JPH11113226A - 回転電機のステータのコイルピース製造方法及びコイルピースの製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイル巻回後線材のスプリングバック作用に
よって膨れ上がったコイルを圧縮整形する場合に、線材
の配列崩れを防止し線材の被覆破壊や断線を防止するこ
とのできるコイルピース製造方法及びコイルピースの製
造装置を提供する。 【解決手段】 スプリングバック作用によって膨れたコ
イル１４ａをコイルピースの所望外周形状に準じた雌型
１０と、所望内周形状に準じた錐形雄型１２で挟み込
み、前記雌型１０と錐形雄型１２とを相対移動させ前記
コイル１４ａを圧縮する。この時、雌型１０の内周面が
コイル１４ａを圧縮する力と、錐形雄型１２によってコ
イル１４ａ内周面を外側に押す力とが作用し、線材の整
列を崩す方向の力が緩和されると共に、コイル１４ａを
内周側と外周側とで挟み込む状態になり、線材の整列状
態を崩すことなく雌型の凹状部に押し込み、被覆破壊や
断線の無い所望の形状とサイズのコイルピースに整形す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コイルピースの製
造方法及び製造装置、特にコイル用巻線材を整列巻回し
たコイルピースの製造方法の改良及び製造装置の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、回転電機のステータは、図６
（ａ）に示すような環状で内周面にスロット１００ａと
ティース１００ｂ（２つのティースで挟まれた部分をス
ロットという）が交互に形成された金属板を複数枚重ね
合わせて構成されるステータコア１００と、当該ステー
タコア１００のティース１００ｂに、エナメル等で被覆
されたコイル用巻線材（以下、単に線材という）を連続
的に巻き付けて形成されるコイル１０２と、によって構
成されている。図６（ａ）に示すステータの場合、１本
のティース１００ｂに１つのコイル１０２が形成され
る、いわゆる集中巻きと呼ばれる巻き方で、直径が０．
５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の線材を１本または複数本束ね
た状態で、所定のティース１００ｂに所定回数巻き付け
たものである。従って、前記スロット１００ａの両隣の
ティース１００ｂに装着されたコイル１０２の片側がそ
れぞれ配置されることになる。そして、前記コイル１０
２を電流が通過すると、ティース１００ｂを磁路として
コイル１０２を貫通する方向に磁束が発生し、図示しな
いロータを回転駆動することができる。また、外力によ
り前記ロータが回転させられることによって発電機とし
て機能する。

【０００３】前述したように各ティース１００ｂに線材
を巻き付ける場合、巻き付け作業に時間がかかると共
に、巻線作業等の自動化等が困難であった。そこで、従
来から金型等を用いて予め所定の形状に成形したコイル
ピースを前記ティース１００ｂに装着する構造が提案さ
れ多用されている。この場合、所定回数巻かれたコイル
ピースをティース１００ｂを跨いでスロット１００ａに
挿入するだけであるためステータの組立作業を容易に行
うことができると共に、巻線作業等の自動化を容易に行
うことができる。

【０００４】ところで、コイルピースは、剛性のある線
材にテンションを付加しながらコイル巻型等に巻回して
形成するため、テンションを排除した途端に線材のスプ
リングバック作用により外側に膨らんでしまい、所望す
る形状より大きくなってしまう。その結果、スロット１
００ａに入らなくなったり、隣接するコイルピースと干
渉したり、占積率（スロット１００ａ内の線材の密集
度）が低下してしまう。

【０００５】図６（ａ）のように、ステータコア１００
が環状の内周側にスロット１００ａを形成し、その形状
が略台形を呈する場合、当該スロット１００ａの占積率
を向上させるためには、図６（ｂ）に示すように、コイ
ルピース１０４の断面を大きくする形状、例えば略台形
形状に成形したものを一部に使用することが望ましい。
しかし、この場合、前記スプリングバック作用による膨
らみは、巻回回数の多いスロット底部配置側（図６
（ｂ）の下端側）で特に大きくなってしまう。なお、図
６（ｂ）は理解を容易にするためコイルピース１０４の
輪郭を表示していると共に、コイルピース１０４のテー
パ部分１０４ａを極端に傾斜させて図示している。

【０００６】そのため、従来、コイルの巻回後に、図７
（ａ）〜（ｃ）に示すように、所望するコイルピース１
０４の外周形状を有する雌型１０６ａに巻回し膨れ上が
ったコイル１０８をセットし、所望のコイルピース１０
４の内周形状を有する雄型１０６ｂを図示しないプレス
装置によって前記コイルの内周側に挿入プレスして、巻
回したコイル１０８を所望のコイルピース１０４の形状
に圧縮整形していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
に雌型１０６ａと雄型１０６ｂを用いて、図７（ａ）に
示すように膨らんだ状態のコイル１０８を端面から図中
上方に圧縮すると、膨れ上がったコイルの外周が当接す
る雌型１０６ａのテーパ部１０６ａｔからの抗力（矢印
Ａ）を受け、コイル１０８は内側方向（矢印Ｂ，Ｂ’方
向）に移動し、コイル１０８の内周部分の線材が雄型１
０６ｂのマンドレル１０６ｂｍに接触する。コイル１０
８の内周部分がマンドレル１０６ｂｍに接触した後、さ
らにプレスを継続すると、コイル１０８の外周部分の線
材は、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、テーパ部１０
６ａｔに沿った方向（矢印Ｃで示す方向）に移動を始め
整列巻きされたコイル１０８の線材（符号１１０で示す
範囲）が崩れ始める。さらに、コイル１０８を所望のコ
イルピースサイズに整形するためにプレスすると、図７
（ｃ）で示すように、線材が重なりプレス力が集中する
部分（例えば、符号１１０ａで示す部分）でコイル１０
８の線材が潰され、線材表面を被覆している絶縁材料と
してのエナメル層が破壊され、絶縁不良や断線を起こし
てしまうという問題がある。特に、図６（ｂ）のように
線材の配列に傾斜部を含む場合、線材の整列崩れが起こ
りやすいが、同様な問題は、断面方形のコイルについて
も発生する。

【０００８】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、線材にダメージを与えること無く、コイルピースを
スロットに挿入可能な所望の形状及びサイズに整形する
コイルピースの製造方法及び製造装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明の構成は、回転電機のステータのテ
ィースに装着可能なコイルピースの製造方法であって、
線材を複数回整列巻回して少なくとも内周形状が略錐形
のコイルを形成する巻線工程と、前記コイルをコイルピ
ースの所望外周形状に準じた雌型と、所望内周形状に準
じた錐形雄型で挟み込み、前記雌型と錐形雄型とを相対
移動させ前記コイルを圧縮して所望コイルピース形状に
型整形する整形工程と、型整形状態で前記コイルの形状
固定を行いコイルピースを完成させる固定工程と、を含
むことを特徴とする。

【００１０】ここで、コイルピースとは、形状が決定さ
れた完成品を示し、コイルとは、形状が決定されていな
い成形途中の中間品を示す。また、形状固定とは、線材
の恒久的な形状維持を行うものであり、例えば接着剤等
の接合手段によって行う。

【００１１】上記のような目的を達成するために、本発
明の構成は、回転電機のステータのティースに装着可能
なコイルピースの製造装置であって、線材を複数回整列
巻回して形成された少なくとも内周形状が略錐形のコイ
ルを挿入可能で、前記コイルピースの所望外周形状に準
じ内周形状を有する雌型と、前記コイルピースの所望内
周形状に準じた錐形形状を有し前記コイルの内周に挿入
可能な錐形雄型と、前記雌型と錐形雄型とを係合させて
前記コイルを圧縮整形する型移動機構と、を含むことを
特徴とする。

【００１２】ここで、型移動機構とは、例えば、シリン
ダやモータとガイド等の組み合わせにより所定方向に正
確に型を移動する駆動手段である。

【００１３】上記各構成によれば、コイルが雌型の内周
面から受ける抗力を前記コイルが錐形雄型の外周面から
受ける抗力によって打ち消し、緩和するため、整列巻回
された線材の整列状態が崩れることを抑制しつつコイル
の圧縮を行うことが可能で、線材の被覆破壊や断線等の
ダメージを低減しつつ、コイルピースを所望の形状に整
形することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。図
１には、本実施形態に係る雌型１０及び錐形雄型１２と
が係合した状態が示されており、前記雌型１０と錐形雄
型１２との間には、本実施形態で製造（整形）されるコ
イル１４ａ、１４ｂが挿入支持されている。前記コイル
１４ａ，１４ｂは、錐形マンドレル１２ａ，１２ｂを有
する錐形雄型１２を図中矢印Ｐ方向に移動させることに
よって、所望のコイルピース形状に圧縮整形している。
なお、本実施形態で、コイルとは、前述した回転電機の
ステータコア１００（図６参照）に挿入可能な所定形状
のコイルピースに整形が完了する前の中間品である。従
って、整形後のコイルのみをコイルピースという。ま
た、２種類のコイル１４ａ，１４ｂは整形完了後に、ス
ロット１００ａの断面形状が台形である場合のティース
１００ｂ（図６参照）に交互に装着されるもので、コイ
ル１４ａ，１４ｂの整形後の片側同士を組み合わせた形
状がスロット１００ａの形状と一致するようになってい
る。また、コイル１４ａに基づくコイルピースを先に一
つおきにティース１００ｂに装着し、その後コイル１４
ｂに基づくコイルピースを装着すれば、スロット１００
ａが台形形状を呈している場合でもコイルピース同士が
干渉することなく容易に装着作業を行うことが可能で高
占積率を得ることができる。

【００１５】本実施形態の特徴的事項は、線材の巻回後
に、スプリングバック作用によって外周方向に膨れ上が
っているコイル１４ａ，１４ｂを雌型と雄型を用いて圧
縮し所望形状に整形する場合に、巻回された線材の整列
状態を崩す方向に発生する雌型内壁の抗力を打ち消すよ
うな抗力を錐形雄型によって発生させ、線材の整列崩れ
を防止して、線材に対するダメージを低減するところで
ある。

【００１６】図１に示すように、コイル１４ａ，１４ｂ
が収納される雌型１０は、所望するコイルピースの形状
やサイズに対応した凹状部１０ａ、１０ｂを有してい
る。この時、スプリングバック作用により外周方向に膨
れ上がっているコイル１４ａに関しては、図１（ａ）に
おいて、コイル１４ａの断面の上底の長さが下底の長さ
より小さいため凹状部１０ａの途中位置まで挿入するこ
とが可能で、その後、錐形雄型１２で前記凹状部１０ａ
に押し込むことができる。

【００１７】一方、コイル１４ｂに関しては、断面形状
が略矩形を呈し、外周が略平行になっているため、雌型
１０の凹状部１０ａに、膨れ上がったコイル１４ｂはそ
のままでは挿入することができない。そのため、コイル
１４ｂを挿入のために多少捻ったりゆがませたりする必
要がある。この時、コイル１４ｂ自体、矩形であるため
線材は規則正しく積層されているので、当該コイル１４
ｂを雌型挿入のために多少捻ったり歪ませたりしても線
材の配列は崩れない。

【００１８】前記錐形マンドレル１２ａ，１２ｂは、図
２（ａ），（ｂ）に示すように、プレス方向Ｐに対し
て、外方向に所定角度、例えば、θ1=θ2=１°広がって
いる。このため、錐形マンドレル１２ａ，１２ｂがプレ
ス方向Ｐに移動すると、当該錐形マンドレル１２ａ，１
２ｂは斜め上方にコイル１４ａ，１４ｂの内壁面を押す
ことになる。

【００１９】つまり、図３（ａ）に示すように、膨らん
だ状態のコイル１４ａの場合、雌型１０の凹状部１０ａ
に挿入した後、錐形雄型１２のマンドレル１２ａを当該
コイル１４ａの内周側に挿入し、端面から図中矢印Ｐ方
向に圧縮すると、まず、膨れ上がったコイル１４ａの外
周が凹状部１０ａの内壁面に当接する。その結果、当該
内壁面からの抗力（矢印Ｆ）を受け、コイル１４ａは内
側方向に移動し、当該コイル１４ａの内周部分の線材が
錐形マンドレル１２ａに接触する。この時、前記錐形マ
ンドレル１２ａはＰ方向に対して所定角度傾いたテーパ
面を有するので、当該Ｐ方向のプレスによってコイル１
４ａの内周面を押す抗力Ｇが発生する。

【００２０】前記錐形マンドレル１２ａのテーパ面によ
って発生した抗力Ｇと雄型１０の凹状部１０ａによって
発生した抗力Ｆはほぼ逆向きの方向を有し、抗力Ｇは抗
力Ｆの一部を打ち消すことになり、コイル１４ａの表面
の線材を崩す方向に働く力を小さくすることができる。
その結果、線材の整列を崩すことなくコイル１４ａを雌
型１０と錐形雄型１２の間の空間で矢印Ｈ方向に押し込
むことができる。また、抗力Ｇと抗力Ｆによって、コイ
ル１４ａは外周側と内周側からそれぞれ抱え込まれる状
態になり、線材の整列を維持したまま矢印Ｈ方向にコイ
ル１４ａを移動させることができる。図３（ｂ），
（ｃ）は、コイル１４ａの移動の推移を示している。こ
の結果、雌型１０と錐形雄型１２の間の空間で規定され
る所望のコイルピースの形状にコイル１４ａを整形する
ことができる。

【００２１】このプレス状態を維持したまま、例えば線
材固定用の接着樹脂等を雌型１０と錐形雄型１２の間に
注入して硬化固定すれば、図４に示すような所望の形
状、サイズを維持し、かつ線材の整列崩れの無いコイル
ピース１６を得ることができる。なお、完成したコイル
ピース１６は、内周側がテーパ１６ａを有するので、ス
テータコアのティースも対応するテーパ形状を有するよ
うにすることが望ましい。また、コイルピース１６と当
該コイルピース１６を挿入するティース側にテーパが形
成されと、コイルピース１６の挿入が容易になり組立性
の向上を行うこともできる。

【００２２】なお、図３では線材の整列崩れの起こりや
すいコイル１４ａの整形時に作用する力について説明し
たが、コイル１４ｂの場合も膨れ上がったコイル外周面
を内側に圧縮する力と、錐形雄型１２によってコイル内
周面を外側に押す力とが作用するため、コイル１４ｂを
内周側と外周側とで挟み込む状態になる。その結果、線
材の整列状態を崩すことなく雌型の凹状部に押し込み、
所望の形状とサイズのコイルピースを整形することが可
能で、線材同士が交差して潰されることがなくなり、線
材表面を被覆している絶縁材料としてのエナメル層を破
壊することなく、絶縁不良や断線を防止することができ
る。

【００２３】また、図１では、凹状部１０ａ，１０ｂを
有する雌型１０と錐形マンドレル１２ａ，１２ｂを有す
る錐形雄型１２を示したが、凹状部１０ａ及び錐形マン
ドレル１２ａのみの構成や凹状部１０ｂ及び錐形マンド
レル１２ｂのみの構成でもよい。また、その構成数は適
宜選択される。

【００２４】図５（ａ），（ｂ）は、前述した雌型１０
と錐形雄型１２を有する整形装置１８の概略構成図であ
る。この整形装置１８は、油圧シリンダ２０とガイドバ
ー２２等を利用した型移動機構によって、前記雌型１０
または錐形雄型１２の少なくとも一方を接離移動させて
前記雌型１０と錐形雄型１２との間に挿入されたコイル
１４ａまたはコイル１４ｂの圧縮整形を行う。また、こ
の整形装置１８には、整形が完了したコイルの形状を維
持するための樹脂（例えば、熱硬化性接着剤等）を前記
雌型１０と錐形雄型１２とによって圧縮状態にあるコイ
ルに供給するための樹脂供給装置２４を有し、圧縮完了
後に所定量の樹脂をコイルに供給している。また、前記
雌型１０や錐形雄型１２には、加熱装置（カートリッジ
ヒータ等）や冷却装置（エアブロー等）が内蔵され、コ
イルに供給された樹脂の熱硬化及び冷却を行っている。
なお、雌型１０や錐形雄型１２の取り付け部には、断熱
材２６が配置され、整形装置１８の駆動系側に熱影響が
無いように配慮されている。

【００２５】続いて、コイルピースの製法手順を示す。
まず、図示しない巻線装置により所定回数線材を巻回
し、内周面が略錐形のコイル（例えば、コイル１４ａ）
を形成する。次に、巻回が終了し、スプリングバック作
用により外周方向に膨れ上がったコイル１４ａを図１に
示すような雌型１０にセットする。そして、油圧シリン
ダ２０を駆動し、ガイドバー２２でガイドされた錐形雄
型１２を雌型１０に向かって相対移動させ、前述したよ
うにコイル１４ａを圧縮して所望コイルピース形状に型
整形する。その後、樹脂供給装置２４によって、所定量
の樹脂が整形が完了したコイル１４ａに供給される。そ
して、図示しない加熱装置及び冷却装置により樹脂の硬
化を行い、所望形状及び所望サイズに固定されたコイル
ピースを完成する。

【００２６】このように、雌型１０と錐形雄型１２とを
相対移動させ、前記錐形雄型１２によって発生するコイ
ルの内側に加わる抗力によって、前記コイルに外周側に
加わる抗力を緩和することによって、コイルの線材の整
列状態を崩すことなく当該コイルを所望形状に圧縮す
る。その後、形状固定することより線材の整列崩れのな
い所望形状及びサイズのコイルピースを整形製造するこ
とができる。この結果、線材同士が交差して潰されるこ
とがなくなり、線材表面を被覆している絶縁材料として
のエナメル層を破壊することなく、絶縁不良や断線を防
止することができる。

【００２７】なお、図５に示す整形装置１８の構成は、
一例であり、雌型１０と錐形雄型１２とを相対移動し、
コイルの整形を行いその形状の固定を行える構成であれ
ば、他の構成でも同様の効果を得ることができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、コイルが雌型の内周面
から受ける抗力を前記コイルの内周面が錐形雄型の外周
面から受ける抗力によって打ち消し、緩和するため、整
列巻回された線材の整列状態が崩れることを抑制しつつ
コイルの圧縮を行うことが可能である。その結果、線材
の被覆破壊や断線等のダメージを低減しつつ、コイルピ
ースを所望の形状に整形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態のコイルピース整形に使用
する雌型と錐形雄型の形状を説明する説明図である。

【図２】 本発明の実施形態のコイルピース整形に使用
する錐形雄型の錐形マンドレルの形状を説明する説明図
である。

【図３】 本発明の実施形態のコイルピース整形時にコ
イルに作用する力とコイルの移動を説明する説明図であ
る。

【図４】 本発明の実施形態で整形されたコイルピース
の形状を説明する説明図である。

【図５】 本発明の実施形態で使用する雌型と錐形雄型
とを搭載した整形装置の概略構成図である。

【図６】 従来のステータコアの構成とステータコアの
スロットに挿入されるコイルピースの形状を説明する説
明図である。

【図７】 従来のコイルピースの整形方法を説明する説
明図である。

【符号の説明】

１０ 雌型、１０ａ，１０ｂ 凹状部、１２ 錐形雄
型、１２ａ，１２ｂ 錐形マンドレル、１４ａ、１４ｂ
コイル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転電機のステータのティースに装着可
   能なコイルピースの製造方法であって、 線材を複数回整列巻回して少なくとも内周形状が略錐形
   のコイルを形成する巻線工程と、 前記コイルをコイルピースの所望外周形状に準じた雌型
   と、所望内周形状に準じた錐形雄型で挟み込み、前記雌
   型と錐形雄型とを相対移動させ前記コイルを圧縮して所
   望コイルピース形状に型整形する整形工程と、 型整形状態で前記コイルの形状固定を行いコイルピース
   を完成させる固定工程と、 を含むことを特徴とするコイルピースの製造方法。
2. 【請求項２】 回転電機のステータのティースに装着可
   能なコイルピースの製造装置であって、 線材を複数回整列巻回して形成された少なくとも内周形
   状が略錐形のコイルを挿入可能で、前記コイルピースの
   所望外周形状に準じ内周形状を有する雌型と、 前記コイルピースの所望内周形状に準じた錐形形状を有
   し前記コイルの内周に挿入可能な錐形雄型と、 前記雌型と錐形雄型とを係合させて前記コイルを圧縮整
   形する型移動機構と、 を含むことを特徴とするコイルピース製造装置。