JP2009118703A - ステータコイルのコイルエンド成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】階段状コイルエンドの成形に際しての絶縁被覆の擦れを低減したステータコイルのコイルエンド成形方法を提供すること。
【解決手段】階段形押圧面１０１をもつパンチ１００の前進（下降）に応じて、ダイ装置２００の各ダイ２０１〜２０３もそれに併せて降下する。中央側のダイ２０１により成形動作が外側のダイ２０２、２０３のそれに先行するが、各ダイ２０１〜２０３はコイルスプリング２０５〜２１０は各ダイ２０１〜２０３を緩衝するため、単一のパンチ１００を用いるにもかかわらず、未成形絶縁被覆平角線３００の絶縁被覆に掛かるストレスは低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータコイルのコイルエンド成形方法に関し、好適には絶縁被覆平角線を階段状に折り曲げてなるコイルエンドを有するステータコイルのコイルエンド成形方法に関する。

ステータコイルを構成する導体線を大断面積の平角線により構成することは、回転電機のスロット占積率向上のために好適である。この種の平角線を用いて予めコイルエンドを成形したステータコイルをオープンスロット型や分割コア型のステータコアに収容した構造の回転電機が、たとえば特許文献１に記載されている。また、コイルエンドの軸方向突出長を短縮することは、回転電機の小型化の点で有益である。特に、径が大きく軸方向突出長が小さい回転電機において、このコイルエンドの軸方向突出長短縮効果は大きい。

しかしながら、この種の平角線成形コイルをステータコイルとして採用することは、上述したようにスロット占積率向上の点で有益であるが、平角線は曲げにくいため、コイルエンド部の軸方向突出長が増大してモータ体格が増大するという問題があった。特に、分布巻きステータコイルにおいては、コイルエンド部は隣接する他のコイルエンド部と高密度に隣接するため、特に各導体線のコイルエンド部同士の干渉が問題となった。
特許３６０４３２６号

この問題を解決するため、本出願人は、ステータコイルの各導体線のコイルエンド部をそれぞれ階段状に形成して緊密に組み合わせることにより、コイルエンドの軸方向突出長を最小限に抑えることが可能なステータコイル構造を検討している。

この階段状コイルエンド部は、コイルエンドの軸方向突出長短縮の点でとても優れているが、絶縁被覆平角線に多数の角部を設ける工程は、各角部を被覆する絶縁被覆膜、特に、コイルエンド部の両端部に近接する角部を被覆する絶縁被覆膜に大きな引っ張り応力が掛かるという不具合があることがわかった。このため、絶縁被覆の破損を防止しつつ絶縁被覆平角線を階段状に屈曲させる良い製造方法を実現することが、ステータコイルの軸方向突出長の短縮及び回転電機の体格縮小のために必要であることがわかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡素な工程で絶縁被覆を良好に破損防止可能な階段状コイルエンド部の成形方法を提供することをその目的としている。

本発明は、平角線を絶縁被覆してなる絶縁被覆導体線のコイルエンド予定部分を曲げてステータコイルのコイルエンド部を作製し、前記コイルエンド部の両端は、直線状に形成されて前記ステータコイルのスロット収容部にそれぞれ連なるステータコイルのコイルエンド成形方法に適用される。

上記目的を達成するためになされたこの発明のステータコイルのコイルエンド成形方法は、前記コイルエンド予定部分をその長手方向中央部から両側の端部に向けて階段状に形成することにより、階段状コイルエンド部を形成する折り曲げ工程を有し、前記折り曲げ工程は、前記階段状コイルエンド部の頭頂部に隣接する一対の角部である最内側角部を、前記階段状コイルエンド部の最外側に形成されて前記階段状コイルエンド部と前記スロット収容部との境界部に位置する最外側の角部である最外側角部を除く他の角部よりも早期に曲げ始めることをその特徴としている。

すなわち、この発明は、階段状コイルエンド部の頭頂部の両側の角部である最内側角部を他の角部よりも早く曲げ始める。階段状コイルエンド部とスロット収容部との間の角部である最外側角部は、上記で言う「他の角部」に含まれない。つまり、この最外側角部は、最外側角部よりも早期に曲げても良く、あるいは後で曲げても良い。

好適態様において、最外側角部は、階段状コイルエンド部の最内側角部や他の角部を曲げる前に予め曲げられている。このようにすれば、作業スペースの無駄を減らし、作業が容易となる。

好適な態様において、階段状コイルエンド部の各角部に対応する絶縁被覆導体線の各角部予定部分には、最内側角部に対応する角部予定部分から外側の角部予定部分へ順番に曲げ用の付勢力が加えられる。このようにすれば、曲げ時に絶縁被覆導体線の擦れや傷を良好に減らすことができる。

以下、本発明の効果を説明する。

すなわち、この発明では、階段状コイルエンド部の成形に際して、コイルエンド予定部分の中央部に掛ける押圧力をコイルエンド予定部分の両側に掛ける押圧力に先んじて強化する。このようにすれば、コイルエンド予定部分の中央部寄りの角部が両側の角部よりも早期に折り曲げられることになるため、この中央部寄りの角部の折り曲げに伴って生じる絶縁被覆導体線が金型表面を変位する際に、両側の角部形成用の金型表面で強く擦れたり、曲げられたりすることがなく、それによる絶縁皮膜の傷を防止することができる。つまり、中央部寄りの角部形成に伴う絶縁被覆導体線のコイルエンド予定部分の中央部への移動が、コイルエンド予定部分の周辺部を一対の金型で強く挟圧する以前に行うため、上記効果を奏することができる。

好適な態様において、中央部が両端部よりも突出する階段形押圧面を有する押し型と、前記階段形押圧面に対面する受け面をそれぞれ有して互いに隣接配置されるとともに前記押し型の進退方向に互いに独立に進退する複数の受けブロックからなり、前記受け型の各受けブロックは、ハウジング又は他の前記受けブロックに弾性部材を介して緩衝支持される受け型とを準備し、前記階段形押圧面と前記受け面との間に少なくとも前記階段状コイルエンド部の前記最内側角部及び前記他の角部がまだ未成形である前記絶縁被覆導体線を配置し、前記押し型を前記受け型に向けて前進させることにより、前記絶縁被覆導体線に前記最内側角部を前記他の角部よりも優先して折り曲げる。このようにすれば、簡素な金型構造にて上記したコイルエンド予定部分の中央部の早期折り曲げを実現することができ、絶縁被覆樹脂が受ける擦れなどのダメージも低減することができる。

本発明のステータコイルの階段状コイルエンド部の成形方法の好適態様を以下に説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、その他の公知技術の組み合わせにより本発明の技術思想を実現してもよいことはもちろんである。

（ステータの説明）
まず、階段状コイルエンド部を採用するこの実施形態のステータコイルについて図１、図２を参照して説明する。図１は、一本の絶縁被覆平角線３０の一部を示す部分斜視図であり、図２は、階段状のコイルエンド部４２の集合体であるコイルエンドを示す部分斜視図である。

１１はステータ、１２はステータコア、１３はステータコア１２の端面、２０はステータコイルである。ステータ１１は車両駆動用発電電動機に使用されるものであり、ステータ１１の径方向内側には図略のロータが回転自在に収容される。このロータの外周部には、極性が周方向交互に異なる多数の磁極が永久磁石によって形成されている。ロータの外周面は、ステータ１１の内周面に対して微小なエアギャップを介して対面している。ステータコア１２は、所定厚さの電磁鋼板を軸方向に積層して形成されている。ステータコイル２０は３相巻線であり、スロット１４には一つの相の波巻巻線が巻装され、スロット１５にもこれと同じ一つの相の波巻巻線が巻装されている。つまり、互いに隣接する２つのスロット１４、１５に同相のステータコイル２０が巻装されいわゆる毎極毎相２スロット構成となっている。

ステータコイル２０の一つの相コイル（波巻き巻線）は、絶縁被覆平角線３０を屈曲加工した後、ステータコア１２のオープンスロット構造のスロット１４又は１５に収容して形成されている。オープンスロット構造の代わりに分割ステータコア構造を採用してもよいことはもちろんである。

絶縁被覆平角線３０は、略方形断面の銅線にポリアミドイミド等のエナメル層を被覆を行い、更にその外側にＰＰＳ等の押出し被覆樹脂層を被覆して形成されている。絶縁皮膜の合計厚さは１００μｍ〜１７０μｍに設定されている。ただし、絶縁被覆平角線３０の絶縁被覆構造は公知の他の方式を採用しても良い。この実施形態では、複数の絶縁被覆平角線３０はスロット内にスロット深さ方向に一列に配列されているが、これに限定されることなく、スロット内に行列状に配置してもよい。また、スロット内面には通常は、絶縁紙を設けるのが通常であるが、この実施形態では、２層絶縁層を形成しているため、絶縁紙を省略している。

図１、図２においてステータコイル２０について更に説明する。ステータコイル２０をなす絶縁被覆平角線３０は、ステータコア１２のスロット１４、１５内にそれぞれ収容されるスロット収容部４０と、軸方向及び周方向へ延在しつつ周方向略１磁極ピッチ離れた２つのスロット収容部４０の端部同士をステータコア１２の軸方向両端にて接続するコイルエンド部４２とを有している。

（コイルエンド部４２の形状説明）
絶縁被覆平角線３０のコイルエンド部４２を、その周方向模式展開図である図３を参照して更に詳しく説明する。

コイルエンド部（階段状コイルエンド部とも言う）４２の周方向中央部には、軸方向最外側に位置して周方向へ延在する周方向線部である頭頂部１が設けられ、コイルエンド部４２は、頭頂部（周方向線部）１から両側のスロット収容部４０に向けて階段状に屈曲されている。

頭頂部（周方向線部）１の中央部には、径方向（厚さ方向）に絶縁被覆平角線３０の略厚さ分だけ段差（厚さ方向段差とも言う）３Aが設けられている。この厚さ方向段差３Aは、コイルエンド部４２の周方向一半部と他半部とを径方向に１導体線分ずらせることにより、他のコイルエンド部との重なりを可能とするための段差である。

２〜４は、周方向に延在する周方向線部、６〜８は軸方向に延在する軸方向線部である。 C1〜C６は、隣り合う一つの周方向線部と一つの軸方向線部との境界部をなす角部である。C７は周方向線部４とスロット収容部４０との境界部をなす角部である。コイルエンド部４２は、軸方向最外側の頭頂部１から左右のスロット収容部４０に向けて階段状に形成されている。なお、図３では、角部C1〜C７は直角に図示されているが、実際には隣接する他のコイルエンド部４２との高密度実装が可能な範囲で所定の曲率半径で屈曲乃至湾曲されていればよい。

（金型構造の説明）
次に、コイルエンド部４２を成形するための金型構造を図４を参照して説明する。なお、下記の説明では、パンチが垂直に進退する構成としたが、パンチは、他の方向たとえば水平方向に進退してもよいことは明白である。

１００はパンチ（本発明で言う押し型）である。パンチ１００の下面は、中央部が両端部よりも下方に突出する階段形押圧面１０１となっている。

２００はダイ装置である。ダイ装置２００は水平方向に延在する直線状の未成形絶縁被覆平角線３００の下側に配置され、パンチ１００は、未成形絶縁被覆平角線３００の上方に配置され、パンチ１００の階段形押圧面１０１は、未成形絶縁被覆平角線３００を挟んでダイ装置２００の上面に所定隙間を挟んで対面している。

ダイ装置２００は、４つのダイ（本発明で言う受けブロック）２０１〜２０４を有している。ダイ２０１は、ダイ装置２００の左右方向中央部に配置されている。

ダイ２０１は、ダイ２０２の上面である受け面２１１に設けられた凹部内に垂直方向移動自在に嵌入している。ダイ２０２の上面である受け面２１２は、受け面２１１に隣接してその外側に配置されている。ダイ２０１の下面には上方へ向けてバネ収容溝が形成され、その内部にコイルスプリング２０５が収容されている。コイルスプリング２０５の上端はダイ２０１の上側底面に、コイルスプリング２０５の下端はダイ２０２の下側底面に接している。

ダイ２０２は、ダイ２０３の上面である受け面２１３に設けられた凹部内に垂直方向移動自在に嵌入している。これにより、ダイ２０３の上面である受け面２１３は、受け面２１２に隣接してその外側に配置されている。ダイ２０２の下面には上方へ向けて２つのバネ収容溝が形成され、それらの内部にコイルスプリング２０６，２０７が個別に収容されている。コイルスプリング２０６，２０７の上端はダイ２０２の上側底面に、コイルスプリング２０６，２０７の下端はダイ２０３の下側底面に接している。

ダイ２０３は、ダイ２０４の上面である受け面２１４に設けられた凹部内に垂直方向移動自在に嵌入している。これにより、ダイ２０４の上面である受け面２１４は、受け面２１３に隣接してその外側に配置されている。ダイ２０３の下面には上方へ向けて３つのバネ収容溝が形成され、それらの内部にコイルスプリング２０８，２０９，２１０が個別に収容されている。コイルスプリング２０８，２０９，２１０の上端はダイ２０３の上側底面に、コイルスプリング２０８，２０９，２１０の下端はダイ２０４の下側底面に接している。ダイ２０４は、図略の固定ベースに固定されている。

これらコイルスプリング（本発明で言う弾性部材）２０１〜２１０は、圧縮付勢しない状態にて図４に示すように各ダイ２０１〜２０４の間に所定の垂直方向隙間を形成している。この状態にて、各ダイ２０１〜２０４の上面２１１〜２１４は図４に示すように略水平に並んでいる。

図５に示すように、パンチ１００の階段形押圧面１０１の各押圧面１０１〜１０４は、各受け面２１１〜２１４に個別に対面している。ただし、図３に示す軸方向線部６〜８を収容するために、押圧面１０１は受け面２１１より軸方向線部６の幅だけ狭く形成され、押圧面１０２は受け面２１２より軸方向線部７の幅だけ狭く形成され、押圧面１０３は受け面２１３より軸方向線部８の幅だけ狭く形成されている。

（コイルエンド部成形動作）
次に、上記した金型構造を用いて行うコイルエンド部成形工程を図４〜図７を参照して説明する。

パンチ１００をゆっくりと加工させると、パンチ１００とダイ装置２００との間に位置して水平方向に延在する未成形絶縁被覆平角線３００が、パンチ１００の階段形押圧面１０１によりダイ装置２００の各受け面２１１〜２１４に押しつけられる。

階段形押圧面１０１は、既述したように、未成形絶縁被覆平角線３００のコイルエンド予定部分の中央部にて最も下方に突出し、その左右に階段状に形成されている。このため、最初に押圧面１０１が未成形絶縁被覆平角線３００を下方へ塑性変形させつつ受け面２１１を下方に押し下げる（図５）。次に押圧面１０２が未成形絶縁被覆平角線３００を下方へ塑性変形させつつ受け面２１２を下方に押し下げる（図６）。次に押圧面１０３が未成形絶縁被覆平角線３００を下方へ塑性変形させつつ受け面２１３を下方に押し下げる（図７）。このパンチ１００の下降は、最外側の押圧面１０４が未成形絶縁被覆平角線３００を挟んで受け面２１４により停止されることにより終了する。

図４〜図７の工程により成形されたコイルエンド部４２からなるステータコイルのフロント側コイルエンドの一部を図８に示す。

（その後の工程）
図４〜図７に示す工程により、図３に示す周方向線部４までが形成される。図３に示す角部C7の折り曲げは、図４〜図７に示す工程の後で行っても良く、予め行っておいてもよい。特に、コイルエンド部４２の最外側角部C７を予め成形しておく場合には、それぞれコイルエンド部を成形する複数の金型構造をコンパクトに配置できる。

なお、ステータコイルの一つの相コイルは複数のコイルエンド部４２と複数のスロット収容部４０とを交互にもつので、一つの相コイルのすべてのコイルエンド部４２は、図４に示す金型構造をコイルエンド部４２の数に等しいだけ設けておいて一挙に行っても良く、あるいは、フロント側コイルエンド用の金型構造とリア側コイルエンド用の金型構造とのペアを設けておいて、未成形絶縁被覆平角線３００の移動とこれら金型構造のペアの複数回の動作により一つの相コイルのすべてのコイルエンド部４２を成形してもよい。

階段状コイルエンド部をもつ一本の絶縁被覆平角線の一部を示す部分斜視図である。 階段状（クランク状）のコイルエンド部の集合体である階段状コイルエンド構造を示す部分斜視図である。 階段状コイルエンド部の模式周方向展開平面図である。 実施形態１における階段状コイルエンド部の第１成形工程を示す模式縦断面図である。 実施形態１における階段状コイルエンド部の第２成形工程を示す模式縦断面図である。 実施形態１における階段状コイルエンド部の第３成形工程を示す模式縦断面図である。 実施形態１における階段状コイルエンド部の第４成形工程を示す模式縦断面図である。 図４〜図７の工程により成形した階段状コイルエンド部を重ねたフロント側コイルエンドの位部を示す周方向展開図である。 実施形態２の階段状コイルエンド部成形工程の一部を示す模式図である。

符号の説明

C1〜C７ 角部
C1 角部（最内側角部）
C7 角部（最外側角部）
１〜４ 周方向線部
６〜８ 軸方向線部
１１ ステータ
１２ ステータコア
１４ スロット
１５ スロット
２０ ステータコイル
３０ 絶縁被覆平角線
４０ スロット収容部
４２ コイルエンド部（階段状コイルエンド部）
１００ パンチ
１０１〜１０４ 各押圧面
１０１ 押圧面（階段形押圧面）
２００ ダイ装置
２０１〜２０４ ダイ
２０５〜２１０ コイルスプリング
３００ 未成形絶縁被覆平角線

Claims (2)

1. 平角線を絶縁被覆してなる絶縁被覆導体線のコイルエンド予定部分を曲げてステータコイルのコイルエンド部を作製し、前記コイルエンド部の両端は、直線状に形成されて前記分布巻きステータコイルのスロット収容部にそれぞれ連なるステータコイルのコイルエンド成形方法において、
   前記コイルエンド予定部分をその長手方向中央部から両側の端部に向けて階段状に形成することにより、階段状コイルエンド部を形成する折り曲げ工程を有し、
   前記折り曲げ工程は、前記階段状コイルエンド部の頭頂部に隣接する一対の角部である最内側角部を、前記階段状コイルエンド部の最外側に形成されて前記階段状コイルエンド部と前記スロット収容部との境界部に位置する最外側の角部である最外側角部を除く他の角部よりも早期に曲げ始めることを特徴とするステータコイルのコイルエンド成形方法。
2. 中央部が両端部よりも突出する階段形押圧面を有する押し型と、前記階段形押圧面に対面する受け面をそれぞれ有して互いに隣接配置されるとともに前記押し型の進退方向に互いに独立に進退する複数の受けブロックからなり、前記受け型の各受けブロックは、ハウジング又は他の前記受けブロックに弾性部材を介して緩衝支持される受け型とを準備し、
   前記階段形押圧面と前記受け面との間に少なくとも前記階段状コイルエンド部の前記最内側角部及び前記他の角部がまだ未成形である前記絶縁被覆導体線を配置し、
   前記押し型を前記受け型に向けて前進させることにより、前記絶縁被覆導体線に前記最内側角部を前記他の角部よりも優先して折り曲げる請求項１記載のステータコイルのコイルエンド成形方法。