JP2007221882A - ステータのコアモジュールおよびボビン - Google Patents

Abstract

【課題】太いコイルを巻回する場合でもボビンが破損しないようにするとともに、ボビンの形状を小型にし、かつコイルの占積率を向上させる。
【解決手段】ボビン２は、分割コアの端面に当接する板状の基部２を有し、この基部２ａは、上部に設けられた鍔部２ｂと、下部に設けられた鍔部２ｇと、一端が上方へ開口し他端が側方へ開口するように形成された溝部２ｄとを備える。溝部２ｄには、複数本のコイル４の巻始め部４ａが収納され、溝部２ｄの上方開口部２ｅから巻始め部４ａの一方側が引き出されるとともに、溝部２ｄの側方開口部２ｆから巻始め部４ａの他方側が引き出される。側方開口部２ｆから引き出されたコイル４は、分割コアの側面を周回して、ボビン２における鍔部２ｂ，２ｇの間に溝部２ｄを跨いで巻回される。
【選択図】図８

Description

本発明は、電動機のステータを構成する分割コアにコイルが巻回されたコアモジュールに関し、またこれに用いられるボビンに関するものである。

電動機においてコイルの占積率を上げるため、環状に連結した分割コアから構成されるステータが用いられている。図１３は、このようなステータの一例を示している。ステータ５０は、周方向に連結された複数の分割コア５１と、この分割コア５１に装着されるボビン５２とを備えている。各分割コア５１は、ヨーク部５１ａとティース部５１ｂとを有するＴ字形状の積層鋼板から構成されており、ティース部５１ｂにボビン５２が装着されている。ボビン５２は、一対の鍔部５２ａと筒状の胴部５２ｂとを備えており、胴部５２ｂにコイル５３が巻回されている。このような構造の電動機においては、コイル５３の巻線方式は分割コア５１ごとに個別に巻線が施される集中巻きとなる。

ところで、コイル５３をボビン５２に巻回する場合、図１４に示すように、ボビン５２の一方の鍔部５２ａの内側からコイル５３を巻始め、順次２層、３層と巻回してゆくが、コイル５３の巻始め部分５３ａが存在するために、２層目以降の巻回時はｄで示す空間にコイル５３を巻回することができず、その分コイルの巻回スペースが減少して占積率が低くなり、電動機の性能が低下する。この問題を解決するために、ボビンの鍔部にコイルの巻始め部を収納する溝を設けることが従来から提案されている（後掲の特許文献１〜３）。

図１５は、特許文献１に記載されているボビンの構造を示している。図において、６０はボビン、６１は胴部、６２は一方の鍔部、６３は他方の鍔部である。鍔部６３には、ゆるやかに傾斜した逃げ溝６４が形成されており、コイルの巻始め部をこの逃げ溝６４に挿入して胴部６１にコイルを巻回することによって、コイルはボビン６０に高密度に整列して巻かれる。

図１６は、特許文献２に記載されているボビンの構造を示している。図において、７０はボビン、７１は胴部、７２は一方の鍔部、７３は他方の鍔部である。鍔部７３には、ガイド溝７４が斜めに形成されており、コイルの巻始め部をこのガイド溝７４に挿入して胴部７１にコイルを巻回することによって、コイルはボビン７０に高密度に整列して巻かれる。

図１７は、特許文献３に記載されているボビンの構造を示している。図において、８０はボビン、８１は胴部、８２は一方の鍔部である。鍔部８２には、Ｌ字状の溝８３が形成されており、コイルの巻始め部をこの溝８３に挿入して胴部８１にコイルを巻回することによって、コイルはボビン８０に高密度に整列して巻かれる。

実開平６−１３３６１号公報 特開２００４−３５０４４９号公報 特開２００１−１７８０５９号公報

上述した各特許文献においては、いずれも、コイルの巻始め部を収納するための溝部がボビンの鍔部に形成されている。しかしながら、高電圧小電流の電動機に用いられるステータであればコイルは小径のものでよいので、溝部をボビンの鍔部に形成しても問題ないが、低電圧大電流が要求される電動機では、コイルとして大径のものや、芯線を数本束ねたコイルが必要となり、このような太い（体積の大きい）コイルをボビンに巻回する場合は、鍔部に断面積の大きな溝部を形成しなければならず、鍔部の強度が低下する。このため、コイルを溝部へ挿入して巻回する際に、コイルに加わる曲げ力により鍔部が破損するおそれがある。一方、鍔部の強度を確保するために鍔部の厚さを厚くすると、ボビンの形状が大きくなって電動機の小型化を図る上で障害となる。また、従来のボビンでは、筒状の胴部が分割コアのティース部を包囲する構造であるため、胴部の肉厚分によりコイルの巻回スペースが減少し、占積率の向上に限界がある。

本発明は、上記課題を解決するものであって、ボビンの溝部の構造を工夫することにより、太いコイルを巻回する場合でもボビンが破損しないようにするとともに、ボビンの形状を小型にし、かつコイルの占積率を向上させることを目的とする。

本発明では、コアモジュールのボビンは、分割コアの端面に当接する板状の基部と、この基部の上部に設けられた第１の鍔部と、基部の下部に設けられた第２の鍔部と、一端が上方へ開口し他端が側方へ開口するように基部に形成された溝部とを備える。この溝部には、コイルの巻始め部が収納され、当該溝部の上方開口部から巻始め部の一方側が引き出されるとともに、当該溝部の側方開口部から巻始め部の他方側が引き出される。そして、側方開口部から引き出されたコイルが分割コアの側面を周回して、ボビンにおける第１および第２の鍔部の間に溝部を跨いで巻回されるようになっている。

このように、ボビンの基部に一端が上方へ開口し他端が側方へ開口する溝部を形成し、この溝部にコイルの巻始め部を収納して、その一方側を上方開口部から引き出し、他方側を側方開口部から引き出すようにしたことにより、鍔部に溝部を形成する必要がなく、太いコイルを巻回する場合でも鍔部に無理な力が加わらないので、ボビンが破損することがない。また、ボビンは板状の基部が分割コアの端面に当接するだけで、分割コアを包囲する構造にはなっていないので、従来のような筒状の胴部を有するボビンに比べて、形状を小さくすることができるとともに、分割コアの周囲のコイル巻回スペースを多く確保することができ、コイルの占積率が向上する。

本発明のコアモジュールでは、コイルが断面円形の丸線であって、巻始め部が複数本のコイルの束から構成され、当該コイルの束が溝部内に収納されていてもよい。これは、特に低電圧大電流の電動機の場合に有効である。コイルが丸線であれば、複数本を束にしても可撓性が維持されるので、溝部の形状に合わせて容易に曲げることができ、溝部への収納や、溝部からの引き出し、および巻回の作業性が向上する。

また、本発明のボビンでは、第１の鍔部が溝部を挟んで左右に一対設けられており、各鍔部の先端に上方へ突出する突出部が形成されていてもよい。これによると、溝部の上方開口部から引き出されたコイルを、第１の鍔部をガイドとして左右いずれの方向へも容易に配線することができる。

また、本発明のボビンでは、溝部は、上方開口部から側方開口部へ至るまでの間に、緩やかな弧状部を有していてもよい。これによると、コイルを溝部に沿って側方開口部から引き出す場合に、コイルに曲率の大きい曲げ部分が生じないので、コイルにかかるストレスを軽減してコイルの被覆が剥離したりするのを防止できるとともに、コイルの引き出し作業も容易に行うことができる。

本発明によれば、ボビンの鍔部に溝部を形成する必要がないので、太いコイルを巻回する場合でも鍔部に無理な力が加わらず、ボビンの破損を防止することができる。また、ボビンが分割コアを包囲する構造となっていないので、分割コアの周囲のコイル巻回スペースを多く確保することができ、コイルの占積率が向上する。

図１は、本発明の実施形態に係るコアモジュールを示す側面図である。コアモジュールＡは、分割コア１と、ボビン２と、ボビン３と、コイル４とから構成される。なお、ボビン２，３のうち、ボビン２が本発明に係るボビンである。図２（ａ）は、図１を左側からみた場合の正面図、図２（ｂ）は、図１を右側からみた場合の正面図である。なお、図１では、図２の１ｅ，１ｃ，５の部分の図示を省略してある。図３は、コアモジュールＡを複数連結して構成されたステータの一部を示した正面図（ボビン２側からみた図）である。以下、コアモジュールＡを構成する各部品について説明する。

分割コア１は、図４に示すような構造を有している。図４で（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。図４（ａ）のように、分割コア１は、ヨーク部１ａとティース部１ｂとを有するＴ字形状の積層鋼板から構成されており、ティース部１ｂの下部には左右に突出する突片１ｃが設けられている。１ｄはヨーク部１ａに形成された凸部、１ｅはヨーク部１ａに形成された凹部である。分割コア１は、後述するように、複数個が環状に連結されてステータを構成する。その際、凸部１ｄは、分割コア１の左隣の分割コア（図示省略）の凹部と係合し、凹部１ｅは分割コア１の右隣の分割コア（図示省略）の凸部と係合する。

ボビン２は、図５および図６に示すような構造を有している。図５で（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は右側面図である。図６はボビン２の斜視図である。ボビン２は、分割コア１の一方の端面に当接する扇形の板状の基部２ａを有し、基部２ａの上部には鍔部２ｂ（第１の鍔部）が設けられているとともに、下部には鍔部２ｇ（第２の鍔部）が設けられている。また、基部２ａには、比較的幅広の溝部２ｄが形成されている。この溝部２ｄは、一端が上方開口部２ｅにおいて上方へ開口し、他端が側方開口部２ｆにおいて側方へ開口するように形成されており、上方開口部２ｅから側方開口部２ｆへ至るまでの間に、緩やかな弧状部２ｈを有している。溝部２ｄには、図８に示すように、コイル４の巻始め部４ａが挿入されるが、その詳細については後述する。鍔部２ｂは、この溝部２ｄを挟んで左右に一対設けられており、各鍔部２ｂの先端には上方へ突出する突出部２ｃが形成されている。

他方のボビン３は、図７に示すような構造を有している。図７で（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は右側面図である。ボビン３は、分割コア１の他方の端面に当接する扇形の板状の基部３ａを有し、基部３ａの上部には鍔部３ｂが設けられているとともに、下部には鍔部３ｇが設けられている。また、鍔部３ｂは１つだけ設けられており、鍔部３ｂの先端には上方へ突出する突出部３ｃが形成されている。このボビン３には、ボビン２の溝部２ｄのような溝部は設けられていない。

図１に戻り、コアモジュールＡの説明を続ける。ボビン２は、基部２ａの背面が接着剤により分割コア１の一方の端面（図の左側端面）に固着されており、これと同様に、ボビン３は、基部３ａの背面が接着剤により分割コア１の他方の端面（図の右側端面）に固着されている。コイル４は、図１および図２に示すように、分割コア１のティース部１ｂを包囲するように巻かれており、ボビン２の部分では、鍔部２ｂと鍔部２ｇとの間のスペースに巻回され、ボビン３の部分では、鍔部３ｂと鍔部３ｇとの間のスペースに巻回される。このコイル４は、断面が円形の丸線からなり、例えば３本のコイルを１束（電気的には３本のコイルの並列接続体）として巻回される。コイル４とティース部１ｂとの間には、図２に示すように絶縁シート５が介装される。

図１および図２（ａ）において、４ａはコイル４の巻始め部である。この巻始め部４ａは、コイル巻回時に、図８に示したようにボビン２の溝部２ｄに挿入され、溝部２ｄの上方開口部２ｅから巻始め部４ａの一方側が引き出され、溝部２ｄの側方開口部２ｆから巻始め部４ａの他方側が引き出される。側方開口部２ｆから引き出されたコイル４は、図１で一点鎖線で示すように、分割コア１の側面およびボビン３を周回して、図２（ａ）に示すようにボビン２の鍔部２ｂ，２ｇの間に溝部２ｄを跨いで巻回される。

この場合、図９の断面図で示したように、溝部２ｄの深さはコイル４（４ａ）の径と同等かそれより深いので、溝部２ｄを跨いで巻回されるコイル４が、溝部２ｄに収納されている巻始め部４ａと干渉することはない。したがって、巻始め部４ａによる巻回不能なスペースが生じることはなく、図２（ａ）のようにボビン２の鍔部２ｂ，２ｇの間にコイル４を密着して巻回することができる。なお、ボビン３側においては巻始め部が存在しないので、ボビン３に溝部がなくても、図２（ｂ）のように鍔部３ｂ，３ｇの間にコイル４を密着して巻回することができる。４ｂはコイル４の巻終り部である。

以上のような構造を有するコアモジュールＡは、図３で示したように、複数個（例えば１５個）が連結されてステータ１００を構成する。このステータ１００は、例えば３相式の永久磁石電動機に用いられるステータである。コアモジュールＡは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相ごとに設けられ、周方向にＵ相→Ｖ相→Ｗ相→Ｕ相→Ｖ相→Ｗ相…の順でコアモジュールＡが環状に連結されている。ステータ１００の内側には、永久磁石を備えたロータ（図示省略）が配設される。

ボビン２の上方開口部２ｅから引き出された各相のコイル４の巻始め部４ａは、１箇所において共通に接続され、中性点を構成する。この場合、巻始め部４ａは図１０に示すように、上方開口部２ｅ付近で横方向へ折り曲げられ、ボビン２の基部２ａと、鍔部２ｂの先端に形成された突出部２ｃとによって幅方向の動きを規制されつつ、所定の位置まで導かれる。一方、図２（ｂ）に示したコイル４の巻終り部４ｂは、各相ごとにまとめて結線され、電動機のＵ相端子、Ｖ相端子、Ｗ相端子の各端子（図示省略）に接続される。

上述した実施形態においては、ボビン２の基部２ａに一端が上方へ開口し他端が側方へ開口する溝部２ｄを形成し、この溝部２ｄにコイル４の巻始め部４ａを収納して、その一方側を上方開口部２ｅから引き出し、他方側を側方開口部２ｆから引き出すようにしたことにより、鍔部２ｂ，２ｇに溝部を形成する必要がなく、太いコイルを巻回する場合でも鍔部２ｂ，２ｇに無理な力が加わらないので、ボビン２が破損することがない。また、ボビン２は板状の基部２ａが分割コア１の端面に当接するだけで、分割コア１を包囲する構造にはなっていないので、図１５〜図１７のような筒状の胴部６１，７１，８１を有するボビンに比べて、形状を小さくすることができるとともに、分割コア１の周囲のコイル巻回スペースを多く確保することができ、コイル４の占積率が向上する。

また、実施形態に示したコアモジュールＡは、低電圧大電流の電動機のステータを構成するものであるため、巻始め部４ａが複数本（本例では３本）のコイルの束から構成され、当該コイルの束が溝部２ｄ内に収納されている。また、コイル４は断面円形の丸線から構成されている。コイル４が丸線であれば、複数本を束にしても可撓性が維持されるので、溝部２ｄの形状に合わせて容易に曲げることができ、溝部２ｄへの収納や、溝部２ｄからの引き出し、および巻回の作業性が向上する。

また、上記実施形態では、ボビン２の鍔部２ｂが溝部２ｄを挟んで左右に一対設けられており、各鍔部２ｂの先端に上方へ突出する突出部２ｃが形成されているので、溝部２ｄの上方開口部２ｅから引き出されたコイル４を、ボビン２の基部２ａと突出部２ｃとによって幅方向の動きを規制しつつ、左右いずれの方向へも容易に配線することができる。

また、上記実施形態では、溝部２ｄは、上方開口部２ｅから側方開口部２ｆへ至るまでの間に、緩やかな弧状部２ｈを有しているので、コイル４を溝部２ｄに沿って側方開口部２ｆから引き出す場合に、コイル４に曲率の大きい曲げ部分が生じることがなく、コイル４にかかるストレスを軽減してコイルの被覆（エナメル等）が剥離したりするのを防止できるとともに、コイル４の引き出し作業も容易に行うことができる。

本発明は、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。例えば、上記実施形態では、溝部２ｄは緩やかな弧状部２ｈを有するように形成されているが、図１１に示すように、弧状部のないストレートな溝部２ｄ’を形成してもよい。

また、上記実施形態では、３本のコイルを１束にして溝部２ｄへ収納したが、束にするコイルの本数は任意であり、例えば図１２（ａ）に示すように、４本のコイルを１束として溝部２ｄへ収納してもよい。また、図９や図１２（ａ）のように複数本のコイルを平面的に並べて溝部２ｄへ収納する以外に、図１２（ｂ）に示すように、複数本のコイルを立体的に束ねて溝部２ｄへ収納するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、永久磁石電動機のステータを構成するコアモジュールを例に挙げたが、本発明は、永久磁石電動機だけでなく、これ以外の各種電動機にも適用することができる。

本発明に係るコアモジュールを示す側面図である。 同コアモジュールを示す正面図である。 複数のコアモジュールからなるステータの一部を示す正面図である。 分割コアの構造を示す正面図および右側面図である。 本発明に係るボビンの構造を示す正面図、上面図および右側面図である。 同ボビンの斜視図である。 他のボビンの構造を示す正面図、上面図および右側面図である。 ボビンの溝部にコイルを挿入した状態を示す斜視図である。 溝部付近の断面図である。 溝部から引き出したコイルを折り曲げた状態を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態によるボビンの正面図である。 溝部でのコイル挿入状態の他の例を示す断面図である。 分割コアから構成されるステータの一例を示す図である。 コイルの占積率の低下を説明する図である。 従来のボビンを示す斜視図である。 従来のボビンを示す斜視図である。 従来のボビンを示す斜視図である。

符号の説明

Ａ コアモジュール
１ 分割コア
２ ボビン
２ａ 基部
２ｂ 鍔部
２ｃ 突出部
２ｄ、２ｄ’ 溝部
２ｅ 上方開口部
２ｆ 側方開口部
２ｇ 鍔部
２ｈ 弧状部
４ コイル
４ａ 巻始め部
１００ ステータ

Claims (5)

1. 電動機のステータを構成する複数の分割コアと、この分割コアのそれぞれに装着されるボビンと、このボビンを介して分割コアに巻回されるコイルとを備えたコアモジュールであって、
   前記ボビンは、
   分割コアの端面に当接する板状の基部と、
   前記基部の上部に設けられた第１の鍔部と、
   前記基部の下部に設けられた第２の鍔部と、
   一端が上方へ開口し他端が側方へ開口するように前記基部に形成された溝部とを備え、
   前記溝部には、前記コイルの巻始め部が収納され、当該溝部の上方開口部から巻始め部の一方側が引き出されるとともに、当該溝部の側方開口部から巻始め部の他方側が引き出され、前記側方開口部から引き出されたコイルが分割コアの側面を周回して、前記ボビンにおける第１および第２の鍔部の間に前記溝部を跨いで巻回されていることを特徴とするステータのコアモジュール。
2. 請求項１に記載のコアモジュールにおいて、
   前記コイルが断面円形の丸線であって、巻始め部が複数本のコイルの束から構成され、当該コイルの束が前記溝部内に収納されていることを特徴とするステータのコアモジュール。
3. 電動機のステータを構成する複数の分割コアのそれぞれに装着されるコイル巻回用のボビンであって、
   分割コアの端面に当接する板状の基部と、
   前記基部の上部に設けられた第１の鍔部と、
   前記基部の下部に設けられた第２の鍔部と、
   一端が上方へ開口し他端が側方へ開口するように前記基部に形成された溝部とを備え、
   前記溝部には、前記コイルの巻始め部が収納され、当該溝部の上方開口部から巻始め部の一方側が引き出されるとともに、当該溝部の側方開口部から巻始め部の他方側が引き出され、前記側方開口部から引き出されたコイルが分割コアの側面を周回して、前記第１および第２の鍔部の間に前記溝部を跨いで巻回されるようにしたことを特徴とするボビン。
4. 請求項３に記載のボビンにおいて、
   前記第１の鍔部は、前記溝部を挟んで左右に一対設けられており、各鍔部の先端に上方へ突出する突出部が形成されていることを特徴とするボビン。
5. 請求項３または請求項４に記載のボビンにおいて、
   前記溝部は、前記上方開口部から側方開口部へ至るまでの間に、緩やかな弧状部を有していることを特徴とするボビン。
   

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