JP2006296151A - ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コア及びコイルの破損を回避しつつ、コイルのプレス加工を行ってコイルの占積率を向上させることができるステータの製造方法を提供する。
【解決手段】このステータの製造方法では、圧粉磁性体により形成された分割コア３のティース部１３にコイル線材５ａを巻回してコイル５を形成した後、コイル５をその導体材料の軟化温度以上に加熱した状態で、コイル５に対する占積率向上のためのプレス加工を行うようになっている。その加熱は例えばコイル５及び金型１７に電流を流すことにより行われる。恒温槽２１内は酸素濃度が抑えられた所定雰囲気で満たされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コアのティース部にコイルを外装した状態で、コイルのプレス加工を行うステータの製造方法に関する。

従来の技術としては、コイルの占積率向上のため、コイルをコアのティース部に外装した状態で、コイルにプレス加工を施す技術がある。なお、本願発明の関連技術としては、特許文献１に記載のものがある。

特表２００３−５０７９９１号公報

しかしながら、コイルの導体材料は金属であるため、コイルをプレス加工するためにはある程度のプレス圧力が必要であるため、コアのティース部にコイルを外装した状態でコイルに対するプレス加工を単純に行うと、プレス時の応力や、衝撃等によりコアが破損するおそれがあるとともに、コイルの絶縁膜も破損するおそれがある。コアの破損は、積層鋼板等に比して機械的強度にやや劣る圧粉磁性体をコア材料に用いた場合に特に生じやすくなる。

そこで、本発明の解決すべき課題は、コア及びコイルの破損を回避しつつ、コイルのプレス加工を行ってコイルの占積率を向上させることができるステータ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、コアのティース部にコイルを外装した状態で、前記コイルのプレス加工を行うステータの製造方法であって、前記コイルを加熱した状態で前記プレス加工を行う。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るステータの製造方法において、前記コイルの絶縁材料には、その軟化温度が前記コイルの導体材料の軟化温度よりも高い材料が用いられ、前記コイルの加熱温度は、前記コイルの導体材料の前記軟化温度以上、かつ前記コイルの絶縁材料の軟化温度未満である。

また、請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に係るステータの製造方法において、前記コイルに対する加熱処理及び前記プレス加工は、空気よりも酸素濃度が抑えられた所定の雰囲気中で行われる。

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ステータの製造方法において、前記コイルに電流を流すことにより前記コイルを加熱する。

また、請求項５の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係るステータの製造方法において、前記プレス加工に用いる金型に電流を流して前記金型を加熱することにより前記コイルを加熱する。

また、請求項６の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係るステータの製造方法において、前記コイルに電流を流すことにより前記コイルを加熱するとともに、前記プレス加工に用いる金型に電流を流して前記金型を加熱することにより前記コイルを加熱する。

また、請求項７の発明では、請求項１ないし７のいずれかの発明に係るステータの製造方法において、前記コイルが外装された前記コアを加熱処理部に導入し、前記コイルに対する加熱処理を行う加熱工程と、前記コアを前記加熱処理部からプレス加工部に移送し、前記コイルが高温状態にある状態で前記コイルに対する前記プレス加工を行うプレス工程とを備える。

また、請求項８の発明では、請求項７の発明に係るステータの製造方法において、前記加熱工程では、複数の前記コアに外装された複数の前記コイルに対して同時に加熱処理が行われる。

また、請求項９の発明では、請求項１ないし８のいずれかの発明に係るステータの製造方法において、前記コアの少なくとも前記ティース部は、圧粉磁性体により形成されている。

請求項１に記載の発明によれば、加熱によりコイルの導体材料を通常の状態よりも軟化させた状態でプレス加工を行うことができるため、通常の状態よりもプレス荷重が低減し、その分小さなプレス圧力でプレス加工を行うことができ、その結果、プレス加工時の応力等によるコア及びコイルの破損を回避しつつ、コイルのプレス加工を行ってコイルの占積率を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、コイルの導体材料の軟化温度以上に加熱してプレス加工を行うため、プレス荷重を効果的に低減させることができる。

また、コイルの絶縁材料の軟化温度はコイルの導体材料の軟化温度よりも高く設定されるとともに、コイルの加熱温度は絶縁材料の軟化温度未満に設定されているため、加熱状態でのプレス加工によりコイルの絶縁膜が破損するのを防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、空気よりも酸素濃度が抑えられた所定の雰囲気中でコイルに対する加熱処理及びプレス加工が行われるため、コイルの導体材料の酸化等による劣化を防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、コイルに電流を流すことによりコイルを迅速かつ効率よく加熱することができる。

請求項５に記載の発明によれば、金型に電流を流して金型を加熱することによりコイルを加熱するため、プレス加工時にコイルの温度が低下するのを防止することができる。

請求項６に記載の発明によれば、コイル及び金型に電流を流すことによりコイルを迅速かつ効率よく加熱することができるとともに、プレス加工時にコイルの温度が低下するのを防止することができる。

請求項７に記載の発明によれば、コイルの加熱処理を行う加熱処理部と、プレス加工を行うプレス加工部とを別々に分けることにより、プレス加工部でのプレス加工をコアの金型セット後直ちに行うことができ、製造効率の向上が図れる。

請求項８に記載の発明によれば、コアに外装された複数のコイルに対して同時に加熱処理が行われるので、加熱処理を効率よく行うことができる。

請求項９に記載の発明によれば、圧粉磁性体を用いることによるコアのティース部等の成形容易性を確保しつつ、コイルのプレス加工時の応力からコアのティース部等を保護することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るステータ（分割ステータ）の製造工程を示す図である。本実施形態に係るステータは、例えばハイブリッド自動車、電気自動車の駆動モータに適用される。

本実施形態に係る分割ステータ１は、図１に示すように、分割コア３と、コイル５と、挿入材７とを備えており、モータの周方向に円環状に複数配列されてステータを構成する。

分割コア３は、ヨーク部１１と、１つのティース部１３と、ツバ部１５とを備え、金属磁性粉末（例えば、鉄粉）、又は所定の被膜（例えば、燐酸化合物被膜）で覆った金属磁性粉末（例えば、鉄粉）を樹脂で結合した圧粉磁性体により一体に形成されている。圧粉磁性体の結合用樹脂としては、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、可溶性ポリイミド若しくはさらに他の樹脂、又はこれらの混合物などが用いられる。分割コア３の形成は、圧粉磁性体材料を所定の成型用の型に充填して加圧、圧縮した後、加熱処理することにより行われる。

コイル５は、銅等により形成された断面丸形の導体部の外周に絶縁膜が設けられた構成であり、ティース部１３の外周部に外装される。本実施形態では、導体部として銅線（本実施形態では、硬銅線）が用いられ、絶縁膜の材料として軟化温度が銅の軟化温度よりも高いガラスが用いられている。コイル５のティース部１３へのコイル巻きは、巻線機を用いて行われる。そして、コイル５は、占積率向上のため、ティース部１３に外装された状態で、図１に示すように金型１７のパンチ１７ａにより矢印Ａ方向に圧縮（プレス加工）されている。

挿入材７は、樹脂等の絶縁材料により形成され、分割コア３のコイル５と対向する部分とコイル５との間に介挿されている。コイル５は、この介挿材７の上から分割コア３のティース部１３に巻き付けられるようになっている。

次に、分割ステータ１の製造工程について説明する。まず、上述の如く、圧粉磁性体材料を用いて分割コア３が形成され、続いて分割コア３の外周部に挿入材７が装着される。続いて、分割コア３のティース部１３の外周に、挿入材７の上からコイル線材５ａが巻回されてコイル５が形成される。

続いて、図１に示すように、コイル５が外装された分割コア３が恒温槽２１に導入され、加熱された状態でコイル５に対するプレス加工が行われる。恒温槽２１内におけるコイル５の加熱処理は、電源装置２３によりコイル５に電流を流し、その通電による発熱により行う加熱（直接加熱）と、電源装置２５によりプレス加工用の金属製の金型１７に対して電流を流し、その通電による金型１７の発熱によって行う加熱（間接加熱）とが併用される。この加熱処理により、コイル５の温度が所定の加熱温度に高められる。このときの加熱温度は、コイル５の導体材料（本実施形態では、硬導線）の軟化温度（例えば、約２００℃）以上、かつ絶縁膜の軟化温度（例えば、約２６０℃）未満に設定される。

なお、本実施形態では、金型１７への通電によるコイル５の加熱は、コイル５への通電による直接加熱を補助するものとして用いているが、いずれか一方の手段による加熱によりコイル５の加熱が十分に可能である場合には、いずれか一方の手段のみを用いてコイル５に対する加熱を行うようにしてもよい。また、恒温槽２１内に他の発熱体を設け、コイル５の加熱を行うようにしてもよい。また、コイル５及び金型１７に電流を流す方法としては、電源装置２３，２５を接続する方法の他に、誘導電流をコイル５及び金型１７に生じさせて加熱（誘導加熱）する等の方法が考えられる。

そして、コイル５の温度が前記加熱温度に高められると、その高温状態が維持された状態で、金型１７によるコイル５に対するプレス加工が行われる。このとき、コイル５が導体材料の軟化温度以上に加熱されているため、コイル５の導体材料を通常の状態よりも軟化させた状態でプレス加工を行うことができる。また、コイル５の導体材料として用いる硬銅は、軟銅に比して加熱時の結晶粒が成長しやすいため、軟化しやすいという性質がある。コイル５に対するプレス加工が終了した分割コア３は、恒温槽２１から取り出される。

ここで、恒温槽２１は、加熱されたコイル５の導体部の酸化等による劣化を防止するため、空気よりも酸素濃度が抑制された雰囲気（例えば、酸素濃度が１０００ppm以下の雰囲気）で満たされている。より好ましくは、恒温槽２１内をコイル５の導体部と反応しないガス（例えば、不活性ガス）で満たした状態とするのがよい。

以上のように、本実施形態によれば、コイル５をその導体材料の軟化温度以上に加熱した状態でコイル５に対するプレス加工を行うため、常温状態でのプレス加工に比してプレス荷重が低減し、その分小さなプレス圧力でプレス加工を行うことができ、その結果、プレス加工時の応力等による分割コア３及びコイル５の絶縁膜の破損を回避しつつ、コイル５のプレス加工を行ってコイル５の占積率を向上させることができる。しかも、圧粉磁性体を用いることによる分割コア３の成形容易性を確保しつつ、コイル５のプレス加工時の応力から分割コア３を保護することができるようになっている。

また、コイル５の絶縁膜の絶縁材料の軟化温度はコイル５の導体材料の軟化温度よりも高く設定されるとともに、コイル５の加熱温度は絶縁材料の軟化温度未満に設定されているため、加熱状態でのプレス加工によりコイル５の絶縁膜が破損するのを防止することができる。

また、圧粉磁性体を用いることによる分割コア３の成形容易性を確保しつつ、コイル５のプレス加工時の応力から分割コア３を保護することができるようになっている。

また、空気よりも酸素濃度が抑えられた所定の雰囲気中でコイル５に対する加熱処理及びプレス加工が行われるため、コイル５の導体材料の酸化等による劣化を防止することができる。

また、コイル５に電流を流すことによりコイル５を迅速かつ効率よく加熱することができる。

また、コイル５及び金型１７に電流を流すことによりコイル５を迅速かつ効率よく加熱することができるとともに、プレス加工時にコイル５の温度が低下するのを防止することができる。

また、ステータコアを分割コア３で構成することにより、隣接ティース部１３が邪魔になることなく、巻線機による分割コア３へのコイル巻きを行うことができるため、コイル巻きを容易に行うことができる。

なお、上述の実施形態では、コイル５の加熱処理とプレス加工を一工程で行うようにしたが、図２に示すように、これらを２工程に分けて行うようにしてもよい。すなわち、図２に示すように、コイル５が外装された分割コア３を加熱処理部３１に導入し、コイル５に対する加熱処理を行った後（コイル５の温度を前記加熱温度に高めた後）、その分割コア３をプレス加工部３３に移送し、コイル５に対するプレス加工を行うようにしてもよいこの場合、プレス加工部３３にて上述の実施形態と同様な方法（コイル５に電流を流す等）により、コイル５に熱を供給して更なる加熱又は保温等を行うようにしてもよい。このように、コイル５の加熱処理を行う加熱処理部３１と、プレス加工を行うプレス加工部３３とを別々に分けることにより、プレス加工部３３でのプレス加工を分割コア３の金型１７へのセット後直ちに行うことができ、製造効率の向上が図れる。

また、図２に示す変形例において、高温加熱時のコイル５の導体材料の酸化等による劣化を防止するため、加熱処理部３１及びプレス加工部３３を所定の処理槽３５内に収容し、その処理槽３５内を上記恒温槽２１と同様な雰囲気で満たすようにしてもよい。

また、図２に示す変形例において、コイル５が外装された複数の分割コア３を加熱処理部３１に導入し、複数のコイル５に対する加熱処理を同時に行うようにしてもよい。これによって、コイル５に対する加熱処理を効率よく行うことができる。

また、上述の実施形態では、分割コア３を圧粉磁性体により形成したが、積層鋼板、フェライト等により形成してもよい。

また、上述の実施形態では、分割ステータ１によりステータを構成したが、本実施形態に係る技術を非分割タイプのステータに適用してもよい。

本発明の一実施形態に係るステータ（分割ステータ）の製造工程を示す図である。 図１の製造工程の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 分割ステータ
３ 分割コア
５ コイル
７ 挿入材
１１ ヨーク部
１３ ティース部
１５ ツバ部
１７ 金型
２１ 恒温槽
２３，２５ 電源装置
３１ 加熱処理部
３３ プレス加工部
３５ 処理槽

Claims (9)

1. コアのティース部にコイルを外装した状態で、前記コイルのプレス加工を行うステータの製造方法であって、
   前記コイルを加熱した状態で前記プレス加工を行うことを特徴とするステータの製造方法。
2. 請求項１に記載のステータの製造方法において、
   前記コイルの絶縁材料には、その軟化温度が前記コイルの導体材料の軟化温度よりも高い材料が用いられ、
   前記コイルの加熱温度は、前記コイルの導体材料の前記軟化温度以上、かつ前記コイルの絶縁材料の軟化温度未満であることを特徴とするステータの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のステータの製造方法において、
   前記コイルに対する加熱処理及び前記プレス加工は、空気よりも酸素濃度が抑えられた所定の雰囲気中で行われることを特徴とするステータの製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のステータの製造方法において、
   前記コイルに電流を流すことにより前記コイルを加熱することを特徴とするステータの製造方法。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載のステータの製造方法において、
   前記プレス加工に用いる金型に電流を流して前記金型を加熱することにより前記コイルを加熱することを特徴とするステータの製造方法。
6. 請求項１ないし３のいずれかに記載のステータの製造方法において、
   前記コイルに電流を流すことにより前記コイルを加熱するとともに、前記プレス加工に用いる金型に電流を流して前記金型を加熱することにより前記コイルを加熱することを特徴とするステータの製造方法。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のステータの製造方法において、
   前記コイルが外装された前記コアを加熱処理部に導入し、前記コイルに対する加熱処理を行う加熱工程と、
   前記コアを前記加熱処理部からプレス加工部に移送し、前記コイルが高温状態にある状態で前記コイルに対する前記プレス加工を行うプレス工程と、
   を備えることを特徴とするステータの製造方法。
8. 請求項７に記載のステータの製造方法において、
   前記加熱工程では、複数の前記コアに外装された複数の前記コイルに対して同時に加熱処理が行われることを特徴とするステータの製造方法。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のステータの製造方法において、
   前記コアの少なくとも前記ティース部は、圧粉磁性体により形成されていることを特徴とするステータの製造方法。

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