JP2016139563A - 平角線の製造方法及び回転電機用ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導体露出部における導体層同士の接合を容易にすることができ、導体露出部を短くすることができる平角線の製造方法及び回転電機用ステータの製造方法を提供すること。【解決手段】平角線の製造方法においては、剥離工程として、丸線素材１０における所定位置の被膜層３を剥離して、導体露出部２１を形成する。丸線素材１０は、断面円形状を有しており、導通性の導体層２と、導体層２の表面２０１に形成された絶縁性の被膜層３とからなる。次いで、成形工程として、丸線素材２における、導体露出部２１、導体被覆部２２及び境界部２３を成形して、少なくとも一対の平面部１１を有する平角線を得る。【選択図】図１

Description

本発明は、丸線素材から平角線を製造する方法、及び平角線を用いて回転電機用ステータを製造する方法に関する。

電動機、発電機等の回転電機においては、ステータのスロットに配置するコイルを、断面矩形形状又は断面扁平形状の平角線から形成することが行われている。平角線は丸線に比べて高価であるため、コストの低減を目的として、丸線を圧延して平角線を成形することが知られている。例えば、特許文献１の平角線コイル製造装置及び平角線コイル製造方法においては、丸素線を平角成形ロールによって押し潰して、長方形の断面を有する平角線を成形することが記載されている。また、平角線を巻型に巻き取って、平角線コイルを成形することが記載されている。

また、平角線同士を接合する際には、平角線の端部における絶縁被膜層を剥離し、この剥離によって露出した導体層の露出部分同士を重ね合わせて接合している。例えば、特許文献２の皮膜付平角線の皮膜剥離方法及び皮膜剥離装置においては、皮膜付平角線の端部の皮膜を加工手段によって剥離することが記載されている。

特開２０００−８２６２８号公報 特開２０１４−６０８６０号公報

しかしながら、平角線同士を接合する際に、平角線同士を重ね合わせたときには、導体層の露出部分の表面と、平角線の絶縁被膜層の表面との間の段差によって、露出部分の表面同士の間には隙間が生じる。そのため、この隙間をなくすように導体層の露出部分を挟持し変形させて、この導体層の露出部分同士を接触させる必要が生じる。また、導体層の露出部分同士を挟持するために、この露出部分を必要以上に長くする必要が生じる。特許文献２等においても、この問題は同様に生じる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、導体露出部における導体層同士の接合を容易にすることができ、導体露出部を短くすることができる平角線の製造方法及び回転電機用ステータの製造方法を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、導通性の導体層と、該導体層の表面に形成された絶縁性の被膜層とからなる断面円形状の丸線素材における所定位置の上記被膜層を剥離して、導体露出部を形成する剥離工程と、
上記丸線素材における、上記導体露出部と、該導体露出部以外の導体被覆部及び境界部とを成形して、少なくとも一対の平面部を有する平角線を得る成形工程と、を含むことを特徴とする平角線の製造方法にある。

本発明の他の態様は、上記平角線の製造方法によって製造された平角線を用いた回転電機用ステータの製造方法であって、
上記平角線からコイルを形成するコイル形成工程と、
複数の上記コイルを、ステータコアのスロットに配置する配置工程と、
上記平角線における上記導体露出部と、他の上記平角線における上記導体露出部とを重ね合わせて接合する接合工程と、を含むことを特徴とする回転電機用ステータの製造方法にある。

上記平角線の製造方法においては、成形工程を行う前に、剥離工程を行っておくことにより、被膜層を剥離した導体露出部同士の接合を簡単にする。
剥離工程においては、丸線素材における、所定位置の被膜層を剥離して、導体露出部を形成する。このとき、導体露出部と導体被覆部との間の境界部において、導体露出部における導体層の表面と、導体被覆部における被膜層の表面との間には、段差が形成される。また、導体露出部は、丸線素材の中間位置及び端部位置のいずれの位置に形成することもできる。丸線素材に対して剥離工程を行うことにより、被膜層の剥離を行う装置の構成を極めて簡単にすることができる。

次いで、成形工程においては、丸線素材の全体である、導体露出部、導体被覆部及び境界部を成形して、少なくとも一対の平面部を有する平角線を得る。このとき、丸線素材が平角線に成形される過程において、導体露出部及び導体被覆部が境界部を介して連続的に成形され、導体露出部における導体層の表面と、導体被覆部（丸線素材）における被膜層の表面との間の段差が小さくなる。そのため、平角線同士を接合する際には、導体露出部をほとんど変形させることなく、導体露出部における導体層同士を重ね合わせることができる。
それ故、上記平角線の製造方法によれば、平角線の導体露出部における導体層同士の接合を容易にすることができ、導体露出部を短くすることができる。

なお、平角線とは、互いに反対側に位置する一対の平面部を少なくとも有している断面形状の線のことをいう。そして、平角線には、断面矩形形状を有するものだけでなく、断面扁平形状を有するものも含まれる。また、断面矩形形状には、断面長方形状だけでなく、断面正方形状も含まれる。

上記回転電機用ステータの製造方法においては、上記剥離工程及び成形工程を行って製造した平角線を用いることにより、接合工程において、平角線の導体露出部における導体層同士の接合を容易にすることができ、導体露出部を短くすることができる。

実施例にかかる、丸線素材に剥離工程を行って、導体露出部を形成する状態を示す説明図。 実施例にかかる、導体露出部が形成された丸線素材を示す説明図。 実施例にかかる、丸線素材に圧延工程を行って、断面矩形形状の平角線を成形する状態を示す説明図。 実施例にかかる、圧延工程によって丸線素材から成形した平角線の断面を示す説明図。 実施例にかかる、平角線に伸長工程を行って、必要とする断面積に成形する状態を示す説明図。 実施例にかかる、伸長工程によって断面積が縮小された平角線の断面を示す説明図。 実施例にかかる、導体露出部が形成された平角線を示す説明図。 実施例にかかる、丸線素材に圧延工程を行って、断面扁平形状の平角線を成形する状態を示す説明図。 実施例にかかる、平角線から形成されたコイルを示す説明図。 実施例にかかる、平角線の導体露出部における導体層同士を接合する状態を示す説明図。

上述した平角線の製造方法における好ましい実施の形態について説明する。
上記平角線の製造方法の上記成形工程においては、上記導体露出部、上記導体被覆部及び上記境界部を有する上記丸線素材を、互いに対向して回転する一対のロール間に通して、断面扁平形状の上記平角線に圧延してもよい。
この場合、圧延を行う際には、導体露出部、導体被覆部及び境界部を有する断面円形状の丸線素材を、互いに対向して回転する一対のロール間に通す。そして、平角線は、互いに反対側に位置する一対の平面部と、一対の平面部同士を繋ぐ一対の円弧部とによる断面扁平形状に形成される。なお、丸線素材には、一対のロールによる圧縮力と、丸線素材を引っ張る手段による引張力とを作用させることができる。

また、上記成形工程においては、上記導体露出部、上記導体被覆部及び上記境界部を有する上記丸線素材を、互いに対向して回転する一対の第１ロールと、該一対の第１ロールに直交して、互いに対向して回転する一対の第２ロールとの間に通して、断面矩形形状の上記平角線に圧延してもよい。
この場合、圧延を行う際には、導体露出部、導体被覆部及び境界部を有する断面円形状の丸線素材を、一対の第１ロール及び一対の第２ロールの間に通す。そして、平角線は、互いに反対側に位置する一対の第１平面部と、一対の第１平面部に直交する一対の第２平面部とによる断面矩形形状に形成される。なお、丸線素材には、一対の第１ロール及び一対の第２ロールによる圧縮力と、丸線素材を引っ張る手段による引張力とを作用させることができる。

また、上記成形工程において、上記丸線素材を上記平角線に圧延した後には、該平角線を、そのアスペクト比を維持して伸長させて、必要とする断面積に成形してもよい。
この場合には、丸線素材に圧延と伸長とを行うことによって、被膜層に加わる圧力を低減して、必要とする平角線を製造することができる。ここで、アスペクト比とは、平角線の断面形状における、縦の長さと横の長さとの比のことをいう。

そして、丸線素材の圧延は、平角線の断面積を小さくし過ぎない程度に行う。次いで、平角線を、そのアスペクト比を維持して伸長させる。このとき、平角線には、平角線を引っ張る手段による引張力が作用し、圧縮力は作用しない。これにより、被膜層に劣化が生じにくくすることができる。そして、被膜層が長手方向に重点的に引き延ばされ、平角線が、必要とする断面積に成形される。このとき、被膜層の厚みが減少するものの、伸長による被膜層の厚みの減少率は、圧延による被膜層の厚みの減少率に比べて小さい。これにより、平角線における絶縁低下を小さく抑えることができる。

また、上記剥離工程においては、上記丸線素材の外周面に対向させる剥離具又は剥離装置を用い、該剥離具又は該剥離装置と上記丸線素材とを、該丸線素材の周方向に相対的に回転させて、上記所定位置の上記被膜層を剥離してもよい。
この場合には、切削具によって、丸線素材の周方向の全周における被膜層を連続して剥離することができる。そのため、所定位置の被膜層を迅速に、目標とする厚みで精度よく剥離することができる。

また、上記剥離工程においては、上記導体露出部を形成する上記所定位置を、上記丸線素材における中間位置及び両端位置に設定し、上記剥離工程を行った後であって上記成形工程を行う前、又は該成形工程を行った後において、上記丸線素材又は上記平角線を、上記中間位置の上記導体露出部において２つに分断してもよい。
この場合には、製造する複数の平角線に対して、剥離工程を同時に行うことになり、剥離工程の短縮化を図ることができる。

以下に、平角線の製造方法及び回転電機用ステータの製造方法にかかる実施例について、図面を参照して説明する。
本例の平角線１の製造方法においては、図１に示すように、剥離工程として、丸線素材１０における所定位置の被膜層３を剥離して、導体露出部２１を形成する。丸線素材１０は、断面円形状を有しており、導通性の導体層２と、導体層２の表面２０１に形成された絶縁性の被膜層３とからなる。丸線素材１０における、導体露出部２１が形成されていない部分を、導体被覆部２２とし、導体露出部２１と導体被覆部２２との境界部分を境界部２３とする。
次いで、図３〜図６に示すように、成形工程として、丸線素材２における、導体露出部２１、導体被覆部２２及び境界部２３を成形して、断面矩形形状の平角線１を得る。

まず、本例の平角線１の製造方法について詳説する。
図９に示すように、本例の平角線１は、電動機、発電機、モータジェネレータ等として用いられる回転電機のステータコア５に配置されるコイル４に使用される。平角線１は、コイル４の形状に形成され、導体露出部２１における導体層２を介して、コイル４の形状に形成された他の平角線１と接合される。平角線１は、互いに反対側に位置する一対の平面部１１と、一対の平面部１１同士を繋ぐ一対の側面部１２とによる断面矩形形状を有している。一対の平面部１１は、断面矩形形状における一対の長辺部を構成し、一対の側面部１２は、断面矩形形状における一対の短辺部を構成する。

図１、図２に示すように、本例の剥離工程においては、丸線素材１０の外周面に対向させる剥離具６１を用い、剥離具６１と丸線素材１０とを、丸線素材１０の周方向Ｃに相対的に回転させて、所定位置としての中間位置１０１及び両端位置１０２の被膜層３を剥離する。剥離工程においては、丸線素材１０を支持して、丸線素材１０を、その中心軸線の回りに回転させる回転支持装置６２を用いる。

本例の剥離具６１は、丸線素材１０の外周面における周方向Ｃの一部に接触して、被膜層３を切削又は研削する工具である。そして、丸線素材１０を回転支持装置６２によって回転させ、回転する丸線素材１０の外周面に剥離具６１を接触させることによって、丸線素材１０の中間位置１０１における被膜層３の全周を連続的に剥離する。また、この剥離を行う際には、剥離具６１を丸線素材１０の長手方向（軸方向）Ｌにスライドさせて、被膜層３を剥離する長手方向Ｌの位置を変化させることができる。
なお、剥離具６１を用いる代わりに、被膜層３を溶融させて除去する剥離装置を用いることもできる。この剥離装置は、例えば、非接触の加工としてのレーザー加工を行うレーザー加工装置とすることができる。

本例の成形工程においては、圧延工程及び伸長工程を行って、丸線素材１０から平角線１を成形する。圧延工程においては、図３に示すように、導体露出部２１、導体被覆部２２及び境界部２３を有する断面円形状の丸線素材１０を、互いに対向して回転する一対の第１ロール７１と、一対の第１ロール７１に直交して、互いに対向して回転する一対の第２ロール７２との間に通す。そして、図４に示すように、導体露出部２１、導体被覆部２２及び境界部２３が所望のアスペクト比になるように、丸線素材１０を断面矩形形状の平角線１に圧延する。
このとき、一対の第１ロール７１によって一対の平面部１１が成形され、一対の第２ロール７２によって一対の側面部１２が成形される。また、一対の平面部１１及び一対の側面部１２は、一対の第１ロール７１及び一対の第２ロール７２によって圧縮される（押し潰される）ことによって形成される。

圧延工程においては、一対の第１ロール７１の間及び一対の第２ロール７２の間に、丸線素材１０を２回以上通すことによって、丸線素材１０を圧延することもできる。丸線素材１０は、一対の第１ロール７１及び一対の第２ロール７２の間に同時に通過させることができる。また、一対の第１ロール７１の間に丸線素材１０を通過させて扁平線に成形した後、この扁平線を一対の第２ロール７２の間に通過させて、断面矩形形状（断面長方形状、断面正方形状）の平角線１に成形することもできる。
また、図８に示すように、一対の第１ロール７１の間にのみ丸線素材１０を通すことにより、一対の側面部１２は、丸線素材１０の表面形状が残った円弧形状とすることもできる。この場合、平角線１は、断面扁平形状に形成される。

図４、図６に示すように、圧延工程において圧延された平角線１における導体露出部２１、導体被覆部２２及び境界部２３のアスペクト比は、１：１〜１：６の範囲内にある。アスペクト比は、断面矩形形状において、長辺部を構成する平面部１１の長さと、短辺部を構成する側面部１２の長さとの比によって表される。なお、導体露出部２１のアスペクト比は、特に側面部１２が円弧形状に形成される場合には、被膜層３の厚みの分だけ、導体被覆部２２のアスペクト比と僅かに異なることがある。
また、伸長工程においては、図５、図６に示すように、導体被覆部２２のアスペクト比を維持して平角線１を伸長させ、平角線１を、必要とする断面積に成形する。なお、図３〜図６においては、圧延工程を行った後の平角線１を符号１Ａで示す。

本例の剥離工程においては、図２に示すように、丸線素材１０における、中間位置１０１及び両端位置１０２の被膜層３を剥離して、複数の導体露出部２１を形成する。このとき、導体露出部２１と導体被覆部２２との間の境界部２３において、複数の導体露出部２１における導体層２の表面２０１と、丸線素材１０における、導体露出部２１以外の部分である導体被覆部２２の被膜層３の表面３０１との間には、段差３１が形成される。また、剥離工程を行った後には、丸線素材１０を、中間位置１０１の導体露出部２１において２つに分断する。そして、導体露出部２１が両端部に形成された２本の丸線素材１０を形成する。
本例においては、丸線素材１０をその中心軸線の回りに回転させながら、剥離具６１によって、丸線素材１０における周方向Ｃの全周の被膜層３を剥離することができる。そのため、被膜層３の剥離を行う装置の構成を極めて簡単にすることができる。

圧延工程においては、図３に示すように、引張手段７３によって丸線素材１０の先端部１０３を引っ張りながら、丸線素材１０を、回転する一対の第１ロール７１及び第２ロール７２の間に、丸線素材１０を長手方向Ｌに通過させる。このとき、丸線素材１０には、一対の第１ロール７１及び一対の第２ロール７２による圧縮力と引張手段７３による引張力とが作用する。そして、丸線素材１０の圧延は、導体被覆部２２が所望のアスペクト比の断面矩形形状になるまで行い、平角線１の断面積を小さくし過ぎない程度に行う。本例においては、圧延前の丸線素材１０の断面積を基準として、丸線素材１０の断面積の減少率が６％以下の範囲内で、丸線素材１０を圧延する。

次いで、伸長工程においては、図５に示すように、引張手段７３によって平角線１の先端部１０３を引っ張って、平角線１を、そのアスペクト比を維持して伸長させる。このとき、平角線１には、引張手段７３による引張力が作用し、圧縮力は作用しない。これにより、被膜層３に劣化が生じにくくすることができる。そして、被膜層３が長手方向Ｌに重点的に引き延ばされ、平角線１が、必要とする断面積に成形される。本例においては、圧延前の丸線素材１０の断面積を基準として、平角線１の断面積の減少率が１２％以下の範囲内で、平角線１を伸長する。

また、伸長工程においては、被膜層３の厚みが減少するものの、伸長工程における被膜層３の厚みの減少率は、圧延工程における被膜層３の厚みの減少率に比べて小さい。これにより、平角線１における絶縁低下を小さく抑えることができる。
また、平角線１を加工してコイル４を形成する際に、曲げ、伸び等の加工ストレスが平角線１に加わって、被膜層３が劣化したとしても、コイル４（被膜層３）に必要な絶縁性能を確保することができる。

また、圧延工程及び伸長工程においては、上述したように導体露出部２１が形成された丸線素材１０の全体を、断面矩形形状の平角線１に成形する。このとき、図５、図７に示すように、丸線素材１０が平角線１に成形される過程及び平角線１が引き伸ばされる過程において、導体露出部２１及び導体被覆部２２が境界部２３を介して連続的に成形され、導体露出部２１における導体層２の表面２０１と、導体被覆部２２における被膜層３の表面３０１との間の段差３１が小さくなる。

こうして、導体露出部２１と導体被覆部２２との境界部２３の被膜層３に形成されたテーパ部分３２は、圧延工程及び伸長工程を経て引き伸ばされて、緩やかなテーパ面に形成される。また、圧延工程における圧延及び伸長工程における伸長の仕方によっては、導体露出部２１における導体層２の表面２０１と導体被覆部２２における被膜層３の表面３０１とが略面一の状態になると考えられる。この場合、境界部２３の被膜層３におけるテーパ部分３２は、ほとんどなくなると考えられる。

次に、本例の回転電機用ステータの製造方法について詳説する。
回転電機用ステータの製造方法においては、剥離工程及び成形工程を経て製造された平角線１を用いてステータを製造する。
まず、コイル形成工程において、図９に示すように、導体露出部２１が形成された平角線１に曲げ加工等を行って、コイル４を形成する。このとき、平角線１は、巻枠に巻き付けて螺旋状に形成した後、型枠によって必要な形状に成形することができる。平角線１は、一対の平面部１１がステータコア５の径方向に向けられる状態で、コイル４に成形される。また、平角線１によって、コイル４同士を接続するための渡線４１等も形成する。

次いで、配置工程において、複数のコイル４を、ステータコア５のスロット５１に配置する。各コイル４は、分布巻きの状態でステータコア５に配置することができる。
次いで、接合工程において、図１０に示すように、コイル４を構成する平角線１の端部と、渡線４１を構成する平角線１の端部とを重ね合わせる。このとき、導体露出部２１における導体層２の表面２０１と、導体被覆部２２における被膜層３の表面３０１との間に段差がほとんど形成されていないことにより、導体露出部２１における導体層２の表面２０１同士の間に隙間がほとんど形成されない。これにより、導体露出部２１をほとんど変形させることなく、導体露出部２１における導体層２同士を接触させることができる。そして、重ね合わされた一対の導体露出部２１を加圧具８１によって加圧して、溶接、半田付け等によって導体露出部２１における導体層２同士を接合することができる。

それ故、本例の平角線１の製造方法及び回転電機用ステータの製造方法によれば、平角線１の導体露出部２１における導体層２同士の接合を容易にすることができる。また、導体露出部２１を短くすることができ、平角線１を用いて製造する回転電機用ステータのコイルエンド部（ステータコア５の端面から突出するコイル４の部分）の外形を小さくすることもできる。

１ 平角線
１０ 丸線素材
２ 導体層
２１ 導体露出部
２２ 導体被覆部
２３ 境界部
３ 被膜層
４ コイル
６１ 剥離具
７１ 第１ロール
７２ 第２ロール

Claims (7)

1. 導通性の導体層と、該導体層の表面に形成された絶縁性の被膜層とからなる断面円形状の丸線素材における所定位置の上記被膜層を剥離して、導体露出部を形成する剥離工程と、
   上記丸線素材における、上記導体露出部と、該導体露出部以外の導体被覆部及び境界部とを成形して、少なくとも一対の平面部を有する平角線を得る成形工程と、を含むことを特徴とする平角線の製造方法。
2. 上記成形工程においては、上記導体露出部、上記導体被覆部及び上記境界部を有する上記丸線素材を、互いに対向して回転する一対のロール間に通して、断面扁平形状の上記平角線に圧延することを特徴とする請求項１に記載の平角線の製造方法。
3. 上記成形工程においては、上記導体露出部、上記導体被覆部及び上記境界部を有する上記丸線素材を、互いに対向して回転する一対の第１ロールと、該一対の第１ロールに直交して、互いに対向して回転する一対の第２ロールとの間に通して、断面矩形形状の上記平角線に圧延することを特徴とする請求項１に記載の平角線の製造方法。
4. 上記成形工程において、上記丸線素材を上記平角線に圧延した後には、該平角線を、そのアスペクト比を維持して伸長させて、必要とする断面積に成形することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の平角線の製造方法。
5. 上記剥離工程においては、上記丸線素材の外周面に対向させる剥離具又は剥離装置を用い、該剥離具又は該剥離装置と上記丸線素材とを、該丸線素材の周方向に相対的に回転させて、上記所定位置の上記被膜層を剥離することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の平角線の製造方法。
6. 上記剥離工程においては、上記導体露出部を形成する上記所定位置を、上記丸線素材における中間位置及び両端位置に設定し、
   上記剥離工程を行った後であって上記成形工程を行う前、又は該成形工程を行った後において、上記丸線素材又は上記平角線を、上記中間位置の上記導体露出部において２つに分断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の平角線の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の平角線の製造方法によって製造された平角線を用いた回転電機用ステータの製造方法であって、
   上記平角線からコイルを形成するコイル形成工程と、
   複数の上記コイルを、ステータコアのスロットに配置する配置工程と、
   上記平角線における上記導体露出部と、他の上記平角線における上記導体露出部とを重ね合わせて接合する接合工程と、を含むことを特徴とする回転電機用ステータの製造方法。

Images