JP5555933B2 - 巻線の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機及び発電機等の回転機器、変圧器といった電気機器に用いる巻線を製造するための製造方法及び製造装置に関する。

電動機、発電機等の回転機器では回転子又は固定子に巻線が巻装されて用いられており、変圧器等の電気機器では第一次及び第二次コイルとして巻線が用いられている。こうした巻線は、ボビンや鉄芯の軸体の周囲に電線等の線材を巻き付けて製造される。軸体への線材の巻き付け方法としては、軸体を回転させながら軸体の周囲に線材を巻き付ける軸回り方式及び軸体を固定して線材を軸体の周囲に繰り出しながら巻き付けるフライヤ方式が実用化されている。

軸回り方式及びフライヤ方式では、線材を重ね巻していく場合巻線の内周側から巻き始めて順次外周に重ね巻しながら外周側で巻き終わるように作成される。作成された巻線は、巻き始めの線材を内周側から外方に引き出すためのスペースが必要となるため、こうした無駄なスペースをなくして巻線の占積率を向上させるために、様々な巻き付け方式が提案されている。例えば、特許文献１では、平角状断面を持つ絶縁被覆電線を、内側を巻き始めとして一層重ね巻したものを二つ一組として、それぞれの巻き始め部を接続したものを基本コイルとし、基本コイルを複数個重ね合せた巻線が記載されている。また、特許文献２では、平型導線の長手方向の中間部をティース部鉄芯に交差させた後、平型導線の両端部までを互いに逆方向に巻回して巻き付けた巻線が記載されている。また、特許文献３では、導線を所定長突出させて根元を固定し、押圧具で導線の突出部を直角方向に折り曲げて、中央に空間部ができるように渦巻状にアルファ巻きで巻いてなる渦巻体を複数個横方向に並べて配置されたコイルを製造する点が記載されている。

特開２００４−７２８２４号公報 特開２００６−１０９６５９号公報 特開２００９−７１９３９号公報

上述した特許文献１及び２では、重ね巻した二層を単位として複数配列することで巻線を構成するようにしているが、線材の巻き付けにより重ね巻を行っているため、巻き付けた線材のスプリングバックの作用により線材の間に隙間が生じるようになって占積率を低下させる。また、単位となる二層を複数配列した場合に隣接する二層の間では、外周側に引き出された線材の終端部をハンダ付け等により接続する必要がある。そのため、巻線の外周側に接続部分のためのスペースが必要となる。また、接続部分があることにより絶縁処理が必要になり、接続部分での巻線抵抗が大きくなる、といったデメリットがある。

特許文献３では、導線を折り曲げて渦巻体を構成しているため、渦巻体のコーナーに形成されたアール部において隣接するターンとの間に隙間が生じるようになっており、こうした巻線を固定子や回転子に用いた場合固定子や回転子のサイズが大きくなって小型化の点で難点がある。また、導線を折り曲げる際に、折り曲げ部分や押圧部分において導線の表面に形成された絶縁被膜が破損して絶縁性が確保できなくなるおそれがある。

本発明は、こうした従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、１本の連続した線材により占積率の高い巻線を製造する方法及び装置を提供することにある。

本発明に係る巻線の製造方法は、１本の線材を搬送しながら搬送方向と交差する方向に押圧する押込み動作により当該線材を外側から内側に向かって螺旋状に周回するように変形させるとともに内側の変形部分の曲率が隣合う外側の変形部分の曲率よりも大きくなるように変形させる第一変形工程と、前記押込み動作により内側から外側に向かって螺旋状に周回するように変形させるとともに外側の変形部分の曲率が隣合う内側の変形部分の曲率よりも小さくなるように変形させる第二変形工程とを備え、前記第一変形工程及び前記第二変形工程を交互に行うことで螺旋状に変形された前記線材に対して前記第一変形工程及び前記第二変形工程によるそれぞれの変形領域を渦巻き状に重ね合せて前記線材同士を密着させた複数の巻層部を形成する。さらに、前記線材は、平角状断面を有している。さらに、前記第一変形工程及び前記第二変形工程は、直線状の前記線材を部分的に曲線状に変形することで前記線材を螺旋状に周回するように変形させる。

本発明に係る巻線の製造装置は、１本の線材を長手方向に搬送する搬送部と、前記線材の搬送経路の一方の側に配置された支点ローラ及び他方の側に配置された押込みローラを有するとともに当該押込みローラを前記線材の搬送経路と交差する方向に移動させて当該支点ローラの前記線材の搬送方向下流側に近接させることで前記線材を所望の曲率で湾曲変形させる押込み動作を行う変形部と、前記線材を搬送しながら前記押込み動作を行うことで前記線材を外側又は内側に向かって螺旋状に周回するように変形させるとともに湾曲変形させた変形部分の曲率を外側に隣り合う変形部分よりも大きく内側に隣り合う変形部分よりも小さくなるように前記線材の搬送制御及び前記押込みローラの移動制御を行う制御部とを備えている。さらに、前記変形部は、湾曲変形されながら搬送される前記線材の搬送経路に沿うように配置されたガイド部材を備えている。さらに、前記線材を螺旋状に周回するように変形させて繰り出される成形体を支持する支持部を備えている。

本発明は、上記のような構成を有することで、１本の連続した線材により占積率の高い巻線を製造することができる。

本発明に係る巻線の製造装置に関する概略構成図である。 図１に示す製造装置の変形例に関する概略構成図である。 成形体に関する斜視図である。 図３に示す成形体を側面からみた模式図である。 製造された巻線に関する外観斜視図である。 巻線の正面図、側面図及び底面図である。 巻線に関する形状を示す説明図である。 回転機器に巻線を用いた概略構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る巻線の製造装置に関する概略構成図である。製造装置１は、線材２を長手方向に搬送する搬送部３、線材２を湾曲変形させる変形部４及び線材２を螺旋状に変形させた成形体２０を支持する支持部５を備えている。

搬送部３は、駆動ローラ１０及び駆動ローラ１０に対向配置された従動ローラ１１を有し、線材２を駆動ローラ１０及び従動ローラ１１の間に挟持して駆動ローラ１０を回転駆動することで、線材２を図示せぬ供給部から繰り出していき、長手方向に直線状になるように整形しながら搬送する。

変形部４は、押込みローラ１２、押込みローラ１２に対向配置された支点ローラ１３及び支点ローラ１３の搬送方向上流側に配置された押えローラ１４を有する。支点ローラ１３は線材２の搬送経路の一方の側に配置され、押込みローラ１２は線材２の搬送経路の他方の側に配置されて搬送経路に交差する方向に移動して支点ローラ１３に近接・離間するようになっている。そして、支点ローラ１３の搬送方向下流側に押込みローラ１２を近接させるように移動させて線材２を押圧する押込み動作により線材２を支点ローラ１３に沿って所望の曲率に湾曲変形させる。線材２を湾曲変形する際に押えローラ１４により線材２が撓まないように押えておくことで、線材２を精度よく変形することができる。線材２が湾曲変形されながら搬送される経路に沿ってガイド部材１５が配置されており、線材２はガイド部材１５に案内されながら搬送されて螺旋状に周回するように変形し、図１の紙面の垂直方向に時計回りに繰り出されて成形体２０が形成される。

支持部５は、図１の紙面の垂直方向に延設された支持体１６を備えており、支持体１６は延設方向に沿う回動軸を中心に回動するようになっている。そして、図１の紙面の垂直方向に繰り出されて螺旋状に周回するように展開される成形体２０の内側に支持体１６を挿入した状態にセットし、線材２が変形されて繰り出されるタイミングに合わせて支持体１６を回動させることで、成形体２０を安定した状態に支持することができる。所望の周回数だけ螺旋状に展開した後、後述するように成形体２０を展開方向に圧縮するように線材２を渦巻き状に重ね合せることで巻線を製造する。

成形体２０を圧縮する場合には、支持体１６の端部に基台を配置し、支持体１６の両側に配置した一対の作動体を支持体１６に沿って基台に向かって移動可能に設け、作動体と基台との間に成形体２０を支持した状態で作動体を基台に向かって移動させて成形体２０を圧縮し巻線を形成することができる。また、支持体１６から取り出した成形体２０を別の圧縮装置にセットして圧縮させるようにすることもできる。

線材２から成形体２０を形成する場合、図示せぬ制御部が搬送部３における駆動ローラ１０の駆動制御を行って線材２の搬送制御を行い、変形部４における押込みローラ１２の移動制御を行い、支持部５の支持体１６の回動制御を行うことで各部を連動させる。そして、制御部は、後述するように、線材２を搬送しながら押込みローラ１２の押込み動作を行うことで外側又は内側に向かって螺旋状に周回するように変形させ、湾曲変形させた変形部分の曲率を外側に隣り合う変形部分よりも大きく内側に隣り合う変形部分よりも小さくなるように線材２を変形させて成形体２０を形成する。

線材２は、従来巻線に使用されている銅等の導電性材料を線材化し、周囲にエナメル等の絶縁性材料からなる被膜が形成されている。なお、絶縁性被膜の代わりに線材２の周囲に絶縁性テープを巻き付けて絶縁化することもできる。線材２の形状としては、断面形状が
円形となる丸線、矩形状となる平角線といったものが挙げられるが、これ以外の形状のものを用いることもでき、特に限定されない。なお、本実施形態では、平角状の断面形状を有する線材を使用している。平角状の線材では、断面形状が長方形となるため、線材の変形方向を示す場合に長方形の短辺に沿う方向を短辺方向といい、長方形の長辺に沿う方向を長辺方向として説明する。また、線材２の太さについても様々な太さのものを使用することが可能で、押圧により変形可能な太さであれば、線材として使用することができる。

搬送部３により搬送された線材２は、変形部４の押えローラ１４に接触しながら押込みローラ１２と支点ローラ１３との間を通過するように搬送される。押込みローラ１２、支点ローラ１３及び押えローラ１４はいずれも回転自在に軸支されており、押込みローラ１２は、図示せぬ移動部により支点ローラ１３に近接・離間するように移動制御されて押込み動作を行う。押込みローラ１２が支点ローラ１３の線材２の搬送方向下流側に近接して、線材２の搬送経路と交差する位置に移動すると、線材２は、押込みローラ１２と支点ローラ１３との間を通過する際に押込み方向に強制的に押し込まれて湾曲変形しながら搬送されるようになる。線材２を湾曲変形する際に、押えローラ１４により線材２が撓まないように押えられるので、線材２を精度よく変形させることができる。

なお、押込みローラ１２は、回転自在に軸支されているので、搬送される線材２に常時接触した状態に設定しても線材２の搬送に従って回転するようになり、線材２の表面が傷つくことはない。そのため、押込み動作以外でも押込みローラ１２を線材２から離間させずに直線状に搬送される線材２に軽く接触した状態にしておき、押込み動作の際に線材２を押圧するように移動制御することで、押込み動作の応答時間を短縮して効率よく変形処理を行うことができる。

湾曲変形する場合の線材２の曲率は、搬送部３における線材２の搬送制御及び変形部４における押込みローラ１２の移動制御により設定される。押込みローラ１２の移動量を大きくするほど線材２は支点ローラ１３の周面に沿うように変形されてその曲率を大きくすることができる。そのため、支点ローラ１３の径を小さく設定して周面の曲率を大きくしておけば、広範囲の曲率に対応することが可能となる。また、湾曲変形する変形長さは、押込みローラ１２の移動量及び移動時間並びに線材２の搬送量を調整して設定することができる。例えば、押込みローラ１２の押込み動作を間欠して行うように移動制御することで曲線部分及び直線部分を交互に形成することができる。また、押込みローラ１２を所定の押込み位置に維持すれば、線材２は円状に湾曲変形するようになる。

図１では、線材２を断面の短辺方向に湾曲変形するようにしているが、線材２に対して断面の長辺方向から押込みローラ１２及び支点ローラ１３を接触させて長辺方向に湾曲変形させることもできる。また、押込みローラ１２の回転軸を線材２の搬送方向に対して傾斜させたり、押込みローラ１２の周面を円錐面状に傾斜させることで、線材２の断面の短辺方向及び長辺方向のいずれからも傾斜した斜行方向に湾曲変形することもでき、線材２を任意の方向に湾曲変形させることが可能である。また、支点ローラ１３の回転軸を線材２の搬送方向に対して傾斜させたり、支点ローラ１３の周面を円錐面状に傾斜させることで、線材２を任意の方向に湾曲変形させることもできる。そのため、ガイド部材１５に代えて、押込みローラ１２又は支点ローラ１３の回転軸や周面を適宜設定して線材２を螺旋状に周回するように変形させることも可能である。

また、上述したように、押込みローラ１２、支点ローラ１３及び押えローラ１４は、回転自在に軸支されているので、線材２に接触する際に線材２の表面に摺動することはなく、線材２の表面を傷つけずに湾曲変形することができる。特に、線材２の周面に絶縁被膜が形成されている場合には、絶縁被膜が成形する際に破損すると、巻線に形成した後に再度線材の絶縁処理を行う必要があるが、上述した製造装置では絶縁被膜の破損を抑止して巻線の絶縁性を確実に確保することができる。

図２は、図１に示す製造装置の変形例に関する概略構成図である。この例では、線材２を二方向に変形させる製造装置を示している。搬送部３は図１と同様であるので、説明を省略する。変形部４は、線材２の搬送経路の一方の側に押込みローラ１２ｂ、支点ローラ１３ａ及び押えローラ１４ｂが配置され、他方の側に押込みローラ１２ａ、支点ローラ１３ｂ及び押えローラ１４ａが配置されている。ガイド部材１５については、図示を省略しているが、二方向に螺旋状に変形させる場合に共通に使用したり、各方向に螺旋状に変形させる際にそれぞれの設定位置にスライドさせるようにしてもよく、二方向に対応してそれぞれ設置することもできる。

押込みローラ１２ａ、支点ローラ１３ａ及び押えローラ１４ａは、図１と同様に、線材２を一方向（図では下方向）に湾曲変形させ、線材２を螺旋状に時計回りに繰り出すように成形する。一方、押込みローラ１２ｂ、支点ローラ１３ｂ及び押えローラ１４ｂは、線材２を反対方向（図では上方向）に湾曲変形させ、線材２を螺旋状に反時計回りに繰り出すように成形する。

このように線材２の螺旋状に変形する周回方向を適宜変更することができるので、後述するように、複数のコイルを１本の連続する線材で成形する場合に、コイルの両端部のいずれからでも成形することが可能となり、コイルの配置に合わせて渡り線が短くなるように成形することができる。

図３は、成形体２０に関する斜視図である。成形体２０は、螺旋状に周回するように展開方向Ｔ−Ｔに延びるように形成されており、この例では、１本の連続する線材２を、各周回部分を構成する、直角方向に湾曲した変形部分である曲線部分２０ａ、長辺部分に対応する直線部分２０ｂ、直角方向に湾曲した曲線部分２０ａ、短辺部分に対応する直線部分２０ｃ、・・・を繰り返して成形することで、螺旋状に周回するように形成することができる。そして、変形部分である曲線部分２０ａについては、内側の周回部分に対応する曲線部分の曲率が隣合う外側の周回部分に対応する曲線部分の曲率よりも大きくなるように湾曲形成されている。

図４は、図３に示す成形体２０を側面からみた模式図である。直線部分２０ｂが成形体２０の展開方向Ｔ−Ｔにジグザグ状の折れ線状に描かれており、両側の折れ曲った箇所が曲線部分２０ａ及び直線部分２０ｃに対応している。成形体２０は、連続する２つの変形領域Ｆ１及びＦ２を繰り返して螺旋状に変形されている。変形領域Ｆ１は、外側から内側に向かって螺旋状に周回するように変形しており、後述する巻線の巻層部３０に対応している。そして、変形領域Ｆ１では、変形部分である曲線部分２０ａの曲率を内側に行くに従い大きくなるように湾曲形成している。また、変形領域Ｆ１に続く変形領域Ｆ２は、内側から外側に向かって螺旋状に周回するように変形しており、後述する巻線の巻層部３１に対応している。そして、変形領域Ｆ２では、変形部分である曲線部分２０ａの曲率を外側に行くに従い小さくなるように湾曲形成している。

そして、変形領域Ｆ１から変形領域Ｆ２に移行する部分では、変形領域Ｆ１側の変形箇所ｆ２は直線部分及び曲線部分が内側に重なり合うように形成されているが、変形領域Ｆ２側の変形箇所ｆ３は変形領域Ｆ１の変形箇所ｆ１と突き当るように同一の形状に形成されているため、巻層部３０に隣接して巻層部３１を形成することができる。また、変形領域Ｆ２から変形領域Ｆ１に移行する部分では、変形領域Ｆ２側の変形箇所ｆ５は外側に重なり合うように形成されているが、変形領域Ｆ１側の変形箇所ｆ６は変形領域Ｆ２の変形箇所ｆ４と突き当る形状に形成されているため、巻層部３１に隣接して巻層部３０を形成することができる。

また、変形領域Ｆ１及びＦ２は、それぞれ独立して周回数を増減させることができるため、各巻層部の周回数を適宜設定することが可能となる。例えば、巻層部の周回数を順次増加させたり、一部の巻層部のみ周回数を増加させることができる。また、すべての巻層部の内周側の連結部分を除いた周長を同一に設定すれば、巻線をティース等の支持体に容易に挿着することができ、安定した状態で支持されるようになる。

本実施形態では、直角方向に湾曲変形した曲線部分を形成するため、押込みローラ１２の移動量及び線材２の搬送量を調整して曲線部分の曲率を調整することで、図３に示すような螺旋状に周回するように展開された成形体２０に成形することができる。まず、変形領域Ｆ１に対応する第一変形工程を行う。最外周側に対応する長辺部分の長さ分だけ線材２を搬送した後、線材２を搬送しながら搬送方向と交差する方向に押込みローラ１２の押込み動作により押圧して線材２を断面の短辺方向に湾曲変形して所定の曲率の曲線部分を形成する。続いて短辺部分の長さ分だけ線材２を搬送した後、押込みローラ１２の押込み動作により所定の曲率の曲線部分を形成する。こうして線材２を連続搬送しながら、長辺部分−曲線部分−短辺部分−曲線部分を形成する変形処理を繰り返し行って、線材２を外側から内側に向かって螺旋状に周回するように変形させるとともに内側の曲線部分の曲率が隣合う外側の曲線部分の曲率よりも大きくなるように変形させて変形領域Ｆ１を形成する。

変形領域Ｆ１を形成した後引き続いて連結部分に対応する長さ分だけ搬送した後、押込みローラ１２による押込み動作により曲線部分を形成し、変形領域Ｆ２に対応する第二変形工程を行う。最内周側に対応する長辺部分の長さ分だけ線材２を搬送した後、押込みローラ１２の押込み動作により所定の曲率の曲線部分を形成する。続いて短辺部分の長さ分だけ線材２を搬送した後、押込みローラ１２の押込み動作により所定の曲率の曲線部分を形成する。こうして線材２を搬送しながら、長辺部分−曲線部分−短辺部分−曲線部分を形成する変形処理を繰り返し行って、線材２を内側から外側に向かって螺旋状に周回するように変形させるとともに外側の曲線部分の曲率が隣合う内側の曲線部分の曲率よりも小さくなるように変形させて変形領域Ｆ２を形成する。変形領域Ｆ１を形成した後引き続いて連結部分に対応する長さ分だけ搬送した後、押込みローラ１２の押込み動作により曲線部分を形成する。

こうして、線材２を連続搬送しながら、上述した第一変形工程及び第二変形工程を交互に行うことで線材を螺旋状に変形させていくことができ、効率よく成形を行うことができる。そして、成形された線材２に対して第一変形工程及び第二変形工程によるそれぞれの変形領域を渦巻き状に重ね合せて線材同士を密着させて複数の巻層部を形成するとともに巻層部同士を密着配置させて巻線を製造する。

図５は、製造された巻線に関する外観斜視図であり、図６は、巻線の正面図（図６（ａ））、側面図（図６（ｂ））及び底面図（図６（ｃ））である。また、図６（ｄ）は、巻線のうち巻層部３１に関する正面図である。巻線Ｃは、螺旋状に周回するように変形された１本の連続する線材２を部分的に渦巻き状に重ね合せた巻層部３０及び３１を交互に厚さ方向に密着して配列して構成されている。この例では、巻線Ｃは、内部に空間が形成されており、回転機器の場合にはティース等の支持体に挿着されるようになっている。また、変圧器の場合には鉄芯に挿着されるようになっている。巻層部３０及び３１は、線材２を渦巻き状に重ね合せて密着させて構成されており、隣接する巻層部同士とは、内周側又は外周側で線材２により連続して連結されている。そして、両端部の巻層部の外周側又は内周側に線材２の端部が配置されている。ここで、巻層部の厚さ方向とは、渦巻き状に重ね合せた線材２の両側に接する積層面に直交する方向で、この例では平角状断面の線材２の断面の長辺方向であり、図３に示す成形体２０の展開方向Ｔ−Ｔで
ある。

巻層部３０及び３１は、図６（ａ）及び図６（ｄ）に示すように、平角状断面の線材２を断面の短辺方向に直角に湾曲するように変形させて渦巻き状に重ね合せて構成されている。ここで、「渦巻き状」とは、１本の線材２が周回しながら重なり合うように積層した状態をいう。これに対して、「螺旋状」とは、図３に示す成形体２０のように、１本の線材２が周回しながら積層せずに展開方向にずれている状態をいう。なお、この例では、線材２を断面の短辺方向に湾曲させているが、線材２を断面の長辺方向に湾曲させて渦巻き状に重ね合せることで巻層部を構成することもできる。

この例では、巻層部３０及び３１は４周の周回部分からなり、各周回部分は線材２を４箇所で直角方向に湾曲変形させ、巻層部３０及び３１の厚さ方向からみて角部が丸められた矩形状に形成されている。巻層部３０については、各周回部分の４つの角部は所定の曲率の曲線部分３０ａに形成されており、４つの辺部は直線状に形成されて、対向する辺部の一方の対が長さの長い長辺部分３０ｂ、他方の対が長さの短い短辺部分３０ｃとなっている。曲線部分３０ａは、図３に示す曲線部分２０ａが重ね合わされており、長辺部分３０ｂ及び短辺部分３０ｃはそれぞれ図３に示す直線部分２０ｂ及び２０ｃを重ね合せている。巻層部３１についても、巻層部３０と同様に、曲線部分３１ａ、長辺部分３１ｂ及び短辺部分３１ｃから構成されており、それぞれ曲線部分２０ａ、直線部分２０ｂ及び２０ｃを重ね合わさせている。 そして、角部となっている曲線部分３０ａは、内周側の周回部分から外周側の周回部分に向かって順次曲率が小さくなるように形成されて線材２が全周にわたって密着するように重ね合わされている。隣接する周回部分の線材２を互いに密着させるには、外周側に隣接する周回部分の曲線部分の曲率に対応する曲率半径を、内周側に隣接する周回部分の曲線部分の曲率に対応する曲率半径に線材２の断面の短辺方向の長さを加算した値に設定すれば、互いの曲線部分が密着するように形成することができる。曲線部分３１ａについても、曲線部分３０ａと同様に線材２の曲率を設定して、外周側の周回部分から内周側の周回部分に向かって順次曲率が大きくなるように形成されて線材２が全周にわたって密着するように重ね合わされている。

巻線Ｃは、図６（ｂ）に示すように、巻層部３０及び３１を交互に配列して構成されている。巻層部３０は、外周側から内周側に線材２を渦巻き状に重ね合せて内周側から連結部分３０ｄにおいて線材２を連続させて巻層部３１に移行し、巻層部３１は内周側から外周側に線材２を渦巻き状に重ね合せて外周側から連結部分３１ｅにおいて線材２を連続させて次の巻層部３０に移行するようになっている。

巻層部３０及び巻層部３１は、それぞれの長辺部分３０ｂ及び短辺部分３０ｃが側端で互いに突き当るように当接しており、互いの線材２が入り込むことがなく、安定した状態で密接配置される。また、巻層部３０及び巻層部３１は、連結部分が配置されない短辺部分３０ｃ（図６（ａ）及び図６（ｄ）では上側）の両端部の曲線部分３０ａがそれぞれ同一形状に形成されて互いに突き当るように当接して密接配置されている。一方、連結部分が配置されている短辺部分３０ｃ（図６（ａ）及び図６（ｄ）では下側）の両端部の曲線部分３０ａは、巻層部３０では内周側に連結部分３０ｄが配置されているため、巻層部３１と曲線部分がずれて配置されるようになっているが、短辺部分３０ｃは互いに突き当るように当接されているので、互いの線材が入り込むことなく安定した状態で密着配置されている。

なお、この例では、巻層部３０及び３１は、同じ周回数に設定されているが、それぞれ周回数を設定することができるため、隣接する巻層部に対して周回数を増減させることも可能となる。そして、周回数を増減させる場合に周回数の増減分を外周側に配置したり内周側に配置すれば、隣接する巻層部同士が中間部分において線材２を互いに突き当るように当接して密着した状態に維持することができ、巻層部を安定した状態で密着配置させた巻線を得ることができる。

このように各巻層部の線材を渦巻き状に密着配置するとともに巻層部間においても密着配置することができるので、巻線の占積率を向上させることができる。また、一方の短辺部分に連結部分を内周側及び外周側に配置することで、長辺部分及び短辺部分の密着配置に影響を与えることなく連続する１本の線材により各巻層部を連結することができる。

図７は、巻線に関する形状を示す説明図である。上述した例では、矩形状の巻線について説明したが、図７（ａ）に示すように円筒状に形成することもでき、楕円形の筒状に形成することも可能である。図７（ａ）に示す例では、線材が全周にわたって曲線状に変形されており、全体が変形部分となっている。そして、変形部分の曲率を外側に隣り合う変形部分よりも大きく内側に隣り合う変形部分よりも小さく設定して変形部分が密着して重なり合うように形成されている。

また、図７（ｂ）に示すように、三角形の筒状に形成することもでき、様々な多角形の筒状に形成することも可能である。また、図７（ｃ）に示すように、取付位置に対応して曲線部分及び直線部分を組み合せた形状に形成することも容易に行える。図７（ｂ）及び（ｃ）に示す例では、曲線部分が変形部分となっており、変形部分が部分的に配置されている。この例においても、変形部分の曲率を外側に隣り合う変形部分よりも大きく内側に隣り合う変形部分よりも小さく設定して変形部分が密着して重なり合うように形成されている。

図７に示す例以外に線材２を湾曲変形して様々な形状の変形部分を形成することができ、変形部分の曲率を外側又は内側に隣り合う変形部分と密着して重なり合うように設定すれば、取付場所に応じて適宜成形した占積率の高い巻線を得ることができる。

図８は、回転機器に巻線を用いた概略構成図である。この例では、回転機器の固定子に製造された巻線からなるコイル２００を複数個取り付けている。固定子のヨーク２０１の内周側に設けられた複数個のティース２０２にそれぞれコイル２００が挿着されて周方向に配置されている。図８では、コイル２００は断面図で示されており、コイル２００を構成する線材は平角状の断面で描かれている。コイル２００は、三相用コイルを構成しており、同相のコイル２００が２つ置きに配置されて互いに接続されている。

コイル２００を構成する巻層部は、固定子の径方向に複数個配列されており、ティース２０２の間のスロットの形状に対応して内径側から外径側に向かって巻層部の周回数が増加するように設定されている。製造される巻線は、巻層部毎に周回数を変更することができるので、スロットの形状に合わせて巻層部の周回数を設定すれば、スロットにできるだけ隙間のない状態で線材を配置して占積率を向上させることが可能となる。この例では、隣接するコイル２００の対向配置された巻層部同士の周回数を異ならせることでスロットにできるだけ隙間のない状態に線材を配置するようにしている。なお、コイル２００を構成する巻層部の数についても固定子の設計に応じて適宜設定することができ、一部のコイル２００の巻層部の数を異ならせることも可能である。

この例では、コイル２００は、図６に示す巻線が用いられており、巻線の長辺部分がスロット内に配置され、巻線の短辺部分がティースの上下に突出するように配置される。巻線の短辺部分の両側の曲線部分は曲率が小さく設定されているため、隣接するコイル２０との間では、対向配置された曲線部分の間にスペースが生じるようになり、渡り線や引き出し線の配置スペースとして使用することができる。そのため、従来のコイルのように短辺部分の上面に渡り線等を配置する場合に比べて固定子全体のコンパクト化を図ることが可能となる。

また、上述したように、巻線の巻層部の連結部分を一方の短辺部分の内周側及び外周側に密着させて配置しているので、スロットにコイルの長辺部分を挿着するように取り付ければ、スロット内の線材の密度を向上させることができ、ティースの上下に突出する短辺部分の厚みを薄くしてコンパクト化を図ることが可能となる。

また、上述したように、１本の線材によりコイルの周回方向を変更して製造することができるので、１つのコイルについて内径側から外径側に向かって一方の周回方向に線材を変形させた場合に、次のコイルについて同一又は反対の周回方向に線材を変形させて、次のコイルを外径側から内径側に向かって形成することができる。そのため、隣り合うコイルを同一又は反対の周回方向となるように設定するとともに外径側において渡り線として連続する線材により互いに接続することが可能となる。したがって、線材とは別に渡り線を取り付けて接続することが不要となり、複数のコイルを渡り線で接続した状態で一括して製造することができる。また、隣り合うコイルの外径側で接続することで、一方のコイルの内径側から他方のコイルの外径側に接続する場合に比べて渡り線となる線材の長さを短くすることが可能となる。

以上説明した例では、製造された巻線を固定子の内側にコイルとして挿着しコイルの内側に回転子を取り付けて回転機器が構成されるが、製造された巻線を固定子の外側にコイルとして挿着しコイルの外側に回転子を取り付けるように回転機器を構成することもできる。また、製造された巻線を回転子に挿着して回転機器を構成することもできる。

また、上述した固定子を有する回転機器以外にも、製造された巻線を用いることは可能で、特に限定されることはない。例えば、複数のコイルを直線状に配列したリニアモータ等の駆動装置にも適用することができる。変圧器においても入力側コイル及び出力側コイルに適用することが可能で、その場合に入力側コイル及び出力側コイルの巻層部を異なる数に設定したり、巻層部の周回数を異なる数に設定することができる。さらに、出力側コイルとして複数の巻線を取り付けることも容易に対応することが可能で、変圧器の様々な設計に対応することができる。

Ｃ・・・巻線、１・・・製造装置、２・・・線材、３・・・搬送部、４・・・変形部、５・・・支持部、１０・・・駆動ローラ、１１・・・従動ローラ、１２・・・押込みローラ、１３・・・支点ローラ、１４・・・押えローラ、１５・・・ガイド部材、１６・・・支持体、２０・・・成形体、３０・・・巻層部、３１・・・巻層部、２００・・・コイル、２０１・・・ヨーク、２０２・・・ティース

Claims (2)

1. １本の平角状断面の直線状線材を、押えローラに接触しながら押込みローラと支点ローラとの間を通過するように連続搬送しながら、前記支点ローラに対して近接・離間する前記押込みローラにより搬送方向と交差する方向に押圧する押込み動作により、当該線材を部分的に曲線状に変形することで外側から内側に向かって螺旋状に周回するように変形させるとともに内側の変形部分の曲率が隣合う外側の変形部分の曲率よりも大きくなるように変形させる第一変形工程と、前記線材を、前記連続搬送しながら、前記押込み動作により、部分的に曲線状に変形することで内側から外側に向かって螺旋状に周回するように変形させるとともに外側の変形部分の曲率が隣合う内側の変形部分の曲率より小さくなるように変形させる第二変形工程とを備え、前記第一変形工程及び第二変形工程を交互に行うことで螺旋状に変形された前記線材に対して前記第一変形工程及び前記第二変形工程によるそれぞれの変形領域を渦巻き状に重ね合せて前記線材同士を全周にわたって密着させた複数の巻層部を形成する巻線の製造方法。
2. １本の平角状断面の直線状線材を長手方向に搬送する搬送部と、前記線材の搬送経路の一方の側に配置された支点ローラ及び他方の側に配置され、当該支点ローラに対して近接・離間する押込みローラ及び押えローラを有するとともに当該押込みローラを前記線材の搬送経路と交差する方向に移動させて当該支点ローラの前記線材の搬送方向下流側に近接させることで前記線材を所望の曲率で湾曲変形させる押込み動作を行う変形部と、前記線材を搬送しながら前記押込み動作を行うことで前記線材を外側又は内側に向かって螺旋状に周回するように変形させるとともに湾曲変形させた変形部分の曲率を外側に隣り合う変形部分よりも大きく内側に隣り合う変形部分よりも小さくなるように前記線材の搬送制御及び前記押込みローラの移動制御を行う制御部と、前記線材を螺旋状に周回するように変形させて繰り出される成形体を支持する支持部とを備えており、前記変形部は前記湾曲変形されながら搬送される前記線材の搬送経路に沿うように配置されたガイド部材を備えている巻線の製造装置。