JP2006033985A - 異形断面コイルの製造方法及び異形断面コイル - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化が図れるとともに、コイルを１個ずつプレス成形する場合であっても、安定して異形断面コイルを製造できる異形断面コイルの製造方法及びその関連技術を提供する。
【解決手段】この意見断面コイルの製造方法では、上型４７と中間コイル体１１との間にダミー部材４１を介在させた状態で、中間コイル体１１及びダミー部材４１を形成型４３により軸方向にプレスして中間コイル体１１を略切頭四角錐形に成形する。ダミー部材４１は弾性体（例えば、ゴム状の弾性材料）によって形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車のモータ等に適した異形断面コイルの製造方法及びその関連技術に関する。

ハイブリッド車、電気自動車等の駆動用モータの高効率化、高出力化のためにモータ用コイルの占積率の向上が有効である。この占積率を向上させる方法として、従来の一定断面形状の線材を巻くのに対し、コイルの巻回経路上の位置に応じて線材の断面形状を変化させる方法が提案されている（特許文献１）。

特開平７−２７４４２２号公報

しかしながら、上記の従来技術では、断面形状が長手方向に対して変化する異形断面の線材を巻回して異形断面のコイルを作製するため、異形断面の線材を作製する必要があり、製造コストが高いという問題がある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、低コスト化が図れるとともに、コイルを１個ずつプレス成形する場合であっても、安定して異形断面コイルを製造できる異形断面コイルの製造方法及びその関連技術を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、中間コイル体を形成し、対向配置されて略樽形のキャビティを形成する一対の型のうちの一方の型と中間コイル体との間にダミー部材を介在させた状態で、前記中間コイル体及び前記ダミー部材を前記一対の型により前記中間コイル体の軸方向にプレスして、前記中間コイル体を略切頭錐形に成形することにより、異形断面のコイルを製造する。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係る異形断面コイルの製造方法において、前記ダミー部材は弾性体によって形成されている。

また、請求項３の発明では、請求項２の発明に係る異形断面コイルの製造方法において、前記ダミー部材は複数回のプレス成形に繰り返し使用される。

また、請求項４の発明では、請求項１又は２の発明に係る異形断面コイルの製造方法において、前記ダミー部材は１回のプレス成形にのみ使用される。

また、請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれかの発明に係る異形断面コイルの製造方法において、前記中間コイル体を形成する工程にて、前記中間コイル体は一定断面形状の線材により形成される。

また、請求項６の発明では、異形断面のコイルが、請求項１ないし５のいずれかの発明に係る異形断面コイルの製造方法により製造される。

請求項１に記載の発明によれば、中間コイル体をプレス成形して略切頭錐形に成形する構成であるため、中間コイル体を形成する際の線材には異形断面の線材を用いる必要がなく、製造コストを削減できる。

また、一対の型のうちの一方の型と中間コイル体との間にダミー部材を介在させた状態で、中間コイル体及びダミー部材を一対の型により中間コイル体の軸方向にプレスして、中間コイル体を略切頭錐形に成形する構成であるため、コイルを１個ずつプレス成形する場合であっても、安定して異形断面コイルを製造できる。

請求項２に記載の発明によれば、ダミー部材が弾性体によって形成されているため、プレス成形時にダミー部材に与えられる圧力の大きさが弾性体の弾性域内であれば、ダミー部材を繰り返し使用することができる。

請求項３に記載の発明によれば、ダミー部材を繰り返し使用することにより、コイルの製造コストを抑制できる。

請求項４に記載の発明によれば、ダミー部材は１回のプレス形成にだけ使用され、耐久性等を要求されないため、ダミー部材を作製する材料の選択の自由度を拡大することができる（例えば、安価な材料を用いてダミー部材を作製することができる）。

請求項５に記載の発明によれば、一定断面形状の線材を使用するため、線材製造時における断面形状の制御が容易であり、また中間コイル体の作製時にも巻き付け力の制御等が容易であるため、異形断面のコイルを容易に製造できる。

請求項６に記載の発明によれば、安価で精度よく加工された異形端面コイルを提供することができる。

＜関連技術＞
まず、本発明に係る実施の形態について説明するに際し、その参考となる関連技術について説明する。なお、この関連技術は非公知技術である。

図５は、本発明に係る異形断面コイルの製造方法が適用されるコイルの斜視図である。このコイル１は、図５に示すように、略切頭錐形の外観形態を有し、その線材３の断面形状が、小径側（図５の下側）の端部から大径側（図５の上側）の端部に向けて徐々に扁平に変化している。コイル１の両端部には、電気接続のための引出部５，７が設けられている。なお、図５に示すコイル１は、ほぼ四角錐の頭部を切除したような外観形態（略切頭四角錐形の形態）を有している。

このようなコイル１の製造方法としては次のような方法（第１の関連技術）が提案されている。まず、図６に示すように、一定断面形状（例えば、略矩形断面形状）の線材３を芯材９に螺旋状に巻回して略柱形の中間コイル体１１を形成する。このとき、芯材９は一定の略矩形断面を有しているため、略柱形の形態の中間コイル体１１が作製される。続いて、図７に示すように、その中間コイル体１１を成形型１３内にセットして軸方向にプレスして成形する。

しかしながら、図７に示す単純にプレスして成形する方法では、中間コイル体１１の挫屈が生じ、うまく成形できない場合が多い。図８（ａ）ないし図８（ｃ）は図７に示す方法によるプレス時の成形型内の途中経過を段階的に示す模式図であり、挫屈が生じた場合について示している。

挫屈の原因としては、（ａ）プレス時の垂直抗力の増大により成形型１３の上型１３ａと中間コイル体１１との間に大きな摩擦力が発生し、中間コイル体１１の外径寸法が拡大される上端部分の径方向外方への十分な滑り移動が得られない点、及び、（ｂ）プレスによって中間コイル体１１は中央部が樽形に広がるため、中央部の広がったことろに上部材料が挫屈して入り込んでしまう点などが考えられる。

そこで、本願発明者は、その改良技術（第２の関連技術）を提案している。この関連技術では、大略的に、図９に示すような略樽形（ここでは、矩形の断面形状を有する略矩形樽形）の外観形態を有するコイル連接体２１を作製し、そのコイル連接体２１を軸方向の中央部で２分割することにより、上述の図５に示す略切頭錐形の外観形態を有する２個の異形断面のコイル１を作製する。すなわち、コイル連接体２１は、２個の中間コイル体２３Ａ，２３Ｂを軸方向に連続的に連ねて構成されており、分割された各中間コイル体２３Ａ，２３Ｂがそれぞれ異形断面のコイル１になる。以下、この製造方法を２個取り方式と呼ぶこととする。

この図９のコイル連接体２１は、その中央部を境に上下の部分が上下反転に対して略対称な形態を有しており、上下の端部に電線接続のための引出部２５，２７が形成され、中央部に平面視略コ字状に外方に張り出して巻回された張り出し部２９が形成されている。この張り出し部２９を切断することにより、上下の部分を容易に分割することができるとともに、残った張り出し部２９の部分によって電気接続用の引出部が形成できるようになっている。

その製造方法について説明すると、まず、コイル連接体２１の作製が行われる。その作製は、図１０に示すように、線材３を所定の芯材３１の周囲に螺旋状に巻回することにより行われる。芯材３１は一定の略矩形断面を有しているため、略柱形の形態のコイル連接体２１が作製される。このコイル連接体２１の上下端には引出部２５，２７が形成され、中央部には張り出し部２９が形成されている。

続いて、作製されたコイル連接体２１は、図１１に示すように、芯材３１に巻回された状態で成形型３３内にセットされ、プレス成形が行われる。成形型３３は、セットされた芯材３１の周囲に略樽形（ここでは、略矩形樽形）のキャビティ３４を形成する上下に対向配置された一対の上型３５と下型３７とを備えて構成され、上型３５を下型３７側にプレス機構で駆動することにより、プレス成形を行う。

図１１に示す状態から上型３５が下降されてプレスが行われると、成形型３３内では、上型３５の下降に伴って図１２（ａ）ないし図１２（ｃ）に模式的に示すように成形が進んでゆき、最終的に図１２（ｃ）に示す状態となる。すなわち、プレスが始まると、図１２（ａ）に示すようにコイル連接体２１の中央部が外方に略樽形に広がってゆき、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すようにコイル連接体２１の外周が成形型３３のキャビティ３４の内周面に沿うようにしてプレス成形が行われる。なお、図１２（ａ）ないし図１２（ｃ）に示す図は、コンピュータによる解析結果に基づくものである。

そして、プレスが完了した図１２（ｃ）に示す状態では、コイル連接体２１が、芯材３１の外周と成形型３３の内周とによって形成されたキャビティ３４の形状に応じた略樽形の形態に成形される。なお、図１１に示す符号５７ｂは張り出し部２９に対応して設けられた逃げ部である。

コイル連接体２１の成形が終了すると、上述のようにコイル連接体２１を中央部で２分割することにより、２個の異形断面のコイル１を作製する。

このような２個取り方式による製造方法では、成形型３３を用いて略柱形のコイル連接体２１を略樽形にプレス成形した後、そのコイル連接体２１を２個に分割して略切頭錐形の２個のコイル１を作製するため、プレス時にコイル連接体２１の各部分が挫屈することなく、安定して異形断面のコイル１を製造することができるようになっている。これは、主に次のような理由によるものと推測できる。

すなわち、第１の理由として、コイル連接体２１のプレス時にはコイル連接体２１の上下端に圧力が加わり、成形型３３との間の摩擦力が発生するが、２個取り方式のように略樽形に成形する構成では、コイル連接体２１の上下端と成形型３３との間に径方向に沿った滑りを必要としないため、この部分の成形型３３との間の摩擦力が問題とならないことが考えられる。

また、第２の理由として、プレス時にコイル連接体２１は、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、その中央部が自由据え込みにより略樽形に外方に広がるが、その広がった分が略樽形のキャビティ３４の内周面に自然に沿うようになっているため、この点からも挫屈が生じ難くなっていると考えられる。

しかしながら、上記の２個取り方式に係る製造方法では、コイル連接体２１の中央部に引出部形成のための張り出し部２９を形成する必要があり、この張り出し部２９の形成に関連して次の課題があることが判明した。

すなわち、第１に、線材３を芯材３１に巻き付ける際に張り出し部２９の部分だけ外方に張り出させる必要があり、巻き線工程が煩雑である。第２に、張り出し部２９等の存在により成形型３３の形状が複雑になる。第３に、張り出し部２９を形成したコイル連接体２１の部分には隙間Ｓ（図１１参照）が生じるため、そのままプレス形成するとその部分でコイル連接体２１に不所望な変形が生じたり、これを防止するために前記隙間Ｓに銅材等を挿入してプレス形成する必要がある。第４に、プレス成形後にコイル連接体２１を２個に分離する作業が必要である。

そこで、本願発明者は、上記のような観点に基づき、次のような実施形態に係る異形断面コイルの製造方法を発明した。

＜実施形態＞
本発明の一実施形態に係る異形断面コイルの製造方法では、大略的に、図１に示すように、上述の図６に示す要領で形成した中間コイル体１１と上型４７との間にダミー部材４１を介挿した状態で中間コイル体１１をプレス成形して、異形断面のコイル１を作製する。すなわち、本製造方法は、上述の２個取り方式の製造方法を改良したものであり、ダミー部材４１に上述の２個取り方式における２個の中間コイル体２３Ａ，２３Ｂの一方の中間コイル体２３Ａの役割を担わせることにより、中間コイル体１１の挫屈等を防止するようになっている。

その製造工程について詳細に説明すると、図１の中間コイル体１１は、上述の図６に示す中間コイル体１１と実質的に同一であり、図６の中間コイル体１１と同様な線材３を用いて同様な方法で作製される。

作製された中間コイル体１１は、図１に示すように、芯材９に巻回された状態で成形型４３内にダミー部材４１と共にセットされ、プレス成形が行われる。

成形型４３は、セットされた芯材９の周囲に略樽形（ここでは、略矩形樽形）のキャビティ４５を形成する上下に対向配置された一対の上型（上パンチ）４７と下型（ダイ）４９とを備えて構成され、上型４７を下型４９側に図示しないプレス機構で駆動することにより、プレス成形を行う。なお、本実施形態では上下に対向配置された上型４７及び下型４９により成形型４３を構成したが、水平方向等に対向配置された他の一対の型を用いて成形型４３を構成してもよい。

ダミー部材４１は、図２に例示するように略筒形（ここでは、略矩形筒形）の形状を有し、復元性を有する弾性体（ここでは、ゴム状の材料（例えばゴム））により形成されている。なお、ダミー部材４１の具体的形態としては、図２に例示するように略筒形の一体構造のものを採用してもよく、或いは、螺旋状の形態等の他の形態を採用してもよい。また、複数の部材を組み合わせたものをダミー部材４１として用いてもよい。

また、このダミー部材４１は、上型４７の一部品として設けるこもできるとともに、成形型４３と別部材として設けることもできる。すなわち、前者の場合は、ダミー部材４１は、上型４７の上側キャビティ４７ａ内の天井部４７ｂに予め装着されており、中間コイル体１１のキャビティ４５内に設置に伴って、ダミー部材４１の中央の孔部に芯材９が挿通される。また、後者の場合は、ダミー部材４１は、外周に中間コイル体１１が巻き付けられた芯材９に外挿された状態で、中間コイル体１１及び芯材９と一緒に成形型４３内にセットされる。そして、この前者及び後者のいずれの場合であっても、プレス開始時には、図１に示すように、キャビティ４５内において、中間コイル体１１とダミー部材４１とが中間コイル体１１の軸方向に連なって配置された状態となる。なお、このときダミー部材４１は中間コイル体１１の上側（上型４７側）に配置されている。

図１に示す状態から上型４７が下降されてプレスが行われると、成形型４３内では、上型４７の下降に伴って図３（ａ）ないし図３（ｃ）に模式的に示すように成形が進んでゆき、最終的に図３（ｃ）に示す状態となる。すなわち、プレスが始まると、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、中間コイル体１１及びダミー部材４１が軸方向に圧縮されるのに伴って、その両者の当接部が外方に略樽形に広がってゆく。そして、最終的に、図３（ｃ）に示すように、中間コイル体１１及びダミー部材４１の全体的な形状がキャビティ４５内の形状に対応した略矩形樽形に成形される。このとき、中間コイル体１１は略切頭四角錐形に成形され、異形断面のコイル１となる。

ダミー部材４１は、成形型４３による押圧力が解除されると元の形状に自律的に復元し、次のプレス成形に繰り返し使用される。

なお、芯材９については、線材３を芯材９に巻回して中間コイル体１１を作製する際の芯材９と、中間コイル体１１と共に成形型４３内に設置する芯材９とは別のものであってもよい。

ここで、ダミー部材４１の弾性係数及び形状は、次のようにして決定される。すなわち、プレス成形される際のダミー部材４１と中間コイル体１１との境界面でのダミー部材４１の挙動が、上述の２個取り方式によるプレス成形時におけるコイル連接体２１の中央部（２個の中間コイル体２３Ａ，２３Ｂの境界面）での上側の中間コイル体２３Ａの挙動と実質的に等価になるように、ダミー部材４１の弾性係数及び形状が決定される。

以上のように、本実施形態によれば、中間コイル体１１をプレス成形して略切頭錐形に成形する構成であるため、中間コイル体１１を形成する際の線材３には異形断面の線材を用いる必要がなく、製造コストを削減できる。

また、上型４７と中間コイル体１１との間にダミー部材４１を介在させた状態で、中間コイル体１１及びダミー部材４１を形成型４３により軸方向にプレスして、中間コイル体１１を略切頭四角錐形に成形する構成であるため、ダミー部材４１に、上述の２個取り方式における２個の中間コイル体２３Ａ，２３Ｂのうちの一方の中間コイル体２３Ａの役割を担わせることができ、これによって、コイル１を１個ずつプレス成形する場合であっても、安定して異形断面コイル１を製造できる。

また、上述のような２個取り方式ではないため、コイル連接体２１の中央部に張り出し部２９を形成することに起因する各種の課題を解消することができる。

また、ダミー部材４１がゴム状の弾性材料によって形成されているため、プレス成形時にダミー部材４１に与えられる圧力の大きさが弾性体の弾性域内であれば、ダミー部材４１を繰り返し使用することができ、コスト抑制の効果があるとともに、所望の弾性特性を有するダミー部材４１を容易に作製することができる。

また、ダミー部材４１の弾性係数及び形状が、上述の２個取り方式によるプレス成形時の２個の中間コイル体２３Ａ，２３Ｂのうちの上側の中間コイル体２３Ａの挙動に基づいて決定されるため、２個取り方式で得られるコイル１とほぼ同等な仕上がり形状を有する異形断面のコイル１を作製できる。

また、一定断面形状の線材３を使用して中間コイル体１１を作製するため、線材製造時における断面形状の制御が容易であり、また中間コイル体１１の作製時にも巻き付け力の制御等が容易であるため、異形断面のコイル１を容易に製造できる。

従って、本実施形態に係る製造方法により製造された異形断面のコイル１は、安価で精度よく加工されているという有利な特性を有している。

＜変形例＞
なお、上述の実施形態では、ダミー部材４１を繰り返し使用することとしたが、ダミー部材４１を１回のプレス形成にのみ使用して使い捨てにするようにしてもよい。この場合、ダミー部材４１に耐久性等を要求されないため、ダミー部材４１を作製する材料の選択の自由度を拡大することができる（例えば、非弾性材料を用いるなどの材料の選択幅が拡大したり、安価な材料を用いてダミー部材を作製することができる等）。例えば、使い捨ての場合、弾性シートをダミー部材４１として上型４７の上側キャビティ４１ａ内にセットする等の簡易な方法を採用することもできる。弾性シートを使用することにより材料使用量を抑制することができる。

＜適用例＞
次に、上述の実施形態及びその変形例に係る製造方法により製造された異形断面のコイル１の適用例について説明する。この適用例では、図４に示すように、コイル１がモータのステータ用コアに組み込まれており、複数のコイル１が、周方向に等間隔で離隔して配置された複数のコア７１に外挿されて配設されている。

本発明の一実施形態に係る異形断面コイルの製造方法の説明図である。 図１の製造方法に用いられるダミー部材の斜視図である。 図３（ａ）ないし図３（ｃ）は図１の製造方法に係るプレス時の成形型内の途中経過を段階的に示す説明図である。 異形断面コイルの適用例を示す図である。 本発明に係る異形断面コイルの製造方法が適用されるコイルの斜視図である。 中間コイル体の形成工程の説明図である。 提案例に係る異形断面コイルの製造方法の説明図である。 図８（ａ）ないし図８（ｃ）は図６及び図７の方法によるプレス時の成形型内の途中経過を段階的に示す説明図である。 他の提案例に係る異形断面コイルの製造方法による製造過程で作製される略樽形に形成されたコイル連接体の斜視図である。 コイル連接体の形成工程の説明図である。 コイル連接体がプレス成形される際の説明図である。 図１２（ａ）ないし図１２（ｃ）は図９の提案例に係るプレス時の成形型内の途中経過を段階的に示す説明図である。

符号の説明

１ コイル
３ 線材
９ 芯材
１１，２３Ａ，２３Ｂ 中間コイル体
２１ コイル連接体
４１ ダミー部材
４３ 成形型
４５ キャビティ
４７ 上型
４９ 下型

Claims (6)

1. 中間コイル体を形成し、
   対向配置されて略樽形のキャビティを形成する一対の型のうちの一方の型と中間コイル体との間にダミー部材を介在させた状態で、前記中間コイル体及び前記ダミー部材を前記一対の型により前記中間コイル体の軸方向にプレスして、前記中間コイル体を略切頭錐形に成形することにより、異形断面のコイルを製造することを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
2. 請求項１に記載の異形断面コイルの製造方法において、
   前記ダミー部材は弾性体によって形成されていることを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
3. 請求項２に記載の異形断面コイルの製造方法において、
   前記ダミー部材は複数回のプレス成形に繰り返し使用されることを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
4. 請求項１又は２に記載の異形断面コイルの製造方法において、
   前記ダミー部材は１回のプレス成形にのみ使用されることを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の異形断面コイルの製造方法において、
   前記中間コイル体を形成する工程にて、前記中間コイル体は一定断面形状の線材により形成されることを特徴とする異形断面コイルの製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の異形断面コイルの製造方法により製造されたことを特徴とする異形断面コイル。

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