JP6911729B2

JP6911729B2 - 回転電機のステータコイル

Info

Publication number: JP6911729B2
Application number: JP2017228831A
Authority: JP
Inventors: 高橋　聖; 聖高橋; 宏金原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: JP2019103174A

Description

本発明は、回転電機のステータコイル、特に導体セグメントのリード部の構成に関する。

従来、平角導線からなるＵ字状の導体セグメントを多数、ステータコアのスロットに挿通し、ステータコアの端面から突出した導体セグメントのリード部の端部同士を接合することで形成された回転電機のステータコイルが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１４−１６１２１２号公報

導体セグメントは、導体の周囲に絶縁層が被膜されて構成される。ステータコイルを形成する際には、Ｕ字状の導体セグメントをステータコアのスロットに挿通した後、導体セグメントのリード部をステータコアの端面に向かって曲げ加工してリード部に屈曲部を形成し、その後、リード部の端部同士を接合する。

曲げ加工した際、リード部の屈曲部の内周側の絶縁層が圧縮されるため、内周側の絶縁層の密着力が低下し、絶縁層が剥がれる虞がある。それにより、ステータコイルの絶縁性が低下する虞がある。

本発明の目的は、複数の導体セグメントを用いて形成されるステータコイルにおいて、絶縁性の低下を抑制することである。

本発明の回転電機のステータコイルは、環状のヨークと、前記ヨークの内周面から径方向内方に突出した複数のティースと、前記各ティースの間に形成されたスロットとを有するステータコアに巻回されたステータコイルであり、導体に絶縁層が被膜された導体セグメントを複数、前記スロットに挿通し、前記ステータコアの端面から突出した前記導体セグメントのリード部を曲げ加工し、前記リード部の端部同士を接合することで形成された回転電機のステータコイルであって、前記曲げ加工によって形成された前記リード部の屈曲部の内周側の絶縁層に、前記導体に達しない深さで切欠きが設けられており、前記曲げ加工によって、前記切欠きの内部空間が狭くなるように、前記切欠きの内壁面が互いに向かって近づいている、ことを特徴とする。

本発明によれば、リード部の屈曲部の内周側の絶縁層に導体に達しない深さで切欠きが設けられているため、曲げ加工により屈曲部の内周側の絶縁層が圧縮されることを抑制することができる。そのため、内周側の絶縁層の剥がれを抑制でき、ステータコイルの絶縁性の低下を防ぐことができる。

ステータコイルを形成する工程の手順を示すフローチャートである。導体セグメントの断面図である。導体セグメントに切欠きを形成する方法の一例を示す図である。切欠きが形成された導体セグメントの側面図である。Ｕ字状の導体セグメントをステータコアのスロットへ挿通する様子を示す模式図である。ステータコアの断面図である。ステータコイルが形成されたステータの斜視図である。曲げ加工によりリード部の屈曲部が形成される様子を示す側面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

本実施形態に係る回転電機のステータコイルは、多数のＵ字状の導体セグメントをステータコアのスロットに挿通し、ステータコアの端面から突出した導体セグメントのリード部を曲げ加工し、リード部の端部同士を順次接合することで形成される。回転電機は、ステータコイルが巻装されたステータコアを有するステータと、ステータの内周側に設けられたロータとを備える。回転電機は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車などの電動車両に搭載されて電動機および発電機として使われる。

ここで、本実施形態に係る回転電機のステータコイルの形成方法について説明する。図１は、ステータコイルを形成する工程の手順を示すフローチャートであり、Ｓ１００〜Ｓ１０４が導体セグメントを形成する工程の手順であり、Ｓ１０６〜Ｓ１１０がそれを複数用いたステータコイルを形成する工程の手順である。本実施形態のステータコイルは、曲げ加工によって形成されるリード部の屈曲部の内周側の絶縁層に切欠きが設けられる特徴を有しており、以下、図１のフローを説明しながら、それについて詳しく説明する。

まず、図１のＳ１００で、１つの導体セグメントを構成する長さで切り出された直線状の導体セグメントに切欠きを形成する。図２は、導体セグメント１０の断面図である。図２に示すように、導体セグメント１０は、断面矩形の導体１８の周囲を絶縁層２０で被覆した導線（平角導線）である。導体１８は、導電率の高い銅等の金属であり、絶縁層２０は、絶縁性を有するポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリエステル等である。切欠きは、図２に示す導体セグメント１０の外側の４つの面のうち、導体セグメント１０のリード部が曲げ加工された際に内周側となる面の絶縁層２０に形成される。

図３は、導体セグメント１０に切欠きを形成する方法の一例を示す図である。図３に示すように、複数のローラ１２と、１つの突起付きローラ１４とを備える切欠き形成装置１７を用意する。導体セグメント１０をローラ１２及び突起付きローラ１４で搬送する過程で、突起付きローラ１４の突起１６（図では誇張して描かれている）で導体セグメント１０に切欠きを形成する。なお、ここででは、１つの導体セグメントを構成する長さで切り出された導体セグメント１０に切欠きを形成したが、切り出される前の長い導体セグメントに切欠きを形成した後に、１つの導体セグメントを構成する長さに切り出すようにしてもよい。

図４は、切欠き２２が形成された導体セグメント１０の側面図であり、内部の導体１８が破線で示されている。図４に示すように、切欠き２２は、導体１８に達しない深さで絶縁層２０に形成される。切欠き２２の位置は、曲げ加工する際に、曲げられる部分（屈曲部）の内周側となる位置である。

次に、図１のＳ１０２で、導体セグメント１０の端部の絶縁層を剥離する。これは、導体セグメント１０をステータコアに組み付けた後に、導体セグメント１０の端部（リード部の端部）同士を電気的に接合するためである。

次に、Ｓ１０４で、導体セグメント１０をＵ字状に折り曲げる。図５には、Ｕ字状に折り曲げられた導体セグメント１０が示されている。以上説明した図１のＳ１００〜Ｓ１０４が、導体セグメントの形成工程である。

次に、Ｓ１００〜Ｓ１０４の工程で形成された導体セグメントを複数用いてステータコイルを形成する工程（Ｓ１０６〜Ｓ１１０）について説明する。Ｓ１０６で、複数のＵ字状の導体セグメント１０の各々の２つの脚をステータコアのスロットへ挿通する。図５には、１つのＵ字状の導体セグメント１０の２つの脚２６をステータコア２８のスロットへ挿通する様子が示されている。なお、図５では、ステータコア２８は小さく描かれている。図６は、ステータコア２８の断面を示す断面図である。図６に示すように、ステータコア２８は、環状のヨーク３４と、ヨーク３４の内周面から径方向内方に突出し周方向に間隔において配置された複数のティース３６と、各ティース３６の間に形成されたスロット３８とを有する。ステータコア２８は電磁鋼板を積層することで形成されている。ステータコア２８の予め定められた２つのスロット３８に、導体セグメント１０の２つの脚２６を、図５のようにステータコア２８の軸方向下側から挿通する。これを多数の導体セグメント１０について行う。

次に、図１のＳ１０８で、導体セグメント１０をスロットに挿通することで、ステータコア２８の端面から突出した部分であるリード部を、ステータコア２８の周方向に曲げ加工する。曲げ加工により、リード部がステータコア２８の端面に向かうように屈曲部が形成される。そして、Ｓ１１０で、ステータコア２８の径方向に隣接する、対応する導体セグメントのリード部の端部同士を溶接等により電気的に接合する。図７は、導体セグメントのリード部の端部同士が接合されてステータコイル３２が形成された後のステータ２７の斜視図である。図７において、ステータコア２８の上側端面から突出した導体セグメント１０の部分がリード部４２であり、ステータコア２８の下側端面から突出した導体セグメント１０の部分が反リード部４４である。なお、図７に示すステータコイル３２は、曲げ加工により、リード部４２がステータコア２８の端面に向かうように屈曲部４６（図７のＡで示した部分）が形成されると共に、リード部４２の端部側においてリード部４２が上側に向かうように屈曲部（端部側屈曲部４８）が形成されるものである。

ここで、曲げ加工によるリード部４２の屈曲部４６の形成についてより詳しく説明する。図８は、曲げ加工によりリード部４２の屈曲部４６が形成される様子を示す側面図である。図８に示すように、切欠き２２が形成された直線状のリード部４２が、切欠き２２が形成された部分を内周側として曲げ加工され、屈曲部４６が形成される。この際、曲げ加工した後にリード部４２がスプリングバックすることを見越して、リード部４２を所望の曲げ角度よりも大きく曲げる（オーバーベンドする）。このようにリード部４２がオーバーベンドされた際には、図８の下側に示すように、屈曲部４６の内周側の半径は非常に小さくなる。しかし、本実施形態では、切欠き２２が屈曲部４６の内周側に形成されているため、内周側の絶縁層２０が圧縮されることがない。すなわち、切欠き２２が形成されていない場合には、内周側の絶縁層２０が圧縮されて、その密着力が低下し、絶縁層２０が剥がれてしまう虞があるが、本実施形態ではそれが防がれている。

以上説明した図１のフローによって、回転電機のステータコイルが形成される。このようにステータコイルが形成されるので、曲げ加工によって形成されたリード部４２の屈曲部４６の内周側の絶縁層２０に、導体１８に達しない深さで切欠き２２が設けられる。次に、本実施形態の回転電機のステータコイルの作用効果について説明する。

以上説明した本実施形態の回転電機のステータコイルによれば、導体セグメント１０の曲げられる部分（屈曲部）の内周側に切欠きを設けて曲げ加工が行われるので、屈曲部４６の内周側の絶縁層２０の圧縮を防ぐことができる。これにより、絶縁層２０が剥がれることを防ぐことができ、ステータコイルの絶縁性の低下を抑制することができる。換言すれば、屈曲部４６の内周側の絶縁層２０に切欠き２２を設けることで、屈曲部４６の曲げ角度をより大きくする（屈曲部４６の内周側半径をより小さくする）ことができ、リード部４２をステータコア２８の端面により近づけることができる。これにより、ステータコイルのステータコア２８の端面から突出した部分であるコイルエンドの体格を小さくすることができ、回転電機を小型化することができる。

また、以上説明した本実施形態の回転電機のステータコイルは、切欠き２２が、導体１８に達しない深さで絶縁層２０に形成されている。切欠き２２を導体１８に達する深さまで形成した場合には、導体１８が外部に露出してステータコイルの絶縁性が低下し、切欠き２２が伸展して導体セグメント１０が破断する虞があるが、本実施形態のステータコイルはそれが防がれている。

以上説明した実施形態の回転電機のステータコイルは、リード部４２をステータコア２８の端面に向かうようにする屈曲部４６の内周側の絶縁層に切欠き２２を形成した。しかし、切欠き２２を、導体セグメント１０のその他の曲げられる部分（Ｕ字状に折り曲げられる部分や、図７の端部側屈曲部４８）の内周側の絶縁層２０に設けてもよい。このようにすれば、導体セグメント１０のその他の曲げられる部分の内周側の絶縁層２０の圧縮も防ぐことができる。

また、以上説明した実施形態の切欠きは三角形状であったが、切欠きは、四角形状（凹み形状）や台形状でもよい。また、屈曲部４６の内周側の絶縁層に、櫛歯のような複数の切欠きを形成してもよい。屈曲部４６の内周側の絶縁層を薄肉にできればよく、絶縁層の加工形態は限定されない。

また、以上説明した実施形態の切欠き２２は、図３に示した突起付きローラ１４で形成した。しかし、切欠き２２は、その他の方法で形成されてもよく、例えば、レーザー加工や機械加工、薬品によるエッチングにより形成されてもよい。

また、以上説明した実施形態では、導体セグメント１０のリード部４２をオーバーベンドさせて曲げ加工を行った。しかし、曲げ加工は、オーバーベンドさせずに行ってもよい。曲げ加工の方法は、以上説明したものに限定されず、例えば、導体セグメント１０のリード部４２をダイスとパンチで挟んで圧縮することにより行われるものであってもよい。

１０導体セグメント、１２ローラ、１４突起付きローラ、１６突起、１７切欠き形成装置、１８導体、２０絶縁層、２２切欠き、２６脚、２７ステータ、２８ステータコア、３２ステータコイル、３４ヨーク、３６ティース、３８スロット、４２リード部、４４反リード部、４６屈曲部、４８端部側屈曲部。

Claims

環状のヨークと、前記ヨークの内周面から径方向内方に突出した複数のティースと、前記各ティースの間に形成されたスロットとを有するステータコアに巻回されたステータコイルであり、
導体に絶縁層が被膜された導体セグメントを複数、前記スロットに挿通し、前記ステータコアの端面から突出した前記導体セグメントのリード部を曲げ加工し、前記リード部の端部同士を接合することで形成された回転電機のステータコイルであって、
前記曲げ加工によって形成された前記リード部の屈曲部の内周側の絶縁層に、前記導体に達しない深さで切欠きが設けられており、
前記曲げ加工によって、前記切欠きの内部空間が狭くなるように、前記切欠きの内壁面が互いに向かって近づいている、
回転電機のステータコイル。