JP2006238641A - コイルブロックのコイル接合構造及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルブロックのコイル端部を接合するための作業を自動化するのに適したコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法を提供すること。
【解決手段】 ティース３ごとにコイル７を巻回して独立させた複数のコイルブロック５を円周方向に配列してステータ１を組み立て、その各コイルブロック５におけるコイル７間の接続を、コイル７の端部をバスリング１０に突設された複数のバスバー１１に対し通電かしめによる接合によって行ったものであって、コイルブロック５に巻回されたコイル７の端部に導電性の接合部材１２が装着され、その接合部材１２が、バスバー１１とともに一対の電極に挟み込まれ、電圧をかけながらプレスする通電かしめによってコイル７が接合部材１２とともにバスバー１１に接合されたコイルブロックのコイル接合構造。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイルを予め巻回したコイルブロックをティースごとに配置するようにして構成するステータについて、単独で設けられたコイルブロックのコイル同士を電気的に接続するコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法に関し、エナメルで被覆されたままのコイル端部を、導電性の接合部材を使用し一対の電極によって通電かしめするコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法に関する。

ハイブリッド車両などの交流モータに用いられるステータ（固定子）としては、環状のヨークから中心方向へ突設したティースにコイル（固定子巻線）を巻回した構造のものが一般的であるが、高い占積率を得るためコイルをティースごとに予め巻回した、いわゆるコイルブロックを作成し、これを円周状に配置して装着するようにしたものも提案されている。特開２００１−２５１９８号公報には、そうしたコイルブロックを使用して構成したモータであって、コイルに関して高い占積率が得られ、取り扱い性や生産性に優れたものが開示されている。ここで、図６は、同公報に記載された前記ステータアッセンブリの組み立て図であり、図７は、そのステータアッセンブリの主要構成であるステータ部の組み立て方法および構造を示した斜視図である。また、図８は、ステータアッセンブリの平面図である。

ステータ１００は、図７に示したように、複数のコイルブロック１１０が同一円周状に配列され、ステータ保持リング１０１に圧入固定される。本従来例の各コイルブロック１１０は、ティース部とヨーク部を構成するように略Ｔ型に打ち抜かれたケイ素鋼板を積層したステータ片１１１が、一対のボビン状インシュレータ１１２によって挟み込まれ、その周りにコイル１１３が巻回されている。このコイルブロック１１０を圧入したステータ１００には、各コイル１１３の他端１３１同士を接続するための中性点用のバスリング１２１と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ片に巻回されている全てのコイル１１３Ｕ，１１３Ｖ，１１３Ｗに励磁電流を供給するためのバスリング１２２，１２３，１２４とがセットされる。

各バスリング１２２，１２３，１２４は積み上げるようにセットされ、給電端子１２５がそれぞれ一か所づつ形成されている。各給電端子１２５は、駆動電流を供給するためのバスバー１２６を介してターミナルホルダに導かれる。前記各バスリング１２２，１２３，１２４の内周端部には、中心方向に複数の突起状端子１２７がそれぞれ形成され、バスリング１２１の外周端部からは、放射方向に複数の突起状端子１２８が形成されている。

バスリング１２２の各突起状端子１２７には、図８に示すように、接続端子としてのターミナル１３０の一端がかしめられ、ターミナル１３０の他端には、Ｕ相のステータ片に巻回されたコイル１１３Ｕの一端１３１がかしめられる。従って、２つおきに配置されたＵ相の各ステータ片に巻回された各コイル１１３Ｕの一端１３１同士は、バスリング１２２を介して共通接続されることになる。同様に、Ｖ相の各ステータ片１１１に巻回された各コイル１１３Ｖの一端１３１同士は、バスリング１２３を介して共通接続され、Ｗ相の各ステータ片に巻回された各コイル１１３Ｗの一端１３１同士は、バスリング１２４を介して共通接続されることになる。

一方、バスリング１２１の各突起状端子１２８には、同じく図８に示すように、ターミナル１３０の一端がかしめられ、ターミナル１３０の他端には、各相のステータ片に巻回されたコイルの他端１３１がかしめられている。したがって、全てのステータ片に巻回された各コイル１１３の他端１３１同士は、バスリング１２１を介して共通接続されることになる。すなわち、バスリング１２１はスター結線の中性点に相当している。

よって、このステータ１００は、コイルブロック１１０を円周状に配置することによって組み立てられ、各ステータ片１１１に巻回されるコイル１１３は独立しているため、コイル端部を各バスリング１２２，１２３，１２４に接合することにより、同相のコイル１１３同士が電気的に接続される。従って、各コイルブロック１１０はコイル１１３を含めて単独で取り扱うことができ、その取り扱い性およびステータ１００を組み上げる際の生産性が向上する。

ところで、コイル１１３は絶縁のためエナメルで被覆されているため、その先端を硫酸槽などに漬けて溶かしたものを使用するが、作業の安全性を考慮すると硫酸の使用は好ましくない。そこで従来は、図９に示すリング付きバスバーを備えたバスリングを利用したコイルブロックのコイル接合方法が採用されている。このバスリング１５０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相及び中性点用のバスリングが一体に積層されたものであり、複数のコイルの端子を差し込むことができるリング部１５２が先端に形成されたバスバー１５１が形成されている。

これによれば、図１０に示すように、エナメルで被覆されたままのコイル１１３のコイル端部１１３ａをバスバー１５１のリング部１５２に挿入する。その後、図１１に示すように、そのリング部１５２を電極１６１，１６２により上下から挟み込み電圧ををかけながらプレスする。すると、リング部１５２を介して挟み込んだ上下の電極１６１，１６２が通電し、コイル端部１１３ａのエナメル皮膜が加熱により炭化して消失するため、コイル１１３の銅線がバスバー１５１に接触してバスリング１５０に導通するようになる。
特開２００１−２５１９８号公報（第３−５頁、図７、図８、図１１）

こうしたコイルブロックのコイル接合方法は、硫酸などを使用することなく、エナメル皮膜の除去して電気的に接続する接合を一度に行うことができる点で、安全であり、作業効率も良いため生産性にも優れる。しかしながら、円周状に配置された複数のバスバー１５１に対し、コイル端部１１３ａを１本づつリング部１５２に差し込む作業が必要になるため、これを自動化するには精密なロボットが必要となる。従って、従来のコイルブロックのコイル接合方法は、安全で生産性に優れる方法であっても、自動化のための精密な作業ロボットにコストがかかってしまう問題があった。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、コイルブロックのコイル端部を接合するための作業を自動化するのに適したコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法を提供することを目的とする。

本発明に係るコイルブロックのコイル接合構造は、ティースごとにコイルを巻回して独立させた複数のコイルブロックを円周方向に配列してステータを組み立て、その各コイルブロックにおけるコイル間の接続を、コイルの端部をバスリングに突設された複数のバスバーに対し通電かしめによる接合によって行ったものであって、前記コイルブロックに巻回されたコイルの端部に導電性の接合部材が装着され、その接合部材が、前記バスバーとともに一対の電極に挟み込まれ、電圧をかけながらプレスする通電かしめによって前記コイルが接合部材とともに前記バスバーに接合されたものであることを特徴とする。
また、本発明に係るコイルブロックのコイル接合構造は、前記接合部材が、銅、銅合金製のリングであることが好ましい。
更に、本発明に係るコイルブロックのコイル接合構造は、前記接合部材が、銅、銅合金製の湾曲した板材を前記コイルをかしめて保持するようにしたものであることが好ましい。

一方、本発明に係るコイルブロックのコイル接合方法は、ティースごとにコイルを巻回して独立させた複数のコイルブロックを円周方向に配列してステータを組み立て、その各コイルブロックにおけるコイル間の接続を、コイルの端部をバスリングに突設された複数のバスバーに対し通電かしめによる接合によって行うものであって、前記コイルブロックに巻回されたコイルの端部に導電性の接合部材を装着する前工程と、そのコイルブロックを円周方向に配列してステータを組み立てる組み立て工程と、前記接合部材を前記バスバーとともに一対の電極に挟み込み、電圧をかけながらプレスする通電かしめによって前記コイルを接合部材とともに前記バスバーに接合する接合工程とを有することを特徴とする。

また、本発明に係るコイルブロックのコイル接合方法は、ティースごとにコイルを巻回して独立させた複数のコイルブロックを円周方向に配列してステータを組み立て、その各コイルブロックにおけるコイル間の接続を、通電かしめによって行うものものであって、前記コイルブロックをステータに組み付ける前工程で、導電性の接合部材に対して異なる所定のコイルブロックのコイル端部が複数挿入され、前記コイルブロックの組み付け後に、前記接合部材が一対の電極に挟み込まれ、電圧をかけながらプレスすることによってコイル同士が接合されるようにしたものであることを特徴とする。
更に、本発明に係るコイルブロックのコイル接合方法は、前記前工程では、コイルの端部に装着した接合部材をプレスしてかしめるようにしたことが好ましい。

よって、本発明によれば、コイルブロックから出たコイルの端部を、そのコイルブロックをステータに組み付ける前工程で接合部材に挿入し、組み付け後はバスバーと接合リングとが重なった状態で通電かしめすればよいので、コイル端部を１本づつバスバーのリング部に差し込むような細かい作業を行わなくてよいため作業が単純化され、自動化するのに適したコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法となる。
また、本発明によれば、バスバーを使用しない場合でも、コイルブロックをステータに組み付ける前工程の段階でコイルの端部を例えば銅製のリングのような接合部材に挿入しておけば、コイル端部を１本づつバスバーのリング部に差し込むような細かい作業を行わなくてよいため作業が単純化され、自動化するのに適したコイルブロックのコイル接合方法となる。

次に、本発明に係るコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法について、その一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。
本実施形態のコイル接合構造及び接合方法も、前述した従来例と同様にハイブリッド車両の交流モータなどに用いられるステータを構成するためのものであり、コイルをティースごとに予め巻回したコイルブロックを作成しておき、複数のバスバーを備えたバスリングを利用して例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルをスター結線するためのものである。

コイルブロックは、図７に示したように、ティースやヨーク部分をも分割したステータ片１１１にコイル１１３を巻回して形成したものの他に、コイルのみを巻回しておき、それをティースに装着するようにしたものもある。本実施形態では、そうしたティースに装着するカセットタイプのコイルブロックについて、そのコイル接合構造及び接合方法を説明する。図１は、コイルブロックのコイル接合構造及び接合方法について、その一実施形態を示した図である。

本実施形態のステータ１は、櫛歯環状に打抜かれて両面が絶縁被覆された薄い電磁鋼板が軸方向に積層して形成され、環状のヨーク２に対して中心に向けて均等な位置に放射状に突出したティース３が形成されている。そして、そのティース３に装着可能なカセット式のコイルブロック５が設けられている。このコイルブロック５は、筒状のカセット型ボビン６にコイル７が巻回されたものである。
組み付け工程では、このコイルブロック５がカセット型ボビン６を嵌め合わすようにティース３に対して装着され、各コイル７同士はバスリング１０を介して電気的に接続される。このバスリング１０は、図９に示したものと同様にＵ相、Ｖ相、Ｗ相及び中性点用のバスリングを備え、それらが一体に積層されたものであり、コイルブロック５のコイル端部を接合するためバスバー１１が複数形成されている。

本実施形態のバスリング１０は、バスバー１１の先端に従来のようなリング部を設けることはせずフラットなままとし、その代わりにコイルブロック５のコイル７端部に予め接合リング１２を装着するようにした。コイルブロック５単体の状態でコイル７端部に接合リング１２を差し込んでおけば、コイルブロック５をステータ１に組み込んだ後にコイル７の端部をリング部に挿入するような手間がなくなるからである。なお、接合リング１２は銅製のリングである。

そこで、本実施形態のコイル接合方法では、接合リング１２をコイル７端部に差し込んだコイルブロック５をステータ１のティース３に装着し、その後、バスバー１１に接合リング１２を重ねた状態で従来と同様、電極により上下から挟み込み電圧ををかけながらプレスすることにより通電かしめを行う。

ここで、図２は、（ａ）〜（ｃ）にかけて本実施形態のコイル接合方法を概念的に示した図である。先ず、図２（ａ）に示すようにバスリング１０に突設されたバスバー１１は先端がフラットであり、そこに接合される接合リング１２が用意される。接合リング１２は、バスリング１０やバスバー１１と同様に銅で形成されたものである。
そこで、前工程では、その接合リング１２が図２（ｂ）に示すようにエナメル皮膜のコイル７先端に嵌め合わされる。特に、接合リング１２の装着は、前述したようにステータ１への組み付け前であってコイルブロック５が単独で存在する状態で行われる。

そして、組み付け工程で、接合リング１２を備えたコイルブロック５がティース３に嵌め合わされる。その後、接合工程では、図２（ｃ）に示すように、バスバー１１とコイル７端部に挿入した状態の接合リング１２とが重ねられ、上下方向からタングステン電極２１，２２で電圧をかけながらプレスされる。すると、電気が流れたバスバー１１と接合リング１２とが加熱され、コイル７のエナメル皮膜がその熱によって炭化して消失する。また、接合リング１２には予めロー材が塗られているので、熱によって接合リング１２とバスバー１１とが接合することになる。そのため、コイル７の銅線が接合リング１２を介してバスバー１１からバスリング１０に導通し、コイル７が電気的に接続され、バスリング１０を介して例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルをスター結線が行われる。

よって、本実施形態のコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法では、コイルブロック５のコイル７を接合リング１２を介してバスバー１１に接合するようにしたので、コイルブロック５をステータ１に組み込む前工程において接合リング１２にコイル７の先端を挿入しておける。そのため、組み込んだ後のタングステン電極２１，２２で通電かしめを行う接合工程では、バスバー１１と接合リング１２とを重ねた状態に配置するだけでよく、極めて単純な作業になったので自動化も容易になった。

ところで、前記実施形態では、結合リング１２をコイル７に対して単に差し込むだけであったが、更に図３（ａ）（ｂ）に示すように、前工程でコイルを結合リング１２に差し込み、その状態で結合リング１２を押しつぶしてかしめるようにしてもよい。この場合、コイル１３が図示するように束線の場合でも、その後の組み付け工程および接合工程で接合リング１２が外れることなく扱いが容易になる。更には、結合リング１２の他にも図４に示すようにＣ形の接合金具１４であってもよく、そこにコイル１３の束線を入れてかしめて保持するようにすれば、同様にその後の組み付け工程および接合工程で接合リング１２が外れることなく扱いが容易になる。

また、前記実施形態では、コイル接合構造としてバスリングを使用したものを示したが、次のような異なるコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法であってもよい。すなわち、前工程として、異なるコイルブロック５のコイル７端部同士を図５に示すように、一つの接合リング１２や接合金具１４（図４参照）に外れないようにした状態で差し込む。或いは、図示しないが、差し込んだ後に接合リング１２や接合金具１４をかしめる。
その後、組み付け工程で、接合リング１２を備えたコイルブロック５がティース３に嵌め合わされる。そして、接合工程では、２本のコイル７端部が差し込まれた接合リング１２が、そのまま上下方向からタングステン電極２１，２２で電圧をかけながらプレスされる。すると、電気が流れた接合リング１２が加熱され、コイル７のエナメル皮膜がその熱によって炭化して消失する。そのため、コイル７の銅線が接合リング１２を介して電気的に接続され、所定の結線が行われる。

なお、図１２は、異なるコイルブロック５のコイル７端部同士を接合リング１２に外れないように差し込み、この接合リング１２をタングステン電極２１，２２を用いて接続、結線する他の変形例を示している。
また、図１３、図１４はコイル７や異なるコイルブロック５のコイル７端部同士を接合金具１４を用いて接続、結線する更に他の変形例を示すものである。

よって、本実施形態のコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法では、コイルブロック５のコイル７を接合リング１２を介して直接接合するようにしたので、コイルブロック５をステータ１に組み込む前工程において接合リング１２にコイル７の先端を挿入しておける。そのため、組み込んだ後のタングステン電極２１，２２で通電かしめを行う接合工程では、接合リング１２の配置に精度の高い位置決めは必要なく、極めて単純な作業になったので自動化も容易になった。

なお、本発明に係るコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法について、その一実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、ティースにはめ込むコイルブロック５を示して説明したが、従来例のように、ティースやヨーク部分をも分割したコイルブロックであってもよい。

コイルブロックのコイル接合構造及び接合方法について、その一実施形態を示した図である。 コイルブロックのコイル接合方法について、一実施形態を概念的に示した図である。 コイルブロックのコイル接合方法について、図２に示す一実施形態の変形例を示した図である。 コイルブロックのコイル接合方法について、図２に示す一実施形態の変形例を示した図である。 コイルブロックのコイル接合方法について、他の実施形態を示した図である。 従来のステータアッセンブリを示した組み立て図である。 従来のステータアッセンブリの主要構成であるステータ部の組み立て方法および構造を示した斜視図である。 従来のステータアッセンブリを示した平面図である。 従来のリング付きバスバーを備えたバスリングを示した斜視図である。 従来のコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法を示した斜視図である。 従来のコイルブロックのコイル接合構造及び接合方法の接合時の状態を示した図である。 コイルブロックのコイル接合方法について、リングを用いる他の変形例を示した図である。 コイルブロックのコイル接合方法について、接合金具を用いる他の変形例を示した図である。 コイルブロックのコイル接合方法について、接合金具を用いる更に他の変形例を示した図である。

符号の説明

１ ステータ
２ ヨーク
３ ティース
５ コイルブロック
６ カセット型ボビン
７ コイル
１０ バスリング
１１ バスバー
１２ 接合リング
２１，２２ タングステン電極

Claims (6)

1. ティースごとにコイルを巻回して独立させた複数のコイルブロックを円周方向に配列してステータを組み立て、その各コイルブロックにおけるコイル間の接続を、コイルの端部をバスリングに突設された複数のバスバーに対し通電かしめによる接合によって行ったコイルブロックのコイル接合構造において、
   前記コイルブロックに巻回されたコイルの端部に導電性の接合部材が装着され、その接合部材が、前記バスバーとともに一対の電極に挟み込まれ、電圧をかけながらプレスする通電かしめによって前記コイルが接合部材とともに前記バスバーに接合されたものであることを特徴とするコイルブロックのコイル接合構造。
2. 請求項１に記載するコイルブロックのコイル接合構造において、
   前記接合部材が、銅、銅合金製のリングであることを特徴とするコイルブロックのコイル接合構造。
3. 請求項１に記載するコイルブロックのコイル接合構造において、
   前記接合部材が、銅、銅合金製の湾曲した板材を前記コイルをかしめて保持するようにしたものであることを特徴とするコイルブロックのコイル接合構造。
4. ティースごとにコイルを巻回して独立させた複数のコイルブロックを円周方向に配列してステータを組み立て、その各コイルブロックにおけるコイル間の接続を、コイルの端部をバスリングに突設された複数のバスバーに対し通電かしめによる接合によって行うコイルブロックのコイル接合方法において、
   前記コイルブロックに巻回されたコイルの端部に導電性の接合部材を装着する前工程と、
   そのコイルブロックを円周方向に配列してステータを組み立てる組み立て工程と、
   前記接合部材を前記バスバーとともに一対の電極に挟み込み、電圧をかけながらプレスする通電かしめによって前記コイルを接合部材とともに前記バスバーに接合する接合工程とを有することを特徴とするコイルブロックのコイル接合方法。
5. ティースごとにコイルを巻回して独立させた複数のコイルブロックを円周方向に配列してステータを組み立て、その各コイルブロックにおけるコイル間の接続を、通電かしめによって行うコイルブロックのコイル接合方法において、
   前記コイルブロックをステータに組み付ける前工程で、導電性の接合部材に対して異なる所定のコイルブロックのコイル端部が複数挿入され、前記コイルブロックの組み付け後に、前記接合部材が一対の電極に挟み込まれ、電圧をかけながらプレスすることによってコイル同士が接合されるようにしたものであることを特徴とするコイルブロックのコイル接合方法。
6. 請求項４又は請求項５に記載するコイルブロックのコイル接合方法において、
   前記前工程では、コイルの端部に装着した接合部材をプレスしてかしめるようにしたことを特徴とするコイルブロックのコイル接合方法。

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