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CN109478813B - 轴向间隙型旋转电机 - Google Patents

轴向间隙型旋转电机 Download PDF

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CN109478813B
CN109478813B CN201780045652.9A CN201780045652A CN109478813B CN 109478813 B CN109478813 B CN 109478813B CN 201780045652 A CN201780045652 A CN 201780045652A CN 109478813 B CN109478813 B CN 109478813B
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山崎克之
仓井大辅
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Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种轴向间隙型旋转电机，其包括：将多个铁芯单元以旋转轴为中心沿壳体内周面排列成环状而构成的定子，其中所述铁芯单元具有由大致柱体构成的铁芯、卷绕在该铁芯上的线圈和设置在铁芯与线圈之间的绕线架；和在旋转轴方向上隔着规定的气隙与所述铁芯的端面面相对的至少一个转子，绕线架具有供该铁芯插入的筒部和在该筒部的两个开口端部中的至少一者的附近在与该筒部的外周垂直的方向上延伸规定长度的凸缘部，线圈以规则卷绕的方式卷绕在绕线架的筒部外周，线圈由下述多个相连的层构成，其中，与接触凸缘部卷绕而成的层相比卷绕在外侧的层中的各层的匝数，是与相邻的内侧的匝数相比逐层递减至少1匝的匝数，从第一铁芯单元的最内周层向相邻的第二铁芯单元的第一层的线圈配置有跨接线。

Description

轴向间隙型旋转电机
技术领域
本发明涉及轴向间隙型旋转电机，特别是涉及相邻配置的线圈为同相、卷绕在线圈上的电线相连接的轴向间隙型旋转电机。
背景技术
在电动机的间隙(定子与转子的空隙)中，形成1对N·S或其n倍数的磁极。该磁极未必与定子绕组的数量(槽数)一致，设计为12槽10极或48槽8极这样的各种值。由该极数和绕组中流动的电流的频率决定电动机的同步速度，转子以该同步速度旋转。为了实现这些磁极，对定子绕组的卷绕方法进行研究。
例如，在绕线架上卷绕定子绕组而形成线圈的电动机中，使用1个绕线架上卷绕1个定子绕组、2个绕线架上卷绕1个定子绕组(以下称为连绕)、1个绕线架上卷绕2个定子绕组等各种卷绕方法实现任意的磁极数。
通常，电动机有在与输出轴同一方向上具有间隙的径向间隙型电动机和在与输出轴垂直方向上具有间隙的轴向间隙型电动机。在该轴向间隙型电动机中，作为制作连绕的绕线架的方法，有例如日本专利文献1。在专利文献1中，公开有一种结构，其具备将多个铁芯单元配置在圆盘上而成的定子和隔着间隙与定子两侧面对置的1对转子，各转子同轴地固定在输出旋转驱动力的输出轴上。构成该定子的铁芯单元设有连结部件，通过将铁芯单元在一直线上连结，将一个绕组同时卷绕在两个绕线架上而制造连绕的线圈。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006－230179号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在如专利文献1那样连绕线圈时，若将从开始卷绕的铁芯单元向相邻的铁芯单元连接的跨接线从最外周的层连接完毕，则卷绕作业结束进行排列时有可能出现松弛。由于松弛的跨接线而导致产生卷绕变形的铁芯单元存在空间系数也下降，性能降低这样的课题。另外，在将定子模塑在壳体上的结构的电动机的情况下，还存在将各铁芯单元排列并在壳体内并排时跨接线妨碍操作，或跨接线垫在铁芯单元下面而受到损伤，或者由于壳体与跨接线过于接近而不能确保绝缘性能这样的课题。
人们期望确保电动机的生产率，同时提高性能和可靠性的技术。
用于解决问题的技术方案
为了解决解决上述的课题，应用权利要求所述的结构。举其一例为，一种轴向间隙型旋转电机，其包括：
将多个铁芯单元以旋转轴为中心沿壳体内周面排列成环状而构成的定子，其中所述铁芯单元具有由大致柱体构成的铁芯、卷绕在该铁芯上的线圈和设置在铁芯与线圈之间的绕线架；和在旋转轴方向上隔着规定的气隙与铁芯的端面面相对的至少一个转子，绕线架具有供铁芯插入的筒部和在该筒部的两个开口端部中的至少一者的附近在与该筒部的外周垂直的方向上延伸规定长度的凸缘部，线圈以规则卷绕的方式卷绕在绕线架的筒部外周，线圈由下述多个相连的层构成，其中，与接触凸缘部卷绕而成的层相比卷绕在外侧的层中的各层的匝数，是与相邻的内侧的匝数相比逐层递减至少1匝的匝数，从第一铁芯单元的最内周层向相邻的第二铁芯单元的第一层的线圈配置有跨接线。
发明效果
根据本发明的一个方面，能够减轻相邻连绕而成的铁芯单元间的跨接线的松弛，并且提高旋转电机的可靠性和可生产率。
附图说明
图1是通常的轴向间隙型的旋转电机的剖视图。
图2是应用本发明的实施例1的线圈的外观图。
图3是实施例1的卷绕线圈的过程的立体图。
图4是实施例1的连绕而成的芯单元的立体图。
具体实施方式
下面，使用附图说明用于实施本发明的方式。图1中表示说明应用了本发明的实施例1的双转子型轴向间隙型永磁铁同步电动机100(以下，有时简称“电动机100”。)的示意结构的轴向纵剖视图。
电动机100配置成，圆盘状的2个转子30隔着气隙将沿着壳体50的内周面配置成环状的定子10夹着的方式彼此面相对。转子30的圆盘中央与旋转轴40固定，旋转轴40贯通定子10的中央部分而配置，两端部经由轴承70与支承件60可旋转地固定。端支承件60在由近似圆筒形构成的壳体50的两开口端部附近被固定。此外，本发明不限于此，可以应用于单转子式、由多个定子和多个转子构成的形式等各种形式。
转子30在圆形的基座33上隔着轭铁32具有永磁铁31。永磁铁由以旋转轴为中心的具有大致扇形形状的内周的多个平板状的磁铁构成，在旋转方向上配置有不同极性的磁铁。此外，在本实施例中，通常应用铁氧体磁铁作为永磁铁31，但本发明并不限定于此。例如，也可以是省略轭铁32的结构。
定子10由以旋转轴心A为中心方向而沿着壳体30的内周配置的12个铁芯单元20构成。1个铁芯单元20构成1个槽。另外，铁芯单元20彼此和壳体50的内周面通过树脂模塑而彼此成型为一体，并固定在定子上。
使用图2说明铁芯单元的构造。图2中(a)是铁芯单元的立体图，(b)是剖视图。铁芯单元20具有铁芯(core)21、绕线架22和线圈23。铁芯21为由与转子30面相对的端面具有大致梯形(包括扇形和与此相仿的形状。)的形状的柱体构成的层叠铁芯。层叠铁芯通过将含有磁性材料的板状(或者包括细长条状、带状)随着自旋转轴中心A去往壳体内周面而宽度逐渐变大的板片层叠而获得。另外，铁芯21并不限于此，无论是压粉铁芯还是切割的铁芯均可，还有旋转轴方向的剖面可以呈T、H或者I字型。此外，作为磁性材料，通常应用非晶金属，但并不限于该材料。
绕线架22是由树脂等构成的绝缘部件，具有筒部和凸缘部，筒部具有与铁芯21的外形大约一致的内径，凸缘部自筒部的两开口端部附近在垂直方向的整周内延伸规定的长度。规定长度不必在整个凸缘相同，可根据规格适当设定。在本实施例中，位于旋转轴旋转方向的左右的部分(与梯形的斜边相对的部分)和位于壳体50的内周侧的部分(与梯形的下底相对的部分)相比卷绕成的线圈23的层厚余量长若干，实现与相邻的铁芯单元的线圈23和壳体50的内周面的绝缘。另外，在旋转轴心方向上延伸的部分比其长若干。此外，凸缘也可设为线圈层厚以下的结构。
线圈23卷绕在筒部的外周侧面且两凸缘部之间。线圈23加大绕线张力，以高空间系数卷绕。此外，在本实施例中，将圆线应用于线圈23，但在将方线的对角线与铁芯21的延伸方向垂直来使用的情况下也可以适用本发明。
图2中(b)表示铁芯单元的径向剖视图。线圈23以凸缘部的筒部侧的面的根端部分为卷绕起始，利用规则卷绕进行卷绕。另外，线圈23的卷绕为，以在两凸缘部侧形成第一区域231的方式卷绕在绕线架22的外侧的线圈，每1层的匝数减少1匝。
首先，第一层的线圈23从(图中上方的)凸缘部的根端部开始卷绕(23a)，然后卷绕至另一凸缘部的根端部分。第二层以尽量配置在第二层的线圈23之间的方式折回卷绕。
另外，折回卷绕至(图中上方的)凸缘部侧的第二层的线圈23以在第一层的卷绕起始的线圈23a的其后的匝卷绕的线圈23b和线圈23c之间的匝为最后，折回到第三层的卷绕。其后第四层、第五层、第六层分别比相邻的层的匝数减少1匝进行卷绕。其结果如图2中(b)所示，线圈23在与凸缘部之间形成呈角θ的梯形绕组。卷绕至最终层的线圈23向相邻的绕线架凸缘部的根底直接卷绕。
图3表示在两个绕线架22上连续地卷绕(连绕)了线圈23的立体图。卷绕时将两个绕线架22固定在夹具上，但未图示。此时，以缺口部的第一绕线架的缺口22a和第二绕线架的缺口22b靠近的方式将两个绕线架以重心为中心彼此倾斜地配置。将绕线架用夹具固定后，使两个绕线架沿卷绕方向旋转。同时，使支承线圈的筒口沿水平方向移动，由此将线圈卷绕在筒部。
在本例中，使筒口在第一绕线架的筒部上多次往复形成梯形绕组后，将线圈23通过缺口部22a通到相对的第二绕线架的缺口22b。对第二绕线架也使绕线架旋转形成梯形绕组。卷绕后，如图4所示将绕线架间的线圈22从缺口部取下，旋转两绕线架，以使跨接线231通过第二绕线架的绕组的第一区域。由此卷绕方向D不同的连续线圈完成。
这样，通过从最内周侧向相邻的铁芯单元(第二绕线架)连接跨接线231，能够减轻连接线的松弛，并能够减少卷绕变形的可能性和无法确保绝缘性能的可能性。
卷绕绕组的方向在第一绕线架和第二绕线架上为相反的方向。例如从绕线架的正上方观察时，如果线圈23绕逆时针卷绕在第一绕线架上，则线圈23在连绕的第二绕线架的线圈上顺时针卷绕。当然，第一绕线架和第二绕线架的关系相反也没关系。
以上，对用于实施本发明的实施例进行了说明，但本发明并不限定于此。例如在本实施例中，以双转子型的轴向间隙型电动机为例，但也可以是单转子型。另外，也可以不是电动机而是发电机。
附图标记说明
1…电动机
10…定子
20…铁芯单元
21…铁芯
23…线圈
22…绕线架
24…树脂
30…转子
31…永磁铁
32……基座
40……旋转轴
50……壳体
60……支承件
70……轴承。

Claims (2)

1.一种轴向间隙型旋转电机，其特征在于，包括：
将多个铁芯单元以旋转轴为中心沿壳体内周面排列成环状而构成的定子，其中所述铁芯单元具有由大致柱体构成的铁芯、卷绕在该铁芯上的线圈和设置在所述铁芯与线圈之间的绕线架；和
在旋转轴方向上隔着规定的气隙与所述铁芯的端面面相对的至少一个转子，
所述绕线架具有供所述铁芯插入的筒部和在该筒部的两个开口端部中的至少一者的附近在与该筒部的外周垂直的方向上延伸规定长度的凸缘部，
所述线圈以规则卷绕的方式卷绕在所述绕线架的所述筒部的外周，
所述线圈由下述多个相连的层构成，其中，与接触所述凸缘部卷绕而成的层相比卷绕在外侧的层中的各层的匝数，是与相邻的内侧的匝数相比逐层递减至少1匝的匝数，在所述凸缘部侧形成有第一区域，从第一铁芯单元的最内周的第一层向相邻的第二铁芯单元的第一层的线圈配置有跨接线。
2.根据权利要求1所述的轴向间隙型旋转电机，其特征在于：
所述第一铁芯单元的线圈的卷绕方向不同于所述第二铁芯单元的线圈的卷绕方向。
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