JP6428565B2 - 端部加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、端部加工装置に関する。

この種の技術として、特許文献１は、回転電機のステータコアのスロットから突出した導体の端部を捩り曲げる捩り曲げ装置を開示している。捩り曲げ装置は、導体の端部が挿入され保持する保持部が周方向に並んで設けられ、軸方向及び周方向に移動可能である円筒状の保持治具と、保持治具をステータコアに対して相対的に周方向及び軸方向に移動させる駆動手段と、を備えている。

特開２０１４−２１７２２８号公報

上記特許文献１の捩り曲げ装置では、導体の端部を周方向に捩り曲げる際、端部同士が密に折り重なることで、端部が保持部から抜け落ち難くなっている。

しかしながら、周方向に並ぶ複数の導体のうち幾つかの導体は、他の導体とは異なり、周方向には捩り曲げられず、径方向に曲げられて外部接続端子に接続されている。このような導体は動力線と呼ばれている。ステータのコイルは、動力線を介して外部から電力が供給されている。

従って、周方向において動力線と隣り合う導体の端部は、捩り曲げられる際、他の導体の端部に対して折り重なることがないので、他の導体の端部と比較して保持部から抜け落ち易くなっている。

この問題に対し、導体の端部のうち保持部に挿入される部分の長さを長く確保することで、導体の端部の保持部からの抜け落ちを防止することも考えられる。しかし、この場合、１つの回転電機に必要となる導体の重量が増えるのでコスト増に直結する。

本発明の目的は、周方向において動力線と隣り合う導体の端部が保持部から抜け落ち難くする技術を低コストで実現する技術を提供することにある。

本願発明の観点によれば、回転電機のステータコアのスロットから突出した導体の端部を捩り曲げる捩り曲げ装置であって、前記導体の端部が挿入され保持する保持部が周方向に並んで設けられ、軸方向及び周方向に移動可能である円筒状の保持治具と、前記保持治具を前記ステータコアに対して相対的に周方向及び軸方向に移動させる駆動手段と、を備え、前記駆動手段によって前記保持治具を前記ステータコアに対して周方向に移動させる移動方向側の前記保持部の内壁面であって、動力線と隣り合う導体に対応する保持部の移動方向側の内壁面を、前記動力線と隣り合わない導体に対応する保持部の移動方向側の内壁面よりも、前記ステータコアの軸方向において前記ステータコアに向かって突出させる、捩り曲げ装置が提供される。以上の構成によれば、周方向において動力線と隣り合う導体の端部が保持部から抜け落ち難くなると共に、回転電機のコストアップにもならない。

本発明によれば、周方向において動力線と隣り合う導体の端部が保持部から抜け落ち難くなると共に、回転電機のコストアップにもならない。

ステータの斜視図である。 コイルセグメントの斜視図である。 コイルエンドの斜視図である。 コイルエンドの斜視図である。 コイルセグメントをステータコアに挿入する様子を示す斜視図である。 捩り曲げ装置の側面図である。 コイルエンドの側面展開図である。 動力線を径方向に捩り曲げた様子を示す側面展開図である。 溶接接続線を保持治具の保持部に挿入した様子を示す側面断面展開図である。 溶接接続線を周方向に捩り曲げた様子を示す側面断面展開図である。 図１０のA部拡大図である。

まず、図１から図３を参照して、本発明の捻り曲げ装置を用いて製造される回転電機の構造の一例について説明する。

電動機や発電機などの回転電機は、円筒状に形成されたステータ１、及び、ステータ１の内側に回転自在に配置されたロータ（図示省略）から構成される。

ステータ１は、ステータコア２と、コイル３とから構成される。ステータコア２は、円筒形状であり、回転軸方向に貫通する複数のスロット２ａが周方向に間隔を存して複数設けられている。各スロット２ａは、ステータコア２の径方向断面形状がステータコア２の中心側から径方向に向かって放射状に延びるように形成されており、ステータコア２に形成されたスリット２ｂを介してステータコア２の内周面に連通している。尚、スリット２ｂは設けなくてもよい。

コイル３は、図２に示すコイルセグメント４をスロット２ａに一方から挿入し、スロット２ａの他方から突出した突出部分を周方向に捩り曲げて接合することにより構成される。コイルセグメント４は、複数本、実施形態では４本の断面長方形状の導線（平角線）を幅の広い方の面が対向するように１列に整列させて１つの束にしてＵ字状に形成したものであり、一対の脚部４ａ，４ａと、両脚部４ａ，４ａの一方端（図では上端）を連結する頭部４ｂとからなる。

尚、コイルセグメント４は、複数の平角線を幅方向に整列させた束であればよく、例えば、複数の平角線を幅の狭い方の面が対向するように１列に整列させたものであってもよい。

頭部４ｂの中央には、平角線の整列方向にＳ字状に湾曲するＳ字状部４ｃが形成されている。又、頭部４ｂは、その中央（Ｓ字状部４ｃの中央）から両脚部４ａ，４ａに向かって下方に傾斜している。コイルセグメント４の脚部４ａは、対応するスロット２ａに一方から挿入されている。スロット２ａの他方からは、コイルセグメント４の脚部４ａが突出している。

このスロット２ａの他方から突出した脚部４ａの突出部分４ｄは、図３に示すようにステータ１の周方向に捩り曲げられ、対応する突出部分４ｄの先端部４ｅ同士がＴＩＧ溶接などで接合されている。尚、本実施形態のコイル３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相コイルであり、各スロット２ａに挿入されるコイルセグメント４の脚部４ａは、周方向に、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相の順に並ぶ。図４では、３つの相のうちの１相のコイル（例えば、Ｕ相コイル）のみを示している。

次に、コイルセグメント４の製造方法について説明する。

まず、複数、実施形態では４本の平角線を幅の広い方の面が互いに対向するように１列に並べて、１束の平角線束を作る。次に、平角線束の中央部をＳ字状に折り曲げて、Ｓ字状部４ｃを形成する。次に、ステータコア２の周方向に沿うように平角線束を曲げる必要がある。これは、スロット２ａは周方向に間隔を存して配置されているためである。

次に、平角線束を、その中央（Ｓ字状部４ｃの中央）から下方に向かって傾斜するように湾曲させる。次に、平角線束の両端部を下方に折り曲げて脚部４ａ，４ａを形成する。このようにして、図２に示すコイルセグメント４が成形される。

上述のようにして成形されたコイルセグメント４は、スロット２ａ（図５参照）の位置に対応させて周方向に一部が重ね合わさるように整列され、脚部４ａがステータコア２のスロット２ａに挿入される。脚部４ａはスロット２ａの下方に予め設定された長さだけ突出するように設計されている。

スロット２ａの下方から突出した脚部４ａの直線状の突出部分４ｄは、捩り曲げ装置１０によって周方向に捩り曲げられる。捩り曲げられた突出部分４ｄの直線状の先端部４ｅは、隣接する先端部４ｅとＴＩＧ溶接などで接合される。このようにして、径方向に８層（８本）のコイルセグメント４が積層配置されたステータ１が完成する。ここでは、径方向外側から内側に向かって、１層、２層、・・・、８層の順に並んでいる。

以下、図６を参照して、捩り曲げ装置１０について説明する。

捩り曲げ装置１０は、スロット２ａから突出したコイルセグメント４（導体）の突出部分４ｄ（端部）を捩り曲げる装置である。突出部分４ｄを以下、コイルエンド４ｄと称する。

図６に示すように、捩り曲げ装置１０は、保持治具１１と、駆動部１２と、ステータ固定部１３と、を備えて構成されている。

駆動部１２は、天井１４に固定されている。駆動部１２は、保持治具１１をステータコア２の周方向に、且つ、ステータコア２の軸方向に移動自在に保持している。駆動部１２は、外部からの指令に基づいて、保持治具１１をステータコア２の周方向に、且つ、ステータコア２の軸方向に移動させる。

保持治具１１は、ステータコア２に対して、ステータコア２の軸方向で対向するように配置されている。保持治具１１の外径は、ステータコア２の外径とほぼ等しい。保持治具１１は、ステータコア２と同様、ステータコア２の周方向において延びる円筒状に形成されている。保持治具１１は、ステータコア２に対して、ステータコア２の軸方向で対向する保持面１５を有する。保持面１５には、周方向に所定の間隔で並ぶ複数のコイルエンド４ｄが挿入され保持する複数の保持部１６が形成されている。保持部１６は、ステータコア２の軸方向に沿って延び、ステータコア２に向かって開口する窪み状に形成されている。

ステータ固定部１３は、床面１７に設置されており、ステータコア２を保持して、ステータコア２の周方向におけるステータコア２の回転を禁止する。

次に、保持部１６の具体的な形状を、コイルエンド４ｄの捩り曲げの手順と共に説明する。図７〜図１０は、複数のコイルエンド４ｄをステータコア２の外周側から見た展開図を示している。図７には、どのコイルエンド４ｄもまだ捩り曲げられていない状態を示している。図７及び図８に示すように、複数のコイルエンド４ｄは、複数の動力線１８を含む。以降、便宜上、動力線１８ではないコイルエンド４ｄを溶接接続線１９と称する。従って、複数のコイルエンド４ｄは、複数の動力線１８と、複数の溶接接続線１９と、を含む。なお、ステータ１のコイル３は三相とされているので、動力線１８の数は、本実施形態では６つとなる。図７には、６つの動力線１８のうち、２つの動力線１８が示されている。

まず、図７及び図８に示すように、溶接接続線１９を捩り曲げる前に、２つの動力線１８をステータコア２の径方向へ捩り曲げる。本実施形態において、２つの動力線１８は、ステータコア２の径方向外方へ捩り曲げる。

次に、図９に示すように、複数の溶接接続線１９を、保持治具１１の複数の保持部１６に挿入する。以降、溶接接続線１９のうち、保持部１６に収容される部分を先端ストレート部１９ａと称し、先端ストレート部１９ａ以外の部分を捩り対象部１９ｂと称する。いずれの溶接接続線１９においても、先端ストレート部１９ａの長さは同じであり、捩り対象部１９ｂの長さも同じである。また、この状態で、先端ストレート部１９ａも捩り対象部１９ｂも、ステータコア２の軸方向に沿って延びている。

次に、図９及び図１０に示すように、保持治具１１をステータコア２に対して反時計回りに所定量回転させる。すると、図１０に示すように、保持部１６に挿入された先端ストレート部１９ａはほとんど変形することなく、依然として、ステータコア２の軸方向に沿って延びているのに対し、捩り対象部１９ｂは、一律に、ステータコア２の周方向に押し倒されて、ほぼS字状に捩り曲げられる。また、ステータコア２の周方向で隣り合う捩り対象部１９ｂ同士は、互いに折り重なるように密に接触することになる。

ここで、図１１を参照して、保持部１６の形状を詳細に説明する。保持治具１１は、各保持部１６を、ステータコア２の周方向において区画する第１内壁面２０及び第２内壁面２１を有している。各保持部１６において、第１内壁面２０と第２内壁面２１は、ステータコア２の周方向において対向している。第１内壁面２０は、第２内壁面２１よりも反時計回り方向側の内壁面である。第２内壁面２１は、第１内壁面２０よりも時計回り方向側の内壁面である。

図１０に戻り、複数の溶接接続線１９のうち、動力線１８と隣り合う溶接接続線１９を動力隣接線２２と称し、動力線１８と隣り合わない溶接接続線１９を動力非隣接線２３と称する。動力線１８、動力隣接線２２、動力非隣接線２３、動力非隣接線２３、・・・は、ステータコア２の周方向においてこの順に並んでいる。動力隣接線２２は、動力線１８よりも時計回り側に配置され、動力非隣接線２３よりも反時計回り側に配置されている。即ち、保持治具１１をステータコア２に対して反時計回りに回転させると、動力隣接線２２及び動力非隣接線２３は、動力線１８に近づくように捩り曲げられる。

そして、図１１に示すように、動力隣接線２２に対応する保持部１６の第１内壁面２０は、動力非隣接線２３に対応する保持部１６の第１内壁面２０よりも、ステータコア２の軸方向においてステータコア２に向かって突出している。即ち、動力隣接線２２に対応する保持部１６の第１内壁面２０の、ステータコア２の軸方向における長さD1は、動力非隣接線２３に対応する保持部１６の第１内壁面２０の、ステータコア２の軸方向における長さD2よりも長い。従って、ステータコア２の軸方向において、動力隣接線２２と動力隣接線２２に対応する第１内壁面２０との接触長さM1は、動力非隣接線２３と動力非隣接線２３に対応する第１内壁面２０との接触長さM2よりも長い。

ところで、保持治具１１をステータコア２に対して反時計回りに回転させて複数の溶接接続線１９を周方向に捩り曲げる際、各溶接接続線１９には反時計回りで且つステータコア２に近づくような外力Pを保持治具１１から受ける。この外力Pは、先端ストレート部１９ａを保持部１６から引き抜こうとするように作用する。しかしながら、動力非隣接線２３について言えば、動力非隣接線２３の捩り対象部１９ｂが動力隣接線２２の捩り対象部１９ｂに対して折り重なるように密に接触することで動力非隣接線２３の捩り対象部１９ｂが動力隣接線２２の捩り対象部１９ｂから受ける反作用力Qと、動力非隣接線２３の先端ストレート部１９ａと第１内壁面２０との摩擦によってステータコア２の軸方向に沿ってステータコア２から離れる方向に動力非隣接線２３の先端ストレート部１９ａに作用する摩擦力Rと、動力非隣接線２３の先端ストレート部１９ａが第１内壁面２０から周方向に受ける反作用力Sと、が外力Pに抗することで、動力非隣接線２３の先端ストレート部１９ａの保持部１６からの抜け落ちが抑止されている。

これに対し、動力隣接線２２について言えば、上記の反作用力Qは発生し得ないので、動力隣接線２２の先端ストレート部１９ａは、動力非隣接線２３の先端ストレート部１９ａと比較して、保持部１６から抜け落ち易い状況にある。しかしながら、前述したように、接触長さM1は接触長さM2よりも長く確保されているので、動力隣接線２２の先端ストレート部１９ａと第１内壁面２０との摩擦によってステータコア２の軸方向に沿ってステータコア２から離れる方向に動力隣接線２２の先端ストレート部１９ａに作用する摩擦力Rは、動力非隣接線２３に対応する摩擦力Rと比較して大きく確保される。また、接触長さM1は接触長さM2よりも長く確保されているので、先端ストレート部１９ａが多少保持部１６から抜け掛かっても、動力隣接線２２に対応する摩擦力Rは、動力非隣接線２３に対応する摩擦力Rと比較して、消失し難い。従って、動力隣接線２２の先端ストレート部１９ａの保持部１６からの抜け落ちが効果的に抑制されている。

以上に説明した捩り曲げ装置１０は、以下の特徴を有している。

捩り曲げ装置１０は、回転電機のステータコア２のスロット２ａから突出したコイルセグメント４（導体）のコイルエンド４ｄ（端部）を捩り曲げる装置である。捩り曲げ装置１０は、コイルセグメント４のコイルエンド４ｄが挿入され保持する保持部１６が周方向に並んで設けられ、軸方向及び周方向に移動可能である円筒状の保持治具１１と、保持治具１１をステータコア２に対して相対的に周方向及び軸方向に移動させる駆動部１２（駆動手段）と、を備える。駆動部１２によって保持治具１１をステータコア２に対して周方向に移動させる反時計回り側（移動方向側）の保持部１６の第１内壁面２０（内壁面）であって、動力線１８と隣り合う動力隣接線２２（導体）に対応する保持部１６の反時計回り側の第１内壁面２０を、動力線１８と隣り合わない動力非隣接線２３（導体）に対応する保持部１６の反時計回り側の第１内壁面２０よりも、ステータコア２の軸方向においてステータコア２に向かって突出させている。以上の構成によれば、動力隣接線２２と第１内壁面２０との接触長さM1が動力非隣接線２３と第１内壁面２０との接触長さM2よりも長く確保されるので、周方向において動力隣接線２２が保持部１６から抜け落ち難くなる。また、先端ストレート部１９ａの長さを従来より長く確保する必要もないので、回転電機のコストアップにもならない。

１ ステータ
２ ステータコア
３ コイル
２ａ スロット
２ｂ スリット
４ コイルセグメント
４ａ 脚部
４ｂ 頭部
４ｃ Ｓ字状部
４ｄ 突出部分
４ｄ コイルエンド
４ｅ 先端部
１０ 捩り曲げ装置
１１ 保持治具
１２ 駆動部
１３ ステータ固定部
１４ 天井
１５ 保持面
１６ 保持部
１７ 床面
１８ 動力線
１９ 溶接接続線
１９ａ 先端ストレート部
１９ｂ 捩り対象部
２０ 第１内壁面
２１ 第２内壁面
２２ 動力隣接線
２３ 動力非隣接線
D1 長さ
D2 長さ
P 外力
Q 反作用力
R 摩擦力
S 反作用力
M1 接触長さ
M2 接触長さ

Claims (1)

1. 回転電機のステータコアのスロットから突出した導体の端部を捩り曲げる捩り曲げ装置であって、
   前記導体の端部が挿入され保持する保持部が周方向に並んで設けられ、軸方向及び周方向に移動可能である円筒状の保持治具と、
   前記保持治具を前記ステータコアに対して相対的に周方向及び軸方向に移動させる駆動手段と、
   を備え、
   前記駆動手段によって前記保持治具を前記ステータコアに対して周方向に移動させる移動方向側の前記保持部の内壁面であって、動力線と隣り合う導体に対応する保持部の移動方向側の内壁面を、前記動力線と隣り合わない導体に対応する保持部の移動方向側の内壁面よりも、前記ステータコアの軸方向において前記ステータコアに向かって突出させる、
   捩り曲げ装置。