JP2008042965A - 回転電機の巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より高い線占率を得ることができる巻線方法を提供する。
【解決手段】ポールコア２の軸方向両側に配置されるガイド部材９は、円筒形状に設けられ、その外周面が鍔部２ｂの外周面よりヨーク側に位置すると共に、ガイド部材９の軸方向端面と鍔部２ｂの軸方向端面との間に形成される隙間が線材８の直径より小さく設定されている。これにより、ポールコア２の軸方向両側をノズル１１が周方向に移動する際に、ノズル１１から繰り出される線材８がガイド部材９の外周面に沿って巻線されるので、線材８が鍔部２ｂの軸方向端部に干渉することを防止できると共に、線材８が鍔部２ｂに乗り上げることも防止できる。その結果、より多くの線材８を巻線する場合でも、線材８の損傷を防止でき、且つ線材８がポールコア２の内周側（鍔部２ｂ側）に片寄って巻かれることを抑制できるため、より高い線占率を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のポールコアに巻線機を用いて線材を直接巻線する巻線方法に関する。

従来技術として、特許文献１に開示された固定子の巻線方法が公知である。
この巻線方法は、ヨークの内周に固定されたポールコアに巻線機を用いて複数本の線材（銅線）を直接巻き付ける方式である。
巻線機は、図７に示す様に、線材１００が供給されるノズルボディ１１０を有し、このノズルボディ１１０がヨーク１２０の内周に固定されたポールコア１３０の周囲を軸方向及び周方向に移動することにより、ノズルボディ１１０に設けられたノズル１４０から繰り出される線材１００がボールコア１３０の外周に巻き付けられる。
特開平９−３２２４９４号公報

ところが、特許文献１に示される巻線方法では、以下の問題が生じる。
ポールコア１３０に対しノズル１４０が周方向に移動（回転）する際に、ノズル１４０から繰り出される線材１００がポールコア１３０の鍔部１５０に干渉する恐れがある。
つまり、ノズル１４０は、周方向に回転する際に、図８及び図９の破線で示す様に、円弧状に移動するが、そのノズル１４０から繰り出される線材１００は、ノズル１４０の軌道に沿った円弧状ではなく、直線状に移動する。一方、ポールコア１３０の鍔部１５０は、周方向の形状が円弧状に湾曲しているため、ノズル１４０から繰り出された線材１００が、鍔部１５０の軸方向端部に干渉する。特に、線占率を高めるために、ポールコア１３０により多くの線材１００を巻線する場合は、鍔部１５０との干渉によって線材１００が損傷する恐れがある。

また、ポールコア１３０の軸方向両側では、図１０に示す様に、ポールコア１３０の内周側（鍔部側）に線材１００が片寄って巻かれるため、より多くの線材１００を巻線する場合に、鍔部１５０の軸方向端面に線材１００が乗り上げる恐れがある。上記の結果、従来の巻線方法では、より高い線占率を得ることが困難であった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、ノズルから繰り出される線材をポールコアに直接巻き付ける巻線方法において、より高い線占率を得ることができる巻線方法を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、磁気回路を形成する円筒状のヨークと、このヨークの内周に磁極部が固定され、その磁極部の径方向反ヨーク側に鍔部が設けられたポールコアとを備え、磁極部の外周に線材を直接巻き付ける回転電機の巻線方法であって、鍔部の周囲を軸方向及び周方向に移動しながら線材を繰り出すノズルと、ポールコアの軸方向両側にそれぞれ配置されるガイド部材とを有し、ポールコアの軸方向両側では、ノズルより繰り出される線材がガイド部材に案内されて磁極部の外周に巻き付けられることを特徴とする。

上記の巻線方法によれば、ガイド部材を用いて巻線することにより、鍔部の軸方向端部に線材が干渉することを回避でき、より多くの線材を巻線する場合にも線材の損傷を防止できる。また、ガイド部材を用いることにより、線材が磁極部の内周側（鍔部側）に片寄って巻かれることを抑制でき、且つ線材が鍔部を乗り越えることも防止できるので、より高い線占率を得ることが可能である。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した回転電機の巻線方法において、ガイド部材には、鍔部より軸方向外側でノズルが軸方向に移動する際に、そのノズルを挿入させる空間（ノズル挿入溝と呼ぶ）が形成されていることを特徴とする。
これにより、ノズルが鍔部の周囲を軸方向に移動する際に、ノズルとガイド部材との干渉を回避できる。

（請求項３の発明）
請求項２に記載した回転電機の巻線方法において、ガイド部材は、ポールコアの軸方向両側でノズルが周方向に移動する際に、ノズルがノズル挿入溝に挿入された状態で、ノズルと同期して周方向に移動することを特徴とする。
上記の構成によれば、ノズルが周方向に移動する際に、そのノズルに同期してガイド部材も周方向に移動（回転）するので、ノズルが鍔部の周囲を移動する際に、ノズルとガイド部材との干渉を回避できる。その結果、鍔部の周囲をノズルが連続して移動できるので、磁極部の外周に線材を連続して巻線することができる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの回転電機の巻線方法において、ガイド部材は、鍔部との間に所定の隙間を有して配置され、その隙間が線材の直径より小さく設定されていることを特徴とする。
これにより、ノズルから繰り出された線材が鍔部に乗り上げることを防止できるので、線材と鍔部との干渉を回避でき、巻線時に線材が損傷することを防止できる。

（請求項５の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの回転電機の巻線方法において、ガイド部材は、鍔部の軸方向端面との間に所定の隙間を有して配置され、その隙間が線材の直径より小さく設定されていることを特徴とする。
これにより、ノズルから繰り出された線材が鍔部に乗り上げることを防止できるので、線材と鍔部との干渉を回避でき、巻線時に線材が損傷することを防止できる。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかの回転電機の巻線方法において、ヨークの径方向中心からガイド部材の外周面までの距離をＡ、ヨークの径方向中心から鍔部の外周側（ヨーク側）の表面までの距離をＢとすると、Ａ≧Ｂの関係が成立していることを特徴とする。
これにより、ノズルから繰り出された線材が鍔部に乗り上げることを防止できるので、線材と鍔部との干渉を回避でき、巻線時に線材が損傷することを防止できる。

（請求項７の発明）
請求項６に記載した回転電機の巻線方法において、Ａ＞Ｂの関係が成立すると共に、鍔部より径方向外側でのガイド部材の軸方向端面をガイド端面と呼ぶ時に、ガイド端面は、軸方向に鍔部の軸方向端面と同位置、あるいは鍔部の軸方向端面より内側に位置していることを特徴とする。
これにより、ノズルから繰り出された線材が磁極部の内周側（鍔部側）に片寄って巻かれることを抑制でき、且つ線材が鍔部を乗り越えることも防止できるので、より高い線占率を得ることが可能である。

（請求項８の発明）
請求項１〜７に記載した何れかの回転電機の巻線方法において、ガイド部材は、ノズルより繰り出される線材を案内する外周面が円弧状に湾曲する曲面によって構成されていることを特徴とする。
これにより、線材がガイド部材の外周面に接触する時の接触抵抗を減らすことができるので、ガイド部材に案内されることによって線材に傷が付くことを防止できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は回転電機の巻線工程を示す斜視図である。
実施例１に示す回転電機は、例えば、エンジンを始動するためのスタータモータであり、電磁石によって形成される界磁を備える。
界磁は、図５に示す様に、磁気回路を形成する円筒形状のヨーク１と、このヨーク１の内周に固定される複数のポールコア２（図６参照）と、各ポールコア２に巻線される界磁コイル３とで構成される。なお、界磁コイル３の一端は、コネクションバー４を介してモータリード線５に接続され、このモータリード線５がグロメット６を挿通してヨーク１の外側に取り出され、図示しない電磁スイッチのモータ端子に接続される。一方、界磁コイル３の他端は、正極側のブラシ７に接続されている。

ポールコア２は、界磁コイル３に使用される線材８（例えば銅線：図２参照）が巻き付けられる磁極部２ａと、この磁極部２ａの径方向反ヨーク側に設けられる鍔部２ｂとを有している。
磁極部２ａは、ヨーク１の軸芯方向に長い略矩形状に設けられ、ヨーク１の内周面に溶接等により固定されている。
鍔部２ｂは、磁極部２ａの全周より外側に張り出して形成される。この鍔部２ｂは、図６に示す様に、周方向の形状が円弧状に湾曲して設けられ、鍔部２ｂの内周側に配置される電機子（図示せず）との間にエアギャップを形成している。

界磁コイル３は、以下に説明する巻線機とガイド部材９とを用いて、各ポールコア２の磁極部２ａに複数本の線材８を所定回数巻き付けて形成される。
巻線機は、線材８が連続して供給されるノズルボディ１０（図１参照）を有し、このノズルボディ１０が、ヨーク１に固定された各ポールコア２の鍔部２ｂの内周を軸方向に往復移動、及び周方向に回転可能に設けられている。
ノズルボディ１０には、径方向の側面より突出してノズル１１が設けられている。このノズル１１は、ノズルボディ１０の動きに応じて、ポールコア２の鍔部２ｂの周囲を軸方向及び周方向に移動しながら、複数本（例えば１０本）の線材８をまとめて繰り出すことができる。

ガイド部材９は、ポールコア２の軸方向両側でノズル１１から繰り出される線材８がポールコア２の磁極部２ａに巻き付けられる際に、ポールコア２の鍔部２ｂに線材８が干渉することを防止する働きを有する。
ガイド部材９は、円筒形状に設けられ、その円筒中心をヨーク１の径方向中心に合わせて、ポールコア２の鍔部２ｂに近接して軸方向両側に配置される。
なお、図１では、ガイド部材９がポールコア２の図示下側のみに配置された状態を示しているが、実際の巻線工程では、ポールコア２の軸方向両側に配置して使用される。
このガイド部材９は、円筒形状の内径がノズルボディ１０を挿入できる大きさ、つまりノズルボディ１０の外径より若干大きく形成されている。

また、図２に示す様に、ガイド部材９の径方向中心からガイド部材９の外周面９ａまでの距離をＡ、ヨーク１の径方向中心から鍔部２ｂの外周面２ｃ（ヨーク側の表面）までの距離をＢとすると、ＡとＢとの間に下記（１）の関係が成立している。
Ａ＞Ｂ………………（１）
つまり、ガイド部材９の外周面９ａは、鍔部２ｂの外周面２ｃよりヨーク側に位置している。また、鍔部２ｂの外周面２ｃよりヨーク側に位置するガイド部材９の軸方向端面をガイド端面９ｂ（図２参照）と呼ぶ時に、このガイド端面９ｂは、鍔部２ｂの軸方向端面より軸方向内側（図示下側）に位置している。さらに、ガイド部材９の軸方向端面と鍔部２ｂの軸方向端面との間に形成される隙間Ｇは、１本の線材８の直径より小さく設定されている。

上記のガイド部材９には、図１に示す様に、ポールコア２の軸方向両側でノズル１１が軸方向に移動する際に、そのノズル１１を挿入させるスリット状の空間（以下ノズル挿入溝９ｃと呼ぶ）が軸方向（図示上下方向）に形成されている。
また、ガイド部材９は、ノズル挿入溝９ｃにノズル１１が挿入された状態で、ノズル１１が周方向に移動する際に、そのノズル１１と同期して周方向に回転することができる。これにより、ポールコア２の軸方向両側でノズル１１が軸方向及び周方向に移動する際に、ガイド部材９がノズル１１と干渉することはなく、鍔部２ｂの周囲をノズル１１が連続して移動することができる。

次に、図１に示す１つのポールコア２Ａに線材８を巻線する工程を説明する。
図１（ａ）は、軸方向の上端に位置するノズルボディ１０が、ポールコア２Ａに対して周方向の一方から他方に向かって所定角度（本実施例では９０度）だけ回転した状態を示す。この後、ノズルボディ１０が図示下方へ移動することにより、図１（ｂ）に示す様に、周方向に隣合うポールコア２Ｂとの間をノズル１１が移動する。
さらに、軸方向の下端までノズルボディ１０が移動すると、図１（ｃ）に示す様に、ガイド部材９に形成されたノズル挿入溝９ｃにノズル１１が挿入される。

続いて、図１（ｄ）に示す様に、軸方向の下端に位置するノズルボディ１０が周方向の他方から一方に回転することにより、鍔部２ｂの図示下側をノズル１１が矢印方向へ移動する。この時、ノズル挿入溝９ｃにノズル１１が挿入された状態で、ガイド部材９もノズル１１と同期して回転する。
ポールコア２Ａに対してノズルボディ１０が周方向に所定角度だけ回転すると、図１（ｅ）に示す様に、ノズル１１が鍔部２ｂの図示下側を通り抜けて、鍔部２ｂの周方向反対側まで移動する。
その後、ノズルボディ１０が軸方向の上端まで移動して、さらに、周方向の一方から他方に向かって所定角度だけ回転することにより、図１（ａ）に示す状態となる。

上記の工程において、ノズル１１が鍔部２ｂの図示下側を周方向に移動する際、つまり、図１（ｃ）の状態から図１（ｅ）の状態へ移動する際に、鍔部２ｂの外周面２ｃよりガイド部材９の外周面９ａの方がヨーク側に位置しているため、ノズル１１から繰り出される線材８は、鍔部２ｂに干渉することなく、ガイド部材９の外周面９ａに案内されながら磁極部２ａに巻き付けられる。
同様に、ノズル１１が鍔部２ｂの図示上側を周方向に移動する際にも、ノズル１１から繰り出される線材８が、各ポールコア２の上側に配置されるガイド部材９の外周面９ａに案内されながら磁極部２ａに巻き付けられる。

（実施例１の効果）
上記の巻線方法によれば、ポールコア２の軸方向両側をノズル１１が周方向に移動する際に、図３及び図４に示す様に、ノズル１１から繰り出される線材８が、円弧状に湾曲するガイド部材９の外周面９ａに沿って巻線される。また、ガイド部材９の外周面９ａは、鍔部２ｂの外周面２ｃよりヨーク側に位置しているので、ガイド部材９に案内される線材８が鍔部２ｂの軸方向端部に干渉することはない。
さらに、ガイド部材９は、円筒形状であり、外周面９ａが円弧状に湾曲する曲面によって構成されているので、線材８が接触する時の接触抵抗を減らすことができ、ガイド部材９に案内されることによって線材８に傷が付くことを防止できる。

また、ガイド部材９は、鍔部２ｂの外周面２ｃよりヨーク側に位置する軸方向端面（ガイド端面９ｂ）が、鍔部２ｂの軸方向端面より軸方向内側（図２参照）に位置し、さらに、ガイド部材９の軸方向端面と鍔部２ｂの軸方向端面との間に形成される隙間Ｇが線材８の直径より小さく設定されているので、ガイド部材９に案内された線材８が鍔部２ｂに乗り上げることを防止できる。
上記の結果、より多くの線材８を巻線する場合でも、線材８の損傷を防止できると共に、ノズル１１から繰り出された線材８がポールコア２の内周側（鍔部２ｂ側）に片寄って巻かれることを抑制できるため、ガイド部材９を使用しない従来の巻線方法と比較して、線材８に傷を付けることなく、より高い線占率を得ることができる。

上記の巻線方法に使用するガイド部材９は、鍔部２ｂより軸方向外側でノズル１１が軸方向に移動する際に、そのノズル１１を挿入させるノズル挿入溝９ｃが形成されている。また、ガイド部材９は、ポールコア２の軸方向両側でノズル１１が周方向に移動する際に、ノズル１１がノズル挿入溝９ｃに挿入された状態で、ノズル１１と同期して周方向に移動することができる。これにより、ポールコア２の軸方向両側でノズル１１が軸方向及び周方向に移動する際に、ガイド部材９がノズル１１と干渉することはなく、鍔部２ｂの周囲をノズル１１が連続して移動できる。その結果、ガイド部材９を使用しながら、ノズル１１から繰り出される線材８をポールコア２に連続して巻線することができるので、線占率の高い巻線方法を実現できる。

（変形例）
実施例１では、１つのポールコア２に線材８を巻き付ける工程を説明したが、例えば、ノズルボディ１０の径方向両側にそれぞれノズル１１を設けて、ヨーク１の径方向に対向する位置に固定された２つのポールコア２に対して同時に巻線することもできる。
また、実施例１では、ガイド部材９の外周面９ａがポールコア２の鍔部２ｂの外周面２ｃよりヨーク側に位置している一例を記載したが、ガイド部材９の外周面９ａを鍔部２ｂの外周面２ｃと同位置に設けても良い。つまり、ガイド部材９の径方向中心からガイド部材９の外周面９ａまでの距離Ａと、ヨーク１の径方向中心から鍔部２ｂの外周面２ｃまでの距離Ｂとを等しくした場合でも、実施例１と同様の効果を得ることができる。
なお、ガイド部材９の外周面は、円弧状に限らず、直線または曲線で滑らかに連続した形状でも良い。

ポールコアに線材を巻き付ける巻線工程を示す斜視図である。 ガイド部材とポールコアの鍔部との位置関係を示す部分断面図である。 ノズルから繰り出された線材がガイド部材に案内されてポールコアに巻線される状態を示す軸方向平面図である。 ノズルから繰り出された線材がガイド部材に案内されてポールコアに巻線される状態を示す斜視図である。 界磁の半断面図である。 ヨークの内周にポールコアを固定して形成されるヨークアセンブリの軸方向平面図である。 従来の巻線方法を示す斜視図である。 ノズルから繰り出された線材が鍔部に干渉する状態を示す軸方向平面図である（従来技術）。 ノズルから繰り出された線材が鍔部に干渉する状態を示す斜視図である（従来技術）。 ポールコアの鍔部側に線材が片寄って巻線される状態を示す断面図である（従来技術）。

符号の説明

１ ヨーク
２ ポールコア
２ａ ポールコアの磁極部
２ｂ ポールコアの鍔部
８ 線材
９ ガイド部材
９ｂ ガイド端面
９ｃ ノズル挿入溝
１１ ノズル
Ａ ガイド部材の径方向中心から外周面までの距離
Ｂ ヨークの径方向中心から鍔部の外周面までの距離

Claims (8)

1. 磁気回路を形成する円筒状のヨークと、
   このヨークの内周に磁極部が固定され、その磁極部の径方向反ヨーク側に鍔部が設けられたポールコアとを備え、
   前記磁極部の外周に線材を直接巻き付ける回転電機の巻線方法であって、
   前記鍔部の周囲を軸方向及び周方向に移動しながら前記線材を繰り出すノズルと、
   前記ポールコアの軸方向両側にそれぞれ配置されるガイド部材とを有し、
   前記ポールコアの軸方向両側では、前記ノズルより繰り出される前記線材が前記ガイド部材に案内されて前記磁極部の外周に巻き付けられることを特徴とする回転電機の巻線方法。
2. 請求項１に記載した回転電機の巻線方法において、
   前記ガイド部材には、前記鍔部より軸方向外側で前記ノズルが軸方向に移動する際に、そのノズルを挿入させる空間（ノズル挿入溝と呼ぶ）が形成されていることを特徴とする回転電機の巻線方法。
3. 請求項２に記載した回転電機の巻線方法において、
   前記ガイド部材は、前記ポールコアの軸方向両側で前記ノズルが周方向に移動する際に、前記ノズルが前記ノズル挿入溝に挿入された状態で、前記ノズルと同期して周方向に移動することを特徴とする回転電機の巻線方法。
4. 請求項１〜３に記載した何れかの回転電機の巻線方法において、
   前記ガイド部材は、前記鍔部との間に所定の隙間を有して配置され、その隙間が前記線材の直径より小さく設定されていることを特徴とする回転電機の巻線方法。
5. 請求項１〜３に記載した何れかの回転電機の巻線方法において、
   前記ガイド部材は、前記鍔部の軸方向端面との間に所定の隙間を有して配置され、その隙間が前記線材の直径より小さく設定されていることを特徴とする回転電機の巻線方法。
6. 請求項１〜５に記載した何れかの回転電機の巻線方法において、
   前記ヨークの径方向中心から前記ガイド部材の外周面までの距離をＡ、前記ヨークの径方向中心から前記鍔部の外周側（ヨーク側）の表面までの距離をＢとすると、
   Ａ≧Ｂの関係が成立していることを特徴とする回転電機の巻線方法。
7. 請求項６に記載した回転電機の巻線方法において、
   Ａ＞Ｂの関係が成立すると共に、前記鍔部より径方向外側での前記ガイド部材の軸方向端面をガイド端面と呼ぶ時に、前記ガイド端面は、軸方向に前記鍔部の軸方向端面と同位置、あるいは前記鍔部の軸方向端面より内側に位置していることを特徴とする回転電機の巻線方法。
8. 請求項１〜７に記載した何れかの回転電機の巻線方法において、
   前記ガイド部材は、前記ノズルより繰り出される前記線材を案内する外周面が円弧状に湾曲する曲面によって構成されていることを特徴とする回転電機の巻線方法。
   

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