JP2021153352A

JP2021153352A - モータステータ

Info

Publication number: JP2021153352A
Application number: JP2020052436A
Authority: JP
Inventors: 広太中島; Kota Nakajima
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2040-03-24
Also published as: JP7378901B2

Abstract

【課題】径方向で隣り合う２つのセグメントコイルを電気的に接合するための接合部を精度良く形成可能とする。【解決手段】ステータコア２の径方向Ｙで隣り合う２つのセグメントコイル４を電気的に接合するための接合片１０を有し、この接合片１０が、ステータコア２の軸方向Ｘに対して傾斜した傾斜部１２を有するモータステータ１である。動力線９の周方向一方側および他方側に隣接配置された２つの接合片１０Ａ，１０Ｂのうち、接合片１０Ｂの傾斜部１２の曲げ起点１４は、他の接合片１０（接合片１０Ａを含む）の傾斜部１２の曲げ起点１４よりもステータコア２の一端面２ｂに近い位置にある。【選択図】図３

Description

本発明は、モータステータに関し、より詳細には、円筒状のステータコアおよびステータコアに保持されたステータコイルを備え、ステータコイルが、平角線からなる複数のセグメントコイルを接合することで形成されるモータステータに関する。

近年、温室効果ガスの排出量低減などを目的として、ハイブリッド車や電気自動車などといった電動車両が急速に普及しつつある。電動車両の駆動用モータ（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を有する三相交流モータ）はコンパクトでありながら高出力であることが求められる。そのため、モータステータに設けられるステータコイルを、断面円形の丸線に比べてコイルの占積率を高め得る断面矩形状の平角線を用いて作製するケースが増加しつつある。この場合のステータコイルの一般的な作製手順を、図７〜図９を参照しながら説明する。なお、以下の説明でいう「軸方向」、「径方向」および「周方向」とは、それぞれ、モータステータを構成する円筒状のステータコアの軸方向、径方向および周方向である。図７〜図９には、「軸方向」、「径方向」および「周方向」を、それぞれ、矢印Ｘ、矢印Ｙおよび矢印Ｚで示している。

（１）平角線をＵ字状に曲げ加工してなる複数のセグメントコイルを円筒状のステータコアに装着する。図７（ａ）（ｂ）に示すように、各セグメントコイルは、これを構成する一対の直線状脚部の自由端側一部領域がステータコア１１０の一端面１１０ａから軸方向外側に突出するようにステータコア１１０に装着される。
（２）ステータコア１１０の一端面１１０ａから軸方向外側に突出した複数の突出部のうち、一部の突出部（第１突出部１０１）を径方向外側に曲げ変形させる。これにより、ステータコイルと動力電源を電気的に接続するための動力線（「引出線」とも称される）１０３を形成する。
（３）上記複数の突出部のうち、第１突出部１０１と同心円上に配置された第１突出部１０１以外の突出部（第２突出部１０２）を周方向一方側に捻りながら軸方向に圧縮することにより、第２突出部１０２を曲げ変形させる。これにより、径方向で隣り合う２つのセグメントコイルを電気的に接合するための接合片１０７が得られる。接合片１０７は、図９に示すように、付け根部１０４と、軸方向に対して傾斜した傾斜部１０５と、付け根部１０４とは異なる周方向位置で軸方向に沿って延び、自由端側に導線が露出した接合用端部１０６とからなる。
（４）径方向で隣り合う（対峙する）２つの接合片１０７の接合用端部１０６を溶接等の手段によって電気的に接合し、その後、接合部に絶縁処理を施す（以上、例えば特許文献１を参照）。

特開２０１４−１３５８１９号公報

以上のようにして得られるモータステータにおいては、図８（ａ）に模式的に示すように、径方向で対峙する２つの接合用端部１０６の位置合わせ（特に軸方向の位置合わせ）を精度良く行うことができず、その結果、例えば図８（ｂ）に示すように、２つの接合用端部１０６を精度良く接合することができない場合がある（同図は、溶接による接合時に、いわゆる「玉だれ」が生じた低精度の接合部１０８を示している）。接合部１０８の形成精度は、その後の絶縁処理の処理精度、ひいてはモータの性能を左右するため、接合すべき２つの接合用端部１０６の軸方向位置は極力一致させるのが好ましい。

図８（ｂ）に示すような接合不良は、主に、接合片１０７を形成する上記（３）の捻り加工の実施前に、動力線１０３が形成されることに起因して生じると考えられる。すなわち、まず、図７（ａ）（ｂ）に示すように、第１突出部１０１を曲げ変形させることで動力線１０３が形成されると、動力線１０３の周方向一方側および他方側のそれぞれに隣接配置された第２突出部１０２Ａ，１０２Ｂの間に大きな空隙１０９が形成される。

捻り加工は、各第２突出部１０２（厳密には、第２突出部１０２のうち傾斜部１０５の形成予定領域）がその周方向両側に隣接配置された２つの第２突出部１０２と接触した状態で進行するが、空隙１０９が存在する状況下では、空隙１０９（動力線１０３）の周方向他方側に隣接配置された第２突出部１０２Ｂとその周方向両側に隣接配置された２つの第２突出部１０２との接触態様が、他とは異なるものとなるため、第２突出部１０２Ｂの変形態様と他の第２突出部１０２の変形態様に差が生じる。その結果、図９に示すように、動力線１０３の周方向他方側に隣接して形成される接合片１０７Ｂが、他の接合片１０７とは異なる形状となる。具体的には、接合片１０７Ｂを構成する傾斜部１０５の軸方向Ｘに対する傾斜角θ₂が、他の接合片１０７を構成する傾斜部１０５の軸方向Ｘに対する傾斜角θ₁よりも小さくなる。これにより、接合片１０７Ｂの接合用端部１０６の軸方向位置（および周方向位置）と、これと径方向で対峙する図示しない接合片の接合用端部の軸方向位置（および周方向位置）とに差が生じ、図８（ｂ）に示すような接合不良が生じる。

なお、図８（ｂ）に示すような接合不良は、例えば、捻り加工の実施後に、接合片１０７Ｂの形状を矯正することによって回避することができる。しかしながらこの場合、加工工程が追加されることによるコスト増が不可避となるため、接合不良の回避策としては好ましくない。

上記の実情に鑑み、本発明は、円筒状のステータコアに装着された複数のセグメントコイルを電気的に接合することでステータコイルが形成されるモータステータにおいて、ステータコアの径方向で隣り合う２つのセグメントコイルを精度良く接合可能とし、もって信頼性および回転精度に優れたモータを低コストに提供可能とすることを目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、円筒状のステータコアと、ステータコアに装着された平角線からなる複数のセグメントコイルを電気的に接合することで形成されたステータコイルとを備え、各セグメントコイルを構成する一対の直線状脚部をステータコアの一端面から軸方向外側に突出させることにより設けられた複数の突出部のうち、第１突出部をステータコアの径方向外側に曲げ変形させることにより、ステータコイルと動力電源とを電気的に接続する動力線が形成され、複数の突出部のうち、第１突出部と同心円上に配置された第１突出部以外の第２突出部をステータコアの周方向一方側に捻りながら軸方向に圧縮して曲げ変形させることにより、ステータコアの径方向で隣り合う２つのセグメントコイルを電気的に接合するための接合片が形成され、この接合片がステータコアの軸方向に対して傾斜した傾斜部を有するモータステータにおいて、動力線の周方向一方側および他方側に隣接配置された２つの接合片のうち、周方向他方側に隣接配置された接合片の傾斜部の曲げ起点が、他の接合片の傾斜部の曲げ起点よりもステータコアの一端面に近い位置にあることを特徴とする。

上記のように、本発明では、動力線の周方向一方側および他方側に隣接配置された２つの接合片のうち、周方向他方側に隣接配置された接合片の傾斜部の曲げ起点が、他の接合片（動力線の周方向一方側に隣接配置された接合片を含む）の傾斜部の曲げ起点よりもステータコアの一端面に近い位置にある。この場合、第２突出部を軸方向に圧縮する際、第１突出部（動力線）の周方向他方側に隣接配置された第２突出部の圧縮量を、他の第２突出部の圧縮量よりも大きくすることができるので、軸方向の圧縮力が解放されるのに伴って第１突出部（動力線）の周方向他方側に隣接配置された第２突出部（接合片）に生じるスプリングバック量（軸方向の伸長変形量）を、他の第２突出部（接合片）に生じるそれよりも大きくすることができる。そのため、接合片の形成後に別途の矯正加工を施さずとも、全ての接合片の自由端の軸方向位置を一致させることが可能となる。従って、ステータコアの径方向で隣り合う２つのセグメントコイル（の接合片）を精度良く接合することができる。

上記構成を有する本発明のモータステータは、傾斜部の曲げ起点の形成を補助する補助部材をさらに備えるものとしても良い。このようにすれば、傾斜部の曲げ起点の形成位置を精度良くコントロールすることができるので、接合部の形成精度を高める上で有利となる。

以上より、本発明によれば、別途の矯正加工を実施せずとも、ステータコアの径方向で隣り合う２つのセグメントコイルを精度良く接合することが可能となる。そのため、信頼性や回転精度に優れたモータを低コストに提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係るモータステータを径方向内側から見たときの部分概略斜視図である。（ａ）図は、セグメントコイルの平面図、（ｂ）図は、（ａ）図のＰ−Ｐ線矢視断面図である。図１に示すモータステータを径方向外側から見たときの部分概略側面図である。図１等に示すモータステータの製造工程に含まれる捻り工程の初期段階を示す部分概略側面図である。捻り工程の途中段階を示す部分概略側面図である。変形例に係る捻り工程の途中段階を示す部分概略側面図である。（ａ）図は、動力線形成工程が終了した時点でのモータステータ（ステータアセンブリ）の部分概略側面図、（ｂ）図は、（ａ）図のＰ−Ｐ線矢視概略断面図である。従来技術の問題点を説明するための図であり、（ａ）図は、絶縁処理前の状態を示す部分概略斜視図、（ｂ）図は、絶縁処理後の状態を示す部分概略斜視図である。従来技術の問題点を説明するための図であり、捻り工程が終了した時点でのモータステータ（ステータアセンブリ）の部分概略側面図である。

本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、以下の説明で方向性を示すために使用する「軸方向」、「径方向」および「周方向」とは、それぞれ、円筒状のステータコアの軸方向、径方向および周方向である。図１等には、図７等と同様に、「軸方向」、「径方向」および「周方向」を、それぞれ矢印Ｘ、矢印Ｙおよび矢印Ｚで示している。

図１は、本発明の実施形態に係るモータステータ１を径方向内側から見たときの部分概略斜視図である。同図に示すモータステータ１は、例えば、ハイブリッド車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などといった電動車両の駆動用モータ（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相を有する三相交流モータ）に組み込んで使用されるものであり、円筒状のステータコア２と、ステータコイル３（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータコイル）とを備える。

ステータコア２は、例えば、円環状の電磁鋼板を複数枚積層することにより、あるいは、磁性粉末の圧粉体を焼成することにより円筒状に形成される。ステータコア２には、その内周面に開口して径方向に延びる複数のスロット２ａが周方向所定間隔で形成されている。

ステータコイル３は、互いに導通不能な状態でステータコア２に装着された複数のセグメントコイル４を電気的に接合することで形成される。図２（ａ）（ｂ）に示すように、各セグメントコイル４は、横断面が矩形状をなした導線５およびその周囲を被覆する絶縁皮膜６からなる一本の平角線を、一対の直線状脚部４ａおよびこれらを繋ぐ山部４ｂからなるＵ字状に曲げ加工することで得られる。各セグメントコイル４は、径方向Ｙで隣接するセグメントコイル４との電気的な接合状態を実現するため、一対の直線状脚部４ａの自由端４ａ１に導線５を露出させた状態でステータコア２に装着される。径方向Ｙで隣り合う２つのセグメントコイル４を電気的に接合した接合部は、例えば、接合部に付着させた溶融樹脂を硬化させることにより、あるいは、接合部上に堆積させた絶縁性粉末を焼成することにより得られた絶縁層７（図１参照）で被覆される。

セグメントコイル４は、ステータコア２の各スロット２ａに同数かつ偶数本（図１では１０本）の直線状脚部４ａが挿入されるようにステータコア２に装着される。各セグメントコイル４の一対の直線状脚部４ａは、それぞれ互いに異なるスロット２ａに挿入され、スロット２ａに挿入された各直線状脚部４ａの自由端４ａ１側の一部領域は、ステータコア２の一端面２ｂから軸方向外側（同図では上側）に突出する。

各セグメントコイル４の一対の直線状脚部４ａをステータコア２の一端面２ｂから軸方向外側に突出させることにより設けられた複数の突出部８（図４参照）は、図３に示す動力線９、あるいは接合片１０に変形させられる。動力線９は、ステータコイル３と図示外の動力電源とを電気的に接続するための部位であり、接合片１０は、径方向Ｙで隣り合う２つのセグメントコイル４を電気的に接合するための部位である。

動力線９は、複数の突出部８の中から選択された一部の突出部、より詳細には、最も径方向外側に配置された複数の突出部８の中から選択された一部の突出部（第１突出部８Ａ）の自由端側を径方向外側に曲げ変形（Ｌ字状に曲げ変形）させることにより得られる。図示は省略するが、動力線９は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータコイル３のそれぞれに設けられることから、計３本形成される。

接合片１０は、軸方向Ｘに沿って延びる付け根部１１と、軸方向Ｘに対して傾斜した傾斜部１２と、付け根部１１とは異なる周方向位置で軸方向Ｘに沿って延び、自由端側に導線５が露出した接合用端部１３とからなり、複数の突出部８のうち、動力線９の形成用突出部（第１突出部８Ａ）以外の全ての突出部（第２突出部８Ｂ）に捻り加工を施すことにより得られる。ここでいう捻り加工とは、第２突出部８Ｂを周方向Ｚの一方側に捻りながら軸方向Ｘに圧縮する加工であり、図４および図５に示す捻り治具３０およびカフサ３１を用いて実行される。

捻り加工は、ステータコア２の外周側から数えて奇数番目の第２突出部８Ｂを周方向一方側に捻る一方、ステータコア２の外周側から数えて偶数番目の第２突出部８Ｂを周方向他方側に捻るようにして行われる。そのため、径方向Ｙで隣り合う２つの接合片１０に設けられる傾斜部１２の傾斜方向は、互いに反対方向となっている（図１参照）。

ところで、本発明は、動力線９と同心円上に配置される接合片１０、つまりここでは最も径方向外側に配置された接合片１０（ステータコア２の外周側から数えて１番目の接合片１０）の形状に工夫を凝らした点に特徴がある。そのため、以下で説明する捻り加工の実施態様は、最も径方向外側に配置された（複数の）第２突出部８Ｂに対して施される捻り加工に関するものである。

図４に示す捻り治具３０は、全体として円筒状をなし、複数のセグメントコイル４が装着されたステータコア２と同軸に配置されている。捻り治具３０は、ステータコア２の中心軸回りに回転可能であると共に、ステータコア２に対する接近および離反移動（軸方向Ｘに沿う方向の往復動）が可能である。捻り治具３０には、ステータコア２の一端面２ｂと対向する側の端部（下端）に開口した凹部３０ａが設けられ、凹部３０ａは、周方向Ｚに相互に離間した複数箇所（少なくとも捻り加工を施すべき第２突出部８Ｂの本数と同数）に設けられている。凹部３０ａには、第２突出部８Ｂの自由端側一部領域（接合用端部１３の形成予定領域）が収容される。

図４に示すカフサ３１は、接合片１０に設けるべき傾斜部１２の形成を補助する補助部材として機能するものであり、ステータコア２の一端面２ｂ上に配置される。カフサ３１は、それぞれが第２突出部８Ｂの基端部の周方向一方側（捻り治具３０の回転方向前方側であり、図４および図５の紙面右側）に隣接配置される第１凸部３２および第２凸部３３を有する。

第１凸部３２と第２凸部３３は、高さ寸法（捻り治具３０をステータコア２の中心軸回りに周方向一方側に回転させたときに第２突出部８Ｂと当接するアール部３４の軸方向位置）が互いに異なる。第２凸部３３は、動力線９の周方向他方側に隣接配置された第２突出部８Ｂ（以下、これを他の第２突出部８Ｂと区別するため「第２突出部８Ｂ’」という）の基端部の周方向一方側に隣接配置され、そのアール部３４は第１凸部３２のそれよりも低位に位置している。一方、第１凸部３２は、上記第２突出部８Ｂ’以外の第２突出部８Ｂの基端部の周方向一方側に隣接配置され、そのアール部３４は第２凸部３３のそれよりも高位に位置している。

上記態様で捻り治具３０およびカフサ３１をセットした後、図４中に黒塗り矢印で示すように、捻り治具３０をステータコア２の中心軸回りに周方向一方側に回転させつつ、図５中に黒塗り矢印で示すように、捻り治具３０をステータコア２に対して接近移動させる。これに伴い、各第２突出部８Ｂは、その長手方向に離間した二箇所を起点として曲げ変形させられる。そして、捻り治具３０をステータコア２に対して離反移動させ（捻り治具３０を上昇移動させ）、捻り治具３０から各第２突出部８Ｂに対して付与されていた軸方向の圧縮力を解放すると、各第２突出部８Ｂがスプリングバック（軸方向に伸長変形）し、その結果、軸方向Ｘに沿って延びる付け根部１１と、軸方向Ｘに対して傾斜した傾斜部１２と、付け根部１１とは異なる周方向位置で軸方向Ｘに沿って延び、自由端側に導線５が露出した接合用端部１３とからなる接合片１０（図３参照）が得られる。

以上で説明した捻り加工の終了後、カフサ３１は、ステータコア２から取り外しても良いし、ステータコア２にそのまま装着しておいても良い。なお、図１に示すモータステータ１においては、カフサ３１を取り外している。

本実施形態では、上記構成のカフサ３１を用いて捻り加工を実行していることから、複数の第２突出部８Ｂのうち、動力線９の周方向他方側に隣接配置された第２突出部８Ｂ’に捻り加工を施すことにより得られる接合片１０（１０Ｂ）の形状が、他の第２突出部８Ｂに捻り加工を施すことにより得られる他の接合片１０（１０Ａ）の形状とは異なるものとなる。具体的には、図３に示すように、接合片１０Ｂの傾斜部１２の曲げ起点１４が、他の接合片１０Ａの傾斜部１２の曲げ起点１４よりも低位（ステータコア２の一端面２ｂに近い位置）に位置し、接合片１０Ｂを構成する傾斜部１２の軸方向Ｘに対する傾斜角θ₂が、他の接合片１０Ａを構成する傾斜部１２の軸方向Ｘに対する傾斜角θ₁よりも大きくなる。

これは、第２突出部８Ｂ’の周方向一方側に隣接配置された第２凸部３３の高さ寸法が、他の第２突出部８Ｂの周方向一方側に隣接配置された第１凸部３２の高さ寸法よりも小さく設定されている関係上、捻り治具３０を周方向一方側に回転させつつステータコア２に接近移動させたときに第２突出部８Ｂ’に付与される軸方向の圧縮力（圧縮量）を、他の第２突出部８Ｂに付与される軸方向の圧縮量よりも大きくすることができるので、軸方向の圧縮力が解放されるのに伴って生じるスプリングバック量が、第２突出部８Ｂ（接合片１０Ａ）よりも第２突出部８Ｂ’（接合片１０Ｂ）の方が大きくなるからである。これにより、動力線９の周方向他方側に隣接配置される接合片１０Ｂの接合用端部１３の軸方向位置を、図９に示す場合よりも上側にシフトさせることができるので、接合片１０Ｂに別途の矯正加工等を施さずとも、接合片１０Ｂの接合用端部１３の軸方向位置と、接合片１０Ａの接合用端部１３の軸方向位置とを一致させることができる。従って、径方向Ｙで隣り合う２つのセグメントコイル４（接合片１０の接合用端部１３）を電気的に接合するための接合部を、精度良くかつ低コストに形成することができる。

上記態様で捻り加工（曲げ加工）を実施すると、圧縮応力が集中する傾斜部１２の曲げ起点１４に肉の盛り上がりが生じる。従って、本発明でいう「傾斜部の曲げ起点」とは、付け根部１１と傾斜部１２との間に形成された肉の盛り上がりによって容易に把握することができる。

以上、本発明の実施形態に係るモータステータ１およびその製造方法について説明を行ったが、本発明は、以上で説明した実施形態に限定適用されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。

例えば、カフサ３１としては、図６に示すように、第２突出部８Ｂ’の基端部の周方向一方側に隣接配置される第２凸部３３の端面（捻り加工時に、第２突出部８Ｂ’のうち傾斜部１２の形成予定領域と接触する面）が、軸方向Ｘに対して傾斜したテーパ面で構成されたものを用いても良い。この場合、上記テーパ面の傾斜角を適正に設定しておけば、所望の傾斜角を有する傾斜部１２、ひいては接合用端部１３の軸方向位置が適正な接合片１０Ｂを形成可能とする上で有利となる。

１モータステータ
２ステータコア
２ａ一端面
３ステータコイル
４セグメントコイル
４ａ直線状脚部
５導体
７絶縁層
８突出部
８Ａ第１突出部
８Ｂ第２突出部
９動力線
１０接合片
１１付け根部
１２傾斜部
１３接合用端部
１４曲げ起点
３０捻り治具
３１カフサ
３２第１凸部
３３第２凸部
３４アール部

Claims

円筒状のステータコアと、該ステータコアに装着された平角線からなる複数のセグメントコイルを電気的に接合することで形成されたステータコイルとを備え、
各セグメントコイルを構成する一対の直線状脚部の自由端側一部領域をステータコアの一端面から軸方向外側に突出させることにより設けられた複数の突出部のうち、第１突出部をステータコアの径方向外側に曲げ変形させることにより、ステータコイルと動力電源を電気的に接続する動力線が形成され、
前記複数の突出部のうち、前記第１突出部と同心円上に配置された前記第１突出部以外の第２突出部をステータコアの周方向一方側に捻りながら軸方向に圧縮して曲げ変形させることにより、ステータコアの径方向で隣り合う２つのセグメントコイルを電気的に接合するための接合片が形成され、該接合片が、ステータコアの軸方向に対して傾斜した傾斜部を有するモータステータにおいて、
前記動力線の周方向一方側および他方側に隣接配置された２つの前記接合片のうち、周方向他方側に隣接配置された接合片の傾斜部の曲げ起点が、他の接合片の傾斜部の曲げ起点よりもステータコアの一端面に近い位置にあることを特徴とするモータステータ。