JP7516862B2 - 電機子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電機子の製造方法に関する。

従来、回転電機のステータは、複数のスロットを有する鉄心と、スロット内に配置されるコイルとを備えている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のコイルは平角線からなり、その断面形状は、長辺及び短辺を有する矩形状をなしている。同コイルは、スロット内に配置される配置部と、スロットから突出して周方向の一方側に屈曲される屈曲部とを有している。配置部は、上記長辺が径方向に沿うようにスロット内に配置されている。屈曲部は、上記短辺が延びる方向に屈曲されている。

特開２００４－８８９９３号公報

ところで、スロット内には、複数の配置部が径方向に並んだ状態で配置される。この場合、配置部の径方向における厚さを小さくすることで、スロット内により多くの配置部を並べることができる。しかしながら、配置部の径方向における厚さを小さくすべく、上記短辺が径方向に沿うようにスロット内に配置部を並べた場合、屈曲部の屈曲される方向は、上記長辺の延びる方向となる。これにより、屈曲部の曲げ半径が大きくなり、屈曲部の鉄心からの突出量が増大するおそれがある。こうした屈曲部の鉄心からの突出量の増大は、電機子の体格が増大する一因となっている。

本発明の目的は、コイルの占積率を高めつつ体格の増大を抑制できる電機子の製造方法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、径方向に延びる複数のスロットが周方向に互いに間隔をおいて形成された鉄心と、前記スロット内に配置される配置部、及び前記配置部に連なるとともに前記スロットから突出して前記周方向に屈曲される屈曲部を有するコイルと、を備える電機子の製造方法である。同方法は、前記コイルの長さ方向に直交する方向における厚さを第１厚さとし、前記第１厚さの厚さ方向と前記長さ方向との双方に直交する方向における厚さを第２厚さとするとき、前記第１厚さの厚さ方向が前記径方向に沿うように前記配置部を前記スロット内に配置する配置工程と、前記スロット内に配置された前記配置部を押圧することで、前記配置部の前記第１厚さを減少させるとともに前記第２厚さを増大させるように前記配置部を塑性変形させる押圧工程と、前記屈曲部を前記周方向に屈曲させる屈曲工程と、を備える。

同方法によれば、鉄心の径方向に沿った厚さである第１厚さを減少させるように配置部を塑性変形させるため、配置部の径方向の体格を小さくできる。また、第２厚さが増大するように配置部を塑性変形させることで、スロットの内面と配置部との隙間を小さくできる。このため、スロット内において、複数の配置部を径方向に並べた際に同配置部が占める割合を高めることができる。一方、屈曲部においては、上述した塑性変形が生じないため、その曲げ方向における厚さが塑性変形後の配置部の第２厚さよりも小さくなる。このため、屈曲工程において、屈曲部の曲げ半径を小さくすることができる。以上のことから、コイルの占積率を高めつつ電機子の体格の増大を抑制できる。

一実施形態におけるステータの断面図。 ステータの拡大平面図。 ステータの縦断面図。 図２の４－４線に沿った断面図。 配置工程を示すステータの断面図。 押圧工程を示すステータの断面図。 屈曲工程を示すステータの平面図。 比較例のステータの縦断面図。

以下、図１～図８を参照して、電機子の製造方法をステータの製造方法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を有する円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。また、図１において、時計回りに向かう側を周方向の一方側とし、反時計回りに向かう側を周方向の他方側として説明する。

＜ステータコア２０＞
図１に示すように、ステータコア２０は、環状のヨーク２１、及びヨーク２１から径方向の内側に向かって延在するとともに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。上述したようにティース２２は周方向に互いに間隔をおいて複数形成されていることから、これらの間に形成されるスロット２３も周方向に互いに間隔をおいて複数形成されている。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。なお、各スロット２３の内面には、図示しない絶縁紙が設けられている。

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及び図３に示すように、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平角線と、平角線の外周面を覆う絶縁被膜とを有している。なお、各図においては、絶縁被膜の図示を省略している。本実施形態のコイル３０の長さ方向に直交する断面形状は、長辺及び短辺を有する長方形状をなしている。

コイル３０は、スロット２３内に配置される配置部３１と、配置部３１に連なるとともに軸線方向の両側においてスロット２３から突出して周方向に屈曲される第１屈曲部３２ａ及び第２屈曲部３２ｂとを有している。

各屈曲部３２ａ，３２ｂは、配置部３１から離れるほど断面形状が徐々に変化する徐変部３３と、徐変部３３に連なり、断面形状が略一定で直線状に延びる直線部３４とを有している。なお、図３において、第１屈曲部３２ａは同図の上側に向かって突出しており、第２屈曲部３２ｂは同図の下側に向かって突出している。第１屈曲部３２ａと第２屈曲部３２ｂとは、周方向において互いに逆向きに屈曲している。

配置部３１の断面形状における長辺は、スロット２３の幅方向に沿っており、配置部３１の断面形状における短辺は、径方向に沿っている。なお、スロット２３の幅方向は、軸線方向と径方向との双方に直交する方向である。

図４に示すように、各屈曲部３２ａ，３２ｂにおける直線部３４の断面形状における長辺は、径方向に沿っており、直線部３４の断面形状における短辺は、軸線方向に沿っている。

図２に示すように、各スロット２３内には、複数の配置部３１が径方向に並んで設けられている。本実施形態では、８つの配置部３１が径方向に隣接して設けられている。
各配置部３１のうち、径方向の外側から数えて偶数番目に位置する配置部３１に連なる第１屈曲部３２ａは、周方向の一方側に屈曲されており、径方向の外側から数えて奇数番目に位置する配置部３１に連なる第１屈曲部３２ａは、周方向の他方側に屈曲されている。

なお、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。１つのスロット２３内に設けられるコイル３０は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のいずれか１つの相を構成するものであってもよいし、各相のうち２つの相を構成するものであってもよい。

次に、ステータ１０の製造方法について説明する。
以降において、コイル３０の長さ方向に直交する方向における厚さを第１厚さｔ１とし、第１厚さｔ１の厚さ方向と上記長さ方向との双方に直交する方向における厚さを第２厚さｔ２として説明する。すなわち、本実施形態では、コイル３０の配置部３１において、断面形状における長辺の延びる方向での厚さを第１厚さｔ１とし、同断面形状における短辺の延びる方向での厚さを第２厚さｔ２としている。なお、第１厚さｔ１は、第２厚さｔ２よりも大きい。また、第２厚さｔ２は、スロット２３の幅よりも小さい。

図５に示すように、まず、第１厚さｔ１の厚さ方向が径方向に沿うように配置部３１をスロット２３内に配置する(配置工程）。なお、各屈曲部３２ａ，３２ｂは、配置工程に先立ち、後述する屈曲工程において自身が屈曲される側に僅かに屈曲されている。

図６に示すように、次に、配置部３１を押圧するための治具６０をスロット２３内に挿入する。ここで、治具６０の押圧面６０ａは、軸線方向におけるスロット２３の全体にわたって延びている。また、押圧面６０ａの幅は、スロット２３の幅と略同一である。

次に、スロット２３内に配置された配置部３１を、治具６０により径方向の外側に向けて押圧する。これにより、第１厚さｔ１を減少させるとともに第２厚さｔ２を増大させるように配置部３１を塑性変形させる（押圧工程）。このとき、第２厚さｔ２が、スロット２３の幅と同一となるまで配置部３１が押圧される。本実施形態では、この状態において、第１厚さｔ１が第２厚さｔ２よりも小さくなる。

図７に示すように、次に、第１屈曲部３２ａを周方向の他方側に屈曲させるとともに、第２屈曲部３２ｂを周方向の一方側に屈曲させる。これにより、スロット２３内における径方向の最外側にコイル３０が配置される。なお、次にスロット２３内に配置されるコイル３０においては、第１屈曲部３２ａを周方向の一方側に屈曲させるとともに、第２屈曲部３２ｂを周方向の他方側に屈曲させる。

こうした手順を繰り返してスロット２３内にコイル３０を順次配置することで、ステータコア２０にコイル３０を巻回する。
このようにして、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。
押圧工程では、径方向に沿った厚さである第１厚さｔ１を減少させるように配置部３１を塑性変形させるため、配置部３１の径方向の体格を小さくできる。また、第２厚さｔ２が増大するように配置部３１を塑性変形させることで、スロット２３の内面と配置部３１との隙間を小さくできる。このため、スロット２３内において、複数の配置部３１を径方向に並べた際に同配置部３１が占める割合を高めることができる。一方、各屈曲部３２ａ，３２ｂにおいては、上述した塑性変形が生じないため、その曲げ方向における厚さが塑性変形後の配置部３１の第２厚さｔ２よりも小さくなる。このため、屈曲工程において、各屈曲部３２ａ，３２ｂの曲げ半径を小さくすることができる。

ここで、図８に比較例のステータ１１０を示す。なお、比較例においては、本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、本実施形態と対応する構成については、本実施形態の符号「＊＊」に「１００」を加算した「１＊＊」を付すことにより、重複する説明を省略する。

比較例では、第１厚さｔ１の厚さ方向がスロット２３の幅方向に沿うように、且つ第２厚さｔ２の厚さ方向が径方向に沿うように配置部１３１がスロット２３内に配置されている。すなわち、比較例の配置部１３１は、本実施形態の配置部３１を周方向に９０度回転させた姿勢にてスロット２３内に配置されている。そして押圧工程を行うことなく、各屈曲部１３２ａ，１３２ｂを周方向に屈曲させる。こうしたステータ１１０においては、各屈曲部１３２ａ，１３２ｂの曲げ方向における厚さが、配置部１３１の第１厚さｔ１と同一となる。この場合、本実施形態における各屈曲部１３２ａ，１３２ｂの曲げ方向における厚さは、本実施形態における各屈曲部３２ａ，３２ｂの曲げ方向における厚さよりも大きくなる。したがって、本実施形態と比較して、各屈曲部１３２ａ，１３２ｂの曲げ半径が大きくなる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）配置工程では、第１厚さｔ１の厚さ方向が径方向に沿うように配置部３１をスロット２３内に配置する。押圧工程では、スロット２３内に配置された配置部３１を押圧することで、配置部３１の第１厚さｔ１を減少させるとともに第２厚さｔ２を増大させるように配置部３１を塑性変形させる。屈曲工程では、各屈曲部３２ａ，３２ｂを周方向に屈曲させる。

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の占積率を高めつつステータ１０の体格の増大を抑制できる。
（２）第１厚さｔ１が第２厚さｔ２よりも大きいコイル３０を用いる。

上記コイル３０を屈曲させる場合、第１厚さｔ１の厚さ方向よりも、第２厚さｔ２の厚さ方向において屈曲させやすくなる。
上記方法によれば、各屈曲部３２ａ，３２ｂが第２厚さｔ２の厚さ方向において屈曲されるため、各屈曲部３２ａ，３２ｂの曲げ半径を容易に小さくすることができる。

（３）押圧工程では、第１厚さｔ１が、第２厚さｔ２よりも小さくなるまで配置部３１を押圧する。
こうした方法によれば、配置部３１の第１厚さｔ１が第２厚さｔ２よりも小さくなることで、配置部３１における径方向の体格が一層小さくなる。したがって、コイル３０の占積率を一層高めることができる。

（４）押圧工程では、第２厚さｔ２が、スロット２３の幅と同一となるまで配置部３１を押圧する。
こうした方法によれば、配置部３１がスロット２３の幅方向の全体にわたって配置されるようになる。したがって、コイル３０の占積率をより一層高めることができる。

＜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。

・押圧工程後の配置部３１の第２厚さｔ２は、スロット２３の幅よりも小さくてもよい。
・押圧工程において、第１厚さｔ１が第２厚さｔ２よりも小さくなるまで配置部３１を押圧しなくてもよい。この場合であっても、上記（１）に準じた効果を奏することができる。

・第１厚さｔ１が第２厚さｔ２よりも小さいコイル３０を用いることもできる。この場合であっても、押圧工程において、第１厚さｔ１が減少するとともに第２厚さｔ２が増大するため、上記効果（１）に準じた効果を奏することができる。なお、この場合、第２厚さｔ２は、スロット２３の幅よりも小さいことが好ましい。

・第１厚さｔ１と第２厚さｔ２は同一であってもよい。すなわち、コイル３０の断面形状は、正方形であってもよい。また、コイル３０の断面形状は、多角形状、楕円形状、扁平形状などであってもよい。

・複数の配置部３１をスロット２３内に配置するとともに、これら配置部３１を治具６０により一括して押圧することもできる。
・コイル３０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。

・ステータコア２０に集中巻きにより巻回されたコイルを有するステータに対しても本発明を適用することができる。
・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、回転電機のロータの製造方法に対しても本発明を適用することができる。

ｔ１…第１厚さ
ｔ２…第２厚さ
１０，１１０…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
３０，１３０…コイル
３１，１３１…配置部
３２ａ，１３２ａ…第１屈曲部
３２ｂ，１３２ｂ…第２屈曲部
３３…徐変部
３４…直線部
６０…治具
６０ａ…押圧面
１００…ロータ

Claims (4)

1. 径方向に延びる複数のスロットが周方向に互いに間隔をおいて形成された鉄心と、前記スロット内に配置される配置部、及び前記配置部に連なるとともに前記スロットから突出して前記周方向に屈曲される屈曲部を有するコイルと、を備える電機子の製造方法であって、
   前記コイルの長さ方向に直交する方向における厚さを第１厚さとし、前記第１厚さの厚さ方向と前記長さ方向との双方に直交する方向における厚さを第２厚さとするとき、
   前記第１厚さの厚さ方向が前記径方向に沿うように前記配置部を前記スロット内に配置する配置工程と、
   前記スロット内に配置された前記配置部を押圧することで、前記配置部の前記第１厚さを前記屈曲部の前記第１厚さよりも減少させるとともに前記配置部の前記第２厚さを前記屈曲部の前記第２厚さよりも増大させるように前記配置部を塑性変形させる押圧工程と、
   前記屈曲部を前記周方向に屈曲させる屈曲工程と、を備える、
   電機子の製造方法。
2. 前記第１厚さが前記第２厚さよりも大きい前記コイルを用いる、
   請求項１に記載の電機子の製造方法。
3. 前記押圧工程では、前記第１厚さが、前記第２厚さよりも小さくなるまで前記配置部を押圧する、
   請求項２に記載の電機子の製造方法。
4. 前記押圧工程では、前記第２厚さが、前記スロットの幅と同一となるまで前記配置部を押圧する、
   請求項２または３に記載の電機子の製造方法。