特許 7547996 コイルの製造方法

(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】2024-09-02

(45)【発行日】2024-09-10

(54)【発明の名称】コイルの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/04 20060101AFI20240903BHJP

   H02K 3/02 20060101ALI20240903BHJP

   H01F 5/00 20060101ALI20240903BHJP

   H01B 13/00 20060101ALI20240903BHJP

   H02K 3/30 20060101ALI20240903BHJP

   H02K 3/34 20060101ALI20240903BHJP

【ＦＩ】

H02K15/04 Z

H02K3/02

H01F5/00 F

H01F5/00 D

H01B13/00 517

H02K3/30

H02K3/34 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020212514

(22)【出願日】2020-12-22

(65)【公開番号】P2022098871

(43)【公開日】2022-07-04

【審査請求日】2023-07-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 雅志

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 航平

(72)【発明者】

【氏名】川村 葉月

【審査官】稲葉 礼子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－０３２４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－３０１９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３９７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－２３９７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０６１９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０８０３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １５／００

Ｈ０２Ｋ ３／００

Ｈ０１Ｆ ５／００

Ｈ０１Ｂ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

銅線を準備する準備工程と、
前記銅線の周囲に複数のアルミニウム線を配置する配置工程と、
前記銅線および前記アルミニウム線にプレス加工を施すことで、前記銅線の周囲を被覆するアルミニウム被膜を形成すると共に、前記アルミニウム被膜の表面にアルマイト膜を形成するプレス工程と、
を備えた、コイルの製造方法。

【請求項2】

前記銅線および前記アルミニウム線にプレス加工を施す前に、前記銅線と前記アルミニウム線に金属塩処理を施す工程をさらに備える、請求項１に記載のコイルの製造方法。

【請求項3】

前記銅線は、複数の銅素線を束ねることで形成された、請求項１に記載のコイルの製造方法。

【請求項4】

前記プレス工程は、
前記銅線および前記アルミニウム線に前記プレス加工を施すことで、前記アルミニウム被膜と前記アルマイト膜とが形成されると共に、端部に凸部が形成された第１コイル片を形成する工程と、
前記銅線および前記アルミニウム線に前記プレス加工を施すことで、前記アルミニウム被膜と前記アルマイト膜とが形成されると共に、端部に前記凸部が嵌合可能な凹部が形成された第２コイル片を形成する工程と、
を含み、
前記第１コイル片の前記凸部を前記第２コイル片の前記凹部に挿入して、前記第１コイル片および前記第２コイル片を連結する工程をさらに備えた、請求項１から請求項３のいずれかに記載のコイルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コイルの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来からコイルの製造方法について各種提案されている。特開２００６－２９６１５１号公報に記載されたステータコイルの製造方法は、分割コアのティース部にコイル線材を巻回する工程と、ティース部に巻回されたコイル線材をプレス加工して、コイルの占積率向上を図る工程とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２９６１５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のコイル線材としては、平角線が採用される場合がある。平角線の製造方法は、たとえば、丸線の金属線にプレス加工を施して平角線材を形成する工程と、この平角線材の表面に電着塗装などで絶縁被膜を形成する工程とを含む。

【0005】

しかし、上記のコイルの製造方法においては、電着塗装などで絶縁被膜を平角線材の表面に形成する工程が必要となり、コイルの製造工程が多いとの課題が生じる。

【0006】

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造工程の簡略化が図られたコイルの製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係るコイルの製造方法は、銅線を準備する準備工程と、銅線の周囲に複数のアルミニウム線を配置する配置工程と、銅線およびアルミニウム線にプレス加工を施すことで、銅線の周囲を被覆するアルミニウム被膜を形成すると共に、アルミニウム被膜の表面にアルマイト膜を形成するプレス工程とを備える。

【0008】

コイルの製造方法は、上記銅線およびアルミニウム線にプレス加工を施す前に、銅線とアルミニウム線に金属塩処理を施す工程をさらに備える。

【0009】

上記銅線は、複数の銅素線を束ねることで形成されている。
上記プレス工程は、銅線およびアルミニウム線にプレス加工を施すことで、アルミニウム被膜とアルマイト膜とが形成されると共に、端部に凸部が形成された第１コイル片を形成する工程と、銅線およびアルミニウム線にプレス加工を施すことで、アルミニウム被膜とアルマイト膜とが形成されると共に、端部に凸部が嵌合可能な凹部が形成された第２コイル片を形成する工程とを含む。

【0010】

上記コイルの製造方法は、第１コイルの凸部を第２コイルの凹部に挿入して、第１コイル片および第２コイル片を連結する工程をさらに備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示に係る製造方法によれば、製造工程の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】回転電機のステータ１を示す斜視図である。

【図2】Ｕ相コイル７を広げた状態におけるＵ相コイル７の一部を示す平面図である。

【図3】Ｕ相コイル７の一部を示す分解平面断面図である。

【図4】Ｕ相コイル７の製造方法を示す製造フロー図である。

【図5】準備工程Ｓ１０を模式的に示す断面図である。

【図6】銅線４０を示す側断面図である。

【図7】配置工程Ｓ１１を模式的に示す断面図である。

【図8】金属束４２を示す側断面図である。

【図9】塩処理工程Ｓ１２を模式的に示す工程である。

【図10】プレス装置４５を模式的に示す斜視図である。

【図11】第１金型４６および第２金型４７を重ね併せた状態を示す斜視図である。

【図12】プレス工程Ｓ１３の配置工程Ｓ１４を示す平面図である。

【図13】プレス工程Ｓ１３の加工工程Ｓ１５を示す斜視図である。

【図14】加工工程Ｓ１５を示す断面図である。

【図15】配置工程Ｓ１１の変形例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１は、回転電機のステータ１を示す斜視図である。ステータ１は、環状に形成されたステータコア２と、ステータコア２に装着されたステータコイル３とを備える。

【0014】

ステータコア２は、環状に形成されたステータヨーク４と、ステータヨーク４の内周面から突出する複数のステータティース５とを含む。ステータヨーク４は、中心線Ｏ１の周囲を取り囲むように形成されている。

【0015】

ステータヨーク４は中心線Ｏ１の延びる方向において、一端側に位置する一方端面１７を含む。一方端面１７は、中心線Ｏ１の周囲を取り囲むように環状に形成されている。なお、中心線Ｏ１の延びる方向の他端側には、一方端面１７と同様に形成された他方端面１８が形成されている。

【0016】

ステータティース５は、ステータヨーク４の内周面に間隔をあけて形成されており、各ステータティース５の間には、スロット６が形成されている。

【0017】

ステータコイル３は、スロット６を通るようにステータコア２に装着されている。図１に示すステータ１は、分布巻きの三相コイルモータのステータである。ステータコイル３は、Ｕ相コイル７と、Ｖ相コイル８と、Ｗ相コイル９とを含む。なお、Ｕ相コイル７と、Ｖ相コイル８と、Ｗ相コイル９とは、ステータコア２の周方向にずれるように配置されている。

【0018】

図２は、Ｕ相コイル７を広げた状態におけるＵ相コイル７の一部を示す平面図である。Ｕ相コイル７は、複数の湾曲部１０と、複数の挿入部１１と、複数の湾曲部１２とを含む。各挿入部１１の一端は、湾曲部１０の各端部に接続されており、各挿入部１１の他端は、湾曲部１２の各端部に接続されている。

【0019】

Ｕ相コイル７がステータコア２に装着された状態において、挿入部１１はスロット６に挿入されている。湾曲部１０は一方端面１７側に位置している。湾曲部１２はステータコア２の他方端面１８に位置している。上記のように構成されたＵ相コイル７は、複数のコイル片を接続することで形成されている。

【0020】

図３は、Ｕ相コイル７の一部を示す分解平面断面図である。Ｕ相コイル７は、複数のコイル片１５と、複数のコイル片１６とを含む。コイル片１５は、湾曲片２０と、脚２１，２２と、凸部２３，２４とを含む。

【0021】

脚２１の一端は湾曲片２０の一端に接続されており、脚２１の他端には凸部２３が形成されている。脚２２の一端は湾曲片２０の他端に接続されており、脚２２の他端には凸部２４が形成されている。

【0022】

ここで、コイル片１５は、銅本体部２５と、アルミニウム被覆部２６と、アルマイト膜２７とを含む。銅本体部２５は、銅によって形成されている。銅本体部２５の一端に凸部２３が形成されており、銅本体部２５の他端に凸部２４が形成されている。そして、アルミニウム被覆部２６は銅本体部２５の表面を覆うように形成されており、凸部２３および凸部２４は、銅本体部２５から露出している。アルマイト膜２７は、アルミニウム被覆部２６の表面を覆うように形成されている。アルマイト膜２７は、酸化アルミニウムであり、絶縁性の金属である。

【0023】

コイル片１６は棒状に形成されている。コイル片１６の一端面には凹部２８が形成されており、コイル片１６の他端面には凹部２９が形成されている。

【0024】

コイル片１６は、銅本体部３０と、アルミニウム被覆部３１と、アルマイト膜３２とを含む。銅本体部３０は棒状に形成されており、銅本体部３０は銅によって形成されている。アルミニウム被覆部３１は銅本体部３０の表面を被覆するように形成されている。銅本体部３０の両端面はアルミニウム被覆部３１から露出しており、凹部２８，２９の底面はアルミニウム被覆部３１から露出している。アルマイト膜３２は、アルミニウム被覆部３１の表面に形成されている。

【0025】

そして、コイル片１５Ａの凸部２３がコイル片１６Ａの凹部２８に挿入され、コイル片１５Ａの凸部２４がコイル片１６Ｂの凹部２８に挿入される。同様に、コイル片１５Ｂの凸部２３，２４がコイル片１６の凹部２９に挿入される。

【0026】

このように、複数のコイル片１５および複数のコイル片１６を組み付けることで、Ｕ相コイル７が形成されている。同様に、Ｖ相コイル８およびＷ相コイル９も形成されている。

【0027】

次に、Ｕ相コイル７の製造方法について説明する。図４は、Ｕ相コイル７の製造方法を示す製造フロー図である。

【0028】

Ｕ相コイル７の製造方法は、コイル片１５を形成するコイル片形成工程Ｓ１と、コイル片１６を形成するコイル片形成工程Ｓ２と、コイル片１５およびコイル片１６を組み付ける組付工程Ｓ３とを備える。

【0029】

コイル片形成工程Ｓ１は、準備工程Ｓ１０と、配置工程Ｓ１１と、塩処理工程Ｓ１２と、プレス工程Ｓ１３とを含む。

【0030】

図５は、準備工程Ｓ１０を模式的に示す断面図である。準備工程Ｓ１０は、銅線４０を準備する工程である。銅線４０は断面形状が円形状の丸線である。図６は、銅線４０を示す側断面図である。銅線４０は、湾曲部６０と、脚部６１，６２とを含む。脚部６１は湾曲部６０の一端に接続されており、脚部６２は湾曲部６０の他端に接続されている。

【0031】

図７は、配置工程Ｓ１１を模式的に示す断面図である。配置工程Ｓ１１は、銅線４０の周囲に複数のアルミニウム線４１を配置する工程である。複数のアルミニウム線４１は、銅線４０の周囲を取り囲むように配置されている。

【0032】

このように、配置工程Ｓ１１は、銅線４０の周囲に複数のアルミニウム線４１を配置して金属束４２を形成する工程である。

【0033】

図８は、金属束４２を示す側断面図である。アルミニウム線４１は、銅線４０の湾曲部６０と、脚部６１の一部の周囲に配置されている。そして、銅線４０の端部は、複数のアルミニウム線４１よりも突出している。このように、金属束４２の端部には、銅線４０が突出することで形成された突出部６３，６４が形成されている。

【0034】

図９は、塩処理工程Ｓ１２を模式的に示す工程である。塩処理工程Ｓ１２は、金属束４２の表面に金属塩を形成する工程である。具体的は、銅線４０およびアルミニウム線４１の表面に金属塩（有機酸塩）４４を形成する。金属塩４４は、たとえば、蟻酸、クエン酸、ステアリン酸および酢酸などであり、いずれか１種類以上を含んでいる。金属塩４４の形成は、塗布、噴霧、浸漬などを採用することができる。

【0035】

プレス工程Ｓ１３は、配置工程Ｓ１４および加工工程Ｓ１５を含む。配置工程Ｓ１４は、プレス装置４５のキャビティに金属塩４４が形成された金属束４３を配置する工程であり、加工工程Ｓ１５はプレス装置４５が金属束４３にプレス加工を施す工程である。

【0036】

図１０は、プレス装置４５を模式的に示す斜視図である。プレス装置４５は、第１金型４６と、第２金型４７とを含む。第１金型４６および第２金型４７は、互いに近接するように移動したり、互いに離れるように移動したりすることができる。

【0037】

第１金型４６には第１キャビティ４８が形成されている。第１キャビティ４８は、本体部分５０と、溝部５１，５２とを含む。本体部分５０は湾曲状に形成されている。溝部５１は本体部分５０の一端に接続されており、第１金型４６の外部に連通している。溝部５２は本体部分５０の他端に接続されており、第１金型４６の外部に連通している。

【0038】

第２金型４７には第２キャビティ４９が形成されている。第２キャビティ４９は、本体部分５３と、溝部５４，５５とが形成されている。本体部分５３は湾曲状に形成されている。溝部５４は本体部分５３の一端に接続されており、第２金型４７の外部に連通している。溝部５５は本体部分５３の他端に接続されており、第２金型４７の外部に連通している。

【0039】

図１１は、第１金型４６および第２金型４７を重ね併せた状態を示す斜視図である。そして、第１キャビティ４８および第２キャビティ４９によって、キャビティ５６が形成されている。

【0040】

そして、溝部５１および溝部５４によって貫通孔５７が形成されており、溝部５２および溝部５５によって貫通孔５８が形成されている。

【0041】

図１２は、プレス工程Ｓ１３の配置工程Ｓ１４を示す平面図である。配置工程Ｓ１４においては、第１金型４６の第１キャビティ４８に、金属塩４４が形成された金属束４３を配置する。この際、金属束４３の突出部６３は、第１金型４６の溝部５１に配置され、突出部６４は溝部５２に配置される。第１金型４６の本体部分５０に、銅線４０の湾曲部６０と、複数のアルミニウム線４１が配置される。

【0042】

図１３は、プレス工程Ｓ１３の加工工程Ｓ１５を示す斜視図である。この図１３に示すように、第１金型４６および第２金型４７が金属束４３を挟みこむ。

【0043】

この際、突出部６３は貫通孔５７から外部に引き出されており、突出部６４は貫通孔５８から外部に引き出されている。

【0044】

図１４は、加工工程Ｓ１５を示す断面図である。この図１５に示すように、第１金型４６および第２金型４７によって、金属束４３がプレス加工される。

【0045】

金属束４３がプレスされることで、複数のアルミニウム線が変形する。この際、断面円形状の銅線４０が平角形状に形成されると共に、銅線４０（銅本体部２５）を覆うアルミニウム被覆部２６が形成される。なお、断面形状が円形形状の方が、断面形状が平角形状よりも曲げ加工し易く、複雑な形状に変形させやすい。そこで、加工工程（プレス加工）Ｓ１５までの工程においては、断面形状が円形形状の銅線４０とし、加工工程Ｓ１５において平角形状としている。また、アルミニウム被覆部２６の表面が酸化されることで、アルマイト膜２７が形成されており、アルマイト膜２７は、アルミニウムよりも強度が高く、耐食性が高い。このようにして、図３に示すコイル片１５が形成される。このように、プレス工程で銅線４０の平角線化と、アルマイト膜２７とを同時におこなっている。

【0046】

次にコイル片形成工程Ｓ２において、コイル片１６を形成する。なお、コイル片形成工程Ｓ２はコイル片形成工程Ｓ１と同様の工程を含む。

【0047】

そして、組付工程Ｓ３においては、複数のコイル片１５および複数のコイル片１６を接続することで、Ｕ相コイル７を形成する。

【0048】

具体的には、図３において、コイル片１５の凸部２３，２４をコイル片１６の凹部２８に挿入する。そして、コイル片１５およびコイル片１６の接続部分を溶接する。このようにして、Ｕ相コイル７を形成することができる。なお、Ｖ相コイル８およびＷ相コイル９も、Ｕ相コイル７と同様に形成することができる。

【0049】

このように、Ｕ相コイル７と、Ｖ相コイル８と、Ｗ相コイル９とを形成して、ステータコイル３を形成する。その後に、ステータコイル３の外周側から分割ステータコアを挿入することで、ステータ１を形成することができる。

【0050】

なお、上記の実施の形態１においては、コイル片１５を形成する際に、断面円形の銅線４０を採用しており、図７に示す配置工程Ｓ１１において、この銅線４０の周囲に複数のアルミニウム線４１を配置している。

【0051】

図１５は、配置工程Ｓ１１の変形例を示す断面図である。図１５に示す例においては、銅線４０に替えて、複数の銅素線６５が採用されている。そして、束ねられた銅素線６５の周囲に複数のアルミニウム線４１が配置されている。このように、複数の銅素線６５を用いる場合においては、１本の銅素線６５をプレス装置４５の貫通孔５７，５８から引き出し、他の銅素線６５をプレス装置４５内に配置する。このような状態で、複数の銅素線６５および複数のアルミニウム線４１をプレス加工することで、突出部６３，６４を形成することができる。

【0052】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0053】

１ ステータ、２ ステータコア、３ ステータコイル、４ ステータヨーク、５ ステータティース、６ スロット、７，８，９ コイル、１０，１２，６０ 湾曲部、１１ 挿入部、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６，１６Ａ，１６Ｂ コイル片、１７ 端面、１８ 他方端面、２０ 湾曲片、２１，２２ 脚、２３，２４ 凸部、２５，３０ 銅本体部、２６，３１ アルミニウム被覆部、２７，３２ アルマイト膜、２８，２９ 凹部、４０ 銅線、４１ アルミニウム線、４２，４３ 金属束、４４ 金属塩、４５ プレス装置、４６ 第１金型、４７ 第２金型、４８ 第１キャビティ、４９ 第２キャビティ、５０，５３ 本体部分、５１，５２，５４，５５ 溝部、５６ キャビティ、５７，５８ 貫通孔、６１，６２ 脚部、６３，６４ 突出部、６５ 銅素線、２００６ 特開、Ｏ１ 中心線、Ｓ１，Ｓ２ コイル片形成工程、Ｓ３ 組付工程、Ｓ１０ 準備工程、Ｓ１１，Ｓ１４ 配置工程、Ｓ１２ 塩処理工程、Ｓ１３ プレス工程、Ｓ１５ 加工工程。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】