JP5056252B2 - 回転電動機のコイル機構 - Google Patents

Description

本発明は、ステータが複数の突極を有し、当該突極にコイルが巻装される回転電動機のコイル機構の改良に関する。

例えば、このようなコイル機構は、合成樹脂などの絶縁材を環状に成形して、ステータを覆うための絶縁カバーと、当該絶縁カバーに巻装されるコイルから構成される。絶縁カバーは、ステータの各突極に対してコイルを巻装させるためのボビンが複数個連結された環状の構造体として構成されており、各ボビンには、素線が巻回された状態で各突極の表面を個別に覆う複数の筒状部と、前記筒状部の内外径端部から回転電動機の回転軸方向の両側へ突出するフランジと、当該筒状部の外径端部から周方向の両側へ突出する鍔部が備えられている。なお、各ボビンは、筒状部の内径側を相互に連結させることで環状の構造体(すなわち、絶縁カバー)を形成している。

この場合、コイルは、絶縁カバーの各ボビンに対して素線を複数層、かつ複数列に巻回することで形成され、隣り合う突極に挟まれた空間(スロット)にボビンを介して収容されている。回転電動機の出力は、スロットに収容されたコイルの巻線数が多いほど高められるため、限られたスロットにより多くの巻線を収容させるべく、コイルを形成する際には、巻線時における素線のずれや崩れを防止し、可能な限り一定の位置に整列して巻線させることが好ましい。すなわち、コイル形成時において、素線のずれや崩れが生じると必然的にコイルの巻線数が減少し、スロットに収容されるコイルの巻線数が少なくなり、回転電動機の出力低下を招くこととなる。

コイル形成時の巻線作業は、自動巻線機によって素線をボビンに対して巻回させることで行われており、一般的には、その生産効率を上昇させるべく、素線を高速でスロット内(すなわち、ステータの突極間)に落とし込み、ボビンの筒状部に対して径方向の一端側のフランジから他端側のフランジに至るまでの領域へ巻回させてコイルが形成されている。一例として、アウター型のステータの場合、素線は筒状部の外側から高速で落とし込まれ、当該筒状部に対して外側から各層ごとに巻回されるが、その際、巻回される素線に対しては外側へ広がろうとする力が働いており、一旦巻回された素線のずれや崩れが生じやすい。

そこで、従来から、このようなコイルを形成する際における素線のずれや崩れを防止すべく、各種の方策が講じられており、例えば、特許文献１には、絶縁カバー(具体的には、ボビンの筒状部)の表面に素線を巻回させる際、当該素線をガイドするための複数の溝(以下、ガイド溝という)を設けることで、コイルの整列性を確保したコイル機構(ステータ)の構成が一例として開示されている。

ところで、上述したように、回転電動機を高出力化させるためには、スロット内にできるだけ多くの素線が巻回されたコイルを収容させることが好ましく、隣り合う素線同士の間隔は極力狭める必要がある。ここで、自動巻線機によってコイルを形成する際、ボビンに落とし込まれて巻線される素線は、その巻線作業時の巻回条件により変形する場合がある。その変形量は、素線の種類などにより異なるが、概ね３〜１０％程度となる。また、素線自体にも、通常市販されている製品には±１０％程度で径寸法に対してばらつきが生じている。

したがって、これらの変形量を考慮してガイド溝の溝間隔を最適な幅に設定することで、素線を巻回させる際、当該素線が隣のガイド溝に飛んでしまうこと(いわゆる、ずれ)や、上位層の素線に崩れなどが生じることを防止し、より多くの素線が巻回されたコイルを形成することができる。

上述したような巻線作業時に素線に生じる変形は、巻線されたコイルが収容されるスロットの形状、ステータの高さ(突極の積厚)、ボビン(絶縁カバー)の形状、あるいは素線の品種など、さまざまな条件及び要因が重畳されて生じるため、予め机上計算によってガイド溝を最適な形状(具体的には、最適な溝間隔)にしておくことは容易ではない。例えば、想定される各種の形状を成すボビン(絶縁カバー)を多数用意しておき、必要に応じて巻線作業を中断して最適なボビン(絶縁カバー)を選択することや、実際の変形状態に応じて、ガイド溝を最適な形状(具体的には、最適な溝間隔)に適宜改造することで、より多くの素線が巻回されたコイルを形成することは可能である。しかしながら、多種多様のボビン(絶縁カバー)を大量に成形するための金型の製作コストや製作期間などを考慮すれば、実施するには限界がある。

このため、例えは、特許文献２には、絶縁カバー(具体的には、ボビンの筒状部)の表面に対して接着剤を塗布し、当該接着剤でガイド溝を簡易に形成するための方法、及び当該方法によるコイル機構(ステータ)の構成が一例として開示されている。
特許第２９７５９０２号公報 特開平１０−１７４３７８号公報

しかしながら、接着剤でガイド溝を簡易に形成した場合、接着剤の特性から複雑な形状を作ることには限界がある。また、接着剤で成るガイド溝と樹脂製などのボビン(絶縁カバー)との材質の相違によって、ガイド溝の溝自体に変形が生じる場合や形態精度(形状精度及び寸法精度)が十分確保できない場合、あるいは、接着剤の充填不足によりガイド溝の溝自体が形状不良となる場合もある。
このため、各ボビンに同一形状、かつ同一寸法のガイド溝が設けられた絶縁カバーを構成することは容易ではなく、結果として、ステータの複数の突極(具体的には、ボビン)に、素線を整列された状態で巻線させた同一構成のコイルを巻装することは非常に困難となる。

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、ステータの複数の突極(具体的には、ボビン)に素線が整列して巻回されたコイルを容易に巻装させ、回転電動機の高出力化を図ることを可能とする回転電動機のコイル機構を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る回転電動機のコイル機構は、回転電動機に組み込まれ、径方向へ突出する複数の突極が設けられた環状のステータとの絶縁状態を保つために当該ステータに装着される絶縁材製のカバー部材と、前記カバー部材に素線を巻回させて形成され、当該カバー部材を介して前記ステータの各突極に巻装されるコイルとを備えている。かかるコイル機構において、カバー部材は、ステータの各突極に対してコイルを巻装させるためのボビンが複数個連結された環状の構造体として構成され、各ボビンは、前記素線が巻回された状態で前記各突極の表面を個別に覆う複数の筒状部と、前記筒状部の内外径端部から前記回転電動機の回転軸方向の両側へ突出するフランジとを備えている。そして、前記ボビンの筒状部には、前記回転軸方向の両端部に当該ボビンとは別体を成すプレート部材が設けられ、当該プレート部材には、前記コイルの素線が巻回される際、前記素線をガイドして整列させるための複数の溝部が当該素線の巻回方向に沿って形成されている。
このような構成によれば、ステータの複数の突極(具体的には、ボビン)に整列された状態でコイルを容易に巻装させ、回転電動機の高出力化を図ることができる。

この場合、前記プレート部材には、前記ボビンのフランジと係合して径方向へ位置決めするための径方向固定部が設けられているとともに、当該ボビンの筒状部の前記回転軸方向の端面と係合して周方向へ位置決めするための周方向固定部が設けられている。
これにより、プレート部材をボビンの筒状部に対して径方向、並びに周方向の双方に容易に位置決めすることができ、当該筒状部に安定して固定することができる。この結果、巻線作業時におけるプレート部材の姿勢が安定し、当該巻線作業をスムーズに行うことができる。

また、前記プレート部材には、前記ボビンの筒状部と係合する面とは反対側の平面、並びに当該平面と前記素線の巻回方向に沿って連続する両側面にそれぞれ溝部が形成されており、当該溝部は、前記巻回方向に沿った直線状を成す複数の凸状突起を前記平面、並びに両側面に対して等間隔で配することにより、当該凸状突起の間に形成される複数の溝として構成されている。
これにより、プレート部材に対する溝部の形成を容易に行うことができるとともに、当該溝部の溝に素線を落とし込んで巻回させることで、コイルを構成する素線を容易に整列させることができる。この結果、スロットに収容されるコイルの単位当たりの巻線数を増やすことができ、回転電動機の高出力化を図ることができる。

なお、前記プレート部材の平面と両側面とは、なだらかな曲面状に連続させることが好ましい。これにより、ボビンの筒状部にプレート部材を取り付けた状態で素線を巻回させ、コイルを形成する際、プレート部材の肩部(前記平面と両側面との連続部)において、巻回される素線がプレート部材と干渉することがなく、巻線時における張力が当該肩部に集中せず、有効にこれを前記平面の全体へ分散させることができる。この結果、巻線作業をスムーズに行うことができるとともに、当該巻線作業時における素線の変形を有効に抑止することができる。
また、前記プレート部材は、絶縁材で構成すればよい。これにより、ボビンの筒状部にプレート部材を取り付けた場合であっても、ステータとの絶縁状態を保ち続けることができる。

本発明の回転電動機のコイル機構によれば、ステータの複数の突極(具体的には、ボビン)に整列された状態でコイルを容易に巻装させ、回転電動機の高出力化を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る回転電動機のコイル機構について、添付図面を参照して説明する。
図１〜４には、本実施形態に係る回転電動機のコイル機構(以下、単にコイル機構という)が示されており、当該コイル機構は、回転電動機(図示しない)に組み込まれ、径方向へ突出する複数の突極(図示しない)が設けられた環状のステータ(図示しない)との絶縁状態を保つために当該ステータに装着される絶縁材製のカバー部材(図示しない)と、前記カバー部材に素線１０を巻回させて形成され、当該カバー部材を介して前記ステータの各突極に巻装されるコイルＣとを備えている。

カバー部材は、ステータの各突極に対してコイルＣを巻装させるためのボビン２が複数個連結された環状の構造体として構成され、各ボビン２は、素線１０が巻回された状態で前記ステータの各突極の表面を個別に覆う複数の筒状部２２と、当該筒状部２２の内外径端部22i,22oから前記回転電動機の回転軸方向(以下、軸方向という)の両側へ突出するフランジ24i,24oとを備えている。なお、この場合、各ボビン２は、軸方向の中間位置で分割された一対のボビン構成体２ａが軸方向の両側から組み付けられた構造を成しており、当該複数のボビン構成体２ａが筒状部２２の内径側２２ｉを相互に連結させて環状の構造体(以下、分割構造体という)を形成し、一対の当該分割構造体を軸方向の両側からステータを挟み込むように組み付けることで、カバー部材が構成されている。

これにより、ステータにカバー部材が装着され、当該ステータの各突極の表面が筒状部２２によって個別に覆われる。その際、各ボビン２(筒状部２２)の大きさや形状は、ステータ(突極)の表面を覆うことが可能となるように、当該ステータ(突極)の大きさや形状に応じて相対的に設定すればよい。また、カバー部材を構成するボビン２の数は、当該カバー部材が装着されるステータの突極と同数以上に設定するとともに、当該所定個数のボビン２を回転軸の軸心に対して各突極と同位相となるように、カバー部材の周方向に沿って配設すればよい。

ボビン２の筒状部２２には、軸方向の両端部にボビン２とは別体を成すプレート部材(以下、プレートという)４が設けられており、当該プレート４には、コイルＣの素線１０が巻回される際、素線１０をガイドして整列させるための複数の溝部4a,4b,4cが当該素線１０の巻回方向に沿って形成されている。なお、図１(ａ),(ｂ)には、ボビン２の筒状部２２に対し、軸方向の一端部にプレート４が設けられた(取り付けられた)状態(ボビン構成体２ａにプレート４が取り付けられた状態)を例示している。

図１(ａ),(ｂ)に示すように、プレート４は、その幅(周方向寸法(図２(ａ)の上下方向の距離))がボビン２の筒状部２２の軸方向端面(以下、プレート配設面という)の幅寸法と略同一の寸法に設定されるとともに、その長さ(径方向寸法(同図の左右方向の距離))がボビン２から軸方向の同一側へ突出する２つのフランジ24i,24oの間隔と略同一の寸法に設定され、当該プレート配設面の輪郭形状に略沿った形状を成している。

なお、プレート幅は、上述したようにプレート配設面の幅寸法(周方向距離)と同一、あるいはそれ以下となるように設定することが好ましい。すなわち、プレート幅をプレート配設面の幅よりも大きな寸法に設定した場合、後述するようにボビン２の筒状部２２にプレート４を取り付けた状態で素線１０を巻回させ、コイルＣを形成する際(図４(ａ)〜(ｃ)参照)、当該プレート幅の分だけコイル幅が増大してコイルＣの巻線距離が長くなり、コイルの抵抗値の増大を招くこととなる。また、この場合、プレート４とプレート配設面との幅寸法差による段差が生じ、コイルＣを形成する際にプレート４のずれなどが生じ易く、コイルＣの形状安定性が損なわれてしまう。
したがって、プレート４の幅をプレート配設面の幅寸法と同一、あるいはそれ以下となるように設定することで、コイル抵抗値の増大を有効に抑制することができるとともに、プレート４の姿勢を安定させ、コイルＣの形状安定性を保つことができる。

また、プレート長さをボビン２から軸方向の同一側へ突出する２つのフランジ24i,24oの間隔と略同一の寸法に設定することで、プレート４を当該２つのフランジ24i,24oによって挟持された状態でプレート配設面に対して安定して取り付けることができる。

かかるプレート４には、ボビン２のフランジ24i,24oと係合して径方向へ位置決めするための径方向固定部6i,6oが設けられているとともに、当該ボビン２のプレート配設面と係合して周方向へ位置決めするための周方向固定部８が設けられており、これにより、当該プレート配設面の全体に被さるようにプレート４が位置付けられている。

図２及び図３に示す構成においては、径方向の両端にそれぞれ設けられる径方向固定部6i,6oのうち、一端側(図２(ａ)の右端側、すなわち内径側)の径方向固定部６ｉがプレート４の一端側をフランジ２４ｉの基端部分３４ｉに沿って平行させて成る平坦面として形成されているのに対し、他端側(同図の左端側、すなわち外径側)の径方向固定部６ｏがプレート４の他端側をフランジ２４ｏの基端部分３４ｏの輪郭に沿った形状に欠落させて成る切り欠きとして形成されている。

なお、この場合、一端側のフランジ２４ｉは、その幅(周方向距離)がプレート配設面の幅寸法と略同一の寸法に設定された直方体状を成して筒状部２２の内径端部２２ｉから突出しており、当該フランジ２４ｉの基端部分３４ｉは、プレート４の径方向固定部６ｉとの対向部分が平坦面状に構成されている。また、他端側のフランジ２４ｏは、その幅(周方向距離)がプレート配設面の幅寸法よりも若干小さな寸法に設定されているとともに、当該フランジ２４ｏが裾広がりとなるように筒状部２２の外径端部２２ｏから突出しており、当該フランジ２４ｏの裾広がり部分に相当する基端部分３４ｏは、なだらかな傾斜曲面状に一端側へ広がりつつ、筒状部２２のプレート配設面へ連続した構成となっている。

一方、図２及び図３に示すように、周方向固定部８は、筒状部２２のプレート配設面に対するプレート４の係合面(図２(ｂ)の左側の面(以下、プレート裏面という))４ｐを直線状に窪ませて成る溝として形成されている。

なお、この場合、ボビン２(筒状部２２)のプレート配設面には、その径方向の一端側から他端側まで連続する断面形状が略矩形状を成して凸出する突出部(図示しない)が設けられており、プレート裏面４ｐには、その径方向の一端側から他端側まで、前記プレート配設面の突出部の輪郭に沿った略矩形状の断面形状を有する一連の溝が形成され、周方向固定部８を構成している。一例として、図２(ｂ)に示すように、周方向固定部８の溝底の角部、及び溝肩には面取りが施されており、当該面取りを施すことで、プレート４をプレート配設面に取り付ける際、当該プレート配設面の突出部にプレート裏面４ｐの周方向固定部８をスムーズに係合させることができる。

このように径方向固定部6i,6o、及び周方向固定部８が設けられたプレート４をボビン２の筒状部２２(具体的には、プレート配設面)に取り付ける際には、まず、径方向固定部６ｏ(切り欠き)をフランジ２４ｏの先端部位に係合させるとともに、径方向固定部６ｏ(平坦面)をフランジ２４ｉの先端部位に当接させる。この状態においては、径方向固定部６ｏ(切り欠き)がフランジ２４ｏの先端部位に係合されているため、プレート４を径方向に位置決めすることができる。

次いで、この状態のまま、プレート６をフランジ24i,24oに沿って(すなわち、フランジ24i,24oをガイドとして)、筒状部２２のプレート配設面方向へ押し込んでいき、プレート裏面４ｐの周方向固定部８(溝)をプレート配設面の突出部に係合させる。そして、プレート６をプレート配設面方向へさらに押し込み、プレート裏面４ｐを当該プレート配設面と密着させるとともに、周方向固定部８を突出部と完全に係合させる。この状態においては、周方向固定部８(溝)がプレート配設面の突出部と完全に係合されているため、プレート４を周方向に位置決めすることができる。

これにより、プレート４は、プレート配設面に対して径方向、並びに周方向の双方に位置決めされ、当該プレート配設面に安定して固定することができ、この結果、当該プレート４に形成された溝部4a,4b,4cがボビン２の筒状部２２に対して容易に位置決めされる。

ここで、径方向固定部6i,6o及び周方向固定部８の大きさや形状などは、プレート４をボビン２の筒状部２２に対して径方向、並びに周方向へ位置決め固定することが可能であれば特に限定されず、プレート４が配設されるボビン２(筒状部２２及びプレート配設面)の大きさ、あるいはフランジ24i,24oの形状などに応じて任意に設定すればよい。例えば、径方向固定部６ｉを切り欠きとして形成するとともに、径方向固定部６ｏを平坦面として形成してもよい。また、プレート配設面に径方向へ沿って所定間隔(例えば、等間隔)で棒状突起を設け、周方向固定部８として、プレート裏面４ｐに対して前記棒状突起を収容させるための係合穴を当該当該棒状突起と同一間隔で配した構成してもよい。

また、プレート４には、プレート裏面４ｐとは反対側(図２(ｂ)の右側)の平面(以下、プレート表面という)４ｑ、並びに当該プレート表面４ｑと素線１０の巻回方向に沿って連続する両側面(以下、プレート側面という)4s,4tにそれぞれ溝部4a,4b,4cが形成されている。

図２及び図３に示す構成においては、プレート表面４ｑの周方向(図２の上下方向)の中間位置に径方向(同図の左右方向)の一端側から他端側まで溝部４ａ(以下、表面溝部４ａという)が形成されている。この場合、表面溝部４ａの一端側(内径側(図２(ａ)の右端側))は、プレート４の径方向固定部６ｉと連続されているとともに、他端側(外径側(同図の左端側))は、当該プレート４の径方向固定部６ｏと連続され、その長さ寸法は、径方向固定部６ｉと径方向固定部６ｏの間の最短距離に相当する。また、表面溝部４ａの幅(図２の上下方向の距離)は、プレート４の径方向固定部６ｏの幅寸法よりも小さく設定されている。
また、プレート側面4s,4tには、その長さ(図２の左右方向の距離)を表面溝部４ａの長さ寸法と同一の寸法に設定した溝部4b,4c(以下、側面溝部4b,4cという)が形成されており、当該側面溝部4b,4cは、プレート４の径方向(同図の左右方向)に対して表面溝部４ａと同一の位相を成すように位置付けられている。

なお、プレート４は、プレート表面４ｑが表面溝部４ａを天部として、当該表面溝部４ａからプレート側面4s,4tの方向へ向かうに従って下降勾配となるように傾斜し、当該プレート側面4s,4tとなだらかな曲面状(いわゆる、所定の曲率を有するＲ状)に連続された構成となっている。これにより、後述するようにボビン２の筒状部２２にプレート４を取り付けた状態で素線１０を巻回させ、コイルＣを形成する際(図４(ａ)〜(ｃ)参照)、プレート表面４ｑの肩部(プレート側面4s,4tとの連続部)において、巻回される素線１０がプレート４と干渉することがない。このため、巻線時における張力が当該肩部に集中せず、有効にこれをプレート表面４ｑの全体へ分散させることができる。この結果、巻線作業をスムーズに行うことができるとともに、当該巻線作業時における素線１０の変形を有効に抑止することができる。

図２及び図３に示すように、表面溝部４ａは、素線１０の巻回方向に沿った直線状を成す複数の凸状突起４ｕをプレート表面４ｑに対して等間隔で配することにより、当該凸状突起４ｕの間に形成される複数の溝４ｘとして構成されている。同様に、側面溝部4b,4cは、素線１０の巻回方向に沿った直線状を成す複数の凸状突起4v,4wをプレート側面4s,4tに対して等間隔で配することにより、当該凸状突起4v,4wの間に形成される複数の溝4y,4zとして構成されている。表面溝部４ａ及び側面溝部4b,4cをこのような構成とすることで、プレート表面４ｑ及びプレート側面4s,4tに対するこれらの形成を容易に行うことができる。

この場合、プレート表面４ｑの凸状突起４ｕとプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4wとは、いずれも相互に同一の大きさ、形状、並びに同一間隔(同一ピッチ)で、同一個数だけ形成されている。これにより、プレート表面４ｑの凸状突起４ｕ、及びプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4wを、素線１０の巻回方向に対して相互に等間隔で配列させることができる。すなわち、表面溝部４ａの各溝４ｚ、及び側面溝部4b,4cの各溝4y,4zを、素線１０の巻回方向に対して相互に等間隔で配列させることができる。
これにより、後述するようにボビン２の筒状部２２にプレート４を取り付けた状態で素線１０を巻回させ、コイルＣを形成する際(図４(ａ)〜(ｃ)参照)、その巻回方向に対して同位相に位置付けられた表面溝部４ａの溝４ｘ及び側面溝部4b,4cの溝4y,4zに、一端側から他端側(例えば、内径側から外径側(図２(ａ)の右端側から左端側))まで素線１０を落とし込ませることで、当該素線１０を整列して巻線させることができる。

なお、プレート表面４ｑの凸状突起４ｕ及びプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w、すなわち表面溝部４ａの溝４ｘ及び側面溝部4b,4cの溝4y,4zの大きさ(寸法)や形状、あるいは間隔や個数は、プレート４の大きさ、あるいはボビン２の筒状部２２に当該プレート４を介して巻線される素線１０の径寸法及び品種などに応じて任意に設定すればよいため、ここでは特に限定しない。例えば、プレート表面４ｑの凸状突起４ｕ及びプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4wの断面の輪郭形状は、図２及び図３に示すような曲線状(一例として、放物曲線)であってもよいし、三角形状、台形状や矩形状、及び半円形状や半楕円形状、あるいは台形の稜線部分を凹曲線状とした形状など、各種の形状であってもよい。

ここで、プレート４の厚さ方向(図２(ｃ)の上下方向)に対するプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4wの形成位置は、側面溝部4b,4cのプレート表面４ｑ側の端面(すなわち、各凸状突起4v,4wの同端面)4e,4fが、当該プレート４の厚さ方向に対してプレート裏面４ｐと同一高さ(すなわち、端面4e,4fとプレート裏面４ｐとが面一相当)となるように設定することが好ましい。これにより、後述するようにボビン２の筒状部２２にプレート４を取り付けた状態で素線１０を巻回させ、コイルＣを形成する際(図４(ａ)〜(ｃ)参照)、側面溝部4b,4cの溝4y,4zに巻回される素線１０が当該プレート幅よりも過大に突出されてコイルＣ(特に、コイルエンド部分)の巻線距離が長くなることを有効に防止することができ、結果として、コイルの抵抗値が増大することを回避することができる。

その際、側面溝部4b,4c(プレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)とプレート裏面４ｐとは、図２(ｂ)に示すような面取り部１２を設けることで、なだらかな凹曲面状(いわゆる、所定の曲率を有するＲ状)に連続させた構造とすればよい。

これにより、側面溝部4b,4cのプレート表面４ｑ側の端面(すなわち、各凸状突起4v,4wの同側端面)4e,4fが、当該プレート４の厚さ方向に対してプレート裏面４ｐと同一高さ(すなわち、端面4e,4fとプレート裏面４ｐとが面一相当)とすることができ、上述したようにプレート４をコイルＣの抵抗値を抑止可能な構造とすることができる。また、側面溝部4b,4c(プレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)とプレート裏面４ｐとの連続部分の強度を面取り部１２によって高めることができ、ひいては、当該側面溝部4b,4c(プレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)自体の強度、すなわち耐久性を格段に高めることができる。この結果、プレート４を取り付けた筒状部２２に素線１０を巻回させる際(コイルＣを形成する際)、巻線から作用される力を確実に負荷することができ、巻線作業を安定して行うことが可能となる。

また、このように側面溝部4b,4c(プレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)を、面取り部１２を設けてプレート裏面４ｐと連続させた構造とすることで、側面溝部4b,4cの端面4e,4fとプレート裏面４ｐとを同一高さとすることが可能となると、後述するプレート４を成形するための金型を分割構造とし易く、金型の成型精度を高めることができる。これにより、プレート４の成形を容易に行うことができるだけでなく、当該金型により成形されたプレート４の側面溝部4b,4c(プレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)の形態精度(形状精度及び寸法精度)を高めることができるとともに、かかる精度を長期に亘って維持することができる。

ここで、上述した本実施形態においては、プレート４の材質について特に言及しなかったが、各種の絶縁材製、具体的には、各種のボビン２と同一材質の絶縁材製とすればよい。例えば、プレート４は、これが取り付けられるボビン２と同一の樹脂製とすることができる。このようにプレート４をボビン２と同一の樹脂製とすることで、当該プレート４をボビン２の筒状部２２に取り付けた場合であっても、ステータとの絶縁状態を保ち続けることができるとともに、材料の調達コストを削減させることも可能となる。

なお、このようなプレート４の成形、並びに径方向固定部6i,6o及び周方向固定部８の成形、表面溝部４ａの溝４ｘ及び側面溝部4b,4cの溝4y,4z(プレート表面４ｐの凸状突起４ｕ及びプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)の成形は、当該プレート４の材質などに応じて任意の方法を選択して行えばよい。
例えば、プレート４が樹脂製である場合、所定の金型を用いて当該金型に流し込んだ樹脂材をプレスすることにより、プレート４を成形すればよい。この場合、当該プレート４の成形と同時に表面溝部４ａの溝４ｘ、及び側面溝部4b,4cの溝4y,4z(プレート表面４ｐの凸状突起４ｕ、及びプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)を形成することができる。

また、樹脂製のプレート４を光造形により成形してもよい。この場合、より簡易にプレート４、表面溝部４ａの溝４ｘ、及び側面溝部4b,4cの溝4y,4z(プレート表面４ｐの凸状突起４ｕ、及びプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)を同時に成形することができる。
あるいは、プレート４を各種の方法により成形した後、当該成形後のプレート４に対して削り加工などを施すことで、表面溝部４ａの溝４ｘ、及び側面溝部4b,4cの溝4y,4z(プレート表面４ｐの凸状突起４ｕ、及びプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)を形成してもよい。

なお、プレート４の成形、並びに径方向固定部6i,6o及び周方向固定部８の成形、表面溝部４ａの溝４ｘ及び側面溝部4b,4cの溝4y,4z(プレート表面４ｐの凸状突起４ｕ及びプレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)の成形を金型を用いて行う場合、当該金型は、図５(ａ),(ｂ)に示すような分割構造とすることが好ましい。

図５(ａ),(ｂ)に示す構成において、金型５０は、側面溝部4b,4cの端面4e,4fの部分を境界として、プレート４の厚さ方向の上側部分を成形する上側の型(以下、上型という)５２と、下側部分を成形する下側の型(以下、下型という)５４とを合わせることによりプレート４の全体を成形している。

この場合、上型５２は、表面溝部４ａの溝４ｘ(プレート表面４ｐの凸状突起４ｕ)を成形する型(以下、表面溝型という)５２ａと、表面溝部４ａを除いたプレート表面４ｐ部分を成形する２つの型(以下、表面型という)52b,52cの３つに分割可能な構造を成している。また、下型５４は、プレート裏面４ｑ及び周方向固定部８を成形する型(以下、裏面型という)５４ａと、側面溝部4b,4cの溝4y,4z(プレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)を成形する２つの型(以下、側面溝型という)54b,54cの３つに分割可能な構造を成している。
なお、径方向固定部6i,6oは、上型５２(表面溝型５２ａ、表面型52b,52c)、あるいは下型５４(裏面型５４ａ、側面溝型54b,54c)のいずれで成形する構成であってもよい。

金型５０をこのような分割構造とすることで、表面溝型５２ａにおける表面溝部４ａの溝４ｘ(プレート表面４ｐの凸状突起４ｕ)を成形する部分を外部へ露出させることができるとともに、側面溝型54b,54cにおける側面溝部4b,4cの溝4y,4z(プレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)を成形する部分を外部へ露出させることができる。

したがって、例えば、図５(ｂ)に示すように、表面溝型５２ａの溝４ｘ(凸状突起４ｕ)成形部分、並びに側面溝型54b,54cの溝4y,4z(凸状突起4v,4w)成形部分をワイヤーカット加工などにより高精度に成型することができる(同図には、表面溝型５２ａの成型のみ示す)。この場合、表面溝型５２ａの溝４ｘ(凸状突起４ｕ)の形状、並びに側面溝型54b,54cの溝4y,4z(凸状突起4v,4w)の形状に沿ってワイヤー６０を移動させることで、容易に、かつ高精度にこれらの溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)成形部分を成型することができる。

なお、金型を上述したような分割構造としない場合、当該金型は、表面溝型５２ａの溝４ｘ(凸状突起４ｕ)成形部分、並びに側面溝型54b,54cの溝4y,4z(凸状突起4v,4w)成形部分が当該金型の内部に窪んだ凹状部内に入り込んだ構造となるため、これらの溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)成形部分を放電加工などにより成型することとなる。したがって、かかる溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)成形部分の成型精度が低くなり、当該金型により成形された溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)の形態精度(形状精度及び寸法精度)が低くなってしまう。

このため、金型５０を図５(ａ),(ｂ)に示すような分割構造とすることで、溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)成形部分の成型精度を格段に高めることができ、当該金型５０により成形された溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)の形態精度(形状精度及び寸法精度)を格段に高めることができる。このような溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)の形態精度の向上効果は、成形される溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)が小さくなるほど、すなわち、プレート４(溝4x,4y,4z)に巻回される素線１０の径寸法が小さくなるほど顕著となり、かかる分割構造の金型５０による成形メリットは非常に大きくなる。
その際、金型５０における溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)成形部分が外部へ露出されているため、当該成形部分の形態精度(形状精度及び寸法精度)の確認作業を目視などにより容易に行うことができ、その評価も非常に行い易い。

また、金型５０をこのような分割構造とすることで、プレート４の成形を繰り返し行った際、表面溝型５２ａの溝４ｘ(凸状突起４ｕ)成形部分、並びに側面溝型54b,54cの溝4y,4z(凸状突起4v,4w)成形部分がプレス時の圧力により摩耗した場合であっても、当該金型５０を構成する複数(一例として、６つ)の型52a,52b,52c,54a,54b,54cのうち、表面溝型５２ａ及び側面溝型54b,54cのみを新品と交換し、再度金型５０を組み上げることで、成形されるプレート４の溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)の形状を長期に亘って安定して高精度に維持することができる。また、金型５０を必要に応じて部分的にメンテナンスすることが可能となり、金型５０のメンテナンスコストも大幅に削減させることができる。

これにより、各種の形状や寸法を成す表面溝部４ａの溝４ｘ(プレート表面４ｐの凸状突起４ｕ)、並びに側面溝部4b,4cの溝4y,4z(プレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)が形成されたプレート４を容易かつ大量に、短期間かつ低コストで製造することができる。

なお、金型５０における上型５２と下型５４とを分割させる位置や、これらの分割個数などは、図５(ａ)に示す構成には限定されず、プレート４の形状などに応じて任意に設定すればよい。
例えば、上型は、完全な分割構造ではなく、表面溝部４ａを除いたプレート表面４ｐ部分を成形する型に、表面溝部４ａの溝４ｘ(プレート表面４ｐの凸状突起４ｕ)を成形する型を入れ子状に組み合わせる構造としてもよい。また、側面溝部4b,4cの溝4y,4z(プレート側面4s,4tの凸状突起4v,4w)は、上型で成形する構成であってもよい。

以上のような構成を成すプレート４は、ボビン２の筒状部２２に取り付けられ、この状態で表面溝部４ａの溝４ｘ、並びに側面溝部4b,4cの溝4y,4zに素線１０が巻回されることで、コイルＣが形成される。なお、コイルＣ形成時の巻線作業には、従来と同様の自動巻線機を用いることができ、図４(ａ)〜(ｃ)には、素線１０が６層を成して巻回されたコイルＣの状態が一例として示されている。

図４(ａ)〜(ｃ)に示すように、本実施形態においては、ボビン２の筒状部２２にプレート４が取り付けられているため、コイルＣの最下層の素線１０ａは、自動巻線機からプレート４の表面溝部４ａの溝４ｘ、並びに側面溝部4b,4cの溝4y,4zに落とし込まれ、巻回されていく。このため、最下層の素線１０ａは、表面溝部４ａに形成された溝４ｘの間隔、並びに側面溝部4b,4cに形成された溝4y,4zの間隔で整列された状態で巻回される。

そして、最下層の素線１０ａに重なる第２層の素線１０ｂは、最下層の隣り合う素線１０ａの間に落とし込まれ、当該隣り合う素線１０ａの間隔で整列された状態で巻回される。さらに第３層から第６層の素線10c〜10fも同様に、ひとつ下層の隣り合う素線１０間に落とし込まれ、整列された状態で巻回される。なお、図４(ａ)〜(ｃ)には、一例として素線１０が６層から成るコイルＣの構成を示しているが、コイルＣを形成する素線１０の層の数はこれに限定されず、回転電動機の必要出力などに応じて任意の層数となるように素線１０を巻回してコイルＣを形成すればよい。

このように、本実施形態に係るコイル機構によれば、ボビン２の筒状部２２にプレート４を取り付けることで、ステータの複数の突極(具体的には、ボビン)に素線を容易に同一精度で整列して巻回させることができ、各コイルＣを精度よく形成することができる。これにより、ステータの複数の突極に整列された状態でコイルＣを容易に巻装させ、スロットに収容されるコイルＣの単位当たりの巻線数を増やすことができ、回転電動機の高出力化を図ることができる。

また、各種の形状や寸法を成す溝4x,4y,4z(凸状突起4x,4y,4w)が形成されたプレート４を容易かつ大量に、短期間かつ低コストで製造することができるため、多様な径寸法に設定された素線１０や各品種の素線１０に応じてプレート４を付け替えることで、回転電動機の出力調整などに柔軟に対応したコイルＣを形成することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る回転電動機のコイル機構の構成を示す図であって、(ａ)は、プレートを取り付けたボビン(ボビン構成体)を内径側から示す斜視図、(ｂ)は、プレートを取り付けたボビン(ボビン構成体)を外径側から示す斜視図。 本発明の一実施形態に係る回転電動機のコイル機構におけるプレートの構成を示す図であって、(ａ)は、プレート表面側から見た平面図、(ｂ)は、外径側(同図(ａ)の矢印ｂ２の方向)から見た端面図、(ｃ)は、同図(ａ)の矢印ｃ２の方向から見た側面図、(ｄ)は、同図(ａ)のｄ２−ｄ２線での断面図。 本発明の一実施形態に係る回転電動機のコイル機構におけるプレートの構成を示す図であって、(ａ)は、プレート表面側から見た全体斜視図、(ｂ)は、プレート裏面側から見た全体斜視図。 本発明の一実施形態に係る回転電動機のコイル機構におけるコイルの形成方法を説明するための図であって、(ａ)は、コイルエンド部分の素線の巻回状態を示す要部断面図、(ｂ)は、プレート表面溝部における素線の整列状態を説明するための図、(ｃ)は、プレート側面溝部における素線の整列状態を説明するための図。 本発明の一実施形態に係る回転電動機のコイル機構におけるプレートを成形するための金型の構成を示す図であって、(ａ)は、分割構造を説明するための要部構成図、(ｂ)は、表面溝型の表面溝部(凸状突起)成形部分の成型方法を説明するための概念図。

符号の説明

２ ボビン
４ プレート
４ａ，４ｂ，４ｃ 溝部
１０ 素線
２２ 筒状部
２２ｉ 筒状部内径側端部
２２ｏ 筒状部外径側端部
２４ｉ，２４ｏ フランジ
Ｃ コイル

Claims (5)

1. 回転電動機に組み込まれ、径方向へ突出する複数の突極が設けられた環状のステータとの絶縁状態を保つために当該ステータに装着される絶縁材製のカバー部材と、前記カバー部材に素線を巻回させて形成され、当該カバー部材を介して前記ステータの各突極に巻装されるコイルとを備えた回転電動機のコイル機構であって、
   カバー部材は、ステータの各突極に対してコイルを巻装させるためのボビンが複数個連結された環状の構造体として構成され、各ボビンは、前記素線が巻回された状態で前記各突極の表面を個別に覆う複数の筒状部と、前記筒状部の内外径端部から前記回転電動機の回転軸方向の両側へ突出するフランジとを備えており、
   前記ボビンの筒状部には、前記回転軸方向の両端部に当該ボビンとは別体を成すプレート部材が設けられ、当該プレート部材には、前記コイルの素線が巻回される際、前記素線をガイドして整列させるための複数の溝部が当該素線の巻回方向に沿って形成されていることを特徴とする回転電動機のコイル機構。
2. 前記プレート部材には、前記ボビンのフランジと係合して径方向へ位置決めするための径方向固定部が設けられているとともに、当該ボビンの筒状部の前記回転軸方向の端面と係合して周方向へ位置決めするための周方向固定部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電動機のコイル機構。
3. 前記プレート部材には、前記ボビンの筒状部と係合する面とは反対側の平面、並びに当該平面と前記素線の巻回方向に沿って連続する両側面にそれぞれ溝部が形成されており、当該溝部は、前記巻回方向に沿った直線状を成す複数の凸状突起を前記平面、並びに両側面に対して等間隔で配することにより、当該凸状突起の間に形成される複数の溝として構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電動機のコイル機構。
4. 前記プレート部材の平面と両側面とは、なだらかな曲面状に連続されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電動機のコイル機構。
5. 前記プレート部材は、絶縁材で成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回転電動機のコイル機構。

Images