JP2015082868A - モータステータの製造方法、及び、モータ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のセグメントの端部同士を短時間で接合するモータステータの製造方法の提供。【解決手段】複数のセグメント（３、１０３、２０３）をステータコア（２）の半径方向（Ｄ１〜Ｄｎ）に沿って並ばせるように複数配置する（Ｓ１）。複数のセグメント（３、１０３、２０３）の一端部（３３）及び他端部（３４）をステータコア（２）の半径方向（Ｄ１）に挟持する（Ｓ２）。複数のセグメント（３、１０３、２０３）に電流を流す（Ｓ３）。セグメント（３、１０３、２０３）の一端部（３３）と、セグメント（３、１０３、２０３）の隣に設けられる別のセグメント（３、１０３、２０３）の他端部（３４）とが、接合面（３３１、３４１）で加熱接合する。【選択図】図１２

Description

本発明はモータステータの製造方法、及び、モータに関する。

モータステータの製造方法では、複数のセグメントの端部同士を接合して、コイルを形成する工程がある。

例えば、特許文献１に開示されるモータステータの製造方法は、複数のセグメントの端部同士を挟んで例えば、ＴＩＧ溶接により接合する工程を含む。

特開２００９−０８１９８０号公報

ところで、特許文献１で開示される製造方法では、複数のセグメントの端部同士を１組毎接合しており、接合にかかる時間が長かった。

本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、複数のセグメントの端部同士を短時間で接合するモータステータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明にかかるモータステータの製造方法は、
ステータコアと、
複数のセグメントと、を備え、
前記複数のセグメントは、前記ステータコアの周方向に沿って設けられており、
前記セグメントは、導電材料からなる棒状部と、前記棒状部を覆う皮膜と、を有し、
前記セグメントの一端部は、前記棒状部を露出した第１接合面と、前記皮膜に覆われた第１皮膜部と、を有しており、前記ステータコアから前記ステータコアの軸方向に突き出て、前記ステータコアの周方向に沿って曲がり、
前記セグメントの他端部は、前記棒状部を露出した第２接合面と、前記皮膜に覆われた第２皮膜部と、を有しており、前記ステータコアから前記ステータコアの軸方向に突き出ており、前記ステータコアの周方向に沿いつつ、前記第１皮膜部に前記第２皮膜部を向き合わすように曲がり、
隣り合う複数の前記セグメントの接合面同士が接合されて、接合部を形成し、
前記接合部が前記ステータコアの半径方向に沿って並んで複数配置され、コイルを形成し、
前記コイルが前記ステータコアの周方向に沿って並んで複数配置され、前記コイル同士が結線されて、巻線が形成するモータステータの製造方法であって、
前記複数のセグメントの前記一端部及び前記他端部を前記ステータコアの半径方向に挟持して、
前記複数のセグメントに電流を流して、
前記セグメントの前記一端部と、前記セグメントの隣に設けられる別の前記セグメントの前記他端部とが、前記第１接合面及び前記第２接合面で加熱接合する。

このような構成によれば、複数のセグメントの端部同士を短時間で接合することができる。

また、前記セグメントに電流を複数回流して、加熱接合することを特徴してもよい。また、前記第１接合面は、突き出す第１角部を有し、前記第２接合面は、突き出す第２角部を有し、前記セグメントの前記一端部の前記第１角部と、前記セグメントの隣に設けられる別の前記セグメントの前記他端部の前記第２角部とが互いに突き合わすように、前記第１接合面と前記第２接合面とが加圧されたまま、加熱接合することを特徴としてもよい。

他方、本発明にかかるモータは、上記した製造方法により得られるモータステータを備えるモータである。

このような構成によれば、複数のセグメントの端部同士を短時間で接合することができる。

実施の形態１にかかるモータステータの側面図である。 実施の形態１にかかるモータステータの要部の斜視図である。 実施の形態１にかかるモータステータの要部の模式図である。 実施の形態１にかかるモータステータの要部の断面図である。 実施の形態１にかかるモータステータの要部の断面図である。 実施の形態１にかかるモータステータの製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図である。 実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図である。 実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図である。 実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図である。 実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図である。 実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図である。 実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図である。 実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図である。 実施の形態２にかかるモータステータの製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかるモータステータの製造方法の模式図である。 実施の形態１にかかるモータステータの要部の側面図である。

実施の形態１．
図１〜５及び１７を参照して実施の形態１にかかるモータステータについて説明する。図１は、実施の形態１にかかるモータステータの側面図を示す。図２は、実施の形態１にかかるモータステータの要部の斜視図を示す。図３は、実施の形態１にかかるモータステータの要部の模式図を示す。図４及び図５は、実施の形態１にかかるモータステータの要部の断面図を示す。図１７は、実施の形態１にかかるモータステータの要部の側面図である。

図１に示すように、モータステータ１は、円環状のコア２と、複数のセグメント３とを含む。モータステータ１は、モータの固定子として使用される。なお、図１では、理解を容易にするためにセグメント３を２本だけ図示したが、セグメント３の本数は多数有ってもよい。

図２に示すように、コア２は、複数のスロット２１を有する。スロット２１のそれぞれは、互いに所定の間隔を空けて、コア２の内周面２０に形成されている。

複数のセグメント３のうち、所定の本数のセグメント３が１つの組として、スロット２１のそれぞれに挿し込まれている。図２では、例えば、１２本のセグメント３が、１つのスロット２１に挿し込まれている。この挿し込まれた１２本のセグメント３の一つ一つは、絶縁インシュレータ４に包囲されて、互いに電気的に絶縁されている。

セグメント３は、一端部３３と他端部３４と、一端部３３と他端部３４とをつなぐ中央部３７（図１参照）とを有する。コア２の上側では、一端部３３は、スロット２１から上方に突き出しており、コア２の周方向Ｌ１に沿って捻られる、又は、曲げられる。他端部３４は、スロット２１から上方に突き出しており、コア２の周方向Ｌ１に沿って捻られる、又は、曲げられる。なお、コア２の上下方向は、コア２の軸方向に平行である。再び図１を参照すると、コア２の下側では、セグメント３の中央部３７は、スロット２１から下方に突き出て、さらに、コア２の周方向Ｌ１に沿って延び、別のスロット２１に挿し込まれる。再び図２を参照すると、隣り合うセグメント３は、互いに別方向に捻られる、又は、曲げられる。図３に示すように、セグメント３の一端部３３と、セグメント３と同じスロット２１に挿し込まれつつ、隣り合う別のセグメント３の他端部３４とが接合しており、接合部３５が形成される。なお、図３では、理解を容易にするためにセグメント３を３本だけ図示している。再び図１を参照すると、同じスロット２１に挿し込まれつつ、隣り合う複数のセグメント３同士が、一端部３３と別のセグメント３の他端部３４とでそれぞれ接合する。すると、複数のセグメント３が２つのスロット２１に巻き付けられた線と同じ形状を有し、コイルとしての機能を有する。換言すると、複数のセグメント３は、らせん状に巻き付けられた一本の線を形成する。ここで、コイルはモータの磁極に巻き付けられた導線を意味し、巻線は、各コイルを相互に結線した状態を意味する。

図２及び図３を参照すると、複数の接合部３５が、半径方向Ｄ１、Ｄ２、…、Ｄｎに沿って並ぶように、配置されている。ここで、ｎは、２以上の自然数である。接合部３５は、同一の半径方向に沿って並ぶように配置されており列３６を形成する。ｎ個の列３６は、周方向Ｌ１に沿って並ぶように、配置されている。列３６を構成するセグメント３は、一体化して、特定の２つのスロット２１に巻き付けられた導線となり、固定子の１つのコイルを形成する。

セグメント３の詳細について説明する。図４に示すように、セグメント３は、導電材料からなる棒状部３１と、棒状部３１を覆う皮膜３２とを含む。セグメント３は、例えば、エナメル線である。導電材料は、例えば、銅又は銅合金が挙げられる。皮膜３２は、棒状部３１の材料よりも導電率の低い材料からなる皮膜であり、例えば、樹脂からなる皮膜である。

図５に示すように、セグメント３の一端部３３は、皮膜３２に覆われる第１皮膜面３３３と、棒状部３１を直接露出する第１接合面３３１とを有する。また、別のセグメント３の他端部３４は、皮膜３２に覆われる第２皮膜面３４３と、棒状部３１を直接露出する第２接合面３４１とを有する。第１皮膜面３３３と第２皮膜面３４３とは、対向している。また、接合部３５では、セグメント３の第１接合面３３１と、別のセグメント３の第２接合面３４１とが、接合している。

図３〜５に示すように、列３６では、複数のセグメント３に加えて、内側セグメント１０３と、外側セグメント２０３とが、さらに配置されている。

図４に示すように、内側セグメント１０３と、外側セグメント２０３とは、セグメント３と同様に、導電材料からなる棒状部３１と、棒状部３１を覆う皮膜３２とを含む。図３図５及び図１７に示すように、内側セグメント１０３は、一端部３３と、一端部３３を両端に備える中央部１３７とを有する。詳細には、図１７は、コア２の中心から視た場合のモータステータ１の要部を示す側面図である。内側セグメント１０３の一端部３３は、同じ列３６に配置されたセグメント３の他端部３４と接合している。外側セグメント２０３は、他端部３４と、他端部３４を両端に有する中央部２３７とを有する。外側セグメント２０３の他端部３４は、同じ列３６に配置された別のセグメント３の一端部３３と接合している。

図１７に示すように、内側セグメント１０３は、列３６の最も内側に配置される。内側セグメント１０３は、２つの列３６のスロット２１に挿し込まれている。コア２の上側では、内側セグメント１０３の一端部３３は、それぞれ挿し込まれたスロット２１と同じ列３６のセグメント３の他端部３４と接合している。コア２の下側では、中央部１３７は、スロット２１から下方に突き出て、さらに、コア２の周方向Ｌ１に沿って延び、別のスロット２１に挿し込まれる。図１７に示すように、内側セグメント１０３の一端部３３と、内側セグメント１０３と同じスロット２１に挿し込まれつつ、隣り合う別のセグメント３の他端部３４とが接合しており、接合部３５が形成される。隣り合う列３６のセグメント３が、電気的に接続される。つまり、列３６のセグメント３により形成されるコイルと、その隣の別のコイルが、互いに結線される。

外側セグメント２０３は、列３６の最も外側に配置される。外側セグメント２０３は、２つの列３６のスロット２１に挿し込まれている。コア２の上側では、外側セグメント２０３の他端部３４は、それぞれ挿し込まれたスロット２１と同じ列３６のセグメント３の一端部３３と接合している。コア２の下側では、中央部２３７は、スロット２１から下方に突き出て、さらに、コア２の周方向Ｌ１に沿って延び、別のスロット２１に挿し込まれる。図１７に示すように、外側セグメント２０３の他端部３４と、内側セグメント１０３と同じスロット２１に挿し込まれつつ、隣り合う別のセグメント３の一端部３３とが接合しており、接合部３５が形成される。隣り合う列３６のセグメント３が、電気的に接続される。つまり、列３６のセグメント３により形成されるコイルと、その隣の別のコイルが、互いに結線される。

内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３のいずれか一方が、列３６に配置されており、隣り合う列３６を電気的に接続する。ｎ個の列３６に含まれる複数のセグメント３が、全て電気的に接続されている。セグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３は、１本の線と同じ形状を有し、巻線として機能する。セグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３は、１つの電流の経路となる。

製造方法１．
次に、図６〜１３を用いて、実施の形態１にかかるモータステータの製造方法について説明する。図６は、実施の形態１にかかるモータステータの製造方法を示すフローチャートである。図７〜１３は、実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図を示す。

セグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３をスロット２１にそれぞれ組み付ける（組付ステップＳ１）。詳細には、絶縁インシュレータ４により包囲された所定の本数のセグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３を、スロット２１に嵌め込む。内側セグメント１０３を最も内側に配置し、外側セグメント２０３を最も外側に配置する。セグメント３を、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３の間に少なくとも１つ配置する。続いて、セグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３のそれぞれを周方向Ｌ１に沿うように捻る、又は曲げる。

組付ステップＳ１の終了後では、図７に示すように、一端部３３と他端部３４とは、向き合いつつも、互いに離れている。また、接合部３５を形成する一端部３３と他端部３４とが、半径方向Ｄ１、Ｄ２、…、Ｄｎのそれぞれに沿って並ぶように配置されており、列３６を形成する。なお、詳細には、図７は、半径方向Ｄ１に沿って並ぶ一端部３３及び他端部３４を上方視したときの模式図である。

また、図８に示すように、側方視すると、一端部３３と他端部３４とは互いに重なり合う部分を有する。また、図９に示すように、セグメント３又は外側セグメント２０３の他端部３４の第２接合面３４１は、セグメント３又は外側セグメント２０３の長手方向に垂直な方向に突き出す第２角部３４２を備える。第２角部３４２は第２接合面３４１に直線状に延びる。同様に、図１０に示すように、セグメント３又は内側セグメント１０３の一端部３３の第１接合面３３１は、セグメント３又は内側セグメント１０３の長手方向に垂直な方向に突き出す第１角部３３２を備える。第１角部３３２は第１接合面３３１に直線状に延びる。再び図７に示すように、第１接合面３３１と第２接合面３４１とが向かい合うように、一端部３３と他端部３４とが配置されている。

なお、棒状部３１が銅又は銅合金からなる場合、第１接合面３３１と第２接合面３４１とは、自然酸化皮膜に覆われていても構わない。ここで、自然酸化皮膜は、銅又は銅合金からなる固体を大気中に放置すると、固体表面に生じる酸化皮膜である。このような酸化皮膜としては、例えば、Ｃｕ_２Ｏ又はＣｕＯからなる皮膜がある。

続いて、図１１に示すように、一端部３３と他端部３４とを治具５で挟み込み、加圧する（加圧ステップＳ２）。治具５は、絶縁材料からなる。この絶縁材料としては、例えば、カーボンがある。ここで、第１接合面３３１と第２接合面３４１とが突き合わされており、図８に示すように、第１角部３３２と第２角部３４２とが点Ｐで点接触している。従って、第１接合面３３１と第２接合面３４１との接触面積が小さい。なお、側方視すると、点Ｐは、第１角部３３２と第２角部３４２との交差点である。

続いて、図１２に示すように、複数のセグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３に電流を流して加熱する（第１通電加熱ステップＳ３）。なお、図１２では、コア２の下方においてつながる内側セグメント１０３の一端部３３同士（図１７参照）、及び、外側セグメント２０３の他端部３４同士（図１７参照）は、矢印で指し示している。まず、電源Ｅ、複数のセグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３を導線で互いに接続する。さらに、図示しない真空室に入れて、真空雰囲気になるまで減圧する。また、電源Ｅから電流を、例えば、電流値１０００Ａ、時間６０ｓｅｃで流す。なお、この電流値が高いと、電流を流す時間を短縮化し得て、好ましい。電流を流す時間が短縮化すると、セグメント３自体の発熱が抑制されて、皮膜３２が熱による損傷を受けにくくなる。

図１３に示すように、列３６に含まれる全てのセグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３には、電流Ｉが流れる。この結果、一端部３３及び他端部３４が、例えば、７００〜８００℃まで加熱される。これにより、複数の一端部３３及び他端部３４を１回の通電加熱により接合し、一端部３３と他端部３４とが短時間で接合する。なお、第１皮膜面３３３と第２皮膜面３４３との間に電流が流れない、又は、殆ど流れない。第１皮膜面３３３と第２皮膜面３４３とは、殆ど加熱することがなく、接合しない。

また、電流が点Ｐ（図８参照。）において第１角部３３２と第２角部３４２とに流れる。第１接合面３３１と第２接合面３４１との接触面積が小さいので、面積あたりのジュール熱が高い。これにより、第１接合面３３１と第２接合面３４１とがさらに短時間で接合することができる。

なお、棒状部３１が銅又は銅合金からなり、第１接合面３３１と第２接合面３４１とが自然酸化皮膜に覆われている場合、治具５に含まれる炭素と、一端部３３及び他端部３４の自然酸化皮膜とが還元反応を起こし、生成した反応物が剥離する。つまり、拡散接合のために接合面を清浄する必要なく、拡散接合を行うことができる。

続いて、再び、電流を流して加熱する（第２通電加熱ステップＳ４）。詳細には、電流を、第１通電加熱ステップＳ３と同様に電流を流す。その後、図１４に示すように、治具５による加圧を解除する。すると、接合部３５が互いに離れる。

なお、第１通電加熱ステップＳ３と第２通電加熱ステップＳ４との間に、所定の時間間隔を置いてもよい。このような所定の時間間隔を置くと、複数のセグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３が放熱し、皮膜３２への熱による損傷を抑制し得て、好ましい。

ところで、第１通電加熱ステップを経ても、第１接合面３３１と第２接合面３４１とが良好に接合しておらず、一端部３３と他端部３４との接合強度が、部位によっては大きくばらつく場合がある。しかしながら、このような場合であっても、第２通電加熱ステップＳ４において、一端部３３と他端部３４との接合強度が良好でない部位では、面積あたりのジュール熱が高くなり、高い発熱が得られる。つまり、通電加熱、例えば、第１通電加熱ステップＳ３及び第２通電加熱ステップＳ４を複数回行うことで、一端部３３と他端部３４とが良好に接合し、一端部３３と他端部３４との接合強度の部位によるバラツキを抑制することができる。

以上の工程を経ると、モータステータ１が得られた。

以上、上記した製造方法によれば、１回の通電加熱で、複数の一端部３３及び他端部３４を接合することができ、セグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３の一端部３３及び他端部３４を短時間で接合することができる。

また、第１通電加熱ステップＳ３及び第２通電加熱ステップＳ４を経る、つまり、複数回に分けて通電加熱を行うことで、一旦、皮膜３２等から放熱させて、皮膜３２への熱による損傷を抑制し得る。また、第２通電加熱ステップＳ４により、第１通電加熱ステップＳ３による接合が良好でなくとも、良好に再接合し得る。また、接合部において、接合強度のバラツキの発生を抑制させることができる。

また、第１角部３３２と第２角部３４２とを形成することにより、一端部３３と他端部３４との接触面積を下げて、通電による電流密度を高める。これにより、面積当たりのジュール熱を高めて、セグメント３、内側セグメント１０３及び外側セグメント２０３の一端部３３及び他端部３４を短時間で接合させる。

なお、上記した実施の形態１にかかるモータステータの製造方法では、第２通電加熱ステップＳ４を含めたが、必要に応じて、第２通電加熱ステップＳ４を省略しても構わない。また、必要に応じて、第２通電加熱ステップＳ４の後に、さらに通電加熱ステップを加えてもよい。

製造方法２．
次に、図１５及び図１６を用いて、実施の形態２にかかるモータステータの製造方法について説明する。図１５は、実施の形態１にかかるモータステータの製造方法を示すフローチャートである。図１６は、実施の形態１にかかるモータステータの製造方法の模式図を示す。

複数のセグメント３をコア２に組み付ける（組付ステップＳ２１）。組付ステップＳ２１は、上記した組付ステップＳ１と同じ内容であるので、説明を省略する。

続いて、ナノ粒子ペーストを第１接合面３３１と第２接合面３４１とに塗布する（塗布ステップＳ２２）。ナノ粒子ペーストは、ナノ粒子を含むペースト体である。ナノ粒子は、導電材料からなる直径１〜１００ｎｍの粒子である。導電材料としては、例えば、銀や銅などの金属材料がある。

続いて、図１６に示すように、一端部３３と他端部３４とを治具５１で挟んで加圧する（加圧ステップＳ２３）。なお、治具５１として、導電材料からなる治具を使用してもよい。

最後に、一端部３３と他端部３４とを所定時間加熱する（加熱ステップＳ２４）。例えば、炉に入れて、２５０℃に達するまで加熱して、１０分間保持する。すると、ナノ粒子ペーストが乾燥して、凝固する。一端部３３と他端部３４とが接合し、接合部３５を形成する。さらに、治具５１による加圧を解除すると、複数の接合部３５は互いに離間する。

以上の工程を経ると、モータステータ１が得られた。つまり、実施形態の２にかかる製造方法によれば、上記した実施形態の１にかかるモータステータの製造方法により得られるモータステータと同様のモータステータを製造することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、三相モータについても実施の形態１及び２にかかる製造方法を適用することができる。

１ モータステータ、 ２ コア、 ３、１０３、２０３ セグメント、
４ 絶縁インシュレータ、 ５、５１ 治具、
２０ 内周面、 ２１ スロット
３１ 棒状部、 ３２ 皮膜、 ３３ 一端部、 ３４ 他端部、
３５ 接合部、 ３６ 列、 ３７ 中央部、
３３１、３４１ 接合面、 ３３２、３４２ 角部、
３３３、３４３ 皮膜面、
Ｄ１、Ｄ２、…、Ｄｎ 半径方向、 Ｅ 電源、 Ｉ 電流、
Ｌ１ 周方向、 Ｐ 点

Claims (4)

1. ステータコアと、
   複数のセグメントと、を備え、
   前記複数のセグメントは、前記ステータコアの周方向に沿って設けられており、
   前記セグメントは、導電材料からなる棒状部と、前記棒状部を覆う皮膜と、を有し、
   前記セグメントの一端部は、前記棒状部を露出した第１接合面と、前記皮膜に覆われた第１皮膜部と、を有しており、前記ステータコアから前記ステータコアの軸方向に突き出て、前記ステータコアの周方向に沿って曲がり、
   前記セグメントの他端部は、前記棒状部を露出した第２接合面と、前記皮膜に覆われた第２皮膜部と、を有しており、前記ステータコアから前記ステータコアの軸方向に突き出ており、前記ステータコアの周方向に沿いつつ、前記第１皮膜部に前記第２皮膜部を向き合わすように曲がり、
   隣り合う複数の前記セグメントの接合面同士が接合されて、接合部を形成し、
   前記接合部が前記ステータコアの半径方向に沿って並んで複数配置され、コイルを形成し、
   前記コイルが前記ステータコアの周方向に沿って並んで複数配置され、前記コイル同士が結線されて、巻線が形成するモータステータの製造方法であって、
   前記複数のセグメントの前記一端部及び前記他端部を前記ステータコアの半径方向に挟持して、
   前記複数のセグメントに電流を流して、
   前記セグメントの前記一端部と、前記セグメントの隣に設けられる別の前記セグメントの前記他端部とが、前記第１接合面及び前記第２接合面で加熱接合するモータステータの製造方法。
2. 前記セグメントに電流を複数回流して、加熱接合することを特徴とする請求項１に記載のモータステータの製造方法。
3. 前記第１接合面は、突き出す第１角部を有し、
   前記第２接合面は、突き出す第２角部を有し、
   前記セグメントの前記一端部の前記第１角部と、前記セグメントの隣に設けられる別の前記セグメントの前記他端部の前記第２角部とが互いに突き合わすように、前記第１接合面と前記第２接合面とが加圧されたまま、加熱接合することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータステータの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のモータステータの製造方法により得られるモータステータを備えるモータ。

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