特許 7488014 セグメントコイルの成形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-13

(45)【発行日】2024-05-21

(54)【発明の名称】セグメントコイルの成形装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/04 20060101AFI20240514BHJP

【ＦＩ】

H02K15/04 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022018571

(22)【出願日】2022-02-09

(65)【公開番号】P2023116039

(43)【公開日】2023-08-22

【審査請求日】2023-05-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100155457

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】若佐 安男

(72)【発明者】

【氏名】廣澤 秀剛

【審査官】津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１０２９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１９６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０６９６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クランク状に曲げられたシフト部を有する第１の脚部と、第２の脚部と、前記第１の脚部と前記第２の脚部を連結する連結部とを備え、略Ｕ字形状を成したセグメントコイルの成形装置であって、
中央よりも一方の端部側に前記シフト部が形成された線状の平角導体のうち、前記シフト部よりも中央側の領域を固定する固定部と、
前記平角導体のうち、前記シフト部よりも前記一方の端部側の領域を、前記シフト部の曲げ平面と交差する方向に押し込むことにより、前記シフト部よりも中央側に曲げ部を形成する押圧部と、
前記平角導体のうち、前記シフト部よりも前記一方の端部側の領域の側面を支持する第１のガイド部とを有するセグメントコイルの成形装置。

【請求項2】

前記第１のガイド部が、前記平角導体のうち、前記シフト部よりも前記一方の端部側の領域の、前記押圧部で押圧する面に隣接する側面のうち、前記固定部で固定された領域から遠い側の側面を支持する請求項１に記載のセグメントコイルの成形装置。

【請求項3】

前記平角導体のうち、前記シフト部よりも前記一方の端部側の領域の、前記押圧部で押圧する面に隣接する側面のうち、前記固定部で固定された領域に近い側の側面を支持する第２のガイド部を有する請求項２に記載のセグメントコイルの成形装置。

【請求項4】

前記押圧部と前記第１のガイド部とが一体に移動可能である請求項１～３の何れか１項に記載のセグメントコイルの成形装置。

【請求項5】

前記第１のガイド部で前記平角導体の側面を支持しながら、前記押圧部で前記平角導体を押し込み始める請求項１～４の何れか１項に記載のセグメントコイルの成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セグメントコイルの成形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車やハイブリッド車に搭載される駆動用のモータには、小型で高出力が要求される。そのため、この種のモータのコイルは、占積率を高めて出力効率の向上を図るために、断面矩形状の平角導体で形成することがある。このような平角導体を用いたコイルとして、多数のＵ字形状のセグメントコイルを接続したものが公知である。

【0003】

セグメントコイルは、図１（Ａ）～（Ｃ）に示すように、略平行に延びる一対の脚部１０１、１０２と、これらの端部同士を連結する連結部１０３とを一体に有する。各脚部１０１、１０２と連結部１０３との境界には、曲げ部１０４、１０５が設けられる。連結部１０３は、中央に設けられた凸部１０３ａと、凸部１０３ａの両側に設けられた傾斜部１０３ｂとを有する。一方の脚部１０１には、ステータコアのスロットに差し込む際に端部（図中下端）の半径方向位置を調整するために、クランク状に曲げられたシフト部１０１ａが設けられることがある。シフト部１０１ａは、一方の脚部１０１と連結部１０３との境界の曲げ部１０４の近傍に配される。

【0004】

下記の特許文献１には、シフト部を有するセグメントコイルの成形方法が示されている。具体的に、直線状の平角導体１００’にシフト部１０１ａを形成した後、図１１及び図１２に示すように、平角導体１００’の中央部付近を金型２０１、２０２で挟み込んで連結部１０３を成形する。その後、平角導体１００’のうち、金型２０１、２０２から突出した部分をローラ２０３で押し込んで、曲げ部１０４、１０５（図１参照）を成形している。

【0005】

このとき、図１１に示すように、平角導体１００’のうち、金型２０１、２０２で挟持固定されている部分（支点Ｐ）と、ローラ２０３で押し込まれる部分（力点Ｑ）とが、シフト部１０１ａを介して水平方向でオフセットしている。そのため、ローラ２０３で平角導体１００’を下方に押し込むと、平角導体１００’に、支点Ｐを中心としたモーメント荷重が加わり、脚部１０１に捩れが生じることがある。脚部１０１が捩れていると、ステータコアのスロットに入らなかったり、脚部１０１の端部同士を溶接する際に溶接不良が生じたりする恐れがある。

【0006】

上記の不具合の対策として、例えば、予め、上記の捩れを見込んで、平角導体１００’に、上記の捩れと反対向きの捩れを成形しておくことが考えられる。

【0007】

また、下記の特許文献１には、平角導体のうち、シフト部よりも中央側の部分をローラで押し込んで曲げ部を形成する方法が示されている。この場合、平角導体のうち、金型で挟持固定される部分（支点）とローラで押圧される部分（力点）との間にシフト部は設けられないため、これらの領域が水平方向でオフセットせず、脚部の捩れを回避できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０２０－１０２９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、平角導体に捩れを見込んで成形する場合、捩れを見込んだ部位の精度が悪化することは避けられない。また、適切な捩れの見込み量を設定することは容易ではなく、設計のリードタイムが長くなる。また、平角導体の線種ごとに見込み量が異なるため、成形型が線種の数だけ必要となり、コスト高を招く。

【0010】

一方、上記特許文献１の方法によれば、捩れの見込みに伴う上記のような不具合は生じない。しかし、平角導体のうち、金型で挟持固定される部分とシフト部との間の狭い領域をローラで押圧する必要があるため、ローラの配置を含む成形装置の設計が難しくなる。

【0011】

そこで、本発明は、シフト部を有するセグメントコイルを成形するに際し、捩れを見込んだりシフト部よりも中央側の部分を押圧したりすることなく、セグメントコイルの脚部の捩れを防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記課題を解決するために、本発明は、クランク状に曲げられたシフト部を有する第１の脚部と、第２の脚部と、前記第１の脚部及び前記第２の脚部の端部同士を連結する連結部とを備えたセグメントコイルの成形装置であって、
前記シフト部が形成された線状の平角導体のうち、前記シフト部よりも中央側の領域を固定する固定部と、
前記平角導体の前記シフト部よりも端部側の領域を、前記シフト部の曲げ平面と交差する方向に押し込むことにより、前記シフト部よりも中央側に曲げ部を形成する押圧部と、
前記平角導体の前記シフト部よりも端部側の領域の側面を支持する第１のガイド部とを有するセグメントコイルの成形装置を提供する。

【0013】

上記の成形装置では、平角導体のうち、シフト部よりも端部側の領域（以下、「端部領域」とも言う。）を押圧部で押し込んで曲げ部を成形する際、第１のガイド部で、平角導体の端部領域の側面を支持することができる。これにより、平角導体の端部領域の捩れ、すなわち、セグメントコイルの第１の脚部の捩れを抑えることができる。

【0014】

特に、第１のガイド部で、平角導体の端部領域の、押圧部で押圧する面に隣接する側面のうち、固定部で固定された領域から遠い側の側面を支持することにより、端部領域の捩れを効果的に抑えることができる。

【0015】

さらに、平角導体の端部領域の、押圧部で押圧する面に隣接する側面のうち、固定部で固定された領域に近い側の側面を支持する第２のガイド部を設ければ、端部領域の捩れをより確実に抑えることができる。

【0016】

例えば、第１のガイド部を固定側に設けると、第１のガイド部は、押圧部と干渉しない場所に設置する必要があるため、レイアウトが制限される。そこで、押圧部と第１のガイド部とを一体に移動可能とすれば、第１のガイド部が押圧部と干渉することが無いため、レイアウトが容易になる。

【0017】

平角導体の端部領域の捩れは、押圧部で押し込み始めるときに生じやすい。従って、第１のガイド部で平角導体の端部領域の側面を支持しながら、この端部領域を押圧部で押し込み始めることが好ましい。

【発明の効果】

【0018】

以上のように、本発明の成形装置によれば、シフト部を有するセグメントコイルを成形するに際し、捩れを見込んだりシフト部よりも中央側の部分を押圧したりすることなく、セグメントコイルの脚部の捩れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】（Ａ）はセグメントコイルの正面図、（Ｂ）は同側面図、（Ｃ）は同平面図である。

【図2】平角導体の中央領域を金型で水平方向にプレスした状態を示す平面図である。

【図3】平角導体の中央領域を金型でプレスした状態を示す断面図であり、（Ａ）はプレス前の状態、（Ｂ）はプレス後の状態を示す。

【図4】平角導体の中央領域を金型で鉛直方向にプレスした状態を示す正面図である。

【図5】平角導体の第１の突出領域をローラで押圧する様子を示す正面図である。

【図6】図５の平角導体及び金型をＡ方向から見た側面図である。

【図7】平角導体の第２の突出領域をローラで押圧する様子を示す正面図である。

【図8】図７の平角導体及び金型をＢ方向から見た側面図である。

【図9】平角導体及び成形装置を模式的に示す断面図である。

【図10】平角導体及び他の実施形態に係る成形装置を模式的に示す断面図である。

【図11】従来の成形装置及びこれで成形される平角導体の側面図である。

【図12】図１１の成形装置及び平角導体の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0021】

図１（Ａ）～（Ｃ）に示すセグメントコイル１００は、例えば、ハイブリッド車や電気自動車などといった電動車両の駆動用モータのステータコイルの形成材料として使用されるものである。セグメントコイル１００は、断面矩形状の導線の表面を絶縁被膜で被覆した線状の平角導体からなる。平角導体は、矩形断面の長辺を構成する、互いに平行な一対の幅広面（フラットワイズ面）と、矩形断面の短辺を構成する、互いに平行な一対の幅狭面（エッジワイズ面）とを有する。

【0022】

セグメントコイル１００は、第１の脚部１０１及び第２の脚部１０２と、両脚部１０１、１０２の端部同士を繋ぐ連結部１０３とを一体に有する略Ｕ字形状を成している。各脚部１０１、１０２と連結部１０３との境界には、エッジワイズ方向（幅狭面を湾曲させる方向）に曲げられた曲げ部１０４、１０５が設けられる。

【0023】

脚部１０１、１０２は、互いに平行な略直線状を成している。各脚部１０１、１０２の下端（自由端）では、絶縁被膜が除去されて導体が露出している。第１の脚部１０１には、シフト部１０１ａが設けられる。シフト部１０１ａは、曲げ部１０４、１０５の曲げ平面と交差する曲げ平面内でクランク状に湾曲した部分である。図示例では、シフト部１０１ａが、曲げ部１０４、１０５の曲げ平面と直交する曲げ平面内でクランク状に湾曲し、具体的にはフラットワイズ方向（幅広面を湾曲させる方向）でクランク状に湾曲している。シフト部１０１ａは、第１の脚部１０１の上端付近、すなわち、第１の脚部１０１と連結部１０３との境界の曲げ部１０４の近傍に設けられる。

【0024】

連結部１０３は、略中央に設けられた凸部１０３ａと、凸部１０３ａの両側に設けられた傾斜部１０３ｂとを有する。凸部１０３ａは、エッジワイズ方向で図中上向きに凸となるように湾曲し｛図１（Ａ）参照｝、且つ、フラットワイズ方向でクランク状に湾曲している｛図１（Ｃ）参照｝。尚、連結部１０３は、凸部１０３ａを有していなくてもよい。

【0025】

上記のセグメントコイル１００は、（１）シフト部成形工程、（２）連結部成形工程、（３）脚部成形工程を経て製造される。

【0026】

（１）シフト部成形工程
まず、直線状の平角導体を短辺方向両側から金型で挟持することで、平角導体の所定箇所をフラットワイズ方向でクランク状に曲げて、シフト部１０１ａを成形する。

【0027】

（２）連結部成形工程
次に、図２に示すように、一対の金型１１、１２の第１成形面１１ａ、１２ａで、平角導体１００’の中央領域１０３’（連結部１０３に相当する領域）を短辺方向両側からプレスして、フラットワイズ方向でクランク状に湾曲させる。このとき、平角導体１００’のシフト部１０１ａは、金型１１、１２でプレスされる中央領域１０３’の外側（端部側）に隣接して配置される。その後、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一対の金型１１，１２の第２成形面１１ｂ、１２ｂで、平角導体１００’の中央領域１０３’を長辺方向両側からプレスして、エッジワイズ方向で上向きに凸となるように湾曲させる（図４参照）。以上により、平角導体１００’に、凸部１０３ａ及び一対の傾斜部１０３ｂを含む連結部１０３が成形される。

【0028】

（３）脚部成形工程
次に、平角導体１００’に曲げ部１０４、１０５を成形する。この工程に用いる成形装置は、平角導体１００’の中央領域１０３’を固定する固定部と、平角導体１００’のうち、固定部から突出した突出領域１０１’、１０２’を押し込む押圧部とを有する。本実施形態では、固定部が、連結部１０３を成形する金型１１、１２であり、押圧部がローラである場合を示す。

【0029】

図２及び図４に示すように平角導体１００’に連結部１０３を成形した後、そのまま金型１１、１２で連結部１０３を挟持固定した状態で、金型１１、１２から突出した部分をローラで押圧する。具体的には、図５に示すように、平角導体１００’のうち、金型１１、１２から一方側に突出した第１の突出領域１０１’（第１の脚部１０１に相当する領域）をローラ１３で下方に押し込むことにより、第１の突出領域１０１’と連結部１０３との境界がエッジワイズ方向に曲げられて、曲げ部１０４が成形される。このときのローラ１３の移動方向（押圧方向）は、ローラ１３で押し込む前のシフト部１０１ａの曲げ平面と交差する方向である。本実施形態では、ローラ１３で押し込む前のシフト部１０１ａが、水平面に対して若干傾斜した曲げ平面Ｌ（図５参照）内でクランク状に曲げられており、ローラ１３が、この曲げ平面Ｌと交差する方向、図示例では鉛直方向に移動する。また、図７に示すように、平角導体１００’のうち、金型１１、１２から他方側に突出した第２の突出領域１０２’（第２の脚部１０２に相当する領域）をローラ１４で下方に押し込むことにより、第２の突出領域１０２’と連結部１０３との境界がエッジワイズ方向に曲げられて、曲げ部１０５が成形される。

【0030】

このとき、シフト部を有さない第２の突出領域１０２’は、ローラ１４で押し込む前の状態で、連結部１０３と直線的に連続している（図７参照）。そのため、図７のＡ方向から見た側面図である図８において、連結部１０３の第２の突出領域１０２’側の端部（すなわち支点Ｐ２）と、第２の突出領域１０２’とローラ１４との接触部（すなわち力点Ｑ２）とが同じ水平方向位置に配される。従って、ローラ１４で押圧したときに、第２の突出領域１０２’にモーメント荷重は加わらないため、第２の突出領域１０２’が捩れることなく押し下げられて、曲げ部１０５及び第２の脚部１０２が成形される。

【0031】

一方、シフト部１０１ａを有する第１の突出領域１０１’は、シフト部１０１ａを介して連結部１０３に接続している（図５参照）。そのため、図５のＡ方向から見た側面図である図６において、連結部１０３の第１の突出領域１０１’側の端部（すなわち支点Ｐ１）と、第１の突出領域１０１’とローラ１３との接触部（すなわち力点Ｑ１）とが、水平方向でオフセットした位置に配される。従って、平角導体１００’の第１の突出領域１０１’のうち、シフト部１０１ａよりも端部側の領域（以下、「端部領域Ｘ」と言う。）に設けられた力点Ｑ１を、ローラ１３で下方に押圧することで、平角導体１００’の端部領域Ｘに支点Ｐ１を中心としたモーメント荷重が加わる。これにより、図９に点線で示すように、平角導体１００’の端部領域Ｘが捩れて回転しようとする。尚、図９は、図６の側面視における平角導体１００’の支点Ｐ１における断面と力点Ｑ１における断面を模式的に示した図であり、これらの断面の間に設けられたシフト部１０１ａを直線（点線）で示している。

【0032】

本発明に係る成形装置では、平角導体１００’の端部領域Ｘのうち、ローラ１３で押圧する上面（幅狭面）に隣接する側面（幅広面）を支持するガイド部を設けている。具体的には、図９に示すように、端部領域Ｘの一対の側面のうち、支点Ｐ１から遠い方の側面１０１ｂを支持する第１のガイド部１５と、支点Ｐ１に近い方の側面１０１ｃを支持する第２のガイド部１６とを設けている。ガイド部１５、１６は、平角導体１００’の側面を支持する支持面１５ａ、１６ａが設けられる。支持面１５ａ、１６ａは、ローラ１３の移動方向（図示例では鉛直方向）と平行で、且つ、互いに平行な平坦面で構成される。支持面１５ａ、１６ａの間隔は、平角導体１００’の短辺方向寸法と略同じか僅かに大きい。支持面１５ａ、１６ａは、平角導体１００’の端部領域Ｘのうち、力点Ｑ１（ローラ１３との接触部）を含む延在方向領域を支持する位置に設けられる（図５参照）。このガイド部１５、１６で、端部領域Ｘの側面（幅広面）を支持することで、端部領域Ｘの支点Ｐ１周りの回転を規制して、端部領域Ｘの捩れを防止することができる。

【0033】

本実施形態では、ローラ１３とガイド部１５、１６とが一体に昇降可能とされる。図９に示すように、ガイド部１５、１６の支持面１５ａ、１６ａの少なくとも一部は、ローラ１３よりも下方に設けられる。平角導体１００’の上方からローラ１３及びガイド部１５を一体に降下させると、ガイド部１５、１６の間に端部領域Ｘが挿入され、ガイド部１５、１６の支持面１５ａ、１６ａで端部領域Ｘの両側の側面が支持される。図示例では、ガイド部１５、１６の支持面１５ａ、１６ａの下方に、下方に行くにつれて間隔が広がるテーパ面１５ｂ、１６ｂを設けているため、このテーパ面１５ｂ、１６ｂで端部領域Ｘが案内されてスムーズに支持面１５ａ、１６ａの間に配される。

【0034】

その後、さらにローラ１３及びガイド部１５、１６を降下させると、端部領域Ｘの両側の側面をガイド部１５、１６で支持した状態で、ローラ１３が端部領域Ｘの上面を下方に押し込む。端部領域Ｘをローラ１３で押し込み始めるときは、端部領域Ｘに捩れが生じやすいため、上記のように端部領域Ｘの側面をガイド部１５で支持した状態で、端部領域Ｘをローラ１３で押し込み始めることにより、端部領域Ｘの捩れを効果的に防止できる。

【0035】

その後、さらにローラ１３及びガイド部１５、１６を降下させて第１の突出領域１０１’を押し下げると、図５に二点鎖線で示すように、ローラ１３がシフト部１０１ａを押圧する。さらにローラ１３及びガイド部１５、１６を降下させると、ローラ１３で再びシフト部１０１ａよりも端部側の領域（端部領域Ｘ）を押圧し、図中に一点鎖線で示すように曲げ部１０４及び第１の脚部１０１が形成される。

【0036】

本発明は、上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については説明を省略する。

【0037】

図１０に示す実施形態では、平角導体１００’の端部領域Ｘの一対の側面のうち、支点Ｐ１に近い方の側面１０１ｃを支持する第２のガイド部１６を省略した点で、上記の実施形態と異なる。この場合でも、端部領域Ｘをローラ１３で下方に押し込む際に、端部領域Ｘの一方の側面１０１ｂをガイド部１５で支持することで、端部領域Ｘの捩れを防止できる。

【0038】

上記の実施形態では、ガイド部１５、１６をローラ１３と共に昇降させる場合を示したが、これに限らず、例えばガイド部を固定側に設けてもよい。

【0039】

また、平角導体１００’の上面を押し込む押圧部は、回転可能なローラに限らず、回転しないもの（金型等）であってもよい。

【0040】

また、平角導体１００’の上面をローラで押し込む際に、連結部１０３を固定する固定部としては、連結部１０３を成形する金型１１、１２に限らず、他の固定手段（クランプ装置など）であってもよい。

【0041】

また、上記の実施形態では、曲げ部１０４、１０５をエッジワイズ方向に曲げ、シフト部１０１ａをフラットワイズ方向に湾曲させた場合を示したが、これに限らず、例えば、曲げ部１０４、１０５をフラットワイズ方向に曲げ、シフト部１０１ａをエッジワイズ方向に湾曲させてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１１，１２ 金型（固定部）
１３ ローラ（押圧部）
１４ ローラ
１５ 第１のガイド部
１６ 第２のガイド部
１００ セグメントコイル
１０１ 第１の脚部
１０１ａ シフト部
１０２ 第２の脚部
１０３ 連結部
１０４、１０５曲げ部
１００’ 平角導体
１０１’ 第１の突出領域
１０２’ 第２の突出領域
１０３’ 中央領域
Ｐ１、Ｐ２ 支点
Ｑ１、Ｑ２ 力点
Ｘ 端部領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】