JP2008178168A

JP2008178168A - 回転電機のロータコイル曲げ装置及びコイル成形方法

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Publication number: JP2008178168A
Application number: JP2007007244A
Authority: JP
Inventors: Yoshiteru Noshita; 義輝野下; Kei Toba; 慶鳥羽
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2008-07-31

Abstract

【課題】ロータコイルの製作工程内で厚み合せ作業又はロー付け等の接続作業を少なくすると共に、ロータコイルを構成する部品点数を削減し、巻き治具の交換を不要にする。
【解決手段】回転電機の磁極鉄心に巻装されるロータコイルを曲げ成形する回転電機のロータコイル曲げ装置において、予め決められたコイル成形寸法の平角導体を送り出す銅帯送り機構２５と、この銅帯送り機構２５より送り出される平角銅帯２が挿入され、この平角銅帯をコイル成形寸法で曲げ成形する成形ヘッド２３と、この成形ヘッド２３により成形されたコイル１を搭載し、且つ平角銅帯の成形方向に同期してＸ方向又はＹ方向に移動するＸＹテーブル３９と、成形ヘッド２３にて平角銅帯をエッジワイズ方向に曲げ成形する際、平角銅帯の曲げ方向に同期してＸＹテーブル２３を回動する回転テーブル４６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機、特に水車発電機等の突極磁極鉄心に巻装される矩形断面を有するロータコイルを曲げ成形する回転電機のロータコイル曲げ装置及びコイル成形方法に関する。

従来、水車発電機等の突極形回転子に使用される矩形断面を有するロータコイルの代表的な製作方法としては、ベンダー曲げ方法と接続方法の２通りが知られている。

ベンダー曲げ方法は、図８に示すように曲げ治具３の曲げ部にエッジワイズ方向に平角銅帯２を位置決めして、上部案内板３ａ、下部案内板３ｂで銅帯２を挟み込んで曲げ治具３の曲げ部中心で旋回できるベンダー５により銅帯２の外周部を押付けながら直線部銅帯から幅銅帯、幅銅帯から直線部銅帯という具合に順次直角に曲げ成形を行い、矩形断面のロータコイル１を製作するものである。

一方、接続方法は、図７に示すように直線部銅帯２ａと幅銅帯２ｂとで構成されているコイル部品をロー付け等で接続してワンターン分のロータコイル１´として順次接続して行くことで、矩形断面のロータコイル１を製作するものである。

ロータコイルを曲げ成形する方法において、前者のベンダー曲げ方法は、曲げ成形した部位の銅帯厚さは外側曲げ部が引張りにより薄くなり、内側曲げ部は圧縮により厚くなる現象が起きる。さらに、ロータコイルの種類毎に曲げ治具を用意する必要がある。

また、曲げ成形した部位が変形することにより、例えば図６に示すように磁極鉄心４に何層も巻装して組立てるロータコイル１においては内側曲げ部の銅帯厚さが厚くなると、組立に支障が生じるために後工程で行う厚み合せ作業等の作業工数が極めて多大になると共に品質上の問題が生じる。

一方、後者の接続方法においては、直線部銅帯２ａ、幅銅帯２ｂ等コイルを構成する部品点数が多くなり、且つ部品間をロー付け等により接続するために部品費用及び作業工数が増加する問題がある。

本発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、磁極鉄心に巻装されるロータコイルの製作工程内で厚み合せ作業又はロー付け等の接続作業を少なくすると共に、ロータコイルを構成する部品点数を削減でき、しかも巻き治具の交換を必要としない回転電機のロータコイル曲げ装置及びコイル成形方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、回転電機の磁極鉄心に巻装されるロータコイルを、前記磁極鉄心の寸法に合せて矩形断面形状を有する帯状の平角導体をエッジワイズ方向に曲げ成形して長円形又は長方形のフィールドコイルとして製作する回転電機のロータコイル曲げ装置において、予め決められたコイル成形寸法の平角導体を送り出す導体送り装置と、この導体送り装置より送り出される平角導体が挿入され、この平角導体をコイル成形寸法で曲げ成形する成形ヘッドと、この成形ヘッドにより成形されたコイルを搭載し、且つ平角導体の成形方向に同期してＸ方向又はＹ方向に移動するＸＹテーブルと、前記成形ヘッドにて平角導体をエッジワイズ方向に曲げ成形する際、平角導体の曲げ方向に同期して前記ＸＹテーブルを回動する回転テーブルとを備える。

また、本発明は予め決められたコイル成形寸法の帯状の平角導体を送り出す導体送り装置と、この導体送り装置より送り出される平角導体が挿入され、この平角導体をコイル成形寸法で曲げ成形する成形ヘッドと、この成形ヘッドにより成形されたコイルを搭載し、且つ平角導体の成形方向に同期してＸ方向及びＹ方向に移動するＸＹテーブルと、前記成形ヘッドにて平角導体をエッジワイズ方向に曲げ成形する際に平角導体の曲げ方向に同期して前記ＸＹテーブルを回動する回転テーブルとを備えたロータコイル曲げ装置により回転電機の磁極鉄心に巻装されるロータコイルを成形するコイル成形方法において、前記導体送り装置により予め決められたコイル成形寸法の平角導体を前記成形ヘッドに挿入すると同時に平角導体が前記ＸＹテーブルの上面に落下するように前記ＸＹテーブルを移動する第1の工程と、この第1の工程で前記成形ヘッドに挿入された平角導体を９０度曲げ成形し、この曲げ成形の速度と同期して前記回転テーブルの回動により前記ＸＹテーブルを９０度回動する第２の工程と、この第２の工程で前記ＸＹテーブルを回動した後、前記導体送り装置より平角導体をさらに前記成形ヘッド内に挿入し、前記ＸＹテーブルを平角導体の送り速度と同期して前記回転テーブルにより回動して前記第２の工程の状態に移動する第３の工程とからなり、前記第１の工程から第３の工程までの前記成形ヘッドによる平角導体の曲げ成形と前記導体送り装置による平角導体の送り動作を所定回数繰返して、必要な積層数を持つ回転電機のロータコイルを成形する。

本発明によれば、磁極鉄心に巻装されるロータコイルの製作工程内でコイルの曲げ成形寸法精度を向上させて厚み合せ作業を廃止できると共に、ロータコイルを構成する部品点数を減らし、かつロー付け等の非能率的な接続作業の削減が可能で、低コストで生産性の高い回転電機のロータコイル曲げ装置とコイル成形方法が提供することができる。また、ロータコイルの種類毎に製作していた治具の廃止が可能となる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明による回転電機のロータコイル曲げ装置の実施形態の全体構成を示す側面図であり、図２は図１を縮小して示す平面図である。

図１及び図２において、２０はスライドフレームで、このスライドフレーム２０の上面部に把持機構スライドレール２１ａがＸ軸方向（図示左右方向）に配設され、この把持機構スライドレール２１ａに支持アーム２２を把持させてスライド移動可能に設けられている。

上記支持アーム２２の先端部には詳細を後述する成形ヘッド２３が水平に取付けられ、また支持アーム２２の後端部には把持機構送りネジ２１ｂの一端部が螺挿され、この把持機構送りネジ２１ｂの他端部に把持機構スライドレール２１ａの後部に取付けられた位置決めサーボモータ２１ｃに連結されている。

したがって、この位置決めサーボモータ２１ｃの駆動により把持機構送りネジ２１ｂが回転することで、支持アーム２２は図１のＸ矢印方向にスライド移動することになる。

また、２４は成形ヘッド２３に対応させて支持アーム２２と直交する方向（Ｙ軸方向）に配設された銅帯送り機構用フレームで、この銅帯送り機構用フレーム２４上には銅帯送り機構２５が送り用サーボモータ２６により図２のＹ矢印方向に移動可能に設けられている。この銅帯送り機構２５は、成形ヘッド２３の銅帯挿入部側に銅帯２の把持と送込みを行う銅帯送り用油圧クランプ２７と図示しない素線ドラム側に銅帯を把持又は開放するクランプ２８とを備え、予め決められたコイル成形寸法に応じた長さの平角銅帯２を成形ヘッドに送り込むものである。

ここで、上記成形ヘッド２３について図３及び図４を参照して詳細に述べる。

図３及び図４において、２９は開口面を下向きにして支持アーム２２に取付けられたケースで、このケース２９の上面に油圧シリンダー３０が取付けられている。この油圧シリンダー３０は、油圧により上下方向に駆動される可動軸３０ａを有し、この可動軸３０ａをケース２９の開口面側に取付けられた固定部材３１を貫通させてある。

この固定部材３１の下面に油圧シリンダー３０の可動軸３０ａを挿通させて固定型３２ａが取付けられると共に、油圧シリンダー３０の可動軸３０ａの先端部にこの固定型３２ａと対面させて可動型３２ｂが取付けられ、これら固定型３２ａ及び可動型３２ｂにより平角銅帯２の成形型３２を構成している。

この成形型３２の固定型３２ａと可動型３２ｂとの接触面間に銅帯２を挿入して曲げ成形を行うための溝３３が形成されている。この溝３３に対応する部位に旋回アーム３４が油圧シリンダー３０の可動軸３０ａを中心に回動可能に取付けられている。

この旋回アーム３４は、先端部分が溝３３に平角銅帯２を挟み込める形状にしてあり、その溝３３側に対応する面をテーパ面としてクランプ３５により平角銅帯２を溝３３の中に圧入できるようにしてある。

この旋回アーム３４は、ケース２９の側方に配置された油圧シリンダー３６により図示矢印方向に移動するラック３７に第１のピニオン３８ａを噛合させて直線運動を回転運動に変換し、この第１のピニオン３８ａに噛合させた第２のピニオン３８ｂの回転により、油圧シリンダー３０の可動軸３０ａを中心に旋回するようにしてある。

一方、図１及び図２において、３９はＸＹテーブルで、このＸＹテーブル３９は、Ｘ軸スライドレール４０に沿ってＸ軸方向に移動可能に配置された支持フレーム４１の両端面に回転自在に支持され且つ一方の端部にＸ軸サーボモータ４２が連結されたＸ軸送りネジ４３と、このＸ軸送りネジ４３と遊合し且つ支持フレーム４１の両端面に支持された１対の受け調整機構４４と、この受け調整機構４４に手動によりＸ軸方向に移動可能に支持された高さ調整可能なロータコイル受け４５とを備えている。

また、４６は成形ヘッド２３の下方となる位置に設置され、図示しないサーボモータにより回転駆動される回転テーブルで、この回転テーブル４６の上面にＸＹテーブル３９のＸ軸スライドレール４０に直交する方向にＹ軸スライドレール４７と一方の端部にＹ軸サーボモータ４８が連結されたＹ軸送りネジ４９とがそれぞれ配設され、このＹ軸送りネジ４９の回転によりＹ軸スライドレール４７に沿ってＹ軸方向に移動する受け板５０上にＸＹテーブル３９が片持ち支持されている。

次にこのように構成された回転電機のロータコイル曲げ装置の作用について述べる。

まず、本発明のロータコイル曲げ装置の基本的な動作を図５により説明する。

図５において、第１の工程は平角銅帯２を受け入れるための装置準備状態を示している。この状態から第２の工程では、図２に示す銅帯送り機構２５により図示しない素材ロールから平角銅帯２を引き出し、成形ヘッド２３に挿入する。このとき、平角銅帯２がＸＹテーブル３９の上面に落下するようにＸＹテーブル３９を平角銅帯２の真下に移動する。

第３の工程では、成形ヘッド２３にて平角銅帯２が９０度曲げ成形され、この曲げ成形の速度と同期して回転テーブル４６の回動によりＸＹテーブル３９を９０度回動する。

第４の工程では、銅帯送り機構２５より平角銅帯２がさらに成形ヘッド２３内に挿入され、ＸＹテーブル３９は平角銅帯２の送り速度と同期して回転テーブル４６により回動し、第２の工程の状態に移動する。

そして、第２の工程から第４の工程までの成形ヘッド２３による平角銅帯２の曲げ成形と銅帯送り機構２５による平角銅帯２の送り動作を所定回数繰返すことで、必要な積層数を持つ回転電機のロータコイルを製作できる。

次に上記各工程における各部の動作を図１乃至図４により説明する。

ＸＹテーブル３９において、受け調整機構４４によりロータコイル受け４５を手動により移動して回転電機の容量に応じた大きさのロータコイルが搭載できるような位置に調整する。

次に回転テーブル４６の回転中心軸と成形ヘッド２３の油圧シリンダー３０の可動軸３ａとが同一線上になるように支持アーム２２をＸ軸方向に移動して成形ヘッド２３と回転テーブル４６のセンター位置合せを行う。この場合、位置決めサーボモータ２１ｃにより把持機構送りネジ２１ｂを回転させることで、支持アーム２２を把持機構スライドレール２１ａに沿ってＸ方向に移動させ、銅帯送り機構２５より成形ヘッド２３の成形型３２の溝３３内に挿入される平角銅帯２の位置関係を微調整する。

このような状態で、送り用サーボモータ２６により銅帯送り機構２５が動作し、図示しない素線ドラムより平角銅帯２が引き出され、成形ヘッド２３の成形型３２に設けられた溝３３内に挿入される。この場合、成形型３２の溝３３内に送込まれる平角銅帯２の長さは銅帯送り用油圧クランプ２７と素線ドラム側のクランプ２８の把持又は釈放動作を適宜設定することで決定される。

次いで、平角銅帯２が所定長さ分成形型３２の溝３３内に挿入した後、図３に示すように油圧シリンダー３０の動作で可動軸３０ａを介して成形型３２の可動型３２ｂを固定型３２ａ側に引寄せて溝３３を圧縮することにより、平角導体２の位置が固定される。

この状態を保持しながら図４に示すように油圧シリンダー３６が動作すると、ラック３７が図示矢印方向に直線移動し、第１のピニオン３８が図示反時計方向に移動する。この第１のピニオン３８が回動すると第２のピニオン３９が図示時計方向に回動し、旋回アーム３４が油圧シリンダー３０の可動軸３０ａを中心に図示矢印方向に回動する。

この場合、旋回アーム３４の先端部分により平角銅帯２を挟み込んで、溝３３側に対応するテーパ面に沿ってクランプ３５により平角銅帯２が溝３３の中に圧入され、結果として平角銅帯２の９０度の曲げ成形が完了する。

平角銅帯２の曲げ成形が完了した後、油圧シリンダー３０の動作油圧をさらに上昇させて成形型３２の可動型３２ｂを固定型３２ａに圧接することで、曲げ成形に伴って平角導体２の曲げ内径側の変形が修正される。

以上の平角銅帯２の曲げ成形動作は、ワンターン分のロータコイルの直線部銅帯から幅銅帯への曲げ成形であるが、かかる動作は順次連続して行われるものである。

また、上記では成形ヘッド２９による平角銅帯２の曲げ成形動作についてのみ述べたが、この平角銅帯２の送り速度に同期してＸＹテーブル３９はＸ軸方向又はＹ軸方向に移動し、且つ平角銅帯２の曲げ成形速度に同期して回転テーブル４６が回動する。すなわち、ＸＹテーブル３９は、平角銅帯２の直線部をロータコイル受け４５に受けるとき、Ｘ軸サーボモータ４２によりＸ軸送りネジ４３を回転させることで、回転テーブル４６に対してＸ軸方向に直線的に移動し、また平角銅帯２の幅部をロータコイル受け４５に受けるとき、Ｙ軸サーボモータ４８によりＹ軸送りネジ４９が回転することで、Ｘ軸に対して直角方向、つまりＹ軸方向に移動する。そして、平角銅帯２の曲げ成形時には回転テーブル４６を回動する。

このように本発明では、水車発電機等の磁極鉄心の寸法に合せて銅帯送り機構２５により平角銅帯２を成形ヘッド２３の成形型３２に送り、この送り動作と同期してＸＹテーブル３９を曲げ成形後のロータコイルがテーブル上から落下しないように平行移動させ、銅帯送り機構２５の動作が完了すると成形ヘッド２３内部に有する円形状の成形型３２の溝３３に沿って平角銅帯２を圧入して曲げ成形し、この平角銅帯２の曲げ成形と同時にＸＹテーブル３９を円形状の成形型３２の中心を回転中心として回転テーブル４６により回動させ、ロータコイルの落下を防止するようにしている。そして、平角銅帯２の曲げ成形が完了すると、油圧シリンダー３０により成形型３２の可動型３２ｂを固定型３２ａに圧接することで、曲げ成形に伴って平角銅帯２の曲げ変形を修正している。

したがって、これまで平角銅帯２を曲げ成形を行う際は、平角銅帯２を曲げ治具に押し当てて成形を行っていたが、本発明では成形型３２が固定型３２ａと可動型３２ｂの２分割として成形型３２の内部で曲げ成形を行うため、曲げ治具を必要としない。

この一連の動作を繰返すことで何層にも積層したロータコイルを製作することが可能となる。

なお、上記実施形態ではロータコイルとして平角銅帯２を使用したが、導電性のよいものであれば他の金属からなる平角導体によりロータコイルを製作するようにしてもよい。

本発明による回転電機のロータコイル曲げ装置の実施形態を示す側面図。同実施形態を示す平面図。同実施形態における成形ヘッドの詳細を示す縦方向断面図。同実施形態における成形ヘッドの詳細を示す水平方向断面図。本発明による回転電機のロータコイル曲げ装置を使用したコイル成形方法を説明するための工程図。磁極鉄心とロータコイルを模式的に示す斜視図。従来の接続方式によるロータコイルの製作方法の説明図。従来のベンダー方式によるロータコイルの製作方法の説明図。

符号の説明

１…ロータコイル、２…平角銅帯、２１…スライドフレーム、２１ａ…把持機構スライドレール、２１ｂ…把持機構送りネジ、２１ｃ…位置決めサーボモータ、２２…支持アーム、２３…成形ヘッド、２４…銅帯送り機構用フレーム、２５…銅帯送り機構、２６…送り用サーボモータ、２７…銅帯送り用油圧クランプ、２８…クランプ、２９…ケース、３０…油圧シリンダー、３０ａ…可動軸、３１…固定部材、３２…成形型、３２ａ…固定型、３２ｂ…可動型、３３…溝、３４…旋回アーム、３５…クランプ、３６…油圧シリンダー、３７…ラック、３８…第１のピニオン、３８ｂ…第２のピニオン、３９…ＸＹテーブル、４０…Ｘ軸スライドレール、４１…支持フレーム、４２…Ｘ軸サーボモータ、４３…Ｘ軸送りネジ、４４…受け調整機構、４５…ロータコイル受け、４６…回転テーブル、４７…Ｙ軸スライドレール、４８…Ｙ軸サーボモータ、５０…受け板

Claims

回転電機の磁極鉄心に巻装されるロータコイルを、前記磁極鉄心の寸法に合せて矩形断面形状を有する帯状の平角導体をエッジワイズ方向に曲げ成形して長円形又は長方形のフィールドコイルとして製作する回転電機のロータコイル曲げ装置において、
予め決められたコイル成形寸法の平角導体を送り出す導体送り装置と、
この導体送り装置より送り出される平角導体が挿入され、この平角導体を前記コイル成形寸法で曲げ成形する成形ヘッドと、
この成形ヘッドにより成形されたコイルを搭載し、且つ平角導体の成形方向に同期してＸ方向又はＹ方向に移動するＸＹテーブルと、
前記成形ヘッドにて平角導体をエッジワイズ方向に曲げ成形する際、平角導体の曲げ方向に同期して前記ＸＹテーブルを回動する回転テーブルと
を備えたことを特徴とする回転電機のロータコイル曲げ装置。
請求項１記載の回転電機のロータコイル曲げ装置において、
前記ＸＹテーブルは、前記成形ヘッドにて成形が完了したコイルを上部に連続して搭載するために、平角導体の送り動作中は前記導体送り装置の送り動作に同期して平行移動することを特徴とする回転電機のロータコイル曲げ装置。
請求項１記載の回転電機のロータコイル曲げ装置において、
前記成形ヘッドは、前記ＸＹテーブルにより1コーナ毎に回転中心位置に移動する際に平角導体を引き込んでコイル曲げ成形長さに位置決めされることを特徴とする回転電機のロータコイル曲げ装置。
請求項１記載の回転電機のロータコイル曲げ装置において、
前記成形ヘッドは、一対の円板を面接触させた成形型を備え、前記円板の接触面間に平角導体を挟み込んで曲げ成形を行うための溝が形成されていることを特徴とする回転電機のロータコイル曲げ装置。
請求項５記載の回転電機のロータコイル曲げ装置において、
油圧を駆動源とするシリンダーにより駆動されるラック及びピニオン機構を用いて前記成形型の溝に挟み込んだ平角導体を前記溝に沿って圧入して設計寸法に曲げ成形することを特徴とする回転電機のロータコイル曲げ装置。
請求項４又は請求項５記載の回転電機のロータコイル曲げ装置において、
前記成形型に形成された溝に挿入されて曲げ成形された平角導体の変形に対して、油圧シリンダーを用いて一対の円板の接触面に圧力を加えて整形することを特徴とする回転電機のロータコイル曲げ装置。
予め決められたコイル成形寸法の帯状の平角導体を送り出す導体送り装置と、この導体送り装置より送り出される平角導体が挿入され、この平角導体をコイル成形寸法で曲げ成形する成形ヘッドと、この成形ヘッドにより成形されたコイルを搭載し、且つ平角導体の成形方向に同期してＸ方向及びＹ方向に移動するＸＹテーブルと、前記成形ヘッドにて平角導体をエッジワイズ方向に曲げ成形する際に平角導体の曲げ方向に同期して前記ＸＹテーブルを回動する回転テーブルとを備えたロータコイル曲げ装置により回転電機の磁極鉄心に巻装されるロータコイルを成形するコイル成形方法において、
前記導体送り装置により予め決められたコイル成形寸法の平角導体を前記成形ヘッドに挿入すると同時に平角導体が前記ＸＹテーブルの上面に落下するように前記ＸＹテーブルを移動する第1の工程と、
この第1の工程で前記成形ヘッドに挿入された平角導体を９０度曲げ成形し、この曲げ成形の速度と同期して前記回転テーブルの回動により前記ＸＹテーブルを９０度回動する第２の工程と、
この第２の工程で前記ＸＹテーブルを回動した後、前記導体送り装置より平角導体をさらに前記成形ヘッド内に挿入し、前記ＸＹテーブルを平角導体の送り速度と同期して前記回転テーブルにより回動して前記第２の工程の状態に移動する第３の工程とからなり、
前記第１の工程から第３の工程までの前記成形ヘッドによる平角導体の曲げ成形と前記導体送り装置による平角導体の送り動作を所定回数繰返して、必要な積層数を持つ回転電機のロータコイルを成形することを特徴とする回転電機のロータコイル曲げ装置によるコイル成形方法。