JP6551961B1 - コイルセグメントの切断方法及びコイルセグメント切断装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この場合、剥離部同士のコアの軸心方向における長さが揃っていないと溶接時にブローホール等が生じやすく、製造後の回転電機における経時的な機械的特性又は電気的特性の劣化要因となる。
このため、溶接時の不具合の発生を抑制すべく、ツイスト加工後に剥離部の先端部をカット(切断)して揃えることが行われている(例えば特許文献1の段落「0043」及び図11参照)。
一方の剥離部4aでは外側にバリが突出しており、この状態で溶接がなされると、バリ部分が溶接の溶融時にスラグとなって脱落し、スロット内に入り込んで経時的にモータの電気的又は機械的特性を劣化させる懸念があった。
特許文献1では剥離部の両側から切断刃を回動させて挟み込み同時に切断する構成となっているが、この方法では切断刃の根元側から刃先側へ押し出すように力が作用するため、刃先側に位置する剥離部の外側が膨らんでバリが生じるおそれがある。
この切断方法は、図1に示すように、ステータ又はロータのコア2のスロットに径方向に複数の層(ここでは6層)を形成するように挿入された複数のコイルセグメントの、コア2の端面から突出した各端部であるセグメント端部3、4、5、6、7、8の末端を切断する方法である。この切断は、セグメント端部3〜8の末端にある剥離部3a、4a、5a、6a、7a、8aの先端の位置(コアの軸心方向での高さ)を揃えるために行うものである。なお、図1では円筒状をなすコア2の一部しか表示していない。
セグメント端部3とセグメント端部4、セグメント端部5とセグメント端部6、セグメント端部7とセグメント端部8はそれぞれ隣り合う層のセグメント端部の組であり、これらの組のセグメント端部は、切断後の工程において互いに接合される。
剥離部の先端の位置が揃っていない状態で溶接を行うと、前述のようにブローホール等が生じやすく、製造後の回転電機における経時的な機械的特性又は電気的特性の劣化要因となる。
切断ユニット10は、図1及び図2に示すように、後述するコイルセグメント切断装置の不動部分に固定される細長いブロック状の支持部材12と、この支持部材12の下面に摺動可能に設けられた、同じく細長いブロック状の可動部材14とから構成されている。
図1に示す可動部材14は、図2におけるI−I線に沿う縦断面を矢示X方向から見た断面図で示している。
可動部材14は、可動部材14が図1に示す位置にある状態で挿入孔12A、12B、12Cに対向してこれらに接続される四角形の透孔14A、14B、14Cや、後述する駆動機構に連結するためのネジ孔等を有している。即ち、切断ユニット10は、コア2の径方向に列状に存在する複数のセグメント端部の各剥離部を一括で切断する構成を有している。
各セグメント端部3、4、5、6、7、8の剥離部の先端形状は、挿入孔12A、12B、12Cに挿入し易い山型形状となっている。この剥離部の先端形状は、回転電機の製造システムにおける線材供給時の切断部104(図15参照)の切断刃形状に因る。
可動部材14の各透孔14A、14B、14Cは、下側に向かって図中左右方向に広がるテーパ面14A1、14B1、14C1を有している。
支持部材12の挿入孔12A、12B、12Cへの剥離部の挿入は、コア2を移動させてもよいが、図1に白抜き矢印で示すように、本実施形態では切断ユニット10を上昇させる構成を採用している。重量物であるコア2側を昇降させるよりも比較的軽量の切断ユニット10側を昇降させた方がエネルギー効率の観点からも望ましい。
図4Aは切断ユニット10を上昇させて各セグメント端部の剥離部を支持部材12の挿入孔12A、12B、12Cに挿入し、各セグメント端部の剥離部が可動部材14の透孔14A、14B、14C内に進入した状態を示している。透孔14A、14B、14C内への剥離部の進入深さは、長さの不揃いを切断によって無くすことができる最小限の深さとすると、無駄が無く好ましい。
切り落とされた切断片3a1、5a1、7a1は、それぞれ透孔14A、14B、14C内を通って可動部材14の外部に落下し、不図示の収容凹部に収容される。可動部材14の各第1の可動刃16は3組の各2本のセグメント端部のうち一方のセグメント端部3、5、7の剥離部3a、5a、7a(以下、それぞれ「第1のセグメント端部」及び「第1の剥離部」と呼ぶ)のみを切断するように後述する駆動機構を制御する制御部(図14参照)によって移動量を制御される。
図5Bに示すように、第1の可動刃16の移動は、その刃先が各第2の剥離部4a、6a、8aに少し食い込むようになされる。即ち、第1の可動刃16の移動量は、左右方向(矢印L、R方向)における各第1の剥離部3a、5a、7aの幅を少し超えた移動量となる。
第1の固定刃20による抗力は各第2の剥離部4a、6a及び8aを介して、第1の可動刃16の進行方向と逆向きに作用し、各第1の剥離部3a、5a、7aの背面側(第1の可動刃16が切り込む側と反対側)を押すように作用する。これによって、軟質材料で構成されているため曲がりが生じる中でも各第1の剥離部3a、5a、7aのみの切断が可能となる。
これにより第2の剥離部4a、6a、8aの先端が第2の可動刃18によって切断される。切り落とされた切断片4a1、6a1、8a1は、それぞれ透孔14A、14B、14C内を通って可動部材14の外部に落下し、不図示の収容凹部に収容される。
可動部材14の各第2の可動刃18は3組の各2本のセグメント端部のうち第2のセグメント端部4、6、8の剥離部である第2の剥離部4a、6a、8aのみを切断するように後述する駆動機構を制御する制御部によって移動量を制御される。
図6Bに示すように、第2の可動刃18の移動量は、その刃先が左右方向(矢印L、R方向)における各第2の剥離部4a、6a、8aの幅を超えた移動量となる。
第2の固定刃22による抗力は各第1の剥離部3a、5a、7aを介して、第2の可動刃18の進行方向と逆向きに作用し、各第2の剥離部4a、6a、8aの背面側(第2の可動刃18が切り込む側と反対側)を押すように作用する。これによって、軟質材料で構成されているため曲がりが生じる中でも各第2の剥離部4a、6a、8aのみの切断が可能となる。
この状態でTIG溶接等により溶接して各組の剥離部を電気的に接合しても、バリSが溶融脱落してコア2内に落下することはなく、接合部の一部として冷却固化する。このため、バリSが、形成されるコイルを利用する回転電機の機械的あるいは電気的特性の劣化をもたらすことを避けられる。また、一般的に各組のセグメント端部は、クランパで両側から矢印F方向に押圧された状態で溶接されるので、バリ部分が溶融すると、切断時に生じた各剥離部の曲がりと、バリSにより生じていた隙間gも、溶接時の溶融に伴って無くなる。図7Aにおいて、ハッチングは絶縁性樹脂による被覆層を示している。また、破線は溶接のためのアークを示している。
このため、剥離部3a、4aをレーザーを用いて接合する場合に、レーザー光Lbが剥離部3a、4a間の隙間を通ってセグメント端部3又はセグメント端部4の絶縁層を傷付けることが防止される。
しかしながら、この方法では導体の切断を伴うため、導電率の低下、ひいてはモータ出力の低下につながる。
即ち、本発明の切断方法によれば、溶接時にバリ部分が溶融脱落してスロット内に入り込む問題と、接合手段がレーザーである場合の絶縁層の損傷問題とを、導電率の低下を来すことなく同時に解決することができる。
図7A乃至図8Bではセグメント端部3、4の組を示したが、セグメント端部5、6の組と、セグメント端部7、8の組についても同様である。
特許文献1に記載の方式では、セグメント端部の両側から切断刃を回動させて挟み込んで切断する構成であるため、一つの切断刃が複数のセグメント端部に同時に食い込み、大きな駆動力が必要となる。
この駆動力は切断すべきセグメント端部の数に比例する。また、回動による挟み込みで導体金属を一方向に押し出す作用が生じるため、上記のように外側へバリが突出する懸念がある。
図9に示すように、本実施形態に係るコイルセグメント切断装置30は、キャスター32を有して移動可能な水平ベース34と、水平ベース34から上下方向に延びる垂直ベース36と、水平ベース34に設けられた、可動部材14を移動させる駆動機構38と、駆動機構38の上側で垂直ベース36に支持されたワーク保持機構40等を有している。
可動部材14は不図示の挿通孔等を介してスライダ58に固定されている。刃台48にはブロック60、62が固定され、第1の固定刃20と第2の固定刃22(図3参照)を有する支持部材12は、不図示のネジ孔等を介してブロック60及びブロック62にそれぞれ固定されている。
昇降プレート44は中央部をサーボモータ42のロッド42a(図12参照)に接続され、その両側を、サーボモータ42の駆動に伴って上下移動する摺動軸64、66で支持されている。
円筒形状のワーク76(コア)は、ワーク76の内部を貫通して上下からワーク76に嵌め合わされる固定用冶具80、82により、ワーク保持台72に締め付けて固定される。図9はワーク76がセグメント端部78を上向きにした状態でワーク保持台72に保持されて固定された状態を示している。
この制御部は、サーボモータ42,52の動作を制御する機能を備え、CPU91、不揮発メモリ92、RAM93、操作部I/F94、操作部95、駆動部I/F96、通信I/F97と、システムバス98を備える。
CPU91は、RAM93をワークエリアとして、不揮発メモリ92に記憶されたプログラムを実行することにより、不揮発メモリ92に記憶されたパラメータ及び操作部95においてなされたオペレータの操作に従いサーボモータ42,52の動作を制御するプロセッサである。
不揮発メモリ92に記憶されるパラメータには、昇降プレート44の移動量や、セグメント端部を切断するための可動部材14の移動量等がある。
操作部95は、キー、ボタン、タッチパネル等、オペレータの操作を受け付けるユニットである。操作部I/F94は、操作部95においてなされた操作を示す信号をCPU91に供給する。
駆動部I/F96は、CPU91からの指示に従いサーボモータ42,52に制御信号を供給するためのインタフェースである。
通信I/F97は、外部の装置と通信を行うためのインタフェースである。
図10において、符号83は、ワーク保持台72に固定されたワーク76を手動で所定量ずつインデックス回転させることができるインデックスプランジャの操作用レバーを示している。
コイルセグメント切断装置30のオペレータがレバー83を下側へ回動させると、ワーク保持台72に対するワーク76のロック状態が解除され、ワーク保持台72に不図示のベアリングを介して支持されたワーク76を手動で軸心75回りに回転させることができる。オペレータがレバー83を上側へ回動させると、ワーク76はワーク保持台72にロックされ、セグメント端部の切断が可能となる。
セグメント端部の切断を行う場合には、オペレータは、コアの径方向の1列のセグメント端部の切断が終わる毎にレバー83を下側へ回動させてワーク76を所定量インデックス回転させた後、レバー83を上側へ回動させてロックした状態で切断する動作を繰り返す。
その後、オペレータは、サーボモータ42を動作させて昇降プレート44を所定位置の近傍まで上昇させ、レバー83を図10の状態から下側へ回してインデックスプランジャでロック状態を解除してワーク保持台72を手で所定量インデックス回転させた後、レバー83を上方へ回動してロックする。
次に、オペレータは、切断すべき所望のセグメント端部78の列と図1に示した切断ユニット10の挿入孔12A、12B、12Cとが対向した状態で昇降プレート44を切断位置まで上昇させる。これにより、各セグメント端部3、4、5、6、7、8は図4Aに示したように支持部材12の挿入孔12A、12B、12C内に挿入され、それらの剥離部3a、4a、5a、6a、7a、8aが可動部材14の透孔14A、14B、14Cに進入する。
これらの工程と、支持部材12及び可動部材14の詳細は、図1乃至図6Bを用いて説明した通りである。また、可動部材14の移動量は、切断する剥離部の厚さや、挿入孔12A〜12C及び透孔14A〜14Cの形状及びサイズを考慮して予め定め、不揮発メモリ92に予め設定しておくとよい。
図13に示すように、スライダ58には可動部材14を収容する溝58aがボールネジ部54の軸方向に沿って形成されており、可動部材14は溝58aに収容した後ネジ部材等により固定される。
なお、ここではワーク76の回転を手動で行う例について説明したが、自動制御で行ってもよいことはもちろんである。他の工程も含め、コイルセグメント切断装置30が行うセグメント端部の切断は、コンピュータや制御回路による制御部が、サーボモータやロック機構等の動作を制御して自動的に行うことが可能である。図9乃至図13では手動のため駆動部を設けていない個所についても、自動化する際には適宜にレバー等の操作部をモータ等の駆動機構に置き換えればよい。
3、4、5、6、7、8 セグメント端部
3a、4a、5a、6a、7a、8a 剥離部(接合部分)
12 支持部材
12A、12B、12C 挿入孔
14 可動部材
14A、14B、14C 透孔
16 第1の可動刃
18 第2の可動刃
20 第1の固定刃
22 第2の固定刃
40 ワーク保持機構
Claims (9)
- ステータ又はロータのコアのスロットに径方向に複数の層を形成するように挿入された複数のコイルセグメントの前記コアの端面から突出したセグメント端部であって互いに接合される第1及び第2のセグメント端部を、接合部分の先端を揃えるために切断するコイルセグメントの切断方法であって、
前記第1及び第2のセグメント端部を重ね合わせて支持した状態で、前記第1のセグメント端部を前記第2のセグメント端部に押し付けるように移動する第1の可動刃で、前記第1のセグメント端部を切断し、前記第2のセグメント端部を前記第1のセグメント端部に押し付けるように移動する第2の可動刃で、前記第2のセグメント端部を切断することを特徴とするコイルセグメントの切断方法。 - 前記第1の可動刃で前記第1のセグメント端部を切断するときは、前記第2のセグメント端部を第1の固定刃で受けて支持し、前記第2の可動刃で前記第2のセグメント端部を切断するときは、前記第1のセグメント端部を第2の固定刃で受けて支持することを特徴とする請求項1に記載のコイルセグメントの切断方法。
- 前記第1の可動刃と前記第2の可動刃とが一つの部材に一体に設けられ、該一つの部材を一方向に移動させて前記第1のセグメント端部を切断した後、前記一つの部材を反対方向に移動させて前記第2のセグメント端部を切断することを特徴とする請求項2に記載のコイルセグメントの切断方法。
- 前記コアを、前記第1及び第2のセグメント端部が下向きになるように支持した状態で前記第1及び第2のセグメント端部を切断することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のコイルセグメントの切断方法。
- ステータ又はロータのコアのスロットに径方向に複数の層を形成するように挿入された複数のコイルセグメントの前記コアの端面から突出したセグメント端部であって互いに接合される第1及び第2のセグメント端部を、接合部分の先端を揃えるために切断するコイルセグメント切断装置であって、
前記第1及び第2のセグメント端部を重ね合わせて支持する支持部材と、
前記第1のセグメント端部を前記第2のセグメント端部に押し付けるように移動する第1の可動刃と、
前記第2のセグメント端部を前記第1のセグメント端部に押し付けるように移動する第2の可動刃と、
前記第1の可動刃で前記第1のセグメント端部を切断し、前記第2の可動刃で前記第2のセグメント端部を切断するように、前記第1の可動刃と前記第2の可動刃とを移動させる駆動機構とを備えることを特徴とするコイルセグメント切断装置。 - 前記第1の可動刃で前記第1のセグメント端部を切断するときに、前記第2のセグメント端部を受けて支持する第1の固定刃と、
前記第2の可動刃で前記第2のセグメント端部を切断するときに、前記第1のセグメント端部を受けて支持する第2の固定刃とを備えることを特徴とする請求項5に記載のコイルセグメント切断装置。 - 前記第1の可動刃と前記第2の可動刃とがそれぞれ前記支持部材に対して摺動可能な一つの可動部材と一体に設けられ、前記第1の固定刃と前記第2の固定刃とがそれぞれ前記支持部材と一体に設けられていることを特徴とする請求項6に記載のコイルセグメント切断装置。
- 前記支持部材が、前記第1及び第2のセグメント端部を挿入する挿入孔を前記可動部材の移動方向に沿って複数備え、
前記挿入孔のそれぞれが前記第1の固定刃と前記第2の固定刃とを備え、
前記可動部材が、該可動部材が所定の位置にある場合に前記各挿入孔とそれぞれ接続される透孔を複数備え、
該透孔のそれぞれが前記第1の可動刃と前記第2の可動刃とを備えることを特徴とする請求項7に記載のコイルセグメント切断装置。 - 前記コアを収容して保持し、且つ、前記第1及び第2のセグメント端部が下向きとなるように前記コアの姿勢を変更可能なワーク保持部を備えることを特徴とする請求項5から8のいずれか1項に記載のコイルセグメント切断装置。
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