JP2009225518A - 電動機用コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの絶縁層の劣化を抑制できる電動機用コイルの製造方法を提供する。
【解決手段】角部１１２Ｃを有するボビン１１２に、外周に熱融着層１１３Ａ３が形成された線材１１３Ａを巻き付けてコイル１１３を形成する工程と、少なくともボビンの角部に位置するコイル部分を熱融着層の融着温度未満に維持した状態で、当該コイル部分以外のコイル部分を融着温度以上の温度で加熱する融着工程と、を有する。
【選択図】 図６

Description

この発明は、電動機用コイルの製造方法に関するものである。

電動機に用いられるボビンレスコイルの製造方法において、コイルを構成する線材の絶縁層の外周に熱融着層を形成し、線材にテンションをかけつつ当該線材を巻芯に巻き、加熱圧接することで線材間の密着度を高めるとともに、コイルの外周側への膨らみを抑制したものが知られている（特許文献１）。

特許第３１６９３４４号公報

しかしながら、ボビンを有するコイルにおいてボビンの断面形状が非円形、たとえば矩形のものにあっては、平面部に比べ角部の方がコイルとボビンまたはコイル同士がより密着する傾向がある。このため、振動や熱収縮による応力が角部に集中し、コイルの絶縁層が劣化するという問題があった。

この発明が解決しようとする課題は、コイルの絶縁層の劣化を抑制できる電動機用コイルの製造方法を提供することである。

この発明は、ボビンに巻き付けたコイルの少なくとも角部を熱融着層の融着温度未満に維持しつつ他の部分を融着させることによって上記課題を解決する。

上記発明によれば、ボビンの角部においてボビンとコイルおよびコイル同士に非接触部が形成されるので、当該角部におけるコイルへの応力集中が抑制され、その結果、コイルの絶縁層の劣化を抑制することができる。

以下、上記発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本実施形態の電動機について説明すると、図１は本実施形態に係る電動機のステータを示す平面図である。

図１において、電動機１は、ハウジング１Ａの内部に固定されたステータ１０と、ハウジング１Ａに回転自在に支持された出力軸３０と、出力軸３０に固定され、当該出力軸３０とステータ１０との間に設けられたロータ２０とを備える。ステータ１０は、複数のコイルユニット１１がハウジング１Ａの内壁面に沿って設けられて構成され、各コイルユニット１１のコイル１１３に所定のタイミングで通電される。これにより各コイルユニット１１に所定のタイミングで磁界が発生し、永久磁石を有するロータ２０が所定方向に所定トルクで回転することにより、出力軸３０に接続された負荷を駆動する。なお、同図においてロータ２０及び出力軸３０の詳細は図示を省略する。

図２は図１のコイルユニットを示す斜視図、図３は図１のコイルユニットを示す側面図、図４は図３のIV-IV線に沿う断面図、図５は図２のボビンを示す斜視図である。

図２に示すように、コイルユニット１１は、磁性材料からなる薄板を複数積層したコア１１１と、このコア１１１を挟み込む一対の樹脂製ボビン１１２Ａ，１１２Ｂと、同図には図示を省略するが、ボビン１１２に線材１１３Ａを巻き付けて構成されるコイル１１３とを備える。なお、線材１１３Ａを巻き付けた状態のものをコイル１１３と称し、線材１１３Ａとは異なる符号を付して説明する。

本例のコイル１１３を構成する線材１１３Ａは、図１１（Ａ）に示すように電流が流れる平角銅線１１３Ａ１を備え、その外周が絶縁材料からなる絶縁層１１３Ａ２により被覆され、さらに絶縁層１１３Ａ２の外周が所定の溶融温度で溶融する熱融着層１１３Ａ３により被覆されている。なお、同図（Ａ）に示す平角型線材１１３Ａに代えて同図（Ｂ）に示す円形線材１１３Ａを用いることもできる。この場合も、電流が流れる円形銅線１１３Ａ１を備え、その外周が絶縁材料からなる絶縁層１１３Ａ２により被覆され、さらに絶縁層１１３Ａ２の外周が所定の溶融温度で溶融する熱融着層１１３Ａ３により被覆されている。

線材１１３Ａの最外層に形成された熱融着層１１３Ａ３は、所定温度Ｔで溶融し、温度Ｔ未満に冷却すると硬化する、たとえば熱可塑性樹脂材料または熱硬化性樹脂材料で構成されている。この温度Ｔを融着温度ともいう。

図２に戻り、コア１１１は磁性薄板を同図のＺ軸方向に積層して構成され、その先端１１１Ａ（歯部，図４参照）はロータ２０と所定のギャップをもってハウジング１Ａに設置される。

プラスチックスで構成されたボビン１１２は、図５に示すように２つのボビン１１２Ａ，１１２Ｂを接合することによりコア１１１を積層方向に挟み込む。このため、同図（Ａ）に示すボビン１１２Ａの下端と同図（Ｂ）に示すボビン１１２Ｂの上端は、互いに重なり合って嵌合する形状とされている。そして、２つのボビン１１２Ａ，１１２Ｂを嵌合させると、上述した線材１１３Ａを巻き付けるための、両側に鍔部１１２Ｄを有するコイル巻回部１１２Ｅが形成されることになる。

このコイル巻回部１１２Ｅは、図３のVI-VI線に沿う断面図である図６に示すように断面が略矩形とされ、長辺である一対の平面部１１２Ｐ１と、短辺である一対の平面部１１２Ｐ２と、これら４つの平面部１１２Ｐ（１１２Ｐ１と１１２Ｐ２を総称する）の間に形成された湾曲した角部１１２Ｃとを有する。

本例の角部１１２Ｃとは、図６に示す断面において４隅の湾曲部分をいい、平面部１１２Ｐとは角部１１２Ｃ以外の部分をいう。ただし、厳密に角部１１２Ｃと平面部１１２Ｐとを区別する趣旨ではなく、線材１１３Ａを巻き付けてコイル１１３を形成した際に当該コイル１１３に応力集中する領域を角部といい、それ以外の領域を平面部というので、角部１１２Ｃが平面部分にまで及んだり、逆に平面部１１２Ｐが湾曲部分にまで及んだりすることも含まれる。

なお、図６に示す例では断面形状を略長方形としたが、４つの平面部１１２Ｐの長さが等しい略正方形とすることもできる。

線材１１３Ａは、上述したボビン１１２のコイル巻回部１１２Ｅに巻き付けられる。この態様を図３及び図４に示す。本例では図４に示すボビン１１２の上側から下側に向かって１段目の線材１１３Ａを巻き付け、下側の鍔部１１２Ｄまで巻き付けたらここでターンし、上側に向かって２段目の線材１１３Ａを巻き付ける。以下、同様にして線材１１３Ａを巻き付けるが、コイルユニット１１が先端に向かって幅狭になっているのに応じて線材１１３Ａの巻き付け段数も、先端側は２段、基端側は４段、これらの中間は３段となっている。ただし、線材１１３Ａの巻き付け態様は同図に示すものに限定されず巻き付け段数などは適宜変更することができる。

ボビン１１２のコイル巻回部１１２Ｅに線材１１３Ａが巻き付けられてコイル１１３が形成されたコイルユニット１１は、後述するコイル融着工程等にて処理されたのち、コア１１１の基端に形成された凸部１１１Ｂ及び凹部１１１Ｃを隣接する他のコイルユニット１１１の凹部及び凸部にそれぞれ嵌合させることにより、電動機１のハウジング１Ａに円周状に固定されることになる。

以上が、下記実施形態に共通する電動機１の構成である。次に、上述したコイルユニット１１の製造方法について説明する。

《第１実施形態》
図６は、図３のコイルユニット１１の製造方法の一例を示す断面図（VI-VI線に沿う断面図）である。

複数の磁性薄板を積層してコア１１１を形成し、２つのボビン１１２Ａ，１１２Ｂによりこのコア１１１を挟み込んだのち、線材１１３Ａをボビン１１２のコイル巻回部１１２Ｅに巻き付けてコイル１１３を形成する。このとき、コイル１１３を構成する線材１１３Ａは、所定の張力をかけながらボビン１１２のコイル巻回部１１２Ｅに巻き付けられる。

こうして得られたコイルユニット１１に対し、図６に示すように、ボビン１１２の長辺側の平面部１１２Ｐ１，１１２Ｐ１に位置するコイル部分を、押付ジグ２，２を用いてボビン側に押し付ける。同様にしてボビン１１２の短辺側の平面部１１２Ｐ２，１１２Ｐ２に位置するコイル部分を、押付ジグ３，３を用いてボビン側に押し付ける。

この押付ジグ２，３は、平面部１１２Ｐに位置するコイル部分の表面形状に応じた押付面を有し、当該コイル部分を均一にボビン側に押し付けるように構成することができる。

また、ボビン１１２の４つの角部１１２Ｃに位置するコイル部分には、当該コイル部分の温度が熱融着層１１３Ａ３の融着温度Ｔ以上に上昇するのを抑制するための冷却ジグ４がそれぞれ装着される。この冷却ジグ４は、たとえば内部に冷媒が循環する金型状のもので、角部１１２Ｃに位置するコイル部分をボビン側に押し付けることなく、この部分を覆うように構成することができる。

次に、このようにしてボビン１１２の４つの平面部１１２Ｐには押付ジグ２，３がそれぞれ装着され、４つの角部１１２Ｃには冷却ジグ４がそれぞれ装着された状態のコイルユニット１１を、図示しない加熱炉の中に所定時間だけ投入する。この加熱炉は、線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３を融着温度Ｔ以上に上昇させ、当該熱融着層１１３Ａ３を溶融させる。ただし、４つの冷却ジグ４によって冷却された角部１１２Ｃに位置するコイル部分については、熱融着層１１３Ａ３は溶融しないことになる。

所定時間経過したらコイルユニット１１を加熱炉から取り出し、コイルユニット１１を室温近傍まで冷却する。この冷却工程は冷風を吹き付けて冷却する強制冷却、またはコイルユニット１１を室温放置する自然冷却のいずれの冷却法をも採用することができる。

以上の融着工程及び冷却工程により得られたコイルユニット１１の角部周辺のコイル１１３の状態を図７に示す。本例では、平面部１１２Ｐに位置するコイル部分についてはボビン側に押し付ける一方で、角部１１２Ｃに位置するコイル部分については融着温度Ｔ未満に維持する。このため、平面部１１２Ｐに位置するコイル部分の各線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３は隣接する線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３と密着した状態で熱融着する。また１段目の線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３はボビン１１２のコイル巻回部１１２Ｅに接触した状態となる。

これに対し、角部１１２Ｃに位置するコイル部分の各線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３は溶融せず、しかも平面部１１２Ｐをボビン側に押し付けたぶんだけコイル１１３の弛みが角部１１２Ｃに集約されるので、各線材１１３Ａは接合されず、各線材１１３Ａの間および線材１１３Ａとボビン１１２のコイル巻回部１１２Ｅとの間にそれぞれ隙間が形成されることになる。

これにより、コイルユニット１１に作用する振動や熱収縮による応力は当該角部１１２Ｃに位置するコイル部分において分散することになる。その結果、角部１１２Ｃに位置する線材１１３Ａの絶縁層１１３Ａ２の劣化を抑制することができる。

《第２実施形態》
図８は、図３のコイルユニット１１の製造方法の他の例を示す断面図（VI-VI線に相当する断面図）である。本例の製造方法では、コイルユニット１１に対し、同図に示すように、ボビン１１２の長辺側の平面部１１２Ｐ１，１１２Ｐ１に位置するコイル部分を、押付ジグ２，２を用いてボビン側に押し付ける。この点は上述した図６に示す実施形態と同じである。

これに対し、ボビン１１２の４つの角部１１２Ｃに位置するコイル部分と、短辺側の平面部１１２Ｐ２,１１２Ｐ２に位置するコイル部分に、当該コイル部分の温度が熱融着層１１３Ａ３の融着温度Ｔ以上に上昇するのを抑制するための冷却ジグ４をそれぞれ装着する。この冷却ジグ４は、たとえば内部に冷媒が循環する金型状のもので、角部１１２Ｃに位置するコイル部分および短辺側の平面部１１２Ｐ２,１１２Ｐ２に位置するコイル部分をボビン側に押し付けることなく、この部分を覆うように構成することができる。

次に、このようにしてボビン１１２の長辺側の平面部１１２Ｐ１には押付ジグ２が装着され、４つの角部１１２Ｃおよび短辺側の平面部１１２Ｐ２には冷却ジグ４がそれぞれ装着された状態のコイルユニット１１を、図示しない加熱炉の中に所定時間だけ投入する。この加熱炉は、線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３を融着温度Ｔ以上に上昇させ、当該熱融着層１１３Ａ３を溶融させる。ただし、冷却ジグ４によって冷却された角部１１２Ｃに位置するコイル部分および短辺側の平面部１１２Ｐに位置するコイル部分については、熱融着層１１３Ａ３は溶融しないことになる。

所定時間経過したらコイルユニット１１を加熱炉から取り出し、コイルユニット１１を室温近傍まで冷却する。この冷却工程は、上述した実施形態と同様、冷風を吹き付けて冷却する強制冷却、またはコイルユニット１１を室温放置する自然冷却のいずれの冷却法をも採用することができる。

以上の融着工程及び冷却工程により得られたコイルユニット１１の角部周辺のコイル１１３の状態を図９に示す。本例では、長辺側の平面部１１２Ｐ１に位置するコイル部分についてはボビン側に押し付ける一方で、角部１１２Ｃに位置するコイル部分および短辺側の平面部１１２Ｐ２に位置するコイル部分については融着温度Ｔ未満に維持する。このため、長辺側の平面部１１２Ｐ１に位置するコイル部分の各線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３は隣接する線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３と密着した状態で熱融着する。また１段目の線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３はボビン１１２のコイル巻回部１１２Ｅに接触した状態となる。

これに対し、角部１１２Ｃに位置するコイル部分と短辺側の平面部１１２Ｐ２に位置するコイル部分の各線材１１３Ａの熱融着層１１３Ａ３は溶融せず、しかも長辺側の平面部１１２Ｐ１をボビン側に押し付けたぶんだけコイル１１３の弛みが角部１１２Ｃおよび短辺側の平面部１１２Ｐ２に集約されるので、各線材１１３Ａは接合されず、各線材１１３Ａの間および線材１１３Ａとボビン１１２のコイル巻回部１１２Ｅとの間にそれぞれ隙間が形成されることになる。

これにより、コイルユニット１１に作用する振動や熱収縮による応力は当該角部１１２Ｃに位置するコイル部分および短辺側の平面部１１２Ｐ２に位置するコイル部分において分散することになる。その結果、角部１１２Ｃに位置する線材１１３Ａの絶縁層１１３Ａ２の劣化を抑制することができる。

また、短辺側の平面部１１２Ｐ２に位置するコイル部分をも熱融着しなかったため、図７に示す実施形態の結果に比べ、角部１１２Ｃに位置するコイル部分の線材１１３Ａの折り曲げ負荷が低減されることになる。

なお、本例では、長辺側の平面部１１２Ｐ１に位置するコイル部分をボビン側に押し付けたが、短辺側の平面部１１２Ｐ２に位置するコイル部分をボビン側に押し付け、角部１１２Ｃと長辺側の平面部１１２Ｐ１に位置するコイル部分を融着温度未満に維持するように構成することもできる。

また、上述した第１および第２実施形態において、長辺側の平面部１１２Ｐ１に位置するコイル部分をボビン側に押し付ける際に、図１０に示すように、押付ジグ２とコイル１１３との間に絶縁紙５などの絶縁体を挟むこともできる。この場合の絶縁紙５は、長辺側の平面部１１２Ｐ１に位置するコイル部分の熱融着により、線材１１３Ａと押付ジグ２とが接着することを防止するとともに、当該絶縁紙５を長辺側のコイル１１３に融着させることで、電動機１を組み立てた際の隣接するコイルユニット１１との絶縁作用も司ることになる。

また、上述した実施形態では熱融着層１１３Ａ３を加熱する工程に加熱炉を用いたが、加熱炉に代えて、コイル１１３の線材１１３Ａに電流を流し、通電による発熱で熱融着層１１３Ａ３を溶融させることもできる。

発明の実施形態に係る電動機のステータを示す平面図である。 図１のコイルユニットを示す斜視図である。 図１のコイルユニットを示す側面図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 図２のボビンを示す斜視図である。 図３のコイルユニットの製造方法の一例を示す断面図である。 図６の製造方法により得られたコイルユニットの角部を示す断面図である。 図３のコイルユニットの製造方法の他の例を示す断面図である。 図８に示す製造方法により得られたコイルユニットの角部を示す断面図である。 図３のコイルユニットの製造方法のさらに他の例を示す断面図である。 図３の線材を示す断面図である。

符号の説明

１…電動機
１０…ステータ
１１…コイルユニット
１１１…コア
１１２（１１２Ａ，１１２Ｂ）…ボビン
１１２Ｃ…ボビンの角部
１１２Ｐ…ボビンの平面部
１１３…コイル
１１３Ａ…線材
１１３Ａ３…熱融着層
２０…ロータ
３０…出力軸

Claims (7)

1. 角部を有するボビンに、外周に熱融着層が形成された線材を巻き付けてコイルを形成する工程と、
   少なくとも前記ボビンの角部に位置するコイル部分を前記熱融着層の融着温度未満に維持した状態で、当該コイル部分以外のコイル部分を前記融着温度以上の温度で加熱する融着工程と、を有することを特徴とする電動機用コイルの製造方法。
2. 請求項１に記載の電動機用コイルの製造方法において、
   前記ボビンは前記角部以外の平面部を有し、
   前記融着工程は、前記平面部に位置するコイル部分を前記ボビンに押し当てた状態で、当該コイル部分を前記融着温度以上の温度で加熱することを特徴とする電動機用コイルの製造方法。
3. 請求項１に記載の電動機用コイルの製造方法において、
   前記ボビンは前記角部以外の一対の平面部を有し、
   前記融着工程は、一方の対の平面部に位置するコイル部分を前記ボビンに押し当てるとともに、他方の対の平面部に位置するコイル部分を前記熱融着層の融着温度未満に維持した状態で、当該他方の対の平面部に位置するコイル部分以外のコイル部分を前記融着温度以上の温度で加熱することを特徴とする電動機用コイルの製造方法。
4. 請求項３に記載の電動機用コイルの製造方法において、
   前記一対の平面部は、長辺の平面部と短辺の平面部とを含み、
   前記融着工程は、前記長辺の平面部に位置するコイル部分を前記ボビンに押し当てるとともに、前記短辺の平面部に位置するコイル部分を前記熱融着層の融着温度未満に維持した状態で、当該短辺の平面部に位置するコイル部分以外のコイル部分を前記融着温度以上の温度で加熱することを特徴とする電動機用コイルの製造方法。
5. 請求項３に記載の電動機用コイルの製造方法において、
   前記融着工程は、前記いずれかの対の平面部に位置するコイル部分を、絶縁体を介して前記ボビンに押し当てることを特徴とする電動機用コイルの製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機用コイルの製造方法において、
   前記融着工程は、前記熱融着層の融着温度未満に維持するコイル部分を冷却しながら、前記コイルが形成された前記ボビンを加熱炉に投入することにより前記コイルを加熱することを特徴とする電動機用コイルの製造方法。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動機用コイルの製造方法において、
   前記融着工程は、前記熱融着層の融着温度未満に維持するコイル部分を冷却しながら、前記ボビンに形成された前記コイルに通電することにより前記コイルを加熱することを特徴とする電動機用コイルの製造方法。

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