JPWO2013150594A1 - 回転電機、回転電機のボビン及びボビンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボビンを薄肉とすることで回転電機の巻線占積率を向上できるようにする。【解決手段】回転電機１は、固定子２の積層鉄心体５の突起部１８に装着されたボビン６を有する。ボビン６は、コイル線７が巻き回される四角枠状の胴部２１を備える。胴部２１は、４つの側面２１Ｕ，２１Ｄ，２１Ｌ，２１Ｒのうち、対向配置された一方の２つの側面２１Ｌ，２１Ｒに絶縁材からなる薄膜体２２ａを有し、対向配置された他方の２つの側面２１Ｕ，２１Ｄに樹脂部２３Ａ，２３Ｂを有する。

Description

開示の実施形態は、回転電機、回転電機のボビン及びその製造方法に関する。

回転電機において、固定子の巻線と鉄心とを電気的に絶縁するための、樹脂材料で一体成形されたボビンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１９４４５８号公報

固定子の巻線占積率を大きくするために、ボビンの肉厚を薄くすることが要求されている。しかしながら、上記従来技術では金型を使用する成形加工となることから、ボビンを薄くすることに限界があり、巻線占積率が制約を受けるという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ボビンを薄肉とすることで巻線占積率を向上できる回転電機、回転電機のボビン及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、固定子鉄心の突起部に装着されたボビンを有する回転電機であって、前記ボビンは、巻線が巻き回される四角枠状の胴部を備え、前記胴部は４つの側面のうち、少なくとも対向配置された一方の２つの側面に絶縁材からなる薄膜体を有し、対向配置された他方の２つの側面の少なくとも一方に樹脂部を有する回転電機が提供される。

本発明によれば、ボビンを薄肉とすることで回転電機の巻線占積率を向上できる。

本実施形態の回転電機の全体構成を表す縦断面図である。 図１中ＩＩ−ＩＩ断面に相当する横断面図である。 回転電機の固定子の一部分を拡大して示す横断面図である。 本実施形態のボビンの詳細構造を表す斜視図である。 図４中Ｖ−Ｖ断面に相当するボビンの縦断面図である。 絶縁シートを用いて略コの字型の薄膜体を形成する加工の一例について説明するための説明図である。 略コの字型の薄膜体を設置した金型の一例を示す断面図である。 胴部の一方側の対向する側面のみに薄膜体を配置する変形例に係るボビンの縦断面図である。 胴部の１つの側面のみに樹脂部を配置する変形例に係るボビンの縦断面図である。 薄膜体をロの字型に形成する変形例に係るボビンの縦断面図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

＜回転電機の構成＞
まず、図１乃至図３を用いて、本実施形態に係る回転電機１の構成について説明する。図１及び図２に示すように、回転電機１は、固定子２と、回転子３とを備え、回転子３を固定子２の内側に備えたインナーロータ型のモータである。なお、回転電機１をモータでなく発電機としてもよい。固定子２は、回転子３と径方向に対向するようにフレーム４の内周面に環状の積層鉄心リング２０を介して設けられている。この固定子２は、積層鉄心体５（固定子鉄心）と、積層鉄心体５に装着されたボビン６と、ボビン６に巻き回されたコイル線７（巻線）と、積層鉄心リング２０とを有している。ボビン６は、積層鉄心体５とコイル線７とを電気的に絶縁するために、絶縁性材料で構成されている。ボビン６の軸方向一方側（図１中左側）には基板８が設けられており、この基板８に設けられた回路とボビン６に巻き回されたコイル線７とが、２つのピン端子９を介して電気的に接続されている。コイル線７の巻き始め端及び巻き終わり端の端末７ａは、対応するピン端子９に巻き付けられ、半田Ｈにより固定されている。

回転子３は、永久磁石で構成されており、シャフト１０の外周面に設けられている。シャフト１０は、フレーム４の負荷側（図１中右側）に設けられた負荷側ブラケット１１に外輪が嵌合された負荷側軸受１２と、フレーム４の反負荷側（負荷側の反対側。図１中左側）に設けられた反負荷側ブラケット１３に外輪が嵌合された反負荷側軸受１４とにより回転自在に支持されている。シャフト１０の反負荷側端部には、エンコーダ１５が設けられている。エンコーダ１５は、エンコーダカバー１６によって覆われている。

積層鉄心体５は、半径方向外方に突出した放射状の突起部１８を複数（本例では９つ）備え、各突起部１８にコイル線７が巻き回されたボビン６が外側から装着される。図３に示すように、隣り合う２つの突起部１８の間の凹部１９には、それぞれの突起部１８に装着したボビン６のコイル線７の巻回層の相対する側部が間隙を開けて配置される。固定子２は、コイル線７が巻き回されたボビン６を積層鉄心体５に装着した後、環状の積層鉄心リング２０の内周に固定して組み立てられ、フレーム４の内周面に取り付けられる。その後、凹部１９内に樹脂が圧入され、ボビン６やコイル線７等が樹脂でモールドされる。

＜ボビンの構成＞
次に、ボビン６の詳細構造について図４及び図５を用いて説明する。ボビン６は、コイル線７が巻き回される略四角枠状の胴部２１を備える。胴部２１は、固定子２の軸方向（図５中上下方向）の２つの側面２１Ｕ，２１Ｄと、軸方向と直交する方向（図５中左右方向）の２つの側面２１Ｌ，２１Ｒを有する。胴部２１は、４つの側面２１Ｕ，２１Ｄ，２１Ｌ，２１Ｒのうち、対向配置された一方の２つの側面２１Ｌ，２１Ｒに絶縁材からなる薄膜体２２ａを有し、対向配置された他方の２つの側面２１Ｕ，２１Ｄのうちの一方の側面２１Ｕに絶縁材からなる薄膜体２２ｂを有する。薄膜体２２ｂと２つの薄膜体２２ａとは一続きであり、これら薄膜体２２ｂと２つの薄膜体２２ａとにより略コの字型の薄膜体２２が形成される。

また胴部２１は、上記他方の２つの側面２１Ｕ，２１Ｄのうち、一方の側面２１Ｕに樹脂部２３Ａを有し、他方の側面２１Ｄに樹脂部２３Ｂを有する。薄膜体２２と樹脂部２３とは、成形加工（例えば射出成形等）により一体的に接合されている。詳細には、薄膜体２２ｂが樹脂部２３Ａの下面２３ａに接合され、２つの薄膜体２２ａが樹脂部２３Ｂの側面２３ｂにそれぞれ接合されている。この結果、薄膜体２２ｂ及び樹脂部２３Ａが胴部２１の側面２１Ｕを構成し、樹脂部２３Ｂが側面２１Ｄを構成し、２つの薄膜体２２ａが側面２１Ｌ，２１Ｒをそれぞれ構成する。２つの薄膜体２２ａはボビン６の側面２１Ｌ，２１Ｒとして側方に露出している。なお、樹脂部２３Ａ，２３Ｂの外側の表面は、巻き回されたコイル線７へ作用する応力を低減できるように曲面状に形成されている。

胴部２１は、さらに、開口側両端部、すなわち開口２５における固定子２のフレーム４側となる外周側（図５中奥側）及び開口２５における回転子３側となる内周側（図５中手前側）の端部に複数（この例では４）のつば部２４を備える。つば部２４は、この例では薄膜体２２ａと一続きとなっており、絶縁材からなる薄膜で構成されている。つば部２４は、胴部２１における薄膜体２２ａ側の端部両側に、開口部２５の外側に突出するように設けられている。各つば部２４は略長方形形状を有しており、その長手方向（図５中上下方向）の長さは薄膜体２２ａの長手方向の長さよりも長く形成されている。その結果、つば部２４の両端部は、上記樹脂部２３Ａよりも長手方向（図４中上下方向）に延出している。なお、つば部２４の長手方向一端部のみを樹脂部２３Ａよりも延出させた構成としてもよい。

固定子２のコイル線７は、胴部２１の軸方向の一方側（図４及び図５中上側）より巻き始められ、薄膜体２２ａ、樹脂部２３Ｂ、薄膜体２２ａ及び樹脂部２３Ａを経て胴部２１を一周し、これを所定回数繰り返して胴部２１に巻き回され、胴部２１の軸方向の一方側にて巻き終る。

樹脂部２３Ａは、基板８を載置する樹脂製の基板載置部２６（図１及び図４参照）を備えている。基板載置部２６は、樹脂部２３Ａの外周側に形成された直方体状のブロックからなり、樹脂部２３Ａと一体に形成されている。基板載置部２６の内周側の面２６ａには、つば部２４の延出部分が接合されている。基板載置部２６の軸方向一方側の端面２６ｂには基板８が載置され、基板８の軸方向の位置決めが行われる。また端面２６ｂには、２つのピン端子９（図１参照）を保持するピン端子用穴２７が２箇所設けられている。一方のピン端子用穴２７に打ち込んだピン端子９には、コイル線７の巻き始めの端末７ａ（図１参照）が巻き回され、他方のピン端子用穴２７に打ち込んだピン端子９には、コイル線７の巻き終りの端末７ａが巻き回されて、それぞれ半田Ｈにより固定される。基板載置部２６に載置した基板８の回路とコイル線７とは、ピン端子９を介して電気的に接続される。

４つのつば部２４を有する略コの字型の薄膜体２２は、例えばポリイミド等の絶縁材料で構成される絶縁シートや絶縁テープを使用して、折り紙細工に類した加工を施すことにより作成することができる。図６を用いて、絶縁シートを用いて略コの字型の薄膜体２２を形成する加工の一例について説明する。

図６に示すように、所定の寸法に切断した長方形状の絶縁シート２８を用意する。この絶縁シート２８の幅方向（図６中上下方向）における中央領域に破線で示す２本の長手方向の折線ｈ１を引き、絶縁シート２８の幅方向両側を２つの略同幅の長方形の領域２８ａと、その間の幅が大きい長方形の中央の領域２８ｂとに分ける。さらに、各領域２８ａの長手方向（図６中左右方向）における略中央位置に実線で示す幅方向の切り込み線ｈ２を引き、幅方向両側の各領域２８ａを２つの略同長の長方形の領域２８ａ１に区画する。また、中央の領域２８ｂの長手方向における中央領域に所定間隔を開けて、破線で示す２本の幅方向の折線ｈ３を引き、中央の領域２８ｂを中央部の長方形の領域２８ｂ１とその両側の２つの略同長の長方形の領域２８ｂ２とに区画し、中央部の領域２８ｂ１の幅方向両端には長手方向の切り込み線ｈ４を引く。また、中央の領域２８ｂの長手方向における両端部に矩形状の切り込み線ｈ５を引く。

そして、絶縁シート２８を切り込み線ｈ２，ｈ４，ｈ５に沿って切断すると共に、折線ｈ３に沿って山折りし、折線ｈ１に沿って谷折りすると、絶縁シート２８の幅方向中央の２つの領域２８ｂ２とその間の領域２８ｂ１とによるコの字状体と、絶縁シート２８の幅方向両側の各２つの領域２８ａ１による、コの字状体の幅方向両側に連設した外側への折曲片とが形成される。なお、矩形状の切り込み線ｈ５で囲まれた領域２８ｂ３は切除される。コの字状体の２つの領域２８ｂ２が胴部２１の対向配置された２つの薄膜体２２ａとなり、コの字状体の領域２８ｂ１が２つの薄膜体２２ａの間の薄膜体２２ｂとなり、折り曲げられた領域２８ａ１がつば部２４となる。

ボビン６は、上述のようにして略コの字型に形成した絶縁シート２８と樹脂部２３Ａ，２３Ｂ（基板載置部２６を含む）とが例えば射出成形により一体的に接合されることによって形成される。図７に射出成形で用いる金型の断面の一例を示す。まず、２つの型よりなる金型３０内に、略コの字型に形成された絶縁シート２８が設置される。この手順が第１手順に相当する。なお、絶縁シート２８のつば部２４に相当する部分は、基板載置部２６と接合される部分を除き、金型３０の外部に配置される。絶縁シート２８が設置された金型３０内には、一方側（図７中左側）に樹脂部２３Ｂを形成するキャビティー３１ｂが画成され、他方側（図７中右側）に樹脂部２３Ａを形成するキャビティー３１ａが画成される。なお、基板載置部２６を形成するキャビティーについては図示を省略している。次に、金型３０を型締めし、図示しないランナーから金型３０内に樹脂を圧入して固化し、樹脂成形を行う。これにより、薄膜体２２ａ及び樹脂部２３Ａ，２３Ｂを側面に有する胴部２１と、４つのつば部２４及び基板載置部２６とを一体的に備えたボビン６が形成される。この手順が第２手順に相当する。

＜実施形態の効果＞
以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得る。すなわち、一般に回転電機１のボビン６においては、胴部２１の軸方向両側に位置する面（本実施形態の側面２１Ｕ，２１Ｄに相当）の肉厚がコイル線７のターン数に与える影響は比較的小さいが、胴部２１の円周方向両側に位置する面（本実施形態の側面２１Ｌ，２１Ｒに相当）の肉厚が大きいとコイル線７のターン数が減少することとなり、ターン数への影響が比較的大きい。

本実施形態では、ボビン６の胴部２１が、４つの側面２１Ｕ，２１Ｄ，２１Ｌ，２１Ｒのうち、少なくとも対向配置された一方の２つの側面２１Ｌ，２１Ｒに絶縁材からなる薄膜体２２ａを有する。これにより、ボビン６におけるコイル線７のターン数への影響が大きい部分を薄肉とすることができるので、コイル線７のターン数を増大でき、占積率を向上できる。したがって、モータ特性を向上できる。また胴部２１が、対向配置された他方の２つの側面２１Ｕ，２１Ｄに樹脂部２３Ａ，２３Ｂを有するので、必要な強度を確保することが可能となり、ボビン６の信頼性を向上できる。

また、本実施形態では特に、薄膜体２２と樹脂部２３Ａ，２３Ｂ（基板載置部２６を含む）は、射出成形により一体的に接合されている。これにより、例えば薄膜体２２と樹脂部２３Ａ，２３Ｂが別体として構成されている場合には、ボビン６を積層鉄心体５の突起部１８に装着する際に薄膜体２２と樹脂部２３Ａ，２３Ｂとを組み立てる作業が必要となるが、本実施形態では一体的に接合されているので、そのような組み立て作業が不要となる。したがって、ボビン６を突起部１８に装着する際の作業性を向上できる。

また、本実施形態では特に、ボビン６が、胴部２１の開口側両端部に設けられたつば部２４を有するので、積層鉄心体５とコイル線７との絶縁性をさらに向上できる。また、つば部２４を薄膜体で構成するので、つば部２４の肉厚を小さくすることができる。これにより、コイル線７のターン数をさらに増大でき、占積率をさらに向上できる。

さらに、次のような効果をも得る。すなわち、前述したように固定子２は、コイル線７が巻き回されたボビン６が積層鉄心体５の突起部１８に装着された状態で、樹脂材料によってモールドされる。このとき、例えば胴部６及びつば部２４が樹脂材料で一体成形されたボビンである場合には、モールド時の圧力によってつば部２４の付け根近傍に応力が集中し、つば部２４に割れが生じる可能性がある。本実施形態では、つば部２４を薄膜体で構成するので、胴部２１の薄膜体２２ａとつば部２４を絶縁シート２８の折り曲げによって構成することが可能である。その結果、つば部２４は胴部２１に対し柔軟に接合された状態となるので、モールド時に圧力がかかってもつば部２４の付け根近傍に応力が集中することがない。したがって、つば部２４に割れが生じるのを防止でき、信頼性を向上できる。

また、本実施形態では特に、薄膜体２２を略コの字型形状として金型３０に設置する。これにより、例えば複数の板状の薄膜体を個別に金型に設置する場合に比べ、薄膜体２２を金型３０に設置する作業が容易となり、作業性を向上できる。また、側面２１Ｕにおいては樹脂部２３Ａの下面２３ａ全体が薄膜体２２と接合されるので、単に樹脂部２３Ａの両側に板状の薄膜体をそれぞれ配置して接合する場合に比べて接合面積を大幅に大きくでき、薄膜体２２と樹脂部２３Ａとの接合強度を増大できる。したがって、信頼性をさらに向上できる。

また、本実施形態では特に、樹脂部２３Ａが基板載置部２６を有することにより、基板１８の位置決めをすることができる。また、基板載置部２６にピン端子用穴２７を設けることで、コイル線７の巻き始めと巻き終わりの端末７ａが固定されるピン端子９を保持することができる。したがって、ボビン６に樹脂材料で一体成形された従来のボビンと同様の機能を持たせることができる。

＜変形例＞
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１）胴部２１の側面２１Ｌ，２１Ｒのみに薄膜体を配置する場合
上記実施形態では、ボビン６の胴部２１が、４つの側面のうち、一方の対向配置された２つの側面２１Ｌ，２１Ｒに薄膜体２２ａを有し、他方の対向配置された２つの側面２１Ｕ，２１Ｄのうちの一方の側面２１Ｕに薄膜体２２ｂを有する構成としたが、図８に示すように、側面２１Ｕには薄膜体がなく、２つの側面２１Ｌ，２１Ｒにのみ薄膜体２２ａを有する構成としてもよい。

本変形例によっても、ボビン６のコイル線７のターン数への影響が大きい部分を薄肉とすることができるので、コイル線７のターン数を増大でき、占積率を向上できる。

（２）胴部２１の側面２１Ｄのみに樹脂部を配置する場合
上記実施形態では、ボビン６の胴部２１が、２つの側面２１Ｕ，２１Ｄの両方に樹脂部２３Ａ，２３Ｂを有する構成としたが、図９に示すように、側面２１Ｄのみに樹脂部２３Ｂを有する構成としてもよい。

本変形例によっても、ボビン部６の胴部２１を四角枠形状に形成でき、且つ、胴部２１の構造を簡略化することができる。また、胴部２１の周長を短くできるので、必要なコイル長さを節減できる。

（３）ボビンの樹脂部と薄膜体とを別体に設ける場合
上記実施形態では、樹脂部２３Ａ，２３Ｂと薄膜体２２ａ，２２ｂとを樹脂成形で一体に形成したが、樹脂部２３Ａ，２３Ｂと薄膜体２２ａ，２２ｂとを別体に形成して、胴部２１を組み立ててもよい。

（４）つば部は一方側だけとし、又はつば部をなくす場合
上記実施形態では、ボビン６の胴部２１が開口２５の外周側及び内周側の両端部につば部２４を有する構成としたが、つば部２４を開口部２５の外周側及び内周側の一方側のみに設けてもよい。さらには、つば部２４を設けない構成としてもよい。この場合、コイル線７を突起部１８や積層鉄心リング２０との間に隙間を有するように巻回し、その後の樹脂モールドによって絶縁すればよい。

（５）薄膜体をロの字型に形成する場合
上記実施形態では、ボビン６の胴部２１に使用した薄膜体２２を略コの字型に形成したが、図１０に示すように、胴部２１の側面２１Ｄにも薄膜体２２ｃを配置することにより、薄膜体２２をロの字型に形成してもよい。このような形状としても、薄膜体２２を金型３０に設置する作業が容易となり、作業性を向上できる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、本実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ 回転電機
２ 固定子
３ 回転子
５ 積層鉄心体（固定子鉄心）
６ ボビン
７ コイル線（巻線）
１８ 突起部
２１ 胴部
２２ａ，２２ｂ 薄膜体
２２ 薄膜体
２３Ａ，２３Ｂ 樹脂部
２４ つば部
２５ 開口部
２６ 基板載置部
２７ ピン端子用穴
２８ 絶縁シート
３０ 金型

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、固定子鉄心の突起部に装着されたボビンを有し、前記ボビンが、巻線が巻き回される四角枠状の胴部を備えた回転電機であって、前記四角枠状の前記胴部を構成する４つの側面のうち少なくとも３つの側面を、互いに一体化された少なくとも３枚のシート状の絶縁材の薄膜体によってそれぞれ構成し、それらの薄膜体のうち３枚の薄膜体は、コの字形状となるように配置されて前記４つの側面の一部となる３つの側面を構成しており、前記４つの側面のうち、前記コの字形状の開放側の１つの側面を当該回転電機の軸方向に対する前記突起部のいずれかの軸方向端面に配置し、この前記開放側の１つの側面、及び、当該開放側の１つの側面に対向する１つの側面、の少なくとも一方に、樹脂部を当該ボビンの装着前にあらかじめ成形加工により一体的に接合して設けた回転電機が提供される。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、固定子鉄心の突起部に装着されたボビンを有し、前記ボビンが、巻線が巻き回される四角枠状の胴部を備えた回転電機であって、前記四角枠状の前記胴部を構成する４つの側面のうち３つの側面を、互いに一体化された３枚のシート状の絶縁材の薄膜体によってそれぞれ構成し、それら３枚の薄膜体は、コの字形状となるように配置されて前記４つの側面の一部となる３つの側面を構成しており、前記４つの側面のうち、前記コの字形状の開放側の１つの側面を当該回転電機の軸方向に対する前記突起部のいずれかの軸方向端面に配置し、この前記開放側の１つの側面、及び、当該開放側の１つの側面に対向する１つの側面、のうち、少なくとも前記開放側の１つの側面に、樹脂部を当該ボビンの装着前にあらかじめ成形加工により一体的に接合して設けたことを特徴とする回転電機が提供される。

Claims (7)

1. 固定子鉄心の突起部に装着されたボビンを有する回転電機であって、
   前記ボビンは、
   巻線が巻き回される四角枠状の胴部を備え、
   前記胴部は、
   ４つの側面のうち、少なくとも対向配置された一方の２つの側面に絶縁材からなる薄膜体を有し、対向配置された他方の２つの側面の少なくとも一方に樹脂部を有する
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記薄膜体と前記樹脂部は、
   成形加工により一体的に接合されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ボビンは、
   前記胴部の開口側両端部の少なくとも一方に設けられたつば部をさらに備え、
   前記つば部は、
   前記薄膜体で構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記胴部は、
   前記他方の２つの側面の少なくとも一方に、前記一方の２つの側面に設けられた前記薄膜体と一続きである薄膜体を有し、
   前記樹脂部は、
   前記薄膜体に設けられる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記樹脂部は、
   基板が載置される基板載置部と、
   前記基板載置部に設けられたピン端子用穴と、を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 回転電機の固定子鉄心の突起部に装着されるボビンであって、
   巻線が巻き回される四角枠状の胴部を備え、
   前記胴部は、
   ４つの側面のうち、少なくとも対向配置された２つの側面に絶縁体の薄膜部を有し、対向配置された他方の２つの側面の少なくとも一方に樹脂部を有する
   ことを特徴とする回転電機のボビン。
7. 回転電機の固定子鉄心の突起部に装着されるボビンの製造方法であって、
   略コの字型に形成された絶縁材からなる薄膜体を金型に設置する第１手順と、
   前記金型を用いた樹脂成形により、前記薄膜体及び樹脂部を側面に有し、巻線が巻き回される四角枠状の胴部を形成する第２手順と、を有する
   ことを特徴とするボビンの製造方法。

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