JP6299723B2

JP6299723B2 - ステータコイル形成方法

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Publication number: JP6299723B2
Application number: JP2015208860A
Authority: JP
Inventors: 泰之平尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: US10637336B2; CN106849553B; JP2017085701A; US20170117782A1; CN106849553A

Description

本発明は、モータのステータコイル形成方法に関するものである。

Ｕ字状の導線をステータコアの各スロットに組み付けた後、導線の先端部をステータコアの周方向に倒し込み捻り加工することで、セグメントコイルのコイルエンド端面がステータコアの軸方向端面と水平に形成されてステータコア軸方向の容積が低減されたストレート部のないコイルエンドを形成したステータコイル形成方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−３０４５０７号公報

上記ステータコイル形成方法において、円環状治具の溝にコイルエンドを挿入し、円環状治具を回転させながら上下に動かすことによって、コイルエンドをステータコアの周方向に倒し込みつつコイルエンドを塑性変形させてストレート部を有しないコイルエンドを形成している。しかしながら、各コイルエンド１０１をステータコア１０２の周方向に倒し込んだときにその周方向に隣接する先端部１０３間（周方向に隣接するコイルエンド１０１の先端部１０３において隣接するコイルエンドと対向する側面）の絶縁距離を確保する必要があり、例えば、図１３の○部のように、その先端部１０３を斜めに切断する。このため、その導線の切断代が無駄なり、歩留まりが悪い。この場合、さらに、周方向に隣接するコイルエンド間の距離が近接していまうことから、コイルエンドにおいて絶縁被膜が除去される溶接部分の周方向における距離が近づいてしまうため過損が増大する。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、導線の切断代が生じず歩留まりが良いステータコイル形成方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、直線状の導線の一部を等間隔で該導線の連続方向に対して屈曲させることで複数の曲り部を形成する曲げ工程と、前記形成された各曲り部の屈曲部分を、前記導線の連続方向に対して垂直な垂直面に沿って切断して、各コイルセグメントを切り出す切断工程と、前記切り出した各コイルセグメントをＵ字状に折り曲げるＵ字形成工程と、前記折り曲げた各コイルセグメントの両先端部を、円環状のステータコアにその中心軸線に対して平行に複数形成されたスロットに対して、挿通させることで、該各コイルセグメントを該ステータコアの各スロットに組み付ける組付け工程と、前記組付けられた各コイルセグメントの両先端部を、該先端部の切断面が前記中心軸線方向に向くように前記ステータコアの周方向に倒し込む倒し込工程と、前記ステータコアの径方向に隣接する各コイルセグメントの先端部同士を接合する接合工程と、を含む、ことを特徴とするステータコイル形成方法である。
この一態様によれば、直線状の導線の一部を導線の連続方向に対して夫々屈曲させ段差状にシフトさせ形成した曲り部を前記導線の連続方向に対して垂直な垂直面に沿って切断する。これにより、各コイルセグメントの先端部であってステータコアの周方向において隣接するコイルエンドの側面に、被膜を有した状態でＲ曲げ加工を自ずと施すことができ、周方向に隣接するコイルセグメントの先端部間の絶縁距離を大きく確保できる。したがって、各曲り部の切断時に、全く切断代が生じないため、歩留まりが良い。すなわち、導線の切断代が生じず歩留まりが良いステータコイルを形成できる。
この一態様において、前記倒し込工程において、前記組付けられた各コイルセグメントの先端部を、前記ステータコアの周方向、かつ、前記ステータコアの内円の接線方向に倒し込んでもよい。
これにより、この各コイルセグメントが治具によって押し倒される際に、各コイルセグメントが、ステータコアの周方向に沿ってそのまま押し倒されるのではなく、ステータコアの内円の若干外周側に相互に干渉しないように押し倒される。これにより、各コイルセグメントを押し倒す際に、治具と各コイルセグメントとの意図しない物理的な干渉を防止することができる。
この一態様において、前記導線には被膜が施されており、前記曲り部を、該曲り部の切断方向に平行な一方向に向かって加圧し前記曲り部を変形させる加圧工程と、前記加圧された各コイルセグメントの先端部における加圧方向側の端面の被膜を剥離する剥離工程と、を更に含んでいてもよい。
これにより、コイルセグメント先端部において、加圧されて加圧方向側にオフセットした加圧方向側の端面の被膜を剥離して溶接するため、剥離させた接合部分と被膜が残留している部分との間に生じる段差によって接合部分の間に生じる隙間を低減できる。したがって、溶接時に溶接部分の密着度を高めることができる。

本発明によれば、導線の切断代が生じず歩留まりが良いステータコイル形成方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るステータコイル形成方法のフローを示すフローチャートである。直線状の導線の一部が段差状にシフトするように形成された金型の一例を示す図である。各曲り部を加圧する状態を示す図である。各曲り部を導線方向に対して斜めに切断される状態を示す図である。従来と本実施形態のステータコイルのコイルエンド高さを比較した図である。隣接するコイルセグメントの先端部間の絶縁距離を示す図である。各コイルセグメントを倒し込んだ状態の一例を示す図である。本発明の一実施形態に係るコイルエンド折曲治具の概略的構成を示す斜視図である。図である。コイルエンド折曲治具の各折曲歯を、各コイルセグメントの間に挿入した状態の一例を示す図である。各折曲歯が各コイルセグメントを押倒した状態の一例を示す図である。各折曲歯が各コイルセグメントを押倒した状態の一例を示す図である。隣接する各コイルセグメントの先端部同士を接合した状態の一例を示す図である。コイルセグメント先端部を切断した場合の絶縁距離を示す図である。コイルセグメント先端部を加圧した場合と加圧しない場合を比較した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明の一実施形態に係るステータコイル形成方法は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの駆動用モータに使用するステータコイルを形成する際に利用される。

本実施形態に係るステータコイル形成方法は、複数の曲り部を形成する曲げ工程と、各曲り部を加圧する加圧工程と、各コイルセグメントを切り出す切断工程と、各コイルセグメントの先端部の被膜の一部を剥離する剥離工程と、各コイルセグメントをＵ字状に折り曲げるＵ字形成工程と、各コイルセグメントをステータコアの各スロットに組み付ける組付け工程と、各コイルセグメントの両先端部をステータコアの周方向に倒し込む倒し込工程と、各コイルセグメントの先端部同志を接合する接合工程と、を含む。図１は、本発明の一実施形態に係るステータコイル形成方法のフローを示すフローチャートである。

曲げ工程では、例えば、ボビンなどに巻かれた導線を引出し、この引き出した導線をローラなどを用いて直線状にするための、導線の真直出しを行う（ステップＳ１０１）。
次に、図２に示す如く、真直出しされた直線状の導線１０を予め形成された金型Ｓに嵌め込むことで、曲り部１１を形成する（ステップＳ１０２）。金型Ｓは、直線状の導線１０の一部が導線の連続方向に対して屈曲し段差状にシフトするように形成されている。なお、このシフト量は、後述の各コイルセグメント１２の先端部１２１に対し、最適なＲ曲げ加工を施すことができるように、予め設定されている。

直線状の導線１０は、予め等間隔で位置決めされた位置で金型Ｓに嵌め込まれることで、直線状の導線１０には、その導線方向に等間隔で複数の曲り部１１が形成される。このようにして、曲げ工程では直線状の導線１０の一部を等間隔で導線１０の連続方向に対して屈曲させて夫々段差状にシフトさせることで複数の曲り部１１が形成される。

加圧工程では、図３に示す如く、曲げ工程で形成された各曲り部１１をプレス加工機などを用いて加圧する（ステップＳ１０３）。
なお、剥離工程で各コイルセグメント１０１の先端部１０３の被膜の剥離を行い、その後、各コイルセグメント１０１の隣接する先端部１０３の剥離部同志を接合する際に、従来、この剥離部間に隙間が生じる（図１４（ｂ））。しかし、上記加圧工程で曲り部１１の剥離される面を加圧することで、その隙間を無くすことがきる（図１４（ａ））。すなわち、コイルセグメント１２の先端部１２１において被膜を剥離させた接合部分と被膜が残留している部分との間に生じる段差によって接合部分の間に生じる隙間を低減できる。したがって、溶接時に溶接部分の密着度を高めることができる。

切断工程では、加圧工程で加圧された各曲り部１１を切断機を用いて切断し、各コイルセグメント１２を切り出す（ステップＳ１０４）。各曲り部１１は、図４に示す如く、導線方向に垂直な垂直面に対して曲げ方向に傾斜した傾斜面で、斜めに（各曲り部１１の屈曲部分を、導線１０の連続方向に対して垂直な垂直面に沿って）切断される。なお、上記傾斜面の傾斜角度は、例えば、曲り部１１の切断によって生成される各コイルセグメント１２の先端部１２１に、後述の略同一のＲ曲げ面Ｒ１が生じるように設定される。このように、導線１０を段差状にシフトさせ切断することで、その切断時の無駄となる導線の切断代が生じず、導線材料費を削減でき、コスト低減に繋がる。

ところで、従来のステータコイル形成方法において、コイルセグメントの先端部には、捻り掴み部あるいは接合代となるストレート部Ｘが形成されている（図５（ａ））。このストレート部Ｘにより、コイルエンド高さｈが高くなり、ステータコイルの小型化が困難になり、導線の材料費増加にも繋がる。なお、先に、コイルセグメントの先端部を斜めに切断しコイルセグメントを捻ることで、ストレート部Ｘを有しないステータコイルを形成できる。しかし、各コイルセグメント１０１の両先端部１０３をステータコア１０２の周方向に倒し込んだときにその周方向に隣接する先端部１０３間（周方向に隣接するコイルセグメント１０１の先端部１０３において隣接するコイルセグメント１０１と対向する側面）の絶縁距離を確保できない。この場合、コイルセグメント１０１の先端部１０３を二面で切断すれば（図１３）、その切断代（導線の無駄となる部分）によって歩留まりが悪い。

これに対し、本実施形態に係るステータコア形成方法において、上述の如く、直線状の導線１０の一部を導線１０の連続方向に対して屈曲させ形成した曲り部１１の屈曲部分を、導線１０の連続方向に対して垂直な垂直面に沿って切断する。これにより、各コイルセグメント１２の先端部１２１に、被膜を有した状態でＲ曲げ加工を自ずと施すことができる。先端部１２１に上記Ｒ曲げ加工を施すことで、図６に示す如く、各コイルセグメント１２の両先端部１２１をステータコア１３の周方向に倒し込んだときにその周方向に隣接する先端部１２１間（周方向に隣接するコイルセグメント１２の先端部１２１において隣接するコイルセグメント１２と対向する側面）の絶縁距離を大きく確保できる。したがって、各曲り部１１の切断時に、全く切断代が生じないため、歩留まりが良く、導線の材料費削減にも繋がる。すなわち、本実施形態にステータコイル形成方法によれば、導線の切断代が生じず歩留まりが良いステータコイル１を形成できる。なお、Ｒ曲げ面Ｒ１には被膜が残るため、この部分を絶縁物で覆う必要がないというメリットもある。

さらに、ストレート部を有しないためコイルエンド高さｈを短縮できる（図５（ｂ））。これにより、ステータコイル１の小型化が容易に可能となる。特に、ハイブリッド車駆動用のモータに使用されるステータコアでは、ミリ単位でのコイルエンド高さｈの短縮が要求されているので、上記コイルエンド高さｈの短縮は大きな効果といえる。

Ｕ字形成工程では、切断工程で切り出された各コイルセグメント１２をＵ字状に折り曲げる（ステップＳ１０５）。
剥離工程では、Ｕ字形成工程で折り曲げられた各コイルセグメント１２の先端部１２１における加圧方向側の端面の被膜（絶縁膜）を剥離する（ステップＳ１０６）。この剥離工程では、各コイルセグメント１２の先端部１２１の切断面に隣接する側面の被膜をレーザにより剥離する。このようにレーザ剥離を行うことで、従来の刃具により剥離と比較して、刃具にかかる設備コストの低減及び加工の容易さから、加工コストを大幅に低減できる。

この剥離する側面は、各コイルセグメント１２の両先端部１２１をステータコア１３の周方向に倒し込んだときにステータコア１３の中心軸線方向に隣接する先端部同志が接触する面である。なお、上記のようにレーザ剥離を比較して設備コストがかかるが、各コイルセグメント１２の先端部１２１の被膜を刃具などにより剥離してもよい。また、剥離工程は、切断工程後かつＵ字形成工程の前に実施してもよい。

組付け工程では、剥離工程で剥離された各コイルセグメント１２を、ステータコア１３の各スロットに組み付ける（ステップＳ１０７）。ステータコア１３は、例えば、方向性珪素鋼板をプレス打ち抜きして形成した鋼板を積み重ね互いに固着して構成されている。

ステータコア１３は、例えば、円環状に形成されており、その中心軸線に対して平行に複数のスロットが形成されている。この組付け工程では、Ｕ字状の各コイルセグメント１２の両先端部１２１を、ステータコア１３のスロットに対して挿通させることで、該各コイルセグメント１２を該ステータコア１３の各スロットに組み付ける。

倒し込み工程では、ステータコア１３に組付けられた各コイルセグメント１２の両先端部１２１をステータコア１３の周方向に倒し込む（ステップＳ１０８）。この倒し込み工程では、組付けられた各コイルセグメント１２の両先端部１２１を、該先端部１２１の切断面がステータコア１３の中心軸線方向に向くように、ステータコア１３の周方向に倒し込む（図７）。

上記倒し込みは、例えば、複数の折曲歯を有する円環状のコイルエンド折曲治具を用いて行う。図８は、本実施形態に係るコイルエンド折曲治具の概略的構成を示す斜視図である。ステータコア１３には、同心円状で、各コイルセグメント１２の先端部１２１が中心軸線方向に向けて立設されている。先ず、コイルエンド折曲治具１００の各折曲歯１０１をステータコア１３に対して下降させて、コイルエンド折曲治具１００の各折曲歯１０１を、ステータコア１３の各コイルセグメント１２の間にそれぞれ挿入する（図９）。

次に、コイルエンド折曲治具１００の各折曲歯１０１をステータコア１３の各コイルセグメント１２に対して相対的に徐々に上昇させながら時計回りに回転させる（図１０）。各折曲歯１０１が各コイルセグメント１２に対して滑りながら、各折曲歯１０１が各コイルセグメント１２をステータコア１３の周方向かつ時計方向に押し倒す（図１１）。

以上の押し倒しをステータコア１３の内周側から外周側へ周毎に行う。なお、上記１周目では、コイルエンド折曲治具１００の各折曲歯１０１を時計回りに回転させ、ステータコア１３の各コイルセグメント１２をステータコア１３の周方向かつ時計回りに押し倒していた。しかし、２周目では、コイルエンド折曲治具１００の各折曲歯１０１を反時計回りに回転させ、ステータコア１３の各コイルセグメント１２をステータコア１３の周方向かつ反時計回りに押し倒す。これを交互に繰り返す。これにより、コイルセグメント１２が直線的に（湾曲することなく）捻り成形されて、コイルセグメント１２が図７に示すような状態となる。

ここで、コイルエンド折曲治具１００の複数の折曲歯１０１をガイドする保持具１０２のガイドスリットは、若干外周側に、コイルエンド折曲治具の内円に対する接線方向に延びている。このため、この各コイルセグメント１２がコイルエンド折曲治具１００の折曲歯１０１によって押し倒される際に、各コイルセグメント１２が、ステータコア１３の周方向に沿ってそのまま押し倒されるのではなく、ステータコア１３の内円の若干外周側に放射状（内円の接線方向）に押し倒される。これにより、各コイルセグメント１２を押し倒す際に、コイルエンド折曲治具１００の各折曲歯１０１と各コイルセグメント１２との意図しない物理的な干渉を防止することができる。

接合工程では、図１２に示す如く、倒し込み工程で倒し込まれた、対応するステータコア１３の径方向に隣接する各コイルセグメント１２の先端部１２１同士を接合する（ステップＳ１０９）。この接合工程では、隣接する各コイルセグメント１２の先端部１２１の剥離面を密着させた状態で、その銅露出した切断面１２２をレーザ溶接などで局所的に接合する。局所的に接合を行うことで、コイルセグメント１２の被膜に対するダメージを最小に抑えることができる。

コイルセグメント１２の先端部１２１にＲ曲げ加工を施し、隣接する各コイルセグメント１２の先端部１２１の剥離面を密着させた状態で、同一平面状となった切断面１２２同士に対しレーザ溶接を施すことで、そのレーザ貫通及び抜けを防止することができる。なお、各コイルセグメント１２の先端部１２１の剥離面は、隣接する各コイルセグメント１２の先端部１２１と接触する必要最小の１面だけで済むため、加工コストの低減に繋がる。
上記一例では、レーザを用いて接合を行っているが、これに限定されない。被膜に対するダメージを最小にする点では、上記レーザ溶接による局所接合が最も好ましいが、例えば、導線電性接着剤や低温での半田（銀ナノ粒子）により接合を行ってもよい。

以上、本実施形態において、直線状の導線１０の一部を等間隔で導線１０の連続方向に対して屈曲させることで複数の曲り部１１を形成し、形成された各曲り部１１の屈曲部分を、導線１０の連続方向に対して垂直な垂直面に沿って切断して、各コイルセグメント１２を切り出す。これにより、各コイルセグメント１２の先端部１２１に、被膜を有した状態でＲ曲げ加工を自ずと施すことができる。先端部１２１に上記Ｒ曲げ加工を施すことで、各コイルセグメント１２の両先端１２１をステータコア１３の周方向に倒し込んだときにその周方向に隣接する先端部１２１間の絶縁距離を大きく確保できる。したがって、各曲り部１１の切断時に、全く切断代が生じないため、歩留まりが良い。すなわち、本実施形態に係るステータコイル形成方法によれば、導線の切断代が生じず歩留まりが良いステータコイル１を形成できる。また、Ｒ曲げ面Ｒ１には被膜が残るため、この部分を絶縁物で覆う必要がない。さらに、ストレート部を有しないためコイルエンド高さｈを短縮できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態において、曲げ工程後に、剥離工程、切断工程、及び接合工程をこの順で実施しているが、これに限定されない。例えば、曲げ工程後に、切断工程、剥離工程、及び接合工程、をこの順で実施してもよい。あるいは、剥離工程後に、曲げ工程、切断工程、及び接合工程、をこの順で実施してもよい。

１ステータコイル、１０導線、１１曲り部、１２コイルセグメント、１３ステータコア、１００コイルエンド折曲治具、１０１折曲歯、１０２保持具、１２１先端部、１２２切断面

Claims

直線状の導線の一部を等間隔で該導線の連続方向に対して屈曲させることで複数の曲り部を形成する曲げ工程と、
前記形成された各曲り部の屈曲部分を、前記導線の連続方向に対して垂直な垂直面に沿って切断して、各コイルセグメントを切り出す切断工程と、
前記切り出した各コイルセグメントをＵ字状に折り曲げるＵ字形成工程と、
前記折り曲げた各コイルセグメントの両先端部を、円環状のステータコアにその中心軸線に対して平行に複数形成されたスロットに対して、挿通させることで、該各コイルセグメントを該ステータコアの各スロットに組み付ける組付け工程と、
前記組付けられた各コイルセグメントの両先端部を、該先端部の切断面が前記中心軸線方向に向くように前記ステータコアの周方向に倒し込む倒し込工程と、
前記ステータコアの径方向に隣接する各コイルセグメントの先端部同士を接合する接合工程と、
を含む、ことを特徴とするステータコイル形成方法。
請求項１記載のステータコイル形成方法であって、
前記倒し込工程において、前記組付けられた各コイルセグメントの先端部を、前記ステータコアの周方向、かつ、前記ステータコアの内円の接線方向に倒し込む、ことを特徴とするステータコイル形成方法。
請求項１又は２記載のステータコイル形成方法であって、
前記導線には被膜が施されており、
前記曲り部を、該曲り部の切断方向に平行な一方向に向かって加圧し前記曲り部を変形させる加圧工程と、
前記加圧された各コイルセグメントの先端部における加圧方向側の端面の被膜を剥離する剥離工程と、を更に含む、ことを特徴とするステータコイル形成方法。