JP5093363B2 - 籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形方法及び成形装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータのステータを構成する籠状分布巻きコイルに係り、詳しくは、その籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線を所定の形状に成形する成形方法及び成形装置に関する。

従来、例えば、下記の特許文献１には、扁平導線を波状に巻いた波巻きコイルを複数用意し、それら波巻きコイルを相互にピッチをずらして重ね合わせることにより籠状分布巻きコイルを成形する技術が記載されている。ところが、特許文献１に記載の技術では、複数の波巻きコイルを単純に重ね合わせただけでは籠状分布巻きコイルはできず、複数の波巻きコイルを順次編み込む工程が必要となり、コイルの生産効率がよくなかった。

ここで、本願出願人は、特願２００９−０１６５４９号において、複数の波巻きコイルを順次編み込む工程の必要がなく、生産効率を上げることのできる、籠状分布巻きコイルを提案している。この籠状分布巻きコイルを構成する扁平導線は、矩形断面を有し、つづら折り状に連続して成形される。この扁平導線は、ステータコアのスロット内にて、矩形断面の長辺をステータコアの直径方向へ向けて複数重ねて配置されるスロット内導線部と、コイルエンドにて、矩形断面の短辺をステータコアの直径方向へ向けて複数重ねて配置される円周導線部（コイルエンド導線部）と、スロット内導線部とコイルエンド導線部との間をつないで曲がる曲がり部（捻り材料部を含む）とを含む。そして、上記した扁平導線を複数重ね合わせて、これらを複数周回巻き重ねることにより、スロット内導線部とコイルエンド導線部がそれぞれ複数重ねられ、籠状分布巻きコイルが得られる。この籠状分布巻きコイルを、スロット内導線部がスロットの中に入るように、ステータコアに組み付けることにより、ステータが得られる。

特開２０００−０６９７００号公報 特開２００２−１５３００１号公報 特開２００８−１１３５３９号公報

ところで、上記した提案技術では、扁平導線を構成するスロット内導線部とコイルエンド導線部につき矩形断面の長辺の向きが異なっている。このように矩形断面の長辺の向きを変えるためには、扁平導線材料を曲がり部で捻る必要がある。また、スロット内導線部とコイルエンド導線部をそれぞれ複数重ねるためには、扁平導線材料を曲がり部でクランク状に曲げる必要がある。

ここで、扁平導線材料の曲がり部に「捻り」と「クランク状の曲げ」を与えるには、通常、「捻り成形」と「曲げ成形」を別々に行うことになった。捻り成形では、スロット内導線部の両端に位置する曲がり部を把持具により把持した状態でスロット内導線部を捻り治具により挟持し、その捻り治具ごと回転させることにより、曲がり部を捻る。また、曲げ成形では、スロット内導線部を捻り治具で挟持したまま捻り治具を特定方向上へ押圧することにより、曲がり部をクランク状に曲げる。

ところが、上記のような成形方法では、捻り成形と曲げ成形の２工程が必要になる。また、曲がり部の成形を２回行うことから、成形時に扁平導線材料の変形量が増えることとなり、絶縁性能が低下するおそれがあった。また、曲がり部を捻るときには、扁平導線材料が長手方向に縮む傾向があるため、曲がり部を把持具で固定すると、扁平導線材料の絶縁被膜が無理に引っ張られる。このため、場合によっては、絶縁被膜の厚みが減ったり、絶縁被膜が千切れたりすることがあり、絶縁低下につながる懸念があった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、曲がり部に対する捻り成形と曲げ成形を同時に１工程で行い、扁平導線の成形ダメージを低減することを可能とした籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形方法及び成形装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の態様は、籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形方法であって、扁平導線に成形される前の扁平導線材料は、矩形断面を有し、同一平面上にて予めつづら折り状に連続して成形されており、ステータコアのスロットの中にて複数重ねて配置されるスロット内導線部と、スロットの外にてコイルエンドとして複数重ねて配置されるコイルエンド導線部と、スロット内導線部とコイルエンド導線部との間をつないで曲がる曲がり部とを含み、スロット内導線部の両端に位置する曲がり部を一対の把持具により把持し、スロット内導線部を捻り治具により挟持するセッティング工程と、セッティング工程後に、捻り治具を所定の軸線を中心に回転させながら軸線を所定方向へ変位させることにより、曲がり部を捻ると共にクランク状に曲げる加工工程とを備え、セッティング工程と加工工程を複数のスロット内導線部の全てについて実施することを趣旨とする。

上記の構成によれば、セッティング工程後の加工工程において、スロット内導線部の両端に位置する曲がり部を一対の把持具により把持し、スロット内導線部を捻り治具により挟持した状態で、捻り治具を所定の軸線を中心に回転させながらその軸線を所定方向へ変位させることにより、曲がり部が捻られると共にクランク状に曲げられる。これにより、コイルエンド導線部に対しスロット内導線部の向きが変えられると共に、スロット内導線部がコイルエンド導線部から離される。

上記第１の態様において、各把持具は、軸線の方向へ移動が許容されることが好ましい。

上記の構成によれば、第１の態様の作用に加え、加工工程において、曲がり部の変形に伴い、各把持具が軸線の方向へ移動が許容されるので、把持具によって曲がり部に無理な力がかかり難い。

上記目的を達成するために、第２の態様は、籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形装置であって、扁平導線に成形される前の扁平導線材料は、矩形断面を有し、同一平面上にて予めつづら折り状に連続して形成されており、ステータコアのスロットの中にて複数重ねて配置されるスロット内導線部と、スロットの外にてコイルエンドとして複数重ねて配置されるコイルエンド導線部と、スロット内導線部とコイルエンド導線部との間で曲がる曲がり部とを含み、スロット内導線部の両端に位置する曲がり部を把持する一対の把持具と、スロット内導線部を挟持しながら所定の軸線を中心に回転可能に設けられると共に軸線が所定方向へ変位可能に設けられた捻り治具とを備えたことを趣旨とする。

上記の構成によれば、第１の態様の成形方法のために、この成形装置を使用することが可能である。

第２の態様において、各把持具は、軸線の方向へ移動可能に設けられることが好ましい。

上記の構成によれば、第２の態様の作用に加え、曲がり部の変形に伴い、各把持具が軸線の方向へ移動可能に設けられるので、把持具によって曲がり部に無理な力がかかり難い。

上記第１の態様によれば、曲がり部に対する捻り成形と曲げ成形を同時に１工程で行うことができ、扁平導線の成形ダメージを低減することができる。

第１の態様の効果に加え、扁平導線につき絶縁被膜の損傷を極力抑えて絶縁性能を確保することができる。

第２の態様によれば、第１の態様の成形方法に使用することにより、上記成形方法による効果を有効に発揮させることができる。

上記第２の態様の効果に加え、扁平導線につき絶縁被膜の損傷を極力抑えて絶縁性能を確保することができる。

一実施形態に係り、扁平導線に成形される前の扁平導線材料を示す平面図。 同実施形態に係り、扁平導線材料から成形された扁平導線を示す平面図。 同実施形態に係り、扁平導線材料を示す図１の３−３線断面図。 同実施形態に係り、成形装置の概略構成を示す平面図。 同実施形態に係り、扁平導線材料の一部を示す斜視図。 同実施形態に係り、捻り治具、治具台及び扁平導線材料の関係を示す斜視図。 同実施形態に係り、成形装置につきセッティング工程の状態を示す側面図。 同実施形態に係り、成形装置につき加工工程の状態を示す側面図。 同実施形態に係り、成形前の把持具と捻り治具の状態を示す正面図。 同実施形態に係り、成形後の把持具と捻り治具の状態を示す正面図。 同実施形態に係り、対比のための成形装置につきセッティング工程の状態を示す側面図。 同実施形態に係り、対比のための成形装置につき加工工程の状態を示す側面図。 別の実施形態に係り、（ａ）〜（ｃ）は捻り治具の一連の動きを示す側面図。

以下、本発明における籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形方法及び成形装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、扁平導線に成形される前の扁平導線材料１を平面図により示す。図２に、扁平導線材料１から成形された扁平導線２を平面図により示す。図２に示す扁平導線２は、３相モータのステータを構成する籠状分布巻きコイルに使用される。

図１に示すように、扁平導線材料１は、つづら折り状に連続して成形される。図１では、扁平導線材料１がその途中までしか描かれていないが、実際には更に長く続いている。この扁平導線材料１は、矩形断面を有する。図３に、図１の３−３線断面図を拡大して示す。この実施形態で、矩形断面は、短辺ＳＳが「１ｍｍ」、長辺ＳＬが「９ｍｍ］となっている。図１に示す扁平導線材料１の幅は、この矩形断面の長辺ＳＬに相当し、矩形断面の短辺ＳＳは、同材料１の厚みに相当する。この扁平導線材料１の材質は、銅であり、絶縁のためにエナメルが被覆されている。図１に示す扁平導線材料１は、直線状の扁平線材を、同一平面上にて予めつづら折り状に成形することで得られる。図１に示すように、この扁平導線材料１は、縦に延びる複数のスロット内導線部１１と、横に延びる複数のコイルエンド導線部１２と、隣り合うスロット内導線部１１とコイルエンド導線部１２との間をつないで曲がる曲がり部１３とを含む。

図１に示す扁平導線材料１において成形の対象となるのは、主としてスロット内導線部１１と曲がり部１３である。各スロット内導線部１１は、図１に示す状態から図２に示す状態へと「９０°」向きが変えられる。これに伴い、各曲がり部１３は、後述するように、捻られると共にクランク状に曲げられる。この成形により、図２に示す扁平導線２が得られる。そして、このように成形された扁平導線２を複数重ね合わせて、これらを複数周回巻き重ねることにより、スロット内導線部１１とコイルエンド導線部１２がそれぞれ複数重ねられ、籠状分布巻きコイルが得られる。図１，２において、コイルエンド導線部１２は、便宜上、ハッチングとメッシュが交互に付されて示される。また、図１，２において、スロット内導線部１１及びコイルエンド導線部１２と曲がり部１３との境は、便宜上、線が付されて示される。

このように製造された籠状分布巻きコイルを、スロット内導線部１１がスロットの中に入るように、ステータコアに組み付けることにより、モータ用のステータが得られる。ここで、スロット内導線部１１は、スロットの中にて、矩形断面の長辺ＳＬをステータコアの直径方向へ向けて複数重ねて配置される。また、コイルエンド導線部１２は、スロットの外にてコイルエンドとして、矩形断面の短辺ＳＳをステータコアの直径方向へ向けて複数重ねて配置される。

次に、図１に示す扁平導線材料１を、図２に示す扁平導線２へと成形するための成形方法及び成形装置について説明する。

図４に、この実施形態における成形装置２１の概略構成を平面図により示す。この成形装置２１は、スロット内導線部１１の両端に位置する曲がり部１３を把持する一対の把持具２２，２３と、スロット内導線部１１を挟持しながら所定の軸線Ｌ１を中心に回転可能に設けられると共に、その軸線Ｌ１が所定方向へ変位可能に設けられた捻り治具２４とを備える。

図４に示すように、各把持具２２，２３は、それぞれシリンダ２５，２６の先端に固定される。各シリンダ２５，２６に対して出没可能に設けられるピストンロッド２５ａ，２６ａの先端部は、機台２７に固定される。これにより、各把持具２２，２３は、各シリンダ２５，２６に対して各ピストンロッド２５ａ，２６ａが移動できる範囲内で、それぞれ捻り治具２４の軸線方向、すなわち上記した軸線Ｌ１の方向へ移動可能に設けられる。

図４に示すように、捻り治具２４は、スロット内導線部１を挟持した状態で、治具台２８の凹部２９に嵌め入れられる。図５に、扁平導線材料１の一部を斜視図により示す。図６に、捻り治具２４、治具台２８及び扁平導線材料１の関係を斜視図により示す。捻り治具２４は、両端面が卵形をした柱状に形成される。捻り治具２４は、２つの治具片３１，３２により２分割可能に構成される。両治具片３１，３２の間に、スロット内導線部１１を挟持する孔３３が形成される。この孔３３は、捻り治具２４の端面において卵形の大径部寄りに配置される。治具台２８に形成された凹部２９は、捻り治具２４の外周形状に整合する曲面を有する。捻り治具２４は、この凹部２９の中で、軸線Ｌ１を中心に、矢印Ａ１の方向へ回転可能に設けられる。このように、捻り治具２４が、治具台２８の凹部２９の中で、凹部２９の曲面に接しながら軸線Ｌ１を中心に矢印Ａ１の方向へ回転することにより、その回転の中心となる軸線Ｌ１が、図６の上方向へ変位することとなる。

次に、上記した成形装置２１を使用して行われる、扁平導線２の成形方法を説明する。図７に、成形装置２１につきセッティング工程の状態を側面図により示す。図８に、成形装置２１につき加工工程の状態を側面図により示す。図７，８において、扁平導線材料１のみが切断して示される。

図１に示す扁平導線材料１を、図２に示す扁平導線２へと成形するには、先ず、セッティング工程において、図４，７に示すように、スロット内導線部１１の両端に位置する曲がり部１３を一部を一対の把持具２２，２３により把持し、スロット内導線部１１を捻り治具２４により挟持する。この状態で、捻り治具２４は、治具台２８の凹部２９の中に横にして嵌め入れられる。この状態で、捻り治具２４の上部又は側面部を一定の力で押さえる。この押さえにより、捻り治具２４を回転させるときのずれや振動を防止することができる。このセッティング状態では、捻り治具２４の回転中心である軸線Ｌ１が、扁平導線材料１のコイルエンド導線部１２と同じ高さに位置する。

次に、セッティング工程の後の加工工程では、図７に示すように、捻り治具２４を軸線Ｌ１を中心に矢印Ａ１の方向へ回転させながら、捻り治具２４の外周を凹部２９の曲面に沿って摺動させる。これにより、捻り治具２４を、図８に示すように、図７に示す状態から「９０°」回転させて縦にする。これに伴い、捻り治具２４の回転中心である軸線Ｌ１を、図７，８における上方向へ変位させる。これにより、図８に示すように、曲がり部１３を捻ると共にクランク状に曲げる。このとき、スロット内導線部１１の両端の曲がり部１３を把持する把持具２２，２３は、図９に示す状態から図１０に示す状態へと、軸線Ｌ１の方向へ自由に動くので、扁平導線材料１に無理な力が加わらず、曲がり部１３に捻りと曲がりが自然な形で与えられる。図９は、成形前の把持具２２と捻り治具２４の状態を正面図により示す。図１０は、成形後の把持具２２と捻り治具２４の状態を正面図により示す。そして、加工工程後の状態では、図８に示すように、回転中心となる軸線Ｌ１が、コイルエンド導線部１２から所定のクランク高さＨ１だけ上方へ離れて位置することとなる。

そして、上記したセッティング工程と加工工程を、扁平導線材料１の複数のスロット内導線部１１の全てについて実施することにより、図１に示す扁平導線材料１を、図２に示す扁平導線２に成形することができる。

ここで、対比例として、図１１，１２には、スロット内導線部１１の向きを変える際に曲がり部１３を捻るだけでクランク状に曲げることのない成形装置４１と成形方法を側面図により示す。図１１に、対比のための成形装置４１につきセッティング工程の状態を側面図により示す。図１２に、対比のための成形装置４１につき加工工程の状態を側面図により示す。図１１，１２において、扁平導線材料１は切断して示される。この成形装置４１は、円柱状に形成された捻り治具４２を備える。捻り治具４２は、２つの治具片４３，４４により２分割可能に構成される。両治具片４３，４４の間には、スロット内導線部１１を挟持する孔４５が形成される。この孔４５は、捻り治具４２の端面における円形の中心に配置される。治具台４６に形成された凹部４７は、捻り治具４２の外周形状に整合する曲面を有する。

図１１に示すように、円柱状の捻り治具４２にスロット内導線部１１を挟持した状態で、その捻り治具４２を凹部４７にて矢印Ａ１の方向へ回転させることにより、図１２に示すように、曲がり部１３が捻れてスロット内導線部１１の向きが変えられる。しかし、この成形装置４１では、捻り治具４２の回転中心である軸線Ｌ１が、捻り治具４２の回転の前後で変位しないことから、成形後の曲がり部１３には、図８に示すようなクランク状の曲がりが与えられない。

以上説明したこの実施形態における成形方法によれば、セッティング工程後の加工工程において、扁平導線材料１につき、スロット内導線部１１の両端に位置する曲がり部１３を一対の把持具２２，２３により把持し、スロット内導線部１１を捻り治具２４により挟持した状態で、捻り治具２４を所定の軸線Ｌ１を中心に回転させながらその軸線Ｌ１を所定の方向へ変位させることにより、曲がり部１３が捻られると共にクランク状に曲げられる。これにより、扁平導線材料１につき、コイルエンド導線部１２に対しスロット内導線部１１の向きが変えられると共に、スロット内導線部１１がコイルエンド導線部１２から離される。このため、曲がり部１３を捻る捻り成形と、曲がり部１３をクランク状に曲げる曲げ成形を同時に１工程で行うことができ、従前の２工程から１工程に工程数を低減することができる。このため、成形時における扁平導線材料１の変形量が減り、その分だけ成形後の扁平導線２につき、成形によるダメージを低減することができる。

この実施形態の成形方法では、治具台２８と捻り治具２４との係合関係から、回転前後の捻り治具２４の配置の変化が常に一定に保たれる。このため、成形後の曲がり部１３に係るクランク高さＨ１のばらつきを低減することができる。この結果、常に同じ形状でスロット内導線部１１の向きを変えることができる。ここで、クランク高さＨ１を適宜変えるには、捻り治具２４と治具台２８の形状を変更すればよい。

また、この実施形態の成形方法では、加工工程において、曲がり部１３の変形に伴い、各把持具２２，２３が軸線Ｌ１の方向へ移動が許容されるので、把持具２２，２３によって曲がり部１３に無理な力がかかり難い。つまり、曲がり部１３を捻り、曲げるときには、扁平導線材料１が長手方向に縮む傾向があるが、曲がり部１３を把持する把持具２２，２３が軸線Ｌ１の方向へ動き得るので、扁平導線材料１の絶縁被膜が無理に引っ張られることがない。このため、扁平導線２につき絶縁被膜の損傷を極力抑えて絶縁性能を確保することができる。

この実施形態の成形装置２１によれば、上記成形方法に使用することが可能である。このため、この成形装置２１を、上記成形方法に使用することにより、上記成形方法による作用効果を有効に発揮させることができる。

また、この実施形態の成形装置２１では、曲がり部１３の変形に伴い、各把持具２２，２３が軸線Ｌ１の方向へ移動可能に設けられるので、曲がり部１３に、各把持具２２，２３によって無理な力がかかり難い。このため、成形された扁平導線２につき、絶縁被膜の損傷を極力抑えて絶縁性能を確保することができる。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより以下のように実施することができる。

前記実施形態では、成形装置２１として、両端面が卵形をした柱状に形成される捻り治具２４と、その捻り治具２４を回転可能に支持する治具台２８とを設けた。これに対し、図１３に示すように、捻り治具５１を、両端面が略長方形をした柱状に形成し、略長方形の１つの角部５２のみを円弧状に形成する。また、その捻り治具５１を、棒等で造った壁５３の下に、壁５３から少し離して配置する。図１３（ａ）〜（ｃ）は、別の実施形態に係り、捻り治具５１の一連の動きを側面図により示す。この成形装置の構成によれば、図１３（ａ）に示すセッティング状態から、捻り治具５１を、軸線Ｌ１を中心にして矢印Ａ１の方向へ回転させると、図１３（ｂ）に示すように、捻り治具５１の円弧状の角部５２が壁５３にぶつかる。更に回転させると、図１３（ｃ）に示すように、捻り治具５１が壁５３により押し下げられる。このようにして、捻り治具５１を、所定の軸線Ｌ１を中心に回転させながらその軸線Ｌ１を下方向へ変位させることにより、曲がり部を捻ると共にクランク状に曲げることができる。

この発明は、モータ用のステータの製造に係り、籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線を成形するのに利用できる。

１ 扁平導線材料
２ 扁平導線
１１ スロット内導線部
１２ コイルエンド導線部
１３ 曲がり部
２１ 成形装置
２２ 把持具
２３ 把持具
２４ 捻り治具
５１ 捻り治具
Ｌ１ 軸線

Claims (4)

1. 籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形方法であって、
   前記扁平導線に成形される前の扁平導線材料は、矩形断面を有し、同一平面上にて予めつづら折り状に連続して成形されており、ステータコアのスロットの中にて複数重ねて配置されるスロット内導線部と、前記スロットの外にてコイルエンドとして複数重ねて配置されるコイルエンド導線部と、前記スロット内導線部と前記コイルエンド導線部との間をつないで曲がる曲がり部とを含み、
   前記スロット内導線部の両端に位置する前記曲がり部を一対の把持具により把持し、前記スロット内導線部を捻り治具により挟持するセッティング工程と、
   前記セッティング工程後に、前記捻り治具を所定の軸線を中心に回転させながら前記軸線を所定方向へ変位させることにより、前記曲がり部を捻ると共にクランク状に曲げる加工工程と
   を備え、前記セッティング工程と前記加工工程を前記複数のスロット内導線部の全てについて実施することを特徴とする籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形方法。
2. 前記各把持具は、前記軸線の方向へ移動が許容されることを特徴とする請求項１に記載の籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形方法。
3. 籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形装置であって、
   前記扁平導線に成形される前の扁平導線材料は、矩形断面を有し、同一平面上にて予めつづら折り状に連続して成形されており、ステータコアのスロットの中にて複数重ねて配置されるスロット内導線部と、前記スロットの外にてコイルエンドとして複数重ねて配置されるコイルエンド導線部と、前記スロット内導線部と前記コイルエンド導線部との間をつないで曲がる曲がり部とを含み、
   前記スロット内導線部の両端に位置する前記曲がり部を把持する一対の把持具と、
   前記スロット内導線部を挟持しながら所定の軸線を中心に回転可能に設けられると共に前記軸線が所定方向へ変位可能に設けられた捻り治具と
   を備えたことを特徴とする籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形装置。
4. 前記各把持具は、前記軸線の方向へ移動可能に設けられたことを特徴とする請求項３に記載の籠状分布巻きコイルに使用される扁平導線の成形装置。

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