JP2007027345A - 積層電磁コイル及び積層電磁コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層コイルの寸法精度バラツキを除去しながら電磁コイルを積層する製造方法を提供する。
【解決手段】融着導線で複数個のアルファ巻き電磁コイルを製造し、電気・電子機器のコイルスペースに合わせ複数個の巻き数の異なる電磁コイルの積層面を平滑にしながら貼り合わせ、加熱押し圧後直列、又は並列接続し、円錐台、角錐台型の積層電磁コイルを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、融着導線を用い空芯アルファ巻き積層電磁コイルおよび空芯アルファ巻き積層電磁コイルの製造方法に関するものである。

融着導線をアルファ巻き電磁コイルを積層した円形又は長方形型空芯巻き積層電磁コイルは、同一形状、同一巻線コイルを積層にした空芯巻き積層電磁コイルの形態が一般的に知られている。これらの積層電磁コイルは近年、出力を向上させる要求あるいは小型の要求が多く、コイルの巻数増大が望まれている。このためにはコイル挿入空間に可能な限りコイル巻き数を増やすか、単位面積あたりの巻数を増やす高密度化があり、本考案はこれらの２つの具体的な解決を提供するものである。

前期空芯アルファ巻き任意形状コイルの積層化においては、各々電磁コイルのコイル寸法の寸法バラツキが大きく、この寸法バラツキを小さくする必要等の問題があり具体的商品としては提供できていない。融着導線を空芯アルファ巻きコイルにした場合、アルファ巻き特有のテンションの不均等及び巻き線冶具の寸法精度によりコイル面の平滑度にバラツキがある。このバラツキがある場合は積層せずに単独で使用する場合には何ら問題がないが、空芯アルファ巻きコイルを積層加工すると、まれに積層面の凹凸により局部的に導線を圧迫し絶縁皮膜を損傷させ絶縁劣化を起こすと言う欠点があった。

アルファ巻きは、隣り合うコイルの巻線方法が異なり一方はスピンドル巻、他方はスプールに巻かれたコイルをほどきながら巻くため、巻線中のテンションコントロールは極めて難しい。従って巻き線に必要な引出し線（巻き始め、巻き終わり線に対応する線）へのテンション機構も異なり、隣り合うコイルのテンションを同一にすることは極めて難しい。テンション不均等を改善するために個別に引出し線をコントロールしても、巻き方法が異なるため、テンションコントロール機構が異なるためテンションを完全に均等化をすることは極めて難しく、また巻治具寸法を狭めて積層面の平滑度（コイル積層面の凹凸およびコイルのソリを言う）を上げようとしても、線材の寸法バラツキにより巻線溝からはみ出し、一方のコイル巻面の巻線が隣の巻き線に移動し巻き線が重なりあう等の不具合があった。

融着導線空芯アルファ巻線コイルを湾曲（湾曲とは、複数の編曲点があっても円弧状になっている形態を言う）加工実施においても、厚さ方向のコイル面の平滑度が出ていないと加工後絶縁層にまれに傷がつき絶縁劣化になる危険性があった。

丸線、平角線を整列巻きにした場合、クロスオーバによる巻き膨れ、巻き始めによるデットスペースを改善する方法として、アルファ巻き積層コイルが提案（特許文献１）されているがテンションコントロールの不均等および線材寸法のバラツキによりアルファ巻き空芯コイルの厚さは、少なからずバラツキを発生し、またコイルのソリを発生させていた。積層にはこのバラツキ、ソリが積層後の絶縁劣化、擬似短絡等品質に大きな影響を及ぼす危険性がある。本発明はコイル寸法精度の向上、コイルの高密度化を実現するために、加熱押し圧し寸法精度の改善、コイルの高密度化を実現、絶縁劣化、擬似短絡等を皆無にしたことを特徴とするものである。

ボビンに巻き回されたコイルを高密度化実施のために、コイル巻き線の側面、すなわち、コイル成型体の側面となる部分を押し圧し線材の変形によって形状が維持されると提案（特許文献２）されているが、線材変形には大きな力が必要となり、線材の径のバラツキや線材表面の傷がある場合でもこの部分にこの大きな力がかかり、つまり応力集中することで線材押し圧変形時に絶縁体への損傷が生ずる不具合がある。本発明は線材に無理な負荷を与えることなくコイル寸法精度向上を図り、加熱、押し圧することにより、より小さい押し圧力で加工することが可能となり、絶縁体損傷を皆無にしコイルの寸法精度向上、高密度化を実現する事を可能としたものである。
特開２００５−２０８０７ 特開平１１−２５２８４２

解決しようとする問題点は、融着導線でアルファ巻き後、湾曲加工または貼合わせ積層加工において、アルファ巻きコイル面の平滑度はバラツキがあるため、湾曲加工または積層後において積層面の凹凸がコイル間に隙間を発生させ、局部的に導線を圧迫し結果として寸法のバラツキ、絶縁劣化等が発生すると言う点にある。

本発明は、上記問題を解決するために、融着導線アルファ巻き線コイルの寸法バラツキ改善においてコイルを加熱押し圧加工することにより、容易に寸法のバラツキを極めて小さくし、厚さ方向の平滑度を高め、巻回数の異なる複数個の電磁コイルを容易に貼合わせる事が出来ると共に出来上がり寸法バラツキも極めて小さく出来る。また厚さ方向、あるいは厚さ方向に直交する方向の少なくともいずれか一面を湾曲加工する場合にも加熱押し圧することにより、容易に湾曲加工、積層が出来る。すなわち、上記記載の電磁コイルを容易に提供することにある。

また、巻き回数の異なる複数個のアルファ巻き電磁コイル単体を高精度加工せずに、積層工程において積層冶具に装着固定し、抵抗、赤外線、熱風等の加熱手段を設けることにより、巻き上がり時に発生した巻き歪みよる寸法バラツキを加熱押し圧することにより、積層コイルの寸法精度バラツキを除去しながら電磁コイルを積層する製造方法を提供する。

アルファ巻き電磁コイルでは特に角錐台又は円錐台形状の張合わせ積層電磁コイルにおいて図１０に示されるように、コイルサイズの小さい部分において融着導線径、断面積の大きさが大きい場合には占積率が大きく悪化する。これを改善すると共に更に高密度化するためには融着導線径または、断面積の異なる導線でのアルファ巻きコイルを図８、９に示すように貼合わせ積層することにより、巻き線におけるデッドスペースを最小限に抑える事が出来、高密度積層電磁コイルを提供する。

本発明の融着導線アルファ巻電磁コイルは、一般的に使用されている融着線を用い任意の巻数に長方形型又は円形型に巻き、巻取り時又は巻取り後コイルを加熱ありで押し圧し厚さ方向の面部分を均一化させ、巻回数の異なる複数個のコイルを積層し直列または並列接続した電磁コイル、および厚さ方向、または厚さ方向に直交する方向少のなくともいずれか一方を湾曲加工し積層後直列または並列接続した積層電磁コイル。従来電動機等のステータの巻線については、ステータの構造と巻線の方法から極めて占積率が悪く一般的に線積率４５〜６５％に止まっている、この線積率の低さが電動機性能向上の足かせになっていた。本発明のアルファ巻積層角錐台型、積層円錐台型または積層湾曲型コイルを使用することにより占績率が７０〜８５％と大幅に改善される。またコイル寸法精度向上による機器の小型化、高密度化された該電磁コイルから発生する起磁力は大幅に増加し電動機のトルク増加、応答速度の改善、寸法精度改善によりコストダウンが可能となる。

融着線を用い長方形型又は円形型に巻数の異なるアルファ巻きを実施し、アルファ巻きしたコイルを加熱有りにて厚さ方向、厚さ方向に直交する方向の少なくともいずれか一方向を押し圧する事で、巻き線間の隙間を密着させ、押し圧された事により電磁コイルの歪みが無くなり、コイル積層時コイル相互間の隙間が無くなり寸法精度が優れ、絶縁劣化の無い積層電磁コイルが実現した。また厚さ方向、厚さ方向に直交する方向の少なくともいずれか一方向を押し圧湾曲させ積層化することにより電動機のステータに隙間なく密着した積層電磁コイルを提供する。

図１は、本発明の融着導線を用いた加工前のアルファ巻き電磁コイルの単体立体図を示す。１は、コイル上面の凹凸で２は引出しリード線、３は融着導線、４はコイル断面を示す。図２は、本発明の電磁コイルであって、２層それぞれの巻数が異なる電磁コイルの単体立体図を示す。５はコイル巻数が異なることにより出来た段差を示す。６は長辺方向、７は厚さ方向、８は幅方向を示す。

図３は、従来のアルファ巻き積層電磁コイルであって、９は融着導線、１０はコイルの引出しリード線、１１はコイル面の凸凹、１２は積層面の隙間、１３は断面、１４は接続部を示す。

図４は、本発明の図１に示す加熱加工前の断面図、図５は本発明の図１に示す加熱押し圧後の断面図を示す。１５は導線、１６は絶縁皮膜、１７は融着皮膜、１８は導線間の隙間、１９は融着樹脂を示す。図６は従来の積層電磁コイルの断面図、２０は導線、２１は絶縁皮膜、２２は融着皮膜、２３は導線間の隙間、２４は積層間の隙間を示す。

図７は本発明の湾曲コイルであって、融着導線をアルファ巻き後金型に装着し加熱押し圧すると共に湾曲加工した立体図であって、２５は引出しリード、２６は融着導線、２７は平滑な面を示す。図８は湾曲加工した電磁コイルを積層加工した立体図であって、２８は引き出しリード線、２９は融着導線、３０は接着面、３１は接続部分を示す。図９は本発明の加熱押し圧した後のアルファ巻き電磁コイルを積層した立体図を示す。３２は引出しリード線、３３は融着導線、３４は接着面、３５は接続部を示す。

図１０は本発明の導線径、または断面積の異なるアルファ巻きコイルを積層にした断面図を示す。３６は導線径または断面積の異なる導線、３７は積層面を示す。

巻き線に融着導線を装着しアルファ巻きを実施、アルファ巻き電磁コイルを通電、熱風、赤外線加熱し所定の温度で押し圧する。

融着導線をアルファ巻きした電磁コイルを押し圧冶具に装着し厚さ方向、厚さ方向に直交する方向の少なくともいずれか一方向を押し圧し、隙間部分を減少させ融着線間を密着させる、押し圧後のアルファ巻き断面図は図５であって１５は導線、１６は絶縁皮膜、１７は融着皮膜を示す。

電磁コイルを加熱する手段として通電での電気抵抗発熱、熱風を外部よりコイルに当てる、赤外線照射等で６０〜２３０℃に加熱し、押し圧冶具で加熱押し圧する。押し圧後の電磁コイルの断面図を図５に示す。

また電磁コイルを６０〜２３０℃に加熱した金型に装着し押し圧し隙間部分を減少させ融着線間を密着させる、加熱押し圧後の電磁コイルの断面図を図５に示す。

更に本発明のアルファ巻き積層電磁コイルの平滑度は押し圧金型精度に近似する、従って隙間部分が大幅に減少する事により電磁コイルの寸法精度が著しく改善できると共に高密度化ができる。

図１１は多本平行融着導線の断面図であって、３８は導線、３９は絶縁皮膜、４０は接着コートを示す。多本平行融着導線をアルファ巻きにすることにより、導線の表皮効果が低減でき高周波特性を著しく改善できる。該導線は多本を並列に固着されているので上記記載の製造方法が適用でき、なんら特別な方法を実施する事なしに高周波特性の優れた円錐台および角錐台型積層電磁コイルが出来る。図１２は円錐台型電磁コイルの断面図、４１は多本平行融着導線、４２は導線、４３は絶縁皮膜、４４は接着コートを示す。

図１３は実施例１の積層電磁コイルを電動機ステータの形状に合わせ円筒形状に加工した例である。４５は融着導線、４６は引出しリード線、４７はコイル固定用接着樹脂を示す。

本発明のアルファ巻き空芯積層電磁コイルは、角錐台、円錐台型や湾曲に形成され、押圧加工されたコイル巻き数を最大限にしたコイルである。電磁コイルを電気機器、特に電動機のステータコイルとして使用した場合、電磁コイルの寸法の高精度化やバラツキの減少により、電磁コイルの高密度化が出来、高密度電磁コイルにより起磁力の増加によるトルクの増加、応答速度の改善、或いは寸法精度改善により小型化ができるために、材料コスト低減等のコストダウンが提供できる。

本発明のアルファ巻き電磁コイル立体図。 本発明の巻数の異なるアルファ巻電磁コイルの立体図。 従来のアルファ巻積層電磁コイルの立体面。 本発明の図１に示す加工前の断面図。 本発明の図１に示す加熱押し圧後の断面図。 従来の図３に示す積層電磁コイルの断面図。 本発明の湾曲コイルの立体図。 本発明の湾曲コイルを積層加工した立体図。 本発明の加熱押し圧した積層電磁コイルの立体図。 本発明の導線径または断面積の異なる導線を組合せ積層した電磁コイルの断面図。 多本平行融着線の断面図。 本発明の多本平行融着導線を用いた円錐台型積層電磁コイルの断面図。 本発明の湾曲積層電磁コイルを円筒状に加工した立体図。

符号の説明

１ コイル上面の凹凸
２、１０、２５、２８、３２、４６ 引出しリード線
３、９、２６、２９、３３、４５ 融着導線
４，１３ コイルの断面
５、 段差
６、 長辺方向
７、 厚さ方向
８、 幅方向
１１、 コイル面の凸凹
１２、２４ 積層面の隙間
１４、３１、３５ 接続部
１５、２０、３８、４２ 導線
１６、２１、３９、４３ 絶縁皮膜
１７，２２ 融着皮膜
１８、２３ 導線間の隙間
１９、 融着樹脂
２７、 平滑な面
３０、３４ 接着面
３６ 導線径または断面積の異なる導線
３７ 積層面
４０、４４ 接着コート
４１ 多本平行融着導線
４７ コイル固定用接着樹脂

Claims (7)

1. 導線と、該導線の周りを被覆する絶縁皮膜と、該絶縁皮膜の周りをさらに被覆する融着皮膜とを備える融着導線を空芯アルファ巻きとし、複数の空芯アルファ巻電磁コイルを組合せた電磁コイルにおいて、コイルを湾曲させたことを特徴とする積層電磁コイル。
2. 導線と、該導線の周りを被覆する絶縁皮膜と、該絶縁皮膜の周りをさらに被覆する融着皮膜とを備える融着導線をアルファ巻にて、空芯状に巻回されて形成された空芯電磁コイルにおいて、該空芯電磁コイルの厚さ方向、または厚さ方向に直交する方向の少なくともいずれか一方に、上記導線の弾性変形範囲内で加熱押し圧されていることを特徴とする積層電磁コイル。
3. アルファ巻き空芯電磁コイルは、空芯で巻上げた後、電磁コイルに加熱手段にて加熱し厚さ方向、厚さ方向に直交する方向の少なくともいずれか一方向を押し圧した事を特徴とする請求項２記載の積層電磁コイル。
4. 加熱手段を、電磁コイルに通電し抵抗加熱する、加熱した金型に電磁コイルを装着する、電磁コイルに赤外線または熱風加熱する、のいずれか或いは組み合わせにより電磁コイルを加熱することを特徴とする請求項３記載の積層電磁コイル。
5. アルファ巻きで巻回数の異なる複数個の電磁コイルを貼り合わせ、角錐台又は円錐台形状にした事を特徴とする請求項１から４記載の積層電磁コイル。
6. 導線径、または導線断面積が異なったアルファ巻き任意巻数の空芯巻き電磁コイルを複数個貼合わせると共に並列、または直列接続したことを特徴とする請求項１から４記載の積層電磁コイル。
7. 導線と、該導線の周りを被覆する絶縁皮膜と、該絶縁皮膜の周りをさらに被覆する融着皮膜とを備える融着導線を空芯にてアルファ巻きにし、空芯巻電磁コイルの一部あるいは、全部を湾曲させた複数個の任意巻数電磁コイルを貼り合わせ、または複数個の任意巻数電磁コイルを貼り合わせた後、湾曲させ、直列、または並列接続したことを特徴とする積層電磁コイルの製造方法。
   

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