JP4594550B2 - 回転電気機械用コイルの成形方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の自己融着電線を束ねたワイヤ状のコイル素材を用いて回転電気機械用の所定の断面形状のコイル部分を成形する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加熱手段と冷却手段とを具備するプレス金型を使用し、多数の自己融着電線を束ねたワイヤ状のコイル素材を所定の断面形状に圧縮成形すると共に、加熱手段によりプレス金型を加熱して、自己融着電線の融着層を溶融し、その後、冷却手段によりプレス金型を冷却して、自己融着電線同士を融着層の硬化で固着させ、所定の断面形状のコイル部分を成形する方法が知られている（特開平９−１４９６０８号公報、特開平９−１６８２６１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の方法では、プレス金型の加熱と冷却とを繰返し行うことが必要になる。ここで、プレス金型は熱容量が大きく、そのため、加熱と冷却に時間がかかり、成形サイクルタイムが長くなる不具合があった。
【０００４】
本発明は、以上の点に鑑み、成形サイクルタイムを短縮して生産性を向上し得るようにした回転電気機械用コイルの成形方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、本発明は、多数の自己融着電線を束ねたワイヤ状のコイル素材を用いて回転電気機械用の所定の断面形状のコイル部分を成形する方法において、金型加熱手段を具備する第１のプレス金型により、コイル素材を前記所定の断面形状の前段階の断面形状に圧縮成形すると共に、金型加熱手段による加熱で自己融着電線の融着層を溶融する予備成形工程と、予備成形工程で成形されたコイル素材を、金型冷却手段を具備する第２のプレス金型により、前記所定の断面形状に圧縮成形すると共に、金型冷却手段による冷却で自己融着電線の融着層を硬化して自己融着電線同士を固着する最終成形工程とから成る、ことを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、自己融着電線の融着層の加熱溶融と融着層の冷却硬化とが第１のプレス金型と第２のプレス金型とで分担して行われることになる。そのため、個々のプレス金型の加熱と冷却とを繰返す必要がなく、プレス金型の冷却後の昇温や加熱後の降温に要するロスタイムを無くして、成形サイクルタイムを短縮でき、更には、加熱と冷却の繰返しで生ずる熱衝撃による型寿命の悪化も防止される。
【０００７】
尚、第１のプレス金型にコイル素材用の冷却手段を設け、予備成形工程の最終段階でコイル素材の外表面を冷却すれば、外表面の融着層が硬化し、第１のプレス金型からのコイル素材の取出しが容易になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して、１は回転電気機械たる三相交流発電機のステータを示している。このステータ１は、スロットを有しない円筒状のステータコア２の内周に円筒状のステータ巻線３を固定して成るスロットレス型のものに構成されている。
【０００９】
ステータ巻線３は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相のコイルを図２（Ｂ）に示す如く星形結線して成るもので、各相のコイルを出力端側の第１単位コイル４Ｕ，４Ｖ，４Ｗとこれに直列の中点（Ｎ点）側の第２単位コイル４Ｕ′，４Ｖ′，４Ｗ′とで構成している。これら第１と第２の各単位コイルはコイル辺間ピッチを略１８０°とした３．５ターンのコイルで構成されている。図２（Ａ）には、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の第１単位コイル４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの出力端から数えて１番目のコイル辺がＵ１，Ｖ１，Ｗ１、２番目のコイル辺がＵ２，Ｖ２，Ｗ２、３番目のコイル辺がＵ３，Ｖ３，Ｗ３、４番目のコイル辺がＵ４，Ｖ４，Ｗ４、５番目のコイル辺がＵ５，Ｖ５，Ｗ５、６番目のコイル辺がＵ６，Ｖ６，Ｗ６、７番目のコイル辺がＵ７，Ｖ７，Ｗ７で示されており、各相の第２単位コイル４Ｕ′，４Ｖ′，４Ｗ′の第１単位コイル４Ｕ，４Ｖ，４Ｗとの接続端から数えて１番目のコイル片がＵ１′，Ｖ１′，Ｗ１′、２番目のコイル辺がＵ２′，Ｖ２′，Ｗ２′、３番目のコイル辺がＵ３′，Ｖ３′，Ｗ３′、４番目のコイル辺がＵ４′，Ｖ４′，Ｗ４′、５番目のコイル辺がＵ５′，Ｖ５′，Ｗ５′、６番目のコイル辺がＵ６′，Ｖ６′，Ｗ６′、７番目のコイル辺がＵ７′，Ｖ７′，Ｗ７′で示されている。第１と第２の各単位コイルの奇数番目のコイル辺は径方向外層部、偶数番目のコイル辺は径方向内層部に配置されており、かくて、ステータ巻線３は全体として２層の円筒状になる。
【００１０】
上記各コイル辺は、両端のコイル端を切除した状態で個々独立して成形されている。そして、コイル辺の成形後、図３にＵ相の第１単位コイル４Ｕの１番目のコイル辺Ｕ１で代表して示すように、コイル辺の両端に夫々接続金具５を取付けている。
【００１１】
ステータ１の製造に際しては、先ず、ステータコア２の内周に、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の第１単位コイル４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの奇数番目のコイル辺Ｕ１，Ｕ３，Ｕ５，Ｕ７、Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ７、Ｗ１，Ｗ３，Ｗ５，Ｗ６及び各相の第２単位コイル４Ｕ′，４Ｖ′，４Ｗ′の奇数番目のコイル辺Ｕ１′，Ｕ３′，Ｕ５′，Ｕ７′、Ｖ１′，Ｖ３′，Ｖ５′，Ｖ７′、Ｗ１′，Ｗ３′，Ｗ５′，Ｗ７′となる予め成形された複数のコイル辺を挿入して円筒状に配設することによりステータ巻線３の径方向外層部を組立て、次に、この外層部の内周に、各相の第１単位コイル４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの偶数番目のコイル辺Ｕ２，Ｕ４，Ｕ６、Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６、Ｗ２，Ｗ４，Ｗ６及び各相の第２単位コイル４Ｕ′，４Ｖ′，４Ｗ′の偶数番目のコイル辺Ｕ２′，Ｕ４′，Ｕ６′、Ｖ２′，Ｖ４′，Ｖ６′、Ｗ２′，Ｗ４′，Ｗ６′となる予め成形された複数のコイル辺を挿入して円筒状に配設することによりステータ巻線３の径方向内層部を組立てる。
【００１２】
次に、円柱状の内径治具（図示せず）をステータ巻線３の径方向内層部に挿入した状態でステータコア２と内径治具との間に樹脂やワニスを充填し、コイル辺同士を固着してステータ巻線３を一体化すると共に、ステータ巻線３をステータコア２に固着する。その後、内径治具を抜き取り、ステータコア２の両端に夫々フランジ６₁，６₂とアダプタ７₁，７₂とを取付ける。各アダプタ７₁，７₂には、各コイル辺の端部の接続金具５に接触する結線用導体７ａが装着されており、これら結線用導体７ａを介してコイル辺間の結線が為され、ステータ１が得られる。
【００１３】
ここで、各コイル辺Ｕ１〜Ｗ７′は、絶縁皮膜の外側にナイロン系やエポキシ系等の樹脂から成る融着層を形成した多数の自己融着電線を束ねたワイヤ状のコイル素材４′を用いて、ステータ巻線３の内周側を短辺、外周側を長辺とする断面台形に成形されている。
【００１４】
コイル辺の成形は、図４（Ａ）に示す第１のプレス金型８を使用した予備成形工程と、図４（Ｂ）に示す第２のプレス金型９を使用した最終成形工程とで行われる。第１のプレス金型８は、断面方形の溝部８０ａを有するダイ８０と、溝部８０ａに対応する断面方形の突部８１ａを有するパンチ８１とで構成されている。ダイ８０とパンチ８１とには、金型加熱手段たるヒータ８２が埋設されると共に、溝部８０ａの内面及び突部８１ａの外面に開口する、コイル素材用冷却手段たるエアパイプ８３が埋設されている。また、溝部８０ａの横幅は、コイル辺の断面形状たる台形の短辺の長さに等しいか僅かに短くなるように設定されており、更に、溝部８０ａの横側面と突部８１ａの横側面との間のクリアランスを自己融着電線４′ａの直径より、小さく設定している。
【００１５】
第２のプレス金型９は、溝底の横幅を上記台形の短辺の長さに等しくした断面台形の溝部９０ａを有するダイ９０と、溝部９０ａに対応する断面台形の突部９１ａを有するパンチ９１とで構成されている。そして、ダイ９０とパンチ９１とに、金型冷却手段たる水冷パイプ９２を埋設している。
【００１６】
コイル辺の成形に際しては、先ず、第１のプレス金型８のダイ溝部８０ａにコイル素材４′をセットし、次に、パンチ８１を下降させて、コイル素材４′を上記台形の短辺の長さに略等しい横幅を持つ断面方形に圧縮成形する。ここで、ダイ溝部８０ａとパンチ突部８１ａとの横側面間のクリアランスは上記の如く自己融着電線の直径より小さいため、この横側面間に自己融着電線が噛み込むことはない。また、ダイ８０とパンチ８１はヒータ８２により予め加熱されており、パンチ８１を下降させた後、自己融着電線の融着層がコイル素材４′の断面全域に亘って溶融されるまで待つ。次に、エアパイプ８３にエアを供給して、コイル素材４′の外表面を空令し、外表面の融着層を硬化させる。
【００１７】
次に、パンチ８１を上昇させて、断面方形に予備成形されたコイル素材４′を取出す。そして、このコイル素材４′を第２のプレス金型９のダイ溝部９０ａにセットした後、パンチ９１を下降させ、コイル素材４′を断面台形に圧縮成形する。ここで、コイル素材４′は予備成形されているため、自己融着電線がほつれることはなく、ダイ溝部９０ａとパンチ突部９１ａとの台形斜面間への電線の噛み込みが防止される。また、ダイ９０とパンチ９１は水冷パイプ９２への冷却水の通水で予め冷却されており、自己融着電線の融着層がコイル素材４′の略全域に亘って硬化するまでパンチ９１を下降端位置に維持し、その後、パンチ９１を上昇させて、断面台形に成形されたコイル素材４′、即ち、成形済みのコイル辺を取出す。
【００１８】
以上の成形方法によれば、自己融着電線の断線や絶縁皮膜破壊による絶縁不良を生ずることなく断面台形のコイル辺を成形できると共に、第１と第２の各プレス金型８，９の加熱と冷却とを繰返す必要がなく、各プレス金型８，９の冷却後の昇温や加熱後の降温に要するロスタイムを無くして、成形サイクルタイムを短縮できる。
【００１９】
尚、上記実施形態では、各コイル辺を個々独立して成形しているが、コイル端を有する所定巻数のコイルの複数のコイル辺を成形する場合にも同様に本発明を適用できる。この場合には、第１と第２の各プレス金型のダイとパンチとに夫々溝部と突部とを複数並設し、複数のコイル辺を同時に成形できるようにする。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、自己融着電線の融着層の加熱溶融と融着層の冷却硬化とを第１のプレス金型と第２のプレス金型とで分担して行うため、各プレス金型の加熱と冷却とを繰返す必要がなく、成形サイクルタイムを短縮できると共に、熱衝撃を受けないため型寿命も長くなり、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法で成型されたコイルを具備するスロッレス型ステータの截断側面図
【図２】（Ａ）図１のII-II線截断面図、（Ｂ）ステータ巻線の結線図
【図３】コイル辺の斜視図
【図４】（Ａ）コイル辺の予備成形工程を示す図、（Ｂ）コイル辺の最終成形工程を示す図
【符号の説明】
３ ステータ巻線
４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ 第１単位コイル
４Ｕ′，４Ｖ′，４Ｗ′ 第２単位コイル
Ｕ１〜Ｗ７′ コイル辺（コイル部分）
８ 第１のプレス金型
８２ ヒータ（金型加熱手段）
８３ エアパイプ（コイル素材用冷却手段）
９ 第２のプレス金型
９２ 水冷パイプ（金型冷却手段）

Claims (2)

1. 多数の自己融着電線を束ねたワイヤ状のコイル素材を用いて回転電気機械用の所定の断面形状のコイル部分を成形する方法において、
   金型加熱手段を具備する第１のプレス金型により、コイル素材を前記所定の断面形状の前段階の断面形状に圧縮成形すると共に、金型加熱手段による加熱で自己融着電線の融着層を溶融する予備成形工程と、
   予備成形工程で成形されたコイル素材を、金型冷却手段を具備する第２のプレス金型により、前記所定の断面形状に圧縮成形すると共に、金型冷却手段による冷却で自己融着電線の融着層を硬化して自己融着電線同士を固着する最終成形工程とから成る、
   ことを特徴とする回転電気機械用コイルの成形方法。
2. 前記第１のプレス金型にコイル素材用の冷却手段を設け、予備成形工程の最終段階でコイル素材の外表面を冷却することを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械用コイルの成形方法。

Images