CN100561831C - 电动机和在该电动机中使用的定子的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动机，包含：等间隔的10个极被磁化的转子；具有12个磁芯片，且与转子相对配设的定子，所述全部磁芯片具有在同一卷绕方向同心卷绕的绕组并呈环状配置；和用于对绕组进行三相连接的线路基板，通过所述线路基板连接，使相邻的同相绕组的电流方向相反，相邻的异相绕组的电流方向相同。

Description

电动机和在该电动机中使用的定子的制造方法

技术领域

本发明涉及电动机和在该电动机中使用的定子的制造方法。特别是涉及由10个极被磁化的转子，和具有12个凸极和卷绕在各个凸极上的绕组的定子构成的电动机，和该电动机中使用的定子的制造方法。

背景技术

目前，为了达到提高产业机器的性能或功能，在作为驱动***的伺服***中，不仅能够实现不用维修，高速响应，数字化，还能够实现提高精度，小型化和节省线路。

在伺服电动机中，定子通过在容易进行绕组操作的分割磁芯上进行同心卷绕，可提高绕组的槽的占空系数。转子采用稀土类磁体能够实现小型化。在日本专利申请特开2000-125495号公报中公开了在同心卷绕绕组的连接处理中使用多层印刷线路基板的技术。

近年来，为了实现机器的进一步小型化、提高性能，提高精度并降低噪声，要求伺服电极进一步小型化、增大输出，提高旋转精度并降低成本。

为了与这种要求对应，实现高输出，低振动和低噪声，在日本专利申请特公平8-8764号公报中公开了相对于10极(或14极)被磁化的转子将由12个凸极的磁心构成的定子组合，抑制变动力矩(coggingtorque)的技术。该公报中公开的技术，可以抑制变动力矩，实现高输出，低振动和低噪声。

但是，必需如下配置同心卷绕的三相绕组。即：必需在不同方向卷绕配置，使配置在机械角180度位置的第一绕组和同相的第二绕组互相成为不同的极，再在不同方向卷绕配置，使在圆周方向相邻的上述第一绕组和同相第三绕组互相成为不同的极。并且，在相同的圆周方向邻接的异相的绕组必需与上述第三绕组同方向卷绕配置。这样，绕组或连接处理变得烦杂。

需要解决的问题点在于，必需配置三相绕组的卷绕方向，使同相绕组中相互成为反方向的组合反复，并且相邻的异相绕组形成为同极，绕组操作非常烦杂，很难实现自动化。因此，不能共用现有的定子制造用设备，必需进行新的设备的投资或绕组设备的改造等，在成本方面存在问题。

此外，在只用串联连接同相绕组构成的三相Y连接中，通过连接线连续同心卷绕而不切断同相绕组，连接处理操作会变得容易。然而，在用于得到高输出的绕组操作中会产生问题。即：必需采用线径粗的绕组，但会难以在变更卷绕方向同时进行同心卷绕，结果，绕组的槽的占空系数降低、效率降低。

与此相对，如果采用线径细的绕组，若是不仅串联连接同相绕组，而且也包含并联连接的三相Y连接，则可以防止槽的占空系数降低，但连接处理操作烦杂。

发明内容

本发明的电动机包含：等间隔的10个极被磁化的转子；具有12个磁芯片，且与转子相对配设的定子，上述全部磁芯片具有在同一卷绕方向同心卷绕的绕组并呈环状配置；和对绕组进行由U相、V相、W相构成的三相连接的线路基板。通过上述线路基板连接，使相邻的同相绕组的电流方向相反，相邻的异相绕组的电流方向相同。

利用这种结构，可以得到绕组的槽占空系数高，高输出，高效率，变动力矩小的电动机。

此外，本发明的定子的制造方法包含下列步骤：在横向并排12个磁芯片，相对于全部的磁芯片，在同一卷绕方向上对绕组连续进行同心卷绕的步骤；将加有绕组的12个磁芯片呈环状配置的步骤；伴随着连续卷绕绕组，将各磁芯片之间连接的连接线切断的步骤；将伴随连接线的切断生成的各绕组端部通过线路基板进行三相连接，使相邻的同相绕组的电流方向相反，相邻的异相绕组的电流方向相同的步骤。

通过组合这种方法制造的定子与10个极被磁化的转子，可得到绕组槽的占空系数高，高输出，高效率，变动扭矩小的电动机。

附图说明

图1为本发明的实施方式的电动机的主要部分的说明图。

图2为图1所示的电动机的定子的三相绕组的连接图。

图3为图1所示的电动机的多层印刷线路基板的中性点(第4层)的图案。

图4为图1所示的电动机的多层印刷线路基板的第一层的图案。

图5为图1所示的电动机的多层印刷线路基板的第二层的图案。

图6为图1所示的电动机的多层印刷线路基板的第三层的图案。

符号说明

1转子；2转子铁芯；3磁体；4定子；5同心绕组；6磁芯片；7绝缘板；8端子销；91多层印刷线路基板(第一层)；92多层印刷线路基板(第二层)；93多层印刷线路基板(第三层)；94多层印刷线路基板(第四层)

具体实施方式

以下，利用附图说明本发明的实施方式。图1为本发明实施方式的电动机的主要部分的说明图，图2为图1所示的电动机的定子的三相绕组的接线图，图3为图1所示的电动机的多层印刷线路基板的中性点(第4层)的图案图，图4为图1所示电动机的多层印刷线路基板的第一层的图案图，图5为图1所示电动机的多层印刷线路基板的第二层的图案图，图6为图1所示的电动机的多层印刷线路基板的第3层的图案图。

在图1～图6中，本实施方式的电动机由转子1、定子4、多层印刷线路基板91、92、93和94构成。转子1的等间隔的10个极(N极和S极为1对，5对)被磁化。定子4具有12个磁芯片6。全部磁芯片6具有在相同卷绕方向被同心卷绕的同心绕组5，并呈环状配置。定子4隔着空隙与转子1相对配置。通过多层印刷线路基板91、92、93和94，卷绕在12个磁芯片6上的同心绕组5进行由U相，V相和W相构成的三相接线。这里，通过多层印刷线路基板91、92、93和94连接，使相邻的同相绕组的电流方向相反，相邻的异相绕组的电流方向相同。

如图2所示，图1所示实施方式的电动机为对绕组群进行三相Y连接的电动机，其中1相绕组群由对串联连接有相邻同相绕组的电路进行双电路并联连接构成。

本发明的实施方式的定子4的制造方法包括以下步骤。即，包括：横向并排12个磁芯片6，相对于全部磁芯片6，在同一卷绕方向对绕组连续进行同心卷绕的步骤；将加有绕组的12个磁芯片6环状配置的步骤；伴随连续卷绕绕组，将各磁芯片之间连接的连接线(crossoverline)切断的步骤；将伴随连接线的切断产生的各绕组的端部，通过多层印刷线路基板91、92、93和94三相连接，使相邻的同相绕组的电流方向相反、相邻的异相绕组的电流的方向相同的步骤。

对本发明实施方式的电动机进行更详细的说明。在图1中，转子1由转子铁芯2和磁体3构成。磁体3利用粘接剂固定在转子铁芯2的外壁上。磁体3以N极和S极在径向交替的方式对10极进行磁化。定子4中呈环状配置具有同心绕组5的12个磁芯片6后，利用后述的多层印刷线路基板进行三相Y连接。转子1隔着空隙配设在定子4的内侧，构成本发明的实施方式的电动机。

在此，对磁芯片6进行更详细的说明。首先，磁芯片6如下构成：将分割为齿单位(teeth unit)的规定数目的铁芯叠层，利用绝缘板7对叠层两端部进行绝缘处理后，将在同一方向同心卷绕的同心绕组5的卷绕始端和卷绕末端焊接在端子销8上。例如，使卷绕始端(图1中用符号S表示)与一个端子销连接，使卷绕末端(在图1中用符号E表示)与另一个端子销连接。两个端子销8可以设在绝缘板7的连线处理一侧。将在同一方向同心卷绕有同心绕组5的12个磁芯片6配置成环状，将该磁芯片6的相互的分割面接合固定。

具有图1所示的同心绕组5的磁芯片6为使在相同方向同心卷绕后的同心绕组5仅与端子销8连接的状态，即三相连接前的状态。12个相排列和电流方向均未决定。

为了明确后述的电路连接图和多层印刷线路基板的位置关系，分别将12个磁芯片6区分为U相、V相或W相，并在反时针方向以从1到12的连续编号标记绕组编号。并且，在绕组号码后加上符号“F”或“R”区别相电流方向的不同。例如，U1F和U8F表示同极，U2R和U7R表示被励磁，使得与U1F和U8F成为异极。V4F和V9F表示同极，V3R和V10R表示被励磁，使得与V4F和V9F成为异极。W5F和W12F表示同极，W6R和W11R表示被励磁，使得与W5F和W12F成为异极。

在图1中，取第一个U相为U1F，相邻的第二个U相用U2R表示，以下，按逆时针旋转方向配置，将第三个V相记作V3R，第4个V相记作V4F，第5个W相记作W5F，第6个W相记作W6R，第7个U相记作U7R，第8个U相记作U8F，第9个V相记作V9F，第10个V相记作V10R，第11个W相记作W11R，第12个W相记作W12F。由此，相邻的同相绕组的电流方向相反，并且相邻的异相绕组的电流方向相同。

其次，利用图2，对三相Y连接进行说明。如图2所示，对绕组群进行三相Y连接，该1相绕组群通过对串联连接有相邻同相绕组的电路进行双电路并联连接而构成。即：通过将相邻的U相绕组U1F和U2R的串联电路与相邻的U相绕组U7R和U8F的串联电路并联连接，构成整个U相绕组。并且，通过将相邻的V相绕组V3R和V4F的串联电路与相邻的V相绕组V9F和V10R的串联电路并联连接，构成整个V相绕组。再通过将相邻的W相绕组W5F和W6R的串联电路与相邻的W相绕组W11R和W12F的串联电路并联连接，构成整个W相绕组。

接着，对整个U相绕组，整个V相绕组和整个W相绕组进行三相Y连接。这种连接适用于卷绕线径细的绕组得到高输出。

虽然反复进行，但串联连接相邻的同相绕组的目标绕组指U1F和U2R，V3R和V4F，W5F和W6R，U7R和U8F，V9F和V10R，W11R和W12F这6个电路。并且，在该6个电路内，并联连接上述同相的串联电路之间的状态为图2。其中，各绕组卷绕始端标为“S”，卷绕末端标为“E”。并且，三相Y连接的中性点标为“N”。

其次，利用图3～图6说明进行图2的三相Y连接的多层(4层)印刷线路基板。

图3为中性点图案布局(第4层)的例子。在印刷线路基板94上形成中性点图案(剖面线部分)。图中示有各绕组编号以及各绕组的卷绕始端S和卷绕末端E。绕组U2R的卷绕始端S，绕组U7R的卷绕始端S，绕组V3R的卷绕始端S，绕组V10R的卷绕始端S，绕组W6R的卷绕始端S，绕组W11R的卷绕始端S分别与中性点图案连接。这样，连接图2所示的三相Y连接的中性点N。

图4为多层印刷线路基板的第一层的图案布局。在印刷线路基板91上形成有第一层线路图案(剖面线部分)。图中示有各绕组编号，以及各绕组的卷绕始端S和卷绕末端E。图1所示的24根端子销8贯穿多层印刷线路基板的第一层至第四层各自的外周附近。在多层印刷线路基板的第一层中，各个端子销8与各绕组的卷绕始端S或卷绕末端E分别通过焊盘(land)电连接。并且，绕组U7R的卷绕末端E和绕组U8F的卷绕末端E通过线路图案连接。绕组V3R的卷绕末端E和绕组V4F的卷绕末端E通过线路图案连接。绕组W5F的卷绕末端E和绕组W6R的卷末端E通过线路图形连接。并且，绕组U1F的卷绕始端S和绕组U8F的卷绕始端S通过线路图案连接。

图5为多层印刷线路基板的第二层的图案布局。在印刷线路基板92上形成有第二层线路图案(剖面线部分)。图中示有各个绕组编号以及各绕组的卷绕始端S与卷绕末端E。绕组U1F的卷绕末端E和绕组U2R的卷绕末端E通过线路图案连接。绕组V3R的卷绕末端E和绕组V4F的卷绕末端E通过线路图案连接。绕组W11R的卷绕末端E和绕组W12F的卷绕末端E通过线路图案连接。并且，绕组V4F的卷绕始端S和绕组V9F的卷绕始端S通过线路图案连接。

图6为多层印刷线路基板的第三层的图案布局。在印刷线路基板93上形成有第三层线路图案(剖面线部分)。图中示有各绕组编号以及各绕组的卷绕始端S和卷绕末端E。绕组U7R的卷绕末端E和绕组U8F的卷绕末端E通过线路图形连接。绕组V9F的卷绕末端E和绕组V10R的卷绕末端E通过线路图形连接。并且，绕组W5F的卷绕始端S和绕组W12F的卷绕始端S通过线路图形连接。

图3～图6所示的各个图案中，通过通孔U相、V相、W相的各同相绕组连接，从各个印刷线路基板的图案部分导出至设在方形部上的各相的焊盘。

从多层印刷线路基板91至94焊接连接上述各端子销8，完成三相Y连接。

在本实施方式中，说明了使用印刷线路基板作为线路基板，但不是仅限于印刷线路基板。例如，作为线路基板，可以是压制冲压同样的铜板使各个层间绝缘并连接，或者配置在同心园上，使各圆之间绝缘并连接处理。

此外，说明了在被分割为12个的齿单位的磁芯片进行同时绕组的情况，但不是仅限于此。即使齿单位的磁芯片横向连接，相对于各次芯片，在同一卷绕方向上同心卷绕，只要能够确保图1的状态，也可同样地实施。

例如，与本实施方式同样，可以将12个设有端子销的磁芯片在横方向并排，卷在端子销上，并在相同的卷绕方向同心卷绕，不切断连接线，连续地卷绕在相邻的磁芯片上，在12个绕组完成后，环状固定磁芯片。然后，切断磁芯片间的连接线。即使在12个磁芯片间有形状差，可以容易地复原成环状。此外，也可以在横向展开12个磁芯片的状态下，相对三相的三个磁芯片，同时在同一卷绕方向同心卷绕，或者跳过三个，同样重复绕组。

这样，由于利用线路基板，对与10个极的转子组合的12个突出极用的定子进行三相Y连接，因此可以在同一方向同心卷绕全部的绕组。由此，能够实现利用现有的绕组设备的整列绕组，减少绕组的终端。这样，可得到绕组的槽占空系数高，小型而高效率的电动机。

此外，有助于扭矩产生的同相磁芯片能够以机械角180度的间隔平衡地配置，因此，除了减少变动扭矩之外，还可以达到低振动，低噪声的效果。

在上述实施方式的电动机中，说明了10个极磁化的表面磁体型(SPM)转子，但即使是10个极磁化的磁体埋入型(IPM)转子，也同样可以实施。

从上述可看出，采用本发明的电动机，由于利用线路基板进行三相Y连接，可相对于12个磁芯片在同一方向同心卷绕，排列绕组容易，因此可减少线圈的端部。还可利用与现有相同的定子部件和制造设备，得到价格便宜的电动机。

除了上述以外，通过对串联连接有相邻的同相绕组的电路进行双电路并联连接的三相Y连接，可以实现高输出。

此外，安装三相连接用的线路基板前的步骤可以与现有技术的相同，通过组合线路图案不同的线路基板，可将例如，8个极磁化转子用的定子变更为10个极或14个极磁化的转子用的定子。

由此，由于可以共用定子部件和制造设备，可实现降低成本。通过与10个极(或14个极)磁化的转子组合，可得到变动力矩小，高输出高效率的电动机。

产业上利用的可能性

本发明的电动机最适合于要求高性能的伺服电动机，在厌恶振动噪声的用途等中有用。

Claims (2)

1.一种电动机，包含：

等间隔的10个极被磁化的转子；

具有12个磁芯片，且与所述转子相对配设的定子，所述全部磁芯片具有在同一卷绕方向同心卷绕的绕组并呈环状配置；和

用于对所述绕组进行三相Y连接的线路基板，

通过所述线路基板连接，将串联连接有相邻的同相绕组的电路双电路并联连接，并且使所述相邻的同相绕组的电流方向相反，相邻的异相绕组的电流方向相同。

2.一种定子的制造方法，包含：

在横向并排12个磁芯片，相对于全部所述磁芯片，在同一卷绕方向上对绕组连续进行同心卷绕的步骤；

将加有所述绕组的所述12个磁芯片呈环状配置的步骤；

伴随着连续卷绕所述绕组，将所述各磁芯片之间连接的连接线切断的步骤；

将伴随所述连接线的切断生成的各绕组端部通过线路基板进行三相Y连接，将串联连接有相邻的同相绕组的电路双电路并联连接，并且使相邻的同相绕组的电流方向相反，相邻的异相绕组的电流方向相同的步骤。

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