JP2005130645A - 巻回装置および電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 平角線の占積率の低下を防止することができる平角線巻回装置を提供する。
。
【解決手段】 一部分で屈曲した断面形状をもつ突極５２に対して平角線６０を巻回するための巻回装置１は、加重ローラ１１，１２によって、巻回軸線方向の平角線幅を小さくするように平角線６０を部分的に変形した後、平角線６０の変形部分が突極５２の角部に当接し、非変形部分が突極５２の直線部分に当接するように、平角線６０を巻回する。
。
【選択図】 図１

Description

本発明は、平角線の巻回装置、およびこの巻回装置によって平角線を巻回して作製される電動機に関する。

固定子に設けられた突極部分に平角線を巻回して構成された平角線コイルを備えた電動機が知られている。ここで、平角線とは、一般に扁平な導線であり、丸線と異なり、断面形状が略長方形である。したがって、平角線を巻線として用いることによって、丸線を用いる場合に比べて、隣接する巻線間の不要な隙間を少なくすることができる。この結果、巻線の抵抗を低くするとともに放熱性を高めることもできる。ここで、平角線の巻き方としては、エッジワイズ巻き（縦巻き）と呼ばれる巻き方が知られている。エッジワイズ巻きでは、平角線の幅広面を巻回軸方向に向けるように縦向きに平角線が巻回される。

平角線を対象物に巻回する技術として、種々の技術が提案されている。たとえば、長円形の巻枠に対して平角線を巻回する装置が提案されている（特許文献１の図１、図１５、および図１６参照）。この装置では、半円弧状に屈曲した一対の短辺部を略直線状の長辺部で連結した長円形状の断面を有する巻枠に平角線を巻回する場合を扱っている。そして、この装置は、巻線の入射角度が短辺側および長辺側の各部分で同じになるように、巻枠の回転中心を移動可能に構成することによって、安定した状態で平角線を巻回することを可能としている。

しかしながら、このような構成の巻回装置を用いて平角線を巻回したとしても、以下のような問題を解決することは困難である。平角線を巻回する際に、巻枠が屈曲している短辺部に平角線が当接すると、平角線の内周側（巻枠に当接している側）の部分と外周側の部分との間で、周長差が生じる。特にエッジワイズ巻きでは、周長差が大きくなる。このような周長差の違いによって、平角線の内周側の部分では平角線の伸び量が小さく、平角線の外周側の部分では平角線の伸び量が大きくなる。この伸び量の違いによって、平角線の内周側では平角線の幅が広がる一方、平角線の外周側では平角線の幅が狭まり、平角線の断面形状は、略長方形状から略台形形状に変形してしまう。なお、巻枠が屈曲していない長辺部では、このような変形は起こらないため、平角線の幅は変化しない。

以上のように、平角線の幅は、特にその内周側において、短辺部に当接する部分の方が長辺部に当接する部分に比べて広がる。したがって、短辺部に当接する部分における平角線の幅を基準として平角線を密に積層巻回すると、長辺部に当接する部分においては、平角線の隣接部分間に隙間が生じてしまい、密に巻回することができない。このような隙間の存在は、平角線の占積率の低下につながり、占積率の低下は、電動機を小型化する上で障害となるのみならず、巻線内での放熱特性を低下させ、出力性能を向上する上で妨げとなるおそれがある。また、このような問題は、上記の長円形状の巻枠に巻線を巻回する場合のみならず、巻枠の形状が、屈曲している部分（屈曲部分）と屈曲していない部分（非屈曲部分）とを有している総ての場合に生じうる。

したがって、巻枠の屈曲部分において周長差によって平角線が変形した場合であっても、平角線の占積率の低下をもたらすことがない巻回装置が望まれている。
特開２００２−１９８２４５号公報

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、巻枠の屈曲部分において周長差によって平角線が変形した場合であっても、平角線の占積率の低下を防止することができる平角線の巻回装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、平角線の占積率が高く、小型化が可能で、巻線内の放熱特性も高い電動機を提供することである。

（１）本発明の巻回装置は、一部分で屈曲した断面形状をもつ巻枠に対して平角線を巻回するための巻回装置であって、巻回軸線方向の平角線幅を小さくするように平角線を部分的に変形する成形手段と、前記成形手段によって平角線が変形された変形部分が前記巻枠の屈曲部分に当接し、前記成形手段によって平角線が変形されていない非変形部分が前記巻枠の非屈曲部分に当接するように、平角線を巻回する巻回手段と、を有することを特徴とする。

（２）本発明の電動機は、少なくとも一部分で屈曲した断面形状をもつ突極部分が形成された固定子コアと、前記突極部分に対して平角線を巻回してなる平角線コイルとを有する固定子を用いた電動機であって、前記平角線は、巻回軸線方向の幅が部分的に小さくなった変形部分を有し、当該変形部分が前記突極部分の屈曲部分に当接し、変形部分以外の部分が前記突極部分の非屈曲部分に当接するように構成されていることを特徴とする。

本発明の巻回装置によれば、巻回軸線方向の平角線幅を小さくするように平角線を部分的に変形し、平角線が変形された変形部分が巻枠の屈曲部分に当接し、非変形部分が巻枠の非屈曲部分に当接するように巻回する。したがって、巻枠の屈曲部分において周長差によって平角線が変形した場合であっても、平角線の占積率の低下を防止することができる。

本発明の電動機によれば、平角線は、巻回軸線方向の幅が部分的に小さくなった変形部分を有し、この変形部分が突極部分の屈曲部分に当接し、変形部分以外の部分が突極部分の非屈曲部分に当接するように構成されているので、平角線の占積率が高く、小型化が可能で、巻線内の放熱特性も高い電動機を提供することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る巻回装置についての好適な実施形態を詳細に説明する。以下の説明では、電動機の固定子コアにおける突極に平角線をエッジワイズ巻きする場合を例にとって説明する。すなわち、以下の説明では、固定子コアにおける突極が巻枠として機能する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態の巻回装置の概略構成を説明するための斜視図である。巻回装置１は、電動機の固定子コア５０における突極５２に平角線６０を巻回するものである。すなわち、突極５２が巻枠として機能する。

なお、本実施の形態の固定子コア５０は、一極分ずつ分割された分割コアである。したがって、複数の分割コアを組み合わせることによって、最終的に固定子コアが構成される。ここで、平角線６０が巻回される突極５２は、断面形状が略矩形であるが、その４つの角部（コーナー部）において、所定の曲率半径Ｒで面取りがされている。したがって、この４つの角部が、それぞれ屈曲している部分（屈曲部分）に相当し、角部と角部の間の辺に相当する直線状の部分が屈曲していない部分（非屈曲部分）に相当する。

巻回装置１は、大別して、巻回する前に平角線６０を部分的に変形させるための成形機構（成形手段）と、部分的に変形された平角線６０を突極５２に巻回するための巻回機構（巻回手段）とを有する。図１に示される例では、平角線６０は、伸長したままの状態で成型機構に導かれて、その後、巻回機構によって曲げられて巻枠である突極５２に巻きつけられる。

まず、成型機構について説明する。成型機構は、平角線６０を挟み込んで両側から加重を加えて塑性加工するための少なくとも一対の加重ローラ１１，１２と、この加重ローラ１１，１２の間の距離を相対的に変化させるように加重ローラ１１および／または加重ローラ１２を移動するローラ移動機構を有する。また、成型機構に付随して、テンショナ（引っ張り部）１３，１４が設けられていてもよい。テンショナ１３，１４は、平角線６０を成型機構を経て最終的に巻回機構に導くように、平角線６０の曲がりや弛みを矯正するための張力調整用のローラである。テンショナ１３，１４は、その間に平角線６０を挟み込んで張力を与えつつ、巻回機構に平角線６０を供給するものである。

加重ローラ１１，１２は、その間に平角線６０を挟み込むように並置されている。本実施の形態では、エッジワイズ巻きの場合を例にとって説明しているので、加重ローラ１１，１２は、平角線６０の幅広面に面して配置されている。

各加重ローラ１１，１２は、円錐または円錐台状をしており、円錐面を有している。円錐面の斜度は、たとえば、巻枠である突極５２の屈曲部分の曲率半径に応じて実験または理論計算によって定めることができる。各加重ローラ１１，１２の軸線は、平角線６０の対応する面に対して平行であり、かつ平角線６０全体の伸長方向に対して垂直である。

本実施の形態では、加重ローラ１１は、ベース部１７に固定されている。一方、加重ローラ１２は、可動ステージに取り付けられており、ローラ移動モータ１８によって並進移動可能に構成されている。但し、ローラ移動機構として、ローラ移動モータ１８以外の構成を採用することができることはもちろんである。また、本実施の形態と異なり、加重ローラ１２に代えて加重ローラ１１を移動可能に構成してもよく、加重ローラ１１，１２を共に移動可能に構成してもよい。すなわち、ローラ移動モータ１８は、加重ローラ１１と加重ローラ１２の相対的な距離を変えるものであればよい。また、ローラ移動モータ１８に指示を与えて加重状態を制御するための制御部２０が設けられている。

この制御部２０の指令に基づいてローラ移動モータ１８が駆動すると、加重ローラ１２が移動し、加重ローラ１１，１２間の距離が変化する。加重ローラ１１，１２間の距離が狭まると、平角線６０に加重を加える状態（加重状態）となり、加重ローラ１１，１２間の距離が広がると、平角線６０に加重を加えない状態（非加重状態）となる。

また、ローラ移動モータ１８の後方に回転角センサ１９が設けられていてもよい。この場合、回転角センサ１９は、ローラ移動モータ１の回転角度を測定することによって加重ローラ１１，１２の位置を検出することができる。なお、回転角センサ１９に代えて、リニアエンコードなどの位置センサによって加重ローラ１１，１２の位置を直接的に測定することもできる。

なお、この加重ローラ１１，１２が並進移動を繰り返すことによって加重状態と非加重状態が交互に切り替えられるため、平角線６０の伸長方向に沿って、部分的に変形された部分（変形部分）と、変形されていない部分（非変形部分）とが、交互に生じる。この点については、後述する。

次に、このように部分的に変形された平角線６０を巻枠である突極５２に巻回するための巻回機構について説明する。

巻回機構としては、固定子コア５０が取り付けられる取付治具３２と、駆動源であるコア回転用モータ３４と、コア回転用モータ３４による駆動力を取付治具３２側に伝える伝達部３６とを有する。

取付治具３２は、巻枠を着脱自在に保持するものであり、具体的には、固定子コア５０を保持する治具である。たとえば、取付治具３２は、固定子コア５０を把持するためのコの字形のアーム構造を有している。なお、固定子コア５０は、巻枠である突極５２の軸線を回転軸とするように、取付治具３２に取り付けられることが望ましい。

コア回転用モータ３４は、回転駆動力を発生させるものである。伝達部３６は、たとえばギアボックスであり、コア回転用モータ３４によって発生した駆動力を取付治具３２側に伝えるものである。コア回転用モータ３４と伝達部１６とは、巻枠、すなわち、突極５２を回転するための回転駆動手段として機能する。なお、コア回転用モータ３４には、巻枠である突極５２の回転角度を算出するための回転角センサ３８が設けられている。

次に、制御部２０について説明する。制御部２０は、加重状態と非加重状態とを所定のタイミングで交互に切り替える。このようにして、制御部２０は、平角線６０の伸長方向に沿って変形部分と非変形部分とが、巻枠である突極５２の屈曲部分および非屈曲部分に対応して交互に生じるように成型機構を制御する。制御部２０は、平角線６０の巻回時に、平角線６０の変形部分が突極５２の屈曲部分に当接し、平角線６０が変形されていない非変形部分が突極５２の非屈曲部分に当接するように加重状態および非加重状態を切り替える。

具体的には、制御部２０は、巻枠である突極５２の回転角度を算出するための回転角センサ３８からのデータ（以下、「第１データ」と称する）と、加重ローラ１１，１２の位置を算出するための回転角センサ１９からのデータ（以下、「第２データ」と称する）とを受け取る。そして、制御部２０は、これらの第１および第２データと、予め設定されている突極５２の形状寸法、突極５２から加重ローラ１１，１２までの距離、および加重ローラ１１，１２の移動速度などに基づいて算出されたタイミングで、このローラ移動モータ１８に駆動命令を与える。

以上のように、構成される巻回装置は、以下のように機能する。

平角線６０が平角線供給源（不図示）から供給される。エッジワイズ巻きの場合を例にとれば、平角線６０は、テンショナ１３，１４によって張力を与えられつつ、加重ローラ１１，１２間に挟まるように縦向きに供給される。

制御部２０は、回転角センサ３８や回転角センサ１９からデータを受け取って、突極５２の回転角度と加重ローラ１１，１２の位置との関係を定め、タイミングを調整してローラ移動モータ１８に加重命令および開放命令を出す。

ローラ移動モータ１８が制御部２０から加重命令を受けると、加重ローラ１１，１２は、平角線６０を両側から挟みこんで押圧し、平角線６０を加重する。この結果、平角線６０は、部分的に加重を受けながら加重ローラ１１，１２の間を移動することになり、平角線６０が部分的に変形し、変形部分が形成される。一方、ローラ移動モータ１８が開放命令を受けると、加重ローラ１１，１２は、平角線６０を開放する。この結果、平角線６０は加重を受けることなく移動することになり、平角線６０は、元来の素材形状のままの状態を保つ。

制御部２０が、このような加重命令および開放命令を所定のタイミングで交互に出力すことによって、平角線の伸長方向に沿って変形部分と非変形部分とが、突極５２の屈曲部分および非突極部分に対応して交互に生じるように、成型機構が制御される。

図２は、部分的に変形された平角線６０の斜視図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った変形部分の断面図である。

加重ローラ１１，１２は、円錐または円錐台状であるので、図３に示されているように、加重ローラ１１，１２によって押圧されて得られた変形部分では、加重ローラ１１，１２の円錐面の角度に応じて、平角線の幅（巻回軸方向の幅）が素材形状の場合に比べて小さくなるように変形されている。具体的には、加重ローラ１１，１２によって、平角線６０の少なくとも一端部側（平角線６０の巻回時に巻枠に当接する側）がテーパ状に変形する。換言すれば、この時点では、一端部に近づくにつれて平角線６０の幅（短辺幅）が小さくなる。特に、本実施の形態では、共に円錐台状の加重ローラ１１，１２によって両側から平角線６０が挟まれて加重されるので、平角線６０の各幅広面６２ａ，６２ｂの双方に変形が加えられる。

次に、部分的に変形された平角線６０が、巻枠である突出部５２に順次に巻回される。具体的には、伝達部３６によってコア回転用モータ３４の駆動力が取付治具３２に伝えられる。この結果、固定子コア５０が取り付けられた取付治具３２が回転駆動する。この結果、突出部５２が回転し、部分的に変形された平角線６０が、巻枠である突出部５２に順次に巻回されていく。このとき、加重ローラ１１，１２によって平角線６０が変形された変形部分６１が突出部５２の屈曲部分である四隅の角部に当接し、一方、加重ローラ１１，１２によって平角線が変形されていない非変形部分が、突出部５２の非屈曲部分である直線状部分（辺に相当）に当接するように、平角線６０が巻回される。

図４は、平角線６０を巻回した状態を示すための図である。図４には、加重ローラ１１，１２によって変形された変形部分が、ちょうど突極５２の屈曲部分である角部に当接し、変形されていない非変形部分が、突極５２の非屈曲部分である辺の部分に当接していることが示されている。

図５は、図４に示される角部に当接された平角線６０の部分（図４で丸で囲んだ部分）を拡大した斜視図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ線に沿う平角線６０の断面図である。

図５に示されるとおり、平角線６０の変形部分が、曲率半径Ｒの角部に沿って曲げられる。このとき、図６に示されるとおり、平角線６０の内周側と外周側との間の周長差によって平角線６０の内周側の幅が広がる傾向を示す。しかしながら、本実施の形態では、図３に示されるように、予め周長差による平角線幅の増加を考慮して、成形機構によって、平角線６０の内周側の幅が小さくなるようにテーパ状の変形が加えられている。すなわち、周長差に起因して平角線６０の内周側の幅が広がることを考慮して、成形機構によって、予め平角線６０の内周側の幅が小さくなるように変形されている。このため、平角線６０を突極５２の屈曲部分に巻回した後であっても、平角線６０の幅は、規定の素材幅程度に収まる。

したがって、屈曲部分である四隅の角部の屈曲によって、平角線６０の幅が規定の素材幅を超えて広がらないため、巻回の際に、屈曲部分と非屈曲部分とで平角線６０の幅に差異が生じることを防止し、非屈曲部分においても、隣接する平角線が密着するように巻回することができる。

なお、本実施の形態では、平角線６０を部分的に変形させる成形機構と、部分的に変形された平角線６０を突極５２に巻回するための巻回機構とが、制御部２０によってリンクして駆動される。また、平角線６０を部分的に変形させる成形処理と、部分的に変形された平角線６０を突極５２に巻回するための巻回処理とは、連続的に実行される。すなわち、平角線６０の所定の部分を突極５２に巻回している際には、この所定の部分に連続する部分において、平角線６０の部分的な変形が同時に行われている。

以上のように、本実施の形態の巻回装置によれば、以下のような効果が得られる。

（ア）固定子の突極などの巻枠に巻回される巻線のうち、巻枠の屈曲部分に当接される部分の巻回軸方向の幅を予め小さくするように塑性加工を施し、その後に巻回するようにした。したがって、屈曲部分に巻回された巻線の内周側において巻回軸方向の幅が本来の幅よりも大きくならない。したがって、非屈曲部分においても巻線同士を密着させることが可能となり、高い占積率が実現される。特に、エッジワイズ巻きの場合に、その効果が高い。

（イ）円錐面を持った加重ローラによって塑性加工を施すので、平角線において変形部と非変形部とを連続的に形成することができる。また、平角線６０を部分的に変形させる成形処理と、部分的に変形された平角線６０を突極５２に巻回するための巻回処理とが連続的に実行されるので、成形処理を加えたことに伴う工程時間の増加を最小限にとどめることができる。

（ウ）制御部２０がローラ移動モータ１８に駆動命令を与えて、加重状態と非加重状態とを切り替えることによって、平角線６０の伸長方向に沿って、変形部分と非変形部分とが、巻枠の屈曲部分および非屈曲部分に対応して交互に生じるように成形状態が制御される。したがって、その後は、部分的に変形された平角線６０のテンションをテンショナ１３，１４を用いて保ちつつ、そのまま巻回することによって、自動的に平角線の変形部分が巻枠の屈曲部分に当接し、平角線の非変形部分が巻枠の非屈曲部分に当接するように、平角線を巻回することができる。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、加重ローラ１１，１２は、巻枠の屈曲部分での巻回に伴う平角線６０の内側部分の幅の増加を考慮して、この幅の増加を補償するような変形を巻回前に予め平角線６０に対して施しておく場合を説明した。ここで、予め施される変形形状としては、種々の形状が考えられる。本実施の形態では、加重ローラ１１，１２が、平角線の内周側のみを変形する場合を説明する。なお、本実施の形態は、平角線の断面形状を除いて、第１の実施の形態の場合と同様である。

図７は、本実施の形態における平角線の変形部分の断面形状を説明するための図である。

図７（Ａ）は、なんらの塑性加工を施していない平角線を巻線の屈曲部分に巻回した場合の断面形状の変化を示している。図７（Ａ）では、巻回前の形状を鎖線で示し、巻回後の形状を実線で示している。図７（Ａ）に示されるとおり、巻枠の屈曲部分に平角線６０を巻回する場合には、内周側（巻枠に当接している側）の部分において平角線６０の幅が広がり、外周側の部分において平角線６０の幅が狭まる。したがって、内周側から外周側に至るいずれかの地点において、巻回した場合であっても、もともとの素材の幅と同一の幅を保つ箇所が存在する。このように、成形機構による変形が加えられていない状態で平角線６０を屈曲部分に巻回した場合に巻回の前後で幅が変化しない箇所を示す線を「中立線」と定義する。中立線は、巻枠の屈曲部分の表面すべり状態や巻回時の張力に影響される。

図７（Ｂ）は、本実施の形態の巻回装置の成形機構によって部分的に変形された平角線の断面形状を示し、図７（Ｃ）は、この平角線を屈曲部分に巻回した場合の断面形状を示している。図７（Ｂ）および図７（Ｃ）において、一点鎖線は、中立線を示している。

図７（Ｂ）に示されるとおり、本実施の形態では、加重ローラ１１，１２は、中立線よりも内側の部分のみを変形する。具体的には、中立線よりも外周側の部分は、もともとの素材形状と同様であり、中立線よりも内側の部分のみがテーパ状に変形される。すなわち、平角線６０の外周側の部分では、巻回軸に垂直な一対の幅広面は平行しており、もともとの状態を保っている。一方、平角線６０の内周側の部分では、一対の幅広面は、外周側の部分に対して傾斜している。すなわち、平角線６０の内周側の部分では、一端部に近づくにつれて平角線６０の幅（短辺幅）が小さくなっている。

図７（Ｂ）に示されるように、本実施の形態では、平角線の中立線よりも内周側の部分のみがテーパ状に変形されるが、このような変形は、第１の実施の形態で示された場合と同様に円錐面を持つ加重ローラ１１，１２によって施すことができる。

具体的には、中立線よりも内周側のみに加重ローラ１１，１２が触れるようにし、中立線よりも外周側には加重ローラ１１，１２が触れないようにすることによって、平角線の中立線よりも内周側の部分のみをテーパ状に変形することができる。あるいは、円錐または円錐台状をした先端部分と、この先端部分に連続する円筒状部分とが連続した形状を有する加重ローラを用いることによって、先端部分に接触した部分のみが円錐面の角度に応じて変形されるようにしてもよい。

なお、以上のように変形された平角線は、変形部分が巻枠の屈曲部分に当接し、非変形分が巻枠の非屈曲部分に当接するように、巻回される。この場合、図７（Ｃ）に示されるとおり、巻枠の屈曲部分に当接した平角線の内周側の部分において、平角線の幅は、周長差によって広がる。しかしながら、平角線の中立線よりも内周側の部分は、予め幅が狭くなるようにテーパ状に成形されているので、巻回時に平角線の幅が広がっても、もともとの素材幅よりも突出することがない。

以上のように構成される本実施の形態の巻回装置によれば、第１の実施の形態での効果に加えて、以下の効果を奏する。

（エ）平角線において、中立線よりも内周側の部分のみに変形箇所を限定したことにより、巻線の断面積の減少を抑制することができ、銅損の増加を抑制し、高効率な電動機を提供することが可能となる。
（第３の実施の形態）
第１および第２の実施の形態では、一対の加重ローラの双方が円錐面を有しており、この一対の加重ローラで平角線を挟み込むことによって、平角線における一対の幅広面の双方を変形する場合を説明した。本実施の形態では、一対の加重ローラのうちの一方のみが円錐面を有しており、一対の幅広面のうち一方のみに変形を加える場合を説明する。なお、この点を除いて、本実施の形態の巻回装置は、第１または第２の実施の形態の場合と同様である。したがって、詳しい説明を省略する。

図８は、本実施の形態の巻回装置の要部を示す図であり、図９は、図８の巻回装置に含まれる加重ローラ付近の拡大図である。

本実施の形態の巻回装置１も、巻回する前に平角線６０を部分的に変形させるための成形機構と、部分的に変形された平角線６０を突極５２に巻回するための巻回機構とを有する。平角線６０は、伸長したままの状態で成形機構に導かれて、その後、巻回機構によって曲げられて巻枠である突極５２に巻きつけられる。ここで、図８に示されているように、平角線６０は、巻き始め位置６３から巻回が開始され、巻回の処理は、図８に矢印で示されているように巻回進行方向へと順次に進んでいく。したがって、平角線６０の一対の幅広面には、巻回進行方向に対して反対方向を向いた第１の幅広面と、巻回進行方向を向いた第２の幅広面とが含まれる。

次に、図９に示される加重ローラについて説明する。本実施の形態の成形機構は、一対の加重ローラ７１，７２を有している。加重ローラ７１，７２は、その間に平角線６０を挟み込むように並置されている。

加重ローラ７１は、第１の実施の形態の加重ローラ１１と同様に、円錐または円錐台をしており、円錐面を有している。一方、加重ローラ７２は、円錐面を含んでおらず、円筒形状をしている。なお、加重ローラ７２の端部には、平角線６０を加重ローラ７１，７２間に保持するためのストッパとして機能する鍔部７３が設けられていてもよい。

ここで、好ましくは、円錐面を有する加重ローラ７１は、平角線の巻回進行方向に対して反対に向いた第１の幅広面に面して配置されており、円筒面を有する加重ローラ７２は、平角線の巻回進行方向を向いた第２の幅広面に面して配置されている。言い換えれば、平角線６０において、巻回軸線に垂直な一対の面のうち、平角線６０の巻き始め位置に近い側の面に面して円錐面を有する加重ローラ７１が配置される。

加重ローラ７２は、ローラ移動モータ１８によって移動可能に取り付けられている。但し、この場合に限られず、ローラ移動モータ１８は、加重ローラ７１と加重ローラ７２との間の相対的な距離を変化させるものであればよい。また、ローラ移動モータ１８には、回転角センサ１９が取り付けられていてもよい。なお、加重ローラ７２の形状を除いて、他の部分の構成は、第１の実施の形態の場合と同様である。制御部２０が加重状態と非加重状態を所定のタイミングで切り替えることによって、平角線６０には、加重ローラ７１によって変形された変形部分と、変形されていない非変形部分とが交互に生じることとなる。

特に、本実施の形態の特徴として、変形部分では、このような加重ローラ７１，７２によって両側から平角線６０を挟み込んで加重することによって、平角線の一対の幅広面のうち第１の幅広面のみが変形される。すなわち、第１の幅広面は、加重ローラ７１の円錐面の角度に応じて変形し、第２の幅広面は、加重ローラ７２の円筒面に当接して当初の面形状を維持する。

次に、このように巻回進行方向に対して反対に向いた第１の幅広面を変形した平角線６０を巻枠である突極５２に巻回する場合の作用について説明する。

図１０は、平角線が巻回される部分を図８の矢印Ａ方向からみた部分拡大図である。本実施の形態では、巻回進行方向に対して反対に向いた第１の幅広面のみに対して加重ローラ７１によって変形が加えられる。したがって、平角線６０の巻回時に張力が加わると、この第１の幅広面のみに成形を加えた効果によって、平角線６０には、巻回進行方向に反対向きに倒れようとする力が作用する。この力により、平角線６０は、すでに巻回された隣接部分に押し付けられることになり、隣接する平角線６０同士が密に接触することとなる。

したがって、平角線６０に加えられた変形の効果によって、巻回の際に、隣接する平角線部分同士を密に接触させる力が自発的に作用するので、平角線部分同士を側面から機械的に押し付けるためのガイド機構などを設けない場合であっても、高密度な巻回が可能となる。

以上のように構成される本実施の形態の巻回装置によれば、第１の実施の形態での効果に加えて、以下の効果を奏する。

（オ）巻回進行方向と逆側の面のみを変形するので、隣接する平角線部分同士を密に接触させる力が自発的に加わり、高密度な巻回が可能となる。また、平角線部分同士を側面から機械的に押し付ける機構が不要となり、巻回装置の構造を簡略化することができる。したがって、生産性を向上することができるとともにコストの低減にも貢献することができる。
（第４の実施の形態）
上記の第１〜第３の実施の形態では、平角線を部分的に変形した後、この変形された平角線を巻枠に沿って曲げて巻回する場合を説明した。本実施の形態では、まず、平角線に部分的な変形を加えていない状態で平角線を巻枠に巻回した後、巻枠を逆回転させて平角線を繰り出し、繰り出された平角線に部分的な変形を加える。そして、部分的に変形された平角線を再び巻回する。

図１１は、本実施の形態の巻回装置による処理手順を模式的に示すための図である。

まず、図１１（Ａ）に示されるように、事前に変形を加えていない平角線６０を突極５２に対して一時的に巻回する。このとき、図１１（Ｂ）に示される状態まで巻回を進める。すなわち、平角線６０が、略矩形形状の突極５２の短辺５３の両端部に位置する角部（屈曲部分）５４，５５に当接する状態となるまで、巻回が進められる。この結果、平角線６０は、突極５２の表面形状に応じて曲げられることとなる。

次に、図１１（Ｂ）の状態で、一時的に巻回を停止し、図１１（Ｃ）に示されるように、巻枠である突極５２を逆回転させて平角線６０を繰り出す。このとき、好ましくは、逆方向に９０度前後回転させる。繰り出された平角線６０は、突極５２の表面から遊離した状態で保持される。

そして、図１１（Ｄ）に示されるとおり、この繰り出された平角線６０が部分的に変形される。具体的には、本実施の形態では、加重ローラの代わりに、成形型８０が設けられている。成形型８０は、本実施の形態の巻回機構に付随して設けられている。成形型８０は、平角線６０を部分的に変形するときのみ、突極５２の近傍に移動し、その他の時には、突極５２の回転の妨げとならないように、突極５２の近傍から退避される。

成形型８０は、上型および下型から構成されており、繰り出された平角線６０が上型と下型の間に挟まれてプレス成形される。具体的には、平角線６０において、屈曲部分５４、５４に当接される箇所が部分的に変形される。特に、第２の実施の形態で説明したように、平角線６０の内周側が圧縮成形される。この圧縮成形によって、平角線６０には、凹部が形成される。

このように平角線が成形型８０によって部分的に変形された後に、図１１（Ｅ）に示されるとおり、再び正転方向に巻回を再開し、平角線６０が巻回される。このとき、平角線６０は、図１１（Ｂ）に示される段階で、既に、突極５２の表面形状に応じて曲げられているので、平角線６０が屈曲した部分と突極５２の屈曲部分の位置が適合する。なお、突極５２を半回転するごとに、以上の処理を繰り返しつつ、巻回していく。

以上のように構成される本実施の形態の巻回装置によれば、平角線６０を部分的に成形してから突極５２に巻き付けていく場合と比べて、平角線６０を部分的な変形する際の生じうる加工硬化の影響を受けにくい。したがって、焼鈍されたままの柔らかい状態の平角線６０を巻回することができ、巻枠の屈曲部分の曲率半径が小さい場合にも対応することができる。屈曲部分の曲率半径が小さくなると、コイルエンド部の長さを短くできるなどの利点があり、モータの小型化に貢献できるとどもに、銅損の低下による効率向上にも寄与することができる。

以上のように、本実施の形態の巻回装置によれば、以下の効果を有する。

（カ）予め成形してから曲げる場合と比べて、加工硬化の影響を受けない状態で平角線６０を巻枠形状に合せて曲げておくので、巻枠の屈曲部分の曲率半径Ｒが小さい場合などでも、本発明を適用することができる。

以上のように第１〜第４の実施の形態について説明したが、これらの実施の形態によって、平角線６０を巻回してなる平角線コイルを有する固定子は、従来の固定子に比べて、隣接する平角線部分の間に隙間が生じにくく、占積率が高いものとなる。

したがって、本発明は、このような新たな固定子を用いた電動機についても含むものといえる。本発明の電動機は、少なくとも一部分で屈曲した断面形状をもつ突極部が形成された固定子コアと、突極部に対して平角線を巻回してなる平角線コイルとを有する固定子を用いた電動機である。そして、平角線は、巻回軸方向の幅が部分的に小さくなった変形部分を有し、この変形部分が突極部の屈曲部分に当接し、変形部分以外の部分が突極部の非屈曲部分に当接するように構成される。

以上のように、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、これらの場合に制限されるものではなく、当業者によって種々の変形、省略、追加が可能である。たとえば、巻枠として、電動機の固定子の突極を例にとって説明したが、上記の第１〜第４の実施の形態で説明した内容は、いかなる巻枠に平角線を巻回する場合にも適用することができる。

上述した例では、平角線をエッジワイズ巻きする場合を例にとって説明したが、本発明はこの場合に限られない。また、上述した例では、断面形状が略矩形であり、面取りされた４つの角部が屈曲部分として機能する巻枠を例にとって説明したが、本発明はこの場合に限られない。すなわち、一部分で屈曲した断面形状をもつ巻枠であれば、すべての場合に本発明を適用することが可能である。この場合も、平角線を部分的に変形しておき、平角線が変形された変形部分が巻枠の屈曲部分に当接し、平角線が変形されていない非変形部分が巻枠の非屈曲部分に当接するように巻回されればよい。

上記の例では、主として、１対の加重ローラによって、平角線を部分的に変形する場合を説明したが、本発明はこの場合に限られない。巻枠の形状によっては、複数種類の加重ローラを用いて、平角線を部分的に変形してもよいし、プレス加工機のような加重ローラ以外の成形手段を用いて、平角線を部分的に変形してもよい。

また、平角線を部分的に変形する際に生じる加工硬化の影響を低減するために、平角線を部分的に変形する処理と、平角線を巻枠に巻回する処理との間に、図示していない加熱手段を用いて平角線を加熱する処理を導入してもよい。

第１の実施の形態の巻回装置の概略構成を説明する斜視図である。 図１の巻回装置によって部分的に変形された平角線の斜視図である。 図２の平角線の変形部分についてＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図２の平角線を突極に巻回した状態を示すための図である。 図２に示され平角線部分を拡大した斜視図である。 図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 第２の実施の形態の巻回装置によって部分的に変形された平角線変形部分についての断面図である。 第３の実施の形態の巻回装置の概略構成を説明するための斜視図である。 図８の巻回装置の加重ローラ付近の拡大図である。 平角線の巻回部分を図８の矢印ａ方向からみた部分拡大図である。 第４の実施の形態の巻回装置による処理手順を模式的に示すための図である。

符号の説明

１１，１２、７１，７２ 加重ローラ、
１８ ローラ移動モータ、
１９ 回転角センサ、
２０ 制御部、
３２ 取付治具、
３４ コア回転用モータ、
３６ 伝達部、
３８ 回転角センサ、
５２ 突極（巻枠）、
６０ 平角線。

Claims (8)

1. 一部分で屈曲した断面形状をもつ巻枠に対して平角線を巻回するための巻回装置であって、
   巻回軸線方向の平角線幅を小さくするように平角線を部分的に変形する成形手段と、
   前記成形手段によって平角線が変形された変形部分が前記巻枠の屈曲部分に当接し、前記成形手段によって平角線が変形されていない非変形部分が前記巻枠の非屈曲部分に当接するように、平角線を巻回する巻回手段と、を有することを特徴とする巻回装置。
2. 平角線の伸長方向に沿って前記変形部分と前記非変形部分とが、前記巻枠の屈曲部分および非屈曲部分に対応して交互に生じるように、前記成形手段の動作を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の巻回装置。
3. 前記成形手段は、巻回される平角線の内周側部分のみを変形することを特徴とする請求項１に記載の巻回装置。
4. 前記内周側部分は、前記成形手段による変形が加えられていない状態で平角線を屈曲部分に巻回した場合に巻回前後で巻回軸線方向の平角線幅が変化しない箇所を示す中立線よりも内周側の部分であることを特徴とする請求項３に記載の巻回装置。
5. 前記成形手段は、平角線において巻回軸線方向に垂直な一対の面のうち、平角線の巻き始め位置に近い側の面のみを変形することを特徴とする請求項１に記載の巻回装置。
6. 前記巻回手段は、前記成形手段によって平角線が変形されていない状態で平角線を一時的に巻回した後、巻枠を逆回転させて当該平角線を繰り出し、繰り出された平角線が前記成形手段によって部分的に変形された後に、再び当該平角線を巻回することを特徴とする請求項１に記載の巻回装置。
7. 前記巻枠は、電動機の固定子コアの突極部分であることを特徴とする請求項１に記載の巻回装置。
8. 少なくとも一部分で屈曲した断面形状をもつ突極部分が形成された固定子コアと、前記突極部分に対して平角線を巻回してなる平角線コイルとを有する固定子を用いた電動機であって、
   前記平角線は、巻回軸線方向の幅が部分的に小さくなった変形部分を有し、当該変形部分が前記突極部分の屈曲部分に当接し、変形部分以外の部分が前記突極部分の非屈曲部分に当接するように構成されていることを特徴とする電動機。

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