JP2008312350A

JP2008312350A - 予備成形された多角形環状巻線を用いた蛇行環状巻線コイル成形手法

Info

Publication number: JP2008312350A
Application number: JP2007157717A
Authority: JP
Inventors: Daijiro Takizawa; 大二郎滝沢; Hitoshi Suzuki; 仁鈴木; Tadanobu Takahashi; 忠伸高橋; Masahide Narita; 昌秀成田; Sunao Morishita; 直森下; Shinichi Akase; 真一明瀬
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Toyo Seikan Kaisha Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Toyo Seikan Group Holdings Ltd
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-12-25
Anticipated expiration: 2027-06-14
Also published as: JP4996359B2

Abstract

【課題】本発明の課題は、環状コイルをプレス成形しても、上面、中央、下面の径の長さが夫々異なってしまうことがなく、コイルの側面が太鼓形状に湾曲しないような成形手法を提示すること、また、組立て後にコイルを曲げる工程を必要としない、コイルの両端部を環状コイルの外周面に位置させるような巻き方を提示することにある。
【解決手段】本発明の蛇行環状巻線コイル成形手法は、電動機のステータ内に配置される複数の蛇行部を有する環状巻線コイルの成形手法において、線材を環状に巻線する環状巻線工程と、前記環状巻線工程により成形された環状巻線を複数の蛇行部を有するように前記環状巻線の軸方向及び径方向にプレスするプレス成形工程とを備え、前記環状巻線工程は、多角形の環状巻線を複数列複数層に成形すると共に両端部を最上層部に位置させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機(モータ)のステータ巻線として使用する蛇行環状巻線コイルを形成する前段階として多角形に予備成形する方法に関する。

ハイブリッド車両用モータ、又は電気自動車用モータとして、ロータに永久磁石を使用した永久磁石式交流同期モータ又はブラシレス直流モータが良く使用されている。この種のモータとして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎のステータコアにそれぞれ巻線コイルが巻装されたステータを備え、このステータにより永久磁石からなるロータを３相駆動する永久磁石式３相同期モータが例えば特許文献１により知られている。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎の巻線コイルが周方向で隣り合うティース間を縫うようにして周回させられることで巻線コイルが波状に巻装されたステータを備え、このステータによりロータを３相駆動する永久磁石式３相同期モータが、例えば特許文献２で知られている。

上記従来技術にかかる３相同期モータにおいては、３相の各相毎の巻線コイルが必要であることから、ステータの構成に要する部品の部品点数の増大を抑制することが困難であり、各相毎の巻線コイルを巻装する作業に煩雑な手間を要するという問題が生じる。しかも、波巻により巻線コイルが巻装されるステータにおいては、隣り合うティース間での巻線占有率を向上させることが困難であり、更に、コイルエンドの高さを低減してモータの軸線方向の寸法を低減し、車両等への搭載性を向上させることが困難であるという問題が生じる。これらの問題を解決するために、本出願人は３相のステータリングと２相の環状巻線コイルとを、軸線方向に沿って順次積み重ねるようにして交互に配置させ、しかもそれぞれの環状巻線コイルに複数の蛇行部を形成したモータのステータを先に提案した(特許文献３参照)。

上述した先願にかかる永久磁石式３相同期モータ又はＤＣブラシレスモータのステータには、従来一般的には使用されていないため、その加工方法の確立が望まれている状況の中で、本出願人は先に特許文献４の発明を提案した。この発明の環状ステータは、例えばエンジンとともに車両の駆動源としてハイブリッド車両に搭載されるＤＣブラシレスモータを構成し、例えば、エンジンとＤＣブラシレスモータとトランスミッションとを直列に連結した構造のパラレルハイブリッド車両では、少なくともエンジン又はＤＣブラシレスモータのいずれか一方の駆動力は、トランスミッションを介して車両の駆動輪に伝達されるようになっている。また、車両の減速時に駆動輪側からＤＣブラシレスモータに駆動力が伝達されると、ＤＣブラシレスモータは発電機として機能して所謂回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー(回生エネルギー)として回収する。更に、エンジンの出力がＤＣブラシレスモータに伝達された場合にも、ＤＣブラシレスモータは発電機として機能して発電エネルギーを発生する。

図１０において、Ａは組立て後のステータ30の斜視図であり、Ｂは蛇行環状巻線が装着される環状ステータ30の分解斜視図が示されている。図１０に示すように、環状ステータ30は、Ｕ相ステータリング(ティースリング)31とＶ相ステータリング(ティースリング)32と、Ｗ相ステータリング(ティースリング)33と、Ｕ相環状巻線コイル３と、Ｗ相環状巻線コイル４とから構成されている。Ｕ相ステータリング31は、円周方向に等間隔で離間された複数個(本実施形態では10個)のＵ相ティース(Ｕ相クローボール)34と、円周方向に離間された複数個の結合部37を有している。各Ｕ相ティース34は軸方向一方側(図１０で右側)に突出している。Ｖ相ステータリング32は円周方向に等間隔で離間された複数(本実施形態では10個)のＶ相ティース35と、円周方向に離間された複数個の結合部38を有している。各Ｖ相ティース35は軸方向両側に突出している。Ｗ相ステータリング33は円周方向に等間隔で離間された複数(本実施形態では10側)のＷ相ティース36と、円周方向に離間された複数の結合部39を有している。各Ｗ相ティース36は軸方向他方側(図１０で左側)に突出している。即ち、Ｕ相ティース34とＷ相ティース36は互いに近づく方向に突出している。

ここで注意すべきは、Ｕ相ティース34、Ｖ相ティース35及びＷ相ティース36は、各結合部37，38，39でＵ相ステータリング31、Ｖ相ステータリング32及びＷ相ステータリング33を積層結合したとき、互いに重ならないように相対的にずれた位置に配置されている。Ｕ相環状巻線コイル３は導線を環状に巻いて構成され、ステータ30の軸方向に蛇行する複数(本実施形態ではlO個)の蛇行部40を有している。同様に、Ｗ相環状巻線コイル４もステータ30の軸方向に蛇行する複数(本実施形態では10個)の蛇行部41を有している。各ステータリング31，32，33の結合部37，38，39を揃え、Ｕ相環状巻線コイル３及びＷ相環状巻線コイル４を周方向の所定の位置に配置して、各ステータリング31，32，33をボルト止め固定すると、図１０のＡに示すような環状ステータ30が完成する。

図１０を観察すると明らかなように、各ステータリングのティース34，35，36は円周方向に所定順序(Ｕ相ティース34，Ｗ相ティース36，Ｖ相ティース35，Ｕ相ティース34,…)で配置され、周方向で隣り合うティース34，35間にＵ相環状巻線コイル３の蛇行部40が配置され、周方向で隣り合うティース35，36間にＷ相環状巻線コイル４の蛇行部41が配置される。即ち、Ｕ相蛇行部40には一つのＵ相ティース34が配置され、Ｗ相蛇行部41には一つのＷ相ティース36が配置され、周方向で隣り合うＵ相蛇行部40とＷ相蛇行部41との間には一つのＶ相ティース35が配置されている。Ｕ相環状巻線コイル３の蛇行部40とＷ相環状巻線コイル４の蛇行部41は互いに異なる方向に向かい突出するように設けられ、Ｕ相環状巻線コイル３とＷ相環状巻線コイル４とは、電気角で240°の位相差を有するようにして周方向に沿って相対的にずれた位置に配置されている。これにより、周方向で隣り合う各ティース34，35間又は35，36間を縫うようにして配置される２相の環状巻線コイル３，４は所謂電気角で120°以下の短節巻きを成すように形成されている。

次に、Ｕ相環状巻線コイル３の蛇行部40とＷ相環状巻線コイル４の蛇行部41の成形方法（特許文献４の技術）について説明する。用いる成形機の１例を図９に示す。この図は加工前の上型ユニット12及び下型ユニット13の断面図であり、上型ユニット12のベースには互いに円周方向に等間隔離間されて複数(本実施形態では10個)の金型支持部14が固定されている。各金型支持部14には一対のブラケット15，16によりガイドレール17が取り付けられている。このガイドレール17に沿って、環状巻線コイル３(４)へと成形すべき真円状の環状コイル１の半径方向に摺動可能にスライダー18が取り付けられている。各スライダー18には、真円状の環状コイル１を成形する押さえ部20を備えた第１の金型19と、回転可能なローラ21とが取り付けられている。このローラ21は上型ユニット12及び下型ユニット13が接近するにしたがって下型ユニット13のローラガイド27に形成されたカム面28を転動する。図８に示した例では、上型ユニット12は互いに円周方向に等間隔で離間された10個の金型19を有しており、この第１金型19の中間に配置された複数(この例では10個)のローラガイド22が固定されている。各ローラガイド22の先端には曲面形状のカム面23が形成されている。

下型ユニット13のベースには、円周方向に等間隔で離間された複数(この例では10個)の金型支持部が固定されている。各金型支持部にはガイドレール24が設けられており、このガイドレール24に沿って第２の金型25がセットされた真円状の環状コイル１の半径方向に摺動可能なように取り付けられている。各第２金型25はガイドレール24に沿って摺動可能な金型ベースと、コイル押さえ部材とから構成される。金型べースには一対のブラケットを介してローラ26が回転可能に取り付けられている。各第２金型25のローラ26上型ユニット12に設けられたローラガイド22のカム面23を転動するように適合しているため、各第２金型25は円周方向に36°離間され、隣接する第１金型19の円周方向中間に配置されている。下型ユニット13には更に、円周方向に等間隔で離間され、各々が隣接する第２金型25の円周方向中間に配置された複数(この例では10個)のローラガイド27が固定されている。

上記の環状巻線コイル成形機による環状巻線コイルの成形方法について説明すると、図８に示すように、真円状の環状巻線コイル１は図のＡに示すように、円筒体42を用意し、導線44をこの円筒体42に巻きつけて環状コイルを形成し、これをＢに示すように円筒体42から抜き取り、コイル始端45、コイル終端46を起してＣに示すようにｍ列ｎ層の真円状の環状コイル１を成形する。このように、導線44を円筒体42に巻きつけて環状巻線群を成形した後、Ｄに示すように真円状の環状コイル１を下型ユニット13の各第２金型25の金型ベースに載置し、保持させる。この状態から、Ｅに示すように上型ユニット12を下降させて、真円状の環状コイル１の成形加工を開始する。Ｆに示す成形加工開始時点においては、上型ユニット12のローラ21は下型ユニット13のローラガイド27のカム面28の傾斜が急な概略直線状部分に当接し、下型ユニット13のローラ26は上型ユニット12のローラガイド22のカム面23の傾斜が急な概略直線状部分に当接するため、成形加工初期においては、真円状の環状コイル１はその軸方向変化量に対し半径方向に僅かばかり縮小されるだけである。上型ユニット12が軸線方向に更に移動すると、ローラ21がカム面28の円弧状部分を転動し、ローラ26がカム面23の円弧状部分を転動するため、上型ユニット12の軸方向変位量に対して真円状の環状コイル１の半径方向への縮小変位量が徐々に増大し、Ｇに示すように更にプレス加工が進むと、ローラ21はカム面28の傾斜が緩やかな概略直線状部分を転動し、ローラ26はカム面23の傾斜が緩やかな概略直線状部分を転動するため、真円状の環状コイル１の軸方向変位量に対する径方向変位量は曲線を描くことになる。このように、図９に示すような特殊形状の曲面状カム面23，28を採用することにより、真円状の環状コイル１の軸方向変位量に対して、真円状の環状コイル１の径方向変位量の比率を連続的に変化させることができるため、真円状の環状コイル１に無理なストレスを与えることなく、真円状の環状コイル１に複数の蛇行部40(41)を容易に自動的に形成することができる。図８のＨに示すような複数の蛇行部が形成された環状コイル３(４)が完成する。
特開平１１−２９９１３７号公報「モータ用ステータ」平成１１年１０月２９日公開特開２００２−１６５３９６号公報「車両用交流発電機」平成１４年６月７日公開特開２００６−２８０１９０号公報「ステータ」平成１８年１０月１２日公開特願２００７−１１９３７６号明細書「蛇行環状巻線コイルの成形機及び蛇行環状巻線コイルの成形方法」特開２００５−１０２４７７号公報「ステータ巻線及びステータ巻線の製造方法」平成１７年４月１４日公開

図１の上段に示されるように真円状のコイルを上記の発明の蛇行環状巻線コイルの成形機を用いて蛇行環状巻線コイルの成形を実施すると、コイルのスプリングバックなどの影響により、蛇行コイルの高さ中央部分が上面や下面部分よりやや大径となり、コイル側面が太鼓状に膨れる傾向にあった。胴部が太鼓状に膨れると、コイルがローターやステータリングと干渉しやすくなったり、コイルを整形のため再プレス処理する際、金型に収まりにくくなり、プレスする際に銅線の被覆が破けやすくなるなどの弊害が起こる。
また、リード線の位置が内周側と外周側の２箇所であるコイルを、特許文献３にあるような２相Ｖ字短節巻による軸方向積み組み立てを行おうとした場合、モータのステータ幅をできるだけ小さくし、コイル占積率を上げた構造とすると、巻き始め側を軸方向にコアと干渉しないように逃がしてやり、組立て後にコイルを曲げる必要がある。リード線をモータ外周に出すためには組み立て後にコイル端部を成形する工程が必要となる。また、その場合ステータコア幅からコイルリード線部がはみ出すという問題があることに鑑み、本発明の課題は、このような問題点を解決すること、すなわち、環状コイルをプレス成形しても、上面、中央、下面の径の長さが夫々異なってしまうことがなく、コイルの側面が太鼓形状に湾曲しないような成形手法を提示すること、また、組立て後にコイルを曲げる工程を必要としない、コイルの両端部を環状コイルの外周面に位置させるような巻き方を提示することにある。

本発明の蛇行環状巻線コイル成形手法は、電動機のステータ内に配置される複数の蛇行部を有する環状巻線コイルの成形手法において、線材を環状に巻線する環状巻線工程と、前記環状巻線工程により成形された環状巻線を複数の蛇行部を有するように前記環状巻線の軸方向及び径方向にプレスするプレス成形工程とを備え、蛇行部成形前の前記環状巻線として、多角形の環状巻線を用いるようにした。その際の多角形の環状巻線を成形する１つの手法は環状巻線工程において多角形の筒体を成形型とするようにした。
また、本発明の蛇行環状巻線コイル成形手法は、前記環状巻線工程によって成形された多角形の環状巻線の角部は前記プレス成形工程において軸方向にプレスしない箇所に設けるようにした。そして、その多角形の環状巻線の角部は前記プレス成形工程後の環状巻線の径に応じて曲率を設定するようにした。

本発明の蛇行環状巻線コイル成形手法における環状巻線工程は、角線の線材を複数列且つ複数層に巻回するとともに、前記ステータの径方向に沿った前記複数列の各列毎に前記角線が前記複数層を成すように渦巻状に巻回し、複数の前記渦状に巻回して形成された渦状コイル部を前記ステータの径方向に複数列をなすように巻回するようにした。そして、前記環状巻線工程により成形される環状巻線の両端部は、前記ステータにおける前記電動機のロータと対向する面とは異なる面に配置されるように巻回するようにした。
更に、本発明の蛇行環状巻線コイル成形手法における前記環状巻線工程は、断面が矩形の線材を複数列且つ複数層に巻回するステップの前に、環状巻線後に列又は層を変更する巻線ターン部となる箇所を折り曲げるターン部折り曲げるステップを備えるものとした。そして、前記巻線ターン部は複数箇所に分散して形成されるとともに、全ての巻線ターン部は周方向での１つのティースの区画内で形成されるようにした。

本発明の蛇行環状巻線コイルの成形法は、蛇行部成形前の前記環状巻線として、多角形の環状巻線を用い、各辺部を前記複数の蛇行部へと成形することにより、略直線状の辺部を真っ直ぐに曲げ降ろす(あるいは曲げ上げる)ことができるので、真円状のコイルの弧形状の影響を蛇行部の高さ部分へ持ち込むことがなく、蛇行巻線コイルが太鼓状に形成されにくくなるので、蛇行巻線コイルの胴径を安定した寸法に収めることが可能となる。
その際の多角形の環状巻線を成形する１つの手法として環状巻線工程において多角形の筒体を成形型とするようにしたものは、容易に安定して多角形の環状巻線を成形することができる。

また、略多角形環状巻線コイルの頂点をなす角部は蛇行部へと形成せずに、成形目標形状である前記蛇行部を有する環状巻線コイルの非蛇行部の曲率半径にほぼ等しい大きさの曲率半径を有する略弧状形状の頂点をなす角部を形成したので、後の蛇行部の成形時に非蛇行部に再度加工負荷をかける必要がなくなる。
更に、本発明の蛇行環状巻線コイル成形手法では、断面が矩形の線材を複数列且つ複数層に巻回するステップの前に、環状巻線後に列又は層を変更する巻線ターン部となる箇所を折り曲げるターン部折り曲げるステップを備えるものとしたことにより、複数列かつ、複数層の環状巻線を密に形成でき、モータ占積率を向上させて性能向上を図ることが出来る。そして、前記巻線ターン部は１箇所に重なることなく、複数箇所に分散して形成されるようにしたことにより、層替り部と列替り部の重畳作用による瘤生成を抑えられ、配列乱れの防止が図れると共に、全ての巻線ターン部は周方向での１つのティースの区画内で形成出来る。

本発明の多角形コイルを用いた環状巻線コイルは、図１の下段に示すように、真円状の環状巻線コイル１を直接成形機にかけてプレス加工を行うのではなく、まず、環状巻線コイルを略多角形状に加工を施すなり、直接略多角形状コイル２を形成するなりし、その略多角形状コイル２を成形機に載せてプレス加工を行う形態を採る。多角形コイルを成形する簡便な手法は図２に示すように多角形の筒体49を巻線型にして導線を巻回して直接成形することができるが、成形方法はこれに限られることなく、一旦、真円状の環状巻線コイル１を形成した後、適宜の方法で略多角形状コイル２に変形加工するやり方であっても良い。

この略多角形状コイル２は、所望数の角部と各角部間の辺部が形成される。図２に示したような多角形の筒体49を巻線型にして成形する手法には特許文献５に示されたコイル形成方法が適用できる。略多角形状コイル２を蛇行部を有する環状コイルを成形する成形機に載置してプレス加工する。この成形機は基本的に図９に示した従来成形で用いるものと同じもので、図９中の真円状の環状コイル１に換えて略多角形状コイル２を載置するものである。さらには、図３における略多角形状コイルの辺部である直線部が蛇行部４０，４１（図１０参照）へ成形されるよう金型へ載置する。この加工は先の特許文献４の技術と同様に複数の第１金型19からなる上型金型ユニット12と、コイル保持部５を備え複数の第２金型25からなる下型金型ユニット13と、両ユニットの相対距離に応じて前記第１金型19および第２金型25を略半径方向に移動可能にする金型移動手段が備えたられた蛇行環状巻線コイル成形装置を用いて行う。そして、成形前の略多角形状の環状巻線コイル２のコイル径を上型金型ユニット12と下型金型ユニット13の協働により縮径しながら複数の蛇行部40(41)を形成し、蛇行部40(41)を有する環状巻線コイル３(４)を成形する。ただし、金型の縮径駆動はカム面とその面を転動するローラによる駆動機構に限らずエアシリンダー等による駆動、サーボモータを用いた制御系で行うようにしてもよい。サーボモータを用いた制御系である場合、プログラム設計に応じ如何様な駆動をも可能であり、カム駆動に比べて汎用性が格段に向上する。このプレス加工によって図４に斜視図で示されるような蛇行部を有する環状コイル３(４)が形成される。この蛇行部を有する環状コイル３(４)の半径（コイル束の幅中心）は図３右側に示されるようにＲであり、非蛇行部の曲率は加工前の略多角形状コイル２の角部（図３左側における破線円領域）において曲率Ｒの円弧状に形成されているのが好ましい。上記蛇行部はその曲率面とは直交する軸方向に上型金型ユニット12と下型金型ユニット13が相対変位するプレス加工によって形成される。このプレス加工は略多角形状コイル２の辺部（図３左側における実線円領域）とされた直線部分に対して行われるため、蛇行部の側面形状が太鼓状となることを防止することが出来る。

前記多角形の環状巻線コイル２は、環状巻線工程において図２に示すような予め形状が設計されている多角形の筒体である巻線型49を芯にして導線を巻回して成形することができる。この成形手法は真円状のコイル１を作る段階を省略し、直接所望の多角形状の環状巻線コイル２を容易に安定して得ることができる。ただし、巻線型49の形状通りのものしか形成できないので、所望の多角形状に対応する巻線型49を準備する必要がある。本発明では一旦真円状のコイル１を形成してから適宜の手法で所望の多角形状に予備加工するステップを踏むようにしても良い。要は角部に環状コイル３(４)の半径Ｒの曲率をもたせ、各角部間を直線形状とした略多角形の環状巻線コイル２を準備し、これを成形機にかけてプレス加工することで、本発明のものは従来のような胴部の膨らみを抑えた側部が直線的な蛇行部を備えた環状巻線コイルが得られるという技術的思想である。

次に、本発明における環状コイルの巻線形態について説明する。複数の蛇行部を有する環状巻線コイル３(４)は断面が矩形導線を用い、この導線44を複数列且つ複数層に巻回したものを使用してプレス加工する。図５のＡは従来の２列５層の巻き方であり、図５のＢは本発明が提案する２列５層の導線44の巻き方である。従来の巻き方は図８のＡにあるように円筒状の巻線型42を芯にして導線44の巻始め端部45近傍から巻始め、図５のＡに示されるように１巻目（図中の矩形コイル断面番号１；以下、“図の１”というように略す。）を巻くと列替わりをさせて２列目の１層（図の２）を巻く、続いて同じ列の２層目（図の３）を巻き列替わりをさせて１列目の２層（図の４）を巻く、続いて同じ列の３層目（図の５）を巻き列替わりをさせて２列目の３層（図の６）を巻く、続いて同じ列の４層目（図の７）を巻き列替わりをさせて１列目の４層（図の８）を巻く、続いて同じ列の５層目（図の９）を巻き列替わりをさせて２列目の５層（図の10）を巻き、巻き終わりを終端部46として引き出す。このように列替わりをさせると２層を巻き、隣に列替わりをさせてまた２層を巻くというようにジグザグ形態で積層して巻回していた。このように導線44を巻くと、導線44の始端部45は最下層部に終端部46は最上層部に位置するものとなる。そのため、この最下層部に位置する始端部45を上層部方向に折り返して終端部46と共に外部接続用の端子としていた。しかし、この形態は段落番号［００１１］で説明したように、リード線の位置が内周側と外周側の２箇所であるコイルを、特許文献３にあるように軸方向積み組み立てを行おうとした場合、モータのステータ幅をできるだけ小さくし、コイル占積率を上げた構造とするためには、巻き始め側を組立て後に曲げるという作業の必要があるだけでなく、巻き始め側を折り返す導線部分が無駄なスペースを使うことになる。

この問題点を解決する手法として、本発明の巻き方は図５のＢに示されるように、導線44の中程部分から巻き始め、一方側の導線44を用いて１列目の１層（図の５）を巻き、続いて２層目（図の４）、３層目（図の３）、２層目（図の２）、１層目（図の１）と順次巻いて端部を始端部45とし、他方側の導線44は列替わりをさせて２列目の１層（図の６）を巻き、続いて２層目（図の７）、３層目（図の８）、２層目（図の９）、１層目（図の10）と巻いて端部を終端部46とする。この巻き方であれば、導線44の始端部45も終端部46も共に環状巻線コイルの最上層部に位置させることが出来る。（なお、このように導線の始端部も終端部も環状巻線コイルの最外層部に位置させて端子への引き出し線を導出する巻き方を、α巻と呼ぶ。）したがって、組立て後に曲げるという作業の必要がないだけでなく、巻き始め側を折り返す導線部分がないため無駄なスペースを使うことがない。具体的な巻き方はこの他にも、最上層外周面の内周面をもった巻線型を用い、導線44の始端部45を残して１列目５層（図の１）から１層（図の５）まで順次内側に積層巻きし、その時点で最下層外周面と同じ外周面をもった巻線型を芯材として挿入すると共に、前記最上層外周面の内周面をもった巻線型を外し、列替わりをさせて２列目の１層（図の６）を巻き、続いて２層目（図の７）、３層目（図の８）、２層目（図の９）、１層目（図の10）と巻いて端部を終端部46とするという形成方法であってもよい。本発明で重要なことはどのような手法でこの巻き方を実現するかではなく、導線44の始端部45も終端部46も共にロータと対向する面とは反対の環状巻線コイルの最上層部に位置させることが出来る点である。図５のＢに示す巻き方を実現すればよいのであって、実現手法はこの他適宜の方法であってよい。このように角線の線材を前記ステータの径方向に沿った前記複数列の各列毎に前記角線が前記複数層を成すように渦巻状に巻回し、複数の前記渦状に巻回して形成された渦状コイル部を前記ステータの径方向に複数列をなすように巻回するものであるから、巻線形態が密となって無駄スペースを生じることなく、更には図５のＡに示された従来の２列５層の巻き方では列替わり部が５カ所であるのに対し、図５のＢに示された本発明の巻き方では列替わり部は１カ所となっていることから、密な巻線形態が実現されていることが確認でき、この点でもコイル占積率を上げた構造が実現される。

図６に示したものは奇数列複数層のコイルの巻き方である。図示の例は３列３層巻きであり、従来の巻き方は図６のＡにあるように円筒状の巻線型42を芯にしての巻き方であり、図６のＢは本発明が提案する３列３層の導線44の巻き方である。巻き方は図８のＡにあるように円筒状の巻線型42を芯にして導線44の巻始め端部45近傍から巻始め、図６のＡに示されるように１巻目（図の１）を巻くと列替わりをさせて２列目の１層（図の２）を巻く、続いて列替わりをさせて３列目の１層（図の３）を巻いた後、同じ３列目の２層目（図の４）を巻き列替わりをさせて２列目の２層（図の５）を巻いた後、また列替わりをさせて１列目の２層（図の６）を巻き、同じ１列目の３層目（図の７）を巻く。続いて列替わりをさせて２列目の３層（図の８）を巻いた後、また列替わりをさせて３列目の３層（図の９）を巻き、巻き終わりを終端部46として引き出す。このように列替わりをさせながら各列の１層目を順次巻き、最後の列では次の層に積層し、その層も隣に順次列替わりをさせてその層を巻くというようにジグザグ形態で積層して巻回していた。このように導線44を巻くと、この場合も導線44の始端部45は最下層部に終端部46は最上層部に位置するものとなる。そのため、この最下層部に位置する始端部45を上層部方向に折り返して終端部46と共に外部接続用の端子としていた。

この問題点を解決する手法として、奇数列の本発明の巻き方は図６のＢに示されるように、導線44の１列３層分余りを残した中程部分から巻き始め、他方側の導線44を用いて２列目の１層（図の４）を巻き、続いて列替わりをさせて３列目の１層目（図の５）を巻き、そのまま３列目の２層目（図の６）を重ねて巻き、続いて列替わりをさせて２列目の２層（図の７）を巻き、そのまま２列目の３層目（図の８）を重ねて巻き、続いて列替わりをさせて３列目の３層目（図の９）と順次巻いて端部を終端部46とし、残された一方側の導線44は列替わりをさせて１列目の１層（図の３）を巻き、続いて２層目（図の２）、３層目（図の１）と巻いて端部を始端部45とする。こうすることにより、奇数列であっても導線44の始端部45と終端部46は最上層部に位置するものとなる。因みに、この巻き形態であれば列替わり部は４カ所となり、従来の巻き形態の６カ所に比べ少なくすることが出来る。この実施形態においても重要なことはどのような手法でこの巻き方を実現するかではなく、導線44の始端部45も終端部46も共に環状巻線コイルの最上層部に位置させることが出来る点であることは図５の例と同様であり、図６のＢに示す巻き方を実現すればよい。
他の実現手法としては、最上層外周面の内周面をもった巻線型を用い、導線44の始端部45を残して１列目３層（図の１）から１層（図の３）まで順次内側に積層巻きし、その時点で最下層外周面と同じ外周面をもった巻線型を芯材として挿入すると共に、前記最上層外周面の内周面をもった巻線型を外し、列替わりをさせて２列目の１層（図の４）を巻き、続いて列替わりをさせて３列目の１層目（図の５）を巻き、そのまま３列目の２層目（図の６）を重ねて巻き、続いて列替わりをさせて２列目の２層（図の７）を巻き、そのまま２列目の３層目（図の８）を重ねて巻き、続いて列替わりをさせて３列目の３層目（図の９）と順次巻いて端部を始端部45とするという形成方法であってもよい。

本発明が提案する巻き方の略多角形状コイル２を用いて成形した複数の蛇行部を有する環状巻線コイルのＵ相用３、Ｗ相用４を組み込んだ形態を図７に示す。従来技術では始端部45のリード線の位置が内周側であるコイルを、特許文献３にあるような２相Ｖ字短節巻による軸方向積み組み立てを行おうとした場合、モータのステータ幅をできるだけ小さくし、コイル占積率を上げた構造とすると、図１１に示すように巻き始め側を軸方向にコアと干渉しないように横方向に逃がしてやり、組立て後にコイルを曲げる必要がある。リード線をモータ外周に出す場合には、組み立て後にコイル端部を成形する工程が発生し、また、ステータコア幅からコイルリード線部がはみ出すという問題があった。本発明が提案する上記の巻き方をしたα巻きコイルを用いれば、導線44の始端部45も終端部46も共に環状巻線コイルの最上層部に位置したものとなるので、組立て状態では図７に示されるようにＵ相用環状巻線コイル３とＷ相用環状巻線コイル４の始端部45も終端部46もすべて環状巻線コイルの外側にリード線として取り出せる構造となる。したがって、従来のコイルのように組立て後にコイルを曲げる必要がなく、組み立て後にコイル端部を成形する工程は不必要であり、また、ステータコア幅からコイルリード線部がはみ出すという問題もない。

本発明の環状巻線コイルは複数列に巻かれ更に複数層に巻回されたコイルであり、コイル線が整列するように平行に密に巻き回され、モータの１つのティースに巻き回されるコイルとなる。このようなコイルを形成する環状巻線工程は、断面が矩形の角導線44を１ターン巻いては次の列に変更する作業を繰り返し、順次となりに列を変更して一の層を巻き終えると、層を変更して次の層の列を巻き重ねる作業を行うというコイル成形手法が採られる。すなわち、環状巻線後に列又は層を変更する巻線ターン部となる箇所を折り曲げるターン部折り曲げるステップを踏むことによって複数列且つ複数層に巻回された本発明の環状巻線コイルが形成される。モータ性能向上の要求に応えるためには、整列タイプの集中巻コイルが有効であり、そのため、コイル線が整列するように平行に巻き回され、１つの巻層が形成される。巻層の終わりではコイル線が次の層に移り、反対方向に列が進むようにコイル線が巻き回される。整列巻が繰り返され、複数列・複数層のコイルが形成される。そして、断面矩形導線44が使われているので、平角線を隙間なく整列させることでモータ占積率を向上でき、占積率の増大によりモータ性能の向上が図れる。

また、このような集中巻コイルにおいては、層替り部や列替り部のような部分が、コイル線の配列を乱してコイル外形形状を拡大する要因となることに鑑み、本発明では、コイル線が複数の層をつくるように巻かれ、各層にてコイル線が列をつくるように巻かれた集中巻コイルにおいて、コイル線が一の層から次の層に移る層替り部と、前記次の層内でコイル線が隣の列に移る列替り部とをコイル周方向にずれた別位置に有するよう分散させるようにした。例えば、第２層への層替り部に対して、第２層内での列替り部がコイル周方向にずれた位置に設けられるようにすることで、層替り部と列替り部の重畳作用による瘤生成を抑えられ、配列乱れの防止が図れるという形態である。

本発明の多角形コイル成形プロセスを説明する概念図である。本発明の多角形コイルを成形する装置の１例を示す図である。本発明の多角形コイルと成形後の蛇行部を有する環状コイルの関係を示す図である。本発明で予備成形した多角形コイルから成形した蛇行部を有する環状コイルの斜視図である。本発明が提案する偶数列の巻線パターンを従来と比較説明する図である。本発明が提案する奇数列の巻線パターンを従来と比較説明する図である。本発明によるＵ相とＷ相の環状巻線コイルを組込んだ状態を示す図である。従来の複数の蛇行部を有する環状巻線コイルの成形工程を説明する図である。従来の複数の蛇行部を有する環状巻線コイルを成形する装置を示す図である。蛇行部を有する環状コイルの構成を説明する図である。従来のＵ相とＷ相の環状巻線コイルを組込んだ状態を示す図である。

符号の説明

１真円状の環状コイル２略多角形の環状コイル
３，４蛇行部を有する環状コイル５コイル保持部
12 成形用上型金型ユニット 13 成形用下型金型ユニット
14 各金型支持部 15，16 ブラケット
17 ガイドレール 18 各スライダー
19 第１金型 20 押さえ部
21 ローラ 22 ローラガイド
23 カム面 24 ガイドレール
25 第２金型 26 ローラ
27 ローラガイド 28 カム面
30 ステータ 31 Ｕ相ステータリング
32 Ｖ相ステータリング 33 Ｗ相ステータリング
34 Ｕ相ティース 35 Ｖ相ティース
36 Ｗ相ティース 37,38,39 結合部
40，41 蛇行部 42 円筒体
43 軸方向の溝 44 導線
45 コイル始端 46 コイル終端
49 多角形筒体の巻線型

Claims

電動機のステータ内に配置される複数の蛇行部を有する環状巻線コイルの成形手法において、線材を環状に巻線する環状巻線工程と、前記環状巻線工程により成形された環状巻線を複数の蛇行部を有するように前記環状巻線の軸方向及び径方向にプレスするプレス成形工程とを備え、蛇行部成形前の前記環状の巻線として、多角形の環状巻線を用いることを特徴とする蛇行環状巻線コイル成形手法。
前記多角形の環状巻線は、環状巻線工程において多角形の筒体を巻線型にして導線を巻回して成形することを特徴とする請求項１に記載の蛇行環状巻線コイル成形手法。
前記環状巻線工程によって成形された多角形の環状巻線の角部は前記プレス成形工程において軸方向にプレスしない箇所に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の蛇行環状巻線コイル成形手法。
前記環状巻線工程によって成形された多角形の環状巻線の角部は前記プレス成形工程後の環状巻線の径に応じて曲率を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蛇行環状巻線コイル成形手法。
前記環状巻線工程は、角線の線材を複数列且つ複数層に巻回するとともに、前記ステータの径方向に沿った前記複数列の各列毎に前記角線が前記複数層を成すように渦巻状に巻回し、複数の前記渦状に巻回して形成された渦状コイル部を前記ステータの径方向に複数列をなすように巻回することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の蛇行環状巻線コイル成形手法。
前記環状巻線工程により成形される環状巻線の両端部は、前記ステータにおける前記電動機のロータと対向する面とは異なる面に配置されるように巻回することを特徴とする請求項５に記載の蛇行環状巻線コイル成形手法。
前記環状巻線工程は、角線の線材を複数列且つ複数層に巻回するステップ前に、環状巻線後に列又は層を変更する巻線ターン部となる箇所を折り曲げるターン部折り曲げるステップを備えることを特徴とする請求項５に記載の蛇行環状巻線コイル成形手法。
前記巻線ターン部は複数箇所に分散して形成されるとともに、全ての巻線ターン部は周方向での１つのティースの区画内で形成されることを特徴とする請求項７に記載の蛇行環状巻線コイル成形手法。