JP2011229294A - コイルの製造方法およびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコア片にコイルを装着した後に、ステータコア片をスムーズに円環状にしてステータを形成することが可能なコイルの製造方法およびモータを提供する。
【解決手段】コイルは、導線を巻枠に巻き回すことにより製造され、巻枠は、ティース部の傾斜に対応した傾斜面を有するスロット挿入部形成部７８，７９と、スロット部に挿入された状態における内径面から外径面に向かって距離が広がる傾斜面を有するコイル渡り部形成部７６，７７と、を有しており、一対の巻線端部の間に形成されるコイル渡り部に相当する位置の内径面側から導線を巻枠に導入する導線導入工程と、巻枠の内径面から外径面へ向かって導線同士を密着させながら巻き進める導線駆け上げ工程と、導線駆け上げ工程の後に、導線駆け上げ工程において巻回された導線の上層に、巻枠の外径面から内径面に向かって導線同士を密着させながら巻き進める導線駆け下げ工程と、を有する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、コイルの製造方法およびモータに関するものである。

インナーロータ型のモータは、円環状のステータの内側に形成された空間にロータ（回転子）が配置され、ロータがステータに対して軸中心に回転可能に構成されたものである。また、ステータコアにおける隣り合うティース部間に形成されるスロット部にはコイルが巻回されるが、コイルの巻回方法としては分布巻や集中巻などが知られている。一般的に、コイルを分布巻で巻回する方が高トルク密度性能を維持し易いため、高トルクが必要なモータにおいては分布巻を採用することが多い。

しかしながら、分布巻は集中巻と異なり、所定距離離れたスロット部間を架け渡すようにコイルが巻回されるため、巻回方法が複雑化し、コイルの巻回作業に時間が掛かり、生産効率が低下していた。また、分布巻は、ステータコアの軸方向端面においてコイル同士が干渉するために渡り部（コイルエンド）が大きくなり、モータを小型化することが困難であった。

そこで、特許文献１では、従来よりもコイルエンド（渡り部）を小さくし、かつ、電流密度の低減を図り、小型で高出力の回転電機（モータ）を得ることを目的として、断面が矩形形状の導体素線を重ね巻きし、両端の頭頂部を重ね巻きした素線の全幅だけずれるように、かつ、隣接するスロット間隔の範囲内の長さとなるようにクランク形状に形成し、固定子のスロットに差し込むことにより形成した回転電機が提案されている。

また、一方で、スロット部内のコイルの占積率を向上、コイルの巻回作業の効率化およびモータの小型化を図るために、帯状にステータコア片を配置した状態で、コイルを巻回し、その後ステータコア片を円環状にしてステータを製造する方法が提案されている。

特開２００８−１０４２９３号公報

ここで、ステータコアを複数のステータコア片に分割し、ステータコア片にコイルを装着した後に、ステータコア片を円環状にすることでステータコアを形成する方法を採用する際に、装着されるコイル形状によっては、渡り部の高さが高くなることや、極間干渉することがある。その結果、コイルを構成する巻線の曲げ抵抗が大きくなり、ステータコア片を円環状にすることができないという問題がある。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ステータコア片にコイルを装着した後に、ステータコア片をスムーズに円環状にしてステータを形成することが可能なコイルの製造方法およびモータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ティース部（例えば、実施形態におけるティース４２）およびヨーク部（例えば、実施形態におけるヨーク４６）が形成されたステータコア片（例えば、実施形態におけるコア片４５）が複数連結されて円環状に形成されたステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア４１）と、隣接する前記ステータコア片の前記ティース部間に形成されるスロット部（例えば、実施形態におけるスロット４３）を架け渡すように挿入されるコイル（例えば、実施形態におけるコイル２０）と、を備えたステータ（例えば、実施形態におけるステータ２１）と、該ステータの内周側に配され、回転可能に支持されたロータ（例えば、実施形態におけるロータ２２）と、を有するモータ（例えば、実施形態におけるモータ２３）に使用される前記コイルの製造方法であって、前記コイルは、前記ステータコア片が連結されて円環状になった際に、軸中心を指向する前記ティース部の傾斜に沿う角度と略同一の傾斜角度を有し、前記スロット部に挿入される一対のスロット挿入部（例えば、実施形態におけるスロット挿入部５３，５４）と、前記ステータコアの軸方向端面（例えば、実施形態における端面４１ａ）において前記一対のスロット挿入部の端部同士の間を連結する一対のコイル渡り部（例えば、実施形態におけるコイル渡り部５５，５６）と、を備えるとともに、一方の前記コイル渡り部の両端部に電源部と接続される一対の巻線端部（例えば、実施形態における一端５２ａ、他端５２ｂ）が配されており、前記コイルは、導線（例えば、実施形態における導線５２）を巻枠（例えば、実施形態における巻枠７０）に巻き回すことにより製造され、前記巻枠は、前記ティース部の傾斜に対応した傾斜面を有する一対のスロット挿入部形成部（例えば、実施形態におけるスロット挿入部形成面７８，７９）と、前記スロット部に挿入された状態における前記ステータの内周側にあたる内径面から前記ステータの外周側にあたる外径面に向かって前記一対のコイル渡り部同士の距離が広がるような傾斜面を有する一対のコイル渡り部形成部（例えば、実施形態におけるコイル渡り部形成部面７６，７７）と、前記スロット挿入部形成部と前記コイル渡り部形成部との境界に形成された曲面部（例えば、実施形態における曲面部８２，８３，８４，８５）と、を有しており、前記一対の巻線端部の間に形成される前記コイル渡り部に相当する位置の前記内径面側から前記導線を前記巻枠に導入する導線導入工程と、前記巻枠の前記内径面から前記外径面へ向かって前記導線同士を密着させながら巻き進める導線駆け上げ工程と、該導線駆け上げ工程の後に、前記導線駆け上げ工程において巻回された前記導線の上層に、前記巻枠の前記外径面から前記内径面に向かって前記導線同士を密着させながら巻き進める導線駆け下げ工程と、を有することを特徴としている。

請求項２に記載した発明は、ティース部およびヨーク部が形成されたステータコア片が複数連結されて円環状に形成されたステータコアと、隣接する前記ステータコア片の前記ティース部間に形成されるスロット部を架け渡すように挿入されるコイルと、を備えたステータと、該ステータの内周側に配され、回転可能に支持されたロータと、を有するモータであって、前記コイルは、導線が複数層に巻き回されて形成されており、前記ステータコア片が連結されて円環状になった際に、軸中心を指向する前記ティース部の傾斜に沿う角度と略同一の傾斜角度を有し、前記スロット部に挿入される一対のスロット挿入部と、前記ステータコアの軸方向端面において前記一対のスロット挿入部の端部同士の間を連結する一対のコイル渡り部と、を備えるとともに、一方の前記コイル渡り部の両端部に電源部と接続される一対の巻線端部が配されており、該一対の巻線端部が配された側の前記コイル渡り部に、内周側導線層（例えば、実施形態における内周側導線層９１）と該内周側導線層の上層に形成される外周側導線層（例えば、実施形態における外周側導線層９２）との間に形成される導線移行部（例えば、実施形態における導線移行部８６）が配されていることを特徴としている。

請求項１に記載した発明によれば、巻枠に導線を巻き回すだけで容易に、一対のスロット挿入部および一対のコイル渡り部を有するコイルを製造することができる。
また、製造されたコイルは、軸中心を指向するティース部の傾斜に沿う角度と略同一の傾斜角度を有する一対のスロット挿入部を有しているため、複数のステータコア片を円環状にする際に、変形してしまうのを防止することができる。つまり、複数のステータコア片を円環状にする際に、コイル渡り部に無理な力がかからず、導線の整列崩れを防止することができる。結果として、帯状に複数連結されたステータコア片にコイルを装着した後、該ステータコア片をスムーズに円環状にしてステータを形成することができる。さらに、一対の巻線端部の間に形成されるコイル渡り部に相当する位置の内径面側から導線を巻枠に導入して、該導線を巻枠の内径面から外径面へ向かって導線同士を密着させながら巻き進める導線駆け上げ工程と、導線駆け上げ工程の後に、導線駆け上げ工程において巻回された導線の上層に、巻枠の外径面から内径面に向かって導線同士を密着させながら巻き進める導線駆け下げ工程と、を有しているため、導線を巻枠に巻回する際に導線の位置がずれるのを防止することができる。

請求項２に記載した発明によれば、軸中心を指向するティース部の傾斜に沿う角度と略同一の傾斜角度を有する一対のスロット挿入部を有しているため、複数のステータコア片を円環状にする際に、変形してしまうのを防止することができる。つまり、複数のステータコア片を円環状にする際に、コイル渡り部に無理な力がかからず、導線の整列崩れを防止することができる。結果として、帯状に複数連結されたステータコア片にコイルを装着した後、該ステータコア片をスムーズに円環状にしてステータを形成することができる。さらに、一方のコイル渡り部の両端に一対の巻線端部を配し、該コイル渡り部に内周側導線層と外周側導線層との間に形成される導線移行部を配したため、コイルの性能を確保しつつ、導線の整列崩れを防止することができる。

本発明の実施形態におけるモータユニットの概略構成図である。 本発明の実施形態におけるステータの平面図である。 本発明の実施形態におけるステータの斜視図である。 本発明の実施形態におけるステータコアの平面図である。 本発明の実施形態におけるコア片の平面図である。 本発明の実施形態におけるコイルの斜視図である。 図６のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態におけるステータの側面図である。 図８のＢ部拡大図である。 本発明の実施形態における巻枠の斜視図である。 本発明の実施形態における巻枠の側面図である。 図１１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態における巻枠に導線を巻回する状態を示す平面図である。 本発明の実施形態における導線の巻回途中の状態を示す部分平面図である。 本発明の実施形態における導線の巻回状態を示す部分断面図である。 本発明の実施形態における導線押え治具を用いて導線を巻回する状態を示す側面図である。 本発明の実施形態における導線押え治具を用いて導線を巻回する状態を示す部分側面図である。 本発明の実施形態における導線巻回体における導線の配置状態を説明する部分断面図である。 本発明の実施形態における導線巻回体の正面図である。 本発明の実施形態におけるコア片の帯状時の斜視図である。 本発明の実施形態におけるスロットへのコイルの挿入方法を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるコイルをコア片に取り付ける方法を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるステータの概略平面図である。 本発明の実施形態におけるコイルをコア片に取り付ける途中の状態を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるコア片の別の態様を示す部分平面図（１）である。 本発明の実施形態におけるコア片の別の態様を示す部分平面図（２）である。 本発明の実施形態におけるコア片の別の態様を示す部分平面図（３）である。

次に、本発明の実施形態を図１〜図２７に基づいて説明する。なお、本実施形態では車両用モータユニットに採用したモータについて説明する。なお、本実施形態において、軸方向は出力軸の回転軸中心方向を示し、径方向はステータ２１およびロータ２２の径方向を示し、周方向はステータ２１およびロータ２２の周方向を示す。

図１は車両用モータユニットの概略構成断面図である。図１に示すように、車両用モータユニット（以下、モータユニットという。）１０は、コイル２０が巻回された円環状のステータ２１および永久磁石２５が配されたロータ２２を備えたモータ２３を有している。また、モータユニット１０は、モータ２３を収容するモータハウジング１１と、モータハウジング１１の一方側に締結され、モータ２３の出力軸２４からの動力を伝達する動力伝達部（不図示）を収容するミッションハウジング１２と、モータハウジング１１の他方側に締結され、モータ２３の回転センサ２５を収容するセンサハウジング１３と、を備えている。なお、モータハウジング１１の内部はモータ室３６として、ミッションハウジング１２の内部はミッション室３７として、センサハウジング１３の内部はセンサ室３８として、それぞれ構成されている。

モータハウジング１１は、モータ２３全体を覆うような略円筒形状で形成されている。モータハウジング１１とミッションハウジング１２との境界部のミッションハウジング１２側には、モータ２３の出力軸２４の一端を回転自在に支持するベアリング２６が設けられ、モータハウジング１１とセンサハウジング１３との境界部のセンサハウジング１３側には、モータ２３の出力軸２４の他端を回転自在に支持するベアリング２７が設けられている。

また、モータハウジング１１の壁部３１、ミッションハウジング１２の壁部３２およびセンサハウジング１３の壁部３３には、互いに連通するブリーザ通路３５がそれぞれ形成されている。

さらに、モータハウジング１１の壁部３１内には、モータ２３を冷却するためのウォータジャケット４０がモータ２３のステータ２１を全周覆うように設けられている。また、ステータ２１は、モータハウジング１１に圧入されており、モータハウジング１１の内周面に密着するように配されている。

図２はステータ２１の平面図であり、図３はステータ２１の斜視図である。図２、図３に示すように、ステータ２１は、円環状に構成されたステータコア４１と、ステータコア４１の隣り合うティース４２，４２間に形成されたスロット４３に配されたコイル２０と、で構成されている。ステータ２１の円環状の中心に形成された空間には、ロータ２２が軸中心に回転可能に配置されている。

図４はステータコア４１の平面図である。図４に示すように、ステータコア４１は、複数のコア片４５が円環状に連結されて構成されている。ステータコア４１は、円環状の外周を構成するヨーク４６と、ヨーク４６から円環状の中心に指向して突出されたティース４２と、を備えている。また、隣り合うティース４２，４２の間には、スロット４３が形成されている。そして、スロット４３にコイル２０を配置することで、上記のようにステータ２１が構成される。

図５コア片４５の平面図である。図５に示すように、コア片４５は、ヨーク４６およびティース４２が形成された平板鋼板４７を積層して構成されている。このコア片４５を構成する平板鋼板４７は、プレス成型により容易に製造することができる。一つのコア片４５には、一つのティース４２が形成されている。つまり、ティース４２毎にコア片４５は分割されている。

ヨーク４６の周方向両側面（外周部と内周部との間の両側部）における一方の側面４８に凹部４９が形成され、他方の側面５０に凹部４９と嵌合する凸部５１が形成されている。凹部４９と凸部５１は、隣接するコア片４５が帯状のときは離反しており、コア片４５が帯状から円環状に変形したときに嵌合するように構成されている。

次に、コイル２０の形状について詳細に説明する。
図６はコイル２０の斜視図であり、図７は図６のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図８はステータ２１の側面図である。

図６〜図８に示すように、コイル２０は、導線５２が複数回巻き回されてリング状に形成されている。図６では導線５２の両端の図示が省略されているが、導線５２の両端は一方が中性点バスリング（不図示）に接続され、他方が３相配電バスリング（不図示）に接続されるように構成されている。

コイル２０は、コア片４５が連結されて円環状になった際に、軸中心を指向するティース４２の傾斜に沿う角度と略同一の傾斜角度を有する一対のスロット挿入部５３，５４と、ステータコア４１の軸方向端面４１ａにおいて一対のスロット挿入部５３，５４の端部同士の間を連結する一対のコイル渡り部５５，５６と、を備えている。一対のスロット挿入部５３，５４は、４つのスロット４３を空けたスロット４３内に配されている。つまり、コイル渡り部５５，５６の周方向の長さは４つのスロット４３を空けて一対のスロット挿入部５３，５４が配される周方向長さを有している。

また、コイル渡り部５５，５６は、スロット挿入部５３，５４がスロット４３から突出した後、ヨーク４６の軸方向端面に沿うように径方向外側に湾曲形成されるとともに、一方端部から他方端部へ向かって軸方向高さが傾斜するスロープ部５７，５８がそれぞれ形成されている。つまり、コイル渡り部５５，５６は、軸方向から見て略Ｃ字状に形成されている。また、コイル渡り部５５，５６は、隣接する異相のコイル２０（コイル渡り部５５，５６）との干渉を回避するようにスロープ部５７，５８が形成されている。例えば、本実施形態では、一方のスロット挿入部５３側のコイル渡り部５５，５６の軸方向高さが一番高く、他方のスロット挿入部５４側のコイル渡り部５５，５６の軸方向高さが一番低くなるようにスロープ部５７，５８がそれぞれ形成されている。

なお、スロープ部５７，５８の傾斜角度Ａ°は略同一の角度で形成されており、図９に示すように、コイル２０のスロット挿入部５３，５４間の基準ピッチをｐとし、コイル渡り部５５，５６の最大高さをＨとし、コイル渡り部５５，５６の最小高さをｈとすると、

となる。つまり、ステータコア４１の大きさやコイル２０の導線５２の巻数などにより基準ピッチｐ、最大高さＨおよび最小高さｈを設定することにより、スロープ部５７，５８の傾斜角度Ａ°を算出することができる。

ここで、複数のコア片４５を円環状に連結してステータコア４１を構成したときに形成されるスロット４３は全て軸中心を指向するように形成されている。一対のスロット挿入部５３，５４は、ステータコア４１を構成したときにスロット４３が軸中心を指向する方向と略一致するように一方のスロット挿入部５３に対して他方のスロット挿入部５４が傾斜するように形成されている。つまり、スロット挿入部５３，５４は、スロット４３と略同一の方向（軸中心）を指向するように予め形成されている。

また、図２、図３にも示すように、隣り合うコイル２０同士は、コイル渡り部５５，５６において交差しなければならず、かつ、スロット挿入部５３，５４とコイル渡り部５５，５６は略同一の断面形状のまま各所で折曲させる必要があるため、一方のスロット挿入部５３とコイル渡り部５５，５６との境界部において、張出部５９，６０が形成されている。張出部５９，６０は、スロット挿入部５３の端部からスロット挿入部５４から遠ざかる方向に折曲し、交差するコイル２０との干渉を回避可能な大きさの円弧を描くように湾曲してコイル渡り部５５，５６に繋がるように形成されている。

さらに、スロット挿入部５３，５４とコイル渡り部５５，５６は略同一の断面形状のまま各所で折曲させる必要があるため、他方のスロット挿入部５４とコイル渡り部５５，５６との境界部において、張出部６１，６２が形成されている。張出部６１，６２は、スロット挿入部５４の端部からスロット挿入部５３から遠ざかる方向に折曲し、高屈曲を避ける大きさの円弧を描くように湾曲してコイル渡り部５５，５６に繋がるように形成されている。つまり、スロット挿入部５４側のコイル渡り部５５，５６の軸方向高さは一番低く、スロット挿入部５４とコイル渡り部５５，５６との距離が近接しているため、導線５２を高屈曲させるのを避けるために張出部６１，６２が形成されている。

次に、上述したコイル２０を製造する方法について説明する。
本実施形態では、まず導線５２を巻枠７０に巻き回すことにより、導線巻回体７１（図１９参照）を作製し、該導線巻回体７１をコイル成型装置（不図示）により成型することでコイル２０を製造する。

図１０が巻枠７０の斜視図であり、図１１が巻枠７０の側面図であり、図１２が巻枠７０のカバー部材７２を取り外した状態の正面図である。

図１０〜図１２に示すように、巻枠７０は、導線５２が巻き回される導線巻回部７３と、該導線巻回部７３の両側に配される着脱可能なカバー部材７２および支持部材７４と、を備えている。

導線巻回部７３は、導線５２の被覆を傷つけないために例えば樹脂で形成された部材である。導線巻回部７３の両端面はそれぞれカバー部材７２および支持部材７４に当接している。つまり、導線巻回部７３は、カバー部材７２および支持部材７４に挟持されている。また、導線巻回部７３の厚さは、コイル２０の厚さ（径方向の長さ）と略同一の大きさで構成されている。さらに、導線巻回部７３の周面は、導線５２が巻回される導線巻回面７５として構成されている。導線巻回面７５は断面略長方形状になっており、短辺側が一対のコイル渡り部形成面７６，７７として構成され、長辺側が一対のスロット挿入部形成面７８，７９として構成されている。また、導線巻回面７５の四隅はそれぞれ曲面部８２，８３，８４，８５が形成されており、導線５２の被覆が損傷しないように構成されている。

コイル渡り部形成面７６，７７は、カバー部材７２が配される側から支持部材７４が配される側に向かって、対向するコイル渡り部形成面７６，７７同士の距離が遠ざかる方向にそれぞれ傾斜している。また、コイル渡り部形成面７６，７７は、コイル２０のコイル渡り部５５，５６に形成されるスロープ部５７，５８の傾斜角度Ａ°と略同一の角度を有する傾斜面が形成されている。

スロット挿入部形成面７８，７９は、カバー部材７２が配される側から支持部材７４が配される側に向かって、対向するスロット挿入部形成面７８，７９同士の距離が遠ざかる方向にそれぞれ傾斜している。このスロット挿入部形成面７８，７９の傾斜角度は、コイル２０のスロット挿入部５３，５４に形成される傾斜角度、つまり、軸中心を指向するティース４２の傾斜に沿う角度と略同一の傾斜角度で形成されている。

カバー部材７２は、例えば樹脂で形成され、正面視で導線巻回部７３よりも大きい平面形状を有する略板状部材である。つまり、カバー部材７２と導線巻回部７３との境界には段差が形成されており、導線巻回部７３に巻き回される導線５２が該段差において支持されるように構成されている。また、カバー部材７２には導線５２を巻き回す際に導線５２の一端を支持する溝部８０が形成されている。

図１３は、巻枠７０に導線５２を巻回する状態を示す平面図である。図１３に示すように、溝部８０は、導線巻回部７３の一方のコイル渡り部形成面７６に対向する位置に形成されている。また、溝部８０は、導線５２が導線巻回部７３における導線５２の巻回方向に対して斜め方向から挿入されるように、カバー部材７２の周面を外側面から導電巻回部７３が配される内側面に向かって斜めに横切るように形成されている。さらに、溝部８０における内側面の端部８０ａは、導線巻回部７３のコイル渡り部形成面７６とスロット挿入部形成面７８との境界の曲面部８２よりも若干コイル渡り部形成面７６側の位置に形成されている。そして、カバー部材７２の外側面には、導線５２の一端を固定する固定部８１（図１０参照）が形成されている。なお、カバー部材７２は導線巻回部７３に対して着脱可能に構成されている。

支持部材７４は、例えば樹脂で形成され、正面視で導線巻回部７３よりも大きい平面形状を有する略板状部材である。つまり、支持部材７４と導線巻回部７３との間には段差が形成されており、導線巻回部７３に巻き回される導線５２が該段差において支持されるように構成されている。また、支持部材７４には回転軸６９が連結されており、回転軸６９が回転することにより巻枠７０が同期して回転し、導線巻回部７３に導線５２を巻回することができるように構成されている。

上述した巻枠７０を用いて、導線巻回体７１を製造する方法を説明する。
まず、導線５２の一端を固定部８１に固定するとともに、導線５２を溝部８０に挿入し、導線５２を支持固定する。

続いて、図１３に示すように、導線５２を導線巻回部７３の周面に巻き回していく。具体的には、巻枠７０を回転軸６９に取り付け、回転軸６９を回転することにより、導線５２を導線巻回部７３の周面に巻きつけていく。このとき、溝部８０の端部８０ａが曲面部８２よりも若干コイル渡り部形成面７６側の位置に形成されているため、導線５２を巻回していく際に、導線５２がずれにくくなる。まずは、導線巻回部７３の周面上に隣り合う導線５２，５２が密着するようにカバー部材７２側から支持部材７４側に向かって傾斜面を駆け上げるように巻回していく。

導線５２が導線巻回部７３と支持部材７４との境界まで巻回されたら、導線５２をこれまで巻回した導線層（内周側導線層９１）の上にこれまでとは逆方向の支持部材７４側からカバー部材７２側に向かって導線５２を巻回する。このとき、図１４に示すように、下層の内周側導線層９１と上層の外周側導線層９２との間で導線５２が交差する導線移行部８６が形成されるが、溝部８０の位置を上述した位置に形成していることにより、コイル渡り部形成面７６上において導線５２が交差する。

そして、図１５に示すように、導線５２が導線巻回部７３とカバー部材７２との境界まで巻回したら、再度折り返し、導線５２が所望の巻数になるまで、導線５２の巻回を継続し、導線巻回体７１を製造する。

ここで、導線５２を導線巻回部７３に巻き回す際に、導線５２の位置ズレを防止するために、図１６に示すような導線押え治具８８を用いてもよい。導線押え治具８８は、導線５２に当接するローラ部８９と、該ローラ部８９を回転可能に支持する支持部９０と、を備えており、本実施形態ではこの導線押え治具８８を２個用いている。なお、図１６ではカバー部材７２の図示を省略している。図１７に示すように、２つの導線押え治具８８は、導線移行部８６が形成されるコイル渡り部形成面７６において、該コイル渡り部形成面７６に配される導線５２の両端をローラ部８９，８９でそれぞれ押えながら導線５２を巻回することができ、導線５２を所望の位置に確実に保持しながら導線巻回体７１を製造することができる。

また、導線５２を導線巻回部７３に巻き回す際には、巻枠７０を回転させながら導線５２を巻回していく。その際に、導線押え治具８８のローラ部８９は、導線５２が導線巻回部７３の所望の位置に配されるように導線５２を導線巻回面７５に押し付けるように作用する。また、ローラ部８９の表面は、導線巻回面７５の傾斜角度と略同一の傾斜角度を有している。なお、支持部９０は巻枠７０に対して当接離間する方向に移動可能に構成されている。このような導線押え治具８８を用いることにより、導線５２の整列崩れをより確実に防止することができる。

なお、図１８に示すように、外周側導線層９２の１本の導線５２Ａは、内周側導線層９１の２本の導線５２Ｂ，５２Ｃと接触するように配される。このとき、導線５２Ａと導線５２Ｂとの接点Ｄと、導線５２Ａと導線５２Ｃとの接点Ｅとの間に、導線５２を巻回する際に生じるフォースベクトルＦ（導線５２Ａにかかる張力のベクトル方向）が存在すると、導線５２を巻回する際に導線５２がずれにくくなる。導線５２が断面円形の場合には、巻枠７０の導線巻回部７３に形成される傾斜角度が３０°以内であれば、フォースベクトルＦが上記条件を満たすこととなる。

導線５２を所望の巻数まで巻回し導線巻回体７１が製造されたら、導線５２の他端を切断する。そして、導線５２の一端を固定部８１から外し、カバー部材７２を導線巻回部７３から取り外した後、導線巻回部７３から導線巻回体７１を取り出すことができる。図１９に示すように、導線巻回体７１はコイル渡り部５５の両端に導線５２の一端５２ａと他端５２ｂが位置するように形成される。

その後、図１９に示す導線巻回体７１をコイル成型装置（不図示）により成型することでコイル２０を製造することができる。

次に、コア片４５およびコイル２０を用いてステータ２１を形成する手順を説明する。
図２０はコア片４５の帯状時の斜視図である。図２０に示すように、複数の平板鋼板４７を積層・接合して所望の厚みを有したコア片４５を複数形成する。そして、コア片４５を同じ向きに帯状に並べる。

コア片４５を全て帯状に配置した後、スロット４３にコイル２０を配置する。なお、コイル２０の周面は絶縁紙（不図示）で覆われている。
具体的には、まずリング状のコイル２０を複数形成する。このとき、コイル２０を構成する導線５２の両端部はリングから延出させて、中性点バスリングや３相配電バスリング（ともに不図示）に接続できるようにしておく。なお、本実施形態では、２４個のコイル２０を製造しておく。

そして、帯状のコア片４５を円環状にしていくと、隣り合うコア片４５，４５の間に形成されるスロット４３の入口の幅が徐々に小さくなるとともに、スロット４３の面積が徐々に小さくなる。すると、隣り合うスロット４３，４３の距離が徐々に近づく。そのため、まずコイル２０の一方のスロット挿入部５３を所望のスロット４３内に挿入した後、コア片４５を円環状にしていくと、ある時点で他方のスロット挿入部５４が所望のスロット４３内に挿入される。このようにしてスロット４３にコイル２０を順次配置していく。

図２１は、コイル２０のスロット４３への挿入状態を示す説明図である。図２１に示すように、コイル２０は、三相のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかを構成している。本実施形態においては、コア片４５を４８個用いてステータコア４１を構成している。つまり、スロット４３が４８箇所形成される。ここで、Ｕ相を構成するコイル２０Ｕは、リング状のコイル２０を８個（リングＵ１〜Ｕ８）用いて構成されている。同じく、Ｖ相を構成するコイル２０Ｖは、リングＶ１〜Ｖ８を用いて構成され、Ｗ相を構成するコイル２０ＷはリングＷ１〜Ｗ８を用いて構成されている。なお、これらのリングは所定間隔置いた２つのスロット４３，４３に挿入できる大きさで形成されている。そして、コイル２０を製造した後に、コイル２０をスロット４３に挿入する。

具体的には、Ｕ相のコイル２０Ｕは、スロット番号１とスロット番号６のスロット４３にリングＵ１を挿入し、スロット番号７とスロット番号１２のスロット４３にリングＵ２を挿入し、同様に繰り返し、スロット番号４３とスロット番号４８のスロット４３にリングＵ８を挿入する。また、Ｖ相のコイル２０Ｖは、スロット番号４５とスロット番号２のスロット４３にリングＶ１を挿入し、スロット番号３とスロット番号８のスロット４３にリングＶ２を挿入し、同様に、スロット番号３９とスロット番号４４のスロット４３にリングＶ８を挿入する。さらに、Ｗ相のコイル２０Ｗは、スロット番号４７とスロット番号４のスロット４３にリングＷ１を挿入し、スロット番号５とスロット番号１０のスロット４３にリングＷ２を挿入し、同様に、スロット番号４１とスロット番号４６のスロット４３にリングＷ８を挿入する。

次に、スロット４３にコイル２０を挿入する手順を説明する。なお、以下の説明ではスロット４３に関しては、スロット番号のみを用いて説明する。

図２２はコイル２０の配置方法を示す斜視図であり、図２３はコア片４５の円環状時の概略正面図である。なお、本実施形態では円環化前の帯状のコア片４５に対してコイル２０を挿入するが、ここでは円環化後のコア片４５を示す図２３を参照しつつ説明する。

図２１〜図２３に示すように、Ｖ相を構成するコイル２０ＶのリングＶ１をスロット番号２に挿入する。このとき、リングＶ１の他方側（図２１のＡ部）は、コア片４５がまだ帯状であるためスロット番号４５には挿入されない。次に、Ｗ相を構成するコイル２０ＷのリングＷ１をスロット番号４に挿入する。このとき、リングＷ１の他方側（図２１のＢ部）は、リングＶ１と同様にスロット番号４７には挿入されない。

続いて、Ｕ相を構成する２０ＵのリングＵ１をスロット番号１に挿入する。スロット番号１には、コイル２０Ｕのコイル挿入部５３を挿入する。このとき、コア片４５が帯状の場合は、コイル２０Ｕのコイル挿入部５４はスロット番号６に挿入することができない。そこで、コア片４５を帯状から円環状に変形させることにより、スロット番号１とスロット番号６との距離が近づき、スロット同士の距離が所定距離まで近づいた時点で、スロット番号６にコイル２０のコイル挿入部５４を挿入することができる。これでリングＵ１の挿入が完了する。なお、一対のスロット挿入部５３，５４は、ステータコア４１を構成したときにスロット４３が軸中心を指向する方向と略一致するように一方のスロット挿入部５３に対して他方のスロット挿入部５４が傾斜するように形成されているため、スロット同士の距離が所定距離まで近づいた時点で、スロット番号６にコイル２０のコイル挿入部５４が挿入される。また、コイル渡り部５５，５６はヨーク４６の軸方向端面に沿うように配される。

続いて、Ｖ相を構成する２０ＶのリングＶ２をスロット番号３に挿入する。スロット番号３には、コイル２０Ｖのコイル挿入部５３を挿入する。ここで、スロット番号６にリングＵ１を構成するコイル２０Ｕのコイル挿入部５４が挿入された状態（当該部分が円環状になっている状態）では、スロット番号３のスロット入口が狭くなっているため、リングＶ２が挿入できない。そのため、スロット番号３付近のコア片４５を一旦帯状に戻して、スロット番号３にコイル２０のコイル挿入部５３を挿入する。そして、上記リングＵ１の場合と同様に、コア片４５を再度帯状から円環状に変形させることにより、スロット番号３とスロット番号８との距離が近づき、スロット同士の距離が所定距離まで近づいた時点でスロット番号８にコイル２０のコイル挿入部５４が挿入される。これでリングＶ２の挿入が完了する。なお、コイル渡り部５５，５６はスロープ部５７，５８が形成されているため、隣り合う異相のコイル２０とは干渉せずに配することができる（図８参照）。

続いて、Ｗ相を構成する２０ＷのリングＷ２をスロット番号５に挿入する。スロット番号５には、コイル２０Ｗのコイル挿入部５３を挿入する。ここで、スロット番号８にリングＶ２を構成するコイル２０のコイル挿入部５４が挿入された状態では、スロット番号５のスロット入口が狭くなっているため、リングＷ２が挿入できない。そのため、スロット番号５付近のコア片４５を一旦帯状に戻して、スロット番号５にコイル２０のコイル挿入部５３を挿入する。そして、上記リングＵ１の場合と同様に、コア片４５を再度帯状から円環状に変形させることにより、スロット番号５とスロット番号１０との距離が近づき、スロット同士の距離が所定距離まで近づいた時点でスロット番号１０にコイル２０のコイル挿入部５４が挿入される。これでリングＷ２の挿入が完了する。

Ｗ相のコイル２０ＷのリングＷ２をスロット番号５とスロット番号１０を掛け渡すように挿入した後は上記工程を繰り返し、リングＵ２→Ｖ３→Ｗ３→Ｕ３→Ｖ４→…→Ｖ８→Ｗ８→Ｕ８をそれぞれスロット４３内に挿入する。このようにコイル２０をスロット４３内に挿入すると、コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗはステータコア４１の軸方向両端面４１ａから突出したコイル渡り部５６，５７が、軸方向から見て互いに交差するようにしながら配置される。なお、図２４は、円環化装置６５を用いてコア片４５にコイル２０を取り付けていく途中の状態を示している。

そして、リングＶ１のＡ部およびリングＷ１のＢ部以外のコイル２０をスロット４３に挿入し、最後にＡ部、Ｂ部を専用治具などを用いてスロット４３内に挿入することで、ステータ２１が完成する。その後、ステータ２１をモータハウジング１１内に取り付け、スロット４３に挿入された各コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗに緩みがないように導線５２を調整した後、各コイル２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗの両端部から延出している導線５２をＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相配電バスリングおよび中性点バスリング（不図示）に接続することで、モータユニット１０へのステータ２１の取り付けが完了する。

本実施形態によれば、巻枠７０に導線５２を巻き回すだけで容易に、一対のスロット挿入部５３，５４および一対のコイル渡り部５５，５６を有するコイル２０を製造することができる。また、製造されたコイル２０は、軸中心を指向するティース４２の傾斜（スロット４３の方向）に沿う角度と略同一の傾斜角度を有する一対のスロット挿入部５３，５４を有しているため、複数のコア片４５を円環状にする際に、変形してしまうのを防止することができる。つまり、複数のコア片４５を円環状にする際に、コイル渡り部５５，５６に無理な力がかからず、導線５２の整列崩れを防止することができる。結果として、帯状に複数連結されたコア片４５にコイル２０を装着した後、該コア片４５をスムーズに円環状にしてステータ２１を形成することができる。さらに、導線５２の一端５２ａと他端５２ｂとの間に形成されるコイル渡り部５５に相当する位置の内径面側から導線５２を巻枠７０に導入して、該導線５２を巻枠７０の内径面から外径面へ向かって導線５２同士を密着させながら巻き進める導線駆け上げ工程と、導線駆け上げ工程の後に、導線駆け上げ工程において巻回された導線５２の上層に、巻枠７０の外径面から内径面に向かって導線５２同士を密着させながら巻き進める導線駆け下げ工程と、を有しているため、導線５２を巻枠７０に巻回する際に導線５２の位置がずれるのを防止することができる。

また、コイル２０は、軸中心を指向するティース４２の傾斜に沿う角度と略同一の傾斜角度を有する一対のスロット挿入部５３，５４を有しているため、複数のコア片４５を円環状にする際に、変形してしまうのを防止することができる。つまり、複数のコア片４５を円環状にする際に、コイル渡り部５５，５６に無理な力がかからず、導線５２の整列崩れを防止することができる。結果として、帯状に複数連結されたコア片４５にコイル２０を装着した後、該コア片４５をスムーズに円環状にしてステータ２１を形成することができる。さらに、一方のコイル渡り部５５の両端に導線５２の一端５２ａと他端５２ｂを配し、該コイル渡り部５５に内周側導線層９１と外周側導線層９２との間に形成される導線移行部８６を配したため、コイル２０の性能を確保しつつ、導線５２の整列崩れを防止することができる。

また、本実施形態のコイル２０は、コイル渡り部５５，５６の高さを低く抑えることができるため、導線５２の全長を短くすることができる。このように導線５２の全長が短くなったコイル２０を分布巻でステータコア４１に取り付けることで、高トルク密度性能を維持することができ、高性能のモータ２３のステータ２１を製造することができる。

また、予め導線５２を巻回してスロット４３に対応した大きさの円環状のコイル２０を形成したため、リング状に形成されたコイル２０をスロット４３に挿入するだけで、コイル２０を取り付けることができる。したがって、コア片４５を準備してから巻線機などを用いて導線５２をスロット４３に巻き付けながらコイルを形成する場合よりも生産効率を向上することができる。

さらに、モータ２３の回転磁界を形成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相を構成するコイル２０（２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ）を、全て同一形状で形成したため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相モータを製造するにあたって、各相に対応したコイル２０（２０Ｕ，２０Ｖ，２０Ｗ）を同じ工程で製造することができる。したがって、生産効率を向上することができる。

尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、コア片４５の形状は本実施形態の形状に限らず、図２５、図２６に示すような形状であってもよい。図２５は隣り合うコア片１４５，１４５をリンクピン６７にて連結する構造であり、図２６は隣り合うコア片２４５，２４５をリンクプレート６８およびリンクピン６７にて連結する構造である。また、図２７に示すようにヨーク３４６の径方向の厚さを薄肉状にして帯状のコア片３４５を一体で形成し、ヨーク３４６を湾曲させることにより円環状に変形できるように構成してもよい。

また、本実施形態では、巻枠７０に導線５２を巻回する際に導線押え治具８８を用いた場合の説明をしたが、導線押え治具８８はなくてもよい。

さらに、本実施形態では、巻枠７０を回転軸６９により回転させながら導線５２を巻回する場合の説明をしたが、逆に巻枠７０を固定して、導線５２を巻枠７０に巻きつけるようにして導線巻回体７１を製造してもよい。

２０…コイル ２１…ステータ ２２…ロータ ２３…モータ ４１…ステータコア ４１ａ…端面（軸方向端面） ４２…ティース（ティース部） ４３…スロット（スロット部） ４５…コア片（ステータコア片） ４６…ヨーク（ヨーク部） ５２…導線 ５２ａ…一端（巻線端部） ５２ｂ…他端（巻線端部） ５３…スロット挿入部 ５４…スロット挿入部 ５５…コイル渡り部 ５６…コイル渡り部 ７０…巻枠 ７６…コイル渡り部形成面（コイル渡り部形成部） ７７…コイル渡り部形成面（コイル渡り部形成部） ７８…スロット挿入部形成面（スロット挿入部形成部） ７９…スロット挿入部形成面（スロット挿入部形成部） ８２…曲面部 ８３…曲面部 ８４…曲面部 ８５…曲面部 ８６…導線移行部 ９１…内周側導線層 ９２…外周側導線層

Claims (2)

1. ティース部およびヨーク部が形成されたステータコア片が複数連結されて円環状に形成されたステータコアと、隣接する前記ステータコア片の前記ティース部間に形成されるスロット部を架け渡すように挿入されるコイルと、を備えたステータと、該ステータの内周側に配され、回転可能に支持されたロータと、を有するモータに使用される前記コイルの製造方法であって、
   前記コイルは、前記ステータコア片が連結されて円環状になった際に、軸中心を指向する前記ティース部の傾斜に沿う角度と略同一の傾斜角度を有し、前記スロット部に挿入される一対のスロット挿入部と、前記ステータコアの軸方向端面において前記一対のスロット挿入部の端部同士の間を連結する一対のコイル渡り部と、を備えるとともに、一方の前記コイル渡り部の両端部に電源部と接続される一対の巻線端部が配されており、
   前記コイルは、導線を巻枠に巻き回すことにより製造され、
   前記巻枠は、前記ティース部の傾斜に対応した傾斜面を有する一対のスロット挿入部形成部と、前記スロット部に挿入された状態における前記ステータの内周側にあたる内径面から前記ステータの外周側にあたる外径面に向かって前記一対のコイル渡り部同士の距離が広がるような傾斜面を有する一対のコイル渡り部形成部と、前記スロット挿入部形成部と前記コイル渡り部形成部との境界に形成された曲面部と、を有しており、
   前記一対の巻線端部の間に形成される前記コイル渡り部に相当する位置の前記内径面側から前記導線を前記巻枠に導入する導線導入工程と、
   前記巻枠の前記内径面から前記外径面へ向かって前記導線同士を密着させながら巻き進める導線駆け上げ工程と、
   該導線駆け上げ工程の後に、前記導線駆け上げ工程において巻回された前記導線の上層に、前記巻枠の前記外径面から前記内径面に向かって前記導線同士を密着させながら巻き進める導線駆け下げ工程と、を有することを特徴とするコイルの製造方法。
2. ティース部およびヨーク部が形成されたステータコア片が複数連結されて円環状に形成されたステータコアと、隣接する前記ステータコア片の前記ティース部間に形成されるスロット部を架け渡すように挿入されるコイルと、を備えたステータと、該ステータの内周側に配され、回転可能に支持されたロータと、を有するモータであって、
   前記コイルは、導線が複数層に巻き回されて形成されており、前記ステータコア片が連結されて円環状になった際に、軸中心を指向する前記ティース部の傾斜に沿う角度と略同一の傾斜角度を有し、前記スロット部に挿入される一対のスロット挿入部と、前記ステータコアの軸方向端面において前記一対のスロット挿入部の端部同士の間を連結する一対のコイル渡り部と、を備えるとともに、一方の前記コイル渡り部の両端部に電源部と接続される一対の巻線端部が配されており、
   該一対の巻線端部が配された側の前記コイル渡り部に、内周側導線層と該内周側導線層の上層に形成される外周側導線層との間に形成される導線移行部が配されていることを特徴とするモータ。

Images