WO2018225385A1

WO2018225385A1 - 回転電機

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Publication number: WO2018225385A1
Application number: PCT/JP2018/015845
Authority: WO
Inventors: 悠山田; 孝石上; 金澤　宏至; 寿和田; 浩一柏
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2018-04-17
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2019-12-07
Also published as: JP2018207717A; JP6917787B2

Abstract

回転電機は、鉄心を覆うボビンにコイルが巻き回されて形成される集中巻コイルを複数有する固定子を備える回転電機であって、ボビンは、直線部と直線部の長手方向に配される端部とを備え、端部は、直線部と接しボビンの幅の半分よりも大きな曲率半径を有する２つの曲部、および屈曲規定部を備え、屈曲規定部の少なくとも一部は直線部から長手方向にボビンの幅の半分よりも離れた位置に存在する。

Description

回転電機

　本発明は、回転電機に関する。

　近年、電動パワーステアリングなどに用いられるモータは、高い出力密度が求められる。コイルが発生できる磁界の強さは、コイルの巻数とコイルに流れる電流の大きさによって決まり、磁界の強さはモータの出力に強い影響を与えるため、コイルに流す電流を大きくする目的のために銅線の太線化が進められている。しかし、太線の採用によって高電流化を図れる一方、モータの製造過程においては、太線化による電線の加工の難化が問題となる。一般に、電線は太い方が曲げなどの加工が難しく、集中巻コイルにおいては、ボビンに電線を巻きつける際のボビンと電線の密着性に影響する。集中巻コイルのボビンは縦横比が大きいが、このうち回転子の回転軸と略平行である長辺部と電線の密着性は、モータの出力密度に大きな影響を与える。密着性の低さは、略長方形状のボビンに電線を巻きつける際に、ボビンの輪郭に電線が沿い切れずに膨らむために生ずるものであり、ここではこの現象を巻き膨らみと呼ぶ。この巻き膨らみを抑制することは、集中巻コイルの太線化と出力密度向上の両立のためには避けられない課題である。
　特許文献１には、ボビン端部を構成する２つの曲部において、コイルの巻き終わり側の曲率半径Ｒ２を、コイルの巻き始め側の曲率半径Ｒ１よりも大きくする構成が開示されている。

日本国特開２００６－０６７７７８号公報

　コイルの巻き膨らみの低減が求められる。

　本発明の第１の態様による回転電機は、鉄心を覆うボビンにコイルが巻き回されて形成される集中巻コイルを複数有する固定子を備える回転電機であって、前記ボビンは、直線部と前記直線部の長手方向に配される端部とを備え、前記端部は、前記直線部と接し前記ボビンの幅の半分よりも大きな曲率半径を有する２つの曲部、および屈曲規定部を備え、前記屈曲規定部の少なくとも一部は前記直線部から前記長手方向に前記ボビンの幅の半分よりも離れた位置に存在する。

　本発明によれば、コイルの巻き膨らみを低減することができる。

固定子の外観を示す図コイル４が巻き回された鉄心２を示す図コイル４が巻き回される前の鉄心２を示す図ボビン３の断面図端部３２の詳細を示す図ボビン３にコイル４を巻き回す過程を示す図図７（ａ）はボビン３の平面図、図７（ｂ）はボビン３の下面図コイルの巻き膨らみを抑制しない場合に生じうる問題を示す図変形例３における端部３２の形状を示す図変形例５おける端部３２の形状を示す図第２の実施の形態における端部３２Ａの形状を示す図第２の実施の形態の変形例における端部３２Ａの形状を示す図第３の実施の形態における端部３２Ｂの形状を示す図第４の実施の形態におけるボビン３の形状を示す図第５の実施の形態におけるボビン３およびその製造工程を示す図第５の実施の形態の変形例におけるボビン３を示す図第６の実施の形態におけるボビン３を示す図巻線機９０にボビン３を組み付けてボビン３にコイル４を巻回する様子を示す図

―第１の実施の形態―
　以下、図１～図８を参照して、本発明にかかる回転電機である電動モータの第１の実施の形態を説明する。

（固定子の概要）
　図１は、固定子の外観を示す図である。電動モータ１００は、固定子１と不図示の回転子を備える。固定子１は複数の鉄心２を備え、それぞれの鉄心２にコイル４が集中的に巻かれている。換言すると、電動モータ１００は巻き線の形態として集中巻きを採用している。コイル４に通電されると磁界が生じ、不図示の回転子が回転する。

　図２はコイル４が巻き回された後の状態にある鉄心２を示す図、図３はコイル４が巻き回される前の状態にある鉄心２を示す図である。以下では、図２に示す矢印Ｈの方向を高さ方向または長手方向、矢印Ｄの方向を奥行き方向、矢印Ｗの方向を幅方向と呼ぶ。なおここではＨ，Ｄ，Ｗが方向を表すにすぎず、寸法を表すものではないことを明確にするために一方向矢印を用いている。

　鉄心２は鉄系の金属で構成される。鉄心２は、たとえば鋳造、削り出しで製造される。また鉄心２は、鉄心の断面形状に打ち抜かれた薄い鋼板を複数枚重ねて製造することや、粉末状の金属を押し固めて製造することもできる。鉄心２は、コイル４との電気的な絶縁のために、樹脂など絶縁性の材料で成形されたボビン３で覆われる。ボビン３は図３に示すように鉄心２の長手方向の両端から挿入され、ボビン３の挿入後にコイル４が巻き回される。なおコイル４の主な素材は、銅やアルミなどである。

　鉄心２へのコイル４の巻回は、たとえば鉄心２とボビン３を組み合わせたものを巻線機に固定し、電線の片方の端部をボビン３あるいはその周囲の治具に固定した状態において、鉄心２とボビン３を回転させてボビン３にコイル４を巻きつける方法をとることができる。また、電線の繰出し口であるノズルを、電線を繰出しながらボビン３の周囲を旋回させることによってコイル４を巻回してもよい。なお以下では、鉄心２に巻回する前の電線もコイル４と呼ぶ。

（ボビン３の断面図）
　図４は、ボビン３の断面図である。図４はコイル４が巻き回される平面で切断しているので、図４の上下が高さ方向、図４の左右が幅方向である。ボビン３をその形状により便宜的に分割すると、ボビン３は長手方向に上から端部３２、直線部３１、端部３２に分割される。図４に示すように、ボビン３の幅を以下ではボビン幅ＢＷと呼ぶ。

　直線部３１の外形は直線で構成され、内部に鉄心２が挿入される空洞を有する。ただし直線部３１は図３に示すように２つの部材の組み合わせにより形成されるため、図２に示すように長手方向の中間に切れ目が存在していてもよい。端部３２は図４において２つ存在するが、形状は同一なのでここでは上部の端部３２のみを説明する。端部３２は、第１曲部１２と、第２曲部１３と、第３曲部１４とを備える。第１曲部１２および第３曲部１４は、ＢＷよりも大きい同一の曲率半径を有する円弧である。第２曲部１３は、第１曲部１２および第３曲部１４よりも小さい曲率半径を有する円弧である。

（端部３２の詳細）
　図５は、端部３２の詳細を示す図である。ただし図５では、それぞれの構成を明確にするために、直線部３１と端部３２の接合部、第１曲部１２と第２曲部１３の接合部、および第２曲部１３と第３曲部１４の接合部の間隔を開けて表示している。また図５において破線は直線部３１と端部３２の境界を示している。

　第１曲部１２の両端を接触端１２Ａ、頂点端１２Ｂと呼ぶと、接触端１２Ａは直線部３１と接触し、頂点端１２Ｂは第２曲部１３と接触する。第３曲部１４の両端を接触端１４Ａ、頂点端１４Ｂと呼ぶと、接触端１４Ａは直線部３１と接触し、頂点端１４Ｂは第２曲部１３と接触する。第１曲部１２、第２曲部１３、および第３曲部１４は上述した幾何的な特徴を有するので、直線部３１と端部３２との境界から第２曲部１３の頂部までの長手方向の距離Ｌはボビン幅ＢＷの半分を超える。

（コイル４の巻回過程）
　図６は、ボビン３にコイル４を巻き回す過程を示す図である。図６において破線がコイル４を表す。図６では図示の都合によりボビン３とコイル４の間に隙間が生じているが、実際にはボビン３とコイル４は略密着する。コイル４はまず、図６（ａ）に示すように直線部３１に沿って配される。次にコイル４は、図６（ｂ）に示すように直線部３１と第１曲部１２の境界で軽く屈曲され、第１曲部１２に沿って配される。そしてコイル４は、図６（ｃ）に示すように第２曲部１３において大きく屈曲される。このように、第２曲部１３は大きな屈曲を生じさせる部位なので、以下では第２曲部１３を「屈曲規定部」とも呼ぶ。最後にコイル４は、図６（ｄ）に示すように第３曲部１４と直線部３１の境界で軽く屈曲される。なお以下では、図６に示した方向にコイル４を巻き付けることを、「ボビン３にコイル４を時計回りに巻回する」と言う。

（ボビンの上端と下端の相違）
　ボビン３にコイル４を巻き回す際には、コイル４はボビン３の周囲を一周するごとに奥行き方向へおよそコイル４の厚み分移動する。コイルの密度を高めるために、この移動は図６に示すようにボビン３の端部で集中的に行われる。この移動はボビン３の上端部と下端部のいずれで行ってもよいが、ここでは上端部で行うとして説明を続ける。

　図７（ａ）はボビン３の平面図、図７（ｂ）はボビン３の下面図である。ただし図７ではコイル４を１層分のみ記載している。ボビン３の上端では図７（ａ）に示すように、コイル４がボビン３の端部を斜めに渡る。一方、ボビン３の下端では図７（ｂ）に示すように、コイル４がボビン３の端部を平行に渡る。図７（ａ）と図７（ｂ）のそれぞれにおいて、コイル４に沿ってボビン３を切断する切断面を、切断面６Ａ、切断面６Ｂと呼ぶ。切断面６Ｂで切断して得られる断面が図４に示した切断面であり、切断面６Ａで切断すると厳密には切断面の横幅はＢＷよりもわずかに大きくなる。しかし第１曲部１２、第２曲部１３、および第３曲部１４のいずれもＢＷと同様の比率で大きくなるので、曲率半径と横幅の関係は維持される。すなわち、ボビン３の上端と下端のいずれでも以下に説明するように巻き膨らみが低減される。

（巻き膨らみの低減）
　ボビン３は以下の３つの特徴的な構成を有するので、巻き膨らみが顕著に低減される。
　第１の特徴的な構成は、ボビン３の端部から長辺に向かってコイル４が巻回される箇所に配される、曲率半径の大きな第３曲部１４である。第３曲部１４の曲率半径が大きく、直線部３１と滑らかに接続されることにより、巻回されるコイル４は巻き膨らみの小さな状態で直線部３１へ巻回され始めることとなる。仮に第３曲部１４の曲率半径が小さな場合には、十分に曲がりきらなかったコイル４がボビン３から大きく遊離してボビン３の長辺部へ巻回され始めることとなり、巻き膨らみが大きくなる原因となる。

　第２の特徴的な構成は、直線部３１からボビンの端部、すなわち第２曲部１３に向かってコイル４が巻回される箇所に配される、曲率半径の大きな第１曲部１２である。第１曲部１２の曲率半径が大きく、ボビン３の直線部３１と滑らかに接続されることにより、巻回されるコイル４は、強い曲げの影響を受けることなく、ボビン３の先端部に向けて緩やかな曲げを伴って巻回され、すでに通過した直線部３１に巻回されたコイル４の巻き膨らみの大きさを増大させない。仮に第１曲部１２の曲率半径が小さな場合には、第１曲部１２に沿うように曲げられるコイル４は、急激な曲げ加工の影響を曲げの基点の前方および後方の両側に受け、すでに通過した長辺部に巻回されたコイル４は、ボビン３から遊離する方向に移動する力を受け、巻き膨らみが大きくなる原因となる。

　第３の特徴的な構成は、ボビン３の先端部に配されてコイル４の曲げの基点となる、屈曲規定部である第２曲部１３である。ボビン３の先端部付近に屈曲規定部を設けられるので、コイル４がボビン３の端部付近で強く曲げられる。したがって、直線部３１と端部３２の境界付近ではコイル４を急激に曲げる必要がなく、曲げ残しなどによる巻き膨らみの増大を防ぐことができる。

（巻き膨らみ）
　図８は、コイル９４の巻き膨らみを抑制しない場合に生じうる問題を示す図である。図８に示すボビン９３は、上述したボビン３とは異なる形状を有する。図８では、簡略化のためコイル９４をボビン９３に一層だけ巻回している。また図８では図６と同様に、ボビン９３にコイル９４を時計回りに巻回している。図８に示すように、巻き膨らみによるコイル９４と鉄心９２との距離は、巻き回される前後で異なる。具体的には、端部に達する前のコイル９４の膨らみ９８よりも、端部に達した後のコイル９４の膨らみ９９の方が大きく、コイル９４と鉄心９２との距離がより離れる。そして、この巻きふくらみにより隣接するコイル９４同士の距離が短くなる。そのため巻き膨らみが大きな場合には、鉄心９２同士の距離を離すなどの対策が必要になる。また巻き膨らみの影響を最小にとどめるためには、巻き膨らみ最大箇所、すなわち図８の符号９９の膨らみの箇所への対策だけでは十分ではなく、ボビン９３の長辺全域にわたって巻き膨らみを低減することが必要である。

　上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電動モータ１００は、鉄心２を覆うボビン３にコイル４が巻き回されて形成される集中巻コイルを複数有する固定子１を備える。ボビン３は、直線部３１と直線部３１の長手方向に配される端部３２とを備える。端部３２は、直線部３１と接しボビン幅ＢＷの半分よりも大きな曲率半径を有する２つの曲部、すなわち第１曲部１２および第３曲部１４を備える。端部３２はさらに、直線部３１から長手方向にボビン幅ＢＷの半分よりも離れて存在する屈曲規定部、たとえば第２曲部１３を備える。そのため、コイル４の巻き膨らみを低減することができる。

（２）第２曲部１３は、第１曲部１２および第３曲部１４よりも小さな曲率半径を有する円弧形状を有する。

（３）第１曲部１２および第３曲部１４は同一の曲率半径を有する。換言すると、端部３２は左右対称である。そのため、図６に示したようにボビン３にコイル４を時計回りに巻回する場合だけでなく、ボビン３にコイル４を反時計回りに巻回する場合にも同様に巻きふくらみを抑制できる。集中巻モータにおいては、回転子の回転軸側から固定子の突極を見る向きにおいて、突極によってコイル４がボビン３に時計回りに巻回されるものと反時計回りに巻回されるものが混在する例が多く存在する。したがっていずれの巻回方向であっても巻き膨らみを低減できる本実施の形態におけるボビン３の形状は有用である。またボビン３が左右対称なので成形が容易である。

（４）ボビン３は、２つの端部３２と１つの直線部３１を備え、直線部３１は２つの端部３２により挟まれる。すなわち本実施の形態では、ボビン３は上端と下端に同一形状の端部３２を備える。そのため、全周にわたってコイル４の巻き膨らみを低減することができる。また２つの端部３２の部品を共通化できるので製作や管理のコストを低減できる。

（変形例１）
　第１曲部１２と第３曲部１４の曲率半径は異なっていてもよい。第１曲部１２の曲率半径と第３曲部１４の曲率半径のそれぞれが、ボビン幅ＢＷの半分よりも大きければよい。

（変形例２）
　第３曲部１４の曲率半径は、第１曲部１２および第３曲部１４の曲率半径よりも小さいだけでなく、ボビン幅ＢＷの半分よりも小さくしてもよい。

（変形例３）
　端部３２は、第１曲部１２、第２曲部１３、および第３曲部１４の他に直線や曲線を含んで構成されてもよい。

　図９は変形例３における端部３２の形状を示す図である。本変形例における端部３２は、図９に示すように、第１曲部１２、第２曲部１３、および第３曲部１４の他に窪み１６を有する。窪み１６は、第１曲部１２と第２曲部１３との間、および第２曲部１３と第３曲部１４との間に存在し、ボビン３の内側に向かって窪んでいる。この窪み１６により、ボビン３に使用する材料を削減できる。またこの窪み１６が存在することにより、コイル４とボビン３の間に空気が流れる隙間が形成されるのでボビン３およびコイル４の放熱性が向上する。なお、以下の理由により、本変形例におけるボビン３の形態であっても、上述した第１の実施の形態と同様の巻き膨らみ低減効果を得られる。

　図９に示すボビン３へのコイル４の巻回を考察すると、ボビン３の窪み１６にコイル４が入り込むように巻回されることは、力学的に現実的ではない。換言すると、ボビン３に設けられた窪み１６は、コイル４の実質的な巻き付け面ではない。この場合の実質的なコイル４の巻き付け面は、おおよそ、ボビン３の巻き付け面に細く柔らかな糸を巻回し、適度な張力をかけた際の糸の位置に存在し、ボビン３の周囲を最短で結ぶ曲線によって描かれる面である。したがって、変形例３におけるボビン３も上述した第１の実施の形態と同様の巻き膨らみ低減効果を得られる。

（変形例４）
　ボビン３は端部３２を少なくとも１つ備えればよい。たとえばボビン３は、上部は上述した端部３２の形状を有し、下部は端部３２とは異なる形状を有するボビンとしてもよい。

（変形例５）
　第２曲部１３を構成する弧の角度は１８０度以上でもよい。
　図１０は、変形例５における端部３２の形状を示す図である。図１０に示すように、第２曲部１３を構成する弧の角度が１８０度以上であってもよい。

―第２の実施の形態―
　図１１を参照して、本発明にかかる回転電機である電動モータの第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、端部３２の形状が第１の実施の形態と異なる。

　図１１は、第２の実施の形態における端部３２Ａの形状を示す図である。端部３２Ａは、第１曲部１２と、接続部１５と、第３曲部１４とから構成される。第１曲部１２の曲率半径がボビン幅ＢＷの半分よりも大きい点は第１の実施の形態と同様であるが、さらに弧の高さ、すなわち直線部３１と端部３２Ａとの境界から頂点端１２Ｂまでの長手方向の距離Ｍがボビン幅ＢＷの半分を超える。第３曲部１４も同様であり、第３曲部１４の曲率半径はボビン幅ＢＷの半分よりも大きく、直線部３１と端部３２Ａとの境界から頂点端１４Ｂまでの長手方向の距離Ｍがボビン幅ＢＷの半分を超える。接続部１５は、第１曲部１２の頂点端１２Ｂと第３曲部１４の頂点端１４Ｂとを接続する直線である。

　本実施の形態では、第１曲部１２の頂点端１２Ｂ、および第３曲部１４の頂点端１４Ｂが屈曲規定部となる。

　上述した第２の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）第１曲部１２と第３曲部１４のそれぞれは、直線部３１と接する端部である接触端１２Ａおよび接触端１４Ａと、直線部３１と接触しない端部である頂点端１２Ｂおよび頂点端１４Ｂとを備える。頂点端１２Ｂおよび頂点端１４Ｂは、直線部３１から長手方向にボビン幅ＢＷの半分よりも離れている。本実施の形態における屈曲規定部は、頂点端１２Ｂおよび頂点端１４Ｂである。

（第２の実施の形態の変形例）
　接続部１５は直線でなくてもよい。たとえば第１の実施の形態と同様に上に凸の円弧でもよいし、下に凸の円弧でもよい。
　図１２は、第２の実施の形態の変形例における端部３２Ａの形状を示す図である。接続部１５は下に凸の円弧形状を有する。本変形例においても、第２の実施の形態と同様に第１曲部１２の曲率半径はボビン幅ＢＷの半分よりも大きく、直線部３１と端部３２Ａとの境界から頂点端１２Ｂまでの長手方向の距離Ｍがボビン幅ＢＷの半分を超える。また第３曲部１４の曲率半径はボビン幅ＢＷの半分よりも大きく、直線部３１と端部３２Ａとの境界から頂点端１４Ｂまでの長手方向の距離Ｍがボビン幅ＢＷの半分を超える。本実施の形態では第１曲部１２の頂点端１２Ｂ、および第３曲部１４の頂点端１４Ｂが屈曲規定部の役割を果たすので、接続部１５が下に凸の円弧であっても、第１の実施の形態と同様にコイル４の巻き膨らみを低減することができる。

―第３の実施の形態―
　図１３を参照して、本発明にかかる回転電機である電動モータの第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、端部３２の形状が第１および第２の実施の形態と異なる。

　図１３は、第３の実施の形態における端部３２Ｂの形状を示す図である。ただし図１３では、それぞれの構成を明確にするために、直線部３１と端部３２Ｂの接合部、および第１曲部１２と第３曲部１４の接合部の間隔を開けて表示している。端部３２Ｂは、第１曲部１２と、第３曲部１４とから構成される。第１曲部１２の曲率半径がボビン幅ＢＷの半分よりも大きい点は第１の実施の形態と同様であるが、さらに弧の高さ、すなわち直線部３１と端部３２Ａとの境界から頂点端１２Ｂまでの長手方向の距離Ｎがボビン幅ＢＷの半分を超える。第３曲部１４も同様であり、第３曲部１４の曲率半径はボビン幅ＢＷの半分よりも大きく、直線部３１と端部３２Ａとの境界から頂点端１４Ｂまでの長手方向の距離Ｎがボビン幅ＢＷの半分を超える。

　本実施の形態では、第１曲部１２の頂点端１２Ｂと第３曲部１４の頂点端１４Ｂとが接合しており、この接合点が屈曲規定部となる。換言すると、第１曲部１２と第３曲部１４の交点が本実施の形態における屈曲規定部である。なおこの接合点は、図１３では端部３２Ｂにおける幅方向の中心に存在するが、幅方向の中心からずれた位置に存在してもよい。

　上述した第３の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）屈曲規定部は、頂点端１２Ｂおよび頂点端１４Ｂの交点である。そのため端部３２Ｂの構成を簡素化できる。

―第４の実施の形態―
　図１４を参照して、本発明にかかる回転電機である電動モータの第４の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、鉄心２とボビン３の接する箇所の形状が、第１の実施の形態と異なる。

（構成）
　図１４は第４の実施の形態におけるボビン３の形状を示す図である。ボビン３は鉄心２の端部と正対する面に、突起２０あるいは窪み２１を有する。このボビン３と組み合わせられる鉄心２は、ボビン３の突起２０あるいは窪み２１に対応し、これとはめ合いの関係となる窪みあるいは突起を有する。ボビン３の突起２０と鉄心２のくぼみ、またはボビン３の窪み２１と鉄心２の突起が嵌め合わされる。ボビン３は端部３２の先端までが長いのでコイル４を巻回する際にボビン３がコイル４から力を受けやすいが、突起と窪みの嵌め合いにより鉄心２とボビン３の相対的な位置関係を一定に保つことができる。なお図１４では、ボビン３は長手方向の上部に窪み２１を有し下部に突起２０を有するが、いずれも窪み２１であってもよいし、いずれも突起２０であってもよい。

（鉄心２の製造方法）
　鉄心２は様々な方法で製造できるが、薄い鋼板を複数枚重ねて製造する場合は以下のように製造を簡略化できる。薄い鋼板を鉄心２の断面形状に打ち抜く際に、それぞれの鋼板には同じ個所にダボが形成される。このダボは、鋼板の片側に先端の尖った金属を打ち付けるなどして形成されるものである。そこでこのダボを上述した鉄心２の窪みまたは突起として利用することで、鉄心２に窪みまたは突起を形成する工程を省略できる。

　上述した第４の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）鉄心２とボビン３は、突起と窪みの組み合わせにより嵌合される。ボビン３は端部３２の先端までが長いのでコイル４を巻回する際にボビン３がコイル４から力を受けやすいが、突起と窪みの嵌め合いにより鉄心２とボビン３の相対的な位置関係を一定に保つことができる。

―第５の実施の形態―
　図１５を参照して、本発明にかかる回転電機である電動モータの第５の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、ボビンの端部の表面粗さを粗くする点で、第１の実施の形態と異なる。

　図１５は、第５の実施の形態におけるボビン３およびその製造工程を示す図である。ボビン３の外形は第１の実施の形態と同様であるが、表面粗さを規定する点が第１の実施の形態と異なる。すなわち、端部３２の表面粗さは、直線部３１の表面粗さよりも粗く、摩擦係数が大きい。そのため、コイル４の端部３２における滑りが防止される。表面粗さを粗くする領域を表面粗さ付与面１７と呼ぶと、表面粗さ付与面１７は端部３２の全域であってもよいし、端部３２の一部であってもよい。

　ボビン３は、上部金型３５および下部金型３６の中に絶縁性の材料を流し込んで成形される。上部金型３５の内周部には、表面粗さ付与面１７に対応する粗さ生成部３４が形成されており、追加の加工を要さず成形のみによって表面粗さ付与面１７を実現することができる。

　上述した第５の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）端部３２の表面粗さは、直線部３１の表面粗さよりも粗い。ボビン３～コイル４間の摩擦係数が小さく滑りが発生しやすい場合には巻き膨らみが大きくなる可能性があるが、本実施の形態では端部３２の表面粗さを粗くした。そのためコイル４のボビン３からの滑りを防止し、端部３２の形状により得られる効果である巻き膨らみの防止の効果をより確実に奏することができる。

（第５の実施の形態の変形例）
　表面粗さを加工する代わりに突起を設けてもよい。
　図１６は、第５の実施の形態の変形例におけるボビン３を示す図である。ボビン３の外形は第１の実施の形態と同様であるが、端部３２の表面に突起が設けられている。この突起はコイル４と接する面に設けられ、コイル４の滑りを防止する。突起の長さは特に限定されないが、コイル４の直径よりも短いことが望ましい。

　本変形例によれば、次の作用効果が得られる。
（１）端部３２はコイル４と接する面にコイル４の直径よりも短い突起を有する。そのためコイル４のボビン３からの滑りを防止し、端部３２の形状により得られる効果である巻き膨らみの防止の効果をより確実に奏することができる。

―第６の実施の形態―
　図１７～図１８を参照して、本発明にかかる回転電機である電動モータの第６の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第５の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、端部に貫通穴が備えられる点で、第１の実施の形態と異なる。

　図１７は、第６の実施の形態におけるボビン３を示す図である。ボビン３の外形、すなわちボビン３とコイル４が接する面の形状は第１の実施の形態と同様である。ボビン３は、奥行き方向に貫通する穴１９を両端に備える。換言すると、穴１９はコイル４が巻き回される平面、すなわち図１７に示される高さ方向と幅方向を含む平面、を貫くものである。この穴１９は以下に説明するようにボビン３にコイル４を巻回する際に利用される。なお直線部３１は内部に鉄心２が挿入され、直線部３１における端部３２との境界付近の樹脂の幅は薄い。そのため直線部３１に穴１９を設けることは現実的ではなく、穴１９は端部３２に設けられることになる。ただし穴１９が直線部３１と端部３２に跨って存在してもよい。

　図１８は、巻線機９０にボビン３を組み付けてボビン３にコイル４を巻回する様子を示す図である。巻線機９０は、巻線機土台３８とピン３７とを備える。ボビン３にコイル４を巻回す際には、巻線機土台３８の上にボビン３が置かれ、ボビン３の穴１９にピン３７が差し込まれる。そして巻線機土台３８が回転中心３３を中心に回転して、コイル４がボビン３に巻回される。そのため巻線時にボビン３がコイル４から受ける力は、穴１９、およびピン３７を回して巻線機土台３８に伝わる。すなわち、ボビン３の内部に高い応力が発生することを回避してボビン３が破壊されることを防止するとともに、ボビン３と鉄心２の相対的な位置関係を規制することができる。

　上述した第６の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）端部３２は、コイルが巻き回される平面を貫く穴１９を有する。そのためボビン３の内部に高い応力が発生することを回避してボビン３が破壊されることを防止するとともに、ボビン３と鉄心２の相対的な位置関係を規制することができる。

（第６の実施の形態の変形例）
　穴１９の代わりに窪みを設けてもよい。第６の実施の形態において穴１９は、巻線機土台３８が回転する際にピン３７と組み合わされてボビン３を巻線機土台３８に固定する役割を有していた。そのためボビン３は貫通穴である穴１９の代わりにピン３７と組み合わされて、巻線機土台３８に固定することができる窪みを備えてもよい。この窪みは、コイル４が巻き回される平面、すなわち図１７に示される高さ方向と幅方向を含む平面に垂直である。たとえば、穴１９の一方の出口を塞ぐことにより形成される窪みが本変形例における窪みである。

　上述した各実施の形態および変形例では、固定子１の各突極部を分割した分割鉄心型を例に挙げて図示しているが、一体コアなどの分割鉄心型でない鉄心であってもよい。また、ボビン３は、あらかじめ成形し、鉄心の両端から挿入する方法を例に挙げたが、鉄心２をモールドするように成形してもよいし、分割されずに一体であってもよい。ボビン３の材質は、一例として樹脂を挙げたが、鉄心２とコイル４の間に必要なだけの電気的な絶縁を提供できればよく、材質は問わない。またボビン３の構造は、主にコイル４の巻き付け面となる箇所について記述したが、巻き付け面の周囲に、コイル４の位置ずれを防止するための土手や、巻回位置を規制するための構造物を設けてもよく、そのような場合でも本発明の本質は不変である。

　上述した各実施の形態および変形例では、コイル４の端部３２への巻き付け面を固定子１の径方向に進んだ場合の形状の変化に言及していない。しかし、目的とする形状にあわせて、コイル４の端部３２への巻き付け面を固定子１の径方向にあわせて変化させてもよい。たとえば、一周の巻回ごとにコイル４の先端の位置を変化させるためにボビン３の先端の位置が異なってもよいし、コイル４の巻き始めや巻き終わり箇所など、特に巻き膨らみの顕著な箇所のみに本発明のボビン３端部形状を適用してもよい。

　端部３２の詳細な形状は、コイル４の最小曲げ半径や、巻回時にコイル４にかかる張力に留意することが望ましい。コイル４の絶縁被膜の破壊を防止することを考えると、コイル４の最小曲げ半径は、コイル４の線径の半分以上であることが望ましい。換言すると、第２曲部１３の曲率半径や接続部１５の形状などは、使用するコイル４の線径を考慮して決定することが望ましい。また、張力はコイル４が伸びずに巻回できる張力がおよそ１００ＭＰａであることや伸びを５％に留める張力がおよそ１８０ＭＰａであることを考慮して巻回されることが望ましい。なお上述した各実施の形態および変形例のボビン３の形状を採用することにより巻き膨らみが低減できるため、巻線張力を強めることにより巻き膨らみを低減する手法を採用する必要がなく、従来よりも巻線張力を低減させて巻回することにより、コイル４の損傷や伸びを低減することも可能である。

　上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。たとえば第４の実施の形態、第５の実施の形態、第６の実施の形態に示す特徴を全て兼ね備えるボビンも本発明の範囲に含まれる。上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

　次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
　日本国特許出願２０１７－１１２９９１号（２０１７年６月７日出願）

１…固定子
２…鉄心
３…ボビン
４…コイル
１２…第１曲部
１２Ａ、１４Ａ…接続端
１２Ｂ、１４Ｂ…頂点端
１３…第２曲部
１４…第３曲部
１９…穴
２０…突起
２１…窪み
３１…直線部
３２、３２Ｂ…端部
１００…電動モータ

Claims

　鉄心を覆うボビンにコイルが巻き回されて形成される集中巻コイルを複数有する固定子を備える回転電機であって、
　前記ボビンは、直線部と前記直線部の長手方向に配される端部とを備え、
　前記端部は、前記直線部と接し前記ボビンの幅の半分よりも大きな曲率半径を有する２つの曲部と屈曲規定部とを備え、
　前記屈曲規定部の少なくとも一部は前記直線部から前記長手方向に前記ボビンの幅の半分よりも離れた位置に存在する回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記屈曲規定部は、前記２つの曲部の交点である回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記屈曲規定部は、前記ボビンの幅の半分よりも小さな曲率半径を有する円弧形状を有する回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記２つの曲部のそれぞれは、前記直線部と接する端部である接触端と前記直線部と接触しない端部である頂点端とを備え、
　前記２つの曲部の前記頂点端は、前記直線部から前記長手方向に前記ボビンの幅の半分よりも離れており、
　前記屈曲規定部は、前記頂点端である回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記鉄心と前記ボビンは、突起と窪みの組み合わせにより接合される回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記端部の表面粗さは、前記直線部の表面粗さよりも粗い回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記端部は前記コイルと接する面に前記コイルの直径よりも短い突起を有する回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記端部は、前記コイルが巻き回される平面を貫く穴、または前記平面に垂直な窪みを有する回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記２つの曲部は同一の曲率半径を有する回転電機。
　請求項１に記載の回転電機において、
　前記ボビンは、２つの前記端部と１つの前記直線部を備え、前記直線部は２つの前記端部により挟まれる回転電機。