(57)【要約】【課題】巻線の占積率を上昇させようとしてもスロット内での電線間に隙間ができてしまって占積率を一定値以上に上げられない。【解決手段】固定子内に巻線を巻回する電動機の内部に充電手段と放電用スイッチを備え、充電した電荷を放電することによって瞬間的に大電流を通電することができる大電流通電装置を備え、その大電流通電装置を用いて固定子内に巻回された巻線に瞬間的に大電流を通電することによって固定子におけるスロット内の巻線間の隙間を減少させる。また、巻線を圧縮して新たにできたスロット内のスペースにさらに巻線を挿入し、挿入した巻線に前記大電流装置を用いて瞬間的に大電流を通電するという一連の工程をスロット内に巻線が入れられなくなるまで繰り返す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線が巻回された固定子を有する電動機の製造方法において、
巻回した巻線に対し瞬間的に大電流を通電し、巻線間の隙間を減少させる通電処理工程を含む、ことを特徴とする電動機の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の製造方法において、
通電処理された巻線に対し追加的に巻線を巻回する追加工程を含む、ことを特徴とする電動機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の製造方法、特に固定子に巻線が巻回された電動機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機の固定子には通常、巻線と呼ばれる電線が巻かれている。固定子に巻線を巻回する方法で最もよく用いられるのは、固定子に直接巻線を巻きつけるのではなく、あらかじめ木枠等に巻きつけた巻線を固定子のスロット内に挿入する方法である。その際、挿入するのは手作業で入れる場合と挿入機等の機械を用いて入れる場合とがある。
【０００３】
それについて図６を用いて説明する。図６において巻線１を巻回する固定子２のサイズはあらかじめ分かっている為、その寸法に合わせた木枠等を作っておいて、巻線機等で木枠に巻線を巻回する。巻回が完了し木枠を外した巻線１は、図６に示されているように、そのまま固定子２内のスロット３に挿入できる形状になっている。この巻線１を手挿入又は、挿入機等の機械挿入によりスロット３内に入れていく。また、図６では固定子２は３６スロットとなっており、通常はコイルが６組入るが、図では２組のみを表示して残りは表示を省略している。
【０００４】
なお、本出願人は、本発明に関連の深い文献を知るものではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
巻線を固定子に巻回する際、スロット断面積に対する巻線が占める断面積の割合を占積率という。占積率を向上させることは電動機の特性向上につながる。このことについて、以下に説明する。電動機における連続定格トルクは、巻線に電流を通電した際に、巻線がある一定の温度上昇となる場合のトルクである。したがって、連続定格トルクの大きさは電動機の熱特性が支配的である。すなわち、電動機の熱特性が向上すれば連続定格トルクも上昇するということになる。電動機のスロット内には巻線が決まった回数だけ巻回されている。この巻線が巻回される回数をターン数という。巻線は通常、線径が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の太さの電線を何本か並列にして巻回する。この並列にする本数をパラ数という。したがって、スロット内には（ターン数×パラ数）だけの数の電線が入っていることになる。占積率が向上するということは、それだけ余分に電線が入ることになるが、ターン数は一定であるためパラ数が増えることになる。パラ数が増えるということは、巻線の抵抗値が小さくなるので、同じ電流を通電した場合の発熱が小さくなる。すなわち、同じ発熱で余分に電流を通電できることになるので、連続定格トルクが上昇する。以上のように、巻線の占積率を向上させれば電動機の特性が向上するということができる。
【０００６】
巻線を巻回した場合のスロット内の断面を図７に示す。以下、巻線を構成する一本一本を電線１ｓと呼ぶ。スロット３内には図のように多くの電線１ｓが入っている。一見、一本一本の電線１ｓが隙間なく詰まっているようにも見えるが実際はそうではない。図８は、図７の一部を拡大した図である。図７では電線１ｓが隙間なく詰まっているように見えても、実際には図８のように一本一本の電線１ｓの間には、かなり大きな隙間がある。これは、巻線を挿入して行く上である程度仕方の無いことである。というのも、巻線を木枠等に巻きつける際に、電線は真っ直ぐな状態から曲げられるため、スロット内に入ることになる真っ直ぐに見える部分でも、厳密にはわずかに曲がった状態になっている。そのような曲がった電線１ｓをスロット３に挿入していくので、隙間なくスロット３内に並べていくのは非常に難しい。また、スロット内に巻線を挿入する際に挿入機等の機械が使われて、ある程度の力を加えながら挿入していく事も一般に行われてはいるものの、電線一本一本は力を加えられても弾性変形して元の形状に戻ろうとしてしまうので、機械挿入をしても手挿入より若干隙間は少なくなる程度で、依然としてかなり大きな隙間が残ってしまう。なお、図８において８は巻線とステータコアの間の電気的絶縁をする絶縁紙である。
【０００７】
本発明の目的は、固定子のスロット内にできる電線間の隙間を減少させることにある。これにより、例えば、巻線の占積率を上昇させることが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電動機の製造方法は、巻線が巻回された固定子を有する電動機の製造方法において、巻回した巻線に対し瞬間的に大電流を通電し、巻線間の隙間を減少させる通電処理工程を含む。
【０００９】
通電する電流の大きさは、巻線間の隙間を減少させる作用を得られることを基準として定められるものであり、巻線の材質（長さ、太さ、金属成分）、巻き数、巻き線全体の断面形状（スロットの形状）などによって定まる変形（弾性変形も重要であるが、塑性変形がより重要と考えられる）のしやすさに応じて適宜設定すればよい。この製造方法は、巻線を木枠等に巻きつけてから固定子に取り付ける場合にも適用可能であり、また、直接固定子に巻きつける場合にも適用可能である。通電処理工程を実現するためには、例えば、充電手段と放電用スイッチを備えた回路と、この回路を巻線に接続する端子を備えた製造装置を用意すればよい。なお、この製造方法は、電動機のロータの巻線に対しても応用可能であるが、一般に機械巻きで高密度に巻かれるロータに適用するよりも、占有率が比較的小さい固定子において実施する方が効果を発揮する可能性が高い。
【００１０】
試験を行ったところによれば、通電を終えた後には、巻線が再び拡がる度合いは小さく、したがって、巻線の凝縮を維持するための機構は不要と考えられる。ただし、巻線の拡がりをなるべく小さくするために、機械的に押さえ込む機構や凝縮に応じて巻線を引っ張って締め付ける機構を設けたり、通電時の発熱により硬化する接着剤等を利用したりするといった補助手段を採用することも可能である。
【００１１】
本発明の電動機の製造方法の一態様においては、通電処理された巻線に対し追加的に巻線を巻回する追加工程を含む。通電処理工程と追加工程は複数回繰り返すことが可能である。繰り返し回数は、任意に設定可能であり、また、最終的に通電処理工程で終了してもよいし追加工程で終了してもよい。例えば、固定子のスロットに巻かれた巻線に対し通電処理工程を実施し、圧縮により新たにできたスロット内のスペースを利用して追加工程を実施し、という一連の工程を、スロット内に巻線が入れられなくなるまで繰り返すことで、スロットに可能な限りの巻線を巻くことが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明を用いることにより、スロット内の巻線間の隙間を減少させることが可能になる。これにより、占積率を向上させることが可能となり、熱特性や出力特性が向上した電動機を得られることが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明における電動機の製造方法を説明するための構成を示す図の一例である。なお、従来技術を示す図６、図７及び図８と対応する部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００１４】
図１において、巻線１は前記した従来技術と同様の方法により、固定子２のスロット３内に挿入されている。なお、この時スロット３内の断面は図７及び図８に示すように各電線１ｓ間には大きな隙間が存在した状態となっている。巻線１からはリード線４が出ている。リード線４は大電流通電装置５につながっている。大電流通電装置５内には放電用スイッチ６と充電手段７とが備えられていて、それらはリード線４と直列につながっている。充電手段７は主に大容量のコンデンサから成り、別電源から充電できるようになっている。充電手段７に充電が完了したら、放電用スイッチ６を閉じてリード線４を通じて巻線１に電流を通電する。この際、通常、通電は数十ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃ程度の短時間で瞬間的に行われ、また、通電電流も数千〜数万アンペアという大電流が通電される。したがって、大電流通電装置５は、一般的に使われている電動機に使われる永久磁石の着磁装置と同等の機能をもつものという事もでき、着磁装置を利用してもよい。なお、この際に通電する電流値の大きさは、巻線１がスロット３内で電圧による絶縁破壊しない程度でなければならない。また、電流を通電しているのは、前述した通り短時間であるので巻線の温度上昇もさほど大きくは無いものの、巻線１が熱によって絶縁破壊しないよう巻線温度にも注意する必要がある。
【００１５】
ここで、巻線１に電流を通電した場合にスロット３内の電線１ｓ間に発生する力について図２を用いて説明する。図２は、電線１ｓにかかる力について説明するための模式図である。図に示すように、２本の電線１ｓが平行に並んでいてどちらの電線にも同じ方向にそれぞれＩ１［Ａ］、Ｉ２［Ａ］の電流が流れているとする。この場合、電線１ｓの長さをＬ［ｍ］、電線間の距離をｒ［ｍ］とすると、公知の通り各電線にかかる力Ｆは、
Ｆ＝（μ０×Ｉ１×Ｉ２×Ｌ）／（２×π×ｒ）［Ｎ］・・・（式１）
で表すことができる。ここで、μ０は空気の透磁率である。この各電線に発生する力は、電線同士が引き合う方向に発生するので、巻線１に電流を通電した際もスロット３内の電線１ｓは全て同じ方向に電流が流れるため、各電線同士には（式１）で示される力が発生する。これがスロット３内に存在する複数の電線１ｓ全ての間で発生するのであるから、各電線間の隙間は小さくなっていき、電流通電前は図８のような状態だったのが図３のように各電線がほぼ接触しあうぐらいまでになる。すると、各電線間の隙間が小さくなったことによりスロット内には図４に示すように大きなスペースＳＰが発生する。この新たにできたスペースＳＰに電線を追加することができるので、追加した電線の分だけ占積率を上昇させることができる。すなわち、新たにできたスペースＳＰに前記と同様の方法で巻線を挿入する。後から挿入した巻線も、挿入しただけでは各電線間の隙間は大きくなっているため、挿入した巻線に前記と同様の方法で電流を通電すると、各電線の隙間が小さくなる。すると、再びスロット内にスペースができるので、そこに巻線を挿入する。以上のような一連の工程を図５のようにスロット３内に巻線を挿入できなくなるまで繰り返すと、占積率の大幅な上昇を達成できる。
【００１６】
なお、前記説明では巻線１に電流を通電する際にリード線４を介して大電流通電装置５に接続していたが、リード線４をつけなくても巻線１の先端を剥離する等して直接大電流通電装置５に接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明における電動機の製造方法の一例を示す図である。
【図２】向かい合う電線に電流を通電した際に、電線にかかる力を説明するための図である。
【図３】スロットの断面の拡大図である。
【図４】スロットの断面図である。
【図５】スロットの断面図である。
【図６】従来における電動機の製造方法の一例を示す図である。
【図７】従来におけるスロットの断面図である。
【図８】従来におけるスロットの断面の拡大図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  巻線、１ｓ  電線、２  固定子、３  スロット、４  リード線、５  大電流通電装置、６  放電用スイッチ、７  充電手段。
【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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