JP2021145404A - ステータの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントコイルの端部の半径方向間隔を広げる拡張工程のコストを低減する。【解決手段】ステータの製造方法（拡張工程）は、ステータコア１０の複数のスロット１１に差し込まれた複数のセグメントコイル２０のうち、各スロット１１から軸方向一方に突出した突出領域２３を内径側から支持する工程と、ステータコア１０と同軸に配された円筒状の拡張ブレード３１〜３３を、全スロット１１の複数のセグメントコイル２０の突出領域２３の半径方向間に軸方向一方から挿入する工程と、複数のセグメントコイル２０の突出領域２３を外径側から押圧する工程とを備える。【選択図】図７

Description

本発明は、回転電機のステータの製造方法及び製造装置に関する。

回転電機のステータとして、多数のＵ字形状のセグメントコイルを用いたものが公知である（例えば、特許文献１参照）。この種のステータは、ステータコアに設けられたスロットにセグメントコイルを挿入する挿入工程と、各スロットから突出したセグメントコイルの半径方向間隔を広げる拡張工程と、セグメントコイルのうち、ステータコアの各スロットから突出した部分を円周方向に捻る捻り工程と、円周方向一方に捻られたセグメントコイルの端部と円周方向他方に捻られたセグメントコイルの端部とを溶接する溶接工程とを経て製造される。

上記の拡張工程は、例えば、各スロットから突出した複数のセグメントコイルの間に、楔状の拡張ブレードを軸方向から差し込むことで行われる（下記の特許文献２参照）。

特開２０１６−１３１４５３号公報 特開２０１４−１０７８７７号公報

上記特許文献２では、各スロットのセグメントコイルの間に順に拡張ブレードを差し込んでいるため、拡張工程の工数が多くなり、生産性が低下して製造コストが高くなる。例えば、複数の拡張ブレードを設け、これらを複数のスロットのセグメントコイルの間に同時に差し込めば、工数が削減される。しかし、この場合、各拡張ブレードが、各スロットのセグメントコイルの間に差し込まれるように、各拡張ブレードの位置を精度よく設定する必要があるため、拡張ブレードの配置に時間がかかり、その結果製造コストが高くなる。

そこで、本発明は、セグメントコイルの端部の半径方向間隔を広げる拡張工程のコストを低減することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、ステータコアの複数のスロットに差し込まれた複数のセグメントコイルのうち、各スロットから軸方向一方に突出した突出領域を内径側から支持する工程と、前記ステータコアと同軸に配された筒状の拡張ブレードを、全スロットの前記複数のセグメントコイルの突出領域の半径方向間に軸方向一方から挿入する工程と、前記複数のセグメントコイルの突出領域を外径側から押圧する工程とを有するステータの製造方法を提供する。

上記のように、全スロットのセグメントコイルの突出領域の半径方向間に、筒状の拡張ブレードを挿入することにより、拡張工程の工数が削減される。また、筒状の拡張ブレードをステータコアと同軸に配すればよいため、複数の拡張ブレードを設ける場合と比べて、拡張ブレードの配置が容易化される。

上記の製造方法は、ステータコアの複数のスロットに差し込まれた複数のセグメントコイルのうち、各スロットから軸方向一方に突出した突出領域を内径側から支持する内側支持手段と、前記ステータコアと同軸に配され、全スロットの前記複数のセグメントコイルの突出領域の半径方向間に軸方向一方から挿入される円筒状の拡張ブレードと、前記複数のセグメントコイルの突出領域を外径側から押圧する外側押圧手段とを備えたステータの製造装置により実現することができる。

上記の製造装置の外側押圧手段は、前記ステータコアの外周に配されたローラと、前記ローラを、前記セグメントコイルの突出領域に外径側から押し付けながら、前記ステータコアの軸心周りに相対的に公転させる駆動機構とを有することが好ましい。この場合、駆動機構により、ローラを、セグメントコイルの突出領域に外径側から押し付けながら公転させることで、各スロットのセグメントコイルの突出領域を順に内径側に変形させることができる。

以上のように、本発明によれば、セグメントコイルの拡張工程の工数が削減されると共に、拡張ブレードの配置が容易化されるため、ステータの生産性が向上して製造コストを低減することができる。

ステータコアのスロットにセグメントコイルを挿入した状態を軸方向から見た平面図である。 図１のステータコア及びセグメントコイルを外周側から見た正面図である。 拡張装置の断面図であり、拡張工程開始前の状態を示す。 図３の拡張装置の平面図である。 上記拡張装置の断面図であり、セグメントコイルの間に拡張ブレードを差し込んだ状態を示す。 上記拡張装置の断面図であり、ローラでセグメントコイルを外周から押圧する様子を示す。 図６の拡張装置の平面図である。 拡張工程が施されたステータコア及びセグメントコイルの断面図である。 捻り工程が施されたセグメントコイルを外周側から見た正面図である。 他の実施形態に係る拡張装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態では、回転電機（モータ）のステータを、（１）コイル挿入工程、（２）拡張工程、（３）捻り工程、（４）溶接工程を経て製造する方法を説明する。尚、本明細書において、軸方向、円周方向、及び半径方向は、ステータコア１０の軸方向、円周方向、及び半径方向を意味する。

（１）コイル挿入工程
コイル挿入工程では、図１及び図２に示すように、環状のステータコア１０に設けられた複数のスロット１１に多数のセグメントコイル２０を挿入する。各セグメントコイル２０は、導体からなる導線２０ａと、その表面を被覆する絶縁被膜２０ｂとからなる平角線を屈曲させてなる。本実施形態のセグメントコイル２０は、一対の直線状の脚部２１を連結部で連結した略コの字形状を成している（図示省略）。セグメントコイル２０の端部には、絶縁被膜２０ｂで被覆されておらず、導線２０ａが露出した導体露出部２２が設けられる。尚、セグメントコイル２０は、断面矩形の平角線に限らず、他の断面形状（例えば円形等）の線で形成してもよい。

各セグメントコイル２０の一対の脚部２１はそれぞれ異なるスロット１１に挿入される。各スロット１１には、セグメントコイル２０の脚部２１が半径方向に並べて挿入される。図示例では、各スロット１１に脚部２１が８本ずつ挿入される。各スロット１１に挿入されたセグメントコイル２０が、それぞれ、Ｕ相第１コイルＵ１、Ｕ相第２コイルＵ２、Ｖ相第１コイルＶ１、Ｖ相第２コイルＶ２、Ｗ相第１コイルＷ１、及びＷ相第２コイルＷ２の一部を構成する（図１参照）。各セグメントコイル２０の脚部２１の端部（導体露出部２２）を含む領域は、ステータコア１０のスロット１１から軸方向一方（図２の上方）に突出している。以下、各セグメントコイル２０の脚部２１のうち、スロット１１から上方に突出した領域を「突出領域２３」という。

（２）拡張工程
拡張工程は、図３及び図４に示すステータ製造装置としての拡張装置を用いて行う。拡張装置は、ステータコア１０を支持する支持部（図示省略）と、ステータコア１０の軸方向一方（本実施形態では上方）に配された拡張ブレード３１〜３３と、セグメントコイル２０の突出領域２３の内周に配された内側支持手段３４と、セグメントコイル２０の突出領域２３を外径側から押圧する外側押圧手段３５とを備える。

各セグメントコイル２０の端面の半径方向一方の端部には面取り部２４が形成され、端面の半径方向他方の端部には面取り部が形成されていない。図３に示す例では、各スロット１１において、内径側から奇数番目のセグメントコイル２０の端面の内径端に面取り部２４が形成され、内径側から偶数番目のセグメントコイル２０の端面の外径端に面取り部２４が形成される。すなわち、各スロット１１において隣接する４組のセグメントコイル２０の突出領域２３の対を「セグメント対Ｐ１〜Ｐ４」としたとき、各セグメント対Ｐ１〜Ｐ４の端面の半径方向両端に面取り部２４が設けられる。

内側支持手段３４は、円筒状の外周面を有する。内側支持手段３４の外径は、ステータコア１０の内径と略同径とされる。尚、内側支持手段３４は、これに限らず、例えば断面多角形状（角筒状）の外周面を有するものであってもよい。具体的には、内側支持手段３４の断面形状を、スロット１１と同数の正多角形（例えば正２４角形）としてもよい。また、内側支持手段３４の外径をステータコア１０の内径よりも小さくし、後述する拡張工程においてセグメント対を内径側に拡張させて内側支持手段３４に接触させることで、セグメント対を内側から支持するようにしてもよい。

拡張ブレード３１〜３３は、径の異なる筒状を成している。本実施形態では、図４に示すように、拡張ブレード３１〜３３が径の異なる円筒状を成し、何れもステータコア１０と同軸に配されている。各拡張ブレード３１〜３３の先端（下端）は、少なくともセグメントコイル２０と接触する円周方向領域において、下方に向けて半径方向の肉厚が徐々に薄くなる先細り形状を成している（図３参照）。図示例では、各拡張ブレード３１〜３３の先端が、全周において先細り形状を成している。また、図示例では、拡張ブレード３１〜３３の先端を、径が大きいほど上方に配している。拡張ブレード３１〜３３は、図示しない駆動手段により一体に昇降駆動される。尚、拡張ブレード３１〜３３の形状は上記に限らず、例えば断面多角形の筒状（角筒状）であってもよい。具体的には、拡張ブレード３１〜３３の断面形状を、スロット１１と同数の正多角形（例えば正２４角形）としてもよい。

外側押圧手段３５は、セグメントコイル２０の突出領域２３の外周に配された第１ローラ３５ａ及び第２ローラ３５ｂと、各ローラ３５ａ、３５ｂを駆動する駆動機構とを有する。本実施形態の駆動機構は、各ローラ３５ａ、３５ｂをそれぞれ独立して半径方向に移動させる第１スライド駆動機構及び第２スライド駆動機構と、各ローラ３５ａ、３５ｂを一体にステータコア１０の軸心周りに公転させる公転駆動機構とを有する。各ローラ３５ａ、３５ｂは、軸方向と平行な軸心Ｏ１、Ｏ２を有する円筒状外周面を備え、それぞれ軸心Ｏ１、Ｏ２周りに回転自在とされる。

拡張工程では、まず、図３に示すように、内側支持手段３４をセグメントコイル２０の突出領域２３の内周に配する。これにより、内側支持手段３４の外周面が、各スロット１１の内径端に配されたセグメントコイル２０の突出領域２３の内径側の側面と半径方向で対向する。

次に、拡張ブレード３１〜３３を降下させて、図５に示すように、各拡張ブレード３１〜３３を各スロット１１のセグメント対Ｐ１〜Ｐ４の間に挿入する。具体的には、まず、拡張ブレード３１が、各スロット１１のセグメント対Ｐ１とＰ２との間に挿入される。このとき、各スロット１１のセグメント対Ｐ１は、内側支持手段３４で内径側から支持されてその場に止まる。一方、各スロット１１のセグメント対Ｐ２〜Ｐ４は、拡張ブレード３１で外径側に押圧されて拡径する。

その後、拡張ブレード３１〜３３をさらに降下させることで、拡径したセグメント対Ｐ２とＰ３との間に拡張ブレード３２が挿入される。これにより、各スロット１１のセグメント対Ｐ２の上部（導体露出部２２を含む領域）が拡張ブレード３１、３２の半径方向間に挿入されて軸方向と平行になる。一方、各スロット１１のセグメント対Ｐ３、Ｐ４がは、拡張ブレード３２で外径側に押圧されて拡径する。

その後、拡張ブレード３１〜３３をさらに降下させることで、拡径したセグメント対Ｐ３とＰ４との間に拡張ブレード３３が挿入される。これにより、各スロット１１のセグメント対Ｐ３の上部が拡張ブレード３２、３３の半径方向間に挿入されて軸方向と平行になる。一方、各スロット１１のセグメント対Ｐ４は、拡張ブレード３３で外径側に押圧されて拡径する。このように各拡張ブレード３１〜３３がセグメント対Ｐ１〜Ｐ４の間に順に挿入されるように、各拡張ブレード３１〜３３の先端の径や高さ（セグメント対Ｐ１〜Ｐ４に接触するタイミング）が予め設定されている。以上により、各スロット１１のセグメント対Ｐ１〜Ｐ４の間に、半径方向の隙間Ｇ１〜Ｇ３が形成される。

その後、各セグメント対Ｐ１〜Ｐ４の間に拡張ブレード３１〜３３を挿入した状態で、外側押圧手段３５によりセグメントコイル２０の突出領域２３を外径側から押圧する。本実施形態では、図６に示すように、第１ローラ３５ａを第１スライド駆動部で内径側に駆動して、何れかのスロット１１のセグメントコイル２０の突出領域２３の下部（拡張ブレード３１の下端とステータコア１０の上面との上下方向間領域）を第１ローラ３５ａで内径側に押圧する。これと共に、第２ローラ３５ｂを第２スライド駆動部で内径側に駆動して、同スロット１１のセグメントコイル２０の突出領域２３の上部（導体露出部２２を含む領域）を第２ローラ３５ｂで内径側に押圧する。その結果、各セグメントコイル２０の突出領域２３が塑性変形して、各突出領域２３の上部及び下部が軸方向と平行になる。

その後、両ローラ３５ａ、３５ｂの半径方向位置を維持した状態で、公転駆動機構で両ローラ３５ａ、３５ｂをステータコア１０の軸心周りに一体に公転させる（図７の矢印Ａ参照）。これにより、各スロット１１のセグメントコイル２０の突出領域２３が、順にローラ３５ａ、３５ｂで外径側から押圧されて変形する（図６参照）。こうして、ローラ３５ａ、３５ｂをステータコア１０の周りで一周させることにより、全てのスロット１１のセグメントコイル２０の突出領域２３が図６と同様の形状となる。

その後、拡張ブレード３１〜３３を上方に引き抜くと共に、内側支持手段３４をセグメントコイル２０の突出領域２３の内周から退避させることで、拡張工程が完了する。拡張工程が施されることで、全てのスロット１１において、図８に示すように、各セグメント対Ｐ１〜Ｐ４の上部（導体露出部２２を含む領域）の半径方向間に隙間Ｇ１〜Ｇ３が形成される。

（３）捻り工程
捻り工程では、各セグメントコイル２０の突出領域２３の上端（導体露出部２２）を治具で保持して円周方向に捻る。図７を援用して説明すると、各スロット１１の突出領域２３のうち、内径側から奇数番目の突出領域２３の上端を円周方向一方側に捻り（矢印Ｂ１参照）、内径側から偶数番目の突出領域２３の上端を円周方向他方側に捻る（矢印Ｂ２参照）。すなわち、各セグメント対Ｐ１〜Ｐ４を構成するセグメントコイル２０の突出領域２３の上端を円周方向逆向きに捻る。これにより、図９に示すように、円周方向一方側に捻られた突出領域２３（Ａ）の導体露出部２２と、円周方向他方側に捻られた突出領域２３（Ｂ）の導体露出部２２とが、半径方向で隣接した位置に配される。

（４）溶接工程
溶接工程では、半径方向に隣接した一対の導体露出部２２をアーク溶接（例えばＴｉｇ溶接）により溶接する。これにより、Ｕ相第１コイルＵ１、Ｕ相第２コイルＵ２、Ｖ相第１コイルＶ１、Ｖ相第２コイルＶ２、Ｗ相第１コイルＷ１、及びＷ相第２コイルＷ２のそれぞれを構成するセグメントコイル２０が電気的に接続される。その後、各溶接部の表面に絶縁粉体を固着させることで、溶接部に絶縁処理を施す。

本発明は上記の実施形態に限られない。以下、本発明の他の実施形態を説明するが、上記の実施形態と同様の点については重複説明を省略する。

図１０に示す実施形態では、外側押圧手段３５の第１ローラ３５ａ及び第２ローラ３５ｂを一体化している。第１ローラ３５ａと第２ローラ３５ｂとの径差は、例えば、拡張ブレード３１〜３３の肉厚の合計（すなわち、各セグメント対Ｐ１〜Ｐ４の間に形成される隙間Ｇ１〜Ｇ３の合計値）と等しくなるように設定される。尚、第１ローラ３５ａと第２ローラ３５ｂとの径差を、拡張ブレード３１〜３３の肉厚の合計と異ならせてもよい。例えば、内側支持手段３４の外径がステータコア１０の内径よりも小さい場合は、第１ローラ３５ａと第２ローラ３５ｂとの径差が、拡張ブレード３１〜３３の肉厚の合計よりも小さくなる。一体化された第１ローラ３５ａ及び第２ローラ３５ｂは、共通の軸心Ｏ３を中心に回転自在とされる。このように、両ローラ３５ａ、３５ｂを一体化することで、駆動機構が簡素化されるため、拡張装置の小型化、低コスト化が図られる。

以上の実施形態では、ステータコア１０のスロット１１からセグメントコイル２０の突出領域２３を上方に突出させ、拡張ブレード３１〜３３を上方から降下させてセグメント対Ｐ１〜Ｐ４の間に挿入した場合を示したが、これに限られない。例えば、上記の実施形態を上下反転させて、ステータコア１０のスロット１１からセグメントコイル２０の突出領域２３を下方に突出させ、拡張ブレード３１〜３３を下方から上昇させてセグメント対Ｐ１〜Ｐ４の間に挿入してもよい。

また、上記の実施形態では、拡張ブレード３１〜３３を一体に降下させる場合を示したが、これに限らず、各拡張ブレード３１〜３３をそれぞれ別個に昇降可能としてもよい。この場合、各拡張ブレード３１〜３３を任意のタイミングでセグメント対Ｐ１〜Ｐ４の間に挿入することができる。

また、上記の実施形態では、ステータコア１０及びセグメントコイル２０を固定し、拡張ブレード３１〜３３を昇降させた場合を示したが、これに限らず、拡張ブレード３１〜３３を固定し、ステータコア１０及びセグメントコイル２０を昇降させてもよい。また、上記の実施形態では、ステータコア１０を固定した状態で、外側押圧手段３５のローラ３５ａ、３５ｂを公転させた場合を示したが、これとは逆に、外側押圧手段３５のローラ３５ａ、３５ｂを固定した状態で、ステータコア１０を自身の軸心周りに回転させることで、ローラ３５ａ、３５ｂを相対的に公転させてもよい。

１０ ステータコア
１１ スロット
２０ セグメントコイル
２１ 脚部
２２ 導体露出部
２３ 突出領域
３１〜３３ 拡張ブレード
３４ 内側支持手段
３５ 外側押圧手段
３５ａ、３５ｂローラ
Ｇ１〜Ｇ３ 隙間
Ｐ１〜Ｐ４ セグメント対

Claims (2)

1. ステータコアの複数のスロットに差し込まれた複数のセグメントコイルのうち、各スロットから軸方向一方に突出した突出領域を内径側から支持する工程と、
   前記ステータコアと同軸に配された筒状の拡張ブレードを、全スロットの前記複数のセグメントコイルの突出領域の半径方向間に軸方向一方から挿入する工程と、
   前記複数のセグメントコイルの突出領域を外径側から押圧する工程とを有するステータの製造方法。
2. ステータコアの複数のスロットに差し込まれた複数のセグメントコイルのうち、各スロットから軸方向一方に突出した突出領域を内径側から支持する内側支持手段と、
   前記ステータコアと同軸に配され、全スロットの前記複数のセグメントコイルの突出領域の半径方向間に軸方向一方から挿入される円筒状の拡張ブレードと、
   前記複数のセグメントコイルの突出領域を外径側から押圧する外側押圧手段とを備えたステータの製造装置。

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