JP7374570B2

JP7374570B2 - ステータコイルの成形方法

Info

Publication number: JP7374570B2
Application number: JP2021143183A
Authority: JP
Inventors: 秀剛廣澤; 広太中島
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2021-09-02
Filing date: 2021-09-02
Publication date: 2023-11-07
Anticipated expiration: 2041-09-02
Also published as: JP2023036240A

Description

本発明は、ステータコイルの成形方法に関する。

近年、環境問題に鑑み電気自動車やハイブリッド車など、車両の駆動装置やその周辺機器にモータを採用する動きが加速している。上記車両へ搭載されるモータには、車両の駆動性能を向上させるべく高出力であることが求められると共に、搭載可能なスペースの関係上、小型であることが求められている。

ここで、モータのステータコイルは、ステータコアのスロットに収容された状態の複数のセグメントコイルに対して、当該コイルのステータコアから突出している突出部を周方向に向けてねじるように曲げ加工を行った後、同相のセグメントコイルの突出部の先端部同士を溶接等で接合することにより形成される。

ここで、特許文献１には、複数のセグメントコイルの突出部に対する曲げ加工を行うための構成の一例が開示されている。すなわち、特許文献１には、円筒状に形成され、複数の突出部の先端部を保持する保持装置と、保持装置をステータコアに対して相対移動させる駆動部とを備え、保持装置には、複数の先端部のそれぞれが挿入可能な複数の溝部が周方向に設けられ、駆動部は、保持装置をステータコアに対して軸方向に接近する向きに移動しつつ、ステータコアに対して周方向に回転可能に構成されているステータコイルの製造装置が開示されている。また、保持装置の溝部に先端部を挿入した状態で、駆動部により保持装置をステータコア側に軸方向移動させると共に、周方向に回転させることで、複数の突出部にＳ字状のねじりを伴った曲げ変形を生じさせることが開示されている。

特開２０２０－３６４６９号公報

ところで、上述したモータの小型化を図るためには、ステータコイルの成形工程において、セグメントコイルの突出部の高さ方向寸法であるコイルエンドを極力低くすることが重要となる。ここで、特許文献１に記載の曲げ加工は、主に、曲げ加工用治具に設けた溝部の開口側縁部と、ステータコアに設けたスロットの開口側縁部との二箇所で突出部を押し曲げることにより行われる。この際、突出部のうち先端側の曲げ部と基端側（ステータコア側）の曲げ部との間のストレート部は、何らの支持や規制も受けていない状態にある。そのため、上述のように突出部の先端部を保持して突出部を押し曲げようとした場合、ストレート部のうち曲げ部の近傍領域が逃げてしまい、突出部を各開口側縁部に倣わせて曲げることができない。以上の理由より、従来の方法では、曲げ部の曲率半径を小さくすることが困難であった。

以上の事情に鑑み、本明細書では、ステータコアのスロットに収容された状態のセグメントコイルに曲げ加工を施すに際し、突出部の曲げ部の曲率半径を小さくして、曲げ加工後のコイルエンドを低く抑えることを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るステータコイルの成形方法によって達成される。すなわち、この成形方法は、ステータコアのスロットに収容された複数のセグメントコイルにねじりを伴う曲げ加工を施して、ステータコイルを成形するための方法であって、筒状の曲げ加工用治具に設けられた複数の溝部に、ステータコアの軸方向一方側に突出しているセグメントコイルの突出部の先端部を挿入する挿入工程と、先端部を溝部に挿入した状態で、曲げ加工用治具を軸回転させることで、突出部に曲げ加工を施す曲げ加工工程とを備えた、ステータコイルの成形方法において、曲げ加工工程は、曲げ加工用治具を軸回転させることで、互いに曲げ方向の異なる曲げ部を複数の突出部の基端側と先端側とに形成する曲げ部形成工程と、曲げ加工用治具を軸方向に移動させて、基端側曲げ部及び先端側曲げ部が形成された複数の突出部同士を当接させることで、複数の突出部のうちステータコアに最も近い突出部をステータコア側に押込む押込み工程とを有する点をもって特徴付けられる。

上述したように、本発明に係るステータコイルの成形方法では、互いに曲げ方向の異なる曲げ部を複数の突出部の基端側と先端側に形成すると共に、これら曲げ部が形成された複数の突出部同士を曲げ加工用治具の軸方向移動により当接させて、複数の突出部のうちステータコアに最も近い突出部をステータコア側に押込むようにした。このようにすることで、軸方向に隣接する複数の突出部間で曲げ加工用治具の軸方向の押込み力を伝達して、最もステータコアに近い側の突出部の基端側に当該押込み力を付与することができる。そのため、突出部の基端側に、曲率半径を小さくした曲げ部を形成することが可能となり、これによりコイルエンドを低くすることが可能となる。また、この方法だと、従来の曲げ加工用治具の曲げ加工工程の一環として実施することができ、また設備の変更なども必要ないため、作業効率面及びコスト面でも好ましい。

また、本発明に係るステータコイルの成形方法において、曲げ加工用治具の軸方向端部には、突出部のうち基端側曲げ部と先端側曲げ部との間のストレート部と所定の角度で面接触可能な面接触部が設けられてもよい。また、この場合、押込み工程で、曲げ加工用治具の軸方向移動により、面接触部を、複数の突出部のうち曲げ加工用治具に最も近い突出部のストレート部に押し当てることで、複数の突出部同士を当接させてもよい。

このように突出部のストレート部と所定の角度で面接触可能な面接触部を用いて突出部のストレート部を押込むことによって、ストレート部を所定の角度に押込むことができる。よって、ストレート部を含む突出部を精度よく成形することが可能となる。また、面接触により押込むことで押込み後の姿勢が安定するので、成形後の形状が安定する。

以上のように、本発明によれば、ステータコアのスロットに収容された状態のセグメントコイルに曲げ加工を施すに際し、突出部の曲げ部の曲率半径を小さくして、曲げ加工後のコイルエンドを低く抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るステータコイルの成形方法の手順を示すフローチャートである。図１に示す成形方法を実施するための成形装置の要部拡大側面図で、挿入工程開始前の状態を示す要部拡大側面図である。図１に示す成形方法を実施するための成形装置の要部拡大側面図で、曲げ部形成工程終了時の状態を示す要部拡大側面図である。図１に示す成形方法を実施するための成形装置の要部拡大側面図で、曲げ部形成工程終了時の状態を示す要部拡大側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るステータコイルの成形方法の内容を図面に基づいて説明する。

本実施形態に係るステータコイルの成形方法は、図１（ａ）に示すように、挿入工程Ｓ１と、曲げ加工工程Ｓ２とを備える。また、曲げ加工工程Ｓ２は、図１（ｂ）に示すように、曲げ部形成工程Ｓ２１と、押込み工程Ｓ２２とを備える。以下、各工程Ｓ１，Ｓ２（Ｓ２１，Ｓ２２）に使用する成形装置１０の構成を説明した後、各工程Ｓ１，Ｓ２の詳細を説明する。

図２は、本実施形態に係るステータコイルの成形装置１０の要部拡大側面を示している。この図に示すように、本実施形態に係る成形装置１０は、ステータコア１１と曲げ加工用治具１２とを主に備える。ここで、ステータコア１１は円筒状をなすもので、ステータコア１１の軸方向端面に、複数のスロット１３がステータコア１１の周方向に所定の間隔を空けて開口形成されている。また、複数のスロット１３がステータコア１１の径方向に沿って開口形成されている。各スロット１３にはステータコイルを構成するセグメントコイル１が収容され、ステータコア１１の軸方向一方側に突出部２が突出した状態にある。なお、曲げ加工用治具１２による曲げ加工を受ける前の段階では、各セグメントコイル１の突出部２は、図２に示すように、ステータコア１１の軸方向に沿って直線状に延びた形態をなしている。

各スロット１３の突出部２が突出している側の開口側縁部、特に周方向の開口側縁部１４は、突出部２に対する曲げ加工工程Ｓ２の際の曲げ加工面として機能する。そのため、突出部２に形成されるべき基端側曲げ部２ａ（図３を参照）の曲率半径を考慮して、開口側縁部１４の曲率半径が所定の大きさに設定される。

曲げ加工用治具１２は、円筒状をなすもので、図２に示すように、ステータコア１１と対向する曲げ加工用治具１２の軸方向端面に、複数の溝部１５が曲げ加工用治具１２の周方向に所定の間隔を空けて形成されている。ここでは、互いに外径寸法の異なる複数の曲げ加工用治具１２が、ステータコア１１と軸方向に対向する位置に同心円状に配設されており、各曲げ加工用治具１２は、互いに独立して軸方向に移動すると共に、軸回転可能に構成されている。詳細には、溝部１５に先端部３が挿入されたセグメントコイル１の突出部２を所定のねじり角度までねじる（Ｓ字状の曲げ変形を付与する）ことのできるよう、軸方向の移動と軸回転に関する位置及び速度の少なくとも一方が制御可能とされている。

各溝部１５の周方向の開口側縁部１６は、突出部２に対する曲げ加工工程Ｓ２の際の曲げ加工面として機能する。そのため、突出部２に形成される先端側曲げ部２ｂ（図３を参照）の曲率半径を考慮して、開口側縁部１６の曲率半径が所定の大きさに設定される。

また、本実施形態では、曲げ加工用治具１２の周方向の溝部１５間に、面接触部１７が設けられている。詳述すると、この面接触部１７は、後述する曲げ部形成工程Ｓ２１で基端側曲げ部２ａと先端側曲げ部２ｂとが形成された突出部２のストレート部２ｃ（何れも図３を参照）と所定の角度で面接触可能なように構成されている。そのため、本実施形態では、面接触部１７は、上記所定の角度をなす傾斜面形状をなしている。この面接触部１７の動作（作用）については後述する。

次に、上記構成の成形装置１０を用いたステータコイルの成形方法の各工程Ｓ１，Ｓ２（Ｓ２１，Ｓ２２）を時系列順に説明する。

（Ｓ１）挿入工程
この工程Ｓ１では、ステータコア１１のスロット１３に収容されたセグメントコイル１の突出部２の先端部３を、曲げ加工用治具１２の対応する溝部１５に挿入する。すなわち、図１に示すように、各スロット１３から突出した状態の突出部２の先端部３に対し、その上方に位置する曲げ加工用治具１２をステータコア１１側に向けて軸方向移動させる。これにより、各先端部３が曲げ加工用治具１２の溝部１５に挿入される。この際、開口側縁部１６並びに面接触部１７は、先端部３の溝部１５への案内面として機能し得る。

（Ｓ２）曲げ加工工程
（Ｓ２１）曲げ部形成工程
上述のようにして溝部１５に先端部３を挿入した後、曲げ加工用治具１２を軸回転させることで、又は曲げ加工用治具１２をステータコア１１に接近させる向きの軸方向移動を伴って軸回転させることで、突出部２にねじりを伴う曲げ加工を施す。これにより、突出部２の基端側がスロット１３の開口側縁部１４によって押し曲げられると共に、突出部２の先端側が溝部１５の開口側縁部１６によって押し曲げられる。その結果、図３に示すように、互いに曲げ方向の異なる曲げ部２ａ，２ｂが突出部２の基端側と先端側とに形成される。なお、この工程Ｓ２が終了した段階において、各曲げ部２ａ，２ｂの対応する開口側縁部１４，１６側の曲率半径は、これら開口側縁部１４，１６の曲率半径よりも大きい。

（Ｓ２２）押込み工程
この工程Ｓ２２では、突出部２に曲げ部２ａ，２ｂを形成した状態（図３に示す状態）から、曲げ加工用治具１２をさらに軸方向に移動させて、曲げ部２ａ，２ｂが形成された複数の突出部２同士を当接させることで、最もステータコア１１に近い突出部２をステータコア１１側に押込む。詳述すると、曲げ加工用治具１２を図３に示す状態からさらにステータコア１１側に移動させて、最も曲げ加工用治具１２に近い突出部２（図３でいえば最も上側の突出部２）を下方に押込み、軸方向に隣接する複数の突出部２同士を当接させる（図４を参照）。これにより、最も上側の突出部２に付与した曲げ加工用治具１２からの押込み力が、中間に位置する突出部２を介して最も下側の突出部２に伝達される。これにより、ステータコア１１の曲げ加工面（開口側縁部１４）に面する突出部２が十分な押込み力で押し曲げられるので、基端側曲げ部２ａの曲率が大きく（曲率半径が小さく）なるように突出部２が再成形される。また、この場合、突出部２は隣接する突出部２によって拘束された状態となるため、最も下側の突出部２に限らず、また基端側曲げ部２ａに限らず、全ての突出部２の曲げ部２ａ．２ｂに十分な押し曲げ力が作用し、各曲げ部２ａ，２ｂの曲率が大きくなるように各突出部２が再成形される（図４を参照）。

以上述べたように、本実施形態に係るステータコイルの成形方法では、互いに曲げ方向の異なる曲げ部２ａ，２ｂを複数の突出部２の基端側と先端側に形成すると共に、これら曲げ部２ａ，２ｂが形成された複数の突出部２同士を曲げ加工用治具１２の軸方向移動により当接させて、複数の突出部２のうちステータコア１１に最も近い突出部２をステータコア１１側に押込むようにした（図３及び図４を参照）。このようにすることで、軸方向に隣接する複数の突出部２間で曲げ加工用治具１２の軸方向の押込み力を伝達して、最もステータコア１１に近い側の突出部２の基端側に当該押込み力を付与することができる。そのため、突出部２の基端側に、曲率半径を小さくした曲げ部２ａを形成することが可能となり、これによりコイルエンドを低くすることが可能となる。また、この方法だと、曲げ加工用治具１２の曲げ加工工程Ｓ２の一環として実施することができ、また設備の変更なども必要ないため、作業効率面及びコスト面でも好ましい。

また、本実施形態では、所定の角度でストレート部２ｃと面接触する傾斜面形状の面接触部１７を曲げ加工用治具１２に設けて、曲げ加工用治具１２の軸方向移動により、面接触部１７でストレート部２ｃを押込むようにしたので、押込み後の形状、より正確にはストレート部２ｃの角度が安定する。よって、より高精度で曲率の大きな曲げ部２ａ，２ｂを安定的に成形し得る。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係るステータコイルの成形方法は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。

例えば、上記実施形態では、曲げ加工用治具１２の溝部１５間に設けた傾斜面状の面接触部１７で基端側曲げ部２ａと先端側曲げ部２ｂとを形成した突出部２のストレート部２ｃを押込んで、隣接する突出部２同士を当接させることで、最もステータコア１１側に位置する突出部２の基端側に押込み力を付与する場合を例示したが、もちろんこれには限られない。例えば図示は省略するが、溝部１５間からステータコア１１側に突出する複数の突出部を設け、これら複数の突出部を、曲げ部形成工程Ｓ２１後の曲げ加工用治具１２の軸方向移動によりストレート部２ｃに押し当てるようにしてもよい。要は、曲げ加工用治具１２の軸方向移動により、曲げ部２ａ，２ｂを形成した突出部２を押込んで、隣接する複数の突出部２同士を当接可能な限りにおいて、曲げ加工用治具１２又はこの曲げ加工用治具１２を備えた成形装置１０の構成は任意である。例えばストレート部２ｃに不要な変形を生じさせない範囲において、成形装置１０側の押込み部と突出部２との接触態様が面接触か点接触であるかは問わない。

１セグメントコイル
２突出部
２ａ曲げ部（基端側）
２ｂ曲げ部（先端側）
２ｃストレート部
３先端部
１０成形装置
１１ステータコア
１２曲げ加工用治具
１３スロット
１４開口側縁部（スロット）
１５溝部
１６開口側縁部（溝部）
１７面接触部
Ｓ１挿入工程
Ｓ２曲げ加工工程
Ｓ２１曲げ部形成工程
Ｓ２２押込み工程

Claims

ステータコアのスロットに収容された複数のセグメントコイルにねじりを伴う曲げ加工を施して、ステータコイルを成形するための方法であって、
筒状の曲げ加工用治具に設けられた複数の溝部に、前記ステータコアの軸方向一方側に突出している前記セグメントコイルの突出部の先端部を挿入する挿入工程と、
前記先端部を前記溝部に挿入した状態で、前記曲げ加工用治具を軸回転させることで、前記突出部に前記曲げ加工を施す曲げ加工工程とを備えた、ステータコイルの成形方法において、
前記曲げ加工工程は、前記曲げ加工用治具を軸回転させることで、互いに曲げ方向の異なる曲げ部を複数の前記突出部の基端側と先端側とに形成する曲げ部形成工程と、
前記曲げ加工用治具を軸方向に移動させて、前記基端側曲げ部及び先端側曲げ部が形成された複数の突出部同士を当接させることで、前記複数の突出部のうち前記ステータコアに最も近い突出部を前記ステータコア側に押込む押込み工程とを有することを特徴とする、ステータコイルの成形方法。
前記曲げ加工用治具の軸方向端部には、前記突出部のうち前記基端側曲げ部と前記先端側曲げ部との間のストレート部と所定の角度で面接触可能な面接触部が設けられ、
前記押込み工程で、前記曲げ加工用治具の軸方向移動により、前記面接触部を、前記複数の突出部のうち前記曲げ加工用治具に最も近い突出部の前記ストレート部に押し当てることで、前記複数の突出部同士を当接させる、請求項１に記載のステータコイルの成形方法。