JP7435431B2 - 電機子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄心と当該鉄心に組み付けられた導体とを有する電機子の製造方法に関する。

従来、この種の電機子として、例えば特許文献１に示すようなものが知られている。こうした電機子は、複数のスロット（スリット）が形成された鉄心と、当該スロット内に挿入された内部に冷却流路を有する巻線導体（ベース巻線部）とを備えている。この場合、巻線導体は、一方向に延びる溝を有した２つの部材の溝同士を合わせることによって形成され、合わせた２つの溝によって冷却流路が形成された構造になっている。

特開２００１－８６６７９号公報

ところで、上述のような電機子は、一方向に延びる溝を有した２つの部材の溝同士を合わせることによって予め巻線導体を形成し、当該形成した巻線導体を鉄心のスロットに挿入した構造になっている。このため、巻線導体とスロットの内面との間に隙間が形成される上に、冷却流路を有した巻線導体の形成にも手間がかかる。したがって、上述のような電機子では、スロット内での巻線導体の占積率を高くできない上に、スロット内に冷却流路を形成することが困難になってしまう。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する電機子の製造方法は、中心線の延びる方向に貫通する複数のスリットが設けられた鉄心と、複数の前記スリットに挿入されるようにして前記鉄心に組み付けられた導体と、を備えた電機子の製造方法であって、複数の金属製のベース巻線部を前記スリットに挿入するようにして前記鉄心に組み付けることと、前記スリットに挿入した状態の前記ベース巻線部同士の間と、前記スリットに挿入した状態の前記ベース巻線部と前記スリットの内面との間とのうち少なくとも一方にピンを挟んだ状態で前記ベース巻線部を加圧して塑性変形させることと、前記ベース巻線部を塑性変形させた後に前記ピンを抜くことで、前記スリット内に流体が流通可能な流路を形成することと、前記ベース巻線部同士を電気的に接続することによって前記導体を形成することと、を備えることを要旨とする。

この構成によれば、スリット内でベース巻線部を加圧してベース巻線部をスリットの内面及びピンの周面に押し付けて塑性変形させた後にピンを抜くだけでスリット内に流路が形成される。このため、スリットの内面とベース巻線部との間の隙間を低減しつつスリット内に流路を簡単に形成することができる。したがって、スリット内でのベース巻線部の占積率を向上しつつ、スリット内に流路を簡単に形成することができる。

一実施形態のステータの斜視図。 図１の断面図。 図２の要部拡大図。 ベース巻線部を示す斜視図。 ベース巻線部をステータコアのスリットに組み付けるときの状態を示す斜視図。 ステータコアのスリット内に組み付けられたベース巻線部同士の間にテーパーピンをそれぞれ挟んだときの状態を示す要部拡大断面模式図。 図６においてスリット内のベース巻線部をプレス部材によって加圧したときの状態を示す模式図。 図７の８－８線矢視断面拡大模式図。 変更例のステータの要部拡大断面図。 別の変更例のステータの要部拡大断面図。

以下、電機子の一実施形態を図面に従って説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態における電機子の一例としてのステータ２０は、三相電動機の固定子であり、略円筒状をなしている。ステータ２０は、鉄心の一例としてのステータコア２１と、導体の一例としてのステータコイル２２とを備えている。ステータコア２１は、円環状の金属板が複数枚（例えば数百枚）積層された積層構造をなしている。

ステータコア２１には、その中心線Ｌが延びる方向に貫通するスリット２３が複数（本実施形態では４８本）設けられている。各スリット２３は、ステータコア２１の内周面において開口するとともにステータコア２１の径方向に延びている。つまり、各スリット２３は、ステータコア２１の中心線Ｌが延びる方向の両側とステータコア２１の中心側が開口している。

各スリット２３は、ステータコア２１の中心線Ｌが延びる方向から見てステータコア２１の径方向に延びる矩形状をなしており、ステータコア２１の周方向において等間隔で並ぶように配置されている。ステータコイル２２は、ステータコア２１の複数のスリット２３に挿入されるようにしてステータコア２１に巻回された状態で組み付けられている。ステータコア２１には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルに対応する三本のステータコイル２２が設けられている。

図２及び図３に示すように、各ステータコイル２２は、断面視で矩形状をなしており、金属（本実施形態ではアルミニウム）によって形成されている。各スリット２３内における各ステータコイル２２が組み付けられた領域には、中心線Ｌが延びる方向と平行に延びる複数の流路２４がステータコア２１の径方向に等間隔で並ぶように形成されている。各流路２４は、断面が円形状をなしており、例えば油や空気などの冷却用の流体が流通可能になっている。

各ステータコイル２２の表面には、図示しない絶縁性の被覆層が設けられている。この被覆層により、スリット２３内でステータコア２１の径方向において隣接するステータコイル２２同士の間と、各ステータコイル２２とステータコア２１（スリット２３の内面）との間とが絶縁されている。

次に、上述のように構成されたステータ２０の製造方法を作用として説明する。
図２及び図４に示すように、ステータ２０を製造する場合には、まず、複数のスリット２３が設けられたステータコア２１を用意するとともに、ステータコイル２２を構成する複数のベース巻線部３０を形成する。ベース巻線部３０は、金属製（本実施形態ではアルミニウム製）であり、断面視で矩形状をなしている。ベース巻線部３０は、平行に延びる２本の直線部３１と、これらの直線部３１の一端部同士を繋ぐように湾曲して延びる湾曲部３２とを有した略Ｕ字状をなしている。ベース巻線部３０の周面には、上記した図示しない絶縁性の被覆層が設けられている。

引き続き、図５及び図６に示すように、複数のベース巻線部３０をスリット２３に挿入するようにしてステータコア２１に組み付ける。すなわち、ベース巻線部３０の直線部３１をステータコア２１における対応するスリット２３にそれぞれ差し込む。この場合、各ベース巻線部３０の一対の直線部３１を２つのスリット２３に跨がるようにして挿入する。このようにして全て（図５にはベース巻線部３０を１つのみ図示している）のベース巻線部３０をステータコア２１に組み付ける。

このとき、図６に示すように、各スリット２３内に挿入した状態のベース巻線部３０同士の間に、ピンの一例としての断面視が円形状をなす鉄製のテーパーピン３３を挟む。各テーパーピン３３は、先端側に向かうにつれて細くなっているピンであり、スリット２３の幅方向の中央部に配置する。したがって、スリット２３内では、ベース巻線部３０とテーパーピン３３とがステータコア２１の径方向に交互に並んで配置された状態になる。この状態では、スリット２３の内面と各ベース巻線部３０の周面との間に僅かな隙間が形成される。

引き続き、スリット２３におけるステータコア２１の内周面側の開口から直方体状の鉄製のプレス部材３４をスリット２３内に挿入し、スリット２３内におけるテーパーピン３３を挟んだ状態の全てのベース巻線部３０をプレス部材３４によって一度に加圧（プレス）する。すると、図７及び図８に示すように、鉄製のテーパーピン３３よりも軟らかいアルミニウム製のベース巻線部３０がスリット２３の内面及びテーパーピン３３の周面に合わせて潰れるように塑性変形される。

これにより、各ベース巻線部３０とスリット２３の内面との隙間及び各ベース巻線部３０とテーパーピン３３の周面との隙間が各ベース巻線部３０の塑性変形によって埋められる。したがって、ステータコア２１のスリット２３内での各ベース巻線部３０（ステータコイル２２）の占積率が効果的に向上される。

引き続き、各ベース巻線部３０を塑性変形させた後にスリット２３内のベース巻線部３０同士によって挟まれた状態の各テーパーピン３３を引き抜くと、図３に示すように、各テーパーピン３３を引き抜いた後の部分に流路２４が形成される。このとき、各テーパーピン３３は、テーパー状をなしているため、容易に引き抜かれる。流路２４は、テーパーピン３３と同様に、一端側から他端側に向かって徐々に径が小さくなるテーパー状になる。

引き続き、複数のベース巻線部３０の直線部３１における先端側の部分を予め定められた所定形状になるようにそれぞれ曲げる。その後、複数のベース巻線部３０によって一本のステータコイル２２が形成されるように、複数のベース巻線部３０の直線部３１の先端同士をそれぞれ例えば溶接などによって適宜に電気的に接続する。これにより、ステータコア２１にステータコイル２２が組み付けられる。すなわち、ステータコア２１にステータコイル２２が組み付けられたステータ２０が製造される。

そして、このようにして製造されたステータ２０の流路２４に冷却用の流体を流通させることで、ステータコア２１内のステータコイル２２を効率的に冷却することができる。ステータ２０が例えばハイブリッド車両に搭載される三相電動機の固定子である場合には、冷却用の流体としてＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）を用いることが好ましい。なお、ステータ２０の流路２４には、使用状況に応じて必要であれば、例えば加熱用の流体を流通させるようにしてもよい。

以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）ステータ２０の製造方法は、複数の金属製のベース巻線部３０をスリット２３に挿入するようにしてステータコア２１に組み付けることと、スリット２３に挿入した状態のベース巻線部３０同士の間にテーパーピン３３を挟んだ状態でベース巻線部３０を加圧して塑性変形させることと、ベース巻線部３０を塑性変形させた後にテーパーピン３３を抜くことで、スリット２３内に流体が流通可能な流路２４を形成することと、ベース巻線部３０同士を電気的に接続することによってステータコイル２２を形成することと、を備えている。

この構成によれば、スリット２３内でベース巻線部３０を加圧してベース巻線部３０をスリット２３の内面及びテーパーピン３３の周面に押し付けて塑性変形させた後にテーパーピン３３を抜くだけでスリット２３内に流路２４が形成される。このため、スリット２３の内面とベース巻線部３０との間の隙間を低減しつつスリット２３内に流路２４を簡単に形成することができる。したがって、スリット２３内でのベース巻線部３０の占積率を向上しつつ、スリット２３内に流路２４を簡単に形成することができる。

加えて、スリット２３に挿入した状態のベース巻線部３０同士の間にテーパーピン３３を挟んだ状態でベース巻線部３０を塑性変形させているため、ベース巻線部３０を塑性変形させた後にテーパーピン３３を容易に引き抜くことができる。因みに、テーパーピン３３の代わりにストレートピンを用いると、ベース巻線部３０を塑性変形させた後にストレートピンを容易に引き抜くことができなくなる。

（変更例）
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・スリット２３に挿入した状態のベース巻線部３０とスリット２３の内面との間に例えば断面視で半円形状をなすテーパーピンを挟んだ状態でベース巻線部３０を加圧して塑性変形させた後に当該テーパーピンを抜くようにしてもよい。このようにすれば、図９に示すように、スリット２３内におけるステータコイル２２（ベース巻線部３０）の周面とスリット２３の内面との間に断面視で半円形状をなす流路４０を形成することができる。

・スリット２３に挿入した状態のベース巻線部３０同士の間にテーパーピン３３を挟むと共にベース巻線部３０とスリット２３の内面との間に例えば断面視で半円形状をなすテーパーピンを挟んだ状態でベース巻線部３０を加圧して塑性変形させた後に当該テーパーピン及びテーパーピン３３を抜くようにしてもよい。このようにすれば、図１０に示すように、スリット２３に挿入した状態のステータコイル２２（ベース巻線部３０）同士の間に流路２４を形成できるとともに、スリット２３内におけるステータコイル２２（ベース巻線部３０）の周面とスリット２３の内面との間に断面視で半円形状をなす流路４０を形成することができる。

・スリット２３内におけるテーパーピン３３を挟んだ状態の複数（上記実施形態では１１個）のベース巻線部３０は、プレス部材３４によって一度に加圧せずに、例えば２つずつあるいは３つずつ複数回に分けてプレス部材３４によって加圧するようにしてもよい。

・テーパーピン３３の代わりに、ピンとしてストレートピンを用いてもよい。
・テーパーピン３３の断面形状は、円形に限らず、楕円形や多角形などであってもよい。

・ベース巻線部３０は、必ずしも断面視で矩形状をなしている必要はない。
・上記実施形態にかかる電機子は、三相電動機に限らず、単相電動機にも適用可能である。また上記実施形態にかかる電機子は、ブラシ式の電動機の回転子（ロータ）にも適用することができる。その他、発電機の電機子にも、上記実施形態にかかる電機子は適用可能である。

２０…電機子の一例としてのステータ
２１…鉄心の一例としてのステータコア
２２…導体の一例としてのステータコイル
２３…スリット
２４，４０…流路
３０…ステータコイルを構成するベース巻線部
３１…直線部
３２…湾曲部
３３…ピンの一例としてのテーパーピン
３４…プレス部材
Ｌ…中心線

Claims (2)

1. 中心線の延びる方向に貫通する複数のスリットが設けられた鉄心と、
   複数の前記スリットに挿入されるようにして前記鉄心に組み付けられた導体と、
   を備えた電機子の製造方法であって、
   複数の金属製のベース巻線部を前記スリットに挿入するようにして前記鉄心に組み付けることと、
   前記スリットに挿入した状態の前記ベース巻線部同士の間と、前記スリットに挿入した状態の前記ベース巻線部と前記スリットの内面との間とのうち少なくとも一方にピンを挟んだ状態で前記ベース巻線部を加圧して塑性変形させることと、
   前記ベース巻線部を塑性変形させた後に前記ピンを抜くことで、前記スリット内に流体が流通可能な流路を形成することと、
   前記ベース巻線部同士を電気的に接続することによって前記導体を形成することと、
   を備えることを特徴とする電機子の製造方法。
2. 前記ピンは、テーパーピンであることを特徴とする請求項１に記載の電機子の製造方法。