JP2017085806A - ステータ用セグメントコイルのコイルエンド接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアの製造においてセグメントコイルのコイルエンドの位置決めを正確に行うことができる、コイルエンド溶接方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、コイルエンド５の接合方法であって、コイルエンド５に先細り形状の先細り部６が形成されている場合に、先細り部６に嵌合する一対の爪部１２が設けられた一対の第１の押さえ治具１０をステータコア２の軸方向に沿ってコイルエンド５に接近させて一対の先細り部６を押圧し、一対の爪部を一対の先細り部６に周方向から挟持するように嵌合させて一対の先細り部６の軸方向の位置を固定し、一対の先細り部を一対の第２の押さえ治具２０によって径方向の内側および外側から挟持して一対の先細り部６を接触させ一対の先細り部６の径方向の位置を固定し、一対の先細り部の接触部Ｂを溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータに用いられるセグメントコイルのコイルエンドの接合方法に関する。

モータのステータを製造する際に、接合によりコイルを形成するセグメントコイルが用いられる。特許文献１には、セグメントコイルの端部の接合方法が記載されている。このセグメントコイルは、先端が先細り形状に形成されており、ステータコアの径方向の内側から外側に向かって順番に組み付けられ、径方向に隣接する一対のセグメントコイルはステータコアの周方向に相互に逆向きに倒し込まれている。これにより、コイルエンドの高さを短縮している。そして、接合対象となる一対のセグメントコイルの先端の接合対象部分に導電性接着剤を塗布する。その後、ステータコアの径方向に沿って一対のセグメントコイルの先端のそれぞれの隙間に複数のくさび状の板状体を挿入して接合対象部分を径方向に沿って所定の位置に固定する。その後、板状体を所定の加圧力で加圧した状態を所定時間維持して導電性接着剤を硬化させ、セグメントコイル端部の接合を行っている。

特開２００６−３０４５０７号公報

特許文献１に記載されたセグメントコイルの端部の接合方法は、導電性接着剤を用いており、溶接による接合方法については記載されていない。また、この方法によると、一対のセグメントコイルの先端の位置について、ステータコアの径方向に沿った位置決めを可能とするが、ステータコアの軸方向および周方向に沿った位置決めについては記載されていない。従って、この方法を一対のセグメントコイルの先端の溶接に用いようとすると、ステータコアの軸方向および周方向に沿った位置決めが精度よく実施できないという課題がある。
本発明は、ステータコアの製造においてセグメントコイルのコイルエンドの位置決めを正確に行うことができる、コイルエンド溶接方法を提供することを目的とする。

本発明は、ステータ用セグメントコイルにおける、先端が先細り形状でステータコア側に面取り部が形成された先細り部を有するコイルエンドの接合方法であって、
ステータコアのスロットに所定の形状に形成された各セグメントコイルは前記ステータコアの径方向の内側から外側に向かって順番に組み付けられ、
前記ステータコアにおいて前記径方向に隣接する一対の前記セグメントコイルのコイルエンドは前記ステータコアの周方向に相互に逆向きに倒し込まれており、
前記コイルエンドが倒し込まれた状態において前記径方向に隣接する一対の前記先細り部に嵌合する一対の爪部が設けられた一対の第１の押さえ治具を前記ステータコアの軸方向に沿って前記コイルエンドに接近させて前記一対の先細り部を押圧し、
前記一対の爪部の一方の爪部を前記一対の先細り部の一方の先細り部の前記面取り部に嵌合させ、かつ他方の爪部を前記一対の先細り部の他方の先細り部の前記面取り部に嵌合させて前記一対の先細り部の前記軸方向の位置を固定し、
前記一対の先細り部を一対の第２の押さえ治具によって前記径方向の内側および外側から挟持して前記一対の先細り部を接触させ前記一対の先細り部の前記径方向の位置を固定し、
前記一対の先細り部の接触部を溶接する。

本発明は、このような構成により、ステータコアにおいてコイルエンドの先細り部を第１の押さえ治具によって押圧し、第１の押さえ治具の一対の爪部を一対の先細り部に嵌合させることにより、先細り部のステータコアの軸方向に沿った位置を所定の位置に固定することができる。そして、一対の先細り部を一対の第２の押さえ治具によってステータコアの径方向に沿って挟持することにより一対の先細り部の径方向の位置を所定の位置に固定することができる。

本発明はさらに、前記一対の爪部の一方の爪部を前記一対の先細り部の一方の先細り部の前記面取り部に嵌合させ、かつ他方の爪部を前記一対の先細り部の他方の先細り部の前記面取り部に嵌合させた状態で前記一対の爪部を互いに前記周方向に沿って近づけるように移動させることにより前記一対の先細り部の前記周方向の位置を固定する。

本発明は、一対の爪部を互いにステータコアの周方向に沿って近づけるように移動させることにより一対の先細り部をステータコアの周方向に沿って挟持し、一対の先細り部のステータコアの周方向に沿った位置を所定の位置に固定することができる。この状態において、一対の先細り部は、一対の爪部によって軸方向に対しても所定の位置に固定されており、かつ一対の第２の押さえ治具によってステータコアの径方向に沿って固定されている。即ち、本発明は、コイルエンドの先細り部をステータコアの軸方向と径方向と周方向とに対して所定の位置に固定することができる。

本発明はさらに、前記周方向に沿うと共に前記軸方向において前記ステータコアに近接する方向に傾斜している嵌合面を有しており、前記一対の爪部を互いに前記周方向に沿って近づけるように移動させた際に前記一対の先細り部のそれぞれの前記面取り部を前記嵌合面に嵌合させて前記一対の先細り部の前記周方向の位置を固定する。

本発明は、第１の押さえ治具の爪部に嵌合面が形成されていることにより、第１の押さえ治具をステータコアの周方向に移動させた際に、コイルエンドの先細り部を爪部に確実に嵌合させることができる。これにより、本発明は先細り部をステータコアの周方向と同時に軸方向に対して所定の位置に確実に固定することができる。

本発明はさらに、前記第１の押さえ治具には、前記接触部を溶接するための貫通孔が形成されており、前記貫通孔は、前記接触部の前記軸方向に沿った位置に対応する位置に設けられており、
前記貫通孔を介して前記軸方向から前記接触部をレーザ溶接する。

本発明は、第２の押さえ治具および第１の押さえ治具によって所定の位置に固定された一対の先細り部を第１の押さえ治具に形成された貫通孔を介してステータコアの軸方向から一対の先細り部の接触部を溶接することができる。この貫通孔を通じてレーザを照射することにより、溶接対象である一対の先細り部以外の部分に影響を与えること無く、接触部を溶接することができる。

本発明によると、ステータコアの製造においてセグメントコイルのコイルエンドを接合する際に、セグメントコイルのコイルエンドの位置決めを正確に行うことができる。

本発明の製造対象に係るステータコアを示した図である。 セグメントコイルの接合対象部分を示した図である。 セグメントコイルの接合対象部分を示した図である。 セグメントコイルのコイルエンドの先端部分を示した図である。 セグメントコイルのコイルエンドの先端部分の変形例を示した図である。 本発明に係るコイルエンド接合装置の構成を示した断面図である。 コイルエンド接合装置の構成を他の方向から示した断面図である。 第１の押さえ治具の爪部を示した斜視図である。 コイルエンド接合装置によるコイルエンドの接合方法を示した図である。 第１の押さえ治具によるコイルエンドの位置決めを示した図である。 第１の押さえ治具によるコイルエンドの位置決めを示した図である。 コイルエンドの曲がりの誤差を示した図である。 第１の押さえ治具によるコイルエンドの位置決めを示した図である。 コイルエンド接合装置の変形例であるクランプ装置を示した図である。 クランプ装置の構成を示した断面図である。 クランプ装置の爪部を示した斜視図である。

以下、図面を参照して本発明に係るステータ用セグメントコイルのコイルエンド接合装置および接合方法の実施形態について説明する。

図１及び図２に示されるように、モータ用のステータ１は、円環状のステータコア２と、ステータコア２の内側にコイル３を形成するための複数のセグメントコイル４とを有する。ステータコア２は、ステータコア２は薄い円環状の鉄板を重ね合わせて形成される。ステータコア２の内側には、Ｕ字状に形成された複数のセグメントコイル４がステータコア２の周方向に沿って配列されている。そして、複数のセグメントコイル４は、ステータコア２の径方向に沿って内側から外側に向かって順番に積層されている。このようにして組み付けられた複数のセグメントコイル４によってコイル３が形成されている。

図３に示されるように、ステータコア２の径方向に隣接する一対のセグメントコイル４の一対のコイルエンド５は、ステータコア２の周方向に相互に逆向きに倒し込まれている。コイルエンド５の先端には、先細り形状に形成された先細り部６を有する。先細り部６は、コイルエンド５がステータコア２と平行に切断されたような形状に形成されている。これにより、コイルエンド５のステータコア２の軸方向に沿った高さを短縮している。隣接する一対のコイルエンド５の先端はお互いに溶接されており、電気的に接続されている。

図４に示されるように、先細り部６の先端には、ステータコア２の軸方向に先端が跳ね上がるように面取り部７が形成されている。面取り部７によって、先細り部６の先端の角度は鈍くなるように形成される。先細り部６の先端の角度θは９０°未満である。図５に示されるように、面取り部７は、ステータコア２側に凸となるようにＲ形状に形成してもよい。先細り部６は、例えば、次のように形成する。直線状に伸ばされた帯状の導線の一部に対し、導線の軸線が帯の断面の長手方向に平行にずれるように屈曲させて屈曲部を形成する。屈曲部は、例えば、導線を金型に形成する。その後、屈曲部を帯の断面の短手方向の両側面からプレスする。その後、この屈曲部の帯の断面の長手方向から導線の軸線に対して斜めに切断することにより、面取り部７を有する先細り部６を形成する。

隣接する一対の先細り部６の先端は溶接される。そして、ステータコア２の周方向には、一対の先細り部６の溶接部（絶縁皮膜が除去された箇所）が間隔をもって配置される。先細り部６の先端をこのような形状に形成することにより、ステータコア２の周方向に隣接する該溶接部の絶縁距離を拡大することができる。絶縁距離の拡大により、セグメントコイル４の渦電流損を低減することができる。以下、隣接する一対のコイルエンド５に用いられるコイルエンド接合装置５０及び溶接方法について説明する。

図６から図８に示されるように、コイルエンド接合装置５０は、コイルエンド５のステータコア２の軸方向及び周方向の位置決めを行うための一対の第１の押さえ治具１０,１０’と、コイルエンド５のステータコア２の径方向の位置決めを行うための一対の第２の押さえ治具２０,２０’とを有している。

コイルエンド５には、先端が逆方向になるようにコイルエンド５’がステータコア２の径方向（Ｙ方向）に隣接している。コイルエンド５の先細り部６には、先細り部６のステータコア２の軸方向（Ｚ方向）および周方向（Ｘ方向）に沿った位置決めを行うための第１の押さえ治具１０が嵌合している。第１の押さえ治具１０の底部には、先細り部６を押圧するためのＸ方向に沿って平坦な平坦部１１が形成されている。

平坦部１１には、下方（-Ｚ方向）に突出するように形成された爪部１２が形成されている。爪部１２には、移動方向（-Ｘ方向）に傾斜している嵌合面１４が形成されている。嵌合面１４は、周方向（Ｘ方向）に沿うと共に軸方向（Ｚ方向）においてステータコア２に近接する方向に傾斜している。爪部１２は、Ｘ方向に隣接するコイルエンド５と干渉しないように面取り部７とＸ方向に隣接するコイルエンド５とによって形成された空間Ｓに入るように形成される。平坦部１１と爪部１２とによって先細り部６は、第１の押さえ治具１０に嵌合する。

第１の押さえ治具１０には、コイルエンド５’を押圧するための第１の押さえ治具１０’が-Ｙ方向に隣接している。コイルエンド５’および第１の押さえ治具１０’はそれぞれコイルエンド５および第１の押さえ治具１０と同様の構成および形状を有しており、Ｚ軸に対して回転対称に配置されている。従って、以下、コイルエンド５’および第１の押さえ治具１０’については上記の構成と同様である。第１の押さえ治具１０には、Ｚ軸方向に沿って貫通した貫通孔１３が形成されている。貫通孔１３は、第１の押さえ治具１０に先細り部６のＺ軸方向に沿った位置に対応する位置に貫通して設けられている。貫通孔１３及び貫通孔１３’によりコイルエンド５を溶接するための１個の貫通孔が形成される。

図９に示されるように、第１の押さえ治具１０は、Ｚ軸に沿って-Ｚ方向にコイルエンド５に接近するように移動し、基準位置Ｐで-Ｚ方向に力を与えながら停止する。このとき、爪部１２は、面取り部７に接触しないように空間Ｓに入る。これにより、コイルエンド５の先細り部６の上端が平坦部１１に当接し、コイルエンド５は、第１の押さえ治具１０によって-Ｚ方向に力が与えられる。このとき、先細り部６の上端は、基準位置Ｐに配置され、先細り部６のＺ軸方向の位置が固定される。

同様に、コイルエンド５’の先細り部６’も第１の押さえ治具１０’によってＺ軸方向の位置が固定される。即ち、一対の先細り部６,６’は、一対の第１の押さえ治具１０,１０’によってステータコア２の軸方向に押圧され、一対の先細り部６,６’のステータコア２の軸方向の位置が固定される。

その後、第１の押さえ治具１０は、-Ｘ方向に移動し、爪部１２が面取り部７に当接する。これにより、先細り部６が第１の押さえ治具１０に嵌合し、先細り部６のＸ軸方向の位置が固定される。同様に、コイルエンド５’の先細り部６’も第１の押さえ治具１０’によってＸ軸方向の位置が固定される。即ち、爪部１２を先細り部６先細り部６の面取り部７に嵌合させ、かつ爪部１２’を先細り部６’の面取り部７’に嵌合させた状態で一対の爪部１２,１２’を互いに周方向に沿って近づけるように移動させ、一対の先細り部６,６’の周方向の位置を固定する。

このとき、一対の爪部１２,１２’を互いに周方向に沿って近づけるように移動させた際に、一対の先細り部６,６’のそれぞれの面取り部７,７’は、それぞれの嵌合面１４,１４’に嵌合され、一対の先細り部６,６’の周方向の位置が固定される。これにより、一対の先細り部６,６’は、一対の第１の押さえ治具１０,１０’によってステータコア２の周方向から挟持されて嵌合され、一対の先細り部６,６’のステータコア２の周方向の位置が固定される。

図１０から図１３に示されるように、セグメントコイル４の位置は種々のバラつきがある。セグメントコイル４の曲げ角度が小さい場合、コイルエンド５が基準位置Ｐより上方（Ｚ軸方向）に突出する（図１０参照）。この場合、第１の押さえ治具１０がＺ軸に沿って下降し、先細り部６を下方に押圧することにより、先細り部６が基準位置Ｐに配置される。一方、セグメントコイル４の曲げ角度が大きい場合、コイルエンド５が基準位置Ｐより下方（-Ｚ方向）に下がって位置する（図１１参照）。この場合、第１の押さえ治具１０がＸ軸に沿って移動し、爪部１２で先細り部６を上方に引き上げる。即ち、爪部１２の嵌合面１４に先細り部６の面取り部７を滑り上がらせて爪部１２に先細り部６を嵌合させる。これにより、先細り部６が基準位置Ｐに配置される。

また、セグメントコイル４の曲げのＲが大きすぎる場合（図１２参照）、コイルエンド５の位置がＸ軸方向にずれて配置される。この場合、第１の押さえ治具１０がＸ軸に沿って移動し、爪部１２で先細り部６を-Ｘ方向に移動させることにより、爪部１２と平坦部１１によってセグメントコイル４の軸方向に圧縮される力が加えられ、曲がりＲが縮小され、正規の位置に先細り部６が配置される（図１３参照）。

次に、コイルエンド５のステータコア２の径方向に対する位置決めについて説明する。一対のコイルエンド５,５’は、Ｙ軸方向に沿って一対の第２の押さえ治具２０,２０’によって両側面が挟持される（図７参照）。一対の第２の押さえ治具２０,２０’の先端部２１,２１’には、一対の先細り部６,６’を両側面から挟持する突起部２２,２２’が設けられている。突起部２２,２２’は、ステータコア２の径方向に複数に隣接する一対の先細り部６,６’の間の空間Ｑ,Ｑ’に入るように−Ｚ方向に突出して形成されている。即ち、一対のコイルエンド５,５’は、一対の第２の押さえ治具２０,２０’によってステータコア２の径方向の内側および外側から挟持される。これにより、一対のコイルエンド５,５’は、Ｙ軸方向の動きが規制される。そして、一対の先細り部６は、ステータコア２の径方向の位置が正規の位置に固定される。

一対の第１の押さえ治具１０,１０’と、一対の第２の押さえ治具２０,２０’とによって一対の先細り部６,６’は、ステータコア２の軸方向と、周方向と、径方向との３軸方向に固定されると共に正規の位置に配置される。この時、一対の先細り部６,６’は、相互に接触しており接触部Ｂが形成されている。接触部Ｂは、貫通孔１３,１３’を介してＺ軸上方から確認される。その後、接触部Ｂは、Ｚ軸方向の上方よりレーザ溶接機３０によって貫通孔１３,１３’を介してレーザ３１で溶接される。貫通孔１３,１３’からレーザを照射すると、溶接対象である接触部Ｂ以外の部分に影響を与えること無く、接触部Ｂを溶接することができる。

上述したように、セグメントコイル４のコイルエンド５の溶接方法によると、コイルエンド５が先細り形状に形成された先細り部６を有している場合、一対の先細り部６,６’を正規の位置に正確に位置決めすることができる。そして、一対の第１の押さえ治具１０,１０’に設けられた貫通孔１３,１３’によって、一対の先細り部６,６’をレーザ溶接することができる。貫通孔１３,１３’により、溶接対象でない他の場所に影響を与えることが無い。そして、コイルエンド５の溶接方法によると、セグメントコイル４の全長を短縮することができ、製造されるモータを小型化することができる。また、セグメントコイル４の全長を短縮することにより、モータの製造コストを低減することができる。

なお、本発明は上記の実施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。

図１４に示されるように、一対の第１の押さえ治具１０,１０’と、一対の第２の押さえ治具２０,２０’とをステータコア２の周方向に延在するように複数配列して形成されたクランプ装置４０を設けてもよい。以下の説明では上記で説明した構成と同一のものは同一の名称および符号を用い、同様な構成は同一の名称を用い、重複する説明は省略する。

クランプ装置４０は、円環状の内周側クランプ４１と、内周側クランプ４１の外周に配置された円環状の外周側クランプ４２と、外周側クランプ４２の外周側に放射状に配置された複数の第２の押さえ治具４３とを有する。内周側クランプ４１と、外周側クランプ４２とには複数の貫通孔４１ａ,４２ａが形成されており、一対の貫通孔４１ａ,４２ａにより貫通孔Ｈが形成されている。内周側クランプ４１と、外周側クランプ４２とは、相対的に同心に回転自在である。

図１５に示されるように、第２の押さえ治具４３は、外周側クランプ４２の側面にＹ軸方向に摺動自在に配置される。内周側クランプ４１の下面には、第２の押さえ治具４３に対向して突起部４１ｂが設けられている。第２の押さえ治具４３と突起部４１ｂとによって、一対の先細り部６,６’がＹ軸方向に沿って挟持される。

図１６に示されるように、一対の先細り部６,６’は、内周側クランプ４１の下面に形成された爪部４１ｃと、外周側クランプ４２の底面に形成された爪部４２ｃとによってステータコア２の周方向に挟持される。ステータコア２の周方向に延在する多数の一対の先細り部６,６’は、内周側クランプ４１と、外周側クランプ４２との相対的な回転によりステータコア２の周方向に位置決めされる。そして、多数の一対の先細り部６,６’は、内周側クランプ４１と、外周側クランプ４２とによってステータコア２の軸方向に位置決めされる。その後、多数の一対の先細り部６,６’の接触部Ｂは、貫通孔Ｈを介してレーザ溶接される。

ステータコア２の周方向にさらに延在する他の多数の一対の先細り部６,６’については、異なる外径を有するクランプ装置４０によって位置決めされ、レーザ溶接される。

１…ステータ ２…ステータコア ３…コイル ４…セグメントコイル ５…コイルエンド ６…先細り部 ７…面取り部 １０…第１の押さえ治具 １１…平坦部 １２…爪部 １３…貫通孔 １４…嵌合面 ２０…第２の押さえ治具 ３０…レーザ溶接機 ３１…レーザ ４０…クランプ装置 ４１…内周側クランプ ４１ａ…貫通孔 ４１ｂ…突起部 ４１ｃ…爪部 ４２…外周側クランプ ４２ｃ…爪部 ４３…第２の押さえ治具 ５０…コイルエンド接合装置

Claims (4)

1. ステータ用セグメントコイルにおける、先端が先細り形状でステータコア側に面取り部が形成された先細り部を有するコイルエンドの接合方法であって、
   ステータコアのスロットに所定の形状に形成された各セグメントコイルは前記ステータコアの径方向の内側から外側に向かって順番に組み付けられ、
   前記ステータコアにおいて前記径方向に隣接する一対の前記セグメントコイルのコイルエンドは前記ステータコアの周方向に相互に逆向きに倒し込まれており、
   前記コイルエンドが倒し込まれた状態において前記径方向に隣接する一対の前記先細り部に嵌合する一対の爪部が設けられた一対の第１の押さえ治具を前記ステータコアの軸方向に沿って前記コイルエンドに接近させて前記一対の先細り部を押圧し、
   前記一対の爪部の一方の爪部を前記一対の先細り部の一方の先細り部の前記面取り部に嵌合させ、かつ他方の爪部を前記一対の先細り部の他方の先細り部の前記面取り部に嵌合させて前記一対の先細り部の前記軸方向の位置を固定し、
   前記一対の先細り部を一対の第２の押さえ治具によって前記径方向の内側および外側から挟持して前記一対の先細り部を接触させ前記一対の先細り部の前記径方向の位置を固定し、
   前記一対の先細り部の接触部を溶接する、
   コイルエンドの接合方法。
2. 前記一対の爪部の一方の爪部を前記一対の先細り部の一方の先細り部の前記面取り部に嵌合させ、かつ他方の爪部を前記一対の先細り部の他方の先細り部の前記面取り部に嵌合させた状態で前記一対の爪部を互いに前記周方向に沿って近づけるように移動させることにより前記一対の先細り部の前記周方向の位置を固定する、
   請求項１に記載の接合方法。
3. 前記爪部は、前記周方向に沿うと共に前記軸方向において前記ステータコアに近接する方向に傾斜している嵌合面を有しており、前記一対の爪部を互いに前記周方向に沿って近づけるように移動させた際に前記一対の先細り部のそれぞれの前記面取り部を前記嵌合面に嵌合させて前記一対の先細り部の前記周方向の位置を固定する、
   請求項１または２に記載の接合方法。
4. 前記一対の第１の押さえ治具には、前記接触部を溶接するための貫通孔が形成されており、前記貫通孔は、前記接触部の前記軸方向に沿った位置に対応する位置に前記軸方向に沿って貫通して設けられており、
   前記貫通孔を介して前記接触部をレーザ溶接する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の接合方法。

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