電機子及び電機子の巻線装置及び巻線方法
【課題】磁極歯を備えた回転電気の電機子において、磁極歯間スロットにおけるコイルの占積率を向上させる。
【解決手段】電機子を構成する対象物（磁極歯22）の周囲にワイヤを巻き付ける電機子の巻線装置4は、ワイヤ回転部材42を介して導出されたワイヤＷを前記対象物22の外周面へと案内すると共に前記対象物22の巻軸22ｃ方向に移動可能なガイド部材44と、該ガイド部材44によって案内されたワイヤＷの対象物22上の上記巻軸22ｃ方向位置を規制すると共に前記巻軸22ｃ方向に移動可能なストッパ部材46と、前記ワイヤ回転部材42を回転させる第１の駆動手段41と、前記ガイド部材44を対象物22の巻軸22ｃ方向に移動させる第２の駆動手段45と、前記ストッパ部材46を対象物２２の巻軸22ｃ方向に移動させる第３の駆動手段47と、ワイヤ巻き付けに従って前記第２の駆動手段45と第３の駆動手段47の作動を各々別に制御する制御手段48とを有する。
【解決手段】電機子を構成する対象物（磁極歯22）の周囲にワイヤを巻き付ける電機子の巻線装置4は、ワイヤ回転部材42を介して導出されたワイヤＷを前記対象物22の外周面へと案内すると共に前記対象物22の巻軸22ｃ方向に移動可能なガイド部材44と、該ガイド部材44によって案内されたワイヤＷの対象物22上の上記巻軸22ｃ方向位置を規制すると共に前記巻軸22ｃ方向に移動可能なストッパ部材46と、前記ワイヤ回転部材42を回転させる第１の駆動手段41と、前記ガイド部材44を対象物22の巻軸22ｃ方向に移動させる第２の駆動手段45と、前記ストッパ部材46を対象物２２の巻軸22ｃ方向に移動させる第３の駆動手段47と、ワイヤ巻き付けに従って前記第２の駆動手段45と第３の駆動手段47の作動を各々別に制御する制御手段48とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発電機や電動モータ等の回転電機の電機子、およびその磁極歯周囲にコイルを巻回するための巻線装置およびこれら電機子及び巻線装置を使用した巻線方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車或いはバギー車等のＡＴＶやスノーモビル、ウォータビークル及び船外機（以下、自動二輪車等という）のエンジンでは、内燃機関のクランク軸にフライホイール兼用のロータを固定し、このロータに固定された永久磁石がステータに対向した位置で回転することで車両に必要な交流電力を作る永久磁石式交流発電機が広く用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、交流発電機のステータは、金属板を積層した放射状に突出する磁極歯を有するステータヨーク（コア）と、このステータヨークの各磁極歯に嵌め込まれた絶縁材料からなるボビンと、このボビン上に巻回されたワイヤ（巻線）からなるコイルで構成され、このステータの磁極歯に対向する永久磁石を備えたロータの回転によってコイルに起電力を生じるようになっている。
【０００４】
ところで、上記交流発電機は、駆動源となるエンジンの回転数が低い時でも車両運転に充分な交流電力を供給できなければならず、いわゆる小型かつ高出力化が求められている。この観点から、発電機のステータにおいては、ボビンを介し磁極歯周りに巻回される上記ワイヤの巻数を出来るだけ多くし、磁極歯間スロットにおけるコイルの占積率を高めて、高出力化させることが好ましい。
【０００５】
しかしながら現状は、Ａ：磁極歯に沿って一定の層厚でコイルを巻くと外側部分（突出端部側）のスペースに多くのワイヤが巻けないため外側部分のスロットに空間が生じる、Ｂ:磁極歯同士へのワイヤ渡り線が巻回しの邪魔になる、等の理由によりスロットにおけるコイルの占積率を向上することは困難である。以下、上記理由を詳しく述べる。
【０００６】
１）理由Ａについて
通常、電機子の巻線装置として、ノズル式やフライヤ式の巻線装置が用いられるが、フライヤ式の巻装置ではステータの磁極歯へのワイヤ巻回しは、ステータに対し側方（磁極歯に対向する位置）で巻線装置のワイヤが挿通するワイヤ回転部材を回転させ、ワイヤガイドを磁極歯の巻軸方向（突出方向）に沿って往復運動させることにより磁極歯上にコイルを形成する。１つの磁極歯へのワイヤ巻回しが終了したならばステータを１つ又は複数の磁極歯分だけ回転し、次の磁極歯にワイヤを巻回すといったように磁極歯毎に行われる。ここで、ステータの各磁極歯はコア本体から放射状に突出しているため、ワイヤに占有されるべき各スロットの幅は磁極歯の半径方向内側部分で狭く、外側部分で広い、所謂扇型となる。巻線装置による１つの磁極歯へのワイヤ巻回しは、隣接する磁極歯のコイルとの干渉を避けつつ出来るだけ多くのワイヤを巻回する必要があり、磁極歯の根元では巻回数を少なく抑えつつ、磁極歯の先端側では巻回数を多くすることが望ましい。しかしながら、実際のワイヤ巻回しにあたっては、磁極歯の先端側に巻回されたワイヤが、巻き回し動作中に磁極歯の根元側に崩れてしまい先端部側のみ巻数を多くすることが円滑にできなかった。
【０００７】
２）理由Ｂについて
通常、ステータの磁極歯に対し巻線装置は、磁極歯の内側（磁極歯の根元側）と外側（磁極歯の先端側）の間で往復動作させながら複数層にワイヤを巻回し、１つの磁極歯のワイヤ巻回しが終了したならば、ワイヤを切断することなくワイヤガイドを次の磁極歯へと相対移動させ、同様にワイヤを巻回すようになっている。しかしながら、この巻線方法では連続してコイルを形成する２つの磁極歯間に、スロットを斜めに横断するワイヤ（渡り線）が生じることとなり、このワイヤが次の磁極歯のワイヤ巻回しに邪魔になり、スロット間の空間を充分埋めることができず占積率の向上ができなかった。
【０００８】
【特許文献１】特願２００４−１９５４３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような現状を考慮したものであって、放射状に突出する磁極歯を備えた電機子において、各磁極歯間のスロットにおける巻線占積率を向上することが可能な電機子及び巻線装置及び巻線方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、電機子を構成する対象物の周囲にワイヤを巻き付ける電機子の巻線装置であって、巻き付けるワイヤの巻線ロールと、該巻線ロールより導出されたワイヤを部分的に支持して前記対象物の巻軸方向の端部に対向して該巻軸と同軸上に回転軸を有するワイヤ回転部材と、該ワイヤ回転部材を介して導出されたワイヤを前記対象物の外周面へと案内すると共に前記対象物の巻軸方向に移動可能なガイド部材と、該ガイド部材によって案内されたワイヤの対象物上の上記巻軸方向位置を規制すると共に前記巻軸方向に移動可能なストッパ部材と、前記ワイヤ回転部材を回転させる第１の駆動手段と、前記ガイド部材を対象物の巻軸方向に移動させる第２の駆動手段と、前記ストッパ部材を対象物の巻軸方向に移動させる第３の駆動手段と、ワイヤ巻き付けに従って前記第２の駆動手段と第３の駆動手段の作動を各々別に制御する制御手段とを有することを特徴とする電機子の巻線装置を提供する。
請求項２の発明は、請求項１に記載の巻線装置において、前記制御手段は、前記対象物上の巻線の層厚に応じて、前記ストッパ部材の対象物上の巻軸方向位置が異なるように第３の駆動手段を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の巻線装置において、前記対象物は、円筒状コア本体から放射状に突出する複数の磁極歯であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３に記載の巻線装置を用い、前記磁極歯の半径方向外側部分におけるワイヤ巻回し回数が、半径方向内側部分におけるワイヤ巻回し回数よりも多くなるように、前記ガイド部材及びストッパ部材を駆動制御することを特徴とする巻線方法を提供する。
【００１３】
請求項５の発明は、円筒状のコア本体と該コア本体から半径方向外方に放射状に突出する複数の磁極歯とを備えたコア、及び絶縁性樹脂からなり前記磁極歯の周囲に設けられたボビンを有する回転電機用電機子であって、前記ボビンは、各磁極歯に対応してコア本体部分上に、コア軸方向に突出する巻線係止用の突起を備えたことを特徴とする回転電機用電機子を提供する。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載の回転電機用電機子において、自動二輪車等のエンジンの発電機を構成することを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、１つの磁極歯の巻線動作終了後に連続して別の磁極歯の巻線動作を行う場合にワイヤを前記突起を経由させることを特徴とする請求項５に記載の回転電機用電機子の磁極歯にワイヤを巻き付ける巻線方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、ガイド部材及びストッパ部材の各駆動手段を各々別に制御することにより巻線装置のガイド部材によって案内されたワイヤの位置を規制するストッパ部材がガイド部材の往復動作とは別に移動可能となる。これにより、ワイヤを対象物上の適正な位置に巻き回すことができる。すなわちストッパ部材は対象物の巻軸方向に移動可能であるため、対象物の両端部間の中間位置にストッパ部材を移動させて静止させその一方の側でガイド部材を往復動作させることにより、巻軸方向の一方の端部に近い側の巻回し回数を増やして層数を大きくすることができる。このときストッパ部材により厚く巻回したワイヤの崩れが防止される。これにより、例えば扇形のような広がりのある巻線領域の場合広がりに応じてコイル層数を増やすことができ、本発明の課題である占積率の向上が図られる。なお巻軸とは、ワイヤを対象物上で巻回すときの巻線の中心軸であり、一巻の巻線が形成する平面での対象物断面の中心軸をいう。したがって、円筒状ボビン上にコイルを形成するのであれば、巻軸は円筒軸であり、コア本体から放射状に突出する磁極歯のように角形の柱体上にコイルを形成するのであれば巻軸はコイルが形成された４つの側面で囲まれた部分の柱体の中心軸であり、磁極歯であれば突出方向の中心軸をいう。巻軸方向とはこのような巻線の中心軸（巻軸）に沿った方向をいう。すなわち、本発明は制御手段によって、ガイド部材が対象物の巻軸方向の所定区間を往復可能であるとともに、本発明のストッパ部材を段階的に移動させて移動した位置毎にガイド部材を往復させることにより、対象物の巻軸方向に沿って異なる巻回数を以ってワイヤを巻き回すことができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、制御手段によって、巻線の層厚に応じてストッパ部材の対象物上の巻軸方向位置が異なるようにしたことで、対象物上に一定層数の巻線を巻回した後、ストッパ部材をずらせて既に巻回した巻線の上に巻き軸方向の一方の側にのみ新たな巻線を形成して層数を増やすことができる。この場合、ストッパ部材は新たな巻線を形成するときの巻線の崩れを防ぐ壁として機能する。
【００１８】
請求項３の発明によれば、対象物を円筒状コア本体から放射状に突出する複数の磁極歯としたことにより、ワイヤを磁極歯間のスロットの形状に対応させて巻回すことができスロットのコイル占積率を高めることができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、巻線装置のガイド部材及びストッパ部材を各々別に駆動制御して、磁極歯の中間位置でストッパ部材を静止させ、その外側部分でガイド部材を往復動作させることにより、外側部分での巻回し回数を多くして占積率を高めることができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、回転電機用電機子はコア軸方向に突出する複数の突起を備えることにより、磁極歯間のワイヤ巻回し過程において、磁極歯間の渡り線を突起に係止させてこれを経由することができ、次の磁極歯のワイヤ巻回しを邪魔しない。なお、コア軸方向とは、電機子ロータの回転軸方向であり、ステータについてもロータの回転軸と同軸方向である。したがって磁極歯については、ステータ本体からの突出方向と直角な方向である。
【００２１】
請求項６の発明によれば、自動二輪車等のエンジンの発電機のコイルの占積率を上げることにより、特に低回転域の出力を向上させてレギュレータの小型を図ることができる。さらに詳しくいうと、自動二輪車等のエンジンは、通常、前述のように、コイルをステータとしたアウターロータ型の永久磁石式発電機をクランク軸端部に備えている。
【００２２】
図８はこのようなアウターロータ式永久磁石式発電機の出力特性図である。点線ａは従来の発電機の出力特性、一点鎖線ｂは自動二輪車等で必要とされる理想的な出力特性、実線ｃは本発明に係る発電機の出力特性を示す。
【００２３】
従来は点線ａで示すように、アイドリング時の低回転域（１０００〜１３００ｒｐｍ）で特に出力が小さく、高回転域では出力が大きく上昇して、一点鎖線ｂの理想出力レベルを大きく越える。
【００２４】
一方、本発明に係る発電機では、実線ｃで示すように、低回転域での出力を向上させ高回転域での出力を下げて全体的に平均化して理想出力ｂに近づけることができる。すなわち、同じ大きさの発電機を比べたとき、本発明ではコイルの巻数が増えて占積率が向上しているため必要とする理想特性ｂに近づけたときに高回転域の過分な出力を抑えることができる。このため発電機出力を一定にするためのレギュレータの能力を低下させることができ、小型のレギュレータを用いることが可能になる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、１つの磁極歯から別の磁極歯へワイヤを移動する過程において、１つの磁極歯から延びるワイヤは、突起を経由して隣の磁極歯に渡らされるため、この磁極歯のワイヤ巻回しを邪魔せずスロットのコイル占積率を高めることができる。なお、請求項７の発明は、請求項５で特定する巻線係止用の突起を備えた電機子を用いることが要件であり、巻線装置はいかなる巻線装置を用いてもよい。また手巻き作業でコイルを形成する場合も含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明に係る巻線装置及び巻線方法が適用可能な、回転電機の電機子の外観斜視図である。ここでは回転電機は、内燃機関に装備される磁石式発電機として、また電機子はその発電機のステータとして例示される。
【００２７】
ステータ１は、磁性材料からなるリング状薄板を多数積層させたコア（ステータヨーク）２と、例えば射出成形等によりコア２と一体成形されるボビン３とを備える。なお、ボビン３は、コアとの一体成形体に限らず、コアの上下から嵌め込んでコアを覆う別体のボビンでも良い。
【００２８】
図２は上記ステータ１の平面図である。また、図３は図２のＡ−Ａ線に沿うステータ断面図である。図２に示すように、コア２は、円筒形のコア本体２１と、その外周に放射状に突出する多数（本例では１８）の磁極歯２２とを一体で備えており、これらは前述したように薄板を多数積層することによって形成される。コア本体２１はその中央にエンジンのクランク軸（不図示）を通すための開口部２３を有する。各磁極歯２２は、矩形断面のコイル巻回部２４と、その外側端に接続する頭部２５とからなり、図２に示すように、平面視で略Ｔ字状を有する。コア本体２１の外側には隣接する磁極歯２２、２２間に扇状のスロット２６が多数（本例では１８）形成される。
【００２９】
一体成形の場合のボビン３は、以上のように形成されたコア２を射出成形用の金型（不図示）の中に配置し、金型内に絶縁性樹脂材料を射出することにより、コア２の一部に一体成形される。ボビン３は、矩形断面のコイル巻回部２４の上下左右４側面と、コア本体２１のコア軸方向両端面における外周側の円環部２１ａとを覆うように形成され、また上下一方の円環部２１ａであってかつ隣接する２つの磁極歯２２，２２に挟まれたボビン部分には、後述する巻線装置によるコイル巻回しの際、巻線（ワイヤ）を引っ掛けるための係止突起３１がコア軸方向に突出して一体成形される。
【００３０】
巻線装置により、各磁極歯２２のコイル巻回部２４の周囲にワイヤが巻き回される。図４は、コイル巻回状態にある巻線装置の概略図である。巻線装置４は、巻き付けるワイヤＷの巻線ロール４１を備え、さらにステータ１の磁極歯２２の側方に位置して、巻線ロール４１より導出されたワイヤＷを、磁極歯２２周りで旋回させる“フライヤ”と呼ばれる円盤状又は羽根状のワイヤ回転部材４２を備える。ワイヤ回転部材４２はその外周部分にワイヤＷを通すガイドホール４２ａを有し、中央の回転軸４２ｂを介してモータ４３（第１の駆動手段）により回転駆動される。回転軸４２ｂは、磁極歯２２の外側端面に対向して磁極歯２２の巻軸２２Ｃと同軸上に配置される。
【００３１】
巻線装置４はさらに、ワイヤ回転部材４２を介して導出されたワイヤＷを下側から支持して磁極歯２２上のボビンの外周面３ａへと案内するガイド部材４４を備える。ガイド部材４４は、その先端部４４ａが下方に折曲され、ガイドアクチュエータ４５（第２の駆動手段）によって図中矢印Ｂで示した磁極歯巻軸２２Ｃ方向にスライド可能であると共に、ガイドアクチュエータ４５に内蔵されたモータ（不図示）によってボビン３の外周面３ａに対し図中矢印Ｃ方向に沿って接近・離反できるように構成されている。
【００３２】
磁極歯２２に関し、上述したガイド部材４４の内側（磁極歯２２の根元側）には、ガイド部材４４によってボビン外周面３ａ上へと案内されたワイヤＷの磁極歯巻軸方向位置を規制するストッパ部材４６が設けられる。ストッパ部材４６は、ガイド部材４４と同様に、ストッパアクチュエータ４７（第３の駆動手段）によって図中矢印Ｂ方向にスライド可能であると共に、ボビン外周面３ａに対し図中矢印Ｃ方向に沿って接近・離反できるように構成されている。
【００３３】
モータ４３、ガイドアクチュエータ４５及びストッパアクチュエータ４７は、それぞれの駆動回路４３ａ、４５a、４７ａを介してそれぞれの作動を制御するコントローラ４８（制御手段）に接続される。コントローラ４８は、その内部に後述する巻線方法を実施するためのプログラムを備えており、プログラム実行に伴い、モータ４３、ガイドアクチュエータ４５及びストッパアクチュエータ４７に作動信号を出力する。なお、４９は前のコイルの巻回しが終了した時点でそのコイルから延びるワイヤＷの端部を把持するクランプである。コイル巻回時にクランプ４９でワイヤ始端をクランプした状態でワイヤ回転部材４２の回転によりワイヤＷを巻線ロール４１から引出しながら磁極歯２２上にコイルを巻回する。
【００３４】
巻線装置４による１つの磁極歯２２へのワイヤ巻線方法を図４及び図５を参照して説明する。
【００３５】
ステータ１は回転可能なテーブル（不図示）にチャックされ、巻線装置４はワイヤ巻回し対象となる磁極歯２２に対向してその側方に配置される（図４の状態）。なお、このテーブルは１つの磁極歯２２へのワイヤ巻回しが終了した時点で所定角度分だけ回転する必要があるため、ステップモータなどの適当な駆動手段によって回転されるようになっており、その作動は巻線装置４側のコントローラ４８によって制御される。
【００３６】
次に、巻線装置４のガイド部材４４を磁極歯２２の根元側まで接近させる。この時、ストッパ部材４６はストッパアクチュエータ４７によって、ガイド部材４４のステータ内径側に、ワイヤＷ１本程の間隔を隔てて配置される。このような状態で、ワイヤ回転部材４２がモータ４３によって回転され、ガイド部材４４は、ガイドアクチュエータ４５によって磁極歯２２の半径方向内側から外側にかけて移動され、ストッパ部材４６もまたストッパアクチュエータ４７によってガイド部材４４との上記間隔を保ちつつ磁極歯２２の半径方向内側から外側にかけて移動される。図５の（ａ）は、ボビン外周面３ａにその内側から外側にワイヤＷが巻回されている状態を示しており、ワイヤＷはガイド部材４４とストッパ部材４６とで形成される間隙内に挿入され、ボビン外周面３ａ上で内側から外側に向かって巻回される。
【００３７】
ボビン外周面３ａ上に１列のワイヤＷが巻回されたならば、次にガイド部材４４は磁極歯２２の半径方向外側から内側にかけて移動方向を逆にし、先のワイヤ列の上にさらにワイヤＷが巻回されることになる。この時、ガイド部材４４とストッパ部材４６の内側への移動は、その途中までとし、ストッパ部材４６は磁極歯２２の長手方向のほぼ中間位置で静止した状態で保持される。一方、ガイド部材４４は、ストッパ部材４６と磁極歯２２の最外端との間を往復するようにガイドアクチュエータ４５により駆動される。この結果、ボビン外周面３ａ上では、図５の（ｂ）に示すように、磁極歯２２の半径方向外側においてワイヤＷが厚く巻回されることになり、扇状スロット２６の外側部分におけるワイヤ占積率を向上することができる。さらに、この巻線方法は、ワイヤ巻回し途中でストッパ部材４６を停止させることにより、ワイヤ巻回しの壁として作用するため、巻回し過程において磁極歯２２の先端側に巻回されたワイヤＷが、磁極歯２２の根元側へと崩れてしまうようなことはない。
【００３８】
図５（ｃ）は、ワイヤＷが巻回された各磁極歯２２の上下方向中間部の断面図である。上述した巻線方法により、ワイヤＷは、各磁極歯２２の半径方向外側部分において内側部分よりも厚く巻き付けられるため、隣接する磁極歯２２のコイル同士は内側部分で接することなく、高い占積率を以ってスロット２６の空間を充満することができる。さらに本実施形態では、図示するように１つの磁極歯２２へのコイル巻回しから隣接する磁極歯２２へのコイル巻回しに至る過程において、ワイヤＷは、ガイド部材４４とストッパ部材４６によって保持された状態で、磁極歯２２間に位置する係止突起３１を経由した後、次の磁極歯２２のボビン外周面３ａ近傍へと渡らされるようになっている。これにより、従来の巻線方法に見られたような、スロット２６を斜めに横断する渡り線が無くなることとなり、巻線装置４は渡り線に邪魔されることなく次の磁極歯２２のコイル巻回し動作をスムーズに行うことができる。
【００３９】
なお、コイルの最下層は１列に限らず、２列又はそれ以上にワイヤを巻回してもよい。またストッパ部材４６は磁極歯２２の巻軸２２ｃに沿って中間の１段階で静止する動作に限らず、２段階又はさらに多くの段階で静止して磁極歯の外側部分の巻線回数を多くしてもよい。
【００４０】
図６は、１８個の磁極歯２２を有するステータ１にワイヤを巻回しする際の巻回し順を概略的に示す図である。ここでは１８個の磁極歯２２を３つのグループに分け、各グループにおいては、隣接する３つの磁極歯２２を連続してワイヤ巻回した後、大きくステータ１を回転させ、対向する３つの磁極歯２２を連続してワイヤを巻回し、この巻線動作を３回繰り返すことで全ての磁極歯２２にコイルが形成される。当然、隣接する磁極歯２２間のワイヤ巻回しでは上述したようにガイド部材４４とストッパ部材４６によってワイヤＷは係止突起３１を経由する。なお、２つ又はそれ以上大きく離れた位置の磁極歯にワイヤを渡らせる場合、渡り線がステータの内径側の開口部２３に入り込まないようにするため、開口部２３に筒状キャップを装着した状態でワイヤを渡らせる。図では配線を分かりやすくするため磁極歯２２の外側に渡り線を描いてあるが、実際には磁極歯２２の内側の円環部２１ａを渡らせる。
【００４１】
図７は、以上のようにしてワイヤ巻掛けが完了したステータ１の平面図である。上述した巻線方法によりワイヤＷは係止突起３１を経由して各磁極歯２２に巻回されており、各磁極歯２２においてはその半径方向外側が内側に比較して巻回されたワイヤＷの層の厚さが大きく、スロット２７におけるワイヤ占積率を高めている。
【００４２】
以上説明したように、本発明による巻線装置は、対象物上でガイド部材によって案内されたワイヤの位置を規制するストッパ部材を備えることにより、対象物上へのワイヤ巻回しにおいて、ワイヤを対象物上の適正な位置に巻回することができるとともに、本発明では、ストッパ部材は対象物の巻軸方向に段階的に静止して移動可能であるため、対象物の巻軸方向に沿って巻線回数を変えて層厚を異ならせることができる。これにより扇形状に広がるスロットの占積率向上が図られる。
【００４３】
また、本発明による回転電機用電機子は、コアの軸線方向に突出する複数の突起を備えることにより、磁極歯間のワイヤ巻回し過程において、磁極歯間の渡り線は突起を経由することができ、次の磁極歯のワイヤ巻回しを邪魔しない。
【００４４】
また、本発明による巻線方法は、１つの磁極歯から別の磁極歯へワイヤを移動する過程において、１つの磁極歯から延びるワイヤは、突起を経由して別の磁極歯に渡らされるため、この別の磁極歯のワイヤ巻回しを邪魔せずスロットのコイル占積率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の利用例として、ステータ側にコイルが備わる発電機に限らず、ロータ側にコイルが備わる発電機、あるいは電動モータのロータやステータ等、ボビンを介してコアにコイルが巻回される回転電機の全般に、本発明の巻線装置、巻線方法及び電機子を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る巻線装置及び巻線方法が適用可能なステータの外観斜視図。
【図２】図１のステータの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿うステータ断面図。
【図４】本発明に係る巻線装置の概略構成図。
【図５】本発明に係る巻線方法を説明する図。
【図６】ステータにワイヤを巻掛けする際の巻き掛け順を示した概略図。
【図７】ワイヤ巻掛けが完了したステータの平面図。
【図８】アウターロータ式永久磁石式発電機の出力特性図。
【符号の説明】
【００４７】
１：ステータ、２：コア、３：ボビン、
３ａ：ボビン外周面、４：巻線装置、２１：コア本体、２１ａ円環部、
２２：磁極歯、２３：開口部、２４：コイル巻回部、２５：頭部、
２６：スロット、３１：係止突起、４１：巻線ロール、
４２：ワイヤ回転部材、４２ａ：ガイドホール、４２ｂ：回転軸、
４３：モータ（第１の駆動手段）、４３ａ：駆動回路、４４：ガイド部材、
４４ａ：先端部、４５：ガイドアクチュエータ（第２の駆動手段）、
４５a：駆動回路、４６：ストッパ部材、
４７：ストッパアクチュエータ（第３の駆動手段）、４７a：駆動回路、
４８：コントローラ（制御手段）、４９：クランプ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば発電機や電動モータ等の回転電機の電機子、およびその磁極歯周囲にコイルを巻回するための巻線装置およびこれら電機子及び巻線装置を使用した巻線方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車或いはバギー車等のＡＴＶやスノーモビル、ウォータビークル及び船外機（以下、自動二輪車等という）のエンジンでは、内燃機関のクランク軸にフライホイール兼用のロータを固定し、このロータに固定された永久磁石がステータに対向した位置で回転することで車両に必要な交流電力を作る永久磁石式交流発電機が広く用いられている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、交流発電機のステータは、金属板を積層した放射状に突出する磁極歯を有するステータヨーク（コア）と、このステータヨークの各磁極歯に嵌め込まれた絶縁材料からなるボビンと、このボビン上に巻回されたワイヤ（巻線）からなるコイルで構成され、このステータの磁極歯に対向する永久磁石を備えたロータの回転によってコイルに起電力を生じるようになっている。
【０００４】
ところで、上記交流発電機は、駆動源となるエンジンの回転数が低い時でも車両運転に充分な交流電力を供給できなければならず、いわゆる小型かつ高出力化が求められている。この観点から、発電機のステータにおいては、ボビンを介し磁極歯周りに巻回される上記ワイヤの巻数を出来るだけ多くし、磁極歯間スロットにおけるコイルの占積率を高めて、高出力化させることが好ましい。
【０００５】
しかしながら現状は、Ａ：磁極歯に沿って一定の層厚でコイルを巻くと外側部分（突出端部側）のスペースに多くのワイヤが巻けないため外側部分のスロットに空間が生じる、Ｂ:磁極歯同士へのワイヤ渡り線が巻回しの邪魔になる、等の理由によりスロットにおけるコイルの占積率を向上することは困難である。以下、上記理由を詳しく述べる。
【０００６】
１）理由Ａについて
通常、電機子の巻線装置として、ノズル式やフライヤ式の巻線装置が用いられるが、フライヤ式の巻装置ではステータの磁極歯へのワイヤ巻回しは、ステータに対し側方（磁極歯に対向する位置）で巻線装置のワイヤが挿通するワイヤ回転部材を回転させ、ワイヤガイドを磁極歯の巻軸方向（突出方向）に沿って往復運動させることにより磁極歯上にコイルを形成する。１つの磁極歯へのワイヤ巻回しが終了したならばステータを１つ又は複数の磁極歯分だけ回転し、次の磁極歯にワイヤを巻回すといったように磁極歯毎に行われる。ここで、ステータの各磁極歯はコア本体から放射状に突出しているため、ワイヤに占有されるべき各スロットの幅は磁極歯の半径方向内側部分で狭く、外側部分で広い、所謂扇型となる。巻線装置による１つの磁極歯へのワイヤ巻回しは、隣接する磁極歯のコイルとの干渉を避けつつ出来るだけ多くのワイヤを巻回する必要があり、磁極歯の根元では巻回数を少なく抑えつつ、磁極歯の先端側では巻回数を多くすることが望ましい。しかしながら、実際のワイヤ巻回しにあたっては、磁極歯の先端側に巻回されたワイヤが、巻き回し動作中に磁極歯の根元側に崩れてしまい先端部側のみ巻数を多くすることが円滑にできなかった。
【０００７】
２）理由Ｂについて
通常、ステータの磁極歯に対し巻線装置は、磁極歯の内側（磁極歯の根元側）と外側（磁極歯の先端側）の間で往復動作させながら複数層にワイヤを巻回し、１つの磁極歯のワイヤ巻回しが終了したならば、ワイヤを切断することなくワイヤガイドを次の磁極歯へと相対移動させ、同様にワイヤを巻回すようになっている。しかしながら、この巻線方法では連続してコイルを形成する２つの磁極歯間に、スロットを斜めに横断するワイヤ（渡り線）が生じることとなり、このワイヤが次の磁極歯のワイヤ巻回しに邪魔になり、スロット間の空間を充分埋めることができず占積率の向上ができなかった。
【０００８】
【特許文献１】特願２００４−１９５４３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような現状を考慮したものであって、放射状に突出する磁極歯を備えた電機子において、各磁極歯間のスロットにおける巻線占積率を向上することが可能な電機子及び巻線装置及び巻線方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、電機子を構成する対象物の周囲にワイヤを巻き付ける電機子の巻線装置であって、巻き付けるワイヤの巻線ロールと、該巻線ロールより導出されたワイヤを部分的に支持して前記対象物の巻軸方向の端部に対向して該巻軸と同軸上に回転軸を有するワイヤ回転部材と、該ワイヤ回転部材を介して導出されたワイヤを前記対象物の外周面へと案内すると共に前記対象物の巻軸方向に移動可能なガイド部材と、該ガイド部材によって案内されたワイヤの対象物上の上記巻軸方向位置を規制すると共に前記巻軸方向に移動可能なストッパ部材と、前記ワイヤ回転部材を回転させる第１の駆動手段と、前記ガイド部材を対象物の巻軸方向に移動させる第２の駆動手段と、前記ストッパ部材を対象物の巻軸方向に移動させる第３の駆動手段と、ワイヤ巻き付けに従って前記第２の駆動手段と第３の駆動手段の作動を各々別に制御する制御手段とを有することを特徴とする電機子の巻線装置を提供する。
請求項２の発明は、請求項１に記載の巻線装置において、前記制御手段は、前記対象物上の巻線の層厚に応じて、前記ストッパ部材の対象物上の巻軸方向位置が異なるように第３の駆動手段を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２に記載の巻線装置において、前記対象物は、円筒状コア本体から放射状に突出する複数の磁極歯であることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３に記載の巻線装置を用い、前記磁極歯の半径方向外側部分におけるワイヤ巻回し回数が、半径方向内側部分におけるワイヤ巻回し回数よりも多くなるように、前記ガイド部材及びストッパ部材を駆動制御することを特徴とする巻線方法を提供する。
【００１３】
請求項５の発明は、円筒状のコア本体と該コア本体から半径方向外方に放射状に突出する複数の磁極歯とを備えたコア、及び絶縁性樹脂からなり前記磁極歯の周囲に設けられたボビンを有する回転電機用電機子であって、前記ボビンは、各磁極歯に対応してコア本体部分上に、コア軸方向に突出する巻線係止用の突起を備えたことを特徴とする回転電機用電機子を提供する。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載の回転電機用電機子において、自動二輪車等のエンジンの発電機を構成することを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、１つの磁極歯の巻線動作終了後に連続して別の磁極歯の巻線動作を行う場合にワイヤを前記突起を経由させることを特徴とする請求項５に記載の回転電機用電機子の磁極歯にワイヤを巻き付ける巻線方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、ガイド部材及びストッパ部材の各駆動手段を各々別に制御することにより巻線装置のガイド部材によって案内されたワイヤの位置を規制するストッパ部材がガイド部材の往復動作とは別に移動可能となる。これにより、ワイヤを対象物上の適正な位置に巻き回すことができる。すなわちストッパ部材は対象物の巻軸方向に移動可能であるため、対象物の両端部間の中間位置にストッパ部材を移動させて静止させその一方の側でガイド部材を往復動作させることにより、巻軸方向の一方の端部に近い側の巻回し回数を増やして層数を大きくすることができる。このときストッパ部材により厚く巻回したワイヤの崩れが防止される。これにより、例えば扇形のような広がりのある巻線領域の場合広がりに応じてコイル層数を増やすことができ、本発明の課題である占積率の向上が図られる。なお巻軸とは、ワイヤを対象物上で巻回すときの巻線の中心軸であり、一巻の巻線が形成する平面での対象物断面の中心軸をいう。したがって、円筒状ボビン上にコイルを形成するのであれば、巻軸は円筒軸であり、コア本体から放射状に突出する磁極歯のように角形の柱体上にコイルを形成するのであれば巻軸はコイルが形成された４つの側面で囲まれた部分の柱体の中心軸であり、磁極歯であれば突出方向の中心軸をいう。巻軸方向とはこのような巻線の中心軸（巻軸）に沿った方向をいう。すなわち、本発明は制御手段によって、ガイド部材が対象物の巻軸方向の所定区間を往復可能であるとともに、本発明のストッパ部材を段階的に移動させて移動した位置毎にガイド部材を往復させることにより、対象物の巻軸方向に沿って異なる巻回数を以ってワイヤを巻き回すことができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、制御手段によって、巻線の層厚に応じてストッパ部材の対象物上の巻軸方向位置が異なるようにしたことで、対象物上に一定層数の巻線を巻回した後、ストッパ部材をずらせて既に巻回した巻線の上に巻き軸方向の一方の側にのみ新たな巻線を形成して層数を増やすことができる。この場合、ストッパ部材は新たな巻線を形成するときの巻線の崩れを防ぐ壁として機能する。
【００１８】
請求項３の発明によれば、対象物を円筒状コア本体から放射状に突出する複数の磁極歯としたことにより、ワイヤを磁極歯間のスロットの形状に対応させて巻回すことができスロットのコイル占積率を高めることができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、巻線装置のガイド部材及びストッパ部材を各々別に駆動制御して、磁極歯の中間位置でストッパ部材を静止させ、その外側部分でガイド部材を往復動作させることにより、外側部分での巻回し回数を多くして占積率を高めることができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、回転電機用電機子はコア軸方向に突出する複数の突起を備えることにより、磁極歯間のワイヤ巻回し過程において、磁極歯間の渡り線を突起に係止させてこれを経由することができ、次の磁極歯のワイヤ巻回しを邪魔しない。なお、コア軸方向とは、電機子ロータの回転軸方向であり、ステータについてもロータの回転軸と同軸方向である。したがって磁極歯については、ステータ本体からの突出方向と直角な方向である。
【００２１】
請求項６の発明によれば、自動二輪車等のエンジンの発電機のコイルの占積率を上げることにより、特に低回転域の出力を向上させてレギュレータの小型を図ることができる。さらに詳しくいうと、自動二輪車等のエンジンは、通常、前述のように、コイルをステータとしたアウターロータ型の永久磁石式発電機をクランク軸端部に備えている。
【００２２】
図８はこのようなアウターロータ式永久磁石式発電機の出力特性図である。点線ａは従来の発電機の出力特性、一点鎖線ｂは自動二輪車等で必要とされる理想的な出力特性、実線ｃは本発明に係る発電機の出力特性を示す。
【００２３】
従来は点線ａで示すように、アイドリング時の低回転域（１０００〜１３００ｒｐｍ）で特に出力が小さく、高回転域では出力が大きく上昇して、一点鎖線ｂの理想出力レベルを大きく越える。
【００２４】
一方、本発明に係る発電機では、実線ｃで示すように、低回転域での出力を向上させ高回転域での出力を下げて全体的に平均化して理想出力ｂに近づけることができる。すなわち、同じ大きさの発電機を比べたとき、本発明ではコイルの巻数が増えて占積率が向上しているため必要とする理想特性ｂに近づけたときに高回転域の過分な出力を抑えることができる。このため発電機出力を一定にするためのレギュレータの能力を低下させることができ、小型のレギュレータを用いることが可能になる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、１つの磁極歯から別の磁極歯へワイヤを移動する過程において、１つの磁極歯から延びるワイヤは、突起を経由して隣の磁極歯に渡らされるため、この磁極歯のワイヤ巻回しを邪魔せずスロットのコイル占積率を高めることができる。なお、請求項７の発明は、請求項５で特定する巻線係止用の突起を備えた電機子を用いることが要件であり、巻線装置はいかなる巻線装置を用いてもよい。また手巻き作業でコイルを形成する場合も含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は、本発明に係る巻線装置及び巻線方法が適用可能な、回転電機の電機子の外観斜視図である。ここでは回転電機は、内燃機関に装備される磁石式発電機として、また電機子はその発電機のステータとして例示される。
【００２７】
ステータ１は、磁性材料からなるリング状薄板を多数積層させたコア（ステータヨーク）２と、例えば射出成形等によりコア２と一体成形されるボビン３とを備える。なお、ボビン３は、コアとの一体成形体に限らず、コアの上下から嵌め込んでコアを覆う別体のボビンでも良い。
【００２８】
図２は上記ステータ１の平面図である。また、図３は図２のＡ−Ａ線に沿うステータ断面図である。図２に示すように、コア２は、円筒形のコア本体２１と、その外周に放射状に突出する多数（本例では１８）の磁極歯２２とを一体で備えており、これらは前述したように薄板を多数積層することによって形成される。コア本体２１はその中央にエンジンのクランク軸（不図示）を通すための開口部２３を有する。各磁極歯２２は、矩形断面のコイル巻回部２４と、その外側端に接続する頭部２５とからなり、図２に示すように、平面視で略Ｔ字状を有する。コア本体２１の外側には隣接する磁極歯２２、２２間に扇状のスロット２６が多数（本例では１８）形成される。
【００２９】
一体成形の場合のボビン３は、以上のように形成されたコア２を射出成形用の金型（不図示）の中に配置し、金型内に絶縁性樹脂材料を射出することにより、コア２の一部に一体成形される。ボビン３は、矩形断面のコイル巻回部２４の上下左右４側面と、コア本体２１のコア軸方向両端面における外周側の円環部２１ａとを覆うように形成され、また上下一方の円環部２１ａであってかつ隣接する２つの磁極歯２２，２２に挟まれたボビン部分には、後述する巻線装置によるコイル巻回しの際、巻線（ワイヤ）を引っ掛けるための係止突起３１がコア軸方向に突出して一体成形される。
【００３０】
巻線装置により、各磁極歯２２のコイル巻回部２４の周囲にワイヤが巻き回される。図４は、コイル巻回状態にある巻線装置の概略図である。巻線装置４は、巻き付けるワイヤＷの巻線ロール４１を備え、さらにステータ１の磁極歯２２の側方に位置して、巻線ロール４１より導出されたワイヤＷを、磁極歯２２周りで旋回させる“フライヤ”と呼ばれる円盤状又は羽根状のワイヤ回転部材４２を備える。ワイヤ回転部材４２はその外周部分にワイヤＷを通すガイドホール４２ａを有し、中央の回転軸４２ｂを介してモータ４３（第１の駆動手段）により回転駆動される。回転軸４２ｂは、磁極歯２２の外側端面に対向して磁極歯２２の巻軸２２Ｃと同軸上に配置される。
【００３１】
巻線装置４はさらに、ワイヤ回転部材４２を介して導出されたワイヤＷを下側から支持して磁極歯２２上のボビンの外周面３ａへと案内するガイド部材４４を備える。ガイド部材４４は、その先端部４４ａが下方に折曲され、ガイドアクチュエータ４５（第２の駆動手段）によって図中矢印Ｂで示した磁極歯巻軸２２Ｃ方向にスライド可能であると共に、ガイドアクチュエータ４５に内蔵されたモータ（不図示）によってボビン３の外周面３ａに対し図中矢印Ｃ方向に沿って接近・離反できるように構成されている。
【００３２】
磁極歯２２に関し、上述したガイド部材４４の内側（磁極歯２２の根元側）には、ガイド部材４４によってボビン外周面３ａ上へと案内されたワイヤＷの磁極歯巻軸方向位置を規制するストッパ部材４６が設けられる。ストッパ部材４６は、ガイド部材４４と同様に、ストッパアクチュエータ４７（第３の駆動手段）によって図中矢印Ｂ方向にスライド可能であると共に、ボビン外周面３ａに対し図中矢印Ｃ方向に沿って接近・離反できるように構成されている。
【００３３】
モータ４３、ガイドアクチュエータ４５及びストッパアクチュエータ４７は、それぞれの駆動回路４３ａ、４５a、４７ａを介してそれぞれの作動を制御するコントローラ４８（制御手段）に接続される。コントローラ４８は、その内部に後述する巻線方法を実施するためのプログラムを備えており、プログラム実行に伴い、モータ４３、ガイドアクチュエータ４５及びストッパアクチュエータ４７に作動信号を出力する。なお、４９は前のコイルの巻回しが終了した時点でそのコイルから延びるワイヤＷの端部を把持するクランプである。コイル巻回時にクランプ４９でワイヤ始端をクランプした状態でワイヤ回転部材４２の回転によりワイヤＷを巻線ロール４１から引出しながら磁極歯２２上にコイルを巻回する。
【００３４】
巻線装置４による１つの磁極歯２２へのワイヤ巻線方法を図４及び図５を参照して説明する。
【００３５】
ステータ１は回転可能なテーブル（不図示）にチャックされ、巻線装置４はワイヤ巻回し対象となる磁極歯２２に対向してその側方に配置される（図４の状態）。なお、このテーブルは１つの磁極歯２２へのワイヤ巻回しが終了した時点で所定角度分だけ回転する必要があるため、ステップモータなどの適当な駆動手段によって回転されるようになっており、その作動は巻線装置４側のコントローラ４８によって制御される。
【００３６】
次に、巻線装置４のガイド部材４４を磁極歯２２の根元側まで接近させる。この時、ストッパ部材４６はストッパアクチュエータ４７によって、ガイド部材４４のステータ内径側に、ワイヤＷ１本程の間隔を隔てて配置される。このような状態で、ワイヤ回転部材４２がモータ４３によって回転され、ガイド部材４４は、ガイドアクチュエータ４５によって磁極歯２２の半径方向内側から外側にかけて移動され、ストッパ部材４６もまたストッパアクチュエータ４７によってガイド部材４４との上記間隔を保ちつつ磁極歯２２の半径方向内側から外側にかけて移動される。図５の（ａ）は、ボビン外周面３ａにその内側から外側にワイヤＷが巻回されている状態を示しており、ワイヤＷはガイド部材４４とストッパ部材４６とで形成される間隙内に挿入され、ボビン外周面３ａ上で内側から外側に向かって巻回される。
【００３７】
ボビン外周面３ａ上に１列のワイヤＷが巻回されたならば、次にガイド部材４４は磁極歯２２の半径方向外側から内側にかけて移動方向を逆にし、先のワイヤ列の上にさらにワイヤＷが巻回されることになる。この時、ガイド部材４４とストッパ部材４６の内側への移動は、その途中までとし、ストッパ部材４６は磁極歯２２の長手方向のほぼ中間位置で静止した状態で保持される。一方、ガイド部材４４は、ストッパ部材４６と磁極歯２２の最外端との間を往復するようにガイドアクチュエータ４５により駆動される。この結果、ボビン外周面３ａ上では、図５の（ｂ）に示すように、磁極歯２２の半径方向外側においてワイヤＷが厚く巻回されることになり、扇状スロット２６の外側部分におけるワイヤ占積率を向上することができる。さらに、この巻線方法は、ワイヤ巻回し途中でストッパ部材４６を停止させることにより、ワイヤ巻回しの壁として作用するため、巻回し過程において磁極歯２２の先端側に巻回されたワイヤＷが、磁極歯２２の根元側へと崩れてしまうようなことはない。
【００３８】
図５（ｃ）は、ワイヤＷが巻回された各磁極歯２２の上下方向中間部の断面図である。上述した巻線方法により、ワイヤＷは、各磁極歯２２の半径方向外側部分において内側部分よりも厚く巻き付けられるため、隣接する磁極歯２２のコイル同士は内側部分で接することなく、高い占積率を以ってスロット２６の空間を充満することができる。さらに本実施形態では、図示するように１つの磁極歯２２へのコイル巻回しから隣接する磁極歯２２へのコイル巻回しに至る過程において、ワイヤＷは、ガイド部材４４とストッパ部材４６によって保持された状態で、磁極歯２２間に位置する係止突起３１を経由した後、次の磁極歯２２のボビン外周面３ａ近傍へと渡らされるようになっている。これにより、従来の巻線方法に見られたような、スロット２６を斜めに横断する渡り線が無くなることとなり、巻線装置４は渡り線に邪魔されることなく次の磁極歯２２のコイル巻回し動作をスムーズに行うことができる。
【００３９】
なお、コイルの最下層は１列に限らず、２列又はそれ以上にワイヤを巻回してもよい。またストッパ部材４６は磁極歯２２の巻軸２２ｃに沿って中間の１段階で静止する動作に限らず、２段階又はさらに多くの段階で静止して磁極歯の外側部分の巻線回数を多くしてもよい。
【００４０】
図６は、１８個の磁極歯２２を有するステータ１にワイヤを巻回しする際の巻回し順を概略的に示す図である。ここでは１８個の磁極歯２２を３つのグループに分け、各グループにおいては、隣接する３つの磁極歯２２を連続してワイヤ巻回した後、大きくステータ１を回転させ、対向する３つの磁極歯２２を連続してワイヤを巻回し、この巻線動作を３回繰り返すことで全ての磁極歯２２にコイルが形成される。当然、隣接する磁極歯２２間のワイヤ巻回しでは上述したようにガイド部材４４とストッパ部材４６によってワイヤＷは係止突起３１を経由する。なお、２つ又はそれ以上大きく離れた位置の磁極歯にワイヤを渡らせる場合、渡り線がステータの内径側の開口部２３に入り込まないようにするため、開口部２３に筒状キャップを装着した状態でワイヤを渡らせる。図では配線を分かりやすくするため磁極歯２２の外側に渡り線を描いてあるが、実際には磁極歯２２の内側の円環部２１ａを渡らせる。
【００４１】
図７は、以上のようにしてワイヤ巻掛けが完了したステータ１の平面図である。上述した巻線方法によりワイヤＷは係止突起３１を経由して各磁極歯２２に巻回されており、各磁極歯２２においてはその半径方向外側が内側に比較して巻回されたワイヤＷの層の厚さが大きく、スロット２７におけるワイヤ占積率を高めている。
【００４２】
以上説明したように、本発明による巻線装置は、対象物上でガイド部材によって案内されたワイヤの位置を規制するストッパ部材を備えることにより、対象物上へのワイヤ巻回しにおいて、ワイヤを対象物上の適正な位置に巻回することができるとともに、本発明では、ストッパ部材は対象物の巻軸方向に段階的に静止して移動可能であるため、対象物の巻軸方向に沿って巻線回数を変えて層厚を異ならせることができる。これにより扇形状に広がるスロットの占積率向上が図られる。
【００４３】
また、本発明による回転電機用電機子は、コアの軸線方向に突出する複数の突起を備えることにより、磁極歯間のワイヤ巻回し過程において、磁極歯間の渡り線は突起を経由することができ、次の磁極歯のワイヤ巻回しを邪魔しない。
【００４４】
また、本発明による巻線方法は、１つの磁極歯から別の磁極歯へワイヤを移動する過程において、１つの磁極歯から延びるワイヤは、突起を経由して別の磁極歯に渡らされるため、この別の磁極歯のワイヤ巻回しを邪魔せずスロットのコイル占積率を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の利用例として、ステータ側にコイルが備わる発電機に限らず、ロータ側にコイルが備わる発電機、あるいは電動モータのロータやステータ等、ボビンを介してコアにコイルが巻回される回転電機の全般に、本発明の巻線装置、巻線方法及び電機子を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る巻線装置及び巻線方法が適用可能なステータの外観斜視図。
【図２】図１のステータの平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿うステータ断面図。
【図４】本発明に係る巻線装置の概略構成図。
【図５】本発明に係る巻線方法を説明する図。
【図６】ステータにワイヤを巻掛けする際の巻き掛け順を示した概略図。
【図７】ワイヤ巻掛けが完了したステータの平面図。
【図８】アウターロータ式永久磁石式発電機の出力特性図。
【符号の説明】
【００４７】
１：ステータ、２：コア、３：ボビン、
３ａ：ボビン外周面、４：巻線装置、２１：コア本体、２１ａ円環部、
２２：磁極歯、２３：開口部、２４：コイル巻回部、２５：頭部、
２６：スロット、３１：係止突起、４１：巻線ロール、
４２：ワイヤ回転部材、４２ａ：ガイドホール、４２ｂ：回転軸、
４３：モータ（第１の駆動手段）、４３ａ：駆動回路、４４：ガイド部材、
４４ａ：先端部、４５：ガイドアクチュエータ（第２の駆動手段）、
４５a：駆動回路、４６：ストッパ部材、
４７：ストッパアクチュエータ（第３の駆動手段）、４７a：駆動回路、
４８：コントローラ（制御手段）、４９：クランプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子を構成する対象物の周囲にワイヤを巻き付ける電機子の巻線装置であって、
巻き付けるワイヤの巻線ロールと、該巻線ロールより導出されたワイヤを部分的に支持して前記対象物の巻軸方向の端部に対向して該巻軸と同軸上に回転軸を有するワイヤ回転部材と、該ワイヤ回転部材を介して導出されたワイヤを前記対象物の外周面へと案内すると共に前記対象物の巻軸方向に移動可能なガイド部材と、該ガイド部材によって案内されたワイヤの対象物上の上記巻軸方向位置を規制すると共に前記巻軸方向に移動可能なストッパ部材と、前記ワイヤ回転部材を回転させる第１の駆動手段と、前記ガイド部材を対象物の巻軸方向に移動させる第２の駆動手段と、前記ストッパ部材を対象物の巻軸方向に移動させる第３の駆動手段と、ワイヤ巻き付けに従って前記第２の駆動手段と第３の駆動手段の作動を各々別に制御する制御手段とを有することを特徴とする電機子の巻線装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記対象物上の巻線の層厚に応じて、前記ストッパ部材の対象物上の巻軸方向位置が異なるように第３の駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の電機子の巻線装置。
【請求項３】
前記対象物は、円筒状コア本体から放射状に突出する複数の磁極歯であることを特徴とする請求項２に記載の電機子の巻線装置。
【請求項４】
前記磁極歯の半径方向外側部分におけるワイヤ巻回し回数が、半径方向内側部分におけるワイヤ巻回し回数よりも多くなるように、前記ガイド部材及びストッパ部材を駆動制御することを特徴とする請求項３に記載の巻線装置を用いた巻線方法。
【請求項５】
円筒状のコア本体と該コア本体から半径方向外方に放射状に突出する複数の磁極歯とを備えたコア、及び絶縁性樹脂からなり前記磁極歯の周囲に設けられたボビンを有する回転電機用電機子であって、
前記ボビンは、各磁極歯に対応してコア本体部分上に、コア軸方向に突出する巻線係止用の突起を備えたことを特徴とする回転電機用電機子。
【請求項６】
自動二輪車等のエンジンの発電機を構成することを特徴とする請求項５に記載の回転電機用電機子。
【請求項７】
１つの磁極歯の巻線動作終了後に連続して別の磁極歯の巻線動作を行う場合にワイヤを前記突起を経由させることを特徴とする請求項５に記載の回転電機用電機子の磁極歯にワイヤを巻き付ける巻線方法。
【請求項１】
電機子を構成する対象物の周囲にワイヤを巻き付ける電機子の巻線装置であって、
巻き付けるワイヤの巻線ロールと、該巻線ロールより導出されたワイヤを部分的に支持して前記対象物の巻軸方向の端部に対向して該巻軸と同軸上に回転軸を有するワイヤ回転部材と、該ワイヤ回転部材を介して導出されたワイヤを前記対象物の外周面へと案内すると共に前記対象物の巻軸方向に移動可能なガイド部材と、該ガイド部材によって案内されたワイヤの対象物上の上記巻軸方向位置を規制すると共に前記巻軸方向に移動可能なストッパ部材と、前記ワイヤ回転部材を回転させる第１の駆動手段と、前記ガイド部材を対象物の巻軸方向に移動させる第２の駆動手段と、前記ストッパ部材を対象物の巻軸方向に移動させる第３の駆動手段と、ワイヤ巻き付けに従って前記第２の駆動手段と第３の駆動手段の作動を各々別に制御する制御手段とを有することを特徴とする電機子の巻線装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記対象物上の巻線の層厚に応じて、前記ストッパ部材の対象物上の巻軸方向位置が異なるように第３の駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の電機子の巻線装置。
【請求項３】
前記対象物は、円筒状コア本体から放射状に突出する複数の磁極歯であることを特徴とする請求項２に記載の電機子の巻線装置。
【請求項４】
前記磁極歯の半径方向外側部分におけるワイヤ巻回し回数が、半径方向内側部分におけるワイヤ巻回し回数よりも多くなるように、前記ガイド部材及びストッパ部材を駆動制御することを特徴とする請求項３に記載の巻線装置を用いた巻線方法。
【請求項５】
円筒状のコア本体と該コア本体から半径方向外方に放射状に突出する複数の磁極歯とを備えたコア、及び絶縁性樹脂からなり前記磁極歯の周囲に設けられたボビンを有する回転電機用電機子であって、
前記ボビンは、各磁極歯に対応してコア本体部分上に、コア軸方向に突出する巻線係止用の突起を備えたことを特徴とする回転電機用電機子。
【請求項６】
自動二輪車等のエンジンの発電機を構成することを特徴とする請求項５に記載の回転電機用電機子。
【請求項７】
１つの磁極歯の巻線動作終了後に連続して別の磁極歯の巻線動作を行う場合にワイヤを前記突起を経由させることを特徴とする請求項５に記載の回転電機用電機子の磁極歯にワイヤを巻き付ける巻線方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２３８５８０（Ｐ２００６−２３８５８０Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４８５４７（Ｐ２００５−４８５４７）
【出願日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（０００１９１８５８）株式会社モリック (98)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（０００１９１８５８）株式会社モリック (98)
【Ｆターム（参考）】
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