(57)【要約】【課題】導体セグメントを折り曲げてコイルエンドを形成する際に生じる導体セグメントの残留応力によるステータコアの鉄損を低減するステータの製造方法を提供する。【解決手段】本発明のスロット４に導体セグメント３を挿通させ、隣接する導体セグメント３と接合することで巻回したコイルを形成するステータ１の製造方法は、導体セグメント３の端部の形状を整えてコイルエンドを成形する成形工程と、導体セグメント３の端部を接合する接合工程と、成形工程と接合工程の後に、導体セグメント３を導体セグメント３の軟化温度に相当する温度に加熱して一定時間保持する焼鈍工程と、を備えるようにした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットに導体セグメントを挿通させ、隣接する導体セグメントと接合することで巻回したステータコイルを形成するステータの製造方法であって、
前記導体セグメントの端部の形状を整えてコイルエンドを成形する成形工程と、
前記導体セグメントの端部を接合する接合工程と、
前記成形工程と前記接合工程の後に、前記導体セグメントを前記導体セグメントの軟化温度に相当する温度に加熱して一定時間保持する焼鈍工程と、
を備えることを特徴とするステータの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のステータの製造方法において、
前記焼鈍工程後に、前記コイルエンドに絶縁部を形成する粉体塗装工程と、
ステータコイルにワニスを塗布するワニス処理工程と、
を設けることを特徴とするステータの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のステータの製造方法において、
前記導体セグメントは無酸素銅から成り、
前記焼鈍工程の加熱温度は２５０℃前後である
ことを特徴とするステータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のステータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車や燃料電池車を含む電気自動車等の車両の電動機または発電機として、例えば特許文献１に記載されている、Ｕ字形状またはＩ字形状の導体セグメントをステータコアのスロットの一端面から他端面に挿通し、ステータコアの他端面から突出した導体セグメントの端部を周方向に折り曲げ、この導体セグメントの端部を接合してステータコイルを構成（いわゆるＳＣ型ステータ構造）する回転電機が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６９７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ステータコアを構成する電磁鋼板では、歪や残留応力により、内部の磁区が複雑化して電磁鋼板の磁化特性が劣化するとともに鋼板内の鉄損が増加し、モータの効率低下が生じる問題がある。
特許文献１のステータでは、導体セグメントの端部を周方向に折り曲げてコイルエンドを形成する際に、ピン状治具を支点として、導体セグメントの折り曲げを行っているので、スロット周縁部直角断面を曲げ支点としていた技術に比べて、導体セグメントの端部における応力集中を緩和することができる。
【０００５】
しかし、特許文献１のステータにおいては、作用点はスロットの折り曲げを行った端部と反対側の導体セグメントの端部となり、固定されるため、ステータコアを押圧する。また、導体セグメントの端部を折り曲げることにより、スプリングバック力あるいはスプリングイン力が生じて、ステータコアのスロット壁面を押圧する。
このため、ステータコアに圧縮応力が生じ、ステータコアの磁化特性が劣化して鉄損が増加する問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、導体セグメントを折り曲げてコイルエンドを形成する際に生じる導体セグメントの残留応力によるステータの鉄損を低減するステータの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明のスロットに導体セグメントを挿通させ、隣接する導体セグメントと接合することで巻回したコイルを形成するステータの製造方法は、前記導体セグメントの端部の形状を整えてコイルエンドを成形する成形工程と、前記導体セグメントの端部を接合する接合工程と、前記成形工程と前記接合工程の後に、前記導体セグメントを前記導体セグメントの軟化温度に相当する温度に加熱して一定時間保持する焼鈍工程と、を備えるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、導体セグメントのコイルエンドの形成による残留応力を除去できるので、ステータコアの鉄損の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態のステータにおける周方向の要部断面を示す図である。
【図２】ステータコイルを形成する製造工程のフロー図である。
【図３】無酸素銅の軟化点温度を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、実施形態のステータ１における周方向の要部断面を示す図である。
ステータ１には、ステータコア２の径方向（図の垂直方向）に設けられたスロット４に、複数の絶縁被膜により絶縁された導体セグメント３が挿通され、電流を通流して巻線となるように複数の導体セグメント３の端部が接合されたステータコイルが形成されている。
【００１１】
導体セグメント３は、無酸素銅製であって、断面が略矩形の平角銅線であり、Ｕ字形状あるいはＩ字形状を有している。
図１に示すように、導体セグメント３は、Ｉ字形状の場合には、スロット４に挿通した導体セグメント３のステータコア２から突出した端部を、径方向の内側に向けて周方向に折り曲げる。そして、導体セグメント３は、隣接するスロット４に挿通され、同様に、端部を折り曲げた導体セグメント３と溶接して電気的に接合している。なお、導体セグメント３がステータコア２から突出している部分を、コイルエンドと称する。
【００１２】
図１に示すように、導体セグメント３がＩ字形状の場合には、導体セグメント３の挿通方向におけるステータコア２の両側のコイルエンドで、導体セグメント３の折り曲げと端部の接合が行われている。
導体セグメント３が、Ｕ字形状の場合には、２つのスロット４を跨って挿通されるため、導体セグメント３の挿通方向のコイルエンドでのみ、導体セグメント３の折り曲げと端部の接合が行われている。
【００１３】
図１には、図示していないが、スロット４には、絶縁紙が挿入され、ステータコア２と挿入された導体セグメント３とを電気絶縁する。
詳しくは、ステータコア２と導体セグメント３と絶縁紙の間には、ワニスが含侵されて加熱硬化される。これにより、ステータコア２と導体セグメント３と絶縁紙との隙間を埋めて電気絶縁性を向上するとともに、機械的に固着して振動を抑止して騒音を抑制する。また、ステータコア２と導体セグメント３と絶縁紙との間にワニスを含侵することで、熱伝導率を向上し、ステータコイルの発熱によるステータ１の温度上昇を緩和する。
【００１４】
導体セグメント３の端部を溶接により接合する際には、導体セグメント３の絶縁被膜を除去して溶接を行う。このため、溶接後に、エポキシ樹脂等を使用した粉体絶縁塗料を塗布して、コイルエンドの絶縁処理を行う。
【００１５】
上記のように、コイルエンドでは、ステータコア２に挿通された状態で、導体セグメント３の端部が径方向の内側に向けて周方向に折り曲げられる。これにより、導体セグメント３は塑性変形するが、折り曲げ力を開放しても残留応力が生じている。この残留応力により、導体セグメント３は、スプリングバック力あるいはスプリングイン力として、ステータコア２のスロット４の壁面を押圧する。
また、導体セグメント３を周方向に折り曲げることにより、ステータコア２に固縛力が生じる。
【００１６】
このスプリングバック力あるいはスプリングイン力によるステータコア２の押圧力や固縛力（図の白抜き矢印）により、ステータコア２の電磁鋼板には、内部応力が生じる。
このステータコア２の電磁鋼板の内部応力により、歪や応力により内部の磁区が複雑化して電磁鋼板の磁化特性が劣化して鉄損が生じ、モータの効率低下が生じる。
【００１７】
このため、実施形態のステータ１では、詳細は後述するが、コイルエンド形成後に、焼鈍により導体セグメント３の残留応力を除去して、導体セグメント３のスプリングバック力あるいはスプリングイン力またはステータコア２の固縛力の発生を抑制する。
【００１８】
図２は、ステータ１にステータコイルを形成する製造工程のフロー図である。
図２のステータコイルを形成する前に、所定形状の電磁鋼板が積層され、カシメ等により固着されて、ステータコア２が形成されているものとする。なお、積層された電磁鋼板は、後述するワニスが含侵されて加熱硬化される。
【００１９】
以下、各工程を詳細に説明する。
ステップＳ２１において、無酸素銅製の平角銅線を所定長に切断して、Ｕ字あるいはＩ字の所定形状に成型して導体セグメント３（ＳＣ：Segment Conductor）を形成する。
そして、ステップＳ２２において、電磁鋼板を積層したステータコア２のスロット４に、ステータコア２と導体セグメント３とを電気絶縁する絶縁紙を挿入する。
【００２０】
ステップＳ２３において、スロット４の一端から所定長突出するように、導体セグメント３をステータコア２の回転軸方向に整列挿通する。
ステップＳ２４で、ステータコア２の両端の導体セグメント３が突出しているコイルエンドにおいて、導体セグメント３の端部を径方向の内側に向けて周方向に折り曲げて、コイルエンドを成形する。
そして、ステップＳ２５で、成形したコイルエンドの導体セグメント３の端部を溶接して、導体セグメント３によるステータコイルを形成する。
【００２１】
つぎに、ステップＳ２６において、ステップＳ２４のコイルエンド成形工程において生じた導体セグメント３の残留応力を除去する加熱（焼鈍）工程を行う。
【００２２】
図３は、導体セグメント３に使用する無酸素銅の“耐力”の温度特性（軟化温度特性）を示す図である。図から明らかなように、無酸素銅の“耐力”は、約２００℃から急激に低下し、約２５０℃で変化が安定する。このことから、導体セグメント３を、約２５０℃以上に加熱すれば、残留応力を除去できることが判る。
【００２３】
ステップＳ２６では、図３の無酸素銅の軟化温度特性に基づいて、ステータ１を２５０℃前後に加熱し、約３０分間、この温度を維持し、その後除冷する導体セグメント３の焼鈍処理を行う。
ステータ１の加熱は、形成したステータコイルに電流通流してジュール熱により加熱するか、ステータ１を誘導コイルの中において誘導加熱するか、または、加熱炉に投入するか、により行えばよい。
【００２４】
ステップＳ２６の焼鈍処理の後に、後述する粉体塗装の工程を行うことができる温度まで冷却する（Ｓ２７）。
例えば、粉体塗装にエポキシ樹脂粉体塗料を使用する場合には、エポキシ樹脂粉体塗料の熱硬化条件が２００℃・１５分であるので、粉体塗装の工程で樹脂が熱硬化しないように１７０℃まで除冷する。ポリイミド樹脂等の熱硬化温度が高い粉体樹脂で絶縁塗装を行うようにすれば、ステップＳ２７の除冷期間を短くできる。
【００２５】
ステップＳ２８で、エポキシ樹脂粉体塗料を、コイルエンドにおける導体セグメント３の端部の溶接部に塗布する粉体塗装を行う。
そして、ステップＳ２９で、エポキシ樹脂粉体塗料の熱硬化条件の２００℃・１５分にステータ１を加熱して粉体硬化を行う。この加熱は、ステップＳ２６の加熱（焼鈍）工程と同じ加熱方法でよい。
このステップＳ２８とステップＳ２９により、導体セグメント３の絶縁被膜を除去して溶接し、ステータコイルを形成したコイルエンドを絶縁処理する。
【００２６】
つぎに、ステップＳ３０で、ステータコイルのワニスの塗布・含侵処理を行う。この際にも、ステップＳ２９の粉体硬化工程によるステータ１の温度が、ワニスの熱硬化温度（例えば、１００〜１５０℃）より低くなるまで冷却した後に、ワニスの塗布・含侵処理を行う。
【００２７】
そして、ステップＳ３１で、ステータ１の温度をワニスの熱硬化条件（１００〜１５０℃・１〜４時間）に加熱してワニス硬化を行う。
その後、常温に除冷してワニス冷却を行う（Ｓ３２）。
以上の工程により、ステータコイルを形成することができる。
【００２８】
上記のステータコイルを形成する製造工程では、粉体塗装・加熱硬化してコイルエンドの絶縁処理を行う粉体塗装工程（Ｓ２８、Ｓ２９）とステータコイルにワニスを塗布・含侵して加熱硬化するワニス処理工程（Ｓ３０、Ｓ３１、Ｓ３２）との前に、導体セグメント３の残留応力を除去する焼鈍工程（Ｓ２６）を行っているので、焼鈍のための加熱により粉体塗料やワニスの材料劣化がない。
【００２９】
また、導体セグメント３の残留応力を除去する焼鈍工程（Ｓ２６）を、粉体塗装工程（Ｓ２８、Ｓ２９）の前に行うようにしているので、粉体硬化のための加熱設備の設定温度を導体セグメント３の軟化温度に設定すればよく、新たに加熱設備を追加する等の設備増強を行うことなくステータ１の性能向上を実現できる。
【００３０】
実施形態のスロットに導体セグメントを挿通させ、隣接する導体セグメントと接合することで巻回したコイルを形成するステータの製造方法では、前記導体セグメントの端部の形状を整えてコイルエンドを成形する成形工程と、前記導体セグメントの端部を接合する接合工程と、前記成形工程と前記接合工程の後に、前記ステータを前記導体セグメントの軟化温度に相当する温度に加熱して一定時間保持する焼鈍工程と、を備えるようにした。
【００３１】
これにより、導体セグメントの成形工程で生じた導体セグメントの残留応力を除去できるので、導体セグメントによるステータコアの内部応力の発生を抑止でき、ステータコアの鉄損の低減することができる。
【００３２】
さらに、実施形態のステータの製造方法は、前記焼鈍工程後に、前記コイルエンドに絶縁部を形成する粉体塗装工程と、ワニスを塗布するワニス処理工程と、を設けるようにした。
これにより、粉体塗装工程あるいはワニス処理工程における加熱設備を流用できるので、設備を簡略化できる。
【００３３】
特に、実施形態のステータの製造方法では、前記導体セグメントは無酸素銅から成り、前記焼鈍工程の加熱温度は２５０℃前後であるようにした。
これにより、導体セグメントの成形工程で生じた導体セグメントの残留応力を除去できるので、ステータコアの鉄損の低減することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  ステータ
２  ステータコア
３  導体セグメント
４  スロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019169993.tif 000005