本发明涉及例如在hvac(制热、换气以及空调：heating,ventilation,andairconditioning)设备等中使用的无刷马达及定子的绕线方法。
背景技术：
例如，参照图9，对外转子型的三相直流无刷马达的定子及转子的结构进行说明。对定子1的结构进行说明。定子铁芯4使用层叠有电磁钢板的层叠铁芯。从环状的铁芯主体朝向径向外侧突出设置有多个极齿4a。在各极齿4a上卷绕有未图示的线圈。定子铁芯4压入并粘接于未图示的轴承外壳的外周进行组装。在轴承外壳内嵌入有轴承。
转子8中，形成为杯状的转子轭12与固定于转子轴的一端的转子轮毂铆接而一体地组装。在该转子轭12的内周面组装有沿周向磁化出多个极的环状的转子磁体13。组装了定子1后，将转子8的转子轴插通并嵌入轴承外壳的轴承。此时，以定子铁芯4的极齿4a与转子磁体13相对的方式组装。
在未对马达励磁的状态下将转子保持于一定位置的情况下，使保持转矩(齿槽转矩)提高。在该情况下，需要使定子铁芯的极齿与转子磁体的磁极以一对一的方式相对。但是，仅使定子铁芯与转子磁体相对配置不会必然形成磁回路，因此，提出了一种技术，准备除了定子铁芯以外的铁芯，使极齿与转子磁体的磁极以一对一的方式相对而使保持转矩提高(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2015－89327号公报
与之相对，也可考虑不增加定子的零件数量而改变形成于定子铁芯的极齿的齿顶的间隙，并增加与转子磁体的磁极相对的极齿，将定子铁芯的极齿设为相对于径向的轴线呈非对称形状，从而提高齿槽转矩。在通过例如锭翼(flyer)驱动式的绕线机将磁线卷绕于定子铁芯的极齿时，配置能沿极齿的径向移动的主成型机和对相邻的极齿进行覆盖的侧方成型机，使对线嘴进行保持的锭翼旋转而使磁线绕极齿的周围环绕一周进行卷绕，线每环绕一周，就使主成型机沿径向移动，藉此，从极齿的根端部(环状的铁芯背部)朝向前端依次卷绕而在开放齿槽中形成线圈。
然而，在将电磁钢板冲裁成环状而形成的层叠铁芯中，由于极齿的齿顶的形状相对于径向的轴线呈非对称，因此将磁线朝形成于各极齿周围的开放齿槽引导的间隔变得不均匀。具体而言，在将磁线卷绕于极齿周围的情况下，由于在齿顶与侧板之间产生间隙，中心成型机伴随着绕线机的锭翼的旋转而摇晃不稳定，因此可能无法将磁线均匀地卷绕于极齿的周围，而且可能发生磁线的张力变强而线被切断等不良情况。因此，需要降低绕线机的绕线速度来进行生产，存在生产率降低、产品的不合格率变高的可能。
技术实现要素：
本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种无刷马达和定子的绕线方法，在所述无刷马达中，即使是在环状部的周向上沿径向突出设置的多个极齿彼此的齿顶的间隔不同的定子铁芯，也能均匀地卷绕线圈绕组，所述定子的绕线方法通过对定子的绕线方法进行改良来使生产率提高并使不合格率降低。
本发明为了实现上述目的，包括以下结构。
一种无刷马达，包括：定子，该定子具有在定子极齿上卷绕有线圈的定子铁芯；以及转子，该转子的设置于转子轭的中心部的转子轴经由轴承被枢轴支承为能旋转，上述转子轭设置有与上述定子极齿相对的转子磁体，其中，在上述定子铁芯中，在环状部的周向上以朝向径向的方式突出设置有多个极齿，且相邻的齿顶的周向间隔不一样，在上述定子铁芯上一体地层叠有引导铁芯，该引导铁芯具有齿顶相对于径向的轴线形成为对称形状且相邻的齿顶之间的间隙形成为一样的极齿。
在环状部的周向上以朝向径向的方式突出设置有多个极齿且相邻的齿顶的周向间隔不一样的定子铁芯中，产生极齿的齿顶的间隔相对宽广的部分以及极齿的齿顶的间隔相对狭窄的部分。然而，由于一体地层叠有引导铁芯，该引导铁芯具有齿顶相对于径向的轴线形成为对称形状且相邻的齿顶之间的间隙形成为一样的极齿，因此在以引导铁芯为基准通过绕线机卷绕线圈时，形成于相邻的极齿的齿顶间的间隙变得均匀。因此，通过利用绕线机的侧板对引导铁芯的齿顶进行固定，即使定子铁芯的极齿的齿顶的间隔不同，也能将线圈均匀地卷绕于各极齿，并能高效地进行绕线作业，因此能提高生产率，并且还能降低不合格率。
在该情况下，可想到以下情况：因定子铁芯具有齿顶相对于径向的轴线形成为对称形状的极齿以及齿顶相对于径向的轴线形成为非对称形状的极齿中的至少任一种极齿，而导致相邻的齿顶彼此在周向上的间隔不一样。即，无论是齿顶相对于径向的轴线呈对称形状、但因齿顶在周向上的长度存在差异而导致相邻的齿顶在周向上的间隔不一样的定子铁芯，还是因齿顶呈对称形状的极齿与形成为非对称形状的极齿并存而导致相邻的齿顶在周向上的间隔不一样的定子铁芯，都能将线圈均匀地卷绕于各极齿。
优选在上述定子铁芯的层叠方向两端部层叠并一体地组装有一对引导铁芯。
藉此，在对绕线进行卷绕时，通过利用配备于绕线机的中心成型机的一对板在周向两侧夹住引导铁芯的极齿的齿顶，能防止中心成型机或定子铁芯联动，从而能进行绕线作业。
若上述引导铁芯和上述定子铁芯是将从成型为环状的环状部朝径向突出设置有极齿的电磁钢板层叠冲压并一体地组装而成的，则在对定子铁芯进行层叠冲压时，引导铁芯也容易一体地组装，生产率良好。
上述定子铁芯也可形成为：多个第一极齿、第二极齿、第三极齿在周向上从环状部沿着径向突出设置，齿顶相对于径向的轴线形成为对称形状的上述第一极齿、与上述第一极齿在周向上相邻的上述第二极齿以及上述第三极齿的形状形成为：上述第二极齿和上述第三极齿的齿顶相对于径向的轴线呈非对称形状，且上述第二极齿与上述第三极齿的齿顶彼此的间隙比上述第二极齿的齿顶与上述第一极齿的齿顶彼此的间隙狭窄。
藉此，即使使用形成为第二极齿与第三极齿的齿顶彼此的间隙比第二极齿的齿顶与第一极齿的齿顶彼此的间隙狭窄的定子，由于包括引导铁芯，因此也能针对各极齿均匀地卷绕线圈。
在定子的绕线方法中，包括：第一工序，在该第一工序中准备复合铁芯，上述复合铁芯是以极齿彼此重叠的方式将引导铁芯一体地组装于定子铁芯而成的，在上述定子铁芯中，在环状部的周向上以朝向径向的方式突出设置有多个极齿，且相邻的齿顶的周向间隔不一样，上述引导铁芯具有齿顶相对于径向的轴线形成为对称形状且相邻的齿顶之间的间隙形成为一样的极齿；第二工序，在该第二工序中，在将上述复合铁芯固定于能旋转的支承台并对通过绕线机的中心成型机形成线圈的极齿进行定位时，夹住上述引导铁芯的齿顶的周向两侧，并且在径向规定位置夹住层叠方向两端，从而夹住该极齿，并通过侧方成型机对在两侧相邻的极齿进行覆盖；第三工序，在该第三工序中，在将磁线保持于旋转筒体设有的线嘴的状态下使该旋转筒体旋转，并使该磁线从形成于上述中心成型机与上述侧方成型机间的间隙进入开放齿槽，从而将磁线环绕一周地卷绕于上述极齿；第四工序，在该第四工序中，反复进行使上述中心成型机朝上述极齿的径向移动一个间距、并且使上述旋转筒体进一步旋转而将磁线卷绕于上述极齿的周围的动作，从而在上述极齿的周围形成线圈；以及第五工序，在该第五工序中，使上述中心成型机从上述极齿离开，并且使上述支承台旋转规定角度，针对上述定子铁芯的下一极齿重复上述第二工序至上述第四工序，从而针对所有上述极齿分别形成线圈。
在对通过绕线机的中心成型机形成线圈的极齿进行定位时，夹住引导铁芯的齿顶的周向两侧，并且在径向规定位置夹住层叠方向两端，从而夹住该极齿，并通过侧方成型机对在两侧相邻的极齿进行覆盖。
藉此，即使是因具有齿顶相对于径向的轴线形成为对称形状的极齿和齿顶相对于径向的轴线形成为非对称形状的极齿中的至少任一种极齿而导致极齿的齿顶彼此的间隙存在宽窄的定子铁芯，通过夹住引导铁芯的齿顶的周向两侧，也能防止在绕线作业时绕线机的中心成型机因绕线动作而联动，从而能将线圈形成为一样。此外，磁线进入各极齿的开放齿槽的间隔固定，能将线圈均匀地卷绕于各极齿。因此，能提高针对非对称铁芯的绕线作业的生产率，还能降低不合格率。
在上述中心成型机中，分别设置有一对侧板，当各上述侧板以夹住引导铁芯的齿顶的周向两端的方式进行引导时能进行定位，以使中心成型机或复合铁芯在绕线作业中不会联动。
使经过上述线嘴后的磁线从上述侧方成型机与上述侧板之间进入开放齿槽，并一边被上述中心成型机引导，一边朝上述极齿的周围引导，因此，能将磁线经由形成于侧方成型机与侧板之间的均匀宽度的间隙朝极齿的开放齿槽引导，从而无偏差地卷绕于各极齿。
在无刷马达中，即使是在环状部的周向上沿径向突出设置的多个极齿彼此的齿顶的间隔不同的定子铁芯，也能均匀地卷绕线圈绕组，马达特性不会降低。
此外，在定子的绕线方法中，无论定子铁芯的极齿的齿顶的间隔相同还是不同，都能一样地卷绕线圈绕组，藉此，能使生产率提高，使不合格率降低。
附图说明
图1是外转子型直流无刷马达的轴向剖视说明图。
图2是表示图1的定子铁芯和转子的配置结构的说明图。
图3a和图3b是定子铁芯的俯视图和立体图。
图4是引导铁芯的俯视图。
图5是使一对引导铁芯与定子铁芯重叠的立体图和局部放大图。
图6a和图6b是表示使用绕线机将磁线卷绕于设置有引导铁芯的定子铁芯的作业的示意图。
图7a至图7c是伴随着绕线机的绕线动作的中心成型机的状态说明图。
图8a至图8f是表示卷绕于形状不同的极齿的线圈的与引导铁芯的有无对应的卷绕状态的对比说明图。
图9是表示齿顶呈对称形状的定子铁芯和转子的配置结构的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的无刷马达的实施方式和定子的绕线方法一起进行说明。在本实施方式中，作为一例，使用外转子型三相直流无刷马达进行说明。另外，马达只要包括定子铁芯，并在极齿的周围卷绕有线圈，则可以是任意的马达，也可以是内转子型马达。
参照图1，对外转子型三相直流无刷马达的概略结构进行说明。对定子1的结构进行说明。在形成为筒状的外壳2的轴孔2a中，以同轴状组装有由烧结金属制成的筒状的金属含油轴承3。定子铁芯4沿着上述外壳2的一端侧端部2b和外周部而与台阶部2c抵接并粘接固定。定子铁芯4为层叠铁芯，并在俯视时朝向外周侧以放射状突出设置的极齿4a1、4a2、4a3(参照图2)的周围分别卷绕有线圈5。另外，在定子铁芯4的层叠方向两端分别一体地层叠有一对引导铁芯14(参照图4)。
此外，在外壳2的另一端侧外周形成有大径的台阶部2d，在该台阶部2d上以压入或铆接的方式组装有安装板6。在上述安装板6上固定有马达基板7，在马达基板7上设置有传感器基板(未图示)，该传感器基板装设有霍尔元件等。在马达基板7上连接有供电用的配线7a。
接下来，对图1中转子8的结构进行说明。在转子轴9的一侧压入固定有转子轮毂10，该转子轮毂10是对黄铜等进行切削加工而形成的。形成为杯状的转子轭12与上述转子轮毂10铆接而一体地组装于该转子轮毂10。转子8的旋转运动通过插入外壳2的筒孔的金属含油轴承3来支承，上述外壳2的筒孔供转子轴9插通。转子8的垂直载荷通过设置在转子轮毂10与金属含油轴承3之间的垫圈11支承。
转子轭12使用磁性体。在上述转子轭12的内周面上组装有环状的转子磁体13，该转子磁体13在周向上交替地磁化有多个n极s极。使用转子磁体13的轴向长度比定子铁芯4的极齿4a的轴向长度大的尺寸的马达。组装了定子1后，将转子8的转子轴9嵌入插通金属含油轴承3。此时，以定子铁芯4的极齿4a与转子磁体13相对的方式组装。转子8以转子磁体13与相对的定子极齿4a磁吸引的方式组装，转子轴9经由金属含油轴承3以能旋转的方式枢轴支承于外壳2。
接下来，参照图2至图5，对定子1的形态进行详述。
在图2中，转子8的转子磁体13在周向上交替地磁化出n极和s极，磁极总数为12极。此外，定子铁芯4的极齿总数(磁极数)为9极(9个齿槽)。
设置于定子铁芯4的总数为9极(9个齿槽)的极齿4a具有以下形状。如图2所示，第一极齿4a1以与转子磁体13的任一方的磁极(例如n极)重叠的方式与该磁极相对，并相对于径向的轴线形成为对称形状。此外，与第一极齿4a1在周向上相邻的第二极齿4a2及第三极齿4a3相对于径向的轴线形成为非对称形状，且形成为第二极齿4a2与第三极齿4a3之间的间隙t2比第一极齿4a1与第二极齿4a2之间的间隙t1狭窄。
即，如图3a和图3b所示，构成第一极齿4a1的磁通作用面的齿顶4a1a相对于径向的轴线呈对称形状，且构成为以与转子磁体13的n极重叠的方式相对配置而作用有吸引力。此外，构成第二极齿4a2的磁通作用面的齿顶4a2a和构成第三极齿4a3的磁通作用面的齿顶4a3a相对于径向的轴线呈非对称形状。将上述第二极齿4a2的齿顶4a2a和第三极齿4a3的齿顶4a3a看成是与单个极齿4a等同的虚拟第二极齿4a4，且构成为与磁通作用面重叠的相对的多个转子磁极(例如s极、n极和s极)之间作用有吸引力(参照图2)。
在图2中，若将转子磁体13的磁极数设为m(m为2以上的整数：在图2中m＝12)、将定子铁芯4的极齿数设为p(p为3以上的整数：在图2中p＝12)，则p/m的比为：p/m＝9/12＝3/4。
然而，若将上述第二极齿4a2和第三极齿4a3看成是虚拟第二极齿4a4，则整合第一极齿4a1(三处)与虚拟第二极齿4a4(三处)后的极齿总数p’为六，因此，p’/m＝6/12＝1/2。藉此，能使齿槽转矩(保持转矩)提高。
此外，在定子铁芯4的层叠方向两端分别层叠有图4所示的引导铁芯14。引导铁芯14使用电磁钢板，相对于径向的轴线呈对称形状的多个极齿14a设置成比环状部14b朝径向突出。各极齿14a的齿顶14a1形成为相对于径向的轴线呈对称形状，并且形成为所有相邻齿顶14a的间隙的大小都同为t。
如图5所示，上述引导铁芯14在定子铁芯4的层叠方向两端(参照图5的p处放大图)分别一体地层叠。一对引导铁芯14在对层叠铁芯进行层叠冲压时一体地组装于定子铁芯4，因此生产效率良好。其结果是，定子铁芯4的第一极齿4a1、第二极齿4a2以及第三极齿4a3的齿顶的间隙(开放齿槽19)的大小统一为引导铁芯14的相邻极齿14a的齿顶14a1的间隙t。
这样，即使是具有非对称形状的极齿4a的定子铁芯4，形成于所有极齿4a的齿顶的间隙t(开放齿槽19)的大小也变得均匀。因此，在通过后述的绕线机15的成型机将磁线18引导至开放齿槽19时，不易相对于齿顶产生摇晃，能将线圈均匀地卷绕于各极齿4a。
接下来，参照图6a、图6b和图7a至图7c，对定子1的绕线方法进行说明。
在具有图3a和图3b所示的、在周向上以朝向径向突出的方式设置有多个第一极齿4a1、第二极齿4a2、第三极齿4a3的非对称形状的极齿4a的定子铁芯4的长度方向两端，分别层叠冲压图4所示的、在周向上形成有多个对称形状的极齿14a的一对引导铁芯14而一体地组装，以准备定子铁芯4(复合铁芯)(参照图5)。另外，引导铁芯14既可以是一张，也可以是两张以上。另外，在图6a、图7a至图7c中省略了引导铁芯14的图示。
如图6a所示，通过锭翼驱动式的绕线机15将磁线18卷绕于定子铁芯4的极齿4a。定子铁芯4是一对引导铁芯14在层叠方向两端分别一体地层叠而成的，并形成为包括第一极齿4a1、第二极齿4a2以及第三极齿4a3在内的所有极齿4a的齿顶的间隙与极齿14a的间隙t相同(参照图5)。定子铁芯4载置于一对铁芯台座(支承台)21，并且环状部(铁芯背部)4b被从上下夹住而进行定位。定子铁芯4保持被铁芯台座21夹持的状态而被支承为能旋转。
绕线机15包括：中心成型机16a，该中心成型机16a能在极齿4a的径向上移动；以及一对侧方成型机16b，一对该侧方成型机16b对与中心成型机16a相邻的极齿进行覆盖。中心成型机16a呈上下成型机部16a1、16a2朝前方延伸设置而中央部收缩的形状(参照图7a)。在中心成型机16a的两侧分别设置有一对侧板16c。上述一对侧板16c将经过线嘴17后的磁线18经由侧方成型机16b与侧板16c之间的间隙导向开放齿槽19，并朝极齿4a的周围引导。另外，一对中心成型机16a以同心状配置于圆筒状的锭翼(旋转筒体)20的内部，并设置成能进退移动。即使锭翼20旋转，中心成型机16a也不会旋转，与侧板16c相比，能相对于径向进退移动的范围较宽。在锭翼20的外周一体地组装有对磁线18进行保持的线嘴17。若锭翼20旋转，则对磁线18进行保持的线嘴17也旋转。
在此，参照图5至图7a-7c，对绕线机15的非对称铁芯的绕线方法的一例进行说明。
如图5所示，准备组装有一对引导铁芯14的定子铁芯4(第一工序)，如图6a所示，将该定子铁芯4的环状部4b夹在上下一对的铁芯台座21中并固定(第二工序)。具体而言，如图7a所示配备于绕线机15的中心成型机16a的上下成型机部16a1、16a2越过定子铁芯4的极齿4a的齿顶4a1a，并使该齿顶4a1a进入到径向规定位置后，沿层叠方向夹住该极齿4a，侧板16c与中心成型机16a一起前进，并夹住极齿14a的齿顶14a1的周向两端部(参照图6b)。此外，在形成线圈5的极齿4a的两侧与之相邻的极齿4a分别被与铁芯台座21一起设置的侧方成型机16b覆盖(参照图6a)。
经由设置于圆筒状的锭翼20的线嘴17，使磁线18的前端卡定于铁芯台座21。随着锭翼20旋转的进行，磁线18进入形成于侧板16c(中心成型机16a)与侧方成型机16b间的开放齿槽19，一边被中心成型机16a引导，一边绕极齿4a一周进行卷绕(第三工序)。此时，若没有引导铁芯14，而如图6b所示在极齿4a的齿顶4a1a产生间隙d，则可能会导致中心成型机16a或侧板16c的动作不稳定，因锭翼20的旋转而产生摇晃，使侧板16c与侧方成型机16b之间的间隙t的宽度变动而造成线圈5无法均匀地卷绕而被切断。与之相对，通过使用具有相邻齿顶14a1之间的间隙t形成为一样的多个极齿14a的引导铁芯14a(参照图4)，并通过侧板16c牢固地夹住极齿14a的齿顶14a1的周向两侧，即使锭翼20旋转，中心成型机16a也会稳定而不摇晃，因此，磁线18能经由侧板16c与侧方成型机16b之间的均匀的间隙t被引导至开放齿槽19内，从而相对于极齿4a、14a以固定的卷径进行卷绕(参照图6b)。
若磁线18环绕一周，则如图7c所示，使中心成型机16a朝极齿的径向外侧移动一个间距，并且使锭翼20进一步旋转而将磁线18卷绕于极齿4a的周围。使对线嘴17进行保持的锭翼20旋转，并使磁线18在极齿4a的周围环绕一周进行卷绕，磁线18每环绕一周，使中心成型机16a朝径向外侧移动一个间距，藉此，从极齿4a的根端部(环状部4b)朝向齿顶4a1a依次卷绕，从而在开放齿槽19内形成线圈5(第四工序)。
接下来，使中心成型机16a从结束绕线的极齿4a(例如u相极齿4a)离开，并且在定子铁芯4夹持于上下一对的铁芯台座21的状态下使该定子铁芯4旋转规定角度(例如120°)，并对下一极齿4a(例如u向极齿4a)重复上述第二工序至第四工序。针对所有极齿4a1、4a2、4a3分别进行以上工序，形成相当于u相、v相、w相的线圈5(第五工序)。
根据以上说明的绕线方法，在通过绕线机15的一对中心成型机16a来夹住形成线圈5的极齿4a时，经由侧板16c与侧方成型机16b之间的均匀的间隙t将磁线18引导至开放齿槽19的动作稳定，即使使锭翼20旋转，中心成型机16a也不会摇晃，因此，能将线圈5均匀地卷绕于各极齿4a、14a。因此，能提高针对非对称铁芯的绕线作业的生产效率，还能降低不合格率。
图8a和图8b表示定子铁芯4的极齿4a的齿顶4a1a呈对称形状的情况下的与引导铁芯14的有无对应的线圈绕线状态，图8c和图8d表示定子铁芯4的极齿4a的齿顶4a1a呈对称形状但周向的长度较短的情况下的与引导铁芯14的有无对应的线圈绕线状态，图8e和图8f表示定子铁芯4的极齿4a的齿顶4a1a呈非对称形状的情况下的与引导铁芯14的有无对应的线圈绕线状态。
在如图8a和图8b所示定子铁芯4的极齿4a的齿顶4a1a呈对称性状的情况下，能在线圈绕线状态不会因引导铁芯14的有无而发生变化的状态下进行卷绕。
然而，如图8c所示，在定子铁芯4的极齿4a的齿顶4a1a呈对称性状但周向的长度较短的情况下，无法通过侧板16c来夹住齿顶4a1a(参照图6b)，因此，伴随着锭翼20的旋转，中心成型机16a会产生摇晃而在线圈5与极齿4a之间产生间隙，从而无法以固定的卷径进行卷绕。与之相对，如图8d所示，若一对引导铁芯14层叠于定子铁芯4，则极齿14a以相对于径向的轴线呈对称形状的方式以固定间隔形成，因此，能通过侧板16c来夹住齿顶4a1(参照图4)。因此，中心成型机16不会伴随着锭翼20的旋转而摇晃，能稳定地进行卷绕。
此外，若如图8e所示以非对称的极齿4a的宽度来使用中心成型机16a，则会如图6b所示在齿顶4a1a与侧板16c之间产生间隙d，中心成型机16a会伴随着锭翼20的旋转而产生摇晃。藉此，磁线18被中心成型机16a引导而卷绕于极齿4a，因此，无法稳定地进行卷绕。
与之相对，如图8f所示，若一对引导铁芯14层叠于定子铁芯4，则极齿14a以相对于径向的轴线呈对称形状的方式以固定间隔形成，因此，能通过侧板16c来夹住齿顶4a1(参照图4)。因此，中心成型机16不会伴随着锭翼20的旋转而摇晃，能稳定地进行卷绕。
此外，上述三相直流无刷马达可在hvac(制热、换气以及空调)设备等将转子保持于规定位置的用途中作为驱动源使用。
此外，虽然上述实施例示例了外转子型的无刷马达进行说明，但只要调换转子磁体与定子铁芯的配置，则也能应用于内转子型的无刷马达。