JP2014217227A - 捻り曲げ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】大型化、複雑化することなく、捻り曲げ後の導体端部の位置を各層毎に設定することが可能な捻り曲げ装置を提供する。【解決手段】捩り曲げ装置10は、ステータコア2のスロット2aから突出したコイルエンド4dが挿入され保持する保持部15a,16a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15,16と、その外周面に形成された貫通孔15b,16bに挿通された固定棒19と、保持治具15,16を周方向に移動させる回転駆動手段14とを備える。回転駆動手段14によって保持治具15,16を周方向に移動させたとき、貫通孔15b,16bの形状に倣って保持治具15,16は軸方向に移動する。【選択図】図5
Description
本発明は、捻り曲げ装置、特に、回転電機を製造する際に導体の端部を捻り曲げる装置に関する。
従来から、ステータコアの周方向に並んで形成されたスリットから突出した導体(コイルセグメント)の端部を捻り曲げる装置が提案されている。例えば、特許文献1には、円筒状の治具(ガイド)を用いて導体端部を保持し、この治具を回転させて導体端部を捩り曲げる装置が記載されている。
導体端部を周方向に移動させると必然的に軸方向にも移動するので、導体端部を捩り曲げる場合、導体端部を周方向及び軸方向に移動させる必要がある。特許文献1に記載の装置では、治具の下面に設けたカムがカム面に沿って移動するカム機構を用いることによって、治具を周方向に移動させながら、軸方向にも移動させている。そのため、治具を周方向に移動させる駆動装置を設けるだけで、治具を軸方向にも移動させることができる。
導体を径方向に積層させて複数の層を形成する場合、径方向外側の導体と内側の導体とでは半径が異なる。そのため、導体端部を周方向に同じ角度だけ移動させた場合、周方向の移動距離が異なるので、必然的に導体端部の軸方向の移動距離も異なる。
しかしながら、特許文献1に記載の装置では、外側の治具も内側の治具も軸方向に同じ距離しか移動させることができない。よって、例えば導体の層数が大きくなり、内側と外側との導体の半径差が大きくなると、各層の導体端部の軸方向の位置が所望のものとならないという課題が生じる。
尚、複数のカム機構を設ければ、治具の軸方向の移動距離を変えることも可能ではあるが、装置が大型化、複雑化するという課題が生じる。
本発明は、以上の点に鑑み、大型化、複雑化することなく、捻り曲げ後の導体端部の位置を各層毎に設定することが可能な捻り曲げ装置を提供することを目的とする。
本発明は、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、前記保持治具の外周面に形成され、周方向に向かって漸次軸方向に向かって伸びる貫通孔と、前記貫通孔に挿通された固定棒と、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に移動させる回転駆動手段とを備え、前記回転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たとき、前記貫通孔の形状に倣って前記保持治具が軸方向に移動することを特徴とする。
本発明によれば、保持治具の外周面に貫通孔が形成され、この貫通孔に固定棒が挿通されている。これにより、回転駆動手段で保持治具をステータコアに対して相対的に周方向に移動させたとき、保持治具は貫通孔のプロファイルに倣って軸方向にも移動する。よって、回転駆動手段で保持治具を回転させることによって、適切な距離だけ軸方向に保持治具を移動させることができる。
本発明において、前記導体は径方向に複数の層を形成し、各層を形成する前記導体の端部が挿入され保持される保持部をそれぞれ有する前記保持治具が同心状に設けられ、各前記保持治具に形成された前記貫通孔の形状がそれぞれ異なり、前記固定棒が各前記貫通孔を挿通し、前記回転駆動手段によって各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たとき、前記貫通孔の形状に倣って各前記保持治具が軸方向に移動する距離が異なることが好ましい。
この場合、回転駆動手段で保持治具をステータコアに対して相対的に周方向に移動させたとき、各保持治具はそれぞれ貫通孔のプロファイルに倣って軸方向にも移動する。よって、回転駆動手段で保持治具を回転させることによって、各層毎に適切な距離だけ軸方向に保持治具を移動させることができる。
本発明において、奇数層の前記導体の端部が挿入され保持される前記保持部を有する複数の前記保持治具が連結され、偶数層の前記導体の端部が挿入され保持される前記保持部を有する複数の前記保持治具が連結され、前記回転駆動手段は、これら連結された複数の前記保持治具を互いに異なる周方向に移動させることが好ましい。
この場合、奇数層の導体と偶数層の導体とのそれぞれの端部を異なる周方向に捻り曲げることができる。
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4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3(b)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4参照)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、本発明の実施形態に係る捩り曲げ装置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5から図8を参照して、本発明の捻り曲げ装置10について説明する。
捻り曲げ装置10は、スロット2aから突出したコイルセグメント4の突出部分(以下、コイルエンドという)4dを捩り曲げる装置である。尚、コイルエンド4dの長さ、即ち、捻り曲げ前の直線状の突出部分4dの長さは、径方向の外側に行くに従って長くなっている。
捻り曲げ装置10は、支持体11、2個の回転体12,13、回転駆動手段14、各層のコイルエンド4dに対応する保持治具15−1〜15−4,16−1〜16−4(以下、合わせて、単に「保持治具15,16」ともいう)、2本の連結棒17,18、固定棒19、及びステータコア保持体21を備えている
支持体11は、その上端部が、天井などに固定されている。
支持体11は、その上端部が、天井などに固定されている。
2個の回転体12,13は、支持体11に対して、それぞれ回転可能に構成されている。ここでは、それぞれベアリングを介して、支持体11に対して内側回転体12を回転自在に、この内側回転体12に対して外側回転体13を回転自在に設けている。
回転駆動手段14は、内側回転体12と外側回転体13を互いに反対向きの周方向に回転させる。ここでは、回転駆動手段14は、内側回転体12を時計周りに、外側回転体13を反時計周りに回転させる。回転駆動手段14は、電動モータであり、ギア列を介して、内側回転体12及び外側回転体13を回転させる。
保持治具15,16は、複数の奇数層、ここでは1層、3層、5層、7層のコイルエンド4dにそれぞれ対応する4個の奇数層用保持治具15−1〜15−4と、複数の偶数層、ここでは2層、4層、6層、8層のコイルエンド4dにそれぞれ対応する4個の偶数層用保持治具16−1〜16−4とから構成されている。各保持治具15,16は、それぞれ段差を有する円筒形状であり、層順に同心状に配置されている。
奇数層用連結棒17は、外側回転体13に固定され、4個の奇数層用保持治具15−1〜15−4を連結している。具体的には、奇数層用保持治具15−1〜15−4の上部を延長した先端部に外側回転体13の軸方向を長手方向とする長円形状の貫通孔が形成されており、これら全ての貫通孔を1本の奇数層用連結棒17が挿通している。これにより、外側回転体13の回転に伴い、4個の奇数層用保持治具15−1〜15−4は軸方向にそれぞれ独立して移動自在に、且つ同時に同じ角度だけ回転する。
奇数層用保持治具15−1〜15−4の貫通孔が形成された先端部は、隣接する偶数層用保持治具16−1〜16−4の先端より上方に位置しており、奇数層用連結棒17は偶数層用保持治具16−1〜16−4と干渉しない。
偶数層用連結棒18は、内側回転体12に固定され、4個の偶数層用保持治具16−1〜16−4を連結している。偶数層用連結棒18は、奇数層用連結棒17と同様に、偶数層用保持治具16−1〜16−4のそれぞれの上端部に形成された長円形状の貫通孔を挿通している。これにより、内側回転体12の回転に伴い、4個の偶数層用保持治具16−1〜16−4は上下方向にそれぞれ独立して移動自在に、且つ同時に同じ角度だけ回転する。
偶数層用保持治具16−1〜16−4の貫通孔が形成された先端部は、隣接する奇数層用保持治具15−1〜15−4の先端より上方に位置しており、偶数層用連結棒18は奇数層用保持治具15−1〜15−4と干渉しない。尚、保持治具15,16には、長円状の貫通孔の代わりに、軸方向を長手方向として上端部が開放された長円状の切り欠きを形成してもよい。
各保持治具15,16は、図6に示すように、その下端面に、コイルエンド4dの先端部4eが挿入されて保持される保持部15a,16aが形成されている。保持部15a,16aは、スロット2aと同数、周方向に並んで、穿設されている。
尚、保持治具15,16の下端面は、コイルエンド4dの長さに合わせて、径方向の外側に位置する保持治具15,16ほど上に位置している。これにより、保持部15a,16aに挿入されるコイルエンド4dの先端部4eの長さは一定となる。
各保持部15a,16aは、コイルセグメント4の矩形状断面に合わせて、矩形状断面を有する。
ただし、保持治具15,16の進行方向側の保持部15a,16aの入り口部分は、テーパ部31を有している。これにより、保持部15a,16aの入り口部分が拡大されコイルエンド4dの先端部4eが入り易くなっている。一方、保持治具15,16の進行方向側と反対側の保持部15a,16aの入り口部分は、軸方向と平行、即ち垂直な面32となっている。
そして、保持部15a,16aの奥部は、断面が拡大している。これにより、保持部15a,16aの中間部の奥端が反力の支持点となり、保持部15a,16aに挿入されたコイルエンド4dが飛び出すことが防止される。
尚、テーパ部31は、図6では直線状であるが、曲線状であってもよい。また、保持治具15,16の進行方向側の保持部15a,16aの入り口部分に、垂直面が存在し、その奥方にテーパ部を設けてもよい。
さらに、各保持治具15,16には、その外周面に、それぞれ異なる図7に示すような形状の貫通孔15b,16bが形成されている。貫通孔15b,16bは、周方向に向かって漸次軸方向に向かって伸びている。そして、これら貫通孔15b,16bを挿通する丸棒からなる固定棒19が支持体11に固定されている。
各保持治具15,16に形成される貫通孔15b,16bのプロファイルは、当該保持治具15,16によって捻り曲げられるコイルエンド4dの形状に応じて定められる。
具体的には、例えば、図8に示すように、捻り曲げの経過に沿って、捻り曲げ前(直線状)、捻り曲げ途中、捻り曲げ後のそれぞれのコイルエンド4dを作図して、コイルエンド4dの先端部4eの移動軌跡Lを求める。そして、このようにして求めた移動軌跡Lを中心に固定棒19が移動する外形を作図して、貫通孔15b,16bの外形を定めればよい。
作図は、捻り曲げ後の各層のコイルエンド4dの先端部4eの先端面が面一になるように設定することが好ましい。このように設定すれば、回転電機の磁束密度などの性能が向上する。
各保持治具15,16は、それぞれ、回転体12,13が回転すると、固定棒19に対して貫通孔15b,16bの内面が摺動することにより、それぞれの貫通孔15b,16bのプロファイルに倣った分だけ下降する。
最内側の保持治具15−1は、その内周面が、支持体11の外周面で径方向内方への移動が規制されている。このように、支持体11の外周面は、保持治具15,16の内側をガイドするガイド部として機能する。
また、最外側の保持治具16−4は、その外周面が、支持体11及び固定棒19に固定された円環状のガイド体22の内周面で径方向外方への移動が規制されている。このように、ガイド体22は、保持治具15,16の外側をガイドするガイド部として機能する。
ステータコア保持体21は、スロット2aにコイルセグメント4の脚部4aが挿入されたステータコア2を保持する。そして、ステータコア保持体21は、図示しない昇降手段によって、支持体11に対して上下動可能に構成されている。
以下、本発明の捻り曲げ装置10を用いてコイルエンド4dを捻り曲げる方法について説明する。
まず、スロット2aにコイルセグメント4の脚部4aが挿入されたステータコア2を、ステータコア保持体21に保持する。
次に、前記昇降手段によってステータコア保持体21を上昇させ、各セグメントコイルの先端部4eを、それぞれ保持治具15,16の保持部15a,16aに挿入する。これにより、各セグメントコイルの先端部4eが保持部15a,16aに保持される。保持部15a,16aに挿入される先端部4eの長さは、層の違いに拘らず一定である。
次に、回転駆動手段14によって、内側回転体12と外側回転体13を互いに反対向きの周方向に同時に回転させる。ここでは、内側回転体12を反時計周りに、外側回転体13を時計周りに回転させる。尚、内側回転体12と外側回転体13とを、順次回転させてもよい。
外側回転体13の時計周りの回転に伴い、4個の奇数層用保持治具15−1〜15−4は時計周りに同じ角度だけ回転しながら、各貫通孔15bのプロファイルに倣って、各保持治具15−1〜15−4は軸方向(下方向)に移動する。これにより、各保持治具15−1〜15−4の保持部15aに保持されたコイルエンド4dは、各貫通孔15bのプロファイルに倣って、時計周りに曲げられながら下方に捻られる。
また、内側回転体12の反時計周りの回転に伴い、4個の偶数層用保持治具16−1〜16−4は反時計周りに同じ角度だけ回転しながら、各貫通孔16bのプロファイルに倣って、各保持治具16−1〜16−4は軸方向(下方向)に移動する。これにより、各保持治具15−1〜15−4の保持部15aに保持されたコイルエンド4dは、各貫通孔15bのプロファイルに倣って、時計周りに曲げられながら下方に捻られる。
また、内側回転体12の反時計周りの回転に伴い、4個の偶数層用保持治具16−1〜16−4は反時計周りに同じ角度だけ回転する。このとき、各保持治具16−1〜16−4の保持部16aに保持されたコイルエンド4dは、各貫通孔16bのプロファイルに倣って、反時計周りに曲げられながら下方に捻られる。
このように、各保持治具15,16の外周面にそれぞれ異なる形状の貫通孔15b,16bが形成され、これら貫通孔15b,16bに固定棒19が挿通されている。これにより、回転駆動手段14で回転体12,13を回転させたとき、各保持治具15,16は周方向に回転すると共に、それぞれの貫通孔15b,16bのプロファイルに倣って下方にも移動する。
よって、回転駆動手段14で回転体12,13を介して保持治具15,16を回転させることによって、各層に適切な軸方向の距離だけ各保持治具15,16をそれぞれ移動させることができる。
保持治具15,16が回転するとき、図6を参照して、進行方向側の保持部15a,16aの内壁面33は反力を受ける。この反力は、コイルセグメント4の支点Aから離間するほど支点Aに作用するモーメントが大きくなるので、入り口部にテーパ部31を有していても、反力の減少には然程影響しない。
一方、進行方向側と反対側の保持部15a,16aの入り口部は垂直面32となっているので、コイルエンド4dの先端部4eの根元部を捻り曲げの起点することができる。また、保持部15a,16aの中間部は、その断面が先端部4eの断面と略同一であり、且つ、ある程度の長さを有しているので、保持部15a,16a内で先端部4eは斜行しないので、先端部4eを直線形状とすることができる。
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、コイルエンド、 4e…先端部、 10…捻り曲げ装置、 11…支持体、 12…回転体、内側回転体、 13…回転体、外側回転体、 14…回転駆動手段、 15,15−1〜15−4…保持治具、奇数層用保持治具、 16,16−1〜16−4…保持治具、偶数層用保持治具、 15a,16a…保持部、 15b,16b…貫通孔、 17…連結棒、奇数層用連結棒、 18…連結棒、偶数層用連結棒、 19…固定棒、 21…ステータコア保持体、 22…ガイド体、 31…テーパ部、 32…垂直面、 33…内壁面。
Claims (3)
- 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、
前記保持治具の外周面に形成され、周方向に向かって漸次軸方向に向かって伸びる貫通孔と、
前記貫通孔に挿通された固定棒と、
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に移動させる回転駆動手段とを備え、
前記回転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たとき、前記貫通孔の形状に倣って前記保持治具が軸方向に移動することを特徴とする捻り曲げ装置。 - 前記導体は径方向に複数の層を形成し、各層を形成する前記導体の端部が挿入され保持される保持部をそれぞれ有する前記保持治具が同心状に設けられ、各前記保持治具に形成された前記貫通孔の形状がそれぞれ異なり、前記固定棒が各前記貫通孔を挿通し、前記回転駆動手段によって各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たとき、前記貫通孔の形状に倣って各前記保持治具が軸方向に移動する距離が異なることを特徴とする請求項1に記載の捻り曲げ装置。
- 奇数層の前記導体の端部が挿入され保持される前記保持部を有する複数の前記保持治具が連結され、偶数層の前記導体の端部が挿入され保持される前記保持部を有する複数の前記保持治具が連結され、前記回転駆動手段は、これら連結された複数の前記保持治具を互いに異なる周方向に移動させることを特徴とする請求項2に記載の捻り曲げ装置。
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