JP3633234B2

JP3633234B2 - 回転電機のステータのコイルピース製造方法及びコイルピースの製造装置

Info

Publication number: JP3633234B2
Application number: JP26686397A
Authority: JP
Inventors: 哲也杉本; 良治水谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH11113226A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルピースの製造方法及び製造装置、特にコイル用巻線材を整列巻回したコイルピースの製造方法の改良及び製造装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、回転電機のステータは、図６（ａ）に示すような環状で内周面にスロット１００ａとティース１００ｂ（２つのティースで挟まれた部分をスロットという）が交互に形成された金属板を複数枚重ね合わせて構成されるステータコア１００と、当該ステータコア１００のティース１００ｂに、エナメル等で被覆されたコイル用巻線材（以下、単に線材という）を連続的に巻き付けて形成されるコイル１０２と、によって構成されている。図６（ａ）に示すステータの場合、１本のティース１００ｂに１つのコイル１０２が形成される、いわゆる集中巻きと呼ばれる巻き方で、直径が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の線材を１本または複数本束ねた状態で、所定のティース１００ｂに所定回数巻き付けたものである。従って、前記スロット１００ａの両隣のティース１００ｂに装着されたコイル１０２の片側がそれぞれ配置されることになる。そして、前記コイル１０２を電流が通過すると、ティース１００ｂを磁路としてコイル１０２を貫通する方向に磁束が発生し、図示しないロータを回転駆動することができる。また、外力により前記ロータが回転させられることによって発電機として機能する。
【０００３】
前述したように各ティース１００ｂに線材を巻き付ける場合、巻き付け作業に時間がかかると共に、巻線作業等の自動化等が困難であった。そこで、従来から金型等を用いて予め所定の形状に成形したコイルピースを前記ティース１００ｂに装着する構造が提案され多用されている。この場合、所定回数巻かれたコイルピースをティース１００ｂを跨いでスロット１００ａに挿入するだけであるためステータの組立作業を容易に行うことができると共に、巻線作業等の自動化を容易に行うことができる。
【０００４】
ところで、コイルピースは、剛性のある線材にテンションを付加しながらコイル巻型等に巻回して形成するため、テンションを排除した途端に線材のスプリングバック作用により外側に膨らんでしまい、所望する形状より大きくなってしまう。その結果、スロット１００ａに入らなくなったり、隣接するコイルピースと干渉したり、占積率（スロット１００ａ内の線材の密集度）が低下してしまう。
【０００５】
図６（ａ）のように、ステータコア１００が環状の内周側にスロット１００ａを形成し、その形状が略台形を呈する場合、当該スロット１００ａの占積率を向上させるためには、図６（ｂ）に示すように、コイルピース１０４の断面を大きくする形状、例えば略台形形状に成形したものを一部に使用することが望ましい。しかし、この場合、前記スプリングバック作用による膨らみは、巻回回数の多いスロット底部配置側（図６（ｂ）の下端側）で特に大きくなってしまう。なお、図６（ｂ）は理解を容易にするためコイルピース１０４の輪郭を表示していると共に、コイルピース１０４のテーパ部分１０４ａを極端に傾斜させて図示している。
【０００６】
そのため、従来、コイルの巻回後に、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、所望するコイルピース１０４の外周形状を有する雌型１０６ａに巻回し膨れ上がったコイル１０８をセットし、所望のコイルピース１０４の内周形状を有する雄型１０６ｂを図示しないプレス装置によって前記コイルの内周側に挿入プレスして、巻回したコイル１０８を所望のコイルピース１０４の形状に圧縮整形していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したように雌型１０６ａと雄型１０６ｂを用いて、図７（ａ）に示すように膨らんだ状態のコイル１０８を端面から図中上方に圧縮すると、膨れ上がったコイルの外周が当接する雌型１０６ａのテーパ部１０６ａｔからの抗力（矢印Ａ）を受け、コイル１０８は内側方向（矢印Ｂ，Ｂ’方向）に移動し、コイル１０８の内周部分の線材が雄型１０６ｂのマンドレル１０６ｂｍに接触する。コイル１０８の内周部分がマンドレル１０６ｂｍに接触した後、さらにプレスを継続すると、コイル１０８の外周部分の線材は、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、テーパ部１０６ａｔに沿った方向（矢印Ｃで示す方向）に移動を始め整列巻きされたコイル１０８の線材（符号１１０で示す範囲）が崩れ始める。さらに、コイル１０８を所望のコイルピースサイズに整形するためにプレスすると、図７（ｃ）で示すように、線材が重なりプレス力が集中する部分（例えば、符号１１０ａで示す部分）でコイル１０８の線材が潰され、線材表面を被覆している絶縁材料としてのエナメル層が破壊され、絶縁不良や断線を起こしてしまうという問題がある。特に、図６（ｂ）のように線材の配列に傾斜部を含む場合、線材の整列崩れが起こりやすいが、同様な問題は、断面方形のコイルについても発生する。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、線材にダメージを与えること無く、コイルピースをスロットに挿入可能な所望の形状及びサイズに整形するコイルピースの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の構成は、回転電機のステータのティースに装着可能なコイルピースの製造方法であって、線材を複数回整列巻回して少なくとも内周形状が略錐形のコイルを形成する巻線工程と、前記コイルをコイルピースの所望外周形状に準じた雌型と、所望内周形状に準じた形状のマンドレルを有する錐形雄型であって前記マンドレルにはその圧縮方向に対し所定角度傾いたテーパ面が形成されている錐形雄型とで挟み込み、前記雌型と錐形雄型とを相対移動させ、前記コイルが雌型の内周面から受ける抗力を前記コイルが前記マンドレルのテーパ面から受ける抗力によって一部打ち消すように前記コイルを圧縮して所望コイルピース形状に型整形する整形工程と、型整形状態で前記コイルの形状固定を行いコイルピースを完成させる固定工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、コイルピースとは、形状が決定された完成品を示し、コイルとは、形状が決定されていない成形途中の中間品を示す。また、形状固定とは、線材の恒久的な形状維持を行うものであり、例えば接着剤等の接合手段によって行う。
【００１１】
上記のような目的を達成するために、本発明の構成は、回転電機のステータのティースに装着可能なコイルピースの製造装置であって、線材を複数回整列巻回して形成された少なくとも内周形状が略錐形のコイルを挿入可能で、前記コイルピースの所望外周形状に準じ内周形状を有する雌型と、前記コイルピースの所望内周形状に準じた形状のマンドレルを有する錐形雄型であって前記マンドレルにはその圧縮方向に対し所定角度傾いたテーパ面が形成され、前記コイルの内周に挿入可能な錐形雄型と、前記雌型と錐形雄型とを係合させて前記コイルを挟み込み、前記コイルが雌型の内周面から受ける抗力を前記コイルが前記マンドレルのテーパ面から受ける抗力によって一部打ち消して前記コイルを圧縮整形する型移動機構と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
ここで、型移動機構とは、例えば、シリンダやモータとガイド等の組み合わせにより所定方向に正確に型を移動する駆動手段である。
【００１３】
上記各構成によれば、コイルが雌型の内周面から受ける抗力を前記コイルが錐形雄型の外周面から受ける抗力によって打ち消し、緩和するため、整列巻回された線材の整列状態が崩れることを抑制しつつコイルの圧縮を行うことが可能で、線材の被覆破壊や断線等のダメージを低減しつつ、コイルピースを所望の形状に整形することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。図１には、本実施形態に係る雌型１０及び錐形雄型１２とが係合した状態が示されており、前記雌型１０と錐形雄型１２との間には、本実施形態で製造（整形）されるコイル１４ａ、１４ｂが挿入支持されている。前記コイル１４ａ，１４ｂは、錐形マンドレル１２ａ，１２ｂを有する錐形雄型１２を図中矢印Ｐ方向に移動させることによって、所望のコイルピース形状に圧縮整形している。なお、本実施形態で、コイルとは、前述した回転電機のステータコア１００（図６参照）に挿入可能な所定形状のコイルピースに整形が完了する前の中間品である。従って、整形後のコイルのみをコイルピースという。また、２種類のコイル１４ａ，１４ｂは整形完了後に、スロット１００ａの断面形状が台形である場合のティース１００ｂ（図６参照）に交互に装着されるもので、コイル１４ａ，１４ｂの整形後の片側同士を組み合わせた形状がスロット１００ａの形状と一致するようになっている。また、コイル１４ａに基づくコイルピースを先に一つおきにティース１００ｂに装着し、その後コイル１４ｂに基づくコイルピースを装着すれば、スロット１００ａが台形形状を呈している場合でもコイルピース同士が干渉することなく容易に装着作業を行うことが可能で高占積率を得ることができる。
【００１５】
本実施形態の特徴的事項は、線材の巻回後に、スプリングバック作用によって外周方向に膨れ上がっているコイル１４ａ，１４ｂを雌型と雄型を用いて圧縮し所望形状に整形する場合に、巻回された線材の整列状態を崩す方向に発生する雌型内壁の抗力を打ち消すような抗力を錐形雄型によって発生させ、線材の整列崩れを防止して、線材に対するダメージを低減するところである。
【００１６】
図１に示すように、コイル１４ａ，１４ｂが収納される雌型１０は、所望するコイルピースの形状やサイズに対応した凹状部１０ａ、１０ｂを有している。この時、スプリングバック作用により外周方向に膨れ上がっているコイル１４ａに関しては、図１（ａ）において、コイル１４ａの断面の上底の長さが下底の長さより小さいため凹状部１０ａの途中位置まで挿入することが可能で、その後、錐形雄型１２で前記凹状部１０ａに押し込むことができる。
【００１７】
一方、コイル１４ｂに関しては、断面形状が略矩形を呈し、外周が略平行になっているため、雌型１０の凹状部１０ａに、膨れ上がったコイル１４ｂはそのままでは挿入することができない。そのため、コイル１４ｂを挿入のために多少捻ったりゆがませたりする必要がある。この時、コイル１４ｂ自体、矩形であるため線材は規則正しく積層されているので、当該コイル１４ｂを雌型挿入のために多少捻ったり歪ませたりしても線材の配列は崩れない。
【００１８】
前記錐形マンドレル１２ａ，１２ｂは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、プレス方向Ｐに対して、外方向に所定角度、例えば、θ１＝θ２＝１°広がっている。このため、錐形マンドレル１２ａ，１２ｂがプレス方向Ｐに移動すると、当該錐形マンドレル１２ａ，１２ｂは斜め上方にコイル１４ａ，１４ｂの内壁面を押すことになる。
【００１９】
つまり、図３（ａ）に示すように、膨らんだ状態のコイル１４ａの場合、雌型１０の凹状部１０ａに挿入した後、錐形雄型１２のマンドレル１２ａを当該コイル１４ａの内周側に挿入し、端面から図中矢印Ｐ方向に圧縮すると、まず、膨れ上がったコイル１４ａの外周が凹状部１０ａの内壁面に当接する。その結果、当該内壁面からの抗力（矢印Ｆ）を受け、コイル１４ａは内側方向に移動し、当該コイル１４ａの内周部分の線材が錐形マンドレル１２ａに接触する。この時、前記錐形マンドレル１２ａはＰ方向に対して所定角度傾いたテーパ面を有するので、当該Ｐ方向のプレスによってコイル１４ａの内周面を押す抗力Ｇが発生する。
【００２０】
前記錐形マンドレル１２ａのテーパ面によって発生した抗力Ｇと雄型１０の凹状部１０ａによって発生した抗力Ｆはほぼ逆向きの方向を有し、抗力Ｇは抗力Ｆの一部を打ち消すことになり、コイル１４ａの表面の線材を崩す方向に働く力を小さくすることができる。その結果、線材の整列を崩すことなくコイル１４ａを雌型１０と錐形雄型１２の間の空間で矢印Ｈ方向に押し込むことができる。また、抗力Ｇと抗力Ｆによって、コイル１４ａは外周側と内周側からそれぞれ抱え込まれる状態になり、線材の整列を維持したまま矢印Ｈ方向にコイル１４ａを移動させることができる。図３（ｂ），（ｃ）は、コイル１４ａの移動の推移を示している。この結果、雌型１０と錐形雄型１２の間の空間で規定される所望のコイルピースの形状にコイル１４ａを整形することができる。
【００２１】
このプレス状態を維持したまま、例えば線材固定用の接着樹脂等を雌型１０と錐形雄型１２の間に注入して硬化固定すれば、図４に示すような所望の形状、サイズを維持し、かつ線材の整列崩れの無いコイルピース１６を得ることができる。なお、完成したコイルピース１６は、内周側がテーパ１６ａを有するので、ステータコアのティースも対応するテーパ形状を有するようにすることが望ましい。また、コイルピース１６と当該コイルピース１６を挿入するティース側にテーパが形成されと、コイルピース１６の挿入が容易になり組立性の向上を行うこともできる。
【００２２】
なお、図３では線材の整列崩れの起こりやすいコイル１４ａの整形時に作用する力について説明したが、コイル１４ｂの場合も膨れ上がったコイル外周面を内側に圧縮する力と、錐形雄型１２によってコイル内周面を外側に押す力とが作用するため、コイル１４ｂを内周側と外周側とで挟み込む状態になる。その結果、線材の整列状態を崩すことなく雌型の凹状部に押し込み、所望の形状とサイズのコイルピースを整形することが可能で、線材同士が交差して潰されることがなくなり、線材表面を被覆している絶縁材料としてのエナメル層を破壊することなく、絶縁不良や断線を防止することができる。
【００２３】
また、図１では、凹状部１０ａ，１０ｂを有する雌型１０と錐形マンドレル１２ａ，１２ｂを有する錐形雄型１２を示したが、凹状部１０ａ及び錐形マンドレル１２ａのみの構成や凹状部１０ｂ及び錐形マンドレル１２ｂのみの構成でもよい。また、その構成数は適宜選択される。
【００２４】
図５（ａ），（ｂ）は、前述した雌型１０と錐形雄型１２を有する整形装置１８の概略構成図である。この整形装置１８は、油圧シリンダ２０とガイドバー２２等を利用した型移動機構によって、前記雌型１０または錐形雄型１２の少なくとも一方を接離移動させて前記雌型１０と錐形雄型１２との間に挿入されたコイル１４ａまたはコイル１４ｂの圧縮整形を行う。また、この整形装置１８には、整形が完了したコイルの形状を維持するための樹脂（例えば、熱硬化性接着剤等）を前記雌型１０と錐形雄型１２とによって圧縮状態にあるコイルに供給するための樹脂供給装置２４を有し、圧縮完了後に所定量の樹脂をコイルに供給している。また、前記雌型１０や錐形雄型１２には、加熱装置（カートリッジヒータ等）や冷却装置（エアブロー等）が内蔵され、コイルに供給された樹脂の熱硬化及び冷却を行っている。なお、雌型１０や錐形雄型１２の取り付け部には、断熱材２６が配置され、整形装置１８の駆動系側に熱影響が無いように配慮されている。
【００２５】
続いて、コイルピースの製法手順を示す。まず、図示しない巻線装置により所定回数線材を巻回し、内周面が略錐形のコイル（例えば、コイル１４ａ）を形成する。次に、巻回が終了し、スプリングバック作用により外周方向に膨れ上がったコイル１４ａを図１に示すような雌型１０にセットする。そして、油圧シリンダ２０を駆動し、ガイドバー２２でガイドされた錐形雄型１２を雌型１０に向かって相対移動させ、前述したようにコイル１４ａを圧縮して所望コイルピース形状に型整形する。その後、樹脂供給装置２４によって、所定量の樹脂が整形が完了したコイル１４ａに供給される。そして、図示しない加熱装置及び冷却装置により樹脂の硬化を行い、所望形状及び所望サイズに固定されたコイルピースを完成する。
【００２６】
このように、雌型１０と錐形雄型１２とを相対移動させ、前記錐形雄型１２によって発生するコイルの内側に加わる抗力によって、前記コイルに外周側に加わる抗力を緩和することによって、コイルの線材の整列状態を崩すことなく当該コイルを所望形状に圧縮する。その後、形状固定することより線材の整列崩れのない所望形状及びサイズのコイルピースを整形製造することができる。この結果、線材同士が交差して潰されることがなくなり、線材表面を被覆している絶縁材料としてのエナメル層を破壊することなく、絶縁不良や断線を防止することができる。
【００２７】
なお、図５に示す整形装置１８の構成は、一例であり、雌型１０と錐形雄型１２とを相対移動し、コイルの整形を行いその形状の固定を行える構成であれば、他の構成でも同様の効果を得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、コイルが雌型の内周面から受ける抗力を前記コイルの内周面が錐形雄型の外周面から受ける抗力によって打ち消し、緩和するため、整列巻回された線材の整列状態が崩れることを抑制しつつコイルの圧縮を行うことが可能である。その結果、線材の被覆破壊や断線等のダメージを低減しつつ、コイルピースを所望の形状に整形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のコイルピース整形に使用する雌型と錐形雄型の形状を説明する説明図である。
【図２】本発明の実施形態のコイルピース整形に使用する錐形雄型の錐形マンドレルの形状を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態のコイルピース整形時にコイルに作用する力とコイルの移動を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態で整形されたコイルピースの形状を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施形態で使用する雌型と錐形雄型とを搭載した整形装置の概略構成図である。
【図６】従来のステータコアの構成とステータコアのスロットに挿入されるコイルピースの形状を説明する説明図である。
【図７】従来のコイルピースの整形方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０雌型、１０ａ，１０ｂ凹状部、１２錐形雄型、１２ａ，１２ｂ錐形マンドレル、１４ａ、１４ｂコイル。

Claims

回転電機のステータのティースに装着可能なコイルピースの製造方法であって、
線材を複数回整列巻回して少なくとも内周形状が略錐形のコイルを形成する巻線工程と、
前記コイルをコイルピースの所望外周形状に準じた雌型と、所望内周形状に準じた形状のマンドレルを有する錐形雄型であって前記マンドレルにはその圧縮方向に対し所定角度傾いたテーパ面が形成されている錐形雄型とで挟み込み、前記雌型と錐形雄型とを相対移動させ、前記コイルが雌型の内周面から受ける抗力を前記コイルが前記マンドレルのテーパ面から受ける抗力によって一部打ち消すように前記コイルを圧縮して所望コイルピース形状に型整形する整形工程と、
型整形状態で前記コイルの形状固定を行いコイルピースを完成させる固定工程と、
を含むことを特徴とするコイルピースの製造方法。
回転電機のステータのティースに装着可能なコイルピースの製造装置であって、
線材を複数回整列巻回して形成された少なくとも内周形状が略錐形のコイルを挿入可能で、前記コイルピースの所望外周形状に準じ内周形状を有する雌型と、
前記コイルピースの所望内周形状に準じた形状のマンドレルを有する錐形雄型であって前記マンドレルにはその圧縮方向に対し所定角度傾いたテーパ面が形成され、前記コイルの内周に挿入可能な錐形雄型と、
前記雌型と錐形雄型とを係合させて前記コイルを挟み込み、前記コイルが雌型の内周面から受ける抗力を前記コイルが前記マンドレルのテーパ面から受ける抗力によって一部打ち消して前記コイルを圧縮整形する型移動機構と、
を含むことを特徴とするコイルピース製造装置。