JP2016025788A - セグメントコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンド部の素線がばらけることを抑制することが可能なセグメントコイルの製造方法を提供することである。【解決手段】本発明にかかるセグメントコイルの製造方法は、複数の素線１１を束ねて集合線２１を形成する工程と、集合線２１を捻って撚線２３を形成する工程と、撚線２３を圧延して平角導体２６を形成する工程と、平角導体を所定の長さに切断し、切断された平角導体を曲げ加工してセグメントコイルを形成する工程と、を備え、平角導体を曲げ加工する前に、セグメントコイルのコイルエンド部に対応する位置の素線同士を固着する。【選択図】図１

Description

本発明はセグメントコイルの製造方法に関する。

近年、モータのステータを構成するコイルとしてセグメントコイルを使用したモータが広く用いられている。セグメントコイルを用いたモータでは、スロットの占積率を効果的に向上させることができ、モータの小型化、高性能化、高出力化等を実現することができる。

特許文献１には、集合導線の製造方法に関する技術が開示されている。特許文献１に開示されている技術では、複数の素線を撚り合わせて撚線を形成し、その後、成形型を用いて撚線を圧縮成形することで、撚線の断面形状が矩形状である平角導体を形成している。そして、平角導体の外周を樹脂等からなる絶縁材料を用いて被覆して絶縁層を形成することで集合導線を形成している。

特開２００９−１９９７４９号公報

モータのステータを構成するコイルとしてセグメントコイルを使用する場合、複数のＵ字状のセグメントコイルをステータコアに円環状に配列し、各々のセグメントコイル同士を電気的に接続する。このとき、各々のセグメントコイルのコイルエンド部同士を溶接等を用いて接続するために、コイルエンド部同士が近づくようにセグメントコイルを曲げ加工する必要がある。

しかしながら、セグメントコイルは複数の素線（導線）を集合させて形成したコイルであるため、セグメントコイルを曲げ加工するとコイルエンド部の素線がばらけてしまい、コイルエンド部同士を溶接等を用いて接続することが困難になるという問題があった。

上記課題に鑑み本発明の目的は、コイルエンド部の素線がばらけることを抑制することが可能なセグメントコイルの製造方法を提供することである。

本発明にかかるセグメントコイルの製造方法は、複数の素線を束ねて集合線を形成する工程と、前記集合線を捻って撚線を形成する工程と、前記撚線を圧延して平角導体を形成する工程と、前記平角導体を所定の長さに切断し、切断された前記平角導体を曲げ加工してセグメントコイルを形成する工程と、を備え、前記平角導体を曲げ加工する前に、前記セグメントコイルのコイルエンド部に対応する位置の素線同士を固着する。

本発明にかかるセグメントコイルの製造方法では、平角導体を曲げ加工してセグメントコイルを形成する前に、セグメントコイルのコイルエンド部に対応する位置の素線同士を固着している。よって、平角導体を曲げ加工した場合であっても、コイルエンド部の素線がばらけることを抑制することができる。

本発明により、コイルエンド部の素線がばらけることを抑制することが可能なセグメントコイルの製造方法を提供することができる。

実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法を説明するための図である。 実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法を説明するためのフローチャートである。 実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法における固着工程を説明するための側面図である。 図３の切断線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。 固着工程の他の例を説明するための断面図である。 圧延工程前の撚線と圧延工程後の平角導体とを示す側面図である。 実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法を用いて形成された平角導体を示す側面図である。 セグメントコイルの成形工程を説明するための図である。 実施の形態にかかるセグメントコイルの他の製造方法を用いて形成された平角導体を示す側面図である。 セグメントコイルの成形工程を説明するための図である。 ステータコアにセグメントコイルを配置した状態を示す斜視図である。 セグメントコイルのコイルエンド部同士を接続した状態を示す正面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法を説明するための図である。図２は、本実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法を説明するためのフローチャートである。図２に示すように、本実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法は、素線圧延工程（Ｓ１）、集合線形成工程（Ｓ２）、撚線形成工程（Ｓ３）、固着工程（Ｓ４）、圧延工程（Ｓ５）、酸化工程（Ｓ６）、被覆工程（Ｓ７）、及びセグメントコイル成形工程（Ｓ８）を備える。本実施の形態では、図１に示す複数の素線１１を集合させて平角導体２８を形成し、その後、平角導体２８を切断して曲げ加工することで、図８に示すようなセグメントコイル６０を形成している。以下、各工程について詳細に説明する。

図１に示すように、素線供給機３１は複数の素線１１を圧延ロール３２に供給する。素線供給機３１から供給された複数の素線１１は、圧延ロール３２を用いて圧延される（ステップＳ１）。つまり、圧延ロール３２で素線１１を圧延することで、断面形状が台形状の周辺素線１３を形成する。圧延された周辺素線１３は、向き調整ローラ３３に供給される。このとき、断面形状が円形状の中心素線１２は圧延ロール３２で圧延されることなく、向き調整ローラ３３に供給される。各々の素線１１は、銅等の金属材料を用いて構成することができる。

向き調整ローラ３３は、中心素線１２および各々の周辺素線１３の位置関係が、集合線２１に示すような位置関係となるように、中心素線１２および各々の周辺素線１３の向きを調整する。その後、向きが調整された中心素線１２および各々の周辺素線１３を束ねて集合線２１を形成する（ステップＳ２）。つまり、向き調整ローラ３３は、集合線２１の中心に中心素線１２を配置し、中心素線１２の周囲に各々の周辺素線１３を配置する。このとき、向き調整ローラ３３は、断面形状が台形状の各々の周辺素線１３の上底が中心素線１２側を向くように（換言すると、断面形状が台形状の各々の周辺素線１３の下底が外側となるように）、中心素線１２の周囲に各々の周辺素線１３を配置する。

なお、本実施の形態では、中心素線１２の数が１本、周辺素線１３の数が８本の場合を一例として示しているが、中心素線１２の数および周辺素線１３の数はこれ以外であってもよい。

その後、集合線２１は、捻り機構３４に供給される。捻り機構３４は、供給された集合線２１を捻って撚線２３を形成する（ステップＳ３）。撚線２３を形成する際は、集合線２１の中心軸方向（搬送方向）の異なる３箇所を把持部４１ａ〜４１ｃを用いて把持した後、真ん中の把持部４１ｂを集合線２１の中心軸を中心に回転させる。これにより、左巻部２３ａと右巻部２３ｂとを備える撚線２３を形成することができる。

つまり、把持部４１ｂを用いて集合線２１を搬送方向下流側からみて左回りに捻ることで、集合線２１が撚り合わされた左巻部２３ａおよび右巻部２３ｂを形成することができる。左巻部２３ａは、搬送方向下流側からみて左回りに撚り合わされている。右巻部２３ｂは、搬送方向下流側からみて右回りに撚り合わされている（図３参照）。

なお、把持部４１ａ〜４１ｃで把持されていた箇所（平行部２２）については、集合線２１が捻られないので、中心素線１２および各々の周辺素線１３は互いに平行になっている。例えば、図３に示す撚線２３において、平行部２２ａ、２２ｂ、２２ｃはそれぞれ、把持部４１ａ、４１ｂ、４１ｃで把持されていた箇所に対応している。本明細書では、平行部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを総称して平行部２２と記載する場合もある。

なお、図１では、把持部４１ｂを用いて集合線２１を搬送方向下流側からみて左回りに捻った場合について示したが、把持部４１ｂを用いて集合線２１を捻る方向は逆（つまり、搬送方向下流側からみて右回り）であってもよい。

捻り機構３４で形成された撚線２３は固着機構３５に供給される。固着機構３５は、撚線２３の平行部２２の素線同士（つまり、中心素線１２および各々の周辺素線１３）を固着する（ステップＳ４）。図３は、固着工程を説明するための側面図である。図４は、図３の切断線ＩＶ−ＩＶにおける断面図である。図３、図４に示すように、例えば、固着機構３５は、上部電極５１および下部電極５２を備える熱かしめ装置を用いて構成することができる。

固着機構３５は、上部電極５１および下部電極５２で挟まれた位置に撚線２３の平行部２２が配置された際、上部電極５１および下部電極５２で平行部２２を挟み込む（図４の符号３５ａで示す）。その後、上部電極５１と下部電極５２との間に電流を流し、更に上部電極５１と下部電極５２とを用いて平行部２２を加圧する。これにより、平行部２２の一部が溶融して素線同士が固着して固着部５５が形成される（図４の符号３５ｂ参照）。その後、上部電極５１を上方向に下部電極５２を下方向に移動して、固着工程後の撚線２４を移動可能な状態とする（図４の符号３５ｃで示す）。このような動作を繰り返すことで、撚線２３の平行部２２の素線同士を固着することができる。

なお、上記では熱かしめを用いて平行部２２の素線同士を固着する場合について説明したが、本実施の形態では、熱かしめ以外に、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接、超音波接合、はんだなどを用いてもよい。

図５は、固着工程の他の例を説明するための断面図である。本実施の形態では、上部電極５１および下部電極５２の側面に、更に板状部材５７ａ、５７ｂを設けてもよい。このように、板状部材５７ａ、５７ｂを設けることで、平行部２２の四方を上部電極５１と下部電極５２と板状部材５７ａ、５７ｂとで取り囲みながら熱かしめを行うことができる。よって、平行部２２の素線の一部が溶融した際に溶融金属が流れ出ることを抑制することができる。なお、図５に示す固着工程のこれ以外の構成については、図４に示した固着工程の場合と同様であるので重複した説明は省略する。

図１に示すように、固着工程後の撚線２４は、圧延ロール３６、３７に搬送される。圧延ロール３６は、撚線２４を予備圧延し、予備圧延後の撚線２５を圧延ロール３７に搬送する。圧延ロール３７は、予備圧延後の撚線２５を圧延して平角導体２６を形成する（ステップＳ５）。

図６に示すように、固着工程後の撚線２４の固着部５５は固着機構３５を用いて圧縮されているので（図４参照）、固着部５５の厚さｔ１は、左巻部２３ａの厚さｔ２および右巻部２３ｂの厚さｔ３と比べて薄くなっている。ここで、厚さｔ１、ｔ２、ｔ３とは、図４の上部電極５１および下部電極５２の移動方向（つまり、上下方向）における厚さである。圧延工程では、この撚線２４を圧延ロール３６、３７を用いて圧延して平角導体２６を形成している。このとき、撚線２４の左巻部２３ａおよび右巻部２３ｂが圧縮されるので、図６に示すように、圧延後の平角導体２６では、固着部５５の厚さｔ１’と左巻部２６ａの厚さｔ２’と右巻部２６ｂの厚さｔ３’とが略同一となる。よって、段差のない（又は段差の少ない）平角導体２６を形成することができる。

一方、固着工程（ステップＳ４）において平行部２２を強く圧縮し過ぎると、固着部５５の厚さｔ１が薄くなりすぎて、圧延工程後の平角導体２６の固着部５５の厚さｔ１’と左巻部２６ａおよび右巻部２６ｂの厚さｔ２’、ｔ３’との差が大きくなる。この場合は、段差のある平角導体２６が形成される。よって、本実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法では、固着工程（ステップＳ４）において平行部２２を強く圧縮し過ぎないようにする必要がある。つまり、平行部２２の素線同士を固着した後における固着部５５の厚さｔ１’が、撚線２４を圧延して平角導体２６を形成した後における固着部５５以外の部分（左巻部２６ａおよび右巻部２６ｂ）の厚さｔ２’、ｔ３’と略同一となるように、平行部２２を固着する。

その後、図１に示すように、平角導体２６を加熱炉３８に搬送し、平角導体２６に熱処理を施して、平角導体２６を構成する中心素線１２および各々の周辺素線１３の各々の表面に酸化皮膜１５を形成する（ステップＳ６）。つまり、平角導体２６を構成する中心素線１２および各々の周辺素線１３は金属材料で構成されているため、平角導体２６に熱処理を施すことで、中心素線１２および各々の周辺素線１３の表面に金属酸化皮膜が形成される。例えば、中心素線１２および各々の周辺素線１３を銅を用いて構成した場合は、酸化皮膜１５として酸化銅が形成される。このように、平角導体２６を構成する中心素線１２および各々の周辺素線１３の表面に酸化皮膜１５を形成することで、各々の素線間の絶縁性を向上させることができる。酸化皮膜１５が形成された平角導体２７は、被覆形成部３９に搬送される。

被覆形成部３９は、酸化皮膜１５が形成された平角導体２７の外周に絶縁層１６を形成して平角導体２８を形成する（ステップＳ７）。被覆形成部３９は、平角導体２７の搬送方向に伸びる中空状の中空部４５を備える。中空部４５の断面形状は矩形状となっている。また、中空部４５には、絶縁層を形成するための樹脂材料が充填されている。つまり、樹脂材料が充填された中空部４５を、平角導体２７が通過することで平角導体２７の外周に絶縁層１６が形成される。

なお、図１に示した被覆形成部３９は一例であり、本実施の形態では被覆形成部３９としてこれ以外の構成を備えたものを使用してもよい。また、絶縁層１６を形成するための材料も樹脂材料に限定されることはなく、絶縁性を備える材料であれば他の材料（例えば、エナメル材等）を用いてもよい。

上記の方法で作製した平角導体２８を図７に示す。なお、図７では、平角導体２８の周囲に形成されている絶縁層１６の図示を省略している。図７に示すように、本実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法を用いることで、搬送方向下流側から搬送方向上流側に向かって、右巻部２８ｂ、固着部５５（平行部２２に対応）、左巻部２８ａ、固着部５５、右巻部２８ｂ、・・・の順に連続的に並んだ平角導体２８を形成することができる。

次に、セグメントコイルの成形工程（図２のステップＳ８）について説明する。図８は、セグメントコイルの成形工程を説明するための図である。なお、図８においても、平角導体２８の周囲に形成されている絶縁層１６の図示を省略している。図８に示すように、セグメントコイル６０はＵ字状であり、湾曲部６１、肩部６２ａ、６２ｂ、直線部６３ａ、６３ｂ、及びコイルエンド部６４ａ、６４ｂを備える。

セグメントコイル６０を成形する際は、まず平角導体２８を切断位置５９で切断する。ここで、切断位置５９は固着部５５の中央部である。このように、固着部５５の中央部を切断位置５９とすることで、各々のセグメントコイル６０のコイルエンド部６４ａ、６４ｂを固着部５５で構成することができる。例えば、固着部５５の幅（搬送方向における長さ）は、コイルエンド部６４ａ、６４ｂの各々の長さの２倍以上とすることができる。

平角導体２８を切断した後、コイルエンド部６４ａ、６４ｂに対応する位置の絶縁層１６を剥離する。その後、平角導体２８を曲げ加工して、図８に示すようなセグメントコイル６０を形成する。図８に示すセグメントコイル６０は、固着部５５および右巻部２８ｂで構成されている。また、他のセグメントコイルは、固着部５５および左巻部２８ａで構成することができる。

例えば、セグメントコイル６０のサイズ（長さ）を変更する場合は、平角導体２８の固着部５５がセグメントコイル６０のコイルエンド部６４ａ、６４ｂと対応するように、捻り機構３４の把持部４１ａ〜４１ｃの位置を調整する。つまり、把持部４１ａ〜４１ｃに対応する位置が固着部５５であり、平角導体２８を切断する際は、把持部４１ａ〜４１ｃに対応する位置がセグメントコイル６０のコイルエンド部６４ａ、６４ｂとなるように切断する。

なお、図１に示した本実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法では、撚線２３を形成する際に、集合線２１を把持部４１ａ〜４１ｃを用いて把持した後、真ん中の把持部４１ｂを集合線２１の中心軸を中心に回転させる場合について説明した。しかし、本実施の形態では、集合線２１の中心軸を中心に一方向に連続的に集合線２１を捻ることで撚線を形成してもよい。この場合は、図９に示す撚線７０のように、一方向に連続的に捻られた撚線７０が形成される（図９では、搬送方向下流側から見て左回りに捻った場合の撚線を示している）。つまり、撚線７０は、平行部２２を備えない。

図９に示す撚線７０に固着工程（ステップＳ４）を施す場合、固着機構３５は、撚線７０の素線のうち、セグメントコイル６０のコイルエンド部６４ａ、６４ｂに対応する位置の素線同士を固着する。これにより、図１０に示す平角導体７３のうち、セグメントコイル６０のコイルエンド部６４ａ、６４ｂに対応する位置に固着部７５を形成することができる。この場合も、平角導体７３を切断位置７９で切断することで、各々のセグメントコイル６０のコイルエンド部６４ａ、６４ｂを固着部７５で構成することができる。

また、図１、図２に示した本実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法では、撚線形成工程（Ｓ３）後、圧延工程（Ｓ５）前に固着工程（Ｓ４）を実施する場合を例として示した。しかし、固着工程（Ｓ４）を実施するタイミングは、平角導体を曲げ加工するセグメントコイル形成工程（Ｓ８）の前であればどのタイミング（ただし、撚線形成工程（Ｓ３）の後であることが好ましい）で実施してもよい。

背景技術で説明したように、近年、モータのステータを構成するコイルとしてセグメントコイルを使用したモータが広く用いられている。モータのステータを構成するコイルとしてセグメントコイルを使用する場合、複数のＵ字状のセグメントコイルをステータコアに円環状に配列し、各々のセグメントコイル同士を電気的に接続する。このとき、各々のセグメントコイルのコイルエンド部同士を溶接等を用いて接続するために、コイルエンド部同士が近づくようにセグメントコイルを曲げ加工する必要があった。

図１１は、ステータコアにセグメントコイルを配置した状態を示す斜視図である。図１１に示すように、ステータコア１２０の各々のスロット内に、複数のセグメントコイル１１０を挿入することでステータ１０１が形成される。この場合、複数のセグメントコイル１１０は、１つのスロット内において、ステータコア１２０の内周側から外周側に向かって配置される。また、セグメントコイル１１０の直線部１１３は、ステータコア１２０の周方向に曲げ加工されている。

つまり、図１２に示すように、各々のセグメントコイル１１０のコイルエンド部１１４同士を溶接等を用いて接続するために、セグメントコイル１１０の直線部１１３を曲げ加工する必要があった。

しかしながら、セグメントコイル１１０は複数の素線（導線）を集合させて形成したコイルであるため、セグメントコイル１１０を曲げ加工するとコイルエンド部１１４の素線がばらけてしまい、コイルエンド部１１４同士を溶接等を用いて接続することが困難になるという問題があった。つまり、セグメントコイル１１０を曲げ加工すると、曲げ加工した部分の内側と外側とでセグメントコイル１１０に働く応力に差が生じる。このため、コイルエンド部１１４の素線がばらけてしまう。

そこで、本実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法では、平角導体を曲げ加工してセグメントコイルを形成する前に、セグメントコイルのコイルエンド部に対応する位置の素線同士を固着している。このように、平角導体を曲げ加工する前にコイルエンド部に対応する位置の素線同士を固着することで、平角導体を曲げ加工した場合であっても、コイルエンド部の素線がばらけることを抑制することができる。

特に本実施の形態にかかるセグメントコイルの製造方法では、撚線を圧延して平角導体を形成する前（つまり、ステップＳ５の圧延工程前）に、セグメントコイルのコイルエンド部に対応する位置の素線同士を固着し、その後、撚線を圧延することで、固着部と固着部以外の部分との厚さを略同一にすることができる。よって、段差のない（又は段差の少ない）平角導体を形成することができる。

また、集合線２１を把持部４１ａ〜４１ｃを用いて把持した後、真ん中の把持部４１ｂを集合線２１の中心軸を中心に回転させて撚線２３を形成した場合、集合線２１が捻られていない平行部２２が形成される。この平行部２２がセグメントコイルのコイルエンド部に配置されると、特に素線がばらけやすくなる。本実施の形態では、この平行部２２の素線同士を固着することで、平行部２２がコイルエンド部に配置された場合であっても、コイルエンド部の素線がばらけることを効果的に抑制することができる。

以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、コイルエンド部の素線がばらけることを抑制することが可能なセグメントコイルの製造方法を提供することができる。

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１１ 素線
１２ 中心素線
１３ 周辺素線
１５ 酸化皮膜
１６ 絶縁層
２１ 集合線
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 平行部
２３ 撚線
２３ａ 左巻部
２３ｂ 右巻部
２４ 固着工程後の撚線
２５ 予備圧延後の撚線
２６ 平角導体
２７ 酸化皮膜形成後の平角導体
２８ 被覆形成後の平角導体
３１ 素線供給機
３２ 圧延ロール
３３ 向き調整ローラ
３４ 捻り機構
３５ 固着機構
３６、３７ 圧延ロール
３８ 加熱炉
３９ 被覆形成部
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ 把持部
５１ 上部電極
５２ 下部電極
５５ 固着部
５９ 切断位置
６０ セグメントコイル
６１ 湾曲部
６２ａ、６２ｂ 肩部
６３ａ、６３ｂ 直線部
６４ａ、６４ｂ コイルエンド部
７０ 撚線
７３ 平角導体
７５ 固着部
７９ 切断位置

Claims (5)

1. 複数の素線を束ねて集合線を形成する工程と、
   前記集合線を捻って撚線を形成する工程と、
   前記撚線を圧延して平角導体を形成する工程と、
   前記平角導体を所定の長さに切断し、切断された前記平角導体を曲げ加工してセグメントコイルを形成する工程と、を備え、
   前記平角導体を曲げ加工する前に、前記セグメントコイルのコイルエンド部に対応する位置の素線同士を固着する、
   セグメントコイルの製造方法。
2. 前記撚線を圧延して前記平角導体を形成する前に、前記セグメントコイルのコイルエンド部に対応する位置の素線同士を固着する、請求項１に記載のセグメントコイルの製造方法。
3. 前記撚線を形成する工程は、
   前記集合線の中心軸方向の異なる３箇所において前記集合線を把持する工程と、
   前記集合線を把持している把持部のうち真ん中の把持部を前記集合線の中心軸を中心に回転させる工程と、を含み、
   前記素線同士を固着する際、前記把持部に対応する位置における前記素線同士を固着し、
   前記平角導体を切断する際、前記把持部に対応する位置が前記セグメントコイルのコイルエンド部になるように切断する、
   請求項１または２に記載のセグメントコイルの製造方法。
4. 前記平角導体は、前記平角導体の搬送方向下流側から見て左回りに捻られた左巻部と、右回りに捻られた右巻部と、前記複数の素線が互いに平行な平行部と、を備え、
   前記素線同士を固着する際、前記平行部における前記素線同士を固着し、
   前記平角導体を切断する際、前記平行部が前記セグメントコイルのコイルエンド部になるように切断する、
   請求項３に記載のセグメントコイルの製造方法。
5. 前記素線同士を固着する際、前記撚線が延びる方向と垂直な断面において、前記複数の素線の四方を所定の部材で取り囲みながら熱かしめを行う、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のセグメントコイルの製造方法。

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