(57)【要約】【課題】素巻線の先端同士の接合強度を向上させたステータコイルを提供する。【解決手段】ステータコイル１６は、複数の素巻線３２をステータコア１２に巻き回し、対応する素巻線３２の先端２６の露出する導体部３８同士を接合して形成される。素巻線３２は、導線３４と、導線３４を非密着状態で収容する筒状の絶縁チューブ３６とから成る。導体部３８は、素巻線３２の先端２６における絶縁チューブ３６の切り取りによって形成される。そして、ステータコイル１６は、導体部３８とともに、導体部３８と絶縁チューブ３６の端部との接触部分を一体に覆う絶縁キャップ４０を有する。素巻線３２は、上述のように、導線３４と絶縁チューブ３６が非密着状態のまま構成されるので、先端２６における導体部３８の露出作業に伴って導線３４が削り取られることを防ぎ、導体部３８同士の接合面積を確保することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素巻線をステータコアに巻き回し、対応する素巻線の先端の露出する導体部同士を接合して形成されるステータコイルであって、
素巻線は、導線と、導線を非密着状態で収容する筒状の絶縁チューブとから成り、
導体部は、素巻線の先端における絶縁チューブの切り取りによって形成され、
導体部とともに、導体部と絶縁チューブの端部との接触部分を一体に覆う絶縁キャップを有する、
ことを特徴とするステータコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステータコイルに関し、特にステータコイルの構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、回転磁界を発生するステータコイルが装着されるステータと、ステータ内に回転可能に設けられたロータとを有し、ステータの回転磁界とロータとの間に働く電磁的作用により、ロータが回転する。
【０００３】
上述したステータコイルには、ステータコアのスロット内における占積率の向上のため、断面が矩形の導線、いわゆる角線が使用される場合がある。この種のステータコイルは、所定形状に成形した角線をスロットに挿入し、スロットより突出する各角線の先端同士を接合することにより形成される。
【０００４】
具体的には、短尺の角線を曲げ加工して、２本の直線部と、これらの直線部を橋渡し渡り部とを有するＵ字状に成形する。そして、角線の各先端がスロットから突出するように、２本の直線部を、ステータコアの異なるスロット、例えばステータの略磁極ピッチだけ互いに離れた一対のスロットに挿入する。そして、角線の先端をステータコアの周方向へ傾け、周方向に隣接する角線の先端同士を順次接合して、連続したステータコイルを形成している。
【０００５】
下記特許文献１には、絶縁被膜が施された角線の先端同士を接合する方法として、まず、角線の先端における絶縁被膜を導線から剥離することで導体部を露出させ、露出した導体部同士を溶接により接合し、ステータコイルを形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１０９９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載されるように、絶縁被膜が施された角線の先端同士を接合する場合、その先端における絶縁被膜を導線から剥がして、導体部を露出させる必要がある。通常、絶縁被膜は樹脂を導線に塗布して成形されるので、絶縁被膜と導線とは密着している。よって、導体部の露出作業において、絶縁被膜を導線から剥離するためには、絶縁被膜とともに導線の一部も削り取らなければならない。このように導体部の露出作業により導体部の一部も削り取られてしまうので、露出した導体部同士の接合面積が小さくなり、接合強度が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、短尺の角線をＵ字状に曲げ加工する際に、曲げ部分における外径側の絶縁被膜が導線とともに周方向に伸ばされるので、その部分の絶縁被膜の膜厚が薄くなり、絶縁性能が低下してしまうという問題がある。絶縁性能の低下を防止するため、予めより厚い絶縁被膜を導線に施すことが考えられるが、この場合、スロット内占積率が低下してしまう。
【０００９】
本発明の目的は、スロット内占積率を維持しつつ、素巻線の先端の導体部同士の接合強度の向上を図ることができるステータコイルの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】
【００１０】
本発明は、複数の素巻線をステータコアに巻き回し、対応する素巻線の先端の露出する導体部同士を接合して形成されるステータコイルであって、素巻線は、導線と、導線を非密着状態で収容する筒状の絶縁チューブとから成り、導体部は、素巻線の先端における絶縁チューブの切り取りによって形成され、導体部とともに、導体部と絶縁チューブの端部との接触部分を一体に覆う絶縁キャップを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のステータコイルによれば、スロット内占積率を維持しつつ、素巻線の先端の導体部同士の接合強度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係るステータの構成を示す図である。
【図２】図１のＡ部のスロットにおいて、Ｒ−θ平面に平行な面で切断した断面図である。
【図３】接合部を含むセグメントコイルの先端を示す拡大図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図５】ステータコイルの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図６】図３の製造工程におけるステータコイルの状態を示す図である。
【図７】ステータコイルの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るステータコイルの実施形態について、図を用いて説明する。まず、ステータコイルとともに、ステータコイルが装着されるステータの構成について、図１，２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るステータの構成を示す図である。図１には、ステータコアの軸方向を示すＺ方向と、周方向を示すθ方向と、径方向を示すＲ方向とが示されている。
【００１４】
本実施形態のステータ１０は、三相交流の電気が供給されて駆動する回転電機に用いられる。ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコア１２のスロット１４を通って巻回されるステータコイル１６と、ステータコイル１６から引き出される各相端子１８とを有する。
【００１５】
ステータコイル１６は、三相ステータコイルであり、各相のステータコイル１６は、複数のセグメントコイル２０を相互に接続することで構成される。セグメントコイル２０は、スロット１４に挿入される２つの挿入部２２と、これらの挿入部２２を橋渡しする渡り部２４とを有するようにＵ字型に成形された素巻線である。本実施形態のステータコイル１６は、セグメントコイル２０がステータコア１２に分布巻きされて形成される。分布巻きとは、セグメントコイル２０が、他の相のセグメントコイル２０が挿入されるスロット１４を跨いで離間した２つのスロット１４に挿入されるように、ステータコア１２に巻かれる巻線方式である。
【００１６】
図１においては、軸方向Ｚに沿った一方側の端部に渡り部２４が来るようにして、渡り部２４の両側の挿入部２２をスロット１４に挿入する。スロット１４を通って、軸方向Ｚに沿った他方側の端部から突き出たセグメントコイル２０の先端２６は、他のセグメントコイル２０の先端２６と溶接によって接合される。以降、この接合される部分を、接合部２８と記す。本実施形態のステータ１０においては、各相のセグメントコイル２０の接合部２８が、全て、ステータコア１２の他方側に集まる構造となっている。
【００１７】
このように、ステータコア１２の一方側の端部には、セグメントコイル２０の渡り部２４が突き出して配置され、他方側の端部には、セグメントコイル２０の先端２６が突き出して配置される。ステータコア１２の端部においてセグメントコイル２０が突き出す部分を、コイルエンド３０と称する。
【００１８】
図２は、図１のＡ部のスロット１４において、Ｒ−θ平面に平行な面で切断した断面図である。図２には、スロット１４内に、１０本のセグメントコイル２０が挿入される様子が示されている。なお、本発明は１つのスロット１４内に配置されるセグメントコイル２０の数は１０本に限定されず、他の数であってもよい。また、図２には、スロット１４内における１つのセグメントコイル２０の挿入部２２の拡大図面が示されている。
【００１９】
図２に示されるように、セグメントコイル２０に用いられる素巻線３２は、断面矩形の導線３４と、この導線３４の周囲を覆う筒状の絶縁チューブ３６とから成る角線である。導線３４は、電気導電率の高い金属線、例えば銅線である。絶縁チューブ３６は、所定の絶縁性能を有する樹脂材であり、例えばフッ素系樹脂のテフロン（登録商標）ＰＦＡ、エポキシ系樹脂である。
【００２０】
次に、接合部２８を含むセグメントコイル２０の先端２６の構成について、図３，４を用いて説明する。図３は、セグメントコイル２０の先端２６を示す拡大図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ線による断面図である。なお、図４は、図３に示す先端２６に、後述する絶縁キャップが設けられている状態を表わしている。
【００２１】
セグメントコイル２０の先端２６においては、導線３４が絶縁チューブ３６から露出して構成される。以降、この露出した導線３４を、導体部３８と記す。導体部３８は、素巻線３２の先端２６における絶縁チューブ３６の切り取りにより形成される。隣接する導体部３８同士は接合部２８により電気的に接続されている。また、セグメントコイル２０の先端２６には、図４に示されるように、導体部３８を覆うように絶縁キャップ４０が設けられている。絶縁キャップ４０は、絶縁チューブ３６と同等の絶縁性能を有する樹脂材からなる。
【００２２】
本実施形態のステータコイル１６においては、素巻線３２が、導線３４を非密着状態で絶縁チューブ３６に収容させて構成されていることを特徴とする。このように構成される素巻線３２においては、導線３４と絶縁チューブ３６が密着していないので、素巻線の先端２６において導線３４を露出させる場合、従来技術で述べたように絶縁被膜とともに導線の一部を削り取ることなく、単に絶縁チューブ３６の切り取り作業によって、先端２６における絶縁チューブ３６を導線３４から容易に取り除くことができる。そして、この導線３４の露出作業における導線３４の削り取りが防止されるので、導体部３８同士の接合面積が増加し、これらの導体部３８間の接合強度を確保することができる。
【００２３】
また、導線３４と絶縁チューブ３６が非密着状態であるので、素巻線３２をコイル状に曲げ加工する際に、曲げ部分における外径側の導線３４が周方向に伸びたとしても、この伸びに伴い絶縁チューブ３６が伸ばされてしまうことを防止できる。このように曲げ加工時における絶縁チューブ３６の伸びが防止されるので、この伸びによる絶縁チューブ３６の膜厚の減少に伴って絶縁性能が低下してしまうことを防止することができる。このように、絶縁性能の低下が防止されるので、膜厚の減少を見越した厚さの絶縁チューブ３６を用いる必要も無くなり、その結果、スロット内占積率を維持することができる。
【００２４】
また、本実施形態のステータコイル１６においては、絶縁キャップ４０が、導体部３８とともに、導体部３８と絶縁チューブ３６の端部３６ａとの接触部分を一体に覆うように構成されていることを特徴とする。絶縁キャップ４０が、非密着状態である導体部３８と絶縁チューブ３６との隙間を覆うことにより、その隙間からの潤滑油等の侵入を防ぎ、絶縁チューブ３６内における導線３４の腐食を阻止することができる。
【００２５】
以下、本実施形態のステータコイル１６の製造方法について、図５，６を用いて具体的に説明する。図５は、ステータコイル１６の製造工程の一例を示すフローチャートであり、図６は、図５の製造工程におけるステータコイル１６の状態を示す図である。なお、この製造方法の説明において、先端２６に導体部３８が形成されていない状態の素巻線３２には、絶縁素巻線４２という名称を用い、コイル状に曲げ加工した素巻線３２にはセグメントコイル２０という名称を用いる。
【００２６】
まず、ステップＳ０１において、図６（ａ）に示されるように、長尺の導線３４を筒状の絶縁チューブ３６の内部に非密着状態で収容し、絶縁素巻線４２を作り出す。ステップＳ０２において、絶縁素巻線４２を短尺に切断する。ステップＳ０２において切断された絶縁素巻線４２の状態を図６（ｂ）に示す。切断されて短尺状態になった絶縁素巻線４２の長さは、曲げ加工前のセグメントコイル２０の長さである。
【００２７】
ステップＳ０３では、絶縁素巻線４２の先端２６の絶縁チューブ３６を切り取り、導体部３８を露出させ、図６（ｃ）に示すような素巻線３２を形成する。このとき、導線３４と絶縁チューブ３６は非密着状態であるので、カッター等により絶縁チューブ３６に切り込みを入れるだけで、先端２６から絶縁チューブ３６のみを容易に切り離すことができる。
【００２８】
ステップＳ０４においては、素巻線３２をコイル状に曲げて、セグメントコイル２０を形成する（図６（ｄ）に示す）。上述のように導線３４と絶縁チューブ３６は非密着状態であるので、この曲げ加工において、曲げ部外側の導線３４が伸びたとしても、この伸び伴われ絶縁チューブ３６が伸びてしまうことはない。つまり、曲げ加工に伴う絶縁チューブ３６の膜厚の減少は防止される。
【００２９】
続いて、ステップＳ０５において、セグメントコイル２０をステータコア１２に巻き回する。具体的には、ステータコア１２の軸方向Ｚに沿った一方側の端部に渡り部２４が来るようにして、渡り部２４の両側の挿入部２２をスロット１４に挿入する。そして、スロット１４を通って、ステータコア１２の軸方向Ｚに沿った他方側の端部から突き出た先端２６を、周方向外側に向かい折り曲げる。
【００３０】
そして、ステップＳ０６では、先端２６の導体部３８同士を接合する。具体的には、図６（ｅ）に示されるように、対応する同相のセグメントコイル２０の先端２６の導体部３８同士を対向させて、これらを接合する。接合は、レーザ、電子ビーム、ＴＩＧなどの溶接により行われる。
【００３１】
最後に、ステップＳ０７において、先端２６に、露出している導体部３８とともに、導体部３８と絶縁チューブ３６の端部３６ａとの接触部分を一体に覆う絶縁キャップ４０を設け、ステータコイル１６の製造工程が終了する。図６（ｆ）は、図６（ｅ）に示される先端２６領域のＢ−Ｂ線の断面図であり、その先端２６に絶縁キャップ４０を取り付けた状態を示す図である。図６（ｆ）からもわかるように、絶縁キャップ４０により、非密着部状態である導線３４と絶縁チューブ３６との隙間も覆われるので、その隙間が封止され、水分を含むＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）などの潤滑油による、絶縁チューブ３６内の導線３４の腐食や酸化を防止することができる。この絶縁キャップ４０は、予め射出成形されたもの、または粉体塗装により先端２６に直接形成されたものでもよい。
【００３２】
本実施形態の製造工程においては、従来技術のように導線に樹脂を塗装して素巻線を製造しているのではなく、筒状の絶縁チューブ３６の内部に非密着状態で導線３４を収容させて絶縁素巻線４２を作り出している。よって、先端２６における導体部３８の露出作業において、絶縁チューブ３６に切り込みを入れるだけで、先端２６における絶縁チューブ３６を導線３４から容易に取り除くことができる。すなわち、この作業においては、導線３４を傷つけることなく容易に導体部３８を露出させることができる。また、この構成により、素巻線３２の曲げ加工時、曲げ部外径側において絶縁チューブ３６は導線３４とともに引き伸ばされないので、絶縁チューブ３６の薄膜化を防止することができる。また、導体部３８とともに導体部３８と絶縁チューブ３６の隙間を覆うように絶縁キャップ４０が設けられるので、その隙間からの潤滑油の侵入が防止され、絶縁チューブ３６内の導線３４の腐食を阻止することができる。
【００３３】
本実施形態のステータコイル１６の製造方法においては、絶縁素巻線４２を短尺に切断した後に、先端２６の絶縁チューブ３６を切り取って導体部３８を露出させる場合について説明したが、本発明はこの製造方法に限定されない。導体部３８の露出作業は、ステップＳ０６の接合作業の前であればいつでもよく、ステップＳ０４の曲げ加工の後であっても、ステップＳ０５のセグメントコイル２０をステータコア１２に取り付けた後であってもよい。
【００３４】
本実施形態においては、素巻線３２が角線であり、この角線を分布巻きしてステータコイル１６が形成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。素巻線３２が丸線であり、この丸線を集中巻してステータコイル１６が形成されても良い。
【００３５】
素巻線３２に丸線を用いた場合の、ステータコイル１６の製造方法について、図７のフローチャートを用いて説明する。なお、図５を用いて説明した製造工程と同様の工程については、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
まず、ステップＳ１１において、長尺の丸型の導線３４を円筒状の絶縁チューブ３６の内部に非密着状態で収容して絶縁素巻線４２を作り出す。ステップＳ１２において、絶縁素巻線４２の先端２６の絶縁チューブ３６を切り取り、導体部３８を露出させて素巻線３２を形成する。
【００３７】
ステップＳ１３においては、素巻線３２をコイル状に曲げながらステータコア１２に巻き回する。導線３４と絶縁チューブ３６が非密着状態であるので、この曲げ加工において、曲げ部外側の導線３４が伸びたとしても、この伸び伴われ絶縁チューブ３６が伸びてしまうことはない。つまり、曲げ加工に伴う絶縁チューブ３６の膜厚の減少は防止される。
【００３８】
続いて、ステップＳ１４において、先端２６において露出している導線部３８同士を接合する。そして、ステップＳ１５において、先端２６に、導体部３８とともに、導体部３８と絶縁チューブ３６の端部３６ａとの接触部分を一体に覆う絶縁キャップ４０を設けて、ステータコイル１６の製造工程が終了する。
【００３９】
この実施形態のステータコイル１６の製造方法においては、絶縁素巻線４２を製造した後に、先端２６の絶縁チューブ３６を切り取って導体部３８を露出させる場合について説明したが、本発明はこの製造方法に限定されない。導体部３８の露出作業は、ステップＳ１４の接合作業の前であればよく、ステップＳ１３におけるステータコア１２への巻回後であってもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ステータ、１２  ステータコア、１４  スロット、１６  ステータコイル、１８  端子、２０  セグメントコイル、２２  挿入部、２４  渡り部、２６  先端、２８  接合部、３０  コイルエンド、３２  素巻線、３４  導線、３６  絶縁チューブ、３８  導体部、４０  絶縁キャップ、４２  絶縁素巻線。
【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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