JP2004173397A

JP2004173397A - モータのコイル端部の短縮処理方法、及び短縮処理装置

Info

Publication number: JP2004173397A
Application number: JP2002335343A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tashiro; 啓一田代
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】コイル端部のスプリングバックを低減してコイル端部の整形作業を容易にするモータのコイル端部の短縮処理方法及び短縮処理装置を提供する。
【解決手段】ステータ１の軸方向に延長して収容されたコイル３の端部３ａをステータ１の軸方向に短縮するコイル端部の短縮処理方法において、コイル３の端部３ａをステータ１の軸方向に加圧圧縮しながら、コイル端部３ａに加熱処理を施す短縮処理方法である。この加熱処理温度としては、１５０〜２５０°の温度が好ましい。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータ内の軸方向にコイルが延長して収容されてステータの両端面から突出するコイルの両端部をステータの軸方向に向けて短縮させるモータのコイル端部短縮方法、及び短縮処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、電気自動車用モータ等の小型化が要求されるモータでは、円筒状のステータの内面に形成されているコイル収容溝に収容されたコイルの端部をステータの軸方向に短縮して、ステータからの突出量を小さくしている。
【０００３】
この短縮処理方法には、例えば、ハンドプレスなどでコイルの両端部を加圧圧縮したのち、コイル端部に対する加圧動作を解放した状態で、コイル端部に対し、ガラス繊維を含む糸を用いてレーシングと呼ばれる糸縛りを行って固定し、さらにコイルの絶縁や補強のためにワニス処理を行うものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１４５０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術では糸縛りを行っているものの、ワニス処理を行う前にコイル端部に対する加圧状態を解放すると、コイル端部にスプリングバックが発生するため、コイル端部のステータからの突出量が大きくなってしまい、コイル端部を規定の高さに成形することができないという問題があった。また、糸縛りやワニス処理の作業は面倒であり、モーターの生産効率を低下させる要因ともなっている。
【０００６】
そこで、本発明は、コイル端部の整形後のスプリングバックを防止して、コイル端部のステータからの突出量を極力小さくすると共に、糸縛りやワニス処理を省略することができるモータのコイル端部の短縮処理方法、及び短縮処理装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、円筒状のステータの内周側に収容されたコイルの軸方向端部をステータの軸方向に短縮するコイル端部の短縮処理方法において、前記コイルの軸方向端部をステータの軸方向に加圧圧縮した状態を保持しつつ、前記コイルの軸方向端部に加熱処理を施すことを特徴としている。この加熱温度は、１５０〜２５０℃が好ましく、１８０〜２２０℃が更に好ましく、約２００℃近傍が最も好ましい。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、コイル端部をステータの軸心方向に向けて加圧圧縮した状態を保持しつつ、コイル端部に加熱処理を施すようにしたので、スプリングバックを低減してコイル端部の短縮処理を容易に行うことができる。また、従来は、スプリングバックを見込んでコイル端部の高さを規定寸法よりも小さく整形しなければならなかったが、本発明によれば、コイル端部の高さを規定寸法とほぼ同等の寸法で整形すれば良いため、コイル端部に過度の負荷を与えることがなく、コイル端部の整形性を向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１〜図６は、第１実施形態によるモータのコイル端部の短縮処理方法を示している。まず、図１〜図５を用いて、コイル端部の短縮処理の作業工程を説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態による短縮処理を行う前のステータ１とコイル３を示しており、円筒状のステータ１のコイル収容溝１ａにコイル３が収容されている。このコイル３は、ステータの軸方向である図１の上下方向に沿って延長して収容されている。また、コイル３の端部３ａは、ステータ１の上面１ｂから上方に、及び底面１ｃから下方に突出して設けられており、前記上面１ｂからの突出量はｈである。そして、前記ステータ１は、内周側にその周方向に沿ってコイル収容溝１ａを複数備えたリング状の板材を多数積層することによって構成したものであるが、前記ステータ１は、例えばケイ素鋼板等で一体に形成してもよい。なお、図１において、二点鎖線部は後述する図２の状態におけるコイル端部３ａの上面の位置を示している。
【００１１】
次いで、図２に示すように、図１の状態におけるコイル３の端部３ａの上下に加圧治具５，５を配置し、これらの加圧治具５，５を上下方向からハンドプレスなどで加圧力Ｐ（例えば６０ｋＮ程度）にて加圧圧縮する。この加圧圧縮により、図２に示すように、ステータ１から突出するコイル３の端部３ａの突出量Ｈが、図１の状態に比べ短縮代αだけ小さくなる。このハンドプレスなどによる加圧圧縮動作を解放した後は、従来の場合と同様にスプリングバックが生じる。なお、図２において、二点鎖線部は図１の状態におけるコイル端部３ａの上面の位置を示しており、短縮代αは（ｈ−Ｈ）であることを示している。
【００１２】
さらに、図３に示すように、更に上下両側から例えば９８０Ｎ程度の圧力で押さえ付け、この状態で、前記加圧治具５にねじ１３を用いてコイル３の端部３ａをステータ１の軸方向に加圧して保持する。
【００１３】
こののち、図４に示すように、加圧治具５及びコイル３を収容したステータ１を加熱炉６の内部に収納して加熱を施す。この加熱処理は、１５０〜２５０℃の温度で３０分間〜１．５時間に保持することにより行うが、好ましい加熱温度は１８０〜２２０℃であり、特に２００℃近傍が最も好ましい。
【００１４】
最後に、図５に示すように、加圧治具５及びコイル３を収容したステータ１を加熱炉６から取り出し、ステータ１から加圧治具５を外す。この状態においては、コイル３の端部３ａのスプリングバックが発生することなく、コイル端部３ａの突出量Ｈは、図２〜図４の加圧圧縮状態と同一寸法のまま保持されている。
【００１５】
図６は、銅製の線材に対する引張強さと加熱温度との関係を示すグラフである。具体的には、室温（ＲＴ）から３５０℃までの各温度で３０分間ソルトバス中で加熱したのち冷却を施した線材について、室温において引張強さ（Ｔ．Ｓ．）を測定した。この線材は、９０％の冷間加工をしたφ２．０ｍｍの径を有する丸線である。
【００１６】
図６のグラフから明らかなように、加熱温度が１５０℃付近から線材の引張強さが減少し始め、１８０〜２００℃の範囲で急激に減少し、２００℃〜２２０℃近傍から減少幅が緩やかになり、２５０℃でほぼ安定した値を示すようになる。
このように、引張強さが低下することにより、線材の反力が小さくなるため、スプリングバック量も併せて小さくなる。従って、加熱温度が１５０〜２５０℃の範囲では、引張強さが低下するため、スプリングバックの発生量も少なくなり、加熱処理後のコイル端部の高さが安定する。
【００１７】
なお、２５０℃を超える温度で加熱しても引張強さはこれ以上低下せず、不必要な加熱によるエネルギーのロス及び耐熱性のより高い線材が必要となって実用的ではなく、一方、１５０℃より低い加熱温度では、引張強さが大きくなり、加熱処理後のスプリングバック量が大きくなる。
【００１８】
以上説明したように、前記第１実施形態によれば、加圧治具５によりコイル３の端部３ａを押さえ付けた状態で加熱処理を行うため、コイル３のスプリングバックが大幅に減少する。従って、図１のコイル３の突出量ｈに比較し、図５のコイル３の端部３ａの突出量Ｈは、α分だけ小さくでき、コイル端部３ａの整形作業を容易にすることができる。
【００１９】
次に、第２実施形態によるコイル端部３ａの短縮処理方法を説明する。
【００２０】
前記第１実施形態では、加熱炉６を用いてコイル端部３ａの加熱処理を行ったが、第２実施形態においては、コイル３に電流を流してジュール熱を発生させることにより、コイル端部３ａに加熱処理を施している。具体的には、コイル３を収容したステータ１を前記加圧治具５にセットしてねじを用いて一定の圧力を加えて保持した状態で、前記コイル３に、可変抵抗器を有する電源（図示せず）を接続し、所定の交流電圧を印加してコイル３にジュール熱を発生させることにより、コイル端部３ａを加圧した状態で加熱処理する。この場合、前記コイル３におけるＵ，Ｖ及びＷ相の線に電源を接続し、これらの３相の交流電流を通電させる。
【００２１】
なお、前記コイル３には、温度測定器（図示せず）を接続し、交流電圧を印加している間は、コイル３の温度を管理する。さらに、電流は５０Ｈｚの交流電流を２００ｍＡで約１時間程度通電させることが好ましい。
【００２２】
次いで、第３実施形態によるコイル端部の短縮処理装置について、図７〜図１４を用いて説明する。
【００２３】
図７は、加圧治具５によりコイル端部３ａを加圧圧縮している状態を詳細に示した断面図である。加圧治具５は、コイル端部３ａにおける、ステータ１の内周側を押さえる内周側保持部材としての一対の内周側保持リング７と、同外周側を押さえる外周側保持部材としての一対の外周側保持リング９と、ステータ１の軸方向（図７中で上下方向）端部側を押さえる端部保持具としての一対の端部保持リング１１と、端部保持リング１１のさらに軸方向外側に配置されて相互にねじ１３により締結固定される一対の押圧固定具としての押圧固定リング１５とを備えている。これらの端部保持リング１１と押圧固定リング１５とで端部保持部材を構成している。
【００２４】
なお、前述した内周側保持リング７、外周側保持リング９、端部保持リング１１及び押圧固定リング１５は、図７に示すように、いずれも同形状のものを図７中で上下一対使用するが、以後の説明では、図７中で上部側のものについて行うものとし、下部側のものについては、上部側のものと同様であるため、説明は省略する。
【００２５】
図８は押圧固定リング１５の底面図、図９は図８のＡ−Ａ線による断面図である。この押圧固定リング１５は、端部保持リング１１の上部側の端面を押圧する外側リング部１７と、外側リング部１７の外周側にて図９中で下方に突出する中間リング部１９と、中間リング部１９の先端（図９中で下端）に対向する位置にある内側リング部２１とを備えている。中間リング部１９および内側リング部２１は、外側リング部１７に対し、外径が同一寸法で、内径が外周側保持リング９の外側に位置するよう小さく形成されている。
【００２６】
中間リング部１９と内側リング部２１とは、図８に示すように、円周方向に沿って９０度間隔の位置において、ボス部２３によって連結されるとともに、隣接するボス部２３相互の中間位置において、連結柱２５によって連結されている。
【００２７】
ボス部２３および、ボス部２３に対応する内側リング部２１、中間リング部１９には、前記図７に示すねじ１３がねじ込まれる雌ねじ２７が形成されている。この雌ねじ部２７は、一対の押圧固定リング１５相互で互いに逆向きのねじ部となっており、これに対応して、ねじ１３も両端に形成されている雄ねじ部１３ａ（図７参照）が違いに逆向きのねじとなっている。
【００２８】
ボス部２３は、断面が正四角形、つまり全体として正四角柱形状を呈しており、正四角形の対角線上の２つの頂点がリングの半径方向に対応する位置となっている。また、連結柱２５は、断面が四角形の四角柱であり、リングの中心側に位置する頂点部位が鋭角で、その反対側の頂点部位がほぼ９０度となるような四角柱となっている。
【００２９】
図１０は、外周側保持リング９の底面図、図１１は図１０のＢ−Ｂ線による断面図である。この外周側保持リング９は、押圧固定リング１５の外側リング部１７側に位置する外側リング部３１と、ステータ１側に位置する内側リング部３３とが、図８に示した押圧固定リング１５における連結柱２５と同様の連結柱３５によって連結されている。該連結柱３５は、円周方向等間隔に８カ所設けてあり、図７に示す組み付け時においては、押圧固定リング１５における連結柱２５およびボス部２３に対応する位置でも良いが、対応しない位置でも良い。
【００３０】
外周側保持リング９の内径は、外周側保持リング９内に端部保持リング１１が密着した状態で収容できるよう、端部保持リング１１の外径より僅かに大きく形成されている。また、外周側保持リング９のステータ１側の内側周縁部には、図７の組み付け時にて、ステータ１の外周縁角部が入り込む切欠部３９が形成されている。
【００３１】
図１２は、内周側保持リング７の底面図、図１３は図１２のＣ−Ｃ線による断面図である。この内周側保持リング７は、外周側保持リング９と同様に、押圧固定リング１５の外側リング部１７側に位置する外側リング部４１と、ステータ１側に位置する内側リング部４３とが、押圧固定リング１５における連結柱２５と同様な連結柱４９によって連結されている。ただし、この連結柱４９は、リングの半径方向外側の頂点部位が鋭角となるよう形成されており、連結柱４９は、円周方向等間隔に８カ所設けてある。
【００３２】
内周側保持リング７の外径は、端部保持リング１１内に内周側保持リング７が密着した状態で収容できるよう、端部保持リング１１の内径より僅かに小さく形成されている。また、内周側保持リング７のステータ１側の外側周縁部には、図７の組み付け時にて、ステータ１の内周縁角部が入り込む切欠部５３が形成されている。
【００３３】
図１４は、端部保持リング１１の底面図である。この端部保持リング１１は、単なるワッシャ状のリング部材であり、コイル端部３ａにおけるステータ１の軸方向端部（図７中でコイル端部３ａの上面）にセットされる。
【００３４】
なお、前述した加圧治具５の各構成要素、即ち、内周側保持リング７、外周側保持リング９、端部保持リング１１、押圧固定リング１５及び挿入片５５は、いずれもフッ素樹脂製のものを用いる。
【００３５】
次に、コイル３が収容されたステータ１に対する加圧治具５の組み付け手順を説明する。なお、加圧治具５を組み付ける際には、図２に示したように、ハンドプレスなどによってコイル端部３ａが、予め、例えば６０ｋＮ程度の圧力で加圧圧縮されている。
【００３６】
まず、ステータ１の端面とコイル端部３ａとの間に、挿入片５５をステータ１の外周側に対し先端部６３側から挿入し、さらに挿入片５５の外側に、図１０及び図１１に示す外周側保持リング９を嵌め込む。このとき、外周側保持リング９は、切欠部３９にステータ１の外周縁角部が入り込み、かつ内周面の一部がコイル端部３ａにおけるステータ外周側に当接した状態となる。
【００３７】
さらに、図１２及び図１３に示した内周側保持リング７を、ステータ１の内周側に嵌め込む。このとき、内周側保持リング７は、切欠部５３にステータ１の内周縁角部が入り込み、かつ外周面の一部がコイル端部３ａにおけるステータ内周側に接触した状態となる。
【００３８】
外周側保持リング９及び内周側保持リング７は、ステータ１にそれぞれ組み付けられた状態で、ステータ１の軸方向（図７中で上下方向）両端部がコイル端部３ａより軸方向の外側に突出して相互間に隙間を形成しており、この隙間に、端部保持リング１１を嵌め込んでコイル端部３ａのステータ軸方向外側の端部に当接させる。この状態では、端部保持リング１１における軸方向側の端部は、外周側保持リング９および内周側保持リング７における軸方向側の端部よりさらに軸方向外側に突出した状態となっている。
【００３９】
この状態で、図８及び図９に示す押圧固定リング１５を、図７中における上下方向から被せる。このとき、ねじ１３を、あらかじめ各押圧固定リング１５の雌ねじ２７に少しねじ込んでおき、ねじ１３の中央部を工具により保持して回転させることで、互いに逆ねじとなっている雄ねじ部１３ａ，１３ａが、一対の押圧固定リング１５の各雌ねじ２７，２７にそれぞれねじ込まれていく。
【００４０】
コイル端部３ａのステータ端面からの突出量が目標値となるように、すべてのねじ１３の締結作業が終了すると、押圧固定リング１５の外側リング部１７が端部保持リング１１を上下から押し付けて、コイル端部３ａの軸方向の端部が図７中で上下に圧縮されるとともに、ステータ内周側および外周側の側部（図７中で左右両側部）が、内周側保持リング７および外周側保持リング９によりそれぞれ押さえ付けられて、コイル端部３ａの整形が施される。
【００４１】
この時点においても、端部保持リング１１における軸心方向側の端部は、図２に示されているように、外周側保持リング９および内周側保持リング７における軸心方向側の端部よりさらに軸心方向外側に突出した状態となっており、端部保持リング１１によるコイル端部３ａに対する加圧動作は確保されている。また、挿入片５５がステータ１の端面とコイル端部３ａとの間に挿入されているので、上記した加圧圧縮作業により、挿入片５５の傾斜面によってコイル端部３ａがステータ１の軸心方向に押し付けられ、コイル端部３ａがよりコンパクトに整形される。
【００４２】
なお、前記内周側保持リング７、外周側保持リング９及び端部保持リング１１のコイル３に接触する面には、コイル３によって傷がつかないように、硬質クロムメッキののちバフ研磨を施している。
【００４３】
【実施例】
次いで、実施例を通して本発明を具体的に説明する。
【００４４】
本実施例では、ケイ素鋼板で一体成形したステータにコイルを収納した試料を準備し、この試料のコイル端部を、前記第１実施形態による方法で加圧圧縮した状態で、各種の温度で加熱した場合のコイル端部の高さとスプリングバック量を測定した。測定値を表１に示す。なお、コイルを構成する線材は、昭和電線電纜株式会社製のユニマック（ＡＩ−３００ＴｙｐｅＭ）（商品名）であり、線径はφ０．６〜１．２ｍｍのものを用いた。この線材は、銅線の外側に絶縁皮膜が２層になってコーティングされたもので、耐熱仕様は２００℃である。
【００４５】
【表１】

この表１を簡単に説明する。コイル端部のリード側とは、図１における上側のコイル端部３ａを示し、反リード側とは、図１の下側のコイル端部３ａを示している。このコイル端部３ａを、リード側においては１４．５ｍｍの高さまで加圧圧縮し、反リード側においては１１．５ｍｍまで加圧圧縮した。こののち、本発明例では、２００℃程度に昇温させておいた加熱炉内にコイルとステータを収容して、試料自体の温度を１９６．５℃にした状態で約３０分間〜１時間程度保持することによって、本発明に係る短縮処理を施した。
【００４６】
この本発明例によれば、リード側のコイル端部３ａの高さが１５．３ｍｍとなり、スプリングバック量は０．８ｍｍであった。また、反リード側のコイル端部３ａの高さは１２．２ｍｍとなり、スプリングバック量は０．８ｍｍであった。
【００４７】
なお、比較例１では、加熱処理を施さず、比較例２では、試料温度が１２７．２℃になるまで加熱処理を行った。
【００４８】
前記表１から明らかなように、約２００℃で加熱処理を行うとスプリングバック量が非常に小さくなり（本発明例）、全く加熱しない場合（比較例１）及び加熱温度が１５０℃よりも低い場合（比較例２）は、スプリングバック量が大きくなることが判明した。
【００４９】
以上述べたように、本発明に係るモータのコイル端部の短縮処理方法、及び短縮処理装置は、第１〜第３実施形態に例をとって説明したが、勿論、これらの各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による短縮処理を施す前のステータを示す断面図である。
【図２】第１実施形態による短縮処理中のハンドプレスを用いた加圧工程を示す断面図である。
【図３】第１実施形態による短縮処理中の加圧装置を用いた加圧圧縮工程を示す断面図である。
【図４】第１実施形態による短縮処理中の加熱処理工程を示す断面図である。
【図５】第１実施形態による短縮処理を施した後のステータを示す断面図である。
【図６】加熱処理を施した銅製の線材に対する引張強さと加熱温度との関係を示すグラフである。
【図７】図３を拡大して詳細に示す断面図である。
【図８】図７の加圧装置を構成する押圧固定リングの底面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線による断面図である。
【図１０】図７の加圧装置を構成する外周側保持リングの底面図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図１２】図７の加圧装置を構成する内周側保持リングの底面図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線による断面図である。
【図１４】図７の加圧装置を構成する端部保持リングの底面図である。
【符号の説明】
１ステータ
３コイル
３ａコイル端部
５加圧治具（加圧装置）
６加熱炉（加熱装置）

Claims

ステータ内に該ステータの軸方向に延長して収容されたコイルの端部をステータの軸方向に短縮するコイル端部の短縮処理方法において、前記コイルの端部をステータの軸方向に加圧圧縮しながら、このコイル端部に加熱処理を施すことを特徴とするモータのコイル端部の短縮処理方法。
前記加熱処理を１５０〜２５０°の温度にて行うことを特徴とする請求項１に記載されたモータのコイル端部の短縮処理方法。
前記加熱処理を、前記ステータとコイルを加熱炉内に収容して保持することにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載されたモータのコイル端部の短縮処理方法。
前記加熱処理を、前記コイル端部に電流を流してジュール熱を発生させることにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載されたモータのコイル端部の短縮処理方法。
ステータ内にステータの軸方向に延長して収容されたコイルの端部をステータの軸方向に短縮するコイル端部の短縮処理装置において、前記コイルの端部をステータの軸方向に加圧保持する加圧装置と、コイル端部を加熱する加熱装置とを備え、前記加圧装置によって前記コイル端部を加圧圧縮した状態を保持しつつ、前記加熱装置によってコイル端部に加熱処理を施すことを特徴とするモータのコイル端部の短縮処理装置。