专利名称：集中卷绕线圈以及集中卷绕线圈的制造方法
技术领域：
本发明涉及集中巻绕线圈以及集中巻绕线圈的制造方法。
背景技术：
对于应用于各种马达中的铁芯和绕组构成的定子，逐渐发展提高绕线 密度而追求高效率的结构。
图1用俯视图以及侧视图表示在铁芯5中，在骨架(线圈骨架)1上 缠绕了线材2后的绕线后骨架10以及铁芯5的位置关系。由俯视图可知， 为了在最终安装状态成为圆环状的铁芯5上紧密配置绕线后骨架10，相对 于骨架内周壁l-c，骨架外周壁l-b圆周方向的长度更大。另外，由侧视 图可知，绕线后骨架10中具有配置于铁芯5内的线圈狭槽部10a以及配 置于铁芯5外部的线圈端部10b。该配置于铁芯5内的线圈狭槽部10a是 对马达特性有很大影响的部分。因此如图2的截面图所示，呈矩形形状， 其中，线圈狭槽部10a侧的边长，线圈端部10b侧的边短。
图2是看骨架1单体时的俯视图和截面图。在开始缠绕线材2的骨架 底部l-a的两侧形成有防止线材2脱落的骨架外周壁l-b，骨架内周壁l-c。 从截面图可知，骨架底部l-a的4角设有R部。该R部的半径大小，由线 材2的导通性以及包层的强度决定。
利用图3 图6，说明向所述骨架1中绕线时的问题点。图3表示说 明用绕线模型。其中，A边、C边为线圈狭槽部，B边、D边为线圈端部， D边侧表示端部的线的引出方向。并且为了说明，使各边长度相同。绕线 方法是骨架相对于未图示的线材管嘴旋转。
图4表示与骨架的旋转角度同步，向线材2的列方向施以一定的引导 (表现为线材交叉)时，表示第n圈和第n+l圈的边的位置和线材轨迹。 此时，因为各边处线材轨迹的间隔相同，所以在各边处线材2之间都紧密邻接。但是因为边的入口和出口处列方向的位置不同，为了确保其空间，
需要产生多余(无用)的空间。特别是A边、C边的线圈狭槽部占积率(线 材相对于绕线空间所占的总面积的比率)下降，存在着影响马达特性的问 题。
于是作为解决该问题的方法，考虑有图5所示的向线材2列方向的引 导方法。该方法，不进行从A边到C边之间的线材交叉，通过集中于D 边进行线材交叉，提高A边、C边的线圈狭槽部的占积率。 '
图6表示实际的线圈状态。如图中虚线所示，设A边到C边的线材 交叉为0，在D边施以既定绕线节距数量的线材交叉时，实际线材呈实线 表示的轨迹。由于一边拉伸一边向骨架1缠绕线材2，以及如图2的截面 图所示骨架底部l-a的4角的R部，线材2容易滑动，在线材2上作用经 过最短距离的分力，在只C边，或者从C边到B边，或者从C边到A边 的范围内发生线材排列错乱的现象。
对于以上问题，如专利文献l所述，提出一种在绕线骨架外周设置被 称为绕线模头(former)的1对线材引导部，线材一面通过其间一面缠绕 于绕线骨架上的方法。其在绕线骨架的外周，使其接近绕线模头直至接近 骨架内周壁或骨架外周壁为止，提高线材向绕组骨架的定位精度。
图7表示以往使用的圆线用骨架的形状，是表示从绕线前的骨架1单 体到实施3层绕线为止状况的狭槽部截面图。在骨架l单体中，骨架底部 l-a形成对应线材节距的槽。在对该槽缠绕线材2时，通过使用图5所示 的线材引导方法，可以确保组装入狭槽部的边的整齐排列性。如图6所示， 通过骨架底部l-a的槽，实现抑制打乱整齐排列性的错位的发生。在第1 层的绕线中，骨架底部l-a的槽产生线材错位防止效果，在第2层以后， 下层已经被绕线的线材发挥同样的功能。
专利文献1:日本特开2003-244906号公报
在专利文献的方法中，由于在骨架的外部进行线材的定位，因此发生 所述排列错乱，在高精度上存在问题。
另外，作为如所述图7的带槽骨架存在以下问题点通过塑料成型制 作骨架时，为了在模具侧形成细微的槽，模具费上升；因为以模具规定槽 形状、槽节距，所以在变更线材直径、骨架形状这些初始设定条件时，发
生模具修正费用；可以使用的线材仅限于圆线。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种在不提升线圈骨架模具费且防止线 材的排列错乱的前提下有助于马达小型效率化的高占积率线圈。
本发明的特征在于线材引导保持机构在向线圈骨架缠绕线圈之前， 在相对于线材宽度有一定空隙的位置待机，进行线材位置引导，缠绕后进 行按压线材的动作。
根据上述结构，可实现以下效果，即，不提升线圈骨架模具费，防止 线材的排列错乱，实现有助于马达小型效率化的高占积率线圈。
图1是表示配置于铁芯的集中巻绕线圈的俯视图(a)及侧视图(b);
图2是表示用于集中巻绕线圈的骨架形状的俯视图(a)和A—A截 面图(b);
图3是为了说明绕线问题的模型图4是为了说明绕线问题的绕线图5是为了解除绕线问题的绕线图6是为了表示绕线问题产生的说明图7是表示用于集中巻绕线圈的以往骨架形状的图，其中，(a)表 示骨架的状态，(b)表示表示绕线1层的状态，(c)表示表示绕线2层 的状态，(d)表示绕线3层的状态；
图8是表示本发明绕线方法的说明图(实施例l);
图9是表示本发明绕线方法的俯视图(a)及侧视图(b)(实施例1);
图10是表示本发明绕线方法的说明图(实施例l);
图11是表示本发明绕线方法的俯视图(a)及侧视图(b)(实施例1);
图12是表示本发明绕线方法的说明图(实施例1)，其中，(a)表 示骨架的状态，(b)表示表示绕线1层的状态，(c)表示表示绕线2层 的状态，(d)表示绕线3层的状态；
图13是表示本发明其他实施例的说明图(实施例2)，其中，(a)
表示骨架的状态，(b)表示表示绕线1层的状态，(c)表示表示绕线2 层的状态，(d)表示绕线3层的状态；
图14是表示本发明其他实施例的说明图(实施例3)，其中，(a) 表示骨架的状态，(b)表示表示绕线1层的状态，(c)表示表示绕线2 层的状态，(d)表示绕线3层的状态；
图15是表示本发明其他实施例的说明图(实施例4);
图中..l一骨架；l-a—骨架底部；l-b —骨架外周壁；l-c一骨架内周 壁；2 —线材；2-a—绕线始端；2-b —绕线终端；3-a—线材引导保持部前 方侧；3-al， 3-bl—顶端部;3-a2， 3-b2 —线材接触部;3-b—线材引导保 持部后方侧；5 —铁芯；IO —绕线后骨架；10a—线圈狭槽部；10b —线圈端部。
具体实施例方式
以下，利用附图详细说明本发明。
实施例1
图8 (a) (g)，利用在末端线引出侧观察骨架的图，说明利用本 发明的绕线方法向靠近骨架的第l层绕线的方法。本发明的主体中，重要 的是线材引导保持部与线材以及骨架的位置关系，省略其他部分的说明。
图8 (a)表示绕线前的骨架1。骨架1具备骨架底部l-a,缠绕有 线材2;骨架外周壁l-b，骨架1被铁芯5定位时成为外周侧，防止线材2 的脱落；骨架内周壁l-c，同样在骨架1被铁芯5定位时成为内周侧，防 止线材2的脱落。
图8 (b)表示线材2的始端2-a被骨架1定位的状态。此时，在接近 于骨架底部l-a左侧的骨架l-b的状态下开始绕线。但是，也可以根据末 端线的配置或绕线机的缠绕轴旋转方向的不同从其他位置开始绕线。
以下，说明在该绕线始端2-a被骨架1定位的工序中线材引导保持部 前方侧3-a的位置。通过将线材引导保持部前方侧3-a设置于骨架1旋转 的缠绕轴侧，与骨架1的旋转呈一体旋转。由于无需从与缠绕轴相分离的 外周部侧定位机构部，所以不但能抑制缠绕轴的旋转速度降低，即使缠绕 轴旋转的过程中，也能维持对后述线材2的按压。
线材引导保持部前方侧3-a由与骨架底部l-a相对的顶端部3-al和绕 线时引导线材2的线材接触部3-a2构成。线材接触部3-a2的表面由于缠 绕时需要接触线材2，以及到达骨架底部l-a后也按压接触线材2，所以优 选通过研磨等精加工进行降低表面粗糙度的处理。
线材引导保持部前方侧3-a的顶端部3-al与骨架底部l-a的间隔，需 要使以下两个条件同时成立防止线材2进入该间隔；在进行线材2的绕 线形成列时，线材引导保持部前方侧3-a也向同一方向顺畅移动。实际设 线材2的直径或高度为d时，可以通过设定0.1d 0.5d之间的值满足上述 条件。
另外，线材引导保持部前方侧3-a的线材接触部3-a2的位置，当线材 2不存在于其与骨架外周壁l-b之间时，表示与骨架外周壁l-b的间隔； 随着绕线进行线材2存在于其与骨架外周壁l-b之间时，表示与稍前的线 材2的间隔。通过设定该间隔为1.1d 2d之间的值，绕线时线材2的引导 变得容易。
图8 (c)表示从图8 (b)的工序进行一定角度部分绕线的工序。在 图8 (b)的工序中，线材引导保持部前方侧3-a的线材接触部3-a2的位置， 因为相对于线材2的直径具有空隙，所以即使线材2向着骨架底部l-a掉 落时，也可以不发生干涉地进行绕线。
图8 (d)表示图8 (c)的进行绕线工序后的线材按压工序。线材引 导保持部前方侧3-a的线材接触部3-a2接触线材2，利用未图示的按压机 构产生的压力，通过按压接触骨架外周壁l-b方向，使线材2紧贴骨架外 周壁l-b，确保骨架1内的整齐排列性。根据线材的直径、柔软性、绕线 时的线材张力等条件，选择这时压力的最优值。
图8 (e)表示从图8 (d)进行绕线，开放线材引导保持部前方侧3-a 的线材接触部3-a2的按压，缠绕下一圈线材2之前的工序。
说明稍前的线材2被骨架1定位的工序中线材引导保持部前方侧3-a 的位置。线材引导保持部前方侧3-a的顶端部3-al与骨架底部l-a的间隔， 需要使以下两个条件同时成立防止线材2进入该间隔；在进行线材2的 绕线形成列时，线材引导保持部前方侧3-a也向同一方向顺畅移动。实际 设线材2的直径或高度为d时，可以通过设定线材引导保持部前方侧3-a的顶端部3-al与骨架底部l-a的间隔为0.1d 0.5d之间的值，满足上述条 件。
另外，线材引导保持部前方侧3-a的线材接触部3-a2的位置，随着绕 线进行线材2存在于其与骨架外周壁l-b之间时，表示与稍前的线材2的 间隔。通过设定该间隔为1.1d 2d之间的值，绕线时线材2的引导变得容易。
设定线材引导保持部前方侧3-a的线材接触部3-a2的按压被开放的时 间，配合绕线的旋转角度，通过线材2即将到达骨架底部l-a之前，开放 线材接触部3-a2的按压，可以控制整齐排列状态的错乱为最小限度。
图8 (f)表示从图8 (e)的工序进行一定角度部分的绕线的工序。在 图8 (e)的工序中，线材引导保持部前方侧3-a的线材接触部3-a2的间隔， 因为相对于线材2的直径具有空隙，所以即使线材2向着骨架底部l-a掉 落，也可以不发生干涉地进行绕线。
图8 (g)表示图8 (f)的进行绕线的工序后的线材按压工序。线材引 导保持部前方侧3-a的线材接触部3-a2接触线材2，利用未图示的按压机 构产生的压力，通过按压接触骨架外周壁l-b，使线材2紧贴稍前绕线的 线材2，确保骨架l内的整齐排列性。根据线材的直径、柔软性、绕线时 的线材张力等条件，选择这时压力的最优值。
之后重复图8 (e)到图8 (g)的动作，进行绕线。
图9表示进行第1层绕线，第1层的最后1圈即将落入骨架底部l-a 状态的俯视图和侧视图。之后，第1层的最后1圈落入骨架底部l-a时， 使线材引导保持部前方侧3-a从线材2的通过路径避开。定位第1层最终 圈的线材2，处于稍前的线材2与骨架内周壁l-c之间。
通过将线材2在骨架外周壁l-b方向上对各个圈进行按压，可以确保 第l层的最终周用的空间。当线材2的直径偏差，或骨架外周壁l-b与骨 架内周壁l-c的间隔的制造偏差使空间变窄，线材2难以到达骨架底部l-a 时，通过将线材引导保持部前方侧3-a按压至图10 (a)的位置，顶端部 3-al按压线材2，可以到达骨架底部l-a。此时，顶端部3-al的表面也与 线材接触部3-a2的表面同样，优选通过研磨等工作进行将表面变细的处 理。
此处说明了线材缠绕于骨架外周沿横向一列排列的该列的合计宽度， 以及骨架底部的宽度大致相同时产生的现象以及对应功能。
以往的绕线方法，不能充分控制线材间的空隙，考虑到绕线时的偏差， 在设定线材缠绕于骨架外周沿横向一列排列的该列线材的合计宽度与骨 架底部宽度的间隙为1根线材宽度以上时，如果绕线良好而线材间的间隙 小时，绕线数会多出l圈，绕线不良使线材间的间隙大时，其上层的绕线 也不稳定。这样的状况对提高占积率也不利。
如本发明那样通过对每1圈绕组都按压线材使线材间紧贴，使线材缠 绕于骨架外周沿横向一列排列的该列合计宽度与骨架底部宽度的间隙，可 以选择线材宽度小于1根时的设计要件，实现设计时的高占积率的目的。
第2层的绕线方法，如图IO (b)所示，除了使用与用于第l层的线 材引导保持部前方侧3-a前后对称的线材引导保持部后方侧3-b，以及绕 线方向为从骨架内周壁l-c向着骨架外周壁l-b的反转方向之外，可以以 和图8 (a) (g)说明的与第l层相同的方法绕线。
图11表示进行第2层绕线，第2层的最后1圈即将落入骨架底部l-a 方向上的第l层状态的俯视图和侧视图。之后，第2层的最后1圈落入第 1层上时，使线材引导保持部后方侧3-b从线材2的通过路径避开。定位 第2层最终圈的线材2，处于稍前缠绕的线材2与骨架内周壁l-c之间。
通过将线材2在骨架内周壁l-c方向上对各圈按压，可以确保第2层 的最终圈用的空间。当因线材2的直径偏差或骨架外周壁l-b与骨架内周 壁l-c的间隔的制造偏差使空间变窄，线材2不到达第1层时，通过将线 材引导保持部后方侧3-b按压至图10 (b)的位置，顶端部3-bl按压线材 2，可以到达第1层。此时，顶端部3-bl的表面也与线材接触部3-b2的表 面同样，优选通过研磨等精加工进行降低表面粗糙度的处理。
作为这以后第n层的绕线方法，可以通过以下的方法对应，即奇数 层与第1层同样，利用线材引导保持部前方侧3-a，绕线方向为从绕线组 外周壁l-b到绕线组内周壁l-c;偶数层与第2层同样，利用线材引导保 持部后方侧3-b，绕线方向为从绕线组内周壁l-c到绕线组外周壁l-b。
另外，此处只在狭槽部的一侧设置线材引导保持部前方侧3-a和线材 引导保持部后方侧3-b。但是根据线材的柔软程度以及缠绕张力大小引发的排列错乱程度，可以通过在已经设置完毕的线圈狭槽部相反侧也设置线材引导保持部，提高排列错乱防止效果。
图12表示通过进行本发明的绕线方法消除图7中问题的骨架。是表示从绕组前的骨架单体，到实施了3层绕线为止情况的狭槽部截面图。通过不在骨架底部l-a设置槽，可以抑制因槽产生的费用上升；变更线材直 径、骨架形状等设计条件也变得容易，因此可以提高设计自由度。
在图12中，使第2层、第3层的线材位置在第l层的正上方。从占积率的观点来看，如图7所示那样在下层的线材和线材之间的正上方配置下一层比较好，虽然在以往的绕线方法中很困难，但是在本发明中示出是 可以成立的形状。
实施例2
图13是使用本发明的其他实施例，是表示将图12中的圆线的线材2换为方线的情况下的从绕线前的骨架单体到实施3层绕线为止状况的狭槽 部截面图。方线可以大幅度削减发生于圆线线材间的空隙，是要求高占积 率的马达采用的形态。在图7中考虑适应圆线外形的引导槽，而适应方线的外形，为骨架底部l-a中不设引导槽的结构。像这样在骨架底部l-a中 不设引导槽，为了确保线材2的整齐排列性，需要本发明提出的绕线方法。
实施例3
图14作为用于本发明的其他实施例，表示不同层的绕组列数不同情况的从1层到4层实施绕线的状况的狭槽部截面图。骨架单体，由于与图12、图13同样为骨架底部l-a中不设引导槽的结构，因此省略了说明图。
该形态如图1中的俯视图所示，通过减少相邻的绕线后骨架10的线材2空隙，谋求占积率的提高。特别是通过提高靠近绕线组外周壁l-b—侧的绕线列数来对应。
此处的绕线方法，通过第1层、第2层通过在骨架内周壁l-c与骨架外周壁l-b的间隔缠绕最大可能圈数，在第3层改变折回位置，第4层变更绕组开始列来对应。这也可通过本发明的绕线方法中的线材2的引导以 及绕组后的保持来实现。
实施例4
图15是作为用于本发明的其他实施例从表示末端线的引出位置的绕线后骨架的线圈端面看的立体图。
以往的绕线方法，由于没有直接保持线材2，所以引回线材2的过程 中容易发生线材的松缓。因此从铁芯5平面的对称轴看，使绕线终端2-b 位于绕线终端侧的半面很困难。在基于末端线的配置设计使其位于绕线终
端侧半面时， 一般采用先暂时引回至缠绕开始的半面抑制线材的缓和，
之后再将骨架的末端线卡扣位置设于绕线终端侧半面方法。
根据本发明，直接保持线材2，引回末端线的过程中也通过可靠的按
压防止线材的缓和，因此使绕线终端的折起位置位于从引出末端线的线圈 端面看铁芯平面对称轴的绕线终端侧半面，同样将绕线终端线的骨架的末 端线卡扣位置设于绕线终端侧半面变得可能，不再有相对于末端线的配置 设计制约，有增加设计自由度的优点。
如上所述，适用本发明的集中巻绕线圈，为了维持插入定子铁芯内的 狭槽部的整齐排列状态，可以通过在线圈端部进行列的转移或层的转移。 另外，本发明将线材引导保持机构设置于绕线骨架附近，在向骨架缠绕线 材之前，在相对于线材有一定空隙的位置待机，进行线材位置的引导，通 过缠绕后按压线材的动作，防止线圈的排列错乱，可以实现有助于马达的 小型高效率化的高占积率线圈。另外，本发明中因为通过线圈引导保持部 可以在骨架内侧进行线材的定位，可以防止线圈的排列错乱，高精度地绕 线，因此，可以实现有助于马达的小型高效率化的高占积率线圈。其中， 所谓内侧是指骨架内周壁或骨架外周壁的骨架中心方向的内侧。
权利要求
1.一种集中卷绕线圈，其线材缠绕于线圈骨架外周，其特征在于，线材的列转移只在线圈骨架的线圈端部侧的边进行，并且，在线圈骨架底部不设置引导槽。
2. 如权利要求l所述的集中巻绕线圈，其特征在于， 线材的层转移只在线圈骨架的线圈端部侧的边进行。
3. —种具备权利要求l所述的集中巻绕线圈的旋转电机。
4. 如权利要求l所述的集中巻绕线圈，其特征在于， 所述线材为圆形电线或方形电线。
5. 如权利要求l所述的集中巻绕线圈，其特征在于， 缠绕于线圈骨架外周的线材中沿横向排成一列的该列合计宽度与线圈骨架底部宽度的间隙，小于1根线材宽度。
6. 如权利要求l所述的集中巻绕线圈，其特征在于， 每层线材的列数不同。
7. 如权利要求l所述的集中巻绕线圈，其特征在于， 所述边是线圈骨架的线圈端部侧的一边。
8. 如权利要求l所述的集中巻绕线圈，其特征在于， 所述线材的绕线终端的折起位置位于从引出末端线的线圈端面观察时的铁芯平面对称轴的绕线终端侧的半面，并且，将相同绕线终端线的线 圈骨架的末端线卡扣位置设于从线圈末端面观察时的绕线终端侧的半面。
9. 如权利要求l所述的集中巻绕线圈，其特征在于， 第2层以后的线材位置位于第1层的正上方。
10. —种集中巻绕线圈的制造方法，该集中巻绕线圈中线材缠绕于线 圈骨架外周，其特征在于，包括-向线圈骨架缠绕线材的步骤；通过线材引导保持部，向线圈骨架内周壁方向或线圈骨架外周壁方向 按压所述线材的步骤。
11. 如权利要求10所述的集中巻绕线圈的制造方法，其特征在于，在进行向所述线圈骨架缠绕线材的步骤时，所述线材引导保持部在离 开线材的位置待机。
12. 如权利要求10所述的集中巻绕线圈的制造方法，其特征在于， 具有线材引导保持机构从线材上部将线材向线圈骨架底部方向按压的步骤。
13. 如权利要求10所述的集中巻绕线圈的制造方法，其特征在于， 所述线材为圆形电线或方形电线。
14. 一种集中巻绕线圈的制造方法，该集中巻绕线圈中线材缠绕于线 圈骨架外周，其特征在于，通过线材引导保持部在线圈骨架的内侧进行线材的定位。
15. 如权利要求14所述的集中巻绕线圈的制造方法，其特征在于，所述线材为圆形电线或方形电线。
16. 如权利要求14所述的集中巻绕线圈的制造方法，其特征在于， 所述内侧为线圈骨架内周壁或线圈骨架外周壁的线圈骨架中心方向的内侧。
全文摘要
一种防止铁芯狭槽部的线材排列性降低且实现高占积率的线圈的集中卷绕线圈及其制造方法。该集中卷绕线圈为了维持插入定子铁芯内的狭槽部的排列状态，需要在线圈端部进行列转移、层转移。本发明将线材引导保持机构设置于绕线骨架附近，在向骨架缠绕线材之前进行线材位置的引导，缠绕后进行按压线材的动作。由此，可以防止线圈的排列错乱，实现高占积率的线圈。
文档编号H02K3/18GK101202477SQ20071019694
公开日2008年6月18日 申请日期2007年12月6日 优先权日2006年12月12日
发明者平松广道, 石上孝, 长绳尚 申请人:株式会社日立制作所