JP4396630B2 - 巻線方法及びコイル - Google Patents

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Description

この発明は、線材をボビンの外周に整列に巻き回す巻線方法及びコイルに関する。
従来、この種の技術として、下記の特許文献１乃至３に記載された巻線方法が知られている。この中で、例えば、特許文献１には、コイルサイズの拡大を防ぎ、コンパクト化できる集中巻きの巻線方法として、ボビンにおけるコイルの段替わり部と列替わり部とを巻線の周方向において別位置とすることが開示される。また、下記の特許文献２には、ボビンにおける角型コイルの対向する２面において、１／２ピッチの送りをかけながら線材を整列に巻き回すことが開示される。
特開２０００−２４５０９２号公報 特開平８−２０３７２０号公報 特開２０００−３４８９５９号公報
ところが、特許文献１及び２に記載の巻線方法は、それぞれ１本の線材をボビンに巻き回す巻線方法であり、複数本の線材の巻き回しについて特に開示されていない。一般に整列集中巻コイルの製造過程では、ボビン端部付近に他よりも盛り上がった瘤（こぶ）ができることがあり、その主な原因は、整列巻きにおける段替わり部及び列替わり部、すなわち線材巻き回しの折り返し部分における線材の傾きと浮き上がりにある。整列集中巻コイルでは、巻き回しの折り返し部分が線材の配列を乱すこととなり、コイル外形形状を拡大させて集中巻コイルのコンパクト化を阻害する要因の一つとなっていた。ここで、生産性を向上させる観点から複数本の線材をボビンに同時に整列に巻き回すことが考えられるが、例えば、線材が４本になれば巻き回しの折り返し部分で線材の配列が錯綜する懸念があり、巻き方の工夫が求められている。
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、４本の線材の整列巻き回しにつき巻き回しの折り返し部分における瘤の発生を抑えてコイルのコンパクト化を図ることを可能とした巻線方法及びコイルを提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、４本の線材を矩形断面を有するボビンの外周の４面に整列に巻き回す巻線方法であって、外周の４面のうち一対をなす平行面の一方側にて線材の０．５本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の３．５本分のレーンチェンジを行うことを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、ボビンの外周の４面のうち一対をなす平行面の一方側にて線材の０．５本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の３．５本分のレーンチェンジを行うことから、例えば、ボビンの外周の一つの面で線材４本分のレーンチェンジを行う場合に比べて線材の傾きが小さくなり、線材巻き回しの折り返し部分にて上下の段の交差が少なくなる。また、例えば、ボビンの外周の４面のうち一対をなす平行面で線材２本分ずつレーンチェンジを行う場合とは異なり、折り返し部分を巻き終わり位置としたときに、その位置にて４本の線材のうち２本の巻き余りが生じることがない。この他、レーンチェンジの組み合わせとして、平行面の一方側にて線材の１本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の３本分のレーンチェンジを行う場合、平行面の一方側にて線材の１．５本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の２．５本分のレーンチェンジを行う場合、平行面の一方側にて線材の２．５本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の１．５本分のレーンチェンジを行う場合がそれぞれ考えられるが、これらの場合に比べ、上記発明の構成によれば、線材巻き回しの折り返し部分にて上下の段の交差が少なくなり、巻き終わり位置での巻き余りが生じることがない。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明が、巻き回されたコイルの断面が矩形をなす矩形コイルの製造に使用されることを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、矩形コイルのコイルにつき請求項１に記載の発明の作用が得られる。
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明が、巻き回されたコイルの断面が台形をなす台形コイルの製造に使用されることを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、台形コイルのコイルにつき請求項１に記載の発明の作用が得られる。
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、４本の線材を矩形断面を有するボビンの外周の４面に整列に巻き回してなるコイルであって、外周の４面のうち一対をなす平行面の一方側にて前記線材の０．５本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の３．５本分のレーンチェンジを行うことを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、ボビンの外周の４面のうち一対をなす平行面の一方側にて線材の０．５本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の３．５本分のレーンチェンジを行うことから、例えば、ボビンの外周の一つの面で線材４本分のレーンチェンジを行う場合に比べて線材の傾きが小さくなり、線材巻き回しの折り返し部分にて上下の段の交差が少なくなる。また、例えば、ボビンの外周の４面のうち一対をなす平行面で線材２本分ずつレーンチェンジを行う場合とは異なり、折り返し部分を巻き終わり位置としたときに、その位置にて４本の線材のうち２本の巻き余りが生じることがない。この他、レーンチェンジの組み合わせとして、平行面の一方側にて線材の１本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の３本分のレーンチェンジを行う場合、平行面の一方側にて線材の１．５本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の２．５本分のレーンチェンジを行う場合、平行面の一方側にて線材の２．５本分のレーンチェンジを行い、平行面の他方側にて線材の１．５本分のレーンチェンジを行う場合がそれぞれ考えられるが、これらの場合に比べ、上記発明の構成によれば、線材巻き回しの折り返し部分にて上下の段の交差が少なくなり、巻き終わり位置での巻き余りが生じることがない。
請求項１に記載の発明によれば、４本の線材の整列巻き回しにつき巻き回しの折り返し部分での瘤の発生を抑えることができ、これによってコイル外形状の拡大を抑えてコイルをコンパクト化することができる。
請求項２に記載の発明によれば、矩形コイルにつき請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。
請求項３に記載の発明によれば、台形コイルにつき請求項１に記載の発明の効果を得ることができる。
請求項４に記載の発明によれば、４本の線材の整列巻き回しにつき巻き回しの折り返し部分での瘤の発生を抑えることができ、これによってコイル外形状の拡大を抑えてコイルをコンパクト化することができる。
以下、本発明の巻線方法を矩形コイルに具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
図１に、本実施形態の矩形コイル１を斜視図により示す。図２に、矩形コイル１を背面図により示す。図３に、矩形コイル１の第１鍔部を省略して正面図により示す。この実施形態の矩形コイル１は、矩形断面を有するボビン３の外周の４面に４本の線材２を同時に整列に巻き回すことで製造される。この矩形コイル１は、複数個がステータコアの内周に形成された複数のティースに組み付けられることでステータを構成し、そのステータにロータが組み付けられることでモータが製造されるようになっている。
ボビン３は、矩形断面をなす筒部３ａと、筒部３ａの両端に形成された第１鍔部３ｂ及び第２鍔部３ｃとを含む。ボビン３は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの合成樹脂材から形成されて絶縁性を有する。後側の第１鍔部３ｂは、略長方形状をなす前側の第２鍔部３ｃに比べて特徴的な形状を有する。すなわち、第１鍔部３ｂは、上下に形成された肉欠き部３ｄ，３ｅと、上側の肉欠き部３ｄに突設された絶縁壁３ｆと、上部に形成された巻留め部３ｇとを含む。筒部３ａは中空部３ｈを含む。絶縁壁３ｆと肉欠き部３ｄとの間には、隙間が形成される。筒部３ａには、４本の線材２が同時に整列に巻き回されて矩形のコイル４が形成される。絶縁壁３ｆと巻留め部３ｇには、４本の線材２の両端部分の一部が掛け留めされる。この実施形態では、モータの小型高出力化を図るために、比較的太い線材２が使用される。線材２は、銅線をエナメル絶縁被膜で覆うことで構成される。
上記した矩形コイル１において、４本の線材２は、絶縁壁３ｆと肉欠き部３ｄとの隙間にて案内されて第１鍔部３ｂの内側に挿入される。挿入された４本の線材２は、第１鍔部３ｂから第２鍔部３ｃの間を筒部３ａ上に順次列状に巻き回されることでコイル４の第１段目が形成される。その後、第２鍔部３ｃで折り返され、第２鍔部３ｃから第１鍔部３ｂまでの第１段上に４本の線材２が順次列状に巻き回されることでコイル４の第２段目が形成される。このように筒部３ａの軸線方向に沿って４本の線材２が往復して整列に巻き回されることにより、複数列及び複数段のコイル４が形成される。巻き終えた４本の線材２の端部は、巻留め部３ｇに差し込んで留められる。以上のようにして巻き回されたコイル４の断面が矩形をなす矩形コイル１が製造される。
この実施形態では、４本の線材２の巻線方法について特徴を有する。図４に、ボビン３におけるコイル４を側面図により示す。図５に、ボビン３におけるコイル４を背面図により示す。図６（ａ）〜（ｄ）に、図４におけるＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図をそれぞれ示す。図７に、ボビン３におけるコイル４の配列を模式的に示す。図４〜７に示すように、この実施形態では、ボビン３の筒部３ａの外周の４面のうち一対をなす平行面としての上面及び下面のうち下面側にて線材２の０．５本分のレーンチェンジを行い、上面側にて線材２の３．５本分のレーンチェンジを行うように４本の線材２の整列巻き回しを行っている（以下、この巻線方法を「３．５−０．５チェンジ」と言う。）。これにより、ボビン３の上下で４本分のレーンチェンジを行うようになっている。
すなわち、図４及び図５、並びに図６（ａ）に「１」で示すように、上部から巻き始めた４本の線材２は、左部にて第１鍔部３ｂに沿って垂直に巻かれ下部に至る。次に、下部にて図６（ｂ）に「１」で示すように、線材２の０．５本分だけ斜めにレーンチェンジが行われ、右部にて垂直に巻かれて上部に至る。次に、上部にて図６（ａ）に「１」及び「２」で示すように、線材２の３．５本分だけ斜めにレーンチェンジが行われ、再び左部にて垂直に巻かれて下部に至る。その後、上記と同様に下部及び上部でレーンチェンジが繰り返し行われることにより、コイル４の第１段目が形成される（図６（ａ）,（ｂ）において第１段目は、「１〜３」の数字で示される。）。第１段目の巻き回しが終わると、巻き始め位置の反対側にて折り返され、図６（ｂ）に示すように、下部では第１段目とは逆向きに線材２の０．５本分だけレーンチェンジが行われる。その後、図６（ａ）に示すように、上部では第１段目とは逆向きに線材２の３．５本分だけレーンチェンジが行われる。
ここで、対比のために本実施形態における「３．５−０．５チェンジ」の巻線方法とは異なる巻線方法について説明する。図８（ａ）〜（ｄ）に、図４におけるＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図をそれぞれ示す。図９に、ボビン３におけるコイル４の配列を模式的に示す。図８，９に示す巻線方法では、ボビン３の筒部３ａの外周の４面のうち一対をなす上面及び下面のうち下面側にて線材２の１本分のレーンチェンジを行い、上面側にて線材２の３本分のレーンチェンジを行うように４本の線材２を整列に巻き回す（以下、この巻線方法を「３−１チェンジ」と言う。）。これにより、ボビン３の上下で４本分のレーンチェンジを行うようになっている。この巻線方法では、巻き回しの折り返し部分で、図８（ｄ）に示すように、線材２が交差して重なり、鎖線円Ｓ１で示すような瘤ができることとなる。また、図９に示すように、コイル４の巻き始め部分で隙間ができると共に、ボビン３の端部を巻き終わり位置としたときに、その位置にて４本の線材２のうち１本の巻き余りが生じることとなる。
また、図１０（ａ）〜（ｄ）に、図４におけるＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図をそれぞれ示す。図１１に、ボビン３におけるコイル４の配列を模式的に示す。図１０，１１に示す巻線方法では、ボビン３の筒部３ａの外周の４面のうち一対をなす上面及び下面のうち下面側にて線材２の１．５本分のレーンチェンジを行い、上面側にて線材２の２．５本分のレーンチェンジを行うように４本の線材２を整列に巻き回す（以下、この巻線方法を「２．５−１．５チェンジ」と言う。）。これにより、ボビン３の上下で４本分のレーンチェンジを行うようになっている。この巻線方法では、巻き回しの折り返し部分で、図１０（ｂ）に示す斜線部分にて図１０（ｄ）に示すように、線材２が３段に交差して重なり、鎖線円Ｓ１で示すような瘤ができることとなる。また、図１１に示すように、コイル４の巻き始め部分で隙間ができると共に、ボビン３の端部を巻き終わり位置としたときに、その位置にて４本の線材２のうち１本の巻き余りが生じることとなる。
また、図１２（ａ）〜（ｄ）に、図４におけるＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図をそれぞれ示す。図１３に、ボビン３におけるコイル４の配列を模式的に示す。図１２，１３に示す巻線方法では、ボビン３の筒部３ａの外周の４面のうち一対をなす上面及び下面のうち下面側にて線材２の２本分のレーンチェンジを行い、上面側にて線材２の２本分のレーンチェンジを行うように４本の線材２を整列に巻き回す（以下、この巻線方法を「２−２チェンジ」と言う。）。これにより、ボビン３の上下で４本分のレーンチェンジを行うようになっている。この巻線方法では、巻き回しの折り返し部分で、図１２（ｂ）に示す斜線部分にて図１２（ｄ）に示すように、線材２が３段に交差して重なり、鎖線円Ｓ１で示すような瘤ができることとなる。また、図１３に示すように、コイル４の巻き始め部分で隙間ができると共に、ボビン３の端部を巻き終わり位置としたときに、その位置にて４本の線材２のうち２本の巻き余りが生じることとなる。
また、図１４（ａ）〜（ｄ）に、図４におけるＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図をそれぞれ示す。図１５に、ボビン３におけるコイル４の配列を模式的に示す。図１４，１５に示す巻線方法では、ボビン３の筒部３ａの外周の４面のうち一対をなす上面及び下面のうち下面側にて線材２の２．５本分のレーンチェンジを行い、上面側にて線材２の１．５本分のレーンチェンジを行うように４本の線材２を整列に巻き回す（以下、この巻線方法を「１．５−２．５チェンジ」と言う。）。これにより、ボビン３の上下で４本分のレーンチェンジを行うようになっている。この巻線方法では、巻き回しの折り返し部分で、図１４（ｂ）に示す斜線部分にて図１４（ｄ）に示すように、線材２が３段に交差して重なり、鎖線円Ｓ１で示すような瘤ができることとなる。また、図１５に示すように、コイル４の巻き始め部分で隙間ができると共に、ボビン３の端部を巻き終わり位置としたときに、その位置にて４本の線材２のうち２本の巻き余りが生じることとなる。
一方、図１６（ａ）〜（ｄ）に、図４におけるＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図をそれぞれ示す。図１７に、ボビン３におけるコイル４の配列を模式的に示す。図１６，１７に示す巻線方法では、ボビン３の筒部３ａの外周の４面のうち一対をなす上面及び下面のうち下面側にて線材２の０本分のレーンチェンジを行い（つまり、レーンチェンジを行わない）、上面側にて線材２の４本分のレーンチェンジを行うように４本の線材２を整列に巻き回す（以下、この巻線方法を「４−０チェンジ」と言う。）。これにより、ボビン３の上下で４本分のレーンチェンジを行うようになっている。この巻線方法では、段が替わる折り返し部分で、４本の線材２を１８０°捻ることとなり、これによって図１６（ａ）に示す斜線部分で、図１６（ｃ）に示すように線材２が３段に交差して重なり鎖線円Ｓ１で示すような瘤ができることとなる。
以上説明したこの実施形態における矩形コイル１及びその巻線方法によれば、ボビン３における筒部３ａの外周の４面のうち一対をなす上面及び下面のうち下面側にて線材２の０．５本分のレーンチェンジが行われ、上面側にて線材２の３．５本分のレーンチェンジが行われる。従って、図８，１０，１２，１４，１６に示す他の巻線方法、すなわち「３−１チェンジ」、「２．５−１．５チェンジ」、「２−２チェンジ」、「１．５−２．５チェンジ」及び「４−０チェンジ」の巻線方法に比べて、本実施形態の巻線方法では、線材２の傾きが少なく、巻き回しの折り返し部分であるボビン３の各鍔部３ｂ，３ｃにてコイル４の上下の段の交差が少なくなる。また、図９，１１，１３，１５に示す他の巻線方法、すなわち「３−１チェンジ」、「２．５−１．５チェンジ」、「２−２チェンジ」及び「１．５−２．５チェンジ」の巻線方法とは異なり、この実施形態の巻線方法では、ボビン３の各鍔部３ｂ，３ｃを巻き終わり位置としたときに、その位置にて１本又は２本の巻き余りが生じることがない。このため、矩形コイル１につき、４本の線材２を同時に巻き回す整列巻き回しにつき、その巻き回しの折り返し部分における瘤の発生を抑えることができ、これによってコイル４の外形状の拡大を抑えてコイル４をコンパクト化することができる。
ここで、例えば、図１８に示すように、この矩形コイル１を、台形コイル１１と交互にステータコア１２のティース１２ａに組み付けてステータ１３を構成することが考えられる。この場合では、矩形コイル１のコイル４につき、巻き回しの折り返し部分で瘤の発生を抑えてコンパクト化できることから、図１９に拡大して示すように、矩形コイル１のコイル４と、それに隣接する台形コイル１１のコイル４との間で所要の距離を確保することができる。このため、矩形コイル１と台形コイル１１の組み付けの占積率を高めることができ、両者１，１１の間の絶縁性を担保することができ、延いては上記ステータ１３を使用したモータ性能を確保することができる。
また、この実施形態の巻線方法を使用して製造された矩形コイル１は、４本の線材２をボビン３に対して同時に整列に巻き回しているので、矩形コイル１としての渦電流損を低減することができ、モータに使用されることでモータの高出力化に寄与することができる。加えて、矩形コイル１の生産性を向上させることができる。
尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。
例えば、前記実施形態では、本発明の巻線方法を矩形コイル１の製造に使用したが、本発明の巻線方法を、コイルの断面が台形をなす台形コイルの製造に使用することもできる。この場合も、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
矩形コイルを示す斜視図。 矩形コイルを示す背面図。 矩形コイルを第１鍔部を省略して示す正面図。 ボビンにおけるコイルを示す側面図。 ボビンにおけるコイルを示す背面図。 （ａ）〜（ｄ）は、図４のＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図。 ボビンにおけるコイルの配列を示す模式図。 （ａ）〜（ｄ）は、図４のＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図。 ボビンにおけるコイルの配列を示す模式図。 （ａ）〜（ｄ）は、図４のＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図。 ボビンにおけるコイルの配列を示す模式図。 （ａ）〜（ｄ）は、図４のＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図。 ボビンにおけるコイルの配列を示す模式図。 （ａ）〜（ｄ）は、図４のＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図。 ボビンにおけるコイルの配列を示す模式図。 （ａ）〜（ｄ）は、図４のＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図。 ボビンにおけるコイルの配列を示す模式図。 ステータの構成を示す模式図。 ステータにおける矩形コイルと台形コイルの組み付けを示す図。
符号の説明
１ 矩形コイル
２ 線材
３ ボビン
４ コイル

Claims (2)

  1. ４本の線材を矩形断面を有するボビンの外周の４面に整列に巻き回す巻線方法であって、
    前記外周の４面のうち一対をなす平行面の一方側にて前記線材の０．５本分のレーンチェンジを行い、前記平行面の他方側にて前記線材の３．５本分のレーンチェンジを行うことにより、前記線材の巻き余りを発生させないこと、
    前記ボビンに有している前記矩形断面をなす筒部の長さは、前記線材の４本分の整数倍プラス０．５本分であることを特徴とする巻線方法。
  2. ４本の線材を矩形断面を有するボビンの外周の４面に整列に巻き回してなるコイルであって、
    前記外周の４面のうち一対をなす平行面の一方側にて前記線材の０．５本分のレーンチェンジを行い、前記平行面の他方側にて前記線材の３．５本分のレーンチェンジを行うことにより、前記線材の巻き余りを発生させないこと、
    前記ボビンに有している前記矩形断面をなす筒部の長さは、前記線材の４本分の整数倍プラス０．５本分であることを特徴とするコイル。
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