JP7000134B2 - ステータコイル、及び、そのリード部の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータコイル、及び、そのリード部の形成方法に関する。

従来、回転電機のステータコアのスロットに多数のＵ字状を有する導体セグメントを挿通し、それらを順次接合して形成されたステータコイルが提案されている。

特許文献１には、連続する平角導線を所望の位置で曲げて曲がり部を形成し、曲がり部において当該導線を切断して導体セグメントを切り出し、切り出した導体セグメントをＵ字状に折り曲げることで、導体セグメントを形成する方法が開示されている。曲がり部において導線を切断することで、導体セグメントのリード部の端部には、ステータコアへ実装された際のステータコアの軸方向外方へ曲がった屈曲部が形成されている。屈曲部により、多数のＵ字状の導体セグメントをステータコアへ実装してステータコイルを形成した際に、ステータコアの軸方向に隣接する他の導体セグメントとの距離があき、絶縁距離が確保されている。

特開２０１７－８５７０１号公報

導体セグメントに屈曲部が設けられる場合、その曲げられた部分は応力（ストレス）がかかる。特に、屈曲部の内側（曲率半径が小さい側）は、曲げに伴って導線の体積が小さくなり、絶縁皮膜の密着力が低下する。このような絶縁皮膜の密着力が低下した部分は、導体セグメントのリード部同士をレーザで接合する際の熱により、絶縁皮膜の浮きが発生することがあり、絶縁不良の原因となる。

一方で、導体セグメントに屈曲部を設けて、他の導体セグメントとの距離をあけ、絶縁距離を確保することが望まれる。

本発明の目的は、ステータコアに実装した際に、他の導体セグメントとの絶縁距離を確保することができ、絶縁皮膜の浮きによる絶縁不良を抑制することができる導体セグメントを備えたステータコイルを提供することにある。

本発明のステータコイルは、平角導線からなる導体セグメントを複数備えるステータコイルであって、導体セグメントのリード部の端部に、導体セグメントがステータコアへ実装された際の軸方向にステータコアから離れる向きへ曲がった屈曲部であり一部が切除された屈曲部が設けられており、前記屈曲部の曲げ方向内周側における絶縁皮膜が切除されていると共に、前記屈曲部が疑似円弧状に切除されて導体セグメント同士を接合する際のレーザ照射面が形成されており、導体セグメント同士が接合される際に前記レーザ照射面とは異なる面において他の導体セグメントと接する接合面の絶縁皮膜が剥離されている、ことを特徴とする。

本発明のステータコイルにおいて、前記屈曲部の外側折り曲がり部の一部には絶縁皮膜が残留している、としても好適である。

本発明のステータコイルにおいて、前記接合面の絶縁皮膜が剥離されている領域は、前記屈曲部の外側折り曲がり部から所定距離だけ離れた位置にある、としても好適である。

本発明のステータコイルのリード部の形成方法は、平角導線からなる導体セグメントを複数備えるステータコイルのリード部の形成方法であって、導体セグメントのリード部の端部を、導体セグメントがステータコアへ実装された際の軸方向にステータコアから離れる向きへ曲げて屈曲部を形成する曲げ工程と、前記屈曲部の内側折り曲がり部の絶縁皮膜を切除すると共に、前記屈曲部を疑似円弧状に切除する切除工程と、導体セグメント同士が接合される際に他の導体セグメントと接する接合面の絶縁皮膜を剥離する剥離工程と、を備え、前記切除工程によって、前記屈曲部の一部が成形されて導体セグメント同士を接合する際のレーザ照射面が形成される、ことを特徴とする。

本発明のステータコイルのリード部の形成方法において、前記切除工程において、前記屈曲部の外側折り曲がり部の一部には絶縁皮膜が残留される、としても好適である。

本発明のステータコイルのリード部の形成方法において、前記曲げ工程は、導体セグメントのリード部の端部の所定位置を治具にて押圧することにより行われ、前記切除工程において前記屈曲部が切除される部分には、前記曲げ工程において導体セグメントと前記治具との接触部が含まれる、としても好適である。

本発明のステータコイルのリード部の形成方法において、前記剥離工程において、前記接合面の絶縁皮膜を剥離する領域は、前記屈曲部の外側折り曲がり部から所定距離だけ離れた位置である、としても好適である。

本発明によれば、導体セグメントに屈曲部が設けられていることで、導体セグメントをステータコアに実装した際に他の導体セグメントとの絶縁距離を確保することができ、
絶縁皮膜の浮きが発生し易い屈曲部の内側における絶縁皮膜が切除されていることで、ステータコアに実装した際に絶縁不良が起こることを抑制することができる。

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。 切り出された導体セグメントを示す側面図である。 導体セグメントのリード部の端部に屈曲部を形成する様子を示す図である。 屈曲部の一部を切除する様子を示す図である。 屈曲部の一部が切除されたリード部の端部を示す斜視図である。 接合面の絶縁皮膜が剥離された状態を示す側面図である。 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入する様子を示す模式図である。 複数の導体セグメントのリード部をステータコアの周方向に倒し込んだ状態を示すステータコアの側面図である。 接合される２つの導体セグメントのリード部の端部を示す斜視図である。 ステータコアに実装された複数の導体セグメントのリード部を示す側面図である。 図１０の破線で囲まれた領域を拡大した側面図である。

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。

本実施形態に係る導体セグメントは、回転電機のステータコイルを構成するものである。多数のＵ字状の導体セグメントがステータコアのスロットに挿通され、それらのリード部の端部が順次接合されることで、ステータコイルが形成される。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～Ｓ１０８が導体セグメントを形成する工程の手順であり、Ｓ１１０～Ｓ１１４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。本実施形態の導体セグメントは、そのリード部の端部に特徴を有しており、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、例えば、ボビンなどに巻かれた導線を引き出し、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。なお、導線は、平角導線であり、平角導線は、導電率の高い銅等の金属（導体）の周囲に絶縁皮覆が施されて構成されている。絶縁皮覆は、絶縁性の高いエナメル等の樹脂が用いられている。

次に、真直出しがされた導線を、１つの導体セグメントを構成する長さで切り出し、直線状の導体セグメントを得る。図２は、切り出された導体セグメント１０を示す側面図である。図２に示すように、導体セグメント１０の両端には、導体セグメント１０をＵ字状にしてステータコアのスロットに挿入した際にステータコア端面から突出する部分であるリード部１１ａ，１１ｂが存在する。また、図２において破線で囲んで示すように、各々のリード部１１ａ，１１ｂの先端部分であるリード部の端部１２ａ，１２ｂが存在する。

次に、図１のＳ１０２で、リード部の端部１２ａ，１２ｂ（平角導線の端部）を曲げて、リード部の端部１２ａ，１２ｂに屈曲部を形成する（曲げ工程）。図３は、導体セグメント１０のリード部の端部１２ａに屈曲部２０を形成する様子を示す図である。なお、以降、図３～図６を用いて、一方のリード部の端部１２ａに対する処理を説明するが、他方のリード部の端部１２ｂについても左右対称に同じ処理が行われる。図３に示すように、導体セグメントは、クランプ１４に挟まれて固定され、リード部の端部１２ａの所定位置を押圧治具１８で押圧することにより、リード部の端部１２ａに屈曲部２０を形成する。具体的には、導体セグメントをステータコアへ実装した際に、リード部の端部１２ａがステータコアの軸方向外方へ曲がるように屈曲部２０を形成する。換言すれば、導体セグメントをステータコアへ実装した際に、リード部の端部１２ａが軸方向にステータコアから離れる向きへ曲がるように屈曲部２０を形成する。これにより、後述するように、導体セグメントをステータコアへ実装した際に、ステータコアの軸方向に隣り合う他の導体セグメントとの絶縁距離が確保されることになる。

次に、図１のＳ１０４で、屈曲部２０の一部を切除する（切除工程）。図４は、屈曲部２０の一部を切除する様子を示す図である。図４の上側には、屈曲部２０を切除する前の状態が示され、切除する位置が一点鎖線で示されており、その下側には、屈曲部２０を切除した後の状態が示され、切除した範囲ＰＲが示されている。この工程により、図４に示すように、屈曲部の内側２２（屈曲部の内側折り曲がり部）における絶縁皮膜が切除されると共に、屈曲部２０が疑似円弧状に切除される。換言すれば、屈曲部２０の曲げ方向内周側における絶縁皮膜が切除されると共に、屈曲部２０が疑似円弧状に切除される。このように、屈曲部の一部の絶縁皮膜と内部の導体とが切除される。

屈曲部を形成したことで、屈曲部の内側２２は導線の体積が小さくなって絶縁皮膜の密着力が低下しており、このような絶縁皮膜の密着力が低下した部分は、導体セグメントのリード部の端部同士をレーザで接合する際の熱により絶縁皮膜の浮きが発生して絶縁不良の原因となる。しかし、本実施形態の導体セグメントは、上記のように屈曲部の内側２２の絶縁皮膜が切除されるので、この問題が生じることを防ぐことできる。

上記のように、屈曲部２０が疑似円弧状に切除されることで、その一部が成形されて、導体セグメントのリード部の端部同士を接合する際のレーザ照射面が形成される。図５は、屈曲部２０の一部が切除された導体セグメントのリード部の端部１２ａの斜視図である。図５において、斜線で屈曲部２０が切除されることで内部の導体が露出した領域（導体露出領域３０）が示されており、破線で囲んでレーザ照射面３６が示されている。

なお、この切除工程において、屈曲部が切除される部分には、屈曲部を形成する工程（曲げ工程）において、押圧治具１８が平角導線と接触した部分（接触部）が含まれる。押圧治具１８が平角導線と接触した際に、その接触した部分の絶縁皮膜に傷がつく虞があり、その場合、導体セグメントをステータコアに実装した際に絶縁不良の原因となり得る。
しかし、本実施形態では、接触部の絶縁皮膜は切除されており、傷がついた絶縁皮膜が導体セグメントに残ることがないため、絶縁不良が防がれている。

また、図４の下側および図５に示すように、この切除工程において、屈曲部の外側２４（屈曲部の外側折り曲がり部）の一部には絶縁皮膜が残留される。これにより、後述するように、導体セグメントをステータコアへ実装した際に、ステータコアの軸方向に隣り合う他の導体セグメントとの絶縁性が確保されるようになっている。

図１に戻り、導体セグメント１０の形成工程の説明を続ける。Ｓ１０４の後は、Ｓ１０６で、導体セグメント同士が接合される際にレーザ照射面３６とは異なる面において他の導体セグメントと接する接合面の絶縁皮膜を剥離する（剥離工程）。図６は、接合面３８の絶縁皮膜が剥離された状態を示す側面図である。図６に示すように、接合面３８の絶縁皮膜が剥離されている領域（剥離領域４０）は、屈曲部の外側折り曲がり部２４から所定距離だけ離れた位置にある。これにより、後述するように、導体セグメントをステータコアへ実装した際に、ステータコアの軸方向に隣り合う他の導体セグメントとの絶縁距離が確保されるようになっている。

次に、図１のＳ１０８で、導体セグメント１０をＵ字状に折り曲げる。図７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Ｓ１００～Ｓ１０８が、導体セグメントの形成工程である。

次に、Ｓ１００～Ｓ１０８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（Ｓ１１０～Ｓ１１４）について説明する。なお、このステータコイルの形成工程は、従来技術（例えば特許文献１）と同様であるため、簡略化して説明する。

Ｓ１１０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させる（組み付け工程）。図７には、１つのＵ字状の導体セグメント１０の２つの脚１３をステータコアのスロットへ挿通させる様子が示されている。なお、図７では、ステータコア４２は小さく描かれている。ステータコア４２は、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。この工程では、Ｕ字状の各導体セグメント１０の２つの脚１３を、ステータコアのスロットに対して挿通させることで、各導体セグメント１０をステータコア４２のスロットに組み付ける。

次に、Ｓ１１２で、ステータコアの端面から突出した各導体セグメント１０のリード部を、ステータコアの周方向に倒し込む（倒し込み工程）。図８は、各導体セグメント１０のリード部１１をステータコア４２の周方向に倒し込んだ状態を示すステータコア４２の側面図である。例えば、これは、最外周にある導体セグメント１０のリード部１１を周方向かつ反時計方向に倒し込み、それらの径方向内方に隣接する導体セグメント１０のリード部１１を周方向かつ時計方向に倒し込み、さらにそれらの径方向内方に隣接する導体セグメント１０のリード部１１を周方向かつ反時計方向に倒し込むといったように、交互に方向を変えながら倒し込む。この導体セグメント１０のリード部１１の倒し込みは、例えば、円環状のコイルエンド折曲治具を用いて行う。

次に、Ｓ１１４で、ステータコア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接合する（接合工程）。図９は、接合される２つの導体セグメントのリード部の端部１２を示す斜視図である。この接合工程では、隣接する各導体セグメントのリード部の端部１２の接合面を密着させ、接合面の剥離領域同士を密着させた状態で、内部の導体が露出したレーザ照射面３６にレーザを照射して溶接（レーザ溶接）することで、端部１２同士を接合する。レーザ照射面３６は、切除工程（図１のＳ１０４）によって疑似円弧状に形成されている（Ｒ付けがされている）。そのため、図９に示すように、２つの導体セグメントの接合面を密着させた際には、２つのレーザ照射面３６によりほぼ段差のない１つの湾曲したレーザ照射面が形成される。この形成された１つのレーザ照射面にレーザ照射することで、２つの端部１２同士が接合不良を起こすことなく確実に接合される。

以上説明した図１のフローによって、ステータコイルが形成されることになる。なお、このようにして形成されたステータコイルのうち、ステータコアの端面から突出した部分（複数の導体セグメント１０のリード部１１）が、ステータコイルのリード部である。次に、本実施形態のステータコイルの作用効果について説明する。

図１０は、ステータコア４２に実装された複数の導体セグメントのリード部１１を示す側面図であり、図１１は、図１０の破線で囲まれた領域を拡大した側面図である。図１１には、見えている側面と反対側の側面である接合面における剥離領域４０の外郭が仮想線（一点鎖線）で示されている。図１０，１１に示すように、導体セグメントがステータコアに実装された際には、ステータコアの軸方向において、導体セグメントのリード部１１同士が隣接する。よって、軸方向において隣接する他の導体セグメントのリード部１１との絶縁を確保する必要がある。

本実施形態のステータコイルを構成する導体セグメント１０は、リード部の端部１２に屈曲部が形成されている。そのため、図１１に示すように、軸方向に隣り合う他の導体セグメントのリード部１１との間に空隙５０が生じ、他の導体セグメントのリード部１１との絶縁距離を確保することができる。また、本実施形態の導体セグメント１０によれば、図１１に示すように、屈曲部の外側折り曲がり部２４には絶縁皮膜が残留しているため、軸方向に隣り合う他の導体セグメントのリード部との絶縁性を確保することができる。さらに、本実施形態の導体セグメント１０によれば、接合面３８の剥離領域４０は、屈曲部の外側折り曲がり部２４から所定距離だけ離れた位置にあるため、軸方向に隣り合う他の導体セグメントのリード部との絶縁距離を大きく確保することができる。このように、本実施形態の導体セグメント１０は、相乗的に、隣接する他の導体セグメントとの絶縁対策がされた構成であり、他の導体セグメントとの絶縁を確実に確保することができる。

また、本実施形態のステータコイルを構成する導体セグメント１０は、屈曲部を形成したことでストレスがかかり密着力が低下した屈曲部の内側の絶縁皮膜は切除されている。よって、本実施形態の導体セグメント１０は、このような密着力が低下した絶縁皮膜が導体セグメントに残ることで、端部同士をレーザで接合する際の熱により密着力が低下した絶縁皮膜の浮きが発生し、絶縁不良が発生してしまうことがない。このように、本実施形態のステータコイル、及び、ステータコイルを構成する導体セグメント１０は、絶縁性が高いものである。

１０ 導体セグメント、１１，１１ａ，１１ｂ リード部、１２，１２ａ，１２ｂ リード部の端部、１３ 脚、１４ クランプ、１８ 押圧治具、２０ 屈曲部、２２ 屈曲部の内側（屈曲部の内側折り曲がり部）、２４ 屈曲部の外側（屈曲部の外側折り曲がり部）、２６ 屈曲部の内側始点、２８ 屈曲部の外側始点、３０ 導体露出領域、３６ レーザ照射面、３８ 接合面、４０ 剥離領域、４２ ステータコア、５０ 空隙。

Claims (5)

1. 平角導線からなる導体セグメントを複数備えるステータコイルであって、
   導体セグメントのリード部の端部に、導体セグメントがステータコアへ実装された際の軸方向にステータコアから離れる向きへ曲がった屈曲部であり一部が切除された屈曲部が設けられており、
   前記屈曲部の曲げ方向内周側における絶縁皮膜が切除されていると共に、前記屈曲部が疑似円弧状に切除されて導体セグメント同士を接合する際のレーザ照射面が形成されており、
   導体セグメント同士が接合される際に前記レーザ照射面とは異なる面において他の導体セグメントと接する接合面の絶縁皮膜が剥離されており、
   前記屈曲部の外側折り曲がり部の一部には絶縁皮膜が残留している、
   ことを特徴とするステータコイル。
2. 請求項１に記載のステータコイルであって、
   前記接合面の絶縁皮膜が剥離されている領域は、前記屈曲部の外側折り曲がり部から所定距離だけ離れた位置にある、
   ことを特徴とするステータコイル。
3. 平角導線からなる導体セグメントを複数備えるステータコイルのリード部の形成方法であって、
   導体セグメントのリード部の端部を、導体セグメントがステータコアへ実装された際の軸方向にステータコアから離れる向きへ曲げて屈曲部を形成する曲げ工程と、
   前記屈曲部の内側折り曲がり部の絶縁皮膜を切除すると共に、前記屈曲部を疑似円弧状に切除する切除工程と、
   導体セグメント同士が接合される際に他の導体セグメントと接する接合面の絶縁皮膜を剥離する剥離工程と、を備え、
   前記切除工程によって、前記屈曲部の一部が成形されて導体セグメント同士を接合する際のレーザ照射面が形成され、
   前記切除工程において、前記屈曲部の外側折り曲がり部の一部には絶縁皮膜が残留される、
   ことを特徴とするステータコイルのリード部の形成方法。
4. 請求項３に記載のステータコイルのリード部の形成方法であって、
   前記曲げ工程は、導体セグメントのリード部の端部の所定位置を治具にて押圧することにより行われ、
   前記切除工程において前記屈曲部が切除される部分には、前記曲げ工程において導体セグメントと前記治具との接触部が含まれる、
   ことを特徴とするステータコイルのリード部の形成方法。
5. 請求項３または４に記載のステータコイルのリード部の形成方法であって、
   前記剥離工程において、前記接合面の絶縁皮膜を剥離する領域は、前記屈曲部の外側折り曲がり部から所定距離だけ離れた位置である、
   ことを特徴とするステータコイルのリード部の形成方法。

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