JP4265524B2 - コイル挿入方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板を積層したステータコアのスロットに対してブレードに巻かれたコイルをストリッパにより挿入するコイル挿入方法に関する。より詳細には、ステータコアの積厚が変更された場合にも、コイルエンドのコイル量を一定に保つことができるコイル挿入方法に関するものである。

ステータコアのスロットに対してコイルを挿入する技術の１つとして、ブレードに巻かれたコイルをストリッパにて押し上げて挿入するものがある。そして近年、同一断面形状で積厚が異なるステータコアに対するコイル挿入を１ライン上で行うようになってきている。このような場合には、積厚が変わればコイル挿入条件も変わるので、常に同一の挿入条件でコイルをステータコアに挿入することはできない。

このため、このようにステータコアの積厚が変更された場合に容易に対応することができる技術が、例えば、特開２０００−１１６０７７号公報に開示されている。ここに開示された技術は、ブレード間に保持されたコイルをストリッパにてステータコアのスロットに挿入する際に、ステータコアの積厚が変更された場合には、その積厚変更に応じてストリッパ等の挿入装置の移動量を駆動軸の回動量により可変としたものである。これにより、このコイル挿入技術では、ステータコアの積厚の増減量と同じだけ挿入条件（ウェッジの長さ）を変更（増減）させるようになっている。

特開２０００−１１６０７７号公報（第２，４頁、図１）

しかしながら、上記したコイル挿入技術では、ステータコアの積厚の増減量と同じだけ挿入条件（ウェッジの長さ）を変更（増減）させているため、コイルエンドのコイルボリュームバランスが一定にならないという問題があった。このように、コイルエンドのコイルボリュームバランスが一定にならないのは、ステータコアの積厚が変更されることによってコイルの挿入抵抗が変化するためである。すなわち、ステータコアの積厚が大きくなればコイル挿入抵抗が増加し、ステータコアの積厚が小さくなればコイル挿入抵抗が減少するからである。このために、単にステータコアの積厚の増減量と同じだけ挿入条件（ウェッジの長さ）を変更（増減）させるだけでは、コイルエンドのコイルボリュームバランスが崩れてしまうのである。

そして、コイルエンドのコイルボリュームバランスが崩れると、コイルエンドのコイルボリュームバランスが一定（均等）にならずに一方のコイルエンドのコイルボリュームが増大して過大となってしまう。そうすると、図１３に破線で示すように、コイルが相間絶縁紙を乗り越えて図中Ａ部において相間絶縁不良が発生するという問題がある。また、コイル挿入後には、図１４に示すように、コイルエンドの成形工程が実施される。このような成形行程を実施するのは、ステータコアのスロットに挿入される次のコイルの挿入性を向上させるためと、コイルエンドの占積率を高めるためである。そして、一方のコイルエンドのコイルボリュームが増大して過大となった状態でコイルエンド成形を行うと、成形圧力が増大するためにコイルの被膜が破傷してしまい、絶縁不良が発生するおそれがある。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、ステータコアの積厚が変更された場合に、最適な挿入条件を簡単に決定することができてコイルエンドのコイル量を一定に保つことができるコイル挿入方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係るコイル挿入方法は、鋼板を積層したステータコアのスロットに対し、ブレードに巻かれたコイルをストリッパにより挿入するコイル挿入方法において、前記ステータコアの積厚が変更された場合には、前記ブレードのブレード高さと前記ストリッパのストリッパストロークとを、前記ステータコアの両端面から突出するコイル量が一定保たれるように、修正後のブレード高さＨおよび修正後のストリッパストロークＳを、前記ステータコアの積厚をＬｃ、前記ステータコアの積厚の基準値をＬｏ、前記ブレード高さの基準値をＨｂ、前記ストリッパのストロークの基準値をＳｓ、実験に基づく回帰式で決定した補正係数をαとして、
Ｈ＝Ｈｂ＋（Ｌｃ−Ｌｏ）＋α（Ｌｃ−Ｌｏ）
Ｓ＝Ｓｓ＋（Ｌｃ−Ｌｏ）＋α（Ｌｃ−Ｌｏ）
となる上記の式から算出し、その算出された修正後のブレード高さと修正後のストリッパストロークによって、前記ステータコアのスロットにコイルを挿入することを特徴とする。

なお、ブレード高さとは、基準位置（例えば、ステータコアのコイル挿入側端面）からブレードの先端までの長さを意味する（図９のＨｂ１参照）。また、ストリッパストロークとは、上記の基準位置（例えば、ステータコアのコイル挿入側端面）からのストリッパの移動量を意味する（図９のＳｓ１参照）。

このコイル挿入方法では、ブレードに予め巻かれたコイルをストリッパにより押し上げてステータコアのスロットに挿入する。すなわち、ストリッパで押し上げられたコイルがブレードの先端を乗り越えることでスロット内に挿入される。ここで、ブレードの先端位置（ブレード高さ）およびストリッパストロークは、コイルを挿入するステータコアの積厚によって最適な値に設定されている。したがって、コイルを挿入するステータコアの積厚が変更されない限りは、コイルエンドのコイル量を一定に保つことができる。

ところが、コイルを挿入するステータコアの積厚が変更されると、ブレード高さおよびストリッパストロークの設定値を変更する必要がある。そこで、このコイル挿入方法では、ブレード高さおよびストリッパストロークを、ステータコアの両端面から突出するコイル量が一定に保たれるように修正して、その修正された修正後のブレード高さおよび修正後のストリッパストロークによって、ステータコアのスロットに対するコイル挿入を行う。

具体的には、上記の式から算出した修正後のブレード高さＨおよび修正後のストリッパストロークＳを用いてコイル挿入を行うことにより、ステータコアの積厚が変更された場合であっても、両コイルエンドのコイル量を常に一定に保つことができる。

本発明に係るコイル挿入方法によれば、ステータコアの積厚が変更された場合に、最適な挿入条件を簡単に決定することができてコイルエンドのコイル量を一定に保つことができる。

以下、本発明のコイル挿入方法を具体化した最も好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、ハイブリッド車、電気自動車などに搭載される車両駆動用３相モータの製造工程におけるコイル挿入工程に本発明を適用したものである。

まず、コイルが挿入されるステータコアについて図１を参照しながら簡単に説明する。図１（ａ）は、ステータコアを示す平面図である。図１（ｂ）は、ステータコアを示す断面図である。ステータコア３０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、平面視において環状をなしており、径方向内側に向かって延びる４８ヶのティース３１、およびこれらのティース３１同士の間に位置する同じく４８ヶのスロット３２を有している。このステータコア３０は、例えば方向性珪素鋼板をプレス打ち抜きして形成した鋼板３９を積み重ね互いに固着して構成されている。したがって、積層する鋼板３９の枚数を変更することにより、同一断面形状で積厚Ｌｃが異なるステータコアを構成することができる。そして、このようなステータコア３０に対して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相コイルを装着することによりモータのステータが形成される。

続いて、上記のステータコア３０に各相コイルを挿入する方法について、図２〜図９を参照しながら説明する。図２は、巻線装置を用いてＵ相巻線を巻回し、Ｕ相コイルを成形する様子を示す説明図である。図３は、成形したＵ相コイルをインサータにセットする様子を示す説明図である。図４は、インサータにさらにステータコアをセットした状態を示す説明図である。図５は、図４に示す状態におけるＹ−Ｙ断面矢視図である。図６は、インサータにセットしたＵ相コイルをストリッパでさらに押し上げ、Ｕ相コイルの一部をステータコアのＵ相スロット内に挿入した状態を示す説明図である。図７は、インサータにセットしたＵ相コイルをストリッパで押し上げ、Ｕ相コイルの一部について固定ブレードの先端を乗り越えさせた状態を示す説明図である。図８は、インサータにセットしたＵ相コイルをストリッパでさらに押し上げ、Ｕ相コイルをなす素線のいずれについても固定ブレードの先端を乗り越えさせ、ウェッジ紙を挿入する様子を示す説明図である。図９は、図８に示す状態から、さらにストリッパを上昇させた状態を示す説明図である。なお、コイルの挿入は、各相コイル同じであるから、ここではＵ相コイル５１をステータコア３０に挿入する場合について説明する。

まず、図２に示すように、巻線装置１１０を用い、図示しないフライヤによって、Ｕ相巻線５０を巻枠１１１に巻き付けて略長円形状に成形して、Ｕ相コイル５１を成形する。この巻枠１１１は、位置が固定された固定側巻枠１１１Ｆと、図中二点鎖線で示すように、平行移動可能な移動側巻枠１１１Ｍとを有している。さらに、移動側巻枠１１１Ｍは、図中下方ほど幅太となる六段の段差形状を有している。そこで、Ｕ相巻線５０を図示するように、固定側巻枠１１１Ｆと移動側巻枠１１１Ｍとの間で、この移動側巻枠１１１Ｍの各段に１ターンずつ巻き付けられるようにして巻回する。その後、移動側巻枠１１１Ｍを固定側巻枠１１１Ｆに近づけるよう（図中右側）に移動させ、巻回されたＵ相巻線５０を矢印に示すように下方に落とすことで、Ｕ相巻線５０を成形したＵ相コイル５１が得られる。なお、Ｕ相巻線５０は、１２本の素線からなっている。

ここで、このＵ相コイル５１は、上述の巻線装置を用いてＵ相巻線５０を巻回成形したので、このＵ相コイル５１をなすＵ相巻線５０のうち、図中下側に位置する巻線部分ほど、その周長が長くされている。なお、後述するようにして、このＵ相コイル５１をステータコア３０のＵ相スロット３４ｕに挿入、装着するので、Ｕ相コイル５１をなすＵ相巻線５０の各ターンの周長は、後に挿入されるターンの巻線部分ほど長く巻回された形態をなしていることになる。

成形されたＵ相コイル５１は、図３に示すように、固定ブレード１２１の上方から、この固定ブレード１２１に掛けるようにして、インサータ１２０にセットされる。このイ
ンサータ１２０は、公知の構成を有している。具体的には、移動ブレード１２２と固定ブレード１２１との間に素線一本ずつ並んだ状態で保持されたＵ相コイル５１を、ストリッパ１２５のストリッパ本体部１２５Ｈからその径方向に突設され、移動ブレード１２２と固定ブレード１２１との間に挿入される押上げブレード部１２５Ｐで、図中上方に押し上げることができるように構成されている（図５参照）。

インサータ１２０に、Ｕ相コイル５１をセットした後、さらに、図４に示すように、ステータコア３０をその所定位置にセットする。このステータコア３０の各スロット３４内には、カフス８０Ａ，８０Ｂがステータコアの両端面３０Ａ，３０Ｂよりも突出した状態で、スロット絶縁紙８０が既に挿入されている。具体的には、固定ブレード１２１及び移動ブレード１２２の外側面１２１Ｓ，１２２Ｓに、このステータコア３０の内周面３０Ｃが沿うように、かつ、Ｕ相スロット３４ｕの内側開口３４ｕｉと移動ブレード１２２−固定ブレード１２１間の間隙とが対向する位置となるように、ステータコア３０を配置する（図５参照）。

次いで、図６に示すように、ストリッパ１２５を図中矢印方向に移動（上昇）させると、ストリッパ１２５の押上げブレード部１２５Ｐによって、Ｕ相コイル５１の各素線が一列に並んだ状態で押し上げられ、Ｕ相スロット３４ｕ内にＵ相コイル５１をなす素線が順に挿入される。この際、Ｕ相コイル５１のうち、上側に位置する素線ほど、Ｕ相スロット３４ｕ内に、先に挿入される。

そして、図７に示すように、さらにストリッパ１２５を上昇させると、Ｕ相コイル５１をなすＵ相巻線５０が順に固定ブレード１２１の先端１２１Ｔを乗り越えて順に径方向外側（図中左側）に移動する。すべての素線が固定ブレード１２１の先端１２１Ｔを乗り越えた時点（図８参照）で、Ｕ相コイル５１の挿入は完了する。
この時点では、固定ブレード１２１の先端１２１Ｔの位置が押上げの期間中変化していないため、各素線のうち、ステータコア３０の表面上に位置する部分の高さは、どの素線についてもほぼ同じとなっている。従って、このような手法でＵ相コイル５１をＵ相スロット３４ｕに挿入した場合には、折角、図２に示すような巻線装置１１０を用いて、Ｕ相コイル５１をなすＵ相巻線５０の各ターンの周長を、後に挿入されるターンの巻線部分ほど長く巻回された形態としたにも拘わらず、挿入後のＵ相コイル５１の形態は、ステータコア３０の反挿入側端面３０Ａ上と、挿入側端面３０Ｂ上とで大きく異なって非対称の形状となる。

このため、図９に示すように、引き続きストリッパ１２５をさらに上昇させる。ところで、固定ブレード１２１の先端１２１Ｔを乗り越えた各素線は、ステータコア３０の表面３０Ａより図中上側において、やや内側に傾くクセが付けられている（図８参照）。このため、すべての素線が固定ブレード１２１の先端１２１Ｔを乗り越えた後に、引き続いてストリッパ１２５をさらに上昇させると、ストリッパ１２５の押上げブレード部１２５Ｐの上昇に伴って、これに接する素線も摩擦によって、これに引きずられるようにして上昇させられる。

すると、この素線に隣接する素線も上昇させられる。このようにして、各素線が順に引き上げられて、図９に示すように、Ｕ相コイル５１をなす巻線５０のうち、内側に位置するものほど、ステータコア３０の反挿入側端面３０Ａ上において、高く引き出された配置となる形態で、Ｕ相コイル５１がＵ相スロット３４ｕに挿入される。

また、Ｕ相コイル５１の挿入にあたり、ステータコア３０の挿入側端面３０Ｂから固定ブレード１２１の先端１２１Ｔまでの長さ（基準ブレード高さＨｂ１）、およびステータコア３０の挿入側端面３０Ｂからのストリッパ１２５の移動量（基準ストリッパストロークＳｓ１）を適切に設定することで、図９に示すように、Ｕ相コイル５１をなす巻線５０のうち、ステータコア３０の反挿入側端面３０Ａ上（図中上側）に位置する部分（反挿入側コイルエンド）と、挿入側端面３０Ｂ上（図中下側）に位置する部分（挿入側コイルエンド）とにおけるコイルボリュームが一定（均等）になる。

なお、Ｕ相スロット３４ｕ内にＵ相コイル５１を挿入した後には、公知の手法によりウェッジ紙８３をＵ相スロット３４ｕの内側開口３４ｕｉ付近に挿入配置して、Ｕ相巻線５０が、開口から内側にはみ出すのを防止する。かくして、Ｕ相コイル５１がステータコア３０に挿入配置される。

次いで、公知の手法により、Ｕ相コイル５１のコイルエンド部が径方向外側に向けて押圧される。その後、上記した方法によりＶ相コイルがステータコア３０に挿入され、Ｖ相コイルのコイルエンド部が径方向外側に向けて押圧される。また、上記した方法によりＷ相コイルがステータコア３０に挿入される。そして、公知の手法により、コイルエンド部の仕上げ形成が行われる。

ここで、ステータコアの積厚Ｌｃが常に同じであれば、上記したブレード高さＨｂ１およびストリッパストロークＳｓ１を変更する必要はない。ところが近年、同一断面形状で積厚Ｌｃを変更したステータコアに対するコイル挿入が１ラインで行われるようになりつつある。このため、ステータコアの積厚Ｌｃが変更された場合には、ブレード高さＨｂ１およびストリッパストロークＳｓ１を最適な設定値に修正する必要がある。

そのため従来は、ステータコアの積厚Ｌｃが変更された場合には、ブレード高さＨｂ１およびストリッパストロークＳｓ１に、ステータコアの積厚変更量ΔＬｃを加算してそれぞれを修正していた。ところが、このような修正では挿入側コイルエンドと反挿入側コイルエンドのコイルボリュームが一定（均等）にならなかった。

例えば、直径が２６０ｍｍ、積厚が３５ｍｍのステータコア（基準となるステータであり、基準ブレード高さはＨｂ１＝４６[ｍｍ]、基準ストリッパストロークはＳｓ１＝６０．５[ｍｍ]に設定されている）において、積厚が６０ｍｍに変更された場合には、図１０に破線で示すように、挿入側コイルエンドのコイルボリュームが２ｍｍ増大する。また、図１１に破線で示すように、反挿入側コイルエンドのコイルボリュームが２ｍｍ減少する。これは次の理由からである。ステータコアの積厚Ｌｃが大きくなると、コイルとスロット内面との接触面積が大きくなるためにコイルとスロット内面との摺動抵抗が大きくなる。その結果、挿入（リード）側から反挿入（反リード）側へ送られるコイルの量が減少するためである。

これに対して、本実施の形態に係るコイル挿入方法では、挿入側コイルエンドと反挿入側コイルエンドのコイルボリュームが一定（均等）になるように、ブレード高さＨｂおよびストリッパストロークＳｓを最適な設定値に修正している。そこで、この修正方法について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、ステータコアの積厚が変更された場合にブレード高さおよびストリッパストロークを最適値に修正する方法を説明するための説明図である。なお、ここでは、ステータコア３０の積厚ＬｃがＬｃ１（基準積厚）からＬｃ２に変更されてΔＬｃだけ増大した場合について説明する。

上記したように、基準積厚Ｌｃ１の場合には、予め基準ブレード高さＨｂ１および基準ストリッパストロークＳｓ１が設定されている。つまり、ステータコア３０の積厚がＬｃ１の場合には、基準ブレード高さＨｂ１となるように固定ブレード１２１をセットして、基準ストリッパストロークＳｓ１だけストリッパ１２５を移動させれば、反挿入側および挿入側の各コイルエンドにおけるコイルボリュームが一定（均等）になる。

そして、ステータコア３０の積厚Ｌｃが変更されてＬｃ２になった場合には、下記（１）式により修正ブレード高さＨｂ２を算出し、下記（２）式より修正ストリッパストロークＳｓ２を算出する。
Ｈｂ２＝Ｈｂ１＋ΔＬｃ＋α・ΔＬｃ・・・（１）
Ｓｓ２＝Ｓｓ１＋ΔＬｃ＋α・ΔＬｃ・・・（２）
なお、ΔＬｃはステータコアの積厚の変化量であるので、ΔＬｃ＝Ｌｃ２−Ｌｃ１である。また、αは積厚変化によるコイル送り量の補正係数である。この補正係数αは、実験に基づいて回帰式などから決定される。

例えば、上記した具体例の場合であれば、ステータコアの積厚が３５ｍｍから６０ｍｍに変更されているので変化量はΔＬｃ＝２５[ｍｍ]であり、基準ブレード高さはＨｂ１＝４６[ｍｍ]、基準ストリッパストロークはＳｓ１＝６０．５[ｍｍ]となる。そして、図１１に破線で示す実験データの回帰分析の結果から、ステータコアの積厚と反挿入側コイルエンドのコイルボリュームとの間の回帰係数は「−０．０６」となる。したがって、上記（１）および（２）式における補正係数をα＝０．０６と決定すればよい。

このようにして補正係数が決定されると、上記（１）および（２）式から修正ブレード高さがＨｂ２＝７２．５[ｍｍ］、修正ストリッパストロークがＳｓ２＝８７．０［ｍｍ］と算出される。そして、この修正ブレード高さＨｂ２および修正ストリッパストロークＳｓ２でＵ相コイルの挿入を行ったところ、図１０に実線で示すように、挿入側コイルエンドのコイルボリュームが増減することなく一定に保たれた。また、図１１に実線で示すように、反挿入側コイルエンドのコイルボリュームも増減することなく一定に保たれた。具体的には、挿入側コイルエンドおよび反挿入側コイルエンドの各コイルボリュームを５４[ｍｍ]にすることができた。つまり、挿入側コイルエンドおよび反挿入側コイルエンドの各コイルボリュームを一定（均等）にすることができた。

このように本実施の形態に係るコイル挿入方法を利用することにより、ステータコアの積厚Ｌｃが変更された場合でも、挿入側コイルエンドおよび反挿入側コイルエンドの各コイルボリュームを一定（均等）にすることができるので、各相コイルが相間絶縁紙を乗り越えて相間絶縁不良が発生することがない。また、コイル挿入後のコイルエンド成形においても、成形圧力が増大すこともないのでコイルの被膜が破傷するおそれもない。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るコイル挿入方法では、ステータコア３０の積厚Ｌｃが変更された場合には、上記（１）および（２）式により最適な修正ブレード高さＨｂ２および修正ストリッパストロークＳｓ２を算出することができる。そして、この修正ブレード高さＨｂ２および修正ストリッパストロークＳｓ２で各相コイルの挿入を行うので、挿入側コイルエンドおよび反挿入側コイルエンドの各コイルボリュームを一定（均等）にすることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では，コイルを３回に分けて挿入するモータ（３相モータ）に本発明を適用しているが，これに限るものではない。すなわち、コイルを同心状に複数回に分けて挿入するモータであれば適用可能である。

また，上記した本実施の形態では，車両駆動用モータ用のコイル挿入に本発明を適用したがこれに限るものではない。例えば、家電製品用モータのコイル挿入に本発明を適用してもよい。

ステータコアを示す図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。 巻線装置を用いてＵ相巻線を巻回し、Ｕ相コイルを成形する様子を示す説明図である。 成形したＵ相コイルをインサータにセットする様子を示す説明図である。 インサータにさらにステータコアをセットした状態を示す説明図である。 図４に示す状態におけるＹ−Ｙ断面矢視図である。 インサータにセットしたＵ相コイルをストリッパでさらに押し上げ、Ｕ相コイルの一部をステータコアのＵ相スロット内に挿入した状態を示す説明図である。 インサータにセットしたＵ相コイルをストリッパで押し上げ、Ｕ相コイルの一部について固定ブレードの先端を乗り越えさせた状態を示す説明図である。 インサータにセットしたＵ相コイルをストリッパでさらに押し上げ、Ｕ相コイルをなす素線のいずれについても固定ブレードの先端を乗り越えさせ、ウェッジ紙を挿入する様子を示す説明図である。 図８に示す状態から、さらにストリッパを上昇させた状態を示す説明図である。 ステータコアと挿入側のコイルエンドボリュームとの関係を示す図である。 ステータコアと反挿入側のコイルエンドボリュームとの関係を示す図である。 ステータコアの積厚が変更された場合にブレード高さおよびストリッパストロークを最適値に修正する方法を説明するための説明図である。 コイルエンドボリューム増大によって相間絶縁不良が発生する原因を説明するための説明図である。 コイルエンド仕上げ成形の様子を示す説明図である。

符号の説明

３０ ステータコア
３０Ａ 反挿入側端面
３０Ｂ 挿入側端面
３２ スロット
３９ 珪素鋼板
５１ Ｕ相コイル
１２１ 固定ブレード
１２５ ストリッパ
Ｈｂ ブレード高さ
Ｓｓ ストリッパストローク
Ｌｃ ステータコアの積厚
α 補正係数

Claims (1)

1. 鋼板を積層したステータコアのスロットに対し、ブレードに巻かれたコイルをストリッパにより挿入するコイル挿入方法において、
   前記ステータコアの積厚が変更された場合には、前記ブレードのブレード高さと前記ストリッパのストリッパストロークとを、前記ステータコアの両端面から突出するコイル量が一定保たれるように、修正後のブレード高さＨおよび修正後のストリッパストロークＳを、
   前記ステータコアの積厚をＬｃ、前記ステータコアの積厚の基準値をＬｏ、前記ブレード高さの基準値をＨｂ、前記ストリッパのストロークの基準値をＳｓ、実験に基づく回帰式で決定した補正係数をαとして、
   Ｈ＝Ｈｂ＋（Ｌｃ−Ｌｏ）＋α（Ｌｃ−Ｌｏ）
   Ｓ＝Ｓｓ＋（Ｌｃ−Ｌｏ）＋α（Ｌｃ−Ｌｏ）
   となる上記の式から算出し、
   その算出された修正後のブレード高さと修正後のストリッパストロークによって、前記ステータコアのスロットにコイルを挿入することを特徴とするコイル挿入方法。

Images