JP4340740B2

JP4340740B2 - 電動機のステータに用いられる接続線、その接続線を備えたステータおよびその接続線の曲げ方法

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Publication number: JP4340740B2
Application number: JP2007188468A
Authority: JP
Inventors: 広暁浦野; 和高立松; 靖治竹綱; 靖西隈; 裕小松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: US20100201212A1; DE112008001909T5; WO2009011459A1; JP2009027838A; US8115353B2; CN101743680A; CN101743680B; DE112008001909B4

Description

本発明は、電動機のステータに用いられる接続線に関し、特に、ステータコアに巻かれたコイルと、コイルよりも外周側に設けられた端子部材とを接続する接続線に関する。

電気自動車の駆動源等として使用される電動機は、通常、内周方向に突出する複数のティースが周方向に一定の間隔をあけて設けられたリング状のステータコアを有している。ステータコアの各ティースには、コイルが巻かれている。このようなステータは、組み立てが容易になるように、各ティースの形状に合わせて予めコイルを巻いてユニット化しておき、ユニット化された各コイルを、各ティースにそれぞれ嵌合させて製造される。この場合、各ティースに対してユニット化された各コイルをそれぞれ嵌合させた後に、所定のコイル同士を電気的に接続する必要があり、接続作業が容易でないという問題がある。このような問題を解決する技術が、たとえば特開２００１−１０３７００号公報に開示されている。

この公報に開示された電動機のステータは、内方に突出する複数のティースが周方向に等しい間隔で設けられたリング状のステータコアと、ステータコアにおける各ティースにそれぞれ嵌合され、各コイルの巻始め端部および巻終わり端部がステータコアの端面に沿って外周側に延びるように予め導線を巻いて形成されたコイルユニットと、ステータコアよりも外周側に設けられ、各コイルユニットをティースに嵌合させる際に各コイルの巻始め端部および巻終わり端部がそれぞれ挿入される筒状の端子部材と、端子部材同士を接続するバスバとを含む。

この公報に開示されたステータによると、コイルユニットをステータコアのティースに対して嵌合する際に、各コイルの巻始め端部および巻終わり端部が、筒状の各端子部材に挿入される。そのため、コイルと端子部材（すなわちコイル同士）の接続作業を容易に行うことができる。
特開２００１−１０３７００号公報

ところで、特許文献１に開示されたステータにおいては、コイルユニットの嵌合時にコイル端部が端子部材に挿入されるように、コイル端部が端子部材側に略垂直方向に曲げられている。このようにコイルを曲げる方法の１つとして、塑性変形させるためのツールを要求される角度に応じて形成し、そのツールをコイル本体とコイル端部との間に入れ込み、コイル端部をツールに押し当てる方法が考えられる。しかし、コイル本体とコイル端部の曲げ位置との距離が短い場合、ツールのスペースを十分に確保できず、コイルの素材、直径、断面形状などによっては、コイル端部を要求される角度に曲げることができない場合がある。しかしながら、特許文献１には、このような問題を解決する技術についてなんら開示されていない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ステータコアの内周側に設けられたコイルとコイルよりも外周側に設けられた端子部材とを備えた電動機のステータに用いられ、コイルの内周側の端部と端子部材とを接続する接続線であって、ステータの大型化を抑制しつつ、塑性変形させるためのツールスペースを確保することができる接続線、その接続線を備えたステータおよびその接続線の曲げ方法を提供することである。

第１の発明に係る接続線は、内周側に突出する歯部が設けられた中空筒状のステータコアと、歯部に巻かれたコイルと、コイルよりも外周側のステータコアの軸方向の端面に設けられた端子部材とを備えた電動機のステータに用いられ、内周側のコイルの端部と端子部材とを接続する塑性変形が可能な接続線である。この接続線は、コイルの端部と端子部材との間に設けられ、コイル側に曲げられた第１の曲げ部と、第１の曲げ部と端子部材との間に設けられ、第１の曲げ部よりコイルに近い位置で、コイルと異なる側に曲げられた第２の曲げ部とを含む。

第１の発明によると、接続線は、第１の曲げ部でコイル側に曲げられ、第２の曲げ部でコイルと異なる側に曲げられて、コイルの内周側の端部と端子部材とを接続する。第２の曲げ部は、第１の曲げ部よりコイルに近い位置に設けられる。これにより、たとえば第２の曲げ部よりコイルに近い位置に第１の曲げ部を設ける場合に比べて、コイル端面と第１の曲げ部との距離がより大きくなる。これにより、接続線をコイル側に塑性変形させるためのツールのスペースを確保することができる。さらに、第２の曲げ部の曲げ角度を調整することにより、少なくとも第１の曲げ部よりコイルに近い側に接続線を設けることができる。これにより、ステータの大型化が抑制される。なお、第２の曲げ部はコイルと異なる側に曲げられるため、第１の曲げ部と比べて、第２の曲げ部からコイル端面までの距離（ツールスペース）を考慮する必要はない。その結果、ステータコアの内周側に設けられたコイルとコイルよりも外周側に設けられた端子部材とを備えた電動機のステータに用いられ、コイルの内周側の端部と端子部材とを接続する接続線であって、ステータの大型化を抑制しつつ、接続線をコイル側に塑性変形させるためのツールのスペースを確保することができる接続線を提供することができる。

第２の発明に係る接続線においては、第１の発明の構成に加えて、接続線は、第１の曲げ部と第２の曲げ部とにおいて、端子部材との接続部分が端子部材に沿って略平行に接触するように曲げられる。

第２の発明によると、接続線が第１の曲げ部と第２の曲げ部とにおいて曲げられることにより、端子部材側端部が端子部材に沿って略平行に接触する。これにより、接続線と端子部材との接触面を溶接することにより、接続線と端子部材とを大きな強度で接合することができる。そのため、たとえば筒状の端子部材に接続線を挿入して固着する場合に比べて、端子部材の形状を簡略化できるとともに、接続線の位置決めを容易に行なうことができる。

第３の発明に係る接続線においては、第１または２の発明の構成に加えて、接続線は、コイルを形成する導線と一体的に形成される。第３の発明によると、コイルを形成する導線で接続線を実現できるので、低コスト化を図ることができる。

第４の発明に係るステータは、第１〜３のいずれかの発明に係る接続線を備えたステータである。第４の発明によると、第１〜３のいずれかの発明に係る接続線を備えることにより、大型化を抑制しつつ、接続線を塑性変形させるためのツールのスペースを確保することができるステータを実現することができる。

第５の発明に係る曲げ方法は、内周側に突出する歯部が設けられた中空筒状のステータコアと、歯部に巻かれたコイルと、コイルよりも外周側のステータコアの軸方向の端面に設けられた端子部材とを備えた電動機のステータに用いられ、コイルの内周側の端部と端子部材とを接続する塑性変形が可能な接続線の曲げ方法である。この曲げ方法は、コイルの内周側の端部から軸方向に延びる接続線を、第１の曲げ位置で端子部材側に曲げる第１の曲げステップと、第１の曲げ位置よりも端子部材側の接続線を、第１の曲げ位置よりもコイルから遠い側において曲げる第２の曲げステップと、第２の曲げステップにより曲げられた接続線が第１の曲げ位置よりもコイル側に設けられるように、接続線を第１の曲げ位置でコイル側に曲げる第３の曲げステップとを含む。

第５の発明によると、コイルの内周側の端部から軸方向に延びる接続線を、第１の曲げ位置で端子部材側に曲げ、第１の曲げ位置よりも端子部材側の接続線を、第１の曲げ位置よりもコイルから遠い側において曲げる。そのため、第１の曲げ位置よりも端子部材側の接続線を曲げる際、コイル、ステータコア、端子部材などの周辺部材との干渉を考慮する必要がなくなるので、要求される角度に容易に曲げることができる。さらに、接続線が第１の曲げ位置よりもコイル側に設けられるように、接続線を第１の曲げ位置でコイル側に曲げる。そのため、ステータの大型化が抑制される。さらに、たとえば第２の曲げ部よりコイルに近い位置に第１の曲げ部を設ける場合に比べて、コイル端面と第１の曲げ部との距離がより大きくなる。そのため、第１の曲げ部で接続線をコイル側に塑性変形させるためのツールのスペースを確保することができる。その結果、ステータコアの内周側に設けられたコイルとコイルよりも外周側に設けられた端子部材とを備えた電動機のステータに用いられ、コイルの内周側の端部と端子部材とを接続する接続線であって、ステータの大型化を抑制しつつ、接続線をコイル側に塑性変形させるためのツールのスペースを確保することができる接続線の曲げ方法を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１および図２を参照して、本実施の形態に係る電動機のステータ１０について説明する。図１は、ステータ１０を上側から見た場合の部分平面図である。図２は、図１に示す方向Ａからステータ１０を見た場合の部分平面図である。ステータ１０は、ステータコア１００と、コイル２００と、バスバ３００とを含む。

ステータコア１００は、複数の磁性鋼板を積層して形成される。ステータコア１００は、ステータ本体部１１０と、歯部１２０とを有している。ステータ本体部１１０は、全周にわたって一定の幅のリング状（中空筒状）に形成される。歯部１２０は、ステータ本体部１１０の内周面に一定の間隔をあけて複数設けられ、それぞれがステータ本体部１１０の内周側に突出する。以下の説明において、内周側とは、ステータコア１００の内周側を意味し、外周側とは、ステータコア１００の外周側を意味するものとする。

コイル２００は、各歯部１２０にそれぞれ装着されている。コイル２００は、コイル本体部２１０と、外周側のコイル本体部２１０の端部に接続される接続線２２０と、内周側のコイル本体部２１０の端部に接続される接続線２３０とを含む。コイル本体部２１０および接続線２２０，２３０は、断面が長辺および短辺（あるいは長径および短径）を有する形状の導線を塑性変形させて一体的に形成される。なお、導線の断面形状はこれに限定されない。また、コイル本体部２１０と接続線２２０，２３０とを別々の導線で形成するようにしてもよい。

コイル本体部２１０は、ステータコア１００の径方向を巻き軸方向として、螺旋状に形成される。コイル２００は、導線断面の短辺を内側とし、長辺が巻き軸に垂直になるように巻かれたコイル（いわゆるエッジワイズコイル）である。コイル２００は、歯部１２０の形状に合わせて、内周側から外周側にかけて徐々に径が大きくなるように巻かれている。なお、導線の巻き方はこれに限定されない。

接続線２２０は、外周側のコイル本体部２１０の端部からステータコア１００の軸方向に沿って上方に突出し、所定位置で外周側に曲げられて、バスバ３００の端子部材３２０に接続される。

接続線２３０は、内周側のコイル本体部２１０の端部からステータコア１００の軸方向に沿って上方に突出し、所定位置で外周側に曲げられて、バスバ３００の端子部材３３０に接続される。これにより、接続線２３０の一部は、コイル本体部２１０の上端外周面（以下、コイルエンドとも記載する）の上方を、コイルエンドに沿って形成されることになる。

バスバ３００は、ステータ本体部１１０の上面（すなわちコイル２００よりも外周側）に設けられる。バスバ３００は、ステータ本体部１１０の上面全周に沿ってリング状に形成された絶縁ケース３１０を有している。絶縁ケース３１０には、それぞれが周方向に沿った複数の溝部が設けられ、各溝部には、端子部材３２０，３３０が各コイル２００に応じて設けられる。端子部材３２０，３３０は、導電性の長板材によって構成されており、それぞれの一方の端部が、各溝部内に設けられた導電部材３４０に接続されている。端子部材３２０，３３０の他方の端部は、ステータコア１００の軸方向に沿って上方に突出し、接続線２２０，２３０と溶接などによって接合される。これにより、各コイル２００は、たとえば、２つのコイル２００を間に挟んで隣接する他のコイル２００と電気的に接続さる。

図３を参照して、本実施の形態に係る接続線２３０について説明する。なお、図３は、図１における３−３断面図である。

接続線２３０は、内周側のコイル本体部２１０の端部からステータコア１００の軸方向に沿って鉛直上方向に突出する。

接続線２３０は、ステータコア１００の軸方向の長さの制限ライン（図３参照）近傍の第１曲げ部２３２で、下方を向くようにコイル本体部２１０側に曲げられる。なお、制限ラインは、ステータ１０の搭載要件などによって決められる。

さらに、第１曲げ部２３２より外周側の接続線２３０が、制限ラインとコイルエンドとの間であって第１曲げ部２３２よりもコイル本体部２１０に近い第２曲げ部２３４で、略水平右方向を向くようにコイル本体部２１０と異なる側に曲げられる。

さらに、第２曲げ部２３４より外周側の接続線２３０が、端子部材３３０近傍の第３曲げ部２３６で、接続線２３０における端子部材３３０との接続部分２３８が端子部材３３０の端面に沿って略平行に接触するように、コイル本体部２１０と異なる側に曲げられる。

なお、本実施の形態においては、コイル本体部２１０と異なる側への曲げ部として、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６を記載したが、たとえば、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６を１つの曲げ部にしてもよい。

図４を参照して、本実施の形態に係る接続線２３０を曲げる際の工程について説明する。まず、コイル２００が歯部１２０にセットされる。この状態では、接続線２３０は上方に突出したままの状態である。

その後、図４の左図に示すように、接続線２３０を端子部材３３０側に略水平に曲げるためのツール５００Ａをコイルエンドと制限ラインとの間に設置し、接続線２３０をツール５００Ａに押し当てて塑性変形させる。

次に、図４の中央図に示すように、第１曲げ部２３２Ａよりもコイル本体部２１０から遠い側において、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６を予め形成するように、接続線２３０を塑性変形させる。なお、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６の形成には、ツール５００Ａとは異なる他のツール（図示せず）が用いられる。

さらに、図４の右図に示すように、ツール５００Ａとは異なるツール５００Ｂをコイルエンドと制限ラインとの間に設置し、第１曲げ部２３２Ａの曲げ角度をより大きくした第１曲げ部２３２になるように、接続線２３０をツール５００Ｂに押し当てて塑性変形させる。これにより、接続線２３０の曲げ工程が完了した状態において、接続線２３０が制限ラインを越えず、かつ接続部分２３８が端子部材３３０の端面に沿って略平行に接触する位置に設けられる。

以上のような構造および工程に基づく、本実施の形態に係る接続線２３０およびその曲げ方法の作用について説明する。

接続線２３０は、第１曲げ部２３２、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６で曲げられている。第１曲げ部２３２は、内周側のコイル本体部２１０の端部と、端子部材３３０とを接続するために、コイルエンドの上方でコイル本体部２１０側に曲げられている。第１曲げ部２３２を形成するためには、塑性変形させるツール５００Ａをコイルエンド上に設置する必要があるが、接続線２３０を要求される角度に塑性変形するためには、ステータ１０の軸方向におけるツール５００Ａの設置可能距離をできる限り大きくすることが望ましい。

そこで、第１曲げ部２３２が、制限ライン近傍に設けられる。そのため、コイルエンドと第１曲げ部２３２との距離が大きくなり、ステータ１０の軸方向におけるツール５００Ａの設置可能距離を大きくすることができる。

さらに、接続線２３０が、第１曲げ部２３２、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６で曲げられることにより、接続線２３０における端子部材３３０との接続部分２３８が、端子部材３３０の端面に沿って略平行に接触する。そのため、接続線２３０と端子部材３３０との溶接面積を大きくして、両者の接合強度を高めることができる。これにより、たとえば筒状の端子部材に接続線を挿入して固着することにより接合強度を高める場合に比べて、端子部材３３０の形状を簡略化できるとともに、接続線２３０と端子部材３３０との位置決めを容易に行なうことができる。

第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６は、第１曲げ部２３２よりもコイル本体部２１０に近い位置に設けられる。しかし、コイル本体部２１０と異なる側に曲げられて形成される。そのため、第１曲げ部２３２のように、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６とコイルエンドとの距離を考慮する必要はない。

さらに、接続線２３０を曲げるために、まず、制限ライン近傍で接続線２３０を端子部材３３０側に略水平に曲げて第１曲げ部２３２Ａを形成する。次に、第１曲げ部２３２Ａよりもコイル本体部２１０から遠い側において、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６を予め形成する。これにより、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６の形成する際に、コイルエンド、ステータコア１００、端子部材３３０といった周辺部材とツールとの干渉を考慮する必要がなくなる。そのため、第２曲げ部２３４および第３曲げ部２３６を容易に形成することができる。

さらに、接続線２３０が制限ラインよりもコイル本体部２１０側に設けられるように、接続線２３０をツール５００Ｂに押し当てて、第１曲げ部２３２Ａをさらにコイル本体部２１０側に曲げた第１曲げ部２３２を形成する。これにより、完成状態において接続線２３０が接続線２３０が制限ラインよりもコイル本体部２１０側に設けられ、ステータ１０の大型化が抑制される。なお、上述のように、第１曲げ部２３２は、制限ライン近傍に設けられるため、ツール５００Ｂのスペースは十分に確保される。

以上のように、本実施の形態に係る接続線によれば、内周側のコイルの端部と、端子部材とを接続するために、コイルエンドの上方でコイル側に曲げられている。この曲げ部の位置が、制限ライン近傍に設けられる。そのため、コイルエンドと曲げ部との距離が大きくなり、ステータの軸方向におけるツールの設置可能距離を大きくすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るステータ１０を示す図（その１）である。本発明の実施の形態に係るステータ１０を示す図（その２）である。本発明の実施の形態に係る接続線を示す図である。本発明の実施の形態に係る接続線の曲げ方を示す図である。

符号の説明

１０ステータ、１００ステータコア、１１０ステータ本体部、１２０歯部、１２０歯部、２００コイル、２１０コイル本体部、２２０，２３０接続線、２３２，２３２Ａ第１曲げ部、２３４第２曲げ部、２３６第３曲げ部、２３８接続部分、３００バスバ、３１０絶縁ケース、３２０，３３０端子部材、３４０導電部材、５００Ａ，５００Ｂツール。

Claims

内周側に突出する歯部が設けられた中空筒状のステータコアと、前記歯部に巻かれたコイルと、前記コイルよりも外周側の前記ステータコアの軸方向の端面に設けられた端子部材とを備えた電動機のステータに用いられ、内周側の前記コイルの端部と前記端子部材とを接続する接続線であって、
前記コイルの端部と前記端子部材との間に設けられ、前記コイル側に曲げられた第１の曲げ部と、
前記第１の曲げ部と前記端子部材との間に設けられ、前記第１の曲げ部より前記コイルに近い位置で前記コイルと異なる側に曲げられることによって、前記ステータコアの軸方向の端面に近づく方向に窪んだ凹部を前記接続線に形成する第２の曲げ部と、
前記第２の曲げ部と前記端子部材との間かつ前記第２の曲げ部よりも前記ステータコアの軸方向の端面から離れた位置に設けられ、前記端子部材に接続される接続部分とを含む、接続線。
前記端子部材は、前記ステータコアの軸方向と略平行な方向に延在し、
前記接続部分と前記端子部材とは、共に先端部が前記ステータコアの軸方向の端面から離れる方向に向いた状態で略平行に重ねられて接続される、請求項１に記載の接続線。
前記接続線は、前記コイルを形成する導線と一体的に形成される、請求項１または２に記載の接続線。
請求項１〜３のいずれかに記載の接続線を備えたステータ。
内周側に突出する歯部が設けられた中空筒状のステータコアと、前記歯部に巻かれたコイルと、前記コイルよりも外周側の前記ステータコアの軸方向の端面に設けられた端子部材とを備えたステータに用いられ、前記コイルの内周側の端部と前記端子部材とを接続する接続線の曲げ方法であって、
前記コイルの内周側の端部から前記軸方向に延びる前記接続線を、第１の曲げ位置で前記端子部材側に曲げる第１のステップと、
前記第１の曲げ位置よりも前記端子部材側の接続線を、前記第１の曲げ位置よりも前記コイルから遠い側において凹状に曲げる第２のステップと、
前記第２のステップにより曲げられた接続線の凹状の部分を前記第１の曲げ位置よりも前記コイル側に設けることによって、前記ステータコアの軸方向の端面に近づく方向に前記接続線を窪ませるとともに、前記第２のステップにより曲げられた接続線の凹状の部分と前記端子部材との間かつ前記第２のステップにより曲げられた接続線の凹状の部分よりも前記ステータコアの軸方向の端面から離れた位置で前記接続線を前記端子部材に接続させるように、前記接続線を前記第１の曲げ位置で前記コイル側に曲げる第３のステップとを含む、曲げ方法。