JP3988303B2 - ステータ製造方法およびその製造装置 - Google Patents
ステータ製造方法およびその製造装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機、発電機等のステータを製造する工程において、コイルの捻りおよびステータコアへの全コイルの組付を全スロット同時に行うための方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発電機では、更なる高出力化が求められている。そのため、ステータコイルにおいては、スロット内での占積率を高くすることが要求される。従来、発電機の高出力化の要請に応えるため、ステータコアに設けられた複数のスロットに複数のＵ字状コイルを同一方向から差し込み、それらを接合することによりステータコイルを形成するものが国際公開第９２／０６５２７号パンフレット（１９９２）で提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スロット内におけるコイル間の隙間を低減し、コイルの占積率を向上させるためには、丸線断面ではなくスロット形状に対応した矩形状断面のコイルを用いることが望ましい。
ところで、上記従来技術等で用いられているＵ字状コイル３００は、図１５に示すような形状をしている。ここで、Ｕ字状コイルの曲げ部３００ａは、Ｕ字状コイル３００に施されている絶縁被膜の損傷を防止するために、所定量以上の曲げＲを確保する必要がある。その結果、Ｕ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとの間には、隙間ｄ3 が生じている。
【０００４】
上記従来技術においては、ステータコアのスロット内へ挿入される前に、Ｕ字状コイル３００の曲げ部３００ａ側を捻っている。図１６は、曲げ部３００ａ側の捻り工程を示す図である。捻り工程では、Ｕ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとをそれぞれ逆向きにＴ／２（Ｔは磁極角度ピッチを意味する。）だけ捻っている。このようにして捻られた後、Ｕ字状コイル３００はステータコイルのスロット内に挿入される。
【０００５】
スロットに挿入されたＵ字状コイル３００の直線部３００ｂ、３００ｃの端部側は、さらにそれぞれ逆向きにＴ／２だけ捻られ、径方向に隣接している直線部の端部３００ｂ、３００ｃどうしが接合される。即ち、ステータコアのＵ字状コイル３００の接合部側においては、捻られる前には、相互に２磁極ピッチ離れたＵ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとが接合される。
【０００６】
ところが、Ｕ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとの間には、隙間ｄ3 が生じているため、直線部３００ｂと３００ｃとを接合するためには、その部どうしを近接させるための更なる加工を必要とする。
また、直線部３００ｂおよび３００ｃの端部の更なる加工をなくすために、直線部３００ｂ、３００ｃが捻られたＵ字状コイル３００を図１７に示すように傾斜させてスロット１６ａ内に挿入することも考えられる。しかしながら、このようにコイルを配置すると、直線部３００ｂおよび３００ｃの端部どうしの接合は容易になるが、スロット内におけるコイルの占積率を大きくすることができなくなる。
【０００７】
図１８に示されるように、予めＵ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとの隙間をなくすような加工を施してからＵ字状コイル３００の捻りを行えば、上述のような問題は生じない。しかし、スロットに挿入されるＵ字状コイル３００の全てに対して、直線部３００ｂと３００ｃとの隙間をなくすような加工を行うのは、工数が増大するため望ましくない。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、Ｕ字状コイルを用いたステータにおいて、スロット内のコイル占積率を向上することが可能なステータ製造方法およびその装置を提供すること目的とする。
また、本発明は、スロット内のコイル占積率の高いステータを容易に製造することが可能なステータ製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、断面非円形の一方の直線部（２ｂ、３ｂ）と他方の直線部（２ｃ、３ｃ）との間に、所定の隙間（ｄ3 ）を有しているＵ字状コイル（１、２、３）を接続してステータを製造するステータ製造方法において、一方の直線部（２ｂ、３ｂ）と他方の直線部（２ｃ、３ｃ）とを、回転中心（Ｋ）の放射方向に対して、所定角度（θ）の傾斜を維持した状態で、それぞれ周方向に離れるように捻る捻り工程と、捻り工程の後に、Ｕ字状コイルを所定角度（θ）の傾斜をなくす方向に回転させる復元工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
なお、復元工程には、後述する実施形態における縮径工程と拡径工程の双方を包含するものである。
これによると、Ｕ字状コイルの双方の直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）が、ステータコア（１６）の径方向に揃えられるとともに、双方の直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）の隙間（ｄ3 ）も低減されるので、スロット（１６ａ）に挿入したときのスロット（１６ａ）内の隙間を低減することが可能となり、コイルの占積率を容易に向上することが可能となる。
【００１１】
なお、捻り工程においてＵ字状コイル（１、２、３）に与えられる所定角度（θ）の傾斜は、Ｕ字状コイルの内径側直線部（２ｂ、３ｂ）に対する外径側直線部（２ｃ、３ｃ）の捻り方向に対して、反対方向とされる。このような傾斜が与えられることで、捻り工程の後にＵ字状コイル（１、２、３）を回転させて、Ｕ字状コイル（１、２、３）の両直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）を接近させることができる。この場合、Ｕ字状コイル（１、２、３）の復元工程における回転方向は、捻り工程における捻り方向と同方向とされる。例えば、Ｕ字状コイル（１、２、３）の捻り方向を時計回り方向とする場合、捻り工程においてはＵ字状コイル（１、２、３）は反時計回り方向に自転するように傾斜されており、復元工程においてはＵ字状コイル（１、２、３）は時計回り方向に自転させるようにして回転される。
【００１２】
また、捻り工程の前には、Ｕ字状コイル（１、２、３）を成形する成形工程が置かれるが、この工程においては、断面非円形の両直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）が整列するように加工がなされる。例えば、長方形断面を有する２つの直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）を有する場合、それらの２本の直線（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）部の長方形断面の長手方向が整列するように加工される。このようなＵ字状コイル（１、２、３）は、１本の導線を曲げ加工することによって成形することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、復元工程においては、前記Ｕ字状コイルの内径側の直線部と外径側の直線部とが共通の円の内外に隣接するように前記Ｕ字状コイルが回転させられることを特徴としている。
Ｕ字状コイルの２本の直線部が、ステータのスロット内への装着状態において隣接する層に位置される場合には、２本の直線部が共通の円の内外に隣接するようにＵ字状コイルを回転させることで、ステータのスロット内に収容される一のＵ字状コイルの外径側直線部と、他のＵ字状コイルの内径側直線部との間の隙間を減らすことができる。これにより、スロット内におけるＵ字状コイル即ち導体の占める率（占積率）を高めることができる。しかも、捻り工程において、Ｕ字状コイルを予め復元工程における回転量に対応した所定角度（θ）だけ傾斜させているから、ステータコアに放射状に形成されたスロット内において断面非円形のＵ字状コイルの直線部がそのスロットの長手方向に整列する。例えば、放射方向に長手方向をもった長方形あるいは長円形の断面をもつ直線部を備える場合には、スロットの深さ方向と直線部の長さ方向とが一致することになる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、一方の直線部（２ｂ、３ｂ）と他方の直線部（２ｃ、３ｃ）との間に、所定の隙間（ｄ3 ）を有している断面非円形のＵ字状コイル（１、２、３）を接続してステータを製造するステータ製造装置において、回転中心（Ｋ）の放射方向に対して所定角度（θ）傾斜した内径側の溝（１２２ａ）が外径側に形成され、一方の直線部（２ｂ、３ｂ）を収容可能とした内径側回転部（１２）と、内径側の溝（１２２ａ）と同じ所定角度（θ）傾斜した外径側の溝（１３２ａ）が内径側に形成され、他方の直線部（２ｃ、３ｃ）を収容可能とし、内径側回転部（１２）に対して相対回転可能な外径側回転部（１３）と、内径側および外径側の溝（１２２ａ、１３２ａ）に収容されたＵ字状コイルの直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）を軸方向に移動可能な軸方向コイル移動手段（１２４、１２５、１３４、１４５、１５）と、内径側および外径側の溝（１２２ａ、１３２ａ）の傾斜角度（θ）方向に移動可能であり、回転中心（Ｋ）方向に傾斜した傾斜部（１５２ａ）および傾斜部（１５２ａ）の外径方向に段差部（１５２ｂ）を有する押圧手段（１５２）とを備えることを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、内径側および外径側の溝（１２２ａ、１３２ａ）は、内径側回転部（１２）および外径側回転部（１３）のそれぞれに、等間隔に複数個設けられ、押圧手段（１５２）は、複数個設けられた各溝（１２２ａ、１３２ａ）に対応させて設けられていることを特徴としている。請求項１から請求項４に記載の発明は、請求項５から請求項６に記載の装置を用いて行うことが可能である。
【００１６】
なお、上記傾斜角度（θ）は、請求項４または請求項７に記載のように、内径側回転部（１２）の半径をｒ、製造されるステータ（１７）のスロット数をｎ、該ステータ（１７）の１磁極ピッチをＴスロットとしたとき、
【００１７】
【数３】
として定めることができる。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係るステータの製造像方法および製造装置を図１から図１４に基づいて説明する。図１は本実施形態で用いられるＵ字型コイルの斜視図である。また、図２から図４はＵ字型コイルの成形方法を示す図である。
【００１９】
Ｕ字状のコイル１は内コイル２と外コイル３とが対をなして構成されている。内コイル２と外コイル３とは、ｄ1 ×ｄ2 （本実施形態では、１．５ｍｍ×２．３ｍｍ）の断面矩形状で絶縁被膜が施された銅線（以下、「被覆銅線」という。）を２本揃え、内コイル２を外コイル３が囲むようにＵ字状に曲げて形成される。この際、外コイル３は内コイル２の外側に相互に隙間無く重なっている。また、内コイル２の曲げ部２ａの内側部分の被覆が損傷を防止するために、内コイル２の直線部２ｂと２ｃとの内側にはｄ3 （本実施形態では２．０ｍｍ）の隙間が設けられている。
【００２０】
この一対のＵ字状コイル１の成形方法を図２を用いて説明する。Ｕ字状コイル１は、被覆銅線を芯金４に対してローラー５、６で押しつけることにより形成される。芯金４の一方の端部４ａは、直径ｄ3 の半円状に形成されており、また、芯金４の幅もｄ3 に設定されている。
Ｕ字状コイル１を形成する際には、まず、内コイル２および外コイル３を構成する２本の被覆銅線を揃える。そして、内コイル２を構成する被覆銅線の中央部で曲げ部２ａとなる箇所を芯金４の端部４ａに当接させる。その後、ローラー５、６を外コイル３を構成する被覆銅線に接触させながら、芯金４に沿って回転移動させる。これにより、２本の被覆銅線は、曲げ部２ａを中心にＵ字状に形成される。
【００２１】
このように形成されたＵ字状コイル１は、内コイル２の外側を外コイル３が囲み、コイル間は相互に密着している。また、内コイル２の直線部２ｂと２ｃとの間には、ｄ3 の隙間が設けられている。
なお、Ｕ字状コイルの成形方法は、図３および図４に示す方法によって形成しても良い。図３（ａ）は他の芯金の例を示しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。芯金４’には、コイル押さえ部４’ｂが設けられている。このコイル押さえ部４’ｂには、コイルが挿入される孔４’ｃが穿設されている。この孔４’ｃは、図３（ｂ）に示すように、揃えられた２本の被覆銅線の大きさに対応して設けられている。２本揃えられて孔４’ｃに挿入された被覆銅線は、まず、ローラー５によって下方に折り曲げられる。その後、別のローラー６によってＵ字状に曲げられる。
【００２２】
図４に示した例で用いる芯金４’は、図３に示したものと同一である。図４の例では、一つのローラー５により、被覆銅線を芯金４’に巻き付けるようにして形成される。
図５から図１２は本発明のステータ製造装置を示しており、図５はステータ製造装置の捻り工程における縦断面図、図６は図５におけるＢ−Ｂ断面図、そして、図７は図６のＣ付近の拡大図、図８は図５のＤ−Ｄ断面図、図９は図８のＥ付近の拡大図そして図１０はステータ製造装置の縮径工程における縦断面図を示している。なお、本実施形態で製造されるステータは、９６スロットのものである。
【００２３】
ステータ製造装置１０は、ベース部１１、内径側回転部１２、外径側回転部１３、コイル押さえ部１４、コイル径縮小部１５等から構成される。
ベース部１１は、ベースプレート１１１、ベースプレート１１１に対して垂直に固定される円筒状の内径側軸受１１２、および外径側軸受１１２と同心でその外側に固定される円筒状の外径側軸受１１３等から構成される。内径側軸受１１２と外径側軸受１１３との間には、内径側回転部１２と外径側回転部１３とが回転可能に収容されている。内径側軸受１１２の外側下方および外径側軸受１１３の内側下方には、内径側回転部１２と外径側回転部１３とを軸方向に支持するための段差部１１２ａと１１３ａとが設けられている。また、内径側軸受１１２および外径側軸受１１３の上端には、内径側回転部１２および外径側回転部１３の軸方向上方への動きを防止するための円環状の内径側および外径側のスラストリング１１４、１１５が固定されている。
【００２４】
内径側回転部１２は、円筒状の内径側ドラム１２１、内径側ドラム１２１の上端に固定されている内側捻りリング１２２、内径側捻りリング１２２に揺動トルクを伝達するためのレバー１２３、Ｕ字状コイル１の下端を位置決めするための第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５、および内径側ドラム１２１の揺動回転力を第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５に伝達するためのピン１２６とから構成されている。
【００２５】
内径側ドラム１２１の内径は、内径側軸受１１２の外径に対応させて設定されており、軸がぶれることなく、内径側軸受１１２の外径側で回転可能となっている。内側捻りリング１２２は、内径側ドラム１２１の上端に固定されており、内径側ドラム１２１と一体となって揺動回転する。内側捻りリング１２２の外径側には、内コイル２および外コイル３の内径側の直線部２ｂ、３ｂが収容される９６本の溝１２２ａが軸方向に形成されている。この溝１２２ａについての詳細は後述する。
【００２６】
レバー１２３は、内径側ドラム１２１の外径側に接続されており、図示せぬ駆動モータにより周方向に移動可能となっている。そして、レバー１２３に加えられた回転力を内径側ドラム１２１に伝達する。第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５は、内径側ドラム１２１と同心の円筒状をしており、内側捻りリング１２２に挿入された内コイル２の内径側の直線部２ａおよび外コイル３の内径側の直線部３ａの下端をそれぞれ支持している。この第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５には、図示せぬ駆動モータが接続されており、軸方向への移動が可能となっている。
【００２７】
なお、この第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５には、軸方向に切り欠き１２４ａ、１２５ａが設けられている。この切り欠き１２４ａ、１２５の円周方向の幅は、内径側ドラム１２１の軸方向中程に外径側に向けて設けられているピン１２６の円周方向の幅と同一である。そして、ピン１２６がこの切り欠き１２４ａ、１２５ａに係合されて、内径側ドラム１２１に伝達された周方向回転力を第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５に伝達する。また、切り欠き１２４ａ、１２５ａは、捻り後にＵ字状コイル１を上昇させるときにピン１２６が妨げとならないように、軸方向に所定長さ設けられている。
【００２８】
その結果、内径側ドラム１２１、内側捻りリング１２２、レバー１２３、第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５、およびピン１２６が一体となって回転することとなる。
外径回転部１３は、内径回転部１２と類似の構成をなしている。即ち、外径回転部１３は、円筒状の外径側ドラム１３１、外径側ドラム１３１の上端に固定されている外側捻りリング１３２、外径側捻りリング１３２に揺動トルクを伝達するためのレバー１３３、Ｕ字状コイル１の下端を位置決めするための第３および第４コイル下端位置決めリング１３４、１３５、および外径側ドラム１３１の揺動回転力を第３および第４コイル下端位置決めリング１３４、１３５に伝達するためのピン１３６とから構成されている。
【００２９】
外径側ドラム１３１は外径側軸受１１３の内側で回転可能に設置されている。外側捻りリング１３２は、外径側ドラム１３１の上端に固定されており、外径側ドラム１３１と一体となって揺動回転する。外側捻りリング１３２の内径側には、内側捻りリング１２２と同様な溝１３２ａが形成されているが、この溝１３２ａについての詳細も後述する。
【００３０】
レバー１３３は、外径側ドラム１３１の外径側に接続されており、図示せぬ駆動モータからの回転力を外径側ドラム１３１に伝達する。第３および第４コイル下端位置決めリング１３４、１３５は、外側捻りリング１３２に挿入された内コイル２の外径側の直線部２ｂおよび外コイル３の外径側の直線部３ｂの下端をそれぞれ支持している。
【００３１】
なお、第３および第４コイル下端位置決めリング１３４、１３５も図示せぬ駆動モータによって軸方向に移動可能に構成されており、そのために、切り欠き１３４ａ、１３５ａの円周方向および軸方向の幅は、切り欠き１２４ａ、１２５ａと同様にして設定される。
ここで、上述した内径側捻りリング１２２の溝１２２ａおよび外径側捻りリング１３２の溝１３２ａについて説明する。図６は図５におけるＢ−Ｂ断面図を示しており、図７は図６におけるＣ付近の拡大図を示している。図７に示すように、溝１２２ａ、１３２ａは、内径側捻りリング１２２の外径側および外径側捻りリング１３２の内径側に等間隔に９６本設けられている。溝１２２ａ、１３２ａの深さ方向は、内径側および外径側捻りリング１２２、１３２の径方向とは完全には一致しておらず、所定角（θ°）傾けられている。この角度θは、ステータコアの径、スロット数等によって特定される角度である。
【００３２】
角度θの特定方法を、後述する縮径工程におけるＵ字状コイルの要部断面図を示す図１2 を用いて説明する。溝１２２ａの一の開口部をＭ、溝１２２ａの一の開口部Ｍと１磁極ピッチ離れた他の開口部をＮ、他の開口部Ｎと対向する溝１３２ａの開口部をＰとしたときに形成される三角形ＭＮＰは、多スロットのときには、近似的に直角三角形と見ることができ、角ＰＭＮ＝θとなる。即ち、内径側捻りリング１２２の半径をｒ、スロット数をｎ、１磁極ピッチをＴスロットとすると、
【００３３】
【数４】
として特定することができる。
本実施形態では、直径１００ｍｍの内径側捻りリング１２２が用いられている。また、本実施形態では、ｄ3 ＝２ｍｍ、Ｔ＝６、ｎ＝９６である。従って、本実施形態では、溝１２２ａ、１３２ａの双方の開口部が対向するＧ点に対して矢印Ｈの方向に５．８°傾斜させて設けられている。
【００３４】
そして、Ｕ字状コイル１は、図１に示すような内コイル２と外コイル３とを重ねた状態で、溝１２２ａ、１３２ａに挿入される。その結果、外コイル３の内径側の直線部３ｂが溝１２２ａの内径側に、内コイル２の内径側の直線部２ｂが溝１２２ａの外径側に配置される。また、外コイル３の外径側の直線部３ｃが溝１３２ａの外径側に、内コイル２の外径側の直線部２ｃが溝１３２ａの内径側に配置される。
【００３５】
上端コイル押さえ部１４は、コイル内径ガイド１４１、コイル押さえ１４２およびバネ１４３により構成されている。コイル内径ガイド１４１は、溝１２２ａ、１３２ａに挿入されている内外のコイル２、３の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃが捻られた後に上方に押し上げられる際に、外コイル３の内径側をガイドするためのものである。コイル内径ガイド１４１は、溝１２２ａ、１３２ａに円状に並べられて挿入されているＵ字状コイル１径に対応した径を有する円盤部１４１ａおよび円盤部１４１ａの中心から鉛直上に伸びる軸１４１ｂとからなる。
【００３６】
コイル押さえ１４２は、図示せぬ駆動モータによって、軸１４１ｂに沿って移動可能に構成されている。また、コイル内径ガイド１４１とコイル押さえ１４２との間には、バネ１４３が設けられており、このバネ１４３によって、コイル内径ガイド１４１は下方に押し下げられている。
コイル径縮小部１５は、ホルダーリング１５１および９６本の矢から構成されている。ホルダーリング１５１は、内側捻りリング１２２および外側捻りリング１３２と同心を有する円筒状であり、図示せぬ駆動モータにより軸方向に移動可能となっている。ホルダーリング１５１の下部には、径方向に９６本の孔１５１ａが設けられている。
【００３７】
図８は、図５におけるＤ−Ｄ断面であり、孔１５１ａと矢１５２の形状を示したものである。また、図９は、図８におけるＥ付近の拡大図である。孔１５１ａは、溝１２２ａ、１３２ａと等しい量だけ傾斜されて設けられている。
矢１５２は孔１５１ａ内で、溝１２２ａ、１３２ａの傾斜方向に移動可能に収容されている。矢１５２の内径側は、傾斜部１５２ａと傾斜部１５２ａの外径側に設けられた段差部１５２ｂとで切り欠きが形成されている。傾斜部１５２ａの傾斜方向は、ホルダーリング１５１の軸心に向くように形成されている。また、矢１５２の内径側の先端から段差部１５２ｂまでの長さは、コイルの重ねられている方向の４本分の合計長さ（ｄ2 ×４）即ち、本実施形態では、９．２ｍｍに設定されている。
【００３８】
次に、以上のように構成されるステータ製造装置におけるＵ字状コイル１の捻り工程および縮径工程の作動について説明する。まず、図１のように内コイル２と外コイル３とを重ねた状態で９６組のＵ字状コイル１が、上方より溝１２２ａ、１３２ａに挿入される。
その後、コイル押さえ部１４およびコイル径縮小部１５が、図示せぬ駆動モータにより下降される。そして、コイル内径ガイド１４１の円盤部１４１ａが、環状に並べられたＵ字状コイル１の内径側に挿入される。この際、コイル押さえ１４２をコイル内径ガイド１４１およびコイル径縮小部１５に対してさらに下降させ、外コイル３の上端に当接させている。また、Ｕ字状コイル１の下方からは、第１から第４コイル下端位置決めリング１２４、１２５、１３４、１３５が図示せぬ駆動モータにより上昇され、Ｕ字状コイル１の下端を支持している。これにより、Ｕ字状コイル１は、コイル押さえ１４２と第１から第４コイル下端位置決めリング１２４、１２５、１３４、１３５によって軸方向の動きが規制される。
【００３９】
次に、レバー１２３、１３３をそれぞれ反対方向に３スロット分回転させて、Ｕ字状コイル１を周方向に捻る。図１１は捻り工程におけるＵ字状コイル１の要部断面を示す図である。図１１に示すよう軸心中心点Ｋと溝１２２ａ、１３２ａの開口部が対向する点Ｇとを結ぶ直線に対して、反時計周り方向にθ°傾斜した状態で溝１２２ａ、１３２に挿入されている。そして、内径側捻りリング１２２を反時計回り方向（矢印Ｊの方向）に、外径側捻りリング１３２を時計回り方向（矢印Ｉの方向）に、θ°の傾斜を維持したままで、３スロット分の角度である１１．２５°（＝３６０×３／９６）回転させる。その結果、内コイル２および外コイル３の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃは、Ｇ点を中心に相対的に６スロット分回転することになり、内コイル２および外コイル３の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃの位置に移動する。このようにして、２本の直線部が周方向に離される。
【００４０】
このとき、９６組のＵ字状コイル１の内径側および外径側の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃが同時に周方向に捻られる。また、Ｕ字状コイル１が周方向に捻られる際には、溝１２２ａ、１３２ａから上方に出ている曲げ部２ａ、３ａの高さが低くなる。そのため、曲げ部２ａ、３ａとコイル押さえ１４２との間に隙間が生じないように、Ｕ字状コイル１の捻りに追従させてコイル押さえ１４２を下降させている。
【００４１】
内外のコイルの内径側直線部２ｂ、３ｂは内側捻りリング１２２とともに回転している。また、内径側回転部１２は一体となって回転している。そのため、内外のコイルの内径側直線部２ｂ、３ｂと内径側回転部１２との間には滑りは発生せず、コイルの変形が防止される。外径側回転部１３と内外のコイルの外径側直線部２ｃ、３ｃとの間についても同様である。
【００４２】
次に、周方向に捻られた９６組のＵ字状コイル１をコイル押さえ１４２と第１から第４のコイル下端位置決めリング１２４、１２５、１３４、１３５とで挟んだまま、各々を図示しない駆動モータで同期させながらＵ字状コイルの下端部のみが溝１２２ａ、１３２ａ内に残る高さまで上方に移動させる（図１０）。
Ｕ字状コイル１を上方に移動させた後の、コイルの縮径工程を図９および図１２を用いて説明する。図１２は、縮径工程におけるＵ字状コイル１の要部断面を示す図である。図１０に示す位置までＵ字状コイル１が上昇した後、９６本の矢１５２を同時に内径方向にスライドさせる。矢１５２の内径側の先端部は、テーパ状に形成されており、矢１５２の先端が隣接する内外のコイルの直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃの間に滑らかにスライドすることが可能である。
【００４３】
矢１５２は内径側にスライドする際にＵ字状コイル１の傾斜の方向を修正している。即ち、矢１５２の傾斜部１５２ａは、軸心に向いているため、直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃがＬ点を中心にθ°時計方向に回転することになる。また、矢１５２が内径方向に移動していくと外コイル３の外径側直線部３ｃの外径側に段差部１５２ｂが当接する。当接後も引き続き矢１５２のスライドを続けることにより、内外コイル２、３の外径側直線部２ｃ、３ｃが内径側に押され、内コイルの直線部２ｂと３ｂとが密着する。
【００４４】
即ち、内コイル２の２本の直線部２ｂ、２ｃが、ステータのスロット内への装着状態において隣接する層に位置される場合には、２本の直線部２ｂ、２ｃが共通の円の内外に隣接するようにＵ字状コイル１を回転させることで、ステータのスロット内に収容される内コイル２の外径側直線部２ｂと内径側直線部２ｃとの間の隙間ｄ3 をなくすことができる。
【００４５】
なお、矢１５２のスライド開始時には、Ｕ字状コイル１の下端部は、溝１２２ａ、１３２ａ内に入っているが、矢１５２のスライドとともにＵ字状コイル１をさらに上方に押し上げるので、Ｕ字状コイル１の下端まで均一に傾斜の修正と縮径が行われる。
この結果、内外コイル２、３の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃは軸心に対して傾斜することなく放射状に配列されることとなり、また、内コイル２の内側の隙間も低減される。
【００４６】
このようにして捻り工程および縮径工程を経て形成された９６組のＵ字状コイル１は、９６組全体が同時にステータ製造装置１０から引き抜かれる。そして、図１３に示すように、９６組のＵ字状コイル１がステータコア１６のスロット１６ａにそれぞれ同時挿入され、図１４に示されるようなステータ１７が得られる。
【００４７】
本実施形態では、Ｕ字状コイル１の捻り工程において、Ｕ字状コイル１は所定角度θ°傾斜させた状態を維持させながら捻られる。そして、その後の縮径工程において、その傾斜θ°を矢１５２の傾斜部１５２ａによって修正するとともに、内コイル２の内側の隙間を段差部１５２ｂ押圧によって無くしている。そのため、ステータコア１６のスロット１６ａに矩形断面のコイルを並べて挿入した時の、スロット内における隙間を低減することが可能となる。しかも、捻り工程において、Ｕ字状コイルを予め縮径工程における回転量に対応した所定角度（θ）だけ傾斜させているから、ステータコア１６に放射状に形成されたスロット１６ａ内において断面矩形状のＵ字状コイル１の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃがそのスロット１６ａの長手方向に整列する。そのため、、ステータコア１６内の隙間を低減することにより、ステータの小型化が可能となる。
【００４８】
また、本実施形態では、９６組のＵ字状コイル１に対して、同時に捻り工程を行うことができ、また、縮径工程も９６組のＵ字状コイル１に対して同時に行うことができる。そのため、ステータの製造工数を低減することが可能となる。
なお、本実施形態においては、内外のコイル２、３の所定角度θ°の傾斜をなくすために、そして、内コイル２の直線部２ｂと２ｃとの間の隙間ｄ3 を低減するために、Ｕ字状コイル１の最内径部Ｌを中心として時計回りにθ°回転させるとともにＵ字状コイル１を矢１５２を外径側から内径側に移動させて縮径させた。しかし、Ｕ字状コイル１の最外径部を中心として時計回りにθ°回転させるとともにＵ字状コイル１を矢１５２を内径側から外径側に移動させて拡径させる構成としてもい。この構成でも、内コイル２の内側の隙間ｄ3 を低減することが可能となり、Ｕ字状コイル１をスロット１６ａに挿入したときのスロット１６ａ内におけるコイル占積率を向上させることが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態では、９６スロットのステータについて説明したが、スロット数が９６以外のステータの製造についても本発明を適用できることはもちろんである。
また、本実施形態では、Ｕ字状のコイル１は、内コイル２と外コイル３とを重ね合わせたものを用いた。しかし、本発明は、従来の技術で説明したような１重のＵ字状コイル３００、または３重以上の多重のＵ字状コイルに対しても適用可能である。
【００５０】
また、本実施形態では、Ｕ字状コイル１は矩形断面の被膜銅線を用いたが、偏平断面、多角形断面の被膜銅線に対しても同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本実施形態で用いられるＵ字状コイルを示す斜視図である。
【図２】本実施形態で用いられるＵ字状コイル成形方法を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本実施形態で用いられるＵ字状コイル成形方法を示す図である。
【図４】本実施形態で用いられるＵ字状コイル成形方法を示す図である。
【図５】本発明のステータ製造装置を示す断面図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図６におけるＣ付近拡大図である。
【図８】図５におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図９】図８におけるＥ付近拡大図である。
【図１０】本発明のステータ製造装置を示す断面図である。
【図１１】本実施形態の捻り工程におけるＵ字状コイルの要部断面図である。
【図１２】本実施形態の縮径工程におけるＵ字状コイルの要部断面図である。
【図１３】本実施形態のＵ字状コイルのステータコアへの挿入工程を示す斜視図である。
【図１４】本実施形態で製造されるステータの斜視図である。
【図１５】従来技術で用いられているＵ字状コイルを示す斜視図である。
【図１６】従来技術の捻り工程におけるＵ字状コイルの要部断面図である。
【図１７】従来技術のステータ要部断面図である。
【図１８】従来技術で用いられているＵ字状コイルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…ステータ製造装置、１１…ベース部、１２…内径側回転部、
１３…外径側回転部、１４…コイル押さえ部…、１５…コイル径縮小部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機、発電機等のステータを製造する工程において、コイルの捻りおよびステータコアへの全コイルの組付を全スロット同時に行うための方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、発電機では、更なる高出力化が求められている。そのため、ステータコイルにおいては、スロット内での占積率を高くすることが要求される。従来、発電機の高出力化の要請に応えるため、ステータコアに設けられた複数のスロットに複数のＵ字状コイルを同一方向から差し込み、それらを接合することによりステータコイルを形成するものが国際公開第９２／０６５２７号パンフレット（１９９２）で提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スロット内におけるコイル間の隙間を低減し、コイルの占積率を向上させるためには、丸線断面ではなくスロット形状に対応した矩形状断面のコイルを用いることが望ましい。
ところで、上記従来技術等で用いられているＵ字状コイル３００は、図１５に示すような形状をしている。ここで、Ｕ字状コイルの曲げ部３００ａは、Ｕ字状コイル３００に施されている絶縁被膜の損傷を防止するために、所定量以上の曲げＲを確保する必要がある。その結果、Ｕ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとの間には、隙間ｄ3 が生じている。
【０００４】
上記従来技術においては、ステータコアのスロット内へ挿入される前に、Ｕ字状コイル３００の曲げ部３００ａ側を捻っている。図１６は、曲げ部３００ａ側の捻り工程を示す図である。捻り工程では、Ｕ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとをそれぞれ逆向きにＴ／２（Ｔは磁極角度ピッチを意味する。）だけ捻っている。このようにして捻られた後、Ｕ字状コイル３００はステータコイルのスロット内に挿入される。
【０００５】
スロットに挿入されたＵ字状コイル３００の直線部３００ｂ、３００ｃの端部側は、さらにそれぞれ逆向きにＴ／２だけ捻られ、径方向に隣接している直線部の端部３００ｂ、３００ｃどうしが接合される。即ち、ステータコアのＵ字状コイル３００の接合部側においては、捻られる前には、相互に２磁極ピッチ離れたＵ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとが接合される。
【０００６】
ところが、Ｕ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとの間には、隙間ｄ3 が生じているため、直線部３００ｂと３００ｃとを接合するためには、その部どうしを近接させるための更なる加工を必要とする。
また、直線部３００ｂおよび３００ｃの端部の更なる加工をなくすために、直線部３００ｂ、３００ｃが捻られたＵ字状コイル３００を図１７に示すように傾斜させてスロット１６ａ内に挿入することも考えられる。しかしながら、このようにコイルを配置すると、直線部３００ｂおよび３００ｃの端部どうしの接合は容易になるが、スロット内におけるコイルの占積率を大きくすることができなくなる。
【０００７】
図１８に示されるように、予めＵ字状コイル３００の直線部３００ｂと３００ｃとの隙間をなくすような加工を施してからＵ字状コイル３００の捻りを行えば、上述のような問題は生じない。しかし、スロットに挿入されるＵ字状コイル３００の全てに対して、直線部３００ｂと３００ｃとの隙間をなくすような加工を行うのは、工数が増大するため望ましくない。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、Ｕ字状コイルを用いたステータにおいて、スロット内のコイル占積率を向上することが可能なステータ製造方法およびその装置を提供すること目的とする。
また、本発明は、スロット内のコイル占積率の高いステータを容易に製造することが可能なステータ製造方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、断面非円形の一方の直線部（２ｂ、３ｂ）と他方の直線部（２ｃ、３ｃ）との間に、所定の隙間（ｄ3 ）を有しているＵ字状コイル（１、２、３）を接続してステータを製造するステータ製造方法において、一方の直線部（２ｂ、３ｂ）と他方の直線部（２ｃ、３ｃ）とを、回転中心（Ｋ）の放射方向に対して、所定角度（θ）の傾斜を維持した状態で、それぞれ周方向に離れるように捻る捻り工程と、捻り工程の後に、Ｕ字状コイルを所定角度（θ）の傾斜をなくす方向に回転させる復元工程とを有することを特徴としている。
【００１０】
なお、復元工程には、後述する実施形態における縮径工程と拡径工程の双方を包含するものである。
これによると、Ｕ字状コイルの双方の直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）が、ステータコア（１６）の径方向に揃えられるとともに、双方の直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）の隙間（ｄ3 ）も低減されるので、スロット（１６ａ）に挿入したときのスロット（１６ａ）内の隙間を低減することが可能となり、コイルの占積率を容易に向上することが可能となる。
【００１１】
なお、捻り工程においてＵ字状コイル（１、２、３）に与えられる所定角度（θ）の傾斜は、Ｕ字状コイルの内径側直線部（２ｂ、３ｂ）に対する外径側直線部（２ｃ、３ｃ）の捻り方向に対して、反対方向とされる。このような傾斜が与えられることで、捻り工程の後にＵ字状コイル（１、２、３）を回転させて、Ｕ字状コイル（１、２、３）の両直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）を接近させることができる。この場合、Ｕ字状コイル（１、２、３）の復元工程における回転方向は、捻り工程における捻り方向と同方向とされる。例えば、Ｕ字状コイル（１、２、３）の捻り方向を時計回り方向とする場合、捻り工程においてはＵ字状コイル（１、２、３）は反時計回り方向に自転するように傾斜されており、復元工程においてはＵ字状コイル（１、２、３）は時計回り方向に自転させるようにして回転される。
【００１２】
また、捻り工程の前には、Ｕ字状コイル（１、２、３）を成形する成形工程が置かれるが、この工程においては、断面非円形の両直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）が整列するように加工がなされる。例えば、長方形断面を有する２つの直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）を有する場合、それらの２本の直線（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）部の長方形断面の長手方向が整列するように加工される。このようなＵ字状コイル（１、２、３）は、１本の導線を曲げ加工することによって成形することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、復元工程においては、前記Ｕ字状コイルの内径側の直線部と外径側の直線部とが共通の円の内外に隣接するように前記Ｕ字状コイルが回転させられることを特徴としている。
Ｕ字状コイルの２本の直線部が、ステータのスロット内への装着状態において隣接する層に位置される場合には、２本の直線部が共通の円の内外に隣接するようにＵ字状コイルを回転させることで、ステータのスロット内に収容される一のＵ字状コイルの外径側直線部と、他のＵ字状コイルの内径側直線部との間の隙間を減らすことができる。これにより、スロット内におけるＵ字状コイル即ち導体の占める率（占積率）を高めることができる。しかも、捻り工程において、Ｕ字状コイルを予め復元工程における回転量に対応した所定角度（θ）だけ傾斜させているから、ステータコアに放射状に形成されたスロット内において断面非円形のＵ字状コイルの直線部がそのスロットの長手方向に整列する。例えば、放射方向に長手方向をもった長方形あるいは長円形の断面をもつ直線部を備える場合には、スロットの深さ方向と直線部の長さ方向とが一致することになる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、一方の直線部（２ｂ、３ｂ）と他方の直線部（２ｃ、３ｃ）との間に、所定の隙間（ｄ3 ）を有している断面非円形のＵ字状コイル（１、２、３）を接続してステータを製造するステータ製造装置において、回転中心（Ｋ）の放射方向に対して所定角度（θ）傾斜した内径側の溝（１２２ａ）が外径側に形成され、一方の直線部（２ｂ、３ｂ）を収容可能とした内径側回転部（１２）と、内径側の溝（１２２ａ）と同じ所定角度（θ）傾斜した外径側の溝（１３２ａ）が内径側に形成され、他方の直線部（２ｃ、３ｃ）を収容可能とし、内径側回転部（１２）に対して相対回転可能な外径側回転部（１３）と、内径側および外径側の溝（１２２ａ、１３２ａ）に収容されたＵ字状コイルの直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）を軸方向に移動可能な軸方向コイル移動手段（１２４、１２５、１３４、１４５、１５）と、内径側および外径側の溝（１２２ａ、１３２ａ）の傾斜角度（θ）方向に移動可能であり、回転中心（Ｋ）方向に傾斜した傾斜部（１５２ａ）および傾斜部（１５２ａ）の外径方向に段差部（１５２ｂ）を有する押圧手段（１５２）とを備えることを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、内径側および外径側の溝（１２２ａ、１３２ａ）は、内径側回転部（１２）および外径側回転部（１３）のそれぞれに、等間隔に複数個設けられ、押圧手段（１５２）は、複数個設けられた各溝（１２２ａ、１３２ａ）に対応させて設けられていることを特徴としている。請求項１から請求項４に記載の発明は、請求項５から請求項６に記載の装置を用いて行うことが可能である。
【００１６】
なお、上記傾斜角度（θ）は、請求項４または請求項７に記載のように、内径側回転部（１２）の半径をｒ、製造されるステータ（１７）のスロット数をｎ、該ステータ（１７）の１磁極ピッチをＴスロットとしたとき、
【００１７】
【数３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係るステータの製造像方法および製造装置を図１から図１４に基づいて説明する。図１は本実施形態で用いられるＵ字型コイルの斜視図である。また、図２から図４はＵ字型コイルの成形方法を示す図である。
【００１９】
Ｕ字状のコイル１は内コイル２と外コイル３とが対をなして構成されている。内コイル２と外コイル３とは、ｄ1 ×ｄ2 （本実施形態では、１．５ｍｍ×２．３ｍｍ）の断面矩形状で絶縁被膜が施された銅線（以下、「被覆銅線」という。）を２本揃え、内コイル２を外コイル３が囲むようにＵ字状に曲げて形成される。この際、外コイル３は内コイル２の外側に相互に隙間無く重なっている。また、内コイル２の曲げ部２ａの内側部分の被覆が損傷を防止するために、内コイル２の直線部２ｂと２ｃとの内側にはｄ3 （本実施形態では２．０ｍｍ）の隙間が設けられている。
【００２０】
この一対のＵ字状コイル１の成形方法を図２を用いて説明する。Ｕ字状コイル１は、被覆銅線を芯金４に対してローラー５、６で押しつけることにより形成される。芯金４の一方の端部４ａは、直径ｄ3 の半円状に形成されており、また、芯金４の幅もｄ3 に設定されている。
Ｕ字状コイル１を形成する際には、まず、内コイル２および外コイル３を構成する２本の被覆銅線を揃える。そして、内コイル２を構成する被覆銅線の中央部で曲げ部２ａとなる箇所を芯金４の端部４ａに当接させる。その後、ローラー５、６を外コイル３を構成する被覆銅線に接触させながら、芯金４に沿って回転移動させる。これにより、２本の被覆銅線は、曲げ部２ａを中心にＵ字状に形成される。
【００２１】
このように形成されたＵ字状コイル１は、内コイル２の外側を外コイル３が囲み、コイル間は相互に密着している。また、内コイル２の直線部２ｂと２ｃとの間には、ｄ3 の隙間が設けられている。
なお、Ｕ字状コイルの成形方法は、図３および図４に示す方法によって形成しても良い。図３（ａ）は他の芯金の例を示しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。芯金４’には、コイル押さえ部４’ｂが設けられている。このコイル押さえ部４’ｂには、コイルが挿入される孔４’ｃが穿設されている。この孔４’ｃは、図３（ｂ）に示すように、揃えられた２本の被覆銅線の大きさに対応して設けられている。２本揃えられて孔４’ｃに挿入された被覆銅線は、まず、ローラー５によって下方に折り曲げられる。その後、別のローラー６によってＵ字状に曲げられる。
【００２２】
図４に示した例で用いる芯金４’は、図３に示したものと同一である。図４の例では、一つのローラー５により、被覆銅線を芯金４’に巻き付けるようにして形成される。
図５から図１２は本発明のステータ製造装置を示しており、図５はステータ製造装置の捻り工程における縦断面図、図６は図５におけるＢ−Ｂ断面図、そして、図７は図６のＣ付近の拡大図、図８は図５のＤ−Ｄ断面図、図９は図８のＥ付近の拡大図そして図１０はステータ製造装置の縮径工程における縦断面図を示している。なお、本実施形態で製造されるステータは、９６スロットのものである。
【００２３】
ステータ製造装置１０は、ベース部１１、内径側回転部１２、外径側回転部１３、コイル押さえ部１４、コイル径縮小部１５等から構成される。
ベース部１１は、ベースプレート１１１、ベースプレート１１１に対して垂直に固定される円筒状の内径側軸受１１２、および外径側軸受１１２と同心でその外側に固定される円筒状の外径側軸受１１３等から構成される。内径側軸受１１２と外径側軸受１１３との間には、内径側回転部１２と外径側回転部１３とが回転可能に収容されている。内径側軸受１１２の外側下方および外径側軸受１１３の内側下方には、内径側回転部１２と外径側回転部１３とを軸方向に支持するための段差部１１２ａと１１３ａとが設けられている。また、内径側軸受１１２および外径側軸受１１３の上端には、内径側回転部１２および外径側回転部１３の軸方向上方への動きを防止するための円環状の内径側および外径側のスラストリング１１４、１１５が固定されている。
【００２４】
内径側回転部１２は、円筒状の内径側ドラム１２１、内径側ドラム１２１の上端に固定されている内側捻りリング１２２、内径側捻りリング１２２に揺動トルクを伝達するためのレバー１２３、Ｕ字状コイル１の下端を位置決めするための第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５、および内径側ドラム１２１の揺動回転力を第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５に伝達するためのピン１２６とから構成されている。
【００２５】
内径側ドラム１２１の内径は、内径側軸受１１２の外径に対応させて設定されており、軸がぶれることなく、内径側軸受１１２の外径側で回転可能となっている。内側捻りリング１２２は、内径側ドラム１２１の上端に固定されており、内径側ドラム１２１と一体となって揺動回転する。内側捻りリング１２２の外径側には、内コイル２および外コイル３の内径側の直線部２ｂ、３ｂが収容される９６本の溝１２２ａが軸方向に形成されている。この溝１２２ａについての詳細は後述する。
【００２６】
レバー１２３は、内径側ドラム１２１の外径側に接続されており、図示せぬ駆動モータにより周方向に移動可能となっている。そして、レバー１２３に加えられた回転力を内径側ドラム１２１に伝達する。第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５は、内径側ドラム１２１と同心の円筒状をしており、内側捻りリング１２２に挿入された内コイル２の内径側の直線部２ａおよび外コイル３の内径側の直線部３ａの下端をそれぞれ支持している。この第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５には、図示せぬ駆動モータが接続されており、軸方向への移動が可能となっている。
【００２７】
なお、この第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５には、軸方向に切り欠き１２４ａ、１２５ａが設けられている。この切り欠き１２４ａ、１２５の円周方向の幅は、内径側ドラム１２１の軸方向中程に外径側に向けて設けられているピン１２６の円周方向の幅と同一である。そして、ピン１２６がこの切り欠き１２４ａ、１２５ａに係合されて、内径側ドラム１２１に伝達された周方向回転力を第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５に伝達する。また、切り欠き１２４ａ、１２５ａは、捻り後にＵ字状コイル１を上昇させるときにピン１２６が妨げとならないように、軸方向に所定長さ設けられている。
【００２８】
その結果、内径側ドラム１２１、内側捻りリング１２２、レバー１２３、第１および第２コイル下端位置決めリング１２４、１２５、およびピン１２６が一体となって回転することとなる。
外径回転部１３は、内径回転部１２と類似の構成をなしている。即ち、外径回転部１３は、円筒状の外径側ドラム１３１、外径側ドラム１３１の上端に固定されている外側捻りリング１３２、外径側捻りリング１３２に揺動トルクを伝達するためのレバー１３３、Ｕ字状コイル１の下端を位置決めするための第３および第４コイル下端位置決めリング１３４、１３５、および外径側ドラム１３１の揺動回転力を第３および第４コイル下端位置決めリング１３４、１３５に伝達するためのピン１３６とから構成されている。
【００２９】
外径側ドラム１３１は外径側軸受１１３の内側で回転可能に設置されている。外側捻りリング１３２は、外径側ドラム１３１の上端に固定されており、外径側ドラム１３１と一体となって揺動回転する。外側捻りリング１３２の内径側には、内側捻りリング１２２と同様な溝１３２ａが形成されているが、この溝１３２ａについての詳細も後述する。
【００３０】
レバー１３３は、外径側ドラム１３１の外径側に接続されており、図示せぬ駆動モータからの回転力を外径側ドラム１３１に伝達する。第３および第４コイル下端位置決めリング１３４、１３５は、外側捻りリング１３２に挿入された内コイル２の外径側の直線部２ｂおよび外コイル３の外径側の直線部３ｂの下端をそれぞれ支持している。
【００３１】
なお、第３および第４コイル下端位置決めリング１３４、１３５も図示せぬ駆動モータによって軸方向に移動可能に構成されており、そのために、切り欠き１３４ａ、１３５ａの円周方向および軸方向の幅は、切り欠き１２４ａ、１２５ａと同様にして設定される。
ここで、上述した内径側捻りリング１２２の溝１２２ａおよび外径側捻りリング１３２の溝１３２ａについて説明する。図６は図５におけるＢ−Ｂ断面図を示しており、図７は図６におけるＣ付近の拡大図を示している。図７に示すように、溝１２２ａ、１３２ａは、内径側捻りリング１２２の外径側および外径側捻りリング１３２の内径側に等間隔に９６本設けられている。溝１２２ａ、１３２ａの深さ方向は、内径側および外径側捻りリング１２２、１３２の径方向とは完全には一致しておらず、所定角（θ°）傾けられている。この角度θは、ステータコアの径、スロット数等によって特定される角度である。
【００３２】
角度θの特定方法を、後述する縮径工程におけるＵ字状コイルの要部断面図を示す図１2 を用いて説明する。溝１２２ａの一の開口部をＭ、溝１２２ａの一の開口部Ｍと１磁極ピッチ離れた他の開口部をＮ、他の開口部Ｎと対向する溝１３２ａの開口部をＰとしたときに形成される三角形ＭＮＰは、多スロットのときには、近似的に直角三角形と見ることができ、角ＰＭＮ＝θとなる。即ち、内径側捻りリング１２２の半径をｒ、スロット数をｎ、１磁極ピッチをＴスロットとすると、
【００３３】
【数４】
本実施形態では、直径１００ｍｍの内径側捻りリング１２２が用いられている。また、本実施形態では、ｄ3 ＝２ｍｍ、Ｔ＝６、ｎ＝９６である。従って、本実施形態では、溝１２２ａ、１３２ａの双方の開口部が対向するＧ点に対して矢印Ｈの方向に５．８°傾斜させて設けられている。
【００３４】
そして、Ｕ字状コイル１は、図１に示すような内コイル２と外コイル３とを重ねた状態で、溝１２２ａ、１３２ａに挿入される。その結果、外コイル３の内径側の直線部３ｂが溝１２２ａの内径側に、内コイル２の内径側の直線部２ｂが溝１２２ａの外径側に配置される。また、外コイル３の外径側の直線部３ｃが溝１３２ａの外径側に、内コイル２の外径側の直線部２ｃが溝１３２ａの内径側に配置される。
【００３５】
上端コイル押さえ部１４は、コイル内径ガイド１４１、コイル押さえ１４２およびバネ１４３により構成されている。コイル内径ガイド１４１は、溝１２２ａ、１３２ａに挿入されている内外のコイル２、３の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃが捻られた後に上方に押し上げられる際に、外コイル３の内径側をガイドするためのものである。コイル内径ガイド１４１は、溝１２２ａ、１３２ａに円状に並べられて挿入されているＵ字状コイル１径に対応した径を有する円盤部１４１ａおよび円盤部１４１ａの中心から鉛直上に伸びる軸１４１ｂとからなる。
【００３６】
コイル押さえ１４２は、図示せぬ駆動モータによって、軸１４１ｂに沿って移動可能に構成されている。また、コイル内径ガイド１４１とコイル押さえ１４２との間には、バネ１４３が設けられており、このバネ１４３によって、コイル内径ガイド１４１は下方に押し下げられている。
コイル径縮小部１５は、ホルダーリング１５１および９６本の矢から構成されている。ホルダーリング１５１は、内側捻りリング１２２および外側捻りリング１３２と同心を有する円筒状であり、図示せぬ駆動モータにより軸方向に移動可能となっている。ホルダーリング１５１の下部には、径方向に９６本の孔１５１ａが設けられている。
【００３７】
図８は、図５におけるＤ−Ｄ断面であり、孔１５１ａと矢１５２の形状を示したものである。また、図９は、図８におけるＥ付近の拡大図である。孔１５１ａは、溝１２２ａ、１３２ａと等しい量だけ傾斜されて設けられている。
矢１５２は孔１５１ａ内で、溝１２２ａ、１３２ａの傾斜方向に移動可能に収容されている。矢１５２の内径側は、傾斜部１５２ａと傾斜部１５２ａの外径側に設けられた段差部１５２ｂとで切り欠きが形成されている。傾斜部１５２ａの傾斜方向は、ホルダーリング１５１の軸心に向くように形成されている。また、矢１５２の内径側の先端から段差部１５２ｂまでの長さは、コイルの重ねられている方向の４本分の合計長さ（ｄ2 ×４）即ち、本実施形態では、９．２ｍｍに設定されている。
【００３８】
次に、以上のように構成されるステータ製造装置におけるＵ字状コイル１の捻り工程および縮径工程の作動について説明する。まず、図１のように内コイル２と外コイル３とを重ねた状態で９６組のＵ字状コイル１が、上方より溝１２２ａ、１３２ａに挿入される。
その後、コイル押さえ部１４およびコイル径縮小部１５が、図示せぬ駆動モータにより下降される。そして、コイル内径ガイド１４１の円盤部１４１ａが、環状に並べられたＵ字状コイル１の内径側に挿入される。この際、コイル押さえ１４２をコイル内径ガイド１４１およびコイル径縮小部１５に対してさらに下降させ、外コイル３の上端に当接させている。また、Ｕ字状コイル１の下方からは、第１から第４コイル下端位置決めリング１２４、１２５、１３４、１３５が図示せぬ駆動モータにより上昇され、Ｕ字状コイル１の下端を支持している。これにより、Ｕ字状コイル１は、コイル押さえ１４２と第１から第４コイル下端位置決めリング１２４、１２５、１３４、１３５によって軸方向の動きが規制される。
【００３９】
次に、レバー１２３、１３３をそれぞれ反対方向に３スロット分回転させて、Ｕ字状コイル１を周方向に捻る。図１１は捻り工程におけるＵ字状コイル１の要部断面を示す図である。図１１に示すよう軸心中心点Ｋと溝１２２ａ、１３２ａの開口部が対向する点Ｇとを結ぶ直線に対して、反時計周り方向にθ°傾斜した状態で溝１２２ａ、１３２に挿入されている。そして、内径側捻りリング１２２を反時計回り方向（矢印Ｊの方向）に、外径側捻りリング１３２を時計回り方向（矢印Ｉの方向）に、θ°の傾斜を維持したままで、３スロット分の角度である１１．２５°（＝３６０×３／９６）回転させる。その結果、内コイル２および外コイル３の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃは、Ｇ点を中心に相対的に６スロット分回転することになり、内コイル２および外コイル３の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃの位置に移動する。このようにして、２本の直線部が周方向に離される。
【００４０】
このとき、９６組のＵ字状コイル１の内径側および外径側の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃが同時に周方向に捻られる。また、Ｕ字状コイル１が周方向に捻られる際には、溝１２２ａ、１３２ａから上方に出ている曲げ部２ａ、３ａの高さが低くなる。そのため、曲げ部２ａ、３ａとコイル押さえ１４２との間に隙間が生じないように、Ｕ字状コイル１の捻りに追従させてコイル押さえ１４２を下降させている。
【００４１】
内外のコイルの内径側直線部２ｂ、３ｂは内側捻りリング１２２とともに回転している。また、内径側回転部１２は一体となって回転している。そのため、内外のコイルの内径側直線部２ｂ、３ｂと内径側回転部１２との間には滑りは発生せず、コイルの変形が防止される。外径側回転部１３と内外のコイルの外径側直線部２ｃ、３ｃとの間についても同様である。
【００４２】
次に、周方向に捻られた９６組のＵ字状コイル１をコイル押さえ１４２と第１から第４のコイル下端位置決めリング１２４、１２５、１３４、１３５とで挟んだまま、各々を図示しない駆動モータで同期させながらＵ字状コイルの下端部のみが溝１２２ａ、１３２ａ内に残る高さまで上方に移動させる（図１０）。
Ｕ字状コイル１を上方に移動させた後の、コイルの縮径工程を図９および図１２を用いて説明する。図１２は、縮径工程におけるＵ字状コイル１の要部断面を示す図である。図１０に示す位置までＵ字状コイル１が上昇した後、９６本の矢１５２を同時に内径方向にスライドさせる。矢１５２の内径側の先端部は、テーパ状に形成されており、矢１５２の先端が隣接する内外のコイルの直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃの間に滑らかにスライドすることが可能である。
【００４３】
矢１５２は内径側にスライドする際にＵ字状コイル１の傾斜の方向を修正している。即ち、矢１５２の傾斜部１５２ａは、軸心に向いているため、直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃがＬ点を中心にθ°時計方向に回転することになる。また、矢１５２が内径方向に移動していくと外コイル３の外径側直線部３ｃの外径側に段差部１５２ｂが当接する。当接後も引き続き矢１５２のスライドを続けることにより、内外コイル２、３の外径側直線部２ｃ、３ｃが内径側に押され、内コイルの直線部２ｂと３ｂとが密着する。
【００４４】
即ち、内コイル２の２本の直線部２ｂ、２ｃが、ステータのスロット内への装着状態において隣接する層に位置される場合には、２本の直線部２ｂ、２ｃが共通の円の内外に隣接するようにＵ字状コイル１を回転させることで、ステータのスロット内に収容される内コイル２の外径側直線部２ｂと内径側直線部２ｃとの間の隙間ｄ3 をなくすことができる。
【００４５】
なお、矢１５２のスライド開始時には、Ｕ字状コイル１の下端部は、溝１２２ａ、１３２ａ内に入っているが、矢１５２のスライドとともにＵ字状コイル１をさらに上方に押し上げるので、Ｕ字状コイル１の下端まで均一に傾斜の修正と縮径が行われる。
この結果、内外コイル２、３の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃは軸心に対して傾斜することなく放射状に配列されることとなり、また、内コイル２の内側の隙間も低減される。
【００４６】
このようにして捻り工程および縮径工程を経て形成された９６組のＵ字状コイル１は、９６組全体が同時にステータ製造装置１０から引き抜かれる。そして、図１３に示すように、９６組のＵ字状コイル１がステータコア１６のスロット１６ａにそれぞれ同時挿入され、図１４に示されるようなステータ１７が得られる。
【００４７】
本実施形態では、Ｕ字状コイル１の捻り工程において、Ｕ字状コイル１は所定角度θ°傾斜させた状態を維持させながら捻られる。そして、その後の縮径工程において、その傾斜θ°を矢１５２の傾斜部１５２ａによって修正するとともに、内コイル２の内側の隙間を段差部１５２ｂ押圧によって無くしている。そのため、ステータコア１６のスロット１６ａに矩形断面のコイルを並べて挿入した時の、スロット内における隙間を低減することが可能となる。しかも、捻り工程において、Ｕ字状コイルを予め縮径工程における回転量に対応した所定角度（θ）だけ傾斜させているから、ステータコア１６に放射状に形成されたスロット１６ａ内において断面矩形状のＵ字状コイル１の直線部２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃがそのスロット１６ａの長手方向に整列する。そのため、、ステータコア１６内の隙間を低減することにより、ステータの小型化が可能となる。
【００４８】
また、本実施形態では、９６組のＵ字状コイル１に対して、同時に捻り工程を行うことができ、また、縮径工程も９６組のＵ字状コイル１に対して同時に行うことができる。そのため、ステータの製造工数を低減することが可能となる。
なお、本実施形態においては、内外のコイル２、３の所定角度θ°の傾斜をなくすために、そして、内コイル２の直線部２ｂと２ｃとの間の隙間ｄ3 を低減するために、Ｕ字状コイル１の最内径部Ｌを中心として時計回りにθ°回転させるとともにＵ字状コイル１を矢１５２を外径側から内径側に移動させて縮径させた。しかし、Ｕ字状コイル１の最外径部を中心として時計回りにθ°回転させるとともにＵ字状コイル１を矢１５２を内径側から外径側に移動させて拡径させる構成としてもい。この構成でも、内コイル２の内側の隙間ｄ3 を低減することが可能となり、Ｕ字状コイル１をスロット１６ａに挿入したときのスロット１６ａ内におけるコイル占積率を向上させることが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態では、９６スロットのステータについて説明したが、スロット数が９６以外のステータの製造についても本発明を適用できることはもちろんである。
また、本実施形態では、Ｕ字状のコイル１は、内コイル２と外コイル３とを重ね合わせたものを用いた。しかし、本発明は、従来の技術で説明したような１重のＵ字状コイル３００、または３重以上の多重のＵ字状コイルに対しても適用可能である。
【００５０】
また、本実施形態では、Ｕ字状コイル１は矩形断面の被膜銅線を用いたが、偏平断面、多角形断面の被膜銅線に対しても同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本実施形態で用いられるＵ字状コイルを示す斜視図である。
【図２】本実施形態で用いられるＵ字状コイル成形方法を示す図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は本実施形態で用いられるＵ字状コイル成形方法を示す図である。
【図４】本実施形態で用いられるＵ字状コイル成形方法を示す図である。
【図５】本発明のステータ製造装置を示す断面図である。
【図６】図５におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図６におけるＣ付近拡大図である。
【図８】図５におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図９】図８におけるＥ付近拡大図である。
【図１０】本発明のステータ製造装置を示す断面図である。
【図１１】本実施形態の捻り工程におけるＵ字状コイルの要部断面図である。
【図１２】本実施形態の縮径工程におけるＵ字状コイルの要部断面図である。
【図１３】本実施形態のＵ字状コイルのステータコアへの挿入工程を示す斜視図である。
【図１４】本実施形態で製造されるステータの斜視図である。
【図１５】従来技術で用いられているＵ字状コイルを示す斜視図である。
【図１６】従来技術の捻り工程におけるＵ字状コイルの要部断面図である。
【図１７】従来技術のステータ要部断面図である。
【図１８】従来技術で用いられているＵ字状コイルを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…ステータ製造装置、１１…ベース部、１２…内径側回転部、
１３…外径側回転部、１４…コイル押さえ部…、１５…コイル径縮小部。
Claims (7)
- 断面非円形の一方の直線部（２ｂ、３ｂ）と他方の直線部（２ｃ、３ｃ）との間に、所定の隙間（ｄ3 ）を有しているＵ字状コイル（１、２、３）を接続してステータを製造するステータ製造方法において、
前記一方の直線部（２ｂ、３ｂ）と前記他方の直線部（２ｃ、３ｃ）とを、回転中心（Ｋ）の放射方向に対して、所定角度（θ）の傾斜を維持した状態で、それぞれ周方向に離れるように捻る捻り工程と、
前記捻り工程の後に、前記Ｕ字状コイルを前記所定角度（θ）の傾斜をなくす方向に回転させる復元工程とを有することを特徴とするステータ製造方法。 - 前記復元工程においては、前記Ｕ字状コイルの内径側の直線部と外径側の直線部とが共通の円の内外に隣接するように前記Ｕ字状コイルが回転させられることを特徴とする請求項１に記載のステータ製造方法。
- 前記復元工程においては、前記Ｕ字状コイルの直線部の最内径部（Ｌ）を中心として前記所定角度（θ）の傾斜をなくす方向に回転するとともに、前記Ｕ字状コイルの外径側の直線部を内径側に移動して復元させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のステータ製造方法
- 前記傾斜角度（θ）は、内径側回転部（１２）の半径をｒ、製造されるステータ（１７）のスロット数をｎ、該ステータ（１７）の１磁極ピッチをＴスロットとしたとき、
- 一方の直線部（２ｂ、３ｂ）と他方の直線部（２ｃ、３ｃ）との間に、所定の隙間（ｄ3 ）を有している断面非円形のＵ字状コイル（１、２、３）を接続してステータを製造するステータ製造装置において、
回転中心（Ｋ）の放射方向に対して所定角度（θ）傾斜した内径側の溝（１２２ａ）が外径側に形成され、前記一方の直線部（２ｂ、３ｂ）を収容可能とした内径側回転部（１２）と、
前記内径側の溝（１２２ａ）と同じ所定角度（θ）傾斜した外径側の溝（１３２ａ）が内径側に形成され、前記他方の直線部（２ｃ、３ｃ）を収容可能とし、前記内径側回転部（１２）に対して相対回転可能な外径側回転部（１３）と、 前記内径側および外径側の溝（１２２ａ、１３２ａ）に収容された前記Ｕ字状コイルの直線部（２ｂ、２ｃ、３ｂ、３ｃ）を軸方向に移動可能な軸方向コイル移動手段（１２４、１２５、１３４、１４５、１５）と、
前記内径側および外径側の溝（１２２ａ、１３２ａ）の傾斜角度（θ）方向に移動可能であり、前記回転中心（Ｋ）方向に傾斜した傾斜部（１５２ａ）および前記傾斜部（１５２ａ）の外径方向に段差部（１５２ｂ）を有する押圧手段（１５２）とを備えることを特徴とするステータ製造装置。 - 前記内径側および外径側の溝（１２２ａ、１３２ａ）は、前記内径側回転部（１２）および前記外径側回転部（１３）のそれぞれに、等間隔に複数個設けられ、
前記押圧手段（１５２）は、前記複数個設けられた前記各溝（１２２ａ、１３２ａ）に対応させて設けられていることを特徴とする請求項５に記載のステータ製造装置。 - 前記傾斜角度（θ）は、内径側回転部（１２）の半径をｒ、製造されるステータ（１７）のスロット数をｎ、該ステータ（１７）の１磁極ピッチをＴスロットとしたとき、
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