JP2006280133A - コイル製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな力を掛けなくてもコイルを適切な圧力でプレスでき、且つ、巻芯に突出部がある場合には、その突出部への負荷を軽減してプレスできるコイル製造方法を提供する。
【解決手段】このコイル製造方法は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の動力源用のモータに用いられるコイル３のうち、線材３ａが略螺旋状に複数層重ね巻きされたものを対象とし、その様なコイル３のその軸方向（ｚ方向）の全体を一部分ずつその径方向（例えばｘ方向）にプレスすることによりコイル３をプレス成形するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源等用の体積に制限のあるモータに用いられるコイルのコイル製造方法に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源等用の体積に制限のあるモータの出力を向上させるには、そのモータに用いられるコイルの巻線占積率を高めることが有効である。

一般に、モータ用のコイルは、丸線が略螺旋状に重ね巻されて構成されている。この様なコイルの巻線占積率を高める方法としては、従来より、コイルをプレス成形することによりコイルの巻線占積率を高める方法が用いられている。

従来のコイル製造方法では、図５および図６の様に、コイル３のその軸方向（ｚ方向）の全体を一括してその径方向（ｘ方向）のプレスでプレスすることにより、コイル３をプレス成形していた。即ち、コイル３を所定の巻芯５に巻装した状態で、そのコイル３の外周面をその外周面の縦幅（コイル３の軸方向（ｚ方向）の幅）全体が一括してプレスされる様にプレス金型１１でプレスすることにより、コイル３をプレス成形していた。尚、図５および図６の符号３ａはコイル３の各巻線である。図５および図６では、便宜上巻芯５の右側の各巻線３ａ部分およびプレス金型１１は図示省略されている。

尚、この種のコイル製造方法に関する文献として特許文献１に示されるものがある。

特開２０００−５０５８３号公報

従来のコイル製造方法では、上述の様にコイル３のその軸方向（ｚ方向）の全体を一括してプレスするので、プレス金型１１のプレス面１１ａが大きくなる。そのため、コイル３の巻線占積率を高めるためにプレス圧を上げようとすると、プレス金型１１に大きな力を掛ける必要がある（即ち、コイル３の巻線占積率を高めるのに大きな力を必要とする）という欠点があった。そして、その大きな力が巻芯５に伝わり巻芯５に大きな負荷が掛かるという欠点もあった。

また、上述の様にコイル３のその軸方向（ｚ方向）の全体を一括してプレスすると、そのプレスによりコイル３内に生じたコイル３の軸方向（ｚ方向）の応力がコイル３の両端に集中するので、巻芯５の外周面にコイル３の広がり防止用等の突出部５ａ（図４参照）がある場合には、その突出部５ａに前記応力が直撃して、その突出部５ａが前記応力により破壊される場合があるという欠点があった。特にコイル３へのプレス圧が小さい段階では、コイル３の巻線３ａの隣接巻線３ａ間への落ち込みによりコイル３内に生じる応力がコイル３の両端に集中して巻芯５の前記突出部５ａを破損する原因となっている。

そこで、この発明の課題は、大きな力を掛けなくてもコイルを適切な圧力でプレスでき、且つ、巻芯に突出部がある場合には、その突出部への負荷を軽減してコイルをプレスできるコイル製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、線材が略螺旋状に重ね巻きされたコイルをプレス成形するコイル製造方法であって、前記コイルのその軸方向の全体を一部分ずつその径方向にプレスするものである。

請求項２に記載の発明は、前記コイルを所定の巻芯に巻装した状態で、プレス金型を前記コイルに対して連続的に移動させながら前記コイルの外周面に押し当てて行くことにより、前記コイルをプレスするものである。

請求項３に記載の発明は、前記コイルを所定の巻芯に巻装した状態で、プレス金型を前記コイルの外周面に前記コイルの軸方向に沿って間欠的に押し当てて行くことにより、前記コイルをプレスするものである。

請求項４に記載の発明は、前記コイルを所定の巻芯に巻装した状態で、加圧ローラを前記コイルの外周面に押し当てながら前記コイルの外周面上で転動させることにより、前記コイルをプレスするものである。

請求項５に記載の発明は、前記コイルの前記各一部分に対して複数回プレスするものである。

請求項６に記載の発明は、前記コイルを温間状態でプレスするものである。

請求項１に記載の発明によれば、コイルのその軸方向の全体を一部分ずつその径方向にプレスするので、プレスに用いるプレス金型のプレス面を小さくでき、これにより大きな力を掛けなくてもコイルを所定の圧力でプレスできる。

また、コイルのその軸方向の全体を一括してプレスしないので、プレスによりコイル内に生じるコイルの軸方向の応力がコイルの両端に集中することを防止でき、これにより巻芯にコイルの広がり防止用等の突出部がある場合に、その突出部が前記応力により破損されること無くコイルをプレスできる。

請求項２に記載の発明によれば、プレス金型をコイルに対して連続的に移動させながらコイルの外周面に押し当てて行くことによりコイルをプレスするので、瞬間の圧力付与面積が小さい、即ち荷重が小さい状態でコイルをプレスできると共に、全体的にプレスむら無くコイルをプレスできる。

請求項３に記載の発明によれば、プレス金型をコイルの外周面にコイルの軸方向に沿って間欠的に（即ち各プレス部分の間に非プレス部分を確保する様にして）押し当てて行くことによりコイルをプレスするので、各プレス部分で生じたコイルの軸方向の応力をその両側の非プレス部分で吸収でき、これによりプレスによりコイル内に生じるコイルの軸方向の応力を緩和してコイルをプレスできる。

請求項４に記載の発明によれば、加圧ローラをコイルの外周面に押し当てながらコイルの外周面上で転動させることによりコイルをプレスするので、丁度ロール圧延の様にコイルの巻線の表面と加圧ローラとの摩擦による応力ロスを防いでコイルをプレスできると共に、全体的にプレスむら無くコイルをプレスできる。

請求項５に記載の発明によれば、コイルの各一部分に対して複数回プレスするので、コイルの各巻線間の隙間を減少できると共に各巻線の導線部を変形でき、負荷を高くしなくても高い巻線占積率にできる。

請求項６に記載の発明によれば、コイルを温間状態でプレスするので、プレス圧を下げて、コイルの各巻線の導線部を互いにより密着できて巻線占積率をより高くできる。

＜実施の形態＞
この実施の形態に係るコイル製造方法は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の動力源等用の体積に制限のあるモータに用いられるコイルのうち、線材が略螺旋状に複数層重ね巻きされたものを対象とし、その様なコイルのその軸方向の全体を一部分ずつその径方向にプレスすることによりコイルをプレス成形するものである。

より詳細には、図１の様に、まずコイル３を所定の巻芯（鉄芯）５に巻装して準備する。例えば、巻芯５の周りにコイル３用の線材（ここでは図２の様に断面円形の導線部３ｂの外周を絶縁部３ｃで被覆された丸線）３ａを略螺旋状に略均一に複数層重ね巻きして巻芯５の周りにコイル３を形成したものを準備する。

巻芯５は、モータに用いられるステータのコア部（コイル３が巻装される部分）の形に合わせて例えば平面視略長円形の柱状に形成されている。ここでは、この様な巻芯５を用いることにより、コイル３は、断面略長円形の筒状に形成されている。この巻芯５としては、例えば、モータに用いられるステータのコア部をそのまま使用しても良く、またはそのコア部と同形同大に形成されたプレス成形用の型芯を使用しても良い。

そして次に、図１の様に、その様に準備したコイル３のその軸方向（ｚ方向）の全体を一部分ずつその径方向（ここではｘ方向）にプレスして行く。より詳細には、図１および図２の様に、その様に準備したコイル３のその軸方向（ｚ方向）の全体を一部分ずつその両側から一対のプレス金型７で挟み込んで行くことにより、コイル３の外周面のうちの両側の主側面３ｄ（図１参照）のそれぞれの全体をそれぞれ一部分ずつ巻芯５とプレス金型７とで挟み込んでプレスして行く。その際ここでは、図２および図３の様に、各プレス金型７をそれぞれコイル３の一端（例えば下端）側から他端（例えば上端）側に向けて連続的に（即ちプレス金型７のプレス面７ａの縦幅ｗ２より短い幅分ずつ少しずつ）移動させながらコイル３の各主側面３ｄ全体に渡り順次押し当てて行くことにより、コイル３をプレスして行く。尚、図２および図３では、便宜上巻芯５の右側のコイル３部分およびプレス金型７は図示省略されている。

尚、ここでは、図１の様に、各プレス金型７はそれぞれ、そのプレス面７ａが平坦にされ、そのプレス面７ａの横幅ｗ１がコイル３の主側面３ｄの横幅ｖ１と同程度またはそれより大きくされ、そのプレス面７ａの縦幅ｗ２がコイル３の主側面３ｄの縦幅ｖ２よりかなり小さくされて形成される。そして、このプレス金型７をコイル３の主側面３ｄに押し当てる際には、そのプレス面７ａの横幅ｗ１方向および縦幅ｗ２方向をそれぞれコイル３の主側面３ｄの横幅ｖ１方向および縦幅ｖ２方向に一致させた状態で、そのプレス面７ａをコイル３の主側面３ｄに押し当てる様にしてプレス金型７をコイル３の主側面３ｄに押し当てる。そして、このプレス金型７のコイル３の主側面３ｄへの一回の押し当てにより、コイル３の主側面３ｄのうち、その縦幅ｖ２方向についてはプレス金型７のプレス面７ａの縦幅ｗ２分だけプレスされ、その横幅ｖ１方向についてはその全体がプレスされる。

そして、コイル３のうちのプレスされた部分では、図２および図３の様に、コイル３の各巻線３ａの絶縁部３ｃ間の接触部分で当該絶縁部３ｃが変形し、これによりコイル３の少し巻きが緩い箇所の隙間を埋める形で巻線３ａの占積率が少し向上し、そして各巻線３ａの絶縁部３ｃの応力がもっと上がって各巻線３ａの導線部３ｂの弾性限を越えると、各巻線３ａの導線部３ｂが５角形または６角形に塑性変形して各巻線３ａ間の隙間が無くなり巻線３ａの占積率が更に向上する。巻線３ａの占積率とは、許される面積に占める導体部３ｂの占積率であり、その占積率が向上すると、コイル３に流せる電流値がほぼ比例して向上し、モーターの体積は同じでトルクが増大できる。

尚、ここでは、コイル３の外周面のうちの両側の主側面３ｄだけをプレスしたが、外周面のうちの残りの側面についてもプレスしても構わない。

以上に説明したコイル製造方法によれば、コイル３のその軸方向（ｚ方向）の全体を一部分ずつその径方向（ここではｘ方向）にプレスするので、プレスに用いるプレス金型７のプレス面７ａを小さくでき、これにより大きな力を掛けなくてもコイル３を適当な圧力（所定の圧力（例えば高圧））でプレスできる。これにより、基本的なプレス機の価格は負荷（トン数）にほぼ比例するため、プレス機のコストを低減できる。

また、コイル３のその軸方向（ｚ方向）の全体を一括してプレスしないので、プレスによりコイル３内に生じるコイル３の軸方向（ｚ方向）の応力がコイル３の両端に集中することを防止でき、これにより例えば図４の様に巻芯５にコイル３の広がり防止用等の突出部５ａがある場合には、その突出部５ａが前記応力による負荷が小さいままコイル３をプレスできる。

また、プレス金型７をコイル３に対して連続的に移動させながらコイル３の外周面（ここでは主側面３ｄ）に押し当てて行くことによりコイル３をプレスするので、瞬間の圧力付与面積が小さい状態、即ち荷重が小さい状態でコイル３をプレスできると共に、全体的にプレスむら無くコイル３をプレスできる。

＜変形例１＞
上記の実施の形態では、プレス金型７をコイル３に対して連続的に移動させながらコイル３の外周面（各主側面３ｄ）に押し当てて行くことによりコイル３をプレスしたが、その代わりに、プレス金型７をコイル３の外周面（各主側面３ｄ）にコイル３の軸方向（ｚ方向）に沿って間欠的に（即ち各プレス部分の間に非プレス部分を確保する様にして）押し当てて行くことによりコイル３をプレスしても良い。

この様にすれば、各プレス部分で生じたコイル３の軸方向（ｚ方向）の応力をその両側の非プレス部分で吸収でき、これによりプレスによりコイル３内に生じるコイル３の軸方向（ｚ方向）の応力を緩和してコイル３をプレスできる。

＜変形例２＞
上記の実施の形態では、プレス金型７を用いてコイル３をプレスしたが、その代わりに、加圧ローラを用いてコイル３をプレスしても良い。即ち、コイル３を巻芯５に巻装した状態で、加圧ローラをコイル３の外周面（各主側面３ｄ）に押し当てながらコイル３の外周面（各主側面３ｄ）上でコイル３の軸方向（ｚ方向）に沿って転動させることにより、コイル３をプレスしても良い。

この様にすれば、丁度ロール圧延の様に巻線３ａの表面と加圧ローラとの摩擦による応力ロスを防いでコイル３をプレスできると共に、全体的にプレスむら無くコイル３をプレスできる。

＜変形例３＞
上記の実施の形態において、更に、コイル３の外周面（各主側面３ｄ）の各一部分に対して複数回プレスする様にしても良い。即ち、コイル３の主側面３ｄの当該各一部分を一度に複数回ずつプレスしても良く、または、コイル３の主側面３ｄの当該各一部分を一回ずつプレスして行き、コイル３の主側面３ｄの全体をプレスしたら、再びその主側面３ｄの当該各一部分を一回ずつプレスして行き、これを複数回繰り返しても良い。

この様にすれば、コイル３の各巻線３ａ間の隙間を減少できると共に各巻線３ａの導線部３ｂを変形でき、負荷を高くしなくても高い巻線占積率にできる。

＜変形例４＞
上記の実施の形態において、更に、コイル３を例えば線材３ａの導線部３ｂが塑性変形でき且つ絶縁部３ｃの必要特性が劣化しない温度の温間状態でプレスする様にしても良い。

この様によれば、温間の下、線材３ａの導体部３ｂが容易に塑性変形できるので、プレス圧を下げてコイル３の各巻線３ａの導線部３ｂを互いにより密着できて巻線占積率をより高くできる。

本発明の実施の形態に係るコイル製造方法で使用される、コイルの巻装された巻芯とプレス金型とを示した斜視図である。 図１のII−II断面図である。 コイルのその軸方向の全体をプレスした状態における図１のII−II断面図である。 巻芯として、その外周面上に突起部がある場合の巻芯を使用した場合の図１のII−II断面図に対応する断面図である。 従来のコイル製造方法でコイルをプレスする前の、コイルの巻装された巻芯の断面図である。 従来のコイル製造方法でコイルをプレスした後の、コイルの巻装された巻芯の断面図である。

符号の説明

３ コイル
３ａ 丸線
３ｂ 導線部
３ｃ 絶縁部
３ｄ 主側面
５ 巻芯
７ プレス金型
７ａ プレス面

Claims (6)

1. 線材が略螺旋状に重ね巻きされたコイルをプレス成形するコイル製造方法であって、
   前記コイルのその軸方向の全体を一部分ずつその径方向にプレスすることを特徴とするコイル製造方法。
2. 前記コイルを所定の巻芯に巻装した状態で、プレス金型を前記コイルに対して連続的に移動させながら前記コイルの外周面に押し当てて行くことにより、前記コイルをプレスすることを特徴とする請求項１に記載のコイル製造方法。
3. 前記コイルを所定の巻芯に巻装した状態で、プレス金型を前記コイルの外周面に前記コイルの軸方向に沿って間欠的に押し当てて行くことにより、前記コイルをプレスすることを特徴とする請求項１に記載のコイル製造方法。
4. 前記コイルを所定の巻芯に巻装した状態で、加圧ローラを前記コイルの外周面に押し当てながら前記コイルの外周面上で転動させることにより、前記コイルをプレスすることを特徴とする請求項１に記載のコイル製造方法。
5. 前記コイルの前記各一部分に対して複数回プレスすることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載のコイル製造方法。
6. 前記コイルを温間状態でプレスすることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載のコイル製造方法。

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