JP2015167098A

JP2015167098A - 集合導線及び集合導線の製造方法、ステータ

Info

Publication number: JP2015167098A
Application number: JP2014041318A
Authority: JP
Inventors: 靖西隈; Yasushi Nishikuma
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-09-24

Abstract

【課題】複数の素線間のばらけを防止しつつ、銅損を低減する技術を提供する。
【解決手段】絶縁層で被覆された複数の素線２０を撚り合わせたねじれ集合導線３１（集合導体）は、直線的に延びる直線部１２と、屈曲する屈曲部１５と、を有する。直線部１２の撚りのピッチは、屈曲部１５の撚りのピッチよりも大きい。このように、複数の素線２０間のばらけが問題となる屈曲部１５では複数の素線２０が強く撚られることで屈曲部１５における複数の素線２０間のばらけが効果的に防止され、一方、複数の素線２０間のばらけが問題とならない直線部１２では複数の素線２０が相対的に弱く撚られることで直線部１２における各素線２０の長さが短くなって直線部１２におけるねじれ集合導線３１の銅損が抑えられる。
【選択図】図８

Description

本発明は、集合導線及び集合導線の製造方法、ステータに関する。

この種の技術として、特許文献１は、絶縁層で被覆された複数の素線を撚り線とし、その断面を所定形状に圧縮成形した後、表面を絶縁被覆することで形成された集合導線を開示している。複数の素線を撚り線とすることで、複数の素線間のばらけを防止できるとしている。特許文献１は、このような集合導線の用途として、モータのステータに取り付けられたコイルを例示している。

特開２００９−１９９７４９号公報

上記特許文献１の構成には、銅損低減の面で改善の余地が残されている。

本発明の目的は、複数の素線間のばらけを防止しつつ、銅損を低減する技術を提供することにある。

本願発明の第１の観点によれば、絶縁層で被覆された複数の素線を撚り合わせた集合導線であって、直線的に延びる直線部と、屈曲する屈曲部と、を有し、前記直線部の撚りのピッチは、前記屈曲部の撚りのピッチよりも大きい、集合導線が提供される。このように、前記複数の素線間のばらけが問題となる前記屈曲部では前記複数の素線が強く撚られることで前記屈曲部における前記複数の素線間のばらけが効果的に防止され、一方、前記複数の素線間のばらけが問題とならない前記直線部では前記複数の素線が相対的に弱く撚られることで前記直線部における各素線の長さが短くなって前記直線部における前記集合導線の銅損が抑えられる。従って、以上の構成によれば、前記複数の素線間のばらけを防止しつつ、銅損が効果的に低減された集合導線が実現される。
本願発明の第２の観点によれば、絶縁層で被覆された複数の素線を束ねた集合導線であって、直線的に延びる直線部と、屈曲する屈曲部と、を有し、前記屈曲部では前記複数の素線が撚り合わされており、前記直線部では各素線は直線的に延びている、集合導線が提供される。このように、前記複数の素線間のばらけが問題となる前記屈曲部では前記複数の素線が撚り合わされて前記屈曲部における前記複数の素線間のばらけが効果的に防止され、一方、前記複数の素線間のばらけが問題とならない前記直線部では前記複数の素線が撚り合わされず前記直線部における各素線の長さが短くなって前記直線部における前記集合導線の銅損が抑えられる。従って、以上の構成によれば、前記複数の素線間のばらけを防止しつつ、銅損が効果的に低減された集合導線が実現される。
ステータコアと、上記の集合導線で形成したコイルセグメントと、を備えステータが提供される。以上の構成によれば、前記複数の素線間のばらけを防止しつつ、低消費電力のモータを実現できる。
前記直線部は、前記ステータコアのスロット内に配置されている。
前記屈曲部は、前記ステータコアのスロット外に配置されている。
前記複数の素線は、前記コイルセグメントの端部において撚り合わされている。以上の構成によれば、前記コイルセグメントの端部において、前記複数の素線のばらけが防止される。
本願発明の第３の観点によれば、絶縁層で被覆された複数の素線を撚り合わせた集合導線の製造方法であって、前記複数の素線を第１の位置及び第２の位置でクランプし、前記第１の位置及び前記第２の位置の間の第３の位置において前記複数の素線をクランプして所定方向に回転させ、前記複数の素線を、前記第１の位置及び前記第３の位置の間の第４の位置と、前記第３の位置及び前記第２の位置の間の第５の位置と、でクランプし、前記第３の位置において前記複数の素線をクランプして前記所定方向に更に回転させる、集合導線の製造方法が提供される。以上の方法によれば、前記第１の位置と前記第４の位置の間における前記複数の素線の撚りのピッチと、前記第５の位置と前記第２の位置の間における前記複数の素線の撚りのピッチは、前記第４の位置と前記第５の位置の間における前記複数の素線の撚りのピッチよりも大きくなり、異なるピッチの撚りが混在した集合導線が実現される。
本願発明の第４の観点によれば、絶縁層で被覆された複数の素線を撚り合わせた集合導線の製造方法であって、前記複数の素線を第１の位置及び第２の位置でクランプし、前記第１の位置及び前記第２の位置の間の第３の位置において前記複数の素線をクランプして所定方向に回転させ、前記複数の素線を、前記第１の位置と、前記第１の位置及び前記第３の位置の間の第４の位置と、前記第３の位置及び前記第２の位置の間の第５の位置と、前記第２の位置と、でクランプし、前記第４の位置及び前記第５の位置の間の部分を前記所定方向に更に回転させる、集合導線の製造方法が提供される。以上の方法によれば、前記第１の位置と前記第４の位置の間における前記複数の素線の撚りのピッチと、前記第５の位置と前記第２の位置の間における前記複数の素線の撚りのピッチは、前記第４の位置と前記第５の位置の間における前記複数の素線の撚りのピッチよりも小さくなり、異なるピッチの撚りが混在した集合導線が実現される。

本発明によれば、前記複数の素線間のばらけを防止しつつ、銅損が効果的に低減された集合導線が実現される。

モータの断面図である。モータステータの斜視図である。図２の部分拡大図である。コイルセグメントの正面図である。集合導体の製造工程を示す図である。集合導体の製造工程を示す図である。撚り付与工程を示す図である。撚り付与工程を示す図である。撚り付与工程を示す図である。コイルセグメントの撚りのピッチを説明するための図である。コイルセグメントの撚りのピッチを説明するための図である。

以下、図１〜図１１を参照して、本願発明の実施形態を説明する。

図１に示すように、三相交流電動機である回転電機１（モータ）は、ハウジング２と、固定子３と、回転子４と、一対の軸受５と、を備える。固定子３は、ハウジング２に収容されている。回転子４は、固定子３の内周側に配置されると共に、一対の軸受５を介してハウジング２に回転自在に支持されている。

回転子４は、永久磁石を備えることで、例えば８極の磁極を有する。

図２及び図３に示すように、固定子３は、固定子鉄心６（ステータコア）と、三相の固定子コイル７と、複数の絶縁紙８と、を備える。固定子鉄心６は、複数の電磁鋼板を積層させて筒状に形成されている。固定子鉄心６には、複数のスロット９（巻線収容空間）が形成されている。複数のスロット９は、固定子鉄心６の周方向に等間隔に形成されている。各スロット９は、固定子鉄心６の軸方向に沿って細長く形成されている。図２に戻り、三相の固定子コイル７は、固定子巻線１０（集合導体）からU字状セグメント１１（コイルセグメント）を複数形成し、形成された複数のU字状セグメント１１の所定の端部同士を接合することで形成されている。

各U字状セグメント１１は、図４に示すように、一対の直線部１２と、一対のコイルエンド部１３と、一対の直線部１２同士を接続する接続部１４と、を有する。各U字状セグメント１１の長手方向において、コイルエンド部１３、直線部１２、接続部１４、直線部１２、コイルエンド部１３がこの順で繋がっている。

各直線部１２は、図３に示すスロット９内に位置する部分である。各直線部１２は、直線的に延びている。

各コイルエンド部１３及び接続部１４は、スロット９外に位置する部分である。各コイルエンド部１３は、２つの屈曲部１５と、１つの端部１６と、を有する。各屈曲部１５は、屈曲した部分である。U字状セグメント１１の端部１６は、他のU字状セグメント１１の端部１６と溶接される。接続部１４は、６つの屈曲部１７を有する。

次に、図５〜図９を参照して、固定子巻線１０の製造工程を説明する。

図５には、複数の素線２０を保持する素線ボビン２１を示している。各素線２０の断面２２は、略円形である。素線ボビン２１から供給された複数の素線２０は、予備成形圧延機２３によって所定の断面形状に加工される。予備成形圧延機２３によって加工された各素線２０の断面２４は、略台形状である。予備成形圧延機２３によって加工された複数の素線２０には、潤滑剤塗布機２５によって潤滑剤が塗布される。潤滑剤塗布機２５によって潤滑剤が塗布された複数の素線２０は、巻き癖除去機２６によって巻き癖が取り除かれ、素線集合機２７によって束ねられ、整列集合導線２８となる。整列集合導線２８の断面２９は、中心に１つの素線２０を配し、その素線２０を複数の素線２０で取り囲むように構成されている。素線集合機２７によって形成された整列集合導線２８は、撚り付与装置３０によって撚りが付与され、ねじれ集合導線３１となる。撚り付与装置３０によって形成されたねじれ集合導線３１は、図６に示す巻き癖除去機３２によって巻き癖が取り除かれ、平角成形機３３によって所定の断面形状に加工される。平角成形機３３によって加工されたねじれ集合導線３１の断面３４は、略平角形状である。断面３４によって加工されたねじれ集合導線３１は、内皮形成機３５によって加熱される。ねじれ集合導線３１が内皮形成機３５によって加熱されると、ねじれ集合導線３１を構成する複数の素線２０の外周には例えばCuOなどの絶縁層が形成される。これにより、複数の素線２０は、互いに絶縁された状態となる。内皮形成機３５によって加熱されたねじれ集合導線３１は、外皮形成機３６に送られる。外皮形成機３６によってねじれ集合導線３１の外周には絶縁性の外皮が形成される。外皮形成機３６は、例えば押出成形機である。外皮形成機３６によって外皮が形成されたねじれ集合導線３１は、切断機３７によって所定長さに切断される。その後、端部の外皮が剥離され、所定の曲げ加工が施されると、切断された個々のねじれ集合導線３１は、U字状セグメント１１となる。

（第１実施例）
次に、図７及び図８を参照して、撚り付与装置３０の第１実施例について説明する。第１実施例において、撚り付与装置３０は、撚りのピッチが場所ごとに異なるねじれ集合導線３１を形成する。

図７に示すように、撚り付与装置３０は、第１上流クランプ４０と、第１下流クランプ４１、回転クランプ４２、第２上流クランプ４３、第２下流クランプ４４と、を有する。第１上流クランプ４０及び第１下流クランプ４１、回転クランプ４２、第２上流クランプ４３、第２下流クランプ４４は、整列集合導線２８をクランプするためのものである。第１上流クランプ４０及び第２上流クランプ４３、回転クランプ４２、第２下流クランプ４４、第１下流クランプ４１は、整列集合導線２８の上流側から下流側に向かってこの順に配置されている。回転クランプ４２は、第１上流クランプ４０と第１下流クランプ４１の間に配置されている。第２上流クランプ４３は、第１上流クランプ４０と回転クランプ４２の間に配置されている。第２下流クランプ４４は、回転クランプ４２と第１下流クランプ４１の間に配置されている。従って、回転クランプ４２は、第２上流クランプ４３と第２下流クランプ４４の間に配置されている。

撚り付与装置３０は、以下のように動作する。

先ず、素線集合機２７から送り出された整列集合導線２８は、撚り付与装置３０にセットされると一旦、停止する。そして、整列集合導線２８は、第１上流クランプ４０及び回転クランプ４２、第１下流クランプ４１でクランプされる。このとき、第２上流クランプ４３及び第２下流クランプ４４は、整列集合導線２８をクランプしない。そして、回転クランプ４２が所定の方向に回転する。これにより、図７に示すように、第１上流クランプ４０及び第１下流クランプ４１の間において、整列集合導線２８には撚りが付与されて、ねじれ集合導線３１となる。ねじれ集合導線３１は、撚りが付与された整列集合導線２８である。

次に、第２上流クランプ４３及び第２下流クランプ４４が、整列集合導線２８をクランプする。この状態で、回転クランプ４２がねじれ集合導線３１をクランプしたまま上記所定の方向に更に回転する。これにより、図８に示すように、第２上流クランプ４３と第２下流クランプ４４の間において、ねじれ集合導線３１には更に強い撚りが付与される。

こうして、撚り付与装置３０は、撚りのピッチが一定ではなく、場所ごとにピッチが異なるねじれ集合導線３１を形成する。

場所ごとにピッチが異なるねじれ集合導線３１が形成されたら、第１上流クランプ４０及び第１下流クランプ４１、回転クランプ４２、第２上流クランプ４３、第２下流クランプ４４によるクランプが解除される。

（第２実施例）
次に、図７及び図９を参照して、撚り付与装置３０の第２実施例について説明する。第２実施例において、撚り付与装置３０は、上記第１実施例と同様、撚りのピッチが場所ごとに異なるねじれ集合導線３１を形成する。撚り付与装置３０の構成は、上記第１実施例の撚り付与装置３０の構成と同じである。

第２実施例の撚り付与装置３０は、以下のように動作する。

先ず、素線集合機２７から送り出された整列集合導線２８は、撚り付与装置３０にセットされると一旦、停止する。そして、整列集合導線２８は、第１上流クランプ４０及び回転クランプ４２、第１下流クランプ４１でクランプされる。このとき、第２上流クランプ４３及び第２下流クランプ４４は、整列集合導線２８をクランプしない。そして、回転クランプ４２が所定の方向に回転する。これにより、図７に示すように、第１上流クランプ４０及び第１下流クランプ４１の間において、整列集合導線２８には撚りが付与されて、ねじれ集合導線３１となる。

次に、第２上流クランプ４３及び第２下流クランプ４４が、整列集合導線２８をクランプする。この状態で、回転クランプ４２及び第２上流クランプ４３、第２下流クランプ４４がねじれ集合導線３１をクランプしたまま上記所定の方向に更に回転する。これにより、図９に示すように、第１上流クランプ４０及び第２上流クランプ４３の間において、ねじれ集合導線３１には更に強い撚りが付与される。同様に、第２下流クランプ４４と第１下流クランプ４１の間において、ねじれ集合導線３１には更に強い撚りが付与される。

図１０では、U字状セグメント１１の撚りのピッチをハッチングの細かさによって表現している。図１０において、ハッチングの向きは、撚りの向きとは無関係である。図１０に示すように、一対の直線部１２に付与された撚りのピッチは、一対のコイルエンド部１３に付与された撚りのピッチよりも大きい。従って、一対の直線部１２に付与された撚りのピッチは、各コイルエンド部１３が有する２つの屈曲部１５に付与された撚りのピッチよりも大きくなるように設定されている。同様に、一対の直線部１２に付与された撚りのピッチは、接続部１４に付与された撚りのピッチよりも大きい。従って、一対の直線部１２に付与された撚りのピッチは、接続部１４が有する６つの屈曲部１７に付与された撚りのピッチよりも大きくなるように設定されている。

以上に、本願発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、以下の特長を有する。

絶縁層で被覆された複数の素線２０を撚り合わせたねじれ集合導線３１（集合導体）は、直線的に延びる直線部１２と、屈曲する屈曲部１５と、を有する。直線部１２の撚りのピッチは、屈曲部１５の撚りのピッチよりも大きい。このように、複数の素線２０間のばらけが問題となる屈曲部１５では複数の素線２０が強く撚られることで屈曲部１５における複数の素線２０間のばらけが効果的に防止され、一方、複数の素線２０間のばらけが問題とならない直線部１２では複数の素線２０が相対的に弱く撚られることで直線部１２における各素線２０の長さが短くなって直線部１２におけるねじれ集合導線３１の銅損が抑えられる。従って、以上の構成によれば、複数の素線２０間のばらけを防止しつつ、銅損が効果的に低減されたねじれ集合導線３１が実現される。

固定子３は、固定子鉄心６（ステータコア）と、ねじれ集合導線３１で形成したU字状セグメント１１（コイルセグメント）と、を備える。以上の構成によれば、複数の素線２０間のばらけを防止しつつ、低消費電力の回転電機１（モータ）を実現できる。

直線部１２は、固定子鉄心６のスロット９内に配置されている。

屈曲部１５は、固定子鉄心６のスロット９外に配置されている。

複数の素線２０は、U字状セグメント１１の端部１６において撚り合わされている。以上の構成によれば、U字状セグメント１１の端部１６において、複数の素線２０のばらけが防止される。

上記第１実施例では、絶縁層で被覆された複数の素線２０を撚り合わせたねじれ集合導線３１の製造は、以下のような方法で行われる。（ａ）図７に示すように、複数の素線２０を第１の位置４０ａ及び第２の位置４１ａでクランプする。（ｂ）第１の位置４０ａ及び第２の位置４１ａの間の第３の位置４２ａにおいて複数の素線２０をクランプして所定方向に回転させる。（ｃ）複数の素線２０を、第１の位置４０ａ及び第３の位置４２ａの間の第４の位置４３ａと、第３の位置４２ａ及び第２の位置４１ａの間の第５の位置４４ａと、でクランプする。（ｄ）第３の位置４２ａにおいて複数の素線２０をクランプして上記所定方向に更に回転させる。以上の方法によれば、図８に示すように、第１の位置４０ａと第４の位置４３ａの間における複数の素線２０の撚りのピッチと、第５の位置４４ａと第２の位置４１ａの間における複数の素線２０の撚りのピッチは、第４の位置４３ａと第５の位置４４ａの間における複数の素線２０の撚りのピッチよりも大きくなり、異なるピッチの撚りが混在したねじれ集合導線３１が実現される。

上記第１実施例では、絶縁層で被覆された複数の素線２０を撚り合わせたねじれ集合導線３１の製造は、以下のような方法で行われる。（ａ）図７に示すように、複数の素線２０を第１の位置４０ａ及び第２の位置４１ａでクランプする。（ｂ）第１の位置４０ａ及び第２の位置４１ａの間の第３の位置４２ａにおいて複数の素線２０をクランプして所定方向に回転させる。（ｃ）複数の素線２０を、第１の位置４０ａと、第１の位置４０ａ及び第３の位置４２ａの間の第４の位置４３ａと、第３の位置４２ａ及び第２の位置４１ａの間の第５の位置４４ａと、第２の位置４１ａと、でクランプする。（ｄ）第４の位置４３ａ及び第５の位置４４ａの間の部分を上記所定方向に更に回転させる。以上の方法によれば、図９に示すように、第１の位置４０ａと第４の位置４３ａの間における複数の素線２０の撚りのピッチと、第５の位置４４ａと第２の位置４１ａの間における複数の素線２０の撚りのピッチは、第４の位置４３ａと第５の位置４４ａの間における複数の素線２０の撚りのピッチよりも小さくなり、異なるピッチの撚りが混在したねじれ集合導線３１が実現される。

第１の位置４０ａは、第１上流クランプ４０が配置される位置である。第２の位置４１ａは、第１下流クランプ４１が配置される位置である。第３の位置４２ａは、回転クランプ４２が配置される位置である。第４の位置４３ａは、第２上流クランプ４３が配置される位置である。第５の位置４４ａは、第２下流クランプ４４が配置される位置である。

なお、上記実施形態では、図１０に示すように、一対の直線部１２にも、一定量の撚りが付与されることとした。このように一対の直線部１２にも一定量の撚りを付与することで、循環電流をキャンセルできるという効果が発揮されると共に、ねじれ集合導線３１の曲げ加工の際の取り扱いも容易となる。しかし、これに代えて、図１１に示すように、一対の直線部１２には撚りが全く付与されず、各直線部１２において各素線２０が直線的に延びていてもよい。このように、複数の素線２０間のばらけが問題となる屈曲部１５では複数の素線２０が撚り合わされて屈曲部１５における複数の素線２０間のばらけが効果的に防止され、一方、複数の素線２０間のばらけが問題とならない直線部１２では複数の素線２０が撚り合わされず直線部１２における各素線２０の長さが短くなって直線部１２におけるねじれ集合導線３１の銅損が抑えられる。従って、以上の構成によれば、複数の素線２０間のばらけを防止しつつ、銅損が効果的に低減されたねじれ集合導線３１が実現される。

１回転電機
２ハウジング
３固定子
４回転子
５軸受
６固定子鉄心
７固定子コイル
８絶縁紙
９スロット
１０固定子巻線
１１ U字状セグメント
１２直線部
１３コイルエンド部
１４接続部
１５屈曲部
１６端部
１７屈曲部
２０素線
２１素線ボビン
２２断面
２３予備成形圧延機
２４断面
２５潤滑剤塗布機
２６巻き癖除去機
２７素線集合機
２８整列集合導線
２９断面
３０撚り付与装置
３１ねじれ集合導線
３２巻き癖除去機
３３平角成形機
３４断面
３５内皮形成機
３６外皮形成機
３７切断機
４０第１上流クランプ
４０ａ第１の位置
４１第１下流クランプ
４１ａ第２の位置
４２回転クランプ
４２ａ第３の位置
４３第２上流クランプ
４３ａ第４の位置
４４第２下流クランプ
４４ａ第５の位置

Claims

絶縁層で被覆された複数の素線を撚り合わせた集合導線であって、
直線的に延びる直線部と、屈曲する屈曲部と、を有し、
前記直線部の撚りのピッチは、前記屈曲部の撚りのピッチよりも大きい、
集合導線。
絶縁層で被覆された複数の素線を束ねた集合導線であって、
直線的に延びる直線部と、屈曲する屈曲部と、を有し、
前記屈曲部では前記複数の素線が撚り合わされており、前記直線部では各素線は直線的に延びている、
集合導線。
ステータコアと、
請求項１又は２に記載の集合導線で形成したコイルセグメントと、
を備えステータ。
請求項３に記載のステータであって、
前記直線部は、前記ステータコアのスロット内に配置されている、
ステータ。
請求項３又は４に記載のステータであって、
前記屈曲部は、前記ステータコアのスロット外に配置されている、
ステータ。
請求項３〜５の何れかに記載のステータであって、
前記複数の素線は、前記コイルセグメントの端部において撚り合わされている、
ステータ。
絶縁層で被覆された複数の素線を撚り合わせた集合導線の製造方法であって、
前記複数の素線を第１の位置及び第２の位置でクランプし、
前記第１の位置及び前記第２の位置の間の第３の位置において前記複数の素線をクランプして所定方向に回転させ、
前記複数の素線を、前記第１の位置及び前記第３の位置の間の第４の位置と、前記第３の位置及び前記第２の位置の間の第５の位置と、でクランプし、
前記第３の位置において前記複数の素線をクランプして前記所定方向に更に回転させる、
集合導線の製造方法。
絶縁層で被覆された複数の素線を撚り合わせた集合導線の製造方法であって、
前記複数の素線を第１の位置及び第２の位置でクランプし、
前記第１の位置及び前記第２の位置の間の第３の位置において前記複数の素線をクランプして所定方向に回転させ、
前記複数の素線を、前記第１の位置と、前記第１の位置及び前記第３の位置の間の第４の位置と、前記第３の位置及び前記第２の位置の間の第５の位置と、前記第２の位置と、でクランプし、
前記第４の位置及び前記第５の位置の間の部分を前記所定方向に更に回転させる、
集合導線の製造方法。