JP5418484B2 - 回転電機の固定子のコイルボビンおよびこのコイルボビンを使用した回転電機の固定子の巻線方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の固定子に関し、特にコイルの巻線を行うコイルボビンに関するものである。

回転電機の固定子として、直列を成して連結している巻線各相を構成する複数のコアセグメントにコイルを巻装し、丸めて環状体を製作する固定子の製造方法がある。この場合、各コアセグメントのコイル間を連結する渡り線の長さが、環状体製造上の重要な要素となる。渡り線長さが長すぎるとだぶつきになり、モータ完成工程において渡り線かみ込みなど不良発生の要因となるという問題点があり、逆に短すぎると、環状体形成時に断線など不良発生の要因となるという問題点があった。

従来の電動機の固定子構成部材として、可動可能に連結した複数のコアセグメントと、このコアセグメントを被覆し、渡り線が挿通する空間を有するヘッド部を備えた複数の絶縁体と、前記コアセグメントに巻装しコイルを作り、かつ前記ヘッド部を挿通する渡り線となすコイル線とからなる電動機の固定子構成部材が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１において、図２および図３に示されるように、渡り線は、コアセグメントのヨーク部上に配置されたヘッドに配線され、背板と外ガイド間に形成されている配線空間を挿通し、渡り線ガイド先端によって位置決めされている。

特開平１０−２７１７１８号公報（第３頁、図１〜図３）

特許文献１においては、渡り線ガイド先端は、コアセグメント屈曲繋ぎ部の中央付近にあり、渡り線がコアセグメント屈曲繋ぎ部の中心を通って配線されるように配置されているので、各コアセグメントがコアセグメント屈曲繋ぎ部を中心として屈曲して環状体を形成しても、渡り線は引張りもたわみもなく、最適な長さにて環状体上に配線できることになる。
しかしながら、特許文献１においては、図１に示されるように、ヘッド部の渡り線が挿通する空間は、コアセグメントのヨーク部上に配置されるヘッドの、底板の背後に背板が、前方に外ガイドがそれぞれ垂直に立てられ、底板の片端に渡り線ガイドが形成されて構成しているため、背板および外ガイドの肉厚、渡り線ガイドのクリアランスが必要であり、小型化が困難であるといった問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、小型化に対応可能な回転電機の固定子のコイルボビンを提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機の固定子のコイルボビンは、
固定子コアの外周磁路となるヨーク部およびこの固定子コアのヨーク部の中央部から内方へ突出し磁極となるティース部とを被覆し、この固定子コアと固定子コイルとを絶縁するコイルボビンにおいて、
前記固定子コアのヨーク部を被覆するコイルボビンヨーク部の正面に、
結線Ｐ板と電気的に接続する端子を挿入するための穴と、
前記固定子コアのティース部を被覆するコイルボビンティース部の根元付近となる電線巻終り位置付近から前記コイルボビンヨーク部の外周側に向けて設けられた第１の渡り線収容溝と、
前記コイルボビンヨーク部の外周側中央付近から前記コイルボビンティース部の根元となる電線巻始め位置付近に向けて設けられた第２の渡り線収容溝と、
を備えるようにしたものである。

この発明によれば、渡り線を第１の渡り線収容溝および第２の渡り線収容溝というコイルボビンヨーク部に設けた２つの溝を挿通するようにしたので、背板および外ガイドの肉厚、渡り線ガイドといった壁を使用する必要がないため、小型化に対応可能な回転電機の固定子を得るという効果を有する。

実施の形態１に係る回転電機の固定子の構成を示す図である。 実施の形態１に係る回転電機の固定子の相配列を示す図である。 実施の形態１に係るコイルボビンの斜視図である。 実施の形態１に係るコイルボビンの正面図である。 実施の形態１に係るコイルボビンを用いたコイル巻線方法を説明する図である。 実施の形態１に係る巻線済み固定子コアを連結して円環状に形成した回転電機の固定子の構成を示す図である。 実施の形態１に係る結線Ｐ板を使用して結線した回転電機の固定子の構成を示す図である。

以下にこの発明にかかる回転電機の固定子のコイルボビンおよびこのコイルボビンを使用した回転電機の固定子の巻線方法の好適な実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転電機の固定子の構成を示す図である。図において、１は外周磁路となるヨーク部とこのヨーク部の中央部から内方へ突出し磁極となるティース部とを有し円環状に形成される固定子コア、２は固定子コア１に装着され、このヨーク部とティース部とを被覆する絶縁性のコイルボビン、３はコイルボビン２を介して固定子コア１のティース部に電線を巻線された固定子コイルである。また、４は固定子コイル３と結線Ｐ板５とを電気的に接続する端子である。
実施の形態１に係る回転電機の固定子は、固定子コア１、コイルボビン２、固定子コイル３、端子４および結線Ｐ板５とから構成される。

図２は、実施の形態１に係る回転電機の固定子の相配列を示す図である。図において、１〜４は図１と同様であり、説明を省略する。実施の形態１に係る回転電機の固定子は、固定子の相配列が、
Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｗ−、Ｕ−、Ｕ＋、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ−、Ｗ＋と、
同相となる突極磁極が２つずつ並んで配置される場合に適用する。ここで、Ｕ＋とＵ−とは巻極性（巻き方向）が互いに逆であることを示しており、巻線順序が逆になるように電線を連続して同相となる複数のコイルボビン２に巻線する。

図３は実施の形態１に係るコイルボビンの斜視図であり、図４は実施の形態１に係るコイルボビンの正面図である。
図において、６は固定子コアのヨーク部を被覆するコイルボビンヨーク部の正面に設けられた、固定子コイル３と結線Ｐ板５とを電気的に接続する端子４を挿入するための穴である。また、７は固定子コアのティース部を被覆するコイルボビンティース部の根元付近となる電線巻終り位置付近からコイルボビンヨーク部の外周側に向けて、コイルボビンヨーク部の正面に設けられた溝で、巻終り電線を渡り線としてコイルボビンヨーク部の外周側へ出すための第１の渡り線収容溝である。また、８はコイルボビンヨーク部の外周側中央付近からコイルボビンティース部の根元となる電線巻始め位置付近に向けて、コイルボビンヨーク部の正面に設けられた溝で、第１の渡り線収容溝を経由しコイルボビンヨーク部の外周側から出てくる渡り線を電線巻始め位置へ案内するための第２の渡り線収容溝である。

渡り線がコイルボビンヨーク部の外周面を経由するようにしたので、巻線済み固定子コアを円環状に形成する時に、渡り線の軌跡変化による電線の加工劣化を最小限に抑制することができる。

ここで、第１の渡り線収容溝７および第２の渡り線収容溝８の溝幅は電線線径より大きく形成し、入口近辺、出口近辺は面取りをする。また、第２の渡り線収容溝８の底面は、入口となるコイルボビンヨーク部の外径側から出口となるコイルボビンティース部の根元付近に向けて、巻芯方向へ向かう傾斜を付けた形状とする。

固定子の相配列が、Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｗ−、Ｕ−、Ｕ＋、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ−、Ｗ＋と、同相となる突極磁極が２つずつ並んで配置される突極磁極の製作においては、巻始めとなる第一の突極磁極に電線を巻線して固定子コイル３を製作した後、渡り線となる電線をコイルボビン２の第１の渡り線収容溝７を使用して引き出し、巻終りとなる第二の突極磁極のコイルボビンヨーク部の外周面に沿った渡り線となる電線を、コイルボビン２の第２の渡り線収容溝８を使用して巻始め位置に案内し、第二の突極磁極に電線を巻線して固定子コイル３を製作する。

また、コイルボビン２のコイルボビンヨーク部の外周側の両端部に、固定子コア１のコアバック外周面に対して、θ°(=３６０°／スロット数／２)となる角度で、
複数の固定子コア１を連結して円環状に形成したときの固定子コア中心から固定子コアのヨーク部の連結部へ引いた中心線に対し、面取り面が垂直となる面取り９を設ける。

図５は、実施の形態１に係るコイルボビンを用いたコイル巻線方法を説明する図である。実施の形態１に係るコイル巻線方法は、図２に示すように、Ｕ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｖ＋、Ｗ+、Ｗ−、Ｕ−、Ｕ＋、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ−、Ｗ＋と、巻線順序が逆となる同相の突極磁極が２個ずつ並んで配置して構成される固定子のコイル巻線方法である。

（１）フラット状に展開された固定子コア１の突極磁極にコイルボビン２を装着する。
（２）コイルボビン２において、固定子コア１のヨーク部を被覆するコイルボビンヨーク部の正面に設けられた穴６に、端子４を挿入、固定する。
（３）巻線機ノズルで、隣り合う同相突極磁極のうち、巻始めとなる第一の突極磁極側におけるコイルボビンヨーク部の端子４へ電線をからげた後、巻芯部となるコイルボビンティース部に電線を巻線して固定子コイル３を製作する。（例えば、Ｕ＋）
（４）第一の突極磁極において、巻線が完了した後、第１の渡り線収容溝７に電線を通し、コイルボビン２のコイルボビンヨーク部の外周側へ渡り線として引き出す。
（５）続いて、第一の突極磁極側の第１の渡り線収容溝７から引き出された渡り線としての電線を、巻終りとなる第二の突極磁極側におけるコイルボビン２のコイルボビンヨーク部の外周面を経由した後、第２の渡り線収容溝８を使用して第二の突極磁極の電線巻始め位置に案内する。
（６）第二の突極磁極において、第２の渡り線収容溝８を使用して電線巻始め位置に案内された電線を、巻芯部となるコイルボビンティース部に、前記第一の突極磁極への巻方向とは逆方向に電線を巻線して固定子コイル３を製作する。（例えば、Ｕ−）
（７）巻線が完了した後、第二の突極磁極の端子４に電線をからげ、ニッパー等で電線を切断する。
（８）そして次の相へ巻線機ノズルを移動し、各隣り合う同相突極磁極について、（Ｖ−、Ｖ＋）、（Ｗ+、Ｗ−）、（Ｕ−、Ｕ＋）、（Ｖ＋、Ｖ−）、（Ｗ−、Ｗ＋）と、上記（３）〜（７）の工程を、繰り返し行うことにより、１つのワークの巻線が完了する。

上記のように、巻方向が異なる隣り合う２個の同相突極磁極間の巻線を連続して行うようにしたので、巻線時間を短縮することが出来る。

なお、上記では（１）、（２）の工程を先に処理しておき、（３）〜（７）の工程を繰り返す例を説明したが、（１）〜（７）の工程を繰り返すようにしてもよい。
また、（３）〜（７）の工程を、複数ノズル(最大Ｍ／２本)を使用して多連巻するようにしてもよい。
また、突極磁極ピッチの２倍の距離で直線状に複数個配列されたノズルを使用することで、最短で１サイクルの動作で１つのワークの巻線を完了することも可能である。
また、巻線機治具にコイルボビン２を直線状に複数個セットし、コイルボビン２に直接同巻線を行い、後から固定子コア１の突極磁極に巻線済みのボビンを差し込むようにしてもよい。

上記巻線済み固定子コアを連結して円環状に形成した後、結線Ｐ板を使用して結線して回転電機の固定子を製作する。
図６は実施の形態１に係る巻線済み固定子コアを連結して円環状に形成した回転電機の固定子の構成を示す図である。また、図７は実施の形態１に係る結線Ｐ板を使用して結線した回転電機の固定子の構成を示す図である。なお、図６、図７は突極磁極数が１２個の回転電機固定子の例を示したもので、各隣り合う同相突極磁極を６組で構成した例である。また、図７は１０極のロータと引き合う回転磁界が発生する結線の例である。
図において、１〜４は図１と同様であり、説明を省略する。また、図において、「左」と記載した巻線は、結線側上、内径側から見て反時計回りの巻線、また、「右」と記載した巻線は、結線側上、内径側から見て時計回りの巻線を示す。

複数の巻線済み固定子コアを連結して円環状に形成する場合に、巻始め側突極磁極から引き出された渡り線は、コイルボビン２のコイルボビンヨーク部の外周側の両端部に設けた面取り面９に沿うようにしたので、渡り線が固定子コア１の外周部からはみ出すことを防止できる。これにより後工程において、固定子コア外径をチャック等した時に、渡り線が押しつぶされるのを防止することができる。
また、固定子コア中心から固定子コア折曲げ中心へ引いた中心線に対し、面取り面９が垂直になり、固定子コアを丸めて環状体を製作する際に、渡り線の軌跡の変化による電線の加工劣化を最小限に抑える効果がある。

なお、巻線機で、巻始め側となる第一の突極磁極から巻終り側となる第二の突極磁極への渡りを行う際に、固定子コアを円環状に形成する前後における渡り線軌跡の長さ変化分を、予め余裕代として長めに引き出しておくことにより、固定子コアを円環状に形成した時の渡り線の伸びを小さくすることができ、渡り線の加工劣化を抑えることができるとともに、渡り線によりコイルボビン２に加えられる力を軽減でき、コイルボビン２の倒れを防止できる。

以上のように、本発明に係る回転電機の固定子のコイルボビンを使用することにより、小型化に対応可能な回転電機の固定子を得ることができ、また複数の巻線済み固定子コアを連結して円環状に形成する場合に電線にストレスをかけることのない回転電機の固定子製作工程が可能となる。

１ 固定子コア
２ ボビン
３ 固定子コイル
４ 端子
５ 結線Ｐ板
６ 穴
７ 第１の渡り線収容溝
８ 第２の渡り線収容溝
９ コアバック側の両端部の面取り

Claims (4)

1. 固定子コアの外周磁路となるヨーク部およびこの固定子コアのヨーク部の中央部から内方へ突出し磁極となるティース部とを被覆し、この固定子コアと固定子コイルとを絶縁するコイルボビンにおいて、
   前記固定子コアのヨーク部を被覆するコイルボビンヨーク部の正面に、
   結線Ｐ板と電気的に接続する端子を挿入するための穴と、
   前記固定子コアのティース部を被覆するコイルボビンティース部の根元付近となる電線巻終り位置付近から前記コイルボビンヨーク部の外径側に向けて設けられた第１の渡り線収容溝と、
   前記コイルボビンヨーク部の外径側中央付近から前記コイルボビンティース部の根元となる電線巻始め位置付近に向けて設けられた第２の渡り線収容溝と、
   を備えたことを特徴とする回転電機の固定子のコイルボビン。
2. 前記コイルボビンヨーク部の外径側の両端部に、前記固定子コアのコアバック外周面に対して、３６０°／スロット数／２となる角度で、複数の前記固定子コアを連結して円環状に形成したときの固定子コア中心から前記固定子コアのヨーク部の連結部へ引いた中心線に対し、面取り面が垂直となる面取りを設けたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子のコイルボビン。
3. 前記コイルボビンヨーク部に設ける前記第２の渡り線収容溝の底面は、入口となる外径側から出口となる前記コイルボビンティース部の根元に向けて、巻芯方向へ向かう傾斜を付けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機の固定子のコイルボビン。
4. 同相となる突極磁極を２個ずつ並んで配置して構成される回転電機の固定子の巻線方法において、
   固定子コアのヨーク部を被覆するコイルボビンヨーク部の正面に、結線Ｐ板と電気的に接続する端子を挿入するための穴と、前記固定子コアのティース部を被覆するコイルボビンティース部の根元付近となる電線巻終り位置付近から前記コイルボビンヨーク部の外周側に向けて設けられた第１の渡り線収容溝と、前記コイルボビンヨーク部の外径側中央付近から前記コイルボビンティース部の根元となる電線巻始め位置付近に向けて設けられた第２の渡り線収容溝と、を有するコイルボビンを、
   固定子コアの突極磁極に装着する段階と、
   隣り合う同相突極磁極のうち、巻始めとなる第一の突極磁極側における前記コイルボビンヨーク部に挿入された端子へ電線をからげた後、巻芯部となる前記コイルボビンティース部に電線を巻回して固定子コイルを製作する段階と、
   前記電線を渡り線として前記第１の渡り線収容溝を使用して引き出し、巻終りとなる第二の突極磁極側における前記コイルボビンヨーク部の外周面を経由して、前記第２の渡り線収容溝を使用してこの第二の突極磁極の電線巻始め位置に案内する段階と、
   前記第二の突極磁極の巻芯部となる前記コイルボビンティース部に、前記第一の突極磁極への巻方向とは逆方向に電線を巻回して固定子コイルを製作する段階と、
   前記第二の突極磁極側における前記コイルボビンヨーク部に挿入された端子へ、前記電線を渡り線としてからげた後、前記電線を切断する段階と、
   からなることを特徴とする回転電機の固定子の巻線方法。

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