特開 2024-46827 回転電機及び回転電機の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024046827

(43)【公開日】2024-04-05

(54)【発明の名称】回転電機及び回転電機の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/04 20060101AFI20240329BHJP

   H02K 15/085 20060101ALI20240329BHJP

   H02K 3/34 20060101ALI20240329BHJP

【ＦＩ】

H02K15/04 F

H02K15/085

H02K3/34 B

【審査請求】有

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022152142

(22)【出願日】2022-09-26

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】宮下 圭太

(72)【発明者】

【氏名】木村 泰之

(72)【発明者】

【氏名】赤堀 匠

(72)【発明者】

【氏名】細田 雄一

【テーマコード（参考）】

5H604

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H604AA08

5H604BB01

5H604BB03

5H604BB14

5H604CC01

5H604CC05

5H604CC15

5H604DB26

5H604PB03

5H615AA01

5H615BB01

5H615BB02

5H615BB14

5H615PP01

5H615PP14

5H615QQ03

5H615QQ07

5H615QQ12

5H615QQ27

5H615SS04

5H615SS09

5H615SS10

(57)【要約】

【課題】コイルエンド部を構成するセグメントコイルの曲げ半径を十分に小さくでき、スロット内の絶縁部材に対してダメージを与えるおそれのない回転電機を提供すること。
【解決手段】複数のセグメントコイルの直線部を、絶縁部材が装着されたステータコアのスロット内に挿入し、ステータコアの一方端面から突出する直線部をステータコアの周方向に折り曲げることによってコイルエンド部を形成した回転電機であって、コイルエンド部を形成する直線部は、少なくとも屈曲部において塑性変形して伸長している。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセグメントコイルの直線部を、絶縁部材が装着されたステータコアのスロット内に挿入し、前記ステータコアの一方端面から突出する前記直線部を前記ステータコアの周方向に折り曲げることによってコイルエンド部を形成した回転電機であって、
前記コイルエンド部を形成する前記直線部は、少なくとも屈曲部において塑性変形して伸長している、回転電機。

【請求項2】

複数のセグメントコイルの直線部を、絶縁部材が装着されたステータコアのスロット内に挿入し、前記ステータコアの一方端面から突出する前記直線部を前記ステータコアの周方向に折り曲げることによってコイルエンド部を形成した回転電機の製造方法であって、
前記直線部を前記ステータコアの周方向に折り曲げる際に、前記直線部に対して延び方向に張力を掛けながら折り曲げることによって、少なくとも屈曲部において塑性変形させて伸長させる、回転電機の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機及び回転電機の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ステータコアのスロット内に挿入されてステータコアの一方端面から突出するセグメント導体をステータコアの周方向に斜めに折り曲げるステータコイルの成形方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この方法において、ステータコアから突出するセグメント導体の突出部は、保持装置によって軸方向の相対移動を規制するように把持される。保持装置は、ステータコアに対して近接する方向に相対的に移動させながら周方向に相対的に回転し、セグメント導体を、ステータコアのスロット近傍と保持装置による把持部位の近傍を屈曲部として、ステータコアの周方向に斜めに折り曲げる。これによって、セグメント導体の屈曲部の曲げ半径を小さく抑えるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－３６４６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の方法では、折り曲げ時に屈曲部に加わる力が弱く、且つ、折り曲げ後にスプリングバックが発生することによって、屈曲部の曲げ半径を十分に小さくすることができず、コイルエンド部の高さが高くなる。コイルエンド部の高さを低くするために、ステータコアにさらに近づくように折り曲げると、スロット内に装着される絶縁部材が折り曲げられたセグメントコイルに圧縮されてスロットの角に食い込み、損傷することによって絶縁性が低下するおそれもある。

【0006】

本発明は、コイルエンド部を構成するセグメントコイルの曲げ半径を十分に小さくでき、スロット内の絶縁部材に対してダメージを与えるおそれのない回転電機及び回転電機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】

（１） 本発明に係る回転電機は、複数のセグメントコイル（例えば、後述のセグメントコイル６）の直線部（例えば、後述の直線部６１）を、絶縁部材（例えば、後述の絶縁部材８）が装着されたステータコア（例えば、後述のステータコア５）のスロット（例えば、後述のスロット５２）内に挿入し、前記ステータコアの一方端面（例えば、後述の端面５ｂ）から突出する前記直線部を前記ステータコアの周方向（例えば、後述のＸ方向）に折り曲げることによってコイルエンド部（例えば、後述のコイルエンド部６０）を形成した回転電機（例えば、後述の回転電機１）であって、前記コイルエンド部を形成する前記直線部は、少なくとも屈曲部（例えば、後述の第１の屈曲部ＢＰ１、第２の屈曲部ＢＰ２）において塑性変形して伸長している、回転電機である。

【0008】

（２） 本発明に係る回転電機の製造方法は、複数のセグメントコイル（例えば、後述のセグメントコイル６）の直線部（例えば、後述の直線部６１）を、絶縁部材（例えば、後述の絶縁部材８）が装着されたステータコア（例えば、後述のステータコア５）のスロット（例えば、後述のスロット５２）内に挿入し、前記ステータコアの一方端面（例えば、後述の端面５ｂ）から突出する前記直線部を前記ステータコアの周方向（例えば、後述のＸ方向）に折り曲げることによってコイルエンド部（例えば、後述のコイルエンド部６０）を形成した回転電機（例えば、後述の回転電機１）の製造方法であって、前記直線部を前記ステータコアの周方向に折り曲げる際に、前記直線部に対して延び方向に張力を掛けながら折り曲げることによって、少なくとも屈曲部（例えば、後述の第１の屈曲部ＢＰ１、第２の屈曲部ＢＰ２）において塑性変形させて伸長させる、回転電機の製造方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、コイルエンド部を構成するセグメントコイルの曲げ半径を十分に小さくでき、スロット内の絶縁部材に対してダメージを与えるおそれのない回転電機及び回転電機の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態の回転電機を模式的に示す断面図である。

【図2】本実施形態の回転電機におけるステータの分解斜視図である。

【図3】本実施形態の回転電機におけるステータコアのスロットに束ねられたセグメントコイルが挿入される様子を示す斜視図である。

【図4】本実施形態の回転電機におけるステータコアのスロットに全てのセグメントコイルが挿入された状態を示す斜視図である。

【図5】本実施形態の回転電機における折り曲げられたセグメントコイルの直線部によって形成されるコイルエンド部を示す斜視図である。

【図6】本実施形態の回転電機の製造方法に使用される折り曲げ治具を示す図である。

【図7】図６中のＡ部に示す１つの把持部を示す拡大図である。

【図8】本実施形態の回転電機の製造方法に用いられる４つの折り曲げ治具の一部を底面側から見た図である。

【図9】本実施形態の回転電機の製造方法に用いられる折り曲げ治具の２つの把持溝にセグメントコイルの直線部が挿入された状態を示す図である。

【図10】本実施形態の回転電機の製造方法に用いられる折り曲げ治具によってセグメントコイルの直線部を斜めに折り曲げる動作を説明する図である。

【図11】本実施形態の回転電機の製造方法によって折り曲げられたセグメントコイルにおけるステータコア近傍の屈曲点を示す図である。

【図12】本実施形態の回転電機の製造方法によって折り曲げられた２本のセグメントコイルが交差する部位を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本実施形態の回転電機及び回転電機の製造方法について図面を参照して詳細に説明する。図１に示す回転電機１は、ハウジング２と、ロータ３と、ステータ４と、を備える。回転電機１は、例えばインナーロータ型であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相交流のブラシレスＤＣモータである。回転電機１及びステータ４において、周方向は、ロータ３の回転軸３１の回転方向に沿うＸ方向である。径方向は、ロータ３の回転軸３１を中心とする放射方向に沿うＹ方向である。軸方向は、ロータ３の回転軸３１の長さ方向に沿うＺ方向である。

【0012】

ハウジング２は、銅、アルミニウム等の熱伝導性の良い金属材によって円筒状に形成される。ハウジング２の内部には、冷媒を流通させる冷媒流路２１が形成されている。ハウジング２の内周面２ａにステータ４が固定される。

【0013】

ロータ３は、回転軸３１の外周に図示しない界磁用の複数の永久磁石が配列されている。ロータ３の回転軸３１は、図示しないモータハウジング等に回転可能に支持される。

【0014】

ステータ４は、図１及び図２に示すように、ステータコア５と、ステータコア５に装着される複数のセグメントコイル６と、を含んで構成される。

【0015】

ステータコア５は、例えば、薄肉のコアプレートが複数積層された積層体からなる円環部５１と、円環部５１を軸方向に貫通する複数のスロット５２と、を有する。複数のスロット５２は、ステータコア５の中心を軸方向に貫通する貫通孔５０の周囲に、周方向に一定の間隔をおいて放射状に配列されている。

【0016】

セグメントコイル６は、例えば、断面矩形状の平角線からなる導体を略Ｕ字形状に成形することによって構成される。セグメントコイル６は、図２及び図３に示すように、一対の平行な直線部６１と、その一対の直線部６１の一方端部同士を連結する連結部６２と、をそれぞれ有する。本実施形態では、図３に示すように、４本のセグメントコイル６がステータコア５の径方向に積層されて束ねられている。束ねられた４本のセグメントコイル６は、一方の直線部６１と他方の直線部６１とを異なる２つのスロット５２，５２にそれぞれ挿入することによって、ステータコア５に装着される。

【0017】

本実施形態では、１つのスロット５２に、束ねられた４本のセグメントコイル６の直線部６１と、別に束ねられた４本のセグメントコイル６の直線部６１とが、ステータコア５の径方向に重ねられて挿入される。これによって、各スロット５２内には、８本のセグメントコイル６の直線部６１が挿入され、ステータコア５の径方向に８層に積層される。スロット５２に挿入された各セグメントコイル６の両端部に配置される直線部６１，６１は、図４に示すように、ステータコア５の軸方向の挿入側の端面５ａとは反対側の端面（一方端面）５ｂから直立するように突出する。なお、ステータコア５のスロット５２内にはそれぞれ絶縁部材が挿入されるが、図３及び図４に示すステータコア５では、絶縁部材は図示省略されている。

【0018】

全てのセグメントコイル６がステータコア５の全てのスロット５２に挿入された後、ステータコア５の端面５ｂから突出する直線部６１は、図５に示すように、それぞれステータコア５の周方向に折り曲げられてコイルエンド部６０を形成する。コイルエンド部６０を形成する各直線部６１は、ステータコア５の周方向に斜めに折り曲げられた斜行部６１１と、斜行部６１１の先端側がステータコア５の軸方向に立ち上がるように折り曲げられた立上がり部６１２と、をそれぞれ有する。

【0019】

各スロット５２内の径方向の同一位置に配置される直線部６１の斜行部６１１は、折り曲げ方向が同一方向となるように折り曲げられ、且つ径方向に隣り合う直線部６１，６１の斜行部６１１，６１１は、折り曲げ方向が互いに反対方向となるように折り曲げられる。折り曲げられた同相のセグメントコイル６の直線部６１，６１の立上がり部６１２，６１２同士は、径方向に揃えられ、図示しない溶接装置によって溶接されることによって接合される。

【0020】

なお、セグメントコイル６の全体は、樹脂製の絶縁被膜６Ａによって被覆されるが、セグメントコイル６のそれぞれの直線部６１の先端部６１ａだけは、所定の長さに亘って絶縁被膜６Ａが完全に剥離されている。これによって、直線部６１の先端部６１ａに、被膜剥離部６Ｂがそれぞれ形成されている。立上がり部６１２は、被膜剥離部６Ｂのみによって形成されている。

【0021】

次に、ステータコア５の端面５ｂから突出するセグメントコイル６の直線部６１を折り曲げる具体的な方法について説明する。本実施形態のセグメントコイル６の直線部６１は、図６に示す折り曲げ治具７を用いて折り曲げられる。

【0022】

折り曲げ治具７は、ステータコア５の周方向に配列されるセグメントコイル６の直線部６１の先端部６１ａをそれぞれ１本ずつ収容して把持する複数の把持溝７１を有する。把持溝７１は、図７に示すように、略縦長矩形状に形成され、各折り曲げ治具７の下面７ａ及び外側面にそれぞれ開放している。把持溝７１の長手方向は、折り曲げ治具７の下面７ａに対して垂直方向に配置され、折り曲げ治具７の軸方向に沿って延びている。折り曲げ治具７の下面７ａは、ステータコア５の端面５ｂに対して平行に配置される。

【0023】

把持溝７１は、折り曲げ治具７の下面７ａに開口し、セグメントコイル６の立上がり部６１２を導入する下面開口部７１１を有する。下面開口部７１１は、上方の把持溝７１の内部よりも折り曲げ治具７の周方向に幅広く開口している。下面開口部７１１の開口幅は、セグメントコイル６の立上がり部６１２の幅よりも大きい。

【0024】

把持溝７１において折り曲げ治具７の周方向に対向して配置される２つの側面７１ａ，７１ｂのうちの一方の側面７１ａの下端部には、下面開口部７１１から上方に向かうに従って次第に溝幅を狭くする傾斜面７１２が形成されている。詳しくは、傾斜面７１２は、把持溝７１の内部において、セグメントコイル６の直線部６１を折り曲げ成形する際の折り曲げ治具７の回転移動方向側（図７の例ではＸ１方向側）に配置される側面７１ａの下端部に配置される。折り曲げ治具７は、下面開口部７１１から導入したセグメントコイル６の立上がり部６１２を、傾斜面７１２によって案内しながら把持溝７１内の所定位置に円滑に導入することができる。

【0025】

把持溝７１の内部における傾斜面７１２が配置される側面７１ａと反対側の側面７１ｂの下端には、第１の突起部７１３が形成される。第１の突起部７１３は、下面開口部７１１の開口縁に配置され、折り曲げ治具７の下面７ａに平行な方向で、且つ下面開口部７１１を部分的に幅狭にする方向に突出している。

【0026】

把持溝７１の内部における傾斜面７１２が配置される側面７１ａには、傾斜面７１２の上端との境界部に、第２の突起部７１４が形成される。第２の突起部７１４は、折り曲げ治具７の下面７ａに平行な方向で、且つ把持溝７１の内部の溝幅を部分的に幅狭にする方向に突出している。すなわち、第１の突起部７１３と第２の突起部７１４とは、互いに向かい合う方向に突出している。第２の突起部７１４は、第１の突起部７１３よりも下面開口部７１１から遠い位置に配置されるが、把持溝７１の深さ方向（図７における上下方向）の中央部よりも下面開口部７１１に十分に近い位置に配置される。

【0027】

図８は、同心円状に配置される４つの折り曲げ治具７を示している。４つの折り曲げ治具７は、ステータコア５のスロット５２内において径方向に積層される８層の直線部６１のうち、径方向外方側又は径方向内方側の４層の直線部６１の先端部６１ａをそれぞれ把持する。４つの折り曲げ治具７は、図示しない駆動部の駆動によって周方向に回転移動するとともに、上下方向に一体的に直線移動する。４つの折り曲げ治具７は、図８中の矢印で示すように、図示しない駆動部の駆動によって、それぞれの回転方向が時計方向（Ｘ１方向）及び反時計方向（Ｘ２方向）に交互に反対になるように回転移動可能に構成される。４つの折り曲げ治具７は、外径が異なる以外は、図６及び図７に示す構成と実質的に同一の構成を有する。但し、図７に示す折り曲げ治具７と回転移動方向が反対となる折り曲げ治具７の把持溝７１の構成は、図７に示す把持溝７１の構成と左右対称になる。

【0028】

折り曲げ治具７は、図９に示すように、直線部６１の先端部６１ａの被膜剥離部６Ｂの部位を、下面開口部７１１からそれぞれ把持溝７１内に導入して把持する。把持溝７１に導入された直線部６１の先端部６１ａは、把持溝７１内の第１の突起部７１３と第２の突起部７１４との間に挟着されて保持される。このとき、折り曲げ治具７の下面７ａは、直線部６１の絶縁被膜６Ａと被膜剥離部６Ｂとの境界部６Ｃよりも先端側に配置される。したがって、折り曲げ治具７は、境界部６Ｃよりも被膜剥離部６Ｂ側を把持溝７１に収容して把持し、絶縁被膜６Ａを把持しない。

【0029】

直線部６１の先端部６１ａを把持した折り曲げ治具７は、図１０に示すように、ステータコア５の周方向に沿う一方向（図１０の例ではＸ１方向）に所定角度で回転移動しながらステータコア５の端面５ｂに向けて軸方向に所定距離を直線移動する。ステータコア５の端面５ｂから突出する直線部６１は、端面５ｂの近傍を第１の曲げ起点として、ステータコア５に近づくように一方向（図１０の例ではＸ１方向）に斜めに折り曲げられる。これによって、第１の曲げ起点において直線部６１に第１の屈曲部ＢＰ１が形成され、斜行部６１１が形成される。

【0030】

折り曲げ治具７は、把持溝７１によって把持した直線部６１の先端部６１ａの直立姿勢を維持したまま回転移動及び直線移動する。そのため、直線部６１が斜めに折り曲げられるのと同時に、第１の突起部７１３が接触している折り曲げ治具７の下面７ａの近傍を第２の曲げ起点として、先端部６１ａが斜行部６１１の折り曲げ方向と反対方向（図１０の例ではＸ２方向）に折り曲げられる。これによって、第２の曲げ起点において直線部６１に第２の屈曲部ＢＰ２が形成され、斜行部６１１の先端側に立上がり部６１２が形成される。

【0031】

なお、図１０は、ステータコア５の１つのスロット５２とそのスロット５２内に挿入されたセグメントコイル６の１つの直線部６１を示している。スロット５２内のステータコア５と直線部６１との間には、絶縁部材８が収容されている。ステータコア５の端面５ｂには、スロット５２からはみ出す絶縁部材８のカフス部８１（図１１参照）をスロット５２の両側から支持するための一対のカフスガイド部材９が配置されている。

【0032】

本実施形態の製造方法において、直線部６１を斜めに折り曲げる際、直線部６１に対して延び方向に張力Ｆを掛けながら折り曲げている。詳しくは、折り曲げ時、折り曲げ治具７を、通常の回転角度よりも大きな回転角度で回転移動させることよって、通常よりも余計に回転移動させている。これによって、第１の屈曲部ＢＰ１及び第２の屈曲部ＢＰ２には、第１の屈曲部ＢＰ１と第２の屈曲部ＢＰ２との間の斜行部６１１を通常よりも伸長させようとする応力が掛かる。その結果、少なくとも第１の屈曲部ＢＰ１及び第２の屈曲部ＢＰ２は、塑性変形して伸長する。

【0033】

折り曲げ時に直線部６１における第１の屈曲部ＢＰ１が塑性変形して伸長することによって、図１１に示すように、第１の屈曲部ＢＰ１の曲げ半径Ｒは、折り曲げ時に張力Ｆを掛けない場合に比べて小さくなる。これによって、第１の屈曲部ＢＰ１における直線部６１の第１の曲げ起点の位置は、ステータコア５の端面５ｂよりもスロット５２内に近いＰ０位置からステータコア５の端面５ｂよりもスロット５２の外方へ離れるＰ１位置へシフトする。そのため、スロット５２内の絶縁部材８のカフス部８１が、折り曲げられた直線部６１とステータコア５との間で圧縮されても、スロット５２の角に食い込んで損傷することは回避される。絶縁部材８の損傷を回避するために、直線部６１を緩やかに折り曲げて斜行部６１１の傾斜角度を大きくする必要はないため、コイルエンド部６０の仕上がり高さが従来に比べて大きくなることはない。

【0034】

また、第２の屈曲部ＢＰ２の曲げ半径も小さくなるため、立上がり部６１２は、ステータコア５の端面５ｂに対して、より垂直に近く立ち上がるように成形される。そのため、図１２に示すように、折り曲げ方向が異なる斜行部６１１，６１１同士の交差部ＣＰは、絶縁被膜６Ａと被膜剥離部６Ｂとの間の境界部６Ｃよりもステータコア５に近い位置に配置される。そのため、交差部ＣＰでは、絶縁被膜６Ａ，６Ａ同士が接触するため、絶縁性を確保することができる。

【0035】

このように直線部６１に対して張力Ｆを掛けながら折り曲げる際、直線部６１の先端部６１ａは、図９に示すように、折り曲げ治具７の把持溝７１に挿入された状態で、第１の突起部７１３と、それよりもやや上方に配置される第２の突起部７１４と、によってステータコア５の周方向の両側から挟持されている。先端部６１ａが第１の突起部７１３を中心にくの字状に屈曲した際、第２の突起部７１４が屈曲部位よりも先端側で、先端部６１ａに突き当たることによって、先端部６１ａが把持溝７１から抜け出ることを阻止するように機能する。そのため、先端部６１ａは把持溝７１内に強固に保持され、折り曲げ時に抜け出てしまうおそれはない。

【0036】

ステータコア５の端面５ｂから突出する全てのセグメントコイル６の直線部６１に斜行部６１１及び立上がり部６１２が形成された後、ステータコア５の径方向に隣接する同相のセグメントコイル６の立上がり部６１２，６１２同士が径方向に揃えられて溶接される。回転電機１は、このようにして得られたステータ４をハウジング２の内周面２ａに固定することによって製造される。

【0037】

本実施形態の回転電機１及び回転電機１の製造方法によれば、以下の効果を奏する。

【0038】

本実施形態に係る回転電機１は、複数のセグメントコイル６の直線部６１をステータコア５のスロット５２内に挿入し、ステータコア５の一方端面５ｂから突出する直線部６１をステータコア５の周方向に折り曲げることによってコイルエンド部６０を形成した回転電機１であって、コイルエンド部６０を形成する直線部６１は、少なくとも屈曲部（第１の屈曲部ＢＰ１及び第２の屈曲部ＢＰ２）において塑性変形して伸長している。

【0039】

これによれば、コイルエンド部６０を構成するセグメントコイル６の曲げ半径を十分に小さくでき、スロット５２内の絶縁部材８に対してダメージを与えるおそれのない回転電機１を提供することができる。

【0040】

本実施形態に係る回転電機１の製造方法は、複数のセグメントコイル６の直線部６１をステータコア５のスロット５２内に挿入し、ステータコア５の一方端面５ｂから突出する直線部６１をステータコア５の周方向に折り曲げることによってコイルエンド部６０を形成した回転電機１の製造方法であって、直線部６１をステータコア５の周方向に折り曲げる際に、直線部６１に対して延び方向に張力Ｆを掛けながら折り曲げることによって、少なくとも屈曲部（第１の屈曲部ＢＰ１及び第２の屈曲部ＢＰ２）において塑性変形させて伸長させる。

【0041】

これによれば、コイルエンド部６０を構成するセグメントコイル６の曲げ半径を十分に小さくでき、スロット５２内の絶縁部材８に対してダメージを与えるおそれのない回転電機１を容易に得ることができる製造方法を提供することができる。

【符号の説明】

【0042】

１ 回転電機
４ ステータ
５ ステータコア
５ｂ 端面（一方端面）
５２ スロット
６ セグメントコイル
６０ コイルエンド部
６１ 直線部
８ 絶縁部材
ＢＰ１ 第１の屈曲部
ＢＰ２ 第２の屈曲部
Ｆ 張力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】