JP5649545B2

JP5649545B2 - 回転電機の製造方法

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Publication number: JP5649545B2
Application number: JP2011221149A
Authority: JP
Inventors: 英樹重松; 岳志柳澤; 石川　寛; 寛石川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2011-10-05
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2031-10-05
Also published as: JP2013081335A

Description

本発明は、電動機や発電機等の回転電機の製造方法に関する。

回転電機としての電動機や発電機は、周方向に沿って放射状に連設され、周側面に開口するとともに内奥部と比較して狭い開口部を有する複数のスロット、及び、各該スロット間の隔壁部を有する積層コアと、前記スロット内に挿入した線状コイル部材を前記積層コアに巻装してなるコイルとを備えている。

従来、前記回転電機は、次のようにして製造される。まず、前記積層コアの前記スロットに対応する凹部と、該積層コアの前記隔壁部に対応する凸部とを備える薄板状コア部材を形成する。次に、複数の前記薄板状コア部材を厚さ方向に積層して圧着することにより、前記積層コアを形成し、次に、該積層コアの前記スロット内に前記線状コイル部材を挿入することにより、該積層コアに前記コイルを巻装する（例えば特許文献１参照）。

一般に、前記回転電機は、次式（１）で表わされる占積率が大きいほど、性能が優れている。

占積率（％）＝Ｓ_Ａ／Ｓ_Ｂ×１００ ……（１）
Ｓ_Ａ：スロットに挿入される線状コイル部材の横断面積の合計。

Ｓ_Ｂ：積層コアの厚さ方向と平行な面におけるスロットの断面積。

そこで、前記回転電機を製造する際、前記積層コアの周側面に開口する前記スロットの開口部を広げることにより、前記積層コアの厚さ方向と平行な面におけるスロットの断面積を大きくして、該スロット内に挿入される前記線状コイル部材の総数を増やし、前記占積率を大きくすることが考えられる。

特開２０００−２４５１２０号公報

しかしながら、前記積層コアの前記スロットの前記開口部が広げられていると、該スロットと前記コイルとの間に必要以上の隙間が生じることにより、リプル（ripple）が発生し、振動、騒音等が発生することがあるという不都合がある。

本発明は、かかる不都合を解消して、リプルの発生を防止するとともに占積率を向上することができる回転電機の製造方法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、本発明は、周方向に沿って放射状に連設され、周側面に開口するとともに内奥部と比較して狭い開口部を有する複数のスロット、及び、各該スロット間の隔壁部を有する積層コアと、前記スロット内に挿入した線状コイル部材を前記積層コアに巻装してなるコイルとを備える回転電機の製造方法において、前記積層コアの前記スロットに対応する凹部と、該積層コアの前記隔壁部に対応する凸部とを備える薄板状コア部材を形成する工程と、複数の前記薄板状コア部材を厚さ方向に積層して圧着することにより、前記積層コアを形成する工程と、前記薄板状コア部材を形成する工程から前記積層コアを形成する工程までの中において、前記薄板状コア部材の前記凸部に、厚さ方向に対するねじれを付与する工程と、前記薄板状コア部材の前記凸部に前記ねじれが付与された前記積層コアの前記スロット内に、前記線状コイル部材を挿入する工程と、前記スロット内に前記線状コイル部材を挿入した後に、前記薄板状コア部材の前記凸部に付与された前記ねじれを解除することにより、該凸部を原状に回復する工程とを備え、前記線状コイル部材を前記スロット内に挿入する工程で、先端部に第１の係合部を有する第１の線状コイル部材を、前記積層コアの一方の底面側から前記スロット内に挿入する一方、先端部に第２の係合部を有する第２の線状コイル部材を、前記積層コアの他方の底面側から該スロット内に挿入して、前記第１の係合部と前記第２の係合部とを当接させ、前記ねじれを解除する工程で、該ねじれを解除することにより、前記第１の線状コイル部材の前記第１の係合部と前記第２の線状コイル部材の前記第２の係合部とを圧着することを特徴とする。

本発明の製造方法では、まず、前記積層コアの前記スロットに対応する凹部と、該積層コアの前記隔壁部に対応する凸部とを備える薄板状コア部材を形成する。このとき、前記薄板状コア部材の前記凹部の周側面に開口する開口部は、前記スロットの前記開口部に対応していて、該薄板状コア部材の前記凹部の内奥部と比較して狭い、所定の開口幅を備えている。

次に、複数の前記薄板状コア部材を、隣接する各該薄板状コア部材の前記凹部の位置及び前記凸部の位置が一致するように、厚さ方向に積層し、圧着する。これにより、複数の前記薄板状コア部材の前記凹部からなる前記スロットと、該複数の薄板状コア部材の前記凸部からなる前記隔壁部とを備える前記積層コアが形成される。

本発明の製造方法では、前記薄板状コア部材を形成する工程から前記積層コアを形成する工程までの中において、前記薄板状コア部材の前記凸部に、厚さ方向に対するねじれを付与する。例えば、前記薄板状コア部材を形成する工程の中で、前記凸部に前記ねじれを付与してもよく、前記薄板状コア部材を形成する工程の後且つ前記積層コアを形成する工程の前に、前記凸部に前記ねじれを付与してもよい。また、前記積層コアを形成する工程の中で、該積層コアを構成する前記薄板状コア部材の各前記凸部に前記ねじれを付与してもよい。

前記ねじれを付与する際、隣接する前記凸部が交互に異なる方向にねじれるようにしてもよく、或いは、隣接する該凸部が同一方向にねじれるようにしてもよい。前記ねじれを付与する工程の結果、前記薄板状コア部材の各前記凹部の前記開口部が、前記所定の開口幅から大きく広げられるとともに、該薄板状コア部材の厚さ方向と平行な面における前記凹部の断面積が大きくなる。

次に、前記薄板状コア部材の前記凸部に前記ねじれが付与された前記積層コアの前記スロット内に、前記線状コイル部材を挿入する。このとき、前記薄板状コア部材の前記凹部の周側面に開口する開口部、すなわち、前記積層コアの前記スロットの周側面に開口する開口部が広げられた状態になっているとともに、該薄板状コア部材の厚さ方向と平行な面における前記凹部の断面積、すなわち、前記積層コアの厚さ方向と平行な面における前記スロットの断面積が大きくなっている。このため、前記積層コアの前記スロットの周側面に開口する開口部を広げることなく前記線状コイル部材を該スロット内に挿入する従来の製造方法と比較して、前記スロット内に挿入される前記線状コイル部材の総数を増やすことができる。
本発明では、前記線状コイル部材として、先端部に第１の係合部を有する第１の線状コイル部材と、先端部に第２の係合部を有する第２の線状コイル部材とを用いる。
そして、前記線状コイル部材を前記スロット内に挿入する工程において、前記第１の線状コイル部材を前記一方の底面側から前記スロット内に挿入する一方、前記第２の線状コイル部材を前記他方の底面側から該スロット内に挿入して、前記第１の係合部と前記第２の係合部とを当接させる。

次に、前記薄板状コア部材の前記凸部に付与された前記ねじれを解除することにより、該凸部を原状に回復する。この結果、前記ねじれを付与する工程で広げられた前記薄板状コア部材の前記凹部の周側面に開口する開口部、すなわち、前記積層コアの前記スロットの周側面に開口する開口部は、前記ねじれが付与される前の状態、すなわち、前記所定の開口幅に戻るとともに、前記積層コアの厚さ方向と平行な面における前記スロットの断面積が元の大きさに戻る。さらに、前記スロットに挿入された前記線状コイル部材と該スロットとの間の隙間が狭められる。
また、前記ねじれを解除する工程において、該ねじれを解除することにより、前記第１の線状コイル部材の前記第１の係合部と前記第２の線状コイル部材の前記第２の係合部とが圧着される。

以上により、前記積層コアと該積層コアに巻装されたコイルとを備える回転電機を製造することができる。

本発明の製造方法によれば、従来の製造方法と比較して、前記スロット内に挿入される前記線状コイル部材の総数を増やすことができるともに、前記ねじれを付与する工程で広げられた前記薄板状コア部材の前記開口部は、前記ねじれを解除する工程により原状の開口幅に回復されている。したがって、本発明の製造方法によれば、前記スロットと前記コイルとの間の隙間を低減することができるので、リプルの発生を防止するとともに占積率を向上することができる回転電機を製造することができる。

ステータの積層コアの厚さ方向と平行な面における断面図。薄板状コア部材の凸部にねじれを付与する工程を示す工程図。ねじれを付与する工程におけるねじれ方向の違いを示す工程図。積層コアを形成する工程を示す工程図。線状コイル部材を挿入する工程を示す工程図。第１及び第２の線状コイル部材を挿入する工程を示す工程図。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１に示す回転電機のステータ１は、積層コア２と、該積層コア２に巻装されたコイル３とを備える。ステータ１の内周側には、ステータ１の内周面から所定の間隔を存して、環状のロータ４が配置される。また、ステータ１の内周面とロータ４の外周面との間には、環状の永久磁石５が配置される。

積層コア２は、周方向に沿って放射状に連設され、内周面に開口するとともに内奥部６ａと比較して狭い開口部６ｂを有する複数のスロット６、及び、隣接する該スロット６と該スロット６との間を隔てる隔壁部７を備える。積層コア２は、複数の電磁鋼板からなる薄板状コア部材８を厚さ方向に積層して形成されたものである。

図２（ａ）に示す薄板状コア部材８は、積層コア２のスロット６に対応する凹部９と、該積層コア２の隔壁部７に対応する凸部１０とを備えている。

コイル３は、絶縁被膜で被覆された導線である線状コイル部材１１からなる。線状コイル部材１１は、スロット６内に収容されている。

図１に示すステータ１は、次のようにして製造することができる。まず、電磁鋼板をプレスすることにより、図２（ａ）に示す、内周面に複数の凹部９及び凸部１０を備える円環状の薄板状コア部材８を形成する。このとき、薄板状コア部材８の凹部９は、周方向に沿って放射状に連設され、内周面に開口するとともに内奥部９ａと比較して狭い開口部９ｂを備えている。

次に、薄板状コア部材８をプレスすることにより、図２（ｂ）に示すように、各凸部１０に厚さ方向に対するねじれを付与する。このとき、図３（ａ）に示すように、隣接する凸部１０，１０が交互に異なる方向にねじれるようにしてもよく、或いは、図３（ｂ）に示すように、隣接する凸部１０，１０が同一方向にねじれるようにしてもよい。凸部１０にねじれを付与した結果、薄板状コア部材８の各凹部９の開口部９ｂが大きく広げられるとともに、該薄板状コア部材８の厚さ方向と平行な面における凹部９の断面積が大きくなる。

ここで、ねじれが付与される前の凹部９の開口部９ｂの開口幅をＷ_０、ねじれが付与される前の凸部１０の内周面に臨む部分の長さをＬ、付与されたねじれをθとすると、ねじれが付与された後の凹部９の開口部９ｂの開口幅Ｗ_１は、次式（２）で表わすことができる。

Ｗ_１＝Ｗ_０＋２Ｌ（１−ｃｏｓθ） ……（２）
次に、図４に示すように、各凸部１０にねじれが付与された複数の薄板状コア部材８を厚さ方向に積層し、プレスして圧着することにより、積層コア２を形成する。図４（ａ），（ｂ）は隣接する凸部１０，１０が交互に異なる方向にねじれた薄板状コア部材８を積層した状態を示し、図４（ｃ）は隣接する凸部１０，１０が同一方向にねじれた薄板状コア部材８を積層した状態を示す。

積層コア２は、複数の薄板状コア部材８の凹部９からなるスロット６と、凸部１０からなる隔壁部７とを備えている。このとき、積層コア２の内周面に開口するスロット６の開口部６ｂの開口幅は、Ｗ_１となる。

次に、図５（ａ）に示すように、コイル３の形状に曲成された線状コイル部材１１を、積層コア２のスロット６内に開口部６ｂから挿入する。このとき、薄板状コア部材８の凹部９の開口部９ｂが大きく広げられていることにより、積層コア２のスロット６の開口部６ｂが大きく広げられた状態となっているとともに、積層コア２の厚さ方向と平行な面におけるスロット６の断面積が大きくなっている。このため、積層コア２のスロット６の開口部６ｂを広げることなく線状コイル部材１１を該スロット６内に挿入する従来の製造方法と比較して、スロット６内に挿入される線状コイル部材１１の総数を増やすことができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、積層コア２を、各隔壁部７の上底面及び下底面が厚さ方向と平行となるようにプレスすることにより、各薄板状コア部材８の凸部１０に付与された前記ねじれを解除し、該凸部１０を原状に回復する。この結果、前記ねじれを付与する工程で広げられた薄板状コア部材８の凹部９の開口部９ｂ、すなわち、積層コア２のスロット６の開口部６ｂは、前記ねじれが付与される前の状態、すなわち、開口幅がＷ_１からＷ_０に戻るとともに、積層コア２の厚さ方向と平行な面におけるスロット６の断面積が元の大きさに戻る。

以上により、図１に示す、積層コア２と該積層コア２に巻装されたコイル３とを備えるステータ１を形成することができる。

したがって、本実施形態の製造方法によれば、従来の製造方法と比較して、スロット６内に挿入される線状コイル部材１１の総数を増やすことができるともに、前記ねじれを付与する工程で広げられた薄板状コア部材８の凹部９の開口部９ｂは、前記ねじれを解除する工程により原状の開口幅Ｗ_０に回復されているので、リプルの発生を防止するとともに占積率を向上することができるステータ１を製造することができる。

本実施形態では、薄板状コア部材８に各凸部１０にねじれを付与した後に、該ねじれが付与された複数の薄板状コア部材８を積層して積層コア２を形成するとしたが、これに代えて、ねじれが付与されていない複数の薄板状コア部材８を積層して積層コア２を形成した後に、積層コア２の隔壁部７にねじれを付与することにより、各薄板状コア部材８の各凸部１０にねじれを付与することにしてもよい。

また、本実施形態では、電磁鋼板をプレスして円環状の薄板状コア部材８を形成した後に、各凸部１０にねじれを付与するとしたが、これに代えて、次のようにしてもよい。

まず、複数の略涙滴形状の孔部が放射状に並ぶように、電磁鋼板を打ち抜く。次に、前記電磁鋼板に形成された放射状に並ぶ複数の孔部の内周側を、円状に打ち抜くことにより、該孔部の先端部を切り欠く。これにより、前記電磁鋼板に、前記略涙滴形状の孔部からなり、薄板状コア部材８の凹部９に相当する部分が形成されるとともに、隣接する凹部９に相当する部分の間に、薄板状コア部材８の凸部１０に相当する部分が形成される。次に、前記電磁鋼板の各凸部１０に相当する部分に、ねじれを付与する。次に、前記電磁鋼板の前記凹部９に相当する部分の外周側、すなわち、前記略涙滴形状の孔部の外周側を切断する。これにより、内周面に複数の凹部９及び凸部１０を備え、該凸部１０にねじれが付与された円環状の薄板状コア部材８を形成することができる。

また、本実施形態では、コイル３の形状に曲成された線状コイル部材１１を積層コア２のスロット６内に挿入するとしたが、線状コイル部材１１をスロット６内に挿入した後に、コイル３の形状に曲成することにしてもよい。

次に、図６を参照して、線状コイル部材１２，１３をスロット６内に挿入した後にコイル３の形状に曲成する方法について説明する。コイル３の形状に曲成された線状コイル部材１１を積層コア２のスロット６内に挿入する上記の方法と同一の工程については、説明を省略する。

まず、薄板状コア部材８を形成し、該薄板状コア部材８の各凸部１０にねじれを付与する。次に、各凸部１０にねじれが付与された薄板状コア部材８を積層し圧着する。

次に、第１の線状コイル部材１２の先端部を軸方向に対して斜めに切断することにより、該先端部に第１の係合部１２ａを形成する。第２の線状コイル部材１３の先端部を軸方向に対して斜めに切断することにより、該先端部に第１の係合部１２ａに係合可能な第２の係合部１３ａを形成する。

次に、図６（ａ）に示すように、第１の線状コイル部材１２の先端部を積層コア２の上底面側からスロット６内に挿入するとともに、第２の線状コイル部材１３の先端部を積層コア２の他方の底面側から該スロット６内に挿入して、第１の係合部１２ａと第２の係合部１３ａとを当接させる。

次に、図６（ｂ）に示すように、積層コア２を、各隔壁部７の上底面及び下底面が厚さ方向と平行となるようにプレスすることにより、各薄板状コア部材８の凸部１０に付与された前記ねじれを解除し、該凸部１０を原状に回復するとともに、第１の線状コイル部材１２の第１の係合部１２ａと第２の線状コイル部材１３の第２の係合部１３ａとを圧着する。このとき、スロット６に挿入された各線状コイル部材１２，１３と該スロット６との間の隙間が狭められる。

次に、線状コイル部材１２，１３をコイル３の形状に曲成することにより、図１に示す、積層コア２と該積層コア２に巻装されたコイル３とを備えるステータ１を形成することができる。

本実施形態の製造方法では、前記ねじれを付与する工程によりスロット６の前記断面積が大きくなるとともに、前記ねじれを解除する工程により該スロット６の該断面積が原状に回復する。したがって、本実施形態の製造方法によれば、各線状コイル部材１２，１３をスロット６内に挿入する際、該挿入に必要な隙間を設ける必要がない上に、スロット６とコイル３との間の隙間を低減することができるので、前記占積率をさらに向上することができるステータ１を製造することができる。

尚、本実施形態では、回転電機のステータ１の製造方法について説明したが、回転電機のロータについても同様の製造方法が適用可能である。

次に、実施例及び比較例を示す。

〔実施例１〕
本実施例では、まず、厚さが０．３ｍｍの電磁鋼板から円環状の薄板状コア部材８を形成した。薄板状コア部材８の凹部９の開口部９ｂの開口幅Ｗ_０は、１．９ｍｍであった。

次に、薄板状コア部材８の各凸部１０に厚さ方向に対するねじれを付与した。付与したねじれθは１５°であった。前記ねじれを付与した結果、薄板状コア部材８の凹部９の開口部９ｂは大きく広げられ、開口幅Ｗ_１が２．２８ｍｍとなった。

次に、各凸部１０にねじれが付与された複数の薄板状コア部材８を厚さ方向に積層し圧着することにより、積層コア２を形成した。

次に、直径０．９６ｍｍの線状コイル部材１１を、積層コア２のスロット６内に開口部６ｂから挿入した。このとき、挿入された線状コイル部材１１は１２０本であった。

次に、積層コア２を、各隔壁部７の上底面及び下底面が厚さ方向と平行となるようにプレスすることにより、各薄板状コア部材８の凸部１０に付与された前記ねじれを解除し、該凸部１０を原状に回復した。

以上により得られた本実施例のステータ１について、占積率を算出したところ５１％であった。結果を表１に示す。

〔比較例１〕
本比較例では、薄板状コア部材８の各凸部１０に厚さ方向に対するねじれを全く付与しないことを除いて、実施例１と全く同一にして、積層コア２を形成した。

次に、実施例１で用いたものと全く同一の線状コイル部材１１を、積層コア２のスロット６内に開口部６ｂから挿入した。このとき、挿入された線状コイル部材１１は１１０本であった。

以上により得られた本比較例のステータ１について、占積率を算出したところ４６％であった。結果を表１に示す。

〔表１〕

表１から、実施例１のステータ１は、比較例１のステータ１と比較して、占積率が大きいことが明らかである。したがって、実施例１のステータ１は、比較例１のステータ１と比較して、優れた性能を備えることが明らかである。

〔実施例２〕
本実施例では、実施例１と全く同一にして、積層コア２を形成した。

次に、横断面の寸法が２．１×３．９５ｍｍである第１の線状コイル部材１２の先端部を斜めに切断して、該先端部に第１の係合部１２ａを形成した。次に、第１の線状コイル部材１１と同一寸法を有する第２の線状コイル部材１３の先端部を斜めに切断して、該先端部に第１の係合部１２ａと係合可能な第２の係合部１３ａを形成した。

次に、第１の線状コイル部材１２の先端部を積層コア２の上底面側からスロット６内に挿入するとともに、第２の線状コイル部材１３の先端部を積層コア２の他方の底面側から該スロット６内に挿入して、第１の係合部１２ａと第２の係合部１３ａとを当接させた。このとき、挿入された線状コイル部材１２，１３は１０本であった。

以上により得られた本実施例のステータ１について、占積率を算出したところ６３．６％であった。結果を表２に示す。

〔比較例２〕
本比較例では、薄板状コア部材８の各凸部１０に厚さ方向に対するねじれを全く付与しないことを除いて、実施例２と全く同一にして、積層コア２を形成した。このとき、積層コア２には、線状コイル部材１２，１３を挿入するためにクリアランス（隙間）を０．１ｍｍ設けた。

次に、横断面の寸法が２．１×３．７５ｍｍであることを除いて、実施例２と全く同一の線状コイル部材１２，１３を、積層コア２のスロット６内に上底面及び下底面から挿入し、第１の係合部１２ａと第２の係合部１３ａとを当接させた。このとき、挿入された線状コイル部材１２，１３は１０本であった。

以上により得られた本比較例のステータ１について、占積率を算出したところ６２．６％であった。結果を表２に示す。

〔表２〕

表１から、実施例２のステータ１は、比較例２のステータ１と比較して、占積率が大きいことが明らかである。したがって、実施例２のステータ１は、比較例２のステータ１と比較して、優れた性能を備えることが明らかである。

１…ステータ、２…積層コア、３…コイル、６…スロット、６ａ…スロットの内奥部、６ｂ…スロットの開口部、７…隔壁部、８…薄板状コア部材、９…凹部、１０…凸部、１１…線状コイル部材、１２…第１の線状コイル部材、１２ａ…第１の係合部、１３…第２の線状コイル部材、１３ａ…第２の係合部。

Claims

周方向に沿って放射状に連設され、周側面に開口するとともに内奥部と比較して狭い開口部を有する複数のスロット、及び、各該スロット間の隔壁部を有する積層コアと、
前記スロット内に挿入した線状コイル部材を前記積層コアに巻装してなるコイルとを備える回転電機の製造方法において、
前記積層コアの前記スロットに対応する凹部と、該積層コアの前記隔壁部に対応する凸部とを備える薄板状コア部材を形成する工程と、
複数の前記薄板状コア部材を厚さ方向に積層して圧着することにより、前記積層コアを形成する工程と、
前記薄板状コア部材を形成する工程から前記積層コアを形成する工程までの中において、前記薄板状コア部材の前記凸部に、厚さ方向に対するねじれを付与する工程と、
前記薄板状コア部材の前記凸部に前記ねじれが付与された前記積層コアの前記スロット内に、前記線状コイル部材を挿入する工程と、
前記スロット内に前記線状コイル部材を挿入した後に、前記薄板状コア部材の前記凸部に付与された前記ねじれを解除することにより、該凸部を原状に回復する工程とを備え、
前記線状コイル部材を前記スロット内に挿入する工程で、先端部に第１の係合部を有する第１の線状コイル部材を、前記積層コアの一方の底面側から前記スロット内に挿入する一方、先端部に第２の係合部を有する第２の線状コイル部材を、前記積層コアの他方の底面側から該スロット内に挿入して、前記第１の係合部と前記第２の係合部とを当接させ、
前記ねじれを解除する工程で、該ねじれを解除することにより、前記第１の線状コイル部材の前記第１の係合部と前記第２の線状コイル部材の前記第２の係合部とを圧着することを特徴とする回転電機の製造方法。