JP2015204749A - コイル製造装置および回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】巻枠を細かくばらすことができ、折り目を付けた導体線を傷つけることなく取り出すことが可能であり、また、階段型プレートの取り付け位置や階段型プレートの形状・寸法・数を変えることで、辺の長さや角度の異なる多角形コイルを作成できるコイル製造装置を得ること。【解決手段】導体線を多角形コイルとして成形するコイル製造装置であって、第１押さえプレート１ａと第２押さえプレート１ｂとの間に挟み込まれ、多角形コイルの角部に対応する位置に配置された複数の角部成形プレート２と、を備え、角部成形プレート２の少なくとも１つは、第１押さえプレート１ａ側から第２押さえプレート１ｂ側に向かうにしたがって、多角形コイルの中心側に近づく階段形状が形成された階段型プレートであり、導体線を階段形状部分に引っかけながら角部形成プレート２で折り曲げることで多角形コイルが作成される。【選択図】図５

Description

本発明は、コイル製造装置および回転電機に関する。

現在、資源高騰の影響や国際的な地球温暖化防止の動きを背景に、二酸化炭素の発生源であるエネルギー使用量の抑制に対する意識が高まりつつある。中でも、世界総発電量の約４０％を消費する回転電機が注目されており、その効率改善が急務になっている。

回転電機の効率を改善するために、固定子巻線のスロット内の占積率向上や、コイルエンド部の高さを低減するなどの取り組みがなされている。このような固定子巻線を作るには、固定子コアに導体線を直接巻回していくよりも、導体線を予め巻回したコイルを複数個作成し、スロットに挿入した後に結線していく方法が、コイルの形状を任意に作成できるため適している。

導体線を予め巻回したコイルを作成しておくという方法は、これまでも多く出願されているが、その多くは巻枠に導体線を巻きつけていくものである（例えば特許文献１から３を参照）。

特開平１１−９８７４０号公報 特開２００２−３５９９５２号公報 特開昭６３−２６２０４６号公報

しかしながら、上記従来の方法では、異なる形状・寸法のコイルごとに巻枠を準備する必要があり、製造コストが増加してしまうという問題があった。また、複雑な形状のコイルを作った場合に、巻枠に巻きつけた導体線を取り外しにくいという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、巻枠を細かくばらすことができ、折り目を付けた導体線を傷つけることなく取り出すことが可能であり、また、階段型プレートの取り付け位置や階段型プレートの形状・寸法・数を変えることで、辺の長さや角度の異なる多角形コイルを作成できるコイル製造装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、導体線を多角形コイルとして成形するコイル製造装置であって、第１押さえプレートと、第１押さえプレートと対向する第２押さえプレートと、第１押さえプレートと第２押さえプレートとの間に挟み込まれ、多角形コイルの角部に対応する位置に配置された板状形状を呈する複数の角部成形プレートと、を備え、第１押さえプレートと第２押さえプレートと角部成形プレートとは分解可能であり、角部成形プレートの少なくとも１つは、第１押さえプレート側から第２押さえプレート側に向かうにしたがって、多角形コイルの中心側に近づく階段形状が形成された階段型プレートであり、導体線を階段形状部分に引っかけながら角部形成プレートで折り曲げることで多角形コイルが作成され、角部形成プレートのうち、導体線が引っかけられる辺から延びる面は平面で構成されることを特徴とする。

本発明にかかるコイル製造装置は、巻枠を細かくばらすことができ、折り目を付けた導体線を傷つけることなく取り出すことが可能であり、また、階段型プレートの取り付け位置や階段型プレートの形状・寸法・数を変えることで、辺の長さや角度の異なる多角形コイルを作成できるという効果を奏する。

回転電機の固定子の構成図 固定子鉄心に組み込まれるコイル（多角形コイル）の一例を示す図 図２に示すＡ−Ａ’断面図 図２に示すＢ−Ｂ’断面図 巻枠の概略構成を示す斜視図 押さえプレートの詳細図 階段型プレートの詳細図 巻枠に導体線を巻きつけて、コイルを成形する手順を示す図 階段部分に導体線を引っかけている様子を拡大した図 固定子鉄心に組み込まれるコイルの一例を示す図 図１０に示すＡ−Ａ’断面図 図１０に示すＢ−Ｂ’断面図 巻枠の概略構成を示す斜視図 巻枠を構成している階段型プレートの詳細図 巻枠に導体線を巻きつけて、コイルを成形する手順を示す図 コイルの１つの折り目部分を示す図 図１６に示すＡ−Ａ’断面図 図１６に示すＢ−Ｂ’断面図 図１６の折り目を形成するために使われる階段型プレートの拡大図 図１９に示すＡ−Ａ’断面図 図１９に示すＢ−Ｂ’断面図 導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更しているコイルの構成図 配列変更しているコイルの１つの折り曲げ部分の一例を示す図 図２３に示すＡ−Ａ’断面図 図２３に示すＢ−Ｂ’断面図 図２３で示した折り目を形成するために使われる階段型プレートの拡大図 図２６に示すＡ−Ａ’断面図 図２６に示すＢ−Ｂ’断面図 階段型プレートを用いた巻枠の概略構成を示す斜視図 配列変更しているコイルの１つの折り曲げ部分の別の一例を示す図 図３０に示すＡ−Ａ’断面図 図３０に示すＢ−Ｂ’断面図 折り曲げ部分を形成するために使われる階段型プレートの拡大図 図３３に示すＡ−Ａ’断面図 図３３に示すＢ−Ｂ’断面図 配列変更しているコイルの１つの折り曲げ部分の別の一例を示す図 図３６に示すＡ−Ａ’断面図 図３６に示すＢ−Ｂ’断面図 折り曲げ部分を形成するために使われる階段型プレートの拡大図 図３９に示すＡ−Ａ’断面図 図３９に示すＢ−Ｂ’断面図 導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更し、さらにコイルエンド部の頂点を導体線の１巻回ごとに横にずらしたコイルの構成図 図４２に示すコイルを成形するための巻枠構成を示す図 巻枠を構成している斜め型プレートの詳細図 巻枠を構成している斜め型プレートの詳細図 巻枠に導体線を巻きつけて、コイルを成形する手順を示す図 コイルエンドの頂点部分を示した図であり、成形したコイルを真上から見た状態を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるコイル製造装置および回転電機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、回転電機の固定子の構成図である。図１では、毎極毎相のスロット数＝２（４極２４スロット）の例を示しており、同相のコイルが２スロットごとに組み込まれている。回転電機の固定子６０は、固定子鉄心６１と固定子巻線６２を備える。固定子巻線６２は、絶縁紙などで周囲が保護されて、スロット６３に挿入されている。固定子巻線６２は、導体線の束として予め形成されたコイルが、スロット内部に１もしくは複数配置され、コイルの端末が溶接などの方法で接続されることによって形成されている。以下の実施の形態１〜３では、このような固定子巻線６２に用いられる多角形コイルの製造装置について、詳述する。

なお、固定子６０の内部には、永久磁石型ロータ（図示せず）や銅などでできたかご型ロータ（図示せず）などが組みつけられ、永久磁石型回転電機や誘導型回転電機として動作する。

実施の形態１．
図２は、固定子鉄心に組み込まれるコイル（多角形コイル）の一例を示す図である。図３は、図２に示すＡ−Ａ’断面図である。図４は、図２に示すＢ−Ｂ’断面図である。コイル１０１は、導体線１００が複数回巻回された束として成形されている。図２に示すコイル１０１は、導体線１００が６回巻かれた六角形形状のものである。コイル１０１は、スロット６３の内部に組み込まれる部分（Ａ−Ａ’断面）も、スロット６３の外部に突出する部分（コイルエンド部）（Ｂ−Ｂ’断面）も、６本の導体線１００がコイル１０１の径方向（横方向）に１列に並んでいる。

図５は、巻枠の概略構成を示す斜視図である。巻枠２００は、図２に示すコイル１０１を成形する製造装置に用いられる。巻枠２００は、互いに対向する第１押さえプレート１ａと第２押さえプレート１ｂとの間に複数枚（図５では６枚）の階段型プレート（角部成形プレート）２を挟み込んだ構成となっている。また、押さえプレート１ａ，１ｂの間には、複数本のスペーサ３が入っている。これらをねじ４で止めることで、巻枠２００全体を固定している。コイル１０１を成形するときは、導体線１００を階段型プレート２に引っかけながら巻き付けて角部を成形する。６枚の階段型プレート２が設けられた巻枠２００では、六角形のコイル１０１を成形することができる。

図６は、押さえプレート１ａ，１ｂの詳細図である。押さえプレート１ａ，１ｂには、階段型プレート２を取り付けるための複数の長穴１１が設けられている。また、押さえプレート１ａ，１ｂとスペーサ３とを接続するためのねじ止め用穴１２や、実際に巻線作業をするときに巻枠２００全体を回転させる目的の中心穴１３が形成されている。

図７は、階段型プレート２の詳細図である。階段型プレート２は、はめ込み部分２１と階段部分２２から構成されている。はめ込み部分２１は、前述した押さえプレート１の長穴１１に差しこまれる部分である。階段部分２２は、第１押さえプレート１ａ側から第２押さえプレート１ｂ側に向かうにしたがって、中心穴１３に近づく（コイル１０１の中心側に近づく）階段形状を呈している。コイル１０１を成形するときは、導体線１００を階段部分２２に１段ずつ引っかけながら作業を進めていく。図７に示す階段型プレート２の階段部分２２は、６段となっているので、６ターンのコイル１０１を成形することができる。

図８は、巻枠に導体線を巻きつけて、コイルを成形する手順を示す図である。図９は、階段部分２２に導体線１００を引っかけている様子を拡大した図である。階段型プレート２の階段部分２２のうち、最も第１押さえプレート１ａ側となる段、または最も第２押さえプレート１ｂ側となる段から導体線１００を巻きつけていく。導体線１００を１周巻回するごとに１段ずらして階段部分２２に引っかけていく作業を繰り返す。このとき、中心穴１３に回転軸１５を通し、巻枠２００全体を回転させることで、巻線作業の作業効率が向上する。

階段部分２２のすべての段に導体線１００を巻きつけたあとに、巻枠２００から導体線１００を取り外すために、ねじ４を外して巻枠２００を分解する。巻枠２００を分解することで、階段型プレート２を中心穴１３方向に移動させて、導体線１００から離間させて導体線１００を取り出すことができる。したがって、巻枠２００に巻き付けられた導体線１００を取り出す際に、導体線１００に傷がつきにくくなる。その後、取り出した導体線１００を平面上に置き、整列させると、図２に示す六角形形状のコイル１０１を得ることができる。

また、別の事例としてのコイルを図１０に示す。図１０は、固定子鉄心に組み込まれるコイル１０２の一例を示す図である。図１１は、図１０に示すＡ−Ａ’断面図である。図１２は、図１０に示すＢ−Ｂ’断面図である。コイル１０１は、導体線１００が複数回巻回された束として成形されている。図１０に示すコイル１０２は、導体線１００が複数回巻回された束として成形されている。コイル１０２は、導体線１００が６回巻かれた六角形形状が２段積みになっている。スロット内部に組み込まれる部分（Ａ−Ａ’断面）も、コイルエンド部分（Ｂ−Ｂ’断面）も、導体線１００は横方向に６本×コイル１０２の径方向および周方向に垂直な方向（縦方向）に２段に並んでいる。

図１３は、巻枠２０１の概略構成を示す斜視図である。巻枠２０１は、図１０に示すコイル１０２を成形する製造装置に用いられる。巻枠２０１は、押さえプレート１ａ，１ｂが複数枚（図１３では６枚）の階段型プレート５を挟み込んだ構成となっている。それ以外の部分は、図５と同様であるため、詳細な説明を省略する。

図１４は、巻枠２０１を構成している階段型プレート５の詳細図である。階段型プレート５は、はめ込み部分５１と階段部分５２，５３を有する。はめ込み部分５１は、前述した押さえプレート１ａ，１ｂの長穴１１に差し込まれる部分である。階段部分５２は、第１押さえプレート１ａ側から第２押さえプレート１ｂ側に向かうにしたがって、中心穴１３に近づく（コイル１０２の中心側に近づく）階段形状を呈している。階段部分５３は、第１押さえプレート１ａ側から第２押さえプレート１ｂ側に向かうにしたがって、中心穴１３から離れる（コイル１０２の外周側に近づく）階段形状を呈している。コイル１０２を成形するときは、導体線１００を階段部分５２，５３に引っかけながら作業を進めていく。階段型プレート５の階段部分５２，５３は全部で１２段あるので、１２ターンのコイルを成形することができる。

図１５は、巻枠２０１に導体線１００を巻きつけて、コイル１０２を成形する手順を示す図である。階段型プレート５の階段部分５２，５３のうち、最も第１押さえプレート１ａ側となる段、または最も第２押さえプレート１ｂ側となる段から導体線１００を巻きつけていく。導体線１００を１周巻回するごとに１段ずらして階段部分５２，５３に引っかけていく作業を繰り返す。このとき、中心穴１３に回転軸１５を通し、巻枠２０１全体を回転させることで、巻線作業の作業効率が向上する。すべての段に導体線１００を巻きつけたあとは、ねじを外して巻枠２０１を分解し、導体線１００を取り出す。取り出した導体線１００を平面上に置き、整列させることで、図１０の形状のコイル１０２を得ることができる。この階段型プレート５は、６段ずつ上下対称になっているので、取り出した導体線１００において、前半６ターンと後半６ターンとで導体線１００がきれいに重なる。この導体線１００を整列させることで、導体線１００が横方向に６本×縦方向に２段に並んだコイル１０２を得ることが可能になる。

このような巻枠２００，２０１を用いると、例えばコイル１０１，１０２の寸法を変えたいときは、押さえプレート１ａ，１ｂの長穴１１の位置を変えるだけで、辺の長さや角度を自由に変えたコイルを作ることが可能になる。また、長穴１１の数を増やして、取り付ける階段型プレート２，５の枚数を増やせば、六角形だけでなく任意の多角形コイルを作成することができる。また、階段型プレート２，５の段数を増やすことで、コイルのターン数を増やすことが可能である。階段型プレート５のように、階段の形状をコイルの径方向に対して往復させることで、コイルの段数も自由に増やすことが可能になる。

ここで、導体線１００に折り目を付け、正確な形状のコイルを得るための階段型プレートの寸法について説明しておく。図１６は、コイル１０１の１つの折り目部分を示す図である。図１７は、図１６に示すＡ−Ａ’断面図である。図１８は、図１６に示すＢ−Ｂ’断面図である。図１９は、図１６の折り目を形成するために使われる階段型プレート２の拡大図である。図２０は、図１９に示すＡ−Ａ’断面図である。図２１は、図１９に示すＢ−Ｂ’断面図である。

図１６に示すコイル１０１は、Ａ−Ａ’断面においても、Ｂ−Ｂ’断面においても、６本の導体線が横１列に並んだ状態を保っている。コイル１０１を構成する導体線１００を、内側から順に導体線１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆとした場合、それぞれの導体線１００ａ〜１００ｆを折り曲げる位置は、折り曲げ位置２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆとなる。なお、導体線１００ａ〜１００ｆの線径をΦ、コイルの折れ曲がりの角度（多角形コイルの内側の角度）をθ[°]とする。

図１９において、階段型プレート２の厚さをｔ、階段部分の１段の高さをｈ、階段部分の１段の幅をｗとする。なお図１６は、図１９に示す階段型プレート２を上方向（図中Ｃ）から見た図としている。実際の導体線１００ａ〜１００ｆは、線径Φの幅を持っているが、図１９においては、折り曲げる位置を明確に説明するために、導体線１００ａ〜１００ｆの内側だけをそれぞれ導体線１００ａ’〜１００ｆ’として記載している。

まず、厚さｔに関しては、任意の厚さで良い。ただし、階段型プレート２に導体線１００を引っかけて折り目を付けるので、厚すぎると曲げ部分のエッジが付けにくくなり、正確な寸法のコイルが作りにくくなる。階段型プレート２の強度を保つ範囲内で、できるだけ薄いほうが好ましい。

次に、高さｈに関しては、導体線１００を引っかけるという観点から、少なくとも線径Φの半分以上は必要と考える。しかし、高さｈが大きすぎると、成形した時のコイルが高さ方向に大きくなり、コイルを巻き終わった後、平面上に整列させたとき、寸法誤差が大きくなってしまう。したがって、高さｈは、線径Φと同程度にしておくことが好ましい。

最後に、幅ｗであるが、導体線１００ａ〜１００ｆのそれぞれの折り曲げ位置２５ａ〜２５ｆに対応させるため、正確な寸法が必要になる。つまり、幅ｗの大きさは、折り曲げ位置２５ａ〜２５ｆの間隔に一致するよう、数式（１）のように与えられる。
ｗ＝Φ／ｃｏｓ（（１８０−θ）／２） （１）

成形する多角形コイルのそれぞれの角度が異なっている場合でも、階段型プレート２の寸法を、数式（１）に基づいてそれぞれ製作し、それらを組み合わせた巻枠にすればよい。つまり、図５や図１３では、同一の階段型プレート２，５を用いた説明としているが、おのおのの階段型プレート２，５の寸法を変えることで、正六角形ではない六角形形状のコイルも成形可能である。

以上、実施の形態１について説明したが、巻枠２００，２０１を細かくばらせることにより、折り目を付けた導体線１００を傷つけることなく取り出すことができ、任意の形状のコイルを成形することができる。また、階段型プレート２，５の取り付け位置や階段型プレート２，５の形状・寸法を変えるだけで、辺の長さや角度を自由に変えることが可能である。また、階段型プレート２，５の数を変えることで、多角形コイルの頂点の数を任意に変更することが可能である。

実施の形態２．
実施の形態１では、任意の形状の多角形コイルを作成するための巻枠について説明した。実施の形態２では、導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更することで、コイルエンドの高さを低く抑えることのできる巻枠について説明する。

分布巻の回転電機において、コイルエンド部の高さを低くする目的で、導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更し（配列変更部）、導体線をコイルエンド部で固定子鉄心の径方向に配置変換する（通過領域変更部）場合がある。コイルエンド部において固定子巻線が他の相の固定子巻線と干渉しにくくなり、コイルエンドの高さを低くできる。

図２２は、導体線７０をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更しているコイル７１の構成図である。コイル７１は、近接する同相にコイルを挿入する重ね巻きとして、固定子鉄心のスロットに挿入される。コイル７１は導体線７０の束として形成されるが、図２２ではスロット内部で２段（固定子鉄心６１の径方向）×８本（固定子鉄心６１の周方向）の導体線から構成されている。なお、径方向の数および周方向の数は、任意で決定すればよい。

コイル７１は、スロット内部から先のコイルエンド部で、巻線配列の変更を行っている（配列変更部７２ａ）。これによりスロット内部で２段（固定子鉄心６１の径方向）×８本分（固定子鉄心６１の周方向）であった導体線７０の束は、コイルエンド部で１段（固定子鉄心の径方向）×１６本（固定子鉄心の周方向）に整列される。

また、このときに、所定の角度（図２２では１２０°）で折り曲げられている。このようにコイルエンド部において、コイルを平たくすることによって、他の相の固定子巻線と干渉しないようにできる。またコイルエンド部の頂点部分７３でも、コイルは所定の角度（図２２では１２０°）で折り曲げられている。

その後、再びコイルエンド部からスロット内部に戻るときに、巻線配列の変更が行なわれている（配列変更部７２ｂ）。これによりコイルエンド部で１段（固定子鉄心６１の径方向）×１６本（固定子鉄心６１の周方向）であった導体線７０の束は、スロット内部で２段（固定子鉄心６１の径方向）×８本（固定子鉄心６１の周方向）に整列される。

また、このときにも、所定の角度（図２２では１２０°）で折り曲げられている。以上のようにすることで、コイルエンド部のコイル形状は略三角形状になっている。また、説明は省略するが、コイル７１の下半分も同じように構成されているので、全体として略六角形状となっている。

このようなコイル７１が複数個、図１における固定子鉄心６１のスロット６３に挿入され、回転電機が構成されている。導体線７０をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更することで、コイルエンド部の高さを低く抑えることが可能である。

図２３は、配列変更しているコイルの１つの折り曲げ部分の一例を示す図である。図２４は、図２３に示すＡ−Ａ’断面図である。図２５は、図２３に示すＢ−Ｂ’断面図である。図２３は、成形したコイル７０を真上から見た図である。Ａ−Ａ’断面では、３本の導体線が縦に積まれている。この部分はスロット内部に格納される。Ｂ−Ｂ’断面では、配列変更されたことにより、３本の導体線が横に並んでいる。この部分はコイルエンド部に位置する部分である。

コイルの最内周を通る導体線１１０ａは、折り曲げ位置３１ａで折り曲げられ、同様に導体線１１０ｂは折り曲げ位置３１ｂ、導体線１１０ｃは折り曲げ位置３１ｃの位置で折り曲げられている。導体線１１０ａ〜１１０ｃの線径をΦ、コイルの折れ曲がりの角度（多角形コイルの内側の角度）をθ１[°]とする。

図２６は、図２３で示した折り目を形成するために使われる階段型プレート４１の拡大図である。図２７は、図２６に示すＡ−Ａ’断面図である。図２８は、図２６に示すＢ−Ｂ’断面図である。図２３に示す配列変更をしたコイルは、図２６に示す階段型プレート４１を使用することで作成できる。階段型プレート４１の厚さをｔ１、階段部分の１段の高さをｈ１、階段部分の１段の幅をｗ１とする。なお、図２３は、図２６の階段型プレート４１を上方向（図中Ｃ）から見た図としている。導体線１１０ａ〜１１０ｃは、線径Φの幅を持っているが、図２６においては、折り曲げる位置を明確に説明するために、導体線１１０ａ〜１１０ｃの内側だけをそれぞれ導体線１１０ａ’〜１１０ｃ’として記載している。

まず、厚さｔ１に関しては、任意の厚さで良い。ただし、階段型プレート４１に導体線を引っかけて折り目を付けるので、厚すぎると曲げ部分のエッジが付けにくくなり、正確な寸法のコイルが作りにくくなる。階段型プレート４１の強度を保つ範囲内で、できるだけ薄いほうが好ましい。

次に、高さｈ１に関しては、導体線を引っかけるという観点から、少なくとも線径Φの半分以上は必要と考える。しかし高さｈを大きくしすぎると、成形した時のコイルが高さ方向に大きくなり、コイルを巻き終わった後、平面上に整列させたとき、寸法誤差が大きくなってしまう。したがって、高さｈは、線径Φと同程度にしておくことが好ましい。

最後に、幅ｗ１であるが、導体線１１０ａ〜１１０ｃのそれぞれの折り曲げ位置３１ａ〜３１ｃに対応させるため、正確な寸法が必要になる。つまり、幅ｗ１の大きさは、折り曲げ位置３１ａ〜３１ｃの間隔に一致するように数式（２）で与えられる。
ｗ１＝Φ／ｃｏｓ（θ１−９０） （２）

このように配列変更しているコイルにおいても、巻枠に導体線を巻きつけていき、１周巻回するごとに１段下の階段部分に引っかけていく作業を繰り返す。最下段まで導体線を巻きつけたあとは、ねじを外して巻枠を分解し、取り出した導体線を平面上に置き、整列させることで、図２３に示す折り曲げ部分を持ったコイルを得ることができる。

図２９は、階段型プレート４１を用いた巻枠の概略構成を示す斜視図である。図２３に示すように、階段型プレート４１の手前で導体線１１０ａ〜１１０ｃの延びる方向と階段型プレート４１のプレート面とを平行にしている。そのため、配列の変更が行われる折り曲げ部分を形成する階段型プレート４１同士は、図２９に示すように、プレート面同士が平行となるように、巻枠２００に固定される。

図３０は、配列変更しているコイルの１つの折り曲げ部分を示した別の一例である。図３１は、図３０に示すＡ−Ａ’断面図である。図３２は、図３０に示すＢ−Ｂ’断面図である。図３０は、成形したコイルを真上から見た図である。Ａ−Ａ’断面は、２本の導体線が横に並んでいるものが、縦に３段積まれている状態である。この部分は、スロット内部に格納される。Ｂ−Ｂ’断面は、配列変更されたことにより、３本の導体線が横に並んでいるものが、縦に２段分積まれている状態である。この部分は、コイルエンド部に位置する部分である。

コイルの最内周を通る導体線１２０ａは、折り曲げ位置３２ａで折り曲げられ、同様に導体線１２０ｂは折り曲げ位置３２ｂで折り曲げられ、導体線１２０ｃは折り曲げ位置３２ｃで折り曲げられ、導体線１２０ｄは折り曲げ位置３２ｄで折り曲げられ、導体線１２０ｅは折り曲げ位置３２ｅで折り曲げられ、導体線１２０ｆは折り曲げ位置３２ｆの位置で折り曲げられている。導体線１２０ａ〜１２０ｆの線径をΦ、コイルの折れ曲がりの角度（多角形コイルの内側の角度）をθ２[°]とする。

図３３は、折り曲げ部分を形成するために使われる階段型プレートの拡大図である。図３４は、図３３に示すＡ−Ａ’断面図である。図３５は、図３３に示すＢ−Ｂ’断面図である。図３０に示す配列変更をしたコイルは、図３３に示すように、コイルの径方向の外側に向けて突出する突部４３が形成された階段型プレート４２を組み合わせて使うことで作成できる。階段型プレート４２の厚さをｔ２１、突部４３の厚さをｔ２２、階段部分の１段の高さ（突部４３同士の高さ方向のずれ）をｈ２１、階段形状部分と突部４３との高さ方向のずれをｈ２２、階段部分の１段の幅（コイルの周方向への突部４５同士のずれ）をｗ２１、階段形状部分のうち導体線を折り曲げる部分と、突部４３のうち導体線を折り曲げる部分とのコイルの周方向へのずれをｗ２２とする。

なお、図３０は、図３３の階段型プレート４２を上方向（図中Ｃ）から見た図としている。導体線１２０ａ〜１２０ｆは、線径Φの幅を持っているが、図３３においては、折り曲げる位置を明確に説明するために、導体線１２０ａ〜１２０ｆの内側だけをそれぞれ１２０ａ’〜１２０ｆ’として記載している。

厚さｔ２１に関しては、これまでの説明と同様で、階段型プレート４２，４３の強度を保つ範囲内で、できるだけ薄いことが好ましい。このケースの配列変更するコイルでは、突部４３の形成されていない階段型プレート４２だけでは、導体線に折り目が付けられる部分が限られてしまう。階段型プレート４２に突部４３を形成することにより、導体線に折り目が付けられる部分を増やしている。折り目を正確につけるため、厚さｔ２２は数式（３）で与えられる。
ｔ２２＝Φ （３）

次に、階段部分の高さｈ２１は、これまでの説明と同様で、導体線を引っかけるという観点から、線径Φと同程度にしておくことが好ましい。高さｈ２１は、線径Φの２倍程度にしておくのが良い。また、ずれｈ２２は、線径Φと同程度にしておくことが好ましい。

最後に、幅ｗ２１であるが、階段型プレート４２で付けられる折り曲げ位置３２ａ，３２ｃ，３２ｅの間隔、並びに突部４３で付けられる折り曲げ位置３２ｂ，３２ｄ，３２ｆの間隔と同じ寸法にしておく必要がある。したがって、数式（４）で与えられる。
ｗ２１＝Φ／ｃｏｓ（θ２−９０） （４）

また、ずれｗ２２は、数式（５）で与えられる。
ｗ２２＝Φ／ｔａｎ（θ２−９０） （５）

このような配列変更しているコイルにおいても、巻枠に導体線を巻きつけていき、１周巻回するごとに１段下の階段部分に引っかけていく作業を繰り返す。階段型プレート４２に突部４３を形成することで、折り目の位置を１巻回ごとに容易にずらすことが可能である。最下段まで導体線を巻きつけたあとは、ねじを外して巻枠を分解し、取り出した導体線を平面上に置き、整列させることで、図３０に示す折り曲げ部分を持ったコイルを得ることができる。

さらに、図３６は、配列変更しているコイルの１つの折り曲げ部分を示した別の一例である。図３７は、図３６に示すＡ−Ａ’断面図である。図３８は、図３６に示すＢ−Ｂ’断面図である。図３６は、成形したコイルを真上から見た図である。Ａ−Ａ’断面では、２本の導体線が横に並んでいるものが、縦に３段積まれている。この部分は、スロット内部に格納される。Ｂ−Ｂ’断面では、配列変更されたことにより、６本の導体線が横に並んでいる。この部分は、コイルエンド部に位置する部分である。

コイルの最内周を通る導体線１３０ａは、折り曲げ位置３３ａで折り曲げられる。同様に、導体線１３０ｂは折り曲げ位置３３ｂで折り曲げられ、導体線１３０ｃは折り曲げ位置３３ｃで折り曲げられ、導体線１３０ｄは折り曲げ位置３３ｄで折り曲げられ、導体線１３０ｅは折り曲げ位置３３ｅで折り曲げられ、導体線１３０ｆは折り曲げ位置３３ｆで折り曲げられている。導体線１３０ａ〜１３０ｆの線径をΦ、コイルの折れ曲がりの角度（多角形コイルの内側の角度）をθ３[°]とする。

図３９は、折り曲げ部分を形成するために使われる階段型プレート４４の拡大図である。図４０は、図３９に示すＡ−Ａ’断面図である。図４１は、図３９に示すＢ−Ｂ’断面図である。図３６に示す配列変更をしたコイルは、突部４５を形成した階段型プレート４４を使うことで作成できる。階段型プレート４４の厚さをｔ３１、突部４５の厚さをｔ３２、階段部分の１段の高さ（突部４５同士の高さ方向のずれ）をｈ３１、階段型プレート４４と突部４５の高さ方向のずれをｈ３２、階段部分の１段の幅（コイルの周方向への突部４５同士のずれ）をｗ３１、折り曲げる部分と、突部４５のうち導体線を折り曲げる部分とのコイルの周方向へのずれをｗ３２とする。

なお、図３６は、図３９の階段型プレート４４を上方向（図中Ｃ）から見た図としている。導体線１３０ａ〜１３０ｆは、線径Φの幅を持っているが、図３９においては、折り曲げる位置を明確に説明するために、導体線１３０ａ〜１３０ｆの内側だけをそれぞれ１３０ａ’〜１３０ｆ’として記載している。

厚さｔ３１に関しては、これまでの説明と同様で、階段型プレート４４，４５の強度を保つ範囲内で、できるだけ薄いことが好ましい。このケースの配列変更するコイルでは、１枚の階段型プレート４４だけでは、折り目が付けられる部分が折り曲げ位置３３ａ，３３ｃ，３３ｅに限られてしまう。そこで、突部４５を形成することで、折り曲げ位置３３ｂ，３３ｄ，３３ｆを増やしている。折り目を正確につけるため、厚さｔ３２は数式（６）で与えられる。
ｔ３２＝Φ （６）

次に、高さｈ３１は、これまでの説明と同様で、導体線を引っかけるという観点から、線径Φと同程度にしておくことが好ましい。高さｈ３１は、線径Φの２倍程度にしておくのが良い。ずれｈ３２は、線径Φと同程度にしておくことが好ましい。

最後に、幅ｗ３１であるが、階段型プレート４４の階段形状部分で付けられる折り曲げ位置３３ａ、３３ｃ、３３ｅの間隔、並びに突部４５で付けられる折り曲げ位置３３ｂ、３３ｄ、３３ｆの間隔と同じ寸法にしておく必要がある。したがって、幅ｗは数式（７）で与えられる。
ｗ３１＝２×Φ／ｃｏｓ（θ３−９０） （７）

また、ずれｗ３２は、数式（８）で与えられる。
ｗ３２＝Φ／ｔａｎ（（１８０−θ）／２） （８）

このような配列変更しているコイルにおいても、巻枠に導体線を巻きつけていき、１周巻回するごとに１段下の階段部分に引っかけていく作業を繰り返す。階段型プレート４４に突部４５を形成することで、折り目の位置を１巻回ごとに容易にずらすことが可能である。最下段まで導体線を巻きつけたあとは、ねじを外して巻枠を分解し、取り出した導体線を平面上に置き、整列させることで、図３６に示す折り目部分を持ったコイルを得ることができる。

導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更するようなコイルに関して、３つのケースにおける最適な巻枠形状について説明してきた。配列変更については、スロット内部でｍ段（ｍは２以上）に縦方向に積まれた導体線をコイルエンド部でｎ段（ｎは１以上）に縦方向に積まれるように変更する場合、ｎ／ｍ≦１／２の範囲であれば良い。階段型プレートに形成される突部の数を変更したり、階段部分の段数やずらす位置を変更することで様々な段数の変更に対応することが可能である。

以上、実施の形態２について説明したが、１箇所の折り目部分に対して、階段型プレートに突部が形成された巻枠を備えるコイル製造装置を用いることで、導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更するようなコイルを容易に作成することができるという効果が得られる。

実施の形態３．
実施の形態２において、導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更することで、コイルエンドの高さを低く抑えることのできるコイルを作成するための巻枠形状について説明した。実施の形態３では、さらにコイルエンドの高さを下げるために、コイルエンド部の三角形状の頂点を導体線の１巻回ごとに横にずらしたコイルを説明する。また、コイルエンド部の三角形状の頂点を導体線の１巻回ごとに横にずらしたコイルを作成するための巻枠形状について説明する。

図４２は、導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更し、さらにコイルエンド部の頂点を導体線の１巻回ごとに横にずらしたコイルの構成図である。コイル８１は、近接する同相にコイルを挿入する重ね巻きとして、固定子鉄心６１のスロット６３に挿入される。コイル８１は導体線８０の束として形成されるが、図４２ではスロット内部で２段（固定子鉄心の径方向）×８本（固定子鉄心の周方向）の導体線から構成されている。実際には、段方向の数および周方向の数は、任意で決定すればよい。

コイル８１は、スロット内部から先のコイルエンド部で、巻線配列の変更を行っている（配列変更部８２ａ）。これによりスロット内部で２段（固定子鉄心の径方向）×８本分（固定子鉄心の周方向）であった導体線の束は、コイルエンド部で１段（固定子鉄心の径方向）×１６本分（固定子鉄心の周方向）に整列される。またこのときに、所定の角度（図４２では１２０°）で折り曲げられている。このようにコイルエンド部において、コイルを平たくすることによって、他の相の固定子巻線と干渉しないようにできる。またコイルエンド部の頂点部分８３でも、コイルは所定の角度（図４２では１２０°）で折り曲げられている。

なおコイルエンド部の頂点部分８３は、固定子鉄心６１の周方向に対し決められた距離でずらして配置されており、配列変更部８２ａ側で一番下にあった導体線が配列変更部８２ｂ側で一番上にくるようになっている。このようにすることで、頂点の位置が周方向に揃っている図２２のコイルと比較して、さらにコイルエンド部の高さを低く抑えることができる。

その後、再びコイルエンド部からスロット内部に戻るときに、巻線配列の変更が行なわれている（配列変更部８２ｂ）。これによりコイルエンド部で１段（固定子鉄心の径方向）×１６本分（固定子鉄心の周方向）であった導体線の束は、スロット内部で２段（固定子鉄心の径方向）×８本分（固定子鉄心の周方向）に整列される。またこのときにも、所定の角度（図４２では１２０°）で折り曲げられている。以上のようにすることで、コイルエンド部のコイル形状は略三角形状になっている。また、説明は省略するが、コイル８１の下半分も同じように構成されているので、全体として略六角形状となっている。

このようなコイル８１が複数個、図１における固定子鉄心６１のスロット６３に挿入され、回転電機が構成されている。導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更し、コイルエンド部の三角形状の頂点を導体線の１巻回ごとに横にずらしていることで、さらにコイルエンド部の高さを低く抑えることが可能である。

図４３は、図４２に示すコイルを成形するための巻枠構成を示す図である。巻枠２０３は、両端の押さえプレート１ａ，１ｂが複数枚（図４３では４枚）の階段型プレート２と、２枚の斜め型プレート（角部成形プレート）６を挟み込んだ構成となっている。なお、斜め型プレート６を挟んで両側に設けられる階段型プレート２同士では、階段の傾斜方向が逆になっている。これにより、配列変更部８２ａ側で一番下を通過する導体線を配列変更部８２ｂ側で一番上を通過させることができる。すなわち、階段型プレート２の傾斜方向を逆にすることで、斜め型プレート６での折り曲げの前後での導体線の配列の変更に対応することができる。

また、この図では、スペーサ３やねじ４を省略しているが、図５と同じように押さえプレート１ａ，１ｂの間に複数本のスペーサ３を入れ、これらをねじ４で止めることで、装置全体を固定している。コイル８１を成形するときは、導体線を階段型プレート２に引っかけ、またコイルエンド部の頂点は、斜め型プレート６で折り目を付けながら作業を進めていく。この作業によって、図４３の巻枠２０３では六角形のコイル８１を成形することができる。

図４４および図４５は、巻枠２０３を構成している斜め型プレート６，６‘の詳細図である。斜め型プレート６は、はめ込み部分９１と巻線を折り曲げる折り曲げ部分９２とから構成されている。はめ込み部分９１は、押さえプレート１ａ，１ｂの長穴１１に差しこまれる部分である。コイル８１の頂点部分８３を成形するときは、導体線を折り曲げ部分９２に引っかけながら作業を進めていく。なお、図４４のように折り曲げ部分９２が平面状でも問題ないが、より精度良いコイルを成形ために、図４５の斜め型プレート６’のように折り曲げ部分９２’に導体線を引っかけるための溝を設けてもよい。図４５の溝は６本あるので、６ターンのコイルを成形することができる。

図４６は、巻枠に導体線を巻きつけて、コイルを成形する手順を示す図である。斜め型プレート６から導体線１００を巻きつけていき、１周巻回するごとに階段型プレート２の１段下に引っかけていく作業を繰り返す。このとき、中心穴１３に回転軸（図示せず）を通し、巻枠２０３全体を回転させることで、巻線作業の作業効率の向上を図ることができる。

階段部分の最下段まで導体線１００を巻きつけたあとは、巻枠２０３から導体線１００を取り外すために、ねじを外して巻枠２０３を分解する。巻枠２０３を細かくばらせることにより、折り目を付けた導体線１００を取り外す際に、導体線１００に傷をつけにくくすることができる。取り出した導体線１００を平面上に置き、整列させると、図４２の形状のコイルを得ることができる。

ここで、導体線１００に折り目を付け正確な形状のコイル８１を得るための斜め型プレート６の寸法について説明しておく。図４７は、コイルエンドの頂点部分を示した図であり、成形したコイルを真上から見た状態を示す図である。

図４７の左側においてコイルの最内周を通る導体線１４０ａは、折り曲げ位置９３ａで折り曲げられ、図４７の右側においてはコイルの最外周を通る。同様に、導体線１４０ｂは折り曲げ位置９３ｂで折り曲げられ、導体線１４０ｃは折り曲げ位置９３ｃで折り曲げられている。導体線１４０ａ〜１４０ｃの線径をΦ、図４７において左右部分のコイル折れ曲がりの角度（多角形コイルの内側の角度）をθ４[°]とする。

頂点部分に折り目を付ける斜め型プレート６の厚さ（図４４におけるｔ４）は、任意の厚さで良い。ただし、斜め型プレート６に導体線１００を引っかけて折り目を付けるので、厚すぎると曲げ部分のエッジが付けにくくなり、正確な寸法のコイルが作りにくくなる。斜め型プレート６の強度を保つ範囲内で、できるだけ薄いほうが好ましい。

斜め型プレート６に、図４５で示したような導体線１００を引っかけるための溝を設ける場合、その溝の間隔Ｘは数式（９）で与えられる。
Ｘ＝Φ／−ｃｏｓθ４ （９）

以上、実施の形態３について説明したが、コイルエンド部の頂点部分を成形するために、斜め型プレート６を用いた巻枠２０３を備えるコイル製造装置によってコイル８１を作成することで、コイルエンド部の三角形状の頂点が導体線の１巻回ごとに横にずれ、コイルエンド部の高さをさらに低く抑えることが可能になる。

なお、実施の形態３は、実施の形態２で示した導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更するコイルに対して説明を行ってきたが、本技術は実施の形態１で示した導体線をスロット内部とコイルエンド部とで配列変更しないコイルに対しても適用することが可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ａ，１ｂ 押さえプレート、２ 階段型プレート（角部成形プレート）、３ スペーサ、４ ねじ、５ 階段型プレート、６，６’ 斜め型プレート（角部成形プレート）、１１ 長穴、１２ ねじ止め用穴、１３ 中心穴、１５ 回転軸、２１ はめ込み部分、２２ 階段部分、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ 折り曲げ位置、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ 折り曲げ位置、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ 折り曲げ位置、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ 折り曲げ位置、４１ 階段型プレート、４２ 階段型プレート、４３ 突部、４４ 階段型プレート、４５ 突部、５１ はめ込み部分、５２，５３ 階段部分、６０ 固定子、６１ 固定子鉄心、６２ 固定子巻線、６３ スロット、７０ 導体線、７１ コイル、７２ａ，７２ｂ 配列変更部、７３ 頂点部分、８０ 導体線、８１ コイル、８２ａ，８２ｂ 配列変更部、８３ 頂点部分、９１ はめ込み部分、９２，９２’ 折り曲げ部分、９３ａ，９３ｂ，９３ｃ 折り曲げ位置、１００ 導体線、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，１００ｆ 導体線、１００ａ’，１００ｂ’，１００ｃ’，１００ｄ’，１００ｅ’，１００ｆ 導体線、１０１ コイル、１０２ コイル、１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ 導体線、１１０ａ’，１１０ｂ’，１１０ｃ’ 導体線、１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆ 導体線、１２０ａ’，１２０ｂ’，１２０ｃ’，１２０ｄ’，１２０ｅ’，１２０ｆ 導体線、１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｅ，１３０ｆ 導体線、１３０ａ’，１３０ｂ’，１３０ｃ’，１３０ｄ’，１３０ｅ’，１３０ｆ 導体線、１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ 導体線、２００，２０１，２０３ 巻枠。

Claims (6)

1. 導体線を多角形コイルとして成形するコイル製造装置であって、
   第１押さえプレートと、
   前記第１押さえプレートと対向する第２押さえプレートと、
   前記第１押さえプレートと前記第２押さえプレートとの間に挟み込まれ、前記多角形コイルの角部に対応する位置に配置された板状形状を呈する複数の角部成形プレートと、を備え、
   前記第１押さえプレートと前記第２押さえプレートと前記角部成形プレートとは分解可能であり、
   前記角部成形プレートの少なくとも１つは、前記第１押さえプレート側から前記第２押さえプレート側に向かうにしたがって、前記多角形コイルの中心側に近づく階段形状が形成された階段型プレートであり、
   前記導体線を前記階段形状部分に引っかけながら前記角部形成プレートで折り曲げることで前記多角形コイルが作成され、
   前記角部形成プレートのうち、前記導体線が引っかけられる辺から延びる面は平面で構成されることを特徴とするコイル製造装置。
2. 前記階段型プレートには、前記多角形コイルの周方向と平行に延び、前記多角形コイルの径方向の外側に向けて突出する複数の突部が形成され、
   前記階段形状部分および前記突部に引っかけながら前記導体線が折り曲げられることで、
   前記階段型プレートでの折り曲げ部分を挟んで、一方側に延びる前記導体線は前記第１押さえプレートから前記第２押さえプレートに向かう方向にｍ段（ｍは２以上の整数）に重ねられ、他方側に延びる前記導体線は前記第１押さえプレートから前記第２押さえプレートに向かう方向にｎ段（ｎは１以上の整数）に重ねられ、
   ｎ／ｍ≦１／２
   の前記多角形コイルとなることを特徴とする請求項１に記載のコイル製造装置。
3. 前記階段形状部のうち前記導体線が引っかけられる部分と、前記突部のうち前記導体線が引っかけられる部分は、前記多角形コイルの周方向に沿ってずれた位置となることを特徴とする請求項２に記載のコイル製造装置。
4. 前記角部成形プレートの少なくとも１つは、多角形コイルの径方向に見た場合に、前記第１押さえプレートと前記第２押さえプレートとの対向面に対して斜めであり、前記多角形コイルの周方向に見た場合に、前記第１押さえプレートと前記第２押さえプレートとの対向面に対して垂直となる引っかけ面が形成された斜め型プレートであり、
   前記導体線を前記斜め型プレートの側面で折り曲げることで、前記導体線の頂部を前記多角形コイルの周方向にずらして前記多角形コイルを作成することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のコイル製造装置。
5. 前記階段型プレートには、前記第１押さえプレート側から前記第２押さえプレート側に向かうにしたがって、前記多角形コイルの外周側に近づく階段形状も形成されることを特徴とする請求項１に記載のコイル製造装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のコイル製造装置によって作成されたコイルを搭載した回転電機。