JP3775317B2 - 回転電機の巻線の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車やトラックに搭載される車両用交流発電機等の回転電機の巻線を製造する回転電機の巻線の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、安全制御機器等の電気負荷の増加に伴って、車両用交流発電機にはますます発電能力の向上が求められている。このような発電能力向上の要請に応えるものとして、Ｕ字状の電気導体を規則的に並べて固定子のスロット内の電気導体を高占積率化することにより高出力化を図った回転電機が知られている。このような回転電機では、Ｕ字状の電気導体の端部を溶接するために、電気導体の端部周囲に形成されている絶縁皮膜を接合工程の前に予め除去しておく必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の回転電機の巻線を製造する場合には、電気導体の端部同士の接合のために端部周辺に形成された絶縁皮膜を除去する必要があるが、この絶縁皮膜も所定の厚みを有するため、接合対象となった２本の電気導体の端部の素線部分が互いに離れてしまい接合不良が生じるおそれがあるという問題があった。
【０００４】
図９は、従来の接合対象となる２本の電気導体の接合前の状態を示す図である。図９に示すように、電気導体２００の周囲に形成された絶縁皮膜２０２は端部については除去され、素線２０４が突出した状態になっている。接合は、このような２本の電気導体２００のそれぞれの端部同士を溶接することにより行われるが、それぞれの電気導体２００の素線２０４が互いに離間すると溶接性が低下する。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、接合不良の発生を防止することができる回転電機の巻線の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の巻線の製造方法は、電気導体の絶縁被膜が剥離された先端部を、接合対象となる他の電気導体の先端部が配置される向きに傾斜させる加圧工程と、加圧工程によって先端部が変形した電気導体を、固定子鉄心に形成されたスロットに径方向に複数本が重複するように挿入する挿入工程と、スロットに挿入された導体の端部を、隣接する他の電気導体が互いに反対向きに傾斜するように折り曲げる折り曲げ工程と、折り曲げ工程によって折り曲げられた隣接する電気導体の先端部同士を接合する接合工程とを有している。特に、上述した加圧工程は、先端部の端面側にいくほど加圧方向に突出した加圧面を有する第１の治具と、先端部を挟んで第１の治具に対向する加圧面を有する第２の治具とを用いて、先端部を加圧方向両側から挟み込んで変形することが望ましい。絶縁被膜が剥離された電気導体の先端部に除去された絶縁被膜分あるいはそれ以上の段差が生じた場合に、この段差をなくす方向に先端部が加圧されて傾斜するため、この傾斜した先端部に対して行われる接合工程において発生する接合不良を防止することができる。
【０００７】
また、上述した加圧工程において先端部を変形させる際の変形量は、少なくとも絶縁被膜の膜厚以上であることが望ましい。あるいは、上述した加圧工程において先端部を変形させる際の変形量は、少なくとも絶縁被膜を剥離した際の剥離量以上であることが望ましい。先端部における絶縁被膜の剥離は、絶縁被膜のみを除去する場合の他に、絶縁被膜とともに電気導体の素線の一部を除去する場合が考えられるため、これらの除去によって生じる段差を少なくともなくすように先端部の変形を行うことにより、接合対象となる電気導体の先端部同士を確実に接触させることができ、接合不良の発生を大幅に低減することができる。
【０００８】
また、上述した電気導体は、ほぼ矩形断面を有するセグメント導体であることが望ましい。このようなセグメント導体を用いることにより、変形後の先端部同士の接触面積を拡大することが可能になり、接合不良の発生をさらに防止することができる。
【０００９】
また、上述した加圧工程は、先端部の端面側にいくほど電気導体の傾斜方向に突出した加圧面を有する第１の治具と、先端部を挟んで第１の治具に対向する加圧面を有する第２の治具とを用いて、先端部を加圧方向両側から挟み込んで変形することが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の回転電機の巻線の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ハウジング４、整流器５等を含んで構成されている。
【００１１】
回転子３は、界磁として作用し、シャフト６と一体になって回転しており、ランデル型ポールコア７、界磁コイル８、スリップリング９、１０、送風装置としての斜流ファン１１および遠心ファン１２を備えている。シャフト６は、プーリ２０に連結されており、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）により回転駆動される。
【００１２】
ランデル型ポールコア７は、一組のポールコアを組合わせて構成されている。このランデル型ポールコア７は、シャフト６に組付られたボス部７１と、ボス部７１の両端より径方向に延びるディスク部７２と、１２個の爪状磁極部７３により構成されている。
【００１３】
プーリ側の斜流ファン１１は、ポールコア７の端面に溶接などによって固着されたベース板１１１に対して鋭角の傾斜を持つブレードと直角のブレードとを有し、回転子３と一体になって回転する。反プーリ側の遠心ファン１２は、ポールコア７の端面に溶接などによって固着されたベース板１２１に対して直角のブレードのみを有する。
【００１４】
ハウジング４は、フロントハウジング４ａとリアハウジング４ｂからなっており、その軸方向端面には吸入孔４１が、外周両肩部には、固定子２の第１コイルエンド群３１ａと第２コイルエンド群３１ｂのそれぞれの径方向外側に対応して冷却風の排出孔４２が設けられている。
【００１５】
整流器５は、固定子２から出力される交流電圧を直流に変換する整流作用を行っており、車両用交流発電機１の反プーリ側の端部に設けられている。
次に、固定子２の詳細について説明する。図２は、固定子２の部分的な断面図である。図３は、固定子鉄心３２に装着されるセグメント導体３３の模式的形状を示す斜視図である。
【００１６】
固定子２は、電機子として作用し、固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２に形成された複数のスロット３５内に配置された複数の電気導体としてのセグメント導体３３によって構成された固定子巻線３１と、固定子鉄心３２と固定子巻線３１との間を電気絶縁するインシュレータ３４とを備えている。
【００１７】
図２に示すように、固定子鉄心３２には、多相の固定子巻線３１を収容できるように、内径側に開口を有する複数のスロット３５が形成されている。本実施形態では、回転子３の磁極数に対応して、三相の固定子巻線３１を収容するために、９６個のスロット３５が、等間隔に配置されている。
【００１８】
固定子鉄心３２のスロット３５に装備された固定子巻線３１は、１本１本の電気導体として把握することができ、複数のスロット３５のそれぞれの中には、偶数本（本実施形態では４本）の電気導体が収容されている。また、一のスロット３５内の４本の電気導体は、固定子鉄心３２の径方向に関して内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。これらの電気導体には、絶縁被膜３７として、ポリアミドイミド等の被膜材が塗布されている。
【００１９】
これら電気導体が所定のパターンで接続されることにより、固定子巻線３１が形成される。なお、本実施形態では、スロット３５内の電気導体は、第１コイルエンド群３１ａ側においては、連続線を配置することにより一端が接続され、また、第２コイルエンド群３１ｂ側においては、他端を接合することにより接続される。
【００２０】
各スロット３５内の１本の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の１本の他の電気導体と対をなしている。特に、コイルエンド部における複数の電気導体間の隙間を確保し、整列して配置するために、一のスロット３５内の所定の層の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の他の層の電気導体と対をなしている。
【００２１】
例えば、一のスロット内の内端層の電気導体３３１ａは、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット内の外端層の電気導体３３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット内の内中層の電気導体３３２ａは固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの対をなす電気導体は、固定子鉄心３２の軸方向の一方の端部において連続線を用いることにより、ターン部３３１ｃ、３３２ｃを経由することで接続される。したがって、固定子鉄心３２の一方の端部においては、外中層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する連続線を、外端層の電気導体と内端層の電気導体とを接続する連続線が囲むこととなる。このように、固定子鉄心３２の一方の端部においては、対をなす電気導体の接続部が、同じスロット内に収容された他の対をなす電気導体の接続部により囲まれる。外中層の電気導体と内中層の電気導体との接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体と内端層の電気導体との接続により端層コイルエンドが形成される。
【００２２】
一方、一のスロット３５内の内中層の電気導体３３２ａは、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の内端層の電気導体３３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット３５内の外端層の電気導体３３１ｂ’は、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心３２の軸方向の他方の端部において接合により接続される。
【００２３】
したがって、固定子鉄心３２の他方の端部においては、外端層の電気導体と外中層の電気導体とを接続する接合部と、内端層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する接合部とが、径方向に並んでいる。外端層の電気導体と外中層の電気導体との接続、および内端層の電気導体と内中層の電気導体との接続により隣接層コイルエンドが形成される。このように固定子鉄心３２の他方の端部においては、対をなす電気導体の接続部が、重複することなく並べて配置される。
【００２４】
さらに、複数の電気導体は、ほぼ矩形断面（平角断面）をもった一定の太さの電気導体を所定形状に成形したＵ字状のセグメント導体により提供される。図３に示すように、内端層の電気導体と外端層の電気導体とが、一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント３３１により提供される。また、内中層の電気導体と外中層の電気導体とが一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる小セグメント３３２により提供される。
【００２５】
大セグメント３３１と小セグメント３３２とは基本セグメント導体３３を形成する。そして、基本セグメント導体３３を規則的にスロット３５に配置して、固定子鉄心３２の周りを２周するコイルが形成される。しかし、固定子巻線の引出線を構成するセグメント導体および１周めと２周めとを接続するターン部は基本セグメント導体３３とは形状の異なる異形セグメント導体で構成される。本実施形態の場合、異形セグメント導体の本数は６本となる。１周めと２周めとの接続は、端層と中層の接続となるが、この接続により異形コイルエンドが形成される。
【００２６】
固定子巻線３１の製造工程を以下に説明する。
（挿入工程）基本セグメント導体３３は、Ｕ字状の小セグメント３３２のターン部３３２ｃをＵ字状の大セグメント３３１のターン部３３１ｃが囲むように揃えられ、固定子鉄心３２の軸方向側面の一方側から挿入される。その際、大セグメント３３１の一方の電気導体３３１ａは固定子鉄心３２の一のスロット３５の内端層に、小セグメント３３２の一方の電気導体３３２ａは前記一のスロット３５の内中層に、そして、大セグメント３３１の他方の電気導体３３１ｂは固定子鉄心３２の前記一のスロット３５から時計方向に１磁極ピッチ離れた他のスロット３５の外端層に、小セグメント３３２の他方の電気導体３３２ｂも前記他のスロット３５の外中層に挿入される。
【００２７】
図４は、挿入工程の前に重ねられた２種類の基本セグメント導体３３を示す図である。図４に示すように、小セグメント３３２を覆うように大セグメント３３１が配置された状態で、固定子鉄心３２の各スロット３５に挿入される。また、大セグメント３３１の反ターン部側の先端部３３１ｇおよび小セグメント３３２の反ターン部側の先端部３３２ｇには、部分的に絶縁皮膜３７が剥離されて素線が露出した接合部３３１ｈ、３３２ｈが形成されている。また、接合対象となる先端部３３１ｇ、３３２ｇは、互いに接近する向きに加圧されて傾斜がつけられている。この傾斜は、接合時に接合部３３１ｈ、３３２ｈに露出した素線同士を確実に接触させるためのものである。この傾斜をつけるために行われる加圧工程については後述する。
【００２８】
上述した挿入工程が終了すると、図２に示すように一のスロット３５には内端層側から、上述した電気導体として直線部３３１ａ、３３２ａ、３３２ｂ’、３３１ｂ’が一列に配置される。ここで、直線部３３２ｂ’、３３１ｂ’は、１磁極ピッチずれた他のスロット３５内の電気導体と対をなしている大小のセグメントの直線部である。
【００２９】
（折り曲げ工程）挿入後、第２コイルエンド群３１ｂにおいて、端層側に位置している直線部３３１ａ、３３１ｂは、大セグメント３３１が開く方向に接合部３３１ｄ、３３１ｅが半磁極ピッチ分（本実施形態では１．５スロット分）捻られて折り曲げられる。そして、中層側に位置している直線部３３２ａ、３３２ｂは、小セグメント３３２が閉じる方向に接合部３３２ｄ、３３２ｅが半磁極ピッチ分捻られて折り曲げられる。その結果、第２コイルエンド群３１ｂにおいては、径方向に隣接する電気導体は周方向の逆向きに傾斜している。以上の構成を、全てのスロット３５のセグメント導体３３について繰り返す。
【００３０】
（接合工程）そして、第２コイルエンド群３１ｂにおいて、外端層の接合部３３１ｈ’と外中層の接合部３３２ｈ、並びに内中層の接合部３３２ｈと内端層の接合部３３１ｈ’とが、溶接、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって電気的導通を得るように接合され、図５に示すような固定子２が得られる。
【００３１】
次に、挿入工程の前に行われる加圧工程の詳細について説明する。図６は、加圧工程によって傾斜がつけられた先端部３３１ｇ、３３２ｇの詳細を示す図である。また、図７は加圧工程の具体的な手順を示す図である。
図７（Ａ）に示すように、加圧工程は、先端部３３１ｇの端面に近づくにしたがって傾斜方向に突出した傾斜面を加圧面とするダイ（第１の治具）１００と、ダイ１００の加圧面に対向する加圧面を有するパンチ（第２の治具）１０２とを用いて、先端部３３１ｇを加圧方向両側から挟み込むことにより行われる。これにより、図７（Ｂ）に示すように、ダイ１００とパンチ１０２の加圧面に沿って先端部３３１ｇが一方向に傾斜するように変形する。他の先端部３３２ｇについても同様である。これにより、接合対象となる一組の先端部３３１ｇの端面と先端部３３２ｇの端面とが互いに接近する向きに傾斜し、折り曲げ工程が終了した時点でそれぞれの先端部３３１ｇ、３３２ｇに形成された接合部３３１ｈ、３３２ｈを接触させることができる。
【００３２】
このように、本実施形態では、絶縁被膜３７が剥離されたセグメント導体３３の先端部３３１ｇ、３３２ｇに、除去された絶縁被膜分あるいはそれ以上の段差が生じた場合に、この段差をなくす方向にこれらの先端部３３１ｇ、３３２ｇが加圧されて傾斜するため、この傾斜した先端部３３１ｇ、３３２ｇの接合部３３１ｈ、３３２ｈに対して行われる接合工程において発生する接合不良を防止することができる。
【００３３】
特に、先端部３３１ｇ、３３２ｇにおける絶縁被膜３７の剥離は、絶縁被膜３７のみを除去する場合の他に、絶縁被膜３７とともにセグメント導体３３の素線の一部を除去する場合が考えられるため、これらの除去によって生じる段差を少なくともなくすように先端部の３３１ｇ、３３２ｇの変形を行うことにより、接合対象となる接合部３３１ｈ、３３２ｈ同士を確実に接触させることができ、接合不良の発生を大幅に低減することができる。
【００３４】
また、ほぼ矩形断面を有するセグメント導体３３を用いることにより、変形後の接合部３３１ｈ、３３２ｈの隣接する各辺同士を接触させることができるため、接触面積を拡大することが可能になり、接合不良の発生をさらに防止することができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、接合対象となる２つの先端部３３１ｇ、３３２ｇの両方を互いに近づく方向に傾斜させたが、一方のみを傾斜させて接合部３３１ｈ、３３２ｈを接触させるようにしてもよい。
【００３６】
また、上述した実施形態では、傾斜した加圧面を有するダイ１００とパンチ１０２を用いて加圧工程を実施したが、図８（Ａ）に示すように、先端部３３１ｇ、３３２ｇの端面側に段差（突起）を設けたダイ１００ａと、ダイ１００ａに対向するように配置されたパンチ１０２ａを用いて加圧工程を実施するようにしてもよい。これにより、図８（Ｂ）に示すように、接合部３３１ｈ（あるいは３３２ｈ）のみが所定方向に傾斜するように変形することが可能になる。
【００３７】
また、上述した実施形態は、車両用交流発電機の固定子巻線を形成する場合について説明したが、車両用交流発電機以外の回転電機の固定子巻線や、固定子巻線以外の巻線を製造する場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。
【図２】固定子の部分的な断面図である。
【図３】固定子鉄心に装着されるセグメント導体の模式的形状を示す斜視図である。
【図４】挿入工程において挿入直前に重ねられた２種類の基本セグメント導体を示す図である。
【図５】固定子巻線の接合部を示す固定子の部分的な斜視図である。
【図６】加圧工程によって傾斜がつけられた先端部の詳細を示す図である。
【図７】挿入工程の前に行われる加圧工程の具体的な手順を示す図である。
【図８】挿入工程の前に行われる加圧工程の変形例を示す図である。
【図９】従来の接合対象となる２本の電気導体の接合前の状態を示す図である。
【符号の説明】
２ 固定子
３１ 固定子巻線
３２ 固定子鉄心
３３ セグメント導体
３４ インシュレータ
３５ スロット
１００、１００ａ ダイ
１０２、１０２ａ パンチ
３３１ｇ、３３２ｇ 先端部
３３１ｈ、３３２ｈ 接合部

Claims (5)

1. 電気導体の絶縁被膜が剥離された先端部を、接合対象となる他の前記電気導体の先端部が配置される向きに傾斜させる加圧工程と、
   前記加圧工程によって前記先端部が変形した前記電気導体を、固定子鉄心に形成されたスロットに径方向に複数本が重複するように挿入する挿入工程と、
   前記スロットに挿入された前記電気導体の端部を、隣接する他の前記電気導体が互いに反対向きに傾斜するように折り曲げる折り曲げ工程と、
   前記折り曲げ工程によって折り曲げられた隣接する前記電気導体の前記先端部同士を接合する接合工程と、
   を有する回転電機の巻線の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記加圧工程において前記先端部を変形させる際の変形量は、少なくとも前記絶縁被膜の膜厚以上であることを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
3. 請求項１において、
   前記加圧工程において前記先端部を変形させる際の変形量は、少なくとも前記絶縁被膜を剥離した際の剥離量以上であることを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記電気導体は、ほぼ矩形断面を有するセグメント導体であることを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記加圧工程は、前記先端部の端面側にいくほど前記電気導体の傾斜方向に突出した加圧面を有する第１の治具と、前記先端部を挟んで前記第１の治具に対向する加圧面を有する第２の治具とを用いて、前記先端部を加圧方向両側から挟み込んで変形することを特徴とする回転電機の巻線の製造方法。

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