JP7452272B2 - 電機子の製造方法及び電機子 - Google Patents

Description

本発明は、電機子の製造方法及び電機子に関する。

従来、回転電機のステータなどの電機子は、複数のスロットを有する鉄心と、スロット内に配置され、導体により構成されるコイルとを備えている。
特許文献１には、断面円形状の導体をステータコアのスロット内に配置するとともに、同導体をプレス加工することによって断面矩形状に成形する技術が開示されている。これにより、スロット内における導体同士の隙間が小さくなるため、コイルの占積率を高めることができる。

特開２００２－１２５３３８号公報

ところで、スロット内の導体が断面円形状から断面矩形状に成形される際、導体は、自身の長さ方向と、当該長さ方向に直交する方向との双方に塑性変形される。このため、導体の成形前後において、スロット内の導体の断面積が減少するおそれがある。この場合、コイルの電気抵抗が増大する。

本発明の目的は、コイルの電気抵抗の増大を抑制できる電機子の製造方法及び電機子を提供することにある。

上記目的を達成するための電機子の製造方法は、複数のスロットを有する鉄心と、前記スロット内に配置され、金属製の導線により構成されるコイルと、を備える電機子の製造方法であって、前記スロット内に配置された前記導線の長さ方向に直交する仮想平面に沿う方向を面方向とするとき、前記スロット内に配置された前記導線を前記面方向に押圧することで、前記導線を前記スロットの内面に沿って塑性変形させるとともに、前記導線の前記面方向における同一断面上にて互いに異なる部分に位置する第１部分と第２部分とが互いに対向した状態で近接するように前記導線を塑性変形させる。

同方法によれば、導線がスロットの内面に沿って塑性変形される際に、第１部分と第２部分とが互いに対向した状態で近接するように塑性変形する。このため、スロット内における第１部分と第２部分とが対向する空間を埋めるように導線が変形しやすくなる。つまり、導線が面方向において変形しやすくなり、長さ方向において変形しにくくなる。これにより、塑性変形後の導線の面方向における断面積が減少することを抑制できる。したがって、コイルの電気抵抗が増加することを抑制できる。

また、上記目的を達成するための電機子は、複数のスロットを有する鉄心と、前記スロット内に配置され、金属製の導線により構成されるコイルと、を備える電機子であって、前記スロット内に配置された前記導線の長さ方向に直交する仮想平面に沿う方向を面方向とするとき、前記導線のうち前記スロット内に配置された部分は、前記面方向における同一断面上にて互いに異なる部分に位置する第１部分と第２部分とを有しており、前記第１部分と前記第２部分とが互いに対向した状態で前記スロットの内面に沿って塑性変形されている。

同構成によれば、上記電機子の製造方法に準じた作用効果を奏することができる。

一実施形態におけるステータの断面図。 ステータの拡大断面図。 ステータの製造方法を示す図であって、スロット内に導線が配置された状態を示す断面図。 ステータの製造方法を示す図であって、スロット内の導線が押圧された状態を示す断面図。 ステータの製造方法を示す図であって、スロット内の全ての導線が押圧された状態を示す断面図。 第１変更例の導線を示す断面図。 第２変更例の導線を示す断面図。 第２変更例の導線が押圧されている途中の状態を示す断面図。 第２変更例の導線が押圧された状態を示す断面図。 第３変更例の導線を示す断面図。

以下、図１～図５を参照して、電機子の製造方法及び電機子をステータの製造方法及びステータとして具体化した一実施形態について説明する。
図１に示すように、ステータ１０は、中心孔２０ａを有する筒状のステータコア２０と、ステータコア２０に巻回されたコイル３０とを備えている。本実施形態のステータ１０は、三相同期型の回転電機に用いられるものであり、ロータ１００を取り囲むように設けられている。なお、ステータコア２０は、鉄心の一例である。

以降において、ステータコア２０の軸線方向を単に軸線方向と称し、ステータコア２０の軸線を中心とするステータコア２０の周方向を単に周方向と称し、同軸線を中心とするステータコア２０の径方向を単に径方向と称する。

＜ステータコア２０＞
図１に示すように、ステータコア２０は、円環状のヨーク２１、及びヨーク２１からヨーク２１の径方向の内側に向かって延在するとともにヨーク２１の周方向に互いに間隔をおいて形成された複数のティース２２を有している。ステータコア２０は、図示しない複数の鋼板が積層されることにより構成されている。

周方向において互いに隣り合うティース２２同士の間には、径方向の内側に開口するとともに径方向に沿って延びるスロット２３が形成されている。本実施形態のステータコア２０は、都合４８個のスロット２３を有している。

各ティース２２の先端面は、周方向に沿って円弧状に湾曲しており、ロータ１００の外周面に対向している。
＜コイル３０＞
図２に示すように、コイル３０は、各スロット２３内に径方向において６列に並んで配置されている。本実施形態では、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相を構成するコイル３０が、複数のティース２２に跨がって分布巻きにより巻回されている。

なお、図２以降の各図面においては、１つのスロット２３内に配置されたコイル３０のみを図示し、同スロット２３に隣り合う２つのスロット２３内に配置されたコイル３０の図示を省略している。

コイル３０は、アルミニウム合金などの金属材料により形成された導体と、当該導体の外周面を覆う絶縁被膜とを有する導線４０により構成されている。なお、各図においては、絶縁被膜の図示を省略している。

以降において、導線４０の長さ方向に直交する仮想平面に沿う面方向を単に面方向と称する。
図３に示すように、本実施形態の導線４０は、中空部４０ａが形成された中空線により構成されている。中空部４０ａは、導線４０の長さ方向の全体にわたって形成されている。

導線４０は、面方向における同一断面上にて互いに異なる部分に位置する第１部分４１と第２部分４２とを有している。第１部分４１と第２部分４２とは、中空部４０ａを挟んで互いに反対側に位置している。したがって、第１部分４１と第２部分４２との間には、中空部４０ａを構成する隙間が設けられている。

図２に示すように、本実施形態では、導線４０のうちスロット２３内に配置される部分は、スロット２３の内面に沿って塑性変形されている。このときの上記部分における中空部４０ａは潰されているため、導線４０の内部には、中空部４０ａの内面同士が互いに重なることにより形成された境界部Ｂが設けられている。すなわち、第１部分４１と第２部分４２とが面方向の全体にわたって互いに接触している。換言すると、導線４０のうちスロット２３内に配置される部分は、第１部分４１と第２部分４２との間に隙間を有していない。

なお、中空部４０ａの内面には絶縁被膜が設けられていない。このため、境界部Ｂでは、導体の内面同士が直接接触している。
次に、ステータ１０の製造方法について説明する。

図３に示すように、まず、スロット２３内に１つの導線４０を配置する。このとき、導線４０は、径方向の内側からスロット２３内に挿入されてもよいし、軸線方向に沿ってスロット２３内に挿入されてもよい。

図４に示すように、次に、導線４０を押圧するための治具５０をスロット２３内に配置する。ここで、治具５０は、スロット２３における軸線方向の全体にわたって延びている。また、治具５０の周方向における幅は、スロット２３の周方向における幅と略同一である。

次に、導線４０を治具５０により径方向の外側に向けて押圧することで、スロット２３の内面に沿って導線４０を塑性変形させる。このとき、スロット２３内の導線４０は、軸線方向及び周方向の全体にわたって押圧される。これにより、導線４０の第１部分４１と第２部分４２とが互いに対向した状態で近接する。

そして、第１部分４１と第２部分４２とが面方向の全体にわたって互いに接触するまで導線４０を押圧する。これにより、導線４０の外周面がスロット２３の内面に沿うとともに中空部４０ａが潰されることで、導線４０の面方向における断面形状が略矩形状となる。

図５に示すように、上述した工程を繰り返すことで、導線４０をスロット２３内において径方向に６列に並べて配置する。
こうして、ステータ１０が製造される。

本実施形態の作用について説明する。
導線４０がスロット２３の内面に沿って塑性変形される際に、第１部分４１と第２部分４２とが互いに対向した状態で近接するように塑性変形する。このため、スロット２３内における第１部分４１と第２部分４２とが対向する空間、すなわち中空部４０ａを埋めるように導線４０が変形しやすくなる。つまり、導線４０が面方向において変形しやすくなり、長さ方向において変形しにくくなる。これにより、塑性変形後の導線４０の面方向における断面積が減少することを抑制できる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）スロット２３内に配置された導線４０を面方向に押圧することで、導線４０をスロット２３の内面に沿って塑性変形させるとともに、導線４０の面方向における同一断面上にて互いに異なる部分に位置する第１部分４１と第２部分４２とが互いに対向した状態で近接するように導線４０を塑性変形させる。

こうした方法によれば、上述した作用を奏することから、コイル３０の電気抵抗が増加することを抑制できる。
（２）第１部分４１と第２部分４２とが面方向の全体にわたって互いに接触するまで導線４０を押圧する。

こうした方法によれば、第１部分４１と第２部分４２との隙間が無くなるまで導線４０が押圧されるため、コイル３０の占積率を高めることができる。
（３）導線４０として中空線を用いる。

こうした方法によれば、既存の中空線を用いることができるため、導線４０として特殊な形状を有する導線を準備する必要がない。
（４）導線４０のうちスロット２３内に配置された部分は、面方向における同一断面上にて互いに異なる部分に位置する第１部分４１と第２部分４２とを有しており、第１部分４１と第２部分４２とが互いに対向した状態でスロット２３の内面に沿って塑性変形されている。

こうした構成によれば、上記（１）に準じた作用効果を奏することができる。
（５）導線４０のうちスロット２３内に配置された部分は、第１部分４１と第２部分４２とが面方向の全体にわたって互いに接触している。

こうした構成によれば、上記（２）に準じた作用効果を奏することができる。
＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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。

なお、以下の図７～図１０にそれぞれ示す第２変更例および第３変更例において、上記実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すとともに、対応する構成については、それぞれ「１００」、「２００」を加算した符号を付すことにより、重複した説明を省略する。

・図６に示すように、中空部４０ａが残るように、すなわち、第１部分４１と第２部分４２との間に隙間が残るようにスロット２３内の導線４０を押圧してもよい。こうした方法によれば、導線４０のうちスロット２３内に配置される部分と、スロット２３外に配置される部分とが互いに中空部４０ａにより連通される。これにより、コイル３０の内部に冷却液を流通させることができるため、コイル３０の冷却性能を高めることができる。

・図７に示すように、断面長方形状をなす角線を折り曲げることで端部同士が互いに重ね合わされた導線１４０を採用することもできる。この場合、各端部が第１部分１４１と第２部分１４２とに相当する。こうした導線１４０を押圧した場合、その工程の途中では、図８に示すように、端部同士が重なり合う部分が離れることで、これらの間に隙間Ｇが生じる。その後、図９に示すように、各端部が屈曲して重なり合うことで、断面略矩形状に塑性変形する。このとき、隙間Ｇを埋めるように導線１４０が変形しやすくなるため、上記効果（１）に準じた効果を奏することができる。なお、導線１４０の外周面の全体に絶縁被膜が設けられている場合、境界部Ｂにおいては、導線１４０の導体同士が絶縁被膜を介して互いに接触する。

・図１０に示すように、面方向における断面が略Ｕ字状をなす導線２４０を採用することもできる。こうした導線２４０を押圧した場合、第２変更例と同様な変形が生じる。この構成では、導線２４０のうちスロット２３外に配置される部分、すなわちコイルエンドの断面形状も断面Ｕ字状となる。このため、コイルエンドに冷却液を吹きかけるようにすれば、コイルエンドに冷却液が滞留しやすくなる。したがって、コイル３０の冷却性能を高めることができる。

・スロット２３内に配置される導線４０の数は適宜変更してもよい。
・導線４０をスロット２３内において径方向に複数列に並べて配置するとともに、これらを一括して押圧することもできる。

・導線４０をスロット２３内において周方向に複数列に並べて配置することもできる。
・導体は、例えば銅合金などのアルミニウム合金以外の金属からなるものであってもよい。

・本実施形態では、電機子の製造方法の一例として回転電機のステータの製造方法を例示したが、同様の方法を回転電機のロータの製造方法に対して適用することも可能である。また、本実施形態では、電機子の一例として回転電機のステータを例示したが、同様の構成を回転電機のロータに対しても適用することも可能である。

Ｂ…境界部
Ｇ…隙間
１０…ステータ
２０…ステータコア
２０ａ…中心孔
２１…ヨーク
２２…ティース
２３…スロット
３０…コイル
４０，１４０，２４０…導線
４０ａ…中空部
４１，１４１，２４１…第１部分
４２，１４２，２４２…第２部分
５０…治具
１００…ロータ

Claims (5)

1. 複数のスロットを有する鉄心と、前記スロット内に配置され、金属製の導線により構成されるコイルと、を備える電機子の製造方法であって、
   前記スロット内に配置された前記導線の長さ方向に直交する仮想平面に沿う方向を面方向とするとき、
   前記スロット内に配置された前記導線を前記面方向に押圧することで、前記導線を前記スロットの内面に沿って塑性変形させるとともに、前記導線の前記面方向における同一断面上にて互いに異なる部分に位置する第１部分と第２部分との対向面が空間を介して互いに対向した状態で近接するように前記導線を塑性変形させる、
   電機子の製造方法。
2. 前記第１部分と前記第２部分とが前記面方向の全体にわたって互いに接触するまで前記導線を押圧する、
   請求項１に記載の電機子の製造方法。
3. 前記導線として中空線を用いる、
   請求項１または請求項２に記載の電機子の製造方法。
4. 複数のスロットを有する鉄心と、前記スロット内に配置され、金属製の導線により構成されるコイルと、を備える電機子であって、
   前記導線の長さ方向に直交する仮想平面に沿う方向を面方向とするとき、
   前記導線は、前記面方向における同一断面上にて互いに異なる部分に位置する第１部分と第２部分とを有しており、
   前記導線のうち前記スロット内に配置された部分において、前記第１部分と前記第２部分とが互いに接触した状態で前記スロットの内面に沿って塑性変形されており、
   前記導線のうち前記スロット外に配置された部分において、前記面方向における断面形状は、前記第１部分の全体と前記第２部分の全体とが空間を介して互いに対向するＵ字状をなしている、
   電機子。
5. 前記導線のうち前記スロット内に配置された部分は、前記第１部分と前記第２部分とが前記面方向の全体にわたって互いに接触している、
   請求項４に記載の電機子。