JP4872638B2 - ステータの巻線の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータの巻線（コイル）の製造方法に関し、詳しくは、Ｕ字状の導体セグメントからコイルを製造するときの製造方法に関する。

従来、例えば、発電機や電動機等の回転電機では、所定の形状を有する多数の導体セグメントを固定子鉄心（ステータコア）のスロットに挿入して組み付けた後、各導体セグメントの端部同士を接合して形成される固定子コイルが知られている。

個々の導体セグメントは、図１に示す様に、予めＵ字形状に設けられており、このＵ字形状から、図３に示す様に、Ｕ字曲部を介して平行に延びる２本の直線部を反対方向へ引き離すことで、Ｕ字曲部に対する捻り成形が行われ、その後、２本の直線部を固定子鉄心のスロットに挿入して組み付けられている。

そして、この捻り成形は、相対回転可能に組み合わされた内側リング部と外側リング部とで構成される捻り成形治具を有する捻り成形装置により行われている。この捻り成形装置において、内側リング部と外側リング部には、それぞれ導体セグメントの直線部を保持する矩形状の保持溝が形成され、この保持溝が、両リング部の周方向に、固定子鉄心のスロット数と同数だけ等間隔に設けられている。そして、この内側リング部の保持溝と外側リング部の保持溝に導体セグメントの直線部を挿入・保持し、周方向に相対的に異なる方向に両リング部を変移させることで捻り成形が行われる。

近年、発電機や電動機等の回転電機においては、さらなる高性能化が求められており、コイルの巻数を増加させることが検討されている。回転電機においては、図１，３に示したように導体セグメントを二重に重ね合わせるだけでなく、さらにコイルの径方向において導体セグメントを複数段配置する構成が検討されている。

しかしながら、導体セグメントを複数段配置した構成とすると、各導体セグメントの端部同士の接合後に、回転子の組み付けが困難になるという問題があった。具体的には、導体セグメント群は、捻り成形が施された後に、その直線部がステータのスロットに挿入（貫通）され、ステータから突出した端部が接合（溶接）されている。端部同士を接合するためには、接合される端部同士は当接し、かつ接合されない端部同士は間隔を隔てた位置に配置される必要があった。導体セグメントを複数段配置した構成とすると、導体セグメントの端部を間隔を隔てた位置に配置したときに、端部が径方向に広がって配置されることとなる。特に、径方向の最内周に位置する端部がステータの内径よりも内方に位置するようになっていた。導体セグメントの端部がステータの内径よりも内方に位置すると、その後の工程で端部を接合するための治具（工具）や回転子の挿入が困難となった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、回転電機の巻線を高密度に製造することが可能なステータの巻線の製造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本発明者はステータを貫通した導体セグメントの端部を所定位置に成形することで上記課題を解決できることを見いだした。

請求項１に記載の本発明のステータの巻線の製造方法は、Ｕ字形状に形成された導体セグメント群に捻り成形を施す工程と、捻り成形が施された該導体セグメント群の直線部を密着させる工程と、該導体セグメント群の直線部をステータコアのスロットに挿入する工程と、該ステータコアを貫通した該導体セグメント群のそれぞれの端部が所定の位置に配置されるように成形する工程と、該ステータコアを貫通した該導体セグメント群の端部同士を溶接する工程と、を有するステータの巻線の製造方法であって、前記導体セグメント群のそれぞれの端部を成形する工程は、前記ステータコアに挿入された該導体セグメントの端部のうち所定の端部ごとに挿入される挿入孔が開口した分割器に、各該導体セグメントの端部を挿入し、その後、該分割器を径方向外方に変移することを特徴とする。

上記の製造方法によれば、ステータコアに導体セグメントが貫通した状態で、導体セグメントの端部がステータの内径よりも外方に位置するようになる。このため、ステータコアの内部（軸心の中空部）に、端部を接合するための治具（工具）や回転子を挿入するときに導体セグメントが干渉しなくなっている。この結果、本発明の製造方法を用いることで、回転電機の巻線を高密度に製造することが可能となった。また、導体セグメントの端部が、所定の位置に配置されるようになる。

請求項２に記載の本発明のステータの巻線の製造方法は、前記変移は、前記挿入孔のうち最内周に位置する挿入孔が前記導体セグメントの直線部の延長上に来るまで行うことを特徴とする。これにより、ステータコア３の内周側に導体セグメント１の端部が存在しなくなる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

本発明の実施例として、モータ（回転電機）のステータを製造した。ステータの製造方法を図１〜６を用いて以下に説明する。

（実施例）
まず、Ｕ字状の導体セグメント１に捻り成形を加える。導体セグメント１は、端部をのぞいて樹脂皮膜（絶縁被膜）で被覆された長板Ｕ字状を有している。導体セグメント１は、図１に示したように、第１の導体セグメント１０，第２の導体セグメント１１、第３の導体セグメント１２，第４の導体セグメント１３がある。この第１の導体セグメント１０と第２の導体セグメント１１とを重ね合わせた状態を図１に示した。なお、第３の導体セグメント１２と第４の導体セグメント１３とを重ね合わせた状態は図１に示した状態と同様な状態である。

この第１の導体セグメント１０と第２の導体セグメント１１、第３の導体セグメント１２と第４の導体セグメント１３とをそれぞれ重ね合わせて、捻り成形装置２で捻り成形を行う。

捻り成形装置２は、第１の捻り成形治具２０と第２の捻り成形治具２５を有している。第１および第２の捻り成形治具は、図２に示す様に、それぞれ相対回転可能に組み合わされた円環状の内側リング部２１，２６と外側リング部２２，２７とで構成され、径方向の内側から外側に向かって順に、第１の捻り成形治具２０を構成する内側リング部２１と外側リング部２２、第２の捻り成形治具２５を構成する内側リング部２６と外側リング部２７とが同心円状に配置されている。つまり、第１の捻り成形治具２０の径方向外側に第２の捻り成形治具２５が同心円状に配置されている。

第１及び第２の導体セグメント１０，１１の内径側に位置する一方の直線部１０ａ，１１ａを第１の内側リング部２１に形成された内側保持溝２１ａに差し込み、他方の直線部１０ｂ，１１ｂを第１の外側リング部２２に形成された外側保持溝２２ａに差し込む。同様に、第３の導体セグメント１２と第４の導体セグメント１３とを重ね合わせて、一方の直線部１２ａ，１３ａを第２の内側リング部２６に形成された内側保持溝２６ａに差し込み、他方の直線部２２ｂ，２３ｂを第２の外側リング部２７に形成された外側保持溝２７ａに差し込む。

第１〜第４の導体セグメント１０，１１，１２，１３が、それぞれ第１の捻り成形治具２０及び第２の捻り成形治具２５にセットされた後、第１の外側リング部２２及び第２の外側リング部２７と、第１の内側リング部２１及び第２の内側リング部２６とが、それぞれ相対回転する。本実施例においては、内側リング部２１，２６が回転不能に固定された状態で、外側リング部２２，２７を回転させた。これにより、第１〜第４の導体セグメント１０，１１，１２，１３に設けられるＵ字曲部１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃに対し、同時に捻り成形が行われる。捻り成形が施された導体セグメントを、図１に示した第１と第２の導体セグメント２０，２１に捻り成形が施された状態で図３に示した。

Ｕ字曲部１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，１３ｃの捻り成形が終了した後、第１の捻り成形治具２０および第２の捻り成形治具２５を下方へ押し下げ、第１の捻り成形治具２０および第２の捻り成形治具２５から、それぞれ第１〜第４の導体セグメント群を引き抜いた。

その後、チャック装置を用いて第１〜第４の導体セグメント群のそれぞれの直線部を径方向で密着させた。

第１〜第４の導体セグメント群を移動し、モータのステータコア３が保持されたステータホルダの上方に配置する。

ステータコア３は、図４に示したように、厚さを有する筒状を有し、さらに、スロット３０が軸方向に形成されている。スロット３０は、径方向内方側がステータコア３の内周面に開口している。また、スロット３０は、第１〜第４の導体セグメント群の直線部を径方向に並んだ状態で挿入可能な形状に内周形状が形成されている。

そして、第１〜第４の導体セグメント群がステータコア３の一方の端部側からスロット３０に挿入され、貫通する。

ステータコア３の各スロット３０における導体セグメント１の配置状態を図５を用いて説明する。各スロット３０には径方向に沿って８個の導体収容位置Ｐ１〜Ｐ８が設定され、各導体収容位置Ｐ１〜Ｐ８にはそれぞれ１本の導体セグメント１の直線部が収容されている。各スロット３０は、上述した第１〜第４のセグメント群を、直線部１０ａ，１１ａ，１１ｂ，１０ｂ，１２ａ，１３ａ，１３ｂ，１２ｂの順に、径方向で順番に収容している。

なお、第１の導体セグメント１０の直線部１０ａと第２の導体セグメント１１の直線部１１ａが、ステータコア３のひとつのスロット３０に収容される場合、同じ第１の導体セグメント１０の直線部１０ｂと第２の導体セグメント１１の直線部１１ｂは、このひとつのスロット３０から所定奇数磁極ピッチＴ（たとえば１磁極ピッチ（電気角度π））離れた他のスロット３０に収容される。このとき、第２の導体セグメント１１のＵ字曲部１１ｃは、第１の導体セグメント１０のＵ字曲部１０ｃに囲まれるようにして配置されている。

第１〜第４の導体セグメント群をステータコア３に挿入した状態では、各導体セグメント群の端部は直線部の延長上に位置している。

その後、各導体セグメント群の端部を、第１の導体セグメント１０の直線部１０ａの端部１０ｄと第２の導体セグメント１１の直線部１１ａの端部１１ｄ、第１の導体セグメント１０の直線部１０ｂの端部１０ｅと第２の導体セグメント１１の直線部１１ｂの端部１１ｅのように、径方向に並んだ導体セグメント群のそれぞれの端部を、二つづつ当接させると共に、それ以外の端部同士は間隔を隔てるように、成形した。この成形は、分割器４によりなされた。

分割器４は、少なくとも４つの挿入孔４０が径方向に並んで形成されており、挿入孔４０が開口した部分が径方向に変位可能に形成されている。挿入孔４０は、開口部がテーパ状（拡径した形状）に形成されており、この形状により、挿入孔４０に挿入された端部がガイドされ、それぞれの導体セグメント１の端部が所定の形状に成形される。分割器４の挿入孔４０近傍の主な構成を図６に断面図で示した。

分割器４による成形は、まず、所定の端部同士が挿入される挿入孔４０が開口した分割器４を、ステータコア３の下面に近接（当接）させる。これにより、導体セグメント群のそれぞれの端部が所定の挿入孔４０に挿入された（図７）。このとき、挿入孔４０の開口部がテーパ状に形成されていることにより、それぞれの端部は、容易に挿入孔４０内に挿入された。このとき、多数の挿入孔４０のうち最内周に位置する挿入孔４０は、第１の導体セグメント１０の直線部１０ａ（あるいはステータコア３のスロット３０の内周側の端部）よりも径方向内方に位置していた。

つづいて、分割器４を駆動して、挿入孔４０を径方向外方に変移させた（図８）。この変移は、多数の挿入孔４０のうち最内周に位置する挿入孔４０が第１の導体セグメント１０の直線部１０ａの延長上に来るまでなされた。これにより、ステータコア３の内周側に導体セグメント１の端部が存在しなくなった。

そして、分割器４を取り外し、分割器４により成形された導体セグメント群の各端部を溶接して接合した。

以上により、本実施例のモータのステータが製造できた。なお、このステータは、その後、内周部にロータを挿入することなどにより、モータ５を製造することができる。このモータとしては、たとえば、図７に示した車両エアコンのコンプレッサに用いるモータ５をあげることができる。

このモータ５は、ステータコア３、ロータ５０、ステータコイル（固定子巻線）５１、ハウジング５２、回転軸５３を含んで構成されている。ステータコア３は、ハウジング５２の周壁内周面に固定される。ステータコイル５１は、導体セグメント１より構成され、ステータコア３の各スロット３０に巻装されている。ロータ５０は、ハウジング５２に回転自在に支持された回転軸５３に固定されたＩＰＭ型ロータであり、ステータコア１の内径側に配置されている。ステータコイル５１は、三相電機子巻線であって、外部のバッテリに接続された三相インバータから給電されている。

このモータは、二次電池車、燃料電池車、ハイブリッド車の車両エアコンのコンプレッサ動力を発生する永久磁石型三相ブラシレスＤＣモータ（同期モータ）であるが、モータ構造としては、公知の種々の形式に置換可能である。

導体セグメントを示した図である。 捻り成形装置の各リング部の構成を示した図である。 導体セグメントを示した図である。 ステータコアを示した図である。 ステータコアのスロットを示した図である。 分割器の構成を示した図である。 導体セグメントの端部が分割器に挿入された状態を示した図である。 導体セグメントの端部が挿入された分割器を変移した状態を示した図である。 モータの構成を示した図である。

符号の説明

１：導体セグメント
２：捻り成形装置
３：ステータコア
４：分割器
５：モータ

Claims (2)

1. Ｕ字形状に形成された導体セグメント群に捻り成形を施す工程と、
   捻り成形が施された該導体セグメント群の直線部を密着させる工程と、
   該導体セグメント群の直線部をステータコアのスロットに挿入する工程と、
   該ステータコアを貫通した該導体セグメント群のそれぞれの端部が所定の位置に配置されるように成形する工程と、
   該ステータコアを貫通した該導体セグメント群の端部同士を溶接する工程と、
   を有するステータの巻線の製造方法であって、
   前記導体セグメント群のそれぞれの端部を成形する工程は、前記ステータコアに挿入された該導体セグメントの端部のうち所定の端部ごとに挿入される挿入孔が開口した分割器に、各該導体セグメントの端部を挿入し、その後、該分割器を径方向外方に変移することを特徴とするステータの巻線の製造方法。
2. 前記変移は、前記挿入孔のうち最内周に位置する挿入孔が前記導体セグメントの直線部の延長上に来るまで行うことを特徴とする請求項１記載のステータの巻線の製造方法。

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