JP2019146432A

JP2019146432A - 捻り加工装置

Info

Publication number: JP2019146432A
Application number: JP2018030402A
Authority: JP
Inventors: 知幸澤田; Tomoyuki Sawada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-29

Abstract

【課題】ステータコアの複数のスロットから突出した複数のセグメントコイルの脚部に対して捻り加工を精度よく施すことができる捻り加工装置の提供。【解決手段】複数のスロットを含むステータコアと、互いに異なるスロットに差し込まれる一対の脚部を有する複数のセグメントコイルとを含むステータの製造に用いられる捻り加工装置は、中心軸の周りに同心円状に配列される複数の円環状の捻り治具であって、スロットから突出した対応する脚部の先端部を把持するように軸方向における一端に周方向に間隔をおいて形成された複数の把持部をそれぞれ含む複数の捻り治具と、複数の捻り治具を中心軸の周りに各々について予め定められた方向に回転させる回転駆動機構とを含み、複数の捻り治具の各々は、複数の把持部よりも軸方向における他端側で一端側から他端側に向かうにつれて先細に形成されている。【選択図】図５

Description

本開示は、ステータコアおよび複数のコイルを含むステータの製造に用いられる捻り加工装置に関する。

従来、ステータコアの複数のスロットに差し込まれて当該ステータコアの端面から突出する複数のセグメントコイルの脚部を捻るのに用いられる捻り加工冶具として、円環状に並ぶ複数の溝部を有する円筒状の外側筒状部と、円環状に並ぶ複数の溝部を有すると共に外側筒状部の内側に嵌め込まれる円筒状の内側筒状部とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この曲げ加工冶具を用いて複数のセグメントコイルの脚部を捻る際には、複数のスロットの第１層から突出する複数の脚部の先端部を外側筒状部の対応する溝部に嵌め込み、複数のスロットの第２層から突出する複数の脚部の先端部を内側筒状部の対応する溝部に嵌め込む。そして、外側筒状部と内側筒状部とをステータコアの軸心の周りに互いに逆方向に回転させる。これにより、第１層から突出する複数の脚部と、第２層から突出する複数の脚部とは、ステータコアの周方向に沿って互いに逆向きに倒されると共に、先端部がステータコアの軸方向に延在するように曲げられる。

特開２０１７−１０８５０９号公報

上記従来の捻り加工治具のように、外側筒状部と内側筒状部とを相対回転させる場合、両者間に摺動性を確保するためのクリアランスを設ける必要がある。しかしながら、外側筒状部と内側筒状部との間にクリアランスを設けると、捻り加工に際して外側筒状部と内側筒状部とを相対回転させた際に、各筒状部に作用する荷重により両者の軸心にズレを生じてしまい、捻り加工後の先端部等の位置精度が悪化することがある。

そこで、本開示は、ステータコアの複数のスロットから突出した複数のセグメントコイルの脚部に対して捻り加工を精度よく施すことができる捻り加工装置の提供を主目的とする。

本開示の捻り加工装置は、それぞれ径方向に延在すると共に周方向に間隔をおいて形成された複数のスロットを含むステータコアと、互いに異なる前記スロットに差し込まれる一対の脚部を有すると共に対応する前記脚部の先端部同士の電気的接合により複数のステータコイルを形成する複数のセグメントコイルとを含むステータの製造に用いられる捻り加工装置において、中心軸の周りに同心円状に配列される複数の円環状の捻り治具であって、前記スロットから突出した対応する前記脚部の前記先端部を把持するように軸方向における一端に周方向に間隔をおいて形成された複数の把持部をそれぞれ含む複数の捻り治具と、前記複数の捻り治具を前記中心軸の周りに各々について予め定められた方向に回転させる回転駆動機構とを含み、前記複数の捻り治具の各々が、前記複数の把持部よりも前記軸方向における他端側で前記一端側から前記他端側に向かうにつれて先細に形成されているものである。

本開示の捻り加工装置では、中心軸の周りに同心円状に配列される複数の捻り治具が、それぞれ複数の把持部よりも軸方向における他端側で一端側から他端側に向かうにつれて先細に形成されている。これにより、回転駆動機構により複数の捻り治具を中心軸の周りに回転させた際に、隣り合う捻り治具同士間の調心作用によって、捻り治具同士間のクリアランスや加工誤差、取り付け誤差等に起因して各捻り治具の軸心が中心軸からズレてしまうのを良好に抑制することができる。この結果、本開示の捻り加工装置によれば、ステータコアの複数のスロットから突出した複数のセグメントコイルの脚部に対して捻り加工を精度よく施すことが可能となる。更に、捻り治具間の摩擦を低減し、捻り加工の円滑化を図ると共に捻り治具の耐久性をより向上させることができる。

本開示の捻り加工装置を用いて製造される回転電機のステータを示す概略構成図である。図１のステータを示す平面図である。図１および図２のステータの要部を示す拡大図である。本開示の捻り加工装置を示す概略構成図である。本開示の捻り加工装置の要部を示す部分断面図である。本開示の捻り加工装置を底面側からみた模式図である。本開示の捻り加工装置の動作を説明するための模式図である。

次に、図面を参照しながら本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の捻り加工装置を用いて製造される回転電機のステータ１を示す概略構成図であり、図２は、ステータ１を示す平面図である。これらの図面に示すステータ１は、図示しないロータと共に、例えば電気自動車やハイブリッド車両の走行駆動源あるいは発電機として用いられる３相交流電動機を構成するものである。本実施形態のステータ１は、ステータコア２と、ステータコイル３ｕ（Ｕ相コイル）と、ステータコイル３ｖ（Ｖ相コイル）と、ステータコイル３ｗ（Ｗ相コイル）とを含む。

ステータコア２は、例えばプレス加工により円環状に形成された電磁鋼板２ｐ（図２参照）を複数積層することにより構成され、全体として円環状を呈する。ステータコア２は、環状の外周部から周方向に間隔をおいて径方向内側に突出する複数のティース部２ｔと、それぞれ互いに隣り合うティース部の間に形成された複数のスロット２ｓとを含む（何れも図２参照）。複数のスロット２ｓは、それぞれステータコア２の径方向に延在すると共に一定の間隔をおいて周方向に並ぶ。なお、ステータコア２は、例えば強磁性粉体を加圧成形すると共に焼結させることより一体に形成されてもよい。

各ステータコイル３ｕ，３ｖ，３ｗは、ステータコア２の複数のスロット２ｓに差し込まれる複数のセグメントコイル４を電気的に接合することにより形成される。セグメントコイル４は、例えばエナメル樹脂等からなる絶縁被膜が表面に成膜された平角線（導電体）を略Ｕ字状に曲げ加工することにより形成され、それぞれ絶縁被膜が除去された先端部４１を有する一対の脚部４０（何れも図１参照）を含む。複数のセグメントコイル４は、脚部４０の長辺側の側面が互いに当接するように重ね合わされた状態で複数のスロット２ｓの各々から同数かつ偶数個（例えば、６−１０個）の脚部４０が突出するようにステータコア２に組み付けられる。各セグメントコイル４の一対の脚部４０は、それぞれステータコア２の互いに異なるスロット２ｓに挿通され、各脚部４０のステータコア２の一端面（図１における上端面）から突出した部分には、本開示の捻り加工装置を用いた捻り加工が施される。

図３に示すように、捻り加工装置を用いた捻り加工により、ステータコア２の外周側から奇数番目（奇数層上）の脚部４０は捻り加工によりステータコア２の軸心周りに捻られながら周方向における一側に倒され、偶数番目（偶数層上）の脚部４０はステータコア２の軸心周りに捻られながら周方向における他側に倒される。更に、各脚部４０は、当該捻り加工により先端部４１がステータコア２の軸方向に延在するように曲げられる。そして、各先端部４１は、対応する他のセグメントコイル４の先端部４１に電気的に接合（溶接）される。これにより、複数のステータコイル３ｕ，３ｖ，３ｗがステータコア２に対して巻回され、各ステータコイル３ｕ，３ｖ，３ｗは、それぞれステータコア２の軸方向における端面から外側に突出する２つの環状のコイルエンド部３ａ，３ｂを有する。なお、ステータコア２の各スロット２ｓ内には、図示しないインシュレータ（絶縁紙）が配置される。

また、ステータコア２のスロット２ｓに挿通された多数のセグメントコイル４のうち、３本のセグメントコイル４ｕ，４ｖ，４ｗの一方の端部は、他のセグメントコイル４に接合されず、図１および図２に示すように、図示しない曲げ加工装置によりステータコア２の外周に向けて折り曲げられると共に、図１中上方に向けて折り曲げられる。以下、このようにステータコア２の外周側に引き出される３本のセグメントコイル４ｕ，４ｖ，４ｗの一方の脚部４０を、引出線Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗという。引出線Ｌｕは、Ｕ相のステータコイル３ｕに含まれるものであり、引出線Ｌｖは、Ｖ相のステータコイル３ｖに含まれるものであり、引出線Ｌｗは、Ｗ相のステータコイル３ｗに含まれるものである。

ステータコイル３ｕの引出線Ｌｕは、図２に示すように、Ｕ相の端子６ｕに電気的に接合された動力線５ｕの先端部に溶接により電気的に接合される。また、ステータコイル３ｖの引出線Ｌｖは、Ｖ相の端子６ｖに電気的に接合された動力線５ｖの先端部に溶接により電気的に接合される。更に、ステータコイル３ｗの引出線Ｌｗは、Ｗ相の端子６ｗに電気的に接合された動力線５ｗの先端部に溶接により電気的に接合される。また、動力線５ｕ，５ｖ，５ｗは、それぞれ樹脂製の保持部材７に固定される。端子６ｕ−６ｗは、回転電機のハウジングにステータ１が組み付けられた際に当該ハウジングに設置（固定）された図示しない端子台に固定され、図示しない電力線を介してインバータ（図示省略）に接続される。

そして、ステータコア２には、図１中上側のコイルエンド部３ａ側から図１中下側のコイルエンド部３ｂ側に向けて熱硬化性樹脂（本実施形態では、ワニス）が塗布される。熱硬化性樹脂が固化すると、当該熱硬化性樹脂により互いに隣り合うセグメントコイル４同士が固定されると共に、各セグメントコイル４や図示しないインシュレータがステータコア２に固定される。また、セグメントコイル４の先端部４１同士の接合部や引出線Ｌｕ−Ｌｗと動力線５ｕ−５ｗとの接合部といった導電体の露出部には、絶縁用の粉体が塗布される。ただし、導体の露出部に絶縁用の粉体を塗布する代わりに、ステータ１に対して、コイルエンド部３ａを覆う環状の樹脂モールド部が形成されてもよい。

図４は、本開示の捻り加工装置１０を示す概略構成図であり、図５は、捻り加工装置１０の要部を示す部分断面図である。これらの図面に示すように、捻り加工装置１０は、中心軸ＣＡの周りに同心円状に配列される複数（本実施形態では、例えば８個）の円環状の捻り治具１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８と、複数の捻り治具１１−１８を中心軸ＣＡの周りに各々について予め定められた方向に回転させる回転駆動機構２０とを含む。

各捻り冶具１１−１８は、軸方向における一端側（図中上側）に形成された円筒部Ｃｙと、当該円筒部Ｃｙから他端側（図中下側）に延出された円錐状筒部Ｃｎとをそれぞれ含む。円筒部Ｃｙには、それぞれセグメントコイル４の先端部４１の長辺幅よりも僅かに長い幅を有すると共に当該一端側で開口した複数の切欠部Ｎが周方向に間隔をおいて形成されている。これにより、各捻り治具１１−１８の一端すなわち円筒部Ｃｙには、ステータコア２のスロット２ｓから突出した対応する脚部４０の先端部４１を把持する複数の把持部Ｇが周方向に間隔をおいて形成される。

各捻り冶具１１−１８の円錐状筒部Ｃｎは、複数の把持部Ｇよりも軸方向における他端側で一端側から他端側に向かうにつれて先細に形成され、頂角が同一の円錐面上の内周面および外周面をそれぞれ含む。捻り冶具１１−１８の内周面および外周面は、最外周側の捻り治具１１から最内周側の捻り治具１８まで徐々に縮径化され、複数の捻り冶具１１−１８は、それぞれの円筒部Ｃｙ同士と円錐状筒部Ｃｎ同士とが僅かなクリアランスを介して重なり合うように中心軸ＣＡの周りに同軸かつ同心円状に配列される。

回転駆動機構２０は、把持部Ｇが上側に位置するように複数の捻り治具１１−１８を支持するものであり、図４および図６に示すように、複数（本実施形態では、３個）の第１駆動部材２１と、複数（本実施形態では、３個）の第２駆動部材２２とを含む。複数の第１駆動部材２１は、複数の捻り冶具１１−１８のうち、外周側から奇数番目の捻り治具１１，１３，１５および１７とそれぞれ一体回転可能に連結され、図示しない回転ユニットにより中心軸ＣＡの周りの予め定められた一方向に一体に回転させられる。また、複数の第２駆動部材２２は、複数の捻り冶具１１−１８のうち、外周側から偶数番目の捻り治具１２，１４，１６および１８と一体回転可能に連結され、当該回転ユニットにより中心軸ＣＡの周りの予め定められた他方向（奇数番目の捻り治具１１等とは逆方向）に一体に回転させられる。複数の第１および第２駆動部材２１，２１は、平面視した際に交互かつ等間隔に並ぶと共に、回転ユニットにより回転させられる際に互いに干渉しないように配置される。

上述のような捻り加工装置１０を用いてステータコア２の一端面から突出した複数の脚部４０に捻り加工を施す際には、複数のセグメントコイル４が組み付けられたステータコア２を複数のスロット２ｓから突出した複数の脚部４０が下方を向くように捻り加工装置１０の上方に軸方向に移動自在に支持する。更に、複数の脚部４０の先端部４１を捻り治具１１−１８の対応する切欠部Ｎに嵌め込み、各先端部４１を捻り治具１１−１８の対応する把持部Ｇにより把持する。そして、図７に示すように、ステータコア２を捻り治具１１−１８に向けて下降（接近）させながら、回転駆動機構２０の回転ユニットにより複数の第１駆動部材２１を中心軸ＣＡの周りの一方向に一体に回転させると共に複数の第２駆動部材２２を中心軸ＣＡの周りの他方向に一体に回転させる。

これにより、ステータコア２の下降に伴って、奇数番目の捻り治具１１，１３，１５および１７が中心軸ＣＡの周りの一方向に回転すると共に、外周側から偶数番目の捻り治具１２，１４，１６および１８が中心軸ＣＡの周りに奇数番目の捻り治具１１等とは逆方向に回転する。この結果、ステータコア２の外周側から奇数番目（奇数層上）の脚部４０は、ステータコア２の軸心周りに捻られながら周方向における一側に倒され、偶数番目（偶数層上）の脚部４０は、ステータコア２の軸心周りに捻られながら周方向における他側に倒され、かつ各脚部４０は、先端部４１がステータコア２の軸方向に延在するように曲げられる。

そして、捻り加工装置１０では、中心軸ＣＡの周りに同心円状に配列される複数の捻り治具１１−１８がそれぞれ複数の把持部Ｇよりも軸方向における他端側で一端側から他端側に向かうにつれて先細に形成されている。これにより、回転駆動機構２０により複数の捻り治具１１−１８を中心軸ＣＡの周りに回転させた際に、隣り合う捻り治具同士１１−１８間の調心作用、すなわち円錐状筒部Ｃｎの内周面およびそれに隣り合う円錐状筒部Ｃｎの外周面との摺接による調心作用によって、捻り治具１１−１８同士間のクリアランスや加工誤差、取り付け誤差等に起因して各捻り治具１１−１８の軸心が中心軸ＣＡからズレてしまうのを良好に抑制することができる。この結果、捻り加工装置１０によれば、ステータコア２の複数のスロット２ｓから突出した複数のセグメントコイル４の脚部４０に対して捻り加工を精度よく施すことが可能となる。更に、捻り治具１１−１８間の摩擦を低減し、捻り加工の円滑化を図ると共に捻り治具１１−１８の耐久性をより向上させることができる。

なお、捻り加工装置１０は、複数の捻り治具１１−１８を各々について予め定められた方向に同時に回転させるように構成されるが、これに限られるものではない。すなわち、捻り加工装置１０（回転駆動機構２０）は、複数の捻り治具１１−１８を例えば外周側から順番に２つずつステータコア２に対して軸方向に接近させながら中心軸ＣＡの周りに互いに逆方向に回転させるように構成されてもよい。この場合には、捻り加工に先立って、ステータコア２の端面からの脚部４０の各層における突出長さを調整しておくとよい。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、回転電機の製造分野において利用可能である。

１ステータ、２ステータコア，２ｐ電磁鋼板、２ｓスロット、２ｔティース部、３ｕ，３ｖ，３ｗステータコイル、３ａ，３ｂコイルエンド部、４，４ｕ，４ｖ，４ｗセグメントコイル、４０脚部、４１先端部、５ｕ，５ｖ，５ｗ動力線、６ｕ，６ｖ，６ｗ端子、７保持部材、１０捻り加工装置、１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８捻り治具、２０回転駆動機構、２１第１駆動部材、２２第２駆動部材、Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ引出線。

Claims

それぞれ径方向に延在すると共に周方向に間隔をおいて形成された複数のスロットを含むステータコアと、互いに異なる前記スロットに差し込まれる一対の脚部を有すると共に対応する前記脚部の先端部同士の電気的接合により複数のステータコイルを形成する複数のセグメントコイルとを含むステータの製造に用いられる捻り加工装置において、
中心軸の周りに同心円状に配列される複数の円環状の捻り治具であって、前記スロットから突出した対応する前記脚部の前記先端部を把持するように軸方向における一端に周方向に間隔をおいて形成された複数の把持部をそれぞれ含む複数の捻り治具と、
前記複数の捻り治具を前記中心軸の周りに各々について予め定められた方向に回転させる回転駆動機構とを備え、
前記複数の捻り治具の各々は、前記複数の把持部よりも前記軸方向における他端側で前記一端側から前記他端側に向かうにつれて先細に形成されている捻り加工装置。