(57)【要約】【課題】本発明の課題は、蛇行環状巻線コイルの成形機を用いての巻線コイルの成形において、破れによるコイル線同士の絶縁破壊が生じないような、非密着性被膜で被覆されたコイルの成形法を提示することにある。【解決手段】本発明の環状巻き線コイルの成形方法は、第１金型および第２金型を略半径方向に移動可能にする金型移動手段とを備えた、蛇行環状巻線コイル成形装置により、成形前の上下方向少なくとも２層からなる環状巻線コイルのコイル径を第１金型ユニットと第２金型ユニットの協働により縮径しながら前記複数の蛇行部を形成する、複数の蛇行部を有する環状巻線コイル成形方法において、前記環状巻線コイルの上下方向の層間にシートを介在させた形態で蛇行部を形成するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータのステータ内に配置される複数の蛇行部を有する環状巻線コイルを、複数の第１金型からなる第１金型ユニットと、コイル保持部を備えた複数の第２金型からなる第２金型ユニットと、両ユニットの相対距離に応じて前記第１金型および第２金型を略半径方向に移動可能にする金型移動手段とを備えた、蛇行環状巻線コイル成形装置により、成形前の上下方向少なくとも２層からなる環状巻線コイルのコイル径を第１金型ユニットと第２金型ユニットの協働により縮径しながら前記複数の蛇行部を形成する、複数の蛇行部を有する環状巻線コイル成形方法において、
前記成形前の環状巻線コイルの上下方向の層間にシートを介在させた形態で蛇行部を形成することを特徴とする環状巻き線コイルの成形方法。
【請求項２】
前記コイルに被覆されている被膜の素材としてエナメル又はポリアミドイミドを用い、前記シートの素材としてポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル−ポリアミドイミド、ポリエステルポリイミド、ポリエステル、ポリエステル−ナイロン、ポリウレタン、ホルマールのうちのいずれかを用いて行う請求項１に記載の環状巻き線コイルの成形方法。
【請求項３】
前記シートは下層の環状巻線コイル群を包んでから上層の環状巻線コイル群を包む形態とした請求項１または２に記載の環状巻き線コイルの成形方法。
【請求項４】
前記シートは前記成形前の環状巻線コイルにおいて、蛇行環状巻線コイルに成形されたときの谷部となる部分に介在させるようにした請求項１乃至３のいずれかに記載の環状巻き線コイルの成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機(モータ)のステータ巻線に使用する蛇行環状巻線コイルのシート挟み成形法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両用モータ、又は電気自動車用モータとして、ロータに永久磁石を使用した永久磁石式交流同期モータ又はブラシレス直流モータが良く使用されている。この種のモータとして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎のステータコアにそれぞれ巻線コイルが巻装されたステータを備え、このステータにより永久磁石からなるロータを３相駆動する永久磁石式３相同期モータが例えば特許文献１により知られている。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相の各相毎の巻線コイルが周方向で隣り合うティース間を縫うようにして周回させられることで巻線コイルが波状に巻装されたステータを備え、このステータによりロータを３相駆動する永久磁石式３相同期モータが、例えば特許文献２で知られている。
【０００３】
上記従来技術にかかる３相同期モータにおいては、３相の各相毎の巻線コイルが必要であることから、ステータの構成に要する部品の部品点数の増大を抑制することが困難であり、各相毎の巻線コイルを巻装する作業に煩雑な手間を要するという問題が生じる。しかも、波巻により巻線コイルが巻装されるステータにおいては、隣り合うティース間での巻線占有率を向上させることが困難であり、更に、コイルエンドの高さを低減してモータの軸線方向の寸法を低減し、車両等への搭載性を向上させることが困難であるという問題が生じる。これらの問題を解決するために、本出願人は３相のステータリングと２相の環状巻線コイルとを、軸線方向に沿って順次積み重ねるようにして交互に配置させ、しかもそれぞれの環状巻線コイルに複数の蛇行部を形成したモータのステータを先に提案した(特許文献３参照)。
【０００４】
上述した先願にかかる永久磁石式３相同期モータ又はＤＣブラシレスモータのステータには、従来一般的には使用されていないため、その加工方法の確立が望まれている状況の中で、本出願人は先に特許文献４の発明を提案した。この発明は電動機のステータ内に配置される複数の蛇行部を有する環状巻線コイルの成形機であって、図５に示すように円周方向に等間隔で離間された複数の第１の金型19を有する第１金型ユニット12と、円周方向に前記等間隔と同一間隔で離間され、各々が隣接する前記第１の金型の間に配置される複数の第２の金型25を有する第２金型ユニット13とを備え、前記第２の金型の各々は環状巻線コイル１を保持するコイル押さえ部材29とコイル保持部５を有しており、前記コイル押さえ部材29とコイル保持部５で保持された環状巻線コイル１に対して、前記第１金型ユニット12の軸方向の変位に応じて前記環状巻線コイル１を径方向に縮小させるコイル径縮小手段(カム面23，28)を前記第１金型ユニット12及び前記第２金型ユニット13にそれぞれ設けたことを特徴とするものである。
【特許文献１】特開平１１−２９９１３７号公報  「モータ用ステータ」  平成１１年１０月２９日公開
【特許文献２】特開２００２−１６５３９６号公報  「車両用交流発電機」  平成１４年６月７日公開
【特許文献３】特開２００６−２８０１８８号公報  「ステータおよびモータ」    平成１８年１０月１２日公開
【特許文献４】特願２００７−１１９３７６号明細書  「蛇行環状巻線コイルの成形機及び蛇行環状巻線コイルの成形方法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記の特許文献４に開示された蛇行環状巻線コイルの成形機を用いて蛇行環状巻線コイルの成形を実施したところ、金型により蛇行部が成形される際に屈曲部で上下の層のコイル線同士が擦れなどにより、非密着性被膜に破れが生じやすく、コイル線同士の絶縁機能が保てないといったケースが生じた。
本発明の課題は、蛇行環状巻線コイルの成形機を用いての巻線コイルの成形において、コイル線同士の擦れによる絶縁層の破壊が生じないように、あるいは、コイル線に被覆された絶縁層が破壊されても、新たな絶縁体によってコイル線同士の絶縁が保持できるよう、非密着性被膜で被覆されたコイルの成形法を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の環状巻き線コイルの成形方法は、電動モータのステータ内に配置される複数の蛇行部を有する環状巻線コイルを、複数の第１金型からなる第１金型ユニットと、コイル保持部を備えた複数の第２金型からなる第２金型ユニットと、両ユニットの相対距離に応じて前記第１金型および第２金型を略半径方向に移動可能にする金型移動手段とを備えた、蛇行環状巻線コイル成形装置により、成形前の上下方向少なくとも２層からなる環状巻線コイルのコイル径を第１金型ユニットと第２金型ユニットの協働により縮径しながら前記複数の蛇行部を形成する、複数の蛇行部を有する環状巻線コイル成形方法において、前記環状巻線コイルの上下方向の層間にシートを介在させた形態で蛇行部を形成するようにした。
前記コイルに被覆されている被膜の素材としてエナメル（；絶縁ワニスであって、例えば、ポリエステルワニス，イミド変性ポリエステルワニス，ナイロンワニス，変性ポリウレタンワニス、又はこれらの複合あるいは積層が挙げられる。）を用い、前記シートの素材として例えばポリプロピレン、フッ素樹脂（ＰＦＡ，ＰＴＦＥ）、オレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ，Ｃ−ＰＥＴ）、１１，１２ナイロン、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）ポリイミド（ＰＩ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリウレタン（ＰＵ）、シリコーン樹脂を用いて行うようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の環状巻き線コイルの成形方法は、上下方向少なくとも２層からなる環状巻線コイルの上下方向の層間にシートを介在させた形態で、コイル径を第１金型ユニットと第２金型ユニットの協働により縮径しながらプレスして複数の蛇行部を形成するものであるから、成形時にコイルの被覆同士が直接接触したり擦れたりすることが避けられ、被覆が破れて絶縁破壊を防止することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して詳細に説明するが、本発明に係る蛇行環状巻線コイルが組み込まれるステータ自体、余り知られていないものであるから、まず、本発明の実施形態について説明する前に、図３を参照しつつステータの構造を解説すると共に、蛇行環状巻線コイルの加工法について説明をしておく。この環状ステータ30は、例えばエンジンとともに車両の駆動源としてハイブリッド車両に搭載されるＤＣブラシレスモータを構成し、例えば、エンジンとＤＣブラシレスモータとトランスミッションとを直列に連結した構造のパラレルハイブリッド車両では、少なくともエンジン又はＤＣブラシレスモータのいずれか一方の駆動力は、トランスミッションを介して車両の駆動輪に伝達されるようになっている。また、車両の減速時に駆動輪側からＤＣブラシレスモータに駆動力が伝達されると、ＤＣブラシレスモータは発電機として機能して所謂回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギー(回生エネルギー)として回収する。更に、エンジンの出力がＤＣブラシレスモータに伝達された場合にも、ＤＣブラシレスモータは発電機として機能して発電エネルギーを発生する。
【０００９】
図３において、Ａは組立て後のステータ30の斜視図であり、Ｂは蛇行環状巻線が装着される環状ステータ30の分解斜視図が示されている。図３に示すように、環状ステータ30は、Ｕ相ステータリング(ティースリング)31とＶ相ステータリング(ティースリング)32と、Ｗ相ステータリング(ティースリング)33と、Ｕ相環状巻線コイル３と、Ｗ相環状巻線コイル４とから構成されている。Ｕ相ステータリング31は、円周方向に等間隔で離間された複数個(本実施形態では10個)のＵ相ティース(Ｕ相クローボール)34と、円周方向に離間された複数個の結合部37を有している。各Ｕ相ティース34は軸方向一方側(図３で右側)に突出している。Ｖ相ステータリング32は円周方向に等間隔で離間された複数(本実施形態では10個)のＶ相ティース35と、円周方向に離間された複数個の結合部38を有している。各Ｖ相ティース35は軸方向両側に突出している。Ｗ相ステータリング33は円周方向に等間隔で離間された複数(本実施形態では10側)のＷ相ティース36と、円周方向に離間された複数の結合部39を有している。各Ｗ相ティース36は軸方向他方側(図３で左側)に突出している。即ち、Ｕ相ティース34とＷ相ティース36は互いに近づく方向に突出している。
【００１０】
ここで注意すべきは、Ｕ相ティース34、Ｖ相ティース35及びＷ相ティース36は、各結合部37，38，39でＵ相ステータリング31、Ｖ相ステータリング32及びＷ相ステータリング33を積層結合したとき、互いに重ならないように相対的にずれた位置に配置されている。Ｕ相環状巻線コイル３は導線を環状に巻いて構成され、ステータ30の軸方向に蛇行する複数(本実施形態ではlO個)の蛇行部40を有している。同様に、Ｗ相環状巻線コイル４もステータ30の軸方向に蛇行する複数(本実施形態では10個)の蛇行部41を有している。各ステータリング31，32，33の結合部37，38，39を揃え、Ｕ相環状巻線コイル３及びＷ相環状巻線コイル４を周方向の所定の位置に配置して、各ステータリング31，32，33をボルト止め固定すると、図３のＡに示すような環状ステータ30が完成する。
【００１１】
図３を観察すると明らかなように、各ステータリングのティース34，35，36は円周方向に所定順序(Ｕ相ティース34，Ｗ相ティース36，Ｖ相ティース35，Ｕ相ティース34,…)で配置され、周方向で隣り合うティース34，35間にＵ相環状巻線コイル３の蛇行部40が配置され、周方向で隣り合うティース35，36間にＷ相環状巻線コイル４の蛇行部41が配置される。即ち、Ｕ相蛇行部40には一つのＵ相ティース34が配置され、Ｗ相蛇行部41には一つのＷ相ティース36が配置され、周方向で隣り合うＵ相蛇行部40とＷ相蛇行部41との間には一つのＶ相ティース35が配置されている。Ｕ相環状巻線コイル３の蛇行部40とＷ相環状巻線コイル４の蛇行部41は互いに異なる方向に向かい突出するように設けられ、Ｕ相環状巻線コイル３とＷ相環状巻線コイル４とは、電気角で240°の位相差を有するようにして周方向に沿って相対的にずれた位置に配置されている。これにより、周方向で隣り合う各ティース34，35間又は35，36間を縫うようにして配置される２相の環状巻線コイル３，４は所謂電気角で120°以下の短節巻きを成すように形成されている。
【００１２】
次に、Ｕ相環状巻線コイル３の蛇行部40とＷ相環状巻線コイル４の蛇行部41の成形方法（特許文献４の技術）について説明する。用いる成形機の１例を図５に示す。この図は加工前の上型ユニット12及び下型ユニット13の断面図であり、上型ユニット12のベースには互いに円周方向に等間隔離間されて複数(本実施形態では10個)の金型支持部14が固定されている。各金型支持部14には一対のブラケット15，16によりガイドレール17が取り付けられている。このガイドレール17に沿って、環状巻線コイル３(４)へと成形すべき真円状の環状コイル１の半径方向に摺動可能にスライダー18が取り付けられている。各スライダー18には、真円状の環状コイル１を成形する押さえ部20を備えた第１の金型19と、回転可能なローラ21とが取り付けられている。このローラ21は上型ユニット12及び下型ユニット13が接近するにしたがって下型ユニット13のローラガイド27に形成されたカム面28を転動する。図示の例では、上型ユニット12は互いに円周方向に等間隔で離間された10個の金型19を有しており、この第１金型19の中間（金型間）に配置された複数(この例では10個)のローラガイド22が固定されている。各ローラガイド22の先端には曲面形状のカム面23が形成されている。
【００１３】
下型ユニット13のベースには、円周方向に等間隔で離間された複数(この例では10個)の金型支持部が固定されている。各金型支持部にはガイドレール24が設けられており、このガイドレール24に沿って第２の金型25がセットされた真円状の環状コイル１の半径方向に摺動可能なように取り付けられている。各第２金型25はガイドレール24に沿って摺動可能な金型ベース（コイル保持部５）と、コイル押さえ部材29とから構成される。金型べースには一対のブラケットを介してローラ26が回転可能に取り付けられている。各第２金型25のローラ26は上型ユニット12に設けられたローラガイド22のカム面23を転動するように適合しているため、各第２金型25は円周方向に36°離間され、隣接する第１金型19の円周方向中間（金型間）に配置されている。下型ユニット13には更に、円周方向に等間隔で離間され、各々が隣接する第２金型25の円周方向中間（金型間）に配置された複数(この例では10個)のローラガイド27が固定されている。
【００１４】
上記の環状巻線コイル成形機による環状巻線コイルの成形方法について説明すると、まず、真円状の環状コイル１を下型ユニット13の各第２金型25の金型ベース（コイル保持部５）上に載せ、コイル押さえ部材29で保持する。この状態から、上型ユニット12を下降させて、真円状の環状コイル１の成形加工を開始する。成形加工開始時点においては、上型ユニット12のローラ21は下型ユニット13のローラガイド27のカム面28の傾斜が急な概略直線状部分に当接し、下型ユニット13のローラ26は上型ユニット12のローラガイド22のカム面23の傾斜が急な概略直線状部分に当接するため、成形加工初期においては、真円状の環状コイル１はその軸方向変化量に対し半径方向に僅かばかり縮小されるだけである。上型ユニット12が軸線方向に更に移動すると、ローラ21がカム面28の円弧状部分を転動し、ローラ26がカム面23の円弧状部分を転動するため、上型ユニット12の軸方向変位量に対して真円状の環状コイル１の半径方向への縮小変位量が徐々に増大し、更にプレス加工が進むと、ローラ21はカム面28の傾斜が緩やかな概略直線状部分を転動し、ローラ26はカム面23の傾斜が緩やかな概略直線状部分を転動するため、真円状の環状コイル１から蛇行部40(41)を成形するための上型ユニット12と下型ユニット13の軸方向についての変位量に対する第１の金型19および第２の金型25の径方向変位量は全体として概ね曲線を描くことになる。このように、特殊形状の曲面状カム面23，28を採用することにより、真円状の環状コイル１の軸方向変位量に対して、真円状の環状コイル１の径方向変位量の比率を連続的に変化させることができるため、真円状の環状コイル１に無理なストレスを与えることなく、真円状の環状コイル１に複数の蛇行部40(41)を容易に自動的に形成することができる。
【００１５】
ところで、成形前の環状巻線コイルのコイル径を第１金型ユニットと第２金型ユニットの協働により縮径しながらプレスによって複数の蛇行部を形成するコイルの成形に際し、多層形態でコイル束が形成されている環状巻線コイルは隣接するコイル線同士が強く接触したり、擦ったりされてその被覆を傷つけ、線素材がむき出しになって絶縁が保てなくなる事態を起すことになる。本発明は前述したようにこのプレス成形の際にコイル線被覆の破損を防止するための技術である。
まず、真円状の環状巻線コイル１は図４のＡに示すように、軸方向の溝を有する円筒体42が用意され、導線44をこの円筒体42に巻きつけて、例えば５列２層の真円状の環状コイル１を成形する。導線44は銅等の金属線をエナメル等で被覆したものが使用される。45はコイル始端、46はコイル終端である。このように、導線44を円筒体42に巻きつけて環状巻線群を成形した後、溝43に結束バンドを挿入し、環状巻線群を結束することで、真円状の巻線コイル形状を成形する。その後、治具を挿入してこのコイルを円筒体42から取り外す(図４(Ｂ)参照)。そして、図４(Ｃ)に示すように、コイル始端45及びコイル終端46を成形して、真円状の環状巻線コイル１が完成する。続いて、前述の図５に示すような環状巻線コイル成形装置を用いて、これをプレス加工し複数の蛇行部を形成（図６参照）する。形成された蛇行部を有する環状巻線コイル３(４)は図７に示すように台形部47と谷部48を上下に備えた環状コイルの形状となる。このように縮径を伴いながら屈曲部を形成するプレス加工において、応力が大きいのは蛇行形状にもよるが、図７の例の場合、曲げの厳しい谷部48の領域であり、その次に応力が大きくなるのは台形部47の両肩部である。この応力の大きい谷部48の領域で導線44が各線で残留応力が異なり、互いにばらけようとするため導線44が互いに半径方向または周方向ズレて擦れ傷つき、さらには絶縁被覆の破損が生じることがあるいう問題が判明した。
【００１６】
本発明は、プレス時の擦れに基づく歪みは積層状に巻かれた導線44の上下層間で大きくなるとの知見の下で、その上下層間にシート50を介在させることを基本思想とする。図１に環状巻線コイルの断面を示しているが、この例では上下２層に５本の導線44が巻かれたコイルにシート50で下層部分を包んでから上層部分を包む形態のものとなっている。導線44は銅の線材にエナメル等の被覆材49が被されており、プレスの際には上下層の被覆材49間に擦れによる負荷が掛かることになるが、このようにその部分には柔らかなシート50が介在するため、その負荷をシート50が緩和、あるいは、シート50自体が新たな被覆材として機能し、シート50が被覆材49と同等の硬さ、好ましくは軟らかい場合は負荷を弾性吸収し、硬い場合は新たな被覆材としてコイルを絶縁保護し、滑り性に富む場合は負荷を逃がす。この作用によって、コイルは絶縁を保つことが可能となる。
【００１７】
図２を参照しながら、真円状のコイル１にシート50を巻き付ける手法について説明する。図２の(１)は図４に示される工程で形成された真円状のコイル１である。コイル１の断面は図２の(２)に示すように５列２層の形態となっている。この層の間を図２の(３)に示すように隙間を空け帯状のシート50をその間隙に差し込む。次いで他端をコイル１の下側を包むように５列の導線44を巻き、そのまま上側の５列の導線44を包むように巻きつける。端部は安定のため、接着固定するか、予め接着剤付きとし貼付防止のテープを施したものとし、巻き付け後に該テープを剥がし貼り付ける形態でも良い。ここに示した例は谷部48となる部分にシート50を巻き付けるようにしたものである。この部分は最も負荷の掛かる部分であるからこの処理が必要となるが、被覆材49の素材によっては台形部47の両肩部にもこのテープ巻き付け処理を施した方がよい場合もあり得る。
【００１８】
本発明の実施例を以下に示す。断面が略長方形である導線（銅）44に、素材としてナイロンワニス（；ポリアミドイミド系のワニス）が用いられた被覆材49を膜厚０．１ｍｍとなるようコーティングし、シート素材としてポリイミド製のシート50を用いた。
次に、他の実施例を示す。このシート50の硬さが、導線44に被覆されている被覆材49の硬さより軟らかい素材を用いて行うことが好ましい。それはこのシート50が担う役割は前述したように被覆材49間の付加を弾性吸収させることにあるからである。そして本発明に採用される被覆材49の素材としてはナイロンワニスによりコーティングし、前記シート50の素材としてはナイロンワニスよりも軟らかいフッ素樹脂を用いる。なお、この実施例であげたフッ素樹脂や、シリコン樹脂のように、滑り性の良好な素材をシート50に用いると、被覆材49のこすれによる摩耗が軽減されるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の基本構成を説明する図である。
【図２】シートを環状コイルに巻き付ける本発明の手法を説明する図である。
【図３】蛇行部を有する環状コイルの構成を説明する図である。
【図４】真円状の環状コイルを形成する手法を説明する図である。
【図５】蛇行部を有する環状コイルを成形する１手法を説明する図である。
【図６】プレス加工前のコイルと、複数の蛇行部を形成したコイル示す図である。
【図７】蛇行部を有する環状コイルの斜視図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  真円状の環状コイル            ３(４)  蛇行部を有する環状コイル
５  コイル保持部                  12  成形用上型金型ユニット
13  成形用下型金型ユニット        19  第１金型
25  第２金型                      30  ステータ
31  Ｕ相ステータリング            32  Ｖ相ステータリング
33  Ｗ相ステータリング            34  Ｕ相ティース
35  Ｖ相ティース                  36  Ｗ相ティース
37,38,39  結合部                  40,41   蛇行部
42  円筒体                        43  軸方向の溝
44  導線                          45  コイル始端
46  コイル終端                    47  台形部
48  谷部                          49  被覆材
50  シート
【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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