WO2015189905A1 - 平角線ステータコイルの製造方法 - Google Patents

平角線ステータコイルの製造方法 Download PDF

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rectangular
flat
wire
stator coil
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関川 岳
西村 公男
正博 小又
靖志 松下
敏 呉
巧 大島
紘章 澁川
浩司 檜垣
国朋 石黒
裕平 山根
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日産自動車株式会社
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    • H02K3/12Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a rectangular stator coil used for an electric motor or the like.
  • a stator coil such as an electric motor is wound around a cylindrical stator core.
  • the stator core includes a plurality of teeth on the inner periphery at equal angular intervals.
  • a slot is formed between adjacent teeth.
  • the wire constituting the coil is wound around the teeth through a pair of slots formed with one or more teeth interposed therebetween.
  • the wire wound around the teeth protrudes from the end face of the stator core in the axial direction between the pair of slots.
  • the coil is a coil that passes through another slot. It intersects the motor axis direction. Crossing takes place at the coil end. The number of intersections depends on the winding pitch of the coil, i.e., how many teeth the winding takes over, and the number of intersections increases with the number of winding pitches.
  • Coil end crossing increases the coil end projection length in the axial direction from the end surface of the stator core.
  • the crossed coil end conductors are meshed. Weaving was done.
  • JP2010-166803A issued by the Japan Patent Office in 2010 is a method of winding a coil by fitting a wire assembly in which a plurality of wires are coiled into a pair of slots. It has been proposed to form a step in the axial direction at the coil end in advance by performing a wire and providing a crank portion at the coil end of the wire assembly.
  • This prior art facilitates the crossing of coil ends by passing a conductor assembly of another adjacent coil through a space created by a step between the coil ends between the coil end and the end face of the stator core.
  • the protruding length in the axial direction of the coil end is inevitable as the number of intersections between the coil and other coils, in other words, the number of winding pitches increases.
  • the formation of the step makes it easy to handle the intersection, but the work load of winding the preformed wire around the teeth of the stator core is still not reduced.
  • an object of the present invention is to suppress the axial projecting length of the coil end and reduce the work load of the coil winding with respect to the winding of the stator coil.
  • the present invention provides a first end surface, a second end surface, a plurality of teeth extending between the first end surface and the second end surface, and an adjacent tooth.
  • the present invention is applied to a method of manufacturing a rectangular stator coil in which a rectangular wire is wound around a stator core having a formed slot.
  • a rectangular wire element formed in a substantially U-shape is inserted into each pair of slots from the first end face, and each end portion of the flat wire element protrudes from the second end face, and protrudes from the second end face.
  • a plurality of rectangular wire pieces forming a stator coil by connecting between predetermined ends of the rectangular wire elements to be formed in advance as a subassembly, the subassembly being disposed on the second end surface, and the rectangular wire pieces of the subassembly. Are joined between predetermined end portions of the flat wire element protruding from the second end face.
  • FIG. 1A and 1B are a perspective view of a stator coil manufactured by a method for manufacturing a rectangular stator coil according to a first embodiment of the present invention, and an enlarged perspective view of a main part.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a rectangular stator coil.
  • FIG. 3 is a side view of the main part of the rectangular wire element and the rectangular wire piece constituting the rectangular wire stator coil as viewed from the center direction of the stator core.
  • FIG. 4 is a front view of a main part of the rectangular wire element and the rectangular wire piece as viewed from the axial direction of the stator.
  • FIG. 5 is a perspective view of the outer rectangular wire element.
  • FIG. 6 is a side view of the main part of the flat wire element for one row inserted into the stator core as viewed from the center direction of the stator core.
  • FIG. 7 is a front view of a main part of the rectangular wire elements for one row inserted into the stator core as viewed from the axial direction of the stator core.
  • FIG. 8 is a perspective view of the inner rectangular wire element.
  • FIG. 9 is a perspective view of the inner rectangular wire unit in which the inner rectangular wire elements for two rows are assembled.
  • FIG. 10 is a perspective view of the outer rectangular wire unit in which the outer rectangular wire elements for two rows are assembled.
  • FIG. 11 is a perspective view of a rectangular wire unit that combines an inner rectangular wire unit and an outer rectangular wire unit.
  • FIG. 12 is a perspective view of the stator core.
  • FIG. 13 is a perspective view of the outer rectangular wire unit inserted in the stator core.
  • FIG. 14 is a perspective view of a sub-assembly using a plurality of rectangular wire pieces.
  • FIG. 15 is a perspective view of a connected state of the flat wire element and the flat wire piece.
  • FIG. 16 is a plan view of a connecting portion between a flat wire element and a flat wire piece.
  • FIG. 17A and 17B are perspective views of a connecting portion of a flat wire element and a flat wire piece according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18A and 18B are perspective views of a connecting portion of a flat wire element and a flat wire piece according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 19A and 19B are perspective views of a connecting portion of a flat wire element and a flat wire piece according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20A to 20C are perspective views of a connecting portion of the flat wire element and the flat wire piece, explaining variations regarding the shape of the flat wire element and the flat wire piece.
  • FIG. 21A-21C are perspective views of the connecting portion of the flat wire element and the flat wire piece, explaining the positional relationship with the joint portion.
  • FIG. 22A to 22C are perspective views of two connecting portions adjacent to each other between the flat wire element and the flat wire piece, showing the arrangement of the insulating material.
  • FIG. 23 is a side view of the stator core and the subassembly showing the arrangement of the cooling passages.
  • FIG. 24 is a side view of the data core and the subassembly showing the arrangement of the radiation fins.
  • FIG. 25 is a vertical cross-sectional view of the main part of the subassembly for explaining variations regarding the shape of the gap formed in the subassembly.
  • FIG. 1A and 1B, FIG. 2-7, and FIG. 12 the basic structure of a rectangular stator coil to which the present invention is applied will be described.
  • a stator 1 used in an electric motor or the like includes a plurality of sets of coils 3 formed by winding a rectangular wire 6 around a cylindrical stator core 2.
  • the flat wire 6 is composed of a conductive wire in which an insulating material is coated on the outer periphery of the copper wire.
  • the stator core 2 includes a first end surface 2A and a second end surface 2B in the axial direction. Teeth 4 are formed at equal angular intervals on the inner periphery of the stator core 2. A slot 5 through which the flat wire 6 is inserted is formed between the teeth 4. The slots 5 open to the inner peripheral surface of the stator core 2, the first end surface 2A, and the second end surface 2B, respectively.
  • the coil 3 is composed of a flat wire 6 wound around a pair of slots 5 straddling five teeth 4 over four turns, as indicated by oblique lines in the figure. In this way, the flat wire 6 is wound around all the pairs of slots 5 straddling the five teeth 4.
  • the plurality of sets of coils 3 attached to the stator core 2 are collectively referred to as a stator coil.
  • the rectangular wire 6 constituting each coil 3 includes a rectangular wire element 6A penetrating a predetermined pair of slots 5 of the stator core 2 from the first end surface 2A toward the second end surface 2B, and a second wire 6A.
  • the rectangular wire piece 6B is fixed to the end portion of the rectangular wire element 6A that protrudes outward in the axial direction from the end face 2B.
  • the flat wire element 6A is configured by cutting the flat wire 6 into a predetermined size in advance and bending it into a substantially U shape by a bending apparatus or the like. A portion corresponding to the bottom of the U-shape is bent at a substantially right angle. The bent portion 61 formed in this way is parallel to the first end face 2A in a state where the rectangular wire element 6A is passed through the stator core 2.
  • the rectangular wire element 6A is inserted into the predetermined pair of slots 5 from the first end face 2A. As described above, the rectangular wire 6 is wound around each pair of slots 5 four times. Four rectangular wire elements 6A are inserted into each pair of slots 5.
  • FIG. 6 and 7 the bent portion 61 of the flat wire element 6A intersects with the bent portion 61 of the other flat wire element 6A in the motor axial direction on the first end face 2A.
  • a step 62 is formed in the bent portion 61.
  • the rectangular wire piece 6B is fixed to a rectangular wire element 6A that passes through the slot 5 of the stator core 2 and protrudes from the end surface 2B in the axial direction.
  • the rectangular wire piece 6B is composed of a rectangular wire 6 cut short.
  • the flat wire piece 6 ⁇ / b> B includes a bent portion 63 similar to the bent portion 61 of the flat wire element 6 ⁇ / b> A and a tip 64 extending in a right angle direction from both ends of the bent portion 63.
  • a step 62 similar to that of the bent portion 61 is formed in the bent portion 63.
  • Both ends 64 of the flat wire 6B are parallel to the end of the flat wire element 6A in a state in which the bent portion 63 of the flat wire 6B is arranged in parallel to the second cross section of the stator core 2.
  • the tip 64 of the flat wire piece 6B formed in this way is held in a state where the end and the side surface of the flat wire element 6A are in contact with each other in the circumferential direction, and the top surfaces of these tips are joined with the weld metal 20.
  • the top surfaces of the distal ends are referred to as a joined pair with the distal end 64 of the flat wire piece 6B and the end portion of the flat wire element 6A.
  • the flat wire element 6A joined to one end of the flat wire piece 6B and the flat wire element 6A joined to the other end of the flat wire piece 6B are not the same flat wire element 6A.
  • the end of the first flat wire element 6A is joined to one end of the flat wire piece 6B, and the other end of the flat wire piece 6B is adjacent to the first flat wire element 6A and passes through the slot 5.
  • the ends of the rectangular wire element 6A are joined.
  • each of the four rectangular wire pieces 6B is provided at each end of the four rectangular wire elements 6A protruding in the axial direction from the end face 2A.
  • the coil 3 is formed by joining the end portions.
  • the coil 3 includes four flat wire elements 6A, four flat wire pieces 6B, and eight joint pairs connecting them.
  • the distance between the pair of slots 5 penetrating the flat wire element 6A is larger toward the outer peripheral side of the stator core 2 and is smaller at the inner peripheral side.
  • the U-shaped width of the flat wire element 6A is narrower in advance as it is arranged closer to the inner side in the radial direction.
  • the basic structure of the coil 3 is as described above.
  • FIG. A method for manufacturing a rectangular stator coil according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to 14-16.
  • FIG. 14 in the method for manufacturing a rectangular stator coil according to the first embodiment of the present invention, all the rectangular wire pieces 6B are arranged in a predetermined overlapping state in advance and integrated using a resin. By fixing the subassembly 7 formed in this way to the stator core 2 in which all the rectangular wire elements 6A are passed through all the slots 5, it is possible to reduce the labor for manufacturing the stator coil.
  • the tip 64 of the flat wire piece 6B and the end of the flat wire element 6A protruding in the axial direction from the second end face 2B of the stator core 2 are aligned in the circumferential direction.
  • the flat wire piece 6B is previously arranged at a predetermined position and molded using resin.
  • the bending direction of the rectangular wire piece 6B is bent outward with respect to the two outer rows and inward with respect to the inner two rows.
  • Resin is preferably a heat conductive resin.
  • the resin gaps 21 that penetrate the end portions of the flat wire elements 6A are formed between the tips 64 adjacent to each other in the circumferential direction of the flat wire pieces 6B.
  • the rectangular wire piece 6B shaped into a predetermined shape is placed inside the mold, and the FIG. 14 is disposed in a predetermined overlapping state as shown in FIG. 14, and a core for the gap 21 is further disposed, and then the resin is poured into the mold. Thereby, the flat wire pieces 6B are fixed to each other by the resin at a predetermined position. Further, by removing the core after the resin is solidified, a gap 21 that penetrates the end portion of the flat wire element 6A is formed between the ends 64 of the flat wire piece 6B refracted outward in the axial direction.
  • the sub-assembly 7 formed in this way is attached to the stator core 2 in which all the rectangular wire elements 6A are passed through the slots 5. At this time, the end portion of the rectangular wire element 6 ⁇ / b> A protruding in the axial direction from the second end surface 2 ⁇ / b> B of the stator core 2 is passed through the gap 21 of the subassembly 7.
  • FIG. 16 the end of the flat wire element 6A penetrates the gap 21 of the subassembly 7 and protrudes to a position aligned with the tip 64 of the flat wire piece 6B in the circumferential direction.
  • FIG. 16 the top surface of the end portion of the flat wire element 6A and the top surface of the tip 64 of the flat wire piece 6B are bonded and fixed.
  • the weld metal 20 is deposited so as to straddle both top surfaces from above.
  • This joining operation performed between the adjacent rectangular wire element 6A and the rectangular wire piece 6B can be performed in parallel by using, for example, a dedicated joining machine such as a laser welding machine or a brazing machine. is there.
  • FIG. As shown in 1A and 1B, the winding of all the coils 3 is completed.
  • stator 1 In order to reduce the labor of winding the coil 3, it is also easy to manufacture the stator 1 by assembling the rectangular wire element 6A in advance as a unit as described below and inserting it into the stator core 2 as a unit at a time. In addition, it is preferable.
  • FIG. 9 two inner windings of the rectangular wire element 6 ⁇ / b> A that overlap in the radial direction in the slot 5 are assembled as an inner rectangular wire unit 11 using the rectangular wire element 6 ⁇ / b> A.
  • FIG. 10 Referring to FIG. 10, the two outer volumes are shown in FIG. 5 is assembled as an outer rectangular wire unit 12 using a rectangular wire element 6A shown in FIG.
  • FIG. 10 Referring to FIG. 11, all of the four rows of rectangular wire elements 6 ⁇ / b> A are formed as one rectangular wire unit by inserting the inner rectangular wire unit 11 from the axial direction inside the outer rectangular wire unit 12 assembled in this way. It will be in the assembled state. The rectangular wire unit is inserted into the slot 5 of the stator core 2 at a time.
  • FIG. 13 it is also possible to pass only the outer rectangular unit 12 through the slot 5 first, and then penetrate the inner rectangular unit 11 into the slot 5 inside the outer rectangular unit 12. .
  • the bent portion 61 of the flat wire element 6A is also preferable to reverse the bending direction of the bent portion 61 of the flat wire element 6A between the inner flat wire unit 11 and the outer flat wire unit 12. That is, the bent portion 61 of the inner rectangular wire unit 11 is bent inward in the radial direction, and the bent portion 61 of the outer rectangular wire unit 12 is bent outward in the radial direction.
  • the bent portion 61 of the inner rectangular wire unit 11 and the outer rectangular wire unit 12 are connected to the motor. Since it does not cross in the axial direction, the length of the coil end protruding in the axial direction by the flat wire element 6A can be further reduced.
  • the labor of winding the coil 3 is reduced. can do. Further, the axial length of one coil end of the stator coil is reduced by the bent portion 63 of the flat wire piece 6B, and the axial length of the other coil end of the stator coil is reduced by the bent portion 61 of the flat wire element 6A. It is also reduced.
  • the number of overlaps of the bent portions 63 can be reduced by configuring the bent portions 63 of the flat wire pieces 6B with outer and inner bent portions in the radial direction.
  • the heat dissipation of the coil 3 can be improved.
  • FIG. 17A and 17B a method of connecting the flat wire element 6A and the flat wire piece 6B according to the second embodiment of the present invention will be described.
  • a notch 65 is formed in advance at the end of the flat wire element 6A. Then, prior to joining the end of the flat wire element 6A and the tip 64 of the flat wire piece 6B, the end of the flat wire element 6A is engaged with the notch 65 of the flat wire piece 6B. And the front-end
  • the restraining member 66 is constituted by a tape-like member wound around the end of the flat wire element 6A and the tip 64 of the flat wire piece 6B, the end of the flat wire element 6A and the tip 64 of the flat wire piece 6B are caulked. You may comprise by the member of the rigidity fixed by.
  • FIG. 18A and 18B description will be given of a method of connecting the flat wire element 6A and the flat wire piece 6B according to the third embodiment of the present invention.
  • a portion of the end of the flat wire element 6A and a portion of the insulating material of the tip 64 of the flat wire piece 6B are cut in advance to form copper wire exposed portions 66 and 67. deep. And in the state which made these adjoin, the edge part of the flat wire element 6A and the front-end
  • the FIG. 16 the top surface of the end of the flat wire element 6 ⁇ / b> A and the top surface of the front end of the tip 64 of the flat wire piece 6 ⁇ / b> B are joined using the weld metal 20.
  • the restraining member 68 restrains the tip 64 of the flat wire piece 6B and the end of the flat wire element 6A in a close contact state, so that the joint pairs adjacent in the circumferential direction, in other words, between the windings adjacent in the circumferential direction. Therefore, it is possible to prevent an electrical short circuit between the windings of the coil 3.
  • the surface of the restraining member 68 that contacts the exposed portions 66 and 67 is made of a conductive material, and the surface exposed to the outside of the restraining member 68 is made of an insulating material. It is also preferable to use the laminated type restraining member 68 configured.
  • FIGS. 19A and 19B description will be given of a method of connecting the flat wire element 6A and the flat wire piece 6B according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a small notch 69 is formed in advance in each of the end of the flat wire element 6A and the tip 64 of the flat wire piece 6B.
  • the notch 69 is formed except for a portion where the end of the flat wire element 6A and the tip 64 of the flat wire piece 6B are in contact with each other.
  • the end of the flat wire element 6A and the tip 64 of the flat wire piece 6B are in close contact with each other, a gap is secured between adjacent windings. It is possible to prevent electrical short circuit. Further, the amount of use of the restraining member 70 can be reduced as compared with the second and third embodiments. Furthermore, as compared with the second and third embodiments, the restraining member 70 restrains the more distal ends of the flat wire element 6A and the flat wire piece 6B, so that the restraining member 70 can be easily constructed.
  • FIG. Similar to the fourth embodiment, small notches 69 are formed in advance at the end of the flat wire element 6A shown in 20A and the tip 64 of the flat wire piece 6B. Such a tip shape is preferable in terms of securing the arrangement space of the member and ensuring heat dissipation regardless of whether or not the restraining member 70 is constructed.
  • FIG. A tapered portion 70 is formed in place of the notch 69 at a part of the end portion of the flat wire element 6A shown in 20B and at the tip 64 of the flat wire piece 6B.
  • the taper part 70 also brings about a preferable effect similar to the notch 69 in terms of ensuring the arrangement space of members and ensuring heat dissipation.
  • FIG. A conical portion 71 is formed in place of the notch 69 at a part of the end portion of the flat wire element 6A shown in 20C and the tip 64 of the flat wire piece 6B. As described above, the conical portion 71 also brings about the same preferable effect as the notch 69 in terms of ensuring the arrangement space of the members and ensuring heat dissipation.
  • tip shapes are common in that they are tapered. Even when the tapered tip shape is adopted, a flat top surface 72 is secured at the end of the flat wire element 6A and the tip of the tip 64 of the flat wire piece 6B. The joining of the end of the flat wire element 6A and the front end of the front end 64 of the flat wire piece 6B performed using the weld metal 20 is performed as shown in FIG. As shown in 21A-21C, this is done on these remaining top surfaces 72.
  • an insulating material is provided between the small notch 69, the tapered portion 70, or the conical portion 71, and the small notch 69, the tapered portion 70, or the conical portion 71 of the winding adjacent in the circumferential direction. It is also preferable to interpose 73 in order to secure a gap between adjacent windings.
  • FIG. 23 it is possible to previously form a cooling passage 75 in the resin portion of the subassembly 7. By circulating the refrigerant in the cooling passage 75, the stator 1 in the operating state can be cooled.
  • FIG. 24 when the gap 21 is formed in the subassembly 7, the diameter of the gap 21 can be narrowed outward in the axial direction.
  • the axially outer side is FIG. 3 and FIG. Means above 24.
  • FIG. 24 the end of the flat wire element 6A penetrates the gap 21 from below to above. If the gap 21 is formed so as to narrow the diameter upward, the gap 21 itself functions as a guide for guiding the end of the flat wire element 6A. Thereby, the end portion of the flat wire element 6A protruding outward in the axial direction from the gap 21 can be accurately positioned.
  • the present invention suppresses the protruding length in the axial direction of the coil end of the stator coil and reduces the work load of the coil winding on the stator core. Therefore, for example, a favorable effect can be obtained in downsizing and rationalization of production of an electric motor for vehicles.

Abstract

 複数のティースとスロットと、を有するステータコアに、スロットを通して平角線を巻線する。平角線を所定長さに切断して略U字形に折り曲げた複数の平角線エレメントを作成する。一方、複数の平角線エレメントの所定の端部間を接続することでコイルを形成するように構成された複数の平角線片をあらかじめサブアッセンブリとして成形する。複数の平角線エレメントの各々をステータコアの第1の端面から所定の各一対のスロットに挿通し、平角線エレメントの各端部をステータコアの第2の端面から突出させる。サブアッセンブリの平角線片を、第2の端面から突出する平角線エレメントの所定の一対の端部に固定することで、コンパクトなコイルエンドを備えたステータコイルを容易に形成できる。

Description

平角線ステータコイルの製造方法
 この発明は、電動モータなどに使用される平角線ステータコイルの製造方法に関する。
 電動モータなどのステータのコイルは、円筒形状のステータコアに巻きつけられる。ステータコアは内周に複数のティースを等しい角度間隔で備える。隣接するティース間にはスロットが形成される。コイルを構成する線材は、一個または複数のティースを挟んで形成された一対のスロットを通してティースに巻き回される。
 ティースに巻き回された線材は、一対のスロット間においてコイルエンドをステータコアの端面から軸方向に突出する。線材が一個のティースではなく、複数のティースを跨いで巻き回される場合、言い換えれば線材を通す一対のスロットの間に別のスロットが存在する場合には、コイルは別のスロットを通るコイルとモータ軸方向に交差することになる。交差はコイルエンドにおいて行なわれる。交差部の数はコイルの巻線のピッチ、すなわち巻線が幾つのティースをまたいで行なわれるかによって異なり、巻線のピッチ数に応じて交差部の数も増加する。
 コイルエンドの交差はステータコアの端面から軸方向へのコイルエンドの突出長さを増大させる、コイルエンドの軸方向の突出長さを抑えるために、従来は例えば交差するコイルエンドの導線同士を網目状に編み込むことが行なわれていた。
 この方法では、コイルの線材を1本ずつ編み込むために、コイルの巻線作業が複雑化することは避けられない。巻線作業を容易にすべく、日本国特許庁が2010年に発行したJP2010-166803Aは複数本の線材をコイル状にまとめた線材集合体を、一対のスロットに嵌め込むことで、コイルの巻線を行なうとともに、線材集合体のコイルエンドにクランク部を設けることで、コイルエンドに軸方向の段差を予め成型しておくことを提案している。
 この従来技術は、コイルエンドの段差がコイルエンドとステータコアの端面との間に創出するスペースに、隣接する別のコイルの導線集積体を通すことで、コイルエンド同士の交差を容易にする。
 しかしながら、この従来技術においても、コイルと他のコイルとの交差部の数、言い換えれば巻線のピッチ数が多くなるにつれて、コイルエンドの軸方向の突出長さが大きくなることは避けられない。
 また、段差を形成することで交差部の処理はやりやすくなるが、予め成形された線材をステータコアのティースに巻き回す作業の負荷は依然として軽減されない。
 この発明の目的は、したがって、ステータコイルの巻線に関して、コイルエンドの軸方向の突出長さを抑制するとともに、コイルの巻線の作業負荷を軽減することである。
 以上の目的を達成すべく、この発明は、第1の端面と、第2の端面と、第1の端面と第2の端面との間に延在する複数のティースと、隣接するティース間に形成されたスロットと、を有するステータコアに平角線を巻線する平角線ステータコイルの製造方法に適用される。
 製造方法は、略U字形に成形された平角線エレメントを第1の端面から各一対のスロットに挿通し、平角線エレメントの各端部を第2の端面から突出させ、第2の端面から突出する平角線エレメントの所定の端部間を接続することでステータコイルを形成する複数の平角線片をあらかじめサブアッセンブリとして成形し、サブアッセンブリを第2の端面に配置し、サブアッセンブリの平角線片を、第2の端面から突出する平角線エレメントの所定の端部間に接合する。
 この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
FIGS.1Aと1Bはこの発明の第1の実施形態による平角線ステータコイルの製造方法で製造されたステータコイルの斜視図と、要部の拡大斜視図である。 FIG.2は平角線ステータコイルの要部横断面図である。 FIG.3は平角線ステータコイルを構成する平角線エレメントと平角線片の、ステータコアの中心方向から眺めた要部側面図である。 FIG.4はステータの軸方向から眺めた平角線エレメントと平角線片の要部正面図である。 FIG.5は外側の平角線エレメントの斜視図である。 FIG.6はステータコアに挿入した1列分の平角線エレメントの、ステータコアの中心方向から眺めた要部側面図である。 FIG.7はステータコアに挿入した1列分の平角線エレメントの、ステータコアの軸方向から眺めた要部正面図である。 FIG.8は内側の平角線エレメントの斜視図である。 FIG.9は2列分の内側の平角線エレメントを組み立てた内側平角線ユニットの斜視図である。 FIG.10は2列分の外側の平角線エレメントを組み立てた外側平角線ユニットの斜視図である。 FIG.11は内側平角線ユニットと外側平角線ユニットを組み合わせた平角線ユニットの斜視図である。 FIG.12はステータコアの斜視図である。 FIG.13はステータコアに挿入された外側平角線ユニットの斜視図である。 FIG.14は複数の平角線片によるサブアッセンブリの斜視図である。 FIG.15は平角線エレメントと平角線片の結合状態の斜視図である。 FIG.16は平角線エレメントと平角線片の結合部の平面図である。 FIGS.17Aと17Bはこの発明の第2の実施形態による平角線エレメントと平角線片の結合部の斜視図である。 FIGS.18Aと18Bはこの発明の第3の実施形態による平角線エレメントと平角線片の結合部の斜視図である。 FIGS.19Aと19Bはこの発明の第4の実施形態による平角線エレメントと平角線片の結合部の斜視図である。 FIGS.20A-20Cは平角線エレメント及び平角線片の先端形状に関するバリエーションを説明する、平角線エレメントと平角線片の結合部の斜視図である。 FIGS.21A-21Cは接合部との位置関係を説明する、平角線エレメントと平角線片の結合部の斜視図である。 FIGS.22A-22Cは絶縁材の配置を示す、平角線エレメントと平角線片の隣接する2つの結合部の斜視図である。 FIG.23は冷却通路の配置を示すステータコアとサブアッセンブリの側面図である。 FIG.24は放熱フィンの配置を示すテータコアとサブアッセンブリの側面図である。 FIG.25はサブアッセンブリに形成するギャップの形状に関するバリエーションを説明するサブアッセンブリ要部の縦断面図である。
 図面のFIGS.1Aと1B、FIGS.2-7、及びFIG.12を参照してこの発明を適用する平角線ステータコイルの基本構造を説明する。
 FIGS.1Aと1Bを参照すると、電動モータなどに用いられるステータ1は円筒形状のステータコア2に平角線6を巻線することで構成された複数組のコイル3を備える。平角線6は銅線の外周に絶縁材をコーティングした導線で構成される。
 FIG.12を参照すると、ステータコア2は軸方向の第1の端面2Aと第2の端面2Bとを備える。ステータコア2の内周には等しい角度間隔でティース4が形成される。ティース4の間には平角線6を挿通させるスロット5が形成される。スロット5はステータコア2の内周面と第1の端面2Aと第2の端面2Bとにそれぞれ開口する。
 FIG.2を参照すると、コイル3は図の斜線に示すように5個のティース4を跨ぐ一対のスロット5に4周に渡って巻きつけられた平角線6で構成される。このようにして5個のティース4を跨ぐ全ての対のスロット5に平角線6が巻線される。ステータコア2に装着された複数組のコイル3を以下の説明ではステータコイルと総称する。
 FIG.3を参照すると、各コイル3を構成する平角線6は、ステータコア2の所定の一対のスロット5を第1の端面2Aから第2の端面2Bに向けて貫通する平角線エレメント6Aと、第2の端面2Bから軸方向外側に突出する平角線エレメント6Aの端部に固定される平角線片6Bとからなる。
 FIG.5を参照すると、平角線エレメント6Aは平角線6をあらかじめ所定の寸法に切断し、ベンディング装置などによって略U字型に折り曲げ加工することで構成される。U字の底部に相当する部位は略直角に折り曲げられる。このようにして形成された折り曲げ部61は平角線エレメント6Aをステータコア2に貫通させた状態で、第1の端面2Aと平行をなす。
 再びFIG.3を参照すると、平角線エレメント6Aは第1の端面2Aから所定の一対のスロット5に挿入される。前述のように平角線6が各対のスロット5に4回巻きつけられることから。各対のスロット5に4個の平角線エレメント6Aが挿入される。
 FIGS.6と7を参照すると、第1の端面2Aにおいて平角線エレメント6Aの折り曲げ部61は他の平角線エレメント6Aの折り曲げ部61とモータ軸方向に交差する。この交差を容易にするため、折り曲げ部61には段差62が形成される。なお、FIGS.6と7には最も外周側の周方向に並んだ一列分の平角線エレメント6Aのみが記載されているが、実際には各対のスロット5に各4個の平角線エレメント6Aがラジアル方向に重なって配置される。
 FIG.4を参照すると、ステータコア2のスロット5を貫通して端面2Bから各端部を軸方向に突出した平角線エレメント6Aに、平角線片6Bが固定される。
 平角線片6Bは短く切断された平角線6で構成される。平角線片6Bは、平角線エレメント6Aの折り曲げ部61と同様の折り曲げ部63と折り曲げ部63の両端から直角方向に延びる先端64とを備える。折り曲げ部63には折り曲げ部61と同様の段差62が形成される。平角線片6Bの両方の先端64は、平角線片6Bの折り曲げ部63をステータコア2の第2の断面と平行に配置した状態で、平角線エレメント6Aの端部と平行をなす。
 このように形成された平角線片6Bの先端64を平角線エレメント6Aの端部と側面を周方向に接する状態に保持して、これらの先端の頂面同士を溶接金属20で接合する。先端の頂面同士を平角線片6Bの先端64と平角線エレメント6Aの端部とを、以下の説明では接合対と称する。
 なお、図において平角線片6Bの一端に接合される平角線エレメント6Aと、平角線片6Bのもう一端に接合される平角線エレメント6Aは、同一の平角線エレメント6Aではない。図において平角線片6Bの一端に第1の平角線エレメント6Aの端部が接合され、平角線片6Bのもう一端には第1の平角線エレメント6Aに隣接してスロット5を貫通する第2の平角線エレメント6Aの端部が接合される。
 このようにして各対のスロット5に4個の平角線エレメント6Aを貫通させ、端面2Aから軸方向に突出する4個の平角線エレメント6Aの各端部に4個の平角線片6Bの各端部をそれぞれ接合することでコイル3が形成される。言い換えれば、コイル3は4個の平角線エレメント6Aと、4個の平角線片6Bと、これらを接続する8個の接合対によって構成される。
 なお、平角線エレメント6Aを貫通させる一対のスロット5間の距離は、ステータコア2の外周側ほど大きく内周側では小さくなる。このため、平角線エレメント6AのU字の幅は、ラジアル方向内側寄りに配置するものほどあらかじめ狭く形成する。
 コイル3の基本構造は以上のとおりである。
 次にFIGS.14-16を参照して、この発明の第1の実施形態による平角線ステータコイルの製造方法を以下に説明する。
 以上説明した手順で平角線エレメント6Aと平角線片6Bを順次結合していくと、ステータコイルが完成するまでに膨大な手間がかかる。
 FIG.14を参照すると、この発明の第1の実施形態による平角線ステータコイルの製造方法は、あらかじめすべての平角線片6Bを所定の重なり状態に配置し、樹脂を用いて一体化する。こうして成形されたサブアッセンブリ7を、すべての平角線エレメント6Aをすべてのスロット5に貫通させたステータコア2に固定することで、ステータコイルの製造の手間を少なくすることができる。
 FIGS.15と16を参照すると、この実施形態では平角線片6Bの先端64と、ステータコア2の第2の端面2Bから軸方向に突出する平角線エレメント6Aの端部とが周方向に並ぶように、平角線片6Bをあらかじめ所定位置に配置し、樹脂を用いてモールドする。この実施形態では、平角線片6Bの折り曲げ方向を外側の2列に関しては外側へ折り曲げ、内側の2列に関しては内側へ折り曲げる。このように平角線片6Bの折り曲げ方向を外側と内側に分けることで、平角線片6Bのモータ軸方向の重なりの数を減らすことができる。その結果、コイル3の第2の端面2Bから軸方向へのコイルエンドの突出長さを一層小さく抑えることができる。
 樹脂には好ましくは伝熱性樹脂が使用される。樹脂には、平角線片6Bの周方向に隣接する先端64の間に平角線エレメント6Aの端部を貫通させるギャップ21、をそれぞれ形成する。具体的には、所定の形状に整形した平角線片6Bを鋳型の内側に、FIG.14に示すような所定の重なり状態で配置し、さらにギャップ21のための中子を配置したうえで樹脂を鋳型に流し込む。これにより、平角線片6Bが所定位置で樹脂により互いに固定される。また、樹脂が固化した後に中子を取り外すことで、軸方向外側へと屈折した平角線片6Bの先端64の間に、平角線エレメント6Aの端部を貫通させるギャップ21が形成される。
 このようにして形成されたサブアッセンブリ7を、すべての平角線エレメント6Aをスロット5に貫通させたステータコア2に装着する。このとき、ステータコア2の第2の端面2Bから軸方向に突出する平角線エレメント6Aの端部をサブアッセンブリ7のギャップ21にそれぞれ貫通させる。
 再び、FIGS.15と16を参照すると、平角線エレメント6Aの端部はサブアッセンブリ7のギャップ21に貫通することで、平角線片6Bの先端64と周方向に並ぶ位置に突出する。この状態で、FIG.16に示すように平角線エレメント6Aの端部の頂面と平角線片6Bの先端64の頂面とを接合固定する。具体的には、上方から両方の頂面を跨ぐように溶接金属20を溶着させる。隣接する平角線エレメント6Aと平角線片6Bとの間で行なわれるこの接合作業は、例えば専用の接合機、例えばレーザー溶接機、ろう付け機等を用いることで同時並行的に行うことが可能である。これにより、コイル3の巻線作業の手間を大幅に削減することが可能である。接合により平角線エレメント6Aと、平角線片6Bの先端64とが密着することで、FIG.16に示すように、平角線エレメント6Aと、反対側に位置する別の平角線片6Bの先端64との間に隙間が生じる。この隙間は隣接する巻線間の電気的短絡を防止するうえで好ましい。
 接合作業の結果、FIGS.1Aと1Bに示すように、すべてのコイル3の巻線が完了する。
 コイル3の巻線作業の手間を軽減するうえでは、平角線エレメント6Aをあらかじめ以下のようなユニットとして組み立てておき、ユニットとして一度にステータコア2に挿入することもステータ1の製造作業を容易にするうえで好ましい。
 FIG.9を参照すると、スロット5の中でラジアル方向に4重に重なる平角線エレメント6Aのうちの内側の2巻分を、平角線エレメント6Aを用いて内側平角線ユニット11として組み立てる。
 FIG.10を参照すると、外側の2巻分を、FIG.5に示す平角線エレメント6Aを用いて外側平角線ユニット12として組み立てる。
 組み立てられた内側平角線ユニット11と外側平角線ユニット12は自立できるよう、重なりあう折り曲げ部61を樹脂で固定する。
 FIG.11を参照すると、このようにして組み立てた外側平角線ユニット12の内側に軸方向から内側平角線ユニット11を侵入させることで4列分の平角線エレメント6Aのすべてが1個の平角線ユニットとして組み立てられた状態となる。この平角線ユニットをステータコア2のスロット5に一度に挿入する。
 FIG.13を参照すると、もう一つの方法として外側平角線ユニット12のみをまずスロット5に貫通させ、その後に内側平角線ユニット11を外側平角線ユニット12の内側のスロット5に貫通させることも可能である。
 このようにして、平角線エレメント6Aをもユニット化することで、ステータコイルの製造作業の手間を一層少なくすることが可能である。
 内側平角線ユニット11と外側平角線ユニット12とで、平角線エレメント6Aの折り曲げ部61の折り曲げ方向を逆にすることも好ましい。すなわち、内側平角線ユニット11の折り曲げ部61をラジアル方向内側へ折り曲げ、外側平角線ユニット12の折り曲げ部61をラジアル方向外側へ折り曲げる。このように内側平角線ユニット11と外側平角線ユニット12の折り曲げ部61の折り曲げ方向を逆にすることで、内側平角線ユニット11の折り曲げ部61と外側平角線ユニット12の折り曲げ部61とがモータ軸方向で交差しなくなるので、平角線エレメント6Aによるコイルエンドの軸方向の突出長さをより一層小さくすることができる。
 以上のように、この発明の第1の実施形態による平角線ステータコイルの製造方法は、あらかじめ複数の平角線片6Bをサブアッセンブリ7として一体化しておくので、コイル3の巻線の手間を低減することができる。また、平角線片6Bの折り曲げ部63によりステータコイルの一方のコイルエンドの軸方向長さが縮小されるとともに、平角線エレメント6Aの折り曲げ部61によりステータコイルのもう一方のコイルエンドの軸方向長さも縮小される。
 さらに、平角線片6Bの折り曲げ部63を、ラジアル方向に関して外側と内側の折り曲げ部で構成することで、折り曲げ部63の重なりの数を減らすことができる。
 また、サブアッセンブリ7に伝熱性樹脂を用いることで、コイル3の放熱性を向上させることができる。
 次に、平角線エレメント6Aと平角線片6Bとの結合方法に関するこの発明の別の実施形態を説明する。
 FIG.17Aと17Bを参照して、この発明の第2の実施形態による平角線エレメント6Aと平角線片6Bとの結合方法を説明する。
 この実施形態においては、平角線エレメント6Aの端部にあらかじめ切欠65を形成しておく。そして、平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とを接合するのに先立ち、平角線片6Bの先端64を切欠65に係合させた状態で、平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64を電気的絶縁材で構成された拘束部材66で固定する。平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とがこのようにして一体に拘束された状態で、FIG.16に示すように、平角線エレメント6Aの端部の頂面と平角線片6Bの先端64の先端の頂面とを溶接金属20を用いて接合する。
 この実施形態によれば、平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とを、より密着させた状態で接合することが可能となる。その結果、拘束部材66に拘束された平角線片6Bの先端64と、周方向に隣接する別の拘束部材66に拘束された別の平角線エレメント6Aの端部との間により大きな隙間を確保することができる。したがって、コイル3の隣接する巻線間の電気的短絡の防止により好ましい効果が得られる。
 拘束部材66は平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64に巻きつけるテープ状の部材で構成しても、平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とをカシメにより固定する剛性の部材で構成しても良い。
 FIG.18Aと18Bを参照して、この発明の第3の実施形態による平角線エレメント6Aと平角線片6Bとの結合方法を説明する。
 この実施形態においては、平角線エレメント6Aの端部の一部と平角線片6Bの先端64の一部の絶縁材をあらかじめ帯状に切削して、銅線の露出部66と67を形成しておく。そして、これらを隣接させた状態で、平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64を導電材で構成された拘束部材68で固定する。平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とがこのようにして一定に拘束された状態で、FIG.16に示すように、平角線エレメント6Aの端部の頂面と平角線片6Bの先端64の先端の頂面とを溶接金属20を用いて接合する。
 この実施形態によれば、平角線エレメント6Aと平角線片6Bとの電気的接続に完璧を期すことができる。一方、拘束部材68が平角線片6Bの先端64と平角線エレメント6Aの端部とを密着状態に拘束することで、周方向に隣接する接合対間、言い換えれば周方向に隣接する巻線間、に隙間が確保されるので、コイル3の巻線間の電気的短絡の防止をも図ることができる。なお、巻線間の電気的短絡の防止に完璧を期すために、拘束部材68の露出部66と67に接する面を導電材で構成し、拘束部材68の外側に露出する面を絶縁材で構成した、積層タイプの拘束部材68を用いることも好ましい。
 FIGS.19Aと19Bを参照して、この発明の第4の実施形態による平角線エレメント6Aと平角線片6Bとの結合方法を説明する。
 この実施形態においては、平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64にそれぞれ小さな切欠69をあらかじめ形成しておく。切欠69は平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とが相接する部分を除いて形成される。
 平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とが相接した状態で、切欠69により小断面となった平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とを電気的絶縁材で構成された拘束部材70で固定する。平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とがこのようにして一体に拘束された状態で、平角線エレメント6Aの端部の頂面と平角線片6Bの先端64の先端の頂面とを溶接金属20を用いて接合する。
 この実施形態によっても、平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64とが密着することで、隣接する巻線との間に隙間が確保されるので、コイル3の巻線間の電気的短絡の防止を図ることができる。また、第2及び第3の実施形態と比べて、拘束部材70の使用量が少なくて済む。さらに、第2及び第3の実施形態と比べて、拘束部材70は平角線エレメント6Aと平角線片6Bのより先端側を拘束するので、拘束部材70の施工を容易に行なうことができる。
 FIGS.20A-20Cを参照して、平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64の形状に関するバリエーションを説明する。
 FIG.20Aに示す平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64には、第4の実施形態と同様にそれぞれ小さな切欠69があらかじめ形成される。このような先端形状は拘束部材70を施工するかどうかに関わらず、部材の配置スペースの確保及び放熱性の確保という点で好ましい。
 FIG.20Bに示す平角線エレメント6Aの端部の一部と平角線片6Bの先端64には切欠69の代わりにテーパ部70が形成されている。このようにテーパ部70も、部材の配置スペースの確保及び放熱性の確保という点で切欠69と同様の好ましい効果をもたらす。
 FIG.20Cに示す平角線エレメント6Aの端部の一部と平角線片6Bの先端64には切欠69の代わりに円錐部71が形成されている。このように円錐部71も、部材の配置スペースの確保及び放熱性の確保という点で切欠69と同様の好ましい効果をもたらす。
 これらの先端形状は先細の形状という点で共通している。先細の先端形状を採用する場合でも、平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64の先端にはそれぞれ平坦な頂面72を確保する。溶接金属20を用いて行なわれる平角線エレメント6Aの端部と平角線片6Bの先端64の先端との接合は、FIG.21A-21Cに示すように、これらの残存する頂面72において行なわれる。
 さらに、FIGS.22A-22Cに示すように、上記の小さな切欠69、テーパ部70,または円錐部71と、周方向に隣接する巻線の小さな切欠69、テーパ部70,または円錐部71との間に絶縁材73を介在させることも、隣接する巻線間に隙間を確保するうえで好ましい。
 FIG.23を参照すると、サブアッセンブリ7の樹脂部分に冷却用通路75をあらかじめ形成しておくことが可能である。冷却用通路75に冷媒を循環させることで、稼動状態のステータ1の冷却を図ることができる。
 FIG.24を参照すると、稼動状態のステータ1の冷却を促進するために、サブアッセンブリ7に軸方向外側に向けて放熱フィン76を形成しておくことも好ましい。
 FIG.24を参照すると、サブアッセンブリ7にギャップ21を形成する際には軸方向外側に向かってギャップ21の径を狭めておくことも可能である。ここで軸方向外側は、FIG.3及びFIG.24の上方を意味する。FIG.24において、平角線エレメント6Aの端部はギャップ21に対して下方から上方へと貫通する。ギャップ21をこのように上方へ向かって径を狭めるように形成しておくと、ギャップ21自体が平角線エレメント6Aの端部を案内するガイドとして機能する。これにより、ギャップ21から軸方向外側へ突出する平角線エレメント6Aの端部の位置決めを正確に行うことができる。
 以上、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
 以上のように、この発明は、ステータコイルのコイルエンドの軸方向の突出長さを抑制するとともに、ステータコアへのコイルの巻線の作業負荷を軽減する。したがって、例えば車両用の電動モータの小型化と生産の合理化に好ましい効果が得られる。
 この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims (10)

  1.  第1の端面と、第2の端面と、第1の端面と第2の端面との間に延在する複数のティースと、隣接するティース間に形成されたスロットと、を有するステータコアに、スロットを通して平角線を巻線する平角線ステータコイルの製造方法において:
     平角線を所定長さに切断して略U字形に折り曲げた複数の平角線エレメントを作成し;
     複数の平角線エレメントの所定の端部間を接続することでコイルを形成するように構成された複数の平角線片をあらかじめサブアッセンブリとして成形し;
     複数の平角線エレメントの各々を第1の端面から所定の各一対のスロットに挿通し、平角線エレメントの各端部を第2の端面から突出させ;
     サブアッセンブリの平角線片を、第2の端面から突出する平角線エレメントの所定の一対の端部に固定することで、サブアッセンブリを第2の端面に装着する、
     平角線ステータコイルの製造方法。
  2.  各平角線エレメントは第1の端面に沿った折り曲げ部を有する、請求項1の平角線ステータコイルの製造方法。
  3.  各平角線片は第2の端面に沿った折り曲げ部を有する、請求項1または2の平角線ステータコイルの製造方法。
  4.  平角線片は第2の端面に沿ったラジアル方向外向きの折り曲げ部を有する第1グループの平角線片と、第2の端面に沿ったラジアル方向内向きの折り曲げ部を有する第2グループの平角線片とを有する、請求項3の平角線ステータコイルの製造方法。
  5.  サブアッセンブリは複数の平角線片と、複数の平角線片を所定位置に保持する伝熱性樹脂とを備える、請求項1の平角線ステータコイルの製造方法。
  6.  サブアッセンブリは伝熱性樹脂で構成された部位に冷却材通路をさらに備える、請求項5の平角線ステータコイルの製造方法。
  7.  サブアッセンブリは伝熱性樹脂で構成された放熱部をさらに備える、請求項5の平角線ステータコイルの製造方法。
  8.  平角線エレメントの端部と平角線片の端部とはともに先細の形状を有する、請求項1の平角線ステータコイルの製造方法。
  9.  平角線エレメントの端部と平角線片の端部の一方に、もう一方を受け入れる切欠を形成する、請求項1の平角線ステータコイルの製造方法。
  10.  サブアッセンブリの平角線片を、第2の端面から突出する平角線エレメントの所定の一対の端部に固定することは、平角線エレメントの端部とサブアッセンブリの平角線片の先端とを拘束部材で結び合わせることを含む、請求項1の平角線ステータコイルの製造方法。
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