JP2024070962A - Manufacturing method of coil segment - Google Patents

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Abstract

【課題】コイルセグメントの抵抗値の増大を抑制する。【解決手段】実施形態に係るコイルセグメントの製造方法は、コイル線を曲げて、曲げ部分を形成する工程と、前記曲げ部分に金属粉を配置した状態で圧縮して、前記金属粉を前記曲げ部分に塑性流動結合させる工程とを含む。コイル線の曲げ部分に凝着部を形成することで、曲げ部分の断面積を十分確保することができ、電気抵抗の増大を防ぎ、電費を向上させることが可能となる。また、非加熱で加工されるため、コイル線の酸化を防ぐことができる。【選択図】図1[Problem] Suppressing an increase in the resistance value of a coil segment. [Solution] A manufacturing method for a coil segment according to an embodiment includes the steps of bending a coil wire to form a bent portion, and compressing the bent portion with metal powder placed thereon, thereby plastically flow bonding the metal powder to the bent portion. By forming an adhesion portion at the bent portion of the coil wire, a sufficient cross-sectional area of the bent portion can be secured, preventing an increase in electrical resistance and improving power consumption. In addition, because the processing is performed without heating, oxidation of the coil wire can be prevented. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、コイルセグメントの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing coil segments.

特許文献1には、コイル線を略U字形に曲げたコイルセグメントをステータコアのスロットに挿入した後に、コイルセグメントの先端を曲げ加工して、所定の先端同士を結合することで回転電機を製造する方法が開示されている。 Patent document 1 discloses a method for manufacturing a rotating electric machine by inserting coil segments, in which coil wire is bent into an approximately U-shape, into slots in a stator core, then bending the ends of the coil segments and joining predetermined ends together.

特開2003-143791号公報JP 2003-143791 A

コイル線を曲げてコイルセグメントを作成する場合、曲げ部分の板厚が減少するため、コイルセグメントの抵抗値が増大するおそれがある。 When creating a coil segment by bending coil wire, the plate thickness at the bent portion decreases, which may increase the resistance of the coil segment.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、コイルセグメントの抵抗値の増大を抑制することが可能なコイルセグメントの製造方法を提供することである。 The present invention was made in consideration of these problems, and the object of the present invention is to provide a manufacturing method for coil segments that can suppress an increase in the resistance value of the coil segments.

本発明の一態様に係るコイルセグメントの製造方法は、コイル線を曲げて、曲げ部分を形成する工程と、前記曲げ部分に金属粉を配置した状態で圧縮して、前記金属粉を前記曲げ部分に塑性流動結合させる工程とを含む。 A method for manufacturing a coil segment according to one embodiment of the present invention includes a step of bending a coil wire to form a bent portion, and a step of compressing the bent portion while placing metal powder in the bent portion, thereby plastically flow bonding the metal powder to the bent portion.

本発明によれば、コイルセグメントの抵抗値の増大を抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress an increase in the resistance value of the coil segment.

実施形態に係るコイルセグメントの製造方法を説明するフロー図である。FIG. 4 is a flow diagram illustrating a method for manufacturing a coil segment according to an embodiment. 実施形態に係るコイルセグメントの製造方法を用いて製造されたコイルセグメントの一例について説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating an example of a coil segment manufactured using a coil segment manufacturing method according to an embodiment. 実施形態において用いられる塑性流動結合について説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating plastic flow bonding used in the embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For clarity of explanation, the following description and drawings have been omitted and simplified as appropriate.

実施形態は、回転電機のステータに用いられるコイルセグメントの製造方法に関する。ステータは、電磁鋼板が軸方向に積層されたステータコアと、ステータコイルとを有する。ステータコアは、環状に形成されたヨークと、ヨークの内周面から突出する複数のティースとを含む。複数のティースは、ヨークの内周面に間隔をあけて形成されており、各ティースの間には、スロットが形成されている。 The embodiment relates to a method for manufacturing a coil segment used in a stator of a rotating electric machine. The stator has a stator core in which electromagnetic steel sheets are stacked in the axial direction, and a stator coil. The stator core includes a yoke formed in an annular shape and a number of teeth protruding from the inner peripheral surface of the yoke. The multiple teeth are formed at intervals on the inner peripheral surface of the yoke, and a slot is formed between each of the teeth.

コイルセグメントは、断面が矩形状(具体的には、長方形)の平角導線を略U字形に曲げ加工したものである。この平角導線は、導電性の高い銅やアルミニウム等の金属により形成されている。ここでは、コイル線は、銅からなるものとする。 The coil segment is made by bending a rectangular conductor wire with a rectangular cross section (specifically, a rectangle) into an approximately U-shape. This rectangular conductor wire is made of a highly conductive metal such as copper or aluminum. Here, the coil wire is made of copper.

複数のコイルセグメントは、ステータコアの一方の軸方向端面からスロット内に挿入される。コイルセグメントの先端部分は、ステータコアの他方の軸方向端面から所定の長さだけ突出する。この突出部分に曲げ加工を施し、所定の先端同士を溶接等により結合することで、ステータコイルが形成される。 Multiple coil segments are inserted into the slots from one axial end face of the stator core. The tip portions of the coil segments protrude a specified length from the other axial end face of the stator core. The protruding portions are bent, and the specified tips are joined together by welding or the like to form the stator coil.

平角導線を用いたコイルセグメントの製造方法は、例えば、断面が矩形状の銅からなるコイル線をエッジワイズ曲げ加工して略U字形に形成する工程を含む。なお、「エッジワイズ曲げ加工」とは、平角導線線の断面短辺側の面を曲げることを指す。略U字形に曲げ加工する際のコイル線は、裸銅線の状態である。このようなコイル線を曲げた場合、曲げ部分にいわゆる板引けが発生する。このような板引けは、曲げ部分の肉厚の減少を引き起こし、セグメントコイルの断面積が小さくなる。 A method for manufacturing a coil segment using a rectangular conductor wire includes, for example, edgewise bending a rectangular copper coil wire into an approximately U-shape. Edgewise bending refers to bending the short side of the cross section of a rectangular conductor wire. When the coil wire is bent into an approximately U-shape, it is in the form of bare copper wire. When such a coil wire is bent, a so-called plate shrinkage occurs in the bent portion. This plate shrinkage causes a reduction in the thickness of the bent portion, reducing the cross-sectional area of the segment coil.

コイルセグメントの電気抵抗Rは、以下の式で表される。
R=ρ・l/A
R:抵抗
l:コイル線の長さ
A:コイル線の断面積
ρ:コイル線の抵抗率(断面積1平方メートル、長さ1メートルの時の抵抗値)
The electrical resistance R of the coil segment is expressed by the following formula:
R = ρ l / A
R: Resistance l: Length of coil wire A: Cross-sectional area of coil wire ρ: Resistivity of coil wire (resistance value when cross-sectional area is 1 square meter and length is 1 meter)

コイルセグメントの電気抵抗は、コイル線の長さに比例し、断面積に反比例する。このため、セグメントコイルの断面積が小さくなると、コイルセグメントの電気抵抗が部分的に増加するという問題がある。 The electrical resistance of a coil segment is proportional to the length of the coil wire and inversely proportional to the cross-sectional area. For this reason, when the cross-sectional area of a segment coil becomes smaller, there is a problem that the electrical resistance of the coil segment increases in some areas.

また、コイルエンドにおいて径方向の位置を調整するために、セグメントコイルの脚部にシフト部が形成される場合がある。シフト部は、平角線の断面長辺側の面を曲げる「フラットワイズ曲げ加工」により形成され得る。上述した、エッジワイズ曲げ加工により形成された曲げ部分の断面積が同一であっても、コイルセグメントのシフト部において電気抵抗が増加する場合もある。そこで、本発明者は、コイルセグメントの抵抗値の増大を抑制するために、以下のコイルセグメントの製造方法を考案した。 In addition, in order to adjust the radial position at the coil end, a shift section may be formed in the leg of the segment coil. The shift section may be formed by "flatwise bending," which bends the surface on the long side of the cross section of the rectangular wire. Even if the cross-sectional area of the bent portion formed by the edgewise bending process described above is the same, the electrical resistance may increase in the shift section of the coil segment. Therefore, the inventor has devised the following method of manufacturing a coil segment in order to suppress the increase in the resistance value of the coil segment.

図1は、実施形態に係るコイルセグメントの製造方法を説明するフロー図である。図2は、実施形態に係るコイルセグメントの製造方法を用いて製造されたコイルセグメントの一例について説明する図である。 Figure 1 is a flow diagram illustrating a method for manufacturing a coil segment according to an embodiment. Figure 2 is a diagram illustrating an example of a coil segment manufactured using the method for manufacturing a coil segment according to an embodiment.

図1に示すように、まず、コイル線1を曲げて、曲げ部分を形成する(S11)。図2には、曲げる前のコイル線1が二点鎖線で示されている。コイル線1は、直線状の平角導線であり、導線の表面には絶縁被膜は形成されていない状態である。このコイル線1に曲げ加工を施して、曲げ部分2が形成される。図2において、曲げ部分2は破線の円で囲まれた箇所となる。図2から、コイル線1の曲げ部分2の肉厚が減少していることがわかる。 As shown in Figure 1, first, the coil wire 1 is bent to form a bent portion (S11). In Figure 2, the coil wire 1 before bending is shown by a two-dot chain line. The coil wire 1 is a straight rectangular conductor wire, and no insulating coating is formed on the surface of the conductor wire. This coil wire 1 is then bent to form the bent portion 2. In Figure 2, the bent portion 2 is the area surrounded by a dashed circle. It can be seen from Figure 2 that the thickness of the bent portion 2 of the coil wire 1 has been reduced.

図1に戻り、次に、曲げ部分2に金属粉を配置した状態で圧縮して、金属粉を曲げ部分2に塑性流動結合させる(S12)。ここでは、曲げ部分2に配置される金属粉は銅粉である。銅粉は、塑性流動により曲げ部分2に凝着して凝着部3を形成し、非加熱でコイル線1と一体化する。図2に示すように、曲げ部分2の外側に沿って凝着部3が形成される。 Returning to FIG. 1, next, the metal powder placed in the bent portion 2 is compressed to plastically flow bond the metal powder to the bent portion 2 (S12). Here, the metal powder placed in the bent portion 2 is copper powder. The copper powder adheres to the bent portion 2 by plastic flow to form an adhesion portion 3, which is integrated with the coil wire 1 without heating. As shown in FIG. 2, the adhesion portion 3 is formed along the outside of the bent portion 2.

このように、コイル線1の曲げ部分2に凝着部3を形成することで、板引け前と同等以上の断面積を確保でき、低抵抗のコイルセグメントを実現することが可能となる。なお、曲げ部分2に配置される銅粉に接着剤を混ぜてもよい。しかしながら、接着剤の分だけ凝着部3における銅の占積率が低下するため、銅粉のみであることが好ましい。 In this way, by forming the adhesion portion 3 at the bent portion 2 of the coil wire 1, a cross-sectional area equal to or greater than that before the sheet was drawn can be secured, making it possible to realize a coil segment with low resistance. Note that adhesive may be mixed into the copper powder placed at the bent portion 2. However, since the copper space factor in the adhesion portion 3 decreases by the amount of adhesive, it is preferable to use only copper powder.

ここで、図3を参照して、実施形態において用いられる塑性流動結合について説明する。図3では、説明のため、円板形状の銅板20に銅粉21を圧縮して塑性変形させる例が示されている。 Here, the plastic flow bonding used in the embodiment will be described with reference to FIG. 3. For the purpose of explanation, FIG. 3 shows an example in which copper powder 21 is compressed and plastically deformed on a disk-shaped copper plate 20.

図3に示すように、コイルセグメント製造装置10は、ダイス11、パンチ13を含む。加圧成型用の金型であるダイス11には、キャビティ12が形成されている。銅板20はキャビティ12内に収容される。キャビティ12内の銅板20は、銅粉21凝着させる面のみが開放され、それ以外の面はダイス11で閉塞した状態である。ダイス11上には、キャビティ12に対向するようにパンチ13が配置されている。パンチ13は、周知の図示しない駆動機構により昇降駆動される。 As shown in FIG. 3, the coil segment manufacturing device 10 includes a die 11 and a punch 13. A cavity 12 is formed in the die 11, which is a metal mold for pressure molding. A copper plate 20 is accommodated in the cavity 12. Only the surface of the copper plate 20 in the cavity 12 to which the copper powder 21 is to be adhered is open, and the other surfaces are closed by the die 11. A punch 13 is disposed on the die 11 so as to face the cavity 12. The punch 13 is raised and lowered by a well-known drive mechanism (not shown).

キャビティ12内の銅板20上には、銅粉21が充填される。パンチ13を上方から白抜き矢印で示す方向に下降させて、この銅粉21を圧縮することで、銅粉21が塑性流動し、銅板20の上面に凝着部が形成される。このとき、銅板20の銅粉21を凝着させる面以外の面は、ダイス11により閉塞されているため、銅板20が横に広がるのを抑制することができる。 Copper powder 21 is filled onto the copper plate 20 inside the cavity 12. The punch 13 is lowered from above in the direction indicated by the white arrow to compress the copper powder 21, causing the copper powder 21 to plastically flow and form an adhesion portion on the upper surface of the copper plate 20. At this time, the surfaces of the copper plate 20 other than the surface to which the copper powder 21 is adhered are blocked by the die 11, so that the copper plate 20 can be prevented from spreading laterally.

これは、コイル線1に対して、銅粉を圧縮して塑性変形させるときの、コイル線1の横太りの抑制に対して応用される。具体的には、コイル線1において、凝着部を形成する面以外の面がダイスにより閉塞された状態で、非加熱で圧縮加工が行われる。コイル線1が横に広がろうとする荷重はダイスで支持される。すなわち、実施形態における凝着部の形成は、閉塞鍛造型の加工である。 This is used to suppress lateral thickening of the coil wire 1 when copper powder is compressed and plastically deformed around the coil wire 1. Specifically, the coil wire 1 is compressed without heating while all surfaces other than the surface that forms the adhesion portion are closed by a die. The load that causes the coil wire 1 to expand laterally is supported by the die. In other words, the formation of the adhesion portion in this embodiment is a closed forging type process.

なお、パンチ13の下面には、5度未満の傾斜角αが設けられていることが好ましい。これにより、銅粉21の塑性流動を促進することが可能となる。 It is preferable that the bottom surface of the punch 13 has an inclination angle α of less than 5 degrees. This makes it possible to promote the plastic flow of the copper powder 21.

塑性流動結合を実現するための加工荷重Pは以下の式で表される。
P=k×Ks×L×t
k:係数
Ks:材料の降伏応力(引張強度の80%で代用することも可能である)
L:加工線長さ
t:板厚
α=0°の場合、k=1で加工荷重が最大となる。
The processing load P for realizing plastic flow bonding is expressed by the following formula.
P = k x Ks x L x t
k: Coefficient Ks: Yield stress of material (can be substituted with 80% of tensile strength)
L: processing line length t: plate thickness When α=0°, the processing load is maximum when k=1.

係数kについては、パンチ13の下面14に5度未満の傾斜角を設けた場合の経験則に基づき所定の値に設定することができる。例えば、パンチ13の下面14の傾斜角αに対する係数kの値は以下の通りである。
α=0.5°以上2°未満:k=0.7
α=2°以上3°未満:k=0.6
α=3°以上5°未満:k=0.8
The coefficient k can be set to a predetermined value based on an empirical rule when an inclination angle of less than 5 degrees is provided on the lower surface 14 of the punch 13. For example, the value of the coefficient k for the inclination angle α of the lower surface 14 of the punch 13 is as follows:
α=0.5° or more and less than 2°: k=0.7
α=2° or more and less than 3°: k=0.6
α=3° or more and less than 5°: k=0.8

このようにパンチ13の銅粉21を圧縮する下面14に傾斜角をつけることにより、圧縮荷重を下げることができるとともに、銅粉21がダイス11に凝着せずに、銅板20に凝着部を形成することができる。 By providing an inclination angle to the lower surface 14 of the punch 13 that compresses the copper powder 21 in this way, the compression load can be reduced and the copper powder 21 can form an adhesion portion on the copper plate 20 without adhering to the die 11.

一例として、所定の厚みのφ=15mmの純銅板上に、0.67mmの高さで銅粉を供給した。銅板、銅粉ともに、電気抵抗は0.5Ωである。パンチ13により銅粉を圧縮加工することで、純銅板の上に0.61mmの凝着部が形成された。 As an example, copper powder was supplied to a height of 0.67 mm on a pure copper plate of a given thickness of φ = 15 mm. The electrical resistance of both the copper plate and the copper powder was 0.5 Ω. By compressing the copper powder with the punch 13, a 0.61 mm adhesion portion was formed on the pure copper plate.

以上説明したように、実施形態によれば、コイル線1の曲げ部分2に凝着部3を形成することで、曲げ部分2の断面積を十分確保することができ、電気抵抗の増大を防ぎ、電費を向上させることが可能となる。また、凝着部3の形成は非加熱で加工されるため、コイル線1の酸化を防ぐことができる。 As described above, according to the embodiment, by forming the adhesion portion 3 at the bent portion 2 of the coil wire 1, it is possible to ensure a sufficient cross-sectional area of the bent portion 2, prevent an increase in electrical resistance, and improve power consumption. In addition, since the adhesion portion 3 is formed without heating, oxidation of the coil wire 1 can be prevented.

なお、本発明は上記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2に示す例では、凝着部3を曲げ部分2の外側に形成したが、曲げ部分2の内側に形成してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention. In the example shown in FIG. 2, the adhesion portion 3 is formed on the outside of the bent portion 2, but it may be formed on the inside of the bent portion 2.

1 コイル線
2 曲げ部分
3 凝着部
10 コイルセグメント製造装置
11 ダイス
12 キャビティ
13 パンチ
14 下面
20 銅板
21 銅粉
REFERENCE SIGNS LIST 1 Coil wire 2 Bent portion 3 Adhesion portion 10 Coil segment manufacturing device 11 Die 12 Cavity 13 Punch 14 Lower surface 20 Copper plate 21 Copper powder

Claims (1)

コイル線を曲げて、曲げ部分を形成する工程と、
前記曲げ部分に金属粉を配置した状態で圧縮して、前記金属粉を前記曲げ部分に塑性流動結合させる工程と、
を含む、
コイルセグメントの製造方法。
bending the coil wire to form a bent portion;
compressing the metal powder disposed in the bent portion to plastically flow bond the metal powder to the bent portion;
including,
A method for manufacturing a coil segment.
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