JP7053419B2

JP7053419B2 - 折り曲げ成形治具

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Publication number: JP7053419B2
Application number: JP2018172187A
Authority: JP
Inventors: 惟樹後藤; 大介水島; 泰之平尾; 洋明武田; 翔安田
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-09-14
Also published as: US11114923B2; CN110912347A; JP2020048245A; CN110912347B; US20200091800A1

Description

本発明は、ステータコアのスロットに挿入されたＵ字状導体の突出部分を折り曲げ成形する際に用いられる折り曲げ成形治具の構造に関する。

ステータコアのスロットにＵ字状導体（セグメントコイル）を挿入し、ステータコアの軸方向端面から突出する突出部分を周方向に折り曲げ成形し、半径方向に隣接する突出部分の先端部間を溶接してステータコイルを構成する方法が用いられている。

先端部間の溶接はレーザ溶接によって行われるが、この際、半径方向に隣接する先端部の位置を軸方向、周方向で合わせておくことが必要となる。このため、位置決め治具で先端部の軸方向、周方向の位置を保持し、押さえ治具で先端部を半径方向に固定した状態で溶接を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－８５８０６号公報

一方、近年、折り曲げ成形後の先端部の軸方向、周方向の位置を溶接可能な程度に揃え、半径方向のみを押さえ治具で固定して先端部の溶接を行う方法が用いられている。また、ステータコアの軸方向端面から突出するコイルエンドの高さを低くしてモータを小型化することが求められている。コイルエンドの高さを低くするためには、Ｕ字状導体の突出部の曲げ成形量を大きくして、突出部の先端の高さを低くすることが必要となる。しかし、Ｕ字状導体の折り曲げ成形量を大きくすると折り曲げ荷重によって突出部の先端が屈曲してしまう場合がある。この場合、折り曲げ成形後の先端部の軸方向端面に段差ができてしまい、レーザ溶接の際の局所加熱によりスパッタが起きる可能性があった。

そこで、本発明は、ステータコアのスロットに挿入されたＵ字状導体を折り曲げ成形する際の先端部の屈曲を抑制可能な折り曲げ成形治具を提供することを目的とする。

本発明の折り曲げ成形治具は、ステータコアのスロットに挿入されたＵ字状導体の脚部の内の前記ステータコアの軸方向の端面から突出した突出部分を周方向に向かって折り曲げ成形する際に用いる折り曲げ成形治具であって、円環状のリング部と、前記リング部の前記軸方向端面から軸方向に突出する爪部と、を備え、前記爪部は、前記リング部の軸方向端面から軸方向に立ち上がり、表面が周方向に向き、前記突出部分を折り曲げ成形する際に、周方向から前記突出部分の先端部に当接する第１当接面と、前記爪部の突端で前記リング部の前記軸方向端面と対向するように前記第１当接面から周方向に突出した突部と、を備え、前記突出部分を折り曲げ成形する際に、前記リング部の前記軸方向端面は前記突部に向かって軸方向から前記突出部分の前記先端部の一方側に当接し、前記突部は前記リング部の前記軸方向端面に向って軸方向から前記突出部分の前記先端部の他方側に当接すること、を特徴とする。また、本発明の折り曲げ成形治具において、前記爪部は、前記第１当接面と周方向反対側に向いた第２当接面を更に備えており、前記第２当接面は、前記突出部分を折り曲げ成形する際に、前記突出部分の前記先端部の一方側に当接してもよい。

本発明は、ステータコアのスロットに挿入されたＵ字状導体を折り曲げ成形する際の先端部の屈曲を抑制可能な折り曲げ成形治具を提供できる。

実施形態の折り曲げ成形治具を示す斜視図である。図１のＡ部の詳細斜視図である。ステータコアのスロットにＵ字状導体を挿入する工程を示す説明図である。Ｕ字状導体の突出部分を折り曲げ成形し、先端を溶接して構成されたステータコイルの周方向展開図である。実施形態の折り曲げ成形治具を用いたＵ字状導体の突出部分の折り曲げ成形工程を示す説明図である。図５に示す押圧工程の拡大図である。実施形態の折り曲げ成形治具を用いてＵ字状導体を折り曲げ成形した後の半径方向に隣接するＵ字状導体の先端部が重なりあった状態を示す立面図である。Ｕ字状導体の下辺部の折り曲げ成形前後の形状の変化を示すグラフである。比較例の折り曲げ成形治具を用いてＵ字状導体を折り曲げ成形した際の押圧工程を示す図である。比較例の折り曲げ成形治具を用いてＵ字状導体を折り曲げ成形した後の半径方向に隣接するＵ字状導体の先端部が重なりあった状態を示す立面図である。他の実施形態の折り曲げ成形治具の爪部を示す図である。他の実施形態の折り曲げ成形治具の爪部を示す図である。他の実施形態の折り曲げ成形治具の爪部を示す図である。

以下、図面を参照しながら実施形態の折り曲げ成形治具１０について説明する。図１に示すように、折り曲げ成形治具１０は、円環状のリング部１１と、リング部１１の軸方向端面１２から軸方向に突出する爪部１３とを備えている。

図２に示すように、爪部１３は、リング部１１の軸方向端面１２から軸方向に立ち上がり、表面が周方向に向いた第１当接面１４と、爪部１３の突端で第１当接面１４から周方向に突出した鉤状の突部１５とを備えている。後で説明するように、第１当接面１４は、図４に示すステータコイル２５の製造工程において、Ｕ字状導体３０の突出部分３２を折り曲げ成形する際に、周方向から突出部分３２の先端部３３に当接する面である。また、突部１５は、ステータコイル２５の製造工程において、Ｕ字状導体３０の突出部分３２を折り曲げ成形する際に、リング部１１の軸方向端面１２に向って軸方向から突出部分３２の先端部３３に当接する部分である。

また、爪部１３は、リング部１１の軸方向端面１２から立ち上がり、表面が第１当接面１４と周方向反対側に向いた第２当接面１６を備えている。第２当接面１６も第１当接面１４と同様、Ｕ字状導体３０の突出部分３２を折り曲げ成形する際に、周方向から突出部分３２の先端部３３に当接する面である。

次に図３から図４を参照しながらステータコイル２５を製造する工程の概要について説明する。

最初に、図３に示すように、平角線をＵ字状に成形したＵ字状導体３０をステータコア２０のスロット２１（図４、５参照）に挿入する。図３に示すように、Ｕ字状導体３０は、互いに平行な２つの脚部３１ａと各脚部３１ａを接続する接続部３１ｂとで構成される。図４に示すように、各脚部３１ａをステータコア２０の異なるスロット２１に挿入すると、脚部３１ａの先端は、ステータコア２０の軸方向端面２２から突出する。ステータコア２０の軸方向端面２２から突出した突出部分３２を折り曲げ成形治具１０を用いて周方向に折り曲げる。そして、折り曲げ成形した突出部分３２の先端部３３を溶接で接続すると、図４に示すように、スロット２１の間のティース２４の外面に巻回されたステータコイル２５が形成される。なお、図４の符号３７は、溶接部を示す。

次に、図５、６を参照しながら、実施形態の折り曲げ成形治具１０を用いてＵ字状導体３０の突出部分３２を折り曲げ成形する工程について説明する。図５に示すように、折り曲げ成形工程は、曲げ工程と押圧工程の２つの工程を含んでいる。以下の説明では、突出部分３２を折り曲げる周方向を第１周方向、第１周方向と反対の周方向を第２周方向として説明する。

折り曲げ成形治具１０は、ステータコア２０の軸方向端面２２の上側に配置された折り曲げ加工装置（図示せず）に取り付けられており、ステータコア２０の軸方向の中心線２６（図３参照）の周りに周方向に移動すると共に軸方向に移動する。

図５中の曲げ工程（１）から（３）に示すように、折り曲げ加工装置は、折り曲げ成形治具１０の第２当接面１６を突出部分３２の先端部３３の第２周方向側の面に当接させて折り曲げ成形治具１０を第１周方向に回転させると共に、ステータコア２０に向かって軸方向に移動させる。これにより、突出部分３２は根元部３４の点Ｇ１を曲げ起点として第１周方向に折り曲げられる。

次に、折り曲げ加工装置は、折り曲げ成形治具１０を上方向に移動させてから、突部１５の第２方向側の端部が突出部分３２の先端部３３よりも第１周方向となるまで第１方向に回転させた後、図６に示すように、折り曲げ成形治具１０のリング部１１の軸方向端面１２が突出部分３２の先端部３３の上辺部３５の側に接し、突部１５の上側部分が突出部分３２の先端部３３の下側に接するように折り曲げ成形治具１０の位置をセットする。

次に、折り曲げ加工装置は、再度、折り曲げ成形治具１０を第１周方向に移動させながらステータコア２０に向かって軸方向に移動させていく。この際、折り曲げ成形治具１０が突出部分３２の先端部３３を第２周方向に押圧するように、押圧工程（１）の開始時の根元部３４と突出部分３２の先端部３３との距離Ｌ１が押圧工程（２）の終了時には距離Ｌ２のように短くなるように折り曲げ成形治具１０を移動させる。

図６に示すように、押圧工程の間、突出部分３２の先端部３３の上辺部３５には、リング部１１の軸方向端面１２から軸方向にステータコア２０に向かう荷重Ｆ１がかかる。また、突出部分３２の先端部３３の第１周方向側の端部には、第１当接面１４から第２周方向に向かう荷重Ｆ２が掛かる。また、突出部分３２の先端部３３の下辺部３６の第１周方向側の先端には、突部１５からリング部１１の軸方向端面１２に向かう上向きの荷重Ｆ３が加わる。

荷重Ｆ１によって突出部分３２は、第１周方向に向かって更に折り曲げられていく。また、荷重Ｆ２によって突出部分３２の先端部３３の第１周方向の位置が調整される。更に、荷重Ｆ１とＦ３とによって突出部分３２の先端部３３がリング部１１の軸方向端面１２と突部１５との間に挟みこまれ、先端部３３の上辺部３５とリング部１１の軸方向端面１２との相対位置が保持される。このため、荷重Ｆ３により先端部３３の第１周方向側の先端のステータコア２０の側への屈曲変形量が低減され、先端部３３の上辺部３５が水平から傾斜することが抑制される。

図７に示すように、折り曲げ成形工程が終了した状態では、先端部３３の上辺部３５はレーザ溶接に支障がない程度に水平となる。このため、突出部分３２の先端部３３と半径方向に隣接する他の突出部分３２ａの先端部３３ａとを半径方向に重ね合わせた際に、各突出部分３２，３２ａの上辺部３５，３５ａは、いずれも略水平となる。これにより、各突出部分３２，３２ａの上辺部３５，３５ａの間に段差ができることがなく、レーザ溶接で焦点が合わなかったり、溶融池が不安定になったり、局所加熱によりスパッタが発生したりする等の問題が起こることを抑制できる。このため、好適な溶接部３７を形成することができる。

図８は、突出部分３２の一般部の下面３２ｂを基準にした先端部３３の下辺部３６の長手方向に対する高さの変化を示す図である。図８中の破線ａは、折り曲げ前の下辺部３６の高さの変化を示し、実線ｂは実施形態の折り曲げ成形治具１０を用いて突出部分３２を折り曲げ成形した後の先端部３３の下辺部３６の高さの変化を示し、一点鎖線ｃは、後で説明する対比例の折り曲げ成形治具１００を用いて突出部分３２を折り曲げ成形した後の先端部３３の下辺部３６の高さの変化を示す。図８においては、折り曲げ成形後の下辺部３６の高さが高いほど、折り曲げ成形の際の下辺部３６の高さの低下量が少なく先端部３３の屈曲も少なく、折り曲げ成形後の下辺部３６の高さが低いほど、折り曲げ成形の際の下辺部３６の高さの低下量が大きく先端部３３の屈曲も大きいことを示す。

そして、図８中の高さＨｓは、折り曲げ成形後に先端部３３の上辺部３５の水平度が溶接に支障がない程度となる下辺部３６の高さの変化限界を示している。折り曲げ後の下辺部３６の高さの変化が高さＨｓよりも低くなると屈曲により上辺部３５の水平度が溶接に支障がある程度にばらつき、Ｈｓよりも高い場合には屈曲量が少なく、上辺部３５の水平度のばらつきは溶接に支障のない範囲になっている。

図８に示すように、実施形態の折り曲げ成形治具１０を用いて突出部分３２の折り曲げ成形を行った場合には、折り曲げ成形後の下辺部３６の高さはＨｓよりも高くなっており、折り曲げ成形後の先端部３３の上辺部３５の水平度が溶接に支障がない程度に保たれていることがわかる。

次に、対比例の折り曲げ成形治具１００を用いて突出部分３２を折り曲げ成形した場合について説明する。先に図５から図８を参照して説明した実施形態の折り曲げ成形治具１０を用いた場合と同様の工程、動作については説明を省略する。図９に示すように、対比例の折り曲げ成形治具１００は、図６を参照して説明した実施形態の折り曲げ成形治具１０の突部１５がないものである。

図９に示すように、対比例の折り曲げ成形治具１００は突部１５がないので、押圧工程において、先端部３３に掛かる荷重Ｆ１とＦ２により、先端部３３の第１周方向側の先端がステータコア２０の側へ屈曲変形する。このため、折り曲げ成形後の先端部３３の上辺部３５が水平から傾斜してしまう。この際の、先端部３３の下辺部３６の高さの変化は図８に一点鎖線ｃで示すように、高さＨｓよりも低くなる。

このため、図１０に示すように、突出部分３２の先端部３３と半径方向に隣接する他の突出部分３２ａの先端部３３ａとを半径方向に重ね合わせた際に、突出部分３２の上辺部３５は、第１周方向に向かってステータコア２０の側に傾斜し、逆に他の突出部分３２の先端部３３ａの上辺部３５ａは第２周方向に向かってステータコア２０の側に傾斜している。そして、各上辺部３５，３５ａの間に段差ができ、レーザ溶接で焦点が合わなかったり、溶融池が不安定になったり、局所加熱によりスパッタが発生したりする場合がある。

以上説明したように、実施形態の折り曲げ成形治具１０はステータコア２０のスロット２１に挿入されたを構成するＵ字状導体３０の突出部分３２を折り曲げ成形する際の先端部３３の屈曲を抑制することができる。更に、突出部分３２の折り曲げ量を大きくし、突出部分３２を折り曲げ成形する際の先端部３３の屈曲を抑制することができるので、先端部３３の高さを低くし、ステータの高さを低くすることができる。

図１１から図１３を参照しながら他の実施形態の折り曲げ成形治具１０ａ～１０ｃについて説明する。先に図５から図８を参照して説明した実施形態の折り曲げ成形治具１０と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

図１１に示す折り曲げ成形治具１０ａは、爪部１３ａの突部１５ａの形状が尖った形となっており、第１当接面１４ａが先端部３９の下辺部３６ａの曲面に沿って第２周方向に傾斜した形状となっている。先の尖った突部１５ａと、第１当接面１４ａの突端側は、突出部分３８の先端部３９の下辺部３６ａの下に入り込んで下辺部３６ａの下側を支持する。

また、図１２に示す折り曲げ成形治具１０ｂは、爪部１３ｂの第１当接面１４ｂをリング部１１の軸方向端面１２に対して垂直に立ち上げ、突部１５ｂの先端が突出部分３８の先端部３９の下辺部３６ｂの曲面に対して垂直となる方向に突出させたものである。また、図１３に示す折り曲げ成形治具１０ｃは、爪部１３ｃの第１当接面１４ｃをリング部１１の軸方向端面１２に対して垂直に立ち上げ、突部１５ｃの先端が突出部分３８の先端部３９の下辺部３６ｃの曲面に沿うように突出させて、先端部３９の下面を支持するようにしたものである。

図１１から図１３に示す各実施形態の折り曲げ成形治具１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、折り曲げ成形治具１０と同様の作用、効果を奏する。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１００折り曲げ成形治具、１１リング部、１２，２２軸方向端面、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ爪部、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ第１当接面、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ突部、１６第２当接面、２０ステータコア、２１スロット、２４ティース、２５ステータコイル、２６中心線、３０Ｕ字状導体、３１ａ脚部、３１ｂ接続部、３２，３２ａ，３８突出部分、３２ｂ下面、３３，３３ａ，３９先端部、３４根元部、３５，３５ａ上辺部、３６，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ下辺部、３７溶接部。

Claims

ステータコアのスロットに挿入されたＵ字状導体の脚部の内の前記ステータコアの軸方向の端面から突出した突出部分を周方向に向かって折り曲げ成形する際に用いる折り曲げ成形治具であって、
円環状のリング部と、
前記リング部の軸方向端面から軸方向に突出する爪部と、を備え、
前記爪部は、
前記リング部の前記軸方向端面から軸方向に立ち上がり、表面が周方向に向き、前記突出部分を折り曲げ成形する際に、周方向から前記突出部分の先端部に当接する第１当接面と、
前記爪部の突端で前記リング部の前記軸方向端面と対向するように前記第１当接面から周方向に突出した突部と、を備え、
前記突出部分を折り曲げ成形する際に、前記リング部の前記軸方向端面は前記突部に向かって軸方向から前記突出部分の前記先端部の一方側に当接し、前記突部は前記リング部の前記軸方向端面に向って軸方向から前記突出部分の前記先端部の他方側に当接すること、
を特徴とする折り曲げ成形治具。
請求項１に記載の折り曲げ成形治具であって、
前記爪部は、前記第１当接面と周方向反対側に向いた第２当接面を更に備えており、
前記第２当接面は、前記突出部分を折り曲げ成形する際に、前記突出部分の前記先端部の一方側に当接すること、
を特徴とする折り曲げ成形治具。