(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル線材を円筒状ボビンの外周に多層に亘って順次巻回し、前記ボビンの両側から一対のポールコアで挟持された発電機の回転子コイルにおいて、
前記コイル線材は、前記ポールコアを前記ボビンに組付ける際に大きな圧力が加わる部位と他の部位とで断面形状が異なり、
前記大きな圧力が加わる部位では、その加圧力に対して隣合うコイル線材同士の拘束力が低くなる断面形状とされて、
前記他の部位では、隣合うコイル線材同士の拘束力が高くなる断面形状とされていることを特徴とする発電機の回転子コイル。
【請求項２】
請求項１に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記大きな圧力が加わる部位とは、前記ボビンの両端部に設けられた絶縁用つば部を介して前記ポールコアの磁極爪によって加圧されるコイル表層部であり、そのコイル表層部の少なくとも一層が拘束力の低い断面形状とされていることを特徴とする発電機の回転子コイル。
【請求項３】
請求項１または２に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
拘束力が低くなる断面形状とは、略円形断面であり、
拘束力が高くなる断面形状とは、多角形断面であることを特徴とする発電機の回転子コイル。
【請求項４】
請求項３に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記多角形断面とは、略四辺形断面、または略六辺形断面であることを特徴とする発電機の回転子コイル。
【請求項５】
請求項３に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記多角形断面とは、略正方形断面、または略正六角形断面であることを特徴とする発電機の回転子コイル。
【請求項６】
請求項１〜５に記載した何れかの発電機の回転子コイルにおいて、
前記回転子コイルは、前記コイル線材を径方向に塑性変形して、大きな圧力が加わる部位と他の部位とで塑性変形の加工度合いを変えることにより、拘束力の低い断面形状と拘束力の高い断面形状とが形成されることを特徴とする回転子コイルの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記コイル線材は、前記ボビンへ巻装する直前に成形ローラによって所定の形状に塑性変形されていることを特徴とする回転子コイルの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記コイル線材は、前記コイル線材に対する前記成形ローラのラジアル方向の位置を調整することで塑性変形の加工度合いが変更されていることを特徴とする回転子コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、発電機の回転子コイル、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、交流発電機の回転子コイルとして、断面円形状のコイル線材を成形ローラ（４面ローラ、６面ローラ等）で多角形断面に塑性変形させた多角形コイル線材が提案されている（特開昭６３−１９０３１０号公報、特開平２−２４３４６８号公報参照）。この多角形コイル線材は、図１６に示すように、ボビン１００の円筒表面に形成された凹凸面１０１をガイドとして一列目（最下層）を巻回した後、その一列目のコイル線材１１０によって形成される凹凸面をガイドとして順次上層に巻回していくことにより、回転子コイルの巻線密度を大幅に向上させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この回転子コイルは、コイル線材１１０をボビン１００に巻回した後、ボビン１００の両側（図１６の左右両側）からポールコア１２０を打ち込む際に、内側へ傾斜したポールコア１２０の磁極爪１２１を介してコイル線材１１０に圧力が加わる。この加圧力に対して、上記の多角形コイル線材１１０は、断面円形のコイル線材と比べて磁極爪１２１からの加圧力方向に対するコイル拘束力が高いため、コイル線材１１０の移動により加圧力を吸収することが殆どできない。
【０００４】
その結果、下層コイル線材１１０ａを上層コイル線材１１０ｂが乗り越える交差部（図１７参照）では、コイル線材１１０の表面を覆う絶縁被膜１１１の膜厚が薄いことから、被膜１１１が損傷して芯材（導体）１１２が露出する可能性がある。また、コイル線材１１０が多角形断面であることから、回転子コイルの表層に巻回されたコイル線材１１０の角部が、磁極爪１２１の内周面に沿って回転子コイルを覆うボビン１００の絶縁用つば部１０２（例えば樹脂製）に食い込む虞がある。
【０００５】
これらの結果、磁性体であるポールコア１２０にコイル線材１１０の芯材１１２（図１７参照）が接触して回転子の絶縁性が低下する可能性が生じる。または隣接するコイル線材１１０の芯材１１２同士が接触して耐レア性が低下することにより、回転子の出力低下を招く等の問題を有していた。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、第１の目的は、回転子の絶縁性低下を生じることなく、巻線密度を向上させた回転子コイルの提供にあり、第２の目的は、その回転子コイルの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成を採用した。
請求項１では、コイル線材を円筒状ボビンの外周に多層に亘って順次巻回し、前記ボビンの両側から一対のポールコアで挟持された発電機の回転子コイルにおいて、
前記コイル線材は、前記ポールコアを前記ボビンに組付ける際に大きな圧力が加わる部位と他の部位とで断面形状が異なり、前記大きな圧力が加わる部位では、その加圧力に対して隣合うコイル線材同士の拘束力が低くなる断面形状とされて、前記他の部位では、隣合うコイル線材同士の拘束力が高くなる断面形状とされていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２では、請求項１に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記大きな圧力が加わる部位とは、前記ボビンの両端部に設けられた絶縁用つば部を介して前記ポールコアの磁極爪によって加圧されるコイル表層部であり、そのコイル表層部の少なくとも一層が拘束力の低い断面形状とされていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３では、請求項１または２に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
拘束力が低くなる断面形状とは、略円形断面であり、拘束力が高くなる断面形状とは、多角形断面であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４では、請求項３に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記多角形断面とは、略四辺形断面、または略六辺形断面であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５では、請求項３に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記多角形断面とは、略正方形断面、または略正六角形断面であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６では、請求項１〜５に記載した何れかの発電機の回転子コイルにおいて、
前記回転子コイルは、前記コイル線材を径方向に塑性変形して、大きな圧力が加わる部位と他の部位とで塑性変形の加工度合いを変えることにより、拘束力の低い断面形状と拘束力の高い断面形状とが形成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項７では、請求項６に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記コイル線材は、前記ボビンへ巻装する直前に成形ローラによって所定の形状に塑性変形されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項８では、請求項７に記載した発電機の回転子コイルにおいて、
前記コイル線材は、前記コイル線材に対する前記成形ローラのラジアル方向の位置を調整することで塑性変形の加工度合いが変更されていることを特徴とする。
【００１４】
【作用および発明の効果】
（請求項１）
ボビンに巻回されたコイル線材の断面形状がポールコアの組付け時に大きな圧力を受ける部位と他の部位とで異なり、大きな圧力が加わる部位では拘束力の低い断面形状とされて、他の部位では拘束力の高い断面形状とされている。即ち、拘束力の低い断面形状に設けられたコイル線材は、ポールコアの組付け時に容易に加圧方向へ移動できるため、ポールコアからの加圧力をコイル線材自体で受け止めることなく、コイル線材が加圧方向へ移動することによって加圧力を吸収できる。これにより、ポールコアの組付け時に加わる圧力に対して回転子コイルへのストレスを軽減できることから、回転子の絶縁性向上を図ることができる。
【００１５】
（請求項２）
ポールコアの組付け時に、ボビンの絶縁用つば部を介してポールコアの磁極爪によってコイル表層部に大きな圧力が加わる場合、そのコイル表層部の一層以上を拘束力の低い断面形状とする。これにより、コイル表層部のコイル線材は、ポールコアの磁極爪に押されて加圧方向へ移動するため、コイル表層に巻回されたコイル線材がボビンの絶縁用つば部へ食い込むのを防止できる。
【００１６】
（請求項３〜５）
コイル線材の断面形状を略円形とすることにより、ポールコアの組付け時に大きな圧力が加わっても、隣合うコイル線材同士の拘束力が低いことから、加圧方向へ容易に移動できる。一方、コイル線材の断面形状を多角形とした場合は、隣合うコイル線材同士が辺同士で接触することにより、円形断面のコイル線材と比べて拘束力が高くなる。
拘束力の高い多角形断面とは、請求項４に記載した様に、略四辺形断面、または略六辺形断面であり、さらに請求項５に記載した様に、略四辺形断面の中でも略正方形断面であり、略六辺形断面の中でも略正六角形断面である。
【００１７】
（請求項６）
回転子コイルは、コイル線材が径方向に塑性変形されて、ポールコアの組付け時に大きな圧力が加わる部位と他の部位とで塑性変形の加工度合いを変えることにより拘束力の低い断面形状と拘束力の高い断面形状とに形成されている。即ち、拘束力の低い断面形状では塑性変形の割合を小さくし（または塑性変形を行なわない）、拘束力の高い断面形状では塑性変形の割合を大きくすることで、断面形状の差異を設けることができる。
【００１８】
（請求項７）
回転子コイルは、コイル線材をボビンに巻装する直前に成形ローラによって所定の形状に塑性変形することができる。即ち、成形ローラでコイル線材を塑性変形しながら、そのままボビンに順次巻装できるため、ポールコアの組付け時に大きな圧力が加わる部位と他の部位とに対応して、容易に拘束力の低い断面形状と拘束力の高い断面形状とを形成することができる。
【００１９】
（請求項８）
コイル線材に対する塑性変形の加工度合いは、成形ローラのラジアル位置を調整することにより行なうことができる。即ち、拘束力の高い断面形状を形成するために塑性変形の加工度合いを大きくする場合は、成形ローラのラジアル位置をコイル線材の中心軸に近づけることで可能となり、拘束力の低い断面形状を形成するために塑性変形の加工度合いを小さくする場合は、成形ローラのラジアル位置をコイル線材の中心軸から遠ざけることで可能となる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は回転子コイルの断面図である。
発電機の回転子コイル１は、円筒形ボビン２の円筒表面にコイル線材３を所定回数巻回して構成され、ボビン２の両側（図１の左右両側）から一対のポールコア４により挟持されている。
【００２１】
ボビン２は、ナイロン等の熱可塑性樹脂を金型成形して作製されるもので、コイル線材３が巻回される円筒表面にはコイル線材３を案内するためのガイド面２ａが形成されて、軸方向の両端にはフランジ状の絶縁用つば部２ｂが一体に設けられている。
ガイド面２ａは、一列目（最下層）に巻回されるコイル線材３の断面形状（下述する）に合わせて設けられており、具体的には、ボビン２の軸線に対して４５度で傾斜する谷部と山部とが交互に形成されている。
絶縁用つば部２ｂは、ボビン２に巻回されたコイル線材３とポールコア４との間に介在されて、コイル線材３とポールコア４との接触を防止するために設けられている。
【００２２】
コイル線材３は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、銅等の芯材３ａの表面にポリエステル等の絶縁被膜３ｂを焼付塗装して得られる。このコイル線材３は、ボビン２のガイド面２ａに沿って一列目（最下層）を巻回した後、その巻回されたコイル線材３によって形成される凹凸面に沿って順次多層に亘って巻回される。但し、このコイル線材３は、図３および図４に示すように、ボビン２に巻回されたコイル表層部５（例えば上部２層）とコイル深層部６とで、コイル線材３の断面形状が異なる。
【００２３】
具体的には、元々断面円形のコイル線材３を、巻装直前にコイル深層部６に巻回される部位のみ断面略正方形状となるように塑性変形されている（コイル表層部５に巻回される部位は、断面円形のままである）。なお、図２（ａ）はコイル表層部５に巻回されるコイル線材３の断面形状を示すもので、図２（ｂ）はコイル深層部６に巻回されるコイル線材３の断面形状を示すものである。
【００２４】
従って、コイル深層部６では、図３に示すように、断面略正方形状に加工されたコイル線材３の各辺同士が密着した状態で巻回されるため、全線が断面円形のコイル線材３を使用した場合と比較して巻線密度を高くすることができる。但し、下層に巻回されたコイル線材３を上層に巻回されるコイル線材３が乗り越える交差部では、図４に示すように、断面略正方形状に加工されたコイル線材３の角部同士が当接した状態で巻回されて、断面円形の部位でも上下のコイル線材３が径方向に重なって巻回されるため、回転子コイル１の巻線径は非交差部（図３に示す部位）より大きくなっている。
【００２５】
ポールコア４は、ボビン２の内周に圧入されるボス部４ａと、回転子コイル１の外周に位置する複数の磁極爪４ｂとを有し、互いの磁極爪４ｂが周方向に交互に噛み合った状態で回転子コイル１の両側に組付けられている。このポールコア４をボビン２に打ち込む際、つまりポールコア４のボス部４ａをボビン２の内周に圧入する際に、ボビン２の絶縁用つば部２ｂは、ポールコア４の磁極爪４ｂの内周面に押されながら、図１に示すように、磁極爪４ｂの内周面に沿って折り曲げられて、コイル表層部５のコイル線材３を覆っている。
【００２６】
次に、回転子コイル１の製造方法について、図５〜図７を用いて説明する。
回転子コイル１は、図５に示すように、コイル深層部６に巻回される部位のみ、コイル線材３をボビン２へ巻装する直前に４個の成形ローラ７によって断面略正方形状に塑性変形されている。成形ローラ７（７ａ〜７ｄ）によって塑性変形される前のコイル線材３は、断面円形の丸線であり、螺旋状に巻回されて線材パック８に収容されている。
【００２７】
成形ローラ７は、図５に示すように、コイル線材３の上下方向に配された一対の上下ローラ７ａ、７ｂと、コイル線材３の左右方向に配された一対の左右ローラ７ｃ、７ｄとから成り、それぞれ外周面が平坦な円板状で、回転軸（図示しない）を中心に回転自在に設けられている。この上下ローラ７ａ、７ｂと左右ローラ７ｃ、７ｄは、互いの動作が干渉しないようにコイル線材３の長手方向（図６の左右方向）にずれて配置されている。従って、コイル線材３は、まず上下ローラ７ａ、７ｂによって上下方向に塑性変形された後、続いて左右ローラ７ｃ、７ｄによって左右方向に塑性変形されることで断面略正方形状に加工される。
【００２８】
なお、各成形ローラ７は、ボビン２の巻取力によって線材パック８からコイル線材３が引き出される際に、そのコイル線材３の移動に伴って連れ回りする様に設けても良いし、ボビン２への巻線テンションを調節する必要がある場合は、ボビン２の回転に対して各成形ローラ７をモータ（図示しない）によって独立制御しても良い。
【００２９】
この成形ローラ７にてコイル線材３を塑性変形する際に、その加工度合いを変更する場合には、少なくとも１つの成形ローラ７をコイル線材３の中心軸に近づけたり遠ざけたりする方向、即ちコイル線材３のラジアル方向に移動することで塑性変形の加工度合いを変更することができる。
具体的には、以下の４通りの方法が考えられる。
▲１▼４個の成形ローラ７ａ〜７ｄをそれぞれラジアル方向（図７の実線矢印方向）に移動する。
▲２▼成形ローラ７ａ、７ｃまたは成形ローラ７ｂ、７ｄのみをラジアル方向（図７の実線矢印方向）に移動する。
▲３▼成形ローラ７ａと７ｃおよび成形ローラ７ｂと７ｄをそれぞれ一体化してラジアル方向（図７の破線矢印方向）に移動する。
▲４▼成形ローラ７ａと７ｃまたは成形ローラ７ｂと７ｄのみを一体化してラジアル方向（図７の破線矢印方向）に移動する。
【００３０】
従って、コイル深層部６に巻回される部位のみ断面略正方形状に塑性変形した時点で、上記▲１▼〜▲４▼の何れかの方法によって成形ローラ７の回転軸をラジアル方向（コイル線材３の中心軸から遠ざける方向）に移動させることにより、線材パック８から引き出される断面円形のコイル線材３を成形ローラ７で塑性変形することなく、そのままコイル深層部６の上層に順次巻回することにより、コイル表層部５のみ断面円形のコイル線材３を巻回することができる。
【００３１】
（本実施例の特徴および効果）
本実施例の回転子コイル１は、コイル線材３が巻回されたボビン２にポールコア４を打ち込む際に、ポールコア４の磁極爪４ｂから加圧されるコイル表層部５では、巻回されたコイル線材３が加圧方向に対して拘束力が低く、且つ高面圧部のない断面形状（円形断面）であるため、加圧力によって容易に加圧方向へ移動して磁極爪４ｂの内周面に沿った形状に整列することができる。これにより、磁極爪４ｂとコイル表層部５との間に介在するボビン２の絶縁用つば部２ｂにコイル線材３が食い込むことがなく、且つ加圧力がコイル表層部５の各コイル線材３の移動により吸収されてコイル深層部６に巻回されたコイル線材３には殆ど加圧力の作用が及ばない。
【００３２】
以上の結果、コイル深層部６だけでなくコイル表層部５まで拘束力の高い断面形状（多角形状）のコイル線材３で巻回された回転子コイル１と比較して、各コイル線材３へのストレスが軽減されることから、コイル線材３の絶縁被膜３ｂが損傷して芯材３ａが露出するのを防止できるため、回転子の絶縁性（耐レア性、耐アース性）が向上する。
【００３３】
また、上述の様にコイル深層部６に巻回されたコイル線材３にポールコア４の打ち込み時における加圧力の作用が殆ど及ばないことから、図４に示したコイル交差部での各コイル線材３同士の面圧が低くなる。従って、コイル深層部６では、面圧が低くなる分だけコイル線材３の角部の絶縁被膜３ｂを薄くできるため、コイル線材３の角度の曲率半径を小さくできる。これにより、本実施例の構成では、コイル表層部５に巻回されるコイル線材３の断面形状が円形であるため、コイル深層部６と同様に断面略正方形状（またはその他の多角形状）のコイル線材３をコイル表層部５に巻回した場合と比べて、コイル表層部５の巻線密度が低くなるが、回転子コイル１の巻回数（層数）が大きい場合は、上記の理由により回転子コイル１全体の高密度化が可能となる。
【００３４】
さらに、本実施例の回転子コイル１の製造方法では、断面円形のコイル線材３を４個の成形ローラ７によって断面略正方形状に塑性変形しながらボビン２に巻回するため、コイル深層部６からコイル表層部５へ移行する際には、成形ローラ７をラジアル方向（コイル線材３の中心軸から遠ざける方向）に移動して塑性変形を中止するだけで、線材パック８から引き出される断面円形のコイル線材３をそのままボビン２に巻回してコイル表層部５を形成できる。
また、塑性変形の加工度合いを変更する際には、コイル線材３に対する成形ローラ７のラジアル位置を調節するだけで容易に加工度合いを変更できる。
【００３５】
〔変形例〕
上記の実施例では、平坦な外周面を有する４個の成形ローラ７によってコイル線材３を断面略正方形状に塑性変形する例を示したが、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す様な成形ローラ７を使用することもできる。即ち、成形ローラ７の外周面形状および個数を特定する必要はなく、所要の断面形状に合わせて、成形ローラ７の外周面形状および個数を適宜変更することができる。
【００３６】
また、本実施例では、コイル深層部６のコイル線材３を断面略正方形状に塑性変形した例を示したが、これに限定する必要はなく、例えば図９に示すような断面略菱形状、または図１０に示すような断面略六角形状に塑性変形しても良い。同様に、コイル表層部５のコイル線材３を断面円形のままボビン２に巻回した例を示したが、断面円形である必要はなく、加圧力方向に対して拘束力が低くなる形状であれば良い。即ち、コイル表層部５のコイル線材３を多角形状に塑性変形した場合でも、その変形率（加工度合い）を低くして、断面多角形の角部の曲率半径を大きくすることにより、全体として略円形に近い多角形状としても良い。その一例を図１１および図１２に示す。図１１は角部の曲率半径を大きした四角形であり、図１２は角部の曲率半径を大きした六角形である。
【００３７】
本実施例では、コイル表層部５のコイル線材３を拘束力の低い断面形状、即ち断面円形としたが、例えば、図１３に示すように、コイル表層部５よりコイル深層部６の方がポールコア４の打ち込み時に大きな加圧力が作用する場合は、コイル深層部６に巻回されるコイル線材３を拘束力の低い断面形状としても良い。あるいは、図１４に示すように、コイル中間層９に大きな加圧力が作用する場合は、コイル中間層９に巻回されるコイル線材３を拘束力の低い断面形状としても良い。
【００３８】
さらに、コイル線材３を拘束力の低い断面形状とする場合に、回転子コイル１の一層全体に渡って拘束力の低い断面形状とする必要はない。即ち、図１５に示すように、回転子コイル１を径方向断面で見た場合に、ポールコア４の磁極爪４ｂから直接加圧力が加わるコイル角部の略三角形部分１０のみを拘束力の低い断面形状としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポールコアに挟持された回転子コイルの断面図である。
【図２】コイル表層部に巻回されるコイル線材の断面図（ａ）、コイル深層部に巻回されるコイル線材の断面図（ｂ）である。
【図３】回転子コイルの非交差部での断面図である。
【図４】回転子コイルの交差部での断面図である。
【図５】回転子コイルの製造方法の一例を示す斜視図である。
【図６】コイル線材に対する成形ローラの配置状態を示す側面図である。
【図７】コイル線材の加工度合いを変更する場合の説明図である。
【図８】成形ローラの変形例（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を示す正面図である。
【図９】拘束力の高い断面形状の変形例を示すコイル線材の断面図である。
【図１０】拘束力の高い断面形状の変形例を示すコイル線材の断面図である。
【図１１】拘束力の低い断面形状の変形例を示すコイル線材の断面図である。
【図１２】拘束力の低い断面形状の変形例を示すコイル線材の断面図である。
【図１３】加圧力が作用する部位の変形例を示す回転子コイルの断面図である。
【図１４】加圧力が作用する部位の変形例を示す回転子コイルの断面図である。
【図１５】加圧力が作用する部位の変形例を示す回転子コイルの断面図である。
【図１６】多角形断面のコイル線材を用いた回転子コイルの断面図である（従来技術）。
【図１７】コイル線材の交差部を示す拡大図である（従来技術）。
【符号の説明】
１  回転子コイル
２  ボビン
２ｂ  絶縁用つば部
３  コイル線材
４  ポールコア
４ｂ  磁極爪
５  コイル表層部（大きな圧力が加わる部位）
６  コイル深層部（他の部位）
７  成形ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003598581.tif 000013
【図１３】
0003598581.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003598581.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
0003598581.tif 000018