JP2005319479A - 異形断面コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して異形断面コイルを製造できる異形断面コイルの製造方法を提供する。
【解決手段】一連の線材３を芯材３１に巻回して略柱形のコイル連接体２１を作製し、そのコイル連接体２１を成形型３３により略樽形にプレス成形した後、そのコイル連接体２１を２つに分割して略切頭錐形の２つのコイル１を作製する。プレス成形は複数の成形型３３を用いて段階的に行うのがよい。成形板３３の上型３５と下型３７とは互いに近接する方向に同時に駆動してプレス成形を行うのがよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ等に適した異形断面コイルの製造方法に関する。

ハイブリッド車、電気自動車等の駆動用モータの高効率化、高出力化のためにモータ用コイルの占積率の向上が有効である。この占積率を向上させる方法として、従来の一定断面形状の線材を巻くのに対し、コイルの巻回経路上の位置に応じて線材の断面形状を変化させる方法が提案されている。

図１８は、本発明に係る異形断面コイルの製造方法が適用されるコイルの斜視図である。このコイル１は、図１８に示すように、略切頭錐形の外観形態を有し、その線材３の断面形状が、小径側（図１８の下側）の端部から大径側（図１８の上側）の端部に向けて徐々に扁平に変化している。コイル１の両端部には、電気接続のための引出部５，７が設けられている。なお、図１８に示すコイル１は、ほぼ四角錐の頭部を切除したような外観形態（略切頭四角錐形の形態）を有している。

このようなコイル１の製造方法としては、図１９に示すように、線材３を芯材９に螺旋状に巻回して略柱形の中間コイル体１１を形成し、その中間コイル体１１を成形型１３内にセットして軸方向にプレスして成形する方法が提案されている。

しかしながら、図１９に示す単純にプレスして成形する方法では、中間コイル体１１の挫屈が生じ、うまく成形できない場合が多い。図２０（ａ）ないし図２０（ｃ）は図１９に示す方法によるプレス時の成形型内の途中経過を段階的に示す模式図であり、挫屈が生じた場合について示している。

挫屈の原因としては、（ａ）プレス時の垂直抗力の増大により成形型１３の上型１３ａと中間コイル体１１との間に大きな摩擦力が発生し、中間コイル体１１の外径寸法が拡大される上端部分の径方向外方への十分な滑り移動が得られない点、及び、（ｂ）プレスによって中間コイル体１１は中央部が樽形に広がるため、中央部の広がったことろに上部材料が挫屈して入り込んでしまう点などが考えられる。

本発明の解決すべき課題は、安定して異形断面コイルを製造できる異形断面コイルの製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、２つの中間コイル体を形成し、略樽形のキャビティを形成する成形型内に前記２つの中間コイル体を軸方向に連ねて配置し、前記中間コイル体を前記成形型により軸方向にプレスし、前記２つの中間コイル体を全体として略樽形に成形することにより、前記２つの中間コイル体により２つの異形断面のコイルを製造する。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係る異形断面コイルの製造方法において、前記成形型は段階的なキャビティを有する複数の成形型からなり、各成形型による複数回のプレス成形によって段階的な変形により所定形状の異形断面のコイルを製造する。

また、請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に係る異形断面コイルの製造方法において、プレス成形を行う工程にて、互いに対向配置されて前記成形型を構成する一対の型を互いに近接する方向に同時に駆動してプレス成形を行う。

また、請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係る異形断面コイルの製造方法において、前記２つの中間コイル体を形成する工程にて、前記２つの中間コイル体は、一連の線材により軸方向に連なって連続的に形成される。

また、請求項５の発明では、請求項４の発明に係る異形断面コイルの製造方法において、前記２つの中間コイル体を形成する工程にて、前記２つの中間コイル体は、一定断面形状の線材により形成される。

請求項１に記載の発明によれば、略樽形のキャビティを形成する成形型内に２つの中間コイル体を軸方向に連ねて配置し、中間コイル体を成形型により軸方向にプレスし、２つの中間コイル体を全体として略樽形に成形するため、プレス時に各中間コイル体が挫屈することなく、安定して異形断面コイルを製造することができる。

請求項２に記載の発明によれば、複数の成形型を用いて段階的にプレス成形を行うことにより、成形による変形の程度が大きな異形断面コイルであっても、挫屈等を生じることなく安定して製造することができる。

請求項３に記載の発明によれば、互いに対向配置されて成形型を構成する一対の型を互いに近接する方向に同時に駆動してプレス成形を行うことにより、２つの中間コイル体全体の略樽形の形態を、対称に精度よく仕上げることができ、より形状の揃った異形断面コイルを製造することができる。

請求項４に記載の発明によれば、２つの中間コイル体は一連の線材により軸方向に連なって連続的に形成されるため、２つの中間コイル体の作製を容易かつ効率的に行うことができ、その結果、異形断面コイルを容易かつ効率的に製造できる。

請求項５に記載の発明によれば、一定断面形状の線材を使用するため、線材製造時における断面形状の制御が容易であり、また中間コイル体の作製時にも巻き付け力の制御等が容易であるため、異形断面のコイルを容易に製造できる。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る異形断面コイルの製造方法では、大略的に、図１に示すような略樽形（ここでは、矩形形の断面形状を有する略矩形樽形）の外観形態を有するコイル連接体２１を作製し、そのコイル連接体２１を軸方向の中央部で２分割することにより、前述の図１８に示す略切頭錐形の外観形態を有する２つの異形断面のコイル１を作製する。すなわち、コイル連接体２１は、２つの中間コイル体２３Ａ，２３Ｂを軸方向に連続的に連ねて構成されており、分割された各中間コイル体２３Ａ，２３Ｂがそれぞれ異形断面のコイル１になる。

この図１のコイル連接体２１は、その中央部を境に上下の部分が上下反転に対して略対称な形態を有しており、上下の端部に電線接続のための引出部２５，２７が形成され、中央部に平面視略コ字状に外方に張り出して巻回された張り出し部２９が形成されている。この張り出し部２９を切断することにより、上下の部分を容易に分割することができるとともに、残った張り出し部２９の部分によって電気接続用の引出部が形成できるようになっている。

本実施形態に係る製造方法について以下に詳細に説明する。

まず、コイル連接体２１の作製が行われる。その作製は、図２に示すように、一定断面形状（例えば、略矩形断面形状）の線材３を所定の芯材２９の周囲に螺旋状に巻回することにより行われる。芯材３１は一定の略矩形断面を有しているため、略柱形の形態のコイル連接体２１が作製される。このコイル連接体２１の上下端には引出部２５，２７が形成され、中央部には張り出し部２９が形成されている。

続いて、作製されたコイル連接体２１は、図３に示すように、芯材３１に巻回された状態で成形型３３内にセットされ、プレス成形が行われる。成形型３３は、セットされた芯材３１の周囲に略樽形（ここでは、略矩形樽形）のキャビティ３４を形成する上下に対向配置された一対の上型３５と下型３７とを備えて構成され、上型３５を下型３７側にプレス機構４７（図６参照）で駆動することにより、プレス成形を行う。成形型３３等の詳細な構成については後述する。なお、本実施形態では上下に対向配置された上型３５及び下型３７により成形型３３を構成したが、水平方向等に対向配置された他の一対の型を用いて成形型３３を構成してもよい。

図３に示す状態から上型３５が下降されてプレスが行われると、成形型３３内では、上型３５の下降に伴って図４（ａ）ないし図４（ｃ）に模式的に示すように成形が進んでゆき、最終的に図４（ｃ）及び図５に示す状態となる。すなわち、プレスが始まると、図４（ａ）に示すようにコイル連接体２１の中央部が外方に略樽形に広がってゆき、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すようにコイル連接体２１の外周が成形型３３のキャビティ３４内周面に沿うようにしてプレス成形が行われる。なお、図４（ａ）ないし図４（ｃ）及び図５に示す図は、コンピュータによる解析結果に基づくものである。

ここで、芯材３１については、線材３を芯材３１に巻回してコイル連接体２１を作製する際の芯材３１と、コイル連接体２１と共に成形型３３内に設置する芯材３１とは別のものであってもよい。

そして、プレスが完了した図５に示す状態では、コイル連接体２１が、芯材３１の外周と成形型３３の内周とによって形成されたキャビティ３４の形状に応じた略樽形の形態に成形される。なお、図３及び図５に示す符号５７ｂは張り出し部２９に対応して設けられた逃げ部である（詳細は後述する）。

コイル連接体２１の成形が終了すると、前述のようにコイル連接体２１を中央部で２分割することにより、２つの異形断面のコイル１を作製する。

図６は本実施形態に係る製造方法に用いられるプレス成形機の全体構成を示す右側面図であり、図７はそのプレス成形機の金型ユニット周辺の正面図であり、図８はその金型ユニット周辺の平面図である。

このプレス成形機４１は、図６ないし図８に示すように、金型ユニット４３と、ベース４５と、プレス機構４７とを備えて構成されている。金型ユニット４３は、前記成形型３３と、その成形型３３を外囲して保持するホルダ５１とを備えて構成され、ベース４５上に設置される。

成形型３３の上型３５及び下型３７は、上下反転に対して互いに略対称な形態を有し、略樽形のキャビティ３４の上下半分ずつを形成する。上型３５は上型本体部５３及び上蓋部５５を備え、下型３７は下型本体部５７及び下蓋部５９を備えている。

上型本体部５３には、図９（ａ）ないし図９（ｃ）に示すように、下型本体部５７と伴ってキャビティ３４を形成するキャビティ形成部５３ａが設けられ、その下面側（上下反転した図９（ａ）の配置状態では上面側）におけるキャビティ形成部５３ａの周辺部には、コイル連接体２１の張り出し部２９のための凹状の逃げ部５３ｂが形成されている。また、上型本体部５３の上面側には、上側の引出部２５のための溝状の逃げ部５３ｃが形成されている。このような上型本体部５３は、分割線Ｌ１で２つのブロック５３Ａ，５３Ｂに分割されている。

ここで、逃げ部５３ｂは、平面視略コ字状の張り出し部２９の約半分の部分に対応するように平面視略Ｌ字状に設けられており、後述する下型本体部５７の逃げ部５７ｂと連なって、この逃げ部５３ｂ，５７ｂの全体で張り出し部２９全体をカバーするようになっている。

上蓋部５５には、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、芯材３１が挿通される貫通孔５５ａが設けられるとともに、その下面側（上下反転した図１０（ａ）の配置状態では上面側）には、コイル連接体２１の上端部における引出部２５が設けられる部分の脇部分６１を凹ませるための凸部５５ｂが設けられている。この凸部５５ｂによって引出部２５が設けられるコイル連接体２１の部分を無理なくほぼ平坦な形態に成形することができる。

下型本体部５７には、図１１（ａ）ないし図１１（ｃ）に示すように、上型本体部５３と伴ってキャビティ３４を形成するキャビティ形成部５７ａが設けられ、その上面側におけるキャビティ形成部５７ａの周辺部には、コイル連接体２１の張り出し部２９のための凹状の逃げ部５７ｂが形成されている。また、下型本体部５７の下面側には、下側の引出部２７のための溝状の逃げ部５７ｃが形成されている。このような下型本体部５７は、上型本体部５３と同様に、分割線Ｌ２で分割された２つのブロック５７Ａ，５７Ｂから構成されている。

下蓋部５９には、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、芯材３１が挿通される貫通孔５９ａが設けられるとともに、その上面側には、コイル連接体２１の下端部における引出部２７が設けられる部分の脇部分６３を凹ませるための凸部５９ｂが設けられている。

プレス機構４７は、図６に示すように、金型ユニット４３の成形型３３に下向きに圧縮力を与えるプレッシャーパンチ６５と、そのプレッシャーパンチ６５を駆動する図示しない駆動機構とを備えて構成されている。プレッシャーパンチ６５は、パンチホルダ６７及びシャンク６９を介して駆動機構に連結される。

このように、本実施形態では、このようなプレス成形機４１を用いて略柱形のコイル連接体２１を略樽形にプレス成形した後、そのコイル連接体２１を２つに分割して略切頭錐形の２つのコイル１を作製するため、プレス時にコイル連接体２１の各部分が挫屈することなく、安定して異形断面のコイル１を製造することができるようになっている。これは、主に次のような理由によるものと推測できる。

すなわち、第１の理由として、コイル連接体２１のプレス時にはコイル連接体２１の上下端に圧力が加わり、成形型３３との間の摩擦力が発生するが、本実施形態のように略樽形に成形する構成では、コイル連接体２１の上下端と成形型３３との間に径方向に沿った滑りを必要としないため、この部分の成形型３３との間の摩擦力が問題とならないことが考えられる。

また、第２の理由として、プレス時にコイル連接体２１は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、その中央部が自由据え込みにより略樽形に外方に広がるが、その広がった分が略樽形のキャビティ３４の内周面に自然に沿うようになっているため、この点からも挫屈が生じ難くなっていると考えられる。

また、本実施形態によれば、一連の線材３を巻回して２つコイル１に相当するコイル連接体２１を連続的に形成するため、コイル連接体２１の作製を容易かつ効率的に行うことができ、その結果、異形断面のコイル１を容易かつ効率的に製造できる。

また、本実施形態によれば、一定断面形状の線材３を使用してコイル連接体２１を作製するため、線材３製造時における断面形状の制御が容易であり、またコイル連接体２１の作製時にも巻き付け力の制御等が容易であるため、異形断面のコイル１を容易に製造できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る異形断面コイルの製造方法について説明する。

まず、本実施形態に係る製造方法が必要とされる理由を説明する。すなわち、成形前後における形態変化の度合いが大きい場合（成形の度合いが大きい場合）には、一度のプレス成形でコイル連接体２１の成形を行おうとすると、図１３に示すように挫屈が生じてうまく成形できない場合が多くなる。図１３に示す例では、矢印Ａ１，Ａ２で示す部分で挫屈が生じている。なお、この図１３及び後述の図１４（ａ）ないし図１４（ｄ）に示す図は、コンピュータによる解析結果に基づくものである。

そこで本実施形態では、図１４（ａ）ないし図１４（ｄ）で示すように、コイル連接体２１のプレス成形を、複数（ここでは２つ）の成形型３３Ａ，３３Ｂを用いて複数回（ここでは２回）に分けて段階的に行うようになっている。１回目の成形で使用される成形型３３Ａは、中間段階の略樽形に設定されたキャビティ３４Ａを有しており、２回目の成形で使用される成形型３３Ｂは、成形すべきコイル連接体２１の最終形態に対応した略樽形に設定されたキャビティ３４Ｂを有している。

そして、略柱形のコイル連接体２１を、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、成形型３３Ａにより中間段階の略樽形形状にプレス成形する。続いて、その中間段階の形態に成形されたコイル連接体２１を、図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）に示すように、成形
型３３Ｂにより最終段階の略樽形形状にプレス成形する。

よって、本実施形態によれば、上記第１実施形態の場合とほぼ同様な効果が得られるとともに、複数の成形型３３Ａ，３３Ｂを用いて段階的にプレス成形を行うことにより、成形による変形の程度が大きな異形断面のコイル１であっても、挫屈等を生じることなく安定して製造することができる。

＜第３実施形態＞
図１５は、本発明の第３実施形態に係る異形断面コイルの製造方法の説明図である。本実施形態に係る製造方法が上記の第１実施形態及び第２実施形態に係る製造方法と異なる点は、成形型３３の上型３５及び下型３７の両方を駆動してプレス成形を行うようにした点及びそれに関連する点のみであり、互いに対応する部分には同一の参照符号を付す等して説明を省略する。

本実施形態では、図１５の矢印Ａ３，Ａ４で示すように、成形型３３の上型３５及び下型３７の両方を互いに近接する方向に略同一速度で同時に駆動することにより、コイル連接体２１のプレス成形を行うようになっている。上型３５及び下型３７の駆動は、図示しない上下のプレッシャーパンチによって行われる。

こうすることにより、プレス時にコイル連接体２１の上下の部分に同様な圧縮力を加えることができ、成形されたコイル連接体２１の上下の部分の形状が非対称になるのを防止することができる。図１６は本実施形態に係る方法を上記第２実施形態に適用した場合のコンピュータ解析の結果を示すものであり、前述の図１４（ｄ）の解析結果よりも良好な成形形状を得られていることが分かる。

よって、本実施形態によれば、上記第１実施形態及び第２実施形態とほぼ同様な効果が得られるとともに、コイル連接体２１の略樽形の仕上がり形態を、上下対称に精度よく仕上げることができ、より形状の揃った異形断面のコイル１を製造することができる。

＜適用例＞
次に、上記各実施形態に係る製造方法により製造された異形断面のコイル１の適用例について説明する。この適用例では、図１７に示すように、コイル１がモータのステータ用コアに組み込まれており、複数のコイル１が、周方向に等間隔で離隔して配置された複数のコア７１に挿入されて配設されている。

本発明の第１実施形態に係る異形断面コイルの製造方法による製造過程で作製される略樽形に形成されたコイル連接体の斜視図である。 コイル連接体の形成工程の説明図である。 コイル連接体がプレス成形される際の説明図である。 図４（ａ）ないし図４（ｃ）はプレス時の成形型内の途中経過を段階的に示す説明図である。 プレス終了時における成形型内の状態を示す説明図である。 プレス成形機の全体構成を示す右側面図である。 図６のプレス成形機の金型ユニット周辺の正面図である。 図７の金型ユニット周辺の平面図である。 図９（ａ）ないし図９（ｃ）は上型本体部をその下面側を上側に向けて配置した状態の平面図、右側面図及び正面図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は上蓋部をその下面側を上側に向けて配置した状態の平面図及び右側面図である。 図１１（ａ）ないし図１１（ｃ）は下型本体部の平面図、右側面図及び正面図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は下蓋部の平面図及び右側面図である。 プレス成形によりコイル連接体に挫屈が生じた状態を示す説明図である。 図１４（ａ）ないし図１４（ｄ）は本発明の第２実施形態に係る異形断面コイルの製造方法の製造工程を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る異形断面コイルの製造方法の説明図である。 第３実施形態に係る方法を第２実施形態に適用した場合のコンピュータ解析の結果を示す図である。 異形断面コイルの適用例を示す図である。 本発明に係る異形断面コイルの製造方法が適用されるコイルの斜視図である。 提案例に係る異形断面コイルの製造方法の説明図である。 図２０（ａ）ないし図２０（ｃ）は図１９の方法によるプレス時の成形型内の途中経過を段階的に示す説明図である。

符号の説明

１ コイル
３ 線材
２１ コイル連接体
２５，２７ 引出部
２９ 張り出し部
３１ 芯材
３３，３３Ａ，３３Ｂ 成形型
３４，３４Ａ，３４Ｂ キャビティ
３５ 上型
３７ 下型

Claims (5)

1. ２つの中間コイル体を形成し、
   略樽形のキャビティを形成する成形型内に前記２つの中間コイル体を軸方向に連ねて配置し、前記中間コイル体を前記成形型により軸方向にプレスし、前記２つの中間コイル体を全体として略樽形に成形することにより、前記２つの中間コイル体により２つの異形断面のコイルを製造することを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
2. 請求項１に記載の異形断面コイルの製造方法において、
   前記成形型は段階的なキャビティを有する複数の成形型からなり、各成形型による複数回のプレス成形によって段階的な変形により所定形状の異形断面のコイルを製造することを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の異形断面コイルの製造方法において、
   プレス成形を行う工程にて、互いに対向配置されて前記成形型を構成する一対の型を互いに近接する方向に同時に駆動してプレス成形を行うことを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の異形断面コイルの製造方法において、
   前記２つの中間コイル体を形成する工程にて、前記２つの中間コイル体は、一連の線材により軸方向に連なって連続的に形成されることを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
5. 請求項４に記載の異形断面コイルの製造方法において、
   前記２つの中間コイル体を形成する工程にて、前記２つの中間コイル体は、一定断面形状の線材により形成されることを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
   

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