线圈部各自的周向C的中心位置P相对于同一星形接线体11、12所具备的其他相的相线圈部的周向C的中心位置P，设定于在周向C上相差120°的位置。因此，对于在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的大小、变化的方向在同一星形接线体11、12所具备的三个相线圈部之间不平衡而言，与该偏心的朝向无关地对其进行抑制，并如以下说明的模拟结果所示那样，能够将构成同一并联电路的多个串联连接体之间的反电动势之差抑制得小。这里，基准反电动势是在定子I与转子5配置为同心的状态(以下，称作“同心状态”。)下在相线圈部产生的反电动势，设计上全部的相线圈部的基准反电动势为相同的值(振幅)。
[0061]图4?图6是表示假定图1所示那样的偏心状态的情况下的模拟结果的图。这里，各图中的 “E —U1”、“E —U2”、“E —V1”、“E —V2”、“E —W1”、以及 “E —W2” 分别表示图3所示那样相线圈部各自规定的电压。图4表示在相线圈部分别产生的反电动势分布，图5表示在由两个相线圈部构成的串联连接体的两端部间产生的反电动势的分布。例如，图5中的“E — Ul — E — VI”表示由第一 U相相线圈部2IU和第一 V相相线圈部21V构成的串联连接体的两端部间的电压。而且，图6表示构成同一并联电路的两个串联连接体之间的反电动势之差的分布。另一方面，图8?图10是图7所示的比较例的模拟结果，图8与图4对应，图9与图5对应，图10与图6对应。
[0062]如图1所示，这里假定转子5相对于定子I向图1中的右下侧偏心的状态。而且，第一 U相相线圈部2IU的周向C的中心位置P大致位于图1中的右下侧。因此，如图4所示，第一星形接线体11所具备的三个相线圈部21U、21V、21W中，因为第一 U相相线圈部2IU的周向C的中心位置P的气隙的大小与同心状态相比减少，所以产生比基准反电动势大的反电动势。此外，在图4中虽然省略了基准反电动势的图示，但是U相相线圈部21U、22U的基准反电动势大致与E —Ul的波形和E —U2的波形的平均值相等。V相相线圈部2IV、22V以及W相相线圈部21W、22W的基准反电动势也相同。
[0063]另一方面，因为第一 V相相线圈部21V和第一 W相相线圈部21W的周向C的中心位置P的气隙的大小与同心状态相比增加，所以产生比基准反电动势小的反电动势。此时，第一 V相相线圈部2IV的周向C的中心位置P、第一 W相相线圈部2IW的周向C的中心位置P相对于第一 U相相线圈部2IU的周向C的中心位置P设定于在周向C上相差120°的位置，所以第一 V相相线圈部21V以及第一 W相相线圈部21W的反电动势相对于基准反电动势的变化幅度与第一U相相线圈部2IU的反电动势相对于基准反电动势的变化幅度相比较小。
[0064]这样,在本实施方式的线圈10中，抑制了在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的大小、变化的方向在第一星形接线体11所具备的第一 U相相线圈部21U、第一 V相相线圈部21V、以及第一 W相相线圈部21W之间不平衡的情况。虽然省略说明，但如图4所示那样，在第二星形接线体12所具备的第二 U相相线圈部22U、第二 V相相线圈部22V、以及第二 W相相线圈部22W之间，也抑制了在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的大小、变化的方向不平衡的情况。
[0065]与此相对，在比较例的线圈10(参照图7)中，如图8所示，在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的大小、变化的方向在第一星形接线体11所具备的第一U相相线圈部21U、第一 V相相线圈部21V、以及第一 W相相线圈部21W之间不平衡。具体而言，对于第一 U相相线圈部21U、第一 V相相线圈部21V、以及第一 W相相线圈部21W全部而言，产生的反电动势比基准反电动势大，并且其变化幅度几乎相等。即，在第一星形接线体11所具备的第一 U相相线圈部21U、第一 V相相线圈部21V、以及第一 W相相线圈部21W之间，在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的方向一致，并且在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的大小也几乎一致。虽然省略说明，但是如图8所示那样，在第二星形接线体12所具备的第二 U相相线圈部22U、第二 V相相线圈部22V、以及第二 W相相线圈部22W之间，在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的大小、变化的方向也不平衡。
[0066]其结果，在本实施方式的线圈10中，比较图6与比较例的图10可知，能够将构成同一并联电路的多个串联连接体之间的反电动势之差抑制得小。此外，在图10中，为了使发明容易理解，用点划线表示本实施方式的图6所示的波形。
[0067]此外，在本实施方式中，如上述那样，相线圈部各自的周向C的中心位置P相对于同相的其他相线圈部的周向C的中心位置P，设定于在周向C上相差180°的位置。因此，在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的方向基本上在同相的两个相线圈部之间成为相互相反方向。
[0068]2.第二实施方式
[0069]参照图11以及图12对本发明的线圈的第二实施方式进行说明。在本实施方式中，在“N”为“4”这一点上，与上述第一实施方式不同。以下，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，没有特别标明的点与上述第一实施方式相同。
[0070]如图12所示，在本实施方式中，线圈10具有第一星形接线体11、第二星形接线体
12、第三星形接线体13、以及第四星形接线体14共四个星形接线体。四个星形接线体11?14分部具备与三相分别对应的三个相线圈部，该三个相线圈部各自的第一端部71通过按每个星形接线体11?14独立形成的中性点91?94连接。此外，在本实施方式中，星形接线体11?14所具备的三个相线圈部分别具有两个单元线圈部。
[0071]因此，在本实施方式中，U相线圈1U除了第一 U相相线圈部21U以及第二 U相相线圈部22U之外，还具备第三U相相线圈部23U以及第四U相相线圈部24U。同样，V相线圈1V除了第一 V相相线圈部21V以及第二 V相相线圈部22V之外，还具备第三V相相线圈部23V以及第四V相相线圈部24V，W相线圈1W除了第一 W相相线圈部21W以及第二 W相相线圈部22W之外，还具备第三W相相线圈部23W以及第四W相相线圈部24W。另外，线圈10除了第一中性点91以及第二中性点92之外，还具备第三中性点93以及第四中性点94。
[0072]如图11所示，对于第一 V相相线圈部21V、第二 V相相线圈部22V、第三V相相线圈部23V、以及第四V相相线圈部24V全部而言，V相相线圈部2IV?24V的周向C的中心位置P相对于同一星形接线体11?14所具备的U相相线圈部2IU?24U的周向C的中心位置P，配置于向周第一方向Cl侧错开120°的位置。另外，对于第一 W相相线圈部21W、第二 W相相线圈部22W、第三W相相线圈部23W、以及第四W相相线圈部24W全部而言，W相相线圈部21W?24W的周向C的中心位置P相对于同一星形接线体11?14所具备的V相相线圈部21V?24V的周向C的中心位置P，配置于向周第一方向Cl侧错开120°的位置。即，本实施方式中，相线圈部各自的周向C的中心位置P相对于同一星形接线体11?14所具备的其他相的相线圈部的周向C的中心位置P，也设定于在周向C上相差120°的位置。
[0073]在本实施方式中，如图11所示，相线圈配置区域A分别具有90° (严格来说，为从90°减去一个齿4的周向C的宽度的角度)的周向C的长度。而且，同相的多个(本例中为四个)相线圈配置区域A设定为在周向C上邻接的相线圈配置区域A彼此在周向C上相互错开90°的位置关系。由此，在本实施方式中，如图11所示，相线圈部各自的周向C的中心位置P相对于在周向C上邻接的同相的相线圈部的周向C的中心位置P，设定于在周向C上相差90°的位置。
[0074]本实施方式中，如图11所示，分别配置相线圈部的相线圈配置区域A也配置为在沿径向R观察时与配置其他相的相线圈部的相线圈配置区域A局部重叠。但是，如上述那样，在本实施方式中，相线圈配置区域A分别具有90°的周向C的长度，从而与上述第一实施方式不同，分别配置相线圈部的相线圈配置区域A配置为在沿径向R观察时与配置同一星形接线体11?14所具备的其他相的相线圈部的相线圈配置区域A不重叠。
[0075]本实施方式的线圈10中，相线圈部各自的周向C的中心位置P相对于同一星形接线体11?14所具备的其他相的相线圈部的周向C的中心位置P，也设定于在周向C上相差120°的位置。因此，虽然省略模拟结果，但是在本实施方式的线圈10中，也与上述第一实施方式的线圈10相同，对于在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的大小、变化的方向在同一星形接线体11?14所具备的三个相线圈部之间不平衡而言，与该偏心的朝向无关地对其进行抑制，并能够将构成同一并联电路的多个(本例中为四个)串联连接体之间的反电动势之差抑制得小。此外，在本实施方式中，如图12所示，在偏心状态下能够产生循环电流的并联电路具有四个支路。
[0076]3.第三实施方式
[0077]参照图13对本发明的线圈的第三实施方式进行说明。在图13中，与图1相同，仅表示单元线圈部的折回部，省略搭接部以及线圈端部1a与中性点91、92的连接部件的图示。在本实施方式中，U相单元线圈部3IU?38U、V相单元线圈部31V?38V、W相单元线圈部31W?38W(折回部)的沿轴向L观察时的形状、以及在沿轴向L观察时的线圈端部1a的整体的配置形状与上述第一实施方式的形状不同。在上述第一实施方式中，如图1所示，各单元线圈部(折回部)的沿轴向L观察时的形状为沿周向C的圆弧状。而且，在上述的第一实施方式中，各相的单元线圈部设计为在沿轴向L观察时位于每相的半径不同的同心圆上。具体而言，在与U相、V相、W相这三相对应的三个同心圆中最靠外的圆(最靠径第二方向R2侧且半径最大的圆)上,存在U相单元线圈部3IU?38U,在最靠内的圆(最靠径第一方向Rl侧且半径最小的圆)上，存在W相单元线圈部31W?38W，在形成于它们之间的中间圆(半径比最靠外的圆的半径小并比最靠内的圆的半径大)上，存在V相单元线圈部31V?38V。这样，在上述第一实施方式中，通过将各单元线圈部配置于每相的半径不同的同心圆上，在沿轴向L观察时的线圈端部1a的整体的形状为以定子轴心X为中心的三重的环状。与此相对，在本实施方式中，在沿轴向L观察时，U相单元线圈部31U?38U、V相单元线圈部31V?38V、W相单元线圈部31W?38W的各单元线圈部是沿以定子轴心X为中心的放射状的螺旋形状配置的结构。以下，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，没有特别标明的点与上述第一实施方式相同。
[0078]在本实施方式中，U相单元线圈部3IU?38U、V相单元线圈部31V?38V、W相单元线圈部31W?38W的各单元线圈部配置为连结相距5槽间距的两个槽3之间。另外，各单元线圈部配置为在沿轴向L观察时随着从周向一端部侧(本例中为周第一方向CU 则)向周向另一端部侧(在本例中为周第二方向C2侧)而从径向内侧(本例中为径第一方向Rl侧)朝向径向外侧(在本例中为径第二方向R2侧)。此时，如图13所示，多个单元线圈部的沿轴向L观察时的形状设计为沿从定子轴心X侧向径第二方向R2侧延伸的多个放射状的螺旋线M配置。这里，“螺旋线M”是螺旋状的平面曲线(包括平面直线以及平面折线等)，也包括延长线不通过定子轴心X的螺旋线M。
[0079]具体而言，如图13所示，U相单元线圈部31U?38U的各单元线圈部的折回部沿螺旋线M圆弧状地配置，以使周第一方向Cl侧的端部位于一对槽中的一个槽3的径第一方向Rl侧的区域，周第二方向C2侧的端部位于从该槽3向周第二方向C2侧离开5槽间距的另一个槽3的径第二方向R2侧的区域。V相单元线圈部31V?38V、W相单元线圈部31W?38W的各单元线圈部的折回部也同样配置。这样，多个单元线圈部的折回部在沿轴向L观察时分别沿相互不同的多个放射状的螺旋线M配置，从而作为整体形成有螺旋状的线圈端部1a0
[0080]另外，此时，在周向C上相互邻接的不同相的两个单元线圈部分别配置为在沿径向R观察时局部重叠。即，各单元线圈部配置为，在周向一端部(本例中为周第一方向Cl侧端部)中相对于位于相同周向位置的其他单元线圈部位于径向内侧(本例中为径第一方向Rl侧)，并且在周向另一端部(本例中为周第二方向C2侧端部)中相对于位于相同的周向位置的其他单元线圈部位于径向外侧(本例中为径第二方向R2侧)。在本实施方式中，U相、V相、W相的各单元线圈部在周第一方向Cl侧与一个不同相的单元线圈部邻接，在周第二方向C2侧与另一个不同相的单元线圈部邻接。而且，各单元线圈部配置为，从周第一方向Cl侧向周第二方向C2侧，以U相单元线圈部、V相单元线圈部、W相单元线圈部的顺序反复出现。
[0081]这里，本实施方式的相线圈配置区域A是使构成相线圈部的单元线圈部沿周向C配置的情况下的该单元线圈部的周向C的区域(单元线圈配置区域)的总和的区域。本实施方式的线圈10中，也与上述第一实施方式相同，相线圈配置区域A设定为沿周向C连续。为了实现这样的结构，在本实施方式中，构成相线圈部的各单元线圈部配置为，周向一端部(本例中为周第一方向Cl侧端部)与以电连接顺序连续的同相的单元线圈部的周向另一端部(本例中为周第二方向C2侧端部)成为邻接的周向C位置。另外，本实施方式的线圈10中，相线圈配置区域A也配置为在沿径向观察时与配置同相的其他N— I个(本例中为一个)相线圈部的相线圈配置区域A不重叠。在本实施方式中，例如，第一 U相相线圈部21U的相线圈配置区域A配置为，从图13的纸面近前侧观察时，在右下的区域以180°的周向C的长度连续。另一方面，第二 U相相线圈部22U的相线圈配置区域A配置为，从图13的纸面近前侧观察时，在左上的区域以不与第一 U相相线圈部21U的相线圈配置区域A重叠的方式以180°的周向C的长度连续。
[0082]本实施方式的线圈10中，相线圈部各自的周向C的中心位置P相对于同一星形接线体11、12所具备的其他相的相线圈部的周向C的中心位置P，也设定于在周向C上相差120°的位置。因此，虽然省略模拟结果，但是本实施方式的线圈10也与上述第一实施方式的线圈10相同，对于在偏心状态下产生的反电动势相对于基准反电动势的变化的大小、变化的方向在同一星形接线体11、12所具备三个相线圈部之间不平衡而言，与该偏心的朝向无关地对其进行抑制,并且能够将构成同一并联电路的多个(本例中为两个)串联连接体之间的反电动势之差抑制得小。
[0083]在本实施方式中，各单兀线圈部配置为,在周第一方向Cl侧端部中相对于位于同一周向位置的其他单元线圈部位于径第一方向Rl侧，并且在周第二方向C2侧端部中相对于位于同一周向位置的其他单元线圈部位于径第二方向R2侧，从而以向周第二方向C2侧螺旋的方式形成线圈端部10a。但是，本发明的实施方式并不限定于此。也可以构成为，各单元线圈部配置为，在周第二方向C2侧端部中相对于位于相同周向位置的其他单元线圈部位于径第一方向Rl侧，并且在周第一方向Cl侧端部中相对于位于相同周向位置的其他单元线圈部位于径第二方向R2侧，从而形成与图13的例子的螺旋方向相反的线圈端部10a。
[0084]4.其他实施方式
[0085]最后，对本发明的线圈的其他实施方式进行说明。此外，对于在以下的各个实施方式中公开的结构，只要不产生矛盾，就能够与在其他实施方式中公开的结构组合应用。
[0086](I)在上述第一实施方式中以“N”为“2”的结构为例进行了说明，在上述第二实施方式中以“N”为“4”的结构为例进行了说明。但是本发明的实施方式并不限定于此。例如也能够为“N”为“8”的结构等“N”为“2”以及“4”以外的2以上的整数的结构。
[0087](2)在上述的各实施方式中，以同一相线圈部所具备的多个单元线圈部以与电连接顺序相同的周向C的顺序配置的结构为例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于此。即，也能够为同一相线圈部所具备的多个单元线圈部以与电连接顺序不同的周向C的顺序配置的结构。例如，在上述第一实施方式的结构(参照图1)中，第一U相相线圈部21U也可以是按照电连接的顺序具备第一U相单元线圈部31U、第三U相单元线圈部33U、第二U相单元线圈部32U、以及第四U相单元线圈部34U的结构，即是相线圈部具有隔极卷绕构造的结构。
[0088](3)在上述的各实施方式中，以单元线圈部是在一对槽3间卷绕多次而成的线圈部的结构为例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于此。即，单元线圈部也可以是在多对槽3间卷绕多次而成的线圈部的结构。例如，单元线圈部能够为在两对槽间卷绕多次而成的线圈部的结构，在该情况下，例如，能够是将沿周向C邻接的两个槽3 (邻接槽组)、和配置于沿周向C离开该邻接槽组I磁极间距的位置的邻接槽组作为卷绕单元线圈部的四个槽3的结构。
[0089](4)在上述的各实施方式中，以定子铁芯2相当于本发明中的“铁芯”的结构为例进行了说明。但是本发明的实施方式并不限定于此。例如，作为旋转电机，也能够为采用固定磁场型(旋转电枢型)的旋转电机，线圈10卷绕于转子5的转子铁芯。在该情况下，与上述的实施方式不同，铁芯基准面S的轴心与转子轴心Y —致。
[0090](5)在上述的各实施方式中，以线圈10的卷绕对象的定子铁芯2是内转子型的旋转电机用的定子的定子铁芯的结构为例进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于此。即，作为线圈10的卷绕对象的定子铁芯，也能够采用外转子型的旋转电机用的定子的定子铁芯。在该情况下，与上述的实施方式不同，转子5配置于定子铁芯2的径第二方向R2侧(径向外侧)。
[0091](6)对于其他结构，在本说明书中公开的实施方式的全部的点都是例示，本发明的实施方式并不限定于此。即，对未在本申请的权利要求书的范围记载的结构，在不脱离本发明的目的范围内能够适当地改变。
[0092]工业上的可利用性
[0093]本发明适用于如下线圈，S卩，被卷绕于具有沿圆筒状的铁芯基准面的周向分散配置的多个槽的铁芯、并且具有多个星形接线体。
[0094]附图标记说明:
[0095]2…定子铁芯(铁芯);3…槽；10...线圈；1L...第一星形接线体(星形接线体);12…第二星形接线体(星形接线体)；13…第三星形接线体(星形接线体)；14…第四星形接线体(星形接线体);21U?24υ...υ相相线圈部(相线圈部);21V?24V...V相相线圈部(相线圈部)；21W?24W…W相相线圈部(相线圈部)；31U?38υ...υ相单元线圈部(单元线圈部)；31V?38ν...ν相单元线圈部(单元线圈部)；31W?38W?"W相单元线圈部(单元线圈部)；71…第一端部；72…第二端部；91...第一中性点(中性点)；92…第二中性点(中性点)；93…第三中性点(中性点)；94…第四中性点(中性点)；A…相线圈配置区域；0..周向；P…中心位置；R…径向铁芯基准面。
【权利要求】
1.一种线圈，其被卷绕于具有沿圆筒状的铁芯基准面的周向分散配置的多个槽的铁芯，并且具有N个(N表示2以上的整数)星形接线体，该线圈的特征在于， 所述N个星形接线体分别具备与三相分别对应的三个相线圈部，并且所述三个相线圈部各自的第一端部通过按每个所述星形接线体独立形成的中性点连接， 相互不同的所述星形接线体所具备的同相的N个所述相线圈部的第二端部相互连接， 配置各个所述相线圈部的相线圈配置区域设定为在所述周向上连续，并且配置为在沿径向观察时与配置同相的其他(N — I)个所述相线圈部的所述相线圈配置区域不重叠， 所述相线圈部各自的所述周向的中心位置被设定于相对于同一所述星形接线体所具备的其他相的所述相线圈部的所述周向的中心位置在所述周向上相差120°的位置。
2.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于， 所述相线圈部具备多个在一对或者多对槽间卷绕多次而成的单元线圈部， 同一所述相线圈部所具备的多个所述单元线圈部以与电连接顺序相同的所述周向的顺序配置。
3.根据权利要求1或者2所述的线圈，其特征在于， 配置各个所述相线圈部的所述相线圈配置区域配置为沿径向观察时与配置其他相的所述相线圈部的所述相线圈配置区域局部重叠。
【文档编号】H02K3/28GK104185941SQ201280071335
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2012年12月13日 优先权日:2012年3月29日
【发明者】中川善也 申请人:爱信艾达株式会社