JP2015126636A - 回転電機のステータおよびコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルリード端同士を容易に連結することができる回転電機のステータおよびコイルの製造方法を提供する。【解決手段】コイル３０，３１，３２の巻回部４０は、コイルエンド部においてクランク形状部４６を含み、スロット挿入部の平角線は、平角線の断面長手方向がステータコアの周方向となるとともに平角線の断面短手方向がステータコアの径方向となるように形成されている。コイル３０，３１，３２について、コイルエンド部４３における斜行部４４，４５は円弧状に成形される部分を有するとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端５０，５１同士が平行になるように成形されている。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機のステータおよびコイルの製造方法に関するものである。

回転電機のステータはステータコアのスロットにコイルが挿入されている。同一スロットに挿入されるコイルとして複数のコイルに分割して、隣接するコイルにおけるコイルリード端（引出部）同士を直接接合することが行われている（例えば特許文献１）。

特開２０１２−１８２９７２号公報

ところで、図１０に示すように、コイルエンド部１００の斜行部は軸方向からみて円弧形状をなしている。一方、コイル同士をつなぐ溶接部であるコイルリード端（引出部）１０１，１０２はコイルエンド部１００の頂点付近から軸方向に延びている。このコイルリード端１０１，１０２も軸方向からみて円弧状になっている。コイルをプレスによって成形する場合、スプリングバックを制御しきれない場合、図１１において仮想線で示す状態からスプリングバックにより図１１において実線で示す状態に変形してしまい完全に理想の円弧形状とはならず、コイルリード端１０１，１０２、即ち、溶接部の位置がずれてしまう虞がある。これにより、溶接装置にセットできない、溶接後の残留応力の要因となるといった不都合なことが生じてしまう。

本発明の目的は、コイルリード端同士を容易に連結することができる回転電機のステータおよびコイルの製造方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、複数のスロットを有するステータコアと、前記ステータコアの同一スロットに径方向に隣接する状態で挿入される複数のコイルと、を備え、前記コイルは、平角線よりなる導線がエッジワイズ巻きされ、前記ステータコアのスロットに対応する一対のスロット挿入部とコイルエンド部を有する巻回部を備え、前記巻回部は、前記コイルエンド部においてクランク形状部を含み、前記スロット挿入部の平角線は、平角線の断面長手方向がステータコアの周方向となるとともに平角線の断面短手方向がステータコアの径方向となるように形成され、前記コイルエンド部における斜行部は円弧状に成形される部分を有するとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端同士が平行になるように成形してなることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、コイルにおいて、コイルエンド部における斜行部は円弧状に成形される部分を有するとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端同士が平行になるように成形されているので、コイルリード端同士を容易に連結することができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載の回転電機のステータにおいて、前記コイルは、前記コイルリード端に接続される斜行部が円弧から折れてコイルリード端同士が平行になるように成形されているとよい。

請求項３に記載のように、請求項２に記載の回転電機のステータにおいて、前記平行なるコイルリード端は径方向に対して垂直をなすとよい。
請求項４に記載の発明では、ステータコアの同一スロットに径方向に隣接する状態で挿入され、巻回部を備え、前記巻回部は、平角線よりなる導線がエッジワイズ巻きされ、ステータコアのスロットに対応する一対のスロット挿入部とコイルエンド部を有するとともに、前記コイルエンド部においてクランク形状部を含み、前記スロット挿入部の平角線は、平角線の断面長手方向がステータコアの周方向となるとともに平角線の断面短手方向がステータコアの径方向となるように形成されてなるコイルの製造方法であって、平角線よりなる１本の導線をエッジワイズ巻きして巻回部を形成する第１工程と、前記第１工程後において前記巻回部でのコイルエンド部においてクランク形状部を成形する第２工程と、前記第２工程後においてコイルエンド部における斜行部を円弧状に成形するとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端同士が平行になるように成形する第３工程と、を有することを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、第１工程において、平角線よりなる１本の導線をエッジワイズ巻きして巻回部が形成される。第１工程後、第２工程において、巻回部でのコイルエンド部においてクランク形状部が成形される。第２工程後、第３工程において、コイルエンド部における斜行部が円弧状に成形されるとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端同士が平行になるように成形される。これにより、請求項１に記載のコイルが製造される。

請求項５に記載のように、請求項４に記載のコイルの製造方法において、前記第３工程は、プレス型で成形するとよい。

本発明によれば、コイルリード端同士を容易に連結することができる。

実施形態におけるステータの平面図。 （ａ）はコイルの平面図、（ｂ）はコイルの正面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線での断面図。 コイルの斜視図。 コイルの平面図。 コイルの製造工程を説明するための平面図。 コイルの製造工程を説明するための平面図。 コイルの製造工程を説明するための平面図。 コイルの製造工程を説明するための平面図。 別例のコイルの平面図。 課題を説明するためのコイルの平面図。 課題を説明するためのコイルの平面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、回転電機としてのモータのステータ１０は、複数のスロット２１を有するステータコア２０と、複数のコイル３０，３１，３２，３３を備える。ステータコア２０は円筒状をなし、内周面には多数のスロット２１が周方向に並設されている。各スロット２１はステータコア２０の内周面に開口し、径方向（外径側）に延びている。ステータコア２０のスロット２１にはコイル３０，３１，３２，３３が挿入されている。本実施形態では３相モータに具体化している。

コイル３０，３１，３２，３３は、図２に示すように巻回部４０を備える。複数のコイル３０，３１，３２，３３は、図３に示すように、端部（コイルリード端５０，５１）同士が直接接合されて直列接続された状態で同一のスロット２１に径方向に隣接する状態で挿入される。図３の例では、最も径方向内側のコイル３３の巻回部４０は１ターン巻かれており、ほかのコイル３０，３１，３２の巻回部４０は２ターン巻かれている。なお、巻回部４０のターン数は任意である。

図２に示すように、各コイル３０，３１，３２，３３は、断面が長方形の平角線よりなる１本の銅線（広義には導線）がエッジワイズ巻きされている。また、コイル３０，３１，３２，３３は線材が絶縁皮膜Ｆで被覆されているが、後述のコイルリード端５０，５１付近は接合の為、あらかじめ絶縁皮膜Ｆが除去されている。

コイル３０，３１，３２，３３の巻回部４０はステータコア２０の径方向から見て、六角形状をなしている。巻回部４０は、ステータコアのスロット２１に対応する一対のスロット挿入部４１，４２とコイルエンド部４３を有する。巻回部４０は、スロット挿入部４１，４２がステータコアのスロット２１にそれぞれ挿入され、コイルエンド部４３はステータコア２０の軸方向の端面から突出する。

巻回部４０は、コイルエンド部４３においてクランク形状部４６を含んでいる。クランク形状部４６は、斜行部４４と斜行部４５の間に形成される。スロット挿入部４１，４２の一端部から斜行部４４，４５がスロット挿入部４１，４２に対し傾斜して形成されている。離間したスロット（スロット群のうちの一対のスロット）２１に挿入されたスロット挿入部４１，４２の一端部にクランク形状部４６が斜行部４４，４５を連結している。スロット挿入部４１，４２の平角線は、スロット２１内に挿入された状態で、平角線の断面長手方向がステータコアの周方向となるとともに平角線の断面短手方向がステータコアの径方向となるように形成されている。

コイル３０，３１，３２，３３は、巻回部４０から延びるコイルリード端（引出部）５０，５１を有し、コイルリード端５０，５１は巻回部４０のコイルエンド部４３の頂上部に位置している。このように、コイル３０，３１，３２，３３の両端部は、コイルにおける接合部となるコイルリード端５０，５１であり、図３に示すように、コイルリード端５０，５１が径方向に隣接して配される他のコイルの接合部となっている。

図３に示すように、コイル３０，３１，３２，３３におけるスロット挿入部４１、スロット挿入部４２が、それぞれ同一スロット内に挿入される。各コイルリード端（引出部）５０，５１は軸方向に延びている。隣接するコイルにおけるコイルリード端５０，５１の周方向の位置が一致している（重なる位置に配置されている）。コイル３０，３１，３２，３３においてコイルリード端５０，５１同士が直接接合される。つまり、外径側のコイルと内径側のコイルとは、コイルリード端５０とコイルリード端５１とが、周方向で同じ位相位置になっており、コイルリード端５０，５１同士が直接接合される。コイルリード端５０，５１は溶接できるように絶縁皮膜Ｆが除去されている。

また、図３に示すように、最も径方向外側のコイル３０における径方向外側のコイルリード端５１は別の極で同相のコイルリード端と極間渡り線（図示略）を用いて結線されている。

図４に示すように、コイルエンド部４３における斜行部４４，４５は円弧状に成形されている部分を有している。また、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端５０，５１（図４で符号５１ａ，５０ａで示すコイルリード端、および、符号５０ｂ，５１ｂで示すコイルリード端）同士が平行になるように成形されている。

コイルリード端５０，５１に接続される斜行部４４，４５のうちの最も外径側のターン３５ａが、円弧部Ａ１と直線部Ａ２からなり、円弧部Ａ１と直線部Ａ２との間が境界点Ｐ１となっている。また、コイルリード端５０，５１に接続される斜行部４４，４５のうちの最も内径側のターン３５ｃが、円弧部Ａ３と直線部Ａ４からなり、円弧部Ａ３と直線部Ａ４との間が境界点Ｐ２となっている。

円弧部Ａ１ではステータコア２０の中心を中心とした円弧状をなす。境界点Ｐ１で円弧部Ａ１から直線部Ａ２に変わる。直線部Ａ２はコイルリード端５１を含む。コイルリード端５１は径方向に対して垂直をなす。即ち、コイルの平角線の断面長手方向がステータコア２０の径方向に対して垂直となっている。

また、円弧部Ａ３ではステータコア２０の中心を中心とした円弧状をなす。境界点Ｐ２で円弧部Ａ３から直線部Ａ４に変わる。直線部Ａ４はコイルリード端５０を含む。コイルリード端５０は径方向に対して垂直をなす。即ち、コイルの平角線の断面長手方向がステータコア２０の径方向に対して垂直となっている。

よって、コイルリード端５０，５１に接続される斜行部４４，４５が境界点Ｐ１，Ｐ２で円弧から折れてコイルリード端５０，５１（図４で符号５１ａ，５０ａで示すコイルリード端、および、符号５０ｂ，５１ｂで示すコイルリード端）同士が平行になるように成形されている。この平行なるコイルリード端５０，５１（符号５１ａ，５０ａで示すコイルリード端、および、符号５０ｂ，５１ｂで示すコイルリード端）は径方向に対して垂直をなしている。

図４に示すように、コイルの溶接部となるコイルリード端５０，５１は、各コイルのコイルエンド部４３の頂点付近からステータコア２０に対し軸方向外側に延びている。そのコイルリード端５０，５１をおのおの溶接してコイルを接続する。ここで、各コイルの最外周側のターン３５ａでコイルリード端５１に接続するコイルエンド部４３は、円弧部Ａ１において軸方向からみて円弧形状をなし、境界点Ｐ１を境にして直線部Ａ２となるように折れ曲がっている。よって、最外周のターン３５ａとその隣接するひとつ内側のターン３５ｂとのコイルエンド部４３間には隙間Δ１が形成されている（図４において隙間Δ１にはハッチングを付している）。

また、コイルの最内周側のターン３５ｃでコイルリード端５０に接続するコイルエンド部４３は、円弧部Ａ３において軸方向からみて円弧形状をなし、境界点Ｐ２を境にして直線部Ａ４となるように折れ曲がっている。よって、最内周のターン３５ｃとその隣接するひとつ外側のターン３５ｄとのコイルエンド部４３間には、隙間Δ２が形成されている。

次に、作用について説明する。
コイルの製造工程において、図５に示すように、平角線よりなる１本の導線をエッジワイズ巻きして巻回部４０を形成する。

そして、このように形成したコイルに対し、図６に示すように、プレスにより巻回部４０でのコイルエンド部４３においてクランク形状部４６を成形する。
さらに、このように成形したコイルに対し、図７に示すように、一対のプレス型６０，７０を用いて図８に示すように成形する。図７において、プレス型６０，７０のうちの少なくとも一方をプレス型６０，７０が接近する方向に移動させることにより、プレス型６０，７０間においてコイルを所望の形状に成形することができる。

ここで、プレス型６０，７０における対向面において、外径側のプレス型６０には、コイルの左側に対応する部位に円弧面６１、コイルの右側に対応する部位に円弧面６２、コイルの中央部のクランク形状部４６に対応する部位には段差部６３が形成されている。さらに、プレス型６０，７０における対向面において、プレス型６０には、コイルのコイルリード端５１に対応する部位、即ち、円弧面６１と段差部６３との間にフラット面６４が形成されている。また、プレス型６０，７０における対向面において、内径側のプレス型７０には、コイルの右側に対応する部位に円弧面７１、コイルの左側に対応する部位に円弧面７２、コイルの中央部のクランク形状部４６に対応する部位には段差部７３が形成されている。さらに、プレス型６０，７０における対向面において、プレス型７０には、コイルのコイルリード端５０に対応する部位、即ち、円弧面７１と段差部７３との間にフラット面７４が形成されている。

そして、プレス型６０，７０を用いてコイルをプレスすることによって、コイルエンド部４３における斜行部４４，４５を円弧状に成形するとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端５０，５１同士が平行になるように成形する。つまり、図８に示すように、コイルリード端５０，５１付近が平坦になるように押される。

このようにしてコイル３０，３１，３２，３３が製造される。このようにして製造されたコイル３０，３１，３２，３３は、コイルエンド部４３における斜行部４４，４５が円弧状に成形されている部分を有している。また、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端５０，５１同士が平行になるように成形されている。また、コイル３０，３１，３２，３３は、コイルリード端５０，５１に接続される斜行部４４，４５が円弧から折れてコイルリード端５０，５１同士が平行になるように成形されている。平行なるコイルリード端５０，５１は径方向に対して垂直をなす。

このように製造されたコイル３０，３１，３２，３３を用意する。また、ステータコア２０を用意する。そして、ステータコア２０のスロット２１に対しコイル３０，３１，３２，３３のスロット挿入部４１，４２を挿入する。

このようにしてコイル３０，３１，３２，３３をステータコア２０に配置した後に、アーク溶接等によりコイルリード端５０，５１同士を接合する。
これにより、図１に示したステータ１０を製造することができる。

以下、比較例としての図１０，１１と、図４〜図８に示す本実施形態とを対比しつつ、より詳しく説明する。
図１０の比較例においては、最外周のターンのコイルエンド部１００ａは、他のターンのコイルエンドと同様、なだらかな円弧形状（Ｒ形状）をなしている。また、図１０において、最内周のターンのコイルエンド部１００ｂは、他のターンのコイルエンドと同様、なだらかな円弧形状（Ｒ形状）をなしている。ところが、実際には、図１１のように、プレス後に型を外すと、溶接部までなだらかな円弧形状（Ｒ形状）とはならず、成形後に溶接部位置がずれてしまう。その結果、溶接時の無理な変形や残留応力の要因となる。

本実施形態おいては、コイルのプレス成形時において図８に示すように溶接部となるコイルリード端５０，５１の位置を積極的にプレスする。具体的には、図７に示すようにプレス型６０，７０において直線部Ａ２，Ａ４に対応する部位をフラット面６４，７４としている。つまり、プレス型６０は、コイルリード端５１に接続する最外周のターン３５ａのコイルエンド部４３を直線的に押圧するフラット面６４を有する。特に円弧面６１、７１とフラット面６４，７４との間にあたる境界点Ｐ１，Ｐ２では曲率が大きく変化することで確実に曲げ成形されるとともに、フラット面６４，７４にあたる直線部Ａ２，Ａ４では図７のプレス成形前と後で形状変形が無いことにより、フラット面６４，７４からのプレス圧力を境界点Ｐ１，Ｐ２の曲げ成形に加えることができ、より確実にコイルリード端５０，５１同士が平行になるように成形することができる。その結果、コイルに直線部Ａ２が形成される。この際、最外周のターン３５ａとそのひとつ内側のターン３５ｂとのコイルエンド部４３間には隙間Δ１が形成される。また、プレス型７０は、コイルリード端５０に接続する最内周のターン３５ｃのコイルエンド部４３を直線的に押圧するフラット面７４を有する。その結果、最内周のターン３５ｃとそのひとつ外側のターン３５ｄとのコイルエンド部４３間には隙間Δ２が形成される。

よって、コイルを溶接する時におけるコイルリード端５０，５１の位置精度、即ち、溶接部位置精度が向上する。そのため、溶接部の無理な変形による形状のくずれ、及び残留応力による溶接部寿命の低下等を低減できる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回転電機のステータの構造として、コイル３０，３１，３２，３３について、コイルエンド部４３における斜行部４４，４５は円弧状に成形される部分を有するとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端５０，５１同士が平行になるように成形した。よって、コイルリード端５０，５１同士を容易に連結することができる。

（２）コイル３０，３１，３２，３３は、コイルリード端５０，５１に接続される斜行部４４，４５が円弧から折れてコイルリード端５０，５１同士が平行になるように成形されているので、コイルリード端５０，５１同士を容易に連結することができる。

（３）平行なるコイルリード端５０，５１は径方向に対して垂直をなすので、コイルリード端５０，５１同士を容易に連結することができる。
（４）コイルの製造方法として、第１工程、第２工程、第３工程を有する。第１工程では、平角線よりなる１本の導線をエッジワイズ巻きして巻回部４０を形成する。第２工程では、第１工程後において巻回部４０でのコイルエンド部４３においてクランク形状部４６を成形する。第３工程では、第２工程後においてコイルエンド部４３における斜行部４４，４５を円弧状に成形するとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端５０，５１同士が平行になるように成形する。これにより、上記（１）のコイル３０，３１，３２，３３を製造することができる。

（５）上記（４）のコイルの製造方法において、第３工程はプレス型で成形すると、上記（１）のコイル３０，３１，３２，３３を容易に製造することができる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。

・図４の場合は、円弧部Ａ１，Ａ３は理想的な円弧形状として、コイルリード端５０，５１を含む直線部Ａ２，Ａ４を形成した。これに代わり、図９に示すように、図４での隙間Δ１，Δ２を無くすべく若しくは少なくすべく、円弧部Ａ１，Ａ３は理想的な円弧形状とすることなくコイルリード端５０，５１を含む直線部Ａ２，Ａ４を形成してもよい。

・コイルリード端５０，５１をプレスにて成形したが、手作業で、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端５０，５１同士が平行になるように成形してもよい。

・同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端５０，５１は径方向に対して垂直をなすように成形したが、これに代わり、コイルリード端５０，５１は径方向に対して垂直以外の向きとして、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端５０，５１の角度を揃えてもよい。

・コイルは、１本の導線により構成され、２連化されていてもよい。即ち、コイルは、第１の巻回部と第２の巻回部を備え、渡り線で第１の巻回部と第２の巻回部とがつながっていてもよい。同様に、コイルは３連以上としてもよい。

２０…ステータコア、２１…スロット、３０…コイル、３１…コイル、３２…コイル、３３…コイル、４０…巻回部、４１…スロット挿入部、４２…スロット挿入部、４３…コイルエンド部、４４…斜行部、４５…斜行部、４６…クランク形状部、５０…コイルエンド部、５１…コイルエンド部、６０…プレス型、７０…プレス型、Ａ１…円弧部、Ａ２…直線部、Ａ３…円弧部、Ａ４…直線部。

Claims (5)

1. 複数のスロットを有するステータコアと、
   前記ステータコアの同一スロットに径方向に隣接する状態で挿入される複数のコイルと、
   を備え、
   前記コイルは、平角線よりなる導線がエッジワイズ巻きされ、前記ステータコアのスロットに対応する一対のスロット挿入部とコイルエンド部を有する巻回部を備え、
   前記巻回部は、前記コイルエンド部においてクランク形状部を含み、前記スロット挿入部の平角線は、平角線の断面長手方向がステータコアの周方向となるとともに平角線の断面短手方向がステータコアの径方向となるように形成され、
   前記コイルエンド部における斜行部は円弧状に成形される部分を有するとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端同士が平行になるように成形してなることを特徴とする回転電機のステータ。
2. 前記コイルは、前記コイルリード端に接続される斜行部が円弧から折れてコイルリード端同士が平行になるように成形されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 前記平行なるコイルリード端は径方向に対して垂直をなすことを特徴とする請求項２に記載の回転電機のステータ。
4. ステータコアの同一スロットに径方向に隣接する状態で挿入され、巻回部を備え、前記巻回部は、平角線よりなる導線がエッジワイズ巻きされ、ステータコアのスロットに対応する一対のスロット挿入部とコイルエンド部を有するとともに、前記コイルエンド部においてクランク形状部を含み、前記スロット挿入部の平角線は、平角線の断面長手方向がステータコアの周方向となるとともに平角線の断面短手方向がステータコアの径方向となるように形成されてなるコイルの製造方法であって、
   平角線よりなる１本の導線をエッジワイズ巻きして巻回部を形成する第１工程と、
   前記第１工程後において前記巻回部でのコイルエンド部においてクランク形状部を成形する第２工程と、
   前記第２工程後においてコイルエンド部における斜行部を円弧状に成形するとともに、同一スロットに挿入されて径方向に隣接するコイルの互いに連結するコイルリード端同士が平行になるように成形する第３工程と、
   を有することを特徴とするコイルの製造方法。
5. 前記第３工程は、プレス型で成形することを特徴とする請求項４に記載のコイルの製造方法。