JP2013121210A - 回転電機の巻線コイル製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】段落ちを防止して所望のコイル形状が精度良く得られるコイルの製造方法を提供する。
【解決手段】導線１０を、ステータコア２００に装着される状態でのターン数である第１のターン数に対して、少なくとも１ターン以上の第２のターン数だけ余分に巻くコイル形成工程と、コイル１をプレス加工することにより巻線コイル１００を形成するプレス工程と、プレス加工後に巻線コイル１００から第２のターン数分の導線１０をほどくアンコイル工程とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に用いるコイルの製造方法に関する。

回転電機に用いる巻線コイルの製造方法として、特許文献１には、銅線を小判形に巻き回し、コイルエンドとなる部分をプレス加工により変形させる方法が開示されている。この方法では、小判形断面を有するボビンに銅線を所定ターン数だけ巻き付けて小判形の巻線を成形し、この巻線をボビンから抜いて金型にセットし、小判形の面（コイル面）に対して垂直方向及び水平方向にプレス加工を施す。これにより、コイルエンドで異相または同相のコイル同士が干渉することなく重なり合う分布巻用のコイルが得られる。

特許第４２３４７４９号

しかしながら、巻線が例えばα巻方式で２層に巻かれている場合には、外周側の締め付けが弱いので、プレス加工時に上層の外周側の銅線が下層に落ちる、いわゆる段落ちが発生するおそれがある。段落ちした部分は金型形状に沿った形状に変形しないので、所望のコイルエンド形状が得られなくなる。

そこで、本発明では所望のコイル形状が精度良く得られるコイルの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の回転電機の巻線コイル製造方法は、導線を、ステータコアに装着する状態でのターン数である第１のターン数に対して、少なくとも１ターン以上である第２のターン数だけ余分に巻くコイル形成工程を備える。さらに、コイルをプレス加工することにより巻線コイルを形成するプレス工程と、プレス加工後に巻線コイルから第２のターン数分の導線をほどくアンコイル工程とを備える。

本発明によれば、プレス加工時にコイル最外周で段落ちが生じたとしても、段落ちするのは第２のターン数に相当する部分、つまり、余分に巻いた部分である。つまり、第１のターン数部分については段落ちを防止し、所望のコイル形状が精度良く得られる。

（Ａ）はプレス加工前のコイルの正面図、（Ｂ）は同じく側面図である。 （Ａ）は実用ターン数だけ巻いたコイルの正面図、（Ｂ）は同じく側面図である。 （Ａ）は、コイルを第１プレス加工機にセットした状態を示す側面図、（Ｂ）はプレス加工後のコイルの側面図である。 より精度良く段落ちを防止するための方法を示す図である。 （Ａ）は、第１プレス加工機で加工した後のコイルを第２プレス加工機にセットした状態を示す上面図、（Ｂ）はプレス加工後のコイル１の上面図である。 （Ａ）は第２プレス加工機での加工後に余分ターン部分を解いた状態を示す図、（Ｂ）はほどいた部分の絶縁養生の例を示す図である。 ほどいた部分を渡り線として利用する一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１から図６は本実施形態の巻線コイル１００の製造過程を示す図である。以下、各図に沿って説明する。本実施形態の巻線コイル１００は、回転電機のステータコアに装着されるものである。

図１（Ａ）は巻線コイル１００のプレス加工前の状態（以下、これを「コイル１」という。）の正面図、図１（Ｂ）は同じく側面図である。コイル１は導線１０をα巻方式で２層に巻いたものである。引き出し線２、３の取り出し位置は、両側エンド部に振り分けられている。また、コイル１は整列巻であり、コイル１を構成する導線１０は整列している。上記のように巻くことによって、スロット内部での巻線占積率が向上する。導線１０は、例えば、エナメル樹脂等で被覆された、断面形状が略矩形形状の銅製の角線である。角線を用いることで、さらにスロット内部での巻線占積率を向上させることができる。導線１０を図１（Ａ）の形状に巻く方法は、例えばボビンに巻き付ける等、公知の方法を用いる。なお、図１（Ａ）では６角形に巻いているが、これに限られるわけではない。

図２（Ａ）は、導線１０を実用ターン数だけ巻いた状態のコイル１の正面図、図２（Ｂ）は同じく側面図である。実用ターン数は、巻き線コイルを装着するステータコアの大きさや、回転電機の容量等に応じて定まる。

図１（Ａ）と図２（Ａ）を比較するとわかるように、図１（Ａ）のコイル１は実用ターン数より１ターン多く巻かれている。コイル１はα巻方式であり導線１０の両端が引き出し線２、３となるので、両端をそれぞれ余分に巻く。つまり、上層と下層のいずれも余分に巻かれる。余分に巻かれた導線１０については後述する。なお、１ターン以上多く巻いても構わない。

図３（Ａ）は、コイル１を第１プレス加工機２０にセットした状態を示す側面図、図３（Ｂ）はプレス加工後のコイル１の側面図である。なお、図３（Ａ）では省略しているが、コイル１は治具によってプレス加工機２０に対して固定されている。

第１プレス加工機２０は、上層側から押圧する第１金型２０Ａと下層側から押圧する第２金型２０Ｂで、コイル１をコイル面１Ａに対して垂直方向から挟み込むことによって、コイル１にクランク部３０を形成するものである。

ところで、コイル１を構成する導線１０は、その外周側の導線１０に締め付けられており、外周側になるほど締め付ける力が小さくなる。特に最外周ターンでは、その外周に導線１０がないので、プレス加工による変形時に外周方向にずれ易い。例えば、図１に示すような２層に巻かれたコイル１を第１プレス加工機２０で加工する場合を考える。この場合、第１金型２０Ａと第２金型２０Ｂのクリアランスは、２層分の厚さを基に設定されているので、変形途中で最外周ターンの導線１０が外周方向にずれると、ずれた部分は一方の金型に押圧されて曲がるだけで、設定通りのプレス圧力がかからない。これが、いわゆる段落ちと呼ばれる現象である。段落ちが生じると、所望の形状が得られなくなるという問題がある。そして、段落ちは、締め付けの弱い最外周ターンで特に発生し易い。

そこで本実施形態では、図１（Ａ）に示すように実用ターン数より少なくとも１ターン以上余分に巻いたコイル１を、第１プレス加工機２０によってプレス加工する。これにより、プレス加工中は実用ターンの最外周部分は実用ターン数より余分に巻いた部分により締め付けられた状態となるので、最外周ターンで段落ちが生じても、実用ターン部分での段落ちは防止できる。なお、余分に巻いた最外周ターン部分は、後述するようにステータコアに装着する前にほどくので、所望の形状に変形していなくても問題はない。

図４は、より精度良くプレス加工時における実用ターン部分の段落ちを防止するための方法を示す図であり、コイル１を第２金型２０Ｂにセットした状態の上面図である。

コイル１は、引き出し線２、３がコイル１の長手方向で互いに反対向きに引き出されている点で図１（Ａ）と異なる。このように引き出した引き出し線２、３を、互いに反対向きに引きながらプレス加工を施す。引き出し線２、３を互いに反対方向に引くことで、コイル１を締め付ける力が強くなり、特に最外周ターンの締め付け力が大きくなるので、段落ちを抑制する効果が得られる。

図５（Ａ）は、第１プレス加工機２０で加工した後のコイル１を第２プレス加工機５０にセットした状態を示す上面図、図５（Ｂ）はプレス加工後のコイル１の上面図である。なお、図５（Ａ）では省略しているが、コイル１は治具によって第２プレス加工機５０に対して固定されている。

第２プレス加工機５０は、コイル１をセットする中央金型５０Ｃと、コイル面に対して平行な方向から押圧する側方金型５０Ａ、５０Ｂで、コイル１を挟み込むことによって、コイル１の短辺、つまりコイルエンドとなる部分にクランク部５１を形成するものである。なお、この加工も実用ターン数より余分に巻いた状態で行う。このプレス加工により、巻線コイル１００が形成される。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、第２プレス加工機５０での加工終了後の処理を説明するための図である。

第２プレス加工機５０によるプレス加工が終了したら、図６（Ａ）に示すように実用ターン数より余分に巻いた分をほどく。

そして、図６（Ｂ）に示すように、ほどいた部分をガラスチューブ７０等で絶縁養生する。ほどいた部分は、プレス加工時に最外周部分に位置しており、特に第２プレス加工機５０による加工時には金型５０Ａ、金型５０Ｂと接触した状態で変形するので、エナメル樹脂の被膜が損傷しているおそれがある。そこで、絶縁養生をすることで、後述するように渡り線等として利用する際の絶縁信頼性を確保する。渡り線等として利用する場合には、コイル部分に比べて空間的な余裕があるので、このようなプレス加工後の養生が可能である。

上述した工程により巻線コイル１００が得られたら、回転電機のステータコアに装着する。ほどいた部分は、巻線コイル１００同士及び巻線コイル１００と中性線とを電気的に接続するための渡り線として利用する。つまり、一般的な回転電機では、コイルから引き出された引き出し線２、３が別途設けられた渡り線に接続される構成となっているが、本実施形態では外周側をほどくことで一般的な巻線コイル１００より長くなる引き出し線２、３を渡り線として利用する。余分に巻く長さによっては、渡り線としての長さが不足することも生じ得るが、その場合には一般的な構成における渡り線を不足する分だけ設ければよい。また、余分に巻く長さを、渡り線として必要な長さとして決定してもよい。

図７は、ほどいた部分を渡り線として利用する場合の一例を示す図である。図７の回転電機Ｍは、スロット数が２０、相数が５である。

ステータコア２００に装着した巻線コイル１００を、１００Ｕ１、１００Ｖ１、１００Ｗ１、１００Ｒ１、１００Ｓ１、・・・１００Ｕ４、１００Ｖ４、１００Ｗ４、１００Ｒ４、１００Ｓ４とする。

コイル１００Ｕ１のほどいた部分の一方である渡り線２Ｕ１は、コイル１００Ｕ２のほどいた部分である渡り線２Ｕ２と接続される。また、コイル１００Ｕ１のほどいた部分の他方である渡り線３Ｕ１及びコイル１００Ｕ２のほどいた部分の他方である渡り線３Ｕ２は中性線３００に接続される。各接続は、溶接やカシメ等を適用できる。

コイル１００Ｕ３とコイル１００Ｕ４についても同様に、渡り線２Ｕ３と渡り線２Ｕ４は両コイルを直列に接続し、渡り線３Ｕ３と渡り線３Ｕ４はそれぞれ中性線３００に接続される。また、Ｖ、Ｗ、Ｒ、Ｓ相についても同様である。

このように、ほどいた部分を廃棄することなく渡り線として利用することにより、コスト増大を招くことなく段落ちを防止することができる。

本実施形態の効果をまとめると次のようになる。
（１）導線１０をステータコア２００に装着される状態でのターン数である第１のターン数（実用ターン数）に対して、少なくとも１以上の第２のターン数だけ余分に巻いたコイル１を作製する。このコイル１をプレス加工し、加工後に第２のターン数分の導線１０をほどくので、プレス加工時に段落ちが生じても、実用ターン数の部分は所望の形状に成形できる。
（２）プレス加工がコイル面に対して垂直方向に変形させる加工である場合に、最外周ターンでの段落ちが生じやすいが、上記のように第２のターン数だけ余分に巻いておくことで、実用ターン数の部分は所望の形状に形成できる。
（３）コイル１の両端は引き出し線２、３として互いにコイル１の長手方向反対向きに引き出され、プレス工程で引き出し線２、３を互いに反対方向へ引っ張りながらプレス加工を行なうので、コイル１を締め付ける力が強くなり、特に最外周ターンにも締め付け力が作用する。その結果、段落ちを抑制することができる。
（４）ほどいた導線１０を渡り線として利用するので、第２のターン数分の導線１０を廃棄する必要がない。
（５）ほどいた導線１をガラスチューブ７０等の絶縁素材で覆うので、ほどいた部分の被膜がプレス加工時に損傷したとしても、絶縁性を確保できる。
（６）コイル１はα巻方式で巻くので、引き出し線２、３がコイル最外周に形成される。これにより、第２のターン数だけ余分に巻いたときにコイル全体が均等に締め付けられ、品質が安定する。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ コイル
２ 引き出し線
３ 引き出し線
１０ 導線
２０ 第１プレス加工機
３０ クランク部
５０ 第２プレス加工機
７０ ガラスチューブ
１００ 巻線コイル
２００ ステータコア
３００ 中性線

Claims (6)

1. 導線を、ステータコアに装着する状態でのターン数である第１のターン数に対して、少なくとも１ターン以上である第２のターン数だけ余分に巻くコイル形成工程と、
   前記コイルをプレス加工することにより巻線コイルを形成するプレス工程と、
   前記プレス加工後に前記巻線コイルから前記第２のターン数分の導線をほどくアンコイル工程と、
   を備えることを特徴とする回転電機の巻線コイル製造方法。
2. 前記プレス加工がコイル面に対して垂直方向に変形させる加工である請求項１に記載の回転電機の巻線コイル製造方法。
3. 前記コイルの両端は引き出し線として互いに前記コイルの長手方向反対向きに引き出され、前記プレス工程で前記引き出し線を互いに反対方向へ引っ張りながらプレス加工を行なう請求項２に記載の回転電機の巻線コイル製造方法。
4. 前記第２のターン数は、ほどいた導線を渡り線として利用し得るターン数である請求項１から３のいずれかに記載の回転電機の巻線コイル製造方法。
5. 前記アンコイル工程でほどいた導線を絶縁素材で覆う絶縁養生工程をさらに備える請求項４に記載の回転電機の巻線コイル製造方法。
6. 前記コイル形成工程は、α巻方式で導線を巻く請求項１から５に記載の回転電機の巻線コイル製造方法。

Images