JP2009225544A - 蛇行環状巻線及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が行い易い蛇行環状巻線及びその成形方法を提供する。
【解決手段】電動機のステータ内に配置され、径方向に巻線を複数層巻装したＵ相環状巻線２２が周方向に複数の蛇行部２４を有し、蛇行部２４は径方向に渡って軸方向の高さＨが一定であり、各蛇行部２４の頂部１０６と左基部１０２、右基部１０４とに径方向に隣接して頂部弧状部１１２、左基部弧状部１０８、右基部弧状部１１０が形成されている蛇行環状巻線において、径方向で内側寄りの巻線の弧状部の曲率半径と径方向で外側寄りの巻線の弧状部の曲率半径を異ならせ、環状巻線の各層の弧状部の長さの総和により周方向での内外差を確保したことを特徴とする。
【選択図】図１８

Description

この発明は、電動機（モータ）のステータ巻線に使用する蛇行環状巻線及びその成形方法に関する。

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ＤＣ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が集中巻により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相同期モータが知られている（特許文献１参照）。
また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎の巻線が周方向で隣り合うティース（クローポール）間を縫うようにして周回させられることで巻線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相同期モータが知られている（特許文献２参照）。
ところで、これら従来の３相同期モータにおいては、３相の各相毎の巻線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。
このような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相の環状巻線とを、軸線に平行な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に複数の蛇行部を形成して、ステータが発生する磁束を増大させるようにしたモータのステータを提案している（特許文献３参照）。
特開平１１−２９９１３７号公報 特開２００２−１６５３９６号公報 特開２００６−２８０１８８号公報

上述した永久磁石式３相同期モータ又はクローポールモータのステータには、環状の蛇行巻線が使用されているが、このような蛇行環状巻線は線材を径方向や軸方向に積層した状態で蛇行部を形成するため、その加工方法の確立が望まれている。

そこで、この発明は、製造が行い易い蛇行環状巻線及びその成形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、電動機のステータ内に配置され、径方向に巻線を複数層巻装した環状巻線（例えば、実施形態におけるＵ相環状巻線２２、Ｗ相環状巻線２６）が周方向に複数の蛇行部（例えば、実施形態における蛇行部２４，２８）を有し、該蛇行部は径方向に渡って軸方向の高さ（例えば、実施形態における高さＨ）が一定であり、各蛇行部の頂部（例えば、実施形態における頂部１０６）と基部（例えば、実施形態における左基部１０２、右基部１０４）とに径方向に隣接する複数の弧状部（例えば、実施形態における頂部弧状部１１２、左基部弧状部１０８、右基部弧状部１１０）が形成されている蛇行環状巻線において、径方向で内側寄りの巻線の弧状部（例えば、実施形態における弧状部Ｌ１〜Ｌ６）の曲率半径（例えば、実施形態における曲率半径Ｒ４，Ｒ１，Ｒ５）と径方向で外側寄りの巻線の弧状部の曲率半径（例えば、実施形態における曲率半径Ｒ３，Ｒ２，Ｒ６）を異ならせ、環状巻線の各層の弧状部の長さの総和により周方向での内外差を確保したことを特徴とする。
このように構成することで、径方向に複数層に巻装された巻線に径方向に渡って軸方向の高さが一定の蛇行部を形成する際に生ずる周方向の内外差を、径方向で内側寄りの巻線の弧状部の曲率半径と径方向で外側寄りの巻線の弧状部の曲率半径を異ならせることで生ずる弧状部の長さの相違を用いて吸収することが可能となる。

請求項２に記載した発明は、前記蛇行した環状巻線の蛇行部の頂部の内面が弧状に形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、最も曲率半径が小さい蛇行部の頂部を無理なく曲げ加工することが可能となる。

請求項３に記載した発明は、前記蛇行部の頂部の内面において、径方向内側の巻線の弧状部（例えば、実施形態における弧状部Ｌ４）よりも径方向外側の巻線の弧状部（例えば、実施形態における弧状部Ｌ３）の曲率半径が徐々に大きくなるように構成したことを特徴とする。
このように構成することで、周方向の内外差を曲率半径の差により吸収し、弧状部で均一に分担させることができる。

請求項４に記載した発明は、前記蛇行部の基部の外面において、径方向内側の巻線の弧状部（例えば、実施形態における弧状部Ｌ１，Ｌ５）よりも径方向外側の巻線の弧状部（例えば、実施形態における弧状部Ｌ２．Ｌ６）の曲率半径が徐々に小さくなるように構成したことを特徴とする。
このように構成することで、前記蛇行部の頂部の内面において径方向の外側ほど大きく確保した弧状部の長さを、これに対応する蛇行部の基部の外面では径方向の外側ほど小さくして蛇行部にかかる巻線の伸張方向の負担を軽減することができる。

請求項５に記載した発明は、前記蛇行する環状巻線は蛇行しない環状巻線をプレス成形して蛇行部を形成することにより成形し、プレス成形後の蛇行する環状巻線のコイル断面形状はプレス成形前の蛇行しない環状巻線のコイル断面形状とほぼ同一であることを特徴とする。
このように構成することで、環状巻線の巻線に伸縮方向の力が作用するのを防止できる。

請求項６に記載した発明は、円周方向にステータ内に配置され複数の蛇行部（例えば、実施形態における蛇行部８３）を有する蛇行環状巻線の成形方法であって、環状巻線（例えば、実施形態における環状巻線８２）を、複数の第１金型（例えば、実施形態における第１金型４４）を有する第１金型ユニット（例えば、実施形態における上型ユニット３０）と複数の第２金型（例えば、実施形態における第２金型６８）を有する第２金型ユニット（例えば、実施形態における下型ユニット６０）との間に配置する工程と、前記第１金型ユニットと前記第２金型ユニットとを相対的に接近させるようにして移動して、前記環状巻線を前記第１金型と前記第２金型とでプレス成形する工程とを備え、前記プレス成形工程は、前記環状巻線に複数の蛇行部を形成すると同時に前記環状巻線径方向に縮径させるものであり、前記蛇行部の頂部を形成する弧状部と前記蛇行部の基部を形成する弧状部に対応して、一方の金型と他方の金型の上下方向当接面に、径方向の内側寄りと径方向の外側寄りとで曲率半径を異ならせる弧状押圧部（例えば、実施形態における弧状押圧部４６’、７０’）を設けたことを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、径方向に複数層に巻装された巻線に径方向に渡って軸方向の高さが一定の蛇行部を形成する際に生ずる周方向の内外差を、径方向で内側寄りの巻線の弧状部の曲率半径と径方向で外側寄りの巻線の弧状部の曲率半径を異ならせることで生ずる弧状部の長さの相違を用いて吸収することが可能となるため、巻線の蛇行部を無理なく成形することができる効果がある。したがって、蛇行部の頂部と基部を、同様の曲率半径の弧状部と直線部とで形成し、とりわけ、弧が小さい頂部の直線部分に径方向の内外で寸法差を持たせるようにした場合に比較して、成形が容易となる。即ち、蛇行部の頂部と基部に直線部分を設ける場合には、プレス成形などによる成形の際に、直線部分の端部における応力集中を回避するために成形を複数回に分けて行う必要があるが、直線部分をなくして弧状部のみとすることで一回で成形を行うことができるのである。
請求項２に記載した発明によれば、最も曲率半径が小さい蛇行部の頂部を無理なく曲げ加工することが可能となるため、成形が行い易い効果がある。
請求項３に記載した発明によれば、周方向の内外差を曲率半径の差により吸収し、弧状部で均一に分担させることができるため、型成形の際に型に対する追従性を高めコイル皮膜はがれを防止して成形が行い易くなるという効果がある。
請求項４に記載した発明によれば、前記蛇行部の頂部の内面において径方向の外側ほど大きく確保した弧状部の長さを、これに対応する蛇行部の基部の外面では径方向の外側ほど小さくして蛇行部にかかる巻線の伸張方向の負担を軽減することができるため、型成形の際に型に対する追従性を高めコイル皮膜はがれを防止して成形が行い易くなるという効果がある。
請求項５に記載した発明によれば、環状巻線の巻線に伸縮方向の力が作用するのを防止できるため、断面積が変化することで生ずる電気特性に対する悪影響を防止できる効果がある。
請求項６に記載した発明によれば、周方向における内外の寸法差を断面形状を変化させることなく蛇行部において吸収できる蛇行環状巻線を製造することができる効果がある。

以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明の実施形態にかかる蛇行環状巻線の成形機について説明する前に、図１〜図３を参照して、本発明の成形機で成形した蛇行環状巻線が装着されるステータについて説明する。

この環状ステータ２は、例えばエンジンと共に車両の駆動源としてハイブリッド車両に搭載される永久磁石式交流同期モータ（ブラシレスＤＣモータ又はクローポール型モータともいう）を構成し、例えば、エンジンとクローポール型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クローポール型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軸に伝道されるようになっている。

また、車両の減速時に駆動軸側からクローポール型モータに駆動力が伝達されると、クローポール型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、エンジンの出力がクローポール型モータに伝達された場合にも、クローポール型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１を参照すると、蛇行環状巻線が装着される環状ステータ２の分解斜視図が示されている。図２は組立て後のステータ２の斜視図である。
図１に示すように、環状ステータ２は、Ｕ相ステータリング（ティースリング）４とＶ相ステータリング（ティースリング）６と、Ｗ相ステータリング（ティースリング）８と、Ｕ相環状巻線２２と、Ｗ相環状巻線２６とから構成されている。

Ｕ相ステータリング４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相クローポール）１０と、円周方向に離間された複数個の結合部１２を有している。各Ｕ相ティース１０は軸方向一方側（図１で右側）に突出している。
Ｖ相ステータリング６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１４と、円周方向に離間された複数個の結合部１６を有している。各Ｖ相ティース１４は軸方向両側に突出している。

Ｗ相ステータリング８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Ｗ相ティース１８と、円周方向に離間された複数の結合部２０を有している。各Ｗ相ティース１８は軸方向他方側（図１で左側）に突出している。即ち、Ｕ相ティース１０とＷ相ティース１８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１０、Ｖ相ティース１４及びＷ相ティース１８は、各結合部１２，１６，２０でＵ相ステータリング４、Ｖ相ステータリング６及びＷ相ステータリング８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２２は導線を環状に巻いて構成され、ステータ２の軸方向に蛇行する複数（本実施形態では１０個）の蛇行部２４を有している。同様に、Ｗ相環状巻線２６もステータ２の軸方向に蛇行する複数（本実施形態では１０個）の蛇行部２８を有している。
各ステータリング４，６，８の結合部１２，１６，２０を揃え、Ｕ相環状巻線２２及びＷ相環状巻線２６を周方向の所定の位置に配置して、各ステータリング４，６，８をボルト止め固定すると、図２に示すような環状ステータ２が完成する。

図１及び図２を観察すると明らかなように、各ティース１０，１４，１８は円周方向に所定順序（Ｕ相ティース１０，Ｗ相ティース１８，Ｖ相ティース１４，Ｕ相ティース１０，…）で配置され、周方向で隣り合うティース１０，１４間にＵ相環状巻線２２の蛇行部２４が配置され、周方向で隣り合うティース１４，１８間にＷ相環状巻線２６の蛇行部２８が配置される。
即ち、Ｕ相蛇行部２４には一つのＵ相ティース１０が配置され、Ｗ相蛇行部２８には一つのＷ相ティース１８が配置され、周方向で隣り合うＵ相蛇行部２４とＷ相蛇行部２８との間には―つのＶ相ティース１４が配置されている。

Ｕ相環状巻線２２の蛇行部２４とＷ相環状巻線２６の蛇行部２８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２２とＷ相環状巻線２６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１０，１４間又は１４，１８間を縫うようにして配置される２相の環状巻線２２，２６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。

上述したような複数の蛇行部を有する蛇行環状巻線は一般的に使用されていないため、その製造方法の確立が望まれている。そこで、まず考えられるのは、スロット形状に合わせた巻き駒に導線を巻きつけ、少なくとも一方の外部からスロット形状に合わせた型で押し付けて成形する方法である。
しかしこの方法だと、各ターン毎に導線を巻き駒に巻きつけるためハンドリング性が悪く、複雑な形状なスロットの場合、巻きつけが困難であることから工数が増大するという欠点がある。

この課題を解決する方法として、環状に形成したコイルをスロット形状に合わせた型で少なくとも一方から押し付けて成形する方法がある。しかし、プレスで蛇行部を形成するとコイルの直径が縮小し、要求した径寸法に拘束するのが困難であり、径方向及び軸方向への加工変位量が異なるため、コイルに伸びが生じてしまうという問題がある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、蛇行環状巻線の成形の進行に合わせて径方向にコイル径を縮小させる手段を有し、かつ成形型との追従性を良好にした本発明実施形態の蛇行環状巻線の成形機について図４〜図１３を参照して詳細に説明する。

成形機について説明する前に、図３を参照して蛇行環状巻線の成形方法について簡単に説明する。まず、図３（Ａ）に示すように、軸方向の溝１７を有する円筒体１５を用意する。導線１９をこの円筒体１５に巻きつけて、例えば３列３層の環状巻線２１を成形する。２３はコイル始端、２５はコイル終端である。ここで、この３列３層以外の配列パターンを自由に採用できる。尚、導線１９は平角断面（長方形断面）形状の部材で、面取りが施してある線材である。
このように、導線１９を円筒体１５に巻きつけて環状巻線群を成形した後、溝１７に結束バンドを挿入し、環状巻線群を結束することで、環状巻線２１を成形する。その後、治具を挿入して環状巻線２１を円筒体１５から取り外す（図３（Ｂ）参照）。そして、図３（Ｃ）に示すように、コイル始端２３及びコイル終端２５を成形して、環状巻線２１（成形に用いられる環状巻線８２）が完成する。

図４は加工前の上型ユニット（第１金型ユニット）の底面図、図５は加工前の下型ユニット（第２金型ユニット）の平面図である。上型ユニットと下型ユニットでダイセットを構成する。図６は加工前の上型ユニット（第１金型ユニット）及び下型ユニット（第２金型ユニット）の断面図であり、上型ユニットが図４のＡ−Ｏ−Ａ線断面図であり、下型ユニットが図５のＢ−Ｏ−Ｂ線断面図である。図７は加工を開始する直前の上型ユニット及び下型ユニットの断面図である。

まず、図４及び図６を参照して、上型ユニット（第１金型ユニット）３０の構造について説明する。上型ユニット３０のベース３２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３４が固定されている。
各金型支持部３４には一対のブラケット３６，３８によりガイドレール４０が取り付けられている。このガイドレール４０に沿って成形すべき環状巻線８２の半径方向に摺動可能にスライダー４２が取り付けられている。尚、成形前の環状巻線８２は実質的には環状巻線２１と同様の構成であるが、金型内にセットされて形状が変化する部材であるので環状巻線８２として説明する。
各スライダー４２には、第１金型（成形部）４４が取り付けられている。各第１金型４４は金型ベース４６と押さえ部４８から構成される。押さえ４８は、図１４に示すように、環状巻線８２の厚さａより長く形成、即ち、ｂ＞ａに形成することで環状巻線８２を確実に保持する。金型ベース４６には一対のブラケット５０を介してローラ５２が回転可能に取り付けられている。

本実施形態では、上型ユニット３０は互いに円周方向に等間隔で離間された１０個の第１金型４４を有しているため、各第１金型４４は円周方向に互いに３６°離間されて設けられていることになる。
上型ユニット３０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１金型４４，４４の中間に配置された複数（本実施形態では１０個）のローラガイド５４が固定されている。
各ローラガイド５４の先端には曲面形状のローラ転動面５６が形成されている。ローラ転動面５６は、半径方向外側に設けられた傾斜が急な概略直線状部分５６ａと、半径方向内側に設けられた傾斜が緩やかな概略直線状部分５６ｃを円弧状部分５６ｂで結んで構成されている。

次に、図５及び図６を参照して、下型ユニット（第２金型ユニット）６０の構造について説明する。下型ユニット６０のベース６２には、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）の金型支持部６４が固定されている。
各金型支持部６４にはガイドレール６６が設けられており、このガイドレール６６に沿って第２金型（成形部）６８がセットされた環状巻線８２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６８はガイドレール６６に沿って摺動可能な金型ベース７０と、コイル押さえ部材７２とから構成される。特に図示しないが、コイル押さえ部材７２は第２金型６８で環状巻線８２を保持した後、金型ベース７０にボルト止めされる。
金型ベース７０には一対のブラケット７４を介してローラ７６が回転可能に取り付けられている。各第２金型６８のローラ７６は上型ユニット３０に設けられたローラガイド５４のローラ転動面５６を転動するように適合しているため、各第２金型６８は円周方向に３６°離間され、隣接する第１金型４４，４４の円周方向中間に配置されている。

下型ユニット６０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６８，６８の円周方向中間に配置された複数（本実施形態では１０個）のローラガイド７８が固定されている。
各ローラガイド７８の先端には曲面状のローラ転動面８０が形成されている。ローラ転動面８０は、半径方向外側の傾斜が急な概略直線状部分８０ａと、半径方向内側の傾斜が緩やかな概略直線状部分８０ｃを円弧状部分８０ｂで結んで構成されている。
各ローラガイド７８は上型ユニット３０に取り付けられた各ローラ５２に対向して設けられており、上型ユニット３０の各ローラ５２が下型ユニット６０の各ローラガイド７８のローラ転動面８０を転動可能なように構成されている。

以下、上述した本実施形態の環状巻線成形機による蛇行環状巻線の成形方法について説明する。まず、図６に示すように、環状巻線８２を下型ユニット６０の各第２金型６８の金型ベース７０で保持し、コイル押さえ部材７２を金型ベース７０にボルト止めする。これにより、環状巻線８２が下型ユニット６０の第２金型６８によって確実に保持されたことになる。
この状態から、上型ユニット３０を図７に示す位置まで下降させて、環状巻線８２の成形加工を開始する。図７に示す成形加工開始時点においては、上型ユニット３０のローラ５２は下型ユニット６０のローラガイド７８のローラ転動面８０の傾斜が急な概略直線状部分８０ａに当接し、下型ユニット６０のローラ７６は上型ユニット３０のローラガイド５４のローラ転動面５６の傾斜が急な概略直線状部分５６ａに当接するため、成形加工初期においては、図１１に示すように環状巻線８２はその軸方向変位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３０が軸線方向に更に移動すると、ローラ５２がローラ転動面８０の円弧状部分８０ｂを転動し、ローラ７６がローラ転動面５６の円弧状部分５６ｂを転動するため、上型ユニット３０の軸方向変位量に対して環状巻線８２の半径方向への縮小変位量が徐々に増大し、更にプレス加工が進むと、ローラ５２はローラ転動面８０の傾斜が緩やかな概略直線状部分８０ｃを転動し、ローラ７６はローラ転動面５６の傾斜が線やかな概略直線状部分５６ｃを転動するため、環状巻線８２の軸方向変位量に対する径方向変位量は図１１に示すような曲線を描くことになる。

このように、特殊形状の曲面状ローラ転動面５６，８０を採用することにより、環状巻線８２の軸方向変位量に対して、環状巻線８２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、環状巻線８２に無理なストレスを与えることなく、図１１に示すように環状巻線８２に複数の蛇行部８３（いずれ蛇行部２４、２８となる）を容易に自動的に形成することができる。

図８は成形加工終了後の上型ユニット３０の底面図を、図９は成形加工終了後の下型ユニット６０の平面図をそれぞれ示している。図４及び図５に示した成形加工前に比較して、各ローラ５２，７６が半径方向内側に移動されている様子が示されている。
図１０は成形加工終了時の上型ユニット３０及び下型ユニット６０の断面図を示しており、上型ユニット３０は図８のＡ−Ｏ−Ａ線断面図、下型ユニット６０は図９のＢ−Ｏ−Ｂ線断面図である。

次に、図１２及び図１３を参照して、下型ユニット６０のコイル押さえ部材の好ましい形状について説明する。図１２は環状巻線８２の加工前の金型ベース７０とコイル押さえ部材７２を示しており、図１３は環状巻線８２の加工後の金型ベース７０とコイル押さえ部材７２をそれぞれ示している。
図１２及び図１３から明らかなように、環状巻線８２の外周部８２ａと対面するコイル押さえ部材７２の保持面７２ａは、環状巻線８２加工前の外周部８２ａの曲率半径と同等か又はそれ以上の曲率半径で構成されるのが好ましい。
また、環状巻線８２の内周部８２ｂと対面する金型ベース７０の保持面７０ａは、環状巻線８２加工後の内周部８２ｂの曲率半径と同等か又はそれ以下の曲率半径で構成されるのが好ましい。

コイル押さえ部材７２の曲率半径をこのように構成すると、加工前には図１２に示すように、保持面７０ａと環状巻線８２の内周部８２ｂとの間に隙間８４が形成され、加工後には図１３に示すように、保持面７２ａと環状巻線８２の外周部８２ａとの間に隙間８６が形成される。
下型ユニット６０の押さえ部材７２の曲率半径をこのように設定すると、加工の前後にわたり環状巻線８２に無理なストレスを与えることなく環状巻線８２を確実に保持することができる。

上述したプレス加工を行った後、より好ましくは蛇行部８３を有する環状巻線８２の形状精度を向上するためにリフォーム成形を行う。このリフォーム成形は、図１５に示す上型ユニット９０及び下型ユニット９６からなるリフォーム成形機９５を使用して実施する。

図１５はリフォーム成形前の上型ユニット９０と下型ユニット９６の断面図であり、図１６はリフォーム成形後の上型ユニット９０と下型ユニット９６の断面図である。上型ユニット９０は、図１７（Ａ）に最も良く示されるように、円周方向に交互に形成された複数の第１金型９２と複数の第２金型９４を有している。
下型ユニット９６は、図１７（Ａ）に最も良く示されるように、円周方向に交互に形成された第１金型９２を受ける複数の第３金型９８と、第２金型９４を受ける複数の第４金型１００を有している。尚、第３金型９８は、リフォーム成形後の環状巻線を取り出す際のノックアウトも兼ねている。

図１５に示すように、上型ユニット９０と下型ユニット９６から構成されるリフォーム成形機９５の内径枠と外径枠内に蛇行部８３を有する環状巻線８２をセットし、上型ユニット９０を下降して環状巻線８２をプレスすると、図１６及び図１７（Ｂ）に示すように、環状巻線８２は第１及び第３金型９２，９８の間及び第２及び第４金型９４，１００の間に押圧され、蛇行部８３を有する環状巻線８２の形状精度を整えることができる。

次に、図１８〜図２２に基づいて、Ｕ相環状巻線２２の具体的寸法構成について説明する。
ここで、図１８は、前述した実施形態におけるＵ相環状巻線２２を示したものである。尚、Ｗ相環状巻線２６についても同様の構成であるので説明は省略する。ここで、Ｕ相環状巻線２２は前述した説明では３列３層を例にしているが、蛇行部を成形する際の成形荷重をできるだけ小さくするために、軸方向はより少ない２列とし径方向に５層巻装した場合を例にして同一符号を付して説明する。また、成形が終了したＵ相環状巻線２２を用いて説明をする関係で、蛇行部としては環状巻線８２の蛇行部８３に替えて蛇行部２４で説明する。

Ｕ相環状巻線２２は、ベース部２４’から軸方向に立ち上がる１０個の蛇行部２４（図１８では下側に向かって形成されている）を有している。この蛇行部２４は径方向に渡って５層配置された各導線１９の各２列分において軸方向の高さ（立ち上がり量）Ｈが一定となっている。蛇行部２４はベース部２４’から立ち上がる左右一対の左基部１０２、右基部１０４及び頂部１０６とで構成されていて、左基部１０２の外面には左基部弧状部１０８が複数形成され、右基部１０４の外面には右基部弧状部１１０が複数形成されている。頂部１０６の内面には頂部弧状部１１２が複数形成されている。ここで、頂部弧状部１１２、左基部弧状部１０８、右基部弧状部１１０は径方向の内外で曲率半径を異ならせてある。

ここで、前述したように蛇行部２４を有するＵ相環状巻線２２は、蛇行部２４が形成されていない状態である環状巻線８２をプレス成形により形成するため、図１８の２列５層のＵ相環状巻線２２では、導線１９を環状に巻くことにより形成される最も内側の巻線と最も外側の巻線とでは周方向の長さが大きく異なる。
しかしながら、前述したように蛇行部２４は突出したＵ相ティース１０を受け入れる必要があり、蛇行部２４，２４間においても前述した他のティース等受け入れるためのスペースを確保する必要があるので、蛇行部２４、とりわけ軸方向に立ち上がる部分には径方向の５層の導線１９の各２列分による巻線の全てにおいて軸方向で一定の高さＨが必要となる。内外で共通するこの高さＨの分を除外した残りの部分で径方向の内外において生ずる周長の差分を確保しなければならないのである。
したがって、環状巻線８２において最も外側の円周長と最も内側の円周長との差分が、Ｕ相環状巻線２２の左基部弧状部１０８と右基部弧状部１１０と頂部弧状部１１２を加算した場合の、径方向の最も外側と最も内側の周長差にほぼ等しく設定されている。

図１９は左基部１０２を図１８で下側から見た拡大斜視図、図２０は頂部１０６を図１８で上側から見た拡大斜視図、図２１は右基部１０４を図１８で下側から拡大した斜視図である。
つまり、図１９に示すように、左基部弧状部１０８においては、左基部弧状部１０８の外面（下列側の）において、径方向で最も内側の巻線の弧状部Ｌ１よりも径方向で最も外側の巻線の弧状部Ｌ２の曲率半径がＲ１からＲ２へと徐々に小さくなるように（Ｌ１＞Ｌ２）構成してある。
また、図２１に示すように、右基部弧状部１１０においては、右基部弧状部１１０の外面（下列側の）において、径方向で最も内側の巻線の弧状部Ｌ５よりも径方向で最も外側の巻線の弧状部Ｌ６の曲率半径がＲ５からＲ６へと徐々に小さくなるように（Ｌ５＞Ｌ６）構成してある。
一方、図２０に示すように、頂部弧状部１１２においては、頂部弧状部１１２の内面（上列側の）において、径方向で最も内側の巻線の弧状部Ｌ４よりも径方向で最も外側の巻線の弧状部Ｌ３の曲率半径がＲ４からＲ３へと徐々に大きくなるように（Ｌ３＞Ｌ４）構成してある。

そして、Ｕ相環状巻線２２の導線１９のコイル断面形状は、導線１９を巻装しただけで蛇行部２４が形成されていない成形前の環状巻線８２（環状巻線２１と同様）の状態でのコイル断面形状とほぼ同一の形状となっている。即ち、環状巻線８２をプレス成形する際には導線１９には伸びや縮みを生じさせることなく、曲げ加工のみを作用させて成形するためプレス成形前後でコイルの断面形状が変化しないのである。
したがって、蛇行部２４が形成されていない状態の環状巻線８２において最も外側の円周長と最も内側の円周長との差分が、Ｕ相環状巻線２２の左基部弧状部１０８と右基部弧状部１１０と頂部弧状部１１２を加算した場合の、径方向の最も外側と最も内側の周長差、つまり（Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ６）−（Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ５）の蛇行部２４の個数倍（本実施形態では蛇行部２４は１０箇所あるため１０倍）に等しい（曲げ成形の誤差を加味するとほぼ等しい）こととなる。

ここで、厳密に言うと弧状部Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６の位置が弧状部Ｌ３、Ｌ４の位置と対応していないが、例えば弧状部Ｌ３、Ｌ４を弧状部Ｌ１、Ｌ２、Ｌ５、Ｌ６に対応させる位置にするために、頂部弧状部１１２の外面（下列側の）での寸法を採用した場合であっても、径方向の最も外側と最も内側の周長差は、頂部弧状部１１２の内面（上列側の）の弧状部Ｌ３、Ｌ４の寸法差（Ｌ３−Ｌ４）とほぼ等しくなるので問題はない。

したがって、このように環状巻線８２において最も外側の円周長と最も内側の円周長との差分が、Ｕ相環状巻線２２の左基部弧状部１０８と右基部弧状部１１０と頂部弧状部１１２を加算した場合の、径方向の最も外側と最も内側の周長差に等しいような寸法となるように設定された弧状部Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、そのまま金型ベース４６、７０あるいは第１金型９２、第２金型９４、第３金型９８、第４金型１００の弧状部の形状に整合することとなる。
つまり、金型ベース４６、第１金型９２、及び第３金型９８の先端部の当接面には径方向の内側寄りと径方向の外側寄りとで曲率半径の異ならせた弧状押圧部４６’、９８’、９２’が形成され、金型ベース７０、第２金型９４、及び第４金型１００の先端部の当接面の右側と左側とには、内側寄りと径方向の外側寄りとで曲率半径の異ならせた弧状押圧部７０’、９４’、１００’が形成されている（図１９〜図２１参照）。

上記実施形態によれば、径方向に複数層に巻装された巻線に径方向に渡って軸方向の高さＨが一定の蛇行部２４を形成する際に生ずる周方向の内外差を、径方向で内側寄りの巻線の弧状部の曲率半径と径方向で外側寄りの巻線の弧状部の曲率半径を異ならせることにより吸収することが可能となる。

つまり 図１９に示すように、左基部弧状部１０８においては、左基部弧状部１０８の外面（下列側の）において、径方向で最も内側の巻線の弧状部Ｌ１よりも径方向で最も外側の巻線の弧状部Ｌ２の曲率半径がＲ１からＲ２へと徐々に小さくなるように構成し、図２１に示すように、右基部弧状部１１０においては、右基部弧状部１１０の外面（下列側の）において、径方向で最も内側の巻線の弧状部Ｌ５よりも径方向で最も外側の巻線の弧状部Ｌ６の曲率半径がＲ５からＲ６へと徐々に小さくなるように構成し、図２０に示すように、頂部弧状部１１２においては、頂部弧状部１１２の内面（上列側の）において、径方向で最も内側の巻線の弧状部Ｌ４よりも径方向で最も外側の巻線の弧状部Ｌ３の曲率半径がＲ４からＲ３へと徐々に大きくなるように構成した。
これにより、環状巻線８２において最も外側の円周長と最も内側の円周長との差分を各弧状部の最も外側と最も内側の差分（（Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ６）−（Ｌ１＋Ｌ４＋Ｌ５））に等しくすることで吸収することができるのである。よって、巻線の蛇行部２４を無理なく成形することができる。

その結果、蛇行部２４の頂部１０６と左基部１０２、右基部１０４を、同様の曲率半径の弧状部と直線部とで形成し、この直線部分に径方向の内外で寸法差を持たせるようにした場合に比較して、成形が容易となる。
つまり、弧状部が小さくなる、蛇行部２４の頂部１０６に直線部分を設ける場合には、プレス成形などによる成形の際に、直線部分の端部における応力集中を回避するために成形を複数回に分けて行う必要があるが、直線部分をなくして弧状部Ｌ３、Ｌ４のみとすることで一回で成形を行うことができる。

特に、頂部１０６の内面は単一の頂部弧状部１１２で形成されているため、Ｕ相ティース１０のみを受け入れる関係で最も曲率半径が小さい蛇行部２４の頂部１０６を無理なく曲げ加工することが可能となり成形が行い易い。
そして、蛇行部２４の頂部１０６の内面の巻線の頂部弧状部１１２において、径方向内側の巻線よりも径方向外側の巻線の曲率半径がＲ４からＲ３へと徐々に大きくなるように構成してあるため、周方向の内外差を曲率半径の差により吸収し、頂部弧状部１１２で均一に分担させることができ、したがって、型成形の際に型に対する追従性を高めコイル皮膜はがれを防止して成形が行い易くなる。

同様にして、前記蛇行部２４の左基部１０２と右基部１０４の外面の巻線の左基部弧状部１０８、右基部弧状部１１０において、径方向内側の巻線よりも径方向外側の巻線の曲率半径Ｒ１からＲ２あるいはＲ５からＲ６へと徐々に小さくなるように構成してあるため、蛇行部２４の頂部１０６の内面において径方向の外側ほど大きく確保した頂部弧状部１１２の長さを、これに対応する蛇行部２４の左基部１０２、右基部１０４の外面では径方向の外側ほど小さくして蛇行部２４にかかる巻線の伸張方向の負担を軽減することができる。よって、型成形の際に型に対する追従性を高めコイル皮膜はがれを防止して成形が行い易くなる。

そしてまた、巻線８２の伸縮方向の力が作用するのを防止したことでＵ相環状巻線２２の導線１９のコイル断面形状は、導線１９を巻装しただけで蛇行部２４が形成されていない状態の環状巻線８２の状態でのコイル断面形状と変化なく、ほぼ同一の形状とすることができるため、断面積が変化することで生ずる電気特性に対する悪影響を防止できる。

尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、図２２に示すように、プレス成形の際にコイルが幅方向に広がり所定の形状に成形できないことを防止するため、蛇行部２４の間のベース部２４’の部位をゴム系テープ１２０で結束してよい。この場合には耐熱性を考慮してシリコン系のものが好ましい。このようにすることで、弾性的に結束力を付与して確実な取り付け性を確保できる。
また、初めの蛇行部プレス加工時の第１及び第２金型４４，６８や、リフォーム成形時の第１、第２、第３、及び第４金型９２，９４，９８，１００の配置数はモータのステータの極の数（ティースの数）と同数としたが、初めの蛇行部プレス加工時の第１及び第２金型或いはリフォーム成形時の第１〜４金型の配置数は、モータのステータの極の数と同数以上であれば良い。
また、上型ユニット３０と下型ユニット６０の相互位置制御は、実施形態に記載したローラ及びローラガイド以外にエアシリングや油圧シリンダ、電動機等を用いて、各々の位置関係をフィードバック制御するようにしても良い。
更に、巻線は３列３層巻き、２列５層巻きのものに限られるものではない。

本発明の実施形態の蛇行環状巻線を有するステータの分解斜視図である。 組立てられたステータの斜視図である。 環状巻線の成形方法説明図である。 加工前の上型ユニットの底面図である。 加工前の下型ユニットの平面図である。 加工前の上型ユニット及び下型ユニットの断面図であり、上型ユニットは図４のＡ−Ｏ−Ａ線断面図、下型ユニットは図５のＢ−Ｏ−Ｂ線断面図である。 加工開始直前の上型ユニット及び下型ユニットの断面図である。 加工終了後の上型ユニットの底面図である。 加工終了後の下型ユニットの平面図である。 加工終了後の上型ユニット及び下型ユニットの断面図であり、上型ユニットは図８のＡ−Ｏ−Ａ線断面図、下型ユニットは図９のＢ−Ｏ−Ｂ線断面図である。 環状巻線の軸方向変位量に対する径方向変位量の関係を示す図である。 加工前のコイル保持部の保持面の曲率半径と環状巻線の曲率半径との関係を示す図である。 加工終了後のコイル保持部の保持面の曲率半径と環状巻線の曲率半径との関係を示す図である。 押さえ部と環状巻線の関係を示す拡大断面図である。 リフォームプレス前のリフォーム成形機の断面図であって、図６と同様に左半断面図は蛇行環状巻線の蛇行部のリフォーム前の断面、右半断面は非蛇行部のリフォーム前の断面図である。 リフォームプレス後のリフォーム成形機の断面図であって、図１０と同様に左半断面図は蛇行環状巻線の蛇行部のリフォーム断面、右半断面は非蛇行部のリフォーム断面図である。 図１７（Ａ）は、リフォームプレス前の各金型と環状巻線の位置関係を示す図、図１７（Ｂ）は、リフォームプレス後の各金型と環状巻線の位置関係を示す図である。 Ｕ相環状巻線の斜視図である。 図１８の左基部を下側から見た部分拡大図である。 図１８の部分拡大図である。 図１８の右基部を下側から見た部分拡大図である。 Ｕ相環状巻線の他の実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

２２ Ｕ相環状巻線（環状巻線）
２４、２８、８３ 蛇行部
２６ Ｗ相環状巻線（環状巻線）
３０ 上型ユニット（第１金型ユニット）
４４ 第１金型
４６’弧状押圧部
６０ 下型ユニット（第２金型ユニット）
６８ 第２金型
７０’弧状押圧部
８２ 環状巻線
８３ 蛇行部
１０６ 頂部
１０２ 左基部（基部）
１０４ 右基部（基部）
１１２ 頂部弧状部（弧状部）
１０８ 左基部弧状部（弧状部）
１１０ 右基部弧状部（弧状部）
Ｌ１〜Ｌ６ 弧状部
Ｒ１〜Ｒ６ 曲率半径
Ｈ 高さ

Claims (6)

1. 電動機のステータ内に配置され、少なくとも径方向に巻線を複数層巻装した環状巻線が周方向に複数の蛇行部を有し、該蛇行部は径方向に渡って軸方向の高さが一定であり、各蛇行部の頂部と基部とに径方向に隣接する複数の弧状部が形成されている蛇行環状巻線において、径方向で内側寄りの巻線の弧状部の曲率半径と径方向で外側寄りの巻線の弧状部の曲率半径を異ならせ、環状巻線の各層の弧状部の長さの総和により周方向での内外差を確保したことを特徴とする蛇行環状巻線。
2. 前記蛇行した環状巻線の蛇行部の頂部の内面が弧状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の蛇行環状巻線。
3. 前記蛇行部の頂部の内面において、径方向内側の巻線の弧状部よりも径方向外側の巻線の弧状部の曲率半径が徐々に大きくなるように構成したことを特徴とする請求項２記載の蛇行環状巻線。
4. 前記蛇行部の基部の外面において、径方向内側の巻線の弧状部よりも径方向外側の巻線の弧状部の曲率半径が徐々に小さくなるように構成したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の蛇行環状巻線。
5. 前記蛇行する環状巻線は蛇行しない環状巻線をプレス成形して蛇行部を形成することにより成形し、プレス成形後の蛇行する環状巻線のコイル断面形状はプレス成形前の蛇行しない環状巻線のコイル断面形状とほぼ同一であることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の蛇行環状巻線。
6. 円周方向にステータ内に配置され複数の蛇行部を有する蛇行環状巻線の成形方法であって、環状巻線を、複数の第１金型を有する第１金型ユニットと複数の第２金型を有する第２金型ユニットとの間に配置する工程と、前記第１金型ユニットと前記第２金型ユニットとを相対的に接近させるように移動して、前記環状巻線を前記第１金型と前記第２金型とでプレス成形する工程とを備え、前記プレス成形工程は、前記環状巻線に複数の蛇行部を形成すると同時に前記環状巻線径方向に縮径させるものであり、前記蛇行部の頂部を形成する弧状部と前記蛇行部の基部を形成する弧状部に対応して、一方の金型と他方の金型の上下方向当接面に、径方向の内側寄りと径方向の外側寄りとで曲率半径を異ならせる弧状押圧部を設けたことを特徴とする蛇行環状巻線の成形方法。

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