旋转电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋转电机。
【背景技术】
[0002]当前，以资源价格上涨的影响和防止国际性的地球温室效应的运动为背景，针对抑制作为二氧化碳产生源的能量使用量的意识正在不断提高。其中，消耗世界总发电量的约40%的旋转电机受到关注，其效率改善成为当务之急。
[0003]旋转电机的定子绕组大体分为集中卷绕和分布卷绕。分布卷绕具有能够减小扭矩波动、噪声等优点，另一方面，由于线圈端部的高度变高，所以导线长度变长，具有绕组电阻的增大、即铜损增大以及效率降低的缺点。
[0004]在专利文献I中记载了下述技术，即，在三相电动机的定子中，将在槽内最内侧的第I线圈配置相、中间的第2线圈配置相、以及最外侧的第3线圈配置相中配置的3个u相的导线，在线圈端部处的最内侧的第I外部延长层中进行层叠配置，将3个V相的导线在线圈端部处的中间的第2外部延长层中进行层叠配置，将3个w相的导线在线圈端部处的最外侧的第3外部延长层中进行层叠配置。由此，根据专利文献1，在线圈端部处，将各相的绕组在相互不同的外部延长层中进行层叠配置，因而使线圈端部的外径变小而各相的绕组不会相互干涉。
[0005]专利文献1:日本特开平8 - 084448号公报
【发明内容】
[0006]专利文献I中记载的技术为了减小线圈端部的外径，以将各相(U相、V相、W相)的绕组设为相互不同的形状为前提。因此，每个相的绕组长度产生较大的差别，因此绕组电阻值的不均衡有可能超过允许范围而变大。如果绕组电阻值的不均衡超过允许范围而变大，则造成旋转电机的电流不均衡，成为扭矩波动、振动等的发生原因。
[0007]另外，专利文献I中记载的技术为了减小线圈端部的外径，以在槽内以及线圈端部这两者中沿径向形成3层为前提。因此，只能将各相的绕组分为3组，难以应用于多种多样的旋转电机。
[0008]本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种旋转电机，该旋转电机能够减小线圈端部的外径，能够将各相的绕组电阻值的不均衡抑制在允许范围内。
[0009]为了解决上述课题并达到目的，本发明的一个方面所涉及的旋转电机的特征在于，具备:定子铁芯，其具有环状的芯座、从所述芯座起沿径向延伸而在周向上排列的多个齿、以及在周向上相邻的所述齿之间分别配置的多个槽；以及定子绕组，其收容并卷绕在所述定子铁芯的槽中，在所述定子绕组中，针对每个相，作为多个导线的束而形成有线圈，各相的绕组由配置在槽内部的大于或等于I个线圈形成，所述大于或等于I个线圈分别具有:第I导线组，其在所述槽内部沿定子铁芯的径向配置m层，m为大于或等于2的整数；第2导线组，其在所述线圈端部处将所述第I导线组沿定子铁芯的径向配置变换为η层，η为大于或等于I的整数；第I弯折部，其在所述槽内部以及所述线圈端部的边界处，以所述第I导线组与所述第2导线组形成比180°小的角度Θ的方式进行弯折；第3导线组，其将在所述线圈端部处从定子铁芯的径向的第I层配置至第η层的所述第2导线组，配置变换为从定子铁芯的径向的第(m — η+1)层至第m层；以及第2弯折部，其在所述线圈端部处，以所述第2导线组与所述第3导线组形成比180°小的角度Θ ’的方式进行弯折，层数m以及n满足:n/m彡1/2。
[0010]发明的效果
[0011 ] 根据本发明，在形成各相绕组的各线圈中，例如，能够在槽内部和线圈端部处对导线进行排列变更，能够在线圈端部的中途将导线沿定子铁芯的径向进行配置变换。例如，能够将线圈端部的左半部分的导线集中在相当于槽内部的第I层的区域中，能够将线圈端部的右半部分的导线集中在相当于槽内部的第2层的区域中。由此，在各相的绕组使用相同形状的线圈的情况下，在线圈端部处，能够使I个相的绕组变得不易与其他相的绕组发生干涉，能够降低线圈端部的高度。即，能够减小线圈端部处的各相的绕组的机械干涉，能够将每个相的绕组长度设为均等(例如相同)。其结果，能够减小线圈端部的外径，能够将各相的绕组电阻值的不均衡抑制在允许范围内。
【附图说明】
[0012]图1是实施方式I所涉及的旋转电机的定子的结构图。
[0013]图2是构成实施方式I所涉及的定子绕组的线圈的结构图。
[0014]图3是表示根据实施方式I的旋转电机的剖视图的图。
[0015]图4是从定子铁芯的上表面观察在实施方式I所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0016]图5是从定子铁芯的下表面观察在实施方式I所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0017]图6是从定子铁芯的侧面观察在实施方式I所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0018]图7是对形成实施方式I所涉及的线圈的导线的弯折角度进行说明的图。
[0019]图8是在实施方式I中的定子铁芯中插入了线圈的定子的每个相的绕组结构图。
[0020]图9是从定子铁芯的上表面观察在实施方式2所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0021]图10是从定子铁芯的下表面观察在实施方式2所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0022]图11是从定子铁芯的侧面观察在实施方式2所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0023]图12是对形成实施方式2所涉及的线圈的导线的弯折角度进行说明的图。
[0024]图13是在实施方式2所涉及的定子铁芯中插入了线圈的定子的每个相的绕组结构图。
[0025]图14是构成实施方式3所涉及的定子绕组的线圈的结构图。
[0026]图15是从定子铁芯的上表面观察在实施方式3所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0027]图16是从定子铁芯的下表面观察在实施方式3所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0028]图17是从定子铁芯的侧面观察在实施方式3所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0029]图18是对形成实施方式3所涉及的线圈的导线的弯折角度进行说明的图。
[0030]图19是为了构成实施方式3所涉及的旋转电机的定子绕组而在定子铁芯中插入了线圈的定子的每个相的绕组结构图。
[0031]图20是从定子铁芯的上表面观察在实施方式4所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0032]图21是从定子铁芯的下表面观察在实施方式4所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0033]图22是从定子铁芯的侧面观察在实施方式4所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0034]图23是对形成实施方式4所涉及的线圈的导线的弯折角度进行说明的图。
[0035]图24是为了构成实施方式4所涉及的旋转电机的定子绕组而在定子铁芯中插入了线圈的定子的每个相的绕组结构图。
[0036]图25是构成实施方式5所涉及的定子绕组的线圈的结构图。
[0037]图26是从定子铁芯的上表面观察在实施方式5所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0038]图27是从定子铁芯的下表面观察在实施方式5所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0039]图28是从定子铁芯的侧面观察在实施方式5所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0040]图29是对形成实施方式5所涉及的线圈的导线的弯折角度进行说明的图。
[0041]图30是为了构成实施方式5所涉及的旋转电机的定子绕组而在定子铁芯中插入了线圈的定子的每个相的绕组结构图。
[0042]图31是从定子铁芯的上表面观察在实施方式6所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0043]图32是从定子铁芯的下表面观察在实施方式6所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0044]图33是从定子铁芯的侧面观察在实施方式6所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0045]图34是从定子铁芯的上表面观察在实施方式7所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0046]图35是从定子铁芯的下表面观察在实施方式7所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0047]图36是从定子铁芯的侧面观察在实施方式7所涉及的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0048]图37是从定子铁芯的上表面观察在实施方式I?7的变形例中的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0049]图38是从定子铁芯的上表面观察在实施方式I?7的变形例中的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0050]图39是从定子铁芯的上表面观察在实施方式I?7的变形例中的定子铁芯中插入了线圈的状态的图。
[0051]图40是构成实施方式I?7的变形例中的定子绕组的线圈束的结构图。
[0052]图41是从定子铁芯的上表面观察在实施方式I?7的变形例中的定子铁芯中插入了线圈束的状态的图。
[0053]图42是构成实施方式I?7的变形例中的定子绕组的线圈组的结构图。
【具体实施方式】
[0054]下面，基于附图详细地说明本发明所涉及的旋转电机的实施方式。此外，本发明并不限定于本实施方式。
[0055]实施方式I
[0056]对实施方式I所涉及的旋转电机I进行说明。
[0057]旋转电机I具有定子以及转子，转子相对于定子旋转，经由固定于转子上的轴(未图示)将旋转动力传递至机械装置(未图示)，使机械装置工作。旋转电机I例如是永磁体型旋转电机或者感应型旋转电机。在旋转电机I中，例如，对定子3中的绕组构造进行了改进。
[0058]具体地说，旋转电机I具有图1?图3所示的结构。图1是表示旋转电机I中的定子铁芯以及定子绕组的结构的斜视图。图2是表示定子绕组中的线圈的结构的斜视图。图3是表示从旋转轴RA方向观察转子以及定子铁芯的情况下的结构的图。在图1?3中，例如，作为旋转电机1，例示性地示出极数为4，槽数为24，相数为3，每极每相的槽数q为2的旋转电机。另外，在图3中，为了简化图示，省略了定子绕组的图示。
[0059]如图1及图3所示，旋转电机I具有转子2以及定子3。转子2具有转子铁芯2a以及多个永磁体2b。转子铁芯2a以与轴同心的方式构成，例如，具有大致圆柱形状，该大致圆柱形状具有沿轴的旋转轴RA。多个永磁体2b例如沿转子铁芯2a的周面进行配置。此夕卜，在图3中，例示了转子2为永磁体型旋转体的情况，但转子2也可以是利用铜等导体形成为笼型的笼型旋转体。
[0060]定子3以与转子2分离并且收容转子2的方式构成。例如，定子3具有定子铁芯5以及定子绕组6。
[0061]定子铁芯5以与轴同心的方式构成，例如，具有大致圆筒形状，该大致圆筒形状具有沿轴的旋转轴RA。定子铁芯5例如由层叠的电磁钢板等形成。
[0062]例如，如图3所示，定子铁芯5具有芯座(core back) 7、多个齿8、以及多个槽9。芯座7为环状，例如具有大致圆筒形状。多个齿8分别从芯座7起沿径向向旋转轴RA侧延伸。多个齿8在芯座7的旋转轴RA侧，在沿芯座7的周面7a的方向(即周向)上进行排列。在周向上相邻的齿8之间，分别形成有槽9。
[0063]在定子绕组6中，将同相的线圈每2个槽地嵌入定子铁芯5中。定子绕组6例如利用绝缘纸等对周围进行保护而插入槽9中。在定子绕组6中，作为导线11的束而形成线圈17，在槽9内部配置大于或等于I个该线圈17。并且，通过利用焊接等方法将线圈17的末端进行连接，从而形成定子绕组6。
[0064]在定子绕组6中，针对每个相由具有同样形状的线圈17形成，例如形成有图2所示的线圈17。作为在接近的同相中插入线圈的叠绕组，在定子铁芯5的槽9中插入线圈17。线圈17作为导线11的束而形成。
[0065]具体地说，线圈17具有:第I导线组17a、第2导线组17b、第I弯折部17d、第3导线组17c、第2弯折部17e、第4导线组17f、以及第3弯折部17g。
[0066]在第I导线组17a中，在槽内部SI，沿定子铁芯5的径向配置m层(m为大于或等于2的整数)导线11。
[0067]第2导线组17b是在线圈端部CE1，将第I导线组17a沿定子铁芯5的径向配置变换为η层(η为大于或等于I的整数)而得到的。在第2导线组17b中，例如，在线圈端部CEl中，导线11从定子铁芯5的径向的第I层配置至第η层。
[0068]在第I弯折部17d中，在槽内部SI以及线圈端部CEl的边界处，以第I导线组17a与第2导线组17b形成角度Θ (90° < Θ <180° )的方式进行弯折。即，包含第I弯折部17d在内的排列变更部1d进行从槽内部SI的第I导线组17a的排列向线圈端部CEl的第2导线组17b的排列的变更。
[0069]第3导线组17c是在线圈端部CEl中，将第2导线组17b配置变换为从定子铁芯5的径向的第(m - η+1)层至第m层而得到的。在第3导线组17c中，在线圈端部CEl中，导线11从定子铁芯5的径向的第(m — η+1)层配置至第m层。
[0070]在第2弯折部17e中，在线圈端部CEl中，以第2导线组17b与第3导线组17c形成角度θ’( = 360° —(Θ + Θ ”))的方式进行弯折。S卩，包含第2弯折部17e在内的通过区域变更部13a进行从线圈端部CEl的第2导线组17b的排列(径向的通过区域)向线圈端部CEl的第3导线组17c的排列(径向的通过区域)的变更。
[0071 ] 在第4导线组17f中，在槽内部SI，沿定子铁芯5的径向配置m层(m为大于或等于2的整数)导线11。
[0072]在第3弯折部17g中，在线圈端部CEl以及槽内部SI的边界处，以第3导线组17c与第4导线组17f形成角度Θ ”(90° < Θ ” < 180° )的方式进行弯折。即，包含第3弯折部17g在内的排列变更部1a进行从线圈端部CEl的第3导线组17c的排列向槽内部SI的第4导线组17f的排列的变更。
[0073]在此，层数m、n满足下面的式I。
[0074]n/m 彡 1/2 式 I
[0075]例如，在图2中，线圈17在槽内部SI中由2层(定子铁芯5的径向)X8根(定子铁芯5的周向)的导线11构成。例如，径向的数量以及周向的数量能够以如下的方式决定。
[0076]例如，在图2所示的情况下，线圈17从槽内部SI至线圈端部CEl进行了绕组排列的变更(包含第I弯折部17d在内的排列变更部1d)。由此，在槽内部SI中为2层(定子铁芯5的径向)X8根(定子铁芯5的周向)的导线11的束在线圈端部CEl中排列为I层(定子铁芯5的径向)X 16根(定子铁芯5的周向)。另外，此时，在第I弯折部17d中，以角度θ (例如在图2中为120° )进行弯折。
[0077]然后，在线圈端部CEl中，例如，在定子铁芯5的径向的第I层进行排列的导线11以与其他相的绕组(其他相的线圈17)不干涉的方式，例如配置变换为定子铁芯5的径向的第2层(包含第2弯折部17e在内的通过区域变更部13a)。另外，此时，在进行配置变换之前和之后，即在第2弯折部17e中，也以角度Θ’(例如在图2中为120° )进行弯折。
[0078]随后，在再次从线圈端部CEl返回至槽内部SI时，进行绕组排列的变更(包含第3弯折部17g在内的排列变更部1a)。由此，在线圈端部CEl中为I层(定子铁芯5的径向)X16根(定子铁芯5的周向)的导线11的束在槽内部SI中排列为2层(定子铁芯5的径向)X8根(定子铁芯5的周向)。另外，此时，也以角度Θ ”(例如在图2中为120° )进行弯折。
[0079]通过如上述所示构成线圈17，线圈端部CEl的线圈形状变为3角形。另外，虽然省略说明，但线圈17的下半部分也以相同的方式进行了导线11的排列变更，作为整体，形成包含线圈端部CEl的3角形、槽内部SI的4边形、以及线圈端部CE2的3角形在内的6边形。
[0080]以下，使用图4至图6，更详细地说明线圈17的绕组排列的变更的部分。图4是从定子铁芯5的上表面(旋转轴RA的方向)观察在定子铁芯5中插入了线圈17的状态的图。图5是从定子铁芯5的下表面观察在定子铁芯5中插入了线圈17的状态的图。图6是从定子铁芯5的侧面(朝向旋转轴RA的面)观察在定子铁芯5中插入了线圈17的状态的图。
[0081]图4至图6例示了在槽内部SI中插入了 I个2层(定子铁芯5的径向)X2根(定子铁芯5的周向)的线圈11的状态，使用位置12a至位置12r，例示性地说明此时导线11如何卷绕而形成线圈17。
[0082]在线圈17中，从2个槽9a、9b的中间附近起开始对导线11进行卷绕(位置12a)，经过线圈端部CEl中的相当于槽内部SI的第I层的区域CEla而靠近槽9a。随后，进行排列变更(排列变更部1a)而使得进入槽内部SI的第2层的位置12b (参照图4)。如果从侧面观察该部分，则导线11以角度Θ ”进行弯折(参照图6、图7)。<