JP2009240010A - 電動回転モーター - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で、ほつれ難いコイルの巻き方で形成されたコア部品を備える電動回転モーターを実現すること。
【解決手段】 コイル８の最上層巻き部分８１は、２層目巻き部分８２から連続して径方向外側から径方向内側へ巻き進める際、所定位置においてコイル８間に隙間８１ａ、８１ｂを設けて巻き、最上層巻き部分８１の径方向の最も内側から径方向外側にコイル８を巻く位置を戻す際、隙間８１ａ、８１ｂにコイル８を埋めて巻いたコア部品５を備えるように構成した。
【選択図】 図３

Description

磁性コア部にコイルを巻いて構成したコア部品を備える回転モーターであって、特にほつれ難い巻き形態のコイルを備えたコア部品を有する回転モーターに関する。

従来より、多数のコア部品を環状に配置して多極を構成するようにした固定子を備える回転モーターがある。

この様な回転モーターでは、回転軸の延び方向から見て、コア部品を回転モーターの径方向（上記環状の固定子の径方向）の外側から内側になるほど周方向の幅を狭くしている。即ち、コア部品は径方向の外側での幅を長辺に、内側の幅は長辺より短い短辺とする略台形形状内に最小の隙間で収まる形状となっている。これによって互いに隣接するコア部品間の隙間を最小限にし、小型で高出力を実現する構成が採られる。

コア部品を略台形形状に最小隙間で収める方法としては、磁性コア部自体を台形形状にして、磁性コア部の周囲にほぼ均一の厚さでコイルを巻きつけたものがある。このような磁性コア部では、磁性コア部の延び方向で断面積を一定にし、磁束密度の均一化を維持する必要から、幅の変化とは逆に、径方向の外側から内側になるほど厚みを大きくした立体形状を採ることで実現している（例えば、特許文献１の図１から３を参照。)。

また、回転モーターの径方向に延びる磁性コア部を、延び方向と直角の断面は一定形状にして磁束密度の均一化を維持し、磁性コア部の径方向の外側部分に、内側部分より多くのコイルを重ねて巻きつけて、目的の略台形形状との最小隙間を実現する方法もある（例えば、特許文献１の図７を参照。)。
特開２００７−２１５３６４号公報

しかしながら、特許文献１の図１から図３に示される幅と厚さを変化させた立体形状の磁性コア部を、圧粉成形材料によって製造する方法が提案されているが、圧粉成形材料による磁性コア部は強度が劣る問題がある。また、特許文献１では、従来から通常モーターに採用される複数の磁性鋼板を積層して構成した一定断面の磁性コア部に部品を追加することで、立体形状にする方法も提案している。この場合でも、追加の部品を必要とすることから製造コストが高くなってしまう問題がある。

一方、延び方向に一定の断面形状の磁性コア部に、コイルを略台形形状に重ねて巻きつけて、目的の略台形形状との最小隙間を実現する方法もある。しかし、この場合でも巻いたコイルがほつれ易くなる問題がある。特に、特許文献１の図７に示されるコア部品より、更に台形形状の長辺と短辺の幅寸法差が少ない場合、即ちより多くの極数の固定子を備える電動回転モーターの場合には、構造上、巻いたコイルがほつれ易くなる。

図７及び図８に、台形形状の長辺Ａと短辺Ｂの幅寸法差が少ない場合で、従来の巻き方でコア部品１０５を成形した例を示す。コア部品１０５は、一定断面で伸びる磁性コア部１５０にコイル１０８が巻き付けられている。コイル１０８は、磁性コア部１５０上に複数層で巻かれ、コイル１０８の最上層巻き部分１８１の巻き数が前記最上層の下側の２層目巻き部分１８２の巻き数より少なくして、２点鎖線で示す台形形状に最小限の隙間で収まるようにしている。

長辺Ａと短辺Ｂの幅寸法差が少ない場合は、長辺Ａと短辺Ｂの幅寸法差が大きい場合に比較して、コア部品１０５の最上層巻き部分１８１の巻き数が多くなる。このために、コイル１０８の最上層巻き部分１８１の最終巻き部１８１ａは係止部１０６からの距離が大きくなる。また、最終巻き部１８１ａと係止部１０６間を相互に連結する架橋部１８７は、最終巻き部１８１ａの前の巻き部１８１ｂとの交叉角度αは大きな角度となる。

この交叉角度αが所定以上になると、コイル巻き工程中、又はモーター組み立て中などで、最終巻き部１８１ａが巻き部１８１ｂを乗り越えて所定位置から外れて、所謂ほつれが発生し易くなる。更に、図７に示されるように、架橋部１８７はコイル１０８の端末部１８９を係止する係止部１０６に長く斜めに張られる。このために、モーター組み立て作業中に、架橋部１８７に作業者又は工具などが接触しやすく、ほつれの発生を助長し問題となる。

本発明は上記問題点に鑑み、安価で、ほつれ難いコイルの巻き方で形成されたコア部品を備える電動回転モーターを実現することである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、回転モーターの径方向に延び、該径方向と直角の断面が一定形状となる磁性コア部と、前記磁性コア部上に複数層で巻かれ、前記複数層の最上層巻き部分の巻き数が前記最上層巻き部分より下の２層目巻き部分の巻き数より少ないコイルと、前記磁性コア部の径方向外側に配置され、前記コイルの端部を係止する係止部と、を備えるコア部品からなる固定子を備える回転モーターであって、前記コイルの前記最上層巻き部分は、前記２層目巻き部分から連続して径方向外側から径方向内側へ巻き進める際、所定位置において前記コイル間に隙間を設けて巻き、前記最上層巻き部分の径方向の最も内側から径方向外側に前記コイルを巻く位置を戻す際、前記隙間に前記コイルを埋めて巻いた前記コア部品を備えるようにした。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に加えて、前記隙間を前記最上層に少なくとも１つ以上設け、前記最上層巻き部分の径方向の最も内側から径方向外側に前記コイルを巻き戻して前記最上層巻き部分の上に重なる前記コイルの部分を架橋部とし、前記係止部に係止される前記架橋部は、前記磁性コア部の回転軸延び方向のいずれか一方側において、前記係止部と同一側の端面上に配置される前記コア部品を備える構成にした。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に加えて、前記架橋部と前記最上層巻き部分の前記コイルとの交叉角度を所定の角度範囲内になるように前記隙間の前記所定位置を設定した前記コア部品を備える構成にした。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３に加えて、前記最上層巻き部分の前記コイルは、前記２層目巻き部分から連続して径方向外側から径方向内側へ巻き進める際、前記係止部と前記係止部に最も近い前記隙間との間に前記コイルを少なくとも１巻き以上巻いた前記コア部品を備える構成にした。

また、請求項５に記載の発明は、前記コア部品と前記コイルの端部のいずれか一方を回転させ、この回転と同期していずれか他方を前記磁気コアの延び方向に速度を制御し移動させて、前記コア部品に前記コイルを巻くことを特徴とする請求項１に記載の回転モーターの製造する方法である。

請求項１に記載の発明では、最上層の径方向の最も内側から径方向外側にコイルを巻き戻す際、最上層の中間部に設けられた隙間にコイルを埋めて巻くことで、架橋部とコイル部の交叉角度を小さくすることが可能となり、ほつれ難いコイルが実現できる。

請求項２に記載の発明では、架橋部を最短にすることができ、モーター組み立て作業中に、架橋部に作業者又は工具などが接触することも避けることができ、ほつれの防止に有利となる。

請求項３に記載の発明では、架橋部をコイルとの交叉角度を所定の範囲以下にすることで、確実にほつれの防止が可能となる。

請求項４に記載の発明では、架橋部が導かれる最終巻き目が、１巻き目と接して巻き位置が確保され、架橋部の張りのゆるみが防止される。これによって、ほつれ抑制の効果が高まる。

請求項５に記載の発明では、コア部品にコイルをほつれ難く巻くことができる。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、電動の回転モーター（以下モーター）１を断面図で示している。

モーター１は、円形状のハウジング１２を備える。ハウジング１２の筒部１２ａに内接して支持部材１３が、更に支持部材１３に内接してコア部品５が、共にハウジング１２に固定して取り付けられている。

ハウジング１２の中心部に、回転軸１５が回転自在に取り付けられている。回転軸１５には、回転板１６を介して回転子３０が固定して取り付けられている。尚、以下では回転軸１５の延びる図１の左右方向を回転軸延び方向とする。

図２は、図１の矢視IIでの部分図である。ここで、モーター１の回転の方向を周方向とし、周方向に直角の方向を径方向とする。尚、モーター１の回転軸心から遠ざかる方向を径方向の外側とし、回転軸心に近付く方向を径方向の内側とする。

モーター１の極数に相当する複数のコア部品５が互いに連接して、支持部材１３内に環状に取付けられて固定子２０を構成する。コア部品５は、磁性材料からなる磁性心５０（図１）を備える。磁性心５０は、図２の側面図で略Ｔ字形状となっている。周方向に延びるヨーク部５０ａでコア部品５が相互に連接し、ヨーク部５０ａの中央部からモーター１の径方向の内側に延びる磁性コア部５０ｂを有している。

磁性コア部５０ｂの周囲を覆うよう、ボビン７１が取り付けられ、ボビン７１上にコイル８が多層に重なって巻かれている。図２では、コイル８の最上層巻部分８１と、最上層の下側の２層目巻部分８２が外観として見えている。

２層目巻部分８２は、ボビン７１で規定される全長に亘り、最大の巻き数長に巻かれている。一方、最上層巻部分８１は２層目巻部分８２より巻き数が少なくなっている。２層目巻部分８２の巻き数は、隣接するコア部品５との間隔Ｃを最小許容値とするように２点鎖線で示される台形内に最小限の隙間で収納されるように決められている。そして、磁性コア部５０ｂの周方向の幅は一定であっても、コア部品５は、径方向の外側では、径方向の内側より周方向の幅が大きくなるようにして、モーター１内のスペースを最大限有効に使う構成となっている。

上記のモーター１は、既知のモーターと同様の作動原理で、コイル８への通電時に、固定子２０と回転子３０間の磁気作用によって回転トルクを回転軸１５から出力する構成である。

次に、本発明の特徴となるコア部品５のコイル８の構成、及び作製方法について説明する。

図６にコア部品５を製造するための巻き線装置９０を原理図で示す。巻き線装置９０は、コア部品５を支持しながら回転する回転装置部９１とコイル８の端部８９と連続するワイヤ８９ａを供給するワイヤ供給装置部９２を備える。ワイヤ供給装置部９２は、ワイヤ供給ノズル９３を備える。ワイヤ供給ノズル９３は、図中に示すＸ，Ｙ，Ｚの三次元方向に移動するように、また回転装置部９１の回転Ｒも図示しない制御装置によって制御される。

図３の（ａ）〜（ｆ）は上記巻き線装置９０によって行われる、コイル８の巻き工程における最上層巻部分８１を完成させるところを順に示す。

図３の（ａ）は、コイル８をコア部品５に、２層目巻部分８２を完了して、最上層巻部分８１の１巻き目８１ｃが始まったところを示している。コイル８のコア部品５への巻き取りは、コア部品５を径方向に延びる軸周りに一回転する間に、回転と同期するように、コイル８の端部８９をＸ方向（図６）にワイヤ供給ノズル９３によって１ピッチ移動させる。端部８９にはワイヤ供給装置９２から適度の張力をもって必要な長さのワイヤ８９ａが供給される。

次に、図３の（ｂ）では、コア部品５の１回転に対して、端部８９の２ピッチ進め、１番目の巻きと２番目の巻きの間に１巻き線分の隙間８１ａを作る。隙間８１ａを作った後、コア部品５の１回転に対し端部８９を１ピッチ進めて、図３の（ｃ）に示すように、巻き線が互いに近接する様にして３巻きする。

次に、図３の（ｄ）に示すように、再度、最初の隙間８１ａと同様に、１巻き線分の隙間８１ｂを作り、更に巻き線が互いに近接するようにして３巻きする。図３の（ｄ）の示す位置まででコイル８は、所定の幅Ｃとなり、端部８９の移動方向を反転させる。

端部８９の移動方向を反転後、図３（ｅ）に示すように、端部８９を、コイル８が最も近い隙間８１ｂを埋めるように、コア部品５の１回転の間に端部８９の位置を必要な数ピッチ分戻して巻く。

次に、図３の（ｆ）に示されるように、隙間８１ｂと同様に隙間８１ａもコイル８で埋められ、巻き工程の最後は、端部８９を係止部６に係止した後、端部８９をワイヤ供給装置部９２のワイヤ８９ａから切断する。

上記では、コア部品５を回転させ、端部８９を移動させるようにした作製方法を述べたが、コア部品５を固定し、端部８９をコア部品５の周りに公転するように回転させて作製する方法であってもよい。

図３の（ｆ）に更に示されるように、最上層巻部分８１の径方向の内側の端から隙間８１ｂに、また隙間８１ｂから隙間８１ａに、更には隙間８１ａから係止部６にコイル８の巻く位置を戻す際、途中を連結するコイル８の部分を夫々架橋部８５、８６、８７とする。各架橋部８５、８６、８７は最上層巻部分８１上に重なって、径方向に対し斜め内側に延びる。各架橋部８５、８６、８７は、隣接する両側のコア部品５とは干渉しないように、コア部品５の回転軸延び方向のいずれかの端面上に設けられ、係止部６と同じ側に配置され、最短に構成するのが望ましい。

更に図３の（ｆ）に示されるように、各架橋部８５、８６、８７が最上層巻部分８１に巻かれたコイル８とのなす交叉角を夫々α_１、α_２、α_３とする。コイル８は、巻き工程で所定の張力をもって巻かれ、交叉角α_１、α_２、α_３が所定値以上ではコイル８を所定位置に保持できなく、所謂ほつれが生じ易くなる。また、モーター１の作動中の振動、作用力の影響でもほつれ易くなる。諸実験から、従来の構成で交叉角度が３３度で、ほつれが生じ易かったが、上記構成で交叉角α_１、α_２、α_３を９度から１５度の範囲（所定の範囲）内にすると、効率的にしかも確実にほつれは防止するように巻くことができることが確かめられた。上述の実施例では、２箇所の隙間８１ａ、８１ｂを設けたが、これには限定されずに隙間の位置及び数を最適となる所定の角度範囲内で設定すればよい。

図４は、図３の（ｆ）におけるＩＶ−ＩＶでの断面を斜視図で示し、図５は、図４のＶ−Ｖでの端面図である。

コイル８の一方の端子となる架橋部８７と共に、コイル８の最下層巻部分８３から導かれる、コイル８の他方の端子となる導線部８８が係止部６に係止されている。コア部品５がモーター１に組み付けられた後に、架橋部８７と導線部８８には電源端子１８、１９が夫々接続される。

また、図４に示されるように磁性心５０は、複数の磁性鋼板５２を重ねて構成している。磁性心５０の周囲を覆うボビン７１を介してコイル８が巻かれた磁性コア部５０ｂは、径方向に直角の断面が矩形となり、径方向に一定形状で延びている。磁性コア部５０ｂとヨーク部５０ａは共に、磁性心５０を同一形状の磁性鋼板５２を積層して構成することができる形状となっている。従って、磁性鋼板５２は同一のプレス打ち抜き型を用いて安価に作製が可能となる。また、追加の部品も必要としない。

図５に示されるように、最上層巻部分８１の１巻き目８１ｃはボビン７１の押さえ壁７１ａに当接するよう巻かれている。そして、架橋部８７が導かれる最終巻き目８１ｄは、１巻き目８１ｃと接することで、巻き位置が確実に維持される。そして、架橋部８７の張りのゆるみは防止され、ほつれ抑制の効果を高める。また、架橋部８７は、係止部６に近接した最終巻き目８１ｄから導かれるために、短く張られている。このために、モーター組み立て作業中に、架橋部８７に作業者又は工具などが接触することも避けることができ、ほつれの防止に有利である。

尚、上記実施例では、コイル８の線材料は円形断面として述べたが、矩形断面など異形断面の線材料を用いるコア部品５に適用も可能であることは自明である。

本発明に関わる電動の回転モーターの断面図である。 図１の矢視IIでの部分図である。 （ａ）〜（ｆ）で、本発明に関わる電動の回転モーターのコア部品にコイルを巻く工程を順に示す。 図３の（ｆ）におけるＩＶ−ＩＶ位置で断面した斜視図である。 図４のＶ−Ｖでの断面図である。 コア部品を製造するための巻き線装置を示す原理図である。 従来技術によるコア部品の平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩでの断面図である。

符号の説明

１ 回転モーター(モーター)
５ コア部品
６ 係止部
８ コイル
２０ 固定子
３０ 回転子
５０ｂ 磁性コア部
８１ 最上層巻き部分
８１ａ 隙間
８１ｂ 隙間
８２ ２層目巻き部分
８５、８６、８７ 架橋部
８９ 端部

Claims (5)

1. 回転モーターの径方向に延び、該径方向と直角の断面が一定形状となる磁性コア部と、
   前記磁性コア部上に複数層で巻かれ、前記複数層の最上層巻き部分の巻き数が前記最上層巻き部分より下の２層目巻き部分の巻き数より少ないコイルと、
   前記磁性コア部の径方向外側に配置され、前記コイルの端部を係止する係止部と、を備えるコア部品からなる固定子を備える回転モーターであって、
   前記コイルの前記最上層巻き部分は、前記２層目巻き部分から連続して径方向外側から径方向内側へ巻き進める際、所定位置において前記コイル間に隙間を設けて巻き、前記最上層巻き部分の径方向の最も内側から径方向外側に前記コイルを巻く位置を戻す際、前記隙間に前記コイルを埋めて巻いた前記コア部品を備える回転モーター。
2. 前記隙間を前記最上層に少なくとも１つ以上設け、前記最上層巻き部分の径方向の最も内側から径方向外側に前記コイルを巻き戻して前記最上層巻き部分の上に重なる前記コイルの部分を架橋部とし、前記係止部に係止される前記架橋部は、前記磁性コア部の回転軸延び方向のいずれか一方側において、前記係止部と同一側の端面上に配置される前記コア部品を備える請求項１に記載の回転モーター。
3. 前記架橋部と前記最上層巻き部分の前記コイルとの交叉角度を所定の角度範囲内になるように前記隙間の前記所定位置を設定した前記コア部品を備える請求項２に記載の回転モーター。
4. 前記最上層巻き部分の前記コイルは、前記２層目巻き部分から連続して径方向外側から径方向内側へ巻き進める際、前記係止部と前記係止部に最も近い前記隙間との間に前記コイルを少なくとも１巻き以上巻いた前記コア部品を備える請求項１から請求項３の少なくともいずれか一項に記載の回転モーター。
5. 前記コア部品と前記コイルの端部のいずれか一方を回転させ、この回転と同期していずれか他方を前記磁気コアの延び方向に速度を制御し移動させて、前記コア部品に前記コイルを巻くことを特徴とする請求項１に記載の回転モーターの製造方法。

Images