JP2014161176A

JP2014161176A - 回転電機のステータの製造方法

Info

Publication number: JP2014161176A
Application number: JP2013031009A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nakanishi; 勝中西; Kazuya Okada; 和也岡田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2014-09-04

Abstract

【課題】ステータの軸方向寸法を短縮化することができる一方、コイルセグメントの脚部の先端部を確実に接合することができる回転電機のステータの製造方法を提供する。
【解決手段】コイルセグメントの一対の脚部をステータコア１３のスロットに挿入する工程と、連結部の配置される側と反対側に突出する一対の脚部の突出部分２５を、スロット内で径方向に隣接する脚部同士の曲げ方向が互いに逆となるように、周方向に折り曲げるとともに、周方向一方側に折り曲げられた脚部２１Ａの先端部２６Ａに軸方向に延びるストレート部２７を形成する工程と、ストレート部２７を有する脚部２１Ａの先端部２６Ａと、対応するコイルセグメントのストレート部を有しない脚部２１Ｂの先端部２６Ｂとを重ねて、ストレート部２７を溶融させて、脚部２１Ａ、２１Ｂの先端部２６Ａ、２６Ｂ同士を接合する工程と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機のステータの製造方法に関し、特に、セグメントコイル型の回転電機のステータの製造方法に関する。

従来、セグメントコイル型の回転電機のステータ１００としては、図９に示すように、ステータコア１０１に形成された複数のスロット（図示せず）に、U字状のコイルセグメント１０３を挿入した後に、その腕部１０４の先端部１０４ａを拘束した状態で、周方向に回転させて折り曲げることによって、コイルセグメント１０３の脚部１０４を傾斜させ、その後、隣接して軸方向に延びる先端部１０４ａ同士を接合することにより、コイル１０５が形成されている。

また、特許文献１に記載のステータでは、軸方向に延びた先端部によりステータの軸方向寸法が長くなるという課題を解決するため、２本の脚部の先端部を所定の角度で交差させて接合部とし、軸方向に延びる先端部を不要として、ステータの軸方向長さを短くすることが記載されている。

特開２００３−２５９５８３号公報

ところで、特許文献１に記載のステータでは、図１０（ａ）に示すように、２本の脚部１０４、１０４の先端部１０４ａ、１０４ａを溶接電極１１０によって溶融させるが、図１０（ｂ）に示すように、液状になった溶融部１０６が溶け落ちて断線してしまったり、また、溶け落ちなくても、図１０（ｃ）に示すように、隣接する導線（脚部１０４´）と接合されてしまい短絡する可能性がある。一方、溶け落ちを防ぐために、図１０（ｄ）に示すように、溶融量を小さくして接合した場合には、接合強度が不足してしまうという課題がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステータの軸方向寸法を短縮化することができる一方、コイルセグメントの脚部の先端部を確実に接合することができる回転電機のステータの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、請求項１に係る発明は、
軸方向に貫通する複数のスロット（例えば、後述の実施形態におけるスロット１４）が周方向に所定の間隔で配置されたステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア１３）と、前記スロットに収容される一対の脚部（例えば、後述の実施形態における脚部２１、２１Ａ、２１Ｂ）と、前記一対の脚部を連結する連結部（例えば、後述の実施形態における連結部２２）と、をそれぞれ有する複数の略U字状のコイルセグメント（例えば、後述の実施形態におけるコイルセグメント２３）と、を備える回転電機のステータの製造方法であって、
前記コイルセグメントの一対の脚部を前記ステータコアの対応するスロットに挿入する工程と、
前記連結部の配置される側と反対側に突出する一対の脚部の突出部分（例えば、後述の実施形態における突出部分２５）を、前記スロット内で径方向に隣接する前記脚部同士の曲げ方向が互いに逆となるようにして、該ステータコアの周方向に折り曲げるとともに、前記周方向一方側に折り曲げられた脚部のみが先端部（例えば、後述の実施形態における先端部２６Ａ）に軸方向に延びるストレート部（例えば、後述の実施形態におけるストレート部２７）を形成する工程と、
前記周方向一方側に折り曲げられた、前記ストレート部を有する脚部の先端部と、前記周方向一方側と反対側に折り曲げられた、前記対応するコイルセグメントの前記ストレート部を有しない脚部の先端部（例えば、後述の実施形態における先端部２６Ｂ）とを重ねて、前記ストレート部を溶融させて、前記脚部の先端部同士を接合する工程と、
を有することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。

請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、
前記折り曲げ工程において、前記ストレート部を有しない前記脚部の先端部は、前記ストレート部を有する前記脚部の径方向側面（例えば、後述の実施形態における径方向側面２８）と、その周方向両縁部（例えば、後述の実施形態における周方向両縁部２８ａ、２８ｂ）に亘って接触するようにして重ねられ、
前記接合工程は、前記ストレート部を有する前記脚部の径方向側面の軸方向縁部（例えば、後述の実施形態における軸方向縁部２８ｃ）から溶融させることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、
前記折り曲げ工程は、前記スロット内での径方向位置が同じ前記複数の脚部の周方向側面をそれぞれ保持する複数の凹部（例えば、後述の実施形態における凹部４１）を備えた折り曲げ治具（例えば、後述の実施形態における折り曲げ治具４０）を用いて行われ、
前記折り曲げ治具の前記各凹部の開口部（例えば、後述の実施形態における開口部４１ａ）は、周方向一端側において面取り（例えば、後述の実施形態における面取り４２）が施されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ステータの軸方向寸法を短縮化することができる一方、コイルセグメントの脚部の先端部を確実に接合することができる。

請求項２の発明によれば、ストレート部が溶融した金属を、ストレート部を有しない脚部の先端部によって受け止めることができ、コイルセグメントの脚部の先端部を確実に接合することができる。

請求項３の発明によれば、スロット内で同じ径方向位置にある複数の脚部を、ストレート部を有する脚部の先端部、又はストレート部を有しない脚部の先端部に一度に折り曲げることができ、折り曲げ工程を簡素化することができる。

本発明に係るステータの正面図である。ステータコイルを構成するコイルセグメントの斜視図である。コイルセグメントの脚部が接合される側のステータの部分正面図である。（ａ）は、長い側の脚部の突出部分を折り曲げ具によって折り曲げる工程を説明するための図であり、（ｂ）は、短い側の脚部の突出部分を折り曲げ具によって折り曲げる工程を説明するための図であり、（ｃ）は、両方の脚部を重ね合わせた状態を示す図である。折り曲げ具の要部拡大図である。（ａ）は、折り曲げ工程後の２つの脚部の位置関係を示す図であり、（ｂ）は、溶接電極の狙い位置を示すための図であり、（ｃ）は、接合工程を示す図であり、（ｄ）は、絶縁コートされた状態を示す図である。従来の接合後の脚部の先端部の長さと、本発明の接合後の脚部の先端部の長さとを比較した図である。（ａ）は、ストレート部の長さを算出するための図であり、（ｂ）は、溶融させる体積と接合強度との関係を説明するためのグラフである。（ａ）は、従来のステータの正面図であり、（ｂ）は、部分拡大図である。従来の溶接過程を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態に係る回転電機のステータ及びその製造方法を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、本実施形態のステータ１０は、軸方向に貫通する複数のスロット１４が周方向に所定の間隔で配置されたステータコア１３と、スロット１４に収容される複数相（例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイル１５とを備える。各ステータコイル１５には、それぞれ給電部１６が接続されて外部電源から電力が供給される。ステータ１０の内側には、図示しないロータが回転自在に配置されており、図示しないケーシングに収容されて回転電機を構成する。

ステータコイル１５は、図２に示すように、互いに平行に延設される一対の脚部２１と、両脚部２１を一方の端部で接続する連結部２２とを有し、断面長方形状の平角線３０からなる複数の略Ｕ字状のコイルセグメント２３を、所定本数（本実施形態では、４本）ごとに１列に整列させて束とした複数のコイルセグメント群２０から構成されている。

連結部２２の中央部には、コイルセグメント２３の整列方向に沿ってＳ字状に湾曲する湾曲部２４が形成されており、図１に示すように、コイルセグメント群２０の各コイルセグメント２３の一方の脚部２１が、一方のスロット１４の径方向内側の部分に挿入され、他方の脚部２１が、一方のスロット１４から所定数のスロット離れた位置にある他方のスロット１４の径方向外側の部分にそれぞれ挿入されるように構成される。したがって、本実施形態では、８本のコイルセグメント２３が１つのスロット１４内に配置される。

また、図２及び図３に示すように、コイルセグメント群２０は、両脚部２１において、隣接するもの同士の長さが交互に異なっている。即ち、スロット１４内で径方向外側から数えて奇数番目に位置する脚部２１Ａは、脚部の長さが短く設定されており、偶数番目に位置する脚部２１Ｂは、脚部の長さが脚部２１Ａに対して長く設定されている。

このように構成されたコイルセグメント群２０は、図２に示すように、コイルセグメント２３の一対の脚部２１をステータコア１３の対応するスロット１４に挿入する。そして、連結部２２の配置される側と反対側に突出する一対の脚部の突出部分２５を、スロット１４内で径方向に隣接する脚部２１同士の曲げ方向が互いに逆となるようにして、ステータコア１３の周方向に折り曲げる。

この折り曲げ工程は、図４及び図５に示すように、スロット１４内での径方向位置が同じ複数の脚部２１の周方向側面をそれぞれ保持する複数の凹部４１を備えた折り曲げ治具４０を用いて行われる。折り曲げ治具４０の各凹部４１の開口部４１ａは、周方向一端側において面取り４２が施されており、周方向他端側においては、面取りなく直角に形成されている。

従って、例えば、スロット１４内で径方向外側から数えて偶数番目に位置する、長い脚部２１Ａは、図４（ａ）に示すように、先端部２６Ａが折り曲げ治具４０に保持された状態で、周方向一方側に折り曲げられ、また、折り曲げが終了するまで凹部４１によって保持されることで、先端部２６Ａに軸方向に延びるストレート部２７が形成される。一方、スロット１４内で径方向外側から数えて奇数番目に位置する、短い脚部２１Ｂは、図４（ｂ）に示すように、先端部２６Ｂが折り曲げ治具４０に保持された状態で、周方向一方側と反対側に折り曲げられる。この場合、折り曲げの過程で、先端部２６Ｂは、折り曲げ治具４０の面取り４２によって凹部４１から解放されるため、脚部２１Ｂは、先端部２６Ｂにストレート部を有しない構成となる。

従って、図４（ｃ）及び図６（ａ）に示すように、周方向一方側に折り曲げられた、ストレート部２７を有する脚部２１Ａの先端部２６Ａと、周方向他方側に折り曲げられた、対応するコイルセグメント２３のストレート部を有しない脚部２１Ｂの先端部２６Ｂとが、ストレート部２７が先端部２６Ｂから軸方向に延出した状態で重ねられる。具体的には、図６（ｂ）に示すように、ストレート部を有しない脚部２１Ｂの先端部２６Ｂは、ストレート部２７を有する脚部２１Ｂの径方向側面２８と、その周方向両縁部２８ａ、２８ｂに亘って接触するようにして重ねられている。

この状態で、溶融電極３２は、ストレート部２７の径方向側面２８の軸方向縁部２８ｃの中間部を狙い位置Ｐとしてストレート部２７を溶融させ、溶融した金属を、ストレート部を有しない脚部２１Ｂの先端部２６Ｂによって受け止める。これにより、図６（ｃ）に示すように、ストレート部２７を溶融させた溶融部２９によって、脚部２１Ａ、２１Ｂの先端部２６Ａ、２６Ｂ同士が接合される。その後、図６（ｄ）に示すように、溶融部２９の上から絶縁コート３１が施される。

このようにして接合された一対の脚部２１Ａ、２１Ｂの先端部２６Ａ、２６Ｂは、図７に示すように、従来の軸方向に延びた先端部１０４ａ同士を接合した場合に比べて、高さを低減させることができる。

なお、図８（ｂ）に示すように、溶融部２９の体積Ｖ_２は、所定の接合強度を満たすための体積Ｖ_２´が必要となり、ストレート部２７を構成する脚部２１は、平角線３０からなるので、図８（ａ）に示すストレート部２７の長さｈは、必要体積Ｖ_２´を導体断面積Ａで除した値に設定される。

以上説明したように、本実施形態に係る回転電機のステータ１０の製造方法によれば、コイルセグメント２３の一対の脚部２１をステータコア１３の対応するスロット１４に挿入する工程と、連結部２２の配置される側と反対側に突出する一対の脚部２１の突出部分２５を、スロット１４内で径方向に隣接する脚部２１同士の曲げ方向が互いに逆となるようにして、該ステータコア１３の周方向に折り曲げるとともに、周方向一方側に折り曲げられた脚部２１Ａのみが先端部２６Ａに軸方向に延びるストレート部２７を形成する工程と、周方向一方側に折り曲げられた、ストレート部２７を有する脚部２１Ａの先端部２６Ａと、周方向一方側と反対側に折り曲げられた、対応するコイルセグメント２３のストレート部を有しない脚部２１Ｂの先端部２６Ｂとを重ねて、ストレート部２７を溶融させて、脚部２１Ａ、２１Ｂの先端部２６Ａ、２６Ｂ同士を接合する工程と、を有する。これにより、ステータ１０の軸方向寸法を短縮化することができる一方、コイルセグメント２３の脚部２１Ａ、２１Ｂの先端部２６Ａ、２６Ｂを確実に接合することができる。

また、折り曲げ工程において、ストレート部を有しない脚部２１Ｂの先端部２６Ｂは、ストレート部２７を有する脚部２１Ａの径方向側面２８と、その周方向両縁部２８ａ、２８ｂに亘って接触するようにして重ねられ、接合工程は、ストレート部２７を有する脚部２１Ａの径方向側面２８の軸方向縁部２８ｃから溶融させる。これにより、ストレート部２７が溶融した金属を、ストレート部を有しない脚部２１Ｂの先端部２６Ｂによって受け止めることができ、コイルセグメント２３の脚部２１Ａ、２１Ｂの先端部２６Ａ、２６Ｂを確実に接合することができる。

さらに、折り曲げ工程は、スロット１４内での径方向位置が同じ複数の脚部２１の周方向側面をそれぞれ保持する複数の凹部４１を備えた折り曲げ治具４０を用いて行われ、折り曲げ治具４０の各凹部４１の開口部４１ａは、周方向一端側において面取り４２が施されている。これにより、スロット１４内で同じ径方向位置にある複数の脚部２１を、ストレート部２７を有する脚部２１Ａの先端部２６Ａ、又はストレート部を有しない脚部２１Ｂの先端部２６Ｂに一度に折り曲げることができ、折り曲げ工程を簡素化することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

１０ステータ
１３ステータコア
１４スロット
１５ステータコイル
２０コイルセグメント群
２１，２１Ａ，２１Ｂ脚部
２２連結部
２３コイルセグメント
２５突出部分
２６Ａ、２６Ｂ先端部
２７ストレート部
２８径方向側面
２８ａ、２８ｂ周方向縁部
２８ｃ軸方向縁部
４０折り曲げ治具
４１凹部
４２面取り

Claims

軸方向に貫通する複数のスロットが周方向に所定の間隔で配置されたステータコアと、前記スロットに収容される一対の脚部と、前記一対の脚部を連結する連結部と、をそれぞれ有する複数の略U字状のコイルセグメントと、を備える回転電機のステータの製造方法であって、
前記コイルセグメントの一対の脚部を前記ステータコアの対応するスロットに挿入する工程と、
前記連結部の配置される側と反対側に突出する一対の脚部の突出部分を、前記スロット内で径方向に隣接する前記脚部同士の曲げ方向が互いに逆となるようにして、該ステータコアの周方向に折り曲げるとともに、前記周方向一方側に折り曲げられた脚部のみが先端部に軸方向に延びるストレート部を形成する工程と、
前記周方向一方側に折り曲げられた、前記ストレート部を有する脚部の先端部と、前記周方向一方側と反対側に折り曲げられた、前記対応するコイルセグメントの前記ストレート部を有しない脚部の先端部とを重ねて、前記ストレート部を溶融させて、前記脚部の先端部同士を接合する工程と、
を有することを特徴とする回転電機のステータの製造方法。
前記折り曲げ工程において、前記ストレート部を有しない前記脚部の先端部は、前記ストレート部を有する前記脚部の径方向側面と、その周方向両縁部に亘って接触するようにして重ねられ、
前記接合工程は、前記ストレート部を有する前記脚部の前記径方向側面の軸方向縁部から溶融させることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータの製造方法。
前記折り曲げ工程は、前記スロット内での径方向位置が同じ前記複数の脚部の周方向側面をそれぞれ保持する複数の凹部を備えた折り曲げ治具を用いて行われ、
前記折り曲げ治具の前記各凹部の開口部は、周方向一端側において面取りが施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のステータの製造方法。