WO2021229865A1

WO2021229865A1 - 電動機のステータ及び電動機のステータ製造方法

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Publication number: WO2021229865A1
Application number: PCT/JP2021/003649
Authority: WO
Inventors: 敬二河原; 真人樋熊; 康彦木村; 健一中山
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2021-02-02
Publication date: 2021-11-18
Also published as: JPWO2021229865A1; CN115461963A; JP7367208B2; US20230216364A1

Abstract

本発明は、セグメントコイルの肩部における角度のばらつき抑制し、ステータコアへのセグメントコイルの挿入性を向上させることを目的とする。　本発明の電動機のステータは、複数のスロット１２ａが形成されたステータコア１２と、Ｕ字状に形成され複数のスロット１２ａに挿入された複数のセグメントコイル１１を備える。　セグメントコイル１１は、Ｕ字状を形成するために曲げられた肩部１１ａ及び肩部１１ｂを備えている。Ｕ字状を正面視した状態において肩部１１ａ及び肩部１１ｂには、肩部１１ａの表面及び肩部１１ｂの表面から前後方向に向かって凹んだ押圧痕１００ａを形成した。また、押圧痕１００ａは肩部１１ａ、肩部１１ｂの裏面にも形成した。

Description

電動機のステータ及び電動機のステータ製造方法

　本発明は、電動機のステータ及び電動機のステータ製造方法に関する。

　車載用駆動モータでは小型、軽量、高出力、高効率といった要求がある。この要求に対応した性能を満足するモータ構造としては、ステータコアに平角線を用いた複数のセグメントコイルを挿入し、そのセグメントコイルの端部を溶接して接合する技術がある。主に電気自動車（Electric Vehicle）に用いられるステータでは、高回転が見込める長尺円筒タイプが必要となり、ステータコアの積厚が厚くなる傾向にある。その結果、ステータコアに挿入されるセグメントコイルの長さは、ステータコアの積厚に合わせて長くする必要があった。

　従来、セグメントコイルは、コイルエンド頂点と、このコイルエンド頂点の両側に位置するコイルエンド導体斜行部と、コイルエンド導体斜行部からコイルエンド頂点の反対方向に延びた導体直線部を備えるように成形されていた。また、コイルエンド導体斜行部と導体直線部との間には、肩部が成形されていた。セグメントコイルは、平角導体を治具や成形型を用いて曲げられ、成形される。

　セグメントコイルの成型方法として、例えば、特許文献１乃至３に記載の技術が提案されている。

　特許文献１及び特許文献２では、第１成形型と第２成形型との間に線材を装着してコイルエンド形成部を成形し、このコイルエンド形成部より外側部分に対し、２つの成形ローラを第２成形型の側面に沿って下降させ、２つのスロット挿入部（導体直線部）を形成するようにしている。成形ローラよって曲げ加工される肩部の角度は、スロット挿入部同士における開放端のピッチ寸法を決定する。スロット挿入部同士における開放端のピッチ寸法は、スプリングバックにより変化するので、成形ローラを使用してスロット挿入部を成形するにあたっては、目標とする肩部の曲げ角度よりもスプリングバック量を見込んだ分だけ大きく曲げ、肩部の角度が目標の角度になるようにしている。

　また、特許文献３では、肩部の仕上げの角度を出すにあたりカム構造の装置を用いており、目標とする肩部の曲げ角度よりもスプリングバック量を見込んだ分だけ大きく曲げ、肩部の角度が目標の角度になるようにしている。そして、特許文献３では、成形された肩部の角度によってスロット収容部分の開放端のピッチ寸法を確保している。

特開２００４－２９７８６３号公報特開２０１４－１３５８５７号公報特開２０１０－２４６２８３号公報

　セグメントコイルのスロット挿入部同士の開放端ピッチ寸法には、ばらつきが生じる。
スロット挿入部同士の開放端ピッチ寸法は、肩部の角度で決定されるため、肩部の角度のばらつきが、スロット挿入部同士の開放端ピッチ寸法のばらつきに影響を与える。

　電気自動車に用いられるステータでは、ステータコアの積厚が厚くなる傾向にある。ステータコアの積厚が厚くなると、これに合わせセグメントコイルのスロット挿入部の長さが長くなる。スロット挿入部の長さが長くなると、スロット挿入部同士の開放端ピッチ寸法のばらつきが大きくなる。

　特許文献１から３に記載の技術においては、スプリングバック量を考慮して肩部の角度を調整するようにしているが、スロット挿入部の長さが長くなることに対するスロット挿入部同士の開放端ピッチ寸法のばらつきについては、考慮されていなかった。

　そのため、スロット挿入部同士の開放端ピッチ寸法がばらつくことによって、ステータコアのスロット部への挿入時において、セグメントコイルのスロット挿入部がステータコア側面と接触し、スロット内に絶縁紙が入っている場合には、絶縁紙を破損させるという課題があった。

　また、セグメントコイルのスロット挿入部がステータコアと絶縁紙へ接触することにより、セグメントコイルの挿入荷重が高くなり、セグメントコイルを必要以上な荷重で押し込むことになり、セグメントコイル自体が変形し、さらにセグメントコイルの挿入が難しくなるといった課題があった。

　スロット挿入部同士の開放端ピッチ寸法のばらつきを考慮し、ステータコアとセグメントコイルの接触を最小限にするために、例えばスロットの寸法を大きくしてステータコアとセグメントコイルとの隙間を増やして、セグメントコイルの挿入性を向上する方法もある。しかしながら、この場合、スロット内に占めるセグメントコイルの割合が小さくなり、電動機の性能が低下するといった課題がある。

　セグメントコイルの肩部において発生する角度のばらつきは、セグメントコイルの材料となる銅の硬度のばらつき、ボビンに巻き取られている位置、巻き取られたコイルを直線状に戻すときに与えられる加工応力の違い、コイル寸法の違いにより曲げ角度に対するスプリングバック量が変化することによって発生する。そのため、セグメントコイルは、ボビンに巻き取られたコイルを直線状にし、曲げ加工で成形した後、肩部の角度が所定の範囲になるように、角度の曲げ角度を調整して、スプリングバック量のばらつきを調整している。

　この調整は、セグメントコイルの状態によって変化し、ピッチ寸法が範囲内から外れる場合にはその都度調整が必要となるため、工数がかかり、調整による生産性が悪化する。

　本発明の目的は、セグメントコイルの肩部における角度のばらつき抑制し、ステータコアへのセグメントコイルの挿入性を向上させた電動機のステータ及び電動機のステータ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に本発明は、複数のスロットが形成されたステータと、Ｕ字状に形成され前記複数のスロットに挿入された複数のセグメントコイルを備えた電動機のステータであって、前記セグメントコイルは、Ｕ字状を形成するために曲げられた第１曲部及び第２曲部と、を備え、Ｕ字状を正面視した状態において前記第１曲部及び前記第２曲部には、前記第１曲部の一面及び前記第２曲部の一面から前後方向に向かって凹んだ押圧痕を形成したことを特徴とする。

　また、本発明は、ステータに形成された複数のスロットに、Ｕ字状に形成された複数のセグメントコイルを挿入する電動機のステータ製造方法であって、前記セグメントコイルは、Ｕ字状を形成するために曲げられた第１曲部及び第２曲部と、を備え、Ｕ字状を正面視した状態において前記第１曲部及び前記第２曲部には、前記第１曲部の一面及び前記第２曲部の一面、並びに前記第１曲部の一面及び前記第２曲部の一面とは反対側の他面から前後方向に向かって凹んだ押圧痕が形成され、前記押圧痕は押圧痕形成装置で形成され、前記押圧痕形成装置は、前記セグメントコイルの一方の面に押圧痕を形成する上パンチと、前記上パンチを備えると共に前記上パンチに押圧力を与える押圧プレートと、前記上パンチの移動をガイドする上ガイド穴が形成された上ワーク押えプレートと、前記セグメントコイルの他方の面に押圧痕を形成する下パンチと、前記下パンチを備えると共に前記下パンチに押圧力を与える受けプレートと、前記下パンチの移動をガイドする下ガイド穴が形成された下ワーク押えプレートと、前記セグメントコイルの前記第１曲部及び前記第２曲部の角度を調整するガイドピンと、を備え、前記押圧痕形成装置は、前記セグメントコイルを前記下ワーク押えプレートにセットする工程と、前記上ワーク押えプレートを前記下ワーク押えプレート側に移動させて、前記セグメントコイルを固定する工程と、前記ガイドピンを動作させ、前記セグメントコイルの前記第１曲部及び前記第２曲部の角度を目標角度に調整する工程と、前記押えプレートに荷重を掛けて前記セグメントコイルの前記第１曲部及び前記第２曲部に前記押圧痕を形成する工程と、前記押えプレートへの荷重を解放する工程と、前記上ワーク押えプレートを前記下ワーク押えプレート引き離す工程と、を備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、セグメントコイルの肩部における角度のばらつき抑制し、ステータコアへのセグメントコイルの挿入性を向上させた電動機のステータ及び電動機のステータ製造方法を提供することができる。

本発明の実施例１に関するセグメントコイルを電動機のステータコアへ仮挿入した状態を示す斜視図である。本発明の実施例１に関するセグメントコイルを電動機のステータコアへ挿入した状態を示す斜視図である。実施例１に関するセグメントコイル１１の上面図及び正面図である。図３ＡにおけるIIIBの要部拡大図である。図３ＡにおけるIIICの要部拡大図である。セグメントコイル１１の導体直線部１１ｇがスロット１２ａの中央部の挿入された状態を示すステータコア１２の要部断面図である。セグメントコイル１１の導体直線部１１ｇがスロット１２ａの側面に片寄って挿入された状態を示すステータコア１２の要部断面図である。セグメントコイル１１の導体直線部１１ｇがスロット１２ａに傾斜して挿入された状態を示すステータコア１２の要部断面図である。目標とする肩部１１ａの曲げ角度を示す要部拡大図である。曲げ加工後の肩部１１ａの曲げ角度を示す要部拡大図である。調整後の肩部１１ａの曲げ角度を示す要部拡大図である。曲げ加工を施す前のセグメントコイルの正面拡大図である。図６ＡにおけるVIＢ－VIＢ線断面図である。曲げ加工後押圧痕形成前のセグメントコイルの正面拡大図である。図7ＡにおけるVIIＢ－VIIＢ線断面図である。押圧痕形成後のセグメントコイルの正面拡大図である。図８ＡにおけるVIIIＢ－VIIIＢ線断面図である。図６Ｂ，図７Ｂ，図８Ｂにおけるセグメントコイルの膜厚を比較した図である。導体直線部の開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法と押圧痕１００ａの深さとの関係を示す図である。実施例２に関するセグメントコイル１１の肩部１１ａにおける要部拡大図である。実施例２に関するセグメントコイル１１の肩部１１ａにおける要部拡大図である。実施例３に関するセグメントコイル１１の肩部１１ａにおける要部拡大図である。実施例３に関するセグメントコイル１１の肩部１１ａにおける要部拡大図である。実施例４に関するセグメントコイル１１の肩部１１ａにおける要部拡大図である。押圧痕形成装置２００の要部断面図である。押圧痕形成装置２００の要部断面図である。押圧痕形成装置２００による押圧痕形成の作業工程を示すフローチャートである。

　以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

　本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。

　電動機のステータの構造について説明する。図１は本発明の実施例１に関するセグメントコイルを電動機のステータコアへ仮挿入した状態を示す斜視図、図２は本発明の実施例１に関するセグメントコイルを電動機のステータコアへ挿入した状態を示す斜視図である。

　電動機は、図示しないロータと、ステータ１０から構成される。ステータ１０は複数の電磁鋼板が積層されたステータコア１２と、ステータコア１２に形成された複数のスロット１２ａと、スロット１２ａに挿入されるセグメントコイル１１を備えている。

　セグメントコイル１１は、線材に曲げ加工を施しＵ字状に成形される。Ｕ字状に成形された複数のセグメントコイル１１は、図１に示すように開放端をステータコア１２のスロット１２ａに向け、Ｕ字状の底部から押圧してセグメントコイル１１をスロット１２ａ内に挿入する。そして、図２に示すように、セグメントコイル１１の開放端がスロット１２ａ突出した状態でセグメントコイル１１がステータコア１２のスロット１２ａ内に収まる。

　次に図３Ａ乃至図３Ｃを用いて、セグメントコイル１１の構成について説明する。図３Ａは実施例１に関するセグメントコイル１１の上面図及び正面図、図３Ｂは図３ＡにおけるIIIBの要部拡大図、図３Ｃは図３ＡにおけるIIICの要部拡大図である。実施例１においては、セグメントコイル１１の一例として、銅をエナメル被覆した電線で例示するが、金属で形成された導電体の電線であれば、アルミニウムや鉄等の他金属を主体とした素材であっても良い。

　図３Ａ乃至図３Ｃに示すようにセグメントコイル１１は、直線状の平角導体を図示されていない成形型・治具を使用して成形され、Ｕ字状を形成するために曲げられた肩部１１ａ（第１曲部）及び肩部１１ｂ（第２曲部）、Ｕ字状の底部となるコイルエンド頂点１１ｃを形成する。肩部１１ａ，１１ｂは、平角導体の断面の長辺を横向きに曲げるエッジワイズ曲げ加工で形成される。実施例１のセグメントコイル１１のサイズは、曲げ方向の厚みＴは３．６ｍｍ、曲げ幅方向の幅Ｗ２．６ｍｍとしている。このようにしてセグメントコイル１１はＵ字状に形成される。さらに、Ｕ字状に形成されたセグメントコイル１１には、コイルエンドクランク部１１ｄと、コイルエンド頂点１１ｃの両側にあってコイルエンド頂点１１ｃから傾斜した略円弧状のコイルエンド導体斜行部１１ｅ，１１ｆと、肩部１１ａ，１１ｂから延びた導体直線部１１ｇ，１１ｈと、導体直線部１１ｇ，１１ｈの先端となる開放端１１ｍ，１１ｎが形成される。

　セグメントコイル１１は、湾曲部とこの湾曲部に繋がる直線部を備え、湾曲部は肩部１１ａ，１１ｂ、コイルエンド頂点１１ｃ、コイルエンドクランク部１１ｄ、コイルエンド導体斜行部１１ｅ，１１ｆで構成され、直線部は、導体直線部１１ｇ，１１ｈ、開放端１１ｍ，１１ｎで構成される。

　導体直線部１１ｇと開放端１１ｍは複数のスロット１２ａのうち、一のスロット１２ａに挿入され、導体直線部１１ｈと開放端１１ｎは導体直線部１１ｇと開放端１１ｍが挿入されたスロット１２ａとは異なる他のスロット１２ａに挿入される。肩部１１ａの角度はθ１となっており、肩部１１ｂの角度はθ２となっている。角度θ１と角度θ２は、開放端１１ｍ，１１ｎ同士のピッチ寸法を決定する。また、セグメントコイル１１の肩部１１ａ，１１ｂには、Ｕ字状を正面視した状態において、肩部１１ａの一面及び肩部１１ｂの一面から前後（奥行）方向に向かって凹んだ押圧痕１００ａ，１００ｂが形成されている。押圧痕１００ａ，１００ｂは、肩部１１ａの一面（表面）及び肩部１１ｂの一面（表面）とは反対側の他面（裏面）の前後（奥行）方向にも形成されている。すなわち、押圧痕１００ａ，１００ｂは、肩部１１ａ，１１ｂの表面及び裏面の両面に形成されている。押圧痕１００ａ，１００ｂの詳細については後述する。

　上述したように、導体直線部１１ｇと導体直線部１１ｈは、それぞれ異なるスロット１２ａに挿入される。そのため、セグメントコイル１１をスロット１２ａに挿入するにあたっては、セグメントコイル１１の導体直線部１１ｇ，１１ｈにおける開放端１１ｍ，１１ｎ同士のピッチ寸法のばらつきを抑制することが重要である。特に、導体直線部１１ｇ，１１ｈが長くなると、導体直線部１１ｇ，１１ｈの開放端１１ｍ，１１ｎ同士のピッチ寸法のばらつきが大きくなる。

　セグメントコイル１１をスロット１２ａに挿入する状態について、図４Ａ乃至図４Ｃを用いて説明する。図４Ａ乃至図４Ｃでは、開放端１１ｎ側で位置決めして導体直線部１１ｇをスロット１２ａに挿入した時の、導体直線部１１ｇ側の状態を示している。

　図４Ａはセグメントコイル１１の導体直線部１１ｇがスロット１２ａの中央部の挿入された状態を示すステータコア１２の要部断面図、図４Ｂはセグメントコイル１１の導体直線部１１ｇがスロット１２ａの側面に片寄って挿入された状態を示すステータコア１２の要部断面図、図４Ｃはセグメントコイル１１の導体直線部１１ｇがスロット１２ａに傾斜して挿入された状態を示すステータコア１２の要部断面図である。

　ステータコア１２は複数の電磁鋼板が積層されて形成される。ステータコア１２には、積層された複数の電磁鋼板を貫通するように複数のスロット１２ａを形成されている。スロット１２ａには、スロット１２ａの側面１２ｂに沿うように絶縁紙１３が備えられている。

　図４Ａにおいて、導体直線部１１ｇ，１１ｈの開放端１１ｍ，１１ｎ同士のピッチ寸法精度が良好な場合、開放端１１ｍ（１１ｎ）と絶縁紙１３が接触せずに、セグメントコイル１１の導体直線部１１ｇと、スロット１２ａの側面１２ｂとに所定のクリアランス１４を保ってセグメントコイル１１の導体直線部１１ｇが挿入される。この状態においては、スロット１２ａ内でのセグメントコイル１１の占積率が向上するため、高効率の電動機モータを提供することができる。

　一方、導体直線部１１ｇ，１１ｈの開放端１１ｍ，１１ｎ同士のピッチ寸法精度にばらつきがある場合、図４Ｂ、図４Ｃのようになる。

　図４Ｂにおいて、セグメントコイル１１の導体直線部１１ｇは、スロット１２ａの側面に片寄って挿入され、導体直線部１１ｇの一部が絶縁紙１３と接触する。導体直線部１１ｇと絶縁紙１３が接触していない位置では、クリアランス１４が大きくなっている。導体直線部１１ｇと絶縁紙１３が接触した状態でセグメントコイル１１を挿入すると、摩擦が大きくなり、挿入荷重がさらに高くなるので、開放端１１ｍ，１１ｎ同士のピッチ寸法精度が重要となる。

　図４Ｃにおいて、肩部１１ａの角度θ１と肩部１１ｂの角度θ２（図３Ｃ参照）が目標の角度から外れた場合、導体直線部１１ｇがスロット１２ａの側面１２ｂに対して傾いた状態となり、導体直線部１１ｇ，開放端１１ｍと絶縁紙１３が接触する。この状態で導体直線部１１ｇをさらに押し込むと、挿入量が進むに従い、傾いた導体直線部１１ｇがスロット１２ａの側面１２ｂに倣うため、導体直線部１１ｇが変形する荷重と接触圧力が高くなり、これらが挿入荷重に加算されるため、さらに挿入荷重は高くなる。加えて、傾いた導体直線部１１ｇが絶縁紙１３を破損させる虞があった。

　次に開放端１１ｍと１１ｎ間のピッチ寸法の調整方法について図５Ａ乃至５Ｃを用いて説明する。図５Ａは目標とする肩部１１ａの曲げ角度を示す要部拡大図、図５Ｂは曲げ加工後の肩部１１ａの曲げ角度を示す要部拡大図、図５Ｃは調整後の肩部１１ａの曲げ角度を示す要部拡大図である。

　セグメントコイル１１の開放端１１ｍと１１ｎ間のピッチ寸法が所定の寸法となるように、肩部１１ａの曲げ角度を決定する。実施例１では、図５Ａに示すように肩部１１ａの角度θ１を目標角度とする。セグメントコイル１１の曲げ加工にあたっては、曲げた部位が元に戻ろうとするスプリングバックが発生するので、肩部１１ａではスプリングバック量を考慮し、図５Ｂに示すように目標角度の角度θ１よりも小さい角度となる角度θ３（θ１＞θ３）まで肩部１１ａを曲げる。そして、セグメントコイル１１は、肩部１１ａの角度が、角度θ３の状態で成形型・治具から開放される。

　次に、成形型・治具から開放されたセグメントコイル１１を後述する押圧痕形成装置に装着する。押圧痕形成装置には、セグメントコイル１１の肩部１１ａの角度を調整するガイドピン４０ａ～４０ｄが備えられている。ガイドピン４０ａとガイドピン４０ｂは、コイルエンド導体斜行部１１ｅを挟むように配置され、ガイドピン４０ｃとガイドピン４０ｄは、導体直線部１１ｇを挟むように配置される。コイルエンド導体斜行部１１ｅ及び導体直線部１１ｇをそれぞれガイドピン４０ａとガイドピン４０ｂ、ガイドピン４０ｃとガイドピン４０ｄで挟んだ状態で、肩部１１ａの角度が大きくなるようにガイドピン４０ｃとガイドピン４０ｄを動作させて導体直線部１１ｇを移動させる。そして、ガイドピン４０ｃとガイドピン４０ｄは、肩部１１ａの角度が角度θ３’の位置で停止させ、肩部１１ａの角度を目標角度の角度θ１とする（θ１＝θ３’）。

　肩部１１ａの角度を角度θ３’（θ１）に固定した状態で、肩部１１ａに押圧痕１００ａを形成する。押圧痕１００ａは、セグメントコイル１１の表面からパンチ等を使用して押圧し、セグメントコイル１１の幅Ｗが他の部分より小さくなるように凹ませて形成する。押圧痕１００ａ，１００ｂを形成後、セグメントコイル１１が押圧痕形成装置から開放されると、肩部１１ａの角度は角度θ３’（θ１）に固定される。

　肩部１１ａでは、外部からの押圧により材料が塑性変形し、材料の流動及び加工硬化によって形状が変化し、肩部１１ａの角度θ1が固定される。説明は省略するが、図３Ｃに示すように、肩部１１ｂにおいても同様に押圧痕１００ｂを形成され、肩部１１ｂの角度θ２が固定される。

　そして、肩部１１ａの角度θ1及び肩部１１ｂの角度θ２が固定されることによって、導体直線部１１ｇ，１１ｈの開放端１１ｍ，１１ｎ同士のピッチ寸法精度が向上し、目標のピッチ寸法が得られる。

　実施例１では、図３Ｂ、図３Ｃ、図５Ｃに示すように、押圧痕１００ａ，１００ｂは肩部１１ａ，１１ｂの中央部より外側であって、外側端部よりも内側に形成（Ｕ字状のセグメントコイル１１で囲まれる側を内側、それ以外を外側と称する）しているが、押圧痕１００ａ，１００ｂは肩部１１ａ，１１ｂの外側端部に亘るように形成しても良い。

　次に、図６Ａ乃至図９を用いて肩部１１ａの状態について説明する。図６Ａは曲げ加工を施す前のセグメントコイルの正面拡大図、図６Ｂは図６ＡにおけるVIＢ－VIＢ線断面図、図７Ａは曲げ加工後押圧痕形成前のセグメントコイルの正面拡大図、図７Ｂは図7ＡにおけるVIIＢ－VIIＢ線断面図、図８Ａは押圧痕形成後のセグメントコイルの正面拡大図、図８Ｂは図８ＡにおけるVIIIＢ－VIIIＢ線断面図、図９は図６Ｂ，図７Ｂ，図８Ｂにおけるセグメントコイルの膜厚を比較した図である。なお、図８Ａ及び図Ｂでは、押圧痕１００ａは肩部１１ａの外側端部に亘るように形成されているものとする。

　図６Ｂ，図７Ｂ，図８Ｂにおいて、セグメントコイル１１の外周には、エナメル被膜７が施されている。図６ＡをVIＢ－VIＢ線で断面した状態は、図６Ｂとなる。図６Ｂ及び図９において、曲げ加工を施す前のエナメル被膜７は、被膜厚さ７ａが６１μｍ、被膜厚さ７ｂが６１μｍ、被膜厚さ７ｃが６６μｍとなっている。実施例１のセグメントコイル１１のサイズは、曲げ方向の厚みＴは３．６ｍｍ、曲げ幅方向の幅Ｗ２．６ｍｍとしている。

　このセグメントコイル１１にエッジワイズ曲げ加工を施すと、セグメントコイル１１の形状が変化し、図７Ｂのようになる。図７Ｂは、図７ＡをVIIＢ－VIIＢ線で断面である。
肩部１１ａの曲げ加工後押圧痕１００ａ形成前である図７Ｂにおいては、被膜厚さ７ａは６１μｍ、被膜厚さ７ｂは５２μｍ、被膜厚さ７ｃは７４μｍとなっている。エナメル被覆６はエッジワイズ曲げにより、肩部１１ａの曲げ方向の厚みＴ’は減少（Ｔ＞Ｔ’）し、肩部１１ａの曲げ幅Ｗ’は曲げの内側が厚くなる（Ｗ＜Ｗ’）。曲げの外側の被膜厚さ７ｂ（５２μｍ）は、曲げる際に引っ張られるため、曲げの内側の被膜厚さ７ｃ（７４μｍ）に比べて薄くなる。被膜厚さ７ｂ（５２μｍ）は肩部１１ａにおいて被膜の最小厚さになる。

　このため、押圧痕１００ａ形成時には被膜の厚さが更に薄くならないようにする必要があり、押圧痕１００ａの形成部と非形成部のつなぎ部分は被膜が薄くならないつなぎとして、図８Ｂに示すように曲率半径をＲ０．２以上とするのが好ましい。図８Ｂは、図８ＡをVIIIＢ－VIIIＢ線で断面である。また、実施例１では、押圧痕１００ａの深さを０．３ｍｍとしている。開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法のばらつきは、押圧痕１００ａの深さ、すなわちパンチ等での押し込み量によって変化する。図１０は、導体直線部の開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法と押圧痕１００ａの深さとの関係を示す図である。

　図１０では、縦軸に導体直線部の開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法を示しており、横軸に押圧痕１００ａの深さ（パンチ押し込み量）を示している。横軸方向に延びた破線は、開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法の目標寸法であり、開放端１１ｍと１１ｎのピッチ寸法はこの目標寸法からのずれを小さくすると共に、ばらつきの範囲（幅）を小さくすることが好ましい。図１０では、上限と下限の幅が小さくなると、開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法のばらつきが小さくなったことを示す。

　図１０において、押圧痕１００ａ形成前では、開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法のばらつき範囲が大きくなっている。この状態から、肩部１１ａを押圧し、押圧痕１００ａの深さを深くして行くと、開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法のばらつき範囲が小さくなって行く。押圧痕１００ａの深さを深くして行くと、開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法のばらつき範囲が再び大きくなって行く。

　このような傾向の中から、開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法のばらつき範囲が小さくなり、そのばらつき範囲の中央付近が目標寸法とほぼ一致するところを、押圧痕１００ａの深さとする。また、押圧痕１００ａの深さを決定するにあたっては、エナメル被膜７の厚みと、電動機が採用される製品に必要なセグメントコイル１１の絶縁破壊電圧を考慮する必要がある。従って、押圧痕１００ａの深さは、開放端１１ｍと開放端１１ｎのピッチ寸法のばらつき範囲が小さく、且つエナメル被膜７の厚み、セグメントコイル１１の絶縁破壊電圧に応じて決定する。

　さらに、実施例１では押圧痕１００ａをセグメントコイル１１の両側の面に形成するようにしているが、押圧痕１００ａはセグメントコイル１１の肩側の面にのみ形成するようにしても良い。さらにまた、実施例１では、つなぎ部の曲率半径をＲ０．２としているが、つなぎ部の曲率半径は上記した条件によって決定された押圧痕１００ａの深さに応じて適宜決定すれば良い。

　実施例１では、肩部１１ａ，１１ｂを押圧して押圧痕１００ａを形成したことにより、肩部１１ａ，１１ｂが塑性変形し、肩部１１ａ，１１ｂに存在していた金属の流動及び加工硬化によって肩部１１ａの角度θ１、肩部１１ｂの角度θ２が固定され、目標角度となる。その結果、導体直線部１１ｇの開放端１１ｍと、導体直線部１１ｈの開放端１１ｎとのピッチ寸法が目標寸法となる。

　実施例１によれば、導体直線部１１ｇの開放端１１ｍと、導体直線部１１ｈの開放端１１ｎとのピッチ寸法のばらつきを抑制することができるので、セグメントコイル１１の挿入性を向上することができる。

　また、実施例１によれば、セグメントコイル１１の挿入性を向上させつつ、ステータコア１２の積厚を厚くすることができるので、効率を向上させた電動機を提供することができる。

　さらにまた、スロット１２ａ内におけるセグメントコイル１１の占める割合を向上することができるので、効率を向上させた電動機を提供することができる。

　本発明の実施例２について、図１１Ａ及び図１１Ｂを用いて説明する。図１１Ａ及び図１１Ｂは実施例２に関するセグメントコイル１１の肩部１１ａにおける要部拡大図である。実施例２において、実施例１と異なるところは、押圧痕の形状である。

　図１１Ａでは、肩部１１ａの外側端部から内側に向かって押圧痕１０１ａが形成されている。押圧痕１０１ａは肩部１１ａの内側端部までは達しておらず、また、押圧痕１０１ａの内側が円弧状に形成されている。この形状によれば、押圧痕１０１ａを形成するための治具の形状を簡素化することができる。

　図１１Ｂでは、肩部１１ａ、コイルエンド導体斜行部１１ｅ及び導体直線部１１ｇのそれぞれの外側端部、内側端部に達しない範囲において、押圧痕１０２ａが形成されている。押圧痕１０２ａは、導体直線部１１ｇに対し、導体直線部１１ｇからセグメントコイル１１のコイルエンド頂点１１ｃ（図３Ａ）に向かうように直線的に傾斜して形成されている。

　実施例２によれば、実施例１の効果に加え、押圧痕を形成するために使用する治具の種類を拡張することができる。

　本発明の実施例３について、図１２Ａ及び図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ａ及び図１２Ｂは実施例３に関するセグメントコイル１１の肩部１１ａにおける要部拡大図である。実施例３において、実施例１と異なるところは、エッジワイズ曲げ加工の角度である。
実施例３の１２Ａの角度θ５は、実施例１と比較し、θ３＜θ１＜θ５の関係にある。

　実施例３の肩部１１ａの目標角度は、実施例１と同じ角度θ１である。セグメントコイル１１の曲げ加工にあたっては、曲げた部位が元に戻ろうとするスプリングバックが発生するので、肩部１１ａではスプリングバック量を考慮し、図１２Ｂに示すように目標角度の角度θ１よりも大きい角度となる角度θ５（θ１＜θ５）まで肩部１１ａを曲げる。そして、セグメントコイル１１は、肩部１１ａの角度が、角度θ５の状態で成形型・治具から開放される。

　次に、成形型・治具から開放されたセグメントコイル１１を後述する押圧痕形成装置に装着する。押圧痕形成装置には、セグメントコイル１１の肩部１１ａの角度を調整するガイドピン４０ａ～４０ｄが備えられている。ガイドピン４０ａとガイドピン４０ｂは、コイルエンド導体斜行部１１ｅを挟むように配置され、ガイドピン４０ｃとガイドピン４０ｄは、導体直線部１１ｇを挟むように配置される。コイルエンド導体斜行部１１ｅ及び導体直線部１１ｇをそれぞれガイドピン４０ａとガイドピン４０ｂ、ガイドピン４０ｃとガイドピン４０ｄで挟んだ状態で、肩部１１ａの角度が小さくなるようにガイドピン４０ｃとガイドピン４０ｄを動作させて導体直線部１１ｇを移動させる。そして、ガイドピン４０ｃとガイドピン４０ｄは、肩部１１ａの角度が角度θ５’の位置で停止させ、肩部１１ａの角度を目標角度の角度θ１とする（θ１＝θ５’）。

　肩部１１ａの角度を角度θ５’（θ１）に固定した状態で、肩部１１ａに押圧痕１００ａを形成する。押圧痕１００ａは、セグメントコイル１１の表面からパンチ等を使用して押圧し、セグメントコイル１１の幅Ｗが他の部分より小さくなるように凹ませて形成する。押圧痕１００ａ，１００ｂを形成後、セグメントコイル１１が押圧痕形成装置から開放されると、肩部１１ａの角度は角度θ５’（θ１）に固定される。なお、実施例３の押圧痕１００ａは、肩部１１ａを挟むように分割して形成している。押圧痕１００ｂについても同様である。

　実施例３によれば、目標角度θ１よりも大きい角度θ５にエッジワイズ曲げ加工を施したのち、角度θ５を目標角度θ１（θ５’）にするようにしているので、実施例１の効果に加え、目標角度θ１（θ５’）にするまでの作業時間を短縮することができる。

　本発明の実施例４について、図１３を用いて説明する。図１３は実施例４に関するセグメントコイル１１の肩部１１ａにおける要部拡大図である。実施例４において、実施例１と異なるところは、押圧痕の形成数、形成箇所にある。

　図１３では、肩部１１ａに繋がるコイルエンド導体斜行部１１ｅと、コイルエンド導体斜行部１１ｅ，肩部１１ａ，導体直線部１１ｇに跨るようにそれぞれ押圧痕１０４ａ，１０５ａを成形した。コイルエンド導体斜行部１１ｅと肩部１１ａはセグメントコイル１１の湾曲部を形成し、導体直線部１１ｇはセグメントコイル１１の直線部を形成する。換言すると、押圧痕１０４ａは直線部に形成され、押圧痕１０５ａは、湾曲部の一部と直線部の一部の形成されている。

　実施例４では、コイルエンド導体斜行部１１ｅと、コイルエンド導体斜行部１１ｅ，肩部１１ａ，導体直線部１１ｇに跨る部分を押圧することにより、セグメントコイル１１の銅が加工硬化し、また形状が外側に膨らむため、肩部１１ａでの断面２次モーメントが大きくなり、曲げ剛性が向上する。なお、図示はしていないが、肩部１１ｂ、コイルエンド導体斜行部１１ｆ，導体直線部１１ｈについても同様である。

　スロット１２ａにセグメントコイル１1を挿入する場合、コイルエンド頂点１１ｃとコイルエンド導体斜行部１１ｅ，１１ｆを押すことになり、コイルエンド導体斜行部１１ｅ，１１ｆは挿入荷重により変形するが、実施例４ではコイルエンド導体斜行部１１ｅ，１１ｆに押圧痕１０４ａを形成しているので、コイルエンド導体斜行部１１ｅ，１１ｆでの変形量を抑制することができ、セグメントコイル１１のスロット１２ａへの挿入性を向上することができる。

　本発明の実施例５について、図１４乃至図１５を用いて説明する。図１４Ａ及び図１４Ｂは押圧痕形成装置２００の要部断面図、図１５は押圧痕形成装置２００による押圧痕形成の作業工程を示すフローチャートである。

　押圧痕形成装置２００は、セグメントコイル１１の一方の面に押圧痕を形成する上パンチ２０１と、上パンチ２０１を備えると共に上パンチに押圧力を与える押圧プレート２０２と、上パンチ２０１の移動をガイドするガイド穴２０３ａ（上ガイド穴）が形成された上ワーク押えプレート２０３と、セグメントコイル１１の他方の面に押圧痕を形成する下パンチ２０４と、下パンチ２０４を備えると共に下パンチに押圧力を与える受けプレート２０５と、下パンチ２０４の移動をガイドするガイド穴２０４ａ（下ガイド穴）が形成された下ワーク押えプレート２０６と、図示しないガイドピン４０ａ～４０ｄ（図５Ｃ，図１２Ｂ，図１３参照）を備えている。また、図示しないが、押圧プレート２０２と上ワーク押えプレート２０３との間にはバネが備えられており、バネの付勢力によって押圧プレート２０２と上ワーク押えプレート２０３と間に所定の隙間が形成されるようにしている。同様に、受けプレート２０５と下ワーク押えプレート２０６との間にはバネが備えられており、バネの付勢力によって受けプレート２０５と下ワーク押えプレート２０６と間に所定の隙間が形成されるようにしている。

　下ワーク押えプレート２０６の中央部は、上ワーク押えプレート２０３に向かって凸形状となり、上ワーク押えプレート２０３の中央部は、下ワーク押えプレート２０６の凸形状を受けるように凹形状となっている。

　押圧痕形成装置２００は以下のように動作する。

　図１４Ａに示すように、下ワーク押えプレート２０６の中央部にエッジワイズ曲げ加工が施されたＵ字状のセグメントコイル１１がセットされる（ステップＳ３０１：Ｕ字状のセグメントコイルを下ワーク押えプレートにセットする工程）。

　次に、図示しない荷重発生装置を動作させ、上ワーク押えプレート２０３を下ワーク押えプレート２０６側へ移動させ、上ワーク押えプレート２０３と下ワーク押えプレート２０６でセグメントコイル１１を挟み込み、固定する（ステップＳ３０２：上ワーク押えプレートを下ワーク押えプレート側に移動させて、セグメントコイル１１を固定する工程）。下ワーク押えプレート２０６には、荷重発生装置の荷重に加え、押圧プレート２０２と上ワーク押えプレート２０３の重量が加わるので、下ワーク押えプレート２０６は受けプレート２０５側へ移動する。下ワーク押えプレート２０６の移動によって、下パンチ２０４がガイド穴２０４ａを移動し、下パンチ２０４の先端部がセグメントコイル１１の他方の面に対向する。

　次に、ガイドピン４０ａ～４０ｄを動作させ、セグメントコイル１１の肩部１１ａ，１１ｂの角度を目標角度θ１に調整する（ステップＳ３０３：ガイドピンを動作させ、セグメントコイルの肩部の角度を目標角度に調整する工程）。

　次に、荷重発生装置を動作させてさらに押圧プレート２０２に荷重を掛け、バネの付勢力に打ち勝つようにして、上ワーク押えプレート２０３に向かって押圧する。押圧プレート２０２の押圧によって、押圧プレート２０２に接続された上パンチがガイド穴２０３ａを移動し、上パンチがガイド穴２０３ａから突出してセグメントコイル１１の肩部１１ａ，１１ｂの一方の面を押圧し、押圧痕１００ａ，１００ｂを形成する。さらに押圧プレート２０２による押圧力が加わると、下パンチ２０４がガイド穴２０４ａから突出してセグメントコイル１１の肩部１１ａ，１１ｂの他方の面を押圧し、押圧痕１００ａ，１００ｂする（ステップＳ３０４：押圧プレート２０２に荷重を掛けてセグメントコイル１１の肩部１１ａ，１１ｂに押圧痕１００ａ，１００ｂを形成する工程）。前述したように押圧痕の深さが深くなると、開放端同士のピッチ寸法のばらつきが大きくなるので、荷重発生装置は押圧プレート２０２を押圧する加重を調整するよう動作する。

　押圧痕１００ａ，１００ｂの形成が終了した後、荷重発生装置による押圧プレート２０２への荷重を解放する（ステップＳ３０５：押圧プレート２０２への荷重を解放する工程）。押圧プレート２０２への荷重を解放されると、押圧プレート２０２と上ワーク押えプレート２０３との間に配置されたバネの付勢力により、押圧プレート２０２と上ワーク押えプレート２０３が離れる。同様に、受けプレート２０５と下ワーク押えプレート２０６との間に配置されたバネの付勢力により、受けプレート２０５と下ワーク押えプレート２０６が離れる。

　次に、上ワーク押えプレートを引き上げ、下ワーク押えプレート２０６から引き離す（ステップＳ３０６：上ワーク押えプレートを下ワーク押えプレート２０６から引き離す工程）。

　そして、肩部１１ａ，１１ｂの角度がそれぞれ角度θ１，角度θ２に固定されたセグメントコイル１１を押圧痕形成装置から取り出す（ステップＳ３０７：セグメントコイル１１を押圧痕形成装置から取り出す工程）。

　押圧痕形成装置から取り出したセグメントコイル１１は、複数集められ、図１に示すようにステータコア１２のスロット１２ａに挿入される（ステップＳ３０８：セグメントコイル１１をステータコア１２のスロット１２ａに挿入する工程）。

　上記のようにして、電動機のステータが製造される。

　実施例５によれば、セグメントコイルの肩部における角度のばらつき抑制し、ステータコアへのセグメントコイルの挿入性を向上させた電動機のステータ製造方法を提供することができる。

　なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。
上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。

　１０…ステータ、１１…セグメントコイル、１１ａ…肩部（第１曲部）、１１ｂ…肩部（第２曲部）、１１ｃ…コイルエンド頂点、１１ｄ…コイルエンドクランク部、１１ｅ，１１ｆ…コイルエンド導体斜行部、１１ｇ，１１ｈ…導体直線部、１１ｍ，１１ｎ…開放端、１２…ステータコア、１２ａ…スロット、１２ｂ…側面、１３…絶縁紙、１４…クリアランス、１００ａ，１００ｂ，１０１ａ，１０２ａ，１０４ａ，１０５ａ…押圧痕、２００…押圧痕形成装置、２０１…上パンチ、２０２…押圧プレート、２０３…上ワーク押えプレート、２０３ａ…ガイド穴、２０４…下パンチ、２０４ａ…ガイド穴、２０５…受けプレート、２０６…下ワーク押えプレート

Claims

　複数のスロットが形成されたステータと、Ｕ字状に形成され前記複数のスロットに挿入された複数のセグメントコイルを備えた電動機のステータであって、
　前記セグメントコイルは、Ｕ字状を形成するために曲げられた第１曲部及び第２曲部と、を備え、
　Ｕ字状を正面視した状態において前記第１曲部及び前記第２曲部には、前記第１曲部の一面及び前記第２曲部の一面から前後方向に向かって凹んだ押圧痕を形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項１において、
　前記セグメントコイルは平角導体で構成され、前記第１曲部及び前記第２曲部は、前記平角導体をエッジワイズ曲げ加工して形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項１又は２において、
　前記押圧痕は、前記第１曲部の一面及び前記第２曲部の一面とは反対側の他面に形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項１又は２において、
　前記押圧痕の形成部と非形成部のつなぎ部分の曲率半径をＲ０．２以上としたことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項１又は２において、
　前記押圧痕は、前記第１曲部及び前記第２曲部の中央部より外側に形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項５において、
　前記押圧痕は、前記第１曲部及び前記第２曲部の外側端部よりも内側に形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項５において、
　前記押圧痕は、前記第１曲部及び前記第２曲部の外側端部に亘って形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項１又は２において、
　前記押圧痕は、前記第１曲部及び前記第２曲部の外側端部から内側に向かって形成され、前記押圧痕の内側を円弧状に形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項１又は２において、
　前記セグメントコイルは、前記第１曲部及び前記第２曲部を備える湾曲部と、前記湾曲部に繋がる直線部とを備え、
　前記押圧痕は、前記直線部に対して直線的に傾斜して形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項１又は２において、
　前記セグメントコイルは、前記第１曲部及び前記第２曲部を備える湾曲部と、前記湾曲部に繋がる直線部とを備え、
　前記直線部の一部に押圧痕を形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　請求項１０において、
　前記湾曲部は前記第１曲部及び前記第２曲部と繋がるコイルエンド導体斜行部を備え、
前記コイルエンド導体斜行部に押圧痕を形成したことを特徴とする電動機のステータ。
　ステータに形成された複数のスロットに、Ｕ字状に形成された複数のセグメントコイルを挿入する電動機のステータ製造方法であって、
　前記セグメントコイルは、Ｕ字状を形成するために曲げられた第１曲部及び第２曲部と、を備え、
　Ｕ字状を正面視した状態において前記第１曲部及び前記第２曲部には、前記第１曲部の一面及び前記第２曲部の一面、並びに前記第１曲部の一面及び前記第２曲部の一面とは反対側の他面から前後方向に向かって凹んだ押圧痕が形成され、
　前記押圧痕は押圧痕形成装置で形成され、
　前記押圧痕形成装置は、前記セグメントコイルの一方の面に押圧痕を形成する上パンチと、前記上パンチを備えると共に前記上パンチに押圧力を与える押圧プレートと、前記上ンチの移動をガイドする上ガイド穴が形成された上ワーク押えプレートと、前記セグメントコイルの他方の面に押圧痕を形成する下パンチと、前記下パンチを備えると共に前記下パンチに押圧力を与える受けプレートと、前記下パンチの移動をガイドする下ガイド穴が形成された下ワーク押えプレートと、前記セグメントコイルの前記第１曲部及び前記第２曲部の角度を調整するガイドピンと、を備え、
　前記押圧痕形成装置は、
　前記セグメントコイルを前記下ワーク押えプレートにセットする工程と、
　前記上ワーク押えプレートを前記下ワーク押えプレート側に移動させて、前記セグメントコイルを固定する工程と、
　前記ガイドピンを動作させ、前記セグメントコイルの前記第１曲部及び前記第２曲部の角度を目標角度に調整する工程と、
　前記押えプレートに荷重を掛けて前記セグメントコイルの前記第１曲部及び前記第２曲部に前記押圧痕を形成する工程と、
　前記押えプレートへの荷重を解放する工程と、
　前記上ワーク押えプレートを前記下ワーク押えプレート引き離す工程と、
を備えたことを特徴とする電動機のステータ製造方法。