(57)【要約】      （修正有）【課題】段差及びこの段差が形成するデッドスペースが小さく、従って占積率の向上が可能であるとともに、発熱増大等の問題が小さい分割ステータを容易に製造できる方法を提供する。【解決手段】ヨーク１１、つば１３、前記ヨーク１１と前記つば１３間を結合するティース１２、及び前記ティース１２に電線２０を多層に巻回して形成されるソレノイド部１５を有する分割ステータの製造方法であって、前記巻回が、電線を細径化した後行う巻回を含み、かつこの電線を細径化した後行う巻回が、主に、ソレノイド部の外層側の形成において行われることを特徴とする分割ステータの製造方法。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク、つば、前記ヨークと前記つば間を結合するティース、及び前記ティースに電線を多層に巻回して形成されるソレノイド部を有する分割ステータの製造方法であって、前記巻回が、電線を細径化した後行う巻回を含み、かつ、この電線を細径化した後行う巻回が、主に、ソレノイド部の外層側の形成において行われることを特徴とする分割ステータの製造方法。
【請求項２】
前記電線の細径化が、ダンサーローラ式可変張力発生装置により前記電線を引き伸ばして行われることを特徴とする請求項１に記載の分割ステータの製造方法。
【請求項３】
前記電線の巻回を、前記ティースを回転させながら行うとともに、前記ティースの回転位置を検出し、この検出結果に基づき、電線が細径化される部分の制御を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分割ステータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のステータを構成する分割ステータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のステータ、特に高出力化や高効率化が求められるモータのステータとしては、分割ステータを円環状に配置したものが用いられる。この分割ステータとしては、円環の外周側にあるヨークと、内周側にあるつばと、前記ヨークと前記つば間を結合し円環の半径方向にのびるティースと、前記ティースに多層に巻回された電線からなる部分（ソレノイド部）を有するものが用いられている。そしてこれにより、磁束密度の増加と電線の巻回の容易化が図られている。
【０００３】
図１及び図２は、この構造のステータ、分割ステータを概念的に示す図である。
図１と図２において、１０はコアであり、１１はヨークであり、１２はティースであり、１３はつばであり、１４はインシュレータであり、１５は電線を整列巻き（内側の層の２本の電線の間に外側の層の電線が１本入り込む巻き方）した結果ティースの方向（ステータの半径方向）に沿って並んだ電線の列（ソレノイド）からなる層（以下、「ソレノイド層」と言うこともある。）が多層に形成されてなるソレノイド部であり、２１は巻回された電線であり、２９はソレノイド部１５の外周側の境界線（物でないので点線で示す。）である。
【０００４】
図１（ａ）は、分割ステータが、ステータの中心Ｏの周りに円環状に配置されている様子を概念的に示し、図１（ｂ）は、前記分割ステータの１個（Ａ部）のコア１０の構造、すなわちヨーク１１とティース１２とつば１３からなる構造を示す。ティース１２は、ヨーク１１とつば１３を結合し、図１（ａ）に示す円環の半径方向に伸びている。
【０００５】
又、図２は、図１のＡ部のティース１２に、インシュレータ１４を介在させて電線２１が整列巻きされ、これにより電線２１がティース１２の周囲に多層に巻回されてソレノイド部１５を形成している様子の片側半分（図１（ａ）の中心線Ｃ−Ｃの右あるいは左半分）を、概念的に示す概念断面図である。
【０００６】
図２に示すように、インシュレータ１４に直接巻回されている電線２１が形成するソレノイド層（矢印Ｅの電線の層）の、１つ外層側（図では上方）のソレノイド層（矢印Ｆの電線の層）の各電線は、矢印Ｅの層の２本の電線の間に１本が入り込むように巻回され、この様な巻回（整列巻き）が繰返されることにより、巻き崩れの防止及び密な巻回が図られている。
【０００７】
なお、図１（ａ）においては、図示を分かりやすくするため、断面が円環状のステータそのものは点線で示し、分割ステータのソレノイド部１５（インシュレータ１４も含む。）は網掛けで示し、個々の分割ステータや電線等を描くことは省略している。又、図２においても、電線２１の導体の周囲には絶縁体の被覆層（以下、「絶縁被覆」と記す）が形成されているが、図示を分かりやすくするため、両方を区分けして図示してはいない。
【０００８】
モータ等の高出力化、高効率化のためには、ティース１２に巻回する電線の本数の増加が望まれる。そして、モータ等を大型化することなく、巻数を増加する手段のひとつとして、図２に示すヨーク１１とティース１２とつば１３とソレノイド部の境界線２９で囲まれた箇所（スロット）の断面積に対する、巻回されている電線の導体部分の断面積の総和の割合を大きくすること、すなわち占積率の向上が望まれている。
【０００９】
占積率向上のためには、電線を巻回してソレノイド部１５を形成する際に、電線を互いに密接かつ整列させて巻くとともに、スロット内のより広い領域を電線で埋めることが望まれており、そのための発明もなされている。
【００１０】
例えば、特開平９−１９１５８８号公報（特許文献１）には、分割ステータのティースに電線を密接かつ整列させて巻回する発明が開示されており、この発明では、電線が巻回されている部分の断面の形状を台形状（四角形状）とすることで、スロット内のより広い領域を電線で埋めている。
【特許文献１】特開平９−１９１５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような従来技術には次のような問題点が指摘されている。すなわち、各分割ステータは円環状に設けられているため、図２に示されるように、ヨーク１１がつば１３より長くなる。このため、電線２１をティース１２の周りに、互いに密接、整列させて、かつ隣接する分割ステータと干渉しない最大の範囲に巻回しようとすると、図２に示すように、ソレノイド部１５の最外層の、すなわち境界線２９に最も近い箇所の電線は、階段状になるように巻回せざるを得ない。この結果、電線の直径に近い段差（図２では３個の太い矢印で示す部分）が生じ、この段差が形成するデッドスペースの分、占積率が低下する。
【００１２】
その対策として、径の細い電線を用いることにより段差やデッドスペースを小さくする方法も考えられている。しかし、細い径の電線を用いると、電気抵抗は増加し発熱が増大するとの新たな問題が生じる。しかもこの場合でも、隣接する層（巻回の内層と外層、図２では下側の層と上側の層）間の電位差は低下しないので、ハイブリッドカー用モータのステータ等のように、高電圧が印加されるステータの場合では、絶縁被覆を薄くすることができない。その結果、電線の断面積に占める絶縁被覆の割合が増加し、占積率はかえって低下する。
【００１３】
本発明は、前記のような段差及びこの段差が形成するデッドスペースが小さく、従って占積率の向上が可能であるとともに、発熱増大等の問題が小さい分割ステータを容易に製造できる分割ステータの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者は、ソレノイド部の外層側の形成の際に巻回される電線を主に細径化することにより、段差やデッドスペースが小さく、かつ発熱増大等の問題も抑制された分割ステータを製造できることを見出し、以下に示す構成よりなる本発明を完成した。
【００１５】
すなわち、本発明は、その請求項１において、ヨーク、つば、前記ヨークと前記つば間を結合するティース、及び前記ティースに電線を多層に巻回して形成されるソレノイド部を有する分割ステータの製造方法であって、前記巻回が、電線を細径化した後行う巻回を含み、かつ、この電線を細径化した後行う巻回が、主に、ソレノイド部の外層側の形成において行われることを特徴とする分割ステータの製造方法を提供する。
【００１６】
本発明の製造方法は、ティースに、電線を多層に巻回してソレノイド部を形成する工程を有するが、この巻回は、電線を細径化（断面積を小さく）した後行う巻回、及び電線を細径化せずに行う巻回からなる。そして、電線を細径化した後行う巻回は、主に、ソレノイド部の外層側の形成の際に行われる。すなわち、ソレノイド部の内層側の形成は、好ましくは電線を細径化せずに行われ、たとえ電線の細径化が内層側の形成の際に行われたとしても、その非常にわずかな部分のみである。
【００１７】
一方、ソレノイド部の外層側は、一部は電線を細径化せずに形成されてもよいが、内層側に比べてはるかに大きな部分が、電線を細径化した後の巻回により形成される。ソレノイド部の外層側の大きな部分を、電線を細径化した後の巻回により形成することにより、最外層のソレノイド層に生じる段差を小さくすることができ、段差により生じるデッドスペースが小さくなり、占積率が向上する。
【００１８】
中でも、段差やデッドスペースの近傍を、電線を細径化した後の巻回により形成すると、段差やデッドスペースの減少に、より寄与できるので好ましい。又、つば部近傍等にあることが多い狭い入り組んだ場所での電線の巻回を、電線の細径化後行うことにより、これらの部分に無理なく巻回ができるようになるので、好ましい。
【００１９】
一方、細径化により電線の電気抵抗が増加しこれに伴い発熱も増加する。しかし、細径化された電線の主要部は、ソレノイド部の外層側にあるので、放熱が容易であり、細径化に伴う発熱の問題は抑制される。
【００２０】
なお、占積率は、２つの分割ステータが互いに隣接する側において問題となるので、占積率向上の観点からは、他の側（隣接する側とは垂直の側。ステータの円環の上下側）の細径化は不要であり、又、発熱増大を抑制する観点からもこの側が細径化されないことが好ましいが、製造の容易さの観点等によりこの側が細径化されていてもよい。
【００２１】
電線の細径化の程度は、電線の導体の平均断面積が、細径化前の７０〜９０％となる範囲が好ましい。ここで、電線の導体の断面積とは、電線の長さ方向に直交する平面で電線を切ったときの導体の断面積であり、平均断面積とはその平均値である。細径化の程度が７０％より小さい場合は、発熱の問題が生じやすくなる。又、細径化を電線の伸張や押圧により行う場合は、その実施が困難になり細径化の工程で絶縁被覆の破壊等が生じやすくなる場合がある。一方、細径化の程度が９０％より大きい場合は、段差やデッドスペースを減少させ占積率を向上させる効果が小さくなる。
【００２２】
なお、細径化の程度のより好ましい範囲は、電線の径、導体の材質、絶縁被覆の厚み、巻回数、ターン総数や、電線に流される電流値等により変動する。そこで、前記の各要素を考慮して簡易な予備実験等により最適な比率を決定することが好ましい。又、ソレノイド部内の位置により細径化の程度を変えても良く、例えば、ソレノイド部の最外層やその近傍の電線は冷却がより容易であるため、特に細径にしても良い。又、つば部等に近い部分については、細径化の程度を他の細径化部より大きくし、巻回を一層容易となるようにしてもよい。
【００２３】
本発明の製造方法において、電線の細径化は、前記の細径化が望まれる電線の部分を、巻回前に引き伸ばす方法により行なうことができる。電線の細径化の手段としては、他に、ローラ等により電線を四周から押圧して圧延する方法、ダイスを通して引き抜く方法等も考えられるが、これらの方法では、絶縁被覆がローラ、ダイス等の金属部材と接触するので、加工ストレスによる絶縁被覆の性能劣化が生じやすい場合がある。
【００２４】
本発明者は検討の結果、細径化を、電線を部分的に引き伸ばす方法によれば、絶縁被覆の性能劣化等の問題を生じることなく、容易な操作で、細径化できることを見出したのである。電線を部分的に引き伸ばす手段としては、ダンサーローラ式可変張力発生装置が好ましく例示される（請求項２）。
【００２５】
ダンサーローラ式可変張力発生装置とは、電線が巻掛けられるダンサーローラと押さえローラよりなる装置で、このローラ間を伸張することにより、そこに巻掛けられている電線の部分が引き伸ばされるものである。ダンサーローラ式可変張力発生装置は、電線の供給部と、電線が巻回されるティース（コア）との間に設けられ、これを使用することにより、電線の巻回と所定の部分の細径化を一体的に行うことが可能になる。
【００２６】
前記のように、電線の細径化は、主にソレノイド部の外層側の形成の際、特に占積率の向上に、より寄与できる部分の形成の際行われ、内層側の形成の際には通常行われない。そこで、所望される部分のみが細径化されるように、電線の巻回過程で細径化手段の制御が行われる。この制御のためには、電線の巻回を、ティースを回転させながら行うとともに、ティースの回転数及び回転位置を検出することが好ましい。この検出結果に基づき電線の引き伸ばしを行うことにより、容易に所定の部分のみの細径化が行われる。
【００２７】
請求項３は、この好ましい態様に該当し、前記の分割ステータの製造方法であって、電線の巻回を、前記ティースを回転させながら行うとともに、前記ティースの回転位置を検出し、この検出結果に基づき、電線が細径化される部分の制御を行うことを特徴とする分割ステータの製造方法である。ダンサーローラ式可変張力発生装置は、この方法による制御が特に容易でありこの点においても好ましい。
【００２８】
以上のようにして細径化された電線及び細径化されていない電線を、ティース上に巻回することにより、ソレノイド部が形成され分割ステータを得ることができる。巻回は、通常、ティース（コア）を回転させるとともに、電線供給部より電線を供給しながら行われる。なお、巻回する電線との絶縁を確保するために、コア上にインシュレータが設けられることが多い。
【００２９】
本発明の製造方法においては、細径化による電線の劣化を除去するため、細径化後、焼鈍を行ってもよい。焼鈍は例えば通電加熱により行うことができる。細径化部は電気抵抗が大きいので、通電により大きく発熱し、この部分のみの焼鈍がなされることとなる。又、巻回する電線の外形の相違を原因とする電線のずれを防止するため、電線の巻回前に、細径化された部分に樹脂を塗布してもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の分割ステータの製造方法により、段差及びこの段差が形成するデッドスペースが小さく、従って高い占積率を有するとともに、電気抵抗の増加や、発熱増大の問題も抑制された分割ステータを容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明のより具体的な形態を説明する。特に最良の形態を図に基づいて説明する。なお、本発明は、この最良の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲内において、この形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００３２】
図３は、本発明による分割ステータの製造に用いられる製造設備の要部を概念的に示す概念図である。図３において、１２は分割ステータを構成するティース（断面）であり、１５は巻回により形成されつつあるソレノイド部である。２０は電線であり、電線２０は、銅等を芯とする絶縁被覆電線であり、絶縁被覆の材料としてはポリアミドイミド、ポリイミドが例示される。
【００３３】
３０は電線細径化部であり、ダンサーローラ３１、押さえローラ３２及び伸張力調整用シリンダ３９から構成されている。４２は巻き位置制御用ローラである。５０は制御装置であり、タイマ５１、カウンタ５２、メモリ５３を有し、５４はティース１２の回転と角部の検出器であり、この回転と角部の検出器５４によりティース１２（コア）の回転位置を検出する。６０は、電線供給用ローラである。
【００３４】
分割ステータのティース１２は、図示されていないモータにより反時計方向に回転しており、これにより断面がほぼ四角形（ただし角部に丸みを有する。）のティース１２の外周に、細径化されていない又は細径化された電線２０が巻回され、ソレノイド部１５が形成される。
【００３５】
電線２０は、２個の電線供給用ローラ６０に挟み込まれて送られてくる。なお、この電線供給用ローラ６０の回転速度は、ティース１２を回転駆動させるためのモータの回転速度及び既に巻回された電線の層の数（ソレノイド層の積層数）等との調整がなされるように制御されており、これにより電線２０が一定張力で供給される。
【００３６】
電線細径化部３０は、ティース１２に巻回される電線２０の所定の位置を細径化する。ダンサーローラ３１には、図に示すように、電線２０が巻掛けられている。細径化は、このダンサーローラ３１と２個の押さえローラ３２間の伸張より行う。電線２０を引き伸ばし細径化するとき、ダンサーローラ３１は、伸張力調整用シリンダ３９により両矢印で示す方向に移動する。これによりダンサーローラ３１と２個の押さえローラ３２間にある電線２０が引き伸ばされ、細径化される。
【００３７】
なお、細径化された部分、その他段替え部に対応する部分等、電線２０の必要な箇所には、電線間の滑りを防止するための樹脂が塗布されてもよく、このため、樹脂塗布用の手段がさらに設けられていてもよい。又、電線の細径化に際して絶縁被覆も薄くなるが、樹脂を塗布することによりそれが補償される。さらに、絶縁被覆に小さな割れが発生する等の損傷が発生したとしても、この樹脂により割れ等の損傷部が治癒されることがある。
【００３８】
制御装置５０は、タイマ５１、カウンタ５２、メモリ５３、回転と角部の検出器５４を有している。制御装置５０のメモリ５３には、ティース１２の外径と寸法、電線の径、電線の材料の機械的性質、細径化された電線が巻回される層の回数とその層内での列の数、その他制御に必要なデータやプログラムが予め、操作者により入力されている。
【００３９】
又、制御装置５０には、ティース１２の角部が通過する毎に、ティース１２の回転と角部の検出器５４からパルス信号（Ｐ．Ｓ．）が入力される等、必要なデータの入力が常時行われる。これらの情報を基に制御装置５０は、制御信号（Ｃ．Ｓ．）を発して、伸張力調整用シリンダ３９、電線供給用ローラ６０等を制御し、電線２０の細径化やその程度等を制御する。
【００４０】
次に、細径化の程度やそのための処理の如何によっては、導体である電気銅や純銅は硬化し電気的特性が劣化することも考えられるが、これは通電加熱による焼鈍で治癒可能である。細径化された場所は電気抵抗が高いので、通電による発熱が大きく、その場所のみ焼鈍されることとなる。焼鈍の温度は、絶縁被覆が破壊されない温度、例えば絶縁被覆がポリイミドの場合は３００℃以下で行われる。又、３００℃近くの高温の場合は、絶縁被覆の劣化を防ぐため、Ｎ２等の不活性ガス雰囲気中で処理することが好ましい。
【００４１】
望ましい細径化の程度は、ティース断面の形状や大きさと巻回する電線の本来の太さ、巻回をなす階層の数、１層当たりの巻回の列数、電線に加えられる電圧、流れる電流、電線の材質等に応じて適宜最適な値を選定する。例えば、電気自動車用の数十ｋＷ程度のモータのステータの場合であって、本来の外径が１．０ｍｍ程度の電線であれば、細径化は通常は９０％程度（断面積で８０％程度）、すなわち外形が０．９ｍｍ程度とするのが好ましい。この程度であれば、電線の導体を占める電気銅や純銅等は、ただ１回の細径化工程で細径化することが可能であり、又絶縁被覆の劣化等の問題が生じない。
【００４２】
実際の巻回の際には、細径化の程度や細径化された電線を巻回する位置等については、予め図面による検討や、試作品の製造等の簡易な予備実験により、可能な限り段差が少なくなるように、設計することが好ましい。このようにして決定された細径化を行うために必要な、ローラの押圧力やダンサーローラによる引っ張り力等は、個々のケースに応じて試験や検討を行ってデータを得る必要があるが、電線の主要部を占める電気銅や純銅等については、既に多数のデータやＪＩＳ等の規格が存在するので、これらを参考にすることが可能であり、特に困難は生じない。
【００４３】
図４は、本発明の製造方法により製造された分割ステータ（の半分）を概念的に示す概念断面図である。一方前記のように、図２は従来技術の分割ステータの概念断面図である。図２と同様図４においても、１１はヨークであり、１２はティースであり、１３はつばであり、１４はインシュレータであり、２１は巻回された電線であり、２９はソレノイド部の外周側の境界線（物でないので点線で示す。）である。又、図４において、２３は細径化され巻回された電線であり、２４は細径化されつば部に巻回された電線である。なお、実際には、各電線２１、２３、２４の外周には、厚さ３０〜２５μｍ程度のポリアミドイミド等からなる絶縁被覆がなされているが図示は省略されている。
【００４４】
図２、図４の比較より明らかなように、本発明により製造された分割ステータにおいては、ソレノイド部の外層側を形成する電線を細径化したため、占積率が向上している。なお、図４はあくまでも本発明の特徴を示すための概念図であり、実際の分割ステータにおいては、電線の巻回数（ターン数）は図４の場合よりはるかに多いのが通常である。
【実施例】
【００４５】
ポリイミドで絶縁被覆した銅線を用いて、図４と同様な断面を有するが、電線の巻回数（ターン数）が２４２であり、そのうち１１８ターンを細径化した分割ステータを、図３に示す製造設備により製造した。細径化前の電線の直径は１．０６ｍｍ（導体部は、１ｍｍ）であり、細径化された電線の直径は０．９５ｍｍであった。製造された分割ステータの占積率は６８％であった。一方、同じコア、電線を用い、細径化を行わない以外は同様にして、図２と同様な断面を有する分割ステータを製造したところ、占積率は６３％であった。
【００４６】
（多本線について）
２本の電線が１体化した２本線を用い、前記と同様にして分割ステータの製造を行ったが、同様に占積率が向上した。
【００４７】
（平角線について）
断面の形状がほぼ正方形の平角線を用いて、前記と同様にして分割ステータの製造を行ったが、同様に占積率が向上した。
【００４８】
（参考例）  伸長率と線径の関係
実施例に用いた電線に表１に示す張力を加えて伸長し、伸長率と伸長後の線形との関係を求めた。その結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2008054482.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】分割ステータからなるステータを、概念的に示す概念図である。
【図２】従来技術により製造された分割ステータの一部分を、概念的に示す概念断面図である。
【図３】本発明による分割ステータの製造に用いられる製造設備の要部を概念的に示す概念図である。
【図４】本発明により製造された分割ステータの一部分を、概念的に示す概念断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０    コア
１１    ヨーク
１２    ティース
１３    つば
１４    インシュレータ
１５    ソレノイド部
２０、２１  電線
２３    細径化され巻回された電線
２４    細径化されつば部に巻回された電線
２９    境界線
３０    電線細径化部
３１    ダンサーローラ
３２    押さえローラ
３９    伸張力調整用シリンダ
４２    巻き位置制御用ローラ
５０    制御装置
５１    タイマ
５２    カウンタ
５３    メモリ
５４    回転と角部の検出器
６０    電線供給用ローラ
【図１】
2008054482.tif 000004
【図２】
2008054482.tif 000005
【図３】
2008054482.tif 000006
【図４】
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