JP4910742B2 - 回転電機及び界磁コイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エッジワイズ巻線を界磁コイルに用いた回転電機に関する。

従来、平角線をエッジワイズ方向に巻回して形成されるエッジワイズ巻線が知られている。例えば、特許文献１には、１本の平角線から二つのエッジワイズ巻線を製造する方法が開示されている。そのエッジワイズ巻線の製造方法を図５に基づいて説明する。
まず、図５（ａ）に示す様に、１本の平角線１００の両端部をそれぞれクランプして巻芯１１０にセットする。
続いて、同図（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、巻芯１１０を回転させながら、その巻芯１１０の周囲に平角線１００をエッジワイズ方向に巻き取っていく。
所定回数巻き取ることにより、同図（ｅ）に示す様に、渡り線部１２０で連結された２個の巻線部１３０が形成される。さらに、同図（ｆ）に示す様に、２個の巻線部１３０を渡り線部１２０で折り返すことにより、２個のエッジワイズ巻線１４０が連続した状態で出来上がる。
特開２００６−２７１１２１号公報

ところで、エッジワイズ巻線１４０を直流モータ（例えばスタータモータ）の界磁コイルに使用する場合は、図６（ａ）に示す様に、ポールコアのボス部１５０（図中ハッチングで示す部分）に嵌め合わされる巻線部１３０から引き出された一方のコイル端部１３１に正極ブラシ１６０のリード線１７０が接続される。この場合、二つの巻線部１３０を連結する渡り線部１２０と一方のコイル端部１３１とが交差するため、その交差部Ｘが、ボス部１５０に嵌め合わされた巻線部１３０と重なることで、他の部位より１層多い状態になっている。例えば、平角線１００を巻芯１１０の周囲に３回巻き取った場合は、３層の巻線部１３０が形成されるが、上記の交差部Ｘが巻線部１３０と重なる部位では、１層多い４層となっている。

上記の界磁コイルでは、図６（ｂ）に示す様に、ポールコアの鍔部１５１とヨーク２００との間に４層分のスペースＳ０を確保する必要がある。しかし、実際の巻線部１３０は３層であり、確保されたスペースＳ０に対して１層分の隙間が生じるため、巻線の占積率が低下して、結果的にモータの体格が大きくなってしまう。
また、渡り線部１２０によって連結された二つの巻線部１３０は、電気回路として直列に接続されるため、直流モータでは同じ値の電流が流れる。従って、二つの巻線部１３０で巻き数が異なると、それぞれのポールコアで発生する磁束にアンバランスが生じるため、出力性能にばらつきを生じると共に、整流が悪化する問題があった。
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、エッジワイズ巻線を界磁コイルに使用した回転電機において、各磁極に発生する磁束のアンバランスを抑制できると共に、占積率の高い界磁コイルを提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、平角線をエッジワイズ方向に巻回して形成される界磁コイルと、この界磁コイルが嵌め合わされるボス部、およびヨークとの間に界磁コイルを保持する鍔部を備え、界磁コイルを組み付けてヨークの内周に固定される磁極とを有し、周方向に隣合う二つの界磁コイル同士が渡り線部を介して直列に接続されている回転電機であって、渡り線部によって直列に接続された二つの界磁コイルのうち、一方の界磁コイルは、磁極のボス部に嵌め合わされる環状の巻線部と、この巻線部から引き出されて渡り線部と交差するコイル端部とを有し、このコイル端部と渡り線部とが交差する部位が、巻線部および磁極の鍔部と重なることなく、巻線部および磁極の鍔部から離隔した位置に設定されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、コイル端部と渡り線部とが交差する部位を、巻線部および磁極の鍔部と重なることなく、巻線部および磁極の鍔部から離隔した位置に設定することで、周方向に隣合うそれぞれの磁極に組み付けられた二つの巻線部の層数（巻き数）を略同じにする（一番少ない層数に対して１層分の差で収める）ことが可能となる。その結果、それぞれの磁極に発生する磁束のアンバランスを抑制して、出力性能のばらつきを抑制することができる。

特に、一方の界磁コイルは、巻線部の周方向で渡り線部とコイル端部との間に平角線が１層分少ない領域を有し、この領域に配置される各層の平角線にそれぞれ１層分の段差が設けられていることを特徴とする。
上記の構成によれば、巻線部の周方向で渡り線部とコイル端部との間に平角線が１層分少ない領域が形成されるので、その領域を利用して平角線に１層分の段差を設けることにより、磁極の鍔部とヨークとの間に無駄な隙間を生じることなく、巻線部の層数を磁極の全周で略同じにできる。その結果、高い占積率を確保でき、延いては体格の小型化が可能となる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した回転電機において界磁コイルを製造する方法であって、渡り線部を介して接続された二つの巻線部が平面状に展開された状態から、ヨークの内周形状に沿った曲率を付けるための押圧成形を行い、この押圧成形によって平角線に段差を形成することを特徴とする。
上記の方法によれば、平角線に段差を形成するための工程を新たに設ける必要はない。
つまり、界磁コイルに曲率を付ける工程と、平角線に段差を形成する工程とを、押圧成形によって同時に行うことができる。このため、製造工程が増えることはなく、平角線に段差を有する界磁コイルを容易に製造できる。

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。
なお、図面を参照しながら説明する以下の実施例１、２は、次のような関係にある。つまり、実施例１は本発明が適用されていない参考例を示すのに対し、実施例２は本発明が適用された例を示すものである。

図１（ａ）はヨークＡＳＳＹの展開図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
本実施例の回転電機は、例えば、自動車用エンジンを始動するためのスタータモータであり、図１（ａ）及び図２に示すヨークＡＳＳＹを備える。
ヨークＡＳＳＹは、磁気回路を形成するヨーク１と、このヨーク１の内周に固定される４個の磁極２と、各磁極２に組み付けられる４個の界磁コイル３（３Ａ、３Ｂ）とで構成される。
ヨーク１は、強磁性体である鉄板を円筒形状に丸めて形成される。
磁極２は、図１（ｂ）に示す様に、界磁コイル３が嵌め合わされるボス部２ａと、ヨーク１との間に界磁コイル３を保持する鍔部２ｂとが設けられている。

４個の界磁コイル３は、２直列−２並列に接続されている。つまり、直列に接続された二個一組の界磁コイル３が二組設けられ、この二組が並列に接続されている。
この界磁コイル３の製造方法を図３を参照して説明する。
まず、同図（ａ）に示す様に、矩形断面を有する１本の平角線４を準備し、その平角線４の両端部を巻芯５にセットする。なお、左右両側の巻芯５は、それぞれ磁極２のボス部２ａと同一形状である。
続いて、巻芯５にセットされた平角線４の端部を図示しないクランプ装置により巻芯５に保持しながら、同図（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、左右両側の巻芯５をそれぞれ回転させて、巻芯５の周囲に平角線４をエッジワイズ方向に巻き取っていく。

所定回数巻き取ることにより、巻芯５の周囲に巻き取られた二つの巻線部３ａが形成され、この二つの巻線部３ａが連結部（以下、渡り線部３ｂと呼ぶ）によって接続されている。
この後、同図（ｅ）に示す様に、渡り線部３ｂに折り曲げ用の治具６を当てて、この治具６を支点として図示矢印方向に折り曲げることにより、同図（ｆ）に示す様に、渡り線部３ｂを介して二つの巻線部３ａが直列に接続された２個の界磁コイル３が出来上がる。 最後に、平面状に展開されている２個の界磁コイル３をヨーク１の内周形状に沿って配置できる様に、コイル全体に曲率を付けるための押圧成形を行う。

上記の方法により製造された２個の界磁コイル３は、図１（ａ）に示す様に、一方の界磁コイル３Ａの巻線部３ａから引き出されたコイル端部３ｃに正極ブラシ７のリード線７ａが接続され、他方の界磁コイル３Ｂの巻線部３ａから引き出されたコイル端部３ｄにモータリード板８が接続されている。このモータリード板８は、図２に示す様に、ヨーク１とエンドフレーム（図示せず）との間に固定されるゴム製のグロメット９に保持されて、モータの外側に取り出された一端側の端部が図示しない電磁スイッチのモータ端子に接続されている。
ここで、二つの巻線部３ａを接続する渡り線部３ｂは、一方の界磁コイル３Ａの巻線部３ａから引き出されたコイル端部３ｃと交差しており、本発明の特徴であるその交差部Ｘの位置関係について図１を参照しながら詳説する。交差部Ｘは、図１（ａ）に示す様に、一方の界磁コイル３Ａの巻線部３ａとの間に隙間を有しており、しかも図１（ｂ）に示す様に、磁極２の鍔部２ｂが平角線の幅より小さい寸法関係になっていることから、磁極２の鍔部２ｂとも重なることがない。したがって、交差部Ｘは、巻線部３ａおよび磁極２の鍔部２ｂの両者から離隔した位置に設定されている。このような交差部Ｘの設定関係を、以下「巻線部３ａから外れた（または外した）位置に設定」と略称する。

（実施例１の効果）
本実施例の構成によれば、渡り線部３ｂがコイル端部３ｃと交差する交差部Ｘが巻線部３ａから外れた位置に設定されるので、それぞれの磁極２に組み付けられた二つの巻線部３ａの層数を略同じにすることが可能である。つまり、上記の製造方法において、例えば、平角線４を巻芯５の周囲に３回巻き取った場合は、３層の巻線部３ａが形成されるが、図６に示した従来技術では、渡り線部１２０とコイル端部１３１との交差部Ｘが巻線部１３０と重なる位置に設定されるため、その部分だけ４層となる。ところが、他方の界磁コイルの巻線部１３０は、部分的に２層の領域が生じるため、一方の巻線部１３０と他方の巻線部１３０との間に２層分の差が生じる。

これに対し、本実施例では、渡り線部３ｂとコイル端部３ｃとの交差部Ｘを巻線部３ａから外れた位置に設定することにより、４層の部分が無くなり、巻線部３ａの全体が３層（一部２層）となる。その結果、一方の巻線部３ａと他方の巻線部３ａとで、両者の層数を同じにする（一番少ない層数に対して１層分の差で収める）ことが可能であり、それぞれの磁極２に発生する磁束のアンバランスを抑制できる。その結果、出力性能のばらつき、および整流の悪化を抑制できる。

図４（ａ）はヨークＡＳＳＹの展開図、同図（ｂ）は界磁コイル３を軸方向から見た平面図〔同図（ａ）のＢ視図〕である。なお、図４（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ界磁コイル３を平面状に展開した状態を示している。
本実施例は、磁極２の鍔部２ｂとヨーク１との間に確保される巻線スペースＳ１を有効に活用して、占積率を高めた一例である。
図４（ａ）の右側に示される一方の界磁コイル３Ａは、実施例１と同様に、渡り線部３ｂとコイル端部３ｃとの交差部Ｘが巻線部３ａから外れた位置に設定されており、それによって、巻線部３ａの周方向で渡り線部３ｂとコイル端部３ｃとの間に平角線４が１層分少ない領域Ｃが形成され、この領域Ｃに配置される各層の平角線４にそれぞれ１層分の段差〔同図（ｃ）参照〕が設けられている。

つまり、一方の界磁コイル３Ａは、例えば、平角線４を巻芯５の周囲に３回巻き取って３層の巻線部３ａを形成した場合に、上記の交差部Ｘが巻線部３ａと重なる位置に設定されると、図４（ｂ）に示す様に、磁極２の鍔部２ｂとヨーク１との間に４層分の巻線スペースＳ０を確保する必要がある。
これに対し、渡り線部３ｂとコイル端部３ｃとの交差部Ｘを巻線部３ａから外した位置に設定すると、図４（ａ）に示す様に、巻線部３ａを図面上で見た場合に、コイル端部３ｃと渡り線部３ｂとの間に１層分少ない２層の領域Ｃが形成される。この領域Ｃに配置される各層の平角線４にそれぞれ１層分の段差を設けることで、図４（ｃ）に示す様に、巻線部３ａの層数を磁極２の全周で略同じにできる。これにより、磁極２の鍔部２ｂとヨーク１との間に３層分の巻線スペースＳ１を確保すれば良いので、無駄な隙間を生じることはない。その結果、高い占積率を確保でき、延いてはモータの小型化が可能となる。

なお、領域Ｃに配置される各層の平角線４にそれぞれ１層分の段差を設ける工程は、実施例１に記載したコイル全体に曲率を付けるための押圧成形と同時に行うことができる。つまり、コイル全体に曲率を付ける工程と、平角線４に段差を形成する工程とを、押圧成形によって同時に行うことができる。このため、製造工程が増えることはなく、平角線４に段差を有する界磁コイル３Ａを容易に製造できる。

（ａ）ヨークＡＳＳＹの展開図、（ｂ）Ａ−Ａ断面図である（実施例１）。 ヨークＡＳＳＹの軸方向平面図である。 界磁コイルの製造工程図である（実施例１）。 （ａ）ヨークＡＳＳＹの展開図、（ｂ）４層分の界磁コイルを軸方向から見た平面図、（ｃ）３層分の界磁コイルを軸方向から見た平面図である（実施例２）。 界磁コイルの製造工程図である（従来技術）。 ヨークＡＳＳＹの展開図である（従来技術）。

符号の説明

１ ヨーク
２ 磁極
２ａ ボス部
２ｂ 鍔部
３ 界磁コイル
３Ａ 一方の界磁コイル
３Ｂ 他方の界磁コイル
３ａ 巻線部
３ｂ 渡り線部
３ｃ コイル端部
４ 平角線
Ｘ 交差部（コイル端部と渡り線部とが交差する部位）
Ｃ 平角線が１層分少ない領域

Claims (2)

1. 平角線をエッジワイズ方向に巻回して形成される界磁コイルと、
   この界磁コイルが嵌め合わされるボス部、およびヨークとの間に前記界磁コイルを保持する鍔部を備え、前記界磁コイルを組み付けて前記ヨークの内周に固定される磁極とを有し、
   周方向に隣合う二つの界磁コイル同士が渡り線部を介して直列に接続されている回転電機であって、
   前記渡り線部によって直列に接続された二つの界磁コイルのうち、一方の界磁コイルは、前記磁極のボス部に嵌め合わされる環状の巻線部と、この巻線部から引き出されて前記渡り線部と交差するコイル端部とを有し、このコイル端部と前記渡り線部とが交差する部位が、前記巻線部および前記磁極の鍔部と重なることなく、前記巻線部および前記磁極の鍔部から離隔した位置に設定されていると共に、
   前記一方の界磁コイルは、前記巻線部の周方向において前記渡り線部と前記コイル端部との間に前記平角線が１層分少ない領域を有し、この領域に配置される各層の平角線にそれぞれ１層分の段差が設けられていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載した回転電機において前記界磁コイルを製造する方法であって、
   前記渡り線部を介して接続された二つの前記巻線部が平面状に展開された状態から、前記ヨークの内周形状に沿った曲率を付けるための押圧成形を行い、この押圧成形によって前記平角線に段差を形成することを特徴とする界磁コイルの製造方法。

Images