JP6111135B2 - 捻り曲げ装置 - Google Patents

Description

本発明は、捻り曲げ装置、特に、回転電機を製造する際に導体の端部を捻り曲げる装置に関する。

従来から、ステータコアの周方向に並んで形成されたスリットから突出した導体（コイルセグメント）の端部を捻り曲げる装置が提案されている。例えば、特許文献１には、円筒状の治具（ガイド）を用いて導体端部を保持し、この治具を回転させて導体端部を捩り曲げる装置が記載されている。

特許文献１に記載の装置では、導体端部は治具の溝に挿入され、治具が周方向に回転すると、周方向の推力とそれに対する反力によって溝内に保持される。

特開昭６０−２４１７４８号公報

しかしながら、ステータコアのスリットから突出させた導体端部の位置は、予め定められた位置にあるとは限らず、必然的な誤差が生じる。そこで、導体端部を確実に溝（保持部）に挿入させるために、溝の大きさを大きくすることが考えられる。しかし、この場合、導体と溝内壁面と隙間が大きくなり、導体端部の形状が予め定めたものとならないという課題が生じる。

本発明は、以上の点に鑑み、導体端部が保持部に確実に挿入されると共に導体端部の形状が予め定めたものとすることが可能な捻り曲げ装置を提供することを目的とする。

本発明は、回転電機のステータコアのスロットから突出した導体の端部を捻り曲げる装置であって、前記導体の端部が挿入され保持する保持部が周方向に並んで設けられ、軸方向及び周方向に移動可能である円筒状の保持治具と、前記保持治具を前記ステータコアに対して相対的に周方向及び軸方向に移動させる駆動手段とを備え、前記保持部は、入り口部分、奥部、及び前記入り口部分と前記奥部との間に位置する中間部からなり、前記入り口部分において、前記駆動手段によって前記保持治具を前記ステータコアに対して周方向に移動させる移動方向側の前記保持部の内壁形状と、前記移動方向側とは反対側の前記保持部の内壁形状とが相違し、前記奥部の断面は前記中間部の断面と比較して前記保持部の進行方向における幅が大きいことを特徴とする。

本発明によれば、移動方向側の保持部の内壁形状と、移動方向側とは反対側の保持部の内壁形状とが相違する。これにより、保持部の内壁形状を、移動方向側と、移動方向側とは反対側とで、それぞれの適性に適した形状とすることができる。

駆動手段によって保持治具をステータコアに対して周方向に移動させたとき、保持部の移動方向側と反対側の内壁は推力を受け、保持部の移動方向側の内壁は反力を受ける。そこで、例えば、保持部の移動方向側と反対側の内壁は、導体端部の捻り曲げ形状が高精度で得られるように、導体端部の捻り曲げ後の形状に倣った形状とすればよい。一方、保持部の移動方向側の内壁は、反力を受ける部分を有すると共に、導体端部の保持部への挿入を容易とする形状を有するようにすればよい。

そして、具体的には、本発明において、前記移動方向側の前記保持部の入り口部にテーパが設けられ、前記移動方向側と反対側の前記保持部の入り口部は軸方向に平行な面を有していてもよい。

本発明の捻り曲げ装置を用いて製造される回転電機のステータの一例を示す斜視図。 コイルセグメントを示す斜視図。 （ａ）はコイルセグメントの突出部分を、（ｂ）はその１相分をそれぞれ示す斜視図。 コイルセグメントを周方向に整列させた状態を示す斜視図。 本実施形態に係る捻り曲げ装置を示す模式断面図。 保持部を示す拡大断面図。 貫通孔の形状を示す拡大図。 貫通孔のプロファイルの作図を説明する図。

まず、図１から図３を参照して、本発明の捻り曲げ装置を用いて製造される回転電機の構造の一例について説明する。

電動機や発電機などの回転電機は、円筒状に形成されたステータ１、及び、ステータ１の内側に回転自在に配置されたロータ（図示省略）から構成される。

ステータ１は、ステータコア２と、コイル３とから構成される。ステータコア２は、円筒形状であり、回転軸方向に貫通する複数のスロット２ａが周方向に間隔を存して複数設けられている。各スロット２ａは、ステータコア２の径方向断面形状がステータコア２の中心側から径方向に向かって放射状に延びるように形成されており、ステータコア２に形成されたスリット２ｂを介してステータコア２の内周面に連通している。尚、スリット２ｂは設けなくてもよい。

コイル３は、図２に示すコイルセグメント４をスロット２ａに一方から挿入し、スロット２ａの他方から突出した突出部分を周方向に捩り曲げて接合することにより構成される。コイルセグメント４は、複数本、実施形態では４本の断面長方形状の導線（平角線）を幅の広い方の面が対向するように１列に整列させて１つの束にしてＵ字状に形成したものであり、一対の脚部４ａ，４ａと、両脚部４ａ，４ａの一方端（図では上端）を連結する頭部４ｂとからなる。

尚、コイルセグメント４は、複数の平角線を幅方向に整列させた束であればよく、例えば、複数の平角線を幅の狭い方の面が対向するように１列に整列させたものであってもよい。

頭部４ｂの中央には、平角線の整列方向にＳ字状に湾曲するＳ字状部４ｃが形成されている。又、頭部４ｂは、その中央（Ｓ字状部４ｃの中央）から両脚部４ａ，４ａに向かって下方に傾斜している。コイルセグメント４の脚部４ａは、対応するスロット２ａに一方から挿入されている。スロット２ａの他方からは、コイルセグメント４の脚部４ａが突出している。

このスロット２ａの他方から突出した脚部４ａの突出部分４ｄは、図３（ａ）に示すようにステータ１の周方向に捩り曲げられ、対応する突出部分４ｄの先端部４ｅ同士がＴＩＧ溶接などで接合されている。尚、本実施形態のコイル３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相コイルであり、各スロット２ａに挿入されるコイルセグメント４の脚部４ａは、周方向に、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相の順に並ぶ。図３（ｂ）では、３つの相のうちの１相のコイル（例えば、Ｕ相コイル）のみを示している。

次に、コイルセグメント４の製造方法について説明する。

まず、複数、実施形態では４本の平角線を幅の広い方の面が互いに対向するように１列に並べて、１束の平角線束を作る。次に、平角線束の中央部をＳ字状に折り曲げて、Ｓ字状部４ｃを形成する。次に、ステータコア２の周方向に沿うように平角線束を曲げる必要がある。これは、スロット２ａは周方向に間隔を存して配置されているためである。

次に、平角線束を、その中央（Ｓ字状部４ｃの中央）から下方に向かって傾斜するように湾曲させる。次に、平角線束の両端部を下方に折り曲げて脚部４ａ，４ａを形成する。このようにして、図２に示すコイルセグメント４が成形される。

上述のようにして成形されたコイルセグメント４は、スロット２ａ（図４参照）の位置に対応させて周方向に一部が重ね合わさるように整列され、脚部４ａがステータコア２のスロット２ａに挿入される。脚部４ａはスロット２ａの下方に予め設定された長さだけ突出するように設計されている。

スロット２ａの下方から突出した脚部４ａの直線状の突出部分４ｄは、本発明の実施形態に係る捩り曲げ装置１０によって周方向に捩り曲げられる。捩り曲げられた突出部分４ｄの直線状の先端部４ｅは、隣接する先端部４ｅとＴＩＧ溶接などで接合される。このようにして、径方向に８層（８本）のコイルセグメント４が積層配置されたステータ１が完成する。ここでは、径方向外側から内側に向かって、１層、２層、・・・、８層の順に並んでいる。

以下、図５から図８を参照して、本発明の捻り曲げ装置１０について説明する。

捻り曲げ装置１０は、スロット２ａから突出したコイルセグメント４の突出部分（以下、コイルエンドという）４ｄを捩り曲げる装置である。尚、コイルエンド４ｄの長さ、即ち、捻り曲げ前の直線状の突出部分４ｄの長さは、径方向の外側に行くに従って長くなっている。

捻り曲げ装置１０は、支持体１１、２個の回転体１２，１３、回転駆動手段１４、各層のコイルエンド４ｄに対応する保持治具１５−１〜１５−４，１６−１〜１６−４（以下、合わせて、単に「保持治具１５，１６」ともいう）、２本の連結棒１７，１８、固定棒１９、及びステータコア保持体２１を備えている
支持体１１は、その上端部が、天井などに固定されている。

２個の回転体１２，１３は、支持体１１に対して、それぞれ回転可能に構成されている。ここでは、それぞれベアリングを介して、支持体１１に対して内側回転体１２を回転自在に、この内側回転体１２に対して外側回転体１３を回転自在に設けている。

回転駆動手段１４は、内側回転体１２と外側回転体１３を互いに反対向きの周方向に回転させる。ここでは、回転駆動手段１４は、内側回転体１２を時計周りに、外側回転体１３を反時計周りに回転させる。回転駆動手段１４は、電動モータであり、ギア列を介して、内側回転体１２及び外側回転体１３を回転させる。

保持治具１５，１６は、複数の奇数層、ここでは１層、３層、５層、７層のコイルエンド４ｄにそれぞれ対応する４個の奇数層用保持治具１５−１〜１５−４と、複数の偶数層、ここでは２層、４層、６層、８層のコイルエンド４ｄにそれぞれ対応する４個の偶数層用保持治具１６−１〜１６−４とから構成されている。各保持治具１５，１６は、それぞれ段差を有する円筒形状であり、層順に同心状に配置されている。

奇数層用連結棒１７は、外側回転体１３に固定され、４個の奇数層用保持治具１５−１〜１５−４を連結している。具体的には、奇数層用保持治具１５−１〜１５−４の上部を延長した先端部に外側回転体１３の軸方向を長手方向とする長円形状の貫通孔が形成されており、これら全ての貫通孔を１本の奇数層用連結棒１７が挿通している。これにより、外側回転体１３の回転に伴い、４個の奇数層用保持治具１５−１〜１５−４は軸方向にそれぞれ独立して移動自在に、且つ同時に同じ角度だけ回転する。

奇数層用保持治具１５−１〜１５−４の貫通孔が形成された先端部は、隣接する偶数層用保持治具１６−１〜１６−４の先端より上方に位置しており、奇数層用連結棒１７は偶数層用保持治具１６−１〜１６−４と干渉しない。

偶数層用連結棒１８は、内側回転体１２に固定され、４個の偶数層用保持治具１６−１〜１６−４を連結している。偶数層用連結棒１８は、奇数層用連結棒１７と同様に、偶数層用保持治具１６−１〜１６−４のそれぞれの上端部に形成された長円形状の貫通孔を挿通している。これにより、内側回転体１２の回転に伴い、４個の偶数層用保持治具１６−１〜１６−４は上下方向にそれぞれ独立して移動自在に、且つ同時に同じ角度だけ回転する。

偶数層用保持治具１６−１〜１６−４の貫通孔が形成された先端部は、隣接する奇数層用保持治具１５−１〜１５−４の先端より上方に位置しており、偶数層用連結棒１８は奇数層用保持治具１５−１〜１５−４と干渉しない。尚、保持治具１５，１６には、長円状の貫通孔の代わりに、軸方向を長手方向として上端部が開放された長円状の切り欠きを形成してもよい。

各保持治具１５，１６は、図６に示すように、その下端面に、コイルエンド４ｄの先端部４ｅが挿入されて保持される保持部１５ａ，１６ａが形成されている。保持部１５ａ，１６ａは、スロット２ａと同数、周方向に並んで、穿設されている。

尚、保持治具１５，１６の下端面は、コイルエンド４ｄの長さに合わせて、径方向の外側に位置する保持治具１５，１６ほど上に位置している。これにより、保持部１５ａ，１６ａに挿入されるコイルエンド４ｄの先端部４ｅの長さは一定となる。

各保持部１５ａ，１６ａは、コイルセグメント４の矩形状断面に合わせて、矩形状断面を有する。

ただし、保持治具１５，１６の進行方向側の保持部１５ａ，１６ａの入り口部分は、テーパ部３１を有している。これにより、保持部１５ａ，１６ａの入り口部分が拡大されコイルエンド４ｄの先端部４ｅが入り易くなっている。一方、保持治具１５，１６の進行方向側と反対側の保持部１５ａ，１６ａの入り口部分は、軸方向と平行、即ち垂直な面３２となっている。

そして、保持部１５ａ，１６ａの奥部は、断面が拡大している。これにより、保持部１５ａ，１６ａの中間部の奥端が反力の支持点となり、保持部１５ａ，１６ａに挿入されたコイルエンド４ｄが飛び出すことが防止される。

尚、テーパ部３１は、図６では直線状であるが、曲線状であってもよい。また、保持治具１５，１６の進行方向側の保持部１５ａ，１６ａの入り口部分に、垂直面が存在し、その奥方にテーパ部を設けてもよい。

さらに、各保持治具１５，１６には、その外周面に、それぞれ異なる図７に示すような形状の貫通孔１５ｂ，１６ｂが形成されている。貫通孔１５ｂ，１６ｂは、周方向に向かって漸次軸方向に向かって伸びている。そして、これら貫通孔１５ｂ，１６ｂを挿通する丸棒からなる固定棒１９が支持体１１に固定されている。

各保持治具１５，１６に形成される貫通孔１５ｂ，１６ｂのプロファイルは、当該保持治具１５，１６によって捻り曲げられるコイルエンド４ｄの形状に応じて定められる。

具体的には、例えば、図８に示すように、捻り曲げの経過に沿って、捻り曲げ前（直線状）、捻り曲げ途中、捻り曲げ後のそれぞれのコイルエンド４ｄを作図して、コイルエンド４ｄの先端部４ｅの移動軌跡Ｌを求める。そして、このようにして求めた移動軌跡Ｌを中心に固定棒１９が移動する外形を作図して、貫通孔１５ｂ，１６ｂの外形を定めればよい。

作図は、捻り曲げ後の各層のコイルエンド４ｄの先端部４ｅの先端面が面一になるように設定することが好ましい。このように設定すれば、回転電機の磁束密度などの性能が向上する。

各保持治具１５，１６は、それぞれ、回転体１２，１３が回転すると、固定棒１９に対して貫通孔１５ｂ，１６ｂの内面が摺動することにより、それぞれの貫通孔１５ｂ，１６ｂのプロファイルに倣った分だけ下降する。

最内側の保持治具１５−１は、その内周面が、支持体１１の外周面で径方向内方への移動が規制されている。このように、支持体１１の外周面は、保持治具１５，１６の内側をガイドするガイド部として機能する。

また、最外側の保持治具１６−４は、その外周面が、支持体１１及び固定棒１９に固定された円環状のガイド体２２の内周面で径方向外方への移動が規制されている。このように、ガイド体２２は、保持治具１５，１６の外側をガイドするガイド部として機能する。

ステータコア保持体２１は、スロット２ａにコイルセグメント４の脚部４ａが挿入されたステータコア２を保持する。そして、ステータコア保持体２１は、図示しない昇降手段によって、支持体１１に対して上下動可能に構成されている。

以下、本発明の捻り曲げ装置１０を用いてコイルエンド４ｄを捻り曲げる方法について説明する。

まず、スロット２ａにコイルセグメント４の脚部４ａが挿入されたステータコア２を、ステータコア保持体２１に保持する。

次に、前記昇降手段によってステータコア保持体２１を上昇させ、各セグメントコイルの先端部４ｅを、それぞれ保持治具１５，１６の保持部１５ａ，１６ａに挿入する。これにより、各セグメントコイルの先端部４ｅが保持部１５ａ，１６ａに保持される。保持部１５ａ，１６ａに挿入される先端部４ｅの長さは、層の違いに拘らず一定である。

次に、回転駆動手段１４によって、内側回転体１２と外側回転体１３を互いに反対向きの周方向に同時に回転させる。ここでは、内側回転体１２を反時計周りに、外側回転体１３を時計周りに回転させる。尚、内側回転体１２と外側回転体１３とを、順次回転させてもよい。

外側回転体１３の時計周りの回転に伴い、４個の奇数層用保持治具１５−１〜１５−４は時計周りに同じ角度だけ回転しながら、各貫通孔１５ｂのプロファイルに倣って、各保持治具１５−１〜１５−４は軸方向（下方向）に移動する。これにより、各保持治具１５−１〜１５−４の保持部１５ａに保持されたコイルエンド４ｄは、各貫通孔１５ｂのプロファイルに倣って、時計周りに曲げられながら下方に捻られる。

また、内側回転体１２の反時計周りの回転に伴い、４個の偶数層用保持治具１６−１〜１６−４は反時計周りに同じ角度だけ回転しながら、各貫通孔１６ｂのプロファイルに倣って、各保持治具１６−１〜１６−４は軸方向（下方向）に移動する。これにより、各保持治具１６−１〜１６−４の保持部１６ａに保持されたコイルエンド４ｄは、各貫通孔１６ｂのプロファイルに倣って、反時計周りに曲げられながら下方に捻られる。

このように、各保持治具１５，１６の外周面にそれぞれ異なる形状の貫通孔１５ｂ，１６ｂが形成され、これら貫通孔１５ｂ，１６ｂに固定棒１９が挿通されている。これにより、回転駆動手段１４で回転体１２，１３を回転させたとき、各保持治具１５，１６は周方向に回転すると共に、それぞれの貫通孔１５ｂ，１６ｂのプロファイルに倣って下方にも移動する。

よって、回転駆動手段１４で回転体１２，１３を介して保持治具１５，１６を回転させることによって、各層に適切な軸方向の距離だけ各保持治具１５，１６をそれぞれ移動させることができる。

保持治具１５，１６が回転するとき、図６を参照して、進行方向側の保持部１５ａ，１６ａの内壁面３３は反力を受ける。この反力は、コイルセグメント４の支点Ａから離間するほど支点Ａに作用するモーメントが大きくなるので、入り口部にテーパ部３１を有していても、反力の減少には然程影響しない。

一方、進行方向側と反対側の保持部１５ａ，１６ａの入り口部は垂直面３２となっているので、コイルエンド４ｄの先端部４ｅの根元部を捻り曲げの起点することができる。また、保持部１５ａ，１６ａの中間部は、その断面が先端部４ｅの断面と略同一であり、且つ、ある程度の長さを有しているので、保持部１５ａ，１６ａ内で先端部４ｅは斜行しないので、先端部４ｅを直線形状とすることができる。

１…ステータ、 ２…ステータコア、 ２ａ…スロット、 ２ｂ…スリット、 ３…コイル、 ４…コイルセグメント、 ４ａ…脚部、 ４ｂ…頭部、 ４ｄ…突出部分、コイルエンド、 ４ｅ…先端部、 １０…捻り曲げ装置、 １１…支持体、 １２…回転体、内側回転体、 １３…回転体、外側回転体、 １４…回転駆動手段（駆動手段）、 １５，１５−１〜１５−４…保持治具、奇数層用保持治具、 １６，１６−１〜１６−４…保持治具、偶数層用保持治具、 １５ａ，１６ａ…保持部、 １５ｂ，１６ｂ…貫通孔、 １７…連結棒、奇数層用連結棒、 １８…連結棒、偶数層用連結棒、 １９…固定棒、 ２１…ステータコア保持体、 ２２…ガイド体、 ３１…テーパ部、 ３２…垂直面、 ３３…内壁面。

Claims (2)

1. 回転電機のステータコアのスロットから突出した導体の端部を捻り曲げる装置であって、
   前記導体の端部が挿入され保持する保持部が周方向に並んで設けられ、軸方向及び周方向に移動可能である円筒状の保持治具と、
   前記保持治具を前記ステータコアに対して相対的に周方向及び軸方向に移動させる駆動手段とを備え、
   前記保持部は、入り口部分、奥部、及び前記入り口部分と前記奥部との間に位置する中間部からなり、
   前記入り口部分において、前記駆動手段によって前記保持治具を前記ステータコアに対して周方向に移動させる移動方向側の前記保持部の内壁形状と、前記移動方向側とは反対側の前記保持部の内壁形状とが相違し、
   前記奥部の断面は前記中間部の断面と比較して前記保持部の進行方向における幅が大きいことを特徴とする捻り曲げ装置。
2. 前記移動方向側の前記保持部の入り口部にテーパが設けられ、前記移動方向側と反対側の前記保持部の入り口部は軸方向に平行な面を有していることを特徴とする請求項１に記載の捻り曲げ装置。