JP5184219B2 - 蛇行巻線コイルの成形法 - Google Patents

Description

本発明は、蛇行巻線コイルの成形方法、特に、蛇行巻線コイルの蛇行部および平坦部（非蛇行部）の隅Ｒにおいて導線の被膜のシワや破れの発生を好適に抑制する蛇行巻線コイルの成形方法に関する。

本願出願人は、ハイブリッド車両用モータ又は電気自動車用モータとして、ロータに永久磁石を使用したＤＣブラシレスモータに使用される、複数の蛇行部を有する蛇行環状巻線コイル（例えば、特許文献１および２を参照。）を効率よく製造するために、特願２００７−１１９３７６において図５に示すような蛇行環状巻線コイル成形機５００及び蛇行環状巻線コイルの成形方法を提案している（なお、図５は、この蛇行環状巻線コイル成形機５００の特徴を示す要部断面説明図である。また、この要部断面は、例えば中心を通る成す角が１６２°の平面で切断した時の切り口、すなわち、特願２００７−１１９３７６の図８におけるA-O-A断面と図９におけるB-O-B断面を組み合わせた切り口である。）。このコイルの成形機５００は、円周方向に等間隔で配設された複数（例えば３６°ピッチで周方向に１０個）の第１の金型４４を有する第１金型ユニット３０と、円周方向に第１の金型４４と同間隔で配設され、且つ各々が隣接する前記第１の金型４４,４４の間に配置される複数の第２の金型６８を有する第２金型ユニット６０とを備えて成り、各々の第１の金型４４は、軸方向に移動しながら同時に半径方向内側に対して移動することにより環状巻線コイル８２に対し、いわゆる蛇行部を形成する一方、各々の第２の金型６８は環状巻線コイル８２を保持・固定しながら第１の金型４４の軸方向の移動量に応じて環状巻線コイル８２を半径方向内側に移動させるよう構成されている。更に詳しくは、第１金型ユニット３０を下降させる（軸方向下側に移動させる）と、第１の金型４４のローラ５２がローラガイド７８に当接すると共に、環状巻線コイル８２が金型ベース４６、押さえ部４８およびブラケット５０から成る型に嵌合され、それと同時に第２の金型６８のローラ７６がローラガイド５４に当接する。そして第１金型ユニット３０をなおも下降させると、ローラ５２がローラガイド７８のローラ転動面８０に沿って移動しながら環状巻線コイル８２を径方向内側に移動させ、それと同時に、金型ベース４６が環状巻線コイル８２を下方に押して変形させ、それと同時に、ローラ７６がローラガイド５４のローラ転動面５６に沿って移動しながら環状巻線コイル８２を径方向内側に移動させる。その結果、環状巻線コイル８２は縮径しながら等間隔に複数（例えば１０個）の蛇行部を有する蛇行環状巻線コイル５１０に成形されることになる（図６を参照。）。なお、蛇行部５１１は、蛇行環状巻線コイル成形機５００において、環状巻線コイル８２を金型ベース４６によって下方に押しながらローラ５０とローラガイド７８の協働により径方向内側に移動させることにより成形されたものである一方、平坦部（非蛇行部）５１２は、環状巻線コイル８２の他の部位を金型ベース７０によって保持しながら、ローラ７６とローラガイド５４の協働により径方向内側に概ね金型ベース４６と同じ速度で移動させることにより成形されたものである。

特開２００６−２８０１８８号公報 特開２００６−２８０１８９号公報

ところで、環状巻線コイル８２を構成する導線は、電流の流れる導体を非導電性の被膜で覆われている。
上記蛇行環状巻線コイル成形機５００によって環状巻線コイル８２から蛇行環状巻線コイル５１０を成形すると、蛇行環状巻線コイル５１０の蛇行部５１１の隅Ｒ部または平坦部５１２の隅Ｒ部においては、導体と被膜との密着性が維持できずに被膜のシワや破れが生じる。そのため、導線間、あるいは導線とそれが組み込まれるステータリングとの絶縁能を保つことが出来ないという問題が起きる。
そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は蛇行巻線コイルの蛇行部および平坦部（非蛇行部）の隅Ｒにおいて被膜のシワや破れの発生を好適に抑制する蛇行巻線コイルの成形方法を提供することにある。

前記目的を達成するために請求項１に記載の蛇行巻線コイルの成形方法では、軸線回りの周面内を周回した巻線コイルから、前記軸線回りの周回面をクランク状の蛇行部と円弧状の非蛇行部を形成しながら周回した蛇行巻線コイルを成形する蛇行巻線コイルの成形方法であって、前記蛇行部に対応した複数の第１金型を基準点（原点）に対し環状に配設し、前記巻線コイルを保持・固定し前記非蛇行部に対応した複数の第２金型を前記基準点に対し同環状かつ、前記第１金型を軸方向に平行移動させたならば隣接した前記第２金型間に嵌合するように配設し、前記各々の第１金型を軸方向に移動させると共に該軸方向の移動量に対応させて径方向内側に移動させ、それと同期して前記各々の第２金型を前記第１金型と同じ速度で径方向内側に移動させることにより前記蛇行巻線コイルを成形する蛇行巻線コイルの成形方法において、前記巻線コイルと前記第１金型および前記第２金型との間、または前記巻線コイルと前記第１金型との間あるいは前記巻線コイルと前記第２金型との間に弾性シートを介在させて前記第１金型の押し荷重が前記巻線コイルに伝達するように構成されていることを特徴とする。
上記蛇行巻線コイルの成形方法では、成形前の巻線コイルと、第１金型および／または第２金型の間に弾性シートを介在させて成形することにより、弾性シートが巻線コイルの変形に追従・密着することにより巻線コイルと第１金型等との接触面積が増大し、局所的に集中する押し荷重を巻線コイルの各部に均一に分散させる。それに加えて、弾性シートを介して荷重が伝達されるため、巻線コイルの蛇行部に相当する部位がなだらかに変形するようになる。つまり、均一化された荷重が時間をかけて巻線コイルの各部位に作用するようになり、特に巻線コイルの蛇行部および平坦部の隅Ｒにおいて圧縮加工が穏やかに成され、その結果、導体と被膜との密着性が好適に保持され、シワの発生を好適に抑制しシワが発生しにくくなる。

請求項２に記載の蛇行巻線コイルの成形方法では、前記第１金型の内で、前記巻線コイルに当接し前記蛇行部を成形する金型ベースの角Ｒは、該巻線コイルの軸方向の厚みに対して、０.５から１.６倍の範囲に設定されていることとした。
上記蛇行巻線コイルの成形方法では、蛇行部を成形する金型ベースの角Ｒを上記のようにとることにより、特に巻線コイルの内で、蛇行部の隅Ｒ部に相当する部位における圧縮加工が穏やかに成され、シワが発生しにくくなる。

請求項３に記載の蛇行巻線コイルの成形方法では、前記第２金型の内で、前記巻線コイルを保持し前記非蛇行部を成形する金型ベースの角Ｒは、該巻線コイルの軸方向の厚みに対して、０.５から１.６倍の範囲に設定されていることとした。
上記蛇行巻線コイルの成形方法では、非蛇行部を成形する金型ベースの角Ｒを上記のようにとることにより、特に巻線コイルの内で、平坦部（非蛇行部）の隅Ｒ部に相当する部位における圧縮加工が穏やかに成され、シワが発生しにくくなる。

請求項４に記載の蛇行巻線コイルの成形方法では、前記弾性シートは輪状に成形し、前記巻線コイルの上下両面または片面に取り付けることとした。
上記蛇行巻線コイルの成形方法では、弾性シートを上記構成とすることにより、弾性シートが巻線コイルの変形に追従・密着すると共に、局所的に集中する押し荷重を巻線コイルの各部に均一に分散させる。

請求項５に記載の蛇行巻線コイルの成形方法では、前記弾性シートは、ウレタン、シリコン又はフッ素樹脂の何れかから成ることとした。
上記蛇行巻線コイルの成形方法では、弾性シートを上記材料で構成することにより、弾性シートが巻線コイルの変形に追従・密着すると共に、局所的に集中する押し荷重を巻線コイルの各部に均一に分散させる。

請求項６に記載の蛇行巻線コイルの成形方法では、前記巻線コイルは、前記第２金型に固定する前に熱処理を施すことにより、内部の導体と外部の被膜との密着性を向上させることとした。
上記蛇行巻線コイルの成形方法では、成形前に巻線コイルに対し熱処理を施すことにより、巻線コイルを構成する導線において、導体と被膜との密着性が向上し、上記弾性シートの介在や金型等の角Ｒの最適化と相俟って、よりシワが発生しにくくなる。

本発明の蛇行巻線コイルの成形方法によれば、巻線コイルを構成する導線の被膜にシワや破れを発生させずに巻線コイルから蛇行巻線コイルを好適に成形することが出来る。これにより、導線の絶縁能を維持したまま蛇行巻線コイルの成形が可能となる。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明に係るラバー付き環状巻線コイル１００を示す構成説明図である。なお、図１の（ａ）は平面図であり、同（ｂ）は同（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
このラバー付き環状巻線コイル１００は、導線１を５巻（ターン）かつ２層にわたり重ね巻きをした巻線コイル、いわゆるα巻リングコイル１０に対して、同じくリング状に成形されたラバーシート２０を好ましくは便宜上、両面テープ２等で図の上下両面にわたり配置・固定して成る。このようにラバーシート２０をα巻リングコイル１０に両面テープ等で固定することにより、金型にセットするために巻線コイルを持ち運ぶ際に取り扱いが容易になる。

ラバーシート２０は、例えばウレタン、シリコン、又はフッ素樹脂（例えばＰＦＡ；パーフロロアルコキシ，ＰＴＦＥ；ポリテトラフルオロエチレン，ＰＶＤＦ；ポリビニリデンフルオライド，ＰＣＴＦＥ；ポリクロロトリフルオロエチレン）から成り、厚みは、例えば０.５〜２.０ｍｍであり、大きさはα巻リングコイル１０を包絡する程度である。

このように、α巻リングコイル１０に対しラバーシート２０を取り付けることにより、後述する蛇行環状巻線コイル成形機２００または前述の蛇行環状巻線コイル成形機５００において成形する際に、均一化された荷重が時間をかけてα巻リングコイルの各部位に作用するようになり、特にコイルの蛇行部および平坦部の隅Ｒにおいて圧縮加工が穏やかに成され、その結果、導体１aと被膜１bとの密着性が好適に保持され、シワの発生を好適に抑制しシワが発生しにくくなる。

次に、このラバー付き環状巻線コイル１００を、図２（なお、この要部断面は例えば中心を通る成す角が１６２°の平面で切断した時の切り口、すなわち、特願２００７−１１９３７６の図８におけるA-O-A断面と図９におけるB-O-B断面に相当する位置の切断の切り口である。）に示す蛇行環状巻線コイル成形機２００の金型ベース７０’に載置・固定する。なお、この蛇行環状巻線コイル成形機２００の、従来の蛇行環状巻線コイル成形機５００（図５を参照。）に対する最も大きな相違点は、蛇行環状巻線コイル成形機５００の第１の金型４４において、蛇行部の成形に係るローラ５２およびローラガイド７８を、サーボモータ５２’に置き換え、それに合わせ非蛇行部（平坦部）の成形に係るローラ７６およびローラガイド５４を、サーボモータ７６’に置き換えた点である。つまり、メカニカル機構を電気的機構に置き換えることにより、第１の金型４４’および第２の金型６８’の径方向の駆動はサーボモータ５２’,７６’によって成され、各金型の径方向の駆動と深さ方向の駆動が完全に独立した関係となり、これにより、各金型の縮径量や速度の微調整および型荷重低減を可能とした。

図３に示すように、この蛇行環状巻線コイル成形機２００は、金型ベース４６’がラバー付き環状巻線コイル１００を下方に押して蛇行部の成形を開始すると、ラバー付き環状巻線コイル１００の非蛇行部（平坦部）の長さ（周長）が減少し平坦部の半径が縮む（いわゆる縮径する）。従って、蛇行環状巻線コイル成形機２００は、ラバー付き環状巻線コイル１００を保持する金型ベース７０’を、サーボモータ７６’を駆動することによってスライダー５５’を移動させることにより、その周長の減少分に相当する量だけ半径方向内側に移動させる。それと同時に、金型ベース４６’を、サーボモータ５２’を駆動することによってスライダー４２’を移動させることにより、金型ベース７０’と同じ量だけ半径方向内側に移動させる。この動作を連続して行うことにより、蛇行部と平坦部が交互に形成された蛇行環状巻線コイル５１０が形成される。

図４は、図３のＡ部およびＢ部の詳細を示す説明図である。
蛇行部の成形に係る金型ベース４６’の先端部の角Ｒ₁,Ｒ₂は、α巻リングコイル１０の厚みｔに対して、０.５ｔ〜１.６ｔの範囲内に設定されている。また、平坦部の成形に係る金型ベース７０’の先端部の角ｒ₁,ｒ₂は、同じく０.５ｔ〜１.６ｔの範囲内に設定されている。このように角Ｒを設定することにより、均一化された荷重を時間をかけてラバー付き環状巻線コイル１００（α巻リングコイル１０）の各部位に作用することが出来る。特に、ラバー付き環状巻線コイル１００の蛇行部および平坦部の隅Ｒにおいて圧縮加工が穏やかになり、その結果、導体１aと被膜１bとの密着性が好適に保持され、シワの発生を好適に抑制しシワが発生しにくくなる。

なお、上記角Ｒは、蛇行巻線コイル成形機５００の金型ベース４６および金型ベース７０に対しても適用することが出来る。

また、図４の点線にて示すように、金型ベース４６’および／または金型ベース７０’に予めラバーシートを被覆しておいても良い。

また、α巻リングコイル１０は、蛇行巻線コイル成形機２００,５００に載置・固定する前に、熱処理（アニール処理）を施して、導体１aおよび被膜１bの密着性を向上させた方が好ましい。
なお、本発明は上記実施形態に限らず、様々な形態を適宜選定可能である。例えば、本実施形態は、導線の始端部も終端部も環状巻線コイルの最外層部に位置させて端子への引き出し線を導出する、いわゆるα巻コイルを用いたが、始端部あるいは終端部の位置は問わず、環状巻線コイルの最内層部側にあってもよい。

本発明の蛇行巻線コイルの成形方法は、ハイブリッド車両用モータ又は電気自動車用モータとして、ロータに永久磁石を使用した永久磁石式交流同期モータ又はブラシレスＤＣモータに使用される、複数の蛇行部を有する蛇行環状巻線コイルの製造に好適に適用することが可能である。

本発明に係るラバー付き環状巻線コイルを示す構成説明図である。 本発明に係る蛇行環状巻線コイル成形機を示す要部断面説明図である。 本発明に係る金型ベースおよび金型ベースガイドを示す要部説明図である。 図３のＡ部およびＢ部の詳細を示す説明図である。 従来の蛇行環状巻線コイル成形機を示す要部断面説明図である。 蛇行環状巻線コイルを示す説明図である。

符号の説明

１ 導線
２ 両面テープ
１０ α巻リングコイル
２０ ラバーシート
１００ ラバー付き環状巻線コイル
２００,５００ 蛇行環状巻線コイル成形機

Claims (6)

1. 軸線回りの周面内を周回した巻線コイルから、前記軸線回りの周回面をクランク状の蛇行部と円弧状の非蛇行部を形成しながら周回した蛇行巻線コイルを成形する蛇行巻線コイルの成形方法であって、前記蛇行部に対応した複数の第１金型を基準点（原点）に対し環状に配設し、前記巻線コイルを保持・固定し前記非蛇行部に対応した複数の第２金型を前記基準点に対し同環状かつ、前記第１金型を軸方向に平行移動させたならば隣接した前記第２金型間に嵌合するように配設し、前記各々の第１金型を軸方向に移動させると共に該軸方向の移動量に対応させて径方向内側に移動させ、それと同期して前記各々の第２金型を前記第１金型と同じ速度で径方向内側に移動させることにより前記蛇行巻線コイルを成形する蛇行巻線コイルの成形方法において、前記巻線コイルと前記第１金型および前記第２金型との間、または前記巻線コイルと前記第１金型との間あるいは前記巻線コイルと前記第２金型との間に弾性シートを介在させて前記第１金型の押し荷重が前記巻線コイルに伝達するように構成されていることを特徴とする蛇行巻線コイルの成形方法。
2. 前記第１金型の内で、前記巻線コイルに当接し前記蛇行部を成形する金型ベースの角Ｒは、該巻線コイルの軸方向の厚みに対して、０.５から１.６倍の範囲に設定されている請求項１に記載の蛇行巻線コイルの成形方法。
3. 前記第２金型の内で、前記巻線コイルを保持し前記非蛇行部を成形する金型ベースの角Ｒは、該巻線コイルの軸方向の厚みに対して、０.５から１.６倍の範囲に設定されている請求項１に記載の蛇行巻線コイルの成形方法。
4. 前記弾性シートは輪状に成形し、前記巻線コイルの両面または片面に取り付ける請求項１から３の何れかに記載の蛇行巻線コイルの成形方法。
5. 前記弾性シートは、ウレタン、シリコン又はフッ素樹脂の何れかから成る請求項１から４の何れかに記載の蛇行巻線コイルの成形方法。
6. 前記巻線コイルは、前記第２金型に固定する前に熱処理を施すことにより、内部の導体と外部の被膜との密着性を向上させる請求項１から５の何れかに記載の蛇行巻線コイルの成形方法。

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