三相交流电动机及其制造方法与流程

本发明涉及一种具有8字形的波绕式线圈的电动机及其制造方法。

背景技术：

在具备永磁体的电动机中，存在被称为齿槽转矩(cogging torque)的脉动、被称为转矩波动(torque ripple)的转矩变动。以往，作为能够降低齿槽转矩和转矩波动的极数与槽数的组合，能够列举出具有槽数除以极数所得到的值为既约分数的分数槽的电动机(例如日本特开2004-023950号公报)。

另一方面，作为将线圈缠绕(插入)到电动机的定子上形成的槽的方法或装置，提出了各种方案。例如日本特开2011-030309号公报中记载了以下技术：对于12槽10极的单Y形接线的电动机的定子，能够在形成有绝缘部的带状的定子芯上容易地形成线圈，并且试图使不同相的连接线不接触。

另外，日本特开2015-126661号公报中记载了如下一种绕线插入机：使多个线圈与插入工具的叶片对应地排列在线圈设置台上，由此能够将全部线圈一次性地配置于插入工具，并且，能够通过一次作业使插入工具的线圈插入到定子的槽。

在槽数除以极数所得到的值为既约分数的所谓的分数槽的电动机中，能够以使极数与槽数的最小公倍数大的方式选定极数和槽数，另外，能够减小高次的分布卷绕系数的值，因此能够使齿槽转矩和转矩波动减少。例如，在槽数6N大于极对数P的1.5倍且为极对数P的3倍以下的电动机(1.5P<6N≤3P)的情况下，能够构成槽节距为1的集中卷绕式电动机。在该情况下，能够在相邻的槽中卷绕一个线圈，因此能够利用绕线机的线嘴(Nozzle)直接卷绕到定子的齿部(进行所谓的直接卷绕)，作为电动机的制造方法而言非常有利。

另外，还存在以下方法：预先将线圈缠绕在以能够插入到槽中的方式形成绝缘构件而制作出的卷绕筒(bobbin)上，将缠绕有该线圈的卷绕筒整个插 入到槽。通过采用这种集中绕法，能够实现制造工时的削减，但是要逐次地制作一个一个的线圈，因此工时的削减有局限性。

另一方面，在具有槽数6N比极对数P的3倍大的分数槽的电动机(6N>3P)中，存在齿槽和转矩波比集中卷绕式的分数槽电动机的齿槽和转矩波动更小的趋势，因此具备优异的性能。但是，插入到槽的绕线的线圈节距(coil pitch)大于1槽，只能通过分布绕法来卷绕线圈。特别是，在槽数除以极对数所得到的值是分母为4以上的既约分数的电动机中，绕线的配置变得更复杂，因此插入到槽的绕线的线圈数变多，难以在制造工序中进行绕线的自动化。并且，随着线圈数增加，将线圈之间连接的连接线的条数也变多，这也成为绕线之间复杂地缠在一起的主要原因。

另一方面，在基于插入器(Inserter)方式的自动绕线机中，使绕线机的线嘴或者锭翼(Flyer)绕卷线筒回旋来制作一个一个的线圈，将制作出的线圈插入到插入器，并将插入器逐渐插入到定子中，由此将线圈卷绕安装在定子上。在该工序中，当要制作的线圈的数量变多时，向插入器进行插入的次数也变多，因此需要很多工时。另外，在插入器中插入有大量的线圈，因此在线圈间的连接线的条数多的情况下，有时绕线会复杂地缠在一起而引起制造不良。

这样，在具有复杂的绕线配置的分数槽的电动机中，虽然性能高，但是存在线圈数变多、结果制造工时也变多的问题，还存在将各线圈之间连接的连接线变多、容易复杂地缠在一起的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种具有整体的线圈数减少且线圈间的连接线的条数也减少的定子的电动机以及该电动机的制造方法。

为了达到上述目的，本申请发明的一个方式提供一种三相交流电动机，该三相交流电动机具备：转子，其具有多对磁极；定子，其具有在所述转子的旋转轴方向上形成的、且沿周向进行排列的多个槽，该定子被配置成在径 向上与所述转子相向；以及多个绕线，所述多个绕线被插入到所述槽来卷绕安装于所述定子，其中，具有以下关系：在将所述转子的极对数设为P、将所述定子的用于插入绕线的槽数设为6N时，槽数6N除以极对数P所得到的值是分母为2以上的既约分数，所述绕线以卷绕成规定的匝数且呈8字形的多个线圈的形态配置于所述槽内，在所述8字形的线圈中，包括相互重叠的绕线的第一线圈部分被插入到一个槽，在构成所述8字形的多个圈的各圈中位于在所述定子的周向上与所述第一线圈部分相反的一侧且绕线不重叠的第二线圈部分配置于一个槽内，对每相配置多个所述8字形的线圈，该8字形的线圈配置于所述定子的规定的位置。

在优选的实施方式中，在将槽数6N除以极数2P所得到的商设为X时，各所述8字形的线圈的所述第一线圈部分和所述第二线圈部分以槽节距X配置于多个槽。

在优选的实施方式中，三个相的每相的各所述8字形的线圈通过连接线而相互串联连接。

在优选的实施方式中，各所述8字形的线圈具有两个所述第一线圈部分，具备两个所述第二线圈部分。

在优选的实施方式中，各所述8字形的线圈具有两个所述第一线圈部分，具备一个所述第二线圈部分。

在优选的实施方式中，极对数P是5，槽数6N是12。

在优选的实施方式中，极对数P是5，槽数6N是36。

另外，本申请发明的其它方式提供一种三相交流电动机的制造方法，该三相交流电动机具备：转子，其具有多对磁极；定子，其具有在所述转子的旋转轴方向上形成的、且沿周向进行排列的多个槽，该定子被配置成在径向上与所述转子相向；以及多个绕线，所述多个绕线被插入到所述槽来卷绕安装于所述定子，所述三相交流电动机的制造方法包括以下工序：a.将多个卷绕筒相隔规定的距离地进行配置，所述多个卷绕筒分别能够以覆盖所述定子的一个齿的方式安装于所述定子，由绝缘材料形成；b.用线材以覆盖所 述卷绕筒的整周的方式卷绕规定的匝数来形成线圈；c.通过将卷绕有所述线材的多个卷绕筒中的至少一个卷绕筒扭转180度来形成8字形的线圈；d.将卷绕有所述8字形的线圈的多个卷绕筒同时以跨3个以上的槽的方式插入到定子的齿；以及e.将所述工序a至d重复多次，来在所述定子中构成规定的绕线配置。

附图说明

通过参照附图来说明以下的优选的实施方式，本发明的上述或其它目的、特征以及优点会变得更明确。

图1是表示10极36槽的电动机的概要构造的截面图，

图2是10极36槽双层卷绕的电动机的绕线配置的展开截面图，

图3是10极12槽双层卷绕的电动机的绕线配置的展开截面图，

图4a是表示单纯的圆环形状的线圈的图，

图4b是表示通过扭转圆环形状的线圈而形成的8字形线圈的图，

图4c是表示将8字形线圈插入到电动机的定子的槽的状态的图，

图5是表示10极12槽的三相交流电动机的绕线配置的展开截面图，并且是表示将本发明应用于该绕线配置的情况下的一例的图，

图6a是表示以围绕两个卷绕筒的方式缠绕绕线的状态的图，

图6b是表示将一方的卷绕筒扭转180°来形成8字形波绕式线圈64的状态的图，

图6c是表示将两个卷绕筒同时插入到定子芯的动作的图，

图6d是表示8字形波绕式线圈被插入到三个槽的状态的图，

图7是表示10极36槽双层卷绕的三相交流电动机的绕线配置的展开截面图，并且是表示将本发明应用于该绕线配置的情况下的一例、将8字形线圈插入到槽的状态、以及作为比较例而将以往的环状线圈插入到槽的状态的图，

图8是表示10极36槽三层卷绕的三相交流电动机的绕线配置的展开截面 图，并且是表示将本发明应用于该绕线配置的情况下的一例的图，

图9是表示能够应用于图8的绕线配置的8字形线圈的一个结构例的图，

图10是说明图9的8字形线圈的制造方法的图，

图11是表示能够应用于图8的绕线配置的8字形线圈的其它结构例的图，

图12a是说明在图11的8字形线圈的制造方法中形成具有三个圈的波绕式线圈的状态的图，

图12b是说明将三个圈中的一个圈折回来形成图11的8字形线圈的状态的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的优选的实施方式所涉及的电动机40的概要构造的径向截面图。图示例的电动机40是10极36槽的三相交流电动机，具备：转子42，其具有多对磁极；定子48，其具有在转子42的旋转轴44的方向上延伸的、且沿旋转轴44的周向进行排列的多个槽46，该定子48被配置成在径向上与转子42相向；以及多个绕线(后述)，所述多个绕线被插入到槽46来卷绕安装于定子48，其中，具有以下关系：定子48的用于插入绕线的槽数6N(在此6N＝36)除以转子42的极对数P(在此P＝5)所得到的值是分母为2以上的既约分数。

转子42具备转子芯52、转子的轴54以及10个(永)磁体50，以旋转轴44为中心进行旋转。磁极的数量P为10，与磁体50的数量相同。此外，本发明主要涉及到插入到定子48的定子芯56上形成的槽46中的绕线(线圈)，因此在下面的说明中省略转子42的说明。

图2是10极36槽双层卷绕、即在极数为10且槽数为36的分数槽的电动机的各槽46中配置两层绕线58而得到的绕线配置的展开截面图。在图2中，对各槽46标注的数字(1～36)表示槽识别号。定子48原本为圆筒状，但是在此为了易于理解说明，表示为将圆筒状的定子48直线地展开的展开截面图。

图3是作为能够应用本发明的其它例的、10极12槽(分数槽)的绕线配置的展开截面图。与图2同样地，在图3中也是，对各槽60标注的数字(1～12)表示 槽识别号。

图2和图3的“U”、“V”、“W”表示三相交流的各相，“+”和“-”表示电流的方向。图2和图3表示双层卷绕的例子，在各槽中，各配置有+U、-U、+V、-V、+W、-W相这总计六个相带中的任两个相带。在各配置中，插入了相同数量的铜线等流通电流的线材。

此外，在本申请说明书中，将流通电流的铜线等线材或该线材的束称为“绕线”，使用该线材来形成闭合的圈的形状(也包括后述的8字形)，将以同一形状连结且重叠成束状所得之物称为“线圈”。

图4a～图4c是说明本发明所涉及的8字形的波绕式线圈的构造例的图。通过将如图4a所示的一个圆环状线圈62的一部分扭转来形成如图4b所示的8字形的线圈64，如图4c所例示的那样将该线圈64插入、配置于三个槽66a、66b及66c。更具体地说，在8字形的线圈64中，包括相互重叠的两个边(绕线)的第一线圈部分68被插入到中央的槽66b，另外两个边(即，在构成8字形的多个圈的各圈中位于在定子的周向上与第一线圈部分68相反的一侧且绕线不重叠的第二线圈部分)70及72分别被插入到槽66b的两侧的槽66a及66c。

在此，在将槽数6N除以极数2P所得到的商设为X时，通过将8字形的线圈全部以与X相等的槽节距配置于定子，仅利用该8字形的线圈就能够实现图2和图3的全部绕线配置。此外，图4c例示了槽节距(X)为2的情况，该图中的箭头表示线圈内的电流流动的方向。另外，如图4b所示，线圈64的形状为波绕状，因此在本申请说明书中将其也称为8字形(波绕式)线圈。

图5的A部分是表示10极12槽单层卷绕的三相交流电动机的绕线配置的展开截面图，图5的B部分是表示将本发明应用于图5的A部分的绕线配置的情况下的一例的图。如图5的B部分所示，共计6个如图4b所示那样的8字形线圈64以槽节距1被插入到槽60内。

另外，图6a～图6d是说明本发明所涉及的电动机的定子的制造方法的一例的图，具体地说，示出了将各线圈64插入到槽60内的过程。首先，如图6a所示，将由绝缘材料形成的多个(在图示例中为两个)卷绕筒74a及74b相隔规 定距离地进行配置，以围绕两个卷绕筒的方式将绕线卷绕规定的匝数。接着，如图6b所示，通过将一方的卷绕筒74(在此为卷绕筒74b)扭转180°(使其旋转)来制作8字形波绕式线圈64。

接着，如图6c所示，从图6b的状态将两个卷绕筒74a及74b以维持着两个卷绕筒的位置关系的状态同时插入到定子芯(具体地说，定子芯的两个齿76a及76b)，由此将线圈64配置于三个槽66a、66b及66c内。各卷绕筒构成为能够以覆盖定子的一个齿的方式进行安装，因此通过图6a～图6c的操作，能够如图6d所示那样跨三个槽地插入8字形波绕式线圈64。通过将图6a～图6d所示的操作重复多次(在本例中为6次)，能够得到如图5所示的绕线配置的定子。

图7的C部分是表示10极36槽双层卷绕的三相交流电动机的绕线配置的展开截面图，图7的D部分是表示将本发明应用于图7的C部的绕线配置的情况下的一例的图。共计六个如图4b所示的8字形线圈64以槽节距3被插入到槽46内。但是为了清楚，在图7中，关于36个槽中的25个槽仅显示U相，以展开图的形式示出四个线圈64。

图7的C部分所示的绕线配置能够如图7的D部分所示那样全部展开为槽节距为3的线圈。此时，作为比较例，如图7的F部分所示的圆环状线圈65那样，以往是两个圆环状线圈65以共享一个线圈边的方式跨三个槽地进行配置。因此，需要将该两个线圈65连结的连接线67。

与此相对，在本实施方式中，能够如图7的E部分所示那样将两个线圈65置换为一个8字形的波绕式线圈64，另外，在每相中有6个8字形的连结线圈，三相总计18个就够了。因而，在本实施方式中，与以往的复杂的线圈配置不同，只需准备多个同一形状的线圈单元就能够构成全部的绕线配置，因此具有电动机(定子)的制造变得容易的优点。另外，在本实施方式中，将同相的各线圈之间利用连接线相互串联连接，另一方面，不再需要如图7的F部分所示的连接线67，因此能够使连接线的条数较之以往减少，从而还能够得到连接线之间不容易缠在一起的优点。

图8的G部分是表示作为本发明的应用例的10极36槽三层卷绕的绕线配 置的展开截面图。在本应用例中，如示出仅与U相有关的绕线配置的图8的H部那样，利用后述的两种8字形波绕式线圈78、84来构成这种绕线配置。

图9是表示在图8中跨四个槽地以槽数36除以极数10时的商即3的槽节距进行配置的波绕式线圈78的一个结构例的图，图10是说明线圈78的制造方法的图。能够使用三个如参照图6a～图6d说明的那样的卷绕筒来制作线圈78。即，以围绕相隔规定距离地进行配置的三个卷绕筒的方式将绕线卷绕规定的匝数，进行两次(例如，左右的卷绕筒各进行一次)将卷绕筒扭转180°的操作，由此形成线圈78，该线圈78如图10所示那样，具备两个第一线圈部分80并且具备两个第二线圈部分82，该第一线圈部分80包括相互重叠的两个边(绕线)，该第二线圈部分82在构成8字形的多个圈的各圈中位于在定子的周向上与第一线圈部分80相反的一侧且绕线不重叠。

然后，与图6c同样地将三个卷绕筒以维持着它们的位置关系的状态同时插入到定子芯，由此线圈78(的第一线圈部分80和第二线圈部分82)被配置于四个槽(在图9的例子中是槽号为20、23、26及29这四个槽)内。

图11是表示在图8中跨三个槽地以槽数36除以极数10时的商即3的槽节距进行配置的波绕式线圈84的一个结构例的图，图12a～图12b是说明线圈84的制造方法的图。首先，如图12a所示，利用与图10同样的方法来制作具有三个环的线圈78，并且将线圈78的三个环中的一个(在图示例中为右端的环)以与中央的环重叠的方式(沿着图12a的虚线)折回，由此得到如图12b所示的8字形的波绕式线圈84。具体地说，线圈84具备两个第一线圈部分86并且具备一个第二线圈部分88，该第一线圈部分86包括相互重叠的两个边(绕线)，该第二线圈部分88在构成8字形的多个圈的各圈中位于在定子的周向上与第一线圈部分86相反的一侧且绕线不重叠。这样构成的线圈84(的第一线圈部分86和第二线圈部分88)能够配置于三个槽(在图11的例子中是槽号为27、30及33这三个槽)内。

此外，图9或图10所示的线圈78具有三个环(圈)，但是像这样利用实质上不间断的绕线形成三个以上的环的线圈并如图11或图12a～图12b所示的线圈84那样通过将三个以上的环中的至少一个以与其它环重叠的方式折回来使得实质上的环数比原本的数量少的线圈也是包括8字形的线圈，因此也包含于本申请说明书中的8字形波绕式线圈中。

在图8所示的绕线配置中，如上所述那样使用两种线圈78及84，但是根据图12a也可知，能够用同一尺寸的绕线来制作线圈78及84。因而，线圈78及84的制造工序除了图12a所示的工序以外是共通的，因此能够实现定子的制造工时的削减。

此外，在上述的实施方式中，均不需要在一个线圈的构成8字的环之间设置连接线，因此能够利用比以往少的连接线构成电动机的定子。其中，三个相的每相的各8字形的线圈通过连接线而相互串联连接，对每相配置多个8字形的线圈，该8字形的线圈配置于定子的规定的位置。

根据本发明，在具有复杂的绕线配置的分数槽的电动机中，通过采用8字形的线圈，能够削减线圈数，还能够削减电动机的制造工时。并且，也能够削减将各线圈之间连接的连接线的条数，因此连接线复杂地缠在一起的可能性大幅降低。