(57)【要約】【課題】隣接するコイル同士の干渉を回避しつつコイルをスロット内に高密度で収めることにより、コイルの占積率を向上可能なステータ製造方法を提供する。【解決手段】所定の径方向幅を有して円弧状に延びるバックヨーク１１と、バックヨーク１１の周方向中間部から径方向内側に突出するティース１２と、を有する分割コア６が円環状に配列されて構成されるステータコア３と、分割コア６のティース１２に巻回されるコイル２と、を備える回転電機のステータを製造するステータ製造方法であって、バックヨーク１１の周端面１１ａｃに沿って引いた仮想線Ｌ１を越えてティース１２にコイル２を巻回するコイル巻回工程Ｓ１と、コイル２が巻回された分割コア６を加熱する加熱工程Ｓ２と、加熱されたコイル２を周方向に押圧する圧縮工程Ｓ３と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の径方向幅を有して円弧状に延びるバックヨークと、該バックヨークの周方向中間部から径方向内側に突出するティースと、を有する分割コアが円環状に配列されて構成されるステータコアと、
前記分割コアの前記ティースに巻回されるコイルと、を備える回転電機のステータを製造するステータ製造方法であって、
前記バックヨークの周方向端面に沿って引いた仮想線を越えて前記ティースに前記コイルを巻回するコイル巻回工程と、
前記コイルが巻回された前記分割コアを加熱する加熱工程と、
加熱された前記コイルを周方向に押圧する圧縮工程と、を備える、ステータ製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のステータ製造方法であって、
前記圧縮工程に使用される圧縮冶具の押圧面の角度は、前記バックヨークの周方向中間部と前記ステータの軸心を結ぶ前記分割コアの中間線と前記仮想線とにより形成されるバックヨーク傾斜角度よりも僅かに大きい、ステータ製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のステータ製造方法であって、
前記押圧面の角度は、前記バックヨーク傾斜角度よりも１°〜３°大きい、ステータ製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータ製造方法であって、
前記加熱工程における加熱温度は、１５０℃〜２５０℃である、ステータ製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のステータ製造方法であって、
前記圧縮工程では、加熱された前記コイルを周方向両側から同時に押圧する、ステータ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータ製造方法に関し、特に、円環状に配列された複数の分割コアから構成されている回転電機のステータを製造するステータ製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両などの車両駆動等に用いられる回転電機では、ケース内部にロータが回転自在に支持されている。また、ステータとしては、コイルが巻回された複数の分割コアを円環状に配列したものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図９に示すように、このような複数の分割コア５０で構成されるステータコア６０において、分割コア５０のコア本体５１は、円弧状に延びるバックヨーク５２と、バックヨーク５２の周方向中間部から径方向内側に突出するティース５３とを有しており、各分割コア５０のティース５３にコイル５４が集中巻きされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１１６４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転電機のステータにおいては、起磁力を高めるべく、スロットにおけるコイルの占積率を向上させることが求められている。
【０００６】
しかしながら、円環状に配列された複数の分割コア５０から構成されている回転電機のステータにおいては、バックヨーク５２の周方向端面に沿って引いた仮想線Ｌ１を越えてティース５３にコイル５４を巻回すると、組付け時にスロットＳＬＴ内において隣接する分割コア５０のコイル５４と干渉してしまう。そのため、どうしても隣接する分割コア５０のコイル５４、５４間に隙間Ｋが発生してしまい、占積率を高めることが難しかった。
【０００７】
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、隣接するコイル同士の干渉を回避しつつコイルをスロット内に高密度で収めることにより、コイルの占積率を向上可能なステータ製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
所定の径方向幅を有して円弧状に延びるバックヨーク（例えば、後述の実施形態におけるバックヨーク１１）と、該バックヨークの周方向中間部から径方向内側に突出するティース（例えば、後述の実施形態におけるティース１２）と、を有する分割コア（例えば、後述の実施形態における分割コア６）が円環状に配列されて構成されるステータコア（例えば、後述の実施形態におけるステータコア３）と、
前記分割コアの前記ティースに巻回されるコイル（例えば、後述の実施形態におけるコイル２）と、を備える回転電機のステータを製造するステータ製造方法であって、
前記バックヨークの周方向端面（例えば、後述の実施形態における周端面１１ａｃ）に沿って引いた仮想線（例えば、後述の実施形態における仮想線Ｌ１）を越えて前記ティースに前記コイルを巻回するコイル巻回工程（例えば、後述の実施形態におけるコイル巻回工程Ｓ１）と、
前記コイルが巻回された前記分割コアを加熱する加熱工程（例えば、後述の実施形態における加熱工程Ｓ２）と、
加熱された前記コイルを周方向に押圧する圧縮工程（例えば、後述の実施形態における圧縮工程Ｓ３）と、を備える、ステータ製造方法。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステータ製造方法であって、
前記圧縮工程に使用される圧縮冶具（例えば、後述の実施形態における圧縮冶具２０）の押圧面（例えば、後述の実施形態における押圧面２０ａ）の角度（例えば、後述の実施形態における角度β）は、前記バックヨークの周方向中間部と前記ステータの軸心を結ぶ前記分割コアの中間線（例えば、後述の実施形態における中間線Ｌ２）と前記仮想線とにより形成されるバックヨーク傾斜角度（例えば、後述の実施形態におけるバックヨーク傾斜角度α）よりも僅かに大きい、ステータ製造方法。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のステータ製造方法であって、
前記押圧面の角度は、前記バックヨーク傾斜角度よりも１°〜３°大きい、ステータ製造方法。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のステータ製造方法であって、
前記加熱工程における加熱温度は、１５０℃〜２５０℃である、ステータ製造方法。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のステータ製造方法であって、
前記圧縮工程では、加熱された前記コイルを周方向両側から同時に押圧する、ステータ製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、加熱工程でコイルの巻線素材に熱を加えることによって、巻線素材の展延性を高めることができるため、コイル巻回工程で仮想線を越えてティースにコイルを巻回しても圧縮工程によってコイルを展延させて塑性変形させることで、隣接するコイル同士の干渉を回避しつつコイルをスロット内に高密度で収めることができる。これにより、コイルの占積率の向上させることができる。  
【００１４】
請求項２の発明によれば、圧縮工程に使用される圧縮冶具の押圧面の角度を、バックヨークの周方向中間部とステータの軸心を結ぶ分割コアの中間線と仮想線とにより形成されるバックヨーク傾斜角度よりも僅かに大きくすることで、コイルの占積率をより向上させることができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、押圧面の角度をバックヨーク傾斜角度よりも１°〜３°大きくすることで、コイルの占積率をより向上させることができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、加熱工程における加熱温度を１５０℃〜２５０℃とすることで、コイルを好適に展延させることができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、圧縮工程では加熱されたコイルを周方向両側から同時に押圧することで、周方向両側で偏りなくコイルを展延させることができる。また、作業時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態のステータの正面図である。
【図２】インシュレータが装着された分割コアの斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態の分割コアの断面図である。
【図４】本発明のステータの製造方法の一例を示すフロー図である。
【図５】図４の圧縮工程を説明する模式図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【図７】圧縮工程でのコイルの変形を説明する模式図である。
【図８】分割コアを円環状に配列したステータコアのうち隣接する２つの分割コアの断面図である。
【図９】従来の分割コアを円環状に配列したステータコアのうち隣接する２つの分割コアの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態のステータ製造方法を、添付の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。
【００２０】
先ず、本発明の一実施形態のステータについて図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態のステータの正面図であり、図２は、インシュレータが装着された分割コアの斜視図である。
【００２１】
本実施形態に係るステータ１は、内周部に不図示のロータが回転自在に設けられたインナーロータ型の回転電機に用いられ、図１に示すように、ハウジング４にステータコア３が固定されている。
【００２２】
ステータコア３は、複数の分割コア６が円環状に組み付けられて構成されている。各分割コア６は、正面視が略Ｔ字形状のコア本体７にインシュレータ１０が装着され、インシュレータ１０のコイル巻回部１６にコイル２が巻回されている。コイル２は、巻線素材として銅が使用されており、断面が矩形形状のいわゆる平角線である。
【００２３】
ステータコア３からは、コイル２がハウジング４の径方向外側に引き出され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各コイル２の給電側の端部に、それぞれ対応する相の給電端子５Ｕ、５Ｖ、及び５Ｗが接続されている。コア本体７に巻回された各コイル２の一端側は、各相毎にまとめられて対応する相の給電端子５Ｕ、５Ｖ、及び５Ｗに接続され、各コイル２の他端側は中点連結部１５において相互に接続されている。したがって、この実施形態のステータ１においては、各相のコイル２がＹ字結線で接続されている。
【００２４】
コア本体７は、電磁鋼板等の磁性を有する複数のプレート８が軸方向に積層されて構成されている。図３も参照して、コア本体７は、ステータコア３の外周側の円環領域を構成するバックヨーク１１と、バックヨーク１１の内周側からステータコア３の半径方向の内側に向かって突出するティース１２と、ティース１２の延出端に設けられる磁気入出部１３と、を備えている。
【００２５】
バックヨーク１１は、ステータコア３の円周方向に沿って両側に張り出す一対の鍔部１１ａを有し、磁気入出部１３も同様に、ステータコア３の円周方向に沿って両側に張り出す一対の鍔部１３ａを有している。なお、以降の説明で両側の鍔部１１ａの周方向の端面を周端面１１ａｃと、鍔部１３ａの周方向の端面を周端面１３ａｃと称することがある。
【００２６】
ティース１２は、延出方向と直交する断面が軸方向に長い矩形状に形成されている。なお、以降の説明でティース１２の周方向両側の端面を側端面１２ａと称することがある。
【００２７】
インシュレータ１０のコイル巻回部１６は、コア本体７のティース１２の両側の側端面１２ａを覆う側壁１６ａと、ティース１２の前側端面を覆う前壁１６ｂと、ティース１２の後側端面を覆う後壁１６ｃと、バックヨーク１１側の鍔部１１ａの下面を覆う外側フランジ１６ｄと、磁気入出部１３側の鍔部１３ａの上面側を覆う内側フランジ１６ｅと、を有している。
【００２８】
このように構成された複数の分割コア６を円環状に組み付けつけることで、隣接する分割コア６、６のティース１２、１２間にはコイル２が収容されるスロットＳＬＴ（図８参照）が形成される。
【００２９】
次に、本実施形態のステータ製造方法について、図３〜図８に基づいて説明する。
本実施形態のステータ製造方法は、図４に示すように、コイル巻回工程Ｓ１と、加熱工程Ｓ２と、圧縮工程Ｓ３と、ステータ組立工程Ｓ４と、を備える。
【００３０】
コイル巻回工程Ｓ１では、図３に示すように、バックヨーク１１の鍔部１１ａの周方向の端面である周端面１１ａｃに沿って引いた仮想線Ｌ１を越えて、ティース１２の外周、より具体的にはインシュレータ１０のコイル巻回部１６にコイル２を巻回する。
【００３１】
なお、ティース１２の側端面１２ａと、鍔部１１ａの下面と、鍔部１３ａの上面と、仮想線Ｌ１とで囲まれた空間が、分割コア６の組付け後において隣接する分割コイルに巻回されたコイル２同士が干渉しない空間となる。つまり、仮想線Ｌ１を周方向に越えることなくコイル２を巻回していれば、分割コア６の組付け後においてコイル２同士が干渉することはない。
【００３２】
ここで、ティース１２へのコイル２の巻回量について詳述する。
一例として、矩形断面が０．９ｍｍ×２ｍｍの平角線のコイルの使用を想定する。所定の大きさの分割コア６においては、コイル２のスロットＳＬＴへの巻回は、全段で１０段として仮想線Ｌ１の傾斜に合わせて上部層から下層部にかけて巻回数を減少させ、仮想線Ｌ１を越えない範囲で合計５５ターンを巻回することができる。
【００３３】
それに対して、本発明を適用し、仮想線Ｌ１を越えて通常より上部層の７段に片側で２ターン多く巻くとともに、下部層の３段には片側で１ターン多く巻くようにした場合、ターン数は、５５＋７×２＋１×３で合計７２ターンとなり、仮想線Ｌ１を越えない場合より片側で１７ターン多く巻回した。
【００３４】
つまり、コイル２のスロットへの巻回数は、仮想線Ｌ１を越えない場合に比して７２／５５となって約１．３倍となっている。このように、後述する圧縮工程Ｓ３でのコイル２の展延性を考慮して、コイル２を通常より１．２〜１．４倍多く巻くようにするのが好ましい。
【００３５】
加熱工程Ｓ２では、    コイル巻回工程Ｓ１でコイル２が巻回された分割コア６を例えば恒温槽にて加熱する。本実施形態においては、コイル２の巻線素材は銅であり、加熱工程Ｓ２での加熱は、銅の展延性を向上させることを目的としている。
【００３６】
具体的には、銅は熱を加える事で高い展延性を持つので、その特性を利用して、後述する圧縮工程Ｓ３で、コイル２の周方向を高温環境化で圧縮することで、周方向のコイル２の巻線の圧縮分を軸方向に展延させて変形させる。
【００３７】
本実施形態の加熱工程Ｓ２における加熱温度は、好ましくは１５０℃〜２５０℃であり、より好ましく１８０℃〜２２０℃である。コイル２の巻線素材が銅の場合には、銅の展延性の点で１９０℃が最も好ましい。
【００３８】
圧縮工程Ｓ３では、加熱工程Ｓ２で加熱されたコイル２を、例えばプレス機によって周方向に押圧する。
具体的には、図５及び図６に示すように、傾斜を持った押圧面２０ａを有する圧縮冶具２０を使用して、分割コア６の周方向両側から同時に圧力をかけて押圧し、コイル２を圧縮する。
【００３９】
この圧縮工程Ｓ３での押圧によって、図７に示すように、周方向に沿って押圧したコイル２は、その展延性により軸方向へ移動するように塑性変形する。ここで、圧縮工程Ｓ３に使用される圧縮冶具２０の押圧面２０ａの角度βは、図６に示すように、バックヨーク１１の周方向中間部とステータ１の軸心Ｏを結ぶ分割コア６の中間線Ｌ２と仮想線Ｌ１とにより形成されるバックヨーク傾斜角度α（図１も参照）よりも僅かに大きく設定されている。
【００４０】
本実施形態においては、押圧面２０ａの角度βは、バックヨーク傾斜角度αよりも周方向へ１°〜３°大きく設定されている。なお、圧縮冶具２０の押圧面２０ａの角度βは、コイル２を圧縮する量、即ちコイル２を周方向に押し潰す量を決めるため、仮想線Ｌ１を越えたコイル２の巻回量を考慮して決定される。これにより、コイル２を展延させて塑性変形させることで、仮想線Ｌ１内にコイル２を高密度で収めることができる。
【００４１】
ステータ組立工程Ｓ４では、圧縮工程Ｓ３でコイル２が押圧された分割コア６を、図８に示すように、円環状に配列する。この場合において、分割コア６に巻回されたコイル２は、上述したように、隣接する分割コア６に巻回されたコイル２と干渉することはなく、スロットＳＬＴ内において隙間がほぼない状態、即ち、高い占積率で収容される。続いて、分割コア６を配列したステータコア３を、図１に示すように、ハウジング４に圧入して固定し、ステータ１が完成する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態によれば、加熱工程Ｓ２でコイル２の巻線素材に熱を加えることによって、巻線素材の展延性を高めることができるため、コイル巻回工程Ｓ１で仮想線Ｌ１を越えてティース１２にコイル２を巻回しても、圧縮工程Ｓ３によってコイル２を展延させて塑性変形させることで仮想線Ｌ１内にコイル２を高密度で収めることができる。そのため、コイル２を通常より１．２〜１．４倍多く巻くことができ、好適にコイル２の占積率の向上を図ることができる。
【００４３】
また、圧縮工程Ｓ３に使用される圧縮冶具２０の押圧面２０ａの角度βを、バックヨーク１１の周方向中間部とステータ１の軸心を結ぶ分割コア６の中間線Ｌ２と仮想線Ｌ１とにより形成されるバックヨーク傾斜角度αよりも僅かに大きくすることで、コイル２の占積率をより向上させることができる。
【００４４】
また、押圧面２０ａの角度をバックヨーク傾斜角度よりも１°〜３°大きくすることで、コイルの占積率をより向上させることができる。
【００４５】
また、加熱工程Ｓ２における加熱温度を１５０℃〜２５０℃とすることで、コイル２を好適に展延させることができる。
【００４６】
また、圧縮工程Ｓ３では、加熱されたコイル２を周方向両側から圧縮冶具２０によって同時に押圧するため、周方向で偏りなくコイル２を展延させることができる。また、作業時間を短縮できる。
【００４７】
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。
例えば、実施形態においては、コイル２の巻線素材を銅としているが、圧縮工程における押圧によって適度な展延性を得られる素材であれば他の素材であってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
２  コイル
３  ステータコア
６  分割コア
１１  バックヨーク
１１ａｃ  周端面（周方向端面）
１２  ティース
２０  圧縮冶具
２０ａ  押圧面
Ｌ１  仮想線
Ｌ２  中間線
Ｓ１  コイル巻回工程
Ｓ２  加熱工程
Ｓ３  圧縮工程
α  バックヨーク傾斜角度
β  押圧面の角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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