JP2015023739A - 平角線の固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平角線をステータコアのティース間のスロットに固定するに当たり、平角線をスロットに挿入する際に平角線がティースと干渉して損傷するのを解消でき、スロットにて平角線を強固に固定できるとともに占積率を格段に向上させることのできる平角線の固定方法を提供する。
【解決手段】平角線１０を構成する二組の対向面のうちの一方の一組の対向面３ａ，３ｂを治具Ｊで把持した状態で、他方の一組の対向面の一方の面４ａが引張側となり、他方の面４ｂが圧縮側となるように直線状の平角線１０を曲げ加工する第１のステップ、曲げ加工された平角線１０’を引張側の面４ａがステータコア２０のティース２２間のスロット２３のヨーク２１側となるようにして平角線１０’をスロット２３内に配設し、平角線１０’を直線状に戻す加工をおこなって平角線１０”のスロット内固定を図る第２のステップからなる。
【選択図】図４

Description

本発明は、平角線をステータコアのティース間のスロットに固定する平角線の固定方法に関するものである。

モータを構成するステータのティース周りに形成されるコイルや、リアクトルのコア周りに形成されるコイルを構成する巻線には、従来一般の断面円形の丸線に代わって、コイルの占積率向上の観点から平角線が適用されるようになっている。なお、たとえば、特許文献１においてこの平角線に関する技術の開示がある。

平角線は、断面が略矩形（矩形には長方形、正方形が含まれるものとする）、すなわち、矩形の隅角部に曲率が付されて角が取れた断面を有した銅素材の平角導線と、この平角導線の周りに形成された絶縁被膜から構成されるのが一般的である。なお、この絶縁被膜は、平角導線の周りに熱硬化性のエナメル樹脂を溶剤に溶かして数μm厚で塗布し、熱処理して塗布層を固め、この処理を複数回繰り返して形成される所望厚のエナメル被膜から一般に構成される。

この平角線が巻装されてコイルを形成する際には、その矩形断面の短辺をモータを構成するステータコアのティースに配し、長辺をコアから立ち上げた姿勢で巻装する、いわゆるエッジワイズ巻きによってコイルの形成がおこなわれる。

ところで、平角線をティース周りに巻装するに際し、平角線の絶縁被膜がティースとの接触で損傷しないようにするために、平角線とティースの側面（もしくはスロット壁面）の間にスロット絶縁紙（もしくは絶縁フィルム）等を介層させるといった措置が一般に講じられている。なお、このスロット絶縁紙は、平角線とティースの間の絶縁を図ることを主目的として配設されることは言うまでもない。

しかしながら、占積率向上が平角線を適用する主要因の一つであることから、往々にして平角線をティース周りに密に巻装しようとする結果、絶縁紙が介層されているにも関わらず、平角線がティースと干渉して損傷する問題が依然として存在している。

そこで、この問題を解消するべく、平角線とティースの間に絶縁紙を介層するのみならず、平角線と絶縁紙の間にたとえば0.5mm程度の隙間を確保した姿勢でコイルを形成する試みがおこなわれている。

絶縁紙の介層に加えてこの絶縁紙と平角線の間に所定の隙間を確保した姿勢で平角線の巻装をおこなうことにより、平角線がティースと干渉して破損するといった問題は効果的に解消される。しかしながら、このような干渉防止措置を講じたために、今度は絶縁紙の厚みと絶縁紙−平角線間の隙間に起因してコイルの占積率を大きく向上させることができなくなってしまうといった致命的な問題が生じてしまう。本発明者等の試算によれば、最大でも55%程度の占積率に留まってしまうといった結果が得られている。

特開平２−２１５００８号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、平角線をステータコアのティース間のスロットに固定するに当たり、平角線をスロットに挿入する際に平角線がティースと干渉して損傷するのを解消でき、スロットにて平角線を強固に固定できるとともに占積率を格段に向上させることのできる平角線の固定方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による平角線の固定方法は、平角線を構成する二組の対向面のうちの一方の一組の対向面を治具で把持した状態で、他方の一組の対向面の一方の面が引張側となり、他方の面が圧縮側となるように直線状の平角線を曲げ加工する第１のステップ、曲げ加工された平角線を前記引張側の面がステータコアのティース間のスロットのヨーク側となるようにして該平角線をスロット内に配設し、平角線を直線状に戻す加工をおこなって平角線のスロット内固定を図る第２のステップからなるものである。

本発明の平角線の固定方法は、直線状の平角線を予め曲げ加工しておいた平角線をスロット内で再度直線状に戻すことによって平角線の断面を変形させ、変形して側方に突出した側面部分をスロットの両サイドにあるティースに当接させ、平角線をスロット内で固定するものである。この方法は、曲げ加工された平角線を直線状に戻した際に平角線の断面が変形する特性を利用し、スロット内における平角線の固定を簡易に実行可能としたものである。

このようにスロット内に平角線を挿入する際は平角線が挿入し易い断面寸法の平角線としておき、スロット内に挿入した後に平角線の断面を変形させ、その側面の一部を側方に突出させてティースに当接させることにより、スロットへの平角線の挿入時に平角線がティースと干渉して損傷するといった課題を解消しながら、平角線のスロット内固定を図ることができる。さらに、平角線のスロット内固定に際して接着剤やワニスなどを不要とでき、ワニス等の含浸工程を省略できることから、材料コストや製造コストの削減、製造時間の短縮に繋がる。なお、本発明の固定方法はワニスや接着剤の使用を完全に排除するものではなく、放熱性等の観点から平角線から形成されるコイルや平角線とティース等の間にワニス等を適宜含浸させてもよいことは勿論のことである。

ここで、直線状の平角線を曲げ加工した際の平角線の断面変形について説明する。たとえば断面が矩形もしくは略矩形の平角線の一つの面を曲げ加工軸の周りで曲げ加工した場合、曲げ加工軸に当接する面（Ａ面とする）は圧縮側となり、この面に対向して曲げ加工軸から離れた面（Ｂ面とする）は引張側となる。そして、引張側は平角線の長手方向に伸ばされるためにＢ面の幅は曲げ加工前に比して狭くなる一方で、圧縮側は圧縮された平角線が逃げ場を失って側方に広がる結果、Ａ面の幅は広くなる。そして、曲げ加工の際の曲げ半径が小さい程、Ａ面の幅は広がる傾向にある。

上記する断面変形は、平角線を曲げ加工する際に平角線に対して何等の拘束も与えない状態の場合に生じる。ここで、平角線のうち、曲げ加工軸に当接する面やこれに対向する面に対して直交する他の一組の二面（側面）を治具で把持して拘束した状態で平角線の曲げ加工をおこなう。当該他の一組の二面がフリーな状態では圧縮側のＡ面で側方に広がるように変形し、逆に引張側のＢ面では側方から内側へ縮むように変形するのに対して、このように他の一組の二面が拘束された状態ではＡ面、Ｂ面の変形がともに抑制され、平角線は当初の矩形断面を保持した状態のままで曲げ加工されることになる。

曲げ加工された部分の断面が当初の矩形断面を保持した状態の平角線の当該曲げ加工された部分を、引張側のＢ面がヨーク側となるようにスロットに挿入し、スロット内で平角線の曲げ加工された部分を直線状に戻す。このように平角線を直線状に戻すと、曲げ加工の際には引張側となっていたＢ面は今度は圧縮側となり、圧縮側となっていたＡ面は引張側となる。そして、平角線のうち、ヨーク側にある圧縮側では側方に広がるように変形し、これと反対側の引張側では内側に縮むように変形する。側方に広がるように変形した平角線の圧縮側では広がった側面の一部がティースと当接し、この当接によってスロット内で平角線の固定を図ることができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の平角線の固定方法によれば、平角線の側面を拘束した状態でこの拘束された面とは別の面を中心に平角線を曲げ加工しておき、曲げ加工された状態で引張側となる面がスロットのヨーク側となるようにスロット内に平角線を挿入し、スロット内で平角線を直線状に戻すといった簡易な方法により、ワニス等を使用することなく、さらにはスロットに平角線を挿入する際にティースと平角線を干渉させることなく、スロット内に平角線を強固に固定することができる。

曲げ加工前の直線状の平角線を示した斜視図である。 本発明の固定方法の第１のステップを説明した図であって、平角線の側面を治具で把持した状態で曲げ加工をおこなっている状況を示した図である。 本発明の固定方法の第２のステップを説明した図であって、曲げ加工された平角線をスロットに挿入している状況を示した図である。 図３に続いて第２のステップを説明した図であって、平角線を直線状に戻す加工をおこなっている状況を示した図である。 （ａ）は平角線がスロットに挿入された際のスロット幅と平角線の曲げ加工された部分の幅の関係を説明した平面図であり、（ｂ）はスロット内で平角線が直線状に戻された後のスロット幅と平角線の直線状に戻された部分の幅の関係（ティースに平角線が固定された状態）を説明した図である。 スロット内に複数の平角線が固定された状態を説明した図である。 平角線を曲げ加工した際に圧縮側となる面の幅を曲げ半径ごとに測定する実験結果を示した図である。 曲げ加工前の平角線の幅と、側面を拘束した状態で曲げ加工した際の平角線の幅と、曲げ加工の際には引張側であった面の直線状に戻した際の幅を測定する実験結果を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の平角線の固定方法の実施の形態を説明する。

（平角線の固定方法の実施の形態）
図１，２，３，４，６はこの順で、本発明の平角線の固定方法（平角線をスロット内に固定する方法）を説明したフロー図である。より詳細には、図１は曲げ加工前の直線状の平角線を示した斜視図であり、図２は本発明の固定方法の第１のステップを説明した図であって、平角線の側面を治具で把持した状態で曲げ加工をおこなっている状況を示した図である。また、図３は本発明の固定方法の第２のステップを説明した図であって、曲げ加工された平角線をスロットに挿入している状況を示した図であり、図４は図３に続いて第２のステップを説明した図であって、平角線を直線状に戻す加工をおこなっている状況を示した図である。さらに図６は、複数の平角線に対して図１〜４のステップを繰り返してスロット内に複数の平角線が固定された状態を説明した図である。

図１で示す直線状の平角線１０は、Cu素材で断面形状が矩形の平角導線１の周りに、エナメル被膜等の絶縁被膜２が形成されてその全体が構成されている。同図において、平角線１０は、断面矩形の長辺に対応する上下の２つの面４ａ，４ｂと、これらに直交して断面矩形の短辺に対応する左右の面３ａ，３ｂを有している。

平角線の固定方法の第１のステップとして、図１で示す直線状の平角線１０を曲げ加工する。具体的には、図２で示すように、２枚の平板状の治具Ｊと、これら２枚の治具Ｊ間を貫通する曲げ加工軸Ｍからなる曲げ加工機を使用し、治具Ｊ，Ｊ間に平角線１０を配設する。

この平角線１０の治具Ｊ，Ｊ間への配設に当たり、平角線１０の側面３ａ，３ｂをそれぞれ治具Ｊ，Ｊに当接し、曲げ加工軸Ｍに対して曲げ加工の際に圧縮側となる面４ｂの一部を接触させる。

治具Ｊ，Ｊを左右から押圧して（押圧力Ｐ１）平角線１０の側面３ａ，３ｂを拘束した状態で、平角線１０の曲げ加工の際に引張側となる面４ａの２点を下方に押圧して（押圧力Ｐ２）曲げ加工軸Ｍの周りで平角線１０の曲げ加工をおこない、所望の曲率にて曲げ加工された平角線１０’を形成する。

次に、平角線の固定方法の第２のステップとして、図３で示すように、曲げ加工された平角線１０’をステータコア２０のティース２２，２２間のスロット２３に挿入する（Ｘ方向）。

ここで、ステータコア２０は、略環状のヨーク２１とヨーク２１から径方向に突出した複数のティース２２とを有する電磁鋼板を積層し、かしめ等して構成されたものであり、ティース２２，２２とヨーク２１によってスロット２３が形成される。

曲げ加工された平角線１０’のスロット内挿入に当たり、スロット２３の周囲にはスロット絶縁紙２４が配設される。

曲げ加工された平角線１０’は、曲げ加工の際に引張側となる面４ａがヨーク２１側となるようにしてスロット２３に挿入される。

曲げ加工された平角線１０’がスロット２３に挿入されたら、図４で示すように平角線１０’を直線状に戻す加工（Ｙ方向）をおこない、直線状に戻された平角線１０”を形成する。

ここで、曲げ加工された平角線１０’が直線状に戻され、平角線１０”が形成される過程における断面形状の変化を図５を参照して説明する。図５ａは平角線がスロットに挿入された際のスロット幅と平角線の曲げ加工された部分の幅の関係を説明した平面図であり、図５ｂはスロット２３内で平角線が直線状に戻された後のスロット幅と平角線の直線状に戻された部分の幅の関係（ティースに平角線が固定された状態）を説明した図である。

図５ａで示すように、曲げ加工された平角線１０’がスロット内に挿入される際には、スロット２３の幅t1よりも幅の狭い（幅t2）平角線１０’を挿入する。このようにスロット２３よりも幅の狭い平角線１０’を挿入することで双方の干渉を防止することができる。

曲げ加工された平角線１０’は曲げ加工の際に側面３ａ，３ｂが治具Ｊにて拘束されていたことにより、当初の直線状の平角線１０と同様に矩形断面を保持している（図示例）か、あるいは面４ａ、４ｂが若干上下に膨らんだ略矩形断面を有している。

曲げ加工された平角線１０’をスロット２３内で直線状に戻すと、曲げ加工の際に引張側となる面４ａは今度は圧縮側となり、面４ａは側方に広がる（変形量δ１）。

これに対し、曲げ加工の際に圧縮側となる面４ｂは今度は引張側となり、面４ｂは内側に縮むように狭まる（変形量δ２）。

面４ａが側方に広がることにより、側面３ａ，３ｂの面４ａ側の隅角部は両サイドのティース２２（の内側のスロット絶縁紙２４）に当接し、このことによって平角線１０”のスロット内における固定を図ることができる。

上記するように直線状の平角線１０の曲げ加工による平角線１０’の形成、平角線１０’のスロット２３への挿入、平角線１０’を直線状に戻して直線状に戻された平角線１０”を形成し、平角線１０”のスロット２３内への固定、といった一連のフローを複数の平角線に対して順次実行することにより、図６で示すようにスロット２３内における所望数の平角線１０”の固定が完了する。

なお、スロット２３内で全ての平角線１０”の固定が完了したら、スロット２３の端部にウェッジ紙２５を配設してステータコア２０への平角線１０”の固定（平角コイルの形成）が完了する。

このように、本発明の平角線の固定方法によれば、平角線１０の側面３ａ，３ｂを拘束した状態でこの拘束された面とは別の面４ｂを中心に平角線１０を曲げ加工しておき、曲げ加工された平角線１０’を引張側となる面４ａがスロット２３のヨーク２１側となるようにスロット２３に挿入し、スロット２３内で平角線１０’を直線状に戻して直線状の平角線１０”を形成してスロット内固定を図るといった簡易な固定方法により、ワニス等を使用することなく、さらにはスロットに平角線を挿入する際にティースと平角線を干渉させることなく、スロット内に平角線を強固に固定することができる。したがって、材料コストや製造コストの削減、製造時間の短縮を図ることができる。さらには、平角線のスロット内挿入に際して平角線とティースの間に干渉防止用の隙間を確保しなくてよいことから、コイルの占積率も格段に向上させることができる。

[平角線を曲げ加工した際に圧縮側となる面の幅を曲げ半径ごとに測定する実験とその結果]
本発明者等は、平角線を曲げ加工した際に圧縮側となる面の幅を曲げ半径ごとに測定する実験をおこなった。その結果を図７に示す。

同図より、曲げる際の半径が小さくなる程、圧縮側となる面の幅は大きくなることが分かる。本発明の固定方法では、平角線を曲げ加工し、その後に直線状に戻して断面の一部を所望幅に広げるものであるが、この曲げ加工の際の半径を調整することで直線状に戻した際の平角線の幅を所望幅に調整することが可能となる。

[曲げ加工前の平角線の幅と、側面を拘束した状態で曲げ加工した際の平角線の幅と、曲げ加工の際には引張側であった面の直線状に戻した際の幅を測定する実験とその結果]
本発明者等は、図７の半径R5の試験体を使用して、曲げ加工前の平角線の幅と、側面を拘束した状態で曲げ加工した際の平角線の幅と、曲げ加工の際には引張側であった面の直線状に戻した際の幅を測定する実験をおこなった。その結果を図８に示す。

同図より、曲げ加工前の平角線の幅s1に対して、側面を拘束した状態で曲げ加工した際の平角線の幅s1’は幅s1に比して若干大きくなり、曲げ加工の際には引張側であった面の直線状に戻した際の幅ｓ3は幅s1’に比して3%程度大きくなることが分かった。

本実験により、本発明の固定方法によって平角線の幅を所望に調整できることが確認でき、スロット幅よりも狭い幅を有する曲げ加工された平角線をスロット内に挿入した後に平角線を直線状に戻すことで平角線の一部の幅をスロットの幅と同程度とし、平角線のスロット内固定を図ることができることが実証されている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…平角導線、２…絶縁被膜、３ａ，３ｂ…面（側面）、４ａ…面（曲げ加工の際に引張側となる面）、４ｂ…面（曲げ加工の際に圧縮側となる面）、１０…当初の直線状の平角線、１０’…曲げ加工された平角線、１０”…直線状に戻された平角線、２０…ステータコア、２１…ヨーク、２２…ティース、２３…スロット、２４…スロット絶縁紙、２５…ウェッジ紙、Ｊ…治具、Ｍ…曲げ加工軸

Claims (1)

1. 平角線を構成する二組の対向面のうちの一方の一組の対向面を治具で把持した状態で、他方の一組の対向面の一方の面が引張側となり、他方の面が圧縮側となるように直線状の平角線を曲げ加工する第１のステップ、
   曲げ加工された平角線を前記引張側の面がステータコアのティース間のスロットのヨーク側となるようにして該平角線をスロット内に配設し、平角線を直線状に戻す加工をおこなって平角線のスロット内固定を図る第２のステップからなる平角線の固定方法。

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