JP2016005354A - 電気機械装置、電気機械装置の製造方法、ロボット、及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】高特性の電気機械装置、ロボット、移動体、及び電気機械装置の製造方法を提供する。
【解決手段】電気機械装置は、巻線３０が巻かれたボビン４２を有する電気機械装置であって、ボビン４２は、巻線３０が巻かれる巻線部３２と、巻線部３２の外周面上に巻かれる巻線３０を規制する第１鍔部３４と第２鍔部３６と、を含み、第２鍔部３６は、巻線部３２の軸方向に移動可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気機械装置、電気機械装置の製造方法、ロボット、及び移動体に関するものである。

コイルの巻線は整列状態で巻かれ断面に占める導体部分割合が多いほど能率の良いモーターが得られる。これを占積率と称し、線径、巻数、巻具合（整列巻）、発熱等を考慮し最適な巻設計を行う。巻線が巻かれるボビンの巻幅寸法と巻線外径とのばらつきにより、巻具合が良好でない場合がある。この場合はボビン成形金型を修正することとなり、ボビン成形中も寸法管理が重要となる。また巻線径のばらつきも整列巻に大きく影響する。

具体的にはボビン巻幅が小さければ所定の回数巻線を巻くことができない。また巻線被覆に傷が入り絶縁不良を起こすおそれがある。幅が大きい場合は整列巻が困難となる。図１２はボビン巻幅（巻線部３２）の寸法が大きいため、巻線３０が乱れた状態を示している。ボビン寸法と巻線径が巻品質に与える影響が大きい。なお、実際の機械上では線材の送りピッチにズレが生じ、巻きがもっと乱れる。

ボビンへの巻線巻は種々の工夫が凝らされているが、例えばテーパー状となる鍔部（フランジ）が形成されたボビンを用意して、これを事前の治具で平行となるように矯正しておき、巻線後、治具を解放して、鍔をテーパー状に戻すことによって、巻線へのストレスを低減している（例えば、特許文献１参照）。また、一方の鍔部は巻胴部に対して固定であるが、もう一方の鍔部を付帯する調整部によって可動できる構造となっている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−４３１０１号公報 特開平２−２７８７０４号公報

しかしながら、特許文献１の巻線幅はボビンの成形品質で決まり、また巻線径のばらつきを考慮していない。両者あるいはどちらかにばらつきが生じた場合は整列巻ができないおそれがある。また、特許文献２では、付帯する調整部が小型化を阻害するおそれがある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る電気機械装置は、巻線が巻かれたボビンを有する電気機械装置であって、前記ボビンは、前記巻線が巻かれる巻線部と、前記巻線部の外周面上に巻かれる前記巻線を規制する第１鍔部と第２鍔部と、を含み、前記第２鍔部は、前記巻線部の軸方向に移動可能であることを特徴とする。

本適用例によれば、第２鍔部は、巻線部に対して軸方向に移動可能であり、巻線時に第２鍔部を巻線に当てることで、第１鍔部と第２鍔部との間の距離が巻線の直径の整数倍となり、巻線部幅を整列巻可能な巻線幅に正確に合わせることが可能であり、両鍔部の内側面に巻線を密着して沿わせることができる。したって、より好適に巻線を整列させることが可能となり、容易に整列巻ができる。これにより、高特性の電気機械装置を提供できる。

また、向かい合う第１鍔部と第２鍔部との間の距離を特許文献２のような調整部を付帯なしで可変できる。これにより、電気機械装置を小型化できる。

［適用例２］上記適用例に記載の電気機械装置において、前記巻線を規制する前記第１鍔部の第１規制面は、前記巻線部の外周面と略直角に交わり、前記巻線を規制する前記第２鍔部の第２規制面は、前記巻線部の外周面に対して前記第１鍔部に向かって傾斜している傾斜部を有していることを特徴とする。

本適用例によれば、傾斜部を含む第２鍔部は、巻線が接する傾斜部を備えるので、巻線時に巻線に傾斜部を突き当てることで、巻線の位置ずれの分を傾斜部が傾斜して拡げているので、安定した巻線が行える。

［適用例３］上記適用例に記載の電気機械装置において、前記巻線は、前記巻線部の外周面に巻き回される第１周目の巻線と、前記第１周目の巻線の外周面に巻き回される第２周目の巻線と、を含み、前記第１周目及び第２周目の巻線は、前記傾斜部に接することを特徴とする。

本適用例によれば、第２周目の巻線が、第１周目の巻線の屈曲形状に追従して変形することを緩和でき、巻線間に隙間が生じることを抑制できるので、各周間の巻線同士を重ねた状態で隙間なく整列させることが可能となる。また、第１周目の巻線と第２周目の巻線との位置ずれの分を傾斜部が傾斜して拡げているので、安定した巻線が行える。

［適用例４］上記適用例に記載の電気機械装置において、前記傾斜部は、前記巻線部の外周面に対して略６０度の勾配であることを特徴とする。

本適用例によれば、傾斜部に巻線（第１周目の巻線及び第２周目の巻線）が接することで、容易に整列巻ができる。

［適用例５］上記適用例に記載の電気機械装置において、前記傾斜部は、コーナーＲであることを特徴とする。

本適用例によれば、傾斜部を容易に設けることができる。

［適用例６］本適用例に係る電気機械装置の製造方法は、上記のいずれか一項に記載の電気機械装置の製造方法であって、前記巻線部の外周面に第１周目の巻線を巻き回す第１周目の巻線工程と、前記第２鍔部を前記第１周目の巻線の前記第２鍔部側の端部に接触させる第２鍔部移動工程と、前記第２鍔部を前記巻線部に固定する第２鍔部固定工程と、及び、前記第１周目の巻線上に第２周目の巻線を巻き回す第２周目の巻線工程と、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、第２鍔部は、巻線部に対して軸方向に移動可能であり、巻線時に第２鍔部を巻線に当てることで、第１鍔部と第２鍔部との間の距離が巻線の直径の整数倍となり、巻線部幅を整列巻可能な巻線幅に正確に合わせることが可能であり、両鍔部の内側面に巻線を密着して沿わせることができる。したがって、より好適に巻線を整列させることが可能となり、容易に整列巻ができる。これにより、高特性の電気機械装置の製造方法を提供できる。

［適用例７］本適用例に係るロボットは、上記のいずれか一項に記載の電気機械装置を用いたことを特徴とする。

本適用例によれば、高特性のロボットを提供できる。

［適用例８］本適用例に係る移動体は、上記のいずれか一項に記載の電気機械装置を用いたことを特徴とする。

本適用例によれば、高特性の移動体を提供できる。

第１実施形態に係るモーターの構造を示す模式断面図。 第１実施形態に係るボビンの構造を示す一部拡大図。 第１実施形態に係るコイルを示す模式断面図。 第２実施形態に係るボビンの構造を示す模式断面図。 第２実施形態に係るボビンを巻線機にセットした状態を示す図。 第２実施形態に係るボビンによりコイルを形成する状態を示す図、（Ａ）はボビンセット、（Ｂ）は第一周巻、（Ｃ）は押し治具移動、（Ｄ）は巻完了を示す図。 本実施例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図。 本実施例によるモーターを利用した双腕７軸ロボットの一例を示す説明図。 本実施例によるモーターを利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図。 本実施例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図。 本実施例によるボビンを利用したソレノイドを示す説明図。 従来のボビンによりコイルを形成した状態を示す図。

以下、本発明を具体化した電気機械装置としてのモーターの実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。

（第１実施形態）
（モーター）
図１は、本実施形態に係るモーターの構造を示す模式断面図である。
本実施形態に係るモーター１０は、図１に示すように、ハウジング１１と、回転軸１２と、ステーター１４と、ローター１６とを有している。なお、モーター１０としては、特に限定されず、例えば、サーボモーター、ステッピングモーター等が挙げられる。

ハウジング１１の上壁及び底壁には軸受１８，２０が設けられている。そして、この軸受１８，２０には回転軸１２が回転可能に軸支されている。又はハウジング１１内において、回転軸１２にはローター１６が固定されている。ローター１６は、円柱状をなし、鉄等の軟磁性材料で構成されたコア２２と、コア２２の外周に設けられた永久磁石２４とにより構成されている。また、ローター１６の周囲にはステーター１４が配置されている。ステーター１４は、円筒状をなしており、周方向に所定間隔で配置された複数のボビン２６と、それに巻き回された複数のコイル２８を有している。

永久磁石２４は、円環柱状をなしている。また、永久磁石２４は、その周方向に複数の磁極が形成された多極構造を有している。

図２は、本実施形態に係るボビン２６の構造を示す一部拡大図である。
本実施形態に係るボビン２６は、巻線３０（図３参照）が巻かれる巻線部３２と、巻線部３２の外周面上に形成され、巻線３０を規制する第１及び第２鍔部３４，３６と、を備えている。第２鍔部３６は、巻線部３２に対して軸方向に移動可能である。第１鍔部３４の内側面（第１規制面）と第２鍔部３６の内側面（第２規制面）との間の距離は、巻線３０の直径の整数倍となっている。ボビン２６は、巻線部３２に連続して設けられる第１鍔部３４及び第２鍔部３６を備えている。ピン３８は、第１鍔部３４に設置されている。なお、規制の意味を例示すると、巻線の位置を調整できる作用を意味する。本願の場合は鍔部の規制面が巻線の位置を規制していることになる。

図３は、本実施形態に係るコイル２８を示す模式断面図である。
コイル２８を構成する巻線３０は、巻線部３２上に巻き回して形成される第１周目の巻線５６と、第１周目の巻線５６上に巻き回して形成される第２周目の巻線５８と、を備えている。第１周目及び第２周目の巻線５６，５８の第２鍔部３６側の端部は、傾斜部４０に接している。これによれば、第２周目の巻線５８が、第１周目の巻線５６の屈曲形状に追従して変形することを緩和でき、巻線３０間に隙間が生じることを抑制できるので、各周の巻線３０同士を重ねた状態で隙間なく整列させることが可能となる。また、第１周目の巻線５６と第２周目の巻線５８との位置ずれの分を傾斜部４０が傾斜して拡げているので、安定した巻線が行える。

ボビン２６の第１鍔部３４の内側面と第２鍔部３６の内側面との間の距離Ｄは、巻線３０の直径の整数倍となっている。両鍔部３４，３６の内側面に巻線３０を密着して沿わせることができる。したがって、好適に巻線３０を整列巻させることが可能となる。整列巻とは、１本の巻線をらせん状に一周目を巻き回してから二周目を巻き回す巻き方であり、三周目以上も同様である。

傾斜部４０は、巻線部３２の外周面に対して略６０度の勾配である。これによれば、傾斜部４０に第１周目の巻線５６及び第２周目の巻線５８が接することで、容易に整列巻ができる。
ここで、「略６０度」とは、完全に６０度である構成に加えて、±２度以内の範囲で傾斜している構成を含むものと定義する。

傾斜部４０は、コーナーＲであってもよい。これによれば、傾斜部４０を容易に設けることができる。

一対の鍔部３４，３６は、内側面が略平行となるように巻線部３２に固定されている。また、一対の鍔部３４，３６は、内側面が略平行となっていることで、内側面間の距離は巻線部３２の長さと同等となっており、その全周にわたって巻線３０の直径の整数倍となっている。
ここで、「略平行」とは、完全に平行である構成に加えて、１０度以内の範囲で交差している構成を含むものと定義する。

このボビン２６はＰＰＳ樹脂を射出成形等で形状が製作される。なお、ボビン２６の材料は、ＰＰＳ樹脂以外に、ノリル、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＢＴＰ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）であってもよい。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
本実施形態では、第２鍔部３６は、巻線部３２に対して軸方向に移動可能であり、巻線時に第２鍔部３６を巻線３０に当てることで、第１鍔部３４と第２鍔部３６との間の距離Ｄが巻線３０の直径の整数倍となり、巻線部幅を整列巻可能な巻線幅に正確に合わせることが可能であり、両鍔部３４，３６の内側面に巻線３０を密着して沿わせることができる。したがって、より好適に巻線３０を整列させることが可能となり、容易に整列巻ができる。これにより、高特性のモーター１０を提供できる。

（第２実施形態）
図４は、本実施形態に係るボビン４２の構造を示す模式断面図ある。図５は、本実施形態に係るボビン４２を巻線機６２にセットした状態を示す図である。図６は、本実施形態に係るボビン４２によりコイル２８を形成する状態を示す図であり、（Ａ）〜（Ｄ）は各形成状態を示している。以下、ボビン４２の構造を、図４〜図６を参照しながら説明する。

本実施形態のボビン４２は、二体構造を形成する点が、第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と同じ構成部材には同一符号を付し、ここではそれらの説明を省略又は簡略化する。

本実施形態のボビン４２は、巻線部３２と、巻線３０を規制する第１及び第２鍔部３４，３６と、巻線部３２の外周面と第２鍔部３６との間のコーナー部に形成され、巻線３０が接する傾斜部４０と、を備えている。また、第１鍔部３４の第１規制面は、巻線部３２の外周面と略直角に交わる。第２鍔部３６の第２規制面は、巻線部３２の外周面に対して第１鍔部３４に向かって傾斜している傾斜部４０を有している。これによれば、傾斜部４０を含む第２鍔部３６は、巻線３０が接する傾斜部４０を備えるので、巻線時に巻線３０に傾斜部４０を突き当てることで、巻線３０の位置ずれの分を傾斜部４０が傾斜して拡げているので、安定した巻線が行える。
ここで、「略直角」とは、完全に直角である構成に加えて、±２度以内の範囲で傾いている構成を含むものと定義する。

ボビン４２は、第１鍔部３４と巻線部３２とで構成される第１ボビン４４と、傾斜部４０を含む第２鍔部３６で構成される第２ボビン４６と、の二体構造である。第２ボビン４６は、第１ボビン４４の巻線部３２に挿入される。第２ボビン４６の傾斜部４０は、巻線部３２の外周面に対して略６０度の勾配である。第２ボビン４６は、第１ボビン４４の巻線部３２に対して軸方向に移動可能である。ボビン４２は、巻線３０を巻く際に、使用する巻線３０の外径のばらつきに合わせ、ボビン４２の巻線部３２の幅を第２ボビン４６を移動させることより調整し、容易に整列巻ができる。その際、第１鍔部３４の内側面と第２鍔部３６の内側面との間の距離は、巻線３０の直径の整数倍となっている。

（モーターの製造方法）
本実施形態に係る巻線３０の巻き回し方法は以下の工程で行われる。
先ず、図５及び図６（Ａ）に示すように、ボビン４２を巻線機６２の巻線治具５０の中心治具５２にセットする。巻線治具５０は、中心治具５２と、押し治具５４とを備えている。

次に、図６（Ｂ）に示すように、巻線部３２に巻線３０を巻き回して、第１周目の巻線５６を形成する（第１周目の巻線工程）。

次に、図６（Ｃ）に示すように、押し治具５４を移動して、第２ボビン４６の傾斜部４０を第１周目の巻線５６に接触させる（第２鍔部移動工程）。第２ボビン４６の傾斜部４０が第１周目の巻線５６に接触した後、押し治具５４を完全固定し、第２ボビン４６が動かないよう固定する（第２鍔部固定工程）。これにより、第２ボビン４６の傾斜部４０を図６（Ｃ）の右側の第１周目の巻線５６に適切な力で当てることにより第２ボビン４６の位置が決まり、巻線３０の径の整数倍に合わせた最適な巻線部３２の幅が得られる。

次に、図６（Ｄ）に示すように、第１周目の巻線５６上に巻線３０を巻き回して、第２周目の巻線５８を形成する（第２周目の巻線工程）。このときボビン４２の巻線部３２の幅は巻線３０の径の整数倍に正確にあった寸法になっており、容易に整列巻が行える。

なお、実施形態は上記に限定されず、以下のような形態で実施することもできる。
（実施例）
本実施形態のモーター１０は、電動自転車、電気自動車、及び鉄道車両等の移動体に適用することができる。また、本実施形態のモーター１０は、ロボットに適用することができる。

図７は、本実施例によるモーター１０を利用したロボット３４００の一例を示す説明図である。このロボット３４００は、第１と第２アーム３４１０，３４２０と、モーター３４３０とを有している。このモーター３４３０は、被駆動部材としての第２アーム３４２０を水平回転させる際に使用される。このモーター３４３０としては、上述した各種のモーター１０を利用することが可能である。

図８は、本実施例によるモーター１０を利用した双腕７軸ロボット５００の一例を示す説明図である。図８に示すように、この双腕７軸ロボット５００は、間接駆動部５０１と、担持部駆動部５０２と、アーム５０３と、担持部５０４とを有している。間接駆動部５０１は、アーム５０３を駆動する。担持部駆動部５０２は、担持部５０４を駆動する。この間接駆動部５０１及び担持部駆動部５０２には、上述したモーター１０を用いる。これにより、双腕７軸ロボット５００のアーム５０３及び担持部５０４を効率良く駆動することができる。

図９は、本実施例によるモーター１０を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）３３００を示す説明図である。この自転車３３００は、前輪にモーター３３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。モーター３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター３３１０としては、上述した各種のモーター１０を利用することが可能である。

図１０は、本実施例によるモーター１０を利用した鉄道車両３５００を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。このモーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、モーター３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモーター３５１０としては、上述した各種のモーター１０を利用することができる。

図１１は、本実施例によるボビン２６（４２）を利用したソレノイド６４を示す説明図である。このソレノイド６４は、ケース６６と、励磁コイル６８と、可動鉄芯７０と、固定鉄芯７２とを有している。このソレノイド６４は、励磁コイル６８に電流を流したときに、可動鉄芯７０を励磁コイル６８内に引き込む力が利用される。励磁コイル６８は、上述したボビン２６（４２）に整列巻されている。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…モーター １１…ハウジング １２…回転軸 １４…ステーター １６…ローター １８，２０…軸受 ２２…コア ２４…永久磁石 ２６…ボビン ２８…コイル ３０…巻線 ３２…巻線部 ３４…第１鍔部 ３６…第２鍔部 ３８…ピン ４０…傾斜部 ４２…ボビン ４４…第１ボビン ４６…第２ボビン ５０…巻線治具 ５２…中心治具 ５４…押し治具 ５６…第１周目の巻線 ５８…第２周目の巻線 ６２…巻線機 ６４…ソレノイド ６６…ケース ６８…励磁コイル ７０…可動鉄芯 ７２…固定鉄芯 ５００…双椀７軸ロボット ５０１…間接駆動部 ５０２…担持部駆動部 ５０３…アーム ５０４…担持部 ３３００…自転車 ３３１０…モーター ３３２０…制御回路 ３３３０…充電池 ３４００…ロボット ３４１０…第１アーム ３４２０…第２アーム ３４３０…モーター ３５００…鉄道車両 ３５１０…モーター ３５２０…車輪。

Claims (8)

1. 巻線が巻かれたボビンを有する電気機械装置であって、
   前記ボビンは、
   前記巻線が巻かれる巻線部と、
   前記巻線部の外周面上に巻かれる前記巻線を規制する第１鍔部と第２鍔部と、
   を含み、
   前記第２鍔部は、前記巻線部の軸方向に移動可能であることを特徴とする電気機械装置。
2. 請求項１に記載の電気機械装置において、
   前記巻線を規制する前記第１鍔部の第１規制面は、前記巻線部の外周面と略直角に交わり、
   前記巻線を規制する前記第２鍔部の第２規制面は、前記巻線部の外周面に対して前記第１鍔部に向かって傾斜している傾斜部を有していることを特徴とする電気機械装置。
3. 請求項２に記載の電気機械装置において、
   前記巻線は、
   前記巻線部の外周面に巻き回される第１周目の巻線と、
   前記第１周目の巻線の外周面に巻き回される第２周目の巻線と、
   を含み、
   前記第１周目及び第２周目の巻線は、前記傾斜部に接することを特徴とする電気機械装置。
4. 請求項２又は３に記載の電気機械装置において、
   前記傾斜部は、前記巻線部の外周面に対して略６０度の勾配であることを特徴とする電気機械装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の電気機械装置において、
   前記傾斜部は、コーナーＲであることを特徴とする電気機械装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械装置の製造方法であって、
   前記巻線部の外周面に第１周目の巻線を巻き回す第１周目の巻線工程と、
   前記第２鍔部を前記第１周目の巻線の前記第２鍔部側の端部に接触させる第２鍔部移動工程と、
   前記第２鍔部を前記巻線部に固定する第２鍔部固定工程と、及び、
   前記第１周目の巻線上に第２周目の巻線を巻き回す第２周目の巻線工程と、
   を含むことを特徴とする電気機械装置の製造方法。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械装置を用いたことを特徴とするロボット。
8. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械装置を用いたことを特徴とする移動体。

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