JP7724591B1 - コイル材の製造方法およびコイル材 - Google Patents

Abstract

【課題】タークスヘッドによる圧延時のバリ発生を防止できるコイル材の製造方法およびこの製造方法で製造したコイル材を提供する。
【解決手段】 コイル材の製造方法は、タークスヘッド１により原料線材Ｒｗを圧延してモータ用のコイル材Ｃｍを形成することに関する。原料線材は、その断面形状が略矩形でありその４つの角が外方に凸状の湾曲面である、または断面形状が長円形、楕円形もしくは幅方向両端の半楕円とこれらを矩形で繋ぐ合体形である。原料線材には、その断面形状を圧延時におけるタークスヘッドの各一対の上下ローラー１１，１２および横ローラー１３，１４の各周面で形成される矩形空間１８の形状に重ね合わせたとき、矩形空間の４つの角（かど）近傍において重ならない。圧延における減面率は５％～３５％である。
【選択図】 図６

Description

本発明は、モータに使用されるコイル材およびその製造方法に関する。

二酸化炭素排出量の削減が急務となっている現在、自動車の動力源を化石燃料から電気に移行する動きが全世界で活発化している。電気自動車に使用されるモータは交流が主流であり、高効率且つ出力密度の高い永久磁石型同期モータが多く使用されている。

永久磁石型同期モータはステータに電磁コイルを有し、そのコア（鉄心）に巻かれるコイル材は占積率が大きいほど出力が大きくなることから、平角線が使用されることも多い（非特許文献１）。

平角線については、ステータコアのスロット内におけるコイルの占積率を高めて大きな回転トルクを効率よく得られるモータの製造を可能とする、横断面が矩形の線状部材（特許文献１）ならびに断面が扁平（長方形）のコイル材およびその製造方法（特許文献２）が提案されている。

特開２００７－３１７６３６号公報 特開２００６－１４５３０号公報

佐藤敦、飯塚慎一、木村康三、電動車向けモータの巻線、ＳＥＩテクニカルレビュー、２０２０年１月、第１９６号、ｐ．１２－１６

特許文献１に記載の線状部材は、横断面円形の金属線を、回転自在の一対の上下加圧ロールもしくは左右一対の加圧ロールで、または連続する上下加圧ロールおよび左右加圧ロールで形成される加工ロール装置により圧延することで成型される。特許文献１に記載の成型方法では、加工ロール装置が連続する上下加圧ローおよび左右加圧ロールで形成される場合であっても、上下方向および左右方向の圧延が同時ではなく時間差があるために後の左右方向の圧延時に上下方向の寸法（厚さ）が変化する虞、および圧延後の断面が厳格な矩形にならず上下または左右の表面が凸状または凹状に湾曲する虞がある。

特許文献２に記載のコイル材の製造方法は、断面が正方形の棒状体からなる母材を厚み方向に押圧する上下ローラと、母材を幅方向に押圧する左右ローラの合計２対のローラが用いられる。この圧延は多段階にわたって行われ、長手方向の一端側から他端側に向けて厚みが連続的に減少し幅が連続的に増加する、断面が長方形の扁平な長尺材が形成される。

特許文献２に記載のコイル材の製造方法においても、上下ローラおよび左右ローラは同時に母材を圧延せず圧延に時間差が生ずるために、例えば後の左右方向の圧延時に上下方向の寸法が変化する、およびイル材の断面が厳格な長方形にならずに上下または左右のいずれかの表面が凸状または凹状に湾曲する虞がある。

そこで本件発明者は、上下および横の二方向で同時に圧延するタークスヘッドを用いて原料線材を圧延することで圧延後のコイル材の寸法精度の低下防止およびコイル材表面の湾曲を回避できると考え試作を行った。圧延は、タークスヘッドの各ローラーを移動させず（対向するローラー間を一定）、厚さおよび幅が長手方向に一定となるように行った。

試作結果は、寸法精度の低下および圧延後のコイル材Ｃｙの表面に凹凸は生じなかったが、コイル材Ｃｙの端（角）にバリ５３が発生した。

図１１は試作コイル材Ｃｙを示す図である。図１１おいて、（ａ）は試作コイル材Ｃｙの外観を示す図、および（ｂ）は試作コイル材Ｃｙにおけるバリ５３が生じまたは生ずる可能性が有る部分を誇張した図である。図１１おける符号Ｒｙは断面が矩形の原料線材、５１はタークスヘッドの上ローラーおよび５２はタークスヘッドの一対の横ローラーの一
方である。図１１では下ローラーおよび横ローラーの他方が省略されている。また、図１１における原料線材Ｒｙ、圧延後のコイル材Ｃｙ、上ローラー５１および横ローラー５２の大小関係は実際とは異なる。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、タークスヘッドによる圧延時のバリ発生を防止できるコイル材の製造方法およびこの製造方法で製造したコイル材を提供することを目的とする。

本発明に係るコイル材の製造方法は、タークスヘッドにより原料線材を圧延してモータ用のコイル材を形成することに関する。原料線材は、その断面形状が略矩形でありその４つの角が外方に凸状の湾曲面である、または断面形状が長円形、楕円形もしくは幅方向両端の半楕円とこれらを矩形で繋ぐ合体形である。

ここで「長円形」とは、円を二等分しその間を日本の平行線で結んだ形状を言うものとする。

また、原料線材には、その断面形状を圧延時におけるタークスヘッドの各一対の上下ローラーおよび横ローラーの各周面で形成される矩形空間の形状に重ね合わせたとき、矩形空間の４つの角（かど）近傍において重ならない。

コイル材の製造は、矩形空間の形状を変化させずに設定された長さの主要部を圧延にて形成し、続いて各一対の上下ローラーおよび横ローラーの一方の間隔を広げ他方の間隔を狭めて矩形空間を先に形成した主要部と同じ断面積に変化させて接続部を形成し、続いて矩形空間の形状を変化させずに設定された長さの次の主要部を圧延にて形成する。そして、主要部および接続部の形成を交互に繰り返す。

圧延における減面率は５％～３５％であり、好ましい減面率は１５％～２５％である。

接続部の形成はコイル材の移動を停止させて行う。

接続部の形成を、コイル材の移動を継続させながら各一対の上下ローラーおよび横ローラーの間隔変更をそれぞれが等速で且つ同時に終了するように行う。

本発明に係るコイル材は、モータのステータコアに巻かれる断面形状が略矩形のコイル材である。

コイル材を製造するための原料線材は、断面形状が略矩形でありその４つの角が外方に凸状の湾曲面を有する形状、または断面形状が長円形、楕円形もしくは幅方向両端の半楕円とこれらを矩形で繋ぐ合体形であり、且つその断面形状が圧延時におけるタークスヘッドの各一対の上下ローラーおよび横ローラーの各周面で形成される矩形空間の形状に重ね
合わせたとき、矩形空間の４つの角近傍において重ならない原料線材を圧延することにより製造される。このコイル材は圧延時の減面率が５％～３５％である。

また、コイル材は、断面形状が一定であって特定の長さを有する主要部と断面形状が長手方向で変化し主要部よりも短い接続部とが長手方向に交互に並ぶ。複数の主要部の断面積は同じであり、コイル材の長手方向の一方の側に位置する主要部が接続部を挟んだ他方の側に位置する主要部よりもその断面における厚さが小さく幅が大きい。主要部の長さは、とりつけ対象のステータコアの断面の周長さを基準に形成される。

ここで「複数の主要部の断面積は同じ」における「同じ」は「数値的に完全に同じ」の意ではなく、複数の主要部の断面積が同じになるように圧延時にタークスヘッドを動作させて、なお圧延後のコイル材の各主要部の断面積に若干の差異が生ずる場合も「同じ」に含む意である。

コイル材の複数の主要部の各断面略矩形における厚さおよび幅は、組み入れられるモータにおけるステータコア数、ステータコアの断面形状、隣り合うステータコア間のスリットの形状および必要なコイル材の断面積により決定される。

本発明によると、タークスヘッドによる圧延時のバリ発生を防止できるコイル材の製造方法およびこの製造方法で製造したコイル材を提供することができる。

図１はタークスヘッドによるコイル材の製造の様子を示す斜視図である。 図２はコイル材を製造するためのタークスヘッドの簡略化された三面図等である。 図３は断面形状が長円形および矩形の原料線材を用いた圧延前後の線材断面を示す図である。 図４はバリ発生防止のための原料線材の断面形状を説明する図である。 図５は断面形状が長円形の原料線材の他の形態におけるバリ発生防止を説明する図である。 図６はバリ発生の防止が可能な原料線材の他の形態を示す図である。 図７はコイル材の側面図である。 図８はステータコアに取り付けられた段付コイル材を示す断面図である。 図９はコイル材の各主要部の厚さおよび幅の算出方法の説明図である。 図１０はタークスヘッドにより異形コイル材を製造する様子を示す図である。 図１１はタークスヘッドによるコイル材の試作結果を示す図である。

図１はタークスヘッド（タークス圧延機）１によるコイル材Ｃｍの製造の様子を示す斜視図、図２はコイル材Ｃｍを製造するためのタークスヘッド１の簡略化された三面図等である。図２において（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図および（ｃ）は右側面図である。タークスヘッド１は上下方向に対向する上ローラー１１および下ローラー１２、ならびに横方向に対向する一対の横ローラー１３、１４を有する。このようなタークスヘッド１は、公知である。

タークスヘッド１における上ローラー１１と下ローラー１２との間隔および一対の横ローラー１３、１４の間隔は、制御装置が制御するサーボモータにより圧延中にも変更が可能である。また上ローラー１１、下ローラー１２および一対の横ローラー１３、１４の回転も、それぞれが制御装置に制御されるサーボモータにより駆動される。タークスヘッド１は、上ローラー１１および下ローラー１２がモータにより駆動され一対の横ローラー１３、１４が線材の移動により従動するように、または一対の横ローラー１３、１４がモータにより駆動され、上ローラー１１および下ローラー１２が線材の移動により従動するように構成してもよい。

タークスヘッド１には、この圧延の前工程にて所定の断面形状に整えられた、銅線である原料線材Ｒｗが供給される。原料線材Ｒｗは、上ローラー１１、下ローラー１２および一対の横ローラー１３、１４が形成する矩形の空間を通過することで、コイル材Ｃｍに求められる断面形状に成形される。ここで「コイル材Ｃｍ」とは、モータの電磁コイルに用いられる線材をいう。

さて、本件発明者は、先に行ったタークスヘッド１による矩形断面の原料線材Ｒｗの圧延で角にバリが生じた原因を以下のように考察した。

タークスヘッド１による圧延は、上下および横方向に並ぶ４つのローラー１１，１２，１３，１４で形成される断面矩形の隙間を原料線材Ｒｗが通過することで、所定の断面形状に成形される。この断面矩形の隙間は、４つのローラー１１，１２，１３，１４の周面の母線と端面とが交互に接することで形成される。したがって断面矩形の空間は４つのローラー１１，１２，１３，１４の母線で形成され、一定の厚さを備えた板材で形成される矩形空間ほどにはその形状維持に対して強固、または完全ではない。例えば上ローラー１１の端面１５と横ローラー１３の周面の母線１６とで形成される矩形の角１７（図２（ｄ）参照）に圧縮された原料線材Ｒｗの一部が入り込み、これがバリとなった可能性が高い。

この考察に基づいて、断面の４つの角を湾曲面（Ｒ形状）に形成した原料線材Ｒｗを用いて、タークスヘッド１による圧延でコイル材Ｃｍの製造（実施例）を行った。また比較のため断面矩形の原料線材Ｒｘを用いたタークスヘッド１による圧延（比較例）も行った
。実施例および比較例の圧延条件は以下のとおりである。
〔実施例〕
原料線材Ｒｗ ： 断面形状が厚さ１．９ｍｍ、幅５．３ｍｍ、断面積９．３０平方ｍｍの長円形である銅線
圧延条件（結果）： タークスヘッドの原料線材の通過速度３ｍ／分、減面率１９．７％〔比較例〕
原料線材Ｒｘ ： 断面形状が厚さ１．８ｍｍ、幅５．３ｍｍ、断面積９．５４平方ｍｍの矩形である銅線
圧延条件（結果）： タークスヘッドの原料線材の通過速度３ｍ／分、減面率１７．７％なお本書面における「長円形」とは、円を二等分しその間を日本の平行線で結んだ形状（図３（ａ）における左の図参照）を言うものとする。

図３は断面形状が長円形および矩形の原料線材Ｒｗ，Ｒｘを用いた圧延前後の線材断面を示す図である。図３において（ａ）が実施例であり、（ｂ）が比較例である。

図３（ａ）に示す断面形状が長円形の原料線材Ｒｗを用いた圧延では、バリの発生が見られない。一方、図３（ｂ）に示す断面形状が矩形の原料線材Ｒｘを用いた圧延では、バリ５４が発生した。図３（ｂ）において符号５５で示す部分は、写真撮影用の断面作成の際にバリが欠落した跡である。

断面形状が長円形の原料線材Ｒｗを用いた圧延においてバリ発生を防止できたのは、次の理由によると考えられる。

図４はバリ発生防止のための原料線材Ｒｗの断面形状を説明する図である。図４において二点鎖線で示す矩形は、上下、左右の４つのローラー１１，１２，１３，１４の各周面の母線で形成される隙間（以下「矩形空間」という）１８であり、図４はこの各周面の母線を含む仮想平面での断面である。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、矩形空間１８の面積が同じで縦および横の寸法が異なる矩形空間１８および圧延後のコイル材Ｃｍの形状を示す。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）ではそのいずれも、原料線材Ｒｗが矩形空間１８に進入したときは矩形空間１８とのあいだに４か所の隙間部分Ｐｏ，Ｐｏ，Ｐｏ，Ｐｏを生じさせる（または、図形として原料線材Ｒｗの断面と矩形空間１８とを重ねたとき矩形空間１８に原料線材Ｒｗの断面と重ならない部分Ｐｏ，Ｐｏ，Ｐｏ，Ｐｏがある）。

原料線材Ｒｗは上下、横方向の４つのローラー１１，１２，１３，１４で形成される矩形空間１８に速度ｖ１で進入し、圧延により断面積が減少した生成コイル材Ｃｍは速度ｖ１より速い速度ｖ２で矩形空間１８から引き出される。原料線材Ｒｗの断面積をＡｒおよび矩形空間１８の断面積をＡｐとすると、
Ａｒ×ｖ１＝Ａｐ×ｖ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （１）
であれば矩形空間１８は原料線材Ｒｗで満たされ、
Ａｒ×ｖ１＜Ａｐ×ｖ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （２）
であれば矩形空間１８に原料線材Ｒｗが行き渡らない部分が発生する。その原料線材Ｒｗが行き渡らない部分が、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）における隙間部分Ｐｏに生じ、このことにより生成コイル材Ｃｍでのバリの発生が防止される。

図５は断面形状が長円形の原料線材Ｒｗの他の形態におけるバリ発生防止を説明する図である。図５における（ａ）は原料線材Ｒｗの幅が矩形空間１８の幅より小さな場合を、（ｂ）は原料線材Ｒｗの厚さが矩形空間１８の高さよりも低い場合を示す。図５において矩形空間１８を二点鎖線で示す。

これらの場合においても、タークスヘッド１による圧延において、矩形空間１８に原料線材Ｒｗが行き渡らない範囲が隙間部分Ｐｏに生ずる。隙間部分Ｐｏに原料線材Ｒｗが進入しない部分が生ずることによりエッジ分部が湾曲面となり、バリが発生せず且つ絶縁材の被覆処理において絶縁が不十分な部分も生じない。

このようなバリの発生防止の仕組みから、過大な減面率で行う圧延ではバリ発生の虞が大きく、バリ発生を防止可能な減面率の範囲は５％～３５％であり、好ましく減面率の範囲は１５％～２５％である。

図６はバリ発生の防止が可能な原料線材Ｒｗの他の形態を示す図である。図６の（ａ）は原料線材Ｒｗの断面形状が楕円の場合、（ｂ）は原料線材Ｒｗの断面形状が幅方向両端の半楕円とこれらの間の矩形の合体形の場合、および（ｃ）は原料線材Ｒｗの厚み方向の面と幅方向の面（側面）とが断面円弧の曲面で連続する場合である。（ａ），（ｂ），（ｃ）いずれの原料線材Ｒｗも、その断面形状を矩形空間１８の形状に重ね合わせたときに矩形空間１８において原料線材Ｒｗの断面形状に重ならない隙間部分Ｐｏが存在する（隙間部分Ｐｏは矩形空間１８に生ずる）。

以上をまとめると、原料線材Ｒｗが次を満たすときにコイル材Ｃｍのバリの発生が防止できる。
（i） 略断面矩形の原料線材Ｒｗの４つの角が（外方に凸状の）湾曲面である、または断面形状が長円形、楕円形もしくは幅方向両端の半楕円とこれらの間の矩形の合体形である。
（ii） 原料線材Ｒｗの断面（形状）を４つのローラー１１，１２，１３，１４で形成される圧延時の矩形断面１８（形状）に重ねたとき、矩形断面１８の４つの角に原料線材Ｒｗの断面に重ならない部分Ｐｏが存在する。

さらに原料線材Ｒｗの要件である（i）および（ii）に加えて、タークスヘッド１による圧延時に次を満たすことによりコイル材Ｃｍのバリの発生が防止できる。
（iii） 圧延での減面率は５％～３５％であり、好ましく１５％～２５％である。

バリ発生防止に留意して圧延されたコイル材Ｃｍは、エッジ（角（かど））部分が丸みを帯び、後工程における絶縁被膜の塗布工程または電着等での被覆工程でエッジ相当部分の膜厚が安定し、絶縁欠陥のない絶縁被膜を形成することができる。

コイル材Ｃｍは、予め材料形状を調整することで加工中の減面率を低減させ、矩形空間１８にコイル材Ｃｍが張り出さないようにするという点で、単に材料にＲ形状を設けてバリを防ぐだけではない減面率の調整という役割が、元の材料形状にある。

次に、永久磁石型同期モータにおけるステータコア（鉄心）にコイルとして巻きつけられるコイル材Ｃｍの形状とその製造方法について説明する。

図７はコイル材Ｃｍの側面図である。図７において（ａ）はコイル材Ｃｍの引き抜きを停止して接続部２２ａを形成したとき、（ｂ）はコイル材Ｃｍの引き抜きを維持して接続部２２ｂを形成したときの図である。

コイル材Ｃｍは、長手方向の一方の端から他方の端に向けて、厚さおよび幅が同じで略一定の長さを有する部分（「主要部２１」という）と厚さが増加し幅が減少する部分（「接続部２２」という）とが交互に並ぶ。主要部２１は接続部よりも長い。

複数の主要部２１，・・・，２１は、接続部２２を挟む２つの主要部の一方の端側の方が他方の端側よりも厚さが大きい。複数の主要部２１，・・・，２１は断面積が同じである。コイル材Ｃｍにおける複数の主要部２１が略一定の長さ（同じ長さ）を有するのは、コイル化されたときのステータコアの径方向に直交する断面の面積が一定だからであり、一の主要部２１でステータコア周りを一巻き（一周）することを想定していることによる。

ステータコアの径方向に直交する断面の面積が径方向の位置により徐々に変化する場合には、複数の主要部２１の長さはステータコアの断面積の変化に適合するよう調整される。

以下図７（ａ），（ｂ）の相違を説明するときに限り、接続部２２ａを有するコイル材の符号をＣｍａとし接続部２２ｂを有するコイル材の符号をＣｍｂとする。

コイル材Ｃｍａの製造において、主要部２１を形成する圧延では上下ローラー１１，１２および横ローラー１３，１４のそれぞれの間隔は変化しない。所定の長さの圧延が行われると生成コイル材Ｃｍａの引き抜き（進行）が停止され（原料線材Ｒｗの供給も停止）、例えば上下ローラー１１，１２の間隔が広げられ横ローラー１３，１４の間隔が狭められる。これらの間隔の変化の前後において矩形空間１８の面積は同じである。

上下ローラー１１，１２の上下移動および横ローラー１３，１４の横移動が終了すると再び生成コイル材Ｃｍａの引き抜き（進行）が開始される。主要部２１の所定の長さの圧
延が行われるごとに、生成コイル材Ｃｍａの引き抜き停止と再開および４つのローラー１１，１２，１３，１４のそれぞれの間隔の変更が行われて、主要部２１と接続部２２とが交互に並ぶコイル材Ｃｍａが製造される。

この製造方法では、生成コイル材Ｃｍａの引き抜き（進行）停止時の４つのローラー１１，１２，１３，１４の移動により、矩形空間１８は次の主要部２１の厚さおよび幅（の寸法）に変更される。つまり、隣り合う主要部２１，２１の厚さおよび幅の違いが大きいほど各ローラー１１，１２，１３，１４の移動量（例えば図７（ａ）の上ローラー１２の移動量Ｗ１，Ｗ２）が大きくなる。

接続部２２ａの４つの面は各ローラー１１，１２，１３，１４の周面で形成され、接続部２２ａの長さ（Ｄ１，・・・，Ｄ５）は原料線材Ｒｗに接して押圧する各ローラー１１，１２，１３，１４の断面の円弧の長さに比例する。一方で複数の接続部２２ａにおける各ローラー１１，１２，１３，１４の移動量は必ずしもすべて同じではないので、接続部２２ａの長さ（Ｄ１，・・・，Ｄ５）も一定ではない。なお、接続部２２ａの表面はそれぞれのローラー１１，１２，１３，１４の曲率と同じ曲率の湾曲面であり平面ではない。

コイル材Ｃｍｂの製造においても、主要部２１を形成する圧延では上下ローラー１１，１２および横ローラー１３，１４のそれぞれの間隔は変化しない。コイル材Ｃｍｂの製造では、主要部２１の所定の長さの圧延が終了しても生成コイル材Ｃｍｂの引き抜き（進行）は停止されず、同じ速度で引き抜きが継続される。上下ローラー１１，１２および横ローラー１３，１４は、引き抜きによる生成コイル材Ｃｍｂの移動が設定された距離Ｄ移動する間に、その矩形空間１９の形状が次の主要部２１の厚さ及び幅に一致するように互いの間隔が等速で変更される。

図７（ｂ）を参照して、例えば点Ｐに着目すると、コイル材Ｃｍｂの移動に伴い点Ｐに対して上ローラー１１はコイル材Ｃｍｂ長手方向に距離Ｄ相対位置が変化し、矩形空間１９の幅を拡大させる（例えばＰ１ではＷ１、Ｐ２ではＷ２）。この製造方法では、主要部２１形成後の上下ローラー１１，１２および横ローラー１３，１４それぞれの間隔が、コイル材Ｃｍが距離Ｄ移動する間に等速で変化して接続部２２ｂが形成される。コイル材Ｃｍｂは、すべての接続部２２ｂ，・・・，２２ｂの長さが同じ（距離Ｄ）であり、接続部２２ｂの表面はいずれも平面である。

次に、ステータコア４１，・・・，４１間のスロットの形状に適し占積率が最も大きくなる、図７に示されるコイル材Ｃｍの各主要部２１の厚さおよび幅の算出方法について説明する。以下の説明において「主要部２１および接続部２２ａ，２２ｂが交互に並ぶコイル材Ｃｍ」を「段付コイル材Ｃｍ」という。

図８はステータ４のステータコア４１に取り付けられた段付コイル材Ｃｍを示す断面図、図９は段付コイル材Ｃｍの各主要部２１の厚さおよび幅の算出方法の説明図である。図８および図９は段付コイル材Ｃｍの断面積およびコイルの様子が簡略化されている。

図８におけるステータコア４１は、ステータ４の径方向に直交する断面が矩形である。図８に示されるステータ４用の段付コイル材Ｃｍは、その主要部２１と続く接続部２２ａ，２２ｂの長さがステータコア４１の周囲を略一周するように設定される。

ステータコア４１の形状および隣り合うステータコア４１，４１間のスリット４２の形状から、ステータコア４１に巻かれる段付コイル材Ｃｍについて最も占積率が高くなる各主要部２１，・・・，２１の厚さおよび幅を、次の想定の元で求める。

図９を参照して、ステータコア４１を２４有するステータ４は、隣り合うステータコア４１，４１の軸心間の角度がステータ４の軸心（中心）Ｏに対して２αである。αの値はステータコア４１の数で決まる。ステータ４の軸心Ｏに直交する断面におけるステータコア４１の幅はＷである。ステータコア４１において段付コイル材Ｃｍをコイルとして取り付け可能な長さはＭｈである。コイル材Ｃｍの主要部２１に求められる断面積はＡである。断面積Ａは、コイルに流す電流値に応じて適切な値が決定される。

図９（ａ）におけるＰＬ－ＰＬ線は、隣り合うステータコア４１，４１間のスリット４２を二等分する、ステータ４の軸心Ｏを含む平面である。図９（ａ），（ｃ）における「ｒ」は、「ステータコア４１におけるコイル取り付け可能な範囲（Ｍｈ）の径方向内方端Ｉｐを含みステータコア４１の軸心（Ａｃ－Ａｃ）に直交する平面」とＰＬ－ＰＬ線（スリット４２を二等分する面）とが交わる点（図９の表から裏に抜ける線）Ｐｉのステータ４の軸心Ｏからの距離である。

「Ｇ」は、ステータコア４１の軸心（Ａｃ－Ａｃ）におけるコイル取り付け可能な径方向内方端Ｐｊの軸心Ｏからの距離である。

なお、主要部２１の断面積Ａは必要な導体としての断面積に絶縁体の断面積を加えた値である。さらに主要部２１の断面の４つの角が湾曲する場合には、４つの角が湾曲しないと想定したときの矩形の断面積をＡとする。
〔コイル最も内方（一巻き目）の厚さＨ１、幅Ｘ１〕
ステータコア４１におけるコイルの最も内方（最も厚い主要部２１ａ）の厚さをＨ１、幅をＸ１とすると、
Ｗ／２＋Ｘ１＝ｒ×ｓｉｎ（α）
ｒ＝Ｇ／ｃｏｓ（α）
Ｘ１＝Ｇ×ｔａｎ（α）－Ｗ／２ ・・・・・・・・・・・・・・・ （３）
Ｈ１＝Ａ／Ｘ１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （４）
〔コイル二巻き目）の厚さＨ２、幅Ｘ２〕
コイル一巻き目の幅Ｘ１とコイル二巻き目の幅Ｘ２との差ｑ２は、
ｑ２＝Ｈ１×ｔａｎ（α）
Ｘ２＝Ｘ１＋ｑ２
＝Ｘ１＋Ｈ１×ｔａｎ（α） ・・・・・・・・・・・・・・・ （５）
Ｈ２＝Ａ／Ｘ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （６）
〔コイル三巻き目）の厚さＨ３、幅Ｘ３〕
コイル二巻き目の幅Ｘ２とコイル三巻き目の幅Ｘ３との差ｑ３は、
ｑ３＝Ｈ２×ｔａｎ（α）
Ｘ３＝Ｘ２＋ｑ３
＝Ｘ２＋Ｈ２×ｔａｎ（α） ・・・・・・・・・・・・・・・ （７）
Ｈ３＝Ａ／Ｘ３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （８）
〔コイルｎ＋１巻き目）の厚さＨ（ｎ＋１）、幅Ｘ（ｎ＋１）〕
コイルｎ巻き目の幅Ｘｎとコイルｎ＋１巻き目の幅Ｘ（ｎ＋１）との差ｑ（ｎ＋１）は、コイルｎ巻き目の厚さをＨｎとすると、
ｑ（ｎ＋１）＝Ｈｎ×ｔａｎ（α）
Ｘ（ｎ＋１）＝Ｘｎ＋ｑ（ｎ＋１）
＝Ｘｎ＋Ｈｎ×ｔａｎ（α） ・・・・・・・・・・・ （９）
Ｈ（ｎ＋１）＝Ａ／Ｘ（ｎ＋１） ・・・・・・・・・・ （１０）
コイルｎ＋１巻き目までのコイルの厚さの総和が段付コイル材Ｃｍをコイルとして取り付け可能な長さＭｈを超えたとき、段付コイル材Ｃｍのステータコア４１用コイルの巻き数はｎが最大であると判断される。

上に示すように、段付コイル材Ｃｍは、取り付けられるステータ４の形状および求められる断面積に基づいて、ステータ４の軸心Ｏに最も近い一巻き目の主要部２１（２１ａ）の幅Ｘ１および厚さＨ１が（３）式および（４）式により求められる。続く二巻き目の主要部２１（２１ｂ）の幅Ｘ２および厚さＨ３は、幅Ｘ１および厚さＨ１を用いて（５）式および（６）式により求められる。三巻き目からｎ巻き目までの主要部２１の幅Ｘ３，・・・，Ｘｎおよび厚さＨ３，・・・，Ｈｎも二巻き目からｎ－１巻き目までの主要部２１の寸法により逐次的に求めることができる。

ステータコア４１への段付コイル材Ｃｍの巻きつけ（コイル）を例えば二重（２段）にする場合には、（４），（６），（８），（１０）式におけるＡの値を段付コイル材Ｃｍに必要な断面積の２倍とし、（３），（５），（７），（９）式で求められる幅Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘｎの二分の一の値を各主要部２１，・・・，２１の幅とする（図９（ｄ）参照）。

図９から分かるように、例えば２４のステータコア４１を有するステータ４において、
前述のようにして求められる各巻き段（１→ｎ）の厚さおよび幅を主要部２１それぞれの厚さおよび幅とした段付コイル材Ｃｍを用いることにより、コイルの占積率を最大にすることができる。

段付コイル材Ｃｍは、用いられるステータのステータコアおよびスリットの形状に応じた各主要部２１の厚さおよび幅を決定することで、ステータコアの数およびスリットの形状の如何に依らず占積率を最大にすることができる。

タークスヘッド１による段付コイル材Ｃｍの製造に、前述した「（i）」の「略断面矩形の原料線材Ｒｗの４つの角が（外方に凸状の）湾曲面である、または断面形状が長円形、楕円形もしくは幅方向両端の半楕円とこれらの間の矩形の合体形である」原料線材Ｒｗ、例えば断面形状が長円形の原料線材Ｒｗを使用すると、コイル材Ｃｍに生ずるねじり残留応力の低減が期待できる。

段付コイル材Ｃｍの製造との比較のため、図１０はタークスヘッド１により異形コイル材Ｃｖを製造する様子を示す図である。図１０において（ａ）は異形コイル材Ｃｖの外観を、（ｂ），（ｃ）は異なる矩形空間１８における圧延の様子を、（ｄ）は（ｂ）から（ｃ）に至る過程を拡大した図を示す。ここで「異形コイル材」とは、一方側から他方側に徐々に厚さが増加し幅が減少する、４つの面が平面で形成されたコイル材をいう。

タークスヘッド１による異形コイル材Ｃｖの製造では、圧延後の異形コイル材Ｃｖの引き抜き（原料線材Ｒｗの供給）に伴い、上下ローラー１１，１２は常に一定速度で間隔が広げられ横ローラー１３，１４は一定速度で間隔が狭められる。タークスヘッド１によるこのような圧延では、横ローラー１３，１４は横方向に互いに近づきながら、同時に一方の横ローラー１３は上に他方の横ローラー１４は下に移動する。

つまり、原料線材Ｒｗは常に、横ローラー１３，１４が移動する横方向および上下方向の２方向における移動量のベクトルが合成された方向（（ｄ）の矢印Ａ３，Ａ４）に圧縮され、これにより異形コイル材Ｃｖにはねじり残留応力が発生する。異形コイル材Ｃｖは、電磁コイルのための適切なコイル化を妨げる。

これに対し段付コイル材Ｃｍの製造では、主要部２１の形成時には矩形空間１８の形状が変化せず上下ローラー１１，１２および横ローラー１３，１４は移動しない。したがって原料線材Ｒｗに対する上下ローラー１１，１２と横ローラー１３，１４との押圧方向は直交し、異形コイル材Ｃｖの大半を占める主要部２１にはねじり残留応力が発生しない。段付コイル材Ｃｍは、コイル化の際のねじり残留応力による障害は生じない。

異形コイル材Ｃｖに対する電磁コイルの材料としての段付コイル材Ｃｍの優位性は、占積率についても認められる。異形コイル材Ｃｖを用いたコイルは、断面が矩形のステータコア４１に対し１周りの巻き初めと巻終わりとで厚さおよび幅が異なり、巻き数が多くなるほどステータコア４１の４つの面に巻き回されたコイルの高さに差が生じまたは上下のコイルに隙間が生ずる。これに対して段付コイル材Ｃｍは、１周りの巻き初めと巻終わりとで主要部２１の厚さおよび幅が変わらず、ステータコア４１の４つの面における積み上げられたコイルの高さに差がなくまた上下のコイルに隙間が生ずることなく、高い占積率を実現可能である。

上述の段付コイル材Ｃｍにおいて、複数の主要部２１，・・・，２１の長さを同じとしたが、コイル化する際の便宜のため複数の主要部２１，・・・，２１の長さを異ならせてもよい。異なるそれぞれの主要部２１の長さは、タークスヘッド１による圧延において制御装置により管理される。

その他、原料線材Ｒｗ、コイル材Ｃｍ，Ｃｖの形状、寸法および材質等は、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

本発明は、タークスヘッドによる電磁コイル用コイル材の製造に利用することができる。

１ タークスヘッド（タークス圧延機）
１１ 上ローラー
１２ 下ローラー
１３ 横ローラーの一方
１４ 横ローラーの他方
２１ 主要部
２２，２２ａ，２２ｂ 接続部
４１ ステータコア
４２ （ステータコア間の）スリット
Ａ （コイル材の）断面積
Ｃｖ 異形コイル材（コイル材）
Ｃｍ，Ｃｍａ，Ｃｍｂ コイル材、段付コイル材
Ｒｗ 原料線材

Claims (5)

1. タークスヘッドによる圧延にて原料線材からモータ用のコイル材を製造する方法であって、
   前記原料線材は、
   その断面形状が略矩形でありその４つの角が外方に凸状の湾曲面である、または断面形状が長円形、楕円形もしくは幅方向両端の半楕円とこれらを矩形で繋ぐ合体形であり、
   且つその断面形状が圧延時におけるタークスヘッドの各一対の上下ローラーおよび横ローラーの各周面で形成される矩形空間の形状に重ね合わせたとき、前記矩形空間の４つの角近傍において重ならないように形成されており、
   圧延時に、
   前記矩形空間の形状を変化させずに設定された長さの主要部を圧延にて形成し、
   続いて各一対の前記上下ローラーおよび前記横ローラーの一方の間隔を広げ他方の間隔を狭めて前記矩形空間を前記主要部と同じ断面積に変化させて接続部を形成し、
   続いて前記矩形空間の形状を変化させずに設定された長さの次の主要部を圧延にて形成し、
   前記主要部および前記接続部の形成を交互に繰り返す
   前記圧延における減面率が５％～３５％である
   ことを特徴とするコイル材の製造方法。
2. 前記接続部の形成を、前記コイル材の移動を停止させて行う
   請求項１に記載のコイル材の製造方法。
3. 前記接続部の形成を、前記コイル材の移動を継続させながら各一対の前記上下ローラーおよび前記横ローラーの間隔の変更をそれぞれが等速で且つ同時に終了するように行う
   請求項２に記載のコイル材の製造方法。
4. タークスヘッドによる圧延で製造されモータのステータコアに巻かれるコイル材であって、
   原料線材として、
   その断面形状が略矩形でありその４つの角が外方に凸状の湾曲面である、または断面形状が長円形、楕円形もしくは幅方向両端の半楕円とこれらを矩形で繋ぐ合体形であり、
   且つその断面形状を前記圧延時におけるタークスヘッドの各一対の上下ローラーおよび横ローラーの各周面で形成される矩形空間の形状に重ね合わせたとき、前記矩形空間の４つの角近傍において重ならないものが用いられ、
   前記断面形状が一定であって特定の長さを有する主要部と前記断面形状が長手方向で変化し前記主要部よりも短い接続部とが長手方向に交互に並び、
   複数の前記主要部の断面積は同じであり、
   前記コイル材の長手方向の一方の側に位置する前記主要部が前記接続部を挟んだ他方の側に位置する前記主要部よりもその断面における厚さが小さく幅が大きく、且つ前記主要部の長さが前記ステータコアの断面の周長さを基準に形成され、
   前記原料線材に対して減面率が５％～３５％である、
   コイル材。
5. 複数の前記主要部の各断面略矩形における厚さおよび幅が、前記モータにおける前記ステータコア数、前記ステータコアの断面形状、隣り合う前記ステータコア間のスリットの形状および必要な前記コイル材の断面積により決定された
   請求項４に記載のコイル材。