(57)【要約】【課題】  コイル間隔の狭い高品質のエッジワイス巻きからなる電気機器用コイル及び該コイルを生産性良く、簡単かつ安価に製造できる製造方法を提供する。【解決手段】  長方形断面を有する導体を、その断面短辺をコイル軸方向として巻回して螺旋状に積層してなる電気機器用コイル１において、長方形断面を有する導体からなる順次の１ターンコイル２−１〜２−１５を巻回すると共に始端と終端を突き合わせて溶接して螺旋状に積層してなる電気機器用コイル１において、順次の１ターンコイル２−１〜２−１５の始端と終端とを、１ターンコイル２−１〜２−１５の最小断面積より大なる断面積の形状で突き合わせて溶接したコイル間溶接部８を有する。十分な溶接面積が確保でき、高品質のエッジワイス巻きの電気機器用コイルが得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長方形断面を有する導体からなる順次の１ターンコイルを該断面短辺をコイル軸方向として巻回すると共に始端と終端を突き合わせて溶接して螺旋状に積層してなる電気機器用コイルにおいて、
上記順次の１ターンコイルの始端と終端とを、コイルの最小断面積より大なる断面積の形状で突き合わせて溶接したコイル間溶接部を有することを特徴とする電気機器用コイル。
【請求項２】
上記１ターンコイルは角形コイルからなり、該角形コイルのコーナ部分に上記コイル間溶接部を有することを特徴とする請求項１に記載の電気機器用コイル。
【請求項３】
上記角形コイルは、それぞれ上記コイル軸方向視状態において短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状のコイル片の上記端面同士を突き合わせて溶接したコイル内溶接部を有することを特徴とする請求項２に記載の電気機器用コイル。
【請求項４】
長方形断面を有する導体からなる順次の１ターンコイルを該断面短辺をコイル軸方向として巻回すると共に始端と終端を突き合わせて溶接して螺旋状に積層してなる電気機器用コイルを製造する方法において、
上記コイル軸方向視状態において短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状の複数のコイル片を形成する工程と、
上記複数のコイル片の端面同士を突き合わせて溶接する工程と、
を有することを特徴とする電気機器用コイル製造方法。
【請求項５】
上記台形形状の複数のコイル片は、導電性平板をプレス加工して形成することを特徴とする請求項４に記載の電気機器用コイル製造方法。
【請求項６】
上記台形形状の複数のコイル片は、平角線をその長手方向に対して斜めに切断加工して形成することを特徴とする請求項４に記載の電気機器用コイル製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ及び発電機等の回転機器や変圧器等の電気機器に使用される電気機器用コイル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器、例えばモータ用コイルとして、従来、ステータのコアに丸線を多層巻きにしたコイルや、ステータのコアに平形導体をその長方形断面の長辺をコイル軸方向として多層巻きした、いわゆるフラットワイス巻きのコイル、或いは長方形断面を有する導体をその断面短辺をコイル軸方向として角形に巻回して螺旋状に積層してなる、いわゆるエッジワイス巻きの角形コイルが知られている。
【０００３】
ところが、丸線の多層巻きからなるコイルにあっては、例えば各層における巻き始めの部分やコアの頂部付近及び層間に空隙部が形成されて巻線を通すスロットにおけるコイル占有率が低下すると共に、空隙部によってコイルの放熱が遮断されてモータ効率が低下することになる。また、線径の大きい丸線を用いると、コアへの巻き付け作業が困難になると共に、この空隙部が更に大きくなってコイル占有率及びモータ効率の低下が著しくなり、モータの小形化及び軽量化が困難となる。
【０００４】
また、フラットワイス巻きのコイルにあっては、同様に各層における巻き始めの部分やコアの頂部付近等に空隙部が形成されてコイル占有率が低下することになる。更に、コイルの半径方向に平形導体間を絶縁する絶縁層を設けることから、空隙部の存在と相俟って放熱が更に悪化し、モータ効率がより低下することになる。
【０００５】
これに対し、エッジワイス巻きの角形コイルは、スロットにおけるコイル占有率を高めることができることから、モータ効率が向上でき、モータの小形及び軽量化が図れる利点がある。
【０００６】
従来、このような角形コイルの製造方法として、例えば図４に示すように、押出成型された銅またはアルミニウムからなる中空状のブロック状素材５１に対して、回転している薄片状の切削工具５２を矢印方向に送って、ブロック状素材５１に直線状の溝５３Ａを切削加工し、この溝５３Ａを所要の巻き数が得られる数だけ等ピッチで加工した後、図５に示すように、ブロック状素材５１と切削工具５２との相対位置を変化させて、直線状の溝５３Ｂを、その加工の始点と終点とが先に加工された溝５３Ａと斜交して連結するように形成して角形コイルを製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、他の角形コイルの製造方法として、例えば図６に示すように、銅板からＬ字状に打ち抜いた２枚の板片６１Ａ、６１Ｂのそれぞれの一端を溶接部６２として互いに溶接して角形の１ターンコイル６１を形成し、板片６１Ａ、６１Ｂのいずれかの他端を１ターンコイル６１の終端６３として、同様にして形成した次の１ターンコイル６１の始端６４と溶接して、所望のターン数の角形コイルを製造する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
更に、この特許文献２には、銅板からコ字状に板片を打ち抜き、そのコ字状の板片の一端と短冊状の打ち抜き片とを溶接して角形の１ターンコイルを形成したり、銅板からロ字状に板片を打ち抜き、その一部に切断部を形成して角形の１ターンコイルを形成したり、或いは平角銅を切断して短冊状の４つのコイル断片を形成し、これら４つのコイル断片を３箇所において溶接して角形の１ターンコイルを形成したりして、同様に形成した１ターンコイルを順次溶接することにより、所望のターン数の角形コイルを製造する方法も開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１６３１００号公報
【特許文献２】特開２００１−１７８０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に開示の製造方法にあっては、直線状の溝５３Ｂを切削加工する際に、その加工の始点と終点とを先に加工された溝５３Ａに斜交して連結させる必要があるため、高い加工精度が要求される。
【００１１】
このため、生産性が悪く、コストアップを招くことが懸念されると共に、溝５３Ｂの加工の始点と終点とが溝５３Ａに斜交して正確に連結されずに、その連結部に段差が形成されてコイルの品質低下を招くことが懸念される。
【００１２】
また、切削工具５２により溝５３Ａ、５３Ｂを加工するため、加工負荷が大きく、加工時にブロック状素材５１が変形するおそれがあり、良好な溝加工が困難である。逆に、加工負荷に耐える剛性を確保すべく溝間のピッチを大きくすると、形成できる巻き数が少なくなって、コイルとしての所期の性能を発揮することができなくなることが懸念される。
【００１３】
これに対し、上記特許文献２に開示の製造方法は、銅板を所定の形状に打ち抜いて板片を形成したり、平角銅を切断してコイル断片を形成したりして、それらを適宜溶接することにより角形コイルを製造するので、角形コイルを容易に製造できる利点がある。
【００１４】
しかし、かかる製造方法では、溶接を施す端面がコイル片の長手方向に対して直角に切断されることからその端面の断面積がコイル片の最小断面積となる。このため、有効溶接長さが短くて、十分な溶接強度が得られず、コイルの品質低下を招くことが懸念される。
【００１５】
また、打ち抜いた板片同士、或いは切断したコイル断片同士を重ね合わせて溶接する場合には、重ね合わせのスペースを要することから、その分、コイル間隔が広くなってコイル占有率の低下を招くと共に、重ね合わせの際に位置ずれが生じ易く、それにより溶接の熱容量が変化して溶接にバラツキが生じ、やはりコイルの品質低下を招くことが懸念される。
【００１６】
上記のことは、モータ用の角形コイルを製造する場合に限らず、同様の製造方法でエッジワイス巻きの他の形状のコイルや、変圧器等の他の電気機器に使用するコイルを製造する場合にも生じるものである。
【００１７】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、コイル間隔の狭い高品質のエッジワイス巻きからなる電気機器用コイル及び該コイルを生産性良く、簡単かつ安価に製造できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成する請求項１に記載の電気機器用コイルの発明は、長方形断面を有する導体からなる順次の１ターンコイルを該断面短辺をコイル軸方向として巻回すると共に始端と終端を突き合わせて溶接して螺旋状に積層してなる電気機器用コイルにおいて、上記順次の１ターンコイルの始端と終端とを、コイルの最小断面積より大なる断面積の形状で突き合わせて溶接したコイル間溶接部を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１の電気機器用コイルにおいて、上記１ターンコイルは角形コイルからなり、該角形コイルのコーナ部分に上記コイル間溶接部を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項２の電気機器用コイルにおいて、上記角形コイルは、それぞれ上記コイル軸方向視状態において短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状のコイル片の上記端面同士を突き合わせて溶接したコイル内溶接部を有することを特徴とする。
【００２１】
更に、上記目的を達成する請求項４に記載の電気機器用コイル製造方法の発明は、長方形断面を有する導体からなる順次の１ターンコイルを該断面短辺をコイル軸方向として巻回すると共に始端と終端を突き合わせて溶接して螺旋状に積層してなる電気機器用コイルを製造する方法において、上記コイル軸方向視状態において短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状の複数のコイル片を形成する工程と、上記複数のコイル片の端面同士を突き合わせて溶接する工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項４の電気機器用コイル製造方法において、上記台形形状の複数のコイル片は、導電性平板をプレス加工して形成することを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項４の電気機器用コイル製造方法において、上記台形形状の複数のコイル片は、平角線をその長手方向に対して斜めに切断加工して形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１の発明によると、順次の１ターンコイルの始端と終端とを溶接するコイル間溶接部において、順次の１ターンコイルの始端と終端とをコイルの最小断面積より大なる断面積の形状で突き合わせて溶接したので、コイル間隔を狭くできると共に、十分な溶接面積が確保でき、高品質のエッジワイス巻きの電気機器用コイルが得られる。
【００２５】
請求項２の発明によると、１ターンコイルが角形コイルからなり、そのコーナ部分をコイル間溶接部として順次の１ターンコイルの始端と終端とを突き合わせて溶接したので、特に断面矩形のコアに装填する場合に、コイル占有率を効果的に高めることができる。
【００２６】
請求項３の発明によると、１ターンの角形コイルが、それぞれ短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状のコイル片の端面同士をコイル内溶接部において突き合わせて溶接したので、コイル占有率の低下を招くことがないと共に、各コイル内溶接部において十分な溶接面積も確保でき、高品質のエッジワイス巻きの角形コイルが得られる。
【００２７】
請求項４の発明によると、短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状の複数のコイル片を形成して、それらのコイル片の端面同士を突き合わせて溶接するので、コイル間隔を狭くできると共に、溶接面の位置合わせも容易かつ正確にできる。従って、高コイル占有率で高品質のエッジワイス巻きの角形コイルからなる電気機器用コイルを生産性良く、簡単かつ安価に製造することができる。
【００２８】
請求項５の発明によると、導電性平板のプレス加工により台形形状の複数のコイル片を形成するので、コイル片を容易かつ効率よく形成でき、結果として、電気機器用コイルの生産性及び低コスト化の更なる向上が期待できる。
【００２９】
請求項６の発明によると、平角線の切断加工により台形形状の複数のコイル片を形成するので、請求項５の場合と同様に、コイル片を容易かつ効率よく形成でき、結果として、電気機器用コイルの生産性及び低コスト化の更なる向上が期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明による電気機器用コイル及びその製造方法の実施の形態について図１及び図２を参照して説明する。
【００３１】
図１は本実施の形態の電気機器用コイルの斜視図であり、図２はコイル軸方向から見た平面図である。
【００３２】
本実施の形態の電気機器用コイル１は、断面矩形の角柱状のコアに装填されるエッジワイス巻きの角形コイルであって、平形の導体からなる複数ターン、本実施の形態では１５ターンを構成する１ターンコイル２−１〜２−１５が、コアの外周面に沿ってコアの軸方向、即ちコイル軸方向Ａに積層されて螺旋状に接続されている。各１ターンコイル２−１〜２−１５は、銅或いはアルミニウム等の導電性材料製で、それぞれ図示しない断面矩形の角柱状のコアが貫通する略矩形の貫通孔が開口していると共に、コイル軸線方向Ａと直交する外形形状が角形で、厚さ方向の寸法に対して幅方向の寸法が大きい断面長方形で連続する環状に形成されている。なお、図２では、図面を明瞭とするため、４ターン分の１ターンコイル２−１〜２−４を示している。
【００３３】
各１ターンコイル２−１〜２−１５は、それぞれの断面積が等しくなっていると共に、積層された１ターンコイル２−１側から１ターンコイル２−１５側に移行するに従って順に厚さ方向の寸法が順次減少する一方、幅方向の寸法が順次増加して、外観視台形状の電気機器用コイル１を形成している。
【００３４】
また、各１ターンコイル２−１〜２−１５は、コイル軸線方向Ａから見て短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状の４つのコイル片３〜６を有しており、そのコイル片３の一方の端面３−１とコイル片４の一方の端面４−１、コイル片４の他方の端面４−２とコイル片５の一方の端面５−１、コイル片５の他方の端面５−１とコイル片６の一方の端面６−１とが、図２に一部拡大図をも示すように、それぞれ突き合わされて例えば電子ビームにより溶接されて、４つのコイル片３〜６を接続する３つのコイル内溶接部７−１〜７−３がそれぞれコーナ部分に形成されている。
【００３５】
更に、各１ターンコイル２−１〜２−１５は、コイル片３の他方の端面３−２が当該１ターンコイルの例えば始端として、前の１ターンコイルの終端であるコイル片の他方の端面６−２と突き合わされて例えば電子ビームにより溶接されて、順次の１ターンコイル２−１〜２−１５の始端と終端とを接続するコイル間溶接部８が形成されている。
【００３６】
なお、電気機器用コイル１の始端となる例えば１ターンコイル２−１を構成するコイル片３−１の他方の端面３−２ａ、及び電気機器用コイル１の終端となる１ターンコイル２−１５を構成するコイル片６−１の他方の端面は、コイル片同士が溶接されないので、必ずしもコイル片の長手方向に対して傾斜する端面に形成する必要はなく、例えば図１及び図２に示すように、コイル片の長手方向に対して直角に形成しても良い。
【００３７】
本実施の形態では、上記の電気機器用コイル１を、以下のようにして製造する。先ず、銅又はアルミニウム等の導電性の平板をプレス加工して、或いは平角線をその長手方向に対して斜めに切断加工して、１ターンコイル２−１〜２−１５を形成するための短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状のコイル片３〜６を形成する。
【００３８】
次に、各コイル片３〜６の端面同士を突き合わせて電子ビームにより順次溶接して１ターンコイル２−１〜２−１５をそれぞれ形成し、その後、順次の１ターンコイル２−１〜２−１５の終端及び始端となる台形形状のコイル片３〜６の端面同士を、同様に電子ビームにより順次溶接して電気機器用コイル１を製造する。
【００３９】
或いは、１ターンコイル２−１〜２−１５をそれぞれ形成することなく、各コイル片３〜６の端面同士を順次突き合わせ溶接することにより、結果として１ターンコイル２−１〜２−１５を接続してなる電気機器用コイル１を製造する。
【００４０】
以上のように、本実施の形態では、導電性平板のプレス加工、或いは平角線の切断加工により短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状の複数のコイル片３〜６を形成し、それらのコイル片３〜６の端面同士を突き合わせ溶接して電気機器用コイル１を製造するので、コイル片３〜６を容易かつ効率よく形成でき、結果として、エッジワイス巻きの角形コイルからなる電気機器用コイル１を生産性良く、簡単かつ安価に製造することができる。しかも、コイル片３〜６の長手方向に対して傾斜する端面同士を突き合わせ溶接することで、各１ターンコイル２−１〜２−１５の間隔を狭くできる。
【００４１】
更に、各１ターンコイル２−１〜２−１５を形成するためのコイル内溶接部７−１〜７−３が各１ターンコイル２−１〜２−１５の長手方向に対して傾斜する端面、即ち各１ターンコイル２−１〜２−１５の長手方向に対して直交する各１ターンコイル２−１〜２−１５の最小断面積より大なる断面積の形状で突き合わせて溶接することからコイル内溶接部７−１〜７−３の溶接面積を十分確保することができる。また、各１ターンコイル２−１〜２−１５間を接続するコイル間溶接部８が各１ターンコイル２−１〜２−１５の長手方向に対して傾斜する端面で突き合わせて溶接されることから、各１ターンコイル２−１〜２−１５の長手方向に対して直交する各１ターンコイル２−１〜２−１５の最小断面積より大なる断面積の形状で突き合わせて溶接され、その溶接面積も十分確保することができる。また、各溶接部７−１〜７−３及び８における溶接面同士の位置合わせも容易かつ正確にできるので、コイル占有率を高くできると共に、コイル品質も向上することができる。特に、突き合わせ溶接として電子ビーム溶接を採用すれば、溶接時においてコイル材の再結晶時の空孔（ボイド）の発生を防ぎ、同時に組織の酸化を防ぐことができるので、より品質を高めることができる。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、各１ターンコイルは４つの短冊状で両端面がその長手方向に対して傾斜する台形形状のコイル片３〜６で形成する場合に限らず、例えば図３（ａ）に示すように、２つのＬ字状コイル片１１、１２のそれぞれの両端面１３を傾斜して形成して、同様に突き合わせ溶接したり、図３（ｂ）に示すように、ロ字状の１つのコーナ部分を端面１４で分断して１ターンコイル１５を形成し、順次の１ターンコイル１５の端面１４において突き合わせ溶接したり、或いは、図３（ｃ）に示すように、ロ字状の１つのコイル片をその中央部分で傾斜する端面１６により分断して１ターンコイル１７を形成し、順次の１ターンコイル１７を同様に端面１６において突き合わせ溶接したりすることもできる。また、本発明は、外観視が台形形状の電気機器用コイルに限らず、矩形状のコイルや、円筒状のコイル等、種々のコイル形状からなるエッジワイス巻きの電気機器用コイルにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気機器用コイルの斜視図である。
【図２】図１に示す電気機器用コイルをコイル軸方向から見た図である。
【図３】本発明に係る電気機器用コイルの変形例を説明するため図である。
【図４】従来のコイル製造方法の説明図である。
【図５】同じく、コイル製造方法の説明図である。
【図６】従来の他のコイル製造方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  電気機器用コイル
２−１〜２−１５  １ターンコイル
３〜６  コイル片
３−１、３−２、４−１、４−２、５−１、５−２、６−１、６−２  端面
７−１〜７−３  コイル内溶接部
８  コイル間溶接部
Ａ  コイル軸方向
【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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