JP6160774B2 - 平角線ステータコイルの製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、電動モータなどに使用される平角線ステータコイルの製造方法に関する。
電動モータなどのステータのコイルは、円筒形状のステータコアに巻きつけられる。ステータコアは内周に複数のティースを等しい角度間隔で備える。隣接するティース間にはスロットが形成される。コイルを構成する線材は、一個または複数のティースを挟んで形成された一対のスロットを通してティースに巻き回される。
ティースに巻き回された線材は、一対のスロット間においてコイルエンドをステータコアの端面から軸方向に突出する。線材が一個のティースではなく、複数のティースを跨いで巻き回される場合、言い換えれば線材を通す一対のスロットの間に別のスロットが存在する場合には、コイルは別のスロットを通るコイルとモータ軸方向に交差することになる。交差はコイルエンドにおいて行なわれる。交差部の数はコイルの巻線のピッチ、すなわち巻線が幾つのティースをまたいで行なわれるかによって異なり、巻線のピッチ数に応じて交差部の数も増加する。
コイルエンドの交差はステータコアの端面から軸方向へのコイルエンドの突出長さを増大させる、コイルエンドの軸方向の突出長さを抑えるために、従来は例えば交差するコイルエンドの導線同士を網目状に編み込むことが行なわれていた。
この方法では、コイルの線材を1本ずつ編み込むために、コイルの巻線作業が複雑化することは避けられない。巻線作業を容易にすべく、日本国特許庁が2010年に発行したJP2010−166803Aは、複数本の線材をコイル状にまとめた線材集合体を、一対のスロットに嵌め込むことで、コイルの巻線を行なうとともに、線材集合体のコイルエンドにクランク部を設けることで、コイルエンドに軸方向の段差を予め成型しておくことを提案している。
これにより、コイルエンド同士の交差が容易になる。
しかしながら、この従来技術においても、コイルと他のコイルとの交差部の数、言い換えれば巻線のピッチ数が多くなるにつれて、コイルエンドの軸方向の突出長さが大きくなることは避けられない。
また、段差を形成することで交差部の処理はやりやすくなるが、予め成形された線材をステータコアのティースに巻き回す作業の負荷は依然として軽減されない。
この発明の目的は、したがって、ステータコイルの巻線に関して、コイルエンドの軸方向の突出長さを抑制するとともに、コイルの巻線の作業負荷を軽減することである。
以上の目的を達成すべく、この発明は、第1の端面と、第2の端面と、第1の端面と第2の端面との間に延在する複数のティースと、隣接するティース間に形成されたスロットと、を有するステータコアに平角線を巻線する平角線ステータコイルの製造方法に適用される。
製造方法は、略U字形に成形された平角線エレメントを第1の端面から各一対のスロットに挿通し、平角線エレメントの各端部を第2の端面から突出させ、第2の端面から突出する平角線エレメントの所定の端部間を接続することでステータコイルを形成する複数の平角線片をあらかじめサブアッセンブリとして成形し、サブアッセンブリを第2の端面に配置し、サブアッセンブリの平角線片を、第2の端面から突出する平角線エレメントの所定の端部間に接合する。
この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
図面のFIGS.1Aと1B、FIGS.2−7、及びFIG.12を参照してこの発明を適用する平角線ステータコイルの基本構造を説明する。
FIGS.1Aと1Bを参照すると、電動モータなどに用いられるステータ1は円筒形状のステータコア2に平角線6を巻線することで構成された複数組のコイル3を備える。平角線6は銅線の外周に絶縁材をコーティングした導線で構成される。
FIG.12を参照すると、ステータコア2は軸方向の第1の端面2Aと第2の端面2Bとを備える。ステータコア2の内周には等しい角度間隔でティース4が形成される。ティース4の間には平角線6を挿通させるスロット5が形成される。スロット5はステータコア2の内周面と第1の端面2Aと第2の端面2Bとにそれぞれ開口する。
FIG.2を参照すると、コイル3は図の斜線に示すように5個のティース4を跨ぐ一対のスロット5に4周に渡って巻きつけられた平角線6で構成される。このようにして5個のティース4を跨ぐ全ての対のスロット5に平角線6が巻線される。ステータコア2に装着された複数組のコイル3を以下の説明ではステータコイルと総称する。
FIG.3を参照すると、各コイル3を構成する平角線6は、ステータコア2の所定の一対のスロット5を第1の端面2Aから第2の端面2Bに向けて貫通する平角線エレメント6Aと、第2の端面2Bから軸方向外側に突出する平角線エレメント6Aの端部に固定される平角線片6Bとからなる。
FIG.5を参照すると、平角線エレメント6Aは平角線6をあらかじめ所定の寸法に切断し、ベンディング装置等によって折り曲げ加工して略U字型に形成することで構成される。U字の底部に相当する部位は略直角に折り曲げられる。このようにして形成された折り曲げ部61は平角線エレメント6Aをステータコア2に貫通させた状態で、第1の端面2Aと平行をなす。
再びFIG.3を参照すると、平角線エレメント6Aは第1の端面2Aから所定の一対のスロット5に挿入される。前述のように平角線6が各対のスロット5に4回巻きつけられることから、各対のスロット5に4個の平角線エレメント6Aが挿入される。
FIGS.6と7を参照すると、第1の端面2Aにおいて平角線エレメント6Aの折り曲げ部61は他の平角線エレメント6Aの折り曲げ部61とモータ軸方向に交差する。この交差を容易にするため、折り曲げ部61には段差62が形成される。なお、FIGS.6と7には最も外周側の周方向に並んだ一列分の平角線エレメント6Aのみが記載されているが、実際には各対のスロット5に各4個の平角線エレメント6Aがラジアル方向に重なって配置される。
FIG.4を参照すると、ステータコア2のスロット5を貫通して端面2Bから各端部を軸方向に突出した平角線エレメント6Aに、平角線片6Bが固定される。
平角線片6Bは短く切断された平角線6で構成される。平角線片6Bは、平角線エレメント6Aの折り曲げ部61と同様の折り曲げ部63と折り曲げ部63の両端から直角方向に延びる先端64とを備える。折り曲げ部63には折り曲げ部61と同様の段差62が形成される。平角線片6Bの両方の先端64は、平角線片6Bの折り曲げ部63をステータコア2の第2の断面と平行に配置した状態で、平角線エレメント6Aの端部と平行をなす。
このように形成された平角線片6Bの先端64を平角線エレメント6Aの先端と側面を周方向に接する状態に保持して、これらの先端の頂面同士を溶接金属20で接合する。先端の頂面同士を平角線片6Bの先端64と平角線エレメント6Aの先端とを、以下の説明では接合対と称する。
なお、図において平角線片6Bの一端に接合される平角線エレメント6Aと、平角線片6Bのもう一端に接合される平角線エレメント6Aは、同一の平角線エレメント6Aではない。図において平角線片6Bの一端に第1の平角線エレメント6Aの先端が接合され、平角線片6Bのもう一端には第1の平角線エレメント6Aに隣接してスロット5を貫通する第2の平角線エレメント6Aの端部が接合される。
このようにして各対のスロット5に4個の平角線エレメント6Aを貫通させ、端面2Aから軸方向に突出する4個の平角線エレメント6Aの各端部に4個の平角線片6Bの各端部をそれぞれ溶接することでコイル3が形成される。言い換えれば、コイル3は4個の平角線エレメント6Aと、4個の平角線片6Bと、これらを接続する8個の接合対によって構成される。
なお、平角線エレメント6Aを貫通させる一対のスロット5間の距離は、ステータコア2の外周側ほど大きく内周側では小さくなる。このため、平角線エレメント6AのU字の幅は、ラジアル方向内側寄りに配置するものほどあらかじめ狭く形成する。
コイル3の基本構造は以上のとおりである。
次にFIGS.14−16を参照して、この発明の実施形態による平角線ステータコイルの製造方法を以下に説明する。
以上説明した手順で平角線エレメント6Aと平角線片6Bを順次結合していくと、ステータコイルが完成するまでに膨大な手間がかかる。
FIG.14を参照すると、この発明の実施形態による平角線ステータコイルの製造方法は、すべての平角線片6Bを予め所定の重なり状態にした形で鋳造する。鋳造によって1個のサブアッセンブリ7を形成し、すべての平角線エレメント6Aをすべてのスロット5に貫通させたステータコア2にサブアッセンブリ7を固定する。すべての平角線片6Bをあらかじめサブアッセンブリ7として鋳造しておくことで、ステータコイルの製造の手間を少なくすることができる。
FIGS.15と16を参照すると、サブアッセンブリ7は、平角線片6Bの先端64と、ステータコア2の第2の端面2Bから軸方向に突出する平角線エレメント6Aの端部とが周方向に並ぶようにあらかじめ形成される。そのために、サブアッセンブリ7の平角線片6Bの先端64とこれと周方向に並ぶ別の平角線片6Bの間に平角線エレメント6Aの端部が貫通するギャップ21が形成される。また、この実施形態では、FIG.14に示すように、外側の2列の平角線片6Bの折り曲げ部63はラジアル方向外側へ折り曲げられ、内側の2列の平角線片6Bの折り曲げ部63はラジアル方向内側に折り曲げられる。このように平角線片6Bの折り曲げ方向を外側と内側に分けることで、内側2列の平角線片6Bと外側2列の平角線片6Bとがモータ軸方向で重ならなくなる。その結果、コイル3の第2の端面2Bから軸方向へのコイルエンドの突出長さを小さく抑えることができる。
FIGS.17−19を参照して、サブアッセンブリ7を鋳造するための金型について説明する。なお、FIGS.17−19は、説明を容易にするために、ラジアル方向外側への折り曲げ部63を有する外側2列の平角線片6Bのうち外側1列分のサブアッセンブリ7の金型のモータ軸方向に垂直な断面を示している。外側2列の平角線片6Bのうちの内側1列の平角線片6B及び、ラジアル方向内側へのおき曲げ部63を有する内側2列の平角線片6Bについても金型の基本構造は同じである。
FIG.17は上型31、FIG.18は中型32、FIG.19は下型33のそれぞれ要部の断面を示す。
FIG.18を参照すると、液状の鋳造金属材料、すなわちいわゆる鋳造湯、は中型の外周部に設けた図示されない注入口から注入される。中型32の外周寄りには孔部35が形成される。孔部35は上型31と下型33内に形成された孔部にそれぞれ連通する。孔部35はFIGS.3,4,6,7に示す段差62に相当する。
FIG.17を参照すると、図に示された平角線片6Bは、FIGS.3と4に示された平角線片6Bのうち、段差62を境として端面2B 寄りの部位とその先端64に相当する。
FIG.19を参照すると、図に示された平角線片6Bは、FIGS.3と4に示された平角線片6Bのうち、段差62を境として端面2B から遠い部位とその先端64に相当する。
このようにして予め平角線片6Bを所定位置に配置したサブアッセンブリ7を鋳造により作成する。なお、実際には、上型31、中型32、及び下型33には、内側2列分の平角線片6Bを鋳造するための孔部も形成される。内側2列分の平角線片6Bの湯は中型32の内周に設けた注入口から注入される。
FIG.20を参照すると、鋳造後に上型31,中型32,及び下型33を取り除いた後のサブアッセンブリ7には外周部に鋳造湯回り部51が、内周部に鋳造湯回り部52がそれぞれ形成される。これらの湯回り部51と52はサブアッセンブリ7の鋳造後直ちには除去しない。
サブアッセンブリ7を構成する平角線片6Bは互いに接触しないように間隔をあけて形成される。そのため、上型31、中型32、及び下型33を取り除いた後、直ちにサブアッセンブリ7から鋳造湯回り部51と52を除去すると、サブアッセンブリ7は平角線片6Bを所定位置に保持することができず、平角線片6Bはばらばらになってしまう。
鋳造湯回り部51と52を残しておくことで、サブアッセンブリ7は数多くの平角線片6Bを所定位置に保持しつつ自立状態を保つことができる。この状態で、鋳造時の平角線片6Bの配置を保ったままサブアッセンブリ7を樹脂などで確実に一体化する。樹脂には好ましくは伝熱性樹脂が使用される。また、樹脂でサブアッセンブリ7を一体化する際には、平角線片6Bの周方向に隣接する先端64の間に、平角線エレメント6Aの端部を貫通させるギャップ21を、中子などを用いて確保する。
サブアッセンブリ7が樹脂により一体化された後、鋳造湯回り部51と52を切削などの方法で除去する。
次にサブアッセンブリ7をステータコア2から軸方向に突出する平角線エレメント6Aの先端に装着し、平角線片6Bの先端64と平角線エレメント6Aの先端との接合をレーザー溶接、ろう付け等により行なう。
これによりFIGS.1Aと1Bに示す平角線ステータコイルが完成する。
鋳造湯回り部51と52の除去は、平角線片6Bの先端64と平角線エレメント6Aの先端との溶接を終了した後に行っても良い。また、鋳造後のサブアッセンブリ7が鋳造湯回り部51と52により十分に自立可能な場合には、樹脂による一体化を省略して、直ちに平角線片6Bの先端64と平角線エレメント6Aの先端との溶接を行なうことも可能である。
以上のように、この発明の実施形態による平角線ステータコイルの製造方法は、あらかじめ複数の平角線片6Bを所定位置に配置されたサブアッセンブリ7として鋳造するので、平角線6のステータコア2への複雑な巻線作業の手間を低減することができる。
また、鋳造された数多くの平角線片6Bが樹脂で一体化されるまで、鋳造湯回り部51と52を除去しないため、鋳造直後のサブアッセンブリ7は平角線片6Bを所定位置に保持したまま自立することが可能である。そのため、樹脂で一体化される前の平角線片6Bの仮固定が不要となり、平角線ステータコイルの製造の手間をさらに削減することができる。
以上、この発明を特定の実施形態を通じて説明してきたが、この発明は上記の実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲で上記の実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
以上のように、この発明は、ステータコアへのコイルの巻線の作業負荷を軽減する。したがって、例えば車両用の電動モータの生産の合理化に好ましい効果が得られる。
この発明の実施形態が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。
Claims (6)
- 第1の端面と、第2の端面と、第1の端面と第2の端面との間に延在する複数のティースと、隣接するティース間に形成されたスロットと、を有するステータコアに、スロットを通して平角線を巻線する平角線ステータコイルの製造方法において:
略U字形状に形成された複数の平角線エレメントの各々を第1の端面から所定の各一対のスロットに挿通し、平角線エレメントの各端部を第2の端面から突出させ;
複数の平角線エレメントの所定の端部間を接続することでコイルを形成するように構成された複数の平角線片をあらかじめサブアッセンブリとして鋳造し;
サブアッセンブリの平角線片を、第2の端面から突出する平角線エレメントの所定の一対の端部に固定することで、サブアッセンブリを第2の端面に装着するとともに、
サブアッセンブリは鋳造により残存する鋳造湯回り部によって複数の平角線片を所定の位置に保持するよう構成され、サブアセンブリを第2の端面に装着した後に鋳造湯回り部を除去する、
平角線ステータコイルの製造方法。 - サブアッセンブリは環状断面の金型の内周と外周からそれぞれ鋳造湯を注入することで鋳造される、請求項1の平角線ステータコイルの製造方法。
- 各平角線片は第2の端面に沿った折り曲げ部を有する、請求項1または2の平角線ステータコイルの製造方法。
- 第1の端面と、第2の端面と、第1の端面と第2の端面との間に延在する複数のティースと、隣接するティース間に形成されたスロットと、を有するステータコアに、スロットを通して平角線を巻線する平角線ステータコイルの製造方法において:
略U字形状に形成された複数の平角線エレメントの各々を第1の端面から所定の各一対のスロットに挿通し、平角線エレメントの各端部を第2の端面から突出させ;
複数の平角線エレメントの所定の端部間を接続することでコイルを形成するように構成された複数の平角線片をあらかじめサブアッセンブリとして鋳造し;
サブアッセンブリの平角線片を、第2の端面から突出する平角線エレメントの所定の一対の端部に固定することで、サブアッセンブリを第2の端面に装着するとともに、
サブアッセンブリは鋳造後に樹脂で一体化され、鋳造により残存する鋳造湯回り部を、サブアッセンブリを一体化した後に除去する、
平角線ステータコイルの製造方法。 - サブアッセンブリは環状断面の金型の内周と外周からそれぞれ鋳造湯を注入することで鋳造される、請求項4の平角線ステータコイルの製造方法。
- 各平角線片は第2の端面に沿った折り曲げ部を有する、請求項4または5の平角線ステータコイルの製造方法。
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