JP2021087316A - ステータ製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントコイルの溶接不良を抑制するステータ製造装置を提供する。【解決手段】ステータ製造装置１０は、ステータの周方向から互いに隣接するコイル端部を挟み込んで位置規制する第１電極１００および第２電極２００を有している。第１電極１００および第２電極２００は、位置規制部１１０、２１０および架設部１２０、２２０をそれぞれ有している。位置規制部１１０、２１０は、互いに隣接するコイル端部を挟み込んだ状態において、互いに対向して当接する当接面１１１、２１１とコイル端部を位置規制する位置規制面１１２、２１２とを有し、ステータの軸方向においてコイル端面から離間した位置で径方向に沿って延伸する。架設部１２０、２２０は、ステータの内周側と外周側とに亘り、位置規制部１１０、２１０におけるコイル端部から離間した位置からコイル端面に向かって立設される。【選択図】図１

Description

本発明はステータ製造装置に関する。

モータにおいて、セグメントコイルと称される分割巻線を複数用いたＳＣ巻線（SC=Segment Conductor）ステータの開発が進んでいる。ＳＣ巻線ステータは、ステータコアに複数のセグメントコイルを挿入して当該セグメントコイルのコイルエンドを捻り、ステータコアの径方向で隣接するコイルエンド同士を溶接する。ＳＣ巻線ステータは複数のセグメントコイルをそれぞれ精度良く接合することが求められる。そのため、セグメントコイルを接合するための様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１に記載されている接合方法は、セグメント群を電気導体対ごとに溶接する第１接合工程と、第１接合工程の後に、行う第２工程とを含む。第２工程は、第１工程により接合したセグメント群の径方向中央に位置するセグメントに対して径方向中央側の反対側で交差する第２電気導体としてのセグメントを含む複数のセグメントからなり当該セグメントの端部が径方向に並ぶセグメント群を電気導体対ごとに溶接する。

特開２０１８−０９８８９５号公報

しかしながら、ＳＣ巻線ステータのセグメントコイルを溶接する工程において、上述の技術では溶接されるセグメントコイルの形状やクランプ状態がばらついた場合に、溶接不良が発生する虞がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、セグメントコイルの溶接不良を抑制するステータ製造装置を提供するものである。

本発明に係るステータ製造装置は、ステータのスロット部に挿入された複数の異なるセグメントコイルのうちステータの径方向に沿って互いに隣接するコイル端部を溶接するものである。ステータ製造装置は、ステータの周方向から互いに隣接するコイル端部を挟み込んで位置規制する第１電極および第２電極を有している。第１電極および第２電極は、位置規制部および架設部をそれぞれ有している。位置規制部は、互いに隣接するコイル端部を挟み込んだ状態において、互いに対向して当接する当接面とコイル端部を位置規制する位置規制面とを有し、ステータの軸方向においてコイル端面から離間した位置で径方向に沿って延伸する。架設部は、互いに隣接するコイル端部を挟み込んだ状態において、ステータの内周側と外周側とに亘り、位置規制部におけるコイル端部から離間した位置からコイル端面に向かって立設される。

このような構成により、架設部は、溶接時に不活性ガスをコイル端部に滞留させやすくする。

本発明により、セグメントコイルの溶接不良を抑制するステータ製造装置を提供することができる。

実施の形態にかかるステータ製造装置の概観斜視図である。 第１電極の概観斜視図である。 ステータ製造装置を利用してステータを製造する工程を示す第１の図である。 ステータ製造装置を利用してステータを製造する工程を示す第２の図である。 ステータ製造装置の周方向断面図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

図１は、実施の形態にかかるステータ製造装置の概観斜視図である。図１に示すステータ製造装置１０は、中心軸のロータが回転可能に構成されたモータのステータを製造するためのステータ製造装置である。ステータ製造装置１０が製造するステータは、スロット部に複数のセグメントコイルが挿入される所謂ＳＣ巻線ステータ（SC=Segment Conductor）である。

ステータ製造装置１０は、挿入された複数の異なるセグメントコイルのうちステータの径方向に沿って互いに隣接するコイル端部を溶接する際に用いられる。ステータ製造装置は、第１電極１００および第２電極２００を有している。なお、図１に示す第１電極１００および第２電極２００は、セグメントコイルのコイル端部を溶接する場合と同様に、互いに当接した状態である。

なお、図１には、構成要素の位置関係を説明するために、ステータの中心軸を基準とした３軸直交座標系が示されている。図１に示す３軸直交座標系のうち、軸方向は、ステータの中心軸に沿って延びる方向である。径方向は、ステータの中心軸に直交する面において、かかる中心軸から放射状に延びる方向である。また周方向は、ステータの中心軸に直交する面において、かかる中心軸と交差する点を中心とした任意の円に接する方向である。また、図２以降においても、３軸直交座標系が示されている場合には、図１のそれぞれの軸に対応するものとする。

第１電極１００および第２電極２００は、径方向に延びる略角柱状の金属部材である。第１電極１００および第２電極２００は、互いに隣接するセグメントコイルのコイル端部を周方向から挟み込んで位置規制する。また第１電極１００および第２電極２００は、かかるコイル端部を挟み込んだ状態において接触しているセグメントコイルと通電可能な状態となる。なお、本実施の形態において、第１電極１００および第２電極２００がコイル端部を挟み込むことを、クランプする、とも称する。

第１電極１００は、主な構成として位置規制部１１０、架設部１２０および肉抜き部１３０を有している。また第２電極２００は、主な構成として位置規制部２１０、架設部２２０および肉抜き部２３０を有している。

位置規制部１１０および位置規制部２１０は、互いに隣接するコイル端部を挟み込んでコイル端部を位置規制する。架設部１２０および架設部２２０は、内周側と外周側とに亘り、位置規制部１１０および位置規制部２１０からそれぞれ立設される。

肉抜き部１３０および肉抜き部２３０は、第１電極１００および第２電極２００がコイル端部を挟み込んだ状態において、互いに当接する側の反対側に設けられた凹部である。肉抜き部１３０および肉抜き部２３０は、第１電極１００および第２電極２００がコイル端部を挟み込んだ状態において、位置規制するコイル端部の周方向に隣接するコイル端部と所定の隙間が確保されるように、設けられている。

図２を参照して各部の詳細をさらに説明する。図２は、第１電極１００の概観斜視図である。図２に示す第１電極１００は、図１に示すステータ製造装置１０から第２電極２００を消去した状態である。また図１に示すステータ製造装置１０は、一例として位置規制するコイル端部９１を１組分のみ示している。コイル端部９１は、２つの異なるセグメントコイルのそれぞれの一端部が隣接した状態である。

位置規制部１１０は、当接面１１１と位置規制面１１２を有しており、径方向に沿って延伸している。当接面１１１は、ステータ製造装置１０がコイル端部９１を挟み込んだ状態において、第２電極２００の対応する当接面と互いに対向して当接する。

位置規制面１１２は、ステータ製造装置１０がコイル端部９１を挟み込んだ状態において、コイル端部９１の側面に接触し、コイル端部９１をガタツキなく位置規制する。位置規制面１１２は、当接面から周方向においてオフセットした位置で径方向に沿って延びる面と、径方向に沿って延びる面から当接面に向かって突出する部分とを有している。位置規制面１１２は、これらの構成により形成される面によりコイル端部９１の側面を囲むようにして位置規制する。当接面に向かって突出する部分は、径方向に配列された別のコイル端部９１との隙間を確保するための隔壁ということもできる。図２に示す第１電極１００は、上述の構成によりコイル端部９１の側面を位置規制する部分が４カ所設けられている。

図２において、位置規制部１１０は、コイル端部９１の端面であるコイル端面９１Ａから下方向に離間した位置に軸方向上面１１０Ａを有している。すなわち、ステータ製造装置１０は、コイル端部９１を溶接する際に、位置規制部１１０からコイル端面９１Ａが突出するように構成されている。

架設部１２０は、コイル端部９１を挟み込んだ状態において、コイル端部９１の側面から離間して、内周側と外周側とに亘り、位置規制部１１０の軸方向上面１１０Ａからコイル端面９１Ａに向かって（図２における上方に向かって）立設されている。

以上、第１電極１００の詳細について説明した。なお第２電極２００と第１電極１００とはそれぞれの当接面を基準として対称形状と呈している。そのため、第２電極２００の詳細な説明は、上述の第１電極１００における説明と同様のものとなる。したがって、ここでの説明は省略する。

次に、ステータ製造装置１０を使用して実行する工程について説明する。図３は、ステータ製造装置を利用してステータを製造する工程を示す第１の図である。図３は、複数のセグメントコイルがスロットの下側から挿入されたステータ９０の一部分を斜め上方から観察した状態である。図３に示したステータ９０は、上側に複数のコイル端部９１が示されている。複数のコイル端部９１は、ステータ９０の中心軸から放射状にすなわち径方向に、４組ずつ環状に配置されている。

このような状況において、ステータ製造装置１０のユーザはまず、溶接の対称となるコイル端部９１を選択する。次に、ユーザは、ステータ製造装置１０を対称となるコイル端部９１に下降させるとともに、溶接の対称となる４組のコイル端部９１を同時に挟み込む。図３は、ステータ製造装置１０が４組のコイル端部９１を挟み込んだ状態である。

このとき、第１電極１００および第２電極２００は、互いの当接面１１１および当接面２１１が当接している。そして位置規制部１１０および位置規制部２１０は、４組のコイル端部９１それぞれを位置規制している。またこのとき、コイル端部９１のコイル端面９１Ａは、位置規制部１１０および位置規制部２１０よりも上方に位置している。なおこのとき、溶接の対称となるコイル端部９１の両隣のコイル端部９１は、肉抜き部１３０および肉抜き部２３０が設けられているために、ステータ製造装置１０とは接触していない。

また、架設部１２０および架設部２２０は、第１電極１００および第２電極２００のそれぞれの内周側から外周側に亘り、延伸している。このような構造により、第１電極１００および第２電極２００は、剛性が向上する。そのため、ステータ製造装置１０は、コイル端部９１のばらつきを抑制し、より確実にコイル端部９１をクランプすることができる。

次に、ステータ製造装置１０が溶接の対称となるコイル端部９１を挟み込んだ状態において、溶接装置３００がコイル端部９１の上方から下降を始める。図３には、ステータ９０の上方に溶接装置３００の一部である溶接トーチが示されている。溶接装置３００はＴＩＧ溶接（TIG=Tungsten Inert Gas）またはアーク溶接と称される溶接を行う装置である。溶接装置３００は、コイル端部９１に接近し、接近したコイル端部９１に高温のアークを発生させることにより２つのコイル端部９１同士を溶融して接合する。図３は、溶接装置３００が４組のコイル端部９１のうち、最も外周側に位置するコイル端部９１に向かって下降している状況を示している。

続いて図４を参照して、ステータ製造装置１０を使用して実行する工程についてさらに説明する。図４は、ステータ製造装置を利用してステータを製造する工程を示す第２の図である。図４は、溶接装置３００の溶接トーチの下降が完了した状態を示している。図４に示した状態において、溶接装置３００は、対称となる１組のコイル端部９１にアークを発生させてこれらを溶接する。

溶接装置３００は、１組のコイル端部９１の溶接が終わると、順次、径方向に移動して、他のコイル端部９１を溶接する。このようにして径方向に配置された４組のコイル端部９１の溶接が終わると、溶接装置３００およびステータ製造装置１０は、上昇し、別のコイル端部９１に対して上述の行程を繰り返す。

次に図５を参照して、溶接時の各部の位置関係を説明する。図５は、任意のコイル端部９１を溶接しているステータ製造装置１０の周方向断面図である。図５は、図４に示す工程において溶接トーチの中心を通過する周方向断面を切り取って模式的に示したものである。図５は、図面の左右方向が周方向であり、図面の上下方向が軸方向である。また図示はしていないが、図５は、図面に対して垂直な方向が径方向である。

図５には、溶接の対称となる中央のコイル端部９１およびその両隣のコイル端部９１、中央のコイル端部９１を位置規制しているステータ製造装置１０および中央のコイル端部９１を溶接する溶接装置３００が示されている。

図５に示すように、溶接装置３００は、吐出口３１０および電極棒３２０を有している。吐出口３１０は、電極棒３２０の周りに設けられた開口部であり、溶接トーチの内部から不活性ガスを吐出する。不活性ガスはシールドガスとも称される。不活性ガスは空気中で活性化しにくい気体を含むものであり、例えばアルゴンガスである。電極棒３２０は、例えばタングステンを主成分とする棒である。電極棒３２０は、電流が流れることにより、高温のアークを発生する。溶接装置３００は、溶接の対称となるコイル端部９１に接近すると、電極棒３２０に電流を流すとともに、吐出口から不活性ガスを吐出する。電極棒３２０は不活性ガスに覆われた状態で高温のアークを発生させる。これにより、電極棒３２０に近接するコイル端面９１Ａが溶融する。

上述のように、溶接装置３００は、ステータ製造装置１０が位置規制したコイル端部９１を溶接する。このとき、図５に示すように、架設部１２０および架設部２２０は、位置規制部１１０および位置規制部２１０からコイル端面９１Ａの方向（図面の上方）に向かって立設されている。そのため、架設部１２０および架設部２２０は、電極棒３２０および溶接の対称となるコイル端部９１を囲むように構成されている。そのため、架設部１２０および架設部２２０は、不活性ガスがコイル端部９１から離れるのを抑制する。換言すると、架設部１２０および架設部２２０は、不活性ガスを溶接部分に滞留させ、溶接不良の原因となる空気がアークの領域に侵入するのを防いでいる。これにより、ステータ製造装置１０は、溶接の不具合となる玉ダレなどを低減させる。

なお、図に示すように、肉抜き部１３０および肉抜き部２３０は、架設部１２０および架設部２２０と、溶接の対称となるコイル端部９１の両隣のコイル端部９１とが離間するように設けられている。よって、ステータ製造装置１０は、架設部１２０および架設部２２０による剛性を確保しつつ、隣接するコイル端部９１との干渉を防いでいる。

また図に示すように、架設部１２０および架設部２２０は、位置規制部１１０および位置規制部２１０から上方に立設されるとともに、上端で互いに離れる方向に９０度に折れ曲がって延伸している。このように、ステータ製造装置１０の第１電極１００および第２電極２００は、周方向断面を観察した場合にクランク形状が径方向に延伸する構造となっている。このような構造により、ステータ製造装置１０は、コイル端部９１をクランプする際の剛性が向上している。

上述のように、架設部は、溶接時に不活性ガスをコイル端部９１に滞留させやすくする。これにより、溶接部分は空気の侵入が妨げられ、溶接不良が発生しにくくなる。以上のように、実施の形態によれば、セグメントコイルの溶接不良を抑制するステータ製造装置を提供することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ ステータ製造装置
９０ ステータ
９１ コイル端部
９１Ａ コイル端面
１００ 第１電極
１１０、２１０ 位置規制部
１１１、２１１ 当接面
１１２、２１２ 位置規制面
１２０、２２０ 架設部
１３０、２３０ 肉抜き部
２００ 第２電極
３００ 溶接装置
３１０ 吐出口
３２０ 電極棒

Claims (1)

1. ステータのスロット部に挿入された複数の異なるセグメントコイルのうち前記ステータの径方向に沿って互いに隣接するコイル端部を溶接するために、前記ステータの周方向から前記互いに隣接するコイル端部を挟み込んで位置規制する第１電極および第２電極を備えたステータ製造装置であって、
   前記第１電極および第２電極は、
   前記互いに隣接するコイル端部を挟み込んだ状態において、互いに対向して当接する当接面と前記コイル端部を位置規制する位置規制面とを有し、前記ステータの軸方向においてコイル端面から離間した位置で前記径方向に沿って延伸する、位置規制部と、
   前記互いに隣接するコイル端部を挟み込んだ状態において、前記ステータの内周側と外周側とに亘り前記位置規制部における前記コイル端部から離間した位置から前記コイル端面に向かって立設される、架設部と、
   をそれぞれ有している
   ステータ製造装置。

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