JP2007135329A - ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの占積率の向上等が図れるステータコアの製造方法を提供する。
【解決手段】断面丸形の線材２１に対し、その線材２１が分割コアのティース部に巻き付けられた際にコイルサイド側に位置することとなる成形対象部分２１ａを部分的にプレス成形し、その部分的にプレス成形された線材２１を、ティース部に巻き付けてコイルを形成する。より具体的には、ティース部の外周長の２倍の外周長を有する断面８角形の巻き型２３に線材２１を巻き付けた状態で、線材２１の成形対象部分２１ａに対してプレス成形を行い、その後、巻き型２３を取外し、巻回状態にある線材２１の内周側の端部からティース部に巻き付けてゆく。
【選択図】図８

Description

本発明は、ステータコアと、ステータコアのティース部に外装されたコイルとを備えるステータの製造方法の製造方法に関する。

従来のステータの製造方法としては、平角線をコイル巻きすることにより、コイルを形成し、これによってコイルの占積率を向上させるようにしたものがある（例えば、特許文献１）。

特開平７−１８３１５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術のように、平角線をコイル巻きした場合、線材の曲げ角度の大きな部分（例えば、ティース部の断面が矩形の場合はその角部）でのスプリングバック等の影響が大きくなりやすいため、線材がティース部の外周から離反する方向に膨らみ、コイルの占積率が低下するという問題がある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、コイルの占積率の向上等が図れるステータコア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、ステータコアと、前記ステータコアのティース部に外装されたコイルとを備えるステータの製造方法であって、前記コイルの形成に用いられる断面丸形の線材に対し、その線材が前記ティース部に巻き付けられた際にコイルサイド側に位置することとなる成形対象部分をプレス成形する線材成形工程と、プレス成形された前記線材を、前記ティース部に巻き付けて前記コイルを形成するコイル巻き工程とを備える。

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、前記線材成形工程では、前記ティース部の外周長の整数倍の外周長を有する巻き型に前記線材を巻き付け、前記巻き型に巻き付けた状態で前記線材の前記成形対象部分に対して、前記成形対象部分を前記巻き型とプレスパンチとの間で挟み込むようにして前記プレス成形を行い、前記コイル巻き工程では、巻回状態にある前記線材から前記巻き型を外し、前記線材の内周側の端部から前記ティース部に巻き付けてゆく。

また、請求項３の発明では、請求項２の発明に係るステータの製造方法において、前記ティース部は略矩形の断面形状を有し、前記巻き型は、前記ティース部の各辺に対応する４つ辺が少なくとも１組連なって形成される多角形の断面形状を有している。

また、請求項４の発明では、請求項２又は３の発明に係るステータの製造方法において、前記線材成形工程では、前記線材の前記成形対象部分が前記巻き型に整列巻きされた状態で前記成形対象部分に対する前記プレス成形を行う。

請求項１に記載の発明によれば、断面丸形の線材に対し、その線材がティース部に巻き付けられた際にコイルサイド側に位置することとなる成形対象部分をプレス成形し、プレス成形された線材を、ティース部に巻き付けてコイルを形成するため、隣接するコイル同士の間に位置するコイルのコイルサイド部分の厚みを抑制することができ、これによってコイルの占積率の向上が図れる。

また、平角線をコイル巻きする場合に比して、線材の曲げ角度が大きくなる部分におけるスプリングバックの影響を小さく抑えることができ、その結果、線材のティース部の外周から離反する方向への膨らみを抑えつつ、線材のコイル巻きを行うことができ、この点によっても、コイルの占積率のさらなる向上が図れる。

また、線材として安価な丸線を用いることができるため、ステータの製造コストを抑制できる。

請求項２に記載の発明によれば、ティース部の外周長の整数倍の外周長を有する巻き型に線材を巻き付けた状態で、線材の成形対象部分に対してプレス成形を行うため、成形対象部分に対するプレス成形を容易に行うことができる。

また、巻回状態にある線材から前記巻き型を外し、巻回状態にある線材の内周側の端部からティース部に巻き付けてゆくため、巻き型に巻き付けた線材を他の巻芯に巻き付ける等の工程を行わなくても、線材のプレス成形された成形対象部分がティース部のコイルサイド側外周に位置するように線材を多重に巻回できるようになっており、効率がよい。

請求項３に記載の発明によれば、巻き型が、略矩形の断面形状のティース部の各辺に対応する４つ辺が少なくとも１組連なって形成される多角形の断面形状を有しているため、巻き型の各角部に巻き付けられた線材の部分をティース部の角部に対応させて、線材をティース部に巻き付けることができ、その結果、線材をティース部の外周に沿って容易に巻き付けることができる。

請求項４に記載の発明によれば、線材の成形対象部分が巻き型に整列巻きされた状態で成形対象部分に対するプレス成形を行う構成のため、線材の成形対象部分の断面形状を、線材をティース部に巻き付けた際の占積率を向上させるのに有利な形状に成形することができるとともに、プレス成形の際に線材の交差部等により線材の絶縁被膜が破損するのを防止できる。

図１は本発明の一実施形態に係るステータの製造方法が適用されるステータの構成を模試的に示す平面図であり、図２は図１のステータに備えられる分割ステータの断面図であり、図３はインシュレータが装着された分割コアの斜視図である。

このステータ１は、図１に示すように、ロータの周りに円環状に配置される複数の分割ステータ３を備えて構成されている。分割ステータ３は、図２及び図３に示すように、分割コア（本発明のステータコアに相当）１１と、コイル１３と、インシュレータ（絶縁部材）１５とを備えている。

分割コア１１は、コイル１３が外装されるティース部１１ａと、そのティース部１１ａのモータ径方向Ａ外方側に設けられるヨーク部１１ｂとからなっている。ヨーク部１１ｂは、ティース部１１ａの端部からモータ周方向Ｂ両側及びモータ軸方向Ｃ両側に張り出している。また、ティース部１１ａのモータ径方内方側端部には、その端部からモータ周方向Ｂ両側及びモータ軸方向Ｃ両側に張り出すツバ部１１ｃが設けられている。なお、ツバ部１１ｃは、モータ周方向Ｂ両側にのみ張り出し、モータ軸方向Ｃには張り出さない構成にしてもよい。

このような分割コア１１は、金属磁性粉末、又は所定の絶縁被膜で覆った金属磁性粉末を樹脂で結合した圧粉磁性体により構成されており、圧粉磁性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形成される。なお、変形例として、分割コア１１の一部又は全部を珪素鋼板を積層して構成するようにしてもよい。

インシュレータ１５は、絶縁樹脂により形成され、両端にフランジ状の端壁部を有する略筒形の部材であり、ティース部１１ａの外周に形成されるスロット部にぴったりと嵌まり込む形状を有している。このようなインシュレータ１５は、その中心を通るモータ軸方向Ｃに平行な分割面で、２つの分割体１５Ａ，１５Ｂに２分割された構成となっており、モータ周方向Ｂの両側からティース部１１ａに外嵌されて装着されるようになっている。

コイル１３は、インシュレータ１５の上からティース部１１ａに線材２１を巻き付けることにより形成される。この線材２１は、元々は導体部分が丸形の断面形状を有する丸線であるが、ティース部１１ａに巻き付けられた際にコイル１３のコイルサイド側Ｄに位置する部分（成形対象部分）２１ａが、図５（ａ）に示すように、プレス成形されてコイル１３の厚み方向の厚みＴａが元の厚みＴ（図５（ｂ）参照）よりも縮小され、占積率が向上されている。線材２１のコイル１３のコイルエンド側Ｅに位置する部分（非成形対象部分）２１ｂについては、図５（ｂ）に示すように、プレス成形は行われず、断面丸形のままとされている。ティース部１１ａは、略長方形の断面形状を有しており、その長辺部（サイド側辺部）Ｆ１がコイルサイド側Ｄに対応しており、短辺部（エンド側辺部）Ｆ２がコイルエンド側Ｅに対応している。線材２１に対する成形方法等については後述する。

このため、コイル１３のコイルエンド側Ｅに位置する部分の厚みＴｃ１に対し、隣接するコイル１３同士の間に位置するコイル１３のコイルサイド側Ｄの部分の厚みＴｃ２を縮小することができ、これによってコイル１３の占積率の向上が図れるようになっている。

図６は、ステータ１の製造工程を示す工程図である。この製造工程は、図６に示すように、巻き型巻き付け工程Ｓ１、プレス成形工程Ｓ２及びコイル巻き工程Ｓ３を備えている。本発明の線材成形工程には、巻き型巻き付け工程Ｓ１及びプレス成形工程Ｓ２が相当している。

巻き型巻き付け工程Ｓ１では、図７に示すように、回転駆動される所定の巻き型２３に断面丸形の線材２１が巻き付けられる。巻き型２３は、図７及び後述する図９に示すように、線材２１が巻き付けられる巻き芯部２３ａと、両端の端壁部２３ｂとを備えて構成されている。

巻き芯部２３ａは、ティース部（正確には、インシュレータ１５の胴部）１１ａの断面の各辺に対応する４つ辺が少なくとも１組連なって形成される多角形の断面形状を有しており、ティース部（正確には、インシュレータ１５の胴部）１１ａの外周長の整数倍の外周長を有している。本実施形態では、巻き芯部２３ａは８角形の断面形状を有し、インシュレータ１５の胴部の外周長の２倍の外周長を有している。よって、巻き芯部２３ａの８角形の断面形状の各辺は、上述のティース部１１ａのサイド側辺部Ｆ１に対応する辺Ｇ１と、エンド側辺部Ｆ２に対応する辺Ｇ２とが交互に連なった構成となっている。このため、巻き型２３に巻き付けられた線材２１の辺Ｇ１に対向する部分が成形対象部分２１ａとなり、辺Ｇ２に対向する部分が非形成対象部分２１ｂとなるようになっている。

この工程Ｓ１では、線材２１を巻き型２３に巻き付ける過程で、線材２１のスプリングバックによる巻き芯部２３ａから離反する方向への膨らみを防止するため、押さえ治具２５により線材２１を矢印Ｈで示すように巻き芯部２３ａ側に押し付けながら、巻き付けが行われるようになっている。

また、線材２１は、後述する図９に示すように整列された状態で多重に重なり合うように巻き付けられる。巻回状態にある線材２１の外周部では、コイル１３の略切頭錐形の外周面に対応して、一端側から他端側に向けて層の数が段階的に減少されている。このため、線材２１をティース部１１ａに巻き付けた際にコイル１３の略切頭推形の外周面を容易に実現することができるようになっている。

より詳細には、巻き芯部２３ａのサイド側辺部Ｆ１に対応する４つの辺Ｇ１の部分では、線材２１が完全に整列された状態で多重に巻き付けられ、エンド側辺部Ｆ２に対応する４つの辺Ｇ２のうちのいずれかの対応する２つ辺Ｇ２の部分では、線材２１の列替え又は段替え処理が行われ、残り２つの辺Ｇ２の部分では、線材２１が完全に整列された状態で多重に巻き付けられるようになっている。

続くプレス成形工程Ｓ２では、図８及び図９に示すように、巻き型２３に巻き付けられた線材２１の成形対象部分２１ａに対してプレス成形が行われる。より具体的には、成形対象部分２１ａを、矢印Ｊで示すように４つのプレスパンチ２７で同時にプレスするようになっている。このとき、成形対象部分２１ａは、多重に整列巻きされた状態でプレスパンチ２７と巻き芯部２３ａの辺Ｇ１の部分との間で挟み込まれるようにしてプレスさるようになっている。これによって、成形対象部分２１ａの厚みＴａが圧縮されるとともに、その断面形状が、図１０に示すように、占積率向上に適した多角形状（例えば、略矩形状）に変形される。

続くコイル巻き工程Ｓ３では、図１１に示すように、巻回状態にある線材２１から巻き型２３が外され、線材２１が、その内周側の端部からティース部１１ａにインシュレータ１５の上から１層ずつ整列された状態で多重に巻き付けられる。巻き型２３の取外しは、例えば、巻き芯部２３ａから端壁部２３ｂを取り外して、巻き芯部２３ａを抜き取ること等により行われる。また、線材２１の巻き付けは、その成形対象部分２１ａがティース部１１ａのサイド側辺部Ｆ１に巻き付けられ、非対象部分２１ｂがティース部１１ａのエンド側辺部Ｆ２に巻き付けられるようにして行われる。このとき、巻回状態にある線材２１の内周側端部から巻き付けてゆくことにより、成形対象部分２１ａがティース部１１ａのサイド側辺部Ｆ１の外周に位置するように線材２１を多重に巻回できるようになっている。このときの線材２１の列替え及び段替えはコイルエンド側Ｅの部分で行われる。

その結果、図４に示すように、コイル１３のコイルサイド側Ｄの部分の厚みＴｃ２が圧縮された分割ステータ３が形成される。

なお、線材２１をティース部１１ａに巻き付けた後に、コイル１３を加熱処理し、線材２１のスプリングバックによる巻き太りを緩和するようにしてもよい。この場合の加熱方法としては、線材２１の絶縁被膜が劣化しないよう窒素雰囲気内での加熱や、通電加熱等が採用可能である。

以上のように、本実施形態によれば、断面丸形の線材２１に対し、その線材２１がティース部１１ａに巻き付けられた際にコイルサイド側Ｄに位置することとなる成形対象部分２１ａを部分的にプレス成形し、その部分的にプレス成形された線材２１を、インシュレータ１５の上からティース部１１ａに巻き付けてコイル１３を形成するため、隣接するコイル１３同士の間に位置するコイルのコイルサイド部分の厚みＴｃ２を抑制することができ、これによってコイル１３の占積率の向上が図れる。

また、平角線をコイル巻きする場合に比して、線材２１の曲げ角度が大きくなる角部にスプリングバックの影響を小さく抑えることができ、その結果、線材２１のティース部１１ａの外周から離反する方向への膨らみを抑えつつ、線材２１のコイル巻きを行うことができ、この点によっても、コイル１３の占積率のさらなる向上が図れる。

また、線材２１として安価な丸線を用いることができるため、ステータ１の製造コストを抑制できる。

また、ティース部１１ａ（正確には、インシュレータ１５の胴部）の外周長の２倍の外周長を有する断面８角形の巻き型２３に線材２１を巻き付けた状態で、線材２１の成形対象部分２１ａに対してプレス成形を行うため、巻き型２３の各角部に巻き付けられた線材２１の部分をティース部１１ａの角部に対応させて、線材２１をティース部１１に巻き付けることができ、その結果、線材２１をティース部１１ａの外周に沿って容易に巻き付けることができる。しかも、巻き型２３の外周長さをティース部１１ａの外周長と同じに設定した場合に比して、線材２１を巻き型２３に巻き付けた際の層数（段数）を半分にすることができ、巻き付けや、プレス成形等を容易に行うことができる。

また、巻回状態にある線材２１から巻き型２３を外し、巻回状態にある線材２１の内周側の端部からティース部１１ａに巻き付けてゆくため、巻き型２３に巻き付けた線材２１を他の巻芯に巻き付ける等の工程を行う必要がなく、効率がよい。

また、線材２１の成形対象部分２１ａが巻き型２３に多重に整列巻きされた状態で成形対象部分２１ａに対するプレス成形を行う構成のため、線材２１の成形対象部分２１ａの断面形状を、線材２１をティース部１１ａに巻き付けた際の占積率を向上させるのに有利な形状に成形することができるとともに、プレス成形の際に線材２１の交差部等により線材２１の絶縁被膜が破損するのを防止できる。

本発明の一実施形態に係るステータの製造方法が適用されるステータの構成を模試的に示す平面図である。 図１のステータに備えられる分割ステータの断面図である。 インシュレータが装着された分割コアの斜視図である。 分割コアに外装されたコイルの構成を模式的に示す図である。 図５（ａ）はコイルのコイルサイド側の部分の構成を部分的に示す断面図であり、図５（ｂ）はコイルのコイルエンド側の部分の構成を部分的に示す断面図である。 ステータの製造工程を示す工程図である。 線材を巻き型に巻き付ける様子を示す図である。 巻き型に巻き付けた線材に対して部分的にプレス成形を行う様子を示す図である。 図８の要部断面図である。 図９のプレス成形後の状態を示す図である。 線材を分割コイルに巻き付ける様子を示す図である。

符号の説明

１ ステータ
３ 分割ステータ
１１ 分割コア
１３ コイル
１５ インシュレータ
２１ 線材
２１ａ 成形対象部分
２１ｂ 非成形対象部分
２３ 巻き型
２５ 押さえ治具
２７ プレスパンチ

Claims (4)

1. ステータコアと、前記ステータコアのティース部に外装されたコイルとを備えるステータの製造方法であって、
   前記コイルの形成に用いられる断面丸形の線材に対し、その線材が前記ティース部に巻き付けられた際にコイルサイド側に位置することとなる成形対象部分をプレス成形する線材成形工程と、
   プレス成形された前記線材を、前記ティース部に巻き付けて前記コイルを形成するコイル巻き工程と、
   を備える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、
   前記線材成形工程では、前記ティース部の外周長の整数倍の外周長を有する巻き型に前記線材を巻き付け、前記巻き型に巻き付けた状態で前記線材の前記成形対象部分に対して、前記成形対象部分を前記巻き型とプレスパンチとの間で挟み込むようにして前記プレス成形を行い、
   前記コイル巻き工程では、巻回状態にある前記線材から前記巻き型を外し、前記線材の内周側の端部から前記ティース部に巻き付けてゆくことを特徴とするステータの製造方法。
3. 請求項２に記載のステータの製造方法において、
   前記ティース部は略矩形の断面形状を有し、
   前記巻き型は、前記ティース部の各辺に対応する４つ辺が少なくとも１組連なって形成される多角形の断面形状を有していることを特徴とするステータの製造方法。
4. 請求項２又は３に記載のステータの製造方法において、
   前記線材成形工程では、前記線材の前記成形対象部分が前記巻き型に整列巻きされた状態で前記成形対象部分に対する前記プレス成形を行うことを特徴とするステータの製造方法。

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