JP5737273B2 - 固定子巻線、および、固定子巻線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に回転電機の固定子巻線に関するものであり、例えば、車両用交流発電機に好適に利用できる固定子巻線に係わる。

従来から、回転電機の固定子巻線は、絶縁被覆された直線状の導体を材料とし、この導体を折り曲げること等により設けられている。このため、導体の折り曲げにより形成される曲がりの外周側で絶縁皮膜が伸びるので、絶縁皮膜の損傷が課題視されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、近年の回転電機の性能向上の要求に応じ、固定子では、スロットにおける占積率を高めるため、固定子巻線の材料として断面が矩形状の平角線を用いる要求が高い。しかし、平角線は、断面が円形状の丸線よりも、曲がりの外周側における絶縁皮膜の伸びが著しく、絶縁皮膜の損傷の虞が高い。このため、絶縁皮膜を厚くしたり、折り曲げ後に絶縁皮膜を補強したりする等の追加的な処理が必要となる虞がある。

また、材料コスト低減の観点から丸線のみを購入しておき、高占積率が要求される固定子巻線にのみ、丸線を平角線に圧延して使用する場合がある。
この場合、丸線を平角線に圧延する工程でも皮膜特性が劣化するので、絶縁皮膜が損傷する虞は、さらに高まってしまう。

特許第４５０６８９５号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、平角線を材料とする固定子巻線の曲がりの外周側において、絶縁皮膜が損傷する虞を低減することにある。

本願の第１発明によれば、回転電機の固定子巻線は、断面が互いに平行な２つの短辺を有する矩形状であって絶縁皮膜された平角線を材料とし、平角線を折り曲げることで、曲がりを有するＶ字部とこのＶ字部の両端から互いに平行に伸びる２つの直線部とを形成している。また、平角線は、断面における４つの隅の内、隣り合う２つの隅の曲率が残り２つの隅の曲率よりも大きい。そして、平角線の折り曲げでは、曲率が小さい方の２つの隅を曲がりの外周側に配置するように、かつ、曲率が大きい方の２つの隅を曲がりの内周側に配置するように、平角線が折り曲げられている。

平角線を折り曲げることにより平角線の内部や表面等の各部位に発生する伸び量は曲率が小さいほど少なくなる。そこで、折り曲げによる絶縁皮膜の伸びが著しい曲がりの外周側に、曲率が小さい２隅を配置することで、外周側における絶縁皮膜の伸び量を抑制することができる。このため、平角線を材料とする固定子巻線の曲がりの外周側において、絶縁皮膜が損傷する虞を低減することができる。
以下、断面において隣り合う２つの隅の曲率が残り２つの隅の曲率よりも大きい平角線を、異形平角線と呼ぶことがある。

本願の第２発明によれば、平角線は、断面が円形状であって絶縁皮膜された丸線を２段階に分けて圧延することで製造される。そして、先に実施する圧延では、丸線を断面が等脚台形状の角線に圧延する。
これにより、断面が等脚台形状の角線を中間材料として、さらに後の圧延を実施することで、異形平角線を容易に成形することができる。つまり、等脚台形状の断面の脚辺の内、脚間の幅が広い部分の表面近傍は、圧延により容易に塑性流動する。このため、曲率を大きくしたい２隅に、塑性流動した金属を導くことで、異形平角線を容易に成形することができる。

回定子の一部を示す部分斜視図である。 セグメントのスロットへの挿入を示す部分斜視図である。 セグメントの屈曲を示す斜視図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 （ａ）は第１圧延工程を示す説明図であり、（ｂ）は第２圧延工程を示す説明図である。

実施形態の固定子巻線を実施例に基づき説明する。

〔実施例の構成〕
実施例の固定子巻線１の構成を、図面に基づいて説明する。
固定子巻線１は、曲がり２を有する多数のセグメント３を導通接合して得られるものであり、接合前のセグメント３を固定子鉄心４のスロット５に装着して変形した後、それぞれのセグメント３の所定の接合部位６同士を導通接合することにより設けられる（なお、接合部位の図面上の符号に関し、煩雑さを避けるため後記する６Ａａ、６Ｂａ、６Ａｂ、６Ｂｂを表記し、６のみでは表記していない。）。また、このようにして設けられた固定子巻線１と固定子鉄心４との一体物は、回転電機の固定子７を形成し、例えば、車両用交流発電機に利用される。

セグメント３は、断面が矩形状であって表面に絶縁皮膜８が施された平角線を材料とし、例えば、平角線を略Ｖ字状に折り曲げることによりＶ字先端の曲がり２を形成している。ここで、セグメント３の材料となる平角線は、断面の矩形１１における４つの隅１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの内、隣り合う２つの隅１２ａ、１２ｂの曲率が残り２つの隅１２ｃ、１２ｄの曲率よりも大きい異形平角線である（図４および図５参照。）。

そして、セグメント３の材料である異形平角線では、例えば、断面の矩形１１において互いに平行な２つの短辺１３ａ、１３ｂの内の一方側の短辺１３ａの２つの隅１２ａ、１２ｂの曲率が他方側の短辺１３ｂの２つの隅１２ｃ、１２ｄの曲率よりも大きくなっている。そして、例えば、短辺１３ａが曲がり２の内周側に配置され、短辺１３ｂが曲がり２の外周側に配置されている（図３および図４参照。）。

なお、それぞれのセグメント３は、曲がり２を有するＶ字部１５、およびＶ字部１５の両端から互いに平行に伸びる２つの直線部１６からなり、線対称をなす（図２および図３参照。なお、直線部の図面上の符号に関し、煩雑さを避けるため後記する１６Ａａ、１６Ｂａ、１６Ａｂ、１６Ｂｂを表記し、１６のみでは表記していない。）。また、セグメント３には、曲がり２の曲率が大きいセグメント３Ａ、および、曲がり２の曲率が小さいセグメント３Ｂの２種類がある。そして、セグメント３Ｂの曲がり２の内周側にセグメント３Ａの曲がり２が配置されて、スロット５に挿入する際の１つのユニット１７が形成される。

また、１つのユニット１７において、セグメント３Ａ、３Ｂそれぞれの曲がり２の一方側にある直線部１６がスロット５の内周側に挿入され、曲がり２の他方側にある直線部１６がスロット５の外周側に挿入される（以下、直線部１６の符号に関し、セグメント３Ａの２つの直線部１６の内、スロット５の内周側に挿入されるものを直線部１６Ａａとし、スロット５の外周側に挿入されるものを直線部１６Ａｂとする。また、セグメント３Ｂの２つの直線部１６の内、スロット５の内周側に挿入されるものを直線部１６Ｂａとし、スロット５の外周側に挿入されるものを直線部１６Ｂｂとする。）。

ここで、直線部１６Ａａ、１６Ｂａが挿入されるスロット５と、直線部１６Ａｂ、１６Ｂｂが挿入されるスロット５とは異なり、これら２つのスロット５の間には２つのスロット５が存在する。つまり、ユニット１７は、３つのティース２０に跨るように曲がり２の両側で周方向に開かれて固定子鉄心４に挿入され、直線部１６Ａａ、１６Ｂａ、１６Ａｂ、１６Ｂｂは、それぞれに矩形１１の長辺１８（図４および図５参照。）に平行な折れ目１９が入って屈曲している。

また、直線部１６Ａａ、１６Ｂａ、１６Ａｂ、１６Ｂｂの先端部は、軸方向に関して曲がり２が存在する側と反対側にスロット５から突出して接合部位６を形成する。そして、直線部１６Ａａ、１６Ｂａ、１６Ａｂ、１６Ｂｂそれぞれの先端部に存在する接合部位６を接合部位６Ａａ、６Ｂａ、６Ａｂ、６Ｂｂとすると、接合部位６Ａａは、周方向一方側にティース２０を３つ分隔てたスロット５に挿入されたユニット１７の接合部位６Ｂａと導通接合される。

また、接合部位６Ｂａは、周方向他方側にティース２０を３つ分隔てたスロット５に挿入されたユニット１７の接合部位６Ａａと導通接合される。さらに、接合部位６Ａｂは、周方向他方側にティース２０を３つ分隔てたスロット５に挿入されたユニット１７の接合部位６Ｂｂと導通接合され、接合部位６Ｂｂは、周方向一方側にティース２０を３つ分隔てたスロット５に挿入されたユニット１７の接合部位６Ａｂと導通接合される。

以上により、固定子７では、直線部１６Ａａ、１６Ｂａ、１６Ａｂ、１６Ｂｂの先端部およびＶ字部１５は、固定子鉄心４から軸方向に突出してコイルエンドを形成する。そして、固定子７の内周側に回転子が配置されて回転電機が形成される。

〔実施例の製造方法〕
実施例の固定子巻線１の製造方法の内、セグメント３の材料となる異形平角線の成形方法について図５を用いて説明する。
異形平角線は、断面が円形状であって絶縁皮膜された丸線を２段階の圧延工程に分けて各種のローラ２２により圧延することで製造される。なお、以下の説明では、先に実施する第１圧延工程に提供される材料を初期材料２３と呼ぶことがあり、第１圧延工程を経た材料を中間材料２４と呼ぶことがあり、第２圧延工程を経た材料を最終材料２５と呼ぶことがある。

まず、第１圧延工程で、初期材料２３である丸線を中間材料２４としての断面が等脚台形状の角線に圧延する。次に、第２圧延工程で、中間材料２４を最終材料２５としての異形平角線に圧延する。ここで、中間材料２４の断面の等脚台形２７において、略平行な２つの平行辺２８ａ、２８ｂは、最終材料２５の断面の矩形１１において短辺１３ａ、１３ｂとなる辺であり、２つの脚辺２９は矩形１１において長辺１８となる辺である。

また、平行辺２８ａ、２８ｂの内、長い方の平行辺２８ａの２つの隅３０ａ、３０ｂが、矩形１１において曲率が大きい２つの隅１２ａ、１２ｂになり、短い方の平行辺２８ｂの２つの隅３０ｃ、３０ｄが、矩形１１において曲率が小さい２つの隅１２ｃ、１２ｄになる。

なお、第２圧延工程では、主に、脚辺２９の内、脚間の幅が広い平行辺２８ａ寄りの部分３２が圧延される。また、第２圧延工程では、中間材料２４の脚辺２９に関して平行辺２８ａ寄りの部分３２の方が平行辺２８ｂ寄りの部分の方よりも圧延による変形量が大きいので、最終材料２５では、短辺１３ａ、１３ｂのそれぞれの側を外周側、内周側とするキャンバが発生しやすい。このため、第２圧延工程では、キャンバの発生を抑制することができるようにローラ２２が配置されている。

〔実施例の効果〕
実施例の固定子巻線１は、最終材料２５である異形平角線を材料とし、異形平角線を折り曲げることにより曲がり２を形成している。そして、異形平角線の折り曲げでは、曲率が小さい方の２つの隅１２ｃ、１２ｄを曲がり２の外周側に配置するように、かつ、曲率が大きい方の２つの隅１２ａ、１２ｂを曲がり２の内周側に配置するように、異形平角線が折り曲げられている。

これにより、折り曲げによる絶縁皮膜８の伸びが著しい曲がり２の外周側に、曲率が小さい２つの隅１２ｃ、１２ｄを配置することで、曲がり２の外周側における絶縁皮膜８の伸び量を抑制することができる。このため、平角線を材料とする固定子巻線１の曲がり２の外周側において、絶縁皮膜８が損傷する虞を低減することができる。

また、最終材料２５である異形平角線は、断面が円形状であって絶縁皮膜された丸線を初期材料２３とし２段階に分けて圧延することで製造される。そして、先に実施する第１圧延工程では、丸線を断面が等脚台形状の中間材料２４に圧延する。
これにより、断面が等脚台形状の中間材料２４に後の圧延を実施することで、最終材料２５としての異形平角線を容易に成形することができる。つまり、等脚台形状の断面の脚辺２９の内、脚間の幅が広い部分３２の表面近傍は、圧延により容易に塑性流動する。このため、曲率を大きくしたい２つの隅３０ａ、３０ｂに、塑性流動した金属を導くことで、異形平角線を容易に成形することができる。

なお、初期材料２３から中間材料２４を経て最終材料２５へ２段階で圧延する場合、中間材料２４において曲率を小さくしたい２つの隅３０ｃ、３０ｄは、さほど圧延を施さなくても最終材料２５の成形することができる。このため、中間材料２４を経ることなく初期材料２３から最終材料２５へ１段階で圧延する場合に比べて、隅３０ｃ、３０ｄにおける皮膜損傷の虞を更に低減することができる。

〔変形例〕
固定子巻線１およびその製造方法の態様は、実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を考えることができる。
例えば、実施例の製造方法によれば、固定子巻線１は、圧延を２段階に分けて設けられていたが、中間材料２４を設けずに１段階の圧延で初期材料２３の丸線から最終材料２５の異形平角線を製造するようにしてもよい。この場合、工数を低減することができるのでコスト面で優位になる。

１ 固定子巻線 ２ 曲がり １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 隅

Claims (2)

1. 断面が互いに平行な２つの短辺を有する矩形状であって絶縁皮膜された平角線を材料とし、この平角線を折り曲げることで、曲がり（２）を有するＶ字部（１５）とこのＶ字部（１５）の両端から互いに平行に伸びる２つの直線部（１６）とを形成した回転電機の固定子巻線（１）において、
   前記平角線は、断面における４つの隅（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）の内、隣り合う２つの隅（１２ａ、１２ｂ）の曲率が残り２つの隅（１２ｃ、１２ｄ）の曲率よりも大きく、
   前記平角線の折り曲げでは、曲率が小さい方の２つの隅（１２ｃ、１２ｄ）を前記曲がり（２）の外周側に配置するように、かつ、曲率が大きい方の２つの隅（１２ａ、１２ｂ）を前記曲がり（２）の内周側に配置するように、前記平角線が折り曲げられていることを特徴とする固定子巻線（１）。
2. 断面が矩形状であって絶縁皮膜された平角線を材料とし、この平角線を折り曲げることにより曲がり（２）を形成した回転電機の固定子巻線（１）であって、
   前記平角線の断面における４つの隅（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）の内、隣り合う２つの隅（１２ａ、１２ｂ）の曲率が残り２つの隅（１２ｃ、１２ｄ）の曲率よりも大きく、
   前記平角線の折り曲げでは、曲率が小さい方の２つの隅（１２ｃ、１２ｄ）を前記曲がり（２）の外周側に配置するように、かつ、曲率が大きい方の２つの隅（１２ａ、１２ｂ）を前記曲がり（２）の内周側に配置するように、前記平角線が折り曲げられている構造の固定子巻線（１）の製造方法において、
   前記平角線は、断面が円形状であって絶縁皮膜された丸線を２段階に分けて圧延することで製造され、
   先に実施する圧延では、前記丸線を断面が等脚台形状の角線に圧延することを特徴とする固定子巻線（１）の製造方法。

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