专利名称：旋转电机、连续绕组线圈、分布绕组定子及其形成方法
技术领域：
本发明涉及马达或发动机等旋转电机、曲柄形状的连续绕组线圈、分布绕 组定子及它们的形成方法。
背景技术：
定子的绕线的方式，有在每个磁极齿上集中线圈进行绕线的集中绕组和跨 越多个槽巻绕线圏并在线圈端部重叠异相或同相的线圈彼此的分布绕组。集中 绕组的定子可减小线圈端部，在旋转电机的小型化、高效化方面有效。另一方 面，分布绕组的定子可以使定子内周的旋转^f兹场接近正弦波，比集中绕组输出 功率高且可以减小噪音。另外，两者共用，作为达到高输出化的一种方法，有 线圈的线材铜线使用矩形截面的线，从而提高定子槽内的线圈占空系数的方 法。本发明以将定子线圏用矩形截面的线构成的分布绕组的旋转电机作为对 象。
专利文献l (日本特开平4- 168955号公报)中公开了如下技术方案，将 平角状的矩形导体以长边侧的面与定子槽的径向的面相对的方式弯曲成型，并 将它从定子芯的轴向端面插入槽内，将从定子芯的相反侧端面突出的矩形导体 片的开放端部电连接而形成波形绕组的电路的结构。该矩形导体具有大致U 字形状，平角截面的短边侧的面是相同的方向。
另外，在专利文献2 (日本特开平6-284651号公报)中记载了将纵横尺 寸相同或接近的矩形导体捆扎4根而使用的技术方案。捆扎4根的导体具有大 致松叶形状，与槽的径向的面相对的导体的面是相同的方向。
另外，在专利文献3 (日本特开平8-298756号公报)中，记载了如下技 术方案，是用于中大型的旋转电机的被称为"模绕线圏"的线圈，将具有自粘 层的平角线巻绕成椭圆形，在使全体凝固之后将线圏端部扭转变形，生成线圈 端部的非干涉形状。构成线圏的各导体在槽内及线圈端部以相同方向排列，成
为互相紧固密合的状态。还有，在专利文献4 (日本特开平10-66314号公报)中，记载了将矩形 导线巻绕多次而形成线圈状的绕线线圏以跨越规定槽的方式插入槽中的分布 绕组线圈方式的定子绕线。
在这些现有技术中，在分布绕组定子中，使用平角状的矩形导体的绕线， 在定子槽内导体在径向以小的分割数配置，而使用纵橫尺寸相同或接近的矩形 导体的绕线，构成为形成线圏端部的导体的头顶部突出的构造。
本发明所要解决的课题是，在分布绕组定子中，发明出用于得到实现高输 出且小型化、高效化的旋转电机的线圈的形状及其成型方法。
关于高输出化，由于根据定子芯的槽数及形状、占据槽内的导体占有面积 大致决定旋转电机的输出，因此槽内的导体的高占空系数成为课题。
关于小型化，分布绕组定子的尺寸由于定子芯的尺寸已固定，因此减小定 子芯两端的线圈端部成为旋转电机的小型化的课题。专利文献2所公开的导体 是捆扎4根的分段线圈(分割线圈)类型，由于将作为线圏线材的4根矩形导 体大致弯曲成松叶形状，并以弯曲的头顶部为支点前后打开，因此与捆扎的导 体的全宽相当的部分的高度成为所需要的最低限度。另外，专利文献3所公开 的导体是将平角线重叠巻绕的椭圆形的模绕线圏类型，由于以弯曲的两端的头 顶部为支点前后打开，因此与平角线长边相当的部分的高度成为所需要的最低 限度。重新研究这些导体的弯曲成型方法，得到降低了头顶部的模制线圈类型 成为课题。
关于高效化，可举出电流密度的降低及铜损的降低。专利文献l所公开的 导体是将平角线大致弯曲成U字形状的分段线圈类型，是在一个槽内径向配 置2根导体的构造。做成配置在槽内的导体在径向细分割的构造而实现电流密 度的降低成为课题。
另外，专利文献2所公开的导体，由于是捆扎了 4根的分段线圈，因此构 成为用焊接等连接一侧的4根末端线的构造。做成减少了连接点数而实现铜损 的降低成为课题。
发明内容
为了解决以上所述的三个课题，线圈的形状及其成型方法是重要的，本发 明目的在于得到一种线圈的形状及其成型方法，以用于在分布绕组定子中得到高输出且实现小型化、高效化的旋转电机。
本发明的旋转电机，具备具有绝缘保护膜的矩形导线巻绕多次而形成为螺 旋状的绕线线圏容纳在定子芯的槽内而构成的多相定子绕线，其特征在于，上 述绕线线圈在两端的大致头顶部没有扭曲地形成有曲柄形状部。
根据本发明，在使用了重叠巻绕矩形截面的导体的线圈的分布绕组的定子 中，线圈端部比以往还小，而且在槽内沿径向分割配置导体。由此，可以有效 利用旋转特性优良的分布绕组定子的优点，并可实现高输出的旋转电机的小型 化、高效化。
图1是本发明的实施例1的模绕线圈的说明图。
图2是本发明的实施例1的分布绕组定子的说明图。
图3是本发明的实施例1的模绕线圏的成型过程中的连续巻绕工序的说明图。
图4是本发明的实施例1的成型过程中的绕线线圈和模绕线圈的立体图。 图5是本发明的实施例1的从绕线线圈成型至模绕线圏的变形过程的说明图。
图6是将本发明的实施例1的^t绕线圈装入到定子的槽内的状态的立体图。
图7是将本发明的实施例1的模绕线圏装入到定子的槽内的状态的立体图。
图8是本发明的实施例1的装入到定子的槽内的模绕线圈的形状的说明图。
图9是将本发明的实施例1的模绕线圈装入到定子的槽内的状态的从末端 部侧看到的俯^见图。
图IO是将本发明的实施例1的模绕线圈装入定子中并连接了末端部的状 态的立体图。
图ll是将本发明的实施例1的分布绕组定子从末端部侧看到的俯视图。
图12是本发明的实施例2的分布绕组定子的槽内的剖视图。
图中l-角线，2-定子芯，3-定子槽，4-绕线线圈，5-才莫绕线圈，6-绝*彖 片，7-引出部，8-分布绕组定子，ll-末端部，12-头顶部，13-末端部侧 头顶部，30-线轴，31-线轴的锥形部，32-下才莫，33a、 33b-侧面模具，34a、 34b -上模。
具体实施例方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
实施例1
图1表示本发明的实施例1的模绕线圈类型的构造。图1 (A)是将模绕 线圈5装入定子芯2之前的立体图，定子芯2切割表示。图1 (B)是表示将 模绕线圏5装入到定子芯2的状态的立体图，用实线及双点划线表示定子芯2 的轮廓。线圈线材l是用漆包树脂的薄膜包覆的铜制的角线。定子芯2将厚度 约lmm的轧制钢板进行冲压切割并层叠而构成。连续巻绕两边的长度相同或 接近的尺寸的角线的线圈线材1 (在图中3圏)，将重叠巻绕的线圈线材1的 沿层方向的面即头顶部12及线圈端部侧的头顶部13弯曲成型为曲柄形状而形 成模绕线圈。将模绕线圈5从定子芯2的内侧插入定子槽3中。
图2表示将本发明的实施例1的模制线圈5装入定子芯2的状态的图。本 发明的旋转电机为U相、V相、W相的三相线圏，包括各相24个即合计72 个的模绕线图5和与此对应的槽数72个的定子芯2。图2 (A)表示在定子芯 2内装入模绕线圈5的状态的从头顶部12部侧看到的分布绕组定子8的俯视 图。模绕线圈5不局限于槽的插入位置，全部具有相同的形状，为了可以装入 所有的模绕线圈5,头顶部2具有曲柄形状。在图10及图11的说明中将会叙 述，对于线圈线材1的端部通过焊接连接同相的线圈线材1的端部，形成U 相、V相、W相的三相线圈，得到分布绕组定子8。
图2 (B)表示将模绕线圈5装入到定子芯2的状态下的定子槽3的局部 放大剖视图。若定子槽3内的线圈线材l的总截面面积相同，则根数越多磁通 密度越高。在本发明中线圈线材l是角线，是在定子芯2的定子槽3内轴向配 置两组3圈的构造，形成为在一个槽内轴向配置6个角线导体的构造。由此， 比起在一个槽内轴向配置2个平角线导体，角线导体配置6个更能提高磁通密 度，其电流密度减少，可提高作为旋转电机的效率。使用图3至图5来说明本发明的模绕线圏的成型方法。
图3表示用绕线机连续巻绕角线1的工序。图3 (A)表示将角线1固定 在线轴上的状态的立体图。图3 (B)表示在线轴30上巻绕了角线1的状态的 立体图。图3 (C)表示从线轴30拆卸绕线线圈4的立体图。
首先，如图3 ( A)所示将角线1固定在具有带有规定锥度的锥形部31的 线轴30上。然后如图3 (B)所示在对角线1给予拉力的同时围绕线轴30从 而将角线1巻绕在线轴30上，在巻绕规定的圏数之后(在本发明中3圈)，将 连续巻绕的角线1从线轴30拆卸，得到如图3(C)所示的复制了线轴的锥形 部31的锥度的绕线线圈4。
在本发明中，在绕线线圈4的阶段成型模绕线圏5所需的锥度。本发明的 定子芯的槽数为72个，放入一个模绕线圈的槽遍及7个。由此，模绕线圈的 进入槽内的角度为360度的72分之7即35度。因此，线轴30的锥形部31 的锥度为上述求出的角度的一半17.5度。锥度大时在模绕线圈的芯外周侧的 线材上附加压缩应力，在芯内周侧的线材上附加拉伸应力。而且，在锥度小时 在模绕线圏的芯外周侧的线材上附加拉伸应力，在芯内周侧的线材上附加压缩 应力。在线材上附加压缩应力的场合为了緩和它而产生压曲变形，模绕线圈的 尺寸有可能变大。另一方面，在线材上附加拉伸应力的场合由于没有因变形引 起的应力緩和，因此总是在线材上附加拉伸应力，所以根据旋转电机的长期的 运转环境，还存在线材破裂的危险。本发明的实施例1中的锥形部31的锥度 的范围为15度至20度为宜。
图4是绕线线圈4和成型为插入定子的槽内的形状的模绕线圏5的概略形 状的比较图。模绕线圏5成型为如图2(A)所示那样装入定子芯2的形状。 为此，需要将头顶部12及末端部侧头顶部13在线圈线材1的沿层方向的面弯 曲成曲柄形状而成型模绕线圈5。
图5是将表示从绕线线圈4成型至模绕线圏5的变形过程的从头顶部12 侧看到模具及绕线线圈4或模绕线圈5的俯视图。图5 (A)表示将绕线线圈 4固定在下模32上的状态，图5 (B)表示下降侧面模具33a、 33b、上模34a、 34b的途中的状态，图5 (C)表示将侧面模具33a、 33b、上模34a、 34b下降 到规定位置的状态。下模32、侧面模具33a、 33b、上模34a、 34b是钢制且通过调质处理提高 了硬度的超硬模具，为了防止由于成型而引起的漆包保护膜的损伤，在线圈线 材l接触的面上施加了镜面加工。如图5 (A)至图5 (C)所示在将绕线线圏 4固定在下模32上之后，使侧面模具33a、 33b、上模34a、 34b下降到规定位 置而成型模绕线圈5。
图6表示将模绕线圈5装入到定子芯2的定子槽内的状态的立体图。为了 便于说明，表示模绕线圏5的根数为9根的情况。首先，用绝缘片6覆盖与插 入定子芯2的定子槽内的位置相当的模绕线圈5的直线部。用绝缘片6覆盖， 兼任相对于覆盖线圏线材1的漆包保护膜的万一存在的针孔的绝缘对策和装 入定子芯时的漆包保护膜损伤的防止的作用。
然后，从定子芯20的内侧向定子槽内，依次插入安装了绝缘片6的模绕
图7表示将模绕线圈5装入到定子芯2的定子槽3内的状态的从头顶部 12側看到的俯视图。为了便于说明，表示模绕线圏5的个数为9个的情况。 本发明的旋转电机为三相线圈，由U相、V相、W相的线圈构成。该图所记 载的U、 V、 W的标记分布表示U相、V相、W相，连续的数字表示分配到 各相的模绕线圏5的号码。相同形状的模绕线圏5以Ul、 VI、 Wl、 U2、 V2、 W2…的顺序配置，并装入定子芯2。本发明中的实际的模绕线圏5的个数为 各相24个、合计72个，如图2 ( A)所示在定子芯2装入72个的模绕线圈5。
图8表示将三个模绕线圏装入到定子芯2的定子槽3内的状态的从头顶部 12部侧看到的俯-现图。为了便于说明，仅对正中间的模绕线圈5用剖面表示 定子槽3内的位置。另外，定子芯2用双点划线表示。将头顶部12以仅偏移 模绕线圈5的宽度尺寸Bl的方式在邻接的定子槽3的间隔B2的范围内形成 为曲柄形状。由此，实现相同形状的模绕线圈5装入定子芯2的各个定子槽3 内。
假设偏移比宽度尺寸Bl还大而成型模绕线圈5,则模绕线圈5的整体尺 寸B3变大，模绕线圈5不能进入规定的定子槽3内。而且，若偏移比宽度尺 寸Bl还小而成型模绕线圏5,则模绕线圈5的整体尺寸B3变小，这也不能使 模绕线圈5进入规定的定子槽3内。另一方面，在定子槽3的间隔B2的范围外将模绕线圈5的头顶部12成型为曲柄形状的场合，多个模绕线圈5彼此接 触，不能进入定子槽3内。
图9表示将模绕线圈5装入到定子芯2的定子槽3内的状态的从末端部侧 头顶部13侧看到的俯^f见图。为了便于说明，表示;^莫绕线圈5的个数为9个的 情况。末端部11表示在U相、V相、W相上在图7中分配的模绕线圏5的号 码。末端部11在相同的定子槽内Ul和U3连接，而且在相邻的定子槽内VI 和V3邻接配置，还有在相邻的定子槽内Wl和W3邻接配置。通过这样构成 为在相同的槽内装入了同相的模绕线圈5的形状。
图10表示将模绕线圈5装入定子芯2并连接了末端部11的状态的立体图。 为了便于说明，表示模绕线圏5的根数为9根的情况。另外，在末端部ll表 示在U相、V相、W相的各相上在图7中分配的模绕线圈5的号码。末端部 11的Ul和U3通过焊接来连接，形成连续的U相的线圏。而且，VI和V3 也通过焊接来连接，形成连续的V相的线圈。而且，W1和W3也通过焊接来 连接，形成连续的W相的线圈。
图11表示将模绕线圈5装入定子芯2并连接了末端部11的状态的从末端 部11侧看到的俯视图。仅对U相标注了分配成1至24的模绕线圏5号码。 而且，对于V相和W相标注了分配成1及23的模绕线圈5的号码。末端部 11的Ul和U3通过焊接来连接，形成连续的U相的线圏。
末端部11的Ul和U3通过焊接来连接，然后以U2和U4、 U3和U5的 顺序绕圈，直至U23和U1、 U24和U2通过焊接来连接，形成连续的U相的 线圏。虽然未图示，但是V相及W相也同样绕圈并通过焊接来连接。还有， 在末端部11的U23上通过焊接来连接铜制的引出线7。而且，在V23、 W23 上也同样通过焊接来连接引出线7，得到在U相、V相、W相上分布连接了 引出线7的分布绕组定子8。
实施例2
图12表示本发明的实施例2的以涂敷了热粘接剂14的角线1来形成模绕 线圈，并将其装入到定子芯2内的状态下的定子槽3的局部剖视图。将2根角 线1粘接而做成大致一根角线，形成模绕线圈。热粘接剂14通过以规定的温 度加热而炫融。叠加2才艮角线1，通过施以加热和冷却，可进4亍粘接。由此，形成为在一个槽内配置了 12根角线1的构造。从而进一步提高磁通密度，电 流密度减少，可提高作为旋转电机的效率。
权利要求
1.一种旋转电机，具备具有绝缘保护膜的矩形导线卷绕多次而形成为螺旋状的绕线线圈容纳在定子芯的槽内而构成的多相定子绕线，其特征在于，上述绕线线圈在两端的大致头顶部没有扭曲地形成有曲柄形状部。
2. 根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，上述绕线线圈的曲柄形状部形成于矩形导线的沿层方向的面上，该矩形导 线是通过构成该绕线线圈的上述矩形导线巻绕多次而形成的。
3. 根据权利要求1或2所述的旋转电机，其特征在于， 上述绕线线圈的曲柄形状部仅偏移构成该绕线线圈的上述矩形导线的排列方向的宽度尺寸而形成。
4. 根据权利要求1 3中任一项所述的旋转电机，其特征在于， 上述绕线线圈的曲柄形状部在比形成于定子上的邻接的槽的间隔还小的范围内形成。
5. —种曲柄形状的连续绕组线圈，其特征在于，具备具有绝缘保护膜的截面为矩形形状的导线重叠与矩形形状对应的导 线的两侧面并巻绕多次，在上述重叠的侧面垂直地形成与多个导线对应的宽度 尺寸的宽幅面，且上述宽幅面的一部分平行地形成的绕线线圏；在上述绕线线圏的两侧的与宽幅面的平行方向相同的方向上，在直线上平 行地延长的上述绕线线圈的两端的末端部；以及，在上述绕线线圏的两端的大致头顶部，没有扭曲地沿着宽幅面仅偏移宽幅 面的宽度尺寸的位置而形成的曲柄形状，通过没有扭曲地沿着宽幅面仅偏移宽幅面的宽度尺寸的位置而形成上述 曲柄形状，上述两端的末端部配置成因上述曲柄形状的位置偏移而在宽度方向 上接近。
6. —种曲柄形状的连续绕组线圏的形成方法，包括 将具有绝缘保护膜的截面为矩形形状的导线巻绕多次而形成绕线线圈的工序；延长上述绕线线圈的两端的末端部的工序；以及，在上述绕线线圈的一对头顶部形成曲柄形状部的工序，其特征在于，在形成上述绕线线圈的工序中，重叠与矩形形状对应的导线的两侧面并巻 绕多次，在上述重叠的侧面上垂直地形成与多个导线对应的宽幅面，以上述宽 幅面的一部分相面对且平行地形成的方式形成上述绕线线圏，在延长上述末端部的工序中，在与形成于上述绕线线圈的两侧的平行的宽 幅面的方向相同的方向上，以在宽幅面的宽幅方向上偏移的间隔在直线上延长 上述两端的末端部，在形成上述曲柄形状部的工序中，在上述绕线线圈的两端的大致头顶部， 没有扭曲地形成沿着宽幅面仅偏移宽幅面的宽度的位置的曲柄形状，并且构成 为上述两端的末端部在宽幅面的宽幅方向上接近。
7. —种旋转电机的分布绕组定子，其特征在于，曲柄形状的连续绕组线圈，具备具有绝缘保护膜的截面为矩形形状的导 线重叠与矩形形状对应的导线的两侧面并巻绕多次，在上述重叠的侧面上垂直 地形成与多个导线对应的宽度尺寸的宽幅面，且上述宽幅面的一部分平行地形 成的绕线线圈；在上述绕线线圈的两侧与宽幅面的平行方向相同的方向上，在直线上平行 地延长的上述绕线线圈的两端的末端部；以及，在上述绕线线圈的两端的大致头顶部，没有扭曲地沿着宽幅面仅偏移宽幅 面的宽度尺寸的位置而形成的曲柄形状，通过没有扭曲地沿着宽幅面仅偏移宽幅面的宽度尺寸的位置而形成上述 曲柄形状，上述两端的末端部配置成因上述曲柄形状的位置偏移而在宽度方向 上接近，在上述曲柄形状的连续绕组线圏插入旋转电机的定子芯的多个定子槽 中的状态下，上述连续绕组线圏的曲柄形状跨越上述定子槽进行配置，并且沿着宽幅面 仅偏移宽幅面的宽度的位置平行地形成的宽幅面的一方配置在定子槽的里侧， 平行地形成的宽幅面的另 一方配置在定子槽的入口侧，插入到不同的定子槽内 的不同的绕线线圈的上述平行地延长的线圏的两端的末端部，与定子槽的里側 和入口侧之间的中央部分接近而配置，并电连接。
8. —种旋转电机的分布绕组定子的形成方法，其特征在于，曲柄形状的连续绕组线圏具备将具有绝缘保护膜的截面为矩形形状的导 线，重叠与矩形形状对应的导线的两侧面并巻绕多次，在上述重叠的侧面上垂 直地形成与多个导线对应的宽度尺寸的宽幅面，且上述宽幅面的一部分平行地 形成的绕线线圈；在上述绕线线圈的两侧与宽幅面的平行方向相同的方向上，在直线上平行 地延长的上述绕线线圏的两端的末端部；以及，在上述绕线线圏的两端的大致头顶部，没有扭曲地沿着宽幅面仅偏移宽幅 面的宽度尺寸的位置而形成的曲柄形状，通过没有扭曲地沿着宽幅面仅偏移宽幅面的宽度尺寸的位置而形成上述 曲柄形状，上述两端的末端部配置成因上述曲柄形状的位置偏移而在宽度方向 上接近，该方法包括将上述曲柄形状的连续绕组线圏从定子芯的内侧插入到多个 定子槽中的工序；上述连续绕组线圏的曲柄形状跨越上述定子槽进行配置，并且将沿着宽幅 面仅偏移宽幅面的宽度的位置平行地形成的宽幅面的一方配置在定子槽的里 侧，将平行地形成的宽幅面的另一方配置在定子槽的入口侧，将插入到不同的 定子槽内的不同的绕线线圈的上述平行地延长的线圏的两端的末端部，与定子 槽的里侧和入口侧之间的中央部分接近而配置的工序；以及，将与上述定子槽的里侧和入口侧之间的中央部分接近而配置的多个末端 部通过焊接进行电连接的工序。
全文摘要
本发明涉及旋转电机、曲柄形状的连续绕组线圈、分布绕组定子及它们的制造方法。本发明的课题是在线圈使用了矩形导体的分布绕组定子中，得到比以往减小了线圈端部且实现了电流密度的减少的小型且高输出的旋转电机。将截面为矩形形状的导体线材重叠卷绕，将两端的头顶部仅偏移重叠卷绕的线材的全宽，且以邻接的槽间隔的范围内的长度来形成曲柄形状，并通过插入定子的槽内来形成。
文档编号H02K15/04GK101515733SQ20081008042
公开日2009年8月26日 申请日期2008年2月18日 优先权日2008年2月18日
发明者中山健一, 后藤刚志, 安达知弘, 平松广道, 森嘉己, 石上孝, 长绳尚 申请人:株式会社日立制作所