JP2004336882A - 回転電機巻線用電線、及びその製造方法、及び回転電機巻線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線部材を製造する場合、まず電線の被覆を剥離した後、電線先端を細くする加工を行う必要があり、工程が複雑でコストが高く付いた。
【解決手段】第１の導体部１１２と被覆１１６とを有する電線１５０の一部を引き延ばして第２の導体部１２０を作る。細くすることにより被覆１１６は自然に剥離する。この後、引き延ばされた第２の導体部の中程で切断することにより巻線部材１００用の電線ができあがる。これを所定の形状、例えばＵ字型に成型して巻線部材１００を得る。被覆を剥離する工程を省けるので作業効率が向上し、コストを低減できる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば発電機、電動機などの交流回転電機の回転電機巻線を構成する回転電機巻線用電線、及びその製造方法、及び回転電機巻線の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車や船舶、農業機器に搭載されている内燃機関に装着される交流小型発電機（以下回転電機という）で、その固定子に巻線を巻回する作業を自動化する場合、その構造から長い線を端から巻いていくことが容易でないために種々の工夫がなされている。
例えば特許文献１には、特許文献１の図７に示されるような小型回転機の固定子に巻線を巻回する場合には、同じく図８に開示されたようにＵ字形に成型したコイル２３を、同じく図１３のように固定子に順にはめ込んでから、同じく図２に開示されたようにコイル端を加工して、隣同士のコイル端２３ｄ，２３ｆを順に接続する方法が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、その図６に開示されているように、長尺の素線を同時に同一平面上で雷状に折り曲げ形成し、ついで図７にあるように直角方向に治具にて折りたたみ、図８に示された内層側の素線群を作成する。また、同様にして図９の外層側の素線群を作成してから、両者を一体化してコイルを形成する方法が開示されている。特許文献１、２に記載の方法は、コイルの製法としては異なるが端部を互いに接続するという観点では同じである。
【０００４】
特許文献１、２に開示された方法で巻線を構成する場合、巻線の被覆又は皮膜（一般には樹脂塗膜である）を剥離し、導体先端に切欠部を作って断面縮小部を形成している。断面縮小部は接続部が肥大して回転電機の狭小部に入らないと言うことが生じないようにするために用いられている。皮膜１１６の剥離方法として切削やブラッシングやシェービングといった機械的に剥離する方法と、薬品を使用した化学的剥離方法とがある。また、導体１１２の切削にはサイドカッター、リーマ、あるいはワイヤーストリッパーを用いる方法がある。
いずれの方法あるいは工法を用いたとしても、特許文献１に開示された技術では、電線１００の被覆１１６を取り除く作業を実施した後で、改めて導体１１２の先端に切り欠き部１１４を設ける作業を行わなければならない。その理由は、その加工形状や対象とする材質に差があるため工具や工法が同じではなく、同時には実施出来ないからである。
【０００５】
このため、特許文献１に開示された方法では自動化が困難であり、また、自動化したとしても、異なる作業を専用に行う専用自動機械を複数台用いて、複数の工程を経なければならないため、コストが高く付く上に、効率が悪いという課題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１６４０４３号公報、図２、図７、図８、図１３
【特許文献２】
特開２００１−２１１５９０号公報、図６〜図９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
小型回転電機の固定子の従来の巻線は以上のように構成されていたので、巻線加工の自動化が困難であり、また、自動化したとしても、異なる作業を専用に行う専用自動機械を多数用いて、複数の工程を経なければならないため、コストが高く付く上に、効率が悪いという課題があった。
【０００８】
この発明は、上記のような従来の課題を解消し、自動化が容易で、コストもかからない固定子の巻線用電線とその製造方法、及び回転電機巻線の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明による回転電機巻線用電線は、樹脂被覆され径がＡなる第１の導体部、この第１の導体部の両端に形成された、前記両端部の径が前記Ａの９０％〜５０％である円錐台状の第２の導体部を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１では、この発明の回転電機の巻線部材（セグメントコイルとも言う）の形状について説明する。実施の形態２では、実施の形態１で説明した巻線部材の製造方法に付いて説明し、実施の形態３ではこの製造方法を実施するための加工機械について説明する。
【００１１】
実施の形態１．
この実施の形態では、例として例えば図８に示すような車両用交流発電機１０１の固定子コイルとして用いる巻線部材１００の形状と製法について図１により説明する。
この発明による加工を施して、所定の形状に成型（例えばＵ字状）した単独巻線部材１００を、図２に示すように固定子鉄心（コア）２００の軸方向から挿入し（巻回工程という）、反挿入側で隣接する巻線部材の導体同士を接合（接続工程という）することによって複数ターン数の複数相巻線を構成する。図２では理解を助けるため、単独巻線部材を挿入した直後の図と、その端部を溶接接合して巻線を構成した後の両者を図示している。
単独巻線部材１００は、樹脂被覆され径がＡの導体（第１の導体部という）を持つ電線であり、その導体部１１２は銅（接合方法が工夫されているならアルミでもよい）で、その端部は、断面がもとの径（Ａ）よりも縮小された第２の導体部１１０と、径がもとの径から細径部１１０の径へと変化（漸減）する円錐部１２０とを含んでいる。第２の導体部１１０の径はもとの径Ａの９０％〜５０％である。図１では、被覆１１６は円錐部１２０の径が最も太い部分で切断されているように図示しているが、実施の形態２の加工方法で詳細に説明するように、ある位置で強制的に切断するものではないので、その切断位置はある範囲内でばらつく、そしてその位置は円錐部１２０の上のどの位置で切れていても良い。例えば円錐部１２０の全部が被覆１１６（皮膜と言う場合もある）で覆われていても良い。
【００１２】
第２の導体部１１０の長さは、隣のコイルの第２の導体部１１０との接合に支障のない長さ（例えば電線のもとの太さの数倍）であればよいが、各コイルでその長さがほぼ一定であることが望ましい。前述したように第２の導体部１１０の径は元の第１の導体の径Ａの半分から９０％程度と説明したが、要は２本あわせてコイルの電流を通流するのに支障のない太さ（例えば１本の断面積が半分）であって、かつ、なるべく細い方がよい。
円錐部１２０の長さは、２本の端部を互いに寄せて接合するとき、間に空間が生じない程度の長さ、例えば元の導体径程度の長さであればよいが、これは厳密に要求されるものではないので、径が第１の導体部から第２の導体部へと漸減する円錐台状であればよい。この場合は円錐台状の部分を第２の導体部と呼ぶ。
【００１３】
導体同士の接合には例えばＴＩＧ溶接（タングステンイナートガス溶接）を用い、導体の母材を溶融接合させて、所定の溶接強度を得ることが出来る。また、接合後にその接合部位を樹脂コーティングすることによって固定子巻線の絶縁性を確保する。このような接合、コーティングは前述の特許文献１に記載の技術である。導体同士を接合する場合、導体接合部先端は皮膜剥離後に導体同士を突き合わせてアークを飛ばすという工程となるが、ＴＩＧ溶接の強度を確保するためには皮膜剥離を完全に行い、先端同士を同等長さに合わせる必要性がある。
また、導体先端に細径部を設けることによってアークを発生させる電源の電力を少なく抑えることが可能となる。
【００１４】
実施の形態２．
実施の形態１の図１で説明した単独巻線部材１００（及び巻線用電線）を製造する製造方法を説明するため、製造手順について図３と図４により説明する。図３（ａ）では第１の導体１１２と、被覆１１６を持つ長尺の電線１５０を示している。（ｂ）では電線１５０の端部から所定の長さごとに、その一部分を両側に引き延ばすことにより第１の導体１１２の径を細くして、円錐部１２０と第２の導体部１１０を形成する引き延ばし工程を行った後の形状を示している。このとき被覆１１６は第１の導体１１２の銅やアルミ素材ほどには引き延ばしに耐えられないので、引き延ばし率がある範囲を超えた時点で自然に剥離、切断され、図中１１６で示すように、円錐部１１６の付近で切れてしまう。切れた被覆は基本的には自然に落下し除かれる。皮膜が自然に落下するので特別に皮膜除去を意識する必要はないが、落下しなくても次の切断工程のとき大抵落ちてしまう。（ｃ）では引き延ばして形成された第２の導体部１１２の中程で、第２の導体部１１２を切断した状態を示す（切断工程という）。（ｄ）は（ｃ）の切断の結果、得られた巻線部材の成形前の状態を示す。（ｅ）は所定の形状（この図の例はＵ字状）成形して単独巻線部材１００としたものを示し（成形工程）、実施の形態１の図１と同じものである。
【００１５】
以上の工程の流れの理解を助けるため図４に工程のフローを示す。
図４では、まず引き延ばし工程で、電線の一部を引き延ばして（必ずしも引いて延ばすということではなく、実施の形態３で説明するように塑性変形させて延ばすことでもよい）第２の導体部を形成する（ステップＳ１）。この時同時に、被覆が自然剥離して落ちる。（ステップＳ２）。次に切断工程で、第２の導体部の中程で電線を切断する（ステップＳ３）、このときステップＳ２で落ちきらずに残っていた被覆が落ちる。次に成形工程で切断された電線をＵ字型に成形して単独巻線部材とする。
【００１６】
従来の方法では、皮膜剥離した後、切り欠き部を形成せざるを得ないが、本発明では電線を塑性変形で断面縮小部（第２の導体部）を設けることにより、被覆が自然に剥離するので、特別に被覆剥離工程を設ける必要がなく、加工時間も短縮され、また電線も傷付かないと言う効果が得られる。
【００１７】
実施の形態３．
本実施の形態では、実施の形態２の加工を行うロータリースウェージング機（スゥェージング機とも言う）の構造について説明する。図５（ａ）に示すように、中心に電線１５０を配置し、外側へ順にダイス２０、くさび２１、ハンマー２２、ハンマーローラ２３、スウェージングローラ２４を有している。ダイス２０、くさび２１、ハンマー２２、ハンマーローラ２３、スウェージングローラ２４は一体でダイス本体１９と呼ぶ。電線１５０の進行方向（矢印）に対して（図に向かって左側から）ガイド３０、奥側にチャック３２を配置し、電線１５０の送りをサポートしている。
【００１８】
ダイス２０は図示しないスプリングにより保持された超硬鋼により構成されており、電線１５０と接触して塑性変形させる役割を果たす。ダイス２０の外側のくさび２１は電線１５０の進行方向に位置を制御することによってダイス２０の加工径を調整し、異なる径の電線の加工に対応させる役割を持っている。
【００１９】
次に動作について説明する。 図６はスウェージング機による工程説明図である。以下左右、上下は図に向かって言うものとする。
まず、図５／図６（ａ）のように図の左側から電線１５０を挿入する。そしてチャック３２で電線を把持し、位置が決まったところで、最外径側に配置された９個のスウェージングローラ２４は固定されており、その内側をその他の部品が一体で回転することによりハンマーローラ２３がスウェージングローラと接触する。この時、ハンマー２２が内径側に押され、ダイス２０を３方向から押すことによって、コイルがプレスされる。この段階においてコイルは進行方向側に延びるようにダイス２０の寸法分塑性変形し、細径の部位が形成される（これを引き延ばし工程または塑性変形工程という）。ハンマーローラ２３がスウェージングローラ２４と接触していないときは、ダイス２０に取り付けられている図示しない弾性材の作用によりコイル１５０とダイス２０は接触せず、ダイス２０が（電線１５０が）次の加工位置に送られる。
【００２０】
ここでコイル１５０の被覆１１６に着目すると、ダイス２０の軸方向幅寸法分のコイルの伸びに皮膜１１６の伸びがついてこれず、また、皮膜１１６がダイス２０にたたかれることで剥離されることとなり、皮膜剥離の寄与度としては前者の方が大きい。
このように本実施の形態では断面丸線材の塑性加工機であるロータリースウェージング機にコイルを通し、断面縮小化することによって断面縮小させるだけではなく、皮膜を剥離することが同時に出来るという効果を有している。
なお、図には示さないが、ダイス２０とチャック３２との間に切断器具を配置して第２の導体部がここに来たとき切断するようにしても良い。
【００２１】
実施の形態４．
実施の形態１の説明では、まずＵ字状の巻線部材を成型し、これを固定子に巻回した後、その端部同士を接合して固定子巻線を構成する場合について説明したが、特許文献２に示された構造のコイル、即ち、まず、実施の形態１の加工を施して製造した電線を所定の形状に成型し、図９（ａ）に示すように長尺成型コイル１００ｂを複数本配列し、互いに編み込んで長尺のコイル群（集合成型コイル１３０という）を形成した後、固定子にセッティングする（装着工程という）ように巻線していく場合にも適用が可能である。即ち、図９（ａ）に示すように、まず所定の形状に成型した複数の長尺成型コイル１００ｂを配列する。そのコイルエンドのコイル端に着目すると、隣接するコイル同士をＴＩＧ溶接し、複数ターン数の集合長尺成型コイル１３０を構成する（集合工程）。これを折りたたんで（ｂ）図の集合長尺成型コイル１３０とする。この後、図示しない固定子のスロットに装着する（装着工程）。本実施形態のものでは、実施の形態１の方法に比して、溶接部の数が激減するため固定子の製造スピードが格段に向上される。理解を助けるため、図９（ｂ）の詳細図を（ｃ）に示す。また、（ｃ）の中の１本の長尺成型コイル１００ｂを（ｄ）図に示す。
【００２２】
なお、参考までに、このコイルを用いて製造された回転電機の構造を図１０に示す。図ではややわかりにくいが、コイル１３０の端部の形状が図８に示した回転電機のコイル１００の端部形状とは微妙に変化していることがわかる。
なお、各実施の形態では使用電線は断面円形であるとして説明したが、ダイスやチャック、ガイドの形状を相応な形状に変形させれば、断面扁平な電線、断面矩形の電線にも適用できる。固定子の図示しないスロット内に挿入するコイルを断面扁平形状に成形すれば、スロットに対する導体の占積率を向上させ、通電時の固定子コイルの温度上昇を低減させることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の小型回転電機の固定子の巻線用電線は、以上に説明したように構成されているので、巻線加工の自動化が容易となり、また、自動化した場合、１台のスウェージング機械により、端部の被覆の剥離と成型とを同時に行うことが出来るので、工程数が減少し、コストを下げ、作業効率が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の回転電機巻線の形状を示す図である。
【図２】図１の巻線の組み立て方法を説明する説明図である。
【図３】実施の形態２の製造方法の手順を説明する説明図である。
【図４】手順を説明するフローチャートである。
【図５】実施の形態３のスウェージング機の構成説明図である。
【図６】図５のスウェージング機の動作を説明する図である。
【図７】図５のスウェージング機による電線の状態を説明する図である。。
【図８】回転電機のコイルを説明する図である。
【図９】実施の形態４の集合長尺成型コイルを示す図である。
【図１０】図９のコイルを用いて製造された回転電機のコイル形状を示す図である。
【符号の説明】
１９ ダイス本体、 ２０ ダイス、 ２１ くさび、 ２２ ハンマー、
２３ ハンマーローラ、 ２４ スウェージングローラ、
１００ 単独巻線部材、 １００ａ 加工済み電線、
１００ｂ 長尺成型コイル、 １１０ 第２の導体部、
１１２ 第１の導体部、 １１６ 被覆、 １２０ 円錐部、
１３０ 集合長尺成型コイル、 １５０ 電線、 ２００ コア。

Claims (5)

1. 樹脂被覆され径がＡなる第１の導体部、この第１の導体部の両端に形成された、両端部の径が前記Ａの９０％〜５０％である円錐台状の第２の導体部を備えたことを特徴とする回転電機巻線用電線。
2. 請求項１に記載の回転電機巻線用電線を所定の形状に成型して単独巻線部材をつくる成型工程と、回転電機の固定子に前記単独巻線部材を複数本巻回する巻回工程と、隣接する前記単独巻線部材の前記第２の導体部を互いに接続して固定子巻線とする接続工程とを、前記の順に実施することを特徴とする回転電機巻線の製造方法。
3. 請求項１に記載の回転電機巻線用電線を所定の形状に成型して単独巻線部材をつくる成形工程と、前記単独巻線部材を複数本配列し、隣接する前記単独巻線部材の前記第２の導体部を互いに接続して集合巻線部材をつくる集合工程と、前記集合巻線部材を回転電機の固定子に装着して固定子巻線とする装着工程とを、前記の順に実施することを特徴とする回転電機巻線の製造方法。
4. 樹脂被覆され、径がＡなる第１の導体部を有する電線を、所定の長さ毎に、その一部分をその径が前記Ａの９０％〜５０％になるまで引き延ばして第２の導体部を形成するとともに、前記樹脂被覆を剥離させる引き延ばし工程と、
   前記第２の導体部の長さ方向のほぼ中間位置で、前記第２の導体部を切断するとともに、前記剥離させた樹脂被覆を前記第２の導体部から取り除く切断工程とを含むことを特徴とする回転電機巻線用電線の製造方法。
5. 樹脂被覆され、径がＡなる第１の導体部を有する電線を、所定の長さ毎に、その一部分をその径が前記Ａの９０％〜５０％になるまで押しつぶして第２の導体部を形成するとともに、前記樹脂被覆を剥離させる塑性変形工程と、
   前記第２の導体部の長さ方向のほぼ中間位置で、前記第２の導体部を切断するとともに、前記剥離させた樹脂被覆を前記第２の導体部から取り除く切断工程とを含むことを特徴とする回転電機巻線用電線の製造方法。

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