JP5915518B2 - 固定子製造方法、コイル捻り治具、及び固定子製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、セグメントコイルを用いた固定子を製造する技術に関し、詳しくは固定子のスロットに略Ｕ字状のセグメントを挿入した後、セグメントの端部を捻り成形し、溶接してセグメントコイルを形成し、溶接部を粉体塗装して絶縁を行って形成される固定子の寿命を向上させる技術に関する。

近年、自動車に駆動用のモータを搭載するケースが多くなってきている。車載される駆動用のモータは、搭載スペースが限られるために省スペースであることが求められる。また、自動車の駆動性能を高めるために高出力化が求められる。特にハイブリッド車はエンジンと駆動用モータとをエンジンルーム内に両方を搭載しなければならず、スペース的な制約が厳しい。この為、更なるモータの小型化が求められている。なお、一般機械に使用されるモータについても、小型化及び高出力化が図られることが望ましい。

特許文献１には、ステータ製造装置及びステータ製造方法に関する技術が開示されている。複数重ねられた円筒形状の捻り治具を用いて、ステータコアの一方の端部側のスロットから出ている電気導体の端部を保持し、これを捻り成形する。捻り治具はステータコアと周方向及び軸方向に相対的に移動可能な捻り成形部を備えており、電気導体の端部の抜けが発生することなく、捻り成形することができる。

特許文献２及び特許文献３には、コイルの捻り成型方法、捻り治具及び捻り装置に関する技術が開示されている。基本構成は特許文献１と同じだが、捻り治具に備えられるセグメントの先端を保持する保持溝の形状が異なる。特許文献２の技術では、保持溝の底部分が位置決め部とされ、その他、保持溝には略三角形状に形成される頂部と、位置決め部から鉛直に伸びる側面と、該側面より上方に向かって広がるように縁設される傾斜面とを備えられている。一方、特許文献３の技術では、保持溝に位置決めに用いられる底部と、頂部に設けられた面取り部とが備えられている。そして、特許文献２及び特許文献３の技術では何れも、セグメントの先端が固定子コアの軸と角度を有するように捻り成形される。

特許文献１乃至特許文献３の技術では、何れも固定子のコイルエンドの長さが短くなるように工夫されたものであり、特許文献１に対して特許文献２及び特許文献３に開示される技術では更に固定子のコイルエンドの短縮を図ることが可能である。

特開２０００−０９２７９７号公報 特開２００４−２３６３７５号公報 特開２００６−１３６０８２号公報

しかしながら、特許文献１乃至特許文献３に開示される技術を用いて固定子を製造する場合には以下に説明する課題があると考えられる。

特許文献２及び特許文献３に開示される技術を用いて固定子を製造した場合、固定子コアの端部より突出するセグメントの端部に、溶接シロを確保することが困難となる。また、セグメントを捻り加工を行うので、捻り加工の特性上、材料のスプリングバックなどが発生する為、セグメントの先端位置精度を高めることは困難である。また、セグメントコイルを捻り成形する場合、固定子コアの円周形状に沿ってセグメントの端部を円弧形状に捻って行く必要がある。しかし、固定子の占積率を高めたいという要求からセグメントの端部間の隙間が狭く設計されており、捻り加工時にはセグメントの端部以外の部分を拘束することが困難である。こうしたことも、セグメントの端部を所定の形状に曲げ加工し、セグメントの先端位置精度を高めることを難しくしている。

この様な理由により、溶接時に保持する部分を確保し易い特許文献１のようなコイルエンド形状に、セグメントを捻り加工することが望ましいと考えられる。ただし、捻り加工工程を経て、セグメントの端部を溶接する工程の後に、溶接部分に絶縁被覆処理を必要とするが、特許文献１乃至特許文献３には何れもそのような点に言及が無い。出願人は、溶接後のセグメント端部の絶縁被覆処理として、絶縁物質を用いた粉体塗装による絶縁方法を提案している。しかし、出願人の調査によってセグメント端部を粉体塗装で絶縁する手法を採る場合、固定子の耐久テストを行うと、部分的に絶縁不良が出ることが懸念されることが判明した。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、絶縁不良の低減に繋がるセグメントコイルの捻り加工を用いた固定子製造方法、コイル捻り治具、及び固定子製造装置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製造方法は、以下のような特徴を有する。

（１）絶縁被覆された平角導体を曲げ成形して略Ｕ字状のセグメントを形成し、前記セグメントの先端の前記絶縁被覆を剥離して剥離部を形成し、前記セグメントを固定子コアに挿入し、前記セグメントの先端とコイル捻り治具が有する歯部の間に形成される溝部とを係合させ、前記コイル捻り治具を前記固定子コアの周方向に回転させて、前記セグメントの端部を成形し、前記セグメントの端部を溶接し、溶接された前記セグメントの端部を粉体塗装により絶縁することで固定子を形成する固定子製造方法において、前記コイル捻り治具の有する前記歯部は、前記溝部に挿入された前記セグメントの辺と対向し前記コイル捻り治具の回転方向に対して進行方向側に位置する支持前面に切り欠き部を有しており、前記溝部と前記セグメントの先端が係合した状態で、前記セグメントの先端に形成される前記剥離部から縁設される前記絶縁被覆が残された非剥離部先端と前記歯部の前記切り欠き部との間に隙間ができ、前記コイル捻り治具を回転させて、前記支持前面と前記非剥離部先端とが当接しない状態で捻り形成すること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様によって、セグメントの先端を捻り加工した上で、溶接し、粉体塗装による絶縁皮膜を形成することで、固定子の絶縁不良の発生の低減に貢献することが可能となる。出願人の調査の結果、固定子の絶縁不良発生には一定の法則があることが確認している。固定子の耐久テストを行った結果、絶縁不良はセグメントの先端辺りに発生するケースが多く、セグメントの先端で、剥離部分の根本の辺りからクラックが発生しているケースを確認した。このクラックの発生が絶縁不良の発生に繋がっているものと考えられ、この原因として、捻り加工時におけるセグメントの先端と捻り治具との関係が疑われた。

問題の箇所を観察した結果、セグメントの先端における剥離部から延設された非剥離部先端が変形し、その部分からクラックが生じている事が分かった。つまり、捻り加工時に非剥離部先端が加圧されて変形することで、熱サイクル試験等の耐久試験を経て、変形部分を起点にしたクラックの発生が生じたと考えられる。この為、本発明ではコイル捻り治具の歯部の形状を工夫し、歯部の支持前面に切り欠き部を備えることで非剥離部先端と歯部の支持前面との間に隙間が出来るように構成されている。即ち、切り欠き部によって非剥離部先端と歯部の支持前面との当接を避けている。この結果、捻り加工時に非剥離部先端に支持前面が当接して力が加わる事が無く、非剥離部先端を捻り加工時に加えられる力によって押し潰す心配がない。こうすることで、セグメント端部に設けられた粉体塗装部分のクラックの基点となる部分を排除する事ができ、固定子の絶縁不良の発生の低減に貢献することが可能となる。

（２）（１）に記載の固定子製造方法において、前記コイル捻り治具の前記歯部に形成される前記切り欠き部が、前記支持前面に対して斜めに切り取った斜辺よりなること、を特徴とする。

上記（２）に記載の態様によって、（１）に示した絶縁被覆部の変形を防ぐと共に、セグメントの先端にコイル捻り治具を近づけた際に、セグメントの先端を切り欠き部によってガイドすることが可能となる。セグメントの先端は、斜辺よりなる切り欠き部に当接しながら溝部に誘導される。この結果、セグメントの先端とコイル捻り治具とが干渉し変形するなどの事態を防ぐことが可能となり、固定子の歩留まりの向上に貢献することが期待出来る。

また、前記目的を達成するために、本発明の一態様によるコイル捻り治具は、以下のような特徴を有する。

（３）先端の絶縁被覆が剥離されて固定子コアに挿入されたセグメントの前記先端と係合する溝部と歯部とを交互に有し、前記固定子コアの周方向に回転可能に備えられる環状部材を有するコイル捻り治具において、前記溝部が前記周方向に複数備えられ、前記セグメントの前記先端を複数同時に捻ることができ、前記歯部には、前記溝部に挿入された前記セグメントの辺と対向し前記環状部材の回転方向に対して進行方向側に位置する支持前面に切り欠き部を有しており、前記溝部と前記セグメントの先端が係合した状態で、前記セグメントの先端に形成される剥離部から縁設される前記絶縁被覆が残された非剥離部先端と前記歯部の前記支持前面との間に隙間ができること、を特徴とする。

上記（３）に記載の態様により、固定子の絶縁不良の発生の低減に貢献することが可能となる。これは、固定子コアに挿入されたセグメントの先端を、歯部の支持前面に切り欠き部を有したコイル捻り治具を用いて捻り加工することで、セグメントの先端に有する非剥離部先端が押しつぶされることを防ぐことが出来る。その結果、粉体塗装によってコイルセグメントの先端に設けられた絶縁部を被覆した際にも、非剥離部先端の端部がクラックの起点となることを防ぐことが出来る。そして、固定子の絶縁性不良の発生の虞を低減することに繋がる。

（４）（３）に記載のコイル捻り治具において、前記コイル捻り治具の前記歯部に形成される前記切り欠き部が、前記支持前面に対して斜めに切り取った斜辺よりなること、を特徴とする。

上記（４）に記載の態様により、（１）及び（３）に示した非剥離部先端が押しつぶされることを防ぐと共に、セグメントの先端にコイル捻り治具を近づけた際に、セグメントの先端を切り欠き部によってガイドすることが可能となる。セグメントの先端は、斜辺よりなる切り欠き部に当接しながら溝部に誘導される。この結果、セグメントの先端とコイル捻り治具とが干渉し変形するなどの事態を防ぐことが可能となり、固定子の歩留まりの向上に貢献することが期待出来る。

また、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製造装置は、以下のような特徴を有する。

（５）（３）又は（４）のコイル捻り治具を備えることを特徴とする。このため、固定子コアに挿入されるセグメントの捻り加工時にセグメントの先端の非剥離部先端の変形が生じることを防ぎ、コイルエンドに施される粉体塗装にクラックが生じることを防ぐことが出来るので、結果的に固定子の絶縁不良の発生の低減に貢献が出来る。また、セグメントの先端を捻る捻り加工時に、斜めに切り取ったように形成された切り欠き部によってセグメントの先端をガイドすることで、セグメントとコイル捻り具との干渉による変形の発生を抑え、歩留まりの向上に貢献することができる。

本実施形態の、固定子の斜視図である。 本実施形態の、固定子のコイルエンド部分のリード側拡大斜視図である。 本実施形態の、固定子コアにセグメントを挿入し、コイルエンド部分を後拡張した状態の斜視図である。 本実施形態の、セグメントの平面図である。 本実施形態の、固定子の組み立て工程の概略図である。（ａ）固定子コアの斜視図である。（ｂ）固定子コアにインシュレータを備えた斜視図である。（ｃ）セグメントの斜視図である。（ｄ）固定子コアにセグメントを挿入した様子を示す断面図である。（ｅ）セグメントを溶接した様子を示す断面図である。 本実施形態の、固定子の組み立て加工工程のフロー図である。 本実施形態の、固定子コアのスロットにスロット内導線部が入った状態のスロット部分の拡大断面図である。 本実施形態の、固定子コアに挿入したセグメントの先端を、コイル捻り治具で保持した様子を斜視図である。 本実施形態の、固定子の断面図である。 本実施形態の、セグメントの先端をコイル捻り治具に挿入する様子を示す側面図である。 本実施形態の、セグメントの先端をコイル捻り治具によって捻った様子を示した側面図である。 本実施形態の、捻り成形された固定子端面の様子を示す斜視図である。 本実施形態の、リード部分の先端を溶接した様子を示す側面図である。 本実施形態の、捻り成形前のリード部分の断面図である。 比較のために用意した、セグメントの先端をコイル捻り治具に挿入する様子を示す側面図である。 比較のために用意した、セグメントの先端をコイル捻り治具によって捻った様子を示す側面図である。 比較のために用意した、リード部分先端の左側を示す断面図である。 比較のために用意した、リード部分先端の右側を示す断面図である。

まず、本発明の実施形態について、参考となる図面を用いて説明する。なお、用いられている図面の詳細部分は説明の都合上簡略化されている。

図１に、本実施形態の、固定子１０の斜視図を示す。図２に、固定子１０のコイルエンド部分のリード側拡大斜視図を示す。固定子１０は、固定子コア２０とセグメントコイルＳＣよりなる。略円筒状の形状の電磁鋼板を積層してなる固定子コア２０には、内周側に突出する形に形成されるティース１１と隣り合うティース１１の間にスロット１２が設けられる。固定子コア２０に用意されるティース１１の数は４８、スロット１２の数も同様である。そして、固定子コア２０の外周側にはリブ２１とボルト穴２２が３箇所設けられている。このボルト穴２２を利用してモータカバー等を取り付け等ができる。スロット１２には、図２に示される絶縁性を有するインシュレータ２５が挿入される。インシュレータ２５は、セグメントコイルＳＣと固定子コア２０との絶縁を確保している。

図３に、固定子コア２０にセグメントＳｇを挿入し、コイルエンド部分を後拡張した状態の斜視図を示す。図４に、セグメントＳｇの平面図を示す。平角導体Ｄを略Ｕ字状にエッジワイズ曲げ加工してセグメントＳｇが形成される。セグメントＳｇは便宜上３つの部分で呼び分ける事にする。固定子コア２０のスロット１２に挿入されるスロット内導線部Ｓｇｂと、固定子１０のリード側に固定子コア２０の端面より突出するリード部分Ｓｇａと、反リード部分Ｓｇｃである。又、リード部分Ｓｇａはリード部分ＳｇａＡとリード部分ＳｇａＢと分けて呼ぶ。スロット内導線部Ｓｇｂは、スロット内導線部ＳｇｂＡとスロット内導線部ＳｇｂＢと分けて呼ぶ。反リード部分Ｓｇｃはクランク部Ｓｇｅと斜辺部ＳｇｄＡと斜辺部ＳｇｄＢとからなるものとする。そして、リード部分ＳｇａＡ及びリード部分ＳｇａＢの先端は、剥離加工されて後述する剥離部分Ｓｇｉが設けられる。

図５に、固定子１０の組み立て工程の概略を示す。図５（ａ）に、固定子コア２０の斜視図を示す。図５（ｂ）に、固定子コア２０にインシュレータ２５を備えた斜視図を示す。図５（ｃ）に、セグメントＳｇの斜視図を示す。図５（ｄ）に、固定子コア２０にセグメントＳｇを挿入した様子を断面図に示す。図５（ｅ）に、セグメントＳｇを溶接した様子を断面図に示す。なお、図５に示している斜視図は説明の為に形状を簡略化している。まず、図５（ａ）に示される固定子コア２０に形成されるスロット１２に、図５（ｂ）に示すようにインシュレータ２５を挿入した状態で、図５（ｃ）に示すセグメントＳｇを挿入する。

この結果、図５（ｄ）に示すような状態になる。すなわち、セグメントＳｇが固定子コア２０の端部から一部突出し、リード部分ＳｇａＡ及びリード部分ＳｇａＢが突出した状態になっている。そして、リード部分ＳｇａＡ及びリード部分ＳｇａＢを捻り、図５（ｅ）に示すように先端を溶接して溶接部Ｓｇｆを形成することで、固定子１０を形成する。なお、図５では固定子１０の形成過程について概念的に説明しているが、実際の組み付け工程では、セグメントＳｇを円環状に配置する整列工程を必要とする。

図６に、固定子１０の組み立て加工工程のフロー図を示す。Ｓ１では、「平角導体の直線化及び切り出し」を行う。平角導体Ｄは図示しないボビンに巻かれているので、巻き出して癖取りを行った上で必要な長さに切り出す。Ｓ２では、「セグメント形成」を行う。平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工し、更に図示しない型を用いてクランク部Ｓｇｅを作成し、略Ｕ字型のセグメントＳｇを得る。Ｓ３では、「セグメント整列」を行う。セグメントＳｇは、固定子コア２０のスロット１２にスロット内導線部ＳｇｂＡ又はスロット内導線部ＳｇｂＢが８本収まるように、セグメントＳｇのクランク部Ｓｇｅを組み合わせて円筒状に配置され、セグメントコイルＳＣを形成する。

Ｓ４では、「インシュレータ挿入」を行う。固定子コア２０のスロット１２には、固定子コア２０とセグメントコイルＳＣとの絶縁を図る目的でインシュレータ２５が、各スロット１２に備えられる。この工程では、インシュレータ２５をスロット１２に挿入する。Ｓ５では、「セグメントコイル挿入」を行う。厳密にはセグメントコイルＳＣを固定子コア２０に対して近接させ、リード部分Ｓｇａをインシュレータ２５の備えられたスロット１２に挿入する工程である。

Ｓ６では、「ウェッジ挿入」を行う。図７に、固定子コア２０のスロット１２にスロット内導線部Ｓｇｂが入った状態のスロット１２部分の拡大断面図を示す。スロット１２に、セグメントＳｇのスロット内導線部Ｓｇｂが８本挿入された状態で、固定子コア２０の最内周側にウェッジ紙１３を挿入する。ウェッジ紙１３はティース１１の先端にスロット１２に突出するように設けられている凸部１１ａによって、突っ張ることで保持される。Ｓ７では、「リード部分後拡張」を行う。リード部分Ｓｇａ同士を２本ペアにして離間させる工程である。

Ｓ８では、「捻り形成」を行う。固定子コア２０に挿入されたセグメントコイルＳＣのリード部分Ｓｇａを固定子コア２０の径方向に捻り、隣り合うコイル同士で接続するような形状に変形させる。リード部分Ｓｇａの捻り方向は、図２に示すように径方向に隣り合うリード部分Ｓｇａ同士が異なる方向に捻られる。Ｓ９では、「Ｔｉｇ溶接」を行う。図５（ｅ）に示すように、隣り合うリード部分Ｓｇａ同士を溶接することで、溶接部Ｓｇｆを形成する。Ｓ１０では、「コイルエンド部絶縁処理」を行う。溶接部Ｓｇｆに絶縁被覆を施す工程であり、粉体塗装にて樹脂を用いて絶縁被覆する。また、セグメントコイルＳＣにワニスを含浸させることで、固定子１０運用時に車のボディ等から伝えられる振動を等で固定子１０に対してセグメントコイルＳＣが移動しないように固定を行う。

次に、Ｓ８の「捻り成形」工程について更に詳しく説明する。図８に、固定子コア２０に挿入したセグメントＳｇの先端を、コイル捻り治具１１０で保持した様子を斜視図に示す。捻り成形装置１００は、複数の環状部材を備えるコイル捻り治具１１０を備えている。便宜上、外周側に配置される環状部材を第１環状部材１１１とし、内周側に配置される環状部材を第２環状部材１２１としている。図９に、固定子の断面図を示す。図９は、図３の断面を示している。固定子コア２０にセグメントコイルＳＣを挿入し、Ｓ７の「リード部分後拡張」の工程を経た状態が、図３及び図９に示される固定子１０である。この状態で、セグメントＳｇは１つのスロット１２に対して８本挿入されており、便宜的に固定子１０の内周側から第１リード部分Ｓｇａ１、第２リード部分Ｓｇａ２、第３リード部分Ｓｇａ３、第４リード部分Ｓｇａ４、第５リード部分Ｓｇａ５、第６リード部分Ｓｇａ６、第７リード部分Ｓｇａ７、第８リード部分Ｓｇａ８としている。また、これら第１リード部分Ｓｇａ１乃至第８リード部分Ｓｇａ８を纏めてリード部分Ｓｇａ群と称する。

前述したＳ７の「リード部分後拡張」の工程では、固定子コア２０の端面から突出するリード部分Ｓｇａ群を、図示しない後拡張装置によって、第２リード部分Ｓｇａ２と第３リード部分Ｓｇａ３との間、第４リード部分Ｓｇａ４と第５リード部分Ｓｇａ５との間、第６リード部分Ｓｇａ６と第７リード部分Ｓｇａ７との間に隙間が形成されている。すなわち、２本ずつリード部分Ｓｇａがペアになって離間するように後拡張されている。図１０に、セグメントＳｇの先端をコイル捻り治具１１０に挿入する様子を表した側面図を示す。第１環状部材１１１には、溝部１１２が複数形成される。本実施形態では、４８スロット用意されているため、溝部１１２は第１環状部材１１１に４８カ所設けられることになる。

第１環状部材１１１の溝部１１２は、底部１１３と、支持前面１１４と、支持後面１１５と、斜面１１６とからなる。斜面１１６は支持前面１１４から縁設され、支持前面１１４に対して角度を付けて切り欠かれた切り欠き部が斜面１１６として形成されている。溝部１１２は、斜面１１６と支持前面１１４と底部１１３と支持後面１１５に囲まれてなる。一方、歯部１１８は隣り合う溝部１１２同士の間に形成されている。

第２環状部材１２１についても第１環状部材１１１と同様に図８に示すような溝部１２２と歯部１２８が形成される。第２環状部材１２１は第１環状部材１１１に対して小さな外径に形成されており、第１環状部材１１１の内周側に配置される。図示されないが、第１環状部材１１１と第２環状部材１２１とはコイル捻り治具１１０に回動可能に保持されている。又、コイル捻り治具１１０は固定子１０に近接離間可能なように、移動機構が備えられている。なお、実際の捻り成形工程では、８つの環状部材を有するコイル捻り治具１１０を用いても良いが、本実施例では説明の都合上、本実施形態ではリード部分Ｓｇａを２列ずつ捻り加工するものとする。

このような第１環状部材１１１及び第２環状部材１２１を、固定子１０のコイルエンド部分に近接させる。図１０では、第１環状部材１１１について説明しているが、第２環状部材１２１についても同様とする。第１環状部材１１１をリード部分Ｓｇａに近接させ、リード部分Ｓｇａと溝部１１２とを係合させる。この際に、剥離部分Ｓｇｉの先端は底部１１３に当接させる。この状態で、剥離部分Ｓｇｉは支持前面１１４及び支持後面１１５にその側面を指示される。

ここでは、最外周に配置される第８リード部分Ｓｇａ８が第１環状部材１１１と係合し、その内側に配置されている第７リード部分Ｓｇａ７が第２環状部材１２１と係合していることとする。この際に、固定子コア２０の端面にはガイド治具１５０が配置されている。ガイド治具１５０は、固定子１０の軸を中心にして放射状に配置される棒状の治具である。ガイド治具１５０はガイド面１５１と当接面１５２を有しており、ガイド面１５１は、略蒲鉾状に頂部がＲ面取りされた形状となっている。当接面１５２は固定子コア２０の端面に当接し安定するように平らに形成されている。

このように、固定子１０にガイド治具１５０とコイル捻り治具１１０とをセットした状態が、図８に示すような状態である。この状態で、第１環状部材１１１と第２環状部材１２１を、お互いに逆方向に移動するように回転させる。図８では、第１環状部材１１１を図８の左方向に、第２環状部材１２１を図８の右方向に回転させる。それと同時に、第１環状部材１１１及び第２環状部材１２１を固定子１０側に移動させることで、リード部分Ｓｇａの捻り成形を行う。

図１１に、セグメントＳｇの先端をコイル捻り治具１１０によって捻った様子を表した側面図を示す。図１２に、捻り成形された固定子端面の様子を斜視図に示す。図１１に示すように、第８リード部分Ｓｇａ８は、第１環状部材１１１によって捻り加工される。第２環状部材１２１は、第１環状部材１１１とは逆方向に回動することで、第７リード部分Ｓｇａ７を捻り加工する。第７リード部分Ｓｇａ７及び第８リード部分Ｓｇａ８は、それぞれガイド治具１５０のガイド面１５１に沿って曲面を形成され、先端側は第１環状部材１１１及び第２環状部材１２１の歯部１１８にて曲面が形成される。こうしてリード部分Ｓｇａはクランク形状にエッジワイズ曲げ加工される。図１３に、リード部分Ｓｇａの先端を溶接した様子を側面図に示す。Ｓ９で行うＴＩＧ溶接を行い、溶接部Ｓｇｆを形成する。そうして、固定子１０が形成される。

本実施形態は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。

まず、本実施形態の固定子製造方法によれば、固定子１０の絶縁不良の低下に貢献することが可能となる。これは、絶縁被覆Ｉｃが施された平角導体Ｄを曲げ成形してセグメントＳｇを形成し、セグメントＳｇの先端の絶縁被覆Ｉｃを剥離して剥離部分Ｓｇｉを形成し、セグメントＳｇを固定子コア２０に挿入し、セグメントＳｇの先端とコイル捻り治具１１０が有する溝部１１２（溝部１２２）とを係合させ、コイル捻り治具１１０を固定子コア２０の周方向に回転させて、セグメントＳｇの端部を成形し、セグメントＳｇの端部を溶接し、溶接されたセグメントＳｇの端部を粉体塗装して絶縁することで固定子１０を形成する。

この際に、コイル捻り治具１１０の有する歯部１１８（歯部１２８）は、コイル捻り治具１１０の回転方向に対して進行方向側に位置する支持前面１１４に斜面１１６（斜面１２６）を有しており、溝部１１２（溝部１２２）とセグメントＳｇの先端が係合した状態で、セグメントＳｇの先端に形成される剥離部分Ｓｇｉから縁設される非剥離部先端に相当する肩部Ｓｇｋと歯部１１８（歯部１２８）の支持前面１１４との間に斜面１１６（斜面１２６）によって隙間ができ、コイル捻り治具１１０を回転させて、支持前面１１４と肩部Ｓｇｋとが当接しない状態で捻り形成する。こうすることで、絶縁不良の低減を図ることが可能である。

図１４に、捻り成形前のリード部分Ｓｇａの断面図を示す。なお、図１４の剥離部分Ｓｇｉは、セグメントＳｇの先端が剥離加工によって所定の範囲で剥離される。この際に、絶縁被覆Ｉｃと一緒に、平角導体Ｄの母材部分もカットされる。したがって、肩部Ｓｇｋのように段差ができ、その周囲に絶縁被覆Ｉｃが配置されている。図１５に、比較のために用意した、セグメントの先端をコイル捻り治具１１０に挿入する様子を側面図に示す。図１６に、セグメントの先端をコイル捻り治具１１０によって捻った様子を側面図に示す。比較のために用意した環状部材２１１は、本実施形態の第１環状部材１１１又は第２環状部材１２１と異なり歯部２１８に切り欠き部を備えていない。

この環状部材２１１でリード部分Ｓｇａを図１６に示すように捻り成形することで、図１６に示される様にクランク形状に捻られる。この際に、リード部分Ｓｇａの先端部には、負荷がかる。図１７に、リード部分先端の左側を断面図に示す。図１８に、リード部分先端の右側を断面図に示す。図１４に示したリード部分Ｓｇａの先端は、図１７及び図１９に示すように変形するケースがあることが分かった。図１７に示す側の剥離部分Ｓｇｉは肩部Ｓｇｋとの境界部分が盛り上がって曖昧になっており、絶縁被覆Ｉｃの先端部分は剥離している様子が分かる。一方、右側も図１８に示される様に、絶縁被覆Ｉｃの一部が潰れている。

これは、図１６に示される、第１作用点Ｐ１に捻り形成時の加圧力Ｆ２が加わるためだと考えられる。環状部材２１１に対して、リード部分Ｓｇａは挿入性を考慮して多少ルーズに作られている。この為、環状部材２１１が固定子１０に近づく際に発生する近接力Ｆ１と加圧力Ｆ２が両方作用し、剥離部分Ｓｇｉの先端と第１作用点Ｐ１と第２作用点Ｐ２を中心に力が作用すると考えられる。この結果、肩部Ｓｇｋの形状が加圧力Ｆ２によって押し潰され、図１７に示すような変形箇所Ａ１が形成され、剥離箇所Ａ２が形成されるような状況になるものと推測される。リード部分Ｓｇａがこの様な状態で、Ｓ１０の「コイルエンド部絶縁処理」工程で粉体塗装を行うと、絶縁処理時には絶縁性が確保できるものの、使用時には絶縁不良に繋がる虞がある。実際に、固定子１０を熱サイクル試験した結果、図７に示す剥離箇所Ａ２辺りを基点にして亀裂が生じていることを確認している。

このため、本実施形態の第１環状部材１１１及び第２環状部材１２１では歯部１１８及び歯部１２８に斜面１１６及び斜面１２６を形成している。この斜面１１６及び斜面１２６は、図１１に示される様に、リード部分Ｓｇａが挿入された際に、剥離部分Ｓｇｉの根本より上の部分から斜面１１６（斜面１２６）が形成されている。この様な構成とすることで、第１作用点Ｐ１は剥離部分Ｓｇｉに設けられ、肩部Ｓｇｋ及び絶縁被覆Ｉｃが押し潰されることを防ぐことが可能となる。この結果、剥離箇所Ａ２のような剥離が起こらないことが確認されているので、固定子１０の長寿命化に貢献出来るものと考えられる。

なお、固定子１０の小型化を進めるためには、コイルエンドの更なる短縮を求められるが、リード部分Ｓｇａの捻り角度を深く、押し込みを深くすると、図１７及び図１８に示すような変形が発生する割合が高くなり、変形量も多くなることが予想される。また、固定子１０の占積率の向上や、セグメントコイルＳＣに流す電流量を多くする場合には、平角導体Ｄの断面積を増やすことが求められるが、この場合にも、変形箇所Ａ１及び剥離箇所Ａ２のような部分が発生し易くなると考えられる。しかし、本実施形態の構成により、第１環状部材１１１及び第２環状部材１２１はリード部分Ｓｇａにおける肩部Ｓｇｋ及び絶縁被覆Ｉｃの変形や剥離を抑える効果が高いため、固定子１０の更なる小型化及び高出力化を求められた場合にも、長寿命化に貢献が可能である。

また、図１０の状態から図１１の状態にする、即ち、第１環状部材１１１の溝部１１２にリード部分Ｓｇａを挿入する際には、斜面１１６がガイドとして働く。この為、溝部１１２へのリード部分Ｓｇａの挿入がスムーズに行われ、第１環状部材１１１の溝部１１２への挿入時にリード部分Ｓｇａが干渉して変形するなどの不具合が発生しにくくなる。また、リード部分Ｓｇａの形状精度、或いは先端の位置精度が高くなくてもリード部分Ｓｇａを第１環状部材１１１の溝部１１２への挿入が可能となる。この結果、固定子１０の製造コストの削減に貢献することが期待出来る。

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、本実施形態に例示した固定子１０の材料やスロット数などは設計思想に基づいて適宜変更されることを妨げない。また、第１環状部材１１１及び第２環状部材１２１は複数設けて同時に加工することを妨げない。また、コイル捻り治具１１０の歯部１１８等に設けた切り欠き部に相当する斜面１１６等は、セグメントＳｇの先端ガイドとして機能させるには所定角度を有する斜面のほうが好ましいが、目的に合わせてＲ形状に加工する、或いは干渉を避けるために別の形状とすることを妨げない。

１０ 固定子
１１ ティース
１２ スロット
２０ 固定子コア
１００ 成形装置
１１０ コイル捻り治具
１１１ 第１環状部材
１１２、１２２ 溝部
１１３ 底部
１１４ 支持前面
１１５ 支持後面
１１６、１２６ 斜面
１１８、１２８ 歯部
１２１ 第２環状部材
Ｉｃ 絶縁被覆
Ｐ１ 第１作用点
Ｐ２ 第２作用点
ＳＣ セグメントコイル
Ｓｇ セグメント
Ｓｇａ リード部分
Ｓｇｂ スロット内導線部
Ｓｇｃ 反リード部分
Ｓｇｅ クランク部
Ｓｇｆ 溶接部
Ｓｇｉ 剥離部分
Ｓｇｋ 肩部

Claims (5)

1. 絶縁被覆された平角導体を曲げ成形して略Ｕ字状のセグメントを形成し、前記セグメントの先端の前記絶縁被覆を剥離して剥離部を形成し、前記セグメントを固定子コアに挿入し、前記セグメントの先端とコイル捻り治具が有する歯部の間に形成される溝部とを係合させ、前記コイル捻り治具を前記固定子コアの周方向に回転させて、前記セグメントの端部を成形し、前記セグメントの端部を溶接し、溶接された前記セグメントの端部を粉体塗装により絶縁することで固定子を形成する固定子製造方法において、
   前記コイル捻り治具の有する前記歯部は、前記溝部に挿入された前記セグメントの辺と対向し前記コイル捻り治具の回転方向に対して進行方向側に位置する支持前面に切り欠き部を有しており、前記溝部と前記セグメントの先端が係合した状態で、前記セグメントの先端に形成される前記剥離部から縁設される前記絶縁被覆が残された非剥離部先端と前記歯部の前記切り欠き部との間に隙間ができ、
   前記コイル捻り治具を回転させて、前記支持前面と前記非剥離部先端とが当接しない状態で捻り形成すること、
   を特徴とする固定子製造方法。
2. 請求項１に記載の固定子製造方法において、
   前記コイル捻り治具の前記歯部に形成される前記切り欠き部が、前記支持前面に対して斜めに切り取った斜辺よりなること、
   を特徴とする固定子製造方法。
3. 先端の絶縁被覆が剥離されて固定子コアに挿入されたセグメントの前記先端と係合する溝部と歯部とを交互に有し、前記固定子コアの周方向に回転可能に備えられる環状部材を有するコイル捻り治具において、
   前記溝部が前記周方向に複数備えられ、前記セグメントの前記先端を複数同時に捻ることができ、
   前記歯部には、前記溝部に挿入された前記セグメントの辺と対向し前記環状部材の回転方向に対して進行方向側に位置する支持前面に切り欠き部を有しており、前記溝部と前記セグメントの先端が係合した状態で、前記セグメントの先端に形成される剥離部から縁設される前記絶縁被覆が残された非剥離部先端と前記歯部の前記支持前面との間に隙間ができること、
   を特徴とするコイル捻り治具。
4. 請求項３に記載のコイル捻り治具において、
   前記コイル捻り治具の前記歯部に形成される前記切り欠き部が、前記支持前面に対して斜めに切り取った斜辺よりなること、
   を特徴とするコイル捻り治具。
5. 請求項３又は請求項４のコイル捻り治具を備えることを特徴とする、固定子製造装置。
   

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