JP4704085B2 - コイル製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源等用の体積に制限のあるモータに用いられるコイルのコイル製造方法に関する。

ハイブリッド自動車や電気自動車の動力源等用の体積に制限のあるモータの出力を向上させるには、そのモータに用いられるコイルの巻線占積率を高めることが有効である。

一般に、モータ用のコイルは、巻線が略螺旋状に複数段重ね巻されて構成されている。この様なコイルの巻線占積率を高める方法としては、従来より、コイルをプレス成形することによりコイルの巻線占積率を高める方法が用いられている。

従来のコイル製造方法では、図６の様に、コイル３を、その巻線３ａが略螺旋状に複数段重ね巻きされた状態でその径方向（ｘ方向）にプレスすることによりプレス成形していた。即ち、所定の巻芯５にコイル３をその巻線３ａが略螺旋状に複数段重ね巻きされた状態で巻装し、そのコイル３を外周側からプレス金型１１でプレスすることにより、コイル３をプレス成形していた。尚、図６では、便宜上巻芯５の右側の各巻線３ａ部分およびプレス金型１１は図示省略されている。

この様にコイル３をプレスすることにより、図７の様に、コイル３の各巻線３ａの絶縁部３ｃ間の接触部分で当該絶縁部３ｃが変形し、これによりコイル３の少し巻きが緩い箇所の隙間を埋める形で巻線３ａの占積率が少し向上し、そして各巻線３ａの絶縁部３ｃの応力がもっと上がって各巻線３ａの導線部３ｂの弾性限を越えると、各巻線３ａの導線部３ｂが５角形または６角形に塑性変形して各巻線３ａ間の隙間が無くなり巻線３ａの占積率が更に向上する。

尚、この種のコイル製造方法に関する文献として特許文献１に示されるものがある。

特開２０００−５０５８３号公報

従来のコイル製造方法では、上述の様にコイル３をその巻線３ａが複数段重ね巻きされた状態でプレスするので、即ち巻線３ａの配列を複数段分まとめて整然化するので、巻線３ａの配線を整然化し難いという欠点や、プレス金型１１に大きな力を掛ける必要があるという欠点があった。そして、その大きな力が巻芯５に伝わり巻芯５に大きな負荷が掛かるという欠点もあった。

また、上述の様にコイル３をプレスすると、そのプレスによりコイル３内に生じたコイル３の軸方向（ｚ方向）の応力がコイル３の両端に集中するので、巻芯５の外周面にコイル３の巻回範囲の両端を定める突出部５ａがある場合には、その突出部５ａに前記応力が直撃して、その突出部５ａが前記応力により破壊される場合があるという欠点があった。特にコイル３へのプレス圧が小さい段階では、コイル３の巻線３ａの隣接巻線３ａ間への落ち込みにより生じる応力がコイル３の両端に集中して巻芯５の突出部５ａを破損する原因となっている。

そこで、この発明の課題は、第１に、従来よりも（即ち巻線の配列を複数段分まとめて整然化する場合よりも）小さな力で容易にコイルの巻線の配列を整然化できるコイル製造方法を提供すること、第２に、巻芯の外周面に突出部がある場合に、その突出部がプレスによりコイル内に生じる応力により破損されること無くコイルをプレスできるコイル製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、巻回範囲の両端が突出部で定められた所定の巻芯に、巻線が略螺旋状に複数段重ね巻きされるコイルをプレス成形するコイル製造方法であって、前記コイルを、巻線が一段分略螺旋巻きされる毎にその径方向にプレスし、その巻回範囲の両端が突出部で定められた所定の巻芯を用い、その巻芯の前記巻回範囲に巻線を一段分略螺旋巻きする毎にその略螺旋巻きした巻線を外周側からプレスすることにより前記コイルをプレス成形する場合において、前記巻芯の前記突出部との間に数巻分隙間を空ける様にして前記巻芯の前記巻回範囲に巻線を一段分略螺旋巻きして、その略螺旋巻きした巻線を外周側からプレスするものである。

請求項２及び３に記載の発明は、その巻回範囲の両端が突出部で定められた所定の巻芯を用い、その巻芯の前記巻回範囲に巻線を一段分略螺旋巻きする毎にその略螺旋巻きした巻線を外周側からプレスすることにより前記コイルをプレス成形する場合において、前記一段分略螺旋巻きした巻線の端部に巻線を折り返して数巻分重ね巻きし、その折り返して数巻分重ね巻きした巻線とその一段分略螺旋巻きした巻線とをまとめて外周側からプレスするものである。

請求項１に記載の発明によれば、コイルをその巻線が一段分略螺旋巻きされる毎にその径方向にプレスするので、即ち巻線の配列を一段分ずつ整然化するので、巻線の配列を複数段分まとめて整然化する場合よりも、より小さな力で容易に巻線の配列を整然化できる。

また、巻芯の突出部との間に数巻分隙間を空ける様にして巻芯の巻回範囲に巻線を一段分略螺旋巻きして、その略螺旋巻きした巻線を外周側からプレスするので、巻芯の突出部と一段分略螺旋巻きした巻線との間に空けた数巻分の隙間により、プレスにより一段分略螺旋巻きした巻線内に生じたその軸方向の応力が巻芯の突出部に直撃する事を防止でき、これにより、巻芯の前記突出部が前記応力により破損されること無くコイルをプレスできる。

請求項２及び３に記載の発明によれば、一段分略螺旋巻きした巻線の端部に巻線を折り返して数巻分重ね巻きし、その一段分略螺旋巻きした巻線とその折り返して数巻分重ね巻きした巻線とをまとめて外周側からプレスするので、プレスによりその折り返して数巻分重ね巻きした巻線がその一段分略螺旋巻きした巻線間に落ち込んで、この落ち込みにより、その一段分略螺旋巻きした巻線から巻芯の突出部に大きな応力が掛かること無く、その一段分略螺旋巻きした巻線を巻芯の突出部間に隙間無く整然と配列させる事ができる。

＜実施の形態＞
この実施の形態に係るコイル製造方法は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の動力源用のモータに用いられるコイルのうち、その巻線が略螺旋状に複数段重ね巻きされるものを対象とし、その様なコイルを、その巻線が所定段分（ここでは一段分）略螺旋巻きされる毎にその径方向にプレスして行くことによりプレス成形するものである。

より詳細には、図１の様に、まずコイルを巻回するための所定の巻芯（鉄芯）５を準備する。この巻芯５は、モータに用いられるステータのコア部（コイルが巻回される部分）の形に合わせて形成されており、例えば、平面視略長円形の柱状の巻芯本体５ｂの外周面に、コイルが巻回される巻回範囲の両端を定める突出部５ａが周設されて形成されている。この巻芯５としては、モータに用いられるステータのコア部をそのまま使用しても良く、またはそのコア部と同形同大に形成されたプレス成形用の型芯を使用しても良い。ここでは、この様な形の巻芯５を使用することにより、断面略長円形の筒状のコイルがプレス成形されて形成される。

そして、準備した巻芯５の巻回範囲に巻線３ａを一段分略螺旋巻きする毎に、その螺略螺旋巻きした巻線をその径方向（ここではｘ方向）にプレスして行く。

即ち、図２の様に、まず巻芯５の巻回範囲に巻線（ここでは断面円形の導線部３ｂの外周を絶縁部３ｃで被覆された丸線）３ａを一段分略螺旋巻きする（即ち巻芯５にコイルの一段目の巻線部分を巻回する）（巻き工程）。ここでは、巻芯５の突出部５ａとの間に数巻分の隙間ｗ１を空ける様にして巻芯５の巻回範囲に巻線３ａを一段分略螺旋巻きする。図２では、便宜上巻芯５の右側の巻線３ａ部分は図示省略されている。

尚、上記の数巻分の隙間ｗ１としては、上記の一段分略螺旋巻きした巻線３ａを後述の様にプレスした際に、巻線３ａの隣接巻線３ａ間への落ち込みにより、上記の一段分略螺旋巻きした巻線３ａがその軸方向（ｚ方向）に拡がる幅と同程度の隙間が望ましい。

そして次に、図３の様に、その一段分略螺旋巻きした巻線３ａをその外周側からプレスする（プレス工程）。ここでは、その一段分螺略螺旋巻きした巻線３ａをその両側から一対のプレス金型１１で挟み込むことにより、その一段分略螺旋巻きした巻線３ａの外周面のうちの両側の主側面のそれぞれの全体を巻芯５とプレス金型１１とで挟み込んでプレスする。尚、図３では、便宜上巻芯５の右側の巻線３ａ部分およびプレス金型１１は図示省略されている。

このプレスにより、その一段分略螺旋巻きした巻線３ａの配列が整然化されると共に、その一段分略螺旋巻きした巻線３ａの絶縁部３ｃ間の接触部分で当該絶縁部３ｃが変形し、そして各巻線３ａの絶縁部３ｃの応力がもっと上がって各巻線３ａの導線部３ｂの弾性限を越えると、各巻線３ａの導線部３ｂが５角形または６角形に塑性変形して各巻線３ａ間の隙間が無くなり巻線３ａの占積率が更に向上する。

尚、ここでは、プレスによりその一段分略螺旋巻きした巻線３ａに生じるその軸方向（ｚ方向）の応力（特に巻線３ａの隣接巻線３ａ間への落ち込みにより生じる応力）は、上記の巻き行程で巻芯５の突出部５ａとその一段分略螺旋巻きした巻線３ａとの間に空けた数巻分の隙間ｗ１で吸収されて巻芯５の突出部５ａに直撃する事が防止されている。

尚、ここでは、各プレス金型１１はそれぞれ、図２を参照して、その横幅（ｙ方向の幅）が巻芯５の主側面５ｃ（図１参照）の横幅（ｙ方向の幅）ｖ１と同程度またはそれより大きくされ、その縦幅（ｚ方向の幅）が巻芯５の巻回範囲の縦幅（ｚ方向の幅）ｖ２と同程度に形成され、そのプレス面１１ａの表面形状が巻回範囲の主側面５ｃの表面形状と同形状（ここでは平坦）にされて形成されている。ここでは、このプレス金型１１を使用することにより、１回のプレスで、一段分略螺旋巻きした巻線３ａの主側面の全体が一度にプレスされる。

この様にして、まずコイルの一段目の巻線部分を巻芯５に巻いた状態でプレス成形する。そして、上記の巻き工程およびプレス工程を交互に繰り返して、このプレス成形された一段目の巻線部分の上に二段目以上の巻線部分を順に重ね巻いてプレス成形して行くことにより、図４の様に、その巻線３ａが略螺旋状に複数段（図４では３段）重ね巻かれるコイル３がプレス成形されて形成される。図４では、便宜上巻芯５の右側の巻線３ａ部分は図示省略されている。

この様にプレス成形されたコイル３では、（１）コイル３の各巻線３ａの配列が整然化されていると共に、（２）コイル３の各巻線３ａの導体部３ｂが５角形または６角形状に変形して、隣接する各巻線３ａの導体部３ｂがより近接しており、これら（１）（２）によりコイル３の巻線占積率が向上されている。コイル３の占積率が向上すると、コイル３に流せる電流値がほぼ比例して向上し、モーターの体積は同じでトルクが増大できる。

尚、ここでは、コイル３の外周面のうちの両側の主側面５ｃだけをプレスしたが、外周面のうちの残りの側面についてもプレスしても構わない。

以上に説明したコイル製造方法によれば、コイル３をその巻線３ａが所定段分略螺旋巻きされる毎にその径方向（ここではｘ方向）にプレスするので、即ち巻線３ａの配列を所定段分ずつ整然化するので、巻線３ａの配列を複数段分まとめて整然化する場合よりも小さな力で容易に巻線３ａの配列を整然化できる。これにより、基本的なプレス機の価格は負荷（トン数）にほぼ比例するため、プレス機のコストを低減できる。

尚、この実施の形態のように、コイル３をその巻線３ａが一段分略螺旋巻きされる毎にその径方向にプレスすれば、即ち巻線３ａの配列を所定段分ずつ整然化すれば、より小さな力で容易に巻線３ａの配列を整然化できる。

また、巻芯５の突出部５ａとの間に数巻分の隙間ｗ１を空ける様にして巻芯５の巻回範囲に巻線３ａを一段分略螺旋巻きして、その略螺旋巻きした巻線３ａを外周側からプレスするので、巻芯５の突出部５ａと一段分略螺旋巻きした巻線３ａとの間に空けた数巻分の隙間ｗ１により、プレスにより一段分略螺旋巻きした巻線３ａ内に生じたその軸方向（ｚ方向）の応力が巻芯５の突出部５ａに直撃する事を防止でき、これにより、巻芯５の突出部５ａが前記応力により破損されること無くコイル３をプレスできる。

尚、この実施の形態では、コイル３をその巻線３ａが一段分略螺旋巻きされる毎にその径方向にプレスする場合で説明したが、複数段分略螺旋巻きされる毎にその径方向にプレスしてもよい。

＜変形例１＞
上記の実施の形態では、巻芯５の突出部５ａとの間に数巻分の隙間ｗ１を空ける様にして巻芯５の巻回範囲に巻線３ａを一段分略螺旋巻きする場合で説明したが、別の巻線の巻き方として、図５の様に、一段分略螺旋巻きした巻線３ａの端部に巻線３ａを折り返して数巻分（図５では３巻分）重ね巻きし、その折り返して数巻分重ね巻きした巻線３ａ−１とその一段分略螺旋巻きした巻線３ａとをまとめて外周側からプレス金型１１でプレスする様にしてもよい。

この様にすれば、図３の様に、プレスによりその折り返して数巻分重ね巻きした巻線３ａ−１がその一段分略螺旋巻きした巻線３ａ間に落ち込んで、この落ち込みにより、その一段分略螺旋巻きした巻線３ａから巻芯５の突出部５ａに大きな応力が掛かること無く、その一段分略螺旋巻きした巻線３ａを巻芯５の突出部５ａ間に隙間無く整然と配列させる事ができる。

即ち、この発明は、巻芯５に巻線３ａを一段分略螺旋巻きしてその一段分略螺旋巻きした巻線３ａだけをプレスしただけでは、そのプレスした巻線３ａの巻線間およびそのプレスした巻線３ａと巻芯５の突出部５ａとの間に若干の隙間が残って、その一段分略螺旋巻きした巻線３ａの配列を十分に（即ち巻線３ａ間の隙間を詰めて）整然化できない場合に、有効である。

本発明の実施の形態に係るコイル製造方法で使用される巻芯の斜視図である。 本発明の実施の形態に係るコイル製造方法における、巻線が一段分略螺旋巻きされた巻芯のプレス前の断面図である。 本発明の実施の形態に係るコイル製造方法における、巻線が一段分略螺旋巻きされた巻芯のプレス後の断面図である。 本発明の実施の形態に係るコイル製造方法における、巻線が数段分略螺旋巻きされた巻芯のプレス後の断面図である。 変形例１に係るコイル製造方法における、巻線が一段分略螺旋巻きされた巻芯のプレス前の断面図である。 従来のコイル製造方法における、コイルが巻装された巻芯のプレス前の断面図である。 従来のコイル製造方法における、コイルが巻装された巻芯のプレス後の断面図である。

符号の説明

３ コイル
３ａ 巻線
３ｂ 導線部
３ｃ 絶縁部
５ 巻芯
７ プレス金型
７ａ プレス面

Claims (3)

1. 巻回範囲の両端が突出部で定められた所定の巻芯に、巻線が略螺旋状に複数段重ね巻きされるコイルをプレス成形するコイル製造方法であって、
   前記コイルを、巻線が一段分略螺旋巻きされる毎にその径方向にプレスし、
   その巻回範囲の両端が突出部で定められた所定の巻芯を用い、その巻芯の前記巻回範囲に巻線を一段分略螺旋巻きする毎にその略螺旋巻きした巻線を外周側からプレスすることにより前記コイルをプレス成形する場合において、
   前記巻芯の前記突出部との間に数巻分隙間を空ける様にして前記巻芯の前記巻回範囲に巻線を一段分略螺旋巻きして、その略螺旋巻きした巻線を外周側からプレスすることを特徴とするコイル製造方法。
2. その巻回範囲の両端が突出部で定められた所定の巻芯を用い、その巻芯の前記巻回範囲に巻線を一段分略螺旋巻きする毎にその略螺旋巻きした巻線を外周側からプレスすることにより前記コイルをプレス成形する場合において、
   前記一段分略螺旋巻きした巻線の端部に巻線を折り返して数巻分重ね巻きし、その折り返して数巻分重ね巻きした巻線とその一段分略螺旋巻きした巻線とをまとめて外周側からプレスすることを特徴とする請求項１に記載のコイル製造方法。
3. 巻回範囲の両端が突出部で定められた所定の巻芯に、巻線が略螺旋状に複数段重ね巻きされるコイルをプレス成形するコイル製造方法であって、
   前記コイルを、巻線が一段分略螺旋巻きされる毎にその径方向にプレスし、
   その巻回範囲の両端が突出部で定められた所定の巻芯を用い、その巻芯の前記巻回範囲に巻線を一段分略螺旋巻きする毎にその略螺旋巻きした巻線を外周側からプレスすることにより前記コイルをプレス成形する場合において、
   前記一段分略螺旋巻きした巻線の端部に巻線を折り返して数巻分重ね巻きし、その折り返して数巻分重ね巻きした巻線とその一段分略螺旋巻きした巻線とをまとめて外周側からプレスすることを特徴とするコイル製造方法。

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