JP6890621B2 - 曲げ装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部材を曲げる曲げ装置及び方法に関する。

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字状のコイル部材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）。

特開２００３−２５９６１３号公報

特許文献１では、コイル部材の脚部を周方向に曲げる場合に、コイル部材に軸方向および周方向に大きな力を作用させて曲げるため、ステータコアの径方向外側部分のみ支持した場合、ステータコアに加わる応力によりステータコアの径方向内側部分が軸方向に沈みように変形してしまうことがあった。それにより、曲げ時にティース端面に配置されるカフスが、曲げられたコイル部材の脚部とステータコアに挟まれて、軸方向に沈むように変形することで折れてしまうことがあった。さらに、曲げ解放時に、径方向内側が軸方向に沈むように変形したステータコアが、スプリングバックにより戻ろうとすることで、曲げ後のコイル部材の脚部の先端の軸方向高さが変化してしまうことがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ステータコアの変形を抑制することができる曲げ装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の曲げ装置は、環状のステータコアの軸線方向に第１面から第２面に貫通して設けられた複数のスロットに、前記第１面側から挿入されて前記第２面側から突出した複数のコイル部材の脚部を、前記ステータの周方向に曲げる曲げ装置であって、前記ステータコアの前記第１面の内側部分であって、隣り合う前記複数のスロットの間のスロット間部を支持する第１支持部と、前記ステータコアの前記第１面の外側部分を支持する第２支持部と、前記第１支持部及び前記第２支持部とは別個に設けられ、前記第１面から突出した前記複数のコイル部材を受ける受け部と、前記第１支持部及び前記第２支持部により前記ステータコアが支持された状態で、前記コイル部材の前記脚部を前記ステータの周方向に曲げる曲げ部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ステータコアの第１面の内側部分と外側部分とを支持した状態で、コイル部材の脚部を周方向に曲げるので、ステータコアの第１面の外側部分のみを支持するものに比べて、コイル部材の脚部を曲げてテータコアに応力が加わった場合にも、ステータコアの変形を抑制することができきる。

また、前記第１支持部は、前記ステータコアの周方向における複数の前記スロット間部を支持することが好ましい。

この構成によれば、ステータコアの周方向における１個のスロット間部を支持するものに比べて、より一層確実に、コイル部材の脚部を曲げてステータコアに応力が加わった場合のステータコアの変形を抑制することができる。

さらに、前記第１支持部は、前記複数のスロット間部を支持する複数の第１突出部を有し、隣り合う前記第１突出部同士の間に、前記第１突出部より径方向外側に突出しない部分を有することが好ましい。

この構成によれば、隣り合う第１突出部同士の間で、第１突出部より径方向外側に突出しない部分により、絶縁体との接触を避けることができる。

また、前記第１支持部は、隣り合う前記第１突出部同士を連結する複数の連結部と、前記複数のスロットのそれぞれから突出した複数の絶縁体との接触を避けるために、前記複数の連結部のそれぞれに形成された複数の凹部と、前記凹部の下方で前記連結部に連設され、前記ステータコアの径方向に突出する第２突出部と、を有することが好ましい。

この構成によれば、ステータコアの径方向に突出する第２突出部を有するので、絶縁体との接触を避けながら、第２突出部を有していないものに比べて、第１支持部の強度を高めることができる。

本発明の曲げ方法は、環状のステータコアの軸線方向に第１面から第２面に貫通して設けられた複数のスロットに、前記第１面側から挿入されて前記第２面側から突出した複数のコイル部材の脚部を、前記ステータの周方向に曲げる曲げ方法であって、前記ステータコアの前記第１面の内側部分であって、隣り合う前記複数のスロットの間のスロット間部を第１支持部により支持し、且つ、前記ステータコアの前記第１面の外側部分を第２支持部により支持し、前記第１支持部及び前記第２支持部とは別個に設けられた受け部により、前記第１面から突出した前記複数のコイル部材を受けた状態で、前記コイル部材の前記脚部を前記ステータコアの周方向に曲げることを特徴とする。

また、前記第１支持部により、前記ステータコアの周方向における複数の前記スロット間部を支持した状態で、前記コイル部材の前記脚部を前記ステータコアの周方向に曲げることが好ましい。

さらに、前記スロット間部には、前記ステータコアの内側部分で前記ステータの周方向に突出するスロット間突出部が一体に形成されており、前記第１支持部により、前記スロット間部と前記スロット間突出部とを支持した状態で、前記コイル部材の前記脚部を前記ステータコアの周方向に曲げることが好ましい。

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。 第１実施形態のステータコアとコイルセグメントと第１支持部と第２支持部と受け部とカフスとを示す端面図。 曲げ装置の保持部により第２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。 曲げ装置により第２層のコイルセグメントの突出部分を曲げた状態の側面図。 曲げ装置の保持部により第１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。 曲げ装置により第１層のコイルセグメントの突出部分を曲げた状態の側面図。 ステータコアとインシュレータと第１支持部とを示す斜視図。 ステータコアを第１支持部で支持した状態を示す斜視図。 第２実施形態の第１支持部を示す斜視図。 第２実施形態のステータコアとインシュレータとを示す斜視図。 第２実施形態のステータコアとコイルセグメントとインシュレータと第１支持部とを示す断面図。

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（例えば、本実施形態では７２個）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。

ステータコア２の各スロット２ａ間は、ティース部２ｃとなる。各スロット２ａには、絶縁材としてのインシュレータ６（絶縁体）（図８参照）が挿入されている。なお、図１及び図２では、ステータコア２の形状を簡略化して図示している。

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。本実施形態では、コイルセグメント４の脚部４ａがステータコア２の第１面２ｄ側からスロット２ａに挿入されて、第２面２ｅから突出する（図５参照）。

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に第１面２ｄ側から挿入されて、第２面２ｅから突出している。

スロット２ａの第２面２ｅ側から突出した脚部４ａの突出部分４ｄは、図４に示すように、詳しくは後述する曲げ装置８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、第１層、第２層、・・・、第８層の順に並んでいる。

本実施形態では、第１層〜第８層のコイルセグメント４は、第１層と第２層とが一対となり、第３層と第４層とが一対となり、第５層と第６層とが一対となり、第７層と第８層とが一対となる。

第１層〜第８層のコイルセグメント４のそれぞれの脚部４ａは、ステータコア２の第１面２ｄ側からスロット２ａに挿入されて、第２面２ｅから突出している。

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５に示すように、曲げ装置８は、脚部４ａの突出部分４ｄを保持して反時計方向Ｄ１及び時計方向Ｄ２に移動することで、突出部分４ｄを反時計方向Ｄ１及び時計方向Ｄ２に曲げる周知の保持部９と、ステータコア２を支持する支持装置１０を備える。また、曲げ装置８は、保持部９を移動させる移動機構（図示せず）と、移動機構の駆動を制御する制御部（図示せず）とを備える。

図６Ａ及び図６Ｂに示すように、保持部９は、外側方向及び内側方向に開口しており、突出部分４ｄの先端部を保持する。保持部９は、偶数層（第２層、第４層、第６層、第８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、移動機構により反時計方向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。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、保持部９は、奇数層（第１層、第３層、第５層、第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、移動機構により時計方向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。

図５、図８及び図９に示すように、支持装置１０は、ステータコア２の第１面２ｄの内側部分を支持する円筒状の第１支持部１１と、第１面２ｄの外側部分を支持する円筒状の第２支持部１２と、ステータコア２から突出したコイルセグメント４の頭部４ｂを受ける円筒状の受け部１３とを備える。なお、図５の端面図では、簡易的にコイルセグメント４及び挟持部９を図示し、図８及び図９では、コイルセグメント４、第２支持部１２及び受け部１３の図示を省略している。

第１支持部１１の上面には、ステータコア２の各ティース部２ｃに対応した複数の第１突出部１１ａが形成されている。各第１突出部１１ａは、各ティース部２ｃより僅かに小さい形状で形成され、各ティース部２ｃを支持した場合に、スロット２ａに飛び出ることがない。なお、第１突出部１１ａの数は適宜変更可能であり、１個や２個等でもよい。

第１支持部１１の外周面の下端部には、径方向外側に突出したフランジ部１１ｂが全周に亘って形成されている。受け部１３は、フランジ部１１ｂに載せられている。なお、第１支持部１１と第２支持部１２とを一体的に形成してもよい。

また、曲げ装置８により脚部４ａの突出部分４ｄを曲げる場合には、ステータコア２の第２面２ｅの各ティース部２ｃに、周知のカフス２０が載せられる。このカフス２０は、脚部４ａの突出部分４ｄを周方向において位置決めする。

ステータコア２は、第１支持部１１により第１面２ｄの内側部分が支持され、且つ、第２支持部１２により第１面２ｄの外側部分が支持され、この状態で、曲げ装置８の保持部９により、脚部４ａの突出部分４ｄを保持する。そして、移動機構により、突出部分４ｄを保持した保持部９を反時計方向Ｄ１及び時計方向Ｄ２に移動させる。これにより、突出部分４ｄが反時計方向Ｄ１及び時計方向Ｄ２に曲げられる。

曲げ装置８により脚部４ａの突出部分４ｄを周方向（反時計方向Ｄ１及び時計方向Ｄ２）に曲げると、ステータコア２に下方に向けた応力が加わる。本実施形態では、第１支持部１１及び第２支持部１２により第１面２ｄの内側部分及び外側部分が支持されているので、上記応力が加わった場合でも、ステータコア２が変形することを抑制することができる。これにより、ステータコア２の変形に起因したカフス２０の変形も抑制することができる。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、図１０〜図１２に示す第２実施形態のように、ステータコア２の各ティース部２ｃに、周方向両側に突出しながら径方向内側に突出したのち、径方向内側に突出するティース突出部２ｆが形成されている場合にも本発明は実施可能である。

図１１に示すように、第１支持部１１１は、ステータコア２の各ティース部２ｃに対応した複数の第１突出部１１１ａと、フランジ部１１１ｂとを備える。各第１突出部１１１ａは、各ティース部２ｃより僅かに小さい形状で形成され、各ティース部２ｃを支持した場合に、スロット２ａに飛び出ることがない。なお、第１突出部１１１ａの数は適宜変更可能であり、１個や２個等でもよい。

隣り合う第１突出部１１１ａは、連結部１１１ｃにより連結されており、この連結部１１１ｃは、第１支持部１１１ａよりも薄く形成されている。第１支持部１１１ａよりも薄い連結部１１１ｃを形成するために、隣り合う第１突出部１１１ａの間には、凹部１１１ｄが形成されている。凹部１１１ｄの下方には、連結部１１１ｃに連設され、径方向外側に突出した第２突出部１１１ｅが形成されている。突出部１１１ｅの外周面と第１突出部１１１ａの外周面とは同じ面となっている。

図１２に示すように、第１支持部１１１の連結部１１１ｃでステータコア２のティース突出部２ｆを支持する状態では、ステータコア２の下面からインシュレータ６が突出している。さらに、インシュレータ６は、コイルセグメント４の頭部４ｂよりも径方向内側に突出している。なお、図１２では、第２支持部１２及び受け部１３の図示を省略している。

第１支持部１１１は、凹部１１１ｄによりインシュレータ６との接触を避けながら、インシュレータ６より下方には第２突出部１１１ｅが形成されているので、第２突出部１１１ｅが形成されていないものに比べて、強度を高めることができる。

また、図１１の２点鎖線よりも径方向内側部分がないステータコア２を、上記第２実施形態の第１支持部１１１で支持するようにしてもよい。

また、上記第２実施形態では、第１突出部１１１ａ同士を連結する連結部１１１ｃが、第１支持部１１１ａより薄く成形されていることで絶縁紙６を避ける構成としたが、連結部１１１ｃを有さず、隣り合う第１支持部１１１ａ同士の間が径方向に貫通していてもよい。

１…ステータ、２…ステータコア、２ａ…スロット、２ｂ…スリット、２ｃ…ティース部（スロット間部）、２ｄ…第１面、２ｅ…第２面、２ｆ…ティース突出部（スロット間突出部）、３…コイル、４…コイルセグメント、４ａ…脚部、４ｂ…頭部、４ｄ…突出部分、６…インシュレータ（絶縁体）、８…曲げ装置、９…保持部（曲げ部）、１０…支持装置、１１，１１１…第１支持部、１１ａ，１１１ａ…第１突出部、１２…第２支持部、１１１ｃ…連結部、１１１ｄ…凹部、１１１ｅ…第２突出部

Claims (7)

1. 環状のステータコアの軸線方向に第１面から第２面に貫通して設けられた複数のスロットに、前記第１面側から挿入されて前記第２面側から突出した複数のコイル部材の脚部を、前記ステータコアの周方向に曲げる曲げ装置であって、
   前記ステータコアの前記第１面の内側部分であって、隣り合う前記複数のスロットの間のスロット間部を支持する第１支持部と、
   前記ステータコアの前記第１面の外側部分を支持する第２支持部と、
   前記第１支持部及び前記第２支持部とは別個に設けられ、前記第１面から突出した前記複数のコイル部材を受ける受け部と、
   前記第１支持部及び前記第２支持部により前記ステータが支持された状態で、前記コイル部材の前記脚部を前記ステータコアの周方向に曲げる曲げ部と、
   を備えることを特徴とする曲げ装置。
2. 請求項１に記載の曲げ装置において、
   前記第１支持部は、前記ステータコアの周方向における複数の前記スロット間部を支持することを特徴とする曲げ装置。
3. 請求項１又は２に記載の曲げ装置において、
   前記第１支持部は、
   前記複数のスロット間部を支持する複数の第１突出部を有し、
   隣り合う前記第１突出部同士の間に、前記第１突出部より径方向外側に突出しない部分を有することを特徴とする曲げ装置。
4. 請求項３に記載の曲げ装置において、
   前記第１支持部は、
   隣り合う前記第１突出部同士を連結する複数の連結部と、
   前記複数のスロットのそれぞれから突出した複数の絶縁体との接触を避けるために、前記複数の連結部のそれぞれに形成された複数の凹部と、
   前記凹部の下方で前記連結部に連設され、前記ステータコアの径方向に突出する第２突出部と、
   を有することを特徴とする曲げ装置。
5. 環状のステータコアの軸線方向に第１面から第２面に貫通して設けられた複数のスロットに、前記第１面側から挿入されて前記第２面側から突出した複数のコイル部材の脚部を、前記ステータコアの周方向に曲げる曲げ方法であって、
   前記ステータコアの前記第１面の内側部分であって、隣り合う前記複数のスロットの間のスロット間部を第１支持部により支持し、且つ、前記ステータコアの前記第１面の外側部分を第２支持部により支持し、前記第１支持部及び前記第２支持部とは別個に設けられた受け部により、前記第１面から突出した前記複数のコイル部材を受けた状態で、前記コイル部材の前記脚部を前記ステータコアの周方向に曲げることを特徴とする曲げ方法。
6. 請求項５に記載の曲げ方法において、
   前記第１支持部により、前記ステータコアの周方向における複数の前記スロット間部を支持した状態で、前記コイル部材の前記脚部を前記ステータコアの周方向に曲げることを特徴とする曲げ方法。
7. 請求項５又は６に記載の曲げ方法において、
   前記スロット間部には、前記ステータコアの内側部分で前記ステータの周方向に突出するスロット間突出部が一体に形成されており、
   前記第１支持部により、前記スロット間部と前記スロット間突出部とを支持した状態で、前記コイル部材の前記脚部を前記ステータコアの周方向に曲げることを特徴とする曲げ方法。

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