JP2014150611A - ボビン及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】肉厚を厚くすることなく、巻回したコイル線のテンションによる変形を抑制することができるボビンを提供する。
【解決手段】ボビン６は、回転電機１の積層鉄心体５の突起部１８に装着される。ボビン６には、コイル線７が巻回される。そして、ボビン６は、突起部１８の周囲を囲む枠状の形状であり、周方向の一部に、他の部分と逆方向に応力を発生可能な凹部２２Ａが形成されている。凹部２２Ａは、当該凹部２２Ａが設けられる第２つば部２２がボビン６の内側に変形しやすくなるように、構成されている。
【選択図】図５

Description

開示の実施形態は、ボビン及びこれを備えた回転電機に関する。

回転電機において、電機子コイルと電機子コアとを電気的に絶縁するためのボビンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３０８１４２号公報

ボビンには、コイル線を巻回した際にそのコイル線のテンションが作用する。ボビンは、このテンションによる変形を極力生じないようにすることが望ましいが、肉厚を厚くするとコイル線の占積率が低下するという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、肉厚を厚くすることなく、巻回したコイル線のテンションによる変形を抑制することができるボビン及びこれを備えた回転電機を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、回転電機の固定子鉄心の突起部に装着され、コイル線が巻き回されるボビンであって、前記突起部の周囲を囲む枠状の形状であり、周方向の一部に、他の部分と逆方向に応力が発生する逆応力発生部を有するボビンが提供される。

本発明によれば、肉厚を厚くすることなく、巻回したコイル線のテンションによる変形を抑制することができる。

一実施形態のボビンを備えた回転電機の全体構成を表す軸線方向に沿う縦断面図である。 図１に示す回転電機の横断面図である。 図２の要部拡大横断面図である。 一実施形態のボビンの詳細構造を表す平面図及び正面図である。 一実施形態のボビンの詳細構造を表す斜視図である。 つば部の長辺側の平板部と短辺側の平板部の双方に逆応力発生部を形成する変形例のボビンの詳細構造を表す斜視図、及び、要部拡大断面図である。 胴部の長辺側の側面に逆応力発生部を形成する変形例のボビンの詳細構造を表す斜視図である。 胴部の長辺側の側面と短辺側の側面との双方に逆応力発生部を形成する変形例のボビンの詳細構造を表す斜視図、及び、要部拡大断面図である。 第１つば部に逆応力発生部を形成する変形例のボビンの詳細構造を表す斜視図、及び、要部拡大断面図である。 図９に示したボビンの詳細構造を表す斜視図である。 第１つば部の長辺側の平板部と短辺側の平板部との双方に逆応力発生部を形成する変形例のボビンの詳細構造を表す斜視図である。 凹部の数や形状のバリエーションに係わる変形例のボビンの詳細構造を表す斜視図、要部拡大斜視図、及び、要部拡大斜視図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

＜回転電機の概略構成＞
まず、図１乃至図３を用いて、本実施形態に係る回転電機１の構成について説明する。

図１及び図２に示すように、回転電機１は、固定子２と、回転子３とを備えている。回転電機１は、回転子３を固定子２の内側に備えたインナーロータ型のモータである。なお、回転電機１をモータでなく発電機としてもよい。固定子２は、回転子３に対し径方向に対向するように、フレーム４の内周面に設けられている。

固定子２は、積層鉄心体５（固定子鉄心に相当）と、積層鉄心体５に装着された複数のボビン６と、ボビン６に巻き回されたコイル線７（巻線に相当）と、積層鉄心リング２０と、を有している。ボビン６は、積層鉄心体５とコイル線７とを電気的に絶縁するために、絶縁性材料で構成されている。

上記複数のボビン６の反負荷側（図１中左側）には基板８が設けられている。この基板８に設けられた回路と各ボビン６に巻き回されたコイル線７とが、２つのピン端子９を介して電気的に接続されている。コイル線７の巻き始め端及び巻き終わり端の端末（図示せず）は、対応するピン端子９に巻き付けられ、半田等によって固定されている。

回転子３は、この例では永久磁石で構成されており、シャフト１０の外周面に設けられている。このとき、フレーム４の負荷側（図１中右側）に設けられた負荷側ブラケット１１に負荷側軸受１２の外輪が嵌合されるとともに、フレーム４の反負荷側に設けられた反負荷側ブラケット１３に反負荷側軸受１４の外輪が嵌合されている。シャフト１０は、上記負荷側軸受１２及び上記反負荷側軸受１４により、回転自在に支持されている。シャフト１０の反負荷側端部には、エンコーダ１５が設けられている。エンコーダ１５は、エンコーダカバー１６によって覆われている。

図３に示すように、積層鉄心体５には、半径方向外方に突出した放射状の突起部１８（ティース）が複数（この例では９つ）備えられている。そして、各突起部１８に対し、コイル線７が巻き回されたボビン６が、径方向外側から装着される。隣り合う２つの突起部１８の間には、複数（この例では９つ）の凹部１９（スロット）が形成される。そして、複数の凹部１９のそれぞれには、上記複数の突起部１８それぞれに装着した複数（この例では９つ）のボビン６のコイル線７の巻回層の相対する側部（後述する胴部２１の側面２１Ｌ，２１Ｒに対応する部位）が、互いに周方向に間隙を空けつつ、配置される。

上記のようにしてコイル線７が巻回されたボビン６が積層鉄心体５に装着された後、それらが環状の積層鉄心リング２０の内周に固定して組み立てられ、固定子２が構築される。このように構築された固定子２は、フレーム４の内周面に取り付けられる。その後、上記積層鉄心体５の凹部１９内に樹脂が圧入されることで、ボビン６やコイル線７等が樹脂でモールドされる。

＜ボビンの詳細構成＞
次に、本実施形態の要部であるボビン６について、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５に示すように、ボビン６は、中空部２５を備えコイル線７が巻回される略四角枠状の胴部２１と、中空部２５の開口の両端側（図４（Ａ）中の左側と右側、図５中の左手前側と右奥側）の端部の少なくとも一方（この例では両側）にそれぞれ設けられたつば部２３，２２と、を備える。つば部２３，２２は、詳細には、第１つば部２３と、この第１つば部２３よりも外径寸法が小さい第２つば部２２と、から構成されている。第１つば部２３には、基板８（図１参照）を載置する樹脂製の基板載置部２４が設けられている。

胴部２１は、中空の角柱状に形成されており、その中空部２５には積層鉄心体５の一部が位置している。胴部２１は、固定子２の軸線方向（図１中の左右方向、図４（Ａ）（Ｂ）中の上下方向）に沿う両端側で対向する、長方形の短辺側に相当する（以下単に「短辺側」という）２つの側面２１Ｕ，２１Ｄと、上記軸方向と直交する方向（図１中の上下方向、図４（Ｂ）中の左右方向）で対向する、長方形の長辺側に相当する（以下単に「長辺側」という）２つの２つの側面２１Ｌ，２１Ｒと、を有する。なお、胴部２１の各側面２１Ｕ，２１Ｄ，２１Ｌ，２１Ｒで形成される角部は、コイル線７の巻回によって作用する応力を緩和できるように曲面状（Ｒ状又は面取り状）に形成してもよい。

第１つば部２３は、上記胴部２１の一方側（図４（Ａ）中の右側、図５中の右奥側）の端部から、フランジ状に突出されて設けられており、この例では絶縁材からなる薄膜で構成されている。第１つば部２３は、短辺側の平板部２３Ｕ，２３Ｄと、長辺側の平板部２３Ｌ．２３Ｒと、を有する。このとき、一方の短辺側の平板部２３Ｕの裏面側に、上記基板載置部２４が設けられている。基板載置部２４には、２つのピン端子９が突出している。

第２つば部２２は、上記胴部２１の他方側（図４（Ａ）中の左側、図５中の左手前側）の端部から、フランジ状に突出されて設けられており、この例では、絶縁材からなる薄膜で構成されている。第２つば部２２は、短辺側の２つの平板部２２Ｕ，２２Ｄと、長辺側の２つの平板部２２Ｌ，２２Ｒと、を有する。

上記の構成において、コイル線７は、一方のピン端子９に巻き付けた側を巻き始め端として、巻き始められ、胴部２１を一周し、これを所定回数繰り返して胴部２１に巻き回される。また、他方のピン端子９にコイル線７の巻き終り端を巻き付け、各ピン端子９のコイル船７の両端を半田等によって固定する。

＜実施形態の特徴＞
そして、本実施形態の特徴として、第２つば部２２の平板部２２Ｌ，２２Ｒの外周部に、外縁に開放する切り欠き状の凹部２２Ａが形成されている。凹部２２Ａは、上記長辺側の平板部２２Ｌ，２２Ｒの外周方向に沿った略中央部に形成されている。この凹部２２Ａは、コイル線７の巻回によって胴部２１に作用する応力とは逆方向に応力が発生する逆応力発生部として機能する。すなわち、胴部２１にコイル線７を巻回すると、胴部２１の各側面２１Ｕ，２１Ｄ，２１Ｌ，２１Ｒで形成される角部において、図４（Ｂ）中の矢印ア，イ，ウ，エで示すような、上記中空部２５へ向かう斜め内向きの応力（荷重）が発生する。この胴部２１の角部に発生した応力によって、胴部２１の特に上記長辺側となる側面２１Ｌ，２１Ｒが外向きに膨らむ方向に反り返ってしまい（矢印カ，キ参照）、胴部２１が全体として樽型に変形してしまう虞がある。このような胴部２１の変形を防止するために胴部２１等の肉厚を厚くすると、コイル線７の占積率が低下してしまう。

そこで、本実施形態では、長辺側の平板部２２Ｌ．２２Ｒに凹部２２Ａが形成される。これにより、胴部２１に巻回したコイル線７のテンションがボビン６に作用し上記胴部２１の角部に発生した上記斜め内向きの応力（荷重）を受けたとき、胴部２１の、特に長辺側となる側面２１Ｌ，２１Ｒが内向きに反り返り易くする。すなわち、凹部２２Ａがボビン６の変形方向と逆方向に変形し、ボビン６の変形を相殺することができる。また、長辺側の平板部２２Ｌ．２２Ｒが多少内向きに反り返ったとしても、中空部２５に積層鉄心体５を位置させた際には、胴部２１はもとの形状へと復帰し易くなる。この結果、隣接して配置されたボビン６との離間距離は一定間隔に維持される。

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態によれば、ボビン６の第２つば部２２の周方向の一部（この例では平板部２２Ｌ，２２Ｒ）に、他の部分とは逆方向に応力が発生する逆応力発生部としての凹部２２Ａが設けられる。これにより、巻回したコイル線７のテンションがボビン６に作用した際に、凹部２２Ａがボビン６の変形方向と逆方向に変形し、ボビン６の変形を相殺することができる。この例では、凹部２２Ａは、その設置部位であるつば部２２の、上記コイル線７のテンションによりボビン６の外側に向けて変形する部位を、ボビン６の内側に向かって変形し易くなるように、構成されている。これにより、肉厚を厚くすることなく、巻回したコイル線７のテンションによる変形を抑制することができる。したがって、コイル線７の占積率の向上による回転電機１の小型化を図ることができ。また、ボビン６の変形を抑制できるので、ボビンクラックや、積層鉄心体５からのボビン６の脱落等の発生を低減できる。その結果、耐圧不良や作業不良を低減できる。

また、本実施形態では特に、長辺側平板部２２Ｌ，２２Ｒの外周側に、凹部２２Ａを形成している。これにより、第２つば部２２のうち、長辺側の平板部２２Ｌ，２２Ｒが凹部２２Ａにより部分的に薄肉（幅狭）となるので、容易に逆応力発生部として機能させることができる。また、凹部２２Ａを外周側に形成することで、ボビン６の外向きの変形と逆方向の曲げ応力を発生し易くすることができ、ボビン６の外向きの変形を抑制することができる。

また、上記のように、胴部２１が四角枠状（正面視長方形）である場合、長辺又は短辺に対応する部位の周方向における略中央部は、当該部位において変形が最も大きくなる。本実施形態では特に、凹部２２Ａを長辺側平板部２２Ｌ，２２Ｒの長手方向に沿った中央部に設けている。このように、変形が最も大きくなり易い位置に凹部２２Ａを設けることにより、ボビン６の変形を効果的に抑制することができる。

また、本実施形態では特に、第１つば部２３よりも外径寸法が小さく第１つば部２３よりも剛性が小さい第２つば部２２に凹部２２Ａが形成される。これにより、ボビン６の変形をより効果的に抑制することができる。

＜変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１）長辺側の平板部と短辺側の平板部との双方に逆応力発生部を形成する場合
すなわち、本変形例では、図６に示すように、ボビン６の第２つば部２２において、上記実施形態と同様の上記長辺側の平板部２２Ｌ，２２Ｒの凹部２２Ａに加え、上記短辺側の平板部２２Ｕ，２２Ｄにおいても、側面２１Ｕ，２１Ｄの近傍（すなわち内周側）に凹部２２Ｂ（逆応力発生部に相当）が設けられる。なお、凹部２２Ｂは、この例では、短辺側の平板部２２Ｕ，２２Ｄの他の部位よりも薄肉とすることにより構成されているが、貫通孔としてもよい。また、上記平板部２２Ｌ，２２Ｒの凹部２２Ａと同様の、切り欠き形状としてもよい。

本変形例によれば、上記実施形態と同様、前述した挙動に基づき、巻回したコイル線７のテンションにより外側に向けて変形し易い部位である上記長辺側の平板部２２Ｌ，２２Ｒに凹部２２Ａが形成されることで、上記部位をボビン６の内側に向かって変形しやすくする。またこれに加え、上記短辺側の平板部２２Ｕ，２２Ｄに凹部２２Ｂが形成されることで、長辺側の平板部２２Ｌ，２２Ｒをボビンの内側に向かって変形しやすくすることができる。これらにより、第２つば部２２の長辺側と短辺側とで変形の相殺効果を高め、さらに確実に（肉厚を厚くすることなく）ボビン６の変形を抑制することができる。

（２）胴部の側面に逆応力発生部を形成する場合
上記実施形態及び変形例（１）では、ボビン６の第２つば部２２に逆応力発生部としての凹部２２Ａ又は凹部２２Ｂが形成されたが、これに限られない。本変形例では、図７に示すように、ボビン６の胴部２１のうち、上記長辺側の側面２１Ｌ，２１Ｒに逆応力発生部として凹部２１Ａ（図では側面２１Ｒ側のみ図示）が設けられる。

本変形例においても、上記同様、巻回したコイル線７のテンションにより外側に向けて変形し易い部位である長辺側の側面２１Ｌ，２２Ｒに凹部２１Ａが形成されることで、上記部位をボビン６の内側に向かって変形しやすくする。これにより、上記実施形態と同様、肉厚を厚くすることなく、巻回したコイル線７のテンションによる変形を抑制することができる。

（３）胴部の長辺側の側面と短辺側の側面との双方に逆応力発生部を形成する場合
すなわち、本変形例では、図８に示すように、ボビン６の胴部２１において、上記変形例（１）と同様の上記長辺側の側面２１Ｌ，２２Ｒの凹部２１Ａに加え、上記短辺側の側面２１Ｕ，２１Ｄにおいても、逆応力発生部としての凹部２１Ｂが設けられている。

本変形例によれば、上記同様、巻回したコイル線７のテンションにより外側に向けて変形し易い部位である上記長辺側の側面２１Ｌ，２１Ｒに凹部２１Ａが形成されることで、上記部位をボビン６の内側に向かって変形しやすくする。またこれに加え、上記短辺側の側面２１Ｕ，２１Ｄに凹部２１Ｂが形成されることで、長辺側の平板部２１Ｌ，２２Ｒをボビンの内側に変形しやすくする。これにより、胴部２１の長辺側と短辺側とで変形の相殺効果を高め、さらに確実に（肉厚を厚くすることなく）ボビン６の変形を抑制することができる。

（４）第１つば部に逆応力発生部を形成する場合
上記実施形態では、ボビン６の第２つば部２２に逆応力発生部としての凹部２２Ａが形成されたが、これに代えて、例えば、図９及び図１０に示すように、ボビン６の第１つば部２３（この例では詳細には長辺側の平板部２３Ｌ，２３Ｒ）の外周部に、逆応力発生部として、外縁に開放する凹部２３Ａを設けてもよい。

本変形例においても、上記同様、巻回したコイル線７のテンションにより外側に向けて変形し易い部位である第１つば部２３の長辺側の平板部２３Ｌ，２３Ｒに凹部２１Ａが形成されることにより、上記部位をボビン６の内側に向かって変形しやすくすることができる。この結果、上記実施形態と同様、肉厚を厚くすることなく、巻回したコイル線７のテンションによる変形を抑制することができる。

（５）第１つば部の長辺側の平板部と短辺側の平板部との双方に逆応力発生部を形成する場合
すなわち、本変形例では、図１１に示すように、ボビン６の第１つば部２３において、上記変形例（５）と同様の上記長辺側の平板部２３Ｌ，２３Ｒの凹部２３Ａに加え、上記短辺側の平板部２３Ｕ，２３Ｄにおいても、逆応力発生部としての凹部２３Ｂが設けられる。なお、凹部２３Ｂは、この例では、短辺側の平板部２３Ｕ，２３Ｄの他の部位よりも薄肉とすることにより構成されているが、貫通孔としてもよい。また、上記凹部２２Ａと同様の、切り欠き形状としてもよい。

本変形例によれば、上記変形例（５）と同様、巻回したコイル線７のテンションにより外側に向けて変形し易い部位である上記長辺側の平板部２３Ｌ，２３Ｒに凹部２３Ａが形成されることで、上記部位をボビン６の内側に向かって変形しやすくする。またこれに加え、上記短辺側の平板部２３Ｕ，２３Ｄに凹部２３Ｂが形成されることで、長辺側の平板部２３Ｌ，２３Ｒをボビンの内側に変形しやすくすることができる。これらにより、第１つば部２３の長辺側と短辺側とで変形の相殺効果を高め、さらに確実に（肉厚を厚くすることなく）ボビン６の変形を抑制することができる。

（６）凹部の数や形状のバリエーション
上記実施形態並びに変形例（１）〜（５）では、側面２１Ｌ，２１Ｒ，２１Ｕ，２１Ｄ、平板部２２Ｌ，２２Ｒ，２２Ｕ，２２Ｄ、平板部２３Ｌ，２３Ｒ，２３Ｕ，２３Ｄ、において、中央部の１箇所に矩形の凹部２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂが形成されていたが、各凹部の数や形状等は特に限定されるものではない。

例えば、図１２（Ａ）に示す例では、ボビン６の第２つば部２２の長辺側の平板部２２Ｌ，２２Ｒにおいて、長手方向に沿った中央部分１カ所ではなく２箇所に凹部２２Ａが形成されている。また、凹部２２Ａの形状においても、図１２（Ｂ）に示すように、三角形状としたり、図１２（Ｃ）に示すように、円弧状としてもよい。さらに、これらの数や形状のみならず、大きさや位置においてもボビン６の形状や大きさ、コイル線７の太さや巻き数等に応じて適宜変更可能である。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、本実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ 回転電機
２ 固定子
３ 回転子
５ 積層鉄心体（固定子鉄心）
６ ボビン
７ コイル線（巻線）
１８ 突起部
２１ 胴部
２１Ａ 凹部（逆応力発生部）
２１Ｂ 凹部（逆応力発生部）
２２ 第２つば部
２２Ａ 凹部（逆応力発生部）
２２Ｂ 凹部（逆応力発生部）
２３ 第１つば部
２５ 中空部

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、回転電機の固定子鉄心の突起部に装着され、コイル線が巻き回され、前記突起部の周囲を囲む枠状の形状を有するボビンであって、前記コイル線が巻き回される四角枠状の胴部と、前記胴部の開口側両端部の少なくとも一方に設けられたつば部と、を備え、前記つば部のうち、前記回転電機の前記固定子鉄心の軸方向にそれぞれ沿って設けられかつ互いに前記ボビンの径方向に向かい合う２つの長辺に対応する２つの部位の、前記ボビンの周方向における略中央部の外周側に、前記つば部の径方向寸法である幅寸法を部分的に幅狭とすることによって、前記胴部への前記コイル線の巻回時に前記２つの部位を前記ボビンの径方向内側へ変形しやすくするための、外縁に開放する切り欠き状の２つの第１凹部をそれぞれ形成したボビンが提供される。

Claims (8)

1. 回転電機の固定子鉄心の突起部に装着され、コイル線が巻き回されるボビンであって、
   前記突起部の周囲を囲む枠状の形状であり、
   周方向の一部に、他の部分と逆方向に応力が発生する逆応力発生部を有する
   ことを特徴とするボビン。
2. 前記逆応力発生部は、
   当該逆応力発生部が設けられる部位が前記ボビンの外側又は内側のいずれかの方向に変形しやすくなるように構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のボビン。
3. 前記コイル線が巻き回される四角枠状の胴部と、
   前記胴部の開口側両端部の少なくとも一方に設けられたつば部と、を備え、
   前記逆応力発生部は、
   前記つば部及び前記胴部の少なくとも一方に形成された凹部である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のボビン。
4. 前記凹部は、
   前記つば部又は前記胴部のうち長辺に対応する部位の外周側に形成された凹部を含む
   ことを特徴とする請求項３に記載のボビン。
5. 前記凹部は、
   前記つば部又は前記胴部のうち短辺に対応する部位の内周側に形成された凹部を含む
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載のボビン。
6. 前記凹部は、
   前記対応する部位の前記周方向における略中央部に形成される
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載のボビン。
7. 前記つば部は、
   前記胴部の開口側一端部に設けられた第１つば部と、
   前記胴部の開口側他端部に設けられ前記第１つば部より外径寸法が小さい第２つば部と、を含み、
   前記凹部は、
   前記第２つば部に形成される
   ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載のボビン。
8. 固定子及び回転子と、
   固定子鉄心の突起部に装着され、コイル線が巻き回される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のボビンと、を備える
   ことを特徴とする回転電機。

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