WO2015198432A1

WO2015198432A1 - 平角線ステータコイルの製造方法

Info

Publication number: WO2015198432A1
Application number: PCT/JP2014/066915
Authority: WO
Inventors: 関川　岳; 田中　誠一; 準巽; 正博小又; 西村　公男
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2015-12-30
Also published as: JP6160774B2; JPWO2015198432A1

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（６Ｂ）をあらかじめサブアッセンブリ（７）として鋳造する。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（７）の平角線片（６Ｂ）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。

　これにより、コイルエンド同士の交差が容易になる。

　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．１０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．１１は外側平角線ユニットと内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。ＦＩＧ．１７はサブアッセンブリを鋳造する金型の上型の要部横断面図である。ＦＩＧ．１８はサブアッセンブリを鋳造する金型の中型の要部横断面図である。ＦＩＧ．１９はサブアッセンブリを鋳造する金型の下型の要部横断面図である。ＦＩＧ．２０はサブアッセンブリの鋳造後に残存する鋳造湯周り部の位置を示すサブアッセンブリの斜視図である。

　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、ベンディング装置等によって折り曲げ加工して略Ｕ字型に形成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の先端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の先端とを、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の先端が接合され、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溶接することでコイル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、この発明の実施形態による平角線ステータコイルの製造方法は、すべての平角線片６Ｂを予め所定の重なり状態にした形で鋳造する。鋳造によって１個のサブアッセンブリ７を形成し、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にサブアッセンブリ７を固定する。すべての平角線片６Ｂをあらかじめサブアッセンブリ７として鋳造しておくことで、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、サブアッセンブリ７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あらかじめ形成される。そのために、サブアッセンブリ７の平角線片６Ｂの先端６４とこれと周方向に並ぶ別の平角線片６Ｂの間に平角線エレメント６Ａの端部が貫通するギャップ２１が形成される。また、この実施形態では、ＦＩＧ．１４に示すように、外側の２列の平角線片６Ｂの折り曲げ部６３はラジアル方向外側へ折り曲げられ、内側の２列の平角線片６Ｂの折り曲げ部６３はラジアル方向内側に折り曲げられる。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、内側２列の平角線片６Ｂと外側２列の平角線片６Ｂとがモータ軸方向で重ならなくなる。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小さく抑えることができる。

　ＦＩＧＳ．１７－１９を参照して、サブアッセンブリ７を鋳造するための金型について説明する。なお、ＦＩＧＳ．１７－１９は、説明を容易にするために、ラジアル方向外側への折り曲げ部６３を有する外側２列の平角線片６Ｂのうち外側１列分のサブアッセンブリ７の金型のモータ軸方向に垂直な断面を示している。外側２列の平角線片６Ｂのうちの内側１列の平角線片６B及び、ラジアル方向内側へのおき曲げ部６３を有する内側２列の平角線片６Ｂについても金型の基本構造は同じである。

　ＦＩＧ．１７は上型３１、ＦＩＧ．１８は中型３２、ＦＩＧ．１９は下型３３のそれぞれ要部の断面を示す。

　ＦＩＧ．１８を参照すると、液状の鋳造金属材料、すなわちいわゆる鋳造湯、は中型の外周部に設けた図示されない注入口から注入される。中型３２の外周寄りには孔部３５が形成される。孔部３５は上型３１と下型３３内に形成された孔部にそれぞれ連通する。孔部３５はＦＩＧＳ．３，４，６，７に示す段差６２に相当する。

　ＦＩＧ．１７を参照すると、図に示された平角線片６Ｂは、ＦＩＧＳ．３と４に示された平角線片６Ｂのうち、段差６２を境として端面２Ｂ寄りの部位とその先端６４に相当する。

　ＦＩＧ．１９を参照すると、図に示された平角線片６Ｂは、ＦＩＧＳ．３と４に示された平角線片６Ｂのうち、段差６２を境として端面２Ｂから遠い部位とその先端６４に相当する。

　このようにして予め平角線片６Ｂを所定位置に配置したサブアッセンブリ７を鋳造により作成する。なお、実際には、上型３１、中型３２、及び下型３３には、内側２列分の平角線片６Ｂを鋳造するための孔部も形成される。内側２列分の平角線片６Ｂの湯は中型３２の内周に設けた注入口から注入される。

　ＦＩＧ．２０を参照すると、鋳造後に上型３１，中型３２，及び下型３３を取り除いた後のサブアッセンブリ７には外周部に鋳造湯回り部５１が、内周部に鋳造湯回り部５２がそれぞれ形成される。これらの湯回り部５１と５２はサブアッセンブリ７の鋳造後直ちには除去しない。

　サブアッセンブリ７を構成する平角線片６Ｂは互いに接触しないように間隔をあけて形成される。そのため、上型３１、中型３２、及び下型３３を取り除いた後、直ちにサブアッセンブリ７から鋳造湯回り部５１と５２を除去すると、サブアッセンブリ７は平角線片６Ｂを所定位置に保持することができず、平角線片６Ｂはばらばらになってしまう。

　鋳造湯回り部５１と５２を残しておくことで、サブアッセンブリ７は数多くの平角線片６Ｂを所定位置に保持しつつ自立状態を保つことができる。この状態で、鋳造時の平角線片６Bの配置を保ったままサブアッセンブリ７を樹脂などで確実に一体化する。樹脂には好ましくは伝熱性樹脂が使用される。また、樹脂でサブアッセンブリ７を一体化する際には、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、中子などを用いて確保する。

　サブアッセンブリ７が樹脂により一体化された後、鋳造湯回り部５１と５２を切削などの方法で除去する。

　次にサブアッセンブリ７をステータコア２から軸方向に突出する平角線エレメント６Ａの先端に装着し、平角線片６Ｂの先端６４と平角線エレメント６Ａの先端との接合をレーザー溶接、ろう付け等により行なう。

　これによりＦＩＧＳ．１Ａと１Ｂに示す平角線ステータコイルが完成する。

　鋳造湯回り部５１と５２の除去は、平角線片６Ｂの先端６４と平角線エレメント６Ａの先端との溶接を終了した後に行っても良い。また、鋳造後のサブアッセンブリ７が鋳造湯回り部５１と５２により十分に自立可能な場合には、樹脂による一体化を省略して、直ちに平角線片６Ｂの先端６４と平角線エレメント６Ａの先端との溶接を行なうことも可能である。

　以上のように、この発明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を所定位置に配置されたサブアッセンブリ７として鋳造するので、平角線６のステータコア２への複雑な巻線作業の手間を低減することができる。

　また、鋳造された数多くの平角線片６Ｂが樹脂で一体化されるまで、鋳造湯回り部５１と５２を除去しないため、鋳造直後のサブアッセンブリ７は平角線片６Ｂを所定位置に保持したまま自立することが可能である。そのため、樹脂で一体化される前の平角線片６Ｂの仮固定が不要となり、平角線ステータコイルの製造の手間をさらに削減することができる。

　以上、この発明を特定の実施形態を通じて説明してきたが、この発明は上記の実施形態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上記の実施形態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。

　この発明の実施形態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

　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：
　略Ｕ字形状に形成された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；
　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鋳造し；
　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。
　サブアッセンブリは環状断面の金型の内周と外周からそれぞれ鋳造湯を注入することで鋳造されるとともに、鋳造によりサブアッセンブリの内周と外周とに残存する鋳造湯回り部を、サブアッセンブリを第２の端面に装着した後に除去する、請求項１の平角線ステータコイルの製造方法。
　サブアッセンブリは環状断面の金型の内周と外周からそれぞれ鋳造湯を注入することで鋳造されるとともに、鋳造後のサブアッセンブリを樹脂で一体化するとともに、鋳造によりサブアッセンブリの内周と外周とに残存する鋳造湯回り部を、サブアッセンブリを一体化した後に除去する、請求項１の平角線ステータコイルの製造方法。
　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から３のいずれかの平角線ステータコイルの製造方法。