旋转电机的定子的制作方法

本发明涉及旋转电机的定子。

背景技术：

用于电动机的定子通常为环状的定子铁芯具有向内周侧的径向延伸的齿部，且线圈线卷绕于该齿部而构成。在线圈线与定子铁芯之间，为了使它们电绝缘而使用绝缘体。对于线圈线，在将绝缘体安装于定子铁芯的齿部后，相对于绝缘体卷绕线圈线。

在专利文献1中，显示了在覆盖于齿部的绝缘体设置线圈线导向装置的结构。线圈线导向装置形成为使第一层的最后一列的线圈线以比其他线圈线更宽的间距配置。由此，在将线圈线缠绕于齿部的第二层时，可以稳定该线圈线的位置，并且可以相对于齿部不混乱地卷绕线圈线。因此，可以相对于齿部整齐排列并卷绕第一层的线圈线与第二层的线圈线。

在电动机中，流经线圈部的电流与卷绕数的乘积越大则将获得越大的产生转矩(generatedtorque)。因此，构成线圈部的线圈线通常形成为并联连接线直径较小的细线并在降低线圈阻力的同时增加卷绕数的结构。但是，由于在使用并联连接的情况下，需要使用接线部件的接线工序，因此为了去掉接线部件，考虑通过串联连接来构成线圈部。但是，如果直接使用细线，则线圈阻力会升高，无法流通较大的电流，因而使用线直径较大的粗线。在使用粗线的情况下，虽然卷绕数减少，但可以增大流经线圈线的电流，因而可以得到与使用细线的情况相等的产生转矩。

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007-267492号公报

技术实现要素：

在使用粗线而减少了卷绕数的情况下，考虑相对于定子铁芯的齿部以一层卷线来构成线圈部。通常，在将线圈线卷绕于齿部的情况下，使线圈线的开始卷绕的位置和结束卷绕的位置均位于环状的定子铁芯侧(基端侧)。但在一层卷线的情况下，如果从齿部的基端侧开始卷绕线圈线，则卷绕结束的位置为齿部的前端侧，在这种情况下，需要将卷绕结束的线圈线拉回至基端侧。当从齿部的前端侧将卷绕于延伸方向的一端侧的最后一列的线圈线拉回至另一端侧的第一列时，线圈线相对于与齿部的延伸方向正交的宽度方向的拉出角度变大。因此，当向齿部的第一列卷绕线圈线时，线圈线将与后轭(backyoke)接触。因此，会导致线圈线的端部与后轭接触，在线圈线的表面涂层被破坏的情况下，线圈线会与后轭发生短路。

专利文献1记载的技术是以相对于定子铁芯的齿部卷绕两层以上的线圈线为前提的。假设在专利文献1的结构中，在相对于齿部而将线圈线设为一层卷线的情况下，在齿部中将存在没有卷绕线圈线的部位，因而在齿部中线圈线的占空系数(spacefactor)会变差。因此，在专利文献1的结构中，存在如下问题：可应用的旋转电机被限定为将线圈线卷绕两层以上的装置。

鉴于上述实情，人们寻求一种可以在定子铁芯的齿部可靠地卷绕一层卷线的线圈线作为线圈部的旋转电机的定子。

本发明涉及的旋转电机的定子的特征结构在于以下方面：其具备定子铁芯和线圈部，上述定子铁芯具有环状部、和从上述环状部沿径向延伸的多个齿部，上述线圈部由卷绕于上述齿部的线圈线形成，在上述线圈部中，沿上述齿部的上述径向，上述线圈线在每一层中整齐排列并卷绕三列以上，在上述线圈部中，在作为上述齿部的上述环状部侧的端部的基端部卷绕上述线圈线的第一卷作为第一列，将朝向上述齿部的延伸方向的至少第二列的位置设为在上述线圈线的连续卷绕中，上述线圈线未卷绕于上述齿部的整一周的空隙部，并在第三列以上的位置卷绕第二卷。

在于齿部卷绕一层线圈线的情况下，在定子铁芯的齿部中，当使线圈线从径向的一端侧朝向另一端侧整齐排列并卷绕后，需要将其从另一端侧向一端侧拉回。在这种情况下，线圈线相对于齿部的宽度方向的拉出角度变大，线圈线会与后轭接触并且无法在齿部以一层卷线的方式配置线圈线。

因此，在本结构中，将朝向齿部的延伸方向的至少第二列的位置设为线圈线未卷绕于整一周的空隙部，线圈线的第二卷卷绕于第三列以上的位置。由此，在使线圈线在齿部的径向上从一端侧向另一端侧卷绕后，当从另一端侧向一端侧拉回时，可以将线圈线卷绕于第二列的空隙部。然后，由于可以将第二列的线圈线拉回至一端侧，因此可以减小线圈线相对于齿部的宽度方向的拉出角度。因此，可以避免线圈线与轭部接触的不良情况，从而可以将线圈线以一层卷线的方式配置于齿部。

定子铁芯的齿部即使在线圈线的至少第二列的位置具有线圈线未卷绕于整一周的空隙部，该空隙部为当将线圈线从另一端侧拉回至一端侧时，可以卷绕线圈线的部分。因此，在适当地保持占空系数的状态下，可以在齿部的第一层实现线圈线的一层卷线。

其他特征结构在于以下方面：在上述线圈部中，第二列的位置为上述空隙部，上述线圈线的第二卷卷绕于第三列的位置。

在本结构中，齿部的第二列的位置为空隙部，且线圈线在第三列的位置卷绕第二卷，因而在使线圈线在齿部的径向上从一端侧向另一端侧卷绕后，当从另一端侧向一端侧拉回时，可以将线圈线卷绕于第二列的空隙部。当在第二列以后具有空隙部时，需要使线圈线相对于与径向正交的方向以通常程度以上的程度倾斜。在此，在本结构中，由于空隙部存在于第二列且线圈线的第二卷存在于第三列，因此在设置空隙部的基础上，可以使线圈线的倾斜角度的增加为最小。由此，当倾斜地卷绕线圈线时，线圈线不会散开，可以将线圈线卷绕于齿部。因此，可以在线圈部中使线圈线紧贴地卷绕。

其他特征结构在于以下方面：上述线圈部具有相互分离的两个以上的上述空隙部，所有的上述空隙部在上述齿部的延伸方向中的宽度为上述线圈线的线直径。

在当从定子的齿部的基端部开始卷绕第一层的第一卷后，在第二列以后具有多个空隙部的情况下，线圈线相对于与径向正交的方向以通常程度以上的程度倾斜的部分增加。在此，在本结构中，由于空隙部的宽度w分别为线圈线的线直径，因此在设置空隙部的基础上，可以使线圈线的倾斜角度的增加为最小。由此，当倾斜地卷绕线圈线时，线圈线不会散开，可以将线圈线卷绕于齿部。因此，可以在线圈部中使线圈线紧贴地卷绕。

其他特征结构在于以下方面：上述线圈部由上述线圈线仅卷绕于上述齿部的第一层而成的一层卷线构成。

根据本结构，由于线圈部由一层卷线构成，因此定子的线圈部可以降低在定子的环状部的轴心方向上的高度。由此，在旋转电机中，可以将控制基板等以更靠近定子的线圈部的方式配置。因此，可以使搭载有旋转电机的装置小型化。

其他特征结构在于以下方面：在上述齿部的径向中的第一层的第一列和第二列之间具有第二层，上述线圈线的端部被从第二层拉出。

根据本结构，可以提高齿部的占空系数并提高电动机性能，同时，可以避免线圈线与轭部接触而发生短路。

此外，也可以在上述齿部的径向上具有第四列，第二列和第四列成为空隙部。根据这样的结构，通过具有多个空隙部，将提高齿部中的线圈线的卷绕的自由度。

附图说明

图1为作为本发明的实施方式的定子的俯视图。

图2为定子的主要部分的立体图。

图3为显示第一实施方式的线圈部的图。

图4为显示比较例的定子的线圈部的图。

图5为显示第一实施方式的线圈部的卷绕动作的顺序的图。

图6为显示第一实施方式的线圈部的卷绕动作结束的状态的图。

图7为显示比较例的线圈部的卷绕动作结束的状态的图。

图8为显示旋转电机的整体的图。

图9为显示第二实施方式的线圈部的图。

图10为显示其他方式的线圈部的图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

[第一实施方式]

在图1中显示有用于电动机100(旋转电机的一个例子)(参照图8)的定子10。定子10由定子铁芯20和一层卷线的线圈部30构成。如图1所示，定子铁芯20为将层压多个磁性钢板而形成的分割铁芯21以排列成圆环状的方式安装于定子环11的内周面而构成。各个分割铁芯21具有外周侧的轭部22、中间的齿部23以及内周侧的凸缘部24。如图2所示，齿部23被由绝缘性树脂形成的绝缘体25覆盖。定子铁芯20具有环状的轭部22(环状部的一个例子)、和沿从环状的轭部22朝向轴心x的径向内侧延伸的多个齿部23。应予说明，在图1所示的定子10中，省略绝缘体25的图示。

如图2所示，绝缘体25以包围各个分割铁芯21的方式，由沿磁性钢板的层压方向配置的两个部件构成。即，对于由两个部件构成的绝缘体25中的任一个，配置于齿部23的内周侧的内凸缘部26与配置于外周侧的外凸缘部28一体形成，并且线圈线31(参照图1)卷绕于内凸缘部26和外凸缘部28之间的中间部27。

线圈部30由在齿部23中从作为轭部22侧的端部的基端部23a向齿部23的延伸方向(环状的轭部22的径向内侧)卷绕线圈线31而成的一层卷线构成。为了确保邻接的绕线之间的绝缘性，对线圈线31的表面施加搪瓷(enamel)加工等。

在图3中显示在定子铁芯20的一个齿部23上卷绕一层线圈线31的状态。应予说明，在图3中未图示绝缘体25。在线圈部30中，线圈线31沿齿部23的径向y整齐排列并卷绕三列以上(在本实施方式中为四列)。结束对齿部23的卷绕的线圈线31的端部被向与轴心x正交的两面中的配置电动机100的控制基板51(参照图8)的一侧拉出并通过锡焊料等与控制基板51连接。线圈线31的开始卷绕的端部也被向配置控制基板51的一侧拉出。在本实施方式中，将在齿部23中的配置控制基板51侧的面的一侧定义为“导线侧”，将与其相反的面的一侧定义为“反导线侧”。在图3、图4、图9的每一幅图中，写有“导线侧”的图(左图)为从导线侧沿轴心x观察时的图，写有“反导线侧”的图(右图)为从反导线侧沿轴心x观察时的图。在图3、图4、图9中，实线表示可以目视的线圈线31，虚线表示位于与目视侧相反的一侧且无法目视的线圈线31，实线和虚线的箭头表示线圈线31的卷绕方向。此外，将从导线侧可见的齿部23的面称为“表面”，将从反导线侧可见的齿部23的面称为“背面”，将与齿部23的表面和背面垂直的面称为“侧面”。

在本实施方式中，如图3的导线侧所示，对于线圈部30，在齿部23的基端部23a的编号1处，第一卷作为第一列在齿部23的侧面从纸面的表面朝向背面(在反导线侧的编号1处为从纸面的背面朝向表面)卷绕。接着，线圈线31的第二卷卷绕于作为第三列以上(在本实施方式中为第三列)的位置。具体而言，线圈线31在齿部23的背面从第一列向第三列的编号2沿倾斜方向卷绕。将第二卷的线圈线31没有卷绕的朝向齿部23的延伸方向的第二列(编号6、编号7)的位置称为空隙部40。在本实施方式中，在线圈部30中，齿部23的第二列形成为空隙部40，线圈线31的第二卷卷绕于第三列的位置。

在图3中，对于编号2～编号5，在导线侧，在编号2与编号3之间以及在编号4与编号5之间，在与径向y正交的方向上整齐排列并卷绕。即，从反导线侧的编号2开始，在齿部23的侧面从纸面的表面朝向背面，在齿部23的表面从导线侧的编号2朝向编号3，并在齿部23的编号3的侧面从纸面的表面朝向背面而卷绕。这是第三列的卷绕。在反导线侧，在齿部23的背面从线圈线31的第三列(编号3)朝向第四列(编号4)倾斜地卷绕。作为在编号4和编号5之间的卷绕的第四列的卷绕也与在编号2和编号3之间的卷绕相同。

在图3的反导线侧中，在编号5与编号6之间，线圈线31在齿部23的背面中，从作为径向y的最后一列的第四列朝向第二列倾斜地卷绕。作为编号6与编号7之间的卷绕的第二列的卷绕与第三列的卷绕、第四列的卷绕相同。在编号7与编号8之间，线圈线31在齿部23的背面从第二列朝向第一列卷绕，然后，将线圈线31的端部p1从编号8拉出。

在此，作为比较例，在图4展示了未设置空隙部40而从第一列至第四列依次将线圈线31卷绕于齿部23并从第四列将线圈线31拉回至基端部23a侧的定子铁芯。在图4中，在齿部23的表面以及两侧面，在与径向y正交的方向上整齐排列并卷绕，而在背面，以线圈线31逐列依次下移的方式相对于径向y倾斜地卷绕。并且，在编号7与编号8之间，线圈线31从作为径向y的最后一列的第四列向第一列卷绕，并将线圈线31的端部p从编号8拉出。

如果将线圈线31的端部p被从编号8拉出的方向定义为相对于齿部23的宽度方向的拉出角度θ，则在图3所示的本实施方式和图4所示的比较例中，比较例的拉出角度θ更大。因此，会导致线圈线31的端部p与轭部22接触，而在线圈线31的表面涂层被破坏的情况下，线圈线31与轭部22之间会发生短路。

在本实施方式中，当将线圈线31从齿部23的基端部23a侧朝向前端部卷绕时，通过在第二列设置空隙部40，在将卷绕至第四列的线圈线31向基端部23a侧拉回时，可以将线圈线31卷绕于第二列。然后，可以将第二列的线圈线31向基端部23a侧拉回，因此与图4所示的比较例相比，可以减小线圈线31相对于齿部23的宽度方向的拉出角度θ。因此，可以避免线圈线31与轭部22接触而短路的不良情况。

此外，在以于第二列以后具有空隙部40的方式倾斜地卷绕线圈线31的情况下，与图4所示的比较例相比，相对于齿部23的宽度方向的角度(以下，称为倾斜角度)δ变大。在此，在本实施方式中，由于空隙部40存在于第二列且线圈线31的第二卷存在于第三列，因此，可以使设置空隙部40并倾斜地卷绕线圈线31时的倾斜角度δ的增加为最小。由此，当倾斜地卷绕线圈线31时，线圈线31不会散开，可以将线圈线31卷绕于齿部23。因此，可以在线圈部30中使线圈线31紧贴地卷绕。

在图5中显示了将线圈线31卷绕于定子铁芯20的齿部23的动作。

在开始时，从定子铁芯20的齿部23的导线侧开始，使线圈线31沿着侧面，并使齿部23在径向视图(正面)中逆时针地旋转。此时，随着齿部23的旋转，从线圈放出夹具(jig)50拉出线圈线31并卷绕于齿部23。线圈放出夹具50由针(needle)等构成。齿部23以其外周侧被不图示的夹具保持的状态进行旋转。当齿部23旋转1/2周时，在齿部23的背面，线圈线31从第一列朝向第三列卷绕。然后，当齿部23旋转1周时，线圈线31在齿部23的第三列的位置从侧面到表面而在与径向y正交的方向上整齐排列并卷绕。由此，第一卷的线圈线31的卷绕动作结束。对于第二卷以后的线圈线31的卷绕，也是随着定子铁芯20的旋转进行的。

在线圈部30的卷绕动作结束的状态下，如图6所示，线圈线31卷绕于齿部23。另一方面，在图4所示的比较例中，在线圈部30的卷绕动作结束的状态下，如图7所示，线圈线31卷绕于线圈部30。

这样，线圈线31可以在定子铁芯20的齿部23形成一层的线圈部30。由此，可以使线圈部30形成为小型结构，并可以在沿定子10的轴心x的方向上降低线圈部30的高度。因此，如图8所示，在含有控制基板51的电动机100中，可以将控制基板51以更靠近定子10的线圈部30的方式配置。在图8中，控制基板51的固定螺钉52靠近定子10的线圈部30而配置。因此，电动机100可以降低旋转轴心方向的高度，因而可以实现小型化。图8的双点划线显示具备具有以往的线圈部30’的定子铁芯20’的电动机100’。

[第二实施方式]

在第一实施方式中，显示了在齿部23的线圈部30中，将第二列的位置作为空隙部40的例子。在第二实施方式中，在齿部23的线圈部30中，将第二列和第三列的位置作为空隙部40。如图9所示，线圈部30的第一卷作为第一列卷绕于齿部23的基端部23a的侧面(编号1)。接着，线圈线31的第二卷越过空隙部40卷绕至作为第四列的位置。具体而言，在齿部23的背面，线圈线31从第一列朝向第四列倾斜地卷绕(编号2)。因此，朝向齿部23的延伸方向的第二列以及第三列的位置成为在线圈线31的连续卷绕中，线圈线31未卷绕于齿部23的整一周的空隙部40。空隙部40在图9中为第二列(编号4，5)以及第三列(编号4，5)。这样，在本实施方式中，在线圈部30中，齿部23的第二列以及第三列形成空隙部40，线圈线31的第二卷卷绕于第四列的位置(编号2)。

在从线圈线31的编号2至编号8之间，在齿部23的表面以及两侧面中，线圈线31在与径向y正交的方向上整齐排列并卷绕，而在背面中，线圈线31向在每一列中列编号依次上移的方向卷绕。即，以从第四列到第三列再到第二列的顺序卷绕。然后，在编号7和编号8之间，线圈线31从第二列朝向第一列卷绕，并将线圈线31的端部p2从编号8拉出。对于线圈线31的端部p2，与第一实施方式相同，向齿部23的基端部23a侧拉出的方向的拉出角度θ与图4的比较例中的拉出角度θ相比更平缓。由此，可以避免线圈线31的端部p1与轭部22的接触，并可以仅以第一层来完成线圈线31向齿部23的卷绕。

[其他实施方式]

(1)在上述实施方式中显示了线圈部30由线圈线31在齿部23的导线侧中仅卷绕于第一层的一层卷线来构成的例子，但如图10所示，线圈部30也可以为线圈线31在齿部23的第一层的第一列和第二列之间具有第二层的结构。在图10中，接着编号8而卷绕的编号9、编号10的线圈线31在齿部23中形成第二层，线圈线31的端部p被从编号10拉出。由此，可以提高齿部23的占空系数并提高电动机性能，同时可以避免线圈线31与轭部22接触而发生短路的不良情况。

(2)在上述实施方式中，显示了在齿部23具有一个空隙部40的例子，但线圈部30也可以具有相互分离的两个以上的空隙部40，使所有的空隙部40的在齿部23的延伸方向上的宽度为线圈线31的线直径。具体而言，例如为如下结构：在齿部23的径向y上将线圈线31的卷绕区域设置为五列，按照第一列、第三列、第五列的顺序用线圈线31卷绕，然后，按照第四列、第二列的顺序用线圈线31卷绕。这种情况下，在齿部23中，第二列和第四列形成空隙部40。

这样，通过具有两个以上的空隙部40，齿部23中的线圈线31的卷绕方式的自由度提高。但是，在齿部23中，在于第二列以后设置多个空隙部40的情况下，线圈线31相对于与径向y正交的宽度方向以通常程度以上的程度倾斜的部分增加。但是，如果像本结构这样，多个空隙部40的宽度w分别为线圈线31的线直径，则在设置多个空隙部40的基础上，可以使线圈线31的倾斜角度δ的增加为最小。由此，当倾斜地卷绕线圈线31时，线圈线31不会散开，可以将线圈线31卷绕于齿部23。因此，可以在线圈部30中使线圈线31紧贴地卷绕。

(3)在上述实施方式中，显示了将沿定子铁芯20的齿部23的径向y卷绕的线圈线31的最大列数设为四列的例子，但列数为三列以上即可，对列数没有特别限定。

(4)在上述实施方式中，显示了定子铁芯20通过12个分割铁芯21而具有12个齿部23的例子，但分割铁芯21以及齿部23的数目为3的倍数即可，没有特别限定。定子铁芯20也可以不是分割铁芯21，而是在环状地连续的轭部22具备齿部23的结构。此外，定子铁芯20的齿部23也可以为相对于轭部22向径向外侧延伸的结构。

(5)在上述实施方式中，虽然例示了基于线轴卷绕的绕线方式，但作为绕线方式，也可以应用喷嘴卷绕等其他的绕线方式。

产业上的可利用性

本发明的定子可以利用于在各种各样的机器中使用的电动机。

符号说明

10：定子

20：定子铁芯

21：分割铁芯

22：轭部

23：齿部

23a：基端部

30：线圈部

31：线圈线

40：空隙部

p、p1、p2：端部

w：宽度

x：轴心

y：径向

θ：拉出角度