(57)【要約】【課題】所定のパラ本数の線材を線材１本毎にテンションを掛けながら捲回することができ、スロット内の整列性を向上してモータを小型化することができる巻線の捲回方法を提供する。【解決手段】所定のパラ本数の線材のうち、複数の巻線要素ｗ１〜ｗ６に分割された幾つかのパラ本数の線材をノズル５０に配置し、ノズル５０をステータコア２３に対して移動させることで、各巻線要素ｗ１〜ｗ６の線材をスロット２４内に、各ターンの巻線要素がスロット２４の底面２４ｃと略平行となるように所定ターン数まで捲回させる。これを複数の巻線要素ｗ１〜ｗ６に対して繰り返すことで、複数の巻線要素ｗ１〜ｗ６の線材は、スロット２４の底面２４ｃと略平行にそれぞれ積層される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻枠または鉄心に形成された所定のスロットに、所定のパラ本数の線材を捲回する巻線の捲回方法であって、
前記所定のパラ本数の線材のうち、複数の巻線要素に分割された幾つかのパラ本数の線材をノズルに配置する工程と、
前記ノズルを前記巻枠または鉄心に対して移動させることで、該各巻線要素の線材を前記スロット内に、各ターンの前記巻線要素が該スロットの底面と略平行となるように所定ターン数まで捲回させる工程と、
を備え、前記複数の巻線要素に対して前記捲回工程を繰り返すことで、前記複数の巻線要素の線材は、該スロットの底面と略平行にそれぞれ積層されることを特徴とする巻線の捲回方法。
【請求項２】
前記スロット内に配置される各巻線要素は、第一の単極コイルを構成するように第１のターン数だけ捲回された第１の巻線と、第２の単極コイルを構成するように第２のターン数だけ捲回された第２の巻線と、を有し、
前記第１の巻線は、前記スロットの一方の側壁から他方の側壁に向かって順に該スロットの底面と略平行となるように捲回され、
前記第２の巻線は、前記スロットの他方の側壁から一方の側壁に向かって順に該スロットの底面と略平行となるように捲回されることを特徴とする請求項１に記載の巻線の捲回方法。
【請求項３】
前記巻線要素の分割数は、前記所定のパラ本数が多いほど多いことを特徴とする請求項１または２に記載の巻線の捲回方法。
【請求項４】
前記巻線要素の分割数は、前記線径が太いほど多いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の巻線の捲回方法。
【請求項５】
前記所定のパラ本数は、１２本より多いことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の巻線の捲回方法。
【請求項６】
アキシャルギャップ型モータのステータコアに使用されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の巻線の捲回方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線の捲回方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、モータのステータには、ステータコア（固定子鉄心）の各スロットにコイル導体を重ね巻きした複数相のコイルがそれぞれ挿入される。各コイルは、図７及び図８に示すように、多数本（図では、４８本のパラ本数）の線材Ｗが束で所定ターン数（図では、６ターン）捲回されてスロット２４内に挿入される。ステータコアへの巻線の捲回方法としては、ボビンに捲かれた線材Ｗを、ノズルに形成されたノズル孔から引き出して捲き付ける方法が知られている。
【０００３】
さらに、固定子鉄心の各ティースに集中巻きされる電機子巻線を、捲回数の異なる少なくとも２つのコイルに分け、これら２つのコイルを同じティース毎に並列に接続した状態でY結線することで、コイル間の誘導起電力の差が小さくなり、軸心がずれていても特性の低下を少なくすることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１２５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図７及び図８に示したように、多数本の線材Ｗを束でスロット２４内に挿入する際、線材１本毎にテンションが掛かっていないため、多数本の線材Ｗを制御できず、コイルの渡り部分（ステータからはみ出した屈曲部分をいい、以下、「コイルエンド」という）が長くなり、また、スロット２４内で線材Ｗがクロスして、スロット２４内の整列性を向上させることが困難であった。また、ノズル捲きの場合、線材にテンションを掛けながら捲回することができるが、多本数を一括して捲こうとすると、ノズル形状によって巻線のライン取りが悪い部分が発生し、スロット内に空間が出来やすく、整列性を向上することができなかった。また、ノズル捲きの場合、モータ仕様のパラ本数に応じてボビン数を確保する必要があり、多本数の場合にはテンションが大きくなり設備が大型化する。
【０００６】
さらに、特許文献１では、コイルを分割してティースに捲回することが記載されているが、スロット内のコイルの整列性については考慮されていない。
【０００７】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定のパラ本数の線材を線材１本毎にテンションを掛けながら捲回することができ、スロット内の整列性を向上してモータを小型化することができる巻線の捲回方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
巻枠または鉄心（例えば、後述の実施形態におけるステータコア２３）に形成された所定のスロット（例えば、後述の実施形態におけるスロット２４）に、所定のパラ本数の線材を捲回する巻線の捲回方法であって、
前記所定のパラ本数の線材のうち、複数の巻線要素（例えば、後述の実施形態における巻線要素ｗ１〜ｗ６）に分割された幾つかのパラ本数の線材をノズル（例えば、後述の実施形態におけるノズル５０）に配置する工程と、
前記ノズルを前記巻枠または鉄心に対して移動させることで、該各巻線要素の線材を前記スロット内に、各ターンの前記巻線要素が該スロットの底面（例えば、後述の実施形態における底面２４ｃ）と略平行となるように所定ターン数まで捲回させる工程と、
を備え、前記複数の巻線要素に対して前記捲回工程を繰り返すことで、前記複数の巻線要素の線材は、該スロットの底面と略平行にそれぞれ積層されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記スロット内に配置される各巻線要素は、第一の単極コイルを構成するように第１のターン数だけ捲回された第１の巻線（例えば、後述の実施形態における第１の巻線ｗａ）と、第２の単極コイルを構成するように第２のターン数だけ捲回された第２の巻線（例えば、後述の実施形態における第２の巻線ｗｂ）と、を有し、
前記第１の巻線は、前記スロットの一方の側壁（例えば、後述の実施形態における一方の側壁２４ａ）から他方の側壁（例えば、後述の実施形態における他方の側壁２４ｂ）に向かって順に該スロットの底面と略平行となるように捲回され、
前記第２の巻線は、前記スロットの他方の側壁から一方の側壁に向かって順に該スロットの底面と略平行となるように捲回されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記巻線要素の分割数は、前記所定のパラ本数が多いほど多いことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかの構成に加えて、前記巻線要素の分割数は、前記線径が太いほど多いことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれかの構成に加えて、前記所定のパラ本数は、１２本より多いことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれかの構成に加えて、アキシャルギャップ型モータのステータコアに使用されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、分割されたパラ本数の線材をテンションを掛けながらスロットの底面に沿って捲くことが可能となり、コイルエンドを短くすることができ、整列性を向上してモータを小型化することができる。また、所定のパラ本数を一括で捲いた場合には、コイルを一本一本管理することが難しかったが、分割されたパラ本数で捲いた場合には、１本ずつ捲く場合と同様の効果を得つつ、巻線を捲回する時間も短縮できる。さらに、一括で所定のパラ本数の線材を捲回する場合に比べて線材をセットするボビンの数も少なくなり、設備を小型化することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、分布捲きの場合において、各単極コイルの巻線をスロットの両側壁に沿って捲くことができ、各単極コイルの巻線のコイルエンドを短くすることができ、整列性を向上させることができる。
【００１６】
請求項３及び４の発明によれば、一括で捲くとスロット内の空間が大きくできてしまうような場合ほど分割数を上げることで占積率を向上させることができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、所定のパラ本数が１２以上の場合に複数の巻線要素に分割することで、コイル一本一本を管理しやすくなり、ノズルで効率的に捲回することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、アキシャルギャップ型モータのステータコアは、スロットが軸方向に向けて開いており、巻線を捲回する際にノズルが捲回しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るアキシャルギャップ型モータの全体斜視図である。
【図２】図１のロータの分解斜視図である。
【図３】ステータの正面図である。
【図４】ノズルを用いてステータにコイルを捲回する状態を示す斜視図である。
【図５】ステータの拡大斜視図である。
【図６】図５のＶ−Ｖ線に沿って切断された断面図である。
【図７】従来のステータの拡大斜視図である。
【図８】図７のVIII−VIII線に沿って切断された断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の巻線の捲回方法が適用されるアキシャルギャップ型モータについて図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１に示すように、アキシャルギャップ型モータ１０は、回転軸Ｏ周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ１１と、回転軸Ｏの軸方向（以後、単に軸方向と言う）の両側からロータ１１を挟み込むようにして対向配置され、複数相の各コイル（固定子巻線）を有する一対のステータ２０，２０と、を備える。
【００２２】
ロータ１１は、図２に示すように、永久磁石からなる複数の主磁石部１２ａ，…，１２ａ及び複数の副磁石部１２ｂ，…，１２ｂと、複数のヨーク部１３，…，１３と、非磁性部材からなるロータフレーム１４と、を具備する。
【００２３】
各ステータ２０は、略円環板状のヨーク部２１、及びロータ１１に対向するヨーク部２１の対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から軸方向に沿ってロータ１１に向かって径方向に突出する複数のティース２２，…，２２を有するステータコア２３と、適宜の隣り合うティース２２，２２によって画成されるスロット２４に挿入され、ロータ１１を回転させる回転磁界を発生する複数相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）のコイル２５、２６、２７（図３参照）と、を備える。各相のコイル２５，２６，２７は、例えば、直径０．５ｍｍの線材を使用し、所定のパラ本数（本実施形態では、４８本）の線材をそれぞれ３つずつ離れたスロット２４内に所定のターン数ずつ捲回して、所定の極数（本実施形態では、１２極）の単極コイル２９を形成する。
【００２４】
各ステータ２０は、主極が６個（Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−）とされた６Ｎ型であって、それぞれのスロット２４にＵ相コイル２５、Ｖ相コイル２６、及びＷ相コイル２７が挿入されている。また、Ｕ相コイル２５とＶ相コイル２６との間、及びＶ相コイル２６とＷ相コイル２７との間には、それぞれ相間絶縁紙３０が挿入される。これら相間絶縁紙３０と、各コイル２５、２６、２７の外径側コイルエンド２５ａ、２６ａ、２７ａ、及び内径側コイルエンド２５ｂ、２６ｂ、２７ｂが、それぞれレーシング糸２８によって縛られている。
【００２５】
このような６Ｎ型のステータ２０は、一方のステータ２０の各Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極に対して、他方のステータ２０の各Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−極が、軸方向で対向するように設定される。例えば、軸方向で対向する一対のステータ２０，２０に対し、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極及びＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の一方に対応する一方のステータ２０の３個のティース２２，２２，２２と、Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋極及びＵ−，Ｖ−，Ｗ−極の他方に対応する他方のステータ２０の３個のティース２２，２２，２２と、が軸方向で対向し、軸方向で対向する一方のステータ２０のティース２２と、他方のステータ２０のティース２２とに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。
【００２６】
ステータ２０の製造方法は、先ず、ステータコア２３の各スロット２４にスロット２４の両側壁２４ａ，２４ｂと接触させるように略Ｕ字形に形成されたスロットセル４０がそれぞれ挿入される。次いで、図４に示すように、Ｕ相コイル２５の線材がスロット２４にノズル５０を用いて捲回される。
【００２７】
ここで、Ｕ相コイル２５は、４８本のパラ本数の線材を複数の巻線要素（本実施形態では、６つ）ｗ１〜ｗ６に分割し、８本のパラ本数の線材をノズル５０にセットする。なお、本実施形態では、８本の線材は、スロット２４の高さ方向に沿って４段、幅方向に沿って２列のノズル孔５０ａから引き出されているが、ノズル孔５０ａの配列は、ノズル５０にセットされる線材の線径、パラ本数、スロット幅を考慮して設定されればよい。
【００２８】
そして、ノズル５０をステータコア２３に対して移動させることで、第１層となる巻線要素ｗ１の線材をＵ相コイル２５が挿入される３つずつ離れた各スロット２４内に、各ターンの線材がスロット２４の底面２４ｃと略平行となるように所定ターン数（本実施形態では、６ターン）まで捲回させる。
【００２９】
具体的に、所定のスロット２４Ｕに挿入される巻線要素ｗ１〜ｗ６は、周方向一方のＵ相のスロット２４Ｕ１（図４参照）との間に、第一の単極コイル２９ａを構成するように第１のターン数（本実施形態では、３ターン）だけ時計回り又は反時計回りに捲回される第１の線材ｗａと、周方向他方のスロット２４Ｕ２（図４参照）との間に、第二の単極コイル２９ｂを構成するように第２のターン数（本実施形態では、３ターン）だけ第１の線材ｗａの捲回方向と反対向きに捲回される第２の線材ｗｂと、をそれぞれ有することになる。この場合、図６に示すように、第１の線材ｗａは、ターン回数毎にスロット２４の一方の側壁２４ａから他方の側壁２４ｂに向かって順に該スロット２４の底面２４ｃと略平行となるように捲回され、第２の線材ｗｂは、ターン回数毎にスロット２４の他方の側壁２４ｂから一方の側壁２４ａに向かって順にスロット２４の底面２４ｃと略平行となるように捲回される。
【００３０】
なお、図５では、各巻線要素ｗ１〜ｗ６の入り口線は、配線しやすいようにスロット２４の周方向中間に強制的に移動させており、スロット２４内では側壁２４ａに面した位置を通過している。
【００３１】
そして、Ｕ相コイル２５が挿入される全てのスロット２４内に第１層となる巻線要素ｗ１の線材を捲回した後、第２層となる巻線要素ｗ２の線材を第１層の巻線要素ｗ1の上に第１層の巻線要素ｗ１の線材と同様にして捲回する。このようにして、第６層目の巻線要素ｗ６まで上記捲回を繰り返すことで、各層の巻線要素ｗ１〜ｗ６の線材が、スロット２４の底面と略平行に、ステータコア２０の軸方向に並んでそれぞれ積層される。これにより、１２極の単極コイル２９が構成される。
【００３２】
次いで、Ｕ相コイル２５と同様にして、Ｖ相コイル２６及びＷ相コイル２７を、それぞれ相間絶縁紙３０をスロット２４に挟んだ状態でスロット２４に捲回する。そして、各コイル２５、２６、２７の外径側コイルエンド２５ａ、２６ａ、２７ａ、及び内径側コイルエンド２５ｂ、２６ｂ、２７ｂを、それぞれレーシング糸２８によって束ねることで、ステータ２０を構成する。
なお、上記説明では、各相コイル２５，２６，２７の線材をステータコア２３に直接捲回する場合について説明したが、各相コイル２５，２６，２７の線材を巻枠を使ってそれぞれ捲回した後、ステータコア２３に順に挿入するようにしてもよい。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の巻線の捲回方法によれば、４８本のパラ本数の線材をスロット２４内に捲回する際、８本ずつの６個の巻線要素に分ける。そして、８本のパラ本数の線材をノズル５０にセットし、ノズル５０をステータコア２４に対して移動させることで、８本の線材をスロット２４内に、各ターンの巻線要素（８本の線材）がスロット２４の底面２４ｃと略平行となるように６ターン分捲回する。そして、上記捲回を複数の巻線要素ｗ１〜ｗ６に対して繰り返すことで、複数の巻線要素ｗ１〜ｗ６の線材は、スロット２４の底面２４ｃと略平行にそれぞれ積層される。これにより、分割されたパラ本数の線材をノズル５０を用いてテンションを掛けながらスロット２４の底面２４ｃに沿って捲くことが可能となり、コイルエンド２５ａ、２５ｂ，２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂを短くすることができ、整列性を向上してモータを小型化することができる。また、４８本のパラ本数を一括で捲いた場合には、巻線を一本一本管理することが難しかったが、分割されたパラ本数で捲いた場合には、１本ずつ捲く場合と同様に巻線の管理がしやすく、巻線を捲回する時間も短縮できる。さらに、一括で所定のパラ本数の線材を捲回する場合に比べて線材をセットするボビンの数も少なくなり、設備を小型化することができる。
【００３４】
また、スロット２４内に配置される各巻線要素ｗ１〜ｗ６は、第一の単極コイル２９ａを構成するように３ターン分捲回された第１の巻線ｗａと、第２の単極コイル２９ｂを構成するように３ターン分捲回された第２の巻線ｗｂと、をそれぞれ有し、第１の巻線ｗａは、スロット２４の一方の側壁２４ａから他方の側壁２４ｂに向かって順にスロット２４の底面２４ｃと略平行となるように捲回され、第２の巻線ｗｂは、該スロット２４の他方の側壁２４ｂから一方の側壁２４ａに向かって順にスロット２４の底面２４ｃと略平行となるように捲回される。これにより、分布捲きの場合において、各単極コイルの巻線ｗａ，ｗｂがスロット２４の両側壁２４ａ，２４ｂに沿って捲くことができ、各単極コイル２９ａ，２９ｂの巻線ｗａ，ｗｂのコイルエンド２５ａ、２５ｂ，２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂを短くすることができ、整列性を向上させることができる。
【００３５】
尚、本発明は、前述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
【００３６】
巻線要素の数は、所定のパラ本数が多いほど、また、線径が太いほど多いほうがよい。巻線要素の分割数は、ノズル５０のノズル孔の数にもよるが、一括で捲くとスロット内の空間が大きくできてしまうような場合ほど分割数を上げることで占積率を向上させることができる。
また、本実施形態では、所定のパラ本数が４８本の場合に６個の巻線要素に分割して８本ずつ捲回しているが、直径１ｍｍ以下の線材の場合、１２本以下であればノズル５０を用いて上記捲回方法により整列性良く捲くことができる。従って、本発明は所定のパラ本数が１２本より多い場合に分割して捲回することが有効である。
【００３７】
本実施形態では、アキシャルギャップ型モータのステータコアの巻線の捲回方法について説明したが、これに限定されず、例えば、アウターロータ方式のラジアルギャップ型モータのステータコアの巻線の捲回方法としても適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    アキシャルギャップ型モータ
１１    ロータ
１２ａ  主磁石部
１２ｂ  副磁石部
２０    ステータ
２３    ステータコア
２４    スロット
２５    Ｕ相コイル
２５ａ 、２６ａ、２７ａ    外径側コイルエンド（コイルエンド）
２５ｂ 、２６ｂ、２７ｂ    内径側コイルエンド（コイルエンド）
２６    Ｖ相コイル
２７    Ｗ相コイル
５０    ノズル
Ｏ      回転軸
ｗ１〜ｗ６    巻線要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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