JP2013240257A - ステータ巻線コイルの非溶接結線方法およびこれを適用した回転モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接装備によって発生していた製作性の面での不利さもすべて解消することができるステータ巻線コイルの非溶接結線方法およびこれを適用した回転モータを提供すること。
【解決手段】ステータ巻線コイルの非溶接結線方法は、2つを対とする4つのヘアピンコイル2(HairpinCoil)が放射状に複数形成された各々のスロット20a(Slot)を用いてステータ20(Stator)に挿入され、ステータ20に挿入されたヘアピンコイル2がステータ20の一方に露出して電気供給のためのターミナルに連結されるように用意され、ステータ20の他方に露出したヘアピンコイル2の他の部分がヘアピンコイル2の電気通電のために連結されるように用意されると、次いで、ヘアピンコイル2の他の部分が導体40(Conductor)で連結され、導体40が連結された後、導体40をキャップ50で絶縁する。
【選択図】図6
【解決手段】ステータ巻線コイルの非溶接結線方法は、2つを対とする4つのヘアピンコイル2(HairpinCoil)が放射状に複数形成された各々のスロット20a(Slot)を用いてステータ20(Stator)に挿入され、ステータ20に挿入されたヘアピンコイル2がステータ20の一方に露出して電気供給のためのターミナルに連結されるように用意され、ステータ20の他方に露出したヘアピンコイル2の他の部分がヘアピンコイル2の電気通電のために連結されるように用意されると、次いで、ヘアピンコイル2の他の部分が導体40(Conductor)で連結され、導体40が連結された後、導体40をキャップ50で絶縁する。
【選択図】図6
Description
本発明は、回転モータに関し、特に、ヘアピン(Hairpin)コイルがステータ(Stator)に巻線された後、結線のために要求されていた溶接工程が省略されることにより、溶接による諸問題をすべて解消したステータ巻線コイルの非溶接結線方法およびこれを適用した回転モータに関する。
一般的に、モータは、コイルが巻線されたステータ(Stator)を必須構成要素とし、ステータのスロット内にコイルが挿入される形態となる。
最近、持続的に要求されるモータの性能は、小型化および高効率化である。
このような要求に合わせてモータの小型化および高効率化が実現されるためには、ステータのスロット内に環状コイルができるだけ多く挿入されていなければならない。
しかし、環状コイルとこれに隣接する他の環状コイルが形成するデッドスペース(Dead Space)と、環状コイルとステータティース(Stator’s Teeth)との間で発生する他のデッドスペース(Dead Space)のため、挿入される環状コイルの数量には限界があった。
前記のようなデッドスペース(Dead Space)による問題を解決し、モータの小型化および高効率化を可能にした巻線方式の例として、ヘアピン巻線方式を挙げることができる。
ヘアピン巻線方式は、デッドスペース(Dead Space)なしにステータのスロットに巻線可能にすることにより、小型化および効率の面で非常に有利であるという利点がある。
一方、ヘアピン巻線方式は、巻線のフォーミングと巻線のツイストおよび巻線の溶接などの非常に高い製作技術が要求されるだけでなく、溶接時に多くの問題が発生するという欠点もあった。
特に、溶接作業が行われるかまたは溶接作業が完了した後、溶接不良が発生する場合、溶接されたすべてのコイルを取り外し、ステータ製作工程を再度行うことにより、溶接による被害が非常に大きくなる。
そのため、ヘアピン巻線モータは、巻線のフォーミング作業と巻線のツイスト作業をより単純化し、特に、溶接作業による難しさが解消する場合、小型化および効率の面で非常に有利な利点が極大化され、商品性もより向上することができる。
しかし、ヘアピン巻線モータは、ヘアピン(Hairpin)コイルが巻線された後、溶接作業が必ず行われるしかない。
溶接による不利さとして、溶接されてもコイルのコーティングが焼損することがあり、4つの層(Layer)で互いに隣接してコイルが巻線されることにより、1−2番目の層(Layer)を溶接する時に3−4番目の層(Layer)のコーティングが焼損、または3−4番目の層(Layer)を溶接する時に1−2番目の層(Layer)のコーティングが焼損することがあり、接触抵抗の増加による1次側銅損の増加で低速での効率を低減させる部分的な溶接を挙げることができる。
製作性の面での不利さとして、溶接のためのコイル工程の追加が必要で、溶接部の正確性および溶接熱の冷却のための高価な装備の使用が必要で、作業場を汚染させる溶接ガスを挙げることができる。
特に、溶接作業時には、最初から最後の溶接まで溶接不良が発生しないように注意を傾けなければならないが、ステータのスロットの数量に応じて増加する溶接回数によって限界があった。
一例として、ステータのスロットが72スロットの時、溶接は144回行われるため、この場合、143回目まで溶接がうまく行われても、144回目で溶接不良が起こる場合、既に溶接されたヘアピンコイルの巻線をすべて除去し、同様の過程を再度繰り返さなければならない。
そのため、前記特許文献の場合も、占積率の極大化で効率および出力密度の面で非常に有利なヘアピン(Hairpin)コイル巻線モータの製造時に溶接によって発生する多様な問題から自由にならない。
そこで、上記の点に鑑みてなされた本発明は、ステータ(Stator)に巻線されたヘアピン(Hairpin)コイルの結線作業が導体を用いた嵌合方式で行われることにより、溶接作業時に溶接不良によって発生する問題が全くなく、特に、溶接装備によって発生していた製作性の面での不利さもすべて解消することができるステータ巻線コイルの非溶接結線方法およびこれを適用した回転モータを提供することを目的とする。
上記の目的を達成するための、本発明のステータ巻線コイルの非溶接結線方法は、2つを対とする4つのヘアピンコイル(Hairpin Coil)が放射状に複数形成された各々のスロット(Slot)を用いてステータ(Stator)に挿入され、前記ステータに挿入された前記ヘアピンコイルが前記ステータの一方に露出して電気供給のためのターミナルに連結されるように用意され、前記ステータの他方に露出した前記ヘアピンコイルの他の部分が前記ヘアピンコイルの電気通電のために連結されるように用意されるヘアピンコイル巻線ステップと、前記ヘアピンコイルの他の部分が導体(Conductor)で連結され、前記導体が連結された後、前記導体を絶縁させるように絶縁材質のキャップを嵌合する巻線仕上げステップとが含まれて行われることを特徴とする。
前記ヘアピンコイルは、コーティングで被覆され、所定直径の直線長さからなるローコイル(Raw Coil)を用いて製造され、製造後、互いに連結された連結部位と、互いに対向する非連結部位とを有する。
前記1つのスロットには、2つを一対とする前記ヘアピンコイルが挿入されると、2つを一対とする他の前記ヘアピンコイルが隣接して挿入される。
前記ヘアピンコイルは、ツイスト(Twist)され、前記ステータの一方に露出して電気供給のためのターミナルに連結されるように用意され、前記ステータの他方に露出した前記ヘアピンコイルの他の部分が前記ヘアピンコイルの電気通電のために連結されるように用意される。
前記ヘアピンコイルの露出した部分は、前記1つのスロットに挿入された前記ヘアピンコイルの互いに連結された連結部位であり、前記ヘアピンコイルの露出した他の部分は、前記1つのスロットに挿入された前記ヘアピンコイルの互いに連結された連結部位からそれぞれ延びた互いに対向する部位であり、ツイストされた前記ヘアピンコイルの露出した他の部分は、前記1つのスロットに一対で挿入された2つの前記ヘアピンコイルが互いに隣接する。
前記ヘアピンコイルは、ツイストされる前に、互いに連結された連結部位が切断され、互いに連結された前記連結部位からそれぞれ延びた互いに対向する部位がエンド(End)を形成するように被覆が脱皮される。
前記導体は、前記1つのスロットに一対で挿入された2つの前記ヘアピンコイルが互いに隣接した状態で電気的に互いに通電するように連結する。
前記キャップは、互いに隣接した2つの前記ヘアピンコイルを電気的に互いに通電させるように連結した前記導体と、互いに隣接した2つの他の前記ヘアピンコイルを電気的に互いに通電するように連結した他の前記導体とを共に絶縁するように嵌合される。
また、上記の目的を達成するための、本発明の回転モータは、2つを対とする4つのヘアピンコイル(Hairpin Coil)を嵌合するスロット(Slot)が放射状に複数形成されたステータ(Stator)と、前記ステータに挿入された状態で、前記ステータの一方に露出した前記ヘアピンコイルが電気通電のために連結されるように結合された導体と、絶縁材質からなり、前記導体が絶縁されるように前記導体に嵌合されるキャップとが含まれて構成されていることを特徴とする。
前記導体は、前記1つのスロットに一対で挿入された2つの前記ヘアピンコイルが互いに隣接した状態で電気的に互いに通電するように連結し、前記キャップは、互いに隣接した2つの前記ヘアピンコイルを電気的に互いに通電するように連結した前記導体と、互いに隣接した2つの他の前記ヘアピンコイルを電気的に互いに通電するように連結した他の前記導体とを共に絶縁するように嵌合される。
前記導体には、互いに隣接した2つの前記ヘアピンコイルが嵌合可能な開口部が形成され、前記キャップには、前記導体が嵌合可能な開口部が形成される。
このような本発明は、ヘアピン(Hairpin)コイル巻線モータの製造工程で溶接工程が省略されることにより、溶接作業時に溶接不良によって発生する問題が全くなく、特に、溶接装備によって発生していた製作性の面での不利さもすべて解消するのはもちろん、費用の面と作業環境も大きく改善されるという効果がある。
また、本発明は、ステータ(Stator)に巻線されたヘアピン(Hairpin)コイルの結線作業が導体を用いた嵌合方式で行われることにより、ステータのスロットの数量に応じて溶接回数も増加していた複雑な工程が大きく単純化され得、ヘアピン(Hairpin)コイルの結線作業後、導体を介して完全に結線されることにより、接触抵抗と銅損の低減でモータの効率が大きく改善されるという効果もある。
さらに、本発明は、ステータ(Stator)に巻線されたヘアピン(Hairpin)コイルを結線した導体の絶縁がキャップ(Cap)を用いた嵌合方式で行われることにより、絶縁作業も簡便に行われ、キャップ(Cap)を用いた個別的な導体の絶縁で絶縁性能を向上させることにより、モータの寿命も大きく改善されるという効果もある。
図1は、本実施形態にかかる非溶接方式でステータに巻線されたコイルのエンドを結線する回転モータの製造工程を示す。
前記のようなステータ巻線コイルの非溶接結線方法が適用されると、ヘアピンコイルの1−2番目の層(Layer)とこれに隣接した他のヘアピンコイルの3−4番目の層(Layer)からそれぞれ角銅線が出るようになり、前記各々の角銅線は溶接せず、リング(Ring)タイプからなる導体が前記各々の角銅線のうちの2つの角銅線を互いに連結し、前記導体は、絶縁体からなるキャップで覆うことにより、溶接と絶縁を同時に満足する方法で実現できる。
この方法は、S10ないしS70により、以下に詳細に記述される。
S10は、導体のコイル(Coil)を、U形状を有するヘアピン(Hairpin)コイルに加工する過程であり、これは、図2のような工程で行われる。
図示のように、コーティングで被覆され、所定直径の直線長さからなるローコイル1(Raw Coil)が用意され、ローコイル1がコイル加工機10を経てヘアピンコイル2(Hairpin Coil)に加工される。前記ヘアピンコイル2は、互いに連結された連結部位を有し、前記連結部位からそれぞれ延びた部位が互いに対向することにより、U形状となる。
前記ヘアピンコイル2は、4つずつステータ(Stator)の1つのスロット(Slot)に嵌合され、ヘアピンコイル2として製作された4つをそれぞれコイルエレメント2a、2b、2c、2dと称する。
そのため、ヘアピンコイル2は、ステータ(Stator)のスロットの数量に比べて4倍の数量で製造される。
S20は、ステータ20の1つのスロット20a(Slot)に4つのコイルエレメント2a、2b、2c、2dを対としたヘアピンコイル2が挿入される過程である。
この過程で、ヘアピンコイル2の間には、絶縁紙も共に挿入される。
前記スロット(Slot)は、ステータに放射状に複数形成され、通常、ステータは、ステータコアを積層して製造される。
このような組み立てにより、第1コイルエレメント2aと第2コイルエレメント2b、並びに第3コイルエレメント2cと第4コイルエレメント2dは、前記スロット20aの円周方向に順次に配列された状態に整列され、これにより、ステータ20に形成されたすべてのスロット20aには、4つのコイルエレメント2a、2b、2c、2dを対としたヘアピンコイル2が挿入されたステータ20として作られる。
S40は、ヘアピンコイル2がステータ20のすべてのスロット20aに挿入された後、前記コイルエレメント2a、2b、2c、2dの各々の連結部位を切断し、併せて、非連結部位にエンドKが形成されるように被覆を脱皮させる過程である。
通常、前記エンドKの形成は、ヘアピンコイル2がステータ20のすべてのスロット20aに挿入された後に作業するが、ローコイル1がヘアピンコイル2に加工される過程で作業が実施できる。
この状態で、第1コイルエレメント2aと第2コイルエレメント2bは各々のエンドKが互いに隣接しない状態であり、第3コイルエレメント2cと第4コイルエレメント2dも互いに隣接しない状態である。
S50は、ステータ20のすべてのスロット20aにそれぞれ挿入されたヘアピンコイル2が変形するようにヘアピンコイル2の上端部位と下端部位をツイスト(Twist)する過程である。
前記ツイスト作業は、ベンダー30(Bender)を用いるが、この作業を示した図3のように、ベンダー30がステータ20の上に露出したヘアピンコイル2の上端部位と下端部位を順次にツイストすることによって行われる。
これにより、第1コイルエレメント2aと第2コイルエレメント2bは各々のエンドKが互いに隣接して対をなし、第3コイルエレメント2cと第4コイルエレメント2dが互いに隣接して対をなす。
この状態は、ステータ20のすべてのスロット20aにそれぞれ挿入されたヘアピンコイル2でなされる。
このような作業が行われることにより、ステータ20の上に露出したヘアピンコイル2は、ターミナル(一例として、3相の場合、UとU’、VとV’、WとW’、XとX’、YとY’とZとZ’)に連結可能な準備状態となり、反面、ステータ20の下に露出したヘアピンコイル2は、電気的に通電可能な準備状態となる。
S60は、ステータ20のすべてのスロット20aにそれぞれ挿入されたヘアピンコイル2が電気的に通電可能に連結する過程であって、この過程は、導体40(Conductor)を用いることにより、溶接作業が全く要求されないという特徴を有する。
通常、前記導体40は、第1コイルエレメント2aと第2コイルエレメント2bとを互いに連結する第1導体エレメント40aと、第3コイルエレメント2cと第4コイルエレメント2dとを互いに連結する第2導体エレメント40bとから構成される。
そのため、前記導体40は、ヘアピンコイル2の数量に比べて1/2の数量で製作される。
前記導体40は、一方を開口させた矩形状であり、前記開口部位を用いて嵌合される。
この過程は、図4に示すように、第1コイルエレメント2aと第2コイルエレメント2bの隣接したエンドKに第1導体エレメント40aを嵌合し、次いで、第3コイルエレメント2cと第4コイルエレメント2dの隣接したエンドKに第2導体エレメント40bを嵌合するという簡単な作業だけで完了する。
前記のように、前記エンドKに導体40を嵌合する作業は、ステータ20のすべてのスロット20aにそれぞれ挿入されたすべてのヘアピンコイル2に行われることにより、すべてのヘアピンコイル2は、導体40を介して電気的に通電可能な状態に転換される。
これにより、ヘアピンコイル2は、溶接不良による焼損を起こし、製作性を困難にする溶接作業なしに極めて簡単に実施可能であり、特に、ヘアピンコイル巻線溶接技術の取得の難しさと高価な溶接装備によるコスト競争力の喪失がすべて克服可能である。
一方、S70は、ステータ20のすべてのスロット20aにそれぞれ挿入されたすべてのヘアピンコイル2に導体40が結合された後、導体40に対する絶縁作業が行われる過程である。
この過程は、絶縁材質のキャップ50(Cap)を用い、前記キャップ50は、第1導体エレメント40aと第2導体エレメント40bとを共にカバーすることにより、導体40の数量に比べて1/2の数量で製作される。
前記キャップ50は、一方を開口させた矩形状であり、前記開口部位を用いて嵌合される。
この過程は、図5に示すように、第1コイルエレメント2aと第2コイルエレメント2bの隣接するエンドKに嵌合された第1導体エレメント40aと、第3コイルエレメント2cと第4コイルエレメント2dの隣接するエンドKに嵌合された第2導体エレメント40bとを共に整列した後、前記第1導体エレメント40aと前記第2導体エレメント40bにキャップ50が嵌合されるという簡単な作業だけで完了する。
前記のように、キャップ50を嵌合する作業は、第1導体エレメント40aと前記第2導体エレメント40bとが結合されたすべてのヘアピンコイル2に行われることにより、すべてのヘアピンコイル2は、導体40で連結されて電気的に通電すると共に、絶縁状態を維持することができる。
そのため、ヘアピンコイル2は、通電作業と絶縁作業を一箇所で同時に実施可能であり、これにより、溶接を用いた通電作業が行われる時、通電作業と絶縁作業を同時に行うことができず、特に、場所を移動することによる不便さと生産性の喪失がすべて克服可能である。
前記のようなステータ巻線コイルの非溶接結線方法が適用されて製造された回転モータは、図6のように完成する。
上述したように、本実施形態にかかるステータ巻線コイルの非溶接結線方法は、2つを対とする4つのヘアピンコイル2(Hairpin Coil)が放射状に複数形成された各々のスロット20a(Slot)を用いてステータ20(Stator)に挿入され、ステータ20に挿入されたヘアピンコイル2がステータ20の一方に露出して電気供給のためのターミナルに連結されるように用意され、ステータ20の他方に露出したヘアピンコイル2の他の部分がヘアピンコイル2の電気通電のために連結されるように用意されると、次いで、ヘアピンコイル2の他の部分が導体40(Conductor)で連結され、前記導体40が連結された後、前記導体40をキャップ50で絶縁させることにより、ヘアピン巻線作業時に通電作業と絶縁作業を一箇所で同時に行うことができ、特に、溶接不良による焼損を起こし、製作性を困難にする溶接作業を必要としない。
1:ローコイル(Raw Coil)
2:ヘアピンコイル(Hairpin Coil)
2a、2b、2c、2d:コイルエレメント(Coil Element)
10:コイル加工機
20:ステータ(Stator)
20a:スロット(Slot)
30:ベンダー(Bender)
40:導体(Conductor)
40a、40b:導体エレメント
50:キャップ
K:エンド(End)
2:ヘアピンコイル(Hairpin Coil)
2a、2b、2c、2d:コイルエレメント(Coil Element)
10:コイル加工機
20:ステータ(Stator)
20a:スロット(Slot)
30:ベンダー(Bender)
40:導体(Conductor)
40a、40b:導体エレメント
50:キャップ
K:エンド(End)
Claims (13)
- 2つを対とする4つのヘアピンコイル(Hairpin Coil)が放射状に複数形成された各々のスロット(Slot)を用いてステータ(Stator)に挿入され、前記ステータに挿入された前記ヘアピンコイルが前記ステータの一方に露出して電気供給のためのターミナルに連結されるように用意され、前記ステータの他方に露出した前記ヘアピンコイルの他の部分が前記ヘアピンコイルの電気通電のために連結されるように用意されるヘアピンコイル巻線ステップと、
前記ヘアピンコイルの他の部分が導体(Conductor)で連結され、前記導体が連結された後、前記導体を絶縁させるように絶縁材質のキャップを嵌合する巻線仕上げステップとが含まれて行われることを特徴とするステータ巻線コイルの非溶接結線方法。 - 前記ヘアピンコイルは、コーティングで被覆され、所定直径の直線長さからなるローコイル(Raw Coil)を用いて製造され、製造後、互いに連結された連結部位と、互いに対向する非連結部位とを有することを特徴とする請求項1に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線方法。
- 前記1つのスロットには、2つを一対とする前記ヘアピンコイルが挿入されると、2つを一対とする他の前記ヘアピンコイルが隣接して挿入されることを特徴とする請求項1に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線方法。
- 前記ヘアピンコイルは、ツイスト(Twist)され、前記ステータの一方に露出して電気供給のためのターミナルに連結されるように用意され、前記ステータの他方に露出した前記ヘアピンコイルの他の部分が前記ヘアピンコイルの電気通電のために連結されるように用意されることを特徴とする請求項1に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線方法。
- 前記ヘアピンコイルの露出した部分は、前記1つのスロットに挿入された前記ヘアピンコイルの互いに連結された連結部位であり、
前記ヘアピンコイルの露出した他の部分は、前記1つのスロットに挿入された前記ヘアピンコイルの互いに連結された連結部位からそれぞれ延びた互いに対向する部位であり、
ツイストされた前記ヘアピンコイルの露出した他の部分は、前記1つのスロットに一対で挿入された2つの前記ヘアピンコイルが互いに隣接することを特徴とする請求項4に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線方法。 - 前記ヘアピンコイルは、ツイストされる前に、互いに連結された連結部位が切断され、互いに連結された前記連結部位からそれぞれ延びた互いに対向する部位がエンド(End)を形成するように被覆が脱皮されることを特徴とする請求項4または5に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線方法。
- 前記導体は、前記1つのスロットに一対で挿入された2つの前記ヘアピンコイルが互いに隣接した状態で電気的に互いに通電するように連結することを特徴とする請求項1に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線方法。
- 前記導体には、互いに隣接した2つの前記ヘアピンコイルが嵌合可能な開口部が形成されていることを特徴とする請求項7に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線方法。
- 前記キャップには、前記導体が嵌合可能な開口部が形成されることを特徴とする請求項1に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線方法。
- 前記キャップは、互いに隣接した2つの前記ヘアピンコイルを電気的に互いに通電させるように連結した前記導体と、互いに隣接した2つの他の前記ヘアピンコイルを電気的に互いに通電するように連結した他の前記導体とを共に絶縁するように嵌合されることを特徴とする請求項9に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線方法。
- 2つを対とする4つのヘアピンコイル(Hairpin Coil)を嵌合するスロット(Slot)が放射状に複数形成されたステータ(Stator)と、
前記ステータに挿入された状態で、前記ステータの一方に露出した前記ヘアピンコイルが電気通電のために連結されるように結合された導体と、
絶縁材質からなり、前記導体が絶縁されるように前記導体に嵌合されるキャップとが含まれて構成されていることを特徴とするステータ巻線コイルの非溶接結線を適用した回転モータ。 - 前記導体は、前記1つのスロットに一対で挿入された2つの前記ヘアピンコイルが互いに隣接した状態で電気的に互いに通電するように連結し、
前記キャップは、互いに隣接した2つの前記ヘアピンコイルを電気的に互いに通電するように連結した前記導体と、互いに隣接した2つの他の前記ヘアピンコイルを電気的に互いに通電するように連結した他の前記導体とを共に絶縁するように嵌合されることを特徴とする請求項11に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線を適用した回転モータ。 - 前記導体には、互いに隣接した2つの前記ヘアピンコイルが嵌合可能な開口部が形成され、前記キャップには、前記導体が嵌合可能な開口部が形成されていることを特徴とする請求項11または12に記載のステータ巻線コイルの非溶接結線を適用した回転モータ。
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