JP2003047217A - 回転界磁型電気機器の電機子巻線方法および電機子 - Google Patents
回転界磁型電気機器の電機子巻線方法および電機子Info
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Abstract
磁極歯にコイルを巻回可能として占積率を高めるととも
にニードルとの接触による線材の絶縁不良や断線のおそ
れをなくして絶縁の信頼性を高める。 【解決手段】 ニードル36から引出される巻線材17
の引出し支点を各磁極歯の左右両側のスロットの奥側端
部より外側に設け、コイル1ターンに対応する該ニード
ルの巻回動作のループ長をコイル1ターンの長さより長
くしてたるみをもたせた状態で、該ニードル36先端を
スロット内の奥部に挿入することなく巻回動作させると
ともに、複数ターンの途中で前記たるみ量を変化させ
る。
Description
の回転界磁型電気機器における電機子を構成するステー
タ又はロータのコイルに関するものである。
タや交流発電機等)においては、磁界を形成するための
マグネットを備えたロータが、コイルを有するステータ
の内側または外側で回転する。このステータは、磁極歯
を有する磁性材からなるステータコアに絶縁物(インシ
ュレータ)を介してコイルを巻回して形成される。
外周のステータの内側に複数の磁極歯が放射状に形成さ
れる。リング状(円筒状)に一体形成されたステータコ
アの各磁極歯の両側にはスロット(空間部)が形成さ
れ、隣接する磁極歯間のスロットの内径側端部に開口
(スロット入口)が形成される。
の各磁極歯にコイルを形成する方法の1つとして、一体
形成されたステータコアの内径側のスロット入口から、
巻線材(エナメル線)を通したニードルをスロット内部
に送り込み、このニードルを磁極歯の周囲に巻き回しな
がらスロット内部で奥行き方向に移動させて磁極歯上に
コイルを形成していた。
来のコイルの巻線方法では、スロット入口からスロット
の奥までのニードル通過部分のスペースがデッドスペー
スとなって、この部分に巻線を施すことができず、占積
率(巻線密度)を充分大きくすることができなかった。
また、ニードルがスロット内を往復移動するため、スロ
ット内でニードルと先に巻かれている巻線とが接触して
巻線材の絶縁の信頼性を低下させるおそれがあった。
って、一体構造のステータコアの磁極歯にインシュレー
タを介して巻線材を直接巻き付ける集中巻き方式のコイ
ルの巻線方法において、ニードルをスロット内部に挿入
することなく磁極歯にコイルを巻回可能として占積率を
高めるとともにニードルとの接触による線材の絶縁不良
や断線のおそれをなくして絶縁の信頼性を高めた回転界
磁型電気機器の電機子巻線方法およびこれにより形成さ
れた電機子コイルの提供を目的とする。
め、本発明では、複数の磁極歯がスロットを介して放射
状に形成された電機子コアの各磁極歯にコイルを巻回す
る巻線方法であって、コイルを形成する巻線材をニード
ル先端から引出しながら該ニードルを各磁極歯に対し巻
回動作させてコイルを巻回する回転界磁型電気機器の電
機子巻線方法において、前記ニードルから引出される巻
線材の引出し支点をスロットの奥側端部より外側に設
け、コイル1ターンに対応する該ニードルの巻回動作の
ループ長をコイル1ターンの長さより長くしてたるみを
もたせた状態で、該ニードル先端をスロット内の奥部に
挿入することなく巻回動作させるとともに、複数ターン
の途中で前記たるみ量を変化させることを特徴とする回
転界磁型電気機器の電機子巻線方法を提供する。
回し動作により引出される巻線材が、たるみをもつよう
にコイルの1ターンの長さより長く引出し、これをスロ
ットの奥側に引き込むことにより、ニードルをスロット
内に挿入させることなく磁極歯にコイルを巻回できる。
この場合、巻線材をスロットの奥側端部より外側(電機
子のステータにコイルが巻回される場合、インナーロー
タ型では外周側のステータのさらに外側、アウターロー
タ型では内周側のステータの内側中心部)に巻線材の引
出し支点を設けることにより、たるんだ巻線材がスロッ
トの奥側に引き込まれる。このたるみ量を変化させるこ
とにより、スロットの奥側から順番に磁極歯上にコイル
を巻回することができる。
させるために、前記ニードルの上下方向のストロークの
移動軌跡長さを変えることを特徴としている。
方向に配設し、磁極歯の突出方向(放射方向)を前後方
向として、ニードルを磁極歯に対し正面からみて、矩形
状に例えば下→上→右→下→左と一周して1回(1ルー
プ)の巻線動作を行う場合に、上下方向のストローク量
を1ターンの巻線長さの場合より大きくすることにより
たるみをもたせることができ、また上下方向のストロー
ク量を変えることによりたるみ量を変えることができ
る。
変化させるために、スロットの上下開口面より外側の位
置で前記ニードルの前後方向の移動軌跡長さを変えるこ
とを特徴としている。
側、すなわちニードルがスロットの上面または下面より
外側に出た上下ストロークの上端または下端において、
ニードルを前後方向(奥行き方向)に移動させることに
より巻線材にたるみをもたせることができる。また、こ
の前後方向の移動量を変えることによりたるみ量を変え
ることができる。
変化させるために、前記ニードルの上下方向ストローク
端部での左右方向の移動軌跡長さを変えることを特徴と
している。
描いて巻線材を巻回する際、上辺または下辺で左右方向
にニードルを振って左右方向に移動させる場合に、左右
方向に一旦たるみ分だけ大きく振ってから元の位置に戻
して巻回動作させることにより、巻線材にたるみをもた
せることができる。また、この左右方向の移動量を変え
ることによりたるみ量を変えることができる。
ルが形成された電機子として、前記磁極歯のコイルエン
ド部の形状は、その前後方向に沿って、コイル1ターン
に対応する周長が徐々に変化するように形成されたこと
を特徴とする回転界磁型電気機器の電機子を提供する。
部の形状が、例えばスロットの入口から奥側に向って前
後方向(奥行き方向)に徐々に短くなるように形成する
ことにより、磁極歯の上下コイルエンド面間で、ニード
ルをスロット内部に挿入することなくスロット入口部近
傍で巻回動作させることにより、磁極歯上で巻線材が滑
って奥側に移動する。
ロットを通して巻線材が巻回されたとき、磁極歯の両端
部でスロットの外部に露出する部分のコイル、すなわ
ち、放射状磁極歯からなる円筒状コアの両端面から露出
する部分のコイルである。コイルエンド面は、このコイ
ルエンドが形成される磁極歯の両端面すなわち、放射状
磁極歯からなるコアの回転軸方向に関し、各磁極歯の両
側の端面である。
の高さが一定のまま周長を変化させたことを特徴として
いる。
部で巻線材を滑らせる場合に、コイルエンド部を傾斜さ
せずに高さを一定にしたまま周長を変化させることによ
り、周長の短い方向に巻線材を送ることができる。これ
により、コイルエンド部のスペースを有効に利用して占
積率を高めることができる。
の形態について説明する。図1は、本発明の実施の形態
に係るインナーロータ型のブラシレスモータの断面図で
ある。このブラシレスモータ1は、ケース本体2内に固
定された円筒状ステータ3およびこのステータ3の内周
側に装着されたロータ4からなり、ケース本体2は蓋5
で覆われる。ロータ4は、円筒状ヨーク6の外周に複数
のマグネット7が放射状の位置に固定され、その頭部4
aが蓋5にベアリング8で回転可能に支持されるととも
に、出力軸9がベアリング10でケース本体2に回転可
能に支持されこのケース本体2から突出する。
は、コイル18への通電制御用のリング状配線板32が
設けられる。この配線板32は、例えば下側インシュレ
ータ12bに取付けられてケース本体2内に固定され
る。
る複数枚のコア片を積層して一体構造としたステータコ
ア11と、このステータコア11を覆うインシュレータ
12とにより構成される。ステータコア11は、後述
(図2)のようにリング状の外周コア26と、この外周
コア26の内周側に放射状に一体に設けられた磁極歯2
7からなり、磁極歯27がロータ4のマグネット7に対
向する。各磁極歯27間にスロット13が形成される。
タ12a(図では左側)および下側インシュレータ12
bからなり、それぞれ後述のようにステータコア11の
スロット13に上下(円筒状ステータコア11の両端
面、図では左右)から差込まれて取付けられる。各イン
シュレータ12a,12bには、これと一体の又は一体
に接合した絶縁材からなる周長変化部材16が備わり、
その上に巻線(エナメル線)17が、両インシュレータ
12a,12b間に掛け渡って巻回されコイル18が形
成される。22は抜け止め用のフランジである。
のように、ロータ4に対向する側から外周側に向って周
長が徐々に短くなるように形成されている。
(A)は上面図、(B)は側面図、(C)は下面図であ
る。ステータコア11は、円筒リング状の外周コア26
と、こ外周コア26の内周側に放射状に突出する複数の
磁極歯27からなる。各磁極歯27は、コイルが巻回さ
れる巻芯部28と、この巻芯部28の先端で左右両側に
突出する鍔部29とにより形成される。各隣接する磁極
歯27間にスロット13が形成される。各隣接する磁極
歯27の鍔部29間にスロット13の開口(スロット入
口)30が形成される。円筒リング状の外周コア26の
側面には位置合わせ用の基準溝31が形成される。
ンシュレータ12を装着して組立てたステータ3の形状
を示し、(A)は上面図、(B)は側面図、(C)は下
面図である。
から、各スロット13にインシュレータ12a,12b
のスロット差込み部24が嵌め込まれ、ステータ3の組
立て体が形成される。この例では、上側インシュレータ
12aの外縁部20に渡り線係止用の突起25aが形成
される。下側インシュレータ12bの外縁部20には配
線板32(図1)を取付けるための突起25bが設けら
れ、その先端に配線板(不図示)が係止保持される。各
インシュレータ12a,12bのボビン部21(図2の
磁極歯27の巻芯部28)上に前述の周長変化部材16
が設けられる(図では上下それぞれ1ヵ所だけその位置
を斜線で示す)。
形状説明図である。(A)はステータコア部を含む側面
図、(B)は後面図(外周側から見た図)、(C)は上
側インシュレータ部分の側面図、(D)は(C)の後面
図、(E)はステータの内径側から外周に向って(a)
〜(k)まで順番にずらせた位置での周長変化部材16
の断面形状を示す図である。
ンシュレータ12と別の部材であってもよいし、あるい
はインシュレータ12と一体成形したものであってもよ
い。
左右両端に面取り42が施され、この面取り量が(a)
の位置から外周に向って(k)の位置まで徐々に大きく
なっている。これにより周長変化部材16の周長が徐々
に短くなる。このように周長を徐々に短くすることによ
り、ニードルから引出される巻線材の引出し支点を外周
側に配設して、巻線材を内周側に巻回したときに、巻線
材が外側に向ってスライドしやすくなるため、ニードル
をスロット内に挿入することなくスロット外部(この例
では内周側の外部)またはスロット入口近傍で巻き回し
動作させることにより巻線材をスロットの奥側の磁極歯
まで巻回することができる。この場合、ニードルの巻き
回し動作は、後述のように、巻線材がたるみをもつよう
に1ループの移動軌跡量を大きくして巻線動作させるこ
とが望ましい。
し支点をスロットの奥側に設置してたるみをもたせてニ
ードルを巻回することにより、周長変化部材の高さを一
定に維持したまま、巻線材を円滑にスライドさせてコイ
ルを磁極歯に形成することができる。この場合、周長変
化部材16の上面が奥側に向って下がるように傾斜させ
てもよい。このような傾斜面を形成することによって
も、巻線材を奥側に向ってスライドさせることができ
る。ただし、このような傾斜面とすればスロット入口側
の周長変化部材の高さが高くなるため、コイルエンドが
大きく突出し、半径方向の形状が大きくなる。これに対
し、図4の例のように高さを一定にすればコンパクトな
形状のステータが得られる。
の周長変化の実測図である。図示したように、奥行き方
向(横軸)に位置が進むほど周長が短くなっている。
ータにコイルを形成するための巻線装置の動作を示す説
明図である。図6は、ステータを上面から見た図、図7
は磁極歯を内周面側から見た図、図8はステータの中心
を通る断面図を示す。なお、この例は、周長変化部材1
6の上面が傾斜した形状の例を示している。
回するための巻線装置(全体の構成は不図示)は、図8
に示すように、巻線材17を供給するパイプ状のニード
ル36を有する。この実施形態においては、ニードル3
6の内径は巻線17が挿通する径であり、外径は磁極歯
27間の各スロット入口30の幅以上の径であって、ニ
ードル36がスロット入口30を挿通できない径であ
る。このニードル36はヘッド(ニードル保持部材)3
7に取付けられる。巻線材17は、巻線ロール38から
巻出されて供給され、ヘッド37内の挿通孔39内を通
り、コイル巻回動作に伴いニードル36の先端から引出
される(矢印R)。この巻線材17の先端は、不図示の
クランプ手段により、コイルを巻回する磁極歯の根元側
に設けた引出し支点位置(ステータ3の外周側、図の×
印で示すクランプ位置)で固定支持されて巻線動作中保
持される。
の内周を矢印Qのように往復移動可能であり、ステータ
3の軸方向長さに応じて、ニードル36が下側の抜け止
めフランジ22より下側となる下端位置(図8実線)
と、ニードル36が上側のフランジ22より上側となる
上端位置(図8一点鎖線)間を往復動作する。このヘッ
ド37は、さらにその軸C廻りに矢印Pのように回転可
能であり、ニードル36がステータ3の上下外側(スロ
ット13の開口面より外側)に出た上記上端位置および
下端位置で、図6のWで示すように、各磁極歯の幅の分
だけ回転動作して左右方向に移動する。
ット13の奥行き方向(磁極歯27を正面から見て前後
方向)に関しては一定位置に保持されて移動しない。こ
のニードル36の先端は、各磁極歯27間の開口(スロ
ット入口30)の内周側の外部で、磁極歯27の端部近
傍に保持される。ニードル36がスロット入口30を通
過できる径であっても、ニードル36はスロット13内
には進入させない。スロット入口30を通過させた場合
であっても、入口30近傍に保持してスロット13の奥
までは進入させない。
各磁極歯27の周りを、ニードル36が矢印P,Qのよ
うに周って巻線材17を巻き回すものである。すなわ
ち、ニードル36の先端は、E→F→G→H→Eのよう
に、上下方向および左右方向の移動ストロークからなる
矩形の1ループの移動軌跡を形成してコイル1ターン分
の巻回動作を行う。この場合、ニードル先端の1ループ
の移動軌跡の長さは、コイル1ターン分の長さより長く
なるようにたるみをもって巻線材17がニードル先端か
ら引出される。巻線材17の引出し支点をスロット13
の奥側端部よりさらに外側に固定して、このようにたる
みをもった状態で巻線材17をある程度の速度で巻き回
すことにより、巻線材17が投げ縄作用で引出し支点方
向に移動し、磁極歯上にコイルが巻回される。
させるために、たるみ量がターンごとに連続的に又は段
階的に小さくなるようにニードルを移動させて磁極歯の
手前側に順次巻線材を巻回させる。
ヵ所でコイル形成動作を行うように構成してもよい。例
えば、3本のニードルを120°の間隔で放射状に配設
して3つの磁極歯に対し同時にコイルを巻き回してもよ
い。
は、上下方向の移動ストロークを延ばす方法、左右
方向(回転方向)の移動ストロークを延ばす方法、ニ
ードルがスロット開口面より外側に出た位置(図のE,
F,GまたはH)でニードルを前後方向にストロークさ
せる方法、およびこれらを適宜組合せた方法がある。
よりたるみをもたせる場合の説明図である。図示したよ
うに、上下のストロークをAやBに変化させて巻線材に
たるみをもたせ、また巻線材のたるみ量を変化させるこ
とができる。この場合、図7のE,F,G,Hすべてス
トロークを延ばして矩形軌跡全体を上下に延ばしてもよ
いし、あるいは1ヵ所で一旦上下方向に延ばしてから元
の位置に戻して同じ矩形を描くようにしてもよい。
させて巻線材をたるませる方法の説明図である。図示し
たように、ニードル36がステータコア11の上下面を
出た位置(図7のE,F,G,H)で、ニードル36を
磁極歯27の正面から見て前後方向の奥側(図10では
左側)に移動させる。なお、ヘッド37の外径がステー
タコア11の内径とほぼ等しいような場合(図10の破
線37’)には、下端位置(図7のE,H)でのみ前後
方向に移動させて巻線材をたるませることもできる。
ータコア11の内径とほぼ等しいような場合(図10の
破線37’)に、ヘッド37’は移動させずにニードル
36のみをストロークの上下端部位置(図7のE,F,
G,H)で前後に移動させてもよい。
延ばす方法は、ニードルの矩形移動軌跡ループ(EFG
H)の上辺FGおよび/またはEHを一旦左右何れかに
大きく振ってから元に戻して上下方向(EFおよび/ま
たはGH)に移動させるものである。
バー43の外観図である。前述のように、本発明の周長
変化部材16上に巻線材17を巻回して1層目のコイル
18を形成した後、この1層目のコイル18上に表面が
滑らかな滑りカバー43を被せる。この滑りカバー43
は前述の周長変化部材16と同様に高さが一定で周長が
徐々に変化する形状であってもよいし、上面が傾斜した
形状であってもよい(図の例は上面が傾斜した形状を示
す)。このような滑りカバー43を装着することによ
り、2層目の巻線材が1層目の巻線材上を滑らかにスラ
イドして1層目のコイル上に2層目のコイルが整列して
形成される。
示す。(A)の例は、放射状の磁極歯27(図2参照)
の各々の根元側のインシュレータ外縁部20(図3参
照)に突起34を設けたものである。図示したように、
磁極歯27上に巻線材17を巻回し1層目のコイルを形
成した後、この1層目の巻き終りの巻線17a(巻き始
め側の巻線は順次傾斜面を移動して磁極歯の根元側に移
動している)を、一旦根元側に戻して突起34に引っ掛
け、これを再び端部側に戻して2層目の巻き始めの巻線
17bを磁極歯上に巻き回す。これにより、2層目のコ
イルを巻き回す際に、巻線材が磁極歯の根元側に引張ら
れるため、巻線材が1層目のコイル上を円滑に移動して
2層目のコイルが形成される。
34とともに、端部側のフランジ22上にも突起35を
設けたものである。この例では、1層目の巻き終りの巻
線17aを一旦フランジ22上の突起35に引っ掛けて
から1層目のコイルのコイルエンド部の上側を這わせて
根元側の突起34に引っ掛け、その後再び端部側に戻し
て2層目の巻き始めの巻線17bを巻き回す。これによ
り、上記(A)に比べ、1層目のコイルの側面(スロッ
ト内を通るコイル)を斜めによぎる巻線がなくなるた
め、緊密に揃ったコイルが形成される。なお、2層目の
巻き始めの巻線17bをさらに突起35に引っ掛けてか
ら2層目を巻き始めてもよい。これにより、コイルの反
対側の側面の斜めの巻線もなくなるため、スロット内の
巻線がさらに揃えられて緊密なコイルが形成される。
ドルの1回の巻き回し動作により引出される巻線材が、
たるみをもつようにコイルの1ターンの長さより長く引
出し、これをスロットの奥側に引き込むことにより、ニ
ードルをスロット内に挿入させることなく磁極歯にコイ
ルを巻回できる。この場合、巻線材をスロットの奥側端
部より外側に巻線材の引出し支点を設けることにより、
たるんだ巻線材がスロットの奥側に引き込まれる。この
たるみ量を変化させることにより、スロットの奥側から
順番に磁極歯上にコイルを巻回することができる。
させないため、ステータの内周でのニードルのストロー
ク分のスペースが不要となって、ステータの内径を小さ
くできモータの小型化が図られる。
の周長が徐々に変化する形状とすることにより、巻線材
がコイルエンド部を円滑にスライドしてコイルが順番に
整列して巻回される。
形状とすれば、傾斜させてコイルをスライドさせる形状
に比べ、コイルエンド部のスペースを無駄なく有効に利
用でき、小型化が図られる。また、傾斜した形状の場合
には、傾斜角度に応じた傾斜面の長さおよび線径によ
り、傾斜面上に巻回される最終ターンの巻線材がくさび
効果で押し込められて1層目のコイル配列が乱れる場合
がある。これに対し、高さを一定にした形状の場合に
は、傾斜角度や線径に制約されずコイルを整列して巻回
することができる。
断面構成図。
図。
明図。
明図。
図。
明図。
明図。
タ、4:ロータ、4a:頭部、5:蓋、6:ヨーク、
7:マグネット、8:ベアリング、9:出力軸、10:
ベアリング、11:ステータコア、12:インシュレー
タ、12a:上側インシュレータ、12b:下側インシ
ュレータ、13:スロット、16:周長変化部材、1
7:巻線材、18:コイル、20:外縁部、21:ボビ
ン部、22:フランジ、24:スロット差込み部、25
a,25b:突起、26:外周コア、27:磁極歯、2
8:巻芯部、29:鍔部、30:スロット入口、31:
基準溝、32:配線板、34,35:突起、36:ニー
ドル、37:ヘッド、38:巻線ロール、39:挿通
孔、42:面取り、43:滑りカバー。
Claims (6)
- 【請求項1】複数の磁極歯がスロットを介して放射状に
形成された電機子コアの各磁極歯にコイルを巻回する巻
線方法であって、コイルを形成する巻線材をニードル先
端から引出しながら該ニードルを各磁極歯に対し巻線動
作させてコイルを巻回する回転界磁型電気機器の電機子
巻線方法において、 前記ニードルから引出される巻線材の引出し支点をスロ
ットの奥側端部より外側に設け、コイル1ターンに対応
する該ニードルの巻回動作のループ長をコイル1ターン
の長さより長くしてたるみをもたせた状態で、該ニード
ル先端をスロット内の奥部に挿入することなく巻回動作
させるとともに、複数ターンの途中で前記たるみ量を変
化させることを特徴とする回転界磁型電気機器の電機子
巻線方法。 - 【請求項2】前記たるみ量を変化させるために、前記ニ
ードルの上下方向のストロークの移動軌跡長さを変える
ことを特徴とする請求項1に記載の回転界磁型電気機器
の電機子巻線方法。 - 【請求項3】前記たるみ量を変化させるために、スロッ
トの上下開口面より外側の位置で前記ニードルの前後方
向の移動軌跡長さを変えることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の回転界磁型電気機器の電機子巻線方法。 - 【請求項4】前記たるみ量を変化させるために、前記ニ
ードルの上下方向ストローク端部での左右方向の移動軌
跡長さを変えることを特徴とする請求項1、2または3
に記載の回転界磁型電気機器の電機子巻線方法。 - 【請求項5】前記磁極歯のコイルエンド部の形状は、そ
の前後方向に沿って、コイル1ターンに対応する周長が
徐々に変化するように形成されたことを特徴とする請求
項1から4のいずれかの巻線方法により形成された回転
界磁型電気機器の電機子。 - 【請求項6】前記コイルエンド部の高さが一定のまま周
長を変化させたことを特徴とする請求項5に記載の回転
界磁型電気機器の電機子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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