JP5530121B2 - ステータコイル及びその製造方法及び巻き線機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に用いられるステータコイルに関する。更に詳しくは、ステータコアのスロットに挿入されるコイル辺部とそのスロットから突出するコイルエンド部とが交互に形成された波巻きのステータコイル及びその製造方法及び巻き線機に関するものである。

従来、回転電機のステータは、放射状に並んで内径方向に突出する複数のティース（磁極）及びその間に開口する複数のスロットを有する円筒状のステータコアと、そのスロットにコイル辺部を納めることによりそのコアに組み付けられたステータコイルとを備える。このステータコイルの組み付けに関しては、ステータコイルをステータコアと別に予め製造し、その後このコイルをコアの各スロットに収容するいわゆるインサータ方法が知られている。そして、このインサータ方法に用いられるコイルの巻線方式にあっては、線材を各ティースの上下を交互に通るように巻回する波巻き方式（例えば、特許文献１参照。）が知られている。

この引用文献１における波巻き方式では、ティースと同数の内側治具と外側治具がそれぞれ放射状に移動するように設けられた波巻きコイルの製造装置が用いられる。その製造装置では、先ず内側治具を環状に配置し、その外側に外側治具を環状に配置させる。そして環状に配置された複数の内側治具に線材を所定ターン数だけ巻回して円形のコイルを形成する。その後、図１２に示すように、内側治具２と外側治具３をそれぞれ放射状に移動させ、複数の内側治具２が描く円よりも内側に外側治具３を移動させることにより、複数の内側治具２の周囲に円形に巻回されたコイルを星型に成形する。このようにして形成された星形の波巻きコイル４は、その後図示しないインサータ装置を用いてコアのティース間におけるスロットに押し込まれ、これによってステータが形成される。

一方、このステータには回転子が挿入されるため、スロットに収容されずにステータコアの軸方向の端面から突出するコイルのコイルエンド部がステータコアの内周面より内側に進入することを防止する必要がある。また、その回転電機が３相式のものであれば、単一のステータコアに３相分のステータコイルが組み付けられる。このため、３相式の回転電機では、各相コイルのスロットから突出する３相分のコイルエンド部が互いに重複する結果となる。このようなことを考慮して、従来から最初に組み付けられたステータコイルのスロットより突出するコイルエンド部をステータコアの外径側へ逃がす逃がし成形を行い、その後、別のステータコイルをスロットに挿入している。そして、単一のステータコアに３相分のステータコイルを組み付けた後、各相コイルのコイルエンド部全体を再び外径側に逃がす仕上げ成形を行い、３相の全てのコイルにおけるコイルエンド部がステータコアの内周面より内側に進入することを防止している。

ここで、図１２に示す星形の波巻きコイル４は、ステータコアのスロットに挿入される真っ直ぐなコイル辺部４ｃと、そのコイル辺部４ｃの端部同士を連結しステータコアの軸方向の端面から突出する円弧状のコイルエンド部４ａ，４ｂに分類できる。すると、この星形の波巻きコイル４では、コイル辺部４ｃの長さが全て同一となり、コイルエンド部４ａ，４ｂにあっても全て同一形状となる。このため、コイルエンド部４ａ，４ｂがコアの径方向に重複することを回避するため、その逃がし成形では、図１１の一点鎖線で示すように、各コイルエンド部４ａ，４ｂのコア６の端面からの突出量を順次異ならせることが従来から行われている。すると、コイルエンド部４ａ，４ｂがコアの径方向に重複することはなくなり、図１１の実線で示すように、逃がし成形においてそれらのコイルエンド部４ａ，４ｂはコア６の軸方向において互いに重複するので、それらのコイルエンド部４ａ，４ｂの双方をステータコア６の外径側へ逃がすことができるとしている。

特表２００１−５１３３２０号公報

しかし、コア６の径方向に隣接するコイル辺部４ｃの長さはそれぞれ等しいので、コア６の一方の端面６ｂ（図１１の下面）から突出するコイルエンド部４ｂをコア６の外径側から内径側に従ってその突出量を減少させると、コア６の他方の端面６ａ（図１１の上面）から突出するコイルエンド部４ａはコア６の外径側から内径側に従ってその突出量が増加することになる。このため、一方の端面６ｂ（図１１の下面）から突出するコイルエンド部４ｂを外径側へ逃がすことができたとしても、コア６の他方の端面６ａ（図１１の上面）から突出するコイルエンド部４ａは、その全体が当初よりステータコア６の内径側に寄っており、逃がし成形において内径側のコイルエンド部が外径側のコイルエンド部のコア側に入り込むようなことはない。このため、内側に存在するコイルエンド部４ａは比較的大きな円弧を描かなければ外径側のコイルエンド部４ａとコア６の軸方向において重複させることができず、それらのコイルエンド部４ａの全体をステータコア６の外径側へ十分に逃がすことは困難であった。そして、この比較的大きな円弧を描く部分がコア内径側端面に残存すると、後に組み付けられる他のステータコイルにおけるコイルエンド部と干渉する不具合が残存していた。

この比較的大きな円弧を描くコイルエンド部４ａとの干渉を回避するためには、他のステータコイルにおけるコイルエンド部をコア６の端部６ａから比較的大きく突出させ、その比較的大きな円弧を描くコイルエンド部４ａを超えさせる必要があるけれども、このようにコイルエンド部４ａをコアの端部６ａから比較的大きく突出させると、他のコイル４が大型化してそのコイル４を製造するための線材の全長が増加する不具合があった。そして、このようにコイル４が大型化すると、コイル４におけるいわゆる銅損が増加して、そのコイル４を用いる回転電機の効率が悪化するとともに、その回転電機の外形も大型化する不具合がある。

また、従来の方法では、図１２に示すような星型に成形された波巻きコイル４を、図示しないインサータ装置を用いてコアのティース間におけるスロットに押し込むので、平面内にある複数のコイル辺部４ｃはその際に起立して互いに平行状態となる。即ち、図示しないインサータ装置は、平面内にある複数のコイル辺部４ｃの方向を略直角に転換して起立させるので、その転換する角度が比較的大きく、その起立の際にそのコイル４を構成する線材にダメージを与える可能性もあった。このようなダメージは波巻きコイル４を構成する線材が太ければ更に増加するおそれがあった。

本発明の目的は、コイルエンド部の干渉を回避しつつその突出量を減少させてコア端面近傍におけるコイルエンド部の占積率を向上させ得るステータコイル及びその製造方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、組み付け時に生じるダメージを減少し得るステータコイル及びその製造方法を提供することにある。

本発明のステータコイルは、ステータコアのスロットに挿入されるコイル辺部とステータコアの軸方向の端面から突出するコイルエンド部とが蛇行するように周方向に交互に形成されて一周する単位波巻きコイルが径方向に複数連続して形成されたものである。

その特徴ある構成は、１の単位波巻きコイルのコイル辺部より１の単位波巻きコイルの外周側に隣接する他の単位波巻きコイルのコイル辺部が長く、単位波巻きコイルにおけるコイル辺部の一方の端部におけるコイルエンド部が描く円の直径と、コイル辺部の他方の端部におけるコイルエンド部が描く円の直径とを異らせて、コイル辺部を円錐面に沿わせたところにある。

本発明のステータコイルの製造方法は、複数の第１係止部材を所定の間隔を空けて環状に配置し、第１係止部材間に所定の間隔を空けて対向する複数の第２係止部材を環状に配置し、環状に配置された複数の第１係止部材を含む平面と環状に配置された複数の第２係止部材を含む平面が所定の間隔を空けて互いに平行になるように配置し、第１係止部材と第２係止部材に線材を交互に掛け回して蛇行させつつ周回させ、第１係止部材と第２係止部材の間に掛け渡された線材からなるコイル辺部と第１及び第２係止部材に掛け回されて周方向に沿う線材からなるコイルエンド部とが交互に形成されたステータコイルを得る方法である。

その特徴ある点は、環状に配置された複数の第１係止部材が描く円の直径と環状に配置された複数の第２係止部材が描く円の直径を相違させ、単位波巻きコイルにおけるコイル辺部の一方の端部におけるコイルエンド部が描く円の直径とコイル辺部の他方の端部におけるコイルエンド部が描く円の直径を異ならせてコイル辺部を円錐面に沿わせるところにある。

この製造方法では、第１係止部材の掛け回し面と第２係止部材の掛け回し面の間隔が径方向外側に向かって拡がるように第１及び第２係止部材のいずれか一方又は双方の掛け回し面を傾斜させ、第１係止部材と第２係止部材に交互に掛け回されて蛇行する線材を２周以上周回させて一周する１の単位波巻きコイルのコイル辺部より１の単位波巻きコイルの外周側に隣接して一周する他の単位波巻きコイルのコイル辺部を長くすることが好ましい。

本発明の巻き線機は、モータが内臓された本体と、モータにより回転可能な回転軸と、線材を繰り出すノズルが設けられた出没可能なノズル軸と、回転軸に所定の間隔を空けた状態で互いに平行に取付けられた第１円盤及び第２円盤と、第１円盤及び第２円盤のそれぞれの周囲に所定の間隔を空けて環状に配置された複数の第１係止部材及び第２係止部材と、第１及び第２係止部材に形成された第１及び第２円盤の外周から外側に突出する掛け回し部とを備え、第２係止部材は第１係止部材間の位置で対向して配置され、掛け回し部は第１及び第２円盤の外周から外側に向かって厚肉に形成され、ノズルはその先端が第１係止部材と第２係止部材の間の隙間に進入可能にノズル軸に直交して設けられ、第１円盤の外径と第２円盤の外径を異ならせ、回転軸は、ノズル軸を出没させた場合に、ノズルの端部が掛け回し部の外周近傍を通過するように傾斜して固定されていることを特徴とする。
この場合、平行に取付けられた第１円盤及び第２円盤の所定の間隔は、ステータコイルのコイル辺部の長さに略等しいものであることが好ましい。

本発明のステータコイルでは、１の単位波巻きコイルのコイル辺部より１の単位波巻きコイルの外周側に隣接する他の単位波巻きコイルのコイル辺部を長くしたので、ステータコアに組み付けた状態で、コアの両端面から突出するコイルエンド部は、コアの外径側から内径側に従ってその突出量がそれぞれ減少して傾斜することになる。すると、それらのコイルエンド部は、その全体が当初よりステータコアの外径側に寄ることになり、それらのコイルエンド部をコアの径方向外側に押すと、内径側のコイルエンド部が外径側のコイルエンド部のコア側に入り込み、それにより、そのコイルエンド部の全体をステータコアの外径側へ比較的容易に逃がすことができる。よって、最初に組み付けたコイルのコイルエンド部が径方向外側に押されて空いた空間に、その後に組み付けられる他のコイルにおけるコイルエンド部を引き回してその空間に設置することにより、コアの端面近傍空間におけるコイルエンド部の占積率を向上させることができる。

また、コイルを組み付けると、コイル辺部は起立して互いに平行になるけれども、コイル辺部の端部におけるコイルエンド部が描く円を異ならせてそのコイル辺部が円錐面に沿うようにすれば、平面内にあるコイル辺部を略直角に転換させて起立させる従来の方法に比較して、コイル辺部の転換する角度は比較的小さくなり、コイル辺部に加わるダメージを減少させることができる。例え線材が太い場合であってもダメージは減少するので、このコイルを用いた回転電機の信頼性を著しく高めることができる。そして、本発明の製造方法では、このようなステータコイルを比較的容易に製造することができる。

本発明のステータコイルがコアに組み付けられた図３のＡ−Ａ線断面図である。 そのコイルの斜視図である。 そのコイルをコアに組み付けた斜視図である。 ３相分のコイルをコアに組み付けた図３に対応する斜視図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 そのコイルをコアに組み付けるインサータ装置の断面構成図である。 そのコイルを得るための巻き治具を有する巻き線機の側面図である。 その巻き治具の平面図である。 その第１係止部材に線材が掛け回された状態を示す図である。 その第２係止部材に線材が掛け回された状態を示す図である。 従来のコイルを示す図１に対応する断面図である。 その従来のコイルの斜視図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳しく説明する。

図４に、本発明のステータコイル２０がステータコア１１に組み付けられて得られたステータ１０の斜視図を示す。ステータコア１１は、円環状の環状部１２と、この環状部１２の内周面からその環状部１２の中心に向けて突出している複数のティース１３とを備えた磁性材料からなり、複数のティース１３の間にはステータコイル２０の後述するコイル辺部２１ａを収容する複数のスロット１４が形成される。この実施の形態におけるステータコア１１は、一定厚さの環状部１２及びティース１３を備えた形状のコア板を、所定の厚さとなるように積層して固定することにより構成された積層型のものを示す。

本発明のステータコイル２０はコア１１に組み付けられる以前のものであって、図２に示すように、径方向に複数連続して形成された単位波巻きコイル２１を備える。その単位波巻きコイル２１はステータコア１１のスロット１４に挿入される真っ直ぐなコイル辺部２１ａと、そのステータコア１１の軸方向の端面から突出してステータコア１１の周方向に沿うコイルエンド部２１ｂ，２１ｃとが周方向に交互に形成されて一周するものである。このような単位波巻きコイル２１が径方向に複数連続するステータコイル２０は単一の線材１７（図７）を湾曲させ、屈折させ及び伸長させることにより作られ、この実施の形態における線材１７は、表面に絶縁皮膜が形成された断面円形の丸線である場合を示す。

また、この実施の形態におけるステータコイル２０は、単位波巻きコイル２１におけるコイル辺部２１ａの一方の端部におけるコイルエンド部２１ｂが描く円Ｃの直径と、そのコイル辺部２１ａの他方の端部におけるコイルエンド部２１ｃが描く円Ｄの直径が異なるように形成される。これは、コイル辺部２１ａとその両端に連続するコイルエンド部２１ｂ，２１ｃを有する単位波巻きコイル２１はその全ての線材１７が単一の円錐面に沿うことを意味する。具体的に、最外周に位置する単位波巻きコイル２１において説明すると、図２の下側のコイルエンド部２１ｃが底面周囲にある一点鎖線で示す円錐を仮想した場合に、コイル辺部２１ａはその円錐の頂点Ｔと底面の周囲の点をつなぐ直線に沿い、そのコイル辺部２１ａの他方の端部におけるコイルエンド部２１ｃはその底面の外周における円Ｄに沿い、そのコイル辺部２１ａの一方の端部におけるコイルエンド部２１ｂはその底面と頂点Ｔとの間であってその底面と平行の仮想面が円錐面と交差して描かれる円Ｃに沿うように作られる。

そして、本発明のステータコイル２０の特徴ある構成は、１の単位波巻きコイル２１のコイル辺部２１ａより、その１の単位波巻きコイル２１の外周側に隣接する他の単位波巻きコイル２１のコイル辺部２１ａが長いことを特徴とする。即ち、図１に詳しく示すように、このコイル辺部２１ａをステータコア１１のスロット１４に挿入すると、コア１１の両端面から突出するコイルエンド部２１ｂ，２１ｃは、コア１１の外径側から内径側に従ってその突出量がそれぞれ減少するように外径側と内径側のコイル辺部２１ａの長さが異なることを特徴とする。

また、ステータコイル２０は、単位波巻きコイル２１が径方向に複数連続するものであるので、図２に示すように、１の単位波巻きコイル２１のコイルエンド部２１ｂ，２１ｃよりその１の単位波巻きコイル２１の外周側に隣接する他の単位波巻きコイル２１のコイルエンド部２１ｂ，２１ｃを長く形成し、放射状に形成されてコイル辺部２１ａが挿入されるスロット１４とスロット１４の間の距離にそのコイルエンド部２１ｂ，２１ｃの長さを適合させることにより、スロット１４へのコイル辺部２１ａの挿入が容易になるように構成される。

次にこのようなステータコイルを得る本発明の製造方法を説明する。

図７に、このステータコイル２０を得るための巻き線機３０を示す。この巻き線機３０には、複数の第１係止部材４１と複数の第２係止部材４２を備える巻き治具４０が設けられる。図７及び図８に示すように、複数の第１係止部材４１は所定の間隔を空けて環状に配置され、複数の第２係止部材４２も所定の間隔を空けて環状に配置される。環状に配置された複数の第１係止部材４１を含む平面と環状に配置された複数の第２係止部材４２を含む平面は所定の間隔を空けて互いに平行になり、かつその第１係止部材４１間に所定の間隔を空けて複数の第２係止部材４２が対向するように、第１及び第２係止部材４１，４２が配置される。この第１及び第２係止部材４１，４２は、その和がステータコア１１のティース１３の数を単一のコア１１に組み込まれるコイル２０の数で除した数と同一になるように定められ、この実施の形態では、ティース１３が３６個のステータコア１１を用い、そのコア１１に３個のコイル２０が組み込まれる３相式の回転電機用ステータ１０（図４）である場合を例示するので、６個の第１係止部材４１と６個の第２係止部材４２が用いられる場合を示す。

図８に示すように、６個の第１係止部材４１は第１円盤４３の周囲にその全周（３６０°）を第１係止部材４１の数で除した所定の角度、この実施の形態では６０°毎に放射状に取付けられ、６個の第２係止部材４２は第２円盤４４の周囲に６０°毎に放射状に取付けられる。第１及び第２係止部材４１，４２はそれぞれ同一構造であり、この第１及び第２係止部材４１，４２は第１及び第２円盤４３，４４にそれぞれ取付けられる取付部４１ａ，４２ａと、その取付部４１ａ，４２ａに連続し第１及び第２円盤４３，４４の外周から外側に突出する掛け回し部４１ｂ，４２ｂと、その掛け回し部４１ｂ，４２ｂの突出端縁に互いに遠ざかる方向に形成されたフランジ４１ｃ，４２ｃとを有し、それぞれの掛け回し部４１ｂ，４２ｂは第１及び第２円盤４３，４４の外周から外側に向かって円周方向に拡がる扇状を成すように形成される。また、図７に示すように、第１及び第２係止部材４１，４２の円盤４３，４４に取付けられる面は平坦であるけれども、その掛け回し部４１ｂ，４２ｂの厚さは取付部４１ａ，４２ａから円盤４３，４４の外周から外側に向かって厚肉に形成される。これにより、掛け回し部４１ｂ，４２ｂの取付面の反対側における掛け回し面は図７における側面視において傾斜して形成される。

巻き線機３０は、図示しないモータが内蔵された本体３０ａと、その本体３０ａに傾動可能に取付けられモータにより回転可能な回転軸３１とを備える。その回転軸３１には、第１及び第２係止部材４１，４２が周囲に取付けられた第１円盤４３と第２円盤４４が、第１及び第２係止部材４１，４２が取付けられた面を互いに外側に向け、かつ所定の間隔を空けた状態でそれらの中心を同軸状にして取付けられる。このように第１円盤４３と第２円盤４４を所定の間隔を空けた状態で互いに平行に取付けることにより第１係止部材４１間に所定の間隔を空けて複数の第２係止部材４２を対向させる。ここで、第１円盤４３と第２円盤４４の所定の間隔とは、得ようとするステータコイル２０のコイル辺部２１ａの長さに略等しいものであって、この実施の形態では、第１円盤４３と第２円盤４４の間にスペーサ３０ｂを介装することにより確保される。そして、第１及び第２係止部材４１，４２が取付けられた面を互いに外側に向けることから、第１係止部材４１の掛け回し面と第２係止部材４２の掛け回し面の間隔は、径方向外側に向かって拡がるように取付けられる。

また、この実施の形態では、第１円盤４３の外径より第２円盤４４の外径を大きくし、環状に配置された複数の第１係止部材４１が描く円より、環状に配置された複数の第２係止部材４２が描く円が相違するように構成される。この第１円盤４３と第２円盤４４は巻き線機３０の回転軸３１に取付けられるけれども、図８に詳しく示すように、回転軸３１の軸方向から観察した場合に、６０°毎に円盤に取付けられた第１又は第２係止部材４２を他の第２又は第１係止部材４１に対して３０°円周方向に移動させた状態で取付けられる。これにより第１係止部材４１とその第１係止部材４１に隣接する第１係止部材４１の間の隙間に第２係止部材４２が位置することになり、巻き線機３０はその回転軸３１を第１及び第２円盤４３，４４とともに３０°毎に回転可能に構成される。なお、符号４３ａは、線材１７の端部を絡げるために第１円盤４３に取付けられた絡げ部材４３ａである。

図７に示すように、巻き線機３０には、回転軸３１が設けられた前面から前方に突出するノズル軸３２が出没可能に設けられ、そのノズル軸３２には、線材１７が挿通されて先端が第１係止部材４１と第２係止部材４２の間の隙間に進入可能な管状のノズル３３がそのノズル軸３２に直交するように設けられる。回転軸３１は、ノズル軸３２を出没させた場合に、ノズル３３の線材１７を繰り出す端部が第１及び第２係止部材４１，４２における掛け回し部４１ｂ，４２ｂの外周近傍を通過するように傾斜して固定される。また、この巻き線機３０には、線材１７が巻回された図示しないドラムから供給された線材１７をノズル３３に案内する複数のプーリ３５，３６が設けられる。その内の１つはノズル軸３２に設けられ、その内の１つが板バネ３７を介して揺動可能に本体３０ａに取付けられる。板バネ３７は、線材１７のたるみをその弾性により吸収してその線材１７に張りを与えるように構成される。

この巻き線機３０を用いたステータコイルの製造方法は、図７の一点鎖線で示すように、先ずノズル軸３２を突出させてノズル３３を第１係止部材４１と第２係止部材４２の間の隙間に通過させ、そのノズル３３に挿通された線材１７を第１係止部材４１と第２係止部材４２の間に挿通させ、その線材１７の端部を絡げ部材４３ａに絡げた状態から初められる。次に、巻き線機３０はノズル軸３２を没入させてそのノズル３３を第１係止部材４１と第２係止部材４２の間の隙間に通過させ、その後巻き線機３０は回転軸３１を回転させて、その回転軸３１に取付けられた第１及び第２円盤４３，４４の双方を第１及び第２係止部材４１，４２とともにを３０°周方向に回転させる。すると、先にノズル３３が通過した第１係止部材４１と第２係止部材４２の間に隣接する次の第１係止部材４１と第２係止部材４２の間にそのノズル３３が対向し、巻き線機３０はノズル軸３２を突出させてそのノズル３３をその次の第１係止部材４１と第２係止部材４２の間の隙間に通過させる。すると、そのノズル３３に挿通された線材１７は、第２係止部材４２に掛け回された後にその隣接する次の第１係止部材４１と第２係止部材４２の間に挿通されることになり、第２係止部材４２に掛け回されてＵ字状を成す。

その後、巻き線機３０は回転軸３１を再び同方向に回転させて、第１及び第２円盤４３，４４の双方を第１及び第２係止部材４１，４２とともにを３０°周方向に回転させる。すると先にノズル３３が通過した第１係止部材４１と第２係止部材４２の間に隣接する更に次の第１係止部材４１と第２係止部材４２の間の隙間にそのノズル３３が対向し、巻き線機３０はノズル軸３２を再び没入させてそのノズル３３をその隙間に通過させる。すると、そのノズル３３に挿通された線材１７は、第１係止部材４１に掛け回された後にその更に隣接する次の第１係止部材４１と第２係止部材４２の間に挿通され、その第１係止部材４１に掛け回されて蛇行し、Ｓ字状を成す。

このような動作を繰り返すことにより第１係止部材４１と第２係止部材４２に線材１７を交互に掛け回しつつ蛇行させることができ、これを継続することによりその線材１７は第１及び第２円盤４３，４４の外周に沿って周回し、第１係止部材４１と第２係止部材４２の間に掛け渡された真っ直ぐな線材１７からなるコイル辺部２１ａ（図２）と、第１及び第２係止部材４１，４２に掛け回されて周方向に沿う線材１７からなるコイルエンド部２１ｂ，２１ｃ（図２）とが交互に形成され、全ての第１及び第２係止部材４１，４２に線材１７を１回掛け回した状態で、その線材１７は蛇行しつつ第１及び第２円盤４３，４４の外周に沿って一周し、単位波巻きコイル２１となる。

ノズル軸３２を出没させた場合に、ノズル３３の線材１７を繰り出す端部が第１及び第２係止部材４１，４２における掛け回し部４１ｂ，４２ｂの外周近傍を通過するので、既に単位波巻きコイル２１が形成された後も上記動作を繰り返すと、図９及び図１０に示すように、第１係止部材４１と第２係止部材４２に先に掛け回された線材１７に径方向外側から隣接して新たな線材１７が掛け回される。即ち、図９に示すように、ノズル軸３２を突出させて回転軸３１を３０°周方向に回転させると、第１係止部材４１の掛け回し部４１ｂに線材１７が先に掛け回された線材１７と離間した状態で掛け回される。けれども、図１０に示すように、そのノズル軸３２を没入させて回転軸３１を再び３０°回転させると、その線材１７は第２係止部材４２の掛け回し部４２ｂに掛け回され、このとき第１係止部材４１の掛け回し部４１ｂに掛け回された線材１７は周方向に引っ張られ、図１０の破線矢印で示すように先に掛け回されていた線材１７側に移動してその先の線材に外周側から隣接することになる。

特に、この実施の形態では、第１及び第２係止部材４１，４２におけるそれぞれの掛け回し部４１ｂ，４２ｂを円盤４３，４４の外径に沿って外側に向かって拡がる扇状を成すように形成し、第１係止部材４１の掛け回し面と第２係止部材４２の掛け回し面の間隔が、径方向外側に向かって拡がるように構成したので、その第１及び第２係止部材４１，４２のそれぞれの掛け回し部４１ｂ，４２ｂに線材１７を掛け回すと、その線材１７は扇状であって傾斜している掛け回し部４１ｂ，４２ｂにおける掛け回し面に案内されて取付部４１ａ，４２ａ側に移動することになる。この結果、第１係止部材４１と第２係止部材４２に後に掛け回す線材１７を先に掛け回された線材１７に径方向外側から確実に隣接させることができる。

従って、第１係止部材４１と第２係止部材４２に交互に掛け回されて蛇行する線材１７を第１及び第２円盤４３，４４の外周に沿って２周以上周回させることにより、先に形成された単位波巻きコイル２１に外周側から隣接する新たな単位波巻きコイル２１を形成することができ、これにより単位波巻きコイル２１が径方向に複数連続して形成されたステータコイル２０を得ることができる。そして、第１係止部材４１の掛け回し面と第２係止部材４２の掛け回し面の間隔を径方向外側に向かって拡がるように第１及び第２係止部材４１，４２の双方の掛け回し面を傾斜させたので、第１及び第２円盤４３，４４の外周に沿って一周する１の単位波巻きコイル２１のコイル辺部２１ａよりその１の単位波巻きコイル２１の外周側に隣接して一周する他の単位波巻きコイル２１のコイル辺部２１ａを長くすることができる。

また、第１及び第２係止部材４１，４２のそれぞれの掛け回し部４１ｂ，４２ｂは、第１及び第２円盤４３，４４の外周から外側に向かって円周方向に拡がる扇状を成すように形成したので、その掛け回し部４１ｂ，４２ｂに掛け回された線材からなるコイルエンド部２１ｂ，２１ｃ（図２）はその掛け回される位置においてその長さが異なり、径方向外側の方が長くなる。このため、１の単位波巻きコイル２１のコイルエンド部２１ｂ，２１ｃよりその１の単位波巻きコイル２１の外周側に隣接する他の単位波巻きコイル２１のコイルエンド部２１ｂ，２１ｃを長くすることができる。

また、この実施の形態では、環状に配置された複数の第１係止部材４１が描く円より環状に配置された複数の第２係止部材４２が描く円を相違させたので、図２に示すように単位波巻きコイル２１におけるコイル辺部２１ａの一方の端部におけるコイルエンド部２１ｂが描く円Ｃは、そのコイル辺部２１ａの他方の端部におけるコイルエンド部２１ｃが描く円Ｄより小さいか或いは大きくすることができる。そして、蛇行する線材１７を第１及び第２円盤４３，４４の外周に沿って所定の回数周回させた後には、図７に示す第１及び第２円盤４３，４４を巻き線機３０の回転軸３１から取り外し、第１及び第２係止部材４１，４２を離脱することにより本発明のステータコイル２０を得る。

このようにして製造されたステータコイル２０は、図６に示すようなインサータ装置５０を用いてステータコア１１に組み付けられる。図に示すインサータ装置５０は、ティース１３（図３）の内側に沿って配置される棒状のブレード５１と、コア１１の内側を移動するストリッパ５２と、ブレード５１に外側から重合してコア１１のティース１３下面を支持する受容冠５３と、そのコア１１の環状部１２を上側から押さえる押圧リング５４を備える。また、このインサータ装置５０には、押圧リング５４側に突出したコイルエンド部２１ｂをコア１１の半径方向外側に逃がす押圧ジョー５６が複数設けられる。

ステータコイル２０の装着は、大径側のコイルエンド部２１ｃを受容冠５３の外側に位置させ、小径側のコイルエンド部２１ｂをブレード５１の内側に位置させることにより行われる。その後コア１１を受容冠５３に支持させて押圧リング５４により押さえて固定する。この状態で、図６に示すように、ストリッパ５２をコア１１の内側に挿通させてブレード５１の内側に位置する小径側のコイルエンド部２１ｂを図の上方に引き上げる。これによりその小径側のコイルエンド部２１ｂに連続するコイル辺部２１ａも引き上げられてスロット１４の中に押し込まれながら上昇し、その小径側のコイルエンド部２１ｂがコア１１の上方にまで達した状態で全てのコイル辺部２１ａはそのスロット１４内に収容される。３相式の回転電機を例示するこの実施の形態では、図３に示すように隣接するコイル辺部２１ａは３つのティース１３を跨いで各スロット１４に挿入される。

ここで、インサータ装置５０へのステータコイル２０の装着にあっては、一方のコイルエンド部２１ｃを受容冠５３の外側に位置させ、他方のコイルエンド部２１ｂをブレード５１の内側に位置させる必要があるけれども、本発明のステータコイル２０では、コイル辺部２１ａの端部におけるコイルエンド部２１ｂ，２１ｃが描く円を異ならせて円錐面に単位波巻きコイル２１を沿わせたので、その装着を容易にすることができる。また、コイル辺部２１ａがスロット１４に収容された状態では、円錐面に沿うコイル辺部２１ａは起立して互いに平行になるけれども、平面内にある複数のコイル辺部２１ａを略直角に転換させて起立させる図１２に示す従来品に比較して、その転換する角度を著しく小さくすることができる。このため、コイル辺部２１ａを起立させる際に線材１７にストリッパ５２等が過度に接触することに起因するダメージを与えるようなことはない。よって、例え線材１７が太線であったとしても、線材１７の絶縁被膜が破損することはなく、ステータコア１１と線材１７との間の絶縁、或いは線材１７同士間の絶縁を確保される結果、アースやレア等の不具合を回避してその信頼性を著しく高めることができる。

そして、コア１１の軸方向における端面から突出したコイルエンド部２１ｂ，２１ｃは押圧ジョー５６を用いた逃がし成形により、コア１１の半径方向外側に押される。ここで、本発明では、１の単位波巻きコイル２１のコイル辺部２１ａより、その外周側に隣接する他のコイル辺部２１ａを長くしたので、図１に示すように、コア１１の両端面から突出するコイルエンド部２１ｂ，２１ｃは、コア１１の外径側から内径側に従ってその突出量がそれぞれ減少して傾斜することになる。すると、それらのコイルエンド部２１ｂ，２１ｃは、その全体が当初よりステータコア２０の外径側に寄ることになり、押圧ジョー５６による逃がし成形時に、その内側に存在するコイルエンド部２１ｂ，２１ｃはそのコア１１の端面に沿った後に外径側のコイルエンド部２１ｂ，２１ｃのコア１１側である内側に入り込むので、それらのコイルエンド部２１ｂ，２１ｃの全体をステータコア１１の外径側へ比較的容易に逃がすことができる。

３相式の回転電機を例示するこの実施の形態では、図４に示すように、最初のコイル２０におけるコイル辺部２１ａが挿入されなかったスロット１４には、別の相を形成するコイルのコイル辺部２１ａが挿入され、このようにして３相分のステータコイル２０が単一のステータコア１１に組み込まれて回転電機のステータ１０が得られる。このステータ１０では、図５に示すように、最初のコイル２０のコイルエンド部２１ｂ，２１ｃが径方向外側に押されて空いた空間に、その後に組み付けられた他の相のコイル２０におけるコイルエンド部２１ｂ，２１ｃを引き回してその空間に設置することができ、これによりコア１１の端面近傍空間におけるコイルエンド部２１ｂ，２１ｃの占積率を高めることができる。すると、コイル２０を製造するための線材１７の全長も減少し、そのコイル２０における銅損が減少し、本発明のコイル２０を用いる回転電機の効率を向上させるとともに、その回転電機の外形を小型化することも可能となる。

なお、上述した実施の形態では、第１係止部材４１の掛け回し面と第２係止部材４２の掛け回し面の間隔が径方向外側に向かって拡がるように第１及び第２係止部材４１，４２の双方の掛け回し面を傾斜させたけれども、第１及び第２係止部材４１，４２のいずれか一方の掛け回し面を傾斜させても良い。

また、上述した実施の形態では、直径が異なる第１及び第２円盤４３，４４を用い、コイル辺部２１ａの端部におけるコイルエンド部２１ｂ，２１ｃが描く円を異ならせて円錐面に沿う単位波巻きコイル２１を用いて説明したけれども、インサータ装置５０の装着が容易であるならば、第１及び第２円盤４３，４４の直径を同一とし、コイル辺部２１ａの端部におけるコイルエンド部２１ｂ，２１ｃが描く円を同一として円柱の外周面に沿うような円筒状の単位波巻きコイル２１を得るようにしても良い。

１０ 回転電機用ステータ
１１ ステータコア
１４ スロット
１７ 線材
２０ ステータコイル
２１ 単位波巻きコイル
２１ａ コイル辺部
２１ｂ，２１ｃ コイルエンド部
４１ 第１係止部材
４２ 第２係止部材
Ｃ コイル辺部の一方の端部におけるコイルエンド部が描く円
Ｄ コイル辺部の他方の端部におけるコイルエンド部が描く円

Claims (6)

1. ステータコア(11)のスロット(14)に挿入されるコイル辺部(21a)と前記ステータコア(11)の軸方向の端面から突出するコイルエンド部(21b,21c)とが蛇行するように周方向に交互に形成されて一周する単位波巻きコイル(21)が径方向に複数連続して形成されたステータコイル(20)であって、
   １の単位波巻きコイル(21)のコイル辺部(21a)より前記１の単位波巻きコイル(21)の外周側に隣接する他の単位波巻きコイル(21)のコイル辺部(21a)が長く、
   単位波巻きコイル(21)におけるコイル辺部(21a)の一方の端部におけるコイルエンド部(21b)が描く円の直径と、前記コイル辺部(21a)の他方の端部におけるコイルエンド部(21c)が描く円の直径とを異らせて、前記コイル辺部(21a)を円錐面に沿わせた
   ことを特徴とするステータコイル。
2. 複数の第１係止部材(41)を所定の間隔を空けて環状に配置し、
   前記第１係止部材(41)間に所定の間隔を空けて対向する複数の第２係止部材(42)を環状に配置し、
   環状に配置された複数の前記第１係止部材(41)を含む平面と環状に配置された複数の前記第２係止部材(42)を含む平面が所定の間隔を空けて互いに平行になるように配置し、
   前記第１係止部材(41)と前記第２係止部材(42)に線材(17)を交互に掛け回して蛇行させつつ周回させ、
   前記第１係止部材(41)と前記第２係止部材(42)の間に掛け渡された線材(17)からなるコイル辺部(21a)と前記第１及び第２係止部材(41,42)に掛け回されて周方向に沿う線材(17)からなるコイルエンド部(21b,21c)とが交互に形成されたステータコイル(20)を得るステータコイルの製造方法であって、
   環状に配置された複数の前記第１係止部材(41)が描く円の直径と環状に配置された複数の前記第２係止部材(42)が描く円の直径を相違させ、
   単位波巻きコイル(21)におけるコイル辺部(21a)の一方の端部におけるコイルエンド部(21b)が描く円の直径と前記コイル辺部(21a)の他方の端部におけるコイルエンド部(21c)が描く円の直径を異ならせてコイル辺部(21a)を円錐面に沿わせるステータコイルの製造方法。
3. 第１係止部材(41)の掛け回し面と第２係止部材(42)の掛け回し面の間隔が径方向外側に向かって拡がるように前記第１及び第２係止部材(41,42)のいずれか一方又は双方の掛け回し面を傾斜させ、
   前記第１係止部材(41)と前記第２係止部材(42)に交互に掛け回されて蛇行する線材(17)を２周以上周回させて一周する１の単位波巻きコイル(21)のコイル辺部(21a)より前記１の単位波巻きコイル(21)の外周側に隣接して一周する他の単位波巻きコイル(21)のコイル辺部(21a)を長くする請求項２記載のステータコイルの製造方法。
4. モータが内臓された本体(30a)と、
   前記モータにより回転可能な回転軸(31)と、
   線材(17)を繰り出すノズル(33)が設けられた出没可能なノズル軸(32)と、
   前記回転軸(31)に所定の間隔を空けた状態で互いに平行に取付けられた第１円盤(43)及び第２円盤(44)と、
   前記第１円盤(43)及び第２円盤(44)のそれぞれの周囲に所定の間隔を空けて環状に配置された複数の第１係止部材(41)及び第２係止部材(42)と、
   前記第１及び第２係止部材(41,42)に形成された第１及び第２円盤(43,44)の外周から外側に突出する掛け回し部(41b,42b)とを備え、
   前記第２係止部材(42)は前記第１係止部材(41)間の位置で対向して配置され、
   前記掛け回し部(41b,42b)は第１及び第２円盤(43,44)の外周から外側に向かって厚肉に形成され、
   前記ノズル(33)はその先端が第１係止部材(41)と第２係止部材(42)の間の隙間に進入可能にノズル軸(32)に直交して設けられ、
   前記第１円盤(43)の外径と前記第２円盤(44)の外径を異ならせ、
   前記回転軸(31)は、ノズル軸(32)を出没させた場合に、ノズル(33)の端部が掛け回し部(41b,42b)の外周近傍を通過するように傾斜して固定されている
   ことを特徴とする巻き線機。
5. 平行に取付けられた第１円盤(43)及び第２円盤(44)の所定の間隔は、ステータコイル(20)のコイル辺部(21a)の長さに略等しいものであることを特徴とする請求項４に記載の巻き線機。
6. 請求項１記載のステータコイル(20)若しくは請求項２又は３記載の方法により得られたステータコイル(20)若しくは請求項４又は５記載の巻き線機により製造されたステータコイル(20)を備える回転電機用ステータ。

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