(57)【要約】【課題】高特性、高効率の電気機械装置、ロボット、及び移動体を提供する。【解決手段】電気機械装置は、ボビン３０と、巻線４０と、を有し、ボビン３０は、第１周目の巻線４１の巻始め箇所６６と第２周目の巻線４２の巻終わり箇所６７とを規制する第１規制部６１と、第１周目の巻線４１の巻終わり箇所６８と第２周目の巻線４２の巻始め箇所６９とを規制する第２規制部６２と、を有し、第１規制部６１から第１周目の巻線４１の巻始め箇所６６までの距離Ｓ１と第１規制部６１から第２周目の巻線４２の巻終わり箇所６７までの距離Ｓ２との差異は、巻線４０の半径未満であり、第２規制部６２から第１周目の巻線４１の巻終わり箇所６８までの距離Ｓ３と第２規制部６２から第２周目の巻線４２の巻始め箇所６９までの距離Ｓ４との差異は、巻線４０の半径未満である。【選択図】図３
2016039717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビン軸を中心軸として、前記ボビン軸と平行な長手方向を有する胴部に巻線が巻かれるボビンと、
前記胴部上に巻きつけられる第１周目の巻線と、前記第１周目の巻線上に巻きつけられる第２周目の巻線と、を含む巻線と、
を有する電気機械装置であって、
前記ボビンは、前記ボビン軸に平行な断面による断面視において、
前記第１周目の巻線の巻始め箇所と前記第２周目の巻線の巻終わり箇所とを規制する第１規制部と、
前記第１周目の巻線の巻終わり箇所と前記第２周目の巻線の巻始め箇所とを規制する第２規制部と、
を有し、
前記第１規制部から前記第１周目の巻線の巻始め箇所までの距離と前記第１規制部から前記第２周目の巻線の巻終わり箇所までの距離との差異は、前記巻線の半径未満であり、
前記第２規制部から前記第１周目の巻線の巻終わり箇所までの距離と前記第２規制部から前記第２周目の巻線の巻始め箇所までの距離との差異は、前記巻線の半径未満であることを特徴とする電気機械装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械装置において、
前記第１及び第２規制部の少なくとも一方は、前記ボビン軸に平行な断面による断面視において、前記ボビン軸に対して屈曲を有することを特徴とする電気機械装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気機械装置において、
前記第１及び第２規制部は、前記ボビン軸に対して概ね６０度の傾斜角を有することを特徴とする電気機械装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気機械装置を備えたことを特徴とするロボット。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気機械装置を備えたことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械装置、ロボット、及び移動体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボビンの巻芯にワイヤ（巻線）を多層に巻き付けてなるコイル部品がある。このようなコイル部品では、巻き付けるワイヤの長さのばらつきを抑えるため、各層のワイヤ同士が重なるように隙間なく整列した状態でワイヤを巻き付けることが理想的である。ワイヤの巻付け手法に関する技術として、導線（ワイヤ）巻始め側の一端にボビン軸方向に対して傾斜した傾斜面を備えているコイル部品が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２２６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、一方の鍔部は隣り合う巻線層の巻線（ワイヤ）と規制面との間の隙間（距離）は略同じであるが、もう一方の鍔部では、巻線層によって、規制面と巻線との間の隙間はばらつきを有している。したがって、巻線に乱れが生じやすく、その上に巻線される巻線が安定して巻線することはできないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例に係る電気機械装置は、ボビン軸を中心軸として、前記ボビン軸と平行な長手方向を有する胴部に巻線が巻かれるボビンと、前記胴部上に巻きつけられる第１周目の巻線と、前記第１周目の巻線上に巻きつけられる第２周目の巻線と、を含む巻線と、を有する電気機械装置であって、前記ボビンは、前記ボビン軸に平行な断面による断面視において、前記第１周目の巻線の巻始め箇所と前記第２周目の巻線の巻終わり箇所とを規制する第１規制部と、前記第１周目の巻線の巻終わり箇所と前記第２周目の巻線の巻始め箇所とを規制する第２規制部と、を有し、前記第１規制部から前記第１周目の巻線の巻始め箇所までの距離と前記第１規制部から前記第２周目の巻線の巻終わり箇所までの距離との差異は、前記巻線の半径未満であり、前記第２規制部から前記第１周目の巻線の巻終わり箇所までの距離と前記第２規制部から前記第２周目の巻線の巻始め箇所までの距離との差異は、前記巻線の半径未満であることを特徴とする。
【０００７】
本適用例によれば、第１及び第２周目の巻線を規制する第１及び第２規制部を設けた構造である。第１周目の巻線の巻始めが第１規制部により安定するとともに、巻終わりが第２規制部で安定化し、さらにその上に形成される第２周目の巻線の巻始めが第２規制部により安定するとともに、巻終わりが第１規制部で安定化するので、第２周目の巻線の上に巻かれる巻線も安定した位置に配置される。これにより、ボビンに巻きつける巻線の位置出しを精度よく行えることで体積効率の良い巻線が巻かれるボビンが得られる。その結果、高特性、高効率の電気機械装置を提供できる。
【０００８】
ここで、「平行」とは、完全に平行である構成に加えて、１０度以内の範囲で交差している構成を含むものと定義する。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の電気機械装置において、前記第１及び第２規制部の少なくとも一方は、前記ボビン軸に平行な断面による断面視において、前記ボビン軸に対して屈曲を有することを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、第１及び第２規制部の少なくとも一方が屈曲することによって、ボビン軸に平行な方向ばかりでなく、ボビン軸に垂直な方向における位置決めもできる。これにより、巻線が安定する。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の電気機械装置において、前記第１及び第２規制部は、前記ボビン軸に対して概ね６０度の傾斜角を有することを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、ボビンに巻きつける巻線の位置出しを容易に精度よく行える。
【００１３】
［適用例４］本適用例に係るロボットは、上記のいずれか一項に記載の電気機械装置を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、高特性、高効率のロボットを提供できる。
【００１５】
［適用例５］本適用例に係る移動体は、上記のいずれか一項に記載の電気機械装置を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、高特性、高効率の移動体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係るモーターを示す断面図。
【図２】本実施形態に係る巻線が巻かれたボビンを示す図、（Ａ）は巻線が巻かれたボビンの斜視図、（Ｂ）は巻線が巻かれたボビンの上面図。
【図３】本実施形態に係る図２（Ｂ）に示す巻線が巻かれたボビンのＡ−Ａ´線に沿う断面図。
【図４】本実施形態に係る第２規制部の屈曲を示す拡大図。
【図５】本実施形態に係るモーターを適用したロボットを示す斜視図。
【図６】本実施形態に係るモーターを適用したロボットを示す斜視図。
【図７】本実施形態に係るモーターを適用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図。
【図８】本実施形態に係るモーターを適用した鉄道車両を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した電気機械装置としてのモーターの実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。
【００１９】
（モーター）
図１は、本実施形態に係るモーターを示す断面図である。
本実施形態に係るモーター１は、図１に示すように、ハウジング１０と、回転軸１２と、ステーター１４と、ローター１６とを有している。なお、モーター１としては、特に限定されず、例えば、サーボモーター、ステッピングモーター等が挙げられる。
【００２０】
ハウジング１０の上壁及び底壁には軸受１８，２０が設けられている。そして、この軸受１８，２０には回転軸１２が回転可能に軸支されている。又、ハウジング１０内において、回転軸１２にはローター１６が固定されている。ローター１６は、円柱状をなし、鉄等の軟磁性材料で構成されたコア２２と、コア２２の外周に設けられた永久磁石２４とにより構成されている。また、ローター１６の周囲にはステーター１４が配置されている。ステーター１４は、円筒状をなしており、周方向に所定間隔で配置された複数のボビン３０と、それに巻き回された複数の巻線４０とを有している。
【００２１】
永久磁石２４は、円環柱状をなしている。また、永久磁石２４は、その周方向に複数の磁極が形成された多極構造を有している。
【００２２】
図２は、本実施形態に係る巻線４０が巻かれたボビン３０を示す図であり、（Ａ）は巻線４０が巻かれたボビン３０の斜視図、（Ｂ）は巻線４０が巻かれたボビン３０の上面図である。
本実施形態に係るボビン３０は、巻線４０が巻かれる胴部３６と、胴部３６の外周面上に形成され、巻線４０を規制する第１及び第２鍔部３７，３８と、を備えている。
【００２３】
ボビン３０は、ボビン軸３５を中心軸として、ボビン軸３５と平行な長手方向を有する胴部３６に巻線４０が巻かれる。ここで、「平行」とは、完全に平行である構成に加えて、１０度以内の範囲で交差している構成を含むものと定義する。
【００２４】
ボビン３０の第１鍔部３７の内側面と第２鍔部３８の内側面との間の距離は、巻線４０の直径の整数倍となっている。両鍔部３７，３８の内側面に巻線４０を密着して沿わせることができる。したがって、好適に巻線４０を整列巻させることが可能となる。整列巻とは、１本の巻線をらせん状に１周目を巻き回してから２周目を巻き回す巻き方であり、３周目以上も同様である。
【００２５】
一対の鍔部３７，３８は、内側面が平行となるように胴部３６に固定されている。また、一対の鍔部３７，３８は、内側面が平行となっていることで、内側面間の距離は胴部３６の長さと同等となっており、その全周にわたって巻線４０の直径の整数倍となっている。
【００２６】
本実施形態のボビン３０はＰＰＳ樹脂を射出成形等で形状が製作される。なお、ボビン３０の材料は、ＰＰＳ樹脂以外に、ノリル、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＢＴＰ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴＰ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）であってもよい。
【００２７】
図３は、本実施形態に係る図２（Ｂ）に示す巻線４０が巻かれたボビン３０のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。
巻線４０は、胴部３６上に巻きつけられる第１周目の巻線４１と、第１周目の巻線４１上に巻きつけられる第２周目の巻線４２と、を有する。
【００２８】
ボビン３０は、ボビン軸３５（図２（Ａ）参照）に平行な断面視において、第１周目の巻線４１の巻始め箇所６６と第２周目の巻線４２の巻終わり箇所６７とを規制する第１規制部６１を備えている。ボビン３０は、同断面視において、第１周目の巻線４１の巻終わり箇所６８と第２周目の巻線４２の巻始め箇所６９とを規制する第２規制部６２と、を備えている。
【００２９】
第１規制部６１から第１周目の巻線４１の巻始め箇所６６までの距離Ｓ１と、第１規制部６１から第２周目の巻線４２の巻終わり箇所６７までの距離Ｓ２とは、互いに略同じ距離である。
第２規制部６２から第１周目の巻線４１の巻終わり箇所６８までの距離Ｓ３と、第２規制部６２から第２周目の巻線４２の巻始め箇所６９までの距離Ｓ４とは、互いに略同じ距離である。
【００３０】
ここで、「略同じ距離」とは、比較される距離Ｓ１〜Ｓ４の差異の絶対値が巻線４０の半径未満を含むものと定義する。これによれば、ボビン３０に巻きつける巻線４０の位置出しを容易に行える。また、「略同じ距離」とは、設計上同じ距離であることを含み、同じ距離に設計した場合に製造上の理由で距離が異なるものも含まれてもよい。さらに、「略同じ距離」とは、距離の比が０．８から１．２の範囲のものであってもよい。
【００３１】
第１周目及び第２周目の巻線４１，４２の第２鍔部３８側の端部は、第２規制部６２に接していてもよい。
【００３２】
第１及び第２規制部６１，６２の少なくとも一方は、ボビン軸３５の方向の途中で屈曲している。これによれば、第１及び第２規制部６１，６２との少なくとも一方が屈曲することによって、ボビン軸３５に平行な方向ばかりでなく、ボビン軸３５に垂直な方向における位置決めもできる。これにより、巻線４０が安定する。
【００３３】
図４は、本実施形態に係る第２規制部６２の屈曲を示す拡大図である。
第２規制部６２は、第１傾斜部６３、第２傾斜部６４、及び第１傾斜部６３と第２傾斜部６４との間に平坦部６５を備えている。第２規制部６２は、胴部３６から第２鍔部３８に向かって第１傾斜部６３、平坦部６５、第２傾斜部６４の順に並んでいる。第１規制部６１、及び第２規制部６２の第１傾斜部６３と第２傾斜部６４とは、それぞれボビン軸３５に対して概ね６０度の傾斜角を有していてもよい。これによれば、ボビン３０に巻きつける巻線４０の位置出しを容易に精度よく行える。ここで、「略６０度」とは、完全に６０度である構成に加えて、±２度以内の範囲で傾斜している構成を含むものと定義する。
【００３４】
以下に、本実施形態に係る巻線４０が巻かれたボビン３０の一実施例を示す。巻線４０が巻かれたボビン３０の寸法は以下に示す通りである。胴部３６の寸法（ａ×ｂ）は、４ｍｍ×２５ｍｍの角型である。巻線４０の厚さ（ｃ）は、５．６ｍｍ（鍔部含む）、巻線４０の線径（ｄ）は、φ０．３ｍｍ、総巻数は、１４８ターンである。屈曲による第１傾斜部６３の高さ（Ｈ１）は、０．５７ｍｍ、第２傾斜部６４の高さ（Ｈ２）は、０．４２ｍｍ、及び、第１傾斜部６３と第２傾斜部６４とに挟まれる平坦部６５の長さ（Ｌ）は、０．１８ｍｍである。これによれば、ボビン３０の変形もなく、巻線４０の整列が得られる。
【００３５】
次に、屈曲による第１傾斜部６３の高さ（Ｈ１）を表す計算式を示す。
【００３６】
【数１】
2016039717.tif 000003
【００３７】
なお、ｎは巻線の周回数、ｎ＝２，３，４である。
式（１）よりｎ＝１の場合、２周目以降の巻線４０が巻き乱れる割合が高く、所定の巻線４０が巻かれたボビン３０寸法に対し所望の巻数を巻くことが困難となる。また、ｎ＝５以上となると胴部３６に近い側の巻数が減少することになり、巻線４０が巻かれたボビン３０で発生する磁束を有効に使用できなくなり、モーター１に組み込んだ場合の特性が低下する。なお、規制面は巻線４０の径以下の段差の高さを含まない。
【００３８】
次に、平坦部６５の長さ（Ｌ）を表す計算式を示す。
【００３９】
【数２】
2016039717.tif 000004
【００４０】
なお、ｍは斜面途中に設けた平行な面に巻かれた（Ｌの範囲に巻かれる）コイル線の本数、ｍ＝１，２，３，４である。
式（２）よりｍ＝５以上の場合、胴部３６に近い側の巻数が減少することになり、巻線４０が巻かれたボビン３０で発生する磁束を有効に使用できなくなり、モーター１に組み込んだ場合の特性が低下する。
【００４１】
本実施形態によれば、第１及び第２周目の巻線４１，４２を規制する第１及び第２規制部６１，６２を設けた構造である。第１周目の巻線４１の巻始めが第１規制部６１により安定するとともに、巻終わりが第２規制部６２で安定化し、さらにその上に形成される第２周目の巻線４２の巻始めが第２規制部６２により安定するとともに、巻終わりが第１規制部６１で安定化するので、第２周目の巻線４２の上に巻かれる巻線も安定した位置に配置される。これにより、ボビン３０に巻きつける巻線４０の位置出しを精度よく行えることで体積効率の良い巻線が巻かれるボビン３０が得られる。その結果、高特性、高効率のモーター１を提供できる。
【００４２】
（ロボット）
図５は、本実施形態に係るモーター１を適用したロボット７を示す斜視図である。
次に、上述したモーター１を適用したロボットについて説明する。なお、ロボットの一例として、以下に、水平多関節ロボット、垂直多関節ロボットを示すが、ロボットとしてはこれらに限定されず、双腕ロボット、その他の他軸ロボットであってもよい。
本実施形態に係るロボット７は、図５に示すように、水平多関節ロボットである。このようなロボット７は、基台７１と、第１アーム７２と、第２アーム７３と、作業ヘッド７４と、エンドエフェクター７５とを有している。
【００４３】
基台７１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台７１の上端部には第１アーム７２が連結している。第１アーム７２は、基台７１に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。基台７１内には、第１アーム７２を回動させるモーター１（１Ａ）が設置されている。
第１アーム７２の先端部には第２アーム７３が連結している。第２アーム７３は、第１アーム７２に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。第２アーム７３内には、第２アーム７３を回動させるモーター１（１Ｂ）が設置されている。
【００４４】
第２アーム７３の先端部には作業ヘッド７４が配置されている。作業ヘッド７４は、第２アーム７３の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット７４１及びボールネジナット７４２と、スプラインナット７４１及びボールネジナット７４２に挿通されたスプラインシャフト７４３とを有している。スプラインシャフト７４３は、第２アーム７３に対して、その軸まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。
【００４５】
第２アーム７３内には、モーター１（１Ｃ）と、モーター１（１Ｄ）とが配置されている。モーター１Ｃの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナット７４１に伝達され、スプラインナット７４１が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が鉛直方向に沿う回転軸まわりに正逆回転する。一方、モーター１Ｄの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナット７４２に伝達され、ボールネジナット７４２が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が上下に移動する。
【００４６】
スプラインシャフト７４３の先端部（下端部）には、エンドエフェクター７５が連結されている。エンドエフェクター７５としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するものなどが挙げられる。これによれば、上記に記載のモーター１による効果を有するロボット７を提供できる。
【００４７】
図６は、本実施形態に係るモーター１を適用したロボット８を示す斜視図である。
本実施形態に係るロボット８は、図６に示すように、垂直多関節（６軸）ロボットである。このようなロボット８は、基台８１と、４本のアーム８２，８３，８４，８５と、リスト８６とを備え、これらが順に連結されている。
【００４８】
基台８１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。このような基台８１の上端部にはアーム８２が水平方向に対して傾斜した姿勢で連結しており、アーム８２は、基台８１に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、基台８１内には、アーム８２を回動させるモーター１（１Ｅ）が設置されている。
アーム８２の先端部には、アーム８３が連結しており、アーム８３は、アーム８２に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８３内には、アーム８３をアーム８２に対して回動させるモーター１（１Ｆ）が設置されている。
【００４９】
アーム８３の先端部には、アーム８４が連結しており、アーム８４は、アーム８３に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８４内には、アーム８４をアーム８３に対して回動させるモーター１（１Ｇ）が設置されている。
アーム８４の先端部には、アーム８５が連結しており、アーム８５は、アーム８４に対してアーム８４の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、アーム８５をアーム８４に対して回動させるモーター１（１Ｈ）が設置されている。
【００５０】
アーム８５の先端部には、リスト８６が連結している。リスト８６は、アーム８５に連結されたリング状の支持リング８６１と、支持リング８６１の先端部に支持された円筒状のリスト本体８６２とを有している。リスト本体８６２の先端面は、平坦な面となっており、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するマニピュレーターが装着される装着面となる。
【００５１】
支持リング８６１は、アーム８５に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、リスト本体８６２は、支持リング８６１に対してリスト本体８６２の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、支持リング８６１をアーム８５に対して回動させるモーター１（１Ｉ）と、リスト本体８６２を支持リング８６１に対して回動させるモーター１（１Ｊ）とが配置されている。モーター１Ｉ，１Ｊの駆動力は、それぞれ、図示しない駆動力伝達機構によって支持リング８６１、リスト本体８６２に伝達される。これによれば、上記に記載のモーター１による効果を有するロボット８を提供できる。
【００５２】
（移動体）
図７は、本実施形態に係るモーター１を適用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）３３００を示す説明図である。この自転車３３００は、前輪にモーター３３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。モーター３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター３３１０としては、上述したモーター１を利用することが可能である。
【００５３】
図８は、本実施形態に係るモーター１を適用した鉄道車両３５００を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、モーター３５１０と、車輪３５２０とを有している。このモーター３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、モーター３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモーター３５１０としては、上述したモーター１を利用することができる。
【００５４】
以上、電気機械装置、ロボット、及び移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１，１Ａ〜１Ｊ…モーター（電気機械装置）  ７，８…ロボット  １０…ハウジング  １２…回転軸  １４…ステーター  １６…ローター  １８，２０…軸受  ２２…コア  ２４…永久磁石  ３０…ボビン  ３５…ボビン軸  ３６…胴部  ３７…第１鍔部  ３８…第２鍔部  ４０…巻線  ４１…第１周目の巻線  ４２…第２周目の巻線  ６１…第１規制部  ６２…第２規制部  ６３…第１傾斜部  ６４…第２傾斜部  ６５…平坦部  ６６，６９…巻始め箇所  ６７，６８…巻終わり箇所  ７１…基台  ７２…第１アーム  ７３…第２アーム  ７４…作業ヘッド  ７５…エンドエフェクター  ８１…基台  ８２，８３，８４，８５…アーム  ８６…リスト  ７４１…スプラインナット  ７４２…ボールネジナット  ７４３…スプラインシャフト  ８６１…支持リング  ８６２…リスト本体  ３３００…自転車（移動体）  ３３１０…モーター  ３３２０…制御回路  ３３３０…充電池  ３５００…鉄道車両（移動体）  ３５１０…モーター  ３５２０…車輪。
【図１】
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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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【図２】
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