JP2010011715A - 回転電機のコイル組立体用のコイル線材 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコイル線材が束ねられてなるコイル線材束同士の編込みを行う際の編込み動作スペースを十分に確保し得るようにした回転電機のコイル組立体用のコイル線材を提供する。
【解決手段】コイル線材３０は、直線状に形成されて並列状に配置された複数のスロット収容部３１と、隣り合うスロット収容部３１の一端部同士及び他端部同士を交互にそれぞれ接続する複数のターン部３２とを有する。コイル線材束５０は、６本のコイル線材３０からなり、それぞれ対応するターン部３２同士が軸線方向にずれて交差した状態で束ねられており、各ターン部３２の部分が厚み方向に傾斜するように変形させられている。
【選択図】図８

Description

本発明は、回転電機のコイル組立体用のコイル線材に関する。

従来、回転電機のコイル組立体を製造する方法として、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、相対向する一対の板状巻芯を用いて複数のコイル線材を同時に巻回する方法が提案されている。また、特許文献２には、巻回工程により三角波形状に形成した一のコイル線材に対して他のコイル線材を、９０度だけその軸周りに回転させるとともに、半分のターン分だけそれらの重なりを増加するように一のコイル方向に進める工程と、他のコイル線材をさらにその軸周りに９０度だけ回転させる工程とを繰り返すことにより、順次他のコイル線材を半分のターン分ずつ一のコイル線材に編み込む方法が提案されている。
特開２００２−１７６７５２号公報 特開２００４−１０４８４１号公報

複数のターン部が形成された複数のコイル線材を互いに編込む方法としては、さらに以下の各方法が考えられる。例えば、公知の撚り線機で行われているように、固定した一のコイル線材の周りに他のコイル線材を回転（公転）させ、１公転でコイルピッチ分をコイル長手方向に移動することで編込む方法（第１の方法）や、２つのコイル線材の編込み箇所を中心に所定角度で保持し、互いに相手の周りを回転（公転）させて編込む方法（第２の方法）である。

ところで、これらの方法により、例えば１２本のコイル線材を編み込んで三相巻線のコイル組立体を製造する場合、最終的な編込み工程として、６本のコイル線材が編み込まれた状態の２束のコイル線材束同士を編み込む場合がある。ここで用いられるコイル線材束８０は、図９に示すように、各コイル線材８１のそれぞれ対応するターン部８２同士が軸線方向にずれて交差した状態に編み込まれており、各コイル線材のストレート状のスロット収容部８３が所定間隔毎に並んだ状態になっている。そのため、一方のコイル線材束８０に編み込まれる他方のコイル線材束８０の挿入箇所（矢印ｂの箇所）の間隔が非常に狭くなっているため、編込み時に必要な動作スペースが十分に確保されていない。なお、他方のコイル線材束８０の挿入箇所（矢印ｂの箇所）の間隔は、コイル線材束８０に用いられているコイル線材の本数が多くなるほど狭くなる。

また、他方のコイル線材束８０の挿入箇所（矢印ｂの箇所）の間隔を拡げる場合には、各コイル線材の整列状態を崩す必要があり、この場合には、２束のコイル線材束８０を編み込んだ後に、元の整列状態に戻す戻し工程が必要となるため工数が大幅に増大する。しかも、戻し工程においては、各コイル線材同士の干渉や引っ掛かり等によるトラブルが発生し易いため、スロット収容部が変形してしまう恐れも増大する。このように編込み時にコイル線材が変形すると、編込み済みコイルがいびつな形状となり、所望のコイル組立体が得られなくなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数のコイル線材が束ねられてなるコイル線材束同士の編込みを行う際の編込み動作スペースを十分に確保し得るようにした回転電機のコイル組立体用のコイル線材を提供することを解決すべき課題とするものである。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段について、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．回転電機のコイル組立体用のコイル線材は、
複数のコイル線材を互いに編み込んでなる回転電機のコイル組立体用のコイル線材であって、
直線状に形成されて並列状に配置された複数のスロット収容部と、隣り合う前記スロット収容部の一端部同士及び他端部同士を交互にそれぞれ接続する複数のターン部とを有する複数の前記コイル線材が、それぞれ対応する前記ターン部同士が軸線方向にずれて交差した状態で束ねられた状態において、各前記ターン部の部分が厚み方向に傾斜するように変形させられていることを特徴とする。

手段１のコイル線材は、複数のコイル線材が所定の状態に束ねられてなるコイル線材束の状態において、各ターン部の部分が厚み方向に傾斜するように変形させられている。これにより、２束のコイル線材束の編込みを行う際に、一方のコイル線材束に編み込まれる他方のコイル線材束の挿入箇所の間隔が拡げられている。そのため、コイル線材束同士の編込みを行う際の編込み動作スペースを十分に確保することができる。よって、十分な編込み動作スペースを確保するために、コイル線材束の整列状態を崩す必要がなくなるので、工数の増大やコイル線材の変形発生等を回避しつつ、コイル線材束同士の編込みを行うことが可能となる。

なお、コイル線材束の編込み時に利用されるターン部の変形は、編込み済みのコイル線材束をドーナツ状に成形してコイル組立体とする際に吸収させることができる。そのため、成形時の変形吸収量を考慮して、ターン部の変形量を適宜設定するようにすれば、ターン部の変形を元に戻す工程は不必要となる。

２．手段１に記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材において、前記ターン部は、前記コイル線材の軸線に対して、一端側が厚み方向の一方側へ変位し、他端側が厚み方向の他方側へ変位して傾斜状に変形している。

手段２によれば、コイル線材束の全体形状が螺旋状になるのを回避することができる。これにより、コイル線材束同士の編込みを行う際に、編込み動作が一つの平面上で行われるようになるため、コイル線材束の姿勢を変化させる必要がなくなり、編込みが容易になる。なお、コイル線材束のターン部全体を厚み方向の一方側へ変形させるようにすると、コイル線材束の全体形状が螺旋状になる。なお、ターン部の傾斜角度は、５〜１０度の範囲とするとよい。

３．手段１又は２に記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材において、前記ターン部の変形は、単体の前記コイル線材に対して、又は複数の前記コイル線材が束ねられた状態で施されている。

手段３によれば、ターン部に変形を施す時期は、コイル線材束の編込みを行う前であれば何時でも可能である。

４．手段１〜３の何れか一つに記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材において、前記ターン部は、階段状に形成されている。

手段４によれば、コイル組立体が固定子コアに装着された際に、各ターン部により形成されるコイルエンドの高さを低くし、コイルエンドの径方向の幅を小さくすることが可能となる。

５．手段１〜４の何れか一つに記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材において、前記ターン部は、中央部に厚み方向へ捻れた捻れ部を有する。

手段５によれば、コイル組立体が固定子コアに装着された際に、各ターン部により形成されるコイルエンドの径方向の幅をより小さくすることが可能となる。

６．手段５に記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材において、前記ターン部は、前記捻れ部を中心にして捻れ方向へ傾斜するように変形している。

手段６によれば、各ターン部の傾斜方向を同一方向に揃えることができるため、各ターン部を容易に整列させることができる。

以下、本発明に係る回転電機のコイル組立体用のコイル線材を具体化した実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。最初に、本発明の実施形態のコイル線材により作製されるコイル組立体２０を適用した回転電機の固定子１０の概略構成について説明する。図1（Ａ）は、コイル組立体２０を適用した回転電機の固定子１０の外観を示す斜視図であり、（Ｂ）は固定子１０を側方から見た図である。図２は、固定子１０の一部分を拡大して示す斜視図である。

図１に示す固定子１０は、例えば車両の電動機および発電機を兼ねる回転電機に使用される。固定子１０は、内周側に回転子（図示せず）を回転自在に収容する。回転子は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を固定子１０の内周側と向き合う外周側に複数形成している。固定子コア１２は、所定厚さの磁性鋼板を軸方向に積層して環状に形成されている。固定子コア１２には、図２に示すように、軸方向に沿い周方向に隣接するスロット１４、１５を一組として固定子コア１２の内周側の周方向に複数組のスロットが形成されている。固定子巻線としてのコイル組立体２０は三相巻線であり、周方向に隣接する一組のスロット１４、１５に各相の固定子巻線が設置されている。そして、スロット１４、１５を一組として周方向に隣接する三組のスロット１４、１５に異なる相の固定子巻線が設置されている。

次に、コイル組立体２０の構成について説明する。図３は、コイル組立体２０の外観を示す斜視図である。図４は、コイル組立体２０のコイルエンド部を示す正面図である。図５（Ａ）は、本実施形態のコイル線材３０の一部の正面図であり、（Ｂ）はその平面図であり、（Ｃ）はその側面図である。図６（Ａ）は、本実施形態のコイル線材３０の一部を拡大した平面図であり、（Ｂ）はその平面図であり、（Ｃ）はその側面図である。図７は本実施形態のコイル線材の断面図である。図８（Ａ）は、６本のコイル線材３０が束ねられたコイル線材束の一部の平面図であり、（Ｂ）はその正面図である。

コイル組立体２０に用いられているコイル線材３０は、図２に示すように、固定子コア１２のスロット１４、１５内に設置されるスロット収容部３１と、スロット１４、１５から固定子コア１２の外に突出し、周方向に異なるスロットに設置されているスロット収容部３１同士を接続しているターン部３２とを有しており、固定子コア１２に波巻されることにより固定子巻線（コイル組立体）２０を形成している。ターン部３２は固定子コア１２の軸方向両側にそれぞれ形成されている。

このコイル線材３０は、図５に示すように、直線状に形成されて軸線方向に並列状に配置された複数のスロット収容部３１と、隣り合うスロット収容部３１の一端部同士及び他端部同士を交互にそれぞれ接続する複数のターン部３２とからなる。このコイル線材３０は、奇数番目のターン部と偶数番目のターン部が、軸線周りの１８０度位相がずれた位置に交互に設けられている。

ターン部３２の略中央部には、図６に示すように、厚み方向に捻れたねじり部３３を有するクランク部３４が形成されている。クランク部３４は、固定子コア１２の端面１３に沿ってクランク形状に形成されている。このクランク部３４のクランク形状によるずれ量は、コイル線材３０の略幅分である。これにより、径方向に隣接しているコイル線材３０のターン部３２同士を密に巻回できる。その結果、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、コイル組立体２０が径方向外側に張り出すことを防止する。

また、スロット１４、１５から固定子コア１２の外に突出するターン部３２の突出箇所に、コイル線材３０がまたがって設置されているスロット同士に向けて固定子コア１２の軸方向両側の端面１３に沿ってクランク部３５が形成されている。これにより、スロット１４、１５から突出しているコイル線材３０のターン部３２の突出箇所の間隔、言い換えればターン部３２が形成する三角形状部分の底辺の長さは、コイル線材３０がまたがって設置されているスロット同士の間隔よりも狭くなっている。その結果、コイルエンドの高さｈが低くなる。

また、固定子コア１２の端面１３に沿ったクランク部３５の長さをｄ１、周方向に隣接するスロット同士の間隔をｄ２とすると、ｄ１≦ｄ２になっている。これにより、コイル線材３０のクランク部３５が周方向に隣り合うスロットから突出するコイル線材３０と干渉することを防止できる。これにより、周方向に隣接するスロットから突出するコイル線材３０同士が互いに干渉することを避けるために、コイルエンドの高さが高くなったり、あるいはコイルエンドの径方向の幅が大きくなったりすることを防止できる。その結果、コイルエンドの高さが低くなる。さらに、コイルエンドの径方向の幅が小さくなるので、コイル組立体２０が径方向外側に張り出すことを防止する。

さらに、コイル線材３０には、ターン部３２の略中央部のクランク部３４と、ターン部３２の突出箇所に形成したクランク部３５との間に、それぞれ２個のクランク部３６が形成されている。つまり、固定子コア１２の一方の軸方向の端面１３側のコイル線材３０のターン部３２には、合計７個のクランク部が形成されている。これにより、クランク部を形成しない三角形状のターン部の高さに比べ、ターン部３２の高さｈが低くなる。クランク部３６のクランク形状も、クランク部３４、３５と同様に、固定子コア１２の端面１３に沿ったクランク形状に形成されている。したがって、コイル線材３０のターン部３２は、クランク部３４を挟んだ両側が階段状に形成されている。

コイル線材３０のターン部３２は、図５及び図６に示すように、中央部に形成された捻れ部３３を中心にして捻れ方向（厚み方向）に傾斜するように変形させられている。この場合、ターン部３２は、コイル線材３０の軸線Ｌに対して、一端側が厚み方向の一方側へ変位し、他端側が厚み方向の他方側へ変位して傾斜状に変形している。

また、コイル線材３０は、図７に示すように、銅製の導体３７と、導体３７の外周を覆い導体３７を絶縁する内層３８および外層３９からなる絶縁被覆とから形成されている。内層３８は導体３７の外周を覆い、外層３９は内層３８の外周を覆っている。内層３８および外層３９を合わせた絶縁被覆の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間に設定されている。このように、内層３８および外層３９からなる絶縁被覆の厚みが厚いので、コイル線材３０同士を絶縁するためにコイル線材３０同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がない。

ここで、三相の固定子巻線としてのコイル組立体２０において、回転子の１極当たり各相のコイル線材３０は２個のスロット１４、１５に設置されている。つまり、周方向に連続して隣接しているコイル組立体２０の回転子の１極当たりのスロットの総数は３×２＝６である。その結果、周方向の異なるスロットにまたがって設置されているコイル線材３０は、周方向に６個離れたスロット同士に設置されるので、コイル線材３０の略中央部の１個のクランク部３４を加え、周方向に隣接しているスロットから突出するコイル線材３０同士の干渉を避けるため、（３×２＋１）個のクランク部をターン部３２に形成することが望ましい。このように固定子コア１２の一方の軸方向側のコイルエンドでコイル線材３０に７個のクランク部を形成したことにより、コイルエンドの高さを低くし、コイルエンドの径方向の幅を小さくすることができる。

以上のように構成されるコイル組立体２０は、例えば、固定した一のコイル線材の周りに他のコイル線材を回転（公転）させ、１公転でコイルピッチ分をコイル長手方向に移動することで編込む方法や、２つのコイル線材の編込み箇所を中心に所定角度で保持し、互いに相手の周りを回転（公転）させて編込む方法を採用して、１２本のコイル線材３０を編み込んで形成される。この場合、最終的な編込み工程において、６本のコイル線材３０が編み込まれた状態の２束のコイル線材束同士を編み込む場合がある。このコイル線材束５０は、図８に示すように、各コイル線材３０のそれぞれ対応するターン部３２同士が軸線方向にずれて交差した状態で束ねられている。

このコイル線材束５０は、各コイル線材３０の各ターン部３２の部分が厚み方向に傾斜するように変形させられている（図５及び図６参照）ことによって、一方のコイル線材束５０に編み込まれる他方のコイル線材束５０の挿入箇所（矢印ａの箇所）の間隔が拡げられている。これにより、編込み時に必要となるコイル線材束５０の動作スペースが十分に確保されているので、２束のコイル線材束５０同士の編込みを容易に行うことが可能となる。

そして、最終的に１２本のコイル線材３０の編込みが完了した場合には、各コイル線材３０を適宜回転及び平行移動させることにより、各コイル線材３０の対応するターン部３２同士が適切な状態で交差して重なり合うように調整して、各コイル線材３０の端部を複数箇所で接合すると共に、全体をドーナツ状に成形することによって図３に示すコイル組立体２０が完成する。

以上のように、本実施形態のコイル組立体２０用のコイル線材３０によれば、６本のコイル線材３０が、それぞれ対応するターン部３２同士が軸線方向にずれて交差した状態で束ねられた状態において、各ターン部３２の部分が厚み方向に傾斜するように変形させられている。これにより、２束のコイル線材束５０の編込みを行う際に、一方のコイル線材束５０に編み込まれる他方のコイル線材束５０の挿入箇所の間隔が拡げられているため、コイル線材束５０の編込み動作スペースを十分に確保することができる。よって、十分な編込み動作スペースを確保するために、コイル線材束５０の整列状態を崩す必要がないので、工数の増大やコイル線材３０の変形発生等を回避しつつ、コイル線材束５０同士の編込みを行うことができる。

また、ターン部３２は、コイル線材３０の軸線Ｌに対して、一端側が厚み方向の一方側へ変位し、他端側が厚み方向の他方側へ変位して傾斜状に変形している。これにより、コイル線材束５０の全体形状が螺旋状になるのを回避することができる。そのため、コイル線材束５０同士の編込みを行う際に、編込み動作が一つの平面上で行われるようになるため、コイル線材束５０の姿勢を変化させる必要がなくなり、編込みを容易に行うことができる。

また、コイル線材束５０において、ターン部３２は、捻れ部３３を中心にして捻れ方向へ傾斜するように変形していることから、各ターン部３２の傾斜方向を同一方向に揃えることができるため、各ターン部３２を容易に整列させることができる。

（Ａ）は本発明の一実施形態の方法によって製造されるコイル組立体を適用した回転電機の固定子の外観を示す斜視図であり、（Ｂ）はその固定子を側方から見た図である。 固定子の一部分を拡大して示す斜視図である。 コイル組立体の外観を示す斜視図である。 コイル組立体のコイルエンド部を示す正面図である。 （Ａ）は、実施形態のコイル線材の一部の正面図であり、（Ｂ）はその平面図であり、（Ｃ）はその側面図である。 （Ａ）は、実施形態のコイル線材の一部を拡大した平面図であり、（Ｂ）はその平面図であり、（Ｃ）はその側面図である。 実施形態のコイル線材の断面図である。 （Ａ）は、６本のコイル線材が束ねられたコイル線材束の一部の平面図であり、（Ｂ）はその正面図である。 従来のコイル線材束の正面図である。

符号の説明

１２…固定子コア １４、１５…スロット
２０…コイル組立体 ３０…コイル線材
３１…スロット収容部 ３２…ターン部
３３…捻り部 ３４、３５、３６…クランク部
３７…導体 ３８…内層
３９…外層 ５０…コイル線材束

Claims (6)

1. 複数のコイル線材を互いに編み込んでなる回転電機のコイル組立体用のコイル線材であって、
   直線状に形成されて並列状に配置された複数のスロット収容部と、隣り合う前記スロット収容部の一端部同士及び他端部同士を交互にそれぞれ接続する複数のターン部とを有する複数の前記コイル線材が、それぞれ対応する前記ターン部同士が軸線方向にずれて交差した状態で束ねられた状態において、各前記ターン部の部分が厚み方向に傾斜するように変形させられていることを特徴とする回転電機のコイル組立体用のコイル線材。
2. 前記ターン部は、前記コイル線材の軸線に対して、一端側が厚み方向の一方側へ変位し、他端側が厚み方向の他方側へ変位して傾斜状に変形している請求項１に記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材。
3. 前記ターン部の変形は、単体の前記コイル線材に対して、又は複数の前記コイル線材が束ねられた状態で施されている請求項１又は２に記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材。
4. 前記ターン部は、階段状に形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材。
5. 前記ターン部は、中央部に厚み方向へ捻れた捻れ部を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材。
6. 前記ターン部は、前記捻れ部を中心にして捻れ方向へ傾斜するように変形している請求項５に記載の回転電機のコイル組立体用のコイル線材。

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