(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク部から突出した複数の磁極ティースを有する鉄心の上記磁極ティースそれぞれに、熱可塑性樹脂からなる電気絶縁性のインシュレータを介してマグネットワイヤを一定ピッチで巻回する整列巻きによりコイルを形成する電機子の製造方法において、
上記マグネットワイヤを整列巻きした時の上記マグネットワイヤの一定ピッチで、上記マグネットワイヤの線径以下の線径を有する線状部を並列に配列した発熱体を形成し、
上記発熱体を上記インシュレータの軟化温度以上の温度に加熱し、
上記発熱体の線状部を、上記インシュレータのコイル形成部の一部または全部に押し当てて溝を形成し、
上記溝に沿って上記マグネットワイヤを巻回して上記コイルを形成することを特徴とする電機子の製造方法。
【請求項２】
上記発熱体は、電熱線または棒ヒータを並列に配列して上記線状部を構成してなることを特徴とする請求項１記載の電機子の製造方法。
【請求項３】
上記電熱線または棒ヒータは、フッ素樹脂系の樹脂でコーティングしていることを特徴とする請求項２記載の電機子の製造方法。
【請求項４】
上記発熱体は、上記線状部の断面形状を有する溝が並列に形成された板状部材または棒状部材の上記溝に、上記線状部の一部が上記溝から突出するように埋め込まれ固定されていることを特徴とする請求項１記載の電機子の製造方法。
【請求項５】
上記発熱体は、熱伝導率の良い材料に線状の凸部からなる上記線状部を形成した溝形成部材と、上記溝形成部材に内蔵された発熱体とによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の電機子の製造方法。
【請求項６】
上記発熱体は、熱伝導率の良い材料に線状の凸部からなる上記線状部を形成した溝形成部材と、上記溝形成部材を超音波振動させる超音波発信器とによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の電機子の製造方法。
【請求項７】
上記発熱体は、電熱線を丸棒又は角棒に巻き付けて構成することを特徴とする請求項１に記載の電機子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機やリニアモータ等に使用される電機子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電機子の巻線部におけるインシュレータは、巻線されるマグネットワイヤの整列性を向上させる（整列巻きをする）ために、マグネットワイヤが巻回される部分にマグネットワイヤの線径にほぼ等しい形状の溝が形成されている。
【０００３】
インシュレータにマグネットワイヤの線径に合った溝を形成するためには、金型を用いた射出成形によって製造する方法、あるいは、特許文献１に記載されているように、溝が形成されていないインシュレータに機械加工により線径に応じた溝を形成する方法を採用している。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２２３６３９（第４−６頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電機子のインシュレータを成形して巻線の溝を形成する場合、コスト面の優位性から金型を用いた射出成形によって大量に製造する方法が一般的に用いられてきた。しかし、溝のピッチはマグネットワイヤの線径に応じて変更する必要があるため、溝のピッチに応じた金型を用意する必要があり、多品種少量生産ではコスト的な優位性を発揮することが困難であるという問題があった。
【０００６】
また、機械加工により線径に応じた溝加工を施す場合においても、インシュレータの形状が円筒状であれば比較的容易に整形できるが、それ以外の形状の場合、例えば、回転電機の固定子のように、矩形状のインシュレータを使用するような場合には加工が困難になることがあるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、多品種少量生産に対応することができ、また、種々の形状のインシュレータにも対応することができる溝形成方法を備えた電機子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る第１の電機子の製造方法は、ヨーク部から突出した複数の磁極ティースを有する鉄心の上記磁極ティースそれぞれに、熱可塑性樹脂からなる電気絶縁性のインシュレータを介してマグネットワイヤを一定ピッチで巻回する整列巻きによりコイルを形成する電機子の製造方法において、
上記マグネットワイヤを整列巻きした時の上記マグネットワイヤの一定ピッチで、上記マグネットワイヤの線径以下の線径を有する線状部を並列に配列した発熱体を形成し、
上記発熱体を上記インシュレータの軟化温度以上の温度に加熱し、
上記発熱体の線状部を、上記インシュレータのコイル形成部の一部または全部に押し当てて溝を形成し、
上記溝に沿って上記マグネットワイヤを巻回して上記コイルを形成するものである。
【０００９】
この発明に係る第２の電機子の製造方法は、ヨーク部から突出した複数の磁極ティースを有する鉄心の上記磁極ティースそれぞれに、熱可塑性樹脂からなる電気絶縁性のインシュレータを介してマグネットワイヤを一定ピッチで巻回する整列巻きによりコイルを形成する電機子の製造方法において、
上記マグネットワイヤを上記インシュレータの軟化温度以上の温度に加熱して上記マグネットワイヤを１層巻回した後、
２層目以降を加熱せずに巻回して上記コイルを形成するヨーク部から突出した複数の磁極ティースを有する鉄心の上記磁極ティースそれぞれに、熱可塑性樹脂からなる電気絶縁性のインシュレータを介してマグネットワイヤを一定ピッチで巻回する整列巻きによりコイルを形成する電機子の製造方法において、
上記マグネットワイヤを上記インシュレータの軟化温度以上の温度に加熱して上記マグネットワイヤを１層巻回した後、
２層目以降を加熱せずに巻回して上記コイルを形成するものである。
【００１０】
この発明に係る第３の電機子の製造方法は、ヨーク部から突出した複数の磁極ティースを有する鉄心の上記磁極ティースそれぞれに、熱可塑性樹脂からなる電気絶縁性のインシュレータを介してマグネットワイヤを一定ピッチで巻回する整列巻きによりコイルを形成する電機子の製造方法において、
上記インシュレータを軟化温度に加熱して上記マグネットワイヤを巻回して上記コイルを形成するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る第１、第２及び第３の電機子の製造方法によれば、マグネットワイヤの線径に応じた溝を成形する金型を製作する必要がなく、また、インシュレータの形状が円筒状でなくても容易に溝を形成することができるので機械加工の必要もなく、多機種のインシュレータの加工を安価、簡便に行うことができる。
【００１２】
また、この発明に係る第２の電機子の製造方法によれば、巻線中に加わるマグネットワイヤに対するテンションの変化によるマグネットワイヤの線径の変化に対応した溝が直接インシュレータに形成されるので、巻線の整列性における信頼性が向上する。また、巻回するマグネットワイヤの加熱によりインシュレータに溝を形成するので発熱体を必要としない。
【００１３】
また、この発明に係る第３の電機子の製造方法によれば、インシュレータのみを加熱するだけでよいので加熱範囲を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る電機子の実施の形態１を示す斜視図であり、（ａ）及び（ｃ）は回転電機における固定子鉄心の磁極ティース部に嵌め込むインシュレータを示し、（ｂ）は固定子鉄心の磁極ティース部を示している。図１（ｂ）の固定子鉄心４においては、固定子の１つの突極について拡大したものである。なお、巻線は省略している。
【００１５】
図１に示したように、回転電機の固定子１は所定の厚みを有するヨーク部２及びヨーク部２から突出した磁極ティース部３を有する固定子鉄心４と、固定子鉄心４の磁極ティース部３を覆うように上下方向から嵌合される一対の熱可塑性の樹脂からなるインシュレータ５とを備えている。インシュレータ５には、例えば、ＬＰＣ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｐｏｌｙｍａｅｒ）等を用いることができ、この例ではＬＰＣを使用した例を示す。インシュレータ５は巻線部６とフランジ部７とから形成されており、巻線部６の外周面の一部には複数の溝８が設けられている。このインシュレータ５に設けられた溝８は、断面がマグネットワイヤの線径と同じ径またはそれ以下の径の円弧の形状を有し、図１においては、インシュレータ５の巻線を施す外周面の角部に一端から他端まで、マグネットワイヤを整列巻きした場合のピッチでフランジ７面に平行または所定の角度をつけて設けられている。例えば、図１では巻線部に９本の溝８が同一深さに設けられている。溝８の深さは、マグネットワイヤの線径の半径以下とするのが好ましい。
【００１６】
図２は、この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態１を示す平面図（ａ），（ｂ）及び断面図（ｃ），（ｄ），（ｅ）であり、（ｃ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｄ），（ｅ）は（ｃ）のＢ−Ｂ断面図である。図２（ａ）に示したように、マグネットワイヤの線径以下の径を有する電熱線（ニクロム線）９を、Ｗ字型に所定の数だけ折り曲げて巻回するマグネットワイヤを整列巻きした場合のマグネットワイヤのピッチｐで直線の線状部を並列に配列した発熱体１０を用い、発熱体１０に電流を流してインシュレータ５を溶融できる温度、この例では２５０℃まで加熱させ、図２（ａ）及び図２（ｄ）の矢印で示したように、インシュレータ５の巻線部６の角部に発熱体１０を押し当てて発熱体１０を押し当てた角部を発熱体の線径に溶融させることによって、図２（ｂ）、（ｃ）及び（ｅ）に示したように、溝８を成形する。溝８は、図２（ｂ）に示したように、マグネットワイヤを整列巻きしたときのピッチｐで形成される。
【００１７】
図３は、この実施の形態１における溝形成の他の例を示す平面図である。
図２では、インシュレータ５の巻線部６の角部に溝８を形成したが、図３に示したように、インシュレータ５の巻線部６の上側平面部に溝８を形成してもよい。
【００１８】
また、電熱線９の表面をフッ素樹脂形の樹脂等でコーティングすることにより、溶融したインシュレータ５の樹脂が電熱線９に付着しないようにすることができる。
【００１９】
従来は、マグネットワイヤの線径や層数に応じて溝寸法の異なる金型を用意する必要があったが、この実施の形態１によれば、インシュレータ５に巻回されるマグネットワイヤの線径に応じて、そのマグネットワイヤを整列巻きした場合のマグネットワイヤのピッチに合わせてマグネットワイヤの線径以下の電熱線９または棒ヒータ１２を並列に配列して発熱体１０を形成し、この発熱体１０を用いて、インシュレータ５の巻線部６に溝８を形成することができ、従来のような金型を複数所持する必要が無くなるため、コストを低減できるとともに、少量多品種に対して電熱線９の線径及びピッチを変えた発熱体１０を用いて簡便、かつ、容易に対応することができる。
【００２０】
また、機械加工で溝８を形成する方法と比較して短時間で加工できるため、コストを低減することができ、生産性を向上させることができる。
【００２１】
なお、この実施の形態１では、溝８を形成する手段として電熱線９をＷ字型に折り曲げた発熱体１０を使用した例を示したが、図４に示すように、電熱線９をコイル状に形成した発熱体１１を使用してもよく、この場合、電熱線９を丸棒または角棒に巻きつけるだけで容易に製作することができる。
【００２２】
また、電熱線９の断面形状は、マグネットワイヤの断面形状に合わせて、マグネットワイヤの断面形状が四角形の場合は四角形とすればよい。
【００２３】
また、図５に示すように、電熱線９に代えて、棒ヒータ１２を所定のピッチで並列に配置し、並列に配置した棒ヒータ１２を固定した発熱体１３としてもよい。この場合、棒ヒータ１２は電熱線９に比較して剛性が高いので樹脂に押さえつけた際に発熱体１３が変形するのを抑制することができる。
【００２４】
また、発熱体１０、１１及び１３をインシュレータ５が溶融するまで加熱させた状態でインシュレータ５に押し当てて溝８を形成した場合、発熱体１０、１１、１３をインシュレータ５から引き離す際にインシュレータ５の樹脂が発熱体１０、１１、１３に付いて引き伸ばされてバリが形成される可能性があるが、インシュレータ５の樹脂が溶融するまで加熱した状態の発熱体１０、１１、１３をインシュレータ５に押し当てて溝８を形成させた後、発熱体１０、１１、１３を強制的に空冷して樹脂の軟化温度（この例では約２００℃）まで下げ、溝８の形状が固定された後に発熱体１０、１１、１３を引き離すようにしてもよい。この場合、インシュレータ５に溝８が形成された後、樹脂が軟化する温度になってから発熱体１０、１１、１３をインシュレータ５から引き離すのでバリが形成されることなく良好に溝８を形成することができる。このため、溝の形状精度を良好に保ち、バリなどによってマグネットワイヤに損傷を与えないようにし、品質を向上することができる。
【００２５】
また、発熱体１０、１１及び１３の温度は、熱可塑性のインシュレータ５の樹脂が軟化する温度（約２００℃）としてもよい。発熱体１０、１１、１３を熱可塑性のインシュレータ５の樹脂が溶融するまで加熱した状態の発熱体１０、１１、１３をインシュレータ５に押し当てて溝８を形成させた後、発熱体１０、１１、１３を空冷し、溝８の形状が固定してから発熱体１０、１１、１３を引き離すようにした場合、発熱体１０、１１、１３を強制冷却する必要があるので、溝８を形成するには冷却時間が必要となり、タクトが長くなる可能性があるが、発熱体１０、１１、１３を熱可塑性のインシュレータ５の樹脂が軟化する温度まで加熱した状態で発熱体１０、１１、１３をインシュレータ５に加圧して溝８を形成することにより、溝８部にバリが形成されるのを防止し、成形した溝８の精度を向上することができ、また、発熱体１０、１１、１３を強制冷却する必要がないので溝８の成形時間が短くなり、生産性を高めることができる。
【００２６】
また、棒ヒータ１２の形状をマグネットワイヤの断面形状に合わせて変更すれば円弧状や角状等の所望形状の溝８容易に形成することができる。
【００２７】
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、発熱体１０、１１、１３の電熱線９または棒ヒータ１２をインシュレータ５に押し付けて溝８を形成した。発熱体１０、１１、１３の電熱線９または棒ヒータ１２をそのままインシュレータ５に押し付けた場合、インシュレータ５の溶融時や溶融後の引き離し時に電熱線９および棒ヒータ１２が変形する可能性がある。また、発熱体１０、１１、１３の熱容量が大きくなると強制空冷しても冷却能力にも限界がある。
【００２８】
図６、７及び８は、この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態２を示す平面図及び断面図であり、図６及び図７の（ａ）は平面図、図６及び図７の（ｂ）は断面図、図８の（ａ）は正面図、図８の（ｂ）は側面図、図８の（ｃ）は断面図である。
【００２９】
この実施の形態２では、図６に示したように、電熱線９の線径と同じ径の円弧状の溝１５をマグネットワイヤを整列巻きするときのピッチで形成した金属板１４の溝１５にＷ字型に所定の数だけ折り曲げた電熱線９の線状部を配置して溝１５に電熱線９を固定する。
【００３０】
また、図７に示したように、マグネットワイヤを整列巻きするときのピッチで溝１７を螺旋状あるいは軸に対して同心円状に形成した、円柱状あるいは角状の棒状部材１８の溝１７に電熱線９の線状部を配置し固定してもよい。
【００３１】
また、図８に示したように、Ｌ字型の金属板２０にマグネットワイヤを整列巻きするときのピッチで所定深さの溝１９を形成し、Ｌ字型の金属板２０の溝１９に棒ヒータ１２を配置し固定してもよい。
【００３２】
この実施の形態２によれば、インシュレータ５に電熱線９あるいは棒ヒータ１２を押し付ける際に電熱線９または棒ヒータ１２が溝１５、１７または１９によって保持されているので変形することもない。
【００３３】
また、金属板１４または棒状部材１８に電熱線９を配置しているため、あるいはＬ字型の金属板２０に棒ヒータ１２を配置しているため、電熱線９または棒ヒータ１２を強制冷却する場合においても水冷構造を適用することができるので、冷却能力を向上することができる。
【００３４】
また、電熱線９の一部が金属板１４から一定量突出するように電熱線９を配置することにより、適度で均一な深さの溝８を形成することができる。
【００３５】
また、円柱状あるいは角状の棒状部材１８として、金属材料あるいは熱伝導率の大きな放熱性のよい材料を用い、この材料に螺旋状あるいは同心状の溝１７を形成し、溝１７に巻きつけるだけで容易に放熱性のよい発熱体を製作することができる。
【００３６】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、電熱線９および棒ヒータ１２をそれぞれの形状に応じた金属板に設置して発熱体を構成し、インシュレータ５に溝８を形成するときの電熱線、及び棒ヒータの変形防止及び発熱体の冷却性能向上を図っているが、インシュレータ５に直接電熱線９および棒ヒータ１２を押付けて溝８が形成されているため、溝の寸法は電熱線９および棒ヒータ１２に依存し、溝８の形状に自由度がない。
【００３７】
また、繰り返しの使用による電熱線９または棒ヒータ１２の劣化によって、溝８の寸法精度が低下する可能性もある。
【００３８】
図９及び図１０は、この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態３を示す平面図（ａ），（ｂ）及び断面図（ｃ），（ｄ），（ｅ）である。この実施の形態３では、図９に示したように、熱伝導率の高い材料、例えば銅に、マグネットワイヤを整列巻きした場合のピッチで並列に配列された、断面が円弧状で直線状の凸部２１を設けて、ヒータを貼り付けまたは埋め込みによって内蔵させた発熱体２２を構成した。
【００３９】
図１０においては、共振特性のよいアルミ合金、または強度の高いチタン合金に、マグネットワイヤを整列巻したときのピッチで並列に配列された、断面が円弧状で直線状の凸部２２を設けてホーン２３を形成し、ホーン２３を超音波発振器（図示せず）と接続し、超音波振動を用いて溝８を形成する。
【００４０】
この実施の形態３によれば、機械加工により精度よく、また、自由に円弧状の凸部２１を形成できるため、精度のよい溝８を形成することができる。
【００４１】
また、実施の形態１で説明した、角部に溝８を形成する方法、及び平面に溝８を形成する方法のいずれの形成方法にも対応することができる。
【００４２】
また、繰り返し使用による劣化はヒータだけであるのでヒータを交換することにより半永久的に使用可能となる。
【００４３】
また、超音波振動を用いて溝８を形成することにより、ホーン２３の加圧と超音波振動による摩擦により溝を成形するので成形時は無臭であり、また、超音波発振時以外は待機電力ですむため作業環境性が良く、省エネルギとなる。
【００４４】
実施の形態４．
上記実施の形態１ないし３では、発熱体または超音波振動を利用してインシュレータ５に溝８を形成した。この発熱体または超音波振動を利用する方法では、インシュレータ５に溝８を形成する工程と、巻線する工程を分ける必要があった。
【００４５】
図１１は、この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態４を示す平面図である。図１１（ａ）に示したように、この実施の形態４では、インシュレータ５に１層目だけマグネットワイヤを加熱してマグネットワイヤを巻回することにより、図１１（ｂ）に示したように、インシュレータ５にマグネットワイヤの溝８を転写し、マグネットワイヤの位置を決める。その後、２層目以降は加熱せずに巻線を実施する。
【００４６】
この実施の形態４によれば、巻線中のテンションの変化によるマグネットワイヤの線径の変化に対応した溝８が直接インシュレータ５に形成されるので、巻線の整列性における信頼性が向上する。
【００４７】
また、巻回するマグネットワイヤの加熱によりインシュレータ５に溝８を形成するので機種（線径）に応じて発熱体やホーンを用意する必要もない。
【００４８】
また、この実施の形態４においては、マグネットワイヤを予め加熱してインシュレータ５に巻回する方法に代えて、インシュレータ５を加熱して軟化させ、軟化したインシュレータ５にマグネットワイヤを巻回しても同様の効果が得られる。この場合、１層目分のマグネットワイヤを加熱する必要がなくインシュレータ５のみを加熱すればよいので加熱範囲が小さくて済む。
【００４９】
なお、上記実施の形態１ないし４では、この発明を、回転電機を例にして説明したが、この発明は、リニアモータの電機子のインシュレータにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
この発明は、回転電機やリニアモータ等に使用される電機子の巻線に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明に係る電機子の実施の形態１を示す斜視図である。
【図２】この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態１を示す平面図及び断面図である。
【図３】実施の形態１における溝形成の他の例を示す平面図である。
【図４】実施の形態１における、他の製造方法を示す平面図及び断面図である。
【図５】実施の形態１における、他のプロセスを示す平面図（ａ），（ｂ）及び断面図（ｃ），（ｄ），（ｅ）である。
【図６】この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態２を示す平面図及び断面図である。
【図７】この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態２を示す平面図及び断面図である。
【図８】この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態２を示す平面図及び断面図である。
【図９】この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態３を示す平面図及び断面図である。
【図１０】この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態３を示す平面図及び断面図である。
【図１１】この発明に係る電機子の製造方法の実施の形態４を示す平面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  固定子、２  ヨーク部、３  磁極ティース部、４  固定子鉄心、
５  インシュレータ、６  巻線部、７  フランジ部、８  溝、９  電熱線、
１０，１１，１３，２１  発熱体、１２  棒ヒータ、１４  金属板、
１５，１７，１９  溝、１８  円柱状鉄心、２０  Ｌ字型金属板、２２  凸部、
２３  ホーン、２４  マグネットワイヤ。
【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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