JP4505764B2 - 回転電機のコイル組立体製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のコイル組立体製造方法に関する。

従来、回転電機のコイル組立体を製造する方法として、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、相対向する一対の板状巻芯を用いて複数のコイル線材を同時に巻回する方法が提案されている。また、特許文献２には、巻回工程により三角波形状に形成した一のコイル線材に対して他のコイル線材を、９０度だけその軸周りに回転させるとともに、半分のターン分だけそれらの重なりを増加するように一のコイル方向に進める工程と、他のコイル線材をさらにその軸周りに９０度だけ回転させる工程とを繰り返すことにより、順次他のコイル線材を半分のターン分ずつ一のコイル線材に編み込む方法が提案されている。
特開２００２−１７６７５２号公報 特開２００４−１０４８４１号公報

複数のターン部が形成された複数のコイル線材を互いに編込む方法としては、さらに以下の各方法が考えられる。例えば、公知の撚り線機で行われているように、固定した一のコイル線材の周りに他のコイル線材を回転（公転）させ、１公転でコイルピッチ分をコイル長手方向に移動することで編込む方法や、２つのコイル線材の編込み箇所を中心に所定角度で保持し、互いに相手の周りを回転（公転）させて編込む方法である。

しかしながら、これらの方法には、ターン部同士の干渉を回避するために、一のコイル線材の軸線と他のコイル線材の軸線とのなす角度を大きく設定しなければならず、コイル線材が変形し易いという問題があった。特に、軸方向に長いモータ用のコイル組立体を作製する場合には、コイル線材の直線状に形成されるスロット収容部のストレート部が長くなるため、編込み時に変形が大きくなる。このように編込み時にコイル線材が変形すると、編込み済みコイルがいびつな形状となり、所望のコイル組立体が得られなくなる。

また、上記の編込み方法の場合、コイル線材を大きく回転動作させるために装置サイズが大型化して装置コストが高くなり、高速化が困難であるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コイルの変形が少なく且つ小型の装置を用いて高速に編込み可能な回転電機のコイル組立体製造方法を提供することを解決すべき課題とするものである。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段について、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．直線状に形成されて並列状に配置された複数のスロット収容部と隣り合う前記スロット収容部同士を接続する複数のターン部とを有する波形の複数のコイル線材を互いに編込んで回転電機のコイル組立体を製造する方法であって、
前記コイル線材の各前記スロット収容部の両端部に、隣り合う各前記スロット収容部同士が互いに遠ざかる方向へ屈曲するように屈曲部を形成するコイル成形工程と、
前記屈曲部が形成された一対の成形コイル線材の一端側にて一対の前記ターン部同士を交差させると共に各前記成形コイル線材の各軸線のなす角度が所定範囲となるように各前記成形コイル線材の他端側を保持した状態で、一対の前記成形コイル線材のうちの少なくともいずれか一方を他方の軸線周りに回転させて、又は一対の前記成形コイル線材を各軸線周りに同一方向へそれぞれ回転させて一対の前記成形コイル線材の各前記ターン部同士を順次交差させる編込み工程と、
該編込み工程終了後の編込み済みコイルに対して、各前記スロット収容部に形成された各前記屈曲部を直線状に変形させる加工を施すことにより、隣り合う前記スロット収容部同士が互いに近づくように変形させるコイル縮め工程と、
を有することを特徴とする回転電機のコイル組立体製造方法。

手段１においては、コイル成形工程と、編込み工程と、コイル縮め工程とを順次行う。コイル成形工程では、コイル線材の各スロット収容部の両端部に、隣り合うスロット収容部同士が互いに遠ざかる方向へ屈曲するように屈曲部を形成する。この屈曲部を形成することにより、一つのターン部で一端部同士が接続されている隣り合うスロット収容部の他端側が開くように変形させる。

これにより、次の編込み工程を行う際に、一対の成形コイル線材のうちの少なくともいずれか一方を他方の軸線周りに回転させて、又は一対の成形コイル線材を各軸線周りに同一方向へそれぞれ回転させて一対の成形コイル線材の各ターン部同士を順次交差させることにより、各成形コイル線材のターン部同士が干渉することなく編込み可能となる。そのため、コイル線材の各スロット収容部に上記の屈曲部を形成しない場合と比較して、各成形コイル線材の各軸線のなす角度を小さく設定することが可能となり、コイル線材の編込み時に生じる変形が少なく抑えられる。

なお、この編込み工程では、固定した一のコイル線材の周りに他のコイル線材を回転（公転）させる方法や、２つのコイル線材の編込み箇所を中心に所定角度で保持し、互いに相手の周りを回転（公転）させて編込む方法、あるいは一対の成形コイル線材を各軸線周りに同一方向へそれぞれ回転させる方法などの編込み方法を、適宜選択して採用可能である。

そして、次のコイル縮め工程では、編込み工程終了後の編込み済みコイルに対して、各スロット収容部に形成された各屈曲部を直線状に変形させる加工を施すことにより、隣り合うスロット収容部同士が互いに近づくように変形させる。これにより、直線状に変形して略平行に配列されたスロット収容部を有する所定の編込みコイルが得られる。

したがって、手段１によれば、コイル成形工程において、コイル線材の各スロット収容部の両端部に、隣り合うスロット収容部同士が互いに遠ざかる方向へ屈曲するように屈曲部を形成するようにしているため、編込み工程において、成形コイル線材のターン部同士が干渉することなく編込みを行うことができる。特に、編込みを行う成形コイル線材の本数が多い場合には、隣り合うスロット収容部同士の間隔幅が狭くなるので、ターン部同士の干渉を有利に回避することができる。これにより、各成形コイル線材の各軸線のなす角度を小さく設定することが可能となり、成形コイル線材の編込み時に生じる変形を少なくすることができる。

また、編込み工程で使用する回転装置として、小型の装置を使用可能となるので、製造装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。さらに、成形コイル線材の回転動作を小さくすることが可能となるので、容易に高速回転させることができ、編込みの高速化を実現することが可能となる。

なお、本手段の製造方法により製造されるコイル組立体は、例えば、周方向に交互に異なる複数の磁極を形成している回転子と内周側または外周側で向き合う固定子とを有する回転電機に用いられ、断面形状が略矩形状の線材により形成され固定子コアの周方向に設けられた複数のスロットに設置される多相固定子巻線を構成するものである。また、コイル線材は、例えば、周方向の異なるスロットに設置されているスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部の一端部同士及び他端部同士をそれぞれ接続しているターン部とを有し、スロットから突出するターン部の突出箇所は、コイル線材がまたがって設置されているスロット同士に向けたクランク形状に形成されたものである。また、ターン部の略中央部はねじりを伴わないクランク形状に形成されたものであってもよく、コイル線材のクランク形状が形成されている略中央部が、線材の略幅分クランク形状にずれたものであってもよい。また、コイル線材は固定子コアの全周にわたって連続して形成されたものであってもよい。

２．前記コイル線材として、各前記スロット収容部の長さが隣り合う前記スロット収容部同士の間隔幅と同等かそれよりも長いものが用いられることを特徴とする手段１に記載の回転電機のコイル組立体製造方法。

手段２によれば、コイル線材の隣り合うスロット収容部同士の間隔幅に対して、各スロット収容部の長さが長くなるほど、編込み工程を行う際に、コイル線材のターン部同士の干渉が生じ易くなることから、コイル成形工程において各スロット収容部に屈曲部を設けることに基づいて、編込み工程における成形コイル線材の変形抑制効果を有効に発揮させることができる。

３．前記コイル成形工程において、各前記屈曲部を、各前記スロット収容部と各前記ターン部が交差する角部から離間した位置に形成することを特徴とする手段１又は２に記載の回転電機のコイル組立体製造方法。

手段３によれば、各屈曲部を形成する際に、各スロット収容部と各ターン部が交差する角部の角度が変化しないようにすることができる。そのため、コイル縮め工程において、各屈曲部を直線状に変形させる加工を施す際に、各スロット収容部と各ターン部が交差する角部の角度をそのまま維持するようにすればよいため、各屈曲部を直線状に変形させる加工を容易に行うことができる。また、各屈曲部を直線状に変形させる簡易な加工を施すことにより、容易に、各スロット収容部が略平行となる状態にすることできる。

４．前記コイル成形工程において、各前記スロット収容部の一端側に形成される各前記屈曲部の屈曲角度と他端側に形成される各前記屈曲部の屈曲角度が同等であることを特徴とする手段１〜３のいずれか一項に記載の回転電機のコイル組立体製造方法。

手段４によれば、各スロット収容部の両端部に形成された各屈曲部の外側にある直線状部分が略平行になるため、成形コイル線材の軸線が湾曲することなく直線状態を維持することができる。

５．前記コイル成形工程において、隣り合う前記スロット収容部の開き角度が、前記編込み工程において設定される各前記成形コイル線材の各軸線のなす角度と同等かそれよりも大きくなるように各前記屈曲部を形成することを特徴とする手段１〜４のいずれか一項に記載の回転電機のコイル組立体製造方法。

手段５によれば、隣り合うスロット収容部の開き角度をより大きくすることによって、編込み工程において設定される各成形コイル線材の各軸線のなす角度を小さく設定することが可能となる。これにより、成形コイル線材の編込み時に生じる変形を有利に抑えることができる。なお、ここでの隣り合うスロット収容部の開き角度とは、一つのターン部で一端部同士が接続されている隣り合うスロット収容部において、スロット収容部の一端部を中心にして、隣り合うスロット収容部のなす角度のことをいう。

以下、本発明の回転電機のコイル組立体製造方法を具体化した各実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。最初に、本発明の各実施形態の製造方法により製造されるコイル組立体２０を適用した回転電機の固定子１０の概略構成について説明する。図1は、コイル組立体２０を適用した回転電機の固定子１０の外観を示す斜視図であり、（Ｂ）は固定子１０を側方から見た図である。図２は、固定子１０の一部分を拡大して示す斜視図である。

図１に示す固定子１０は、例えば車両の電動機および発電機を兼ねる回転電機に使用される。固定子１０は、内周側に回転子（図示せず）を回転自在に収容する。回転子は、永久磁石により周方向に交互に異なる磁極を固定子１０の内周側と向き合う外周側に複数形成している。固定子コア１２は、所定厚さの磁性鋼板を軸方向に積層して環状に形成されている。固定子コア１２には、図２に示すように、軸方向に沿い周方向に隣接するスロット１４、１５を一組として固定子コア１２の内周側の周方向に複数組のスロット１４、１５が形成されている。固定子巻線としてのコイル組立体２０は三相巻線であり、周方向に隣接する一組のスロット１４、１５に各相の固定子巻線が設置されている。そして、スロット１４、１５を一組として周方向に隣接する三組のスロット１４、１５に異なる相の固定子巻線が設置されている。

次に、コイル組立体２０の構成について説明する。図３は、コイル組立体２０の外観を示す斜視図である。図４は、コイル組立体２０のコイルエンド部を示す正面図である。図５は、コイル線材３０の全体形状を示す正面図である。図６は、コイル線材３０の断面図である。図７は、コイル線材３０のターン部４２の形状を示す斜視図である。

コイル組立体２０のコイル線材３０は、図５に示すように、複数のターン部４２が所定ピッチで複数形成されたものであり、１本の長さは約３ｍである。また、コイル線材３０は、図６に示すように、銅製の導体３２と、導体３２の外周を覆い導体３２を絶縁する内層３４および外層３６からなる絶縁被覆とから形成されている。内層３４は導体３２の外周を覆い、外層３６は内層３４の外周を覆っている。内層３４および外層３６を合わせた絶縁被覆の厚みは、１００μｍ〜２００μｍの間に設定されている。このように、内層３４および外層３６からなる絶縁被覆の厚みが厚いので、コイル線材３０同士を絶縁するためにコイル線材３０同士の間に絶縁紙等を挟み込んで絶縁する必要がない。

コイル線材３０は、図２に示すように、固定子コア１２のスロット１４、１５内に設置されるスロット収容部４０と、スロット１４、１５から固定子コア１２の外に突出し、周方向に異なるスロットに設置されているスロット収容部４０同士を接続しているターン部４２とを有しており、固定子コア１２に波巻されることにより固定子巻線（コイル組立体）２０を形成している。ターン部４２は固定子コア１２の軸方向両側にそれぞれ形成されている。このコイル線材３０は、奇数番目のターン部と偶数番目のターン部が、軸線周りの１８０度位相がずれた位置に交互に設けられている。

ターン部４２の略中央部には、図７に示すように、ねじりを伴わないクランク部４４が形成されている。クランク部４４は、固定子コア１２の端面１３に沿ってクランク形状に形成されている。

次に、本実施形態のコイル組立体２０の製造方法について説明する。図８は本実施形態におけるコイル成形工程を示す説明図である。図９は本実施形態における編込み工程を示す説明図である。図１０は本実施形態における編込み工程終了後の編込み済みコイルの一部を示す正面図である。図１１は本実施形態におけるコイル縮め工程を示す説明図である。図１２本実施形態におけるコイル縮め工程終了後のコイルの一部を示す正面図である。

本実施形態においては、コイル成形工程と、編込み工程と、コイル縮め工程とを順次行う。コイル成形工程では、図８に示すように、直線状の線材３０Ａを成形型５１により成形して所定形状の成形コイル線材３０Ｂを形成する。この成形コイル線材３０Ｂは、直線状のスロット収容部４０と階段状のターン部４２が交互に連続して形成されており、各スロット収容部４０の両端部には屈曲部４７が形成されている。

屈曲部４７は、隣り合うスロット収容部４０同士が互いに遠ざかる方向へ屈曲するように形成されている。即ち、一つのターン部４２で一端部同士が接続されている隣り合うスロット収容部４０において、スロット収容部４０の他端側が開くように屈曲部４７が形成されている。なお、隣り合うスロット収容部４０の開き角度αは４０度とされている。各屈曲部４７は、各スロット収容部４０と各ターン部４２が交差する角部の交差角度が変化しないように、角部から離間した位置に形成されている。

また、各スロット収容部４０の一端側に形成される各屈曲部４７の屈曲角度と他端側に形成される各屈曲部４７の屈曲角度は同じにされている。これにより、各スロット収容部４０の両端部に形成された各屈曲部４７の外側にある直線状部分が略平行になるため、成形コイル線材３０Ｂの軸線が湾曲することなく直線状態となっている。なお、各スロット収容部４０は、隣り合うスロット収容部４０同士の間隔幅よりも長くされている。また、奇数番目のターン部４２Ａと偶数番目のターン部４２Ｂは、軸線周りの１８０度位相がずれた位置に交互に設けられている。

次の編込み工程では、図９に示すように、一対の成形コイル線材３０Ｂの一端側にて一対のターン部４２同士を交差させると共に各成形コイル線材３０Ｂの各軸線のなす角度（以下、「編込み角度」という。）θが所定範囲（本実施形態では約１５度に設定）となるように各成形コイル線材３０Ｂの他端側を保持する。この状態で、例えば、一対の成形コイル線材３０Ｂを各軸線周りに同一方向へそれぞれ回転させると、一対の成形コイル線材３０Ｂの各ターン部４２同士が一端側から他端側に向かって順次交差していくことによって編込みが行われる。その後、同様の方法で編込みを行い、合計１２本の成形コイル線材３０Ｂが編み込まれた図１０に示す編込み済みコイル３０Ｃを得た。

そして、次のコイル縮め工程では、図１１に示すように、編込み工程終了後の編込み済みコイル３０Ｃに対して、各スロット収容部４０両端の各屈曲部４７が形成されている部位を、それぞれクランプするように２つのコイルホルダ５５、５６を設置し、コイルホルダ５５を作動させるにより各屈曲部４７を直線状に変形させる加工を施す。この場合、図１１において、編込み済みコイル３０Ｃの最も左端に位置する第１ターン部群の箇所は固定されている。そして、コイルホルダ５５、５６が作動すると、各屈曲部４７が直線状に変形することにより、隣り合うスロット収容部同士が互いに近づくように変形する。

これにより、左端から２番目のターン部群Ａ、３番目のターン部群Ｂ、４番目のターン部群Ｃが図１１の左方向へ同時に移動する。この時、ターン部群Ａの移動量を１とすると、ターン部群Ｂの移動量は２となり、ターン部群Ｃの移動量は３となる。その結果、図１２に示すような、直線状に変形して略平行となったスロット収容部４０を有する所定の編込みコイル３０Ｄが得られる。そして、各コイル線材３０の端部を複数個所で接合すると共に、全体をドーナツ状に成形することによって図３に示すようなコイル組立体２０が完成する。

以上のように、本実施形態によれば、コイル成形工程において、コイル線材３０の各スロット収容部４０の両端部に、隣り合うスロット収容部４０同士が互いに遠ざかる方向へ屈曲するように屈曲部４７を形成するようにしているため、編込み工程において、成形コイル線材３０Ｂのターン部４２同士が干渉することなく編込みを行うことができる。これにより、編込み角度θを小さく設定することが可能となり、成形コイル線材３０Ｂの編込み時に生じる変形を最小に抑えることができる。

また、編込み工程で使用する回転装置として、小型の装置を使用可能となるので、製造装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。さらに、成形コイル線材３０Ｂの回転動作を小さくすることが可能となるので、容易に高速回転させることができ、編込みの高速化を実現することが可能となる。

特に、本実施形態では、コイル成形工程において、各スロット収容部４０の両端部に各屈曲部４７を形成する際に、隣り合うスロット収容部４０の開き角度αが、編込み工程において設定される編込み角度θよりも大きくなるようにしている。そのため、開き角度αを大きくすることによって、編込み角度θをより小さく設定することが可能となるので、成形コイル線材３０Ｂの編込み時に生じる変形を有利に抑えることができる。

なお、上記編込み工程において編込みを行った成形コイル線材３０Ｂを用いて、成形コイル線材３０Ｂの開き角度αとターン部同士の干渉が発生しない編込み角度θとの関係を調べたところ、図１３に示す結果が得られた。開き角度αが０度の時（図１４参照。）には、ターン部同士の干渉が発生しない編込み角度θは５０度であった。また、開き角度αが２５度の時（図１５参照。）には、ターン部同士の干渉が発生しない編込み角度θは２５度であった。また、上記実施形態のように、開き角度αが４０度の時（図９参照。）には、ターン部同士の干渉が発生しない編込み角度θは１５度であった。また、開き角度αが６０度の時（図１６参照。）には、ターン部同士の干渉が発生しない編込み角度θは１０度であった。

以上のことから、開き角度αが大きいほど編込み角度θを小さくできることが解る。よって、開き角度αに対する編込み角度θの比が１以下となる範囲が好ましい範囲と考えられる。

（Ａ）は本発明の一実施形態の方法によって製造されるコイル組立体を適用した回転電機の固定子の平面図であり、（Ｂ）は固定子を側方から見た図である。 固定子の一部分を拡大して示す斜視図である。 コイル組立体の外観を示す斜視図である。 コイル組立体のコイルエンド部を示す正面図である。 コイル線材の全体形状を示す正面図である。 コイル線材の断面図である。 コイル線材のターン部の形状を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるコイル成形工程を示す説明図である。 本発明の実施形態における編込み工程を示す説明図である。 本発明の実施形態における編込み工程終了後の編込み済みコイルの一部を示す正面図である。 本発明の実施形態におけるコイル縮め工程を示す説明図であり、（Ａ）は左側面図であり、（Ｂ）は正面図である。 本発明の実施形態におけるコイル縮め工程終了後のコイルの一部を示す正面図である。 開き角度αと編込み角度θの関係を示すグラフである。 開き角度αを０度とした場合の説明図である。 開き角度αを２５度とした場合の説明図である。 開き角度αを６０度とした場合の説明図である。

符号の説明

１２…固定子コア
１４、１５…スロット
２０…コイル組立体
３０…コイル線材
３０Ａ…線材
３０Ｂ…成形コイル線材
３０Ｃ…編込み済みコイル
３０Ｄ…編込みコイル
４０…スロット収容部
４２…ターン部
４７…屈曲部
５１…成形型
５５、５６…コイルホルダ
α…成形コイル線材の開き角度
θ…各コイル線材の各軸線のなす角度

Claims (5)

1. 直線状に形成されて並列状に配置された複数のスロット収容部と隣り合う前記スロット収容部同士を接続する複数のターン部とを有する波形の複数のコイル線材を互いに編込んで回転電機のコイル組立体を製造する方法であって、
   前記コイル線材の各前記スロット収容部の両端部に、隣り合う各前記スロット収容部同士が互いに遠ざかる方向へ屈曲するように屈曲部を形成するコイル成形工程と、
   前記屈曲部が形成された一対の成形コイル線材の一端側にて一対の前記ターン部同士を交差させると共に各前記成形コイル線材の各軸線のなす角度が所定範囲となるように各前記成形コイル線材の他端側を保持した状態で、一対の前記成形コイル線材のうちの少なくともいずれか一方を他方の軸線周りに回転させて、又は一対の前記成形コイル線材を各軸線周りに同一方向へそれぞれ回転させて一対の前記成形コイル線材の各前記ターン部同士を順次交差させる編込み工程と、
   該編込み工程終了後の編込み済みコイルに対して、各前記スロット収容部に形成された各前記屈曲部を直線状に変形させる加工を施すことにより、隣り合う前記スロット収容部同士が互いに近づくように変形させるコイル縮め工程と、
   を有することを特徴とする回転電機のコイル組立体製造方法。
2. 前記コイル線材として、各前記スロット収容部の長さが隣り合う前記スロット収容部同士の間隔幅と同等かそれよりも長いものが用いられることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のコイル組立体製造方法。
3. 前記コイル成形工程において、各前記屈曲部を、各前記スロット収容部と各前記ターン部が交差する角部から離間した位置に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のコイル組立体製造方法。
4. 前記コイル成形工程において、各前記スロット収容部の一端側に形成される各前記屈曲部の屈曲角度と他端側に形成される各前記屈曲部の屈曲角度が同等であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機のコイル組立体製造方法。
5. 前記コイル成形工程において、隣り合う前記スロット収容部の開き角度が、前記編込み工程において設定される各前記成形コイル線材の各軸線のなす角度と同等かそれよりも大きくなるように各前記屈曲部を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機のコイル組立体製造方法。

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