(57)【要約】【課題】回転電機において、小型化・高効率化を確保しつつ、巻崩れ等の発生を防止し生産性を向上させる技術が望まれる。【解決手段】ティースと、内側に前記ティースが挿入される貫通孔を有するボビンと、前記ボビンに巻き回る複数本のコイルとを有するステータと、前記ティースと所定のギャップを介して配置されるロータと、を備える回転電機であって、複数本の前記のうち先にボビンに接触する第１のコイルと、前記第１のコイルよりも後にボビンに接触する第２のコイルとは、線径の一部が重なって巻き回るものである回転電機。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ティースと、内側に前記ティースが挿入される貫通孔を有するボビンと、前記ボビンに巻き回る複数本のコイルとを有するステータと、前記ティースと所定のギャップを介して配置されるロータと、を備える回転電機であって、
複数本の前記コイルのうち先にボビンに接触する第一のコイルと、前記第一のコイルよりも後にボビンに接触する第二のコイルとが、線径の一部が重なって巻き回るものである回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記コイルの一層目における前記第一のコイルと前記第二のコイルの位置関係が、二層目において逆の位置関係となっているものである回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記回転電機が、ラジアルギャップ型あるいはアキシャルギャップ型である回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機であって、
樹脂が前記ステータをモールドしているものである回転電機。
【請求項５】
複数本のコイルが巻き回されるボビンを備える回転電機の製造方法であって、
同じタイミングで巻き回される少なくとも二本のコイルの内、前記ボビンの内筒部外周面の回転軸方向端部に第一のコイルを接触させて巻き回す第一ステップと、
前記第一のコイルに第二のコイルを接触させて巻き回す第二ステップと、を有し、
前記第二のコイルよりも前記第一のコイルの方が先にボビンに接触するものである回転電機の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製造方法であって、
前記第二ステップにおいて、前記第一のコイルの線径と前記第二のコイルの線径とが一部重なるものである回転電機の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載の製造方法であって、
前記コイルの奇数層目において、
既に前記ボビンに巻き回された前記第二のコイルに対し、前記第一のコイルを回転軸方向から押し付ける第四ステップと、
前記第四ステップにて押し付けた前記第二のコイルに沿って、前記第1のコイルを
巻き回す第五ステップを有するものである回転電機の製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の製造方法であって、
一層目を巻き終わった際に前記第一のコイルと第二のコイルとの位置関係を逆転させ、コイルを巻き回す方向において前記第一のコイルを先行させる第六ステップと、を有する回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に係り、特に、ボビンにコイルを巻き回すことによりステータを形成する回転電機およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、回転電機の製造方法としては、ステータスロットにコイルを格納する方法と、コイルを巻き回したボビンにティースあるいは概略柱体のコアを挿入する方法の２種類がある。ボビンにコイルを巻き回して製造する場合においては、ボビンにコイルを巻き回す際に、巻崩れが起きないようにコイルに張力をかけつつ巻き回す製法が知られている。
【０００３】
ここで、回転電機の小型化・高効率化を図る上で、トルク出力に直接寄与する鉄心及びコイルを固定子内に高密度に配置することが重要である。鉄心は回転電機の磁気経路を形成する骨子であり、主磁束の磁気抵抗が小さくなるように形成することで、コイルや永久磁石で発生した磁束を有効に活用することが可能になる。また、コイルの体積を増加することは、同一巻き数を仮定した場合、線径の拡大につながる。これはコイルで発生するジュール損失を低減することにつながる。一方、鉄心やコイルの密度を高めようとすると、各部の隙間寸法が減少する為、生産性の悪化やコストの増加を招く恐れがある。従って、生産性や低コスト性を維持した上で、鉄心及びコイルの占積率を向上させる必要がある。
【０００４】
このようなボビンを用いた回転電機の構造において、所定の性能を確保しながら占積率を向上させるための手段として、例えば、特許文献１に開示されるように、２本のコイルを同時に巻き回す方法が開示されている。具体的には、巻線ノズルを支持
したノズル保持体を回転させて複数の線材２０ａ、２０ｂを平行（巻芯２の中心軸に垂直な面内で平行）に並べ、多層の巻線を同時に巻き回す方法や、線材２０ａ、３０ｂがドラムコア１の巻芯２の面に対して並列な状態でノズルから繰り出されるように設定しバイファイラ巻を施す方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１９９２２号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のようにノズルを巻芯の中心軸に対して斜めに角度をつけてしまうと、巻き芯（あるいはボビン）に巻き回す際に先に巻き芯に接触する線材と次に巻き芯に接触する線材にかかる張力の方向が異なり、複数層にも重ねて巻く際に巻崩れが発生しやすいという課題がある。
【０００７】
下の層（鉄心側に近い層）で巻崩れが発生してしまうと、崩れた層よりも上に巻くコイルを綺麗に整列させて巻くことができず、線材間に不必要な空隙が発生し、占積率の低下につながる。
【０００８】
また、巻崩れが発生したコイルは所定のコイル長を巻こうとすると、巻崩れていないものと比べて空隙が多い分だけ太くなってしまう。コアメンバが所定幅よりも太くなるとステータを形成できない虞がある。また、ステータを樹脂で固定するような場合には、樹脂流路となるコアメンバ間の空隙が狭まり、十分に樹脂が回り込まないという虞もある。
【０００９】
小型化・高効率化を確保しつつ、生産性を向上させる技術が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、特許請求の範囲に記載の発明を適用する。一例をあげるならば、回転電機であって、ティースと、内側に前記ティースが挿入される貫通孔を有するボビンと、前記ボビンに巻き回る複数本のコイルとを有するステータと、前記ティースと所定のギャップを介して配置されるロータと、を備える回転電機であって、複数本の前記のうち先にボビンに接触する第１のコイルと、前記第１のコイルよりも後にボビンに接触する第２のコイルとは、線径の一部が重なって巻き回るものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一側面によれば、コイルの巻き崩れを抑制することができ、回転電機の小型化・高効率化が図れ、生産性が向上する。
【００１２】
本発明の他の課題、構成及び効果は以下の記載から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】は、本発明を適用した実施例１によるアキシャルギャップ型回転電機の全体構成を示す側面図及び断面図である。
【図２】は、本発明を適用した実施例１によるアキシャルギャップ型回転電機の縦断面斜視図である。
【図３】は、本発明を適用した実施例１によるアキシャルギャップ型回転電機のステータの縦断面斜視図である。
【図４（ａ）】は、本発明を適用した実施例１によるアキシャルギャップ型回転電機のボビンと積層鉄心（コア）の組み合せを示す斜視図である。
【図４（ｂ）】は、（ａ）に示すコアメンバにコイルが巻き回された状態を示す斜視図である。
【図５】は、本発明を適用した実施例１によるアキシャルギャップ型回転電機のステータを構成する円環形状に配置されたコアメンバを示す平面図である。
【図６】は、本発明を適用した実施例１によるアキシャルギャップ型回転電機の樹脂流路を示す断面図である。
【図７】は、本発明を適用した実施例１によるアキシャルギャップ型回転電機のコアメンバにおいて、２本のコイルを同層へ同時に巻き回す巻き方を示した模式図である。
【図８】は、本発明を適用した実施例１によるアキシャルギャップ型回転電機のコアメンバにおいて、２本のコイルをさらに巻き進め２層目へ巻き回す巻き方を示した模式図である。
【図９】は、本発明を適用した実施例２によるアキシャルギャップ型回転電機のコアメンバにおいて、隣接しあうコイルを巻き回す巻き方の特徴を示す模式図である。
【図１０】は、本発明を適用した実施例３によるアキシャルギャップ型回転電機のコアメンバにおいて、隣接しあうコイルを巻き回す巻き方の特徴を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明を適用した実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１に、本発明を適用した例であるアキシャルギャップ型回転電機１（以下、「回転電機１」と表記する。）の全体構成を示し、図２に断面図を示す。回転電機１は、概略筒形状のハウジング５内部にステータ２、出力軸４に固定されて共回りするロータ３、軸受を介して出力軸４と接続された出力側及び反出力側のエンドブラケット、反出力軸側のエンドブラケットを貫通した回転軸４の端部に接続されて共回りする冷却ファン及び冷却ファンの生成する冷却風をハウジング５の外周側に案内するファンカバーを備える。
【００１６】
図１及び図２に示すように、アキシャルエアギャップ型電動機１は、出力軸方向の磁束を有する円環形状のステータ２が、出力軸側および反出力軸側に設けられた平面対向する２つのロータ３と所定のエアギャップを介して平面対向する２ロータ式の電機子構成である。
【００１７】
なお、本発明はこれに限定されず、シングルロータ式、複数のステータと複数のロータとからなる構成、またはラジアルギャップ型回転電機など、ボビンを用いる対応の回転電機であれば種々の形式に適用することができる。
【００１８】
図５に、軸方向から観察したステータ２の構成を示す。ステータ２は、複数の（本例では１２個）ステータコアメンバ６が、出力軸方向を中心に円環形状に配列される。その後、当該環状体がモールド材（本例では、樹脂を用いるものとする）によってモールドされるようになっている。
【００１９】
図３に、ステータ２を樹脂モールドした後の縦断面図を示す。各コアメンバ６は、コア８のコア端部８ａ（点線部）以外は、各コアメンバ間、コアメンバとハウジング間等すべてがモールド樹脂に覆われるようになる。また、ステータ２は、モールドによってハウジン５の内周に固定される。なお、ステータ２は、ハウジング５に直接成形されることなく個別にモールド成形などで強度部材として固形化された状態を製作し、ボルト等でハウジング５に固定してもよいし、あるいは樹脂モールドせずに固定部材等でハウジング５に固定してもよい。
【００２０】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に、ステータコアメンバ６の構成を示す。ステータコアメンバ６は、コア８、ボビン７及びコイル９を備える。本例のコア８は、磁性体からなる箔帯（テープ状）のアモルファス金属を徐々に幅を変え、軸芯から径方向に積層してなる積層コアである。コア８の形状は、径方向断面が概略台形の概略柱体形状であり、回転軸方向の端面を磁束面としてロータ面と対抗する。なお、コア８は箔帯や薄鋼板を回転方向に積層するようにしてもよいし、粉体によって成形されたものでもよい。
【００２１】
ボビン７は、樹脂等の絶縁材からなり、コア８の外周形状と概略一致する内周形状を有する筒状体からなる。筒状体からなるボビン７の軸方向両端部付近には、回転方向及び径方向に所定幅延伸する鍔部７ａを有する。突起７ｂは、樹脂モールド時にコアメンバを環状配置した際、隣接するコアメンバ６の突起７ｂまたは鍔部７ａと回転方向に当接し、コアメンバ６の位置決めを行う。また、隣接するボビンに突起７ｂが当接することによって、隣接するコアメンバ６のコイル間の空隙１０に充填するモールド樹脂の流路が確保されるようになっている。なお、突起７ｂを設けずに、所定間隔でコアメンバ６を位置決めする他の手段を用いてもよい。コア８がボビン７に挿入され、軸方向の両鍔部７ａの間にアルミや銅からなるコイル９が巻き回されることで、コアメンバ６が構成されるようになっている。
【００２２】
ここで、ボビン７に巻き回すコイル９の層数は、両鍔部７ａ間において必ずしも同数であるとは限らない。これは、他のコアメンバ６では、巻始めコイル末端と、巻き終わりコイル末端の引出が、軸方向で同じ側（出力側或いは反出力側）とすることの要請である。たとえばボビン７のコイル巻き回し領域の長さ、コイル９の線径や巻き回し層数及び回数、そして巻始め並びに巻き終わり末端の引出方向をすべて考慮し、ボビンサイズ、コイル径や段数を決定することは可能であるが、出力面、製造上からのサイズバリエーションコストの面及び電機子の小型化という側面からコイル径および巻段数等を常に一律とすることが困難であるためである。
【００２３】
よってコイル９は、最外層の途中で巻回しに予定されたコイル長にいたり、巻き終わりコイル末端から引出し線口まで距離が残ってしまうことを防止するために、最外層の巻終わりコイル末端が引出し線口の位置に一致するように、途中で折り返して巻き回されるようになっている。
【００２４】
図６（ａ）に、コアメンバ６を環状配列した際の縦断面を模式的に示す。同図に示すように、コイルの外周側の２層は一方の鍔部７ａ側に型よって巻き回される。コイルを単純に順巻した場合には、出力軸側の鍔部７ａから巻始めコイル末端９ｓを巻回し、１段目が反出力軸側の鍔部７ａまで巻き回されると、再度出力軸側の鍔部７ａに巻き戻し、これを巻き終わりコイル末端９ｅまで繰り返す。このときコイル末端９ｅは、６層目の途中で予定の巻き回し量となり、出力軸側の鍔部７ａに設けられた引出し線口まで至らないことになる。
【００２５】
これに対して図６の巻き回し方法では、５層目の途中で御折り返し、巻始めコイル末端９ｓと同じ側の鍔部７ａにコイル巻き終わり末端９ｅが巻き回されるようになっている。即ち５層目の一部が６層目として巻き回される。この結果、層数の少ない方が、隣接するコイル９との空隙１０が大となり、その逆は小となる。
【００２６】
なお、樹脂モールド工程で、この空隙１０に樹脂を（主に）回転軸方向（図中の上下方向）から充填する際、空隙１０が小の部分と大の部分とで樹脂流路幅が異なるため、空隙１０が小の部分には樹脂が回り込みにくい。これを改善する為、図６（ｃ）に示すように、第１コアメンバ６ａはコイル９の巻回し層数が出力軸側で多く、第２コアメンバ６ｂはコイル９の巻回し層数が反出力側で多くなるように配置する。このように隣接するコアメンバで、巻回し層数が多いコイルと少ないコイルとが対向するように配置することで、隣接コイル間に形成される空隙１０の幅を十分かつ略均一に確保することができる。
【００２７】
図７には、これまでに説明したコイル９の巻き回し方法を説明する模式図を示す。本実施例の回転電機１においては、ボビン７の筒部外周に巻き回されるコイル９は２本同時に巻き回されるものとする。
【００２８】
図７（ａ）に示すように、ボビン７の筒部の外周に２本のコイルを同時にかつ連続して巻き回す際、先にボビンの筒部の外周に接触して巻き回されるコイル９ａと後から巻き回されるコイル９ｂを同層に配置する。巻き回しの方向にコイル同士が密接するように巻き回しを進め、巻き始めの反対側の鍔部近傍で上層へと巻き重ね、同様に、コイル９ａとコイル９ｂとを同層に配置し巻き回してゆく方向にコイル同士を密接させてゆく。
【００２９】
このとき、図７（ｂ）に示すように、隣接するコイル９ａとコイル９ｂ同士は完全に同時ではなく、先にコイル９ａがボビンに接触し、その次にコイル９ｂがコイル９ａと接触しつつボビンに巻き回される。このとき、ボビンが図7（a）の矢印のように画面奥から画面手前に向かって回転する場合、ノズル30はコイル9aがコイル9bよりも画面奥側に位置させることで、同じタイミングでノズルから繰り出される二本のコイル9a,9bがボビンに接触する時間差を生み出している。
【００３０】
このように先行するコイル９ａに後行するコイル９ｂを接触させながら巻き回すことで、必ず、巻き回そうとするコイルの隣にガイドとなるコイル（最初のコイル９ａの場合にはガイドは鍔部７ａ）が存在することとなり、コイル間に必要以上の空隙を発生させることなく整列して巻き回すことが可能となる。
【００３１】
仮に、コイル９ｂの方が先にボビンに接触して巻き回されてしまうと、既に巻き回されているコイルと先に巻き回された９ｂとの間に９ａが下りてくることになる。この巻き回し済のコイルと９ｂとの間隔がこいる９ａの直径より大きすぎたり小さすぎたりすると、上の層に巻き回されるコイルの巻崩れにつながるため、９ｂは９ａよりも後にボビンに接触することが望ましい。
【００３２】
図８（ａ）には１層目を巻き終わり、２層目を巻き回している状態の模式図を示す。２層目（偶数層目）は１層目（奇数層目）と異なり、既に巻き回されたコイルにガイドとして先に接触するのは巻回しの進行方向とは逆のコイル９ｂとなる。すなわち、図８（ｂ）に示すように、２層目は、１層目のコイル９ａとコイル９ｂとの間に２層目のコイル９ｂが巻き回される。その後コイル９ｂをガイドとしてコイル９ａが、コイル９ａをガイドとして次のコイル９ｂが隣接して巻き回されていく。２層目の最初のコイル９ｂは鍔部７ａとは接触していないものの、整列して巻き回された１層目のコイル９ａとコイル９ｂの両方に接触して巻き回されることで、下層のコイルをガイドとして整列に巻き回すことができる。２層目も１層目同様にコイル９ａが先に下層に接触するように巻き回してしまうと、コイル９ａ同士の間隔がコイル９ｂの線径より大きすぎたり小さすぎたりする虞があり、巻崩れが発生してしまう。これを防ぐために２層目（偶数層目）は１層目（奇数層目）とは、下層のコイルに接触する順番を入れ替えることで、１層目と同様に、巻回しの進行方向の後方にガイドとなるコイルが存在することとなり、巻崩れを防止することができる。これ以降の層も、奇数層は図７のようにコイル９ａが先にボビンに接触して巻き回し、偶数層目はコイル９ｂが先に下層のコイルに接触して巻き回す。奇数層と偶数層で、先にボビン（あるいは下層のコイル）に接触するコイルを入れ替えることで巻崩れを防止できる。巻崩れがなくなればコアメンバ間の隙間もかくほすることができ、樹脂モールドする場合の樹脂流路を確保することも可能となる。
【００３３】
以上のように、実施例１のコアメンバ６によれば、コイルの巻き回し進行方向の後方に位置するコイルを先に下層に接触させ、ガイドとすることで、複数本を同時に巻き回す場合であっても巻崩れを防止し、生産性を向上させることができる。
【００３４】
また、実施例１のコアメンバ６によれば、隣接するコアメンバで、巻回し層数が多いコイルと少ないコイルとが対向するように配置することで、樹脂モールドする場合の流路を確保することができ、信頼性・生産性を向上させることができる。
【００３５】
なお、本実施例では丸線のコイル線で２本巻のものを例にとって説明したが、角線や３本以上の複数巻のものにも適用可能である。
【実施例２】
【００３６】
次いで、実施例２について説明する。実施例１のコイル９は図７（ｂ）に示すように線径が最も太い部分で隣り合うコイルに接触するように巻き回すものである。
【００３７】
これに対し本実施例では、隣り合うコイルの線径と重なるように接触させて巻き回す点が実施例１とは異なる。
【００３８】
図９（ａ）には、実施例２における巻き回し方法の模式図を示す。実施例２においては、コイル同士が横方向（回転軸方向）に接触するだけでなく、上下方向（積層方向）にも接触しつつ巻き回される。すなわちボビンに対してコイルを正射影した際に、コイルの線径同士が一部重なる形となる。巻始めのコイル９ａ'が鍔部７ａに接触して巻き回される点は実施例１と共通するが、その次のコイル９ｂ'はコイル９ａ'の上から、一部が被さる形で接触し、コイル９ａ'の外周に沿ってボビンへと巻き回される。次に巻き回されるコイルの内先にボビンに接触するコイル９ａ’も同様に、既に巻き回されているコイル９ｂ'に斜め方向から接触し、そのままコイル９ｂ'と接触を保ちつつコイル９ｂ'の外周に沿ってボビンへと着地するように巻き回される。
【００３９】
図９（ｂ）には２層目の巻き回し方法についての模式図を示す。一層目とは下層に接触するコイルの順が入れ替わる点は、実施例１と共通している。２層目以降も１層目と同様に、先に巻き回されているコイルに対し次に巻き回されるコイルの線径の一部が重なるように巻き回される。
【００４０】
以上のように、実施例２のコアメンバ６によれば、実施例１と比べコイルの線径の一部を重ねて巻き回すことにより、実施例１と比較して、よりコイル間の空隙を減らし整列して巻き回すことができる。そのため、生産性が向上し、占積率を上げることで小型化・高効率化が可能な回転電機を提供できる。
【実施例３】
【００４１】
実施例３では、実施例２の巻き回し方法に対し、さらに隣接するコイルへの力を加え、よりコイル同士が接触して整列するように巻き回す方法について説明する。
【００４２】
図１０には実施例３における巻き回し方法の模式図を示す。実施例３では、ボビンを一周したコイルを巻き回すときに、既に巻き回したコイル９ｂ'・コイル９ａ'を横方向（回転軸方向）から押しつけてから巻き回すものである。コイルがボビン筒部を一周する毎にノズル３０は図１０（ａ）のようにコイル９ｂ'に対し９ａ'を押し付けることで、実施例２の効果に加え、既に巻き回されているコイル９ｂ'がコイル９ａ'側へ押し付けられ、巻き回し済みのコイルに対しても整列させる圧力をかけることができる。よって、コイル同士がより接触し、強固に巻き回されることで巻崩れを防ぐことが可能となる。
【００４３】
以上、本発明を適用した実施例について説明したが、本発明は上記種々の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱することのない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、線径の異なる２本のコイルを同時に巻線する場合や３本のコイルを同時に巻線するなど異なる導体径や複数本のコイルの組み合わせによりコイルを巻き回して作られるコイルによって、隣接するコイル間に樹脂成形時の樹脂の流路として有効な空隙形状を形成することができれば、巻き回されるコイルの線径の違いや同時に巻き回されるコイルの本数が限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４４】
１…回転電機、２…ステータ、３…ロータ、４…出力軸、５…ハウジング、６…コアメンバ、７…ボビン、８…積層鉄心（コア）、９、９a、９b…コイル、１０…樹脂の流路、２０…モールド樹脂、３０、３０a、３０ｂ…ノズル。
【図１】
2020078139.tif 000003
【図２】
2020078139.tif 000004
【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
2020078139.tif 000007
【図５】
2020078139.tif 000008
【図６】
2020078139.tif 000009
【図７】
2020078139.tif 000010
【図８】
2020078139.tif 000011
【図９】
2020078139.tif 000012
【図１０】
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