JP6680815B2

JP6680815B2 - 電気導体の曲げ方法及び装置

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Publication number: JP6680815B2
Application number: JP2018020041A
Authority: JP
Inventors: 修平奥田; 松尾　卓; 卓松尾; 達江口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2038-02-07
Also published as: JP2019140732A; US10778072B2; US20190245417A1; CN110120726B; CN110120726A

Description

本発明は、電気導体の曲げ方法及び装置に関する。

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と、ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを備える。

ステータのステータコアに設けられたスロットに、Ｕ字状のコイルセグメントの脚部を挿通した後、突出した突出部分を周方向に曲げて、隣り合う突出部分の先端部を溶接することにより、コイルを構成している（例えば、特許文献１）。

特許第３７８６０５９号

コイルは、一対のコイルセグメントの突出部分の先端部同士を溶接するため、突出部分同士が溶接しやすいように近接していることが望ましい。しかしながら、特許文献１では、突出部分を周方向に曲げるだけであるため、一対のコイルセグメントの突出部分同士の距離が広く、溶接し難いことがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、容易に溶接することができるように電気導体を曲げる電気導体の曲げ方及び装置を提供することを目的とする。

本発明の電気導体の曲げ方法は、円環状のステータコアの円周上に複数設けられたスロットに、Ｕ字状で前記ステータコアの径方向に並ぶ一対の電気導体のそれぞれの脚部が挿入されて前記スロットから突出した前記脚部の突出部分を保持部材で保持し、前記突出部分を保持した前記保持部材を前記ステータコアの周方向に移動することで、前記突出部分を前記周方向に曲げる電気導体の曲げ方法であって、前記一対の電気導体のうちの前記径方向の外側に配置された一方の前記突出部分に加圧部材を押し当てて前記径方向の内側方向へスプリングバックするように前記径方向の外側方向への応力を加えながら、前記一方の前記突出部分を保持した前記保持部材を前記周方向に移動して前記一方の前記突出部分を前記周方向に曲げる曲げ工程を備えることを特徴とする。

本発明によれば、径方向の外側に配置された一方の脚部の突出部分に、径方向の外側方向への応力を加えながら、一方の脚部の突出部分を周方向に曲げるので、曲げ加工後の一方の脚部の突出部分は、弾性変形力により内側方向に戻ろうとする戻り力（スプリングバック）が発生する。したがって、この戻り力がないものに比べて、一方（外側）の脚部の突出部分と他方（内側）の脚部の突出部分とが近づくので、溶接のためのクランプが容易になる。

また、前記曲げ工程では、前記加圧部材は、前記一方の前記突出部分の根元部に、前記径方向の外側方向への応力を加えることが好ましい。

この構成によれば、加圧部材を径方向に移動させて、脚部の突出部分に径方向の外側方向への応力を加える場合には、少ない移動距離で突出部分を径方向の外側方向に大きく曲げることができる。

さらに、少なくとも一つの前記一対の電気導体をそれぞれ有する複数の電気導体ユニットが、互いの境目に前記径方向の隙間を要するように同一の前記スロットに挿入され、前記曲げ工程では、前記複数の電気導体ユニットのうち、前記径方向の最も外側に位置する前記電気導体ユニット以外の前記電気導体ユニットの前記径方向の最も外側に配置された前記電気導体の前記突出部分を曲げることが好ましい。

この構成によれば、複数の電気導体ユニットのうち、径方向の最も外側に位置する電気導体ユニット以外の電気導体ユニットの径方向の最も外側に配置された電気導体の前記突出部分において内側方向に戻ろうとする戻り力が発生するので、その突出部分が、径方向外側にある電気導体ユニットに接触することがない。これにより、隣り合うユニット同士を絶縁することができる。

本発明の電気導体の曲げ装置は、円環状のステータコアの円周上に複数設けられたスロットに、Ｕ字状で前記ステータコアの径方向に並ぶ一対の電気導体のそれぞれの脚部が挿入されて前記スロットから突出した前記脚部の突出部分を前記ステータコアの周方向に曲げる電気導体の曲げ装置であって、前記一対の電気導体の前記突出部分を保持する保持部材と、前記保持部材を前記ステータコアの周方向に移動する第１移動機構と、前記一対の電気導体のうちの前記径方向の外側に配置された一方の前記突出部分を押圧して前記径方向の内側方向へスプリングバックするように前記径方向の外側方向への応力を加える加圧部材と、前記加圧部材を、前記径方向に移動する第２移動機構と、前記第１移動機構及び前記第２移動機構の駆動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記第２移動機構を駆動して前記加圧部材を前記径方向の外側に移動して前記一方の前記突出部分に押し当てて前記径方向の外側方向への応力を加える加圧制御を行いながら、前記第１移動機構を駆動して、前記一方の前記突出部分を保持した前記保持部材を前記周方向に移動して前記一方の前記突出部分を前記周方向に曲げる曲げ制御を行うことを特徴とする。

この構成によれば、曲げ加工後の一方の脚部の突出部分は、弾性変形力により内側方向に戻ろうとする戻り力が発生するので、この戻り力がないものに比べて、一方（外側）の脚部の突出部分と他方（内側）の脚部の突出部分とが近づき、溶接のためのクランプが容易になる。

また、前記加圧部材は、前記一方の前記突出部分に当接する縁部が弧状に面取りされていることが好ましい。

この構成によれば、加圧部材により突出部分を傷付けることを抑制することができる。

本発明の曲げ装置により曲げられる回転電機のステータを示す斜視図。ステータコアとコイルセグメントとを示す斜視図。コイルセグメントを示す斜視図。コイルセグメントの突出部分を示す斜視図。コイルセグメントの突出部分を示す斜視図。曲げ装置の分割爪により８層のコイルセグメントの突出部分を保持した状態の側面図。曲げ装置により８層のコイルセグメントの突出部分を第１拡張ブレードの部分まで曲げた状態の側面図。曲げ装置により８層のコイルセグメントの突出部分を第２拡張ブレードの部分まで曲げた状態の側面図。曲げ装置により８層のコイルセグメントの突出部分を第３拡張ブレードの部分まで曲げた状態の側面図。曲げ装置の分割爪により８層のコイルセグメントの突出部分を保持した状態の底面断面図。曲げ装置により８層のコイルセグメントの突出部分を第１拡張ブレードの部分まで曲げた状態の底面断面図。曲げ装置により８層のコイルセグメントの突出部分を第２拡張ブレードの部分まで曲げた状態の底面断面図。曲げ装置により８層のコイルセグメントの突出部分を第３拡張ブレードの部分まで曲げた状態の底面断面図。曲げ装置の分割爪により７層のコイルセグメントの突出部分を保持した状態の側面図。曲げ装置により７層のコイルセグメントの突出部分を第３拡張ブレードの部分まで曲げた状態の側面図。曲げ装置の分割爪により７層のコイルセグメントの突出部分を保持した状態の底面断面図。曲げ装置により７層のコイルセグメントの突出部分を第３拡張ブレードの部分まで曲げた状態の底面断面図。曲げ装置の電気的構成を示すブロック図。曲げられた状態の１層〜８層のコイルセグメントの突出部分を示す斜視図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

先ず、回転電機の構造の一例について説明する。

図１及び図２に示すように、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と、ステータ１の内側に回転自在に配置されたロータ（図示せず）とを備える。

ステータ１は、ステータコア２と、コイル３とを備える。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。なお、スリット２ｂは設けなくてもよい。

コイル３は、図３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４ｄを周方向に曲げて溶接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体（平角線の導線）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。

なお、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。また、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。

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４Ａに示すように、詳しくは後述する曲げ装置１０によりステータコア２の周方向である反時計方向Ｄ１及び時計方向Ｄ２に曲げられ、対応する突出部分４ｄの先端部同士が溶接装置（図示せず）により溶接される。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、径方向の内側から外側に向かって、１層、２層、・・・、８層の順に並んでいる。

本実施形態では、１層〜８層のコイルセグメント４は、１層と２層とが一対となり、３層と４層とが一対となり、５層と６層とが一対となり、７層と８層とが一対となる。さらに、１層〜４層がユニット化（第１のユニット）され、５層〜８層がユニット化（第２のユニット）される。

第１のユニットである１層〜４層のコイルセグメント４のそれぞれの突出部分４ｄと、第２のユニットである５層〜８層のコイルセグメント４のそれぞれの突出部分４ｄとは、互いの境目（４層のコイルセグメント４の突出部分４ｄと、５層のコイルセグメント４の突出部分４ｄとの境目）に径方向（外側方向Ｄ３及び内側方向Ｄ４）に隙間を空けて、ステータコア２のスロット２ａに挿入されている。

なお、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４Ｂ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、図５〜図８に示すように、脚部４ａの突出部分４ｄを周方向である反時計方向Ｄ１及び時計方向Ｄ２に曲げる曲げ装置１０について説明する。

曲げ装置１０は、突出部分４ｄの先端部を保持する分割爪１１と、モータやギヤ等を備え、分割爪１１を、反時計方向Ｄ１及び時計方向Ｄ２、径方向である外側方向Ｄ３及び内側方向Ｄ４、及び軸方向に移動させる分割爪移動機構１２（図９参照）とを備える。

また、曲げ装置１０は、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃと、モータやギヤ等を備え、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃを、径方向である外側方向Ｄ３及び内側方向Ｄ４に移動させるブレード移動機構１４（図９参照）と、曲げ装置１０を統括的に制御する制御装置１５（図９参照）とを備える。分割爪移動機構１２及びブレード移動機構１４は、制御装置１５により駆動が制御される。

図５Ａ〜図５Ｄ及び図６Ａ〜図６Ｄに示すように、分割爪１１は、外側方向Ｄ３及び内側方向Ｄ４に開口しており、突出部分４ｄの先端部を保持する。分割爪１１は、突出部分４ｄの先端部を保持した状態で、分割爪移動機構１２により反時計方向Ｄ１に移動することにより、保持した突出部分４ｄの先端部を上方向に平行な状態に維持しながら、突出部分４ｄを反時計方向Ｄ１に曲げる。

偶数層（２層、４層、６層、８層）のコイルセグメント４の突出部分４ｄを反時計方向Ｄ１に曲げる場合、第１拡張ブレード１３ａは、曲げられた突出部分４ｄの根元部に当接し、第２拡張ブレード１３ｂは、曲げられた突出部分４ｄの中央部に当接し、第３拡張ブレード１３ｃは、曲げられた突出部分４ｄの先端部に当接する。第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃは、突出部分４ｄに当接する縁部が、弧状（例えば、円弧状）に面取りされている。なお、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃの位置は適宜変更可能であり、縁部の面取りも行わなくてもよい。

図７Ａ，図７Ｂ及び図８Ａ，図８Ｂに示すように、分割爪１１は、奇数層（１層、３層、５層、７層）のコイルセグメント４の突出部分４ｄの先端部を保持した状態で、分割爪移動機構１２により時計方向Ｄ２に移動することにより、保持した突出部分４ｄの先端部を上方向に平行な状態に維持しながら、突出部分４ｄを時計方向Ｄ２に曲げる。なお、一対のコイルセグメント４がそれぞれ逆方向に曲げられる構成であればよいので、本実施例に限定されるものではない。

突出部分４ｄを時計方向Ｄ２に曲げる場合、第１拡張ブレード１３ａは、曲げられた突出部分４ｄの先端部に当接し、第２拡張ブレード１３ｂは、曲げられた突出部分４ｄの中央部に当接し、第３拡張ブレード１３ｃは、曲げられた突出部分４ｄの根元部に当接する。

［曲げ加工］
曲げ装置１０を用いて、コイルセグメント４の突出部分４ｄを曲げる場合、図５Ａ及び図６Ａに示すように、先ず、制御装置１５は、分割爪移動機構１２を駆動して、分割爪１１を移動し、最も外側となる８層のコイルセグメント４の突出部分４ｄを分割爪１１により保持させる。

次に、制御装置１５は、分割爪移動機構１２を駆動して、８層のコイルセグメント４の突出部分４ｄを保持した分割爪１１を、図５Ｂ及び図６Ｂに示す位置まで反時計方向Ｄ１に移動する。

制御装置１５は、分割爪移動機構１２を駆動して、分割爪１１を図５Ｂ及び図６Ｂに示す位置まで反時計方向Ｄ１に移動するときに、ブレード移動機構１４を駆動して、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃを、８層のコイルセグメント４の突出部分４ｄが外側方向Ｄ３に曲がるように、外側方向Ｄ３に移動する。この移動に応じて、制御装置１５は、分割爪移動機構１２を駆動して、突出部分４ｄを保持した分割爪１１を、外側方向Ｄ３に移動する。

制御装置１５は、図５Ｂ及び図６Ｂに示す位置から図５Ｃ及び図６Ｃに示す位置まで分割爪１１を反時計方向Ｄ１に移動する。このとき、制御装置１５は、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃを外側方向Ｄ３に移動した位置で維持する。

そして、制御装置１５は、図５Ｃ及び図６Ｃに示す位置から図５Ｄ及び図６Ｄに示す位置まで分割爪１１を反時計方向Ｄ１に移動する。このとき、制御装置１５は、ブレード移動機構１４を駆動して、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃを内側方向Ｄ４に移動する。この移動に応じて、制御装置１５は、分割爪移動機構１２を駆動して、突出部分４ｄを保持した分割爪１１を内側方向Ｄ４に移動する。以上の工程により、８層のコイルセグメント４の突出部分４ｄは、外側方向Ｄ３に曲げられながら、反時計方向Ｄ１に曲げられる。

７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄを曲げる場合、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、制御装置１５は、分割爪移動機構１２を駆動して、分割爪１１を移動し、７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄを分割爪１１により保持させる。

次に、制御装置１５は、分割爪移動機構１２を駆動して、７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄを保持した分割爪１１を、図７Ｂ及び図８Ｂに示す位置まで時計方向Ｄ２に移動する。このとき、制御装置１５は、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃを、７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄを外側方向Ｄ３に曲げることなく支持する位置に位置させる。以上の工程により、７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄは、時計方向Ｄ２に曲げられ、図１０に示すように、８層のコイルセグメント４の突出部分４ｄの先端部と、７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄの先端部とが対向する。

このように、８層のコイルセグメント４の突出部分４ｄは、外側方向Ｄ３に曲げられながら、反時計方向Ｄ１に曲げられるので、弾性変形力により内側方向Ｄ４に戻ろうとする戻り力（スプリングバック）が発生する。したがって、この戻り力がないものに比べて、８層のコイルセグメント４の突出部分４ｄと７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄとが近づくので、溶接のためのクランプが容易になる。

また、７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄを保持した分割爪１１を、時計方向Ｄ２に移動すると、その移動軌跡は、内側方向Ｄ４への移動も含む。したがって、７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄは、時計方向Ｄ２に曲げられると、内側方向Ｄ４にも曲げられることになり、弾性変形力により外側方向Ｄ３に戻ろうとする戻り力が発生する。これにより、７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄが、８層のコイルセグメント４の突出部分４ｄに近づき、さらに溶接のためのクランプが容易になる。

また、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃは、突出部分４ｄに当接する縁部が、円弧状に面取りされているので、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃにより突出部分４ｄを傷付けることを抑制することができる。

６層、４層、２層のコイルセグメント４の突出部分は、８層のコイルセグメント４の突出部分４ｄと同様に曲げられ、５層、３層、１層のコイルセグメント４の突出部分４ｄは、７層のコイルセグメント４の突出部分４ｄと同様に曲げられる。これにより、６層のコイルセグメント４の突出部分４ｄと５層のコイルセグメント４の突出部分４ｄとが近づき、４層のコイルセグメント４の突出部分４ｄと３層のコイルセグメント４の突出部分４ｄとが近づき、２層のコイルセグメント４の突出部分４ｄと１層のコイルセグメント４の突出部分４ｄとが近づく。

なお、少なくとも、偶数層のコイルセグメント４の突出部分４ｄの１つを、反時計方向Ｄ１に曲げながら外側方向Ｄ３に曲げればよく、奇数層のコイルセグメント４の突出部分４ｄは内側方向Ｄ４に曲げなくてもよい。

ステータ１において、１層〜４層のコイルセグメント４は第１のユニットで、５層〜８動のコイルセグメント４は第２のユニットとなっている。本実施形態では、第１のユニットと、第２のユニットとを絶縁するために、４層のコイルセグメント４の突出部分４ｄと、５層のコイルセグメント４の突出部分４ｄとを絶縁する必要がある。

本実施形態では、４層のコイルセグメント４の突出部分４ｄは、弾性変形力により内側方向Ｄ４に戻ろうとする戻り力が発生するので、４層のコイルセグメント４の突出部分４ｄと、５層のコイルセグメント４の突出部分４ｄとの間に確実に隙間を形成することができ、確実に絶縁することができる。本発明においては、少なくとも４層のコイルセグメント４の突出部分４ｄを、外側方向Ｄ３に曲げながら、反時計方向Ｄ１に曲げることが好ましい。

また、複数のコイルセグメント４を有するユニットが３個以上ある場合には、最外周に位置するユニット以外のユニットそれぞれの最外周に配置されたコイルセグメント４の突出部分４ｄを、外側方向Ｄ３に曲げながら、反時計方向Ｄ１に曲げることが好ましい。

なお、上記実施形態では、偶数層のコイルセグメント４の突出部分４ｄを反時計方向Ｄ１に曲げながら外側方向Ｄ３に曲げているが、突出部分４ｄに内側方向Ｄ４に戻ろうとする戻り力が発生すればよく、突出部分４ｄを、外側方向Ｄ３に曲げずに、外側方向Ｄ３への応力を加えるようにしてもよい。

また、第１〜第３拡張ブレード１３ａ〜１３ｃを設けずに、外側方向Ｄ３及び内側方向Ｄ４に開口していない保持部材により突出部分４ｄを保持し、この保持部材を外側方向Ｄ３に移動することで、保持部材で保持した突出部分４ｄを外側方向Ｄ３に曲げるようにしてもよい。

１…ステータ、２…ステータコア、２ａ…スロット、２ｂ…スリット、３…コイル、４…コイルセグメント、４ａ…脚部、４ｂ…頭部、４ｄ…突出部分、１０…曲げ装置、１１…分割爪（保持部材）、１２…分割爪移動機構（第１移動機構）、１３ａ〜１３ｃ…第１〜第３拡張ブレード（加圧部材）、１４…ブレード移動機構（第２移動機構）、１５…制御装置

Claims

円環状のステータコアの円周上に複数設けられたスロットに、Ｕ字状で前記ステータコアの径方向に並ぶ一対の電気導体のそれぞれの脚部が挿入されて前記スロットから突出した前記脚部の突出部分を保持部材で保持し、前記突出部分を保持した前記保持部材を前記ステータコアの周方向に移動することで、前記突出部分を前記周方向に曲げる電気導体の曲げ方法であって、
前記一対の電気導体のうちの前記径方向の外側に配置された一方の前記突出部分に加圧部材を押し当てて前記径方向の内側方向へスプリングバックするように前記径方向の外側方向への応力を加えながら、前記一方の前記突出部分を保持した前記保持部材を前記周方向に移動して前記一方の前記突出部分を前記周方向に曲げる曲げ工程を備えることを特徴とする電気導体の曲げ方法。
請求項１に記載の電気導体の曲げ方法において、
前記曲げ工程では、前記加圧部材は、前記一方の前記突出部分の根元部に、前記径方向の外側方向への応力を加えることを特徴とする電気導体の曲げ方法。
請求項１又は２に記載の電気導体の曲げ方法において、
少なくとも一つの前記一対の電気導体をそれぞれ有する複数の電気導体ユニットが、互いの境目に前記径方向の隙間を要するように同一の前記スロットに挿入され、
前記曲げ工程では、前記複数の電気導体ユニットのうち、前記径方向の最も外側に位置する前記電気導体ユニット以外の前記電気導体ユニットの前記径方向の最も外側に配置された前記電気導体の前記突出部分を曲げることを特徴とする電気導体の曲げ方法。
円環状のステータコアの円周上に複数設けられたスロットに、Ｕ字状で前記ステータコアの径方向に並ぶ一対の電気導体のそれぞれの脚部が挿入されて前記スロットから突出した前記脚部の突出部分を前記ステータコアの周方向に曲げる電気導体の曲げ装置であって、
前記一対の電気導体の前記突出部分を保持する保持部材と、
前記保持部材を前記ステータコアの周方向に移動する第１移動機構と、
前記一対の電気導体のうちの前記径方向の外側に配置された一方の前記突出部分を押圧して前記径方向の内側方向へスプリングバックするように前記径方向の外側方向への応力を加える加圧部材と、
前記加圧部材を、前記径方向に移動する第２移動機構と、
前記第１移動機構及び前記第２移動機構の駆動を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記第２移動機構を駆動して前記加圧部材を前記径方向の外側に移動して前記一方の前記突出部分に押し当てて前記径方向の外側方向への応力を加える加圧制御を行いながら、前記第１移動機構を駆動して、前記一方の前記突出部分を保持した前記保持部材を前記周方向に移動して前記一方の前記突出部分を前記周方向に曲げる曲げ制御を行うことを特徴とする電気導体の曲げ装置。
請求項４に記載の電気導体の曲げ装置において、
前記加圧部材は、前記一方の前記突出部分に当接する縁部が弧状に面取りされていることを特徴とする電気導体の曲げ装置。