JP7450587B2 - ステータコイルの成形装置及び成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコイルの成形装置及び成形方法に関する。

近年、環境問題に鑑み電気自動車やハイブリッド車など、車両の駆動装置やその周辺機器にモータを採用する動きが加速している。上記車両へ搭載されるモータには、車両の駆動性能を向上させるべく高出力であることが求められると共に、搭載可能なスペースの関係上、小型であることが求められている。

ここで、モータのステータコイルは、ステータコアのスロットに収容された状態の複数のセグメントコイルに対して、当該コイルのステータコアから突出している突出部を周方向に向けてねじるように曲げ加工を行った後、同相のセグメントコイルの突出部の先端部同士を溶接等で接合することにより形成される。

例えば特許文献１には、複数のセグメントコイルの突出部に対する曲げ加工を行うための構成の一例が開示されている。すなわち、特許文献１には、円筒状に形成され、複数の突出部の先端部を保持する保持装置と、保持装置をステータコアに対して相対移動させる駆動部とを備え、保持装置には、複数の先端部のそれぞれが挿入可能な複数の溝部が周方向に設けられ、駆動部は、保持装置をステータコアに対して軸方向に接近する向きに移動しつつ、ステータコアに対して周方向に回転可能に構成されているステータコイルの製造装置が開示されている。また、保持装置の溝部に先端部を挿入した状態で、駆動部により保持装置をステータコア側に軸方向移動させると共に、周方向に回転させることで、複数の突出部にＳ字状のねじりを伴う曲げ変形を生じさせることが開示されている。

特開２０２０－３６４６９号公報

ところで、上述したモータの小型化を図るためには、ステータコイルの成形工程において、セグメントコイルの突出部の高さ方向寸法であるコイルエンドを極力低くすることが重要となる。ここで、特許文献１に記載のように、セグメントコイルの突出部にねじりを伴う曲げ加工を施す場合、セグメントコイルに形成される曲げ部の曲率（曲率半径の逆数）、特に曲げ加工用治具となる保持装置側の曲げ部の曲率は、保持装置に設けられた溝部の開口側縁部の曲率に大きく左右される。すなわち、図７（ａ）に示すように、溝部１４の開口側縁部１５の曲率半径が大きいほど１セグメントコイルの先端部３を溝部１４に挿入し易くなる一方で、曲げ加工完了後の先端部３の高さ方向位置（コイルエンド）Ｈが高くなる。逆に、図７（ｂ）に示すように、溝部１４の開口側縁部１５の曲率半径が小さいほど曲げ加工完了後の先端部３の高さ方向位置Ｈを低くすることができる一方で、開口側縁部１５による先端部３の溝部１４への呼び込み性（案内機能）が低下する。そのため、図８に示すように、各セグメントコイル１をステータコア１１のスロットに収容した状態においてステータコア１１の径方向に列をなす複数の突出部２の先端部３の周方向位置がばらついていると、保持装置（曲げ加工用治具）１２の溝部１４に先端部３が挿入されずに先端部３が保持装置１２で押し潰される事態が懸念される（図９を参照）。

以上の事情に鑑み、本明細書では、ステータコアのスロットに収容された状態のセグメントコイルに曲げ加工を施すに際し、セグメントコイルの突出部の先端部を曲げ加工用治具の溝部に確実に挿入しつつも、曲げ加工後のコイルエンドを低く抑えることを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るステータコイルの成形装置によって達成される。すなわち、この成形装置は、ステータコアのスロットに収容されたセグメントコイルにねじりを伴う曲げ加工を施して、ステータコイルを成形するための装置であって、筒状をなし、ステータコアの軸方向一方側に突出しているセグメントコイルの突出部の先端部を挿入可能な溝部を有する曲げ加工用治具と、曲げ加工用治具を軸方向に移動させつつ軸回転させるための駆動部とを備えるステータコイルの成形装置において、セグメントコイルの突出部は、ステータコアの径方向に列をなした状態で複数列配置されており、各列をなす複数の突出部の先端部の周方向位置を揃えて整列可能な整列装置をさらに備える点をもって特徴付けられる。

上述したように、本発明に係るステータコイルの成形装置では、ステータコアの径方向に列をなした状態で複数のセグメントコイルが配置されている点に着目し、各列をなす複数の突出部の先端部の周方向位置を揃えて整列可能な整列装置をさらに設けるようにした。このように構成することにより、各列をなす複数のセグメントコイルの先端部の周方向位置を漏れなく揃えることができるので、曲げ加工用治具の溝部の開口側縁部の形状に関わらず、溝部に先端部を確実に挿入することが可能となる。よって、溝部の開口側縁部の曲率半径を小さくすることで、先端部が潰れる事態を回避しつつ曲げ加工後のコイルエンドを低く抑えることが可能となる。

また、本発明に係るステータコイルの成形装置において、整列装置は、ステータコアの周方向で対向し先端部の周方向位置を規制可能な一対の規制面を有する整列用治具と、整列用治具をステータコアの径方向に沿って移動可能とする移動装置とを有してもよい。また、この場合、整列用治具は、列をなす複数の突出部のうち最も外径側の突出部の先端部を整列可能な径方向位置まで移動し、かつ最も内径側の突出部の先端部よりも内径側に退避可能な径方向位置まで移動可能に構成されてもよい。

この種のステータコアはその中央にロータの一部を収容可能な空洞部を有していることが多い。そのため、上述のように整列装置を構成することで、新たな設置スペースを要することなく整列装置を配置することができる。よって、成形装置全体としての大型化を避けつつ安定した曲げ加工と低コイルエンド化を達成することが可能となる。

また、上記課題の解決は、本発明に係るステータコイルの成形方法によっても達成される。すなわち、この成形方法は、ステータコアに開口形成された複数のスロットに収容された状態の複数のセグメントコルにねじりを伴う曲げ加工を施して、ステータコイルを成形するための方法であって、円筒状をなす曲げ加工用治具に設けられた複数の溝部に、ステータコアの軸方向一方側に突出しているセグメントコイルの突出部の少なくとも先端部を挿入する挿入工程と、先端部を挿入した状態で、曲げ加工用治具を軸方向に移動させつつ軸回転させることで、突出部に曲げ加工を施す曲げ加工工程とを備えた、ステータコイルの成形方法において、セグメントコイルの先端部は、ステータコアの径方向に列をなした状態で複数列配置されており、挿入工程の前に、整列装置を用いて、各列をなす複数の先端部の周方向位置を揃えて整列させる整列工程をさらに備える点をもって特徴付けられる。

上述したように、本発明に係るステータコイルの成形方法においても、ステータコアの径方向に列をなした状態で複数列配置されているセグメントコイルの先端部に対して、各列をなす複数の先端部の周方向位置を揃えて整列可能な整列装置をさらに設けるようにしたので、各列をなす複数のセグメントコイルの先端部の周方向位置を漏れなく揃えることができるので、曲げ加工用治具の溝部の開口側縁部の形状に関わらず、溝部に先端部を確実に挿入することが可能となる。よって、溝部の開口側縁部の曲率半径を小さくすることで、先端部が潰れる事態を回避しつつ曲げ加工後のコイルエンドを低く抑えることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、ステータコアのスロットに収容された状態のセグメントコイルに曲げ加工を施すに際し、セグメントコイルの突出部の先端部を曲げ加工用治具の溝部に確実に挿入しつつも、曲げ加工後のコイルエンドを低く抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態に係るステータコイルの成形装置の要部平面図である。 図１に示す成形装置を用いたステータコイルの成形方法の一例を示すフローチャートである。 図１に示す状態におけるセグメントコイルの先端部の整列状態を示す要部拡大斜視図である。 図１に示す成形装置の要部平面図で、整列装置により列をなす複数の突出部の先端部の周方向位置を揃えた状態を示す要部平面図である。 図４に示す状態におけるセグメントコイルの先端部の整列状態を示す要部拡大斜視図である。 整列工程後の曲げ加工用治具と整列用治具の動きを示す要部拡大側面図である。 従来の成形技術で成形する場合に、曲げ加工用治具に形成された溝部の開口側縁部の曲率がコイルエンドに及ぼす影響を示す図である。 列をなす複数のセグメントコイルの突出部の先端部の整列状態を示す要部拡大平面図である。 曲げ加工用治具に形成された溝部の開口側縁部の居率が大きい場合に起こり得る不具合を示す要部拡大側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るステータコイルの成形装置及び成形方法の内容を図面に基づいて説明する。

本実施形態に係る成形装置１０は、図１及び図６に示すように、ステータコア１１と曲げ加工用治具１２と、曲げ加工用治具１２を駆動、ここでは軸方向に移動させつつ軸回転させるための駆動部（図示は省略）とを主に備える。ここで、ステータコア１１は円筒状をなすもので、ステータコア１１の軸方向端面に、複数のスロット１３がステータコア１１の周方向に所定の間隔を空けて開口形成されている。また、複数のスロット１３がステータコア１１の径方向に沿って開口形成されている。各スロット１３にはステータコイルを構成するセグメントコイル１が収容され、ステータコア１１の軸方向一方側に突出部２が突出した状態にある。なお、曲げ加工用治具１２による曲げ加工を受ける前の段階では、各セグメントコイル１の突出部２は、図３に示すように、ステータコア１１の軸方向に沿って直線状に延びた形態をなしている。

曲げ加工用治具１２は、円筒状をなすもので、例えば図６に示すように、ステータコア１１と対向する曲げ加工用治具１２の軸方向端面に、複数の溝部１４が曲げ加工用治具１２の周方向に所定の間隔を空けて形成されている。ここでは、互いに外径寸法の異なる複数の曲げ加工用治具１２が、ステータコア１１と軸方向に対向する位置に同心円状に配設されており、各曲げ加工用治具１２は、互いに独立して軸方向に移動すると共に、軸回転可能に構成されている。詳細には、溝部１４に挿入されたセグメントコイル１の突出部２を所定のねじり角度までねじる（Ｓ字状の曲げ変形を付与する）ことのできるよう、軸方向の移動と軸回転に関する位置及び速度がそれぞれ制御可能とされている。

また、本実施形態に係る成形装置１０は、図１に示すように、整列装置１６をさらに備える。この整列装置１６は、列をなす複数の突出部２の先端部３の周方向位置を揃えて整列させるためのもので、本実施形態では、複数対の整列用治具１８と、各対の整列用治具１８を移動させる移動装置１９とを有する。本実施形態では、長板状の整列用治具１８をステータコア１１の径方向と平行な向きにした状態で、これら整列用治具１８をその長手方向、すなわちステータコア１１の径方向に沿って往復動可能なように、移動装置１９が構成されている。

ここで、各対の整列用治具１８は、ステータコア１１の周方向で対向し先端部３の周方向位置を規制可能な一対の規制面１７を有する。一対の規制面１７は互いに平行で、各対の整列用治具１８の移動によっても平行な関係を維持する。また、一対の規制面１７の対向間隔は、規制対象となる複数の先端部３の寸法のみならず、想定される周方向位置のばらつき等を考慮して所定の大きさに設定される。もちろん、一対の規制面１７の対向間隔を適宜変更可能に構成してもよい。

また、本実施形態では、上記構成の整列装置１６、すなわち複数対の整列用治具１８と移動装置１９がステータコア１１の中央空洞部に配置されている。この場合、各対の整列用治具１８は、列をなす複数の突出部２のうち最も外径側の突出部２の先端部３を整列可能な径方向位置まで移動し、かつ最も内径側の突出部２の先端部３よりも内径側に退避可能な径方向位置まで移動可能に構成されている（図１及び図４を参照）。

次に、上記構成の成形装置１０を用いたステータコイルの成形方法の一例を説明する。

この成形方法は、図２に示すように、列をなす複数の突出部２の先端部３を整列させる整列工程Ｓ１と、整列した先端部３を曲げ加工用治具１２の溝部１４に挿入する挿入工程Ｓ２と、先端部３が溝部１４に挿入された突出部２に所定の曲げ加工を施す曲げ加工工程Ｓ３とを備える。以下、整列工程Ｓ１を中心に各工程Ｓ１～Ｓ３の詳細を説明する。

（Ｓ１）整列工程
この工程Ｓ１では、図１に示すように、複数のセグメントコイル１の突出部２が対応するステータコア１１のスロット１３に収容された状態で、ステータコア１１の中央空洞部に配置された複数対の整列用治具１８をステータコア１１の径方向に沿った向きに前進させる。これにより、各対の整列用治具１８が有する一対の規制面１７間に、列をなす複数の突出部２が導入され、各突出部２の先端部３の周方向位置が規制されることで、各先端部３の周方向位置が揃えられる（図３及び図４を参照）。

なお、この際、整列用治具１８の前方側端部にテーパ面などのガイド面２０を設けておくことで（図５を参照）、列をなす複数の突出部２の先端部３が一対の規制面１７間に容易に導入され得る。

（Ｓ２）挿入工程
この工程Ｓ２では、整列工程Ｓ１で周方向位置が揃えられた複数列の突出部２の先端部３を、曲げ加工用治具１２の対応する溝部１４に挿入する。すなわち、図６（ａ）に示すように、各対の整列用治具１８間に導入された状態の先端部３に対し、その上方に位置する曲げ加工用治具１２をステータコア１１側に向けて軸方向移動させる。これにより、図６（ｂ）に示すように、周方向位置が揃えられた状態の先端部３の一部が曲げ加工用治具１２の溝部１４に挿入される。この段階では、各列をなす複数の突出部２の先端部３は、何れも対応する各対の整列用治具１８間（一対の規制面１７間）に導入された状態にあるため、溝部１４の挿入は、各先端部３の周方向位置が確実に揃えられた状態で開始し得る。

（Ｓ３）曲げ加工工程
このようにして、溝部１４に対する先端部３の挿入が開始された後、移動装置１９により各対の整列用治具１８を後退させる。この際、各列の突出部２のうち最も内径側の突出部２よりも内径側にまで各対の整列用治具１８を後退させることで、全ての先端部３の周方向両側から整列用治具１８が退避した状態となる（図６（ｃ）を参照）。然る後、曲げ加工用治具１２をさらにステータコア１１に接近する向きに軸方向移動させることで、先端部３が溝部１４の所定位置まで挿入し終えた状態となる（図６（ｄ）を参照）。よって、この状態から曲げ加工用治具１２を軸回転させることで、又は軸方向移動を伴って軸回転させることで、各突出部２にねじりを伴う曲げ加工が施される。

以上述べたように、本実施形態に係るステータコイルの成形装置１０では、各列をなす複数の突出部２の先端部３の周方向位置を揃えて整列可能な整列装置１６をさらに設けるようにした。これにより、各突出部２の先端部３の周方向位置を漏れなく揃えることができるので、曲げ加工用治具１２の溝部１４の開口側縁部１５の形状（曲率の大小）に関わらず、溝部１４に先端部３を確実に挿入することが可能となる。よって、溝部１４の開口側縁部１５の曲率半径を小さくすることで、先端部３が潰れる事態（図９を参照）を回避しつつ曲げ加工後のコイルエンドＨを低く抑えることが可能となる（図７（ｂ）を参照）。

また、本実施形態では、整列装置１６を、少なくとも、ステータコア１１の周方向で対向し先端部３の周方向位置を規制可能な一対の規制面１７を有する整列用治具１８と、整列用治具１８をステータコア１１の径方向に沿って移動可能とする移動装置１９とで構成した。そして、各対の整列用治具１８が、列をなす複数の突出部２のうち最も外径側の突出部２の先端部３を整列可能な径方向位置まで移動し、かつ最も内径側の突出部２の先端部３よりも内径側に退避可能な径方向位置まで移動できるように整列装置１６を構成した。このように構成することで、上述した整列装置１６全体をステータコア１１の中央空洞部に配置することができる。よって、新たな設置スペースを要することなく整列装置１６を配置することができ、これにより成形装置１０全体としての大型化を避けつつ安定した曲げ加工と低コイルエンド化を達成することが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係るステータコイルの成形装置又は成形方法は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。

例えば、上記実施形態では、先端部３として、セグメントコイル１の突出部２のうち絶縁被膜を除去した部分、すなわち導体が露出した部分の周方向位置を整列装置１６で揃える場合を例示したが、もちろん、突出部２のうち絶縁被膜で覆われている部分を整列装置１６で（上記実施形態の場合だと一対の規制面１７で）周方向に揃えてもよい。

あるいは、上記実施形態では、先端部３の周方向位置を整列装置１６で揃えた場合を例示したが、突出部２の先端部３よりも長手方向基端側（ステータコア１１側）を一対の規制面１７間に導入して、当該導入した部分の周方向位置を揃えるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、各対の整列用治具１８として径方向に沿ったスライドのみ可能な構成を採る場合を例示したが、もちろんこれには限られない。例えば図示は省略するが、周方向の対向間隔を広げた状態で径方向に沿って移動し、一対の規制面１７間に列をなす複数の突出部２の先端部３を導入した状態から、各対の整列用治具１８を接近させて、一対の規制面１７の対向間隔を狭めるようにしてもよい。要は、図５に示す如き整列状態が達成可能な限りにおいて、整列装置１６の動作を含めた構成は任意である。

１ セグメントコイル
２ 突出部
３ 先端部
１０ 成形装置
１１ ステータコア
１２ 加工用治具
１３ スロット
１４ 溝部
１５ 開口側縁部
１６ 整列装置
１７ 規制面
１８ 整列用治具
１９ 移動装置
２０ ガイド面
Ｈ コイルエンド
Ｓ１ 整列工程
Ｓ２ 挿入工程
Ｓ３ 曲げ加工工程

Claims (2)

1. ステータコアのスロットに収容されたセグメントコイルにねじりを伴う曲げ加工を施して、ステータコイルを成形するための装置であって、
   筒状をなし、前記ステータコアの軸方向一方側に突出している前記セグメントコイルの突出部の先端部を挿入可能な溝部を有する曲げ加工用治具と、
   前記曲げ加工用治具を軸方向に移動させつつ軸回転させるための駆動部とを備えるステータコイルの成形装置において、
   前記セグメントコイルの突出部は、前記ステータコアの径方向に列をなした状態で複数列配置されており、
   前記各列をなす複数の突出部の先端部の周方向位置を揃えて整列可能な整列装置をさらに備え、
   前記整列装置は、前記ステータコアの周方向で対向し前記先端部の周方向位置を規制可能な一対の規制面を有する整列用治具と、前記整列用治具を前記ステータコアの径方向に沿って移動可能とする移動装置とを有し、
   前記整列用治具は、前記列をなす複数の突出部のうち最も外径側の突出部の先端部を整列可能な径方向位置まで移動し、かつ最も内径側の突出部の先端部よりも内径側に退避可能な径方向位置まで移動可能に構成されていることを特徴とする、ステータコイルの成形装置。
2. ステータコアのスロットに収容された複数のセグメントコイルにねじりを伴う曲げ加工を施して、ステータコイルを成形するための方法であって、
   筒状をなす曲げ加工用治具に設けられた複数の溝部に、前記ステータコアの軸方向一方側に突出している前記セグメントコイルの突出部の先端部を挿入する挿入工程と、
   前記先端部を挿入した状態で、前記曲げ加工用治具を軸方向に移動させつつ軸回転させることで、前記突出部に前記曲げ加工を施す曲げ加工工程とを備えた、ステータコイルの成形方法において、
   前記セグメントコイルの先端部は、前記ステータコアの径方向に列をなした状態で複数列配置されており、
   前記挿入工程の前に、整列装置を用いて、前記各列をなす複数の先端部の周方向位置を揃えて整列させる整列工程をさらに備えることを特徴とする、ステータコイルの成形方法。

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