JP2023004768A - Manufacturing method of stator for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機のステータの製造方法 The present invention relates to a method for manufacturing a stator for a rotating electric machine.
回転電機のステータとして、多数のU字形状のセグメントコイルを用いたものが公知である。例えば、下記の特許文献1に示されているステータの製造方法は、ステータコアに設けられたスロットにセグメントコイルを挿入する工程と、スロットに挿入されたセグメントコイルのうち、ステータコアから軸方向一方側に突出した部分を円周方向に捻る工程と、円周方向に捻られたセグメントコイルの端部同士を溶接する工程と、セグメントコイルとステータコアとの間の隙間にワニスを含侵させて硬化させる工程とを有する。 2. Description of the Related Art As a stator for a rotating electric machine, a stator using a large number of U-shaped segment coils is known. For example, the method of manufacturing a stator disclosed in Patent Document 1 below includes a step of inserting segment coils into slots provided in a stator core; A step of twisting the projecting portion in the circumferential direction, a step of welding the ends of the segment coil twisted in the circumferential direction, and a step of impregnating and hardening the gap between the segment coil and the stator core with varnish. and
また、下記の特許文献2に示された回転電機では、ステータコア(固定子鉄心)が、同軸に配された3つの分割コア(分割鉄心)を有する。ステータのスロットにセグメントコイルを挿入した後、軸方向中央の分割コアを、軸方向両端の分割コアに対して相対回転させて、各分割コアをセグメントコイルに接触させている。これにより、ステータコアとセグメントコイルとの間の良好な熱伝導性を確保することができる、とされている。
Further, in a rotating electrical machine disclosed in
ところで、上記特許文献1に示されたステータの製造方法において、ステータコアのスロットにセグメントコイルを挿入した後、セグメントコイルとステータコアとの間の隙間にワニスを含侵・硬化させるまでの間は、セグメントコイルはステータコアに固定されていない。このため、セグメントコイルを挿入後、ワニスを含侵・硬化させるまでの間に行われる工程(例えば、セグメントコイルを周方向に捻る工程)では、治具等によりセグメントコイル及びステータコアを保持する必要があるため、手間がかかる。 By the way, in the stator manufacturing method disclosed in Patent Document 1, after inserting the segment coils into the slots of the stator core, until the gap between the segment coils and the stator core is impregnated with varnish and hardened, the segment The coil is not fixed to the stator core. Therefore, it is necessary to hold the segment coil and stator core with a jig or the like in the process (for example, the process of twisting the segment coil in the circumferential direction) that is performed after the segment coil is inserted and before the varnish is impregnated and hardened. It is time consuming because
例えば、上記特許文献2に示されているように、ステータコアを複数の分割コアで形成し、これらを相対回転させてセグメントコイルに周方向から押し付ければ、セグメントコイルをステータコアに固定することができる。しかし、同文献に記載の方法では、各分割コアに設けられた被連結部(貫通孔あるいは凹部)に連結部材を挿入することにより、各分割コアを周方向に所定量回転させている。この場合、被連結部及び連結部材の寸法によって分割コアの回転量が決まるため、被連結部及び連結部材の寸法のばらつきにより各分割コアの回転量が変化する。このため、各分割コアをセグメントコイルに押し付ける力が製品ごとに異なり、ステータコアとセグメントコイルとの固定力が不安定となるため、ステータの品質にばらつきが生じる。
For example, as shown in
そこで、本発明の目的は、ステータコアとセグメントコイルとを安定した状態で固定することで、ステータの品質を安定させることにある。 Accordingly, an object of the present invention is to stabilize the quality of the stator by fixing the stator core and the segment coils in a stable state.
上記の目的を達成するためになされた本発明は、複数の分割コアを軸方向に並べて、複数のティース及びその周方向間に形成された複数のスロットを有するステータコアを形成する工程と、前記スロットにセグメントコイルを挿入する工程と、複数の分割コアを相対回転させて、前記スロットに挿入された前記セグメントコイルに前記分割コアを周方向から押し付ける工程とを有するステータの製造方法であって、前記複数の分割コアの相対回転量をトルクによって管理することを特徴とする。 In order to achieve the above objects, the present invention provides a step of arranging a plurality of split cores in an axial direction to form a stator core having a plurality of teeth and a plurality of slots formed between the teeth in the circumferential direction; and a step of relatively rotating a plurality of split cores to press the split cores against the segment coils inserted in the slots from the circumferential direction, the method comprising: It is characterized by managing the amount of relative rotation of the plurality of split cores by means of torque.
このように、本発明では、複数の分割コアの相対回転量をトルクによって管理する。すなわち、複数の分割コアを相対回転させてセグメントコイルに押し付け、このときのトルクが所定値に達したら、複数の分割コアの相対回転を停止する。これにより、各部品の寸法精度によらずに、各分割コアをセグメントコイルに一定の力で押し付けることができる。 Thus, in the present invention, the amount of relative rotation of a plurality of split cores is managed by torque. That is, the plurality of split cores are relatively rotated and pressed against the segment coil, and when the torque at this time reaches a predetermined value, the relative rotation of the plurality of split cores is stopped. As a result, each split core can be pressed against the segment coil with a constant force regardless of the dimensional accuracy of each part.
上記の方法では、前記ステータコアのティースの軸方向一方の端面を加締めることにより、前記ティースの軸方向一方の端部を周方向に突出させて前記セグメントコイルを押圧することができる。これにより、ステータコアの軸方向一方の端部にセグメントコイルを確実に固定することができる。 In the above method, by crimping one axial end face of the tooth of the stator core, one axial end of the tooth can be protruded in the circumferential direction to press the segment coil. Thereby, the segment coil can be reliably fixed to one axial end of the stator core.
以上のように、本発明の製造方法によれば、分割コアをセグメントコイルに一定の力で押し付けることができるため、これらを安定した状態で固定して、ステータの品質を安定させることができる。 As described above, according to the manufacturing method of the present invention, the split cores can be pressed against the segment coils with a constant force, so that they can be stably fixed and the quality of the stator can be stabilized.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示す回転電機1は、例えば電気自動車(ハイブリッド車等を含む)の電動機又は発電機として用いられるものである。回転電機1は、三相ブラシレスモータであり、ステータ2と、ロータ3と、回転軸4と、ケース5とを備える。ステータ2は、ステータコア6及びコイル7を有し、ケース5の内周に固定される。ロータ3は、ロータコア8及びマグネット9を有し、回転軸4の外周に固定される。ロータ3の外周面(図示例では、マグネット9の外周面)と、ステータ2の内周面(図示例では、ステータコア6のティース6bの内周面)とが、微小な半径方向隙間を介して対向している。回転軸4は、ベアリング10を介してケース5に取り付けられる。ステータ2のコイル7に通電することにより、ロータ3及び回転軸4が一体に回転する。
A rotary electric machine 1 shown in FIG. 1 is used, for example, as an electric motor or generator for an electric vehicle (including a hybrid vehicle). A rotating electric machine 1 is a three-phase brushless motor and includes a
ステータコア6は、図2に示すように、円筒部6aと、円筒部6aから内径側に突出した複数のティース6bとを有する。隣接するティース6bの間にはスロット6cが設けられる。ステータコア6は、同軸上で軸方向に並べて配された複数の分割コア61を有し、好ましくは3つ以上の分割コア61を有する。本実施形態のステータコア6は、図3に示すように、3つの分割コア61を有する。各分割コア61は、例えば、複数の電磁鋼板を軸方向に積層してなる積層鋼板で形成される。この他、各分割コア61を圧粉磁心で形成してもよい。各分割コア61は、円筒部61a、ティース61b、及びスロット61cを有する。3つの分割コア61の円筒部61a、ティース61b、及びスロット61cで、それぞれステータコア6の円筒部6a、ティース6b、及びスロット6cが形成される。
The
以下、本発明の一実施形態に係るステータ2の製造方法を説明する。
A method of manufacturing the
まず、鋼板を所定形状に打ち抜いて複数のブランク材を形成し、複数のブランク材を積層して分割コア61を形成する。本実施形態では、複数の分割コア61が同一形状であるため、各分割コア61は、同一形状のブランク材を同一枚数積層して形成される。この場合、ブランク材の打ち抜き金型が一種類で済むため、複数種類の金型を用いる場合と比べて製造コストが低減される。
First, a plurality of blanks are formed by punching a steel plate into a predetermined shape, and the
ところで、ブランク材の素材となる鋼板は、厚さが完全に均一ではなく、ロットごとに僅かな厚さの傾斜があることが多い。このため、ブランク材を積層して分割コア61を形成すると、各ブランク材の厚さの傾斜が累積されて、分割コア61の厚さ(軸方向寸法)に傾斜が生じる。本実施形態では、複数の分割コア61を形成するブランク材が、同一金型により同じロットの鋼板から形成されるため、各分割コア61の厚さの傾斜の傾向が同じになる。従って、複数の分割コア61の位相をずらして積層することで、具体的には、3つの分割コア61の位相を120°ずつずらすことで、各分割コア61の厚さの傾斜を相殺することができる。
By the way, the steel plate, which is the material of the blank material, is not completely uniform in thickness, and often has a slight inclination in thickness from lot to lot. Therefore, when blank members are laminated to form the
また、鋼板から打ち抜かれたブランク材の端部には、軸方向(ブランク材の厚さ方向と直交する方向)に突出したバリが生じる。本実施形態では、バリの突出方向が同じになるように(例えば、全てのブランク材のバリが下向きに突出するように)、ブランク材の向き(表裏)を揃えて積層される。これにより、隣接するブランク材のバリ同士の干渉を回避して、ブランク材を均一に積層することができる。 In addition, burrs projecting in the axial direction (direction perpendicular to the thickness direction of the blank) are generated at the ends of the blank that is punched from the steel plate. In this embodiment, the blanks are stacked with the direction (front and back) aligned so that the burrs protrude in the same direction (for example, the burrs of all the blanks protrude downward). As a result, interference between burrs of adjacent blanks can be avoided, and the blanks can be uniformly laminated.
次に、3つの分割コア61を軸方向に並べて、ステータコア6を形成する。このとき、隣接する分割コア61を接触させ、各分割コア61のティース61bの周方向位置を揃えて配置する(図4参照)。軸方向に並べた3つの分割コア61の円筒部61a、ティース61b、及びスロット61cにより、それぞれステータコア6の円筒部6a、ティース6b、及びスロット6cが形成される。このとき、3つの分割コア61は、周方向に相対回転可能な状態で保持される。そして、3つの分割コア61のうち、何れか1つあるいは複数の分割コア61が固定され、その他の分割コア61が駆動手段に連結される。本実施形態では、図4の上側の分割コア61(以下、第1分割コア61A)と下側の分割コア61(以下、第3分割コア61C)とを固定し、中央の分割コア61B(以下、第2分割コア61B)が駆動手段に取り付けられる。
Next, the
次に、ステータコア6のスロット6cにセグメントコイル71を挿入する。セグメントコイル71は、図5に示すように、一対の平行な直線状の脚部71aと、一対の脚部71aの端部同士を連結する連結部71bとを有する略U字形状を成している。セグメントコイル71は、例えば、表面が絶縁被膜で覆われた導体からなる平角線で形成される。セグメントコイル71の端部には、絶縁被膜が除去されて導体が露出した露出部71cが設けられる。セグメントコイル71の一対の脚部71aをステータコア6の異なるスロット6cに挿入し、各脚部71aの先端をスロット6cから軸方向に突出させる(図6参照)。
Next, the segment coils 71 are inserted into the
全てのセグメントコイル71をステータコア6のスロット6cに差し込んだ後、隣接する分割コア61を軸心周りに相対回転させる。ステータコア6が3つ以上の分割コア61を有する場合、何れかの分割コア61と、その軸方向両側に配された一対の分割コア61とを相対回転させる。本実施形態では、第1分割コア61A及び第3分割コア61Cを固定した状態で、第2分割コア61Bを周方向一方(図中左側)に回転させる。これにより、図7に示すように、第2分割コア61Bのティース61bによりセグメントコイル71が周方向一方側に押し込まれ、第1分割コア61A及び第3分割コア61Cのティース61bに当接する。
After inserting all the segment coils 71 into the
さらに第2分割コア61Bを回転駆動することで、駆動手段の駆動力(トルク)により、第2分割コア61Bのティース61bがセグメントコイル71に周方向他方側(図中右側)から押し付けられると共に、第1分割コア61A及び第3分割コア61Cのティース61bがセグメントコイル71に周方向一方側(図中左側)から押し付けられる。そして、第2分割コア61Bを回転駆動する駆動手段のトルクが所定値に達したら、第2分割コア61Bの回転を停止して、その位置で第2分割コア61Bを保持する。尚、図6及び図7では、理解しやすいように、セグメントコイル71と各分割コア61のティース61bとの間の周方向隙間や各分割コア61の回転量を誇張して示している(後述する図8~図11も同様)。
Further, by rotationally driving the
以上のように、分割コア61A、61B、61Cの相対回転量、本実施形態では第2分割コア61Bの回転量を、駆動手段のトルクで管理することにより、各分割コア61A、61B、61Cのティース61bが一定の力(トルク)でセグメントコイル71に押し付けられる。これにより、セグメントコイル71がステータコア6に安定した力で固定されるため、ステータ2の品質を安定させることができる。
As described above, the amount of relative rotation of the
こうして、各分割コア61A、61B、61Cを所定の力でセグメントコイル71に押し付けた状態で、複数の分割コア61A、61B、61Cを互いに固定する。固定方法は特に限定されず、例えば溶接、接着、機械的手段等を採用できる。溶接により固定する場合は、例えば、ステータコア6の外周面のうち、隣接する分割コア61の境界を溶接する。接着により固定する場合は、例えば、隣接する分割コア61の端面を接着固定する。機械的手段により固定する場合は、例えば、ボルト及びナットにより、複数の分割コア61からなるステータコア6全体を軸方向両側から挟持する。
Thus, the plurality of
その後、セグメントコイル71の脚部71aのうち、ステータコア6のスロット6cから軸方向一方(図7の上方)に突出した部分を、周方向一方あるいは他方に傾斜させるように捻る(成形工程)。これにより、周方向一方に捻られた脚部71aの露出部71cと、周方向他方に捻られた脚部71aの露出部71cとを半径方向で隣接させる。その後、半径方向で隣接する各脚部71aの露出部71c同士を溶接して、U相、V相、W相のコイルを形成する(溶接工程)。これらの成形工程や溶接工程を行うにあたり、各分割コア61のティース61bがセグメントコイル71に周方向から押し付けられてセグメントコイル71とステータコア6とが固定されていることにより、セグメントコイル71を支持する治具等が不要となるため、工程が簡略化される。
After that, the portion of the
その後、コイル7にワニスを含浸・硬化させる。従来のステータでは、ステータコアとコイルとを固定するために、ステータコイルのスロット内までワニスを含浸させていた。この場合、ワニスを硬化させるためにステータコイルの内部まで十分に加熱する必要があるため、バッチ炉等の大型の加熱炉を要していた。これに対し、本発明では、上記のように、各分割コア61のティース61bをセグメントコイル71に周方向から押し付けることでセグメントコイル71とステータコア6とが固定されているため、スロット6c内へのワニスの含浸を省略できる。従って、例えば、コイル7のうち、スロット6cから突出した部分、すなわち、ステータコア6の軸方向両側に配された部分のみにワニスを含浸させればよい。この場合、コイル7のうち、ステータコア6から外部に露出した部分のみを加熱すればよいため、放射熱等による簡素な加熱設備で足り、省エネルギー、省スペースが図られる。尚、スロット6c内のコイル7にもワニスを含浸させれば、コイル7とステータコア6との固定力がさらに高められる。また、コイル7にワニスを含浸させる必要が無ければ、ワニス含浸工程を省略してもよい。
After that, the
本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については説明を省略する。 The invention is not limited to the above embodiments. Other embodiments of the present invention will be described below, but descriptions of the same points as those of the above-described embodiments will be omitted.
複数の分割コア61を相対回転させる手順は上記の実施形態に限られない。例えば、図6に示すようにステータコア6のスロット6cにセグメントコイル71を挿入した後、第2分割コア61Bを固定した状態で、第1、第3分割コア61A、61Cを周方向他方側(図中右側)に回転させることにより、図7に示すように各分割コア61A、61B、61Cをセグメントコイル71に押し付けてもよい。このとき、第1、第3分割コア61A、61Cを同時に回転させれば、これらを共通の駆動手段で回転させることができるため、装置が簡素化される。
The procedure for relatively rotating the plurality of
また、複数の分割コア61を一つずつ回転させてもよい。例えば、図6に示すようにステータコア6のスロット6cにセグメントコイル71を挿入した後、第2分割コア61Bを固定すると共に、第1、第3分割コア61A、61Cをそれぞれ別個の駆動手段に連結する。そして、第1分割コア61Aを停止させた状態で、第3分割コア61Cを周方向他方側(図中右側)に回転させる。これにより、図8に示すように、セグメントコイル71が第3分割コア61Cのティース61bで周方向他方側に押し込まれ、第2分割コア61Bのティース61bに当接する。そして、第3分割コア61Cを回転駆動する駆動手段のトルクが所定値に達したら、第3分割コア61Cの回転を停止して、その位置で第3分割コア61Cを保持する。
Alternatively, the plurality of
次に、第3分割コア61Cを停止させた状態で、第1分割コア61Aを周方向他方側(図中右側)に回転させる。これにより、図7に示すように、第1分割コア61Aのティース61bがセグメントコイル71に押し付けられる。そして、第1分割コア61Aを回転駆動する駆動手段のトルクが所定値に達したら、第1分割コア61Aの回転を停止して、その位置で第1分割コア61Aを保持する。
Next, while the
以上のように、駆動手段に連結された第1、第3分割コア61A、61Cを一つずつ回転させてそれぞれのトルクを管理することにより、各分割コア61A、61Cのティース61bをセグメントコイル71に押し付ける力を高精度に管理することができる。
As described above, the first and
ところで、図7に示す状態では、第1分割コア61Aの各ティース61bの周方向他方側の側面(図中右側面)はセグメントコイル71に押し付けられているが、各ティース61bの周方向一方側の側面(図中左側面)とセグメントコイル71との間には周方向の隙間がある。そこで、図9に示すように、ステータコア6の端面を加締めて、各ティース61bとセグメントコイル71との間の隙間を埋めてもよい。図示例では、第1分割コア61Aの各ティース61bの上面のうち、周方向一方側(図中左側)の端部近傍に加締め部61dを形成している。これにより、第1分割コア61Aのティース61bの上端に、周方向一方側に突出した突出部61eが形成される。この突出部61eをセグメントコイル71に押し付けることで、セグメントコイル71をより強固に固定することができる。さらに、第1分割コア61Aのティース61bの上面の周方向他方側の端部近傍にも加締め部61dを形成すれば、セグメントコイル71の固定力がさらに高められる(図示省略)。
By the way, in the state shown in FIG. 7, the side surface (the right side surface in the figure) on the other side in the circumferential direction of each
以上の実施形態では、複数の分割コア61の軸方向寸法が等しい場合を示したが、これに限らず、分割コア61の軸方向寸法を異ならせてもよい。例えば図10に示す実施形態では、中央の第2分割コア61Bの軸方向寸法を、その軸方向両側の第1、第3分割コア61A、61Cの軸方向寸法よりも大きくしている。隣接する分割コア61の境界付近では、セグメントコイル71が周方向両側のティース61bで挟持されるため、他の軸方向領域よりも固定力が大きくなる。図10に示すように、中央の分割コア61Bの軸方向寸法を大きくすれば、隣接する分割コア61との境界、すなわち、固定力が大きくなる部分が軸方向に離間するため、セグメントコイル71がステータコア6に対してがたつきにくくなる。
In the above embodiment, the case where the axial dimensions of the plurality of
また、図11に示すように、上側の分割コア61Aの軸方向寸法を、他の分割コア61B、61Cの軸方向寸法よりも大きくしてもよい。この場合、隣接する分割コア61の境界、すなわち、固定力が大きくなる部分が、下方に偏った位置に配されるため、セグメントコイル71とステータコア6の上端との固定が不安定となる恐れがある。そこで、図11に示すように、ステータコア6の各ティース6bの上面に加締め部61dを設けることで、各ティース6bの上端に周方向の突出部61eを形成し、この突出部61eをセグメントコイル71に押し付けることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 11, the axial dimension of the
ところで、複数の分割コア61を別個の駆動手段で回転駆動する場合、各分割コア61をセグメントコイル71に押し付けるトルクの大きさは、同じであってもよいし、異ならせてもよい。例えば、図10や図11に示す実施形態のように、複数の分割コア61の軸方向寸法が異なる場合、分割コア61の軸方向寸法に比例して、分割コア61をセグメントコイル71に押し付けるトルクを大きくしてもよい。
By the way, when the plurality of
以上の実施形態では、分割コア61のティース61bをセグメントコイル71に直接押し付けた場合を示したが、これに限らず、例えば絶縁紙等を介して押し付けてもよい。
In the above embodiment, the case where the
以上の実施形態では、複数の分割コア61を相対回転させた後、これらを溶接等により固定した場合を示したが、これに限らず、先に複数の分割コア61を固定してから、これらを相対回転させてもよい。具体的には、例えば、複数の分割コア61を軸方向に並べて、ティース61bの周方向位置を揃えた状態で、これらを溶接等により固定する。こうして複数の分割コア61を一体化した状態で、スロット6cにセグメントコイル71を挿入することにより、セグメントコイル71の挿入が容易化される。その後、複数の分割コア61の固定部(例えば、溶接部)を塑性変形させながら、複数の分割コア61を相対回転させる。その後、必要であれば、複数の分割コア61を溶接等によりさらに固定してもよい。
In the above embodiment, the plurality of
ステータコア6の構成は上記に限らず、例えば、分割コア61の数を2個、あるいは4個以上としてもよい。
The configuration of the
1 回転電機
2 ステータ
3 ロータ
4 回転軸
5 ケース
6 ステータコア
6a 円筒部
6b ティース
6c スロット
7 コイル
8 ロータコア
9 マグネット
61、61A、61B、61C分割コア
61a 円筒部
61b ティース
61c スロット
61d 加締め部
61e 突出部
71 セグメントコイル
1 Rotary
Claims (2)
前記スロットにセグメントコイルを挿入する工程と、
複数の分割コアを相対回転させて、前記スロットに挿入された前記セグメントコイルに前記分割コアを周方向から押し付ける工程とを有するステータの製造方法であって、
前記複数の分割コアの相対回転量をトルクによって管理することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。 A step of arranging a plurality of split cores in the axial direction to form a stator core having a plurality of teeth and a plurality of slots formed between the teeth in the circumferential direction;
inserting a segment coil into the slot;
A stator manufacturing method comprising a step of relatively rotating a plurality of split cores to press the split cores against the segment coils inserted in the slots in the circumferential direction,
A method of manufacturing a stator for a rotary electric machine, wherein the amount of relative rotation of the plurality of split cores is controlled by torque.
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