JP2014197963A

JP2014197963A - 回転電機用のステータの製造方法

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Publication number: JP2014197963A
Application number: JP2013073204A
Authority: JP
Inventors: 橋本　伸吾; Shingo Hashimoto; 伸吾橋本; 田中　宏幸; Hiroyuki Tanaka; 宏幸田中; 貴憲太田; Takanori Ota; 中川　修; Osamu Nakagawa; 修中川; 佐藤　真吾; Shingo Sato; 真吾佐藤; 弘貴川浦; Hirotaka Kawaura; 赤尾　憲彦; Norihiko Akao; 憲彦赤尾; 哲也杉本
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: EP2937978A1; WO2014157273A1; US20160028295A1; CN105009428A; US10148157B2; EP2937978B1; JP6060017B2; CN105009428B; EP2937978A4

Abstract

【課題】ステータコアに対するコイルの配置が容易であり、ステータ全体の軸方向長さを短くすることができる回転電機用のステータの製造方法を提供すること。【解決手段】各相のコイル３は、コイル本体３１から引き出された一端部３２及び他端部３３を有している。各相のコイル３における一端部３２は、同相のコイル３における他端部３３に合わさるよう、他相のコイル３のコイル本体３１に対する軸方向Ｌの外方を跨ぐ状態でステータコア２の軸方向Ｌに対して直交する方向に引き出されている。複数相のコイル３を、ステータコア２の周方向一方側Ｃ１に回ってティース２１の１つずつに順番に配置するに当たり、各相のコイル３における一端部３２を、ティース２１に既に配置された他相のコイル３における一端部３２と他端部３３との間を通過させて、同相のコイル３における他端部３３に合わせる。【選択図】図１

Description

本発明は、ステータコアにおける複数のティースに複数相のコイルを配置して、回転電機用のステータを製造する方法に関する。

回転電機用のステータを製造する方法としては、一体形状のステータコアにコイルを配置する方法、ステータコアを分割して形成した分割コアにコイルを配置し、このコイルが配置された分割コアを互いに連結する方法等がある。また、コイルは、複数本の細径のマグネットワイヤをまとめて巻回して形成する場合と、１本の角線導体を巻回して形成する場合とがある。
例えば、特許文献１においては、固定子コアにおける複数のティースに、矩形断面の平角導体を曲げ加工して形成された複数の台形コイルを挿入するモータ固定子の製造装置が開示されている。この製造装置は、台形コイルを斜め変形状態に規制するコイル形状規制部材を有している。そして、コイル形状規制部材によって巻きひねりを防止した状態で、台形コイルをティースに挿入している。

特開２０１２−２５７４１０号公報

ところで、コイル本体の端部から他のコイル本体の端部まで渡る渡り線を、予めコイル本体に形成しておく場合には、ステータコアに対して、コイル本体と渡り線とを有するコイルを配置することが困難になる。この場合、コイルの配置の仕方に工夫をしなければ、ステータコアにコイルを配置する際に、渡り線が他のコイルに干渉してしまう。
なお、上記特許文献１の製造装置においては、渡り線が形成されていない台形コイルをステータコアへ配置することが示されているだけである。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、ステータコアに対するコイルの配置が容易であり、ステータ全体の軸方向長さを短くすることができる回転電機用のステータの製造方法を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、ステータコアにおける複数のティースのそれぞれに複数相のコイルを１つずつ配置して、回転電機用のステータを製造する方法であって、
各相の上記コイルは、角線導体を複数回巻回して形成されたコイル本体と、該コイル本体の一端において上記ステータコアの軸方向一方側に引き出される一端部と、上記コイル本体の他端において上記ステータコアの軸方向一方側に引き出される他端部とを有しており、
各相の上記コイルにおける上記一端部は、他相の上記コイルの上記コイル本体に対する上記ステータコアの軸方向外方を跨いで、同相の上記コイルにおける上記他端部に合わさるよう、上記ステータコアの軸方向に対して直交する方向に引き出されており、
複数相の上記コイルを、上記ステータコアの周方向一方側に回って上記ティースの１つずつに順番に配置するに当たり、各相の上記コイルにおける上記一端部を、上記ステータコアの軸方向一方側から、又は上記ステータコアの軸方向に直交する方向から、上記ティースに１つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間に配置して、同相の上記コイルにおける上記他端部に合わせることを特徴とする回転電機用のステータの製造方法にある（請求項１）。

上記回転電機用のステータの製造方法においては、ステータコアの軸方向に対して直交する方向に引き出された一端部を有するコイルを、ステータコアに対して容易に配置する工夫をしている。
本製造方法においては、複数相のコイルを、ステータコアの周方向一方側に回ってティースの１つずつに順番に配置する。このとき、ステータコアに対して、最初に配置されるコイルと最後に配置されるコイルとを除く、少なくともいずれかのコイルは、次のようにティースに配置する。すなわち、この少なくともいずれかのコイルについては、その一端部を、ステータコアの軸方向一方側から、又はステータコアの軸方向に直交する方向（径方向及び周方向）から、ティースに１つ前に配置された他相のコイルにおける一端部と他端部との間に配置して、ティースに配置する。このとき、各相のコイルにおける一端部と、ティースに１つ前に配置された他相のコイルにおける一端部とは、ステータコアの径方向視において重なる位置に配置される。

これにより、ティースに配置する際に、各相のコイルにおける一端部が、ティースに既に配置された他相のコイルに干渉することを容易に防止することができる。また、この配置の仕方により、複数相のコイル間において、一端部及び他端部の形成位置を軸方向にずらす必要がなくなる。そのため、各相のコイルにおける一端部及び他端部がステータコアの軸方向端面から突出する量を小さくすることができる。

また、各相のコイルにおける一端部の折曲げ形状を、ステータコアに配置する前に予め形成しておくことができる。これにより、ステータコアに配置されたコイルの折曲げ等の加工が不要になる。そのため、この理由によっても、各相のコイルにおける一端部及び他端部がステータコアの軸方向端面から突出する量を小さくすることができる。
なお、ティースに配置された各相のコイルは、その一端部が、同相のコイルにおける他端部に合わさる。そして、溶接等によって、同相のコイルにおける一端部と他端部とが接合される。この接合は、ティースに各相のコイルを配置するごとに行うことができ、ティースに全てのコイルを配置した後に行うこともできる。また、この接合は、ティースにコイルを配置した後の適宜タイミングで行うこともできる。また、コイルをティースに配置することの意味は、コイルをティース間のスロットに配置することの意味と同じである。

それ故、上記回転電機用のステータの製造方法によれば、ステータコアに対するコイルの配置が容易であり、ステータ全体の軸方向長さを短くすることができる。

実施例にかかる、ステータを示す斜視図。実施例にかかる、ステータを示す平面図。実施例にかかる、ステータコアにコイルを配置する状態を示す平面図。実施例にかかる、ステータコアにコイルを配置する状態を示す平面図。実施例にかかる、ステータコアにコイルを配置する状態を示す平面図。実施例にかかる、ステータコアにコイルを配置する状態を拡大して示す説明図。実施例にかかる、ステータコアにコイルを配置する状態を拡大して示す説明図。実施例にかかる、ステータコアにコイルを配置する状態を拡大して示す説明図。実施例にかかる、ステータコアにコイルを配置する状態を拡大して示す説明図。実施例にかかる、ステータコアにコイルを配置する状態を拡大して示す説明図。

上述した回転電機用のステータの製造方法における好ましい実施の形態につき説明する。
上記回転電機用のステータの製造方法において、各相の上記コイルにおける上記一端部は、コイルの巻き始め部分及び巻き終わり部分のいずれか一方から延びるリード部とすることができる。また、各相の上記コイルにおける上記他端部は、コイルの巻き始め部分及び巻き終わり部分の他方から延びるバスバー部とすることができる。
また、上記ティースに１つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間に配置する、各相の上記コイルにおける上記一端部の部位は、その先端部とすることができ、先端部から基端部までのいずれかの部位とすることもできる。
また、上記回転電機用のステータの製造方法は、上記ステータコアに最後に配置されるコイルを除く全てのコイルに適用することができる。また、この製造方法は、上記ステータコアに最後に配置されるコイルを除くいずれかのコイルにのみ適用することもできる。

また、上記ティースに１つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間に配置する各相の上記コイルは、上記一端部が引き出された側に位置する、上記コイル本体の上記角線導体の部分から先に、上記ティースに配置することができる（請求項２）。
この場合には、各相のコイルをティースに配置する際に、この各相のコイルがティースに干渉することを容易に避けることができる。また、ティース間のスロットにおいて角線導体が占める体積の割合を増やすことができる。

また、上記ティースに１つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間に配置する、各相の上記コイルにおける上記一端部は、同相の上記コイルにおける上記他端部に対する径方向外側から該他端部に合わせることができる（請求項３）。
この場合には、各相のコイルにおける一端部が、ステータコアの軸方向端面の外方に引き出される量をできるだけ小さくして、各相のコイルをステータコアのティースに容易に配置することができる。

また、複数相の上記コイルは３相のコイルであり、各相の上記コイルを上記ティースに配置する際には、該各相のコイルにおける上記一端部を、上記ティースに１つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間、及び上記ティースに２つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間に配置して、同相の上記コイルにおける上記他端部に合わせることができる（請求項４）。
この場合には、３相のコイルをステータコアに配置して、３相回転電機用のステータを容易に製造することができる。

以下に、回転電機用のステータの製造方法にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の回転電機用のステータ１の製造方法においては、図１、図２に示すごとく、ステータコア２における複数のティース２１のそれぞれに複数相のコイル３を１つずつ配置して、回転電機用のステータ１を製造する。
各相のコイル３は、角線導体３０１を複数回巻回して形成されたコイル本体３１と、コイル本体３１の一端においてステータコア２の軸方向一方側Ｌ１に引き出された一端部３２と、コイル本体３１の他端においてステータコア２の軸方向一方側Ｌ１に引き出された他端部３３とを有している。各相のコイル３における一端部３２は、同相のコイル３における他端部３３に合わさるよう、他相のコイル３のコイル本体３１に対するステータコア２の軸方向Ｌの外方を跨ぐ状態で、ステータコア２の軸方向Ｌに対して直交する方向に引き出されている。

本例の製造方法においては、複数相のコイル３を、ステータコア２の周方向一方側Ｃ１に回ってティース２１の１つずつに順番に配置するに当たり、図６〜図１０に示すごとく、各相のコイル３における一端部３２を、ステータコア２の軸方向Ｌに直交する方向（径方向及び周方向）から、ティース２１に１つ前に配置された他相のコイル３における一端部３２と他端部３３との間に配置して、同相のコイル３における他端部３３に合わせる。なお、図６〜図１０においては、理解を容易にするために、ステータコア２及びコイル３の断面に対して、一端部３２を実線で示している。

以下に、本例の回転電機用のステータ１の製造方法につき、図１〜図１０を参照して詳説する。
図１、図２に示すごとく、本例のステータ１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを、ステータコア２における複数のティース２１に同じ配置順序で複数回繰り返し配置して形成されている。各相のコイル３は、一端部３２と他端部３３とによって互いに接合され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の連コイルを形成している。また、各相の連コイルはスター結線されており、各相の連コイルにおける一端部３２には、各相のコイル３の一端部３２が互いに接合された中性点３４が形成され、各相の連コイルにおける他端部３３には、外部に接続されるリード部３５が形成されている。

各相のコイル３を形成する角線導体３０１は、略矩形状の断面形状を有しており、銅材料等からなる導体層の外周を、樹脂材料等からなる被覆層によって被覆して形成されている。なお、角線導体３０１の断面形状は、互いに平行な平坦面を有する扁平形状とすることもできる。
本例の各相のコイル３は、角線導体３０１を複数回巻回して形成されたコイル本体３１から、一端部３２及び他端部３３を引き出して形成された集中巻コイルである。図３〜図５に示すごとく、各相のコイル３は、ティース２１の周方向両側に位置するスロット２２に配置されるように、ティース２１の外周に１つずつ単独で装着される。

図１に示すごとく、各相のコイル３における一端部３２は、各相のコイル３における径方向内側の端部から、ステータコア２の軸方向一方側Ｌ１において、軸方向端面２０１よりも外方に引き出された後、ステータコア２の軸方向Ｌに対して直交する方向に延びている。各相のコイル３における他端部３３は、ステータコア２の軸方向一方側Ｌ１において、コイル３における径方向外側の端部から、ステータコア２の軸方向Ｌの外方に引き出されている。
本例の各相のコイル３における一端部３２は、コイル本体３１の巻き始め部分及び巻き終わり部分のいずれか一方から延びるリード部である。また、本例の各相のコイル３における他端部３３は、コイル本体３１の巻き始め部分及び巻き終わり部分の他方から延びるバスバー部である。

図６に示すごとく、各相のコイル３におけるコイル本体３１は、角線導体３０１が内外周に２段に重なる状態で巻回されて形成されている。なお、コイル本体３１は、角線導体３０１が１段で巻回されて形成されていてもよく、角線導体３０１が内外周に３段以上に重なる状態で巻回されて形成されていてもよい。

図３に示すごとく、ステータコア２における各ティース２１は、内周側の端部の外径が最も縮小して形成されている。各相のコイル３のコイル本体３１は、外周側に行くに連れて拡径する、四角環形状に形成されている。
各相のコイル３は、ステータコア２との絶縁を行う樹脂であるインシュレータ４の外周に配置される。インシュレータ４は、その外周にコイル本体３１を保持し、ティース２１に対して装着される。

次に、各相のコイル３をステータコア２のティース２１に配置する方法及び本例の作用効果につき説明する。
以下の説明において、コイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３ａ，３ｂ，３ｃは、いずれも各相のコイル３について便宜的につけた符号である。
本例においては、まず、図３に示すごとく、ステータコア２に最後に配置されるコイル３Ｅを保持するためのインシュレータ４を、ティース２１に装着しておく。そして、インシュレータ４の外周に保持された３相のコイル３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを、ステータコア２の周方向一方側Ｃ１に回ってティース２１の１つずつに順番に配置する（図２参照）。

図３に示すごとく、ステータコア２に最初に配置されるコイル３Ａは、他相のコイル３に干渉しない。そのため、このコイル３Ａは、ステータコア２におけるティース２１の内周側に対向させ、径方向に対して平行な状態で外周側に移動させて、ティース２１に装着する。本例においては、ステータコア２に最初と最後に配置されるコイル３Ａ，３Ｅは、中性点３４を形成するためのものである。

次いで、図４に示すごとく、ステータコア２に対して２番目に配置されるコイル３Ｂも、最初に配置されるコイル３Ａと同様に、径方向に対して平行な状態で外周側に移動させて、ティース２１に装着する。本例においては、ステータコア２に２番目に配置されるコイル３Ｂは、中性点３４を形成するためのものである。
次いで、図５に示すごとく、ステータコア２に対して３番目に配置されるコイル３Ｃは、その一端部３２を、既にステータコア２に配置された２番目のコイル３Ｂにおける一端部３２と他端部３３との間を通過させて、ティース２１に配置する。

そして、ステータコア２に対して、最後に配置されるコイル３を除いて４番目以降に配置されるコイル３Ｄ（以下、回り配置コイル３Ｄという。）がティース２１に配置される状態を、図６〜図１０を参照して段階的に説明する。
まず、図６に示すごとく、回り配置コイル３Ｄの一端部３２の先端部３２１が、ステータコア２のティース２１に１つ前に配置されたコイル３ａの一端部３２と他端部３３との間に配置されるように、この回り配置コイル３Ｄをステータコア２の内周側に配置する。

次いで、図７に示すごとく、回り配置コイル３Ｄの一端部３２が、ステータコア２のティース２１に１つ前に配置されたコイル３ａの一端部３２と他端部３３との間、及びステータコア２のティース２１に２つ前に配置されたコイル３ｂの一端部３２と他端部３３との間に配置されるように、この回り配置コイル３Ｄをステータコア２の内周側において移動させる。
本例の回り配置コイル３Ｄは、その一端部３２の先端部３２が、ステータコア２の軸方向Ｌに直交する方向（径方向及び周方向）から、ステータコア２のティース２１に１つ前に配置されたコイル３ａの一端部３２と他端部３３との間、及びステータコア２のティース２１に２つ前に配置されたコイル３ｂの一端部３２と他端部３３との間に順次配置される。

また、本例の回り配置コイル３Ｄは、ティース２１の軸方向位置に合わせた軸方向位置にして、その一端部３２が、ティース２１に１つ前に配置されたコイル３ａの一端部３２と他端部３３との間に配置される。言い換えれば、本例の回り配置コイル３Ｄは、その一端部３２が、ティース２１に１つ前に配置されたコイル３ａにおける一端部３２と、ステータコア２の径方向視において重なる位置に配置された状態で、ティース２１に１つ前に配置されたコイル３ａの一端部３２と他端部３３との間に配置される。

次いで、図８に示すごとく、回り配置コイル３Ｄが保持されたインシュレータ４が、ティース２１の先端部に配置されるように、この回り配置コイル３Ｄをステータコア２の内周側において移動させる。このとき、回り配置コイル３Ｄは、ティース２１の径方向に対して斜めにし、一端部３２が引き出された側に位置する、コイル本体３１の角線導体３０１の部分３６から先に、ティース２１に配置する。また、回り配置コイル３Ｄは、その一端部３２を、他の２相のコイル３のコイル本体３１に対する軸方向Ｌの外方を通過させるようにして、ティース２１に配置する。

次いで、図９に示すごとく、インシュレータ４に保持された回り配置コイル３Ｄを回しながら、ティース２１のさらに奥に配置する。このとき、回り配置コイル３Ｄの一端部３２が、ステータコア２のティース２１に３つ前に配置された同相のコイル３ｃの他端部３３へ、径方向外側から近づく。
そして、図１０に示すごとく、回り配置コイル３Ｄの一端部３２が、ステータコア２のティース２１に３つ前に配置された同相のコイル３の他端部３３に対して、径方向外側から合わさる。

なお、３相のコイル３における各回り配置コイル３Ｄをステータコア２に配置した後には、ステータコア２に最後に配置されるコイル３Ｅを、最初にティース２１に装着しておいたインシュレータ４に対して配置する。こうして、全ての３相のコイル３をステータコア２に対して配置する。
また、ステータコア２においては、互いに合わさった、同相の各コイル３の一端部３２と他端部３３、中性点３４を形成する各一端部３２、リード部３５を形成する各他端部３３について、溶接を行って接合することができる。

このように、回り配置コイル３Ｄのステータコア２への配置の仕方により、各回り配置コイル３Ｄにおける一端部３２が、ティース２１に既に配置された他相のコイル３に干渉することを容易に防止することができる。また、この配置の仕方により、３相のコイル３間において、一端部３２及び他端部３３の形成位置を軸方向Ｌにずらす必要がなくなる。そのため、各相のコイル３における一端部３２及び他端部３３がステータコア２の軸方向端面２０１から突出する量を小さくすることができる。

また、各相のコイル３における一端部３２の折曲げ形状を、ステータコア２に配置する前に予め形成しておくことができる。これにより、ステータコア２に配置されたコイル３の折曲げ等の加工が不要になる。そのため、この理由によっても、各相のコイル３における一端部３２及び他端部３３がステータコア２の軸方向端面２０１から突出する量を小さくすることができる。

また、各相のコイル３における一端部３２は、ステータコア２の軸方向一方側Ｌ１から、ティース２１に１つ前に配置された他相のコイル３における一端部３２と他端部３３との間に配置することもできる。この場合、回り配置コイル３Ｄにおける一端部３２は、その先端部３２１又はその先端部３２１からその基端部までのいずれかの部位を、ステータコア２の軸方向一方側Ｌ１から、ステータコア２のティース２１に１つ前に配置されたコイル３ａの一端部３２と他端部３３との間、及びステータコア２のティース２１に２つ前に配置されたコイル３ｂの一端部３２と他端部３３との間に配置することができる（図６、図７参照）。
また、この場合には、回り配置コイル３Ｄは、ステータコア２のティース２１に対する軸方向一方側Ｌ１にずれた位置に配置して、この位置のままティース２１に近づける。その後、この回り配置コイル３Ｄは、ステータコア２の軸方向他方側に移動させて、ステータコア２のティース２１に正対する軸方向位置にすることができる。

それ故、本例の回転電機用のステータ１の製造方法によれば、ステータコア２に対するコイル３の配置が容易であり、ステータ１全体の軸方向Ｌの長さを短くすることができる。

１回転電機用のステータ
２ステータコア
２１スロット
２２ティース
３コイル
３０１角線導体
３１コイル本体
３２一端部
３３他端部

Claims

ステータコアにおける複数のティースのそれぞれに複数相のコイルを１つずつ配置して、回転電機用のステータを製造する方法であって、
各相の上記コイルは、角線導体を複数回巻回して形成されたコイル本体と、該コイル本体の一端において上記ステータコアの軸方向一方側に引き出される一端部と、上記コイル本体の他端において上記ステータコアの軸方向一方側に引き出される他端部とを有しており、
各相の上記コイルにおける上記一端部は、他相の上記コイルの上記コイル本体に対する上記ステータコアの軸方向外方を跨いで、同相の上記コイルにおける上記他端部に合わさるよう、上記ステータコアの軸方向に対して直交する方向に引き出されており、
複数相の上記コイルを、上記ステータコアの周方向一方側に回って上記ティースの１つずつに順番に配置するに当たり、各相の上記コイルにおける上記一端部を、上記ステータコアの軸方向一方側から、又は上記ステータコアの軸方向に直交する方向から、上記ティースに１つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間に配置して、同相の上記コイルにおける上記他端部に合わせることを特徴とする回転電機用のステータの製造方法。
請求項１に記載の回転電機用のステータの製造方法において、上記ティースに１つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間に配置する各相の上記コイルは、上記一端部が引き出された側に位置する、上記コイル本体の上記角線導体の部分から先に、上記ティースに配置することを特徴とする回転電機用のステータの製造方法。
請求項１又は２に記載の回転電機用のステータの製造方法において、上記ティースに１つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間に配置する、各相の上記コイルにおける上記一端部は、同相の上記コイルにおける上記他端部に対する径方向外側から該他端部に合わせることを特徴とする回転電機用のステータの製造方法。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機用のステータの製造方法において、複数相の上記コイルは３相のコイルであり、
各相の上記コイルを上記ティースに配置する際には、該各相のコイルにおける上記一端部を、上記ティースに１つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間、及び上記ティースに２つ前に配置された他相の上記コイルにおける上記一端部と上記他端部との間に配置して、同相の上記コイルにおける上記他端部に合わせることを特徴とする回転電機用のステータの製造方法。