JP4863116B2 - コイル部品、電動モータ、燃料ポンプおよびコイル巻回方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部品、電動モータ、燃料ポンプ、およびコイル保持構造を製造するためのコイル巻回方法に関する。

従来より、ボビンにコイルを巻き回して構成され、コイルに通電することにより磁束を発生させるコイル部品が開示されている（例えば特許文献１等）。
そして、コイルの巻き終わり部分または巻き始め部分（以下、単に巻端部分と呼ぶ）を保持させてコイルの巻テンションを維持するための構造として、特許文献１では、ボビンに形成されたからげ用のピンにコイルの巻端部分を巻き付けて保持させる構造を採用している。なお、このようにコイルを巻き付けることを、以降では「からげる」と言う。

因みに、電動モータを構成するロータまたはステータに上記コイル部品を適用させた場合であって、例えば、電動モータのＵ相を構成する一対のコイル部品、Ｖ相を構成する一対のコイル部品、およびＵ相を構成する一対のコイル部品を環状に並べて構成した場合においては、各々対となる同相のコイル同士を渡り線により接続する必要が生じ、そのため、上述の如く巻端部分を保持させてコイルの巻テンションを維持させることが特に必要となる。

特開平８−１９５３２５号公報

しかしながら、コイルの巻端部分を保持させるにあたり、ボビンに形成されたからげ用のピンに巻端部分をからげる上記従来構造では、からげ用ピンのスペースが必要となるため、コイル部品の大型化を招く。
そこで、本発明の目的は、小型化を図りつつコイルの巻テンションを維持させたコイル部品、電動モータ、燃料ポンプおよびコイル巻回方法を提供することにある。

請求項１記載の発明では、コイルのボビンへの巻き終わり部分は、結び留め部分に対して巻き回し径方向の内側に位置し、結び留め部分とボビンとの間にて締め付けられて保持される。これにより、コイルの巻き終わり部分をコイル自身に結ぶ構成を容易に実現できる。
したがって、コイルの巻き終わり部分をからげて保持するために従来必要であったからげ用部材（からげ用ピン）を不要にしつつ、コイルの巻テンションを維持させることができる。よって、コイル部品の小型化を図りつつコイルの巻テンションを維持させることができる。

請求項２記載の如く、請求項１記載のボビンおよびコイルを電動モータに用いて好適であり、また、請求項３記載の如く、請求項２記載の電動モータを燃料ポンプに用いて好適である。

請求項４記載の発明は、コイル巻回方法であって、コイルをボビンに巻き回す巻回手順と、ボビンに巻き回されたコイルの巻き終わり部分をコイル自身に結んで保持させる締結手順と、を含む。締結手順では、結び留め部分に対して巻き回し径方向の内側に巻き終わり部分を位置させ、巻き回されたコイルをボビンに締め付けることにより、結び留め部分とボビンとの間にて巻き終わり部分を締め付けて保持させる。これにより、コイルの巻き終わり部分をコイル自身に結ぶといった締結手順を容易に実現できる。
したがって、コイルの巻き始め部分または巻き終わり部分をからげて保持するために従来必要であったからげ用部材（からげ用ピン）を不要にしつつ、コイルの巻テンションを維持させることができる。よって、コイル部品の小型化を図りつつコイルの巻テンションを維持させることができる。

請求項５記載の発明では、コイルのうち結び留め部分までをボビンに巻き回し、その後、コイルのうち結び留め部分から巻き終わり部分までをダミーボビンに巻き回し、その後、結び留め部分から巻き終わり部分までを、ダミーボビンから抜き取り、反転させ、ボビンに嵌め込むことにより、結び留め部分に対して巻き回し径方向の内側に巻き終わり部分を位置させる。
そのため、結び留め部分とボビンとの間にて巻き終わり部分を締め付けて保持させるといった締結手順を容易に実現できる。

以下、本発明に係るコイル部品の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態に係るコイル部品は、車両用燃料ポンプを構成する電動ポンプのステータに適用されており、はじめに、図２および図３を用いて燃料ポンプおよび電動ポンプの構成を説明する。なお、図２は燃料ポンプの断面図、図３（Ａ）は電動ポンプのステータを構成するコイル部品単体を示す断面図、図３（Ｂ）はステータ単体を示す上面図である。

図２に示す燃料ポンプ１０は、例えば排気量が１５０ｃｃ以下の二輪自動車の燃料タンク内に設置されるインタンク式のタービンポンプである。
燃料ポンプ１０は、ポンプ１２と、ポンプ１２を回転駆動する電動モータ１４とを備えている。燃料ポンプ１０のハウジングは、円筒状に形成されたハウジング１６、１８により構成されており、ハウジング１６は、ポンプ１２および電動モータ１４のハウジングを兼ねている。

ポンプ１２は、ポンプケース２０、２２内にインペラ２４を回転自在に収容して構成されており、ポンプケース２０、２２とインペラ２４との間には、それぞれＣ字状のポンプ通路２０２が形成されている。ポンプケース２０に設けられた吸入口２００から吸入された燃料は、インペラ２４の回転によりポンプ通路２０２で昇圧され、電動モータ１４側に圧送される。電動モータ１４側に圧送された燃料は、ステータ３０とロータ６０との間の燃料通路２０４を通り、吐出口２０６からエンジン側に供給される。

電動モータ１４は、インナロータ式の所謂ブラシレスモータである。電動モータ１４は、ステータ３０、インシュレータ４０およびコイル４８を有している。図３に示すように、ステータ３０は、周方向に等間隔に６個それぞれ別体に設置されたコイルコア３２により構成されている。
具体的には、電動モータ１４のＵ相を構成する一対のコイルコア３２、Ｖ相を構成する一対のコイルコア３２、およびＵ相を構成する一対のコイルコア３２を環状に並べてステータ３０は構成されており、各々対となる同相のコイルコア３２は対向して配置されている。そして、各々対となる同相のコイル４８同士は、図示しない渡り線により接続されている。

コイルコア３２は、軸方向に積層された磁性鋼板を互いにかしめて形成されている。コイルコア３２は、径方向に延びているティース３４と、ティース３４の径方向外側において周方向両側に延びる外周コア３６とを有している。
なお、特許請求の範囲に記載の「コイル部品」は、コイルコア３２、インシュレータ４０およびコイル４８から構成されている。また、特許請求の範囲に記載の「ボビン」は、コイルコア３２およびインシュレータ４０から構成されている。

インシュレータ４０は絶縁樹脂材にて形成されており、軸方向（図３の紙面垂直方向）に延びる形状である。また、インシュレータ４０は軸方向に２分割されており、各々のインシュレータ４０は、コイルコア３２の軸方向両端側から挿入されコイルコア３２に取り付けられている。インシュレータ４０は、径方向内側に内鍔４２、径方向外側に外鍔４４をそれぞれ有し、内鍔４２と外鍔４４との間に巻回空間を形成している。この巻回空間に巻線を巻回することによりコイル４８は形成されている。コイル４８は、各コイルコア３２毎にインシュレータ４０に巻線を集中整列巻することにより形成されている。

図２に示すように、絶縁樹脂材５０は、ステータ３０の径方向内周面および径方向外周面を除き、ステータ３０、インシュレータ４０およびコイル４８を覆っている。エンドカバー５２は絶縁樹脂材５０により一体に樹脂成形されており、吐出口２０６を形成している。エンドカバー５２から露出してインサート成形されているターミナル５６は、コイル４８と電気的に接続している。

ロータ６０は、シャフト６２および永久磁石６４を有し、ステータ３０の内周に回転自在に設置されている。シャフト６２の両端部は、軸受け２６により回転自在に支持されている。永久磁石６４は、回転方向に８個の磁極部６５を形成しており、８個の磁極部６５は、コイルコア３２と向き合う外周面側に回転方向に交互に異なる磁極を形成するように着磁されている。

次に、コイル４８を形成する巻線の巻回手順について説明する。
（１）まず、軸方向に積層された磁性鋼板を互いにかしめてコイルコア３２を形成する。
（２）コイルコア３２の軸方向（図４（Ａ）の紙面垂直方向）両端側からインシュレータ４０をそれぞれコイルコア３２に嵌合して取り付ける。
（３）インシュレータ４０を取り付けたコイルコア３２を、図４に示す巻線装置１２０の基台１２２に外周コア３６を下にして載置する。コイルコア３２を載置する基台１２２の載置面１２４は、外周コア３６の外周面の凸状円弧面に合わせた凹状円弧面である。コイルコア３２の軸方向に沿った基台１２２の両側、ならびに軸方向両端側には、ガイド１３０、１３４がそれぞれボルト等で固定されている。ガイド１３０の上端のガイド面１３２は、コイルコア３２の軸方向に直線状に延び、かつ巻線１４２を案内するために巻線１４２に対して滑らかな凸曲面状に形成されている。また、ガイド面１３６は、巻線１４２を案内するために巻線１４２に対して滑らかな凸曲面状に形成されている。

（４）インシュレータ４０を取り付けたコイルコア３２を基台１２２に載置した後、巻線１４２を供給するノズル１４０をコイルコア３２に近づける。
（５）そして、図４（Ａ）および図５に示すように、巻線１４２に引張テンションをかけつつ、ガイド１３０の上端のガイド面１３２に巻線１４２を接触させながら、電動モータ１４の回転径方向（図４の上下方向）に延びる軸周りにノズル１４０を旋回移動させる。

図５中の符号Ｐに示す矢印はノズル１４０の旋回軌跡を示している。そして、矢印Ｐに示すように、ノズル１４０がコイルコア３２の軸方向端側に達すると、ガイド１３０のガイド面１３２からガイド１３４のガイド面１３６に巻線１４２が移動する。この際に、インシュレータ４０のうち巻線１４２を押し込みにくい部分では、ノズル１４０の旋回を一端停止させ、巻線１４２の整列状況を良好にする。このようにして、各コイルコア３２に取り付けたインシュレータ４０に巻線１４２を集中整列巻する。なお、図５ではインシュレータ４０の図示を省略している。また、インシュレータ４０のうち巻線１４２が巻き回される部分の形状は長方形であるため、この形状に沿い、旋回軌跡Ｐも長方形になっている。

次に、ボビンを構成するインシュレータ４０に巻線１４２を巻き回す手順の詳細を、図１を用いて説明する。
なお、図１（Ａ）は（Ｂ）のＡ矢視図、図１（Ｄ）は（Ｅ）のＤＡ矢視図であり、（Ａ）（Ｂ）の状態、（Ｃ）の状態、（Ｄ）（Ｅ）の状態へと順に巻き回す。また、以下の説明では、コイル４８の母材としての巻線１４２のうち、インシュレータ４０への巻き始め部分を巻始部分１４２ａ、インシュレータ４０への巻き終わり部分を巻終部分１４２ｂ、巻終部分１４２ｂよりも巻始部分１４２ａの側に位置する部分を結留部分１４２ｃと呼ぶ。

（５−１）：巻回手順
先ず、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、巻線１４２のうち巻始部分１４２ａから結留部分１４２ｃまでをインシュレータ４０に巻き回す（巻回手順）。図１に示す例では、巻始部分１４２ａはインシュレータ４０の長方形角部に位置し、当該角部からインシュレータ４０の長方形短辺部側に向けて巻線１４２は巻き回し始められる。また、結留部分１４２ｃは、巻始部分１４２ａと同じ側のインシュレータ４０短辺部に位置する。

（５−２）：締結手順１
次に、図１（Ｃ）に示すように、巻線１４２のうち結留部分１４２ｃから巻終部分１４２ｂまでを、インシュレータ４０とは別に準備されたダミーボビン４０１に巻き回す（締結手順１）。このダミーボビン４０１は、図４および図５では図示省略されているが、巻線装置１２０に備えられている。図１に示す例では、ダミーボビン４０１には巻線１４２が１巻きだけ巻き回されている。また、インシュレータ４０への巻線１４２の巻き回し方向が上方からみて時計回りであるのに対し、ダミーボビン４０１への巻線１４２の巻き回し方向はその逆であり、上方からみて反時計回りである。そして、巻終部分１４２ｂは、結留部分１４２ｃの上方側（ノズル１４０側）に重ねられる。

このダミーボビン４０１は、インシュレータ４０と相似する形状であるとともに、ダミーボビン４０１への巻線１４２の巻き回し径がインシュレータ４０への巻き回し径よりも大きく設定されている。また、ダミーボビン４０１はインシュレータ４０と並列に配置されている。すなわち、ダミーボビン４０１は、ダミーボビン４０１の巻き回し軸方向（図１（Ｃ）の紙面垂直方向）がインシュレータ４０の巻き回し軸方向と平行となるように配置されるとともに、ダミーボビン４０１の短辺部がインシュレータ４０の短辺部と対向するように配置されている。

（５−３）：締結手順２
次に、巻線１４２のうちダミーボビン４０１に巻き回された部分、つまり結留部分１４２ｃから巻終部分１４２ｂまでの部分をダミーボビン４０１から抜き取り、反転させ（図１（Ｃ）中の矢印参照）、インシュレータ４０に嵌め込んで、ダミーボビン４０１に巻き回された部分をインシュレータ４０に巻き回された部分にかぶせ合わせ、図１（Ｄ）（Ｅ）の状態にする（締結手順２）。これにより、結留部分１４２ｃに対して巻き回し径方向の内側に巻終部分１４２ｂが位置することとなる。

（５−４）：締結手順３
次に、巻線１４２のうち巻終部分１４２ｂに対して巻始部分１４２ａと反対側の部分を、ノズル１４０の側に引っ張り、巻線１４２に所定のテンションを付与する（締結手順３２）。具体例として、前記反対側の部分にテンション部材を押し付ける、或いは、ノズル１４０を引っ張る等の手段により巻線１４２に張力を与えることが挙げられる。これにより、巻線１４２はインシュレータ４０に締め付けられるとともに、巻終部分１４２ｂは結留部分１４２ｃと他の巻線部分との間にて締め付けられて保持される。

（５−５）
次に、巻線１４２のうち、巻始部分１４２ａに対してインシュレータ４０の反対側部分、および巻終部分１４２ｂに対してインシュレータ４０の反対側部分を切断する。以上により、巻線１４２を巻き回して形成されたコイル４８、コイルコア３２、およびインシュレータ４０から構成されるコイル部品の製造が完了する。
そして、このように製造されたコイル部品を、図３（Ｂ）に示すようにハウジング１６内に組み付けて、燃料ポンプ１０が製造される。

なお、図１に示す例では、巻線１４２が巻き上げられた図１（Ｄ）（Ｅ）に示す状態において、巻終部分１４２ｂは、巻始部分１４２ａと同じ側のインシュレータ４０短辺部に位置している。これに対し、図６に示す変形例では、図６（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）に示すように、巻終部分１４２ｂは、巻始部分１４２ａと反対側のインシュレータ４０短辺部に位置している。
また、図１に示すダミーボビン４０１は、ダミーボビン４０１の短辺部がインシュレータ４０の短辺部と対向するように配置されているのに対し、図６に示す変形例の場合には、ダミーボビン４０２は、ダミーボビン４０２の長辺部がインシュレータ４０の長辺部と対向するように配置されている。

以上により、本実施形態によれば、コイル４８を形成する巻線１４２のうち巻終部分１４２ｂは、巻線１４２自身に結ばれて保持される。つまり、巻終部分１４２ｂは結留部分１４２ｃと他の巻線部分との間にて締め付けられて保持される。そのため、巻終部分１４２ｂをからげて保持するために従来必要であったからげ用部材を不要にしつつ、コイル４８の巻テンションを維持させることができる。よって、コイル部品の小型化を図りつつコイル４８の巻テンションを維持させることができる。

しかも、本実施形態によれば、ダミーボビン４０１、４０２は、巻き回し軸方向がインシュレータ４０の巻き回し軸方向と平行となるように配置されている。よって、巻線装置１２０のノズル１４０の旋回の中心となる旋回軸は常に同一方向に延びる軸となる。そのため、コイル部品の製造過程において旋回軸が傾くようにノズル１４０を移動させることを不要にできるので、インシュレータ４０への巻き回し工程と、ダミーボビン４０１、４０２への巻き回し工程とを連続して行うことを容易に実現できる。よって、コイル部品の製造の自動化を容易に実現できる。因みに、従来行われていたからげ用部材への巻終部分１４２ｂへのからげ作業は、自動化が困難であり手作業を余儀なくされていた。

（他の実施形態）
上記実施形態では、実施形態では、本発明のコイル部品を電動モータ１４のステータ３０に適用させているが、例えば電動モータ１４にブラシレスモータ以外のモータを採用した場合には、ロータが有するコイル部品に本発明のコイル部品を適用させてもよい。
また、上記実施形態では、本発明のコイル部品を電動モータ１４に適用させているが、例えばチョークコイル等、通電により磁束を発生させるコイルを備える部品であれば、本発明のコイル部品を適用できる。

また、上記実施形態では、巻終部分１４２ｂを巻線１４２自身に結んで保持するようにしているが、巻始部分１４２ａおよび巻終部分１４２ｂの少なくとも一方の部分を、巻線１４２自身に結んで保持するようにしてもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、上記各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係るコイル巻回方法を示す図であり、インシュレータに巻線を巻き回す手順を説明する図。 図１に示す手順により製造されたコイル部品を有する電動モータと、その電動モータが搭載された燃料ポンプとを示す断面図。 （Ａ）は図１に示す手順により製造されたコイル部品単体を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）のコイル部品により構成されるステータ単体を示す上面図。 （Ａ）は、図１に示す手順によりインシュレータに巻線を巻き回すための巻線装置を示す模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ矢視図。 図４に示す巻線装置のノズル旋回軌跡を示す斜視図。 図１に示すコイル巻回方法の変形例を示す図。

符号の説明

１０：燃料ポンプ、１２：ポンプ、１４：電動モータ、３０：ステータ、３２：コイルコア（コイル部品、ボビン）、４０：インシュレータ（コイル部品、ボビン）、４８：コイル（コイル部品）、６０：ロータ、１２０：巻線装置、１４２ａ：巻始部分（巻き始め部分）、１４２ｂ：巻終部分（巻き終わり部分）、１４２：巻線、１４２ｃ：結留部分（結び留め部分）、４０１、４０２：ダミーボビン

Claims (5)

1. ボビンと、
   前記ボビンに整列して巻き回され、通電により磁束を発生させるコイルと、
   を備え、
   前記コイルは前記ボビンへの巻き終わり部分よりも前記ボビンへの巻き始め側に位置する結び留め部分を有し、前記巻き終わり部分は前記結び留め部分に対して巻き回し径方向の内側に位置することにより前記結び留め部分と前記ボビンとの間にて締め付けられて保持されることを特徴とするコイル部品。
2. ロータおよびステータを有する電動モータであって、
   前記ロータおよび前記スタータのうち少なくとも一方は、請求項１記載の前記ボビンおよび前記コイルを有して構成されている電動モータ。
3. 請求項２記載の電動モータと、
   前記モータにより駆動され、燃料を吸入し昇圧するポンプと、
   を備える燃料ポンプ。
4. 通電により磁束を発生させるコイルをボビンに巻き回すコイル巻回方法であって、
   前記コイルを前記ボビンに整列して巻き回す巻回手順と、
   前記コイルの前記ボビンへの巻き終わり部分よりも前記ボビンへの巻き始め側に位置する結び留め部分に対して巻き回し径方向の内側に前記巻き終わり部分を位置させることにより前記結び留め部分と前記ボビンとの間にて前記巻き終わり部分を締め付けて保持させる締結手順と、
   を含むことを特徴とするコイル巻回方法。
5. 巻き回し軸方向が前記ボビンの巻き回し軸方向と平行となるように配置されたダミーボビンを準備し、
   前記締結手順では、
   前記コイルのうち前記結び留め部分までを前記ボビンに巻き回し、
   その後、前記コイルのうち前記結び留め部分から前記巻き終わり部分までを前記ダミーボビンに巻き回し、
   その後、前記結び留め部分から前記巻き終わり部分までを、前記ダミーボビンから抜き取り、反転させ、前記ボビンに嵌め込むことにより、前記結び留め部分に対して巻き回し径方向の内側に前記巻き終わり部分を位置させる請求項４記載のコイル巻回方法。

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