集中卷繞線圈以及集中卷繞線圈的製造方法
2023-07-23 01:39:56 2
專利名稱：集中卷繞線圈以及集中卷繞線圈的製造方法
技術領域：
本發明涉及集中巻繞線圈以及集中巻繞線圈的製造方法。
背景技術：
對於應用於各種馬達中的鐵芯和繞組構成的定子，逐漸發展提高繞線 密度而追求高效率的結構。
圖1用俯視圖以及側視圖表示在鐵芯5中，在骨架(線圈骨架)1上 纏繞了線材2後的繞線後骨架10以及鐵芯5的位置關係。由俯視圖可知， 為了在最終安裝狀態成為圓環狀的鐵芯5上緊密配置繞線後骨架10，相對 於骨架內周壁l-c，骨架外周壁l-b圓周方向的長度更大。另外，由側視 圖可知，繞線後骨架10中具有配置於鐵芯5內的線圈狹槽部10a以及配 置於鐵芯5外部的線圈端部10b。該配置於鐵芯5內的線圈狹槽部10a是 對馬達特性有很大影響的部分。因此如圖2的截面圖所示，呈矩形形狀， 其中，線圈狹槽部10a側的邊長，線圈端部10b側的邊短。
圖2是看骨架1單體時的俯視圖和截面圖。在開始纏繞線材2的骨架 底部l-a的兩側形成有防止線材2脫落的骨架外周壁l-b，骨架內周壁l-c。 從截面圖可知，骨架底部l-a的4角設有R部。該R部的半徑大小，由線 材2的導通性以及包層的強度決定。
利用圖3 圖6，說明向所述骨架1中繞線時的問題點。圖3表示說 明用繞線模型。其中，A邊、C邊為線圈狹槽部，B邊、D邊為線圈端部， D邊側表示端部的線的引出方向。並且為了說明，使各邊長度相同。繞線 方法是骨架相對於未圖示的線材管嘴旋轉。
圖4表示與骨架的旋轉角度同步，向線材2的列方向施以一定的引導 (表現為線材交叉)時，表示第n圈和第n+l圈的邊的位置和線材軌跡。 此時，因為各邊處線材軌跡的間隔相同，所以在各邊處線材2之間都緊密鄰接。但是因為邊的入口和出口處列方向的位置不同，為了確保其空間，
需要產生多餘(無用)的空間。特別是A邊、C邊的線圈狹槽部佔積率(線 材相對於繞線空間所佔的總面積的比率)下降，存在著影響馬達特性的問 題。
於是作為解決該問題的方法，考慮有圖5所示的向線材2列方向的引 導方法。該方法，不進行從A邊到C邊之間的線材交叉，通過集中於D 邊進行線材交叉，提高A邊、C邊的線圈狹槽部的佔積率。 '
圖6表示實際的線圈狀態。如圖中虛線所示，設A邊到C邊的線材 交叉為0，在D邊施以既定繞線節距數量的線材交叉時，實際線材呈實線 表示的軌跡。由於一邊拉伸一邊向骨架1纏繞線材2，以及如圖2的截面 圖所示骨架底部l-a的4角的R部，線材2容易滑動，在線材2上作用經 過最短距離的分力，在只C邊，或者從C邊到B邊，或者從C邊到A邊 的範圍內發生線材排列錯亂的現象。
對於以上問題，如專利文獻l所述，提出一種在繞線骨架外周設置被 稱為繞線模頭(former)的1對線材引導部，線材一面通過其間一面纏繞 於繞線骨架上的方法。其在繞線骨架的外周，使其接近繞線模頭直至接近 骨架內周壁或骨架外周壁為止，提高線材向繞組骨架的定位精度。
圖7表示以往使用的圓線用骨架的形狀，是表示從繞線前的骨架1單 體到實施3層繞線為止狀況的狹槽部截面圖。在骨架l單體中，骨架底部 l-a形成對應線材節距的槽。在對該槽纏繞線材2時，通過使用圖5所示 的線材引導方法，可以確保組裝入狹槽部的邊的整齊排列性。如圖6所示， 通過骨架底部l-a的槽，實現抑制打亂整齊排列性的錯位的發生。在第1 層的繞線中，骨架底部l-a的槽產生線材錯位防止效果，在第2層以後， 下層已經被繞線的線材發揮同樣的功能。
專利文獻1:日本特開2003-244906號公報
在專利文獻的方法中，由於在骨架的外部進行線材的定位，因此發生 所述排列錯亂，在高精度上存在問題。
另外，作為如所述圖7的帶槽骨架存在以下問題點通過塑料成型制 作骨架時，為了在模具側形成細微的槽，模具費上升；因為以模具規定槽 形狀、槽節距，所以在變更線材直徑、骨架形狀這些初始設定條件時，發
生模具修正費用；可以使用的線材僅限於圓線。
發明內容
為此，本發明的目的在於提供一種在不提升線圈骨架模具費且防止線 材的排列錯亂的前提下有助於馬達小型效率化的高佔積率線圈。
本發明的特徵在於線材引導保持機構在向線圈骨架纏繞線圈之前， 在相對於線材寬度有一定空隙的位置待機，進行線材位置引導，纏繞後進 行按壓線材的動作。
根據上述結構，可實現以下效果，即，不提升線圈骨架模具費，防止 線材的排列錯亂，實現有助於馬達小型效率化的高佔積率線圈。
圖1是表示配置於鐵芯的集中巻繞線圈的俯視圖(a)及側視圖(b);
圖2是表示用於集中巻繞線圈的骨架形狀的俯視圖(a)和A—A截 面圖(b);
圖3是為了說明繞線問題的模型圖4是為了說明繞線問題的繞線圖5是為了解除繞線問題的繞線圖6是為了表示繞線問題產生的說明圖7是表示用於集中巻繞線圈的以往骨架形狀的圖，其中，(a)表 示骨架的狀態，(b)表示表示繞線1層的狀態，(c)表示表示繞線2層 的狀態，(d)表示繞線3層的狀態；
圖8是表示本發明繞線方法的說明圖(實施例l);
圖9是表示本發明繞線方法的俯視圖(a)及側視圖(b)(實施例1);
圖10是表示本發明繞線方法的說明圖(實施例l);
圖11是表示本發明繞線方法的俯視圖(a)及側視圖(b)(實施例1);
圖12是表示本發明繞線方法的說明圖(實施例1)，其中，(a)表 示骨架的狀態，(b)表示表示繞線1層的狀態，(c)表示表示繞線2層 的狀態，(d)表示繞線3層的狀態；
圖13是表示本發明其他實施例的說明圖(實施例2)，其中，(a)
表示骨架的狀態，(b)表示表示繞線1層的狀態，(c)表示表示繞線2 層的狀態，(d)表示繞線3層的狀態；
圖14是表示本發明其他實施例的說明圖(實施例3)，其中，(a) 表示骨架的狀態，(b)表示表示繞線1層的狀態，(c)表示表示繞線2 層的狀態，(d)表示繞線3層的狀態；
圖15是表示本發明其他實施例的說明圖(實施例4);
圖中..l一骨架；l-a—骨架底部；l-b —骨架外周壁；l-c一骨架內周 壁；2 —線材；2-a—繞線始端；2-b —繞線終端；3-a—線材引導保持部前 方側；3-al， 3-bl—頂端部;3-a2， 3-b2 —線材接觸部;3-b—線材引導保 持部後方側；5 —鐵芯；IO —繞線後骨架；10a—線圈狹槽部；10b —線圈端部。
具體實施例方式
以下，利用附圖詳細說明本發明。
實施例1
圖8 (a) (g)，利用在末端線引出側觀察骨架的圖，說明利用本 發明的繞線方法向靠近骨架的第l層繞線的方法。本發明的主體中，重要 的是線材引導保持部與線材以及骨架的位置關係，省略其他部分的說明。
圖8 (a)表示繞線前的骨架1。骨架1具備骨架底部l-a,纏繞有 線材2;骨架外周壁l-b，骨架1被鐵芯5定位時成為外周側，防止線材2 的脫落；骨架內周壁l-c，同樣在骨架1被鐵芯5定位時成為內周側，防 止線材2的脫落。
圖8 (b)表示線材2的始端2-a被骨架1定位的狀態。此時，在接近 於骨架底部l-a左側的骨架l-b的狀態下開始繞線。但是，也可以根據末 端線的配置或繞線機的纏繞軸旋轉方向的不同從其他位置開始繞線。
以下，說明在該繞線始端2-a被骨架1定位的工序中線材引導保持部 前方側3-a的位置。通過將線材引導保持部前方側3-a設置於骨架1旋轉 的纏繞軸側，與骨架1的旋轉呈一體旋轉。由於無需從與纏繞軸相分離的 外周部側定位機構部，所以不但能抑制纏繞軸的旋轉速度降低，即使纏繞 軸旋轉的過程中，也能維持對後述線材2的按壓。
線材引導保持部前方側3-a由與骨架底部l-a相對的頂端部3-al和繞 線時引導線材2的線材接觸部3-a2構成。線材接觸部3-a2的表面由於纏 繞時需要接觸線材2，以及到達骨架底部l-a後也按壓接觸線材2，所以優 選通過研磨等精加工進行降低表面粗糙度的處理。
線材引導保持部前方側3-a的頂端部3-al與骨架底部l-a的間隔，需 要使以下兩個條件同時成立防止線材2進入該間隔；在進行線材2的繞 線形成列時，線材引導保持部前方側3-a也向同一方向順暢移動。實際設 線材2的直徑或高度為d時，可以通過設定0.1d 0.5d之間的值滿足上述 條件。
另外，線材引導保持部前方側3-a的線材接觸部3-a2的位置，當線材 2不存在於其與骨架外周壁l-b之間時，表示與骨架外周壁l-b的間隔； 隨著繞線進行線材2存在於其與骨架外周壁l-b之間時，表示與稍前的線 材2的間隔。通過設定該間隔為1.1d 2d之間的值，繞線時線材2的引導 變得容易。
圖8 (c)表示從圖8 (b)的工序進行一定角度部分繞線的工序。在 圖8 (b)的工序中，線材引導保持部前方側3-a的線材接觸部3-a2的位置， 因為相對於線材2的直徑具有空隙，所以即使線材2向著骨架底部l-a掉 落時，也可以不發生幹涉地進行繞線。
圖8 (d)表示圖8 (c)的進行繞線工序後的線材按壓工序。線材引 導保持部前方側3-a的線材接觸部3-a2接觸線材2，利用未圖示的按壓機 構產生的壓力，通過按壓接觸骨架外周壁l-b方向，使線材2緊貼骨架外 周壁l-b，確保骨架1內的整齊排列性。根據線材的直徑、柔軟性、繞線 時的線材張力等條件，選擇這時壓力的最優值。
圖8 (e)表示從圖8 (d)進行繞線，開放線材引導保持部前方側3-a 的線材接觸部3-a2的按壓，纏繞下一圈線材2之前的工序。
說明稍前的線材2被骨架1定位的工序中線材引導保持部前方側3-a 的位置。線材引導保持部前方側3-a的頂端部3-al與骨架底部l-a的間隔， 需要使以下兩個條件同時成立防止線材2進入該間隔；在進行線材2的 繞線形成列時，線材引導保持部前方側3-a也向同一方向順暢移動。實際 設線材2的直徑或高度為d時，可以通過設定線材引導保持部前方側3-a的頂端部3-al與骨架底部l-a的間隔為0.1d 0.5d之間的值，滿足上述條 件。
另外，線材引導保持部前方側3-a的線材接觸部3-a2的位置，隨著繞 線進行線材2存在於其與骨架外周壁l-b之間時，表示與稍前的線材2的 間隔。通過設定該間隔為1.1d 2d之間的值，繞線時線材2的引導變得容易。
設定線材引導保持部前方側3-a的線材接觸部3-a2的按壓被開放的時 間，配合繞線的旋轉角度，通過線材2即將到達骨架底部l-a之前，開放 線材接觸部3-a2的按壓，可以控制整齊排列狀態的錯亂為最小限度。
圖8 (f)表示從圖8 (e)的工序進行一定角度部分的繞線的工序。在 圖8 (e)的工序中，線材引導保持部前方側3-a的線材接觸部3-a2的間隔， 因為相對於線材2的直徑具有空隙，所以即使線材2向著骨架底部l-a掉 落，也可以不發生幹涉地進行繞線。
圖8 (g)表示圖8 (f)的進行繞線的工序後的線材按壓工序。線材引 導保持部前方側3-a的線材接觸部3-a2接觸線材2，利用未圖示的按壓機 構產生的壓力，通過按壓接觸骨架外周壁l-b，使線材2緊貼稍前繞線的 線材2，確保骨架l內的整齊排列性。根據線材的直徑、柔軟性、繞線時 的線材張力等條件，選擇這時壓力的最優值。
之後重複圖8 (e)到圖8 (g)的動作，進行繞線。
圖9表示進行第1層繞線，第1層的最後1圈即將落入骨架底部l-a 狀態的俯視圖和側視圖。之後，第1層的最後1圈落入骨架底部l-a時， 使線材引導保持部前方側3-a從線材2的通過路徑避開。定位第1層最終 圈的線材2，處於稍前的線材2與骨架內周壁l-c之間。
通過將線材2在骨架外周壁l-b方向上對各個圈進行按壓，可以確保 第l層的最終周用的空間。當線材2的直徑偏差，或骨架外周壁l-b與骨 架內周壁l-c的間隔的製造偏差使空間變窄，線材2難以到達骨架底部l-a 時，通過將線材引導保持部前方側3-a按壓至圖10 (a)的位置，頂端部 3-al按壓線材2，可以到達骨架底部l-a。此時，頂端部3-al的表面也與 線材接觸部3-a2的表面同樣，優選通過研磨等工作進行將表面變細的處 理。
此處說明了線材纏繞於骨架外周沿橫向一列排列的該列的合計寬度， 以及骨架底部的寬度大致相同時產生的現象以及對應功能。
以往的繞線方法，不能充分控制線材間的空隙，考慮到繞線時的偏差， 在設定線材纏繞於骨架外周沿橫向一列排列的該列線材的合計寬度與骨 架底部寬度的間隙為1根線材寬度以上時，如果繞線良好而線材間的間隙 小時，繞線數會多出l圈，繞線不良使線材間的間隙大時，其上層的繞線 也不穩定。這樣的狀況對提高佔積率也不利。
如本發明那樣通過對每1圈繞組都按壓線材使線材間緊貼，使線材纏 繞於骨架外周沿橫向一列排列的該列合計寬度與骨架底部寬度的間隙，可 以選擇線材寬度小於1根時的設計要件，實現設計時的高佔積率的目的。
第2層的繞線方法，如圖IO (b)所示，除了使用與用於第l層的線 材引導保持部前方側3-a前後對稱的線材引導保持部後方側3-b，以及繞 線方向為從骨架內周壁l-c向著骨架外周壁l-b的反轉方向之外，可以以 和圖8 (a) (g)說明的與第l層相同的方法繞線。
圖11表示進行第2層繞線，第2層的最後1圈即將落入骨架底部l-a 方向上的第l層狀態的俯視圖和側視圖。之後，第2層的最後1圈落入第 1層上時，使線材引導保持部後方側3-b從線材2的通過路徑避開。定位 第2層最終圈的線材2，處於稍前纏繞的線材2與骨架內周壁l-c之間。
通過將線材2在骨架內周壁l-c方向上對各圈按壓，可以確保第2層 的最終圈用的空間。當因線材2的直徑偏差或骨架外周壁l-b與骨架內周 壁l-c的間隔的製造偏差使空間變窄，線材2不到達第1層時，通過將線 材引導保持部後方側3-b按壓至圖10 (b)的位置，頂端部3-bl按壓線材 2，可以到達第1層。此時，頂端部3-bl的表面也與線材接觸部3-b2的表 面同樣，優選通過研磨等精加工進行降低表面粗糙度的處理。
作為這以後第n層的繞線方法，可以通過以下的方法對應，即奇數 層與第1層同樣，利用線材引導保持部前方側3-a，繞線方向為從繞線組 外周壁l-b到繞線組內周壁l-c;偶數層與第2層同樣，利用線材引導保 持部後方側3-b，繞線方向為從繞線組內周壁l-c到繞線組外周壁l-b。
另外，此處只在狹槽部的一側設置線材引導保持部前方側3-a和線材 引導保持部後方側3-b。但是根據線材的柔軟程度以及纏繞張力大小引發的排列錯亂程度，可以通過在已經設置完畢的線圈狹槽部相反側也設置線材引導保持部，提高排列錯亂防止效果。
圖12表示通過進行本發明的繞線方法消除圖7中問題的骨架。是表示從繞組前的骨架單體，到實施了3層繞線為止情況的狹槽部截面圖。通過不在骨架底部l-a設置槽，可以抑制因槽產生的費用上升；變更線材直 徑、骨架形狀等設計條件也變得容易，因此可以提高設計自由度。
在圖12中，使第2層、第3層的線材位置在第l層的正上方。從佔積率的觀點來看，如圖7所示那樣在下層的線材和線材之間的正上方配置下一層比較好，雖然在以往的繞線方法中很困難，但是在本發明中示出是 可以成立的形狀。
實施例2
圖13是使用本發明的其他實施例，是表示將圖12中的圓線的線材2換為方線的情況下的從繞線前的骨架單體到實施3層繞線為止狀況的狹槽 部截面圖。方線可以大幅度削減發生於圓線線材間的空隙，是要求高佔積 率的馬達採用的形態。在圖7中考慮適應圓線外形的引導槽，而適應方線的外形，為骨架底部l-a中不設引導槽的結構。像這樣在骨架底部l-a中 不設引導槽，為了確保線材2的整齊排列性，需要本發明提出的繞線方法。
實施例3
圖14作為用於本發明的其他實施例，表示不同層的繞組列數不同情況的從1層到4層實施繞線的狀況的狹槽部截面圖。骨架單體，由於與圖12、圖13同樣為骨架底部l-a中不設引導槽的結構，因此省略了說明圖。
該形態如圖1中的俯視圖所示，通過減少相鄰的繞線後骨架10的線材2空隙，謀求佔積率的提高。特別是通過提高靠近繞線組外周壁l-b—側的繞線列數來對應。
此處的繞線方法，通過第1層、第2層通過在骨架內周壁l-c與骨架外周壁l-b的間隔纏繞最大可能圈數，在第3層改變折回位置，第4層變更繞組開始列來對應。這也可通過本發明的繞線方法中的線材2的引導以 及繞組後的保持來實現。
實施例4
圖15是作為用於本發明的其他實施例從表示末端線的引出位置的繞線後骨架的線圈端面看的立體圖。
以往的繞線方法，由於沒有直接保持線材2，所以引回線材2的過程 中容易發生線材的鬆緩。因此從鐵芯5平面的對稱軸看，使繞線終端2-b 位於繞線終端側的半面很困難。在基於末端線的配置設計使其位於繞線終
端側半面時， 一般採用先暫時引回至纏繞開始的半面抑制線材的緩和，
之後再將骨架的末端線卡扣位置設於繞線終端側半面方法。
根據本發明，直接保持線材2，引回末端線的過程中也通過可靠的按
壓防止線材的緩和，因此使繞線終端的折起位置位於從引出末端線的線圈 端面看鐵芯平面對稱軸的繞線終端側半面，同樣將繞線終端線的骨架的末 端線卡扣位置設於繞線終端側半面變得可能，不再有相對於末端線的配置 設計制約，有增加設計自由度的優點。
如上所述，適用本發明的集中巻繞線圈，為了維持插入定子鐵芯內的 狹槽部的整齊排列狀態，可以通過在線圈端部進行列的轉移或層的轉移。 另外，本發明將線材引導保持機構設置於繞線骨架附近，在向骨架纏繞線 材之前，在相對於線材有一定空隙的位置待機，進行線材位置的引導，通 過纏繞後按壓線材的動作，防止線圈的排列錯亂，可以實現有助於馬達的 小型高效率化的高佔積率線圈。另外，本發明中因為通過線圈引導保持部 可以在骨架內側進行線材的定位，可以防止線圈的排列錯亂，高精度地繞 線，因此，可以實現有助於馬達的小型高效率化的高佔積率線圈。其中， 所謂內側是指骨架內周壁或骨架外周壁的骨架中心方向的內側。
權利要求
1.一種集中卷繞線圈，其線材纏繞於線圈骨架外周，其特徵在於，線材的列轉移只在線圈骨架的線圈端部側的邊進行，並且，在線圈骨架底部不設置引導槽。
2. 如權利要求l所述的集中巻繞線圈，其特徵在於， 線材的層轉移只在線圈骨架的線圈端部側的邊進行。
3. —種具備權利要求l所述的集中巻繞線圈的旋轉電機。
4. 如權利要求l所述的集中巻繞線圈，其特徵在於， 所述線材為圓形電線或方形電線。
5. 如權利要求l所述的集中巻繞線圈，其特徵在於， 纏繞於線圈骨架外周的線材中沿橫向排成一列的該列合計寬度與線圈骨架底部寬度的間隙，小於1根線材寬度。
6. 如權利要求l所述的集中巻繞線圈，其特徵在於， 每層線材的列數不同。
7. 如權利要求l所述的集中巻繞線圈，其特徵在於， 所述邊是線圈骨架的線圈端部側的一邊。
8. 如權利要求l所述的集中巻繞線圈，其特徵在於， 所述線材的繞線終端的折起位置位於從引出末端線的線圈端面觀察時的鐵芯平面對稱軸的繞線終端側的半面，並且，將相同繞線終端線的線 圈骨架的末端線卡扣位置設於從線圈末端面觀察時的繞線終端側的半面。
9. 如權利要求l所述的集中巻繞線圈，其特徵在於， 第2層以後的線材位置位於第1層的正上方。
10. —種集中巻繞線圈的製造方法，該集中巻繞線圈中線材纏繞於線 圈骨架外周，其特徵在於，包括-向線圈骨架纏繞線材的步驟；通過線材引導保持部，向線圈骨架內周壁方向或線圈骨架外周壁方向 按壓所述線材的步驟。
11. 如權利要求10所述的集中巻繞線圈的製造方法，其特徵在於，在進行向所述線圈骨架纏繞線材的步驟時，所述線材引導保持部在離 開線材的位置待機。
12. 如權利要求10所述的集中巻繞線圈的製造方法，其特徵在於， 具有線材引導保持機構從線材上部將線材向線圈骨架底部方向按壓的步驟。
13. 如權利要求10所述的集中巻繞線圈的製造方法，其特徵在於， 所述線材為圓形電線或方形電線。
14. 一種集中巻繞線圈的製造方法，該集中巻繞線圈中線材纏繞於線 圈骨架外周，其特徵在於，通過線材引導保持部在線圈骨架的內側進行線材的定位。
15. 如權利要求14所述的集中巻繞線圈的製造方法，其特徵在於，所述線材為圓形電線或方形電線。
16. 如權利要求14所述的集中巻繞線圈的製造方法，其特徵在於， 所述內側為線圈骨架內周壁或線圈骨架外周壁的線圈骨架中心方向的內側。
全文摘要
一種防止鐵芯狹槽部的線材排列性降低且實現高佔積率的線圈的集中卷繞線圈及其製造方法。該集中卷繞線圈為了維持插入定子鐵芯內的狹槽部的排列狀態，需要在線圈端部進行列轉移、層轉移。本發明將線材引導保持機構設置於繞線骨架附近，在向骨架纏繞線材之前進行線材位置的引導，纏繞後進行按壓線材的動作。由此，可以防止線圈的排列錯亂，實現高佔積率的線圈。
文檔編號H02K3/18GK101202477SQ20071019694
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月6日 優先權日2006年12月12日
發明者平松廣道, 石上孝, 長繩尚 申請人:株式會社日立製作所