JP5641136B2 - 固定子、固定子製造方法、及び巻線用平角導体 - Google Patents

Description

本発明は、ステータの製造に関するものであり、具体的にはステータのスロット内における占積率を高める為にコイルの形状を工夫する技術に関するものである。

近年、自動車の駆動力にモータを用いる需要が増加している。自動車の駆動力に用いるモータは小型化及び高出力化が求められており、その１つの方法としてコイルに平角導体を用いる方法が検討されている。これは、コイルに平角導体を用いることで、断面積を向上させると共に占積率を向上させる効果が見込めるためである。モータにコイルを用いる場合、ステータの有するスロットにコイルを挿入する必要がある。しかし、スロットは台形形状であることが多く、幾何学的に考えると円形断面より矩形断面の方が空隙率を低く設定できる。断面積を増加させるとこの傾向は更に顕著になる。したがって、矩形断面を有する平角導体を用いた方が断面積を広くとることができ、占積率の向上を期待出来る。

特許文献１には、車両用回転電機に関する技術が開示されている。電磁鋼板を積層して形成する固定子コアが有するスロットの形状の四隅を円弧形状として、スロットに挿入するコイルの形状を円弧形状と対応する部分をＲ形状とする。スロットに挿入するコイルのうち固定子コアの最外周と最内周の平角導体を、変形させることでこれに対応することができる。この結果、固定子の占積率を向上させることができ、固定子コアとコイルとの接触面積を増やすことが出来るので、伝熱効率を向上させることが可能である。

特許文献２には、コイルの製造方法に関する技術が開示されている。コイル素線を巻枠に巻回した後、巻枠を広げてコイルの内径を広げ、金型等を用いてコイルの外側から外力を付与することで、コイルに用いている平角導体を塑性変形させて素線同士が密着させる。その後、コイルの絶縁処理を行い、固定子コアに挿入する。この結果、占積率を向上させることができる。

特許文献３には、電機子の製造方法に関する技術が開示されている。コイルを円周状に複数配列した電機子のコアを構成し、コイルサイド側の両側面に、コイルサイド境界面と略平行な面、及びコイルの各層の平均の厚みの整数倍と略等しい高さの段差を有するティース上に、電線を巻回してコイルを形成する。この結果、コアに対してコイルが密着し、導体同士の密着度も高まるので、占積率を向上させることが出来る。

特許文献４には、集合導体に関する技術が開示されている。平角導体を絶縁する絶縁被覆層の外周に粘着層を設けることで、平角導体同士の密着性を高め、結果的に固定子の占積率を向上させている。

特許文献５には、車両用回転電機に関する技術が開示されている。平角導体を２本で１ペアとして絶縁することで、ペアとなる平角導体間の絶縁層を薄くすることが可能となる。また、２本で１ペアとなった平角導体の外周をＲ形状とすることで、スロットの内側の四隅部分を円弧形状とし、これに平角導体の形状を対応させているので、占積率の向上に貢献することが出来る。

特許文献６には、ステータ及びその製造方法に関する技術が開示されている。固定子コア内に配置される導体のうちティースに近い側に配置される導体の断面を円形断面とし、固定子コアに巻回して第１層を形成後に外側から加圧することで導体同士の密着性を高める。その後、ティースから遠い側には矩形断面の導線を第２層として捲回する２層構造とすることで、デッドスペースを少なくでき、固定子の占積率の向上に貢献することが出来る。

特開２００３−０１８７７９号公報 特開２００５−２０４４２２号公報 特開２００７−１３５３２６号公報 特開２００７−２２７２４１号公報 特開２００８−０４３０２６号公報 特開２００８−２７８６８１号公報

しかしながら、特許文献１乃至特許文献６には以下に説明する課題があると考えられる。

特許文献１及び特許文献５に示されるように、平角導体の形状を一部変更する場合、特許文献１ではコイルを巻回した後に、特許文献５ではセグメントコイルを形成した後に、それぞれコイルをプレスなどで成形する必要があると考えられる。しかし、コイルを個々の形状にした後に個別に変形させる必要があるので、工程数が増えてコストが高くなると考えられ望ましくない。

特許文献２乃至特許文献４、特許文献６では、コイルを固定子コアに巻回した後に加圧することで固定子コアのティースの形状にコイルを沿わせる手法を採っており、コイル巻回後に成形する点では特許文献１及び特許文献５と同じで手間がかかると考えられる。また、構成上、固定子コアは分割型のものを用いる必要があると考えられる。しかしながら、分割型の固定子コアは鉄損が大きくなるなどの問題もあり、一体型の固定子コアに対応できる手法の方が望ましい。

また、平角導体を用いてエッジワイズ曲げ加工し、コイルを巻回する場合、エッジワイズ曲げ加工の最中には平角導体の曲げ内周側をクランプする必要があるが、特許文献１乃至特許文献６に開示の技術にはその点が考慮されていないと考えられる。出願人が検討した結果、平角導体をエッジワイズ曲げ加工する際には、曲げ内周側と当接し内側の型に相当するシャフトとクランプに用いるフランジは一体型が望ましく、ベースにクランプシャフトが進退可能に備えられ、平角導体をベースとクランプフランジで挟んだ状態でシャフトに沿って平角導体をエッジワイズ曲げ加工することで、平角導体の内周側の膨らみを押さえることが出来る手法を見出した。しかし、このようなケースではフランジとシャフトの接続部分をピン角にせず、疲労破壊を抑制するためにＲ加工をする必要がある。この結果、平角導体の矩形断面の角部はシャフトとフランジの接続部のＲ加工以上の半径を有するＲ面取りがなされる必要があり、コイルが形成された後に固定子の占積率の悪化を招く虞があることが分かった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、工程数を増やさずに固定子の占積率を向上させることが可能な固定子及び固定子製造方法及び巻線用平角導体を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による固定子は以下のような特徴を有する。

（１）複数のスロットとティースを有する固定子コアと、前記スロット内に配置される平角導体を巻回して形成したコイルとを有する固定子において、前記平角導体が有する矩形断面における角部のうち、前記平角導体が前記コイルに巻回された際に、前記コイルの内周側に位置する前記角部のうち第１角部に、他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りが成され、前記コイルが前記固定子コアの前記スロットに挿入された際に、前記コイルの有する前記矩形断面は、前記第１角部が前記固定子コアの外周側に向くよう配置されることを特徴とする。

（２）（１）に記載の固定子において、前記第１角部の丸面取りは、前記平角導体をエッジワイズ曲げ加工する際に前記平角導体を厚み方向にクランプするクランプフランジと前記平角導体の曲げ内周部分に当接するガイド軸との接合部に設けられた隅丸面取りよりも大きな半径で形成されていることが好ましい。

（３）（１）又は（２）に記載の固定子において、前記矩形断面のうちの前記第１角部の対角に存在する第２角部に、前記第１角部と同様に他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りに成されていることが好ましい。

また、前記目的を達成するために、本発明の他の態様による固定子製造方法は以下のような特徴を有する。

（４）平角導体をエッジワイズ曲げ加工してコイルを形成し、前記コイルを固定子コアに配設し、固定子を製造する固定子製造方法において、前記平角導体を抑えるクランププレートと、前記平角導体のエッジワイズ曲げ加工内径側に接するガイド軸とが一体的に形成されたクランプ機構により、前記平角導体が有する矩形断面の角部のうち第１角部に、他の角部に比べて大きく、前記クランププレートと前記ガイド軸との結合部に形成された隅丸面取りの半径と同じかより大きな半径の丸面取りに成された前記平角導体を、前記結合部と前記第１角部が当接するようにクランプし、前記平角導体をエッジワイズ曲げ加工することで前記コイルを形成し、前記コイルを、前記コイルの有する前記矩形断面の前記第１角部が前記固定子コアの外周側に面して配置されるように前記固定子コアに配設することで、固定子を製造することを特徴とする。

（５）（４）に記載の固定子製造方法において、前記平角導体の前記矩形断面のうちの前記第１角部の対角に存在する第２角部に前記第１角部と同様に他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りに成されていることが好ましい。

また、前記目的を達成するために、本発明の他の態様による巻線用平角導体は以下のような特徴を有する。

（６）巻回してコイルに用いられる巻線用平角導体において、矩形断面の角部のうち、前記コイルに巻回される際に前記コイルの内周側に位置する第１角部に、他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りが成され、前記矩形断面のうちの前記第１角部の対角に存在する第２角部に、前記第１角部と同様に他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りが成されていることを特徴とする。

このような特徴を有する態様の固定子により、以下のような作用、効果が得られる。

上記（１）に記載の態様は、複数のスロットとティースを有する固定子コアと、スロット内に配置される平角導体を巻回して形成したコイルとを有する固定子において、平角導体が有する矩形断面における角部のうち、平角導体がコイルに巻回された際に、コイルの内周側に位置する角部のうち第１角部に、他の角部に比べて半径の大きな丸面取りが成され、コイルが固定子コアのスロットに挿入された際に、コイルの有する矩形断面は、第１角部が固定子コアの外周側に向くよう配置されるものである。

平角導体を巻回してコイルを形成するにあたり、平角導体の矩形断面における第１角部の丸面取りの半径を他の角部に比べて大きくしておき、このコイルの第１角部がティースの根本部分に当接する構造の固定子とすることで、固定子の占積率の向上を図ることが可能である。固定子コアの内周側に突出するように設けられるティースは構造上、ティースの根本よりもティースの先端側の方が細くなる形状となる。設計仕様によっては特許文献１に示されるようにティースの先端を広げた形状となる場合もあるが、全体的な傾向としては同様である。したがって、ティースの付け根部分の角度は鈍角となり、これに平角導体の第１角部で半径の大きな丸面取りが成された部分が対応することで、デットスペースが少なくなる効果が得られる。これによって、固定子の占積率を向上させることが期待出来る。

また、上記（２）に記載の態様は、（１）に記載の固定子において、第１角部の丸面取りは、平角導体をエッジワイズ曲げ加工する際に平角導体を厚み方向にクランプするクランプフランジと平角導体の曲げ内周部分に当接するガイド軸との接合部に設けられた隅丸面取りよりも大きな半径で形成されているものである。課題に示したガイド軸とフランジとの接続部に形成される隅丸面取り（隅Ｒ）が応力集中を緩和する為に形成されており、これに対応するように第１角部の丸面取りの半径を大きくしておくことで、平角導体をエッジワイズ曲げ加工する際にクランプフランジとガイド軸との接合部と、平角導体の干渉を防ぐことができる。それと共に、第１角部以外のその他の角部は第１角部の丸面取りの半径よりも小さく設計されているので、占積率の低下を最小限に抑えることが可能である。

また、（３）に記載の態様は、（１）又は（２）に記載の固定子において、矩形断面のうちの第１角部の対角に存在する第２角部に、第１角部と同様に他の角部に比べて半径が大きな丸面取りが成されているものである。平角導体の有する矩形断面の第１角部と第２角部とが対角に位置し、丸面取りが他の角部と比べて大きな半径となるように形成されているので、平角導体の方向を気にせずにエッジワイズ曲げ加工が可能となる。このため、コイルの生産性が向上し、固定子の生産性の向上が期待できる。

また、このような特徴を有する態様の固定子製造方法により、以下のような作用効果が得られる。

上記（４）に記載の態様は、平角導体をエッジワイズ曲げ加工してコイルを形成し、コイルを固定子コアに配設し、固定子を製造する固定子製造方法において、平角導体を抑えるクランププレートと、平角導体のエッジワイズ曲げ加工内径側に接するガイド軸とが一体的に形成されたクランプ機構により、平角導体が有する矩形断面の角部のうち第１角部に他の角部に比べて大きく、クランププレートとガイド軸との結合部に形成された隅丸面取りの半径と同じかより大きな半径の丸面取りが成された平角導体を、結合部と第１角部が当接するようにクランプし、平角導体をエッジワイズ曲げ加工することでコイルを形成し、コイルを、コイルの有する矩形断面の第１角部が固定子コアの外周側に向いて配置されるように固定子コアに配設することで、固定子を製造するものである。

クランププレートとガイド軸との接合部には応力集中を避けるために隅丸面取りが設けられており、この接合部の隅丸面取りと対応する平角導体の矩形断面の第１角部に丸面取が形状に形成され、この第１角部に形成された丸面取りの半径は、接合部の隅丸面取りの半径よりも同じかそれよりも大きく設定されている。このことにより、平角導体をエッジワイズ曲げ加工する際に、接合部と第１角部とが干渉しないようにすることができ、干渉による平角導体の変形を防ぐことが出来る。この結果、所定の形状を得ること出来るので、結果的に固定子の占積率の向上に寄与することが出来る。更に（１）に記載したようにティースの形状に対応してデッドスペースを少なくすることを期待出来るので、より占積率の向上が期待出来る。

また、（５）に記載の態様は、（４）に記載の固定子製造方法において、平角導体の矩形断面のうちの第１角部の対角に存在する第２角部に、第１角部と同様に他の角部に比べて半径が大きな丸面取りが成されているものである。平角導体の矩形断面の第１角部と第２角部とが対角に位置し、丸面取りが他の角部と比べて大きな半径となるように形成されているので、平角導体の方向を気にせずにエッジワイズ曲げ加工が可能となる。このため、コイルの生産性が向上し、また、固定子の生産性の向上が期待できる。

また、このような特徴を有する態様の巻線用平角導体により、以下のような作用効果が得られる。

上記（６）に記載の態様は、巻回してコイルに用いられる巻線用平角導体において、矩形断面の角部のうち、コイルに巻回される際にコイルの内周側に位置する第１角部に、他の角部に比べて半径の大きな丸面取りが成され、矩形断面のうちの第１角部の対角に存在する第２角部に、第１角部と同様に他の角部に比べて半径の大きな丸面取りが成されているものである。巻線用平角導体の有する矩形断面の角部のうち第１角部に大きな丸面取が成されていることで、平角導体をエッジワイズ曲げ加工する際においてクランププレートとガイド軸と結合部に形成された隅丸面取りとの干渉を避けることが可能となり、所定の形状のコイルを巻回する際の助けとなる。また、この平角導体を用いたコイルを固定子に組み付けた際に固定子の占積率の向上に貢献することが可能である。

また、第１角部と、第１角部の対角に存在する第２角部とに半径の大きな丸面取りが成されているので、平角導体の裏表を管理しなくてもコイルを巻回する際にクランププレートとガイド軸と結合部に形成された隅丸面取りとの干渉を気にせずに巻回が可能となる。したがって、コイルの生産性の向上が期待出来る。

第１実施形態の、固定子の斜視図である。 第１実施形態の、分割型の固定子コア片の斜視図である。 第１実施形態の、固定子コア片にインシュレータが挿入された様子を表した斜視図である。 第１実施形態の、固定子コア片にコイルが配設された様子を表した斜視図である。 第１実施形態の、固定子の部分断面図である。 第１実施形態の、平角導体の断面図である。 第１実施形態の、平角導体をエッジワイズ曲げ加工する装置の概略図である。 第１実施形態の、エッジワイズ曲げ加工する際の平面図である。 第１実施形態の、図８の次の工程を表す平面図である。 比較のために用意した、平角導体を用いた場合の占積率に関する概念図である。 第１実施形態の、平角導体を用いた場合と比較した概念説明図である。 第１実施形態の、クランプフランジで平角導体をクランプした状態を示す側面図である。 第２実施形態の、平角導体の断面図である。

まず、本発明の第１の実施形態について図面を用いて説明を行う。

図１に、第１実施形態の固定子１０の斜視図を示す。図２に、分割型の固定子コア片２０の斜視図を示す。図３に、固定子コア片２０にインシュレータ４０が挿入された様子を表した斜視図を示す。図４に、固定子コア片２０にコイル３０が配設された様子を表した斜視図を示す。第１実施形態の固定子１０は、分割型の固定子コア片２０にコイル３０が挿入された固定子ユニット１２を円筒状に配置した後に、固定子ユニット１２の外周部にアウターリング１５を嵌合させて保持する構成としたものである。

固定子コア片２０はプレス加工機を用いて電磁鋼板を打ち抜き成型した後に、積層して形成されたものである。固定子コア片２０の内周側には、ティース２１が突出するよう形成され備えられている。ティース２１の両側にはスロット底部２２が形成されている。固定子コア片２０のスロット底部２２は、隣に並べられた固定子コア片２０のスロット底部２２と２つでスロット２３を形成する。つまり、固定子コア片２０はスロット２３の中央で分割された形状となっている。スロット２３の側壁面はティース２１により構成される。

コイル３０は平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工して形成されている。コイル３０は２重に巻回されてスロット２３に納められる。具体的には図４に示すようにインシュレータ４０の上からティース２１に挿入する形となる。図５に、固定子１０の部分断面図を示す。図６に、平角導体Ｄの断面図を示す。図５に示すように、固定子１０の周方向に平角導体Ｄが２つ並ぶ。また、径方向には平角導体Ｄが８つ並ぶ。平角導体Ｄに用いられているのは略矩形断面を有する銅等の導電性の高い金属であり、その周囲には絶縁性の被覆層３０５が設けられている。

また平角導体Ｄの断面が有する角部を、便宜上、第１角部３０１、第２角部３０２、第３角部３０３、及び第４角部３０４と呼ぶとすると、第１角部３０１はＲ面取り（丸面取り）加工がなされており、他の角部に比べてＲ面取り加工の半径がＲ０．８程度と大きく設定されている。他の角部である第２角部３０２乃至第４角部３０４についてもＲ面取り加工がなされているが、Ｒ０．３程度と第１角部３０１に比べて半径が小さく設定されている。このような断面は平角導体Ｄを引き抜き成形する際に用いるダイスの形状によって得られる。また、コイル３０の両端部は、図４に示すように第１端子部ＤＡと第２端子部ＤＢとが形成されており図示しないバスバによって他のコイル３０が備える第１端子部ＤＡ及び第２端子部ＤＢ等に接続される。

インシュレータ４０は、図３に示されるようにティース２１の外周とスロット底部２２を覆うような形状に形成されている。インシュレータ４０は絶縁性の樹脂で形成されており、固定子コア片２０とコイル３０との絶縁が可能な厚みに設定されている。またインシュレータ４０は、コイル３０から発生する熱を固定子コア片２０側に逃がす働きがあるため、熱伝導性を確保出来ることが好ましい。

次に、平角導体Ｄのエッジワイズ曲げ工程の説明をする。図７に、平角導体をエッジワイズ曲げ加工する装置の概略図を示す。図８に、エッジワイズ曲げ加工する際の平面図を示す。図９に、図８の次の工程を表す平面図を示す。エッジワイズ曲げ加工機１００は、搬送機構部１２０と、導体保持機構１３０と、癖取り機構部１３２と、アンコイラ部１４０と、曲げ機構部１５０とを備えている。アンコイラ部１４０にはボビン１４１を回転可能に保持できる。ボビン１４１には平角導体Ｄがフラットワイズ方向に巻回されている。

搬送機構部１２０は平角導体Ｄをボビン１４１から引き出して曲げ機構部１５０側に送る機能を備えている。コイル３０は長辺３１と短辺３２とを備え、長辺３１と短辺３２はコイル３０の内周側と外周側でも長さが異なる。このため、搬送機構部１２０では長辺３１及び短辺３２に併せて送り量を調整することができる。導体保持機構１３０はクランプ１３１によって平角導体Ｄをクランプし保持する機能を備えている。また、癖取り機構部１３２ではボビン１４１から引き出した平角導体Ｄの癖を取る機能を備えている。曲げ機構部１５０では、平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工する機能を備えている。

このようなエッジワイズ曲げ加工機１００を用いて、平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工してコイル３０を形成する。図８に示すのは、コイル３０の長辺３１を形成する過程であり、搬送機構部１２０で所定の長さ平角導体Ｄを送り出した後、クランプフランジ１５１を加工ベース１５８側に引き込むことで加工ベース１５８に平角導体Ｄを押しつけながら、平角導体Ｄの厚み方向にクランプする。クランプフランジ１５１は円盤状のフランジ部１５１ａと円柱状のガイド軸部１５１ｂを備えている。そして、フランジ部１５１ａで平角導体Ｄを厚み方向にクランプした上で、ガイド軸部１５１ｂをコイル３０の内周側のガイドとして、エッジワイズ曲げ加工を行う。

具体的には、ガイド１５９によって平角導体Ｄのサイドを押さえつつ、第１回転治具１５２及び第１曲げ治具１５４を回転させることによってコイル３０の長辺３１を形成する。平角導体Ｄが図８の状態からエッジワイズ曲げ加工されることで、コイル３０の長辺３１の端面は第１ガイド１５５によってガイドされることになる。

この際には上面サポート１５７を用いて形成されつつあるコイル３０の上面を押さえている。上面サポート１５７はコイル３０の巻回が進むに従って、上昇するように設計されており、適宜、コイル３０の変形を抑えることが可能である。このように、第１回転治具１５２及び第１曲げ治具１５４が回動することで、図８の状態から図９の状態に平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工することが出来る。第２回転治具１５３は次のターンを巻回する時に用いられ、第１回転治具１５２と第２回転治具１５３は交互に用いられてコイル３０は巻回される。第２ガイド１５６は第２回転治具１５３を用いた時に長辺３１の端面をガイドする。平角導体Ｄはこのようにエッジワイズ曲げ加工され、図４に示されるように２重に巻回されたコイル３０が形成される。

コイル３０は、冒頭に説明したように固定子コア片２０に装着されたインシュレータ４０の上からティース２１に対して挿入される。そして、図示しないがこの後にコイル３０の上から樹脂モールドを行い、固定子ユニット１２を形成する。形成された固定子ユニット１２は円筒状に配列され、その外周部分にアウターリング１５を焼きバメする。この結果、固定子ユニット１２をアウターリング１５によって円筒状に保持することができる。図示しないが第１端子部ＤＡ及び第２端子部ＤＢがバスバによって接続され、固定子１０が形成される。

第１実施形態の固定子１０は上記構成であるので、以下に説明するような作用、効果を奏する。

第１実施形態の固定子１０は、このような構成を採ることで固定子１０の占積率を向上させる効果が得られることができる点が挙げられる。第１実施形態の固定子１０の構成は、複数のスロット２３とティース２１を有する固定子ユニット１２と、スロット２３内に配置される平角導体Ｄを巻回して形成したコイル３０とを有する固定子１０において、平角導体Ｄが有する矩形断面における角部のうち、平角導体Ｄがコイル３０に巻回された際に、コイル３０の内周側に位置する角部のうち第１角部３０１に他の角部に比べて半径が大きな丸面取りが成され、コイル３０が固定子コア片２０のスロット２３に挿入された際に、コイル３０の有する第１角部３０１が固定子コア片２０の外周側に面して配置されるものである。

図１０に、比較のために用意した平角導体Ｄ１を用いた場合の占積率についての概念説明図を示す。図１１に、第１実施形態の平角導体Ｄを用いた場合と比較した概念説明図を示す。図１０に示されている平角導体Ｄ１の断面は第１実施形態とは矩形断面形状であり、角部には４角全てにＲ０．３のＲ面取り加工が為されている。一方、第１実施形態の平角導体Ｄを図１０のものと置き換えると、図１１に示すように第１角部３０１がティース２１側に配置されるため、ティース２１側に平角導体Ｄを寸法Ｘだけ寄せることが可能となる。

したがって、大きなＲ面取り加工が施された第１角部３０１をティース２１の根本側に向く、すなわち固定子１０の外周側に面して配置され、かつ図５に示すように第１角部３０１がコイル３０の内周側に配置されていることで、平角導体Ｄの断面積を寸法Ｘだけ幅方向に増やすことが可能となる。ただし、第１角部３０１が設けられることで断面積が一部減少するが、その減少分と相殺しても、占積率にして１％程の向上を見込める。ただし、後述の理由で占積率は実質的には数％程度の向上が見込めることになる。

また、別の効果として平角導体Ｄに第１角部３０１を設けてあることで、エッジワイズ曲げ加工機１００との干渉を避けることができる点が挙げられる。これは、第１角部３０１のＲ面取りは、平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工する際に平角導体Ｄを厚み方向にクランプするクランプフランジ１５１と平角導体Ｄの曲げ内周部分に当接するガイド軸部１５１ｂとの接合部１５１ｃに設けられた隅丸面取り（隅Ｒ）よりも大きな半径で形成されているものである。

図１２に、クランプフランジ１５１で平角導体をクランプした状態を示す側面図を示す。課題に示したフランジ部１５１ａとのガイド軸部１５１ｂに形成される接合部１５１ｃには、隅Ｒ加工が設けられて応力集中を緩和している。これは、出願人が行った応力解析によって、平角導体Ｄをクランプする際に接合部１５１ｃの上下付近に最も応力が集中することが判明しており、隅Ｒ加工または面取り加工を施すことで、この応力集中を緩和することが可能であるためである。第１実施形態では解析の結果を考慮してＲ０．７程度の隅Ｒを設けている。

また、平角導体Ｄをクランプフランジ１５１で把持するのは、平角導体Ｄのエッジワイズ曲げ加工時にコイル３０の内周側、すなわちフランジ部１５１ａでクランプする部分の厚みが膨らみ、外周側の厚みが薄くなる傾向にあることが知られている。厚みが増えると占積率の低下をもたらすので、好ましくない。このため、数百ＭＰａ程度の力でクランプフランジ１５１により平角導体Ｄの厚み方向に所定の間隔が保持できるように力を加えている。

このクランプフランジ１５１において、フランジ部１５１ａとガイド軸部１５１ｂとの接合部１５１ｃの隅Ｒ加工は前述したとおりＲ０．７程度であり、これに対応するように第１角部３０１のＲ面取りの半径をＲ０．８程度と大きくしている。こうすることで、平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工する際にフランジ部１５１ａとガイド軸部１５１ｂとの接合部１５１ｃと、平角導体Ｄの干渉を防ぐことができる。それと共に、第１角部３０１以外のその他の角部は第１角部３０１のＲ面取りの半径よりも小さく設計されているので、占積率の低下を最小限に抑えることが可能である。

また、第１角部３０１と接合部１５１ｃとは干渉しないように設計する必要がある。第１角部３０１と接合部１５１ｃとが干渉すると、平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工する際に平角導体Ｄの断面形状が変形してしまう虞がある。したがって、変形によって占積率が悪化する可能性があるため、第１角部３０１と接合部１５１ｃとの干渉を避けている。そして、このような制約があるために平角導体Ｄの角部は接合部１５１ｃと対応する第１角部３０１に必要なＲ面取りの半径に合わせて他の角部も設計されるのが通常であるが、第１実施形態では第１角部３０１のみをＲ０．８とし、第２角部３０２乃至第４角部３０４はＲ０．３とすることで、結果的に固定子１０の占積率向上を果たすことが可能である。

次に、本発明の第２の実施形態について説明を行う。第２実施形態の固定子１０は第１実施形態の固定子１０とほぼ同じ構成であるが、平角導体の形状が異なる。以下異なる点について説明する。

図１３に、第２実施形態の平角導体Ｄの断面図を示す。第２実施形態の平角導体Ｄは、第１角部３０１と第２角部３０２を同じ半径のＲ０．８でＲ面取り加工している。一方、第３角部３０３と第４角部３０４はＲ０．３のＲ面取り加工が為されている。第１角部３０１と第２角部３０２とは対角に位置しており、第３角部３０３と第４角部３０４とが対角に位置している。

第２実施形態の固定子１０は上記構成とすることで、以下に説明するような作用、効果を奏する。

第２実施形態に用いる平角導体Ｄは、矩形断面のうちの第１角部３０１の対角に存在する第２角部３０２も第１角部３０１と同様に他の角部に比べて半径が大きなＲ面取り部が形成されているものである。この結果、平角導体Ｄの裏表をひっくり返したとしても、第２角部３０２が接合部１５１ｃとが干渉することが無い。したがって、コイル３０を形成する際に平角導体Ｄの裏表を管理する必要がなく、結果的に歩留まり向上に期待ができる。歩留まり向上によって、コストダウンに貢献することが期待出来る。

また、図１１に示した第１実施形態の平角導体Ｄは、コイル３０の内周側に配置されるものが寸法Ｘだけティース２１側に寄せることが可能であったが、第２実施形態の平角導体Ｄは第１角部３０１に加えて第２角部３０２もＲ０．８のＲ面取り加工を施してあるので、コイル３０の外周側に配置される平角導体Ｄはティース２１から離れる方向に寄せることが可能となる。したがって、Ｒ面取り加工されることで断面積が減る分と相殺しても合計の断面積を増やすことができ、結果的に固定子１０の占積率の向上を果たすことが可能である。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、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実施することもできる。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態では集中巻きのコイルに平角導体Ｄを用いているが、特にこれに限定されるものではなく、波巻きや同芯巻きのコイルであっても適用可能である。また、事前に分割型の固定子コア片にインシュレータとコイルを挿入し、その上から樹脂モールドする形式のカセットコイル方式にて説明しているが、一体型の固定子コアにコイルを挿入するタイプでも適用可能である。

また、第１実施形態及び第２実施形態で用いているエッジワイズ曲げ加工機１００の構成は、一例であり発明に大きく関連するクランプフランジ１５１付近の構成の要旨を変更しない程度に、変更することを妨げない。

また、第１実施形態及び第２実施形態において占積率の計算を行っているが、これはあくまでも本実施形態において占積率の向上が見込めるのであって、ティース２１やスロット２３の形状、あるいはコイル３０のターン数によってもその効果は異なる。さらにＲ面取り加工の半径をＲ０．８及びＲ０．３としているが、接合部１５１ｃに対応させて適宜変更することを妨げない。また、平角導体Ｄの丸面取りはＲ面取り加工として例示しているが、Ｒ部分の形状を最適化することで占積率の向上が見込める可能性もあり、Ｃ面取り加工やそれに類する形状とすることを妨げない。

１０ 固定子
１２ 固定子ユニット
１５ アウターリング
２０ 固定子コア片
２１ ティース
２３ スロット
３０ コイル
４０ インシュレータ
１００ エッジワイズ曲げ加工機
１２０ 搬送機構部
１３０ 導体保持機構
１４０ アンコイラ部
１５０ 曲げ機構部
１５１ クランプフランジ
１５１ａ フランジ部
１５１ｂ 軸部
１５１ｃ 接合部
３０１ 第１角部
３０２ 第２角部
３０３ 第３角部
３０４ 第４角部
３０５ 被覆層
Ｄ 平角導体
Ｄ１ 平角導体

Claims (6)

1. 複数のスロットとティースを有する固定子コアと、前記スロット内に配置される平角導体を巻回して形成したコイルとを有する固定子において、
   前記平角導体が有する矩形断面における角部のうち、前記平角導体が前記コイルに巻回された際に前記コイルの内周側に位置する前記角部のうち第１角部に、他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りが成され、
   前記コイルが前記固定子コアの前記スロットに挿入された際に、前記コイルの有する前記矩形断面は、前記第１角部が前記固定子コアの外周側に向くよう配置されることを特徴とする固定子。
2. 請求項１に記載の固定子において、
   前記第１角部の丸面取りは、前記平角導体をエッジワイズ曲げ加工する際に前記平角導体を厚み方向にクランプするクランプフランジと前記平角導体の曲げ内周部分に当接するガイド軸との接合部に設けられた隅丸面取りよりも大きな半径で形成されていることを特徴とする固定子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の固定子において、
   前記矩形断面のうちの前記第１角部の対角に存在する第２角部に、前記第１角部と同様に他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りが成されていることを特徴とする固定子。
4. 平角導体をエッジワイズ曲げ加工してコイルを形成し、前記コイルを固定子コアに配設し、固定子を製造する固定子製造方法において、
   前記平角導体を抑えるクランププレートと、前記平角導体のエッジワイズ曲げ加工内径側に接するガイド軸とが一体的に形成されたクランプ機構により、前記平角導体が有する矩形断面の角部のうち第１角部に、他の角部に比べて大きく前記クランププレートと前記ガイド軸との結合部に形成された隅丸面取りの半径と同じかより大きな半径の丸面取りが成された前記平角導体を、前記結合部と前記第１角部が当接するようにクランプし、前記平角導体をエッジワイズ曲げ加工することで前記コイルを形成し、
   前記コイルを、前記コイルの有する前記矩形断面の前記第１角部が前記固定子コアの外周側に向いて配置されるように前記固定子コアに配設することで、固定子を製造することを特徴とする固定子製造方法。
5. 請求項４に記載の固定子製造方法において、
   前記平角導体の前記矩形断面のうちの前記第１角部の対角に存在する第２角部に、前記第１角部と同様に他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りが成されていることを特徴とする固定子製造方法。
6. 巻回してコイルに用いられる巻線用平角導体において、
   矩形断面の角部のうち、前記コイルに巻回される際に前記コイルの内周側に位置する第１角部に、他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りが成され、
   前記矩形断面のうちの前記第１角部の対角に存在する第２角部に、前記第１角部と同様に他の前記角部に比べて半径の大きな丸面取りが成されていることを特徴とする巻線用平角導体。

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