(57)【要約】【課題】コアに電線を巻回して形成された電線層をコア方向にプレスして、電線間の間隙を減少させる工程を有する分割ステータの製造方法であって、プレス時に生じる電線のずれや電線間の滑り等の問題が抑制された方法を提供する。【解決手段】導体線及びその導体線を被覆する絶縁層を有する絶縁被覆電線を、コア上に巻回して電線層を形成する巻回工程、及び前記電線層をコア方向にプレスする圧縮工程を有する分割ステータの製造方法であって、前記プレスが、絶縁被覆電線を、１６０℃以上かつ絶縁層の融点未満の温度範囲に加熱した後、同範囲内に温度を保ちながら行われることを特徴とする分割ステータの製造方法、前記製造方法により得られた分割ステータを用いるステータの製造方法、及び前記製造方法により得られたステータを用いるモータの製造方法。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体線及びその導体線を被覆する絶縁層を有する絶縁被覆電線を、コア上に巻回して電線層を形成する巻回工程、及び前記電線層をコア方向にプレスする圧縮工程を有する分割ステータの製造方法であって、
前記プレスが、絶縁被覆電線を、１６０℃以上かつ絶縁層の融点未満の温度範囲に加熱した後、同範囲内に温度を保ちながら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】
前記プレスが、絶縁被覆電線を、絶縁層の融点より６０〜１０℃低い温度範囲に加熱した後、同範囲内に温度を保ちながら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】
前記コアが、前記分割ステータの外周の側面と平行な側面を有する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。
【請求項４】
前記平行な側面が、電線層の厚みの整数倍と略等しい高さの段差を有することを特徴とする請求項３に記載の分割ステータの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の分割ステータの製造方法により製造された分割ステータの複数を、互いに隣接させて円環状に組立てることを特徴とするステータの製造方法。
【請求項６】
前記請求項５に記載のステータの製造方法により製造されたステータを用いることを特徴とするモータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発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。本発明は、さらに、この分割ステータを用いることを特徴とするステータの製造方法、及びこのステータを用いることを特徴とするモータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機、すなわち回転電機を、より高出力化するために、回転電機を構成するステータとして、ヨーク、つば及びヨークとつばを結合するティースからなるコア、コアを被覆する絶縁材（インシュレータ）、及びインシュレータを介してティース上に電線を多層に整列巻きしてなる電線層（ソレノイド部）、により構成される分割ステータを、ヨークを外周側にして円環状に配置してなるステータが広く用いられている。このステータを用いることにより、高出力が得られるとともに、ステータの製造における電線の巻回の容易化を図ることができる。そして、電線を整列巻きする方法が、特開平７−１８３１５２号公報や特開２００３−３３３７８２号公報等において提案されている。
【０００３】
さらに高出力化を図るためには、巻回された電線間の間隙を減少することが望まれる。そのため前記分割ステータの製造において、コア上に電線を巻回して電線層を形成後、それを外側からコア方向へプレスして圧縮する方法も考えられている。このプレスにより巻回された電線の断面が変形とともに、電線間の間隙が減少する。
【特許文献１】特開平７−１８３１５２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３３７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この方法では、プレスの際に加えられる応力が大きい場合、前記電線層を構成する電線間の断層ずれ（電線間のずれ）、電線同士の擦れ、コア等の変形による磁気特性の低下等の問題が生じやすい。電線のずれが生じると電線間の間隙がかえって大きくなり、又電線間の擦れは絶縁層の破壊につながることもある。
【０００５】
図５は、前記の問題の一例である電線のずれをより具体的に説明する模式断面図である。図５（ａ）は、コア５に巻回される電線２１の断面図である。電線２１は、銅等よりなる導体線２３とその外周を被覆する絶縁層２４からなるエナメル線である。絶縁層２４の材質としてはポリアミドイミドやポリイミド等が用いられるが、これらからなる絶縁層は互いに滑りやすい。図５（ｂ）は、コア５を、分割ステータが配列される方向の面で切ったときの断面図であって、中心軸からの片側のみを表す概念断面図であり、コア５に電線２１が巻回された状態を示す。
【０００６】
電線間の間隙をより小さくするため、図中の矢印Ｐの方向（コア５の方向）に、電線層をプレスする。絶縁層２４は互いに滑りやすいので、プレスの応力が大きい場合電線間にずれや擦れ等が生じやすい。図５（ｃ）は、図５（ｂ）で表されるコア５における、プレス後の電線のずれの様子を示す概念断面図である。図中の、楕円で囲まれた部分Ｌに、電線間のずれが生じていることが示されている。
【０００７】
本発明は、以上で説明した分割ステータの製造における問題の解決を課題とする。すなわち、コアに電線を巻回して形成された電線層をコア方向にプレスして、電線間の間隙を減少させる工程を有する分割ステータの製造方法であって、プレス時に生じる電線のずれや電線間の滑り等の問題が抑制された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】
【０００８】
本発明者は検討の結果、前記圧縮行程において、電線層を所定温度以上に加熱することにより、前記課題が達成されることを見出し、以下に示す構成からなる本発明を完成した。
【０００９】
本発明は、導体線及びその導体線を被覆する絶縁層を有する絶縁被覆電線を、コア上に巻回して電線層を形成する巻回工程、及び前記電線層をコア方向にプレスする圧縮工程を有する分割ステータの製造方法であって、
前記プレスが、絶縁被覆電線を、１６０℃以上かつ絶縁層の融点未満の温度範囲に加熱した後、同範囲内に温度を保ちながら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１）である。
【００１０】
この製造方法は、電線をコア上に巻回して電線層を形成する巻回工程、及び、その後電線層をコア方向にプレスする圧縮工程を有する点では、前記で説明したような従来の分割ステータの製造方法と同様である。又巻回される電線は、導体線とその導体線を被覆する絶縁層からなる点でも、従来の分割ステータの製造方法と同様であり、例えば前記の図５（ｂ）に示される電線と同様な電線が用いられる。
【００１１】
本発明の製造方法は、巻回工程後に、電線層が１６０℃以上かつ絶縁層の融点未満の温度まで加熱され、１６０℃以上かつ絶縁層の融点未満の温度で電線層がコア方向にプレスされ、圧縮工程が行われることを特徴とする。
【００１２】
電線層が１６０℃以上の温度に加熱されることにより、電線の導体が軟らかくなり、プレスにおいてより小さい応力で、電線の断面を変形させ、電線間の間隙を減少させることができる。プレスをより小さい応力で行うことができる結果、プレス時に生じる電線のずれや電線間の滑り、コアの変形等の問題を抑制することができる。
【００１３】
前記の課題を達成するためには、加熱の温度は、１６０℃以上であることが必要である。導体をより軟らかくし、プレスに必要な応力をより小さくするためには、加熱の温度はより高い方が好ましい。しかし、加熱の温度が、絶縁層の融点以上となると、プレスの際に絶縁層が破壊、変形されて絶縁破壊が生じやすくなるので、加熱の温度は、絶縁層の融点未満とする必要がある。なお、ここで絶縁層の融点とは、絶縁層の軟化開始温度を意味する。軟化開始温度は、示差走査熱量分析（ＤＳＣ）を用いて測定することが出来る。
【００１４】
電線の導体をより軟らかくし、かつ絶縁破壊を確実に防ぐためには、絶縁被覆電線を、絶縁層の融点より６０℃低い温度範囲以上（かつ１６０℃以上）で、かつ絶縁層の融点より１０℃低い温度以下の範囲に加熱した後、同範囲内に温度を保ちながらプレスすることが好ましい（請求項２）。例えば、融点が２６０℃近傍のポリアミドイミドからなる絶縁層を有する絶縁被覆電線、いわゆるエナメル線の場合は、２００〜２５０℃程度の加熱が好ましい。
【００１５】
圧縮工程でのプレスの方法は、回転電機用の分割ステータの製造方法において従来行われていた方法と同様に行うことができ、例えば、フラットパンチ等を用いて行うことができる。プレスにより、電線間の間隙、さらに電線とコア（インシュレータ）の間隙が減少する。
【００１６】
本発明は、さらにその好ましい態様として、前記コアが、前記分割ステータの外周の側面と平行な側面を有す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（請求項３）。後述するように、分割ステータは円環状に配列されてステータを形成するが、高い出力を得るためには分割ステータを隙間なく配列する必要があり、そのためには、配列される方向の面で切ったときの分割ステータの断面形状を、ヨーク側で大きくつば側で小さい台形状にする必要がある。従って、分割ステータの、配列される方向側にある両側面（分割ステータの外周の側面）は互いに傾くことになり、例えば図５（ｂ）で表されるように、分割ステータを２等分する中心軸面Ｃに対しても分割ステータの外周の側面Ｄのそれぞれが傾くことになる。
【００１７】
そこで、図５（ｂ）で表される例のように、分割ステータが配列される方向側にあるコア５の側面が中心軸面Ｃに平行の場合は、電線層の最外周では電線を階段状になるように巻回せざるを得ず、その結果、プレスの際に部分的な応力集中が生じてずれ等が生じやすくなる。図２で示されるように、分割ステータが配列される方向側において、コアの側面Ｂを、分割ステータの外周の側面Ｄと平行にすれば、電線層の最外周でも電線を階段状にする必要はなく、プレスの際の応力集中やずれ等の発生をより抑制することができる。
【００１８】
本発明は、前記請求項３の分割ステータの製造方法のさらに好ましい態様として、前記平行な側面が、電線層の厚みの整数倍と略等しい高さの段差を有す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（請求項４）。コアが、前記分割ステータの外周の側面と平行な側面を有すると、このコアでは、その断面積がヨーク側からつば側に向かって小さくなり、その結果、磁気特性が低下する。そこで、図１で示されるように、コアに段差を設けることにより、ヨーク側からつば側に向かってのコアの断面積の変動を小さくすることができ、その結果、磁気特性の低下を抑制することができる。
【００１９】
段差の高さは、電線層の厚みの整数倍と略等しい高さである。この高さとすることにより、段差の部分においても電線層のずれを生じることがなく、電線を密接かつ整列して巻回することができる。
【００２０】
本発明は、又、前記本発明の分割ステータの製造方法により製造された分割ステータの複数を、互いに隣接させて円環状に組立てることを特徴とするステータの製造方法を提供する（請求項５）。このステータの製造方法によれば、分割ステータ毎に、電線の巻回及びプレスが行われるので、電線の巻回（コイルの形成）が容易であり、又電線間の間隙を減少するためのプレスも容易に行うことができる。
【００２１】
本発明は、さらに又、前記ステータの製造方法で得られるステータを用いることを特徴とするモータの製造方法を提供する（請求項６）。前記ステータは、電線間の間隙が減少された分割ステータを円環状に配置してなるものであり、これを用いることにより、高出力のモータを大型化することなく得ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の分割ステータの製造方法によれば、電線間のずれや擦れ、コアの変形の発生等を抑制しながら、電線間の間隙が減少された分割ステータを製造することができる。本発明のステータの製造方法によれば、電線の巻回が容易であり、又電線間の間隙を減少するためのプレスも容易に行うことができる。この方法により製造されたステータを用いることにより、高い出力のモータを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に本発明の実施形態を、図を用いてより具体的に説明するが、本発明の範囲はこの形態に限定されるものではない。
【００２４】
図４（ｂ）は、本発明の分割ステータを構成するコア５の形状を表す。コア５は、ヨーク１１とティース１２とつば１３からなる。コアとしては、例えばコア５のような形状であって、鉄等の磁性体からなるものを用いることができる。通常、コアは、電線との絶縁性を確保するためのインシュレータで被覆されている。
【００２５】
インシュレータの材料としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）が代表例として挙げられるが、他にも、ポリエチレン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）などが用いられる。インシュレータには、巻線の整列巻を容易にするように案内溝（図示されていない）が設けられていてもよい。
【００２６】
断面が図５（ａ）で表される電線２１は、ティース１２を被覆するインシュレータ上に巻回され、電線層が形成される。図４（ｂ）に示されるように、ヨーク１１はつば１３より長い。電線２１は、断面が円形の丸線であるが、電線としては、丸線の他に平角線等の多角形線を用いることができる。又、複数の巻線を同時に巻回する多本線でもよい。
【００２７】
前記のように、図５（ｂ）は、電線２１が巻回され、電線層が形成された後のコア５を、分割ステータが配列される方向の面で切ったときの断面図であって、中心軸面Ｃからの片側のみを表す概念断面図である。図５（ｂ）において、１４はインシュレータを、１７はプレスに使用するフラットパンチを表す。また、Ｐはプレスの方向を表し、電線２１が巻回され電線層が形成された後、この電線層は、フラットパンチ１７によりＰ方向にプレスされる様子が示されている。
【００２８】
図５（ｂ）に示されるように、分割ステータの、配列される方向側にある側面（分割ステータの外周の側面）Ｄは、分割ステータを２等分する中心軸面Ｃに対して傾いている。図５（ｂ）に示される分割ステータのコアでは、コアの側面Ｂは、中心軸面Ｃと平行であり、従って、分割ステータの側面Ｄと傾いている。その結果、電線２１を、互いに密接、整列させ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、電線層の最外周では電線を階段状になるように巻回せざるを得ず、デッドスペース７が生じ、プレスの際の応力集中が生じやすい。
【００２９】
図２も、図５（ｂ）と同様に、電線２１が巻回され、電線層が形成された後のコア５を、分割ステータが配列される方向の面で切ったときの断面図であって、中心軸面Ｃからの片側のみを表す概念断面図である。ただし、図２に示される分割ステータのコア５では、コア５の側面Ｂは、分割ステータの側面Ｄと平行であり、その結果、電線層の最外周も分割ステータの側面Ｄと平行になり、デッドスペースを生じない。従って、フラットパンチ１７により、Ｐ方向にプレスされるときでも、応力集中が生じにくい。
【００３０】
図２に示される分割ステータのコア５では、その断面積がヨーク１１側よりつば１３側に行くに従い小さくなり、ステータの磁気特性が低下する問題が生じる場合がある。図１に示される分割ステータのコア５では、コア５の側面Ｂは、分割ステータの側面Ｄと平行であるとともに、電線層の１層の厚みと略等しい高さの段差８を有している。その結果、ヨーク１１側からつば１３側に向かってのコアの断面積の変動を小さくすることができ、磁気特性の低下を抑制することができる。また、段差８の高さは、電線層の１層の厚みと略等しいので、整列巻きも容易にすることができる。段差８は、好ましくは、中心軸面Ｃとコア５の側面Ｂ間の距離が、ティース１２の長さ方向において、段差の高さ以上の変動をしないように配置される。
【００３１】
次に、本発明の分割ステータの製造方法を、図１、図２の例に基づいて具体的に説明する。先ず、コア５のティース１２を被覆するインシュレータ１４上に、電線２１を、密接かつ並列して巻回して、その外周面（隣接する分割ステータ側）が、隣接する分割ステータとの境界面（分割ステータの側面Ｄとほぼ一致する面）を越える電線層が形成される（巻回工程）。図１、図２は、この電線層が形成された様子を示す。
【００３２】
電線層が形成された後、この外周面が分割ステータの側面Ｄ内となるまで、コア５の方向（ティース１２の方向）にプレスされる。図１、図２は、フラットパンチ１７により、電線層が、図中の矢印Ｐの方向にプレスされる圧縮行程の様子を示している。
【００３３】
本発明では、前記巻回工程後、電線層は、１６０℃以上かつ絶縁層の融点未満の温度に加熱される。加熱方法としては、特に限定されないが、電線層への温風の吹付け、電線２１に通電してジュール熱で加熱する等の方法を採用することができる。
【００３４】
フラットパンチ１７によるプレスは、この加熱の後行われ、プレスのときの温度も、１６０℃以上かつ絶縁層の融点未満の温度に保たれる。その結果、電線２１の導体線２３が軟らかくなり、小さいプレスの応力で、電線２１の断面を変形させ、電線２１間の間隙を減少させることができる。プレスをより小さい応力で行うことができる結果、プレス時に生じる電線のずれや電線間の滑り、コアの変形等の問題を抑制することができる。
【００３５】
図３は、図１の例の分割ステータが、前記のようにしてプレスされた後の様子を示す模式断面図である。プレスにより電線層の外周面は、分割ステータの側面Ｄとほぼ一致する位置となる。このようにプレスすることにより、ステータを形成したとき、隣接する分割ステータとの干渉を避けることができる。
【００３６】
図３に示されるように、電線２１の断面形状は、コア５と接する部分や表面部を除いて、多角形（６角形）となっており、加圧前に各電線２１間にあった間隙がほとんど消滅している。その結果、いわゆる占積率が向上し、高い出力のモータを大型化せずに製造できるようになる。
【００３７】
図４（ａ）は、本発明の分割ステータを、中心Ｏの周りに円環状に配置してステータを形成する様子を示す概念図である。図示を分かりやすくするため、分割ステータは、その１つであるＡのみを示し、断面が円環状のステータそのものは点線で示している。又、分割ステータＡは、コア５と電線層６からなるが、電線層６は網掛けで示し個々の電線やインシュレータの図示は省略している。
【００３８】
このようなステータは、分割ステータを図に示すように円周状に配列し、互いに固定さして得ることができる。互いに固定する方法としては、隣接する分割ステータ間を固定具で固着する方法、分割ステータのヨーク部やつば部に設けられている鉤により互いに固定する方法、リング状の部材上に各分割ステータを固定させる方法等が挙げられるが、これらは図示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】分割ステータの電線層がプレスされる様子を示す模式断面図である。
【図２】分割ステータの電線層がプレスされる様子を示す模式断面図である。
【図３】分割ステータの電線層がプレスされた後の様子を示す模式断面図である。
【図４】ステータにおいて、分割ステータが配置されている様子を示す断面図、及び、分割ステータのコアを示す斜視図である。
【図５】分割ステータを形成する電線の断面図、及び、分割ステータの電線層がプレスされる様子を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
５      コア
６      電線層
８      段差
１１    ヨーク
１２    ティース
１３    つば
１４    インシュレータ
１７    フラットパンチ
２１    電線
２３    導体線
２４    絶縁層
Ｂ  ：  コアの側面
Ｃ  ：  中心軸面
Ｄ  ：  分割ステータの側面
Ｐ  ：  プレスされる方向
【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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