JP6802244B2 - コイル成形方法及び導線部材 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアの複数のスロットに挿入される複数のコイルを成形するコイル成形方法及び導線部材に関する。

例えば、特許文献１には、ステータコアの内孔に配置された複数のコイルを拡径してステータコアの各スロットに挿入する技術的思想が開示されている。

特許第５２９８５５６号公報

ところで、特許文献１のような従来技術では、複数のコイルを拡径する際に各コイルの導線を変形させる（曲げる）必要があるため、比較的大きな荷重（曲げ荷重）が必要になる。このような曲げ荷重を小さくするために、各コイルを複数本の導線に分割すると（以下、分割した導線を「分割導線」という。）、コイル成形において、複数のコイルの互いの間隔を広げる際に、同一のコイルを形成する複数本の分割導線が散けるため、複数のコイルを扱い難くなるという問題がある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、複数のコイルの互いの間隔を広げる際に同一のコイルを形成する複数本の分割導線が散けることを抑制でき、複数のコイルを扱い易くすることができるコイル成形方法及び導線部材を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、ステータコアの複数のスロットに挿入される複数のコイルを成形するコイル成形方法であって、前記複数のコイルのそれぞれは、複数本の分割導線を含み、前記複数本の分割導線が互いに接触するように前記複数のコイルを密に配置する配置工程と、前記配置工程の後で、同一のコイルを形成する前記複数本の分割導線を互いに接着させる接着工程と、前記接着工程の後で、前記複数のコイルの互いの間隔を広げる間隔拡大工程と、を行う、コイル成形方法である。

本発明の他の態様は、ステータコアの複数のスロットに挿入される複数のコイルを成形するための複数の導線束を備え、前記複数の導線束をコイル成形する前の状態の導線部材であって、前記複数の導線束は、一列に配置され、前記複数の導線束のそれぞれは、前記複数の導線束の並び方向に沿って一列に配置されるとともに同一のコイルを成形するための複数本の分割導線を含み、同一の導線束を形成する前記複数本の分割導線のうち互いに接触する面の少なくとも一方には、接着層が設けられ、前記複数本の分割導線のうち隣接する導線束に接触する面には、前記接着層が設けられていない、導線部材である。

本発明によれば、ステータコアの複数のスロットに複数のコイルを挿入する際の各コイルの曲げ荷重を小さくするために、各コイルを複数本の分割導線に分割した場合であっても、同一のコイルを成形する分割導線が互いに接着されるため、複数のコイルの互いの間隔を広げる際に、同一のコイルを成形する複数本の分割導線が散けることを抑制することができる。よって、複数のコイルを扱い易くすることができる。

ステータの一部省略横断面図である。 図１のコイルの一部省略斜視図である。 本発明の一実施形態に係るコイル成形方法を説明するフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る導線部材の一部省略断面斜視図である。 配置工程の説明図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 接着工程の説明図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面説明図である。 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面説明図である。 間隔拡大工程の説明図である。 挿入工程の説明図である。 変形例に係るコイル成形方法を説明するフローチャートである。 変形例に係る配置工程及び接着工程の断面説明図である。

以下、本発明に係るコイル成形方法及び導線部材について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施形態に係るコイル成形方法は、図１に示す回転電機１２（モータ又は発電機）の一部を構成するコイル１４を成形する。

図１に示すように、回転電機１２は、ステータ１６とロータ１８とを備える。ステータ１６は、円環状に形成されたステータコア２０と、ステータコア２０に形成された複数のスロット２２に装着されたコイル１４とを有する。各スロット２２は、ステータコア２０の両端面まで延在するとともに内周面に開口している。複数のスロット２２は、ステータコア２０の周方向に等間隔に設けられている。

図２に示すように、コイル１４は、３本の分割導線２４を含む。換言すれば、コイル１４は、３本の分割導線２４に分割されている。図１において、各分割導線２４は、横断面が矩形状の平角線が用いられる。これら分割導線２４は、矩形の長辺側の側面が互いに接触するように、スロット２２内でステータコア２０の周方向に並んで配置される。各分割導線２４は、導線部２６と、導線部２６の外面に被覆された絶縁部２８とを有する。

図２において、各コイル１４は、スロット２２に挿入される複数のスロット挿入線部３０と、複数のスロット挿入線部３０の一端部同士を繋ぐ複数の第１ターン部３２ａと、複数のスロット挿入線部３０の他端部同士を繋ぐ複数の第２ターン部３２ｂとを含む。換言すれば、コイル１４は、２つのスロット挿入線部３０、１つの第１ターン部３２ａ及び１つの第２ターン部３２ｂとを有する単コイル１４ａが複数連なることによって形成されている。

図１及び図２に示すように、このようなコイル１４では、真ん中に位置する分割導線２４の外面に後述する接着層３４（接着剤）が設けられている。接着層３４は、第１ターン部３２ａの第１頂点部３６ａと第２ターン部３２ｂの第２頂点部３６ｂとにおいてのみ接着能力が発揮されており、それ以外の部分では接着能力が発揮されていない。すなわち、コイル１４は、３本の分割導線２４のそれぞれの第１頂点部３６ａが互いに接着されるとともに３本の分割導線２４のそれぞれの第２頂点部３６ｂが接着層３４によって互いに接着されている。つまり、コイル１４において、３本の分割導線２４の第１頂点部３６ａ及び第２頂点部３６ｂ以外の部位は、互いに接着されていない。

次に、このようなコイル１４を成形するためのコイル成形方法について導線部材１０との関係で説明する。

コイル成形方法では、まず、図３のステップＳ１において、準備工程を行う。準備工程では、図４に示すように、複数のコイル１４（図１及び図２参照）を成形するための導線部材１０を用意する。導線部材１０は、複数の導線束３８を有する。各導線束３８は、３本の分割導線２４よりなる。上述した１つのコイル１４（図２参照）は、１つの導線束３８（３本の分割導線２４）によって成形される。

準備工程では、複数本の分割導線２４を一列に並べ、導線束３８（３本の分割導線２４）のうち真ん中に位置する分割導線２４の外面に接着層３４を設ける。接着層３４は、分割導線２４の全長に亘って設けられている。ただし、分割導線２４に対する接着層３４が設けられる範囲は任意に設定することができる。接着層３４は、分割導線２４の長手方向に間欠的に設けられていてもよい。

接着層３４は、物理的作用を付与することによって接着能力を発揮するものである。具体的には、接着層３４は、熱を付与することによって接着能力を発揮する自己融着層である。ただし、接着層３４は、熱を付与することによって接着能力を発揮するものに限定されず、熱以外の物理的作用（例えば、光等）を付与することによって接着能力を発揮するものであってもよい。

接着層３４は、導線束３８（３本の分割導線２４）のうち互いに接触する面の少なくとも一方に設けられていればよい。つまり、接着層３４は、導線束３８のうち真ん中に位置する分割導線２４における両側に位置する分割導線２４に接触する面にのみ設けられていてもよい。また、接着層３４は、導線束３８（３本の分割導線２４）のうち両側に位置する２つの分割導線２４における真ん中に位置する分割導線２４に接触する面にのみ設けられていてもよい。

続いて、図３のステップＳ２において、配置工程を行う。具体的には、図５に示すように、一方向（矢印Ａ方向）に延在した巻芯４０に対して導線部材１０（複数本の分割導線２４）を密に巻く。これにより、矢印Ａ方向に互いに隣接する分割導線２４同士が接触するように複数のコイル１４が密に配置される。

配置工程では、巻芯４０をその軸線周りに回転させることにより導線部材１０を巻芯４０に巻回する。ただし、配置工程では、巻芯４０を固定し、導線部材１０を巻芯４０の軸線周りに引き回すことによって巻芯４０に巻回してもよい。

図６に示すように、巻芯４０は、横断面が矩形状に形成されている。具体的には、巻芯４０の外面には、第１平面４０ａ、第１湾曲面４０ｂ、第２平面４０ｃ及び第２湾曲面４０ｄが設けられている。第１平面４０ａと第２平面４０ｃとは、互いに平行に延在している。

第１湾曲面４０ｂは、第１平面４０ａの一方の側部と第２平面４０ｃの一方の側部とを互いに連結する。第２湾曲面４０ｄは、第１平面４０ａの他方の側部と第２平面４０ｃの他方の側部とを互いに連結する。

配置工程では、各分割導線２４が巻芯４０の形状に沿って折り曲げられる。すなわち、各分割導線２４が巻芯４０を一周する間に、各分割導線２４には、第１平面４０ａに沿って延在した第１傾斜直線部４２ａと、第１湾曲面４０ｂに沿って延在した第１折り返し部４２ｂと、第２平面４０ｃに沿って延在した第２傾斜直線部４２ｃと、第２湾曲面４０ｄに沿って延在した第２折り返し部４２ｄとが成形される。

図５及び図６において、第１傾斜直線部４２ａ及び第２傾斜直線部４２ｃは、巻芯４０の幅方向に対して傾斜するように延在している。第１折り返し部４２ｂは、第１傾斜直線部４２ａの一方の端部と第２傾斜直線部４２ｃの一方の端部とを互いに連結する。第２折り返し部４２ｄは、第１傾斜直線部４２ａの他方の端部と第２傾斜直線部４２ｃの他方の端部とを互いに連結する。

その後、図３のステップＳ３において、接着工程を行う。この接着工程では、加熱装置５０を用いて複数本の分割導線２４の第１折り返し部４２ｂと第２折り返し部４２ｄとを加熱する。

図７及び図８に示すように、加熱装置５０は、高周波誘導加熱コイルとして構成されている。すなわち、加熱装置５０は、第１加熱部５２、第２加熱部５４、第１温度センサ５６、第２温度センサ５８及び加熱制御部６０を備える。第１加熱部５２は、第１折り返し部４２ｂを加熱するものであって、第１折り返し部４２ｂを巻芯４０の厚さ方向から挟むように配置された第１加熱コイル６２を有する（図９参照）。第２加熱部５４は、第２折り返し部４２ｄを加熱するためのものであって、第２折り返し部４２ｄを巻芯４０の幅方向から挟むように配置された第２加熱コイル６４を有する。

第１温度センサ５６は、第１加熱部５２によって加熱された第１折り返し部４２ｂの温度を測定する。第２温度センサ５８は、第２加熱部５４によって加熱された第２折り返し部４２ｄの温度を測定する。第１温度センサ５６及び第２温度センサ５８のそれぞれは、例えば、放射温度計が用いられる。この場合、第１折り返し部４２ｂ及び第２折り返し部４２ｄの温度を非接触で測定することができるため、第１温度センサ５６及び第２温度センサ５８に接着層３４（図４参照）が付くことを防止することができる。ただし、第１温度センサ５６及び第２温度センサ５８は、放射温度計に限定されず、任意の温度計を用いることができる。

加熱制御部６０は、第１折り返し部４２ｂが目標温度になるように第１温度センサ５６で測定された温度に基づいて第１加熱部５２の通電量を調整する。また、加熱制御部６０は、第２折り返し部４２ｄが目標温度になるように第２温度センサ５８で測定された温度に基づいて第２加熱部５４の通電量を調整する。

接着工程では、第１加熱部５２を巻芯４０の一端部（矢印Ａ１方向の端部）から他端部（矢印Ａ２方向の端部）に向かって移動させながら加熱制御部６０が第１加熱コイル６２に通電する。これにより、第１折り返し部４２ｂが誘導加熱されるため、接着層３４のうち第１折り返し部４２ｂに設けられた部位が加熱されて接着能力を発揮する。すなわち、同一のコイル１４を形成する分割導線２４における巻芯４０の長手方向に互いに隣接する第１折り返し部４２ｂが接着層３４によって接着される。換言すれば、巻芯４０の長手方向の真ん中に位置する分割導線２４の第１折り返し部４２ｂと両側に位置する分割導線２４の第１折り返し部４２ｂとが互いに接着する。この際、両側に位置する分割導線２４には接着層３４が設けられていないため、矢印Ａ方向に互いに隣接する異なるコイル１４を形成する第１折り返し部４２ｂ同士は接着しない。なお、第１折り返し部４２ｂは、第１頂点部３６ａに対応する部位である。

また、第２加熱部５４を巻芯４０の一端部（矢印Ａ１方向の端部）から他端部（矢印Ａ２方向の端部）に向かって移動させながら加熱制御部６０が第２加熱コイル６４に通電する。これにより、第２折り返し部４２ｄが誘導加熱されるため、接着層３４のうち第２折り返し部４２ｄに設けられた部位が加熱されて接着能力を発揮する。すなわち、同一のコイル１４を形成する分割導線２４における巻芯４０の長手方向に互いに隣接する第２折り返し部４２ｄが接着層３４によって接着される。換言すれば、巻芯４０の長手方向の真ん中に位置する分割導線２４の第２折り返し部４２ｄと両側に位置する分割導線２４の第２折り返し部４２ｄとが互いに接着する。この際、両側に位置する分割導線２４には接着層３４が設けられていないため、矢印Ａ方向に互いに隣接する異なるコイル１４を形成する第２折り返し部４２ｄ同士は接着しない。なお、第２折り返し部４２ｄは、第２頂点部３６ｂに対応する部位である。

この接着工程では、各分割導線２４の第１傾斜直線部４２ａ及び第２傾斜直線部４２ｃは、加熱装置５０によって加熱されない。そのため、第１傾斜直線部４２ａ及び第２傾斜直線部４２ｃは、接着層３４によって互いに接着されることはない。

その後、図３のステップＳ４において、間隔拡大工程を行う。間隔拡大工程では、図１０に示すように、矢印Ａ方向に互いに隣接するコイル１４の間隔を広げる。なお、図１０では、２つの導線束３８（コイル１４）のみを示している。この際、同一のコイル１４の３本の分割導線２４の第１折り返し部４２ｂ及び第２折り返し部４２ｄのみが接着層３４によって互いに接着しているため、これら分割導線２４が散けることを抑制しつつ各分割導線２４を容易に変形させることができる。

続いて、図３のステップＳ５において、成形工程を行う。成形工程では、各コイル１４を図２に示す形状に折り曲げ加工する。なお、各コイル１４の第１折り返し部４２ｂは第１頂点部３６ａになり、各コイル１４の第２折り返し部４２ｄは第２頂点部３６ｂになる。

次いで、図３のステップＳ６において、挿入工程を行う。挿入工程では、図１１に示すように、複数のコイル１４をステータコア２０の内孔２０ａに配置する。この際、各コイル１４のスロット挿入線部３０を対応するスロット２２の径方向内方に位置させる。そして、図示しない治具を用いて複数のコイル１４をステータコア２０の径方向外方に拡径させることにより、スロット挿入線部３０をスロット２２に挿入する。

この場合、１つのコイル１４を３本の分割導線２４で形成しているため、コイル１４の拡径時に必要な曲げ荷重を比較的小さくすることができる。また、同一のコイル１４を形成する第１頂点部３６ａが接着層３４によって互いに接着されるとともに同一のコイル１４を形成する第２頂点部３６ｂが接着層３４によって互いに接着されているため、同一のコイル１４の３本の分割導線２４が散けることはない。さらに、同一のコイル１４を形成する第１頂点部３６ａ及び第２頂点部３６ｂ以外の部位は、接着層３４によって互いに接着されていないため、コイル１４を確実に拡径させることができる。

この場合、本実施形態に係るコイル成形方法及び導線部材１０は、以下の効果を奏する。

コイル成形方法では、複数本の分割導線２４が互いに接触するように複数のコイル１４を密に配置する配置工程と、配置工程の後で、同一のコイル１４を形成する複数本の分割導線２４を互いに接着させる接着工程と、接着工程の後で、複数のコイル１４の互いの間隔を広げる間隔拡大工程と、を行う。

これにより、曲げ荷重を小さくするために、各コイルを複数本の導線に分割した分割導線２４が互いに接着されるため、複数のコイル１４の互いの間隔を広げる際に、同一のコイル１４を形成する複数本の分割導線２４が散けることを抑制することができる。よって、複数のコイル１４を扱い易くすることができる。

複数のコイル１４のそれぞれは、複数のスロット２２に挿入される複数のスロット挿入線部３０と、複数のスロット挿入線部３０の端部同士を繋ぐ複数のターン部（第１ターン部３２ａ、第２ターン部３２ｂ）と、を有する。接着工程では、複数本の分割導線２４のうち複数のターン部（第１ターン部３２ａ、第２ターン部３２ｂ）のそれぞれの頂点（第１頂点部３６ａ、第２頂点部３６ｂ）に対応する部位（第１折り返し部４２ｂ、第２折り返し部４２ｂ）を互いに接着させる。

これにより、接着工程よりも後工程（間隔拡大工程、成形工程、挿入工程）で比較的変形量が小さいターン部（第１ターン部３２ａ、第２ターン部３２ｂ）の頂点（第１頂点部３６ａ、第２頂点部３６ｂ）に対応する部位（第１折り返し部４２ｂ、第２折り返し部４２ｂ）を接着しているため、後工程を円滑に行うことができる。

複数本の分割導線２４の少なくとも１本の表面に物理的作用を付与することによって接着能力を発揮する接着層３４を設ける準備工程を接着工程よりも前に行い、接着工程では、接着層３４に物理的作用を付与することによって、複数本の分割導線２４を互いに接着させる。

これにより、接着工程よりも前工程（準備工程、配置工程）で接着層３４が設けられた分割導線２４が誤って他の部位（他の部材）に接着されてしまうことを防止することができる。

配置工程では、一方向に延在した巻芯４０に複数本の分割導線２４を螺旋状に密に巻回する。

これにより、複数本の分割導線２４を容易に互いに接触させることができる。

導線部材１０は、ステータコア２０の複数のスロット２２に挿入される複数のコイル１４を成形するための複数本の分割導線２４を有する。同一のコイル１４を形成する複数本の分割導線２４のうち互いに接触する面の少なくとも一方には、接着層３４が設けられている。

このような導線部材１０によれば、同一のコイル１４を形成する複数本の分割導線２４を互いに接着させることができるため、これら複数本の分割導線２４がコイル成形時に散けることを抑制することができる。よって、複数のコイル１４を扱い易くすることができる。

導線部材１０において、接着層３４は、物理的作用を付与することによって接着能力を発揮する。

これにより、複数本の分割導線２４を接着させる前にこれら分割導線２４が他の部位（他の部材）に接着されてしまうことを防止することができる。

次に、変形例に係るコイル成形方法について説明する。本変形例では、図１２のステップＳ１０の成形工程を行う。成形工程では、上述した図４の導線部材１０の各導線束３８を図２に示すコイル１４の形状に成形する。

その後、ステップＳ１１の配置工程を行う。配置工程では、図１３に示すように、複数本の分割導線２４が互いに接触するように複数のコイル１４を密にステータコア２０の内孔２０ａに配置する。すなわち、複数のコイル１４をステータコア２０の径方向内方に縮径させた状態でステータコア２０の内孔２０ａに配置する。このとき、複数のコイル１４は、ステータコア２０の周方向に延在している。

そして、図１２のステップＳ１２の接着工程を行う。接着工程では、図１３に示すように、上述した加熱装置５０と同様に構成された加熱装置７０によって、各コイル１４の第１頂点部３６ａ及び第２頂点部３６ｂを加熱することにより、接着層３４の接着能力を発揮させる。そうすると、同一のコイル１４を形成する３本の分割導線２４の第１頂点部３６ａが接着層３４によって互いに接着されるとともに同一のコイル１４を形成する３本の分割導線２４の第２頂点部３６ｂが接着層３４によって互いに接着される。

その後、図１２のステップＳ１３の間隔拡大工程を行う。間隔拡大工程では、ステータコア２０の内孔２０ａにある複数のコイル１４を径方向外側に向けて移動させることで互いの間隔を広げる。これにより、各コイル１４のスロット挿入線部３０が対応するスロット２２の径方向内方に位置する。そして、ステップＳ１４の挿入工程を行う。挿入工程は、上述したステップＳ６の挿入工程と同様である。

このような変形例に係るコイル成形方法であっても上述した図３のフローチャートに従ったコイル成形方法の効果と同様の効果を奏する。

また、配置工程では、複数のコイル１４をステータコア２０の径方向内方に縮径させた状態でステータコア２０の内孔２０ａに配置している。

これにより、複数本の分割導線２４を容易に互いに接触させることができる。

本発明において、各コイル１４（導線束３８）の分割導線２４の数は、２本又は４本以上であってもよい。加熱装置５０、７０は、高周波誘導加熱コイルでなくてもよい。接着層３４は外力を与えて接着能力を発揮するものでなくてもよく、通常の接着剤でもよい。

本発明に係るコイル成形方法及び導線部材は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…導線部材 １４…コイル
２０…ステータコア ２２…スロット
２４…分割導線 ３０…スロット挿入線部
３２ａ…第１ターン部 ３２ｂ…第２ターン部
３４…接着層 ３６ａ…第１頂点部
３６ｂ…第２頂点部

Claims (7)

1. ステータコアの複数のスロットに挿入される複数のコイルを成形するコイル成形方法であって、
   前記複数のコイルのそれぞれは、複数本の分割導線を含み、
   前記複数本の分割導線が互いに接触するように前記複数のコイルを密に配置する配置工程と、
   前記配置工程の後で、同一のコイルを形成する前記複数本の分割導線を互いに接着させる接着工程と、
   前記接着工程の後で、前記複数のコイルの互いの間隔を広げる間隔拡大工程と、を行う、コイル成形方法。
2. 請求項１記載のコイル成形方法であって、
   前記複数のコイルのそれぞれは、
   前記複数のスロットに挿入される複数のスロット挿入線部と、
   前記複数のスロット挿入線部の端部同士を繋ぐ複数のターン部と、を有し、
   前記接着工程では、前記複数本の分割導線のうち前記複数のターン部のそれぞれの頂点に対応する部位を互いに接着させる、コイル成形方法。
3. 請求項１又は２に記載のコイル成形方法であって、
   前記複数本の分割導線の少なくとも１本の表面に物理的作用を付与することによって接着能力を発揮する接着層を設ける準備工程を前記接着工程よりも前に行い、
   前記接着工程では、前記接着層に物理的作用を付与することによって、前記複数本の分割導線を互いに接着させる、コイル成形方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル成形方法であって、
   前記配置工程では、一方向に延在した巻芯に前記複数本の分割導線を螺旋状に密に巻回する、コイル成形方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル成形方法であって、
   前記配置工程では、前記複数のコイルを前記ステータコアの径方向内方に縮径させた状態で前記ステータコアの内孔に配置する、コイル成形方法。
6. ステータコアの複数のスロットに挿入される複数のコイルを成形するための複数の導線束を備え、前記複数の導線束をコイル成形する前の状態の導線部材であって、
   前記複数の導線束は、一列に配置され、
   前記複数の導線束のそれぞれは、前記複数の導線束の並び方向に沿って一列に配置されるとともに同一のコイルを成形するための複数本の分割導線を含み、
   同一の導線束を形成する前記複数本の分割導線のうち互いに接触する面の少なくとも一方には、接着層が設けられ、
   前記複数本の分割導線のうち隣接する導線束に接触する面には、前記接着層が設けられていない、導線部材。
7. 請求項６記載の導線部材であって、
   前記接着層は、物理的作用を付与することによって接着能力を発揮する、導線部材。

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