JP2007215379A - コイル形成用多本線、電機子、及びコイル形成用多本線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻崩れやズレが生じることなく整列集中巻することが容易であり、巻回後の使用中にも巻崩れが発生しにくく、かつその製造に、複雑な設備や処理を必要とせず、絶縁被覆の破損などの問題も生じないコイル形成用多本線、この多本線を用いて形成されるコイルを有する電機子、及びこのコイル形成用多本線の製造方法を提供する。
【解決手段】複数の電線からなる多本線であって、前記多本線の断面が、少なくとも１つの切欠部、及び、前記多本線をコイル状に巻回した際に、前記切欠部と咬合する突出部、を有することを特徴とするコイル形成用多本線、この多本線を用いて形成されるコイルを有する電機子、及びこのコイル形成用多本線の製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の電線よりなる多本線であって、回転電機、特にモータの電機子（ステータやロータ）のコイルを形成するコイル形成用多本線、このコイル形成用多本線を用いて形成されるコイルを有する電機子、及びこのコイル形成用多本線の製造方法に関する。

回転電機（モータ、発電機）を大型化することなく、その高出力化、高効率化を図るためには、回転電機の磁極部にあるスロットの断面積に対するコイル巻線の導体部分の断面積の総和の割合、すなわち占積率の向上が望まれている。占積率向上のためには、電線を互いに密接かつ整列させて巻くいわゆる整列巻が望まれ、巻線間のズレや巻崩れを生ぜず整列巻をする巻回方法が種々提案されている。

例えば、特開２００１−３５９２５０号公報では、電線を平角線とするとともに、平角線の断面に保持部を形成し、この保持部により上下の層の巻線間を拘束し、幅方向のずれが生じないようにする技術が提案されている。具体的には、平角線の上部の端部に凸部を形成して一層上の巻線の下部端面を拘束する、平角線の上部と下部の中央に各々凸部と凹部を設け、各々一層上の巻線の凹部と一層下の巻線の凸部と嵌合しあって相互に拘束しあう、等の構造とするものである。

この方法によれば、電線巻回中のズレ等を防ぎ整列巻できるとともに、モータなどの使用中に生じる外力に起因する巻崩れの防止にも寄与できる。しかし、この方法では、絶縁被覆された平角線が局所的に加工されるため、絶縁被覆の破損が生じやすいとの問題がある。一方、導体の加工後の絶縁被覆は、断面が複雑な形状であるため、コスト的に困難である。また、平角線の断面に凸部や凹凸を形成する加工は、複雑な設備や処理を必要とし、技術的にもコスト的にも困難である。
特開２００１−３５９２５０号公報

本発明は、前記のような問題がないコイル形成用の電線、すなわち、巻崩れやズレを生ぜずに整列集中巻することが容易であり、巻回後の使用中にも巻崩れが発生しにくく、かつその製造に、複雑な設備や処理を必要とせず、絶縁被覆の破損などの問題も生じないコイル形成用多本線を提供することをその課題とする。本発明は、さらに、このコイル形成用多本線を用いて形成されるコイルを有する電機子、及びこのコイル形成用多本線の製造方法を提供する。

前記の課題は、以下に示す構成により解決される。

本発明は、その請求項１として、複数の電線からなる多本線であって、前記多本線の断面が、少なくとも１つの切欠部、及び、前記多本線をコイル状に巻回した際に前記切欠部と咬合する突出部、を有することを特徴とするコイル形成用多本線を提供する。

多本線とは、複数の電線を束ねたものである。一本の太い電線を用いると、渦電流等の問題が生じるので、細い径の電線を用い巻き数（ターン数）を多くするため、多本線が使用されることがある。本発明者は、この多本線の断面形状、すなわち複数の電線を束ねた後の断面形状を、隣接する多本線間が相互に拘束しあうような形状とすれば、この多本線を巻回してコイルを形成する際に、従来問題となっていた巻回や巻回後の巻崩れやズレが生じにくくなることを見出し、本発明を完成したものである。

巻崩れやズレを生じないとの効果は、多本線の断面形状を、隣接する多本線間が相互に拘束しあうような形状とすることにより得られるが、この断面形状は、電線の束ね方の調整により得られるものであり、電線を塑性加工して断面の凹凸等を形成する等の複雑な工程をその製造に要するものではない。従って、この多本線は容易に製造できる。

隣接する多本線間が相互に拘束しあうような断面形状とは、切欠部を有し、かつ前記切欠部と咬合する突出部、を有する形状である。この断面形状を有する多本線をコイル状に巻回する際には、この切欠部と、隣接する巻線の突出部が、互いに咬合し、相互に拘束しあうようになる。

切欠部及び突出部を有する形状は、例えば、四角形等の単純な形状からその一部を除去した形状であり、この除去された部分が切欠部となり、又除去された部分に隣接する部分等が突出部となる。本発明の多本線では、この切欠部及び突出部が、電線の束ね方の調整により形成される。

整列巻により高い占積率を達成するためには、隣接する多本線間に生じる間隙を低減する必要があり、このためには整列して巻回することが好ましい。本発明の多本線の断面形状は、このような巻回が可能な形状である。

整列した巻回を可能とし、隣接する多本線間に生じる間隙を低減するためには、断面形状は多角形が好ましく、特に、その辺や頂点部に切欠部を有することが好ましい。多本線の断面形状が、他の多本線の突出部と咬合しない切欠部を有する場合等は、隣接する多本線間に間隙を生じないように整列して巻回することが困難であり、好ましくない。

断面が四角形の場合の切欠部の位置としては、四角形の頂点部、四角形の辺上等が例示される。例えば、切欠部が、対角線上の２つの頂点部（それぞれ左下、右上とする。）にある場合は、左上部及び右下部が突出部となる。これらの切欠部と突出部が咬合するように巻回することにより、多本線間が相互に拘束しあうので、巻回時および巻回後の巻崩れやズレが防止される。

また、四角形の辺上に切欠部を有するとともに、対向する辺の両端の頂点部に切欠部を有する場合は、頂点部の２つの切欠部の間が突出部となるので、隣接する多本線の辺上の切欠部とこの突出部を嵌合することにより相互に拘束することができ、巻崩れやズレが防止される。

本発明の多本線を形成する複数の電線は、電線間に生じる間隙を低減するように束ねられ一体化されることが占積率向上のために好ましい。電線間の間隙を低減するように束ねるために、各電線の断面形状は、多角形であることが好ましく、四角形（平角線）が特に好ましい。請求項２は、この好ましい態様に該当するものである。

多本線を構成する各電線間は、互いに融着されていることが好ましい。融着されることにより、各電線間のズレを防止することができる。請求項３は、この好ましい態様に該当するものである。電線間を融着させるために、絶縁被覆に融着性の樹脂を塗布した融着線を用いることもできる。

本発明のコイル形成用多本線を巻回してなるコイルは、使用時の外力、すなわち衝撃、振動などによっても巻崩れ等が生じにくいコイルであり、また整列巻された高い占積率を有するものであり、電機子用コイルとして優れた性能を発揮する。本発明は、前記のコイル形成用多本線に加えて、この優れたコイルを有することを特徴とする電機子を提供するものである（請求項４）。

本発明のコイル形成用多本線の製造方法は特に限定されるものではない。例えば、断面形状が多角形である複数の電線を束ねた多本線の製造方法としては、先ず、丸線の圧延などにより断面形状が多角形である電線を製造し、それを複数束ねる方法も採用できる。しかし、断面が円形の電線（丸線）の複数を束ね多本線を形成した後、その多本線を、その断面中心方向へ圧縮し、前記電線の断面を多角形にするとともに電線間の間隙を低減させる方法によれば、生産性が高く好ましい。本発明は、前記のコイル形成用多本線及び電機子に加えて、この好ましい態様に該当するコイル形成用多本線の製造方法を、請求項５において提供するものである。

断面中心方向への圧縮は、ダイス引きやプレスにより行うことができる。切欠部や突出部を有する断面形状にするために、複数の電線を束ねるときは、複数の電線を相互にずらして一体化し、その後断面中心方向へ圧縮する。

本発明のコイル形成用多本線を用いてコイルを形成することにより、巻崩れやズレが生じることなく容易に整列集中巻することができる。またコイル形成後の使用時においても、巻崩れやズレが生じにくいコイルが得られる。また、この多本線は、複数の電線の束ね方の調整により製造されるものであり、複雑な設備や処理をその製造に要するものではないので、容易に製造でき、また、その製造に際し絶縁被覆の破損などの問題が生じない。

そして、このコイル形成用多本線を巻回してなるコイルを有する本発明の電機子は、使用時の衝撃、振動などによっても巻崩れ等が生じにくいコイルを有するものであり、回転電機用の電機子として好適に用いられる。さらに、本発明のコイル形成用多本線は、本発明の製造方法により優れた生産性で製造することができる。

以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

（第１の実施の形態）
図１（ａ）は、本実施の形態の多本線をティース（コア）に巻回してなる電機子の巻回方向の断面の半分（ティースの両側に巻回されているが、図はその一方のみを示すとの意味。）を概念的に示す概念断面図である。図１（ｂ）は、巻回する多本線の構成を概念的に示す概念断面図である。図１において、１０は電機子であり、１１はそのティースであり、１２はコイルであり、１９はインシュレータ（巻線とティース間の絶縁を確保するための絶縁部材）である。２０は多本線であり、図１（ａ）中の、黒い太枠で囲まれた部分のそれぞれが、多本線２０である。

図１（ｂ）に示すように、多本線２０は断面が正方形の４本の平角エナメル線が２層２列に一体化されたものである。さらに２８の矢印で示す第１列と２９の矢印で示す第２列とで、平角線が正方形の辺の長さの半分だけずれた状態で一体化されている。その結果、多本線２０の断面は、四角形からその左上および右下（図中における位置）が除かれた形状となり、左上部および右下部に切欠部２３が形成され、左下部および右上部が突出部２３’となる。

なお、図中の左右の側面は平行かつ面一である。多本線２０を構成する各平角エナメル線は、銅からなる平角線２１を芯とし、その外周をポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド等により形成される絶縁層と、ポリエステルやポリアミド等により形成される融着層からなる絶縁被覆２２により覆われたものである。

なお、この平角線は、プレスまたはダイスにより純銅の丸線を塑性変形して製造したものである。また、この平角線の一体化は融着層の熱融着により行われる。なお、丸線を平角に加工する際、銅は多少加工硬化するが、アニールを行うことにより加工硬化に伴う問題を解消することができる。絶縁被覆２２には、耐熱性にすぐれる樹脂が好ましく用いられ、たとえば、前記のように、ポリイミドやポリアミドイミド等を用いることができる。

図１（ａ）に示す様に、この多本線２０は、インシュレータ１９を介してティース１１上に整列集中巻される。この際、各多本線２０（黒い太枠で区分けして示す。）には、切欠部２３が左上部および右下部に形成され、突出部２３’が左下部および右上部にあるので、隣接する多本線２０間で、切欠部２３と突出部２３’を咬合することにより、相互に拘束しあうこととなる。これらのため、巻回時はもとより使用時においても、巻線のズレや巻き崩れが防止される。

図１（ｂ）で表わされる多本線２０は、各２本の丸線からなる列を電線の半径だけずらして一体化した４本の丸線からなる多本線を、その断面中心方向へ圧縮しても得ることができる。図２は、その圧縮前の４本の丸線からなる多本線の断面構成を概念的に示す概念断面図である。

図２において、２４は銅からなる丸線であり、２５は絶縁被覆であり、絶縁層と融着層からなる。図２に示されるように、４本のエナメル被覆の丸線が２層２列に一体化されており、さらに２８の矢印で示す第１列と２９の矢印で示す第２列とで、丸線がその半径だけずれた状態で一体化されている。この４本の丸線からなる多本線を、その断面中心方向へ、プレスやダイスなどにより圧縮することにより、図１（ｂ）で表わされる多本線を得ることができ、また各線間の融着もされる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態は、３本の平角線を並列させて一体化した多本線である。図３（ａ）は、本実施の形態の多本線をティース（コア）に巻回してなる電機子の巻回方向の断面の部分を概念的に示す概念断面図である。図３において、１１はティースであり、１９はインシュレータであり、２０は多本線であり、図３（ａ）中の、黒い太枠で囲まれた部分のそれぞれが、多本線２０である。

図３（ｂ）は、巻回する多本線の構成を概念的に示す概念断面図である。図３（ｂ）に示すように、この形態の多本線２０は、断面が正方形の３本の平角エナメル線を並列して一体化されたものである。さらに、列の中央の平角線が、正方形の辺の長さの半分だけ（図中の）上にずれており、その結果、四角形の下辺の中央および上辺の左右の端部に切欠部２３が形成されており、上辺にある２つの切欠部２３の間には突出部２７が形成されている。

図３（ａ）に示す様に、各多本線２０（黒い太枠で区分けして示す。）の間では、下辺の切欠部２３と突出部２７が咬合され、相互に拘束しあうこととなる。これらのため、巻回時はもとより使用時においても、巻線のズレや巻き崩れが防止される。なお、本実施の形態では、先の実施の形態と比較したとき、多本線の上下方向（巻回の中心方向）の厚さが小さくなり、その分電線の曲げ剛性が小さくなる。このため、巻回性が優れることとなる。

本発明の第１の実施の形態の多本線と、この多本線がティースに巻回されている様子を示す概念断面図である。 本発明の第１の実施の形態の多本線製造の１工程を示す概念断面図である。 本発明の第２の実施の形態の多本線と、この多本線がティースに巻回されている様子を示す概念断面図である。

符号の説明

１０ 電機子
１１ ティース
１２ コイル
１９ インシュレータ
２０ 多本線
２１ 平角線
２２、２５ 絶縁被覆
２３ 切欠部
２３’、２７ 突出部
２４ 丸線

Claims (5)

1. 複数の電線からなる多本線であって、前記多本線の断面が、少なくとも１つの切欠部、及び、前記多本線をコイル状に巻回した際に前記切欠部と咬合する突出部、を有することを特徴とするコイル形成用多本線。
2. 前記多本線を形成する複数の電線が、断面が多角形の電線であることを特徴とする請求項１に記載のコイル形成用多本線。
3. 前記多本線を形成する複数の電線が、互いに融着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコイル形成用多本線。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の多本線を巻回してなるコイルを有することを特徴とする電機子。
5. 断面が円形の電線の複数を束ね多本線を形成した後、その多本線を、その断面中心方向へ圧縮し、前記電線の断面を多角形にするとともに電線間の間隙を低減させることを特徴とするコイル形成用多本線の製造方法。
   

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