JP3734160B2 - 回転電機のステータの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機のステータの製造方法に関し、詳しくは、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルを装備する車両用回転電機のステータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステータコアのスロットに挿通された多数のセグメント導体を順次接合して形成されたセグメント導体順次接合型ステータコイルが提案されている。
【０００３】
たとえば、本出願人が所有する特許第３１９６７３８号は、略Ｕ字形状を有するセグメント導体であるＵ字導体を順次接合して形成されたＵ字導体順次接合型ステータコイルの製造について開示している。
【０００４】
更に説明すると、このＵ字導体順次接合型ステータコイルは、Ｕ字導体の一対の脚部を回転子の磁極ピッチだけ互いに離れた一対のスロットに個別に挿通し、各Ｕ字導体の脚部先端を順次接合して形成されている。また、上記公報は、ステータコアの端面から軸方向へ突出し、最終的に接合されるＵ字導体の２つの脚部のうちステータコアのスロットから突出する部分である端部を周方向に捻り整形する整形部と、軸方向に駆動する軸方向駆動部とを有する量産性に優れたステータ製造技術を提案している。すなわち、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルの製造工程は、Ｕ字導体をスロットに挿通する工程と、Ｕ字導体の二つの端部を周方向に捻り整形する工程と、各Ｕ字導体の先端の接合部を接合する工程とを含んでいる。
【０００５】
また、特開２００１ー３７１３１号は、略Ｌ字形状を有するセグメント導体であるＬ字導体をステータコアの両側からスロットに挿通し、各Ｌ字導体の両端をステータコアの両側それぞれで順次接合して形成されたＬ字導体順次接合型ステータコイルを開示している。このＬ字導体順次接合型ステータコイルの製造工程は、Ｌ字導体をスロットに挿通する工程と、各Ｕ字導体の両端の接合部を接合する工程とを含んでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記Ｕ字導体順次接合型ステータコイル技術では、捻り整形工程が複雑であるためその簡素化、高速化を要求されている。また、体格増大を招くことなしに更なる大出力化が要求されている。
【０００７】
これに対して、上記Ｌ字導体順次接合型ステータコイル技術では、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルで必須であった複雑な捻り整形工程（セグメント導体の端部を周方向へ磁極ピッチ曲げていわゆるコイルエンドの渡り線部分とする工程）を必要としない利点を有しており、製造工程の短縮、簡素化に有利である可能性がある。
【０００８】
しかしながら、上記Ｌ字導体順次接合型ステータコイルの製造においては、１本のセグメント導体は１つのスロット導体部（セグメント導体のうちスロットに収容されている部分）しかもたないので、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルの製造に比較して２倍の接合箇所を必要とし、接合不良の発生確率が倍増するという不安があった。
【０００９】
また、これらの接合箇所は、接合処理後、ステータコイルの電気絶縁性の向上のために絶縁処理をする必要があるが、絶縁処理箇所も当然２倍となるため、絶縁不良の発生確率が倍増するという不安があった。
【００１０】
また、上記Ｌ字導体順次接合型ステータコイルの製造においては、Ｌ字導体がステータコアの両側から挿通され、しかも動きやすいため、接合される一対のＬ字導体は治具によりしっかりと保持する必要があるが、Ｌ字導体は、先端の接合部以外は、樹脂皮膜により被覆されており、この治具がこの樹脂皮膜を傷つけやすいという解決が容易でない問題を内包していた。
【００１１】
さらに、上記Ｌ字導体順次接合型ステータコイルの製造においては、セグメント導体のスロット挿通工程、接合工程、上記接合部絶縁処理工程を、それぞれステータコアの両側において実施する必要があり、製造装置が複雑となるという問題もあった。
【００１２】
結局、Ｌ字導体順次接合型ステータコイルは、捻り整形工程を省略できるものの、溶接作業とその後の絶縁処理作業の負担が倍増し、導通信頼性及び絶縁信頼性が低下する危険が相対的に大きいという欠点があった。
【００１３】
本発明は、上記のごとき従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、Ｌ字導体順次接合型ステータコイルに比べて信頼性に優れるＵ字導体順次接合型ステータコイルを用いた回転電機の製造工程の簡素化及び高出力化を実現可能な回転電機のステータの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第一発明の回転電機のステータの製造方法は、周方向に所定数のスロットを有するステータコアと、略Ｕ字形状の曲部と前記曲部の両端からそれぞれ直線状に伸びる一対の脚部とを有し、前記一対の脚部が一対の前記スロットに軸方向一側から個別に挿通されている所定数のＵ字導体により構成されるステータコイルとを有し、前記各Ｕ字導体の前記両脚部は、前記スロットに収容されるスロット導体部と、前記スロット導体部から前記スロットの軸方向他側へ突出して周方向および軸方向へ伸び先端が順次接合された端部とを有し、前記各Ｕ字導体の前記端部は、前記ステータコイルの一方のコイルエンドを構成し、前記各Ｕ字導体の前記曲部は、前記ステータコイルの他方のコイルエンドを構成し、前記スロットは、径方向に複数層に並べられた複数の前記スロット導体部を収容する回転電機のステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体の前記両端部の一方は軸方向へ伸びる直線形状とされ、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各Ｕ字導体の前記両端部の他方を周方向へ所定角度曲げることを特徴としている。
【００１５】
また、この第一発明の回転電機のステータの製造方法に好適な第三発明の回転電機のステータの製造方法は、多数のＵ字導体をステータコアのスロットに前記スロット内にて径方向に複数の層を構成するように挿入してそれらの端部を前記ステータコアの端面から軸方向へ突出させる工程と、前記ステータコアの端面から突出した前記Ｕ字導体の前記端部を周方向に所定角度だけ捻り整形し、前記Ｕ字導体の前記端部の先端を所定のペアごとに接合してコイルエンド部を形成させるステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各層に属する前記Ｕ字導体のうち所定の前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部のみを周方向に捻り整形し、かつ、残りの前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部を捻り整形しないことを特徴としている。
【００１６】
すなわち、この第一、第三発明によれば、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルの捻り整形は、Ｕ字導体の一方の脚部の端部に対してだけ行えばよいので、複雑な捻り整形のための装置の構造、工程を大幅に簡素化することができ、捻り整形箇所の数を半減することができるので、製造不良確率を低減し、製造コストを低減することができる。
【００１７】
また、Ｌ字導体を用いる必要がないので、上記したＬ字導体順次接合型ステータコイル特有の問題を解決する必要がなく、製品の信頼性を向上することができる。
【００１８】
更に、本発明によれば、ステータコイルのコイルエンドの放熱性向上により回転電機の体格を増大することなく、高出力化を実現することができる。この点について、以下に更に詳しく説明する。
【００１９】
高温環境下で運転される車両用交流発電機において、出力は回転電機の内部温度限界によって制限されると言って過言ではないが、回転電機の内部温度が最高となるのは、大電流が流れるステータコイルであり、特に最も過酷な条件となるのは、冷却空気流に直接接触できないそのスロット内に収容される部分（スロット導体部）である。このスロット導体部の放熱の多くは、スロット導体部を通じてステータコア両側のコイルエンドに固体伝熱され、コイルエンドから冷却空気流に放熱される。したがって、高出力化を図るには、コイルエンドの被冷却能力を向上させるのが最も現実的である。セグメント導体順次接合型ステータコイルのコイルエンドは従来の連続線巻装式ステータコイルのコイルエンドに比較して格段に冷却風の流れ性が良いので、更にコイルエンドの被冷却能力を向上するには、コイルエンドの表面積を増大するのが簡単で効果的である。しかし、従来のＵ字導体順次接合型ステータコイルのコイルエンドの表面積を増大するためには、コイルエンドの軸方向長さを増大しなければならない。しかし、これは、回転電機の体格を増大を意味し、ハウジングなどの重量増大も招き、回転電機の体格を増大せずに高出力化を図るという目的を達成することに反する。
【００２０】
そこで、上記第一発明、第三発明では、スロットからでたＵ字導体の一対の端部の一方のみを周方向へ捻ることにより、コイルエンドとなるＵ字導体の端部の総延長距離を延ばし、これによりコイルエンドの表面積を増大させてその被冷却能力を向上させる。このようにすれば、ステータコイルの被冷却能力が向上した分だけその電流密度を向上させて、出力増大を図ることが可能となる。なお、電流密度を増大しない場合には、ステータコイルの温度低下を実現してその信頼性を更に向上することができる。
【００２１】
上記したＵ字導体の捻り角度変更によるコイルエンドとしてのＵ字導体の端部の総長の増大について、図１１、図１２を参照して更に具体的に説明する。
【００２２】
図１１は、Ｕ字導体のスロットからでた端部ａ、ｂを接合部ｊで接合した場合を示し、端部ａ、ｂは、周方向に対して４５度の角度で捻り整形されているものとする。図１２は、Ｕ字導体のスロットからでた端部ｃ、ｄを接合部ｊで接合した場合を示し、端部ｃは、周方向に対して３０度の角度で捻り整形され、端部ｄは捻り整形されていないものとする。両者の軸方向長さは等しく１Ｌである。このようにすれば、図１１における一対の端部の合計長さは約２．６となり、図１２における一対の端部の合計長さは約３となり、図１２のＵ字導体は図１１のそれに対してコイルエンドの軸方向長を増加することなく、表面積を１０％以上、増大することができることがわかる。
【００２３】
結局、上記発明によれば、製造工程を簡素化するとともに信頼性を低下することなく高出力化を実現することができる。また、捻り整形する側の端部の長さが大きくなるので、電気導体の曲げ部に作用するモ−メント荷重を低減して捻り整形装置の能力を下げることができ、設備コストを低減することもできる。
【００２４】
第二発明の回転電機のステータの製造方法は、周方向に所定数のスロットを有するステータコアと、略Ｕ字形状の曲部と前記曲部の両端からそれぞれ直線状に伸びる一対の脚部とを有し、前記一対の脚部が一対の前記スロットに軸方向一側から個別に挿通されている所定数のＵ字導体により構成されるステータコイルとを有し、前記各Ｕ字導体の前記両脚部は、前記スロットに収容されるスロット導体部と、前記スロット導体部から前記スロットの軸方向他側へ突出して周方向および軸方向へ伸び先端が順次接合された端部とを有し、前記各Ｕ字導体の前記端部は、前記ステータコイルの一方のコイルエンドを構成し、前記各Ｕ字導体の前記曲部は、前記ステータコイルの他方のコイルエンドを構成し、前記スロットは、径方向に複数層に並べられた複数の前記スロット導体部を収容する回転電機のステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各Ｕ字導体の前記両端部の一方を他方より周方向へ５０％以上大きく周方向へ曲げること特徴としている。
【００２５】
第四発明のステータの製造方法は、多数のＵ字導体をステータコアのスロットに前記スロット内にて径方向に複数の層を構成するように挿入してそれらの端部を前記ステータコアの端面から軸方向へ突出させる工程と、前記ステータコアの端面から突出した前記Ｕ字導体の前記端部を周方向に所定角度だけ捻り整形し、前記Ｕ字導体の前記端部の先端を所定のペアごとに接合してコイルエンド部を形成させるステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各層に属する前記Ｕ字導体のうち所定の前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部を、残りの前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部よりも周方向へ５０％以上大きく捻り整形することを特徴としている。
【００２６】
すなわち、この第二、第四発明によれば、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルの捻り整形は、Ｕ字導体の一方の脚部の端部の捻り整形量（周方向角度）を、他方の端部のそれに対して大幅に（５０％以上）大きくしたものである。
【００２７】
このようにすれば、上記したと同じ理由により、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルにおいて、コイルエンドの軸方向長を増加することなくその被冷却能力をこうじょうすることができるので、回転電機の出力向上を実現することができる。
【００２８】
また、Ｌ字導体を用いる必要がないので、上記したＬ字導体順次接合型ステータコイル特有の問題を解決する必要がなく、製品の信頼性を向上することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態である車両用交流発電機のステータとその製造について図面を参照して説明する。図１はこの実施形態の車両用交流発電機の縦断面図、図２はステータコイルの一部をなすＵ字導体の斜視図、図３はスロット内におけるＵ字導体の収容状態を示す断面図である。
（全体構成）
図１において、車両用交流発電機１は、ロータ２、ステータ３、ハウジング４、レクチファイア５、出力端子６、回転軸７、ブラシ８、スリップリング９を有している。ステータ３は、ステータコイル３１と、ハウジング４の周壁内周面に固定されたステータコア３２とを有し、ステータコイル３１はステータコア３２の各スロットに巻装されている。ロータ３は、ハウジング４に回転自在に支持された回転軸７に固定されたランデル型のロータコア７１と、ロータコア７１に巻装された界磁コイル７２とを有し、ステータ３の径内側に配置されている。ステータコイル３１は三相電機子巻線であって、その三つの交流出力端から出力される三相交流電圧は、三相全波整流回路を構成するレクチファイア５で整流されて出力端子６から出力される。界磁コイル７２は、ブラシ８およびスリップリング９を通じて給電された界磁電流により磁化されて界磁磁界を発生する。界磁電流は、図示しないレギュレータにより調整されて発電電圧が所定レベルに制御される。この種の車両用交流発電機の構造、動作はオルタネータとしてもはや周知であるので、これ以上の説明は省略する。
（ステータコイル３１の説明）
ステータコイル３１は、図２に示す所定数のＵ字導体３３をステータコア３２の一側からステータコア３２の各スロットに挿通して各Ｕ字導体３３の端部をステータコア３２の他側に必要長さだけ突出させ、所定のＵ字導体３３の端部を周方向に所定角度だけ捻り、各Ｕ字導体３３の端部先端（接合部）を所定の組み合わせで溶接して構成されている。ステータコア３２は、ステータコイルを収容するために３６個のスロットを周方向等間隔に有している。Ｕ字導体３３は、溶接部分すなわち上記端部先端（接合部）を除いて樹脂皮膜で被覆された長板Ｕ字形状を有している。この種のＵ字導体順次接合型のステータコイル自体は、もはや上記特許公報などにより公知となっている。
【００３０】
Ｕ字導体３３の詳細を更に詳しく説明する。
【００３１】
Ｕ字導体３３は、Ｕ字状の曲部と、この曲部の両端から直線的に伸びてスロットに収容される一対のスロット導体部と、両スロット導体部の先端からそれぞれ伸びる一対の上記端部とからなる。これにより、ステータコイル３１は、ステータコア３２の一側に全体としてリング状に存在する第一のコイルエンド部３１１と、ステータコア３２の他側に全体としてリング状に存在する第二のコイルエンド部３１２と、スロット内に存在するスロット導体部とに区分される。したがって、コイルエンド部３１１、３１２の一方は各Ｕ字導体３３の上記曲部により構成され、コイルエンド部３１１、３１２の他方は各Ｕ字導体３３の上記端部により構成される。
【００３２】
Ｕ字導体３３は、図２に示すように、大きい大セグメント３３１と、小さい小セグメント３３２とを有している。大セグメント３３１において、３３１ａ、３３１ｂはスロット導体部、３３１ｃは曲部、３３１ｆ、３３１ｇは端部である。端部３３１ｆ、３３１ｇの先端部３３１ｄ、３３１ｅは接合部分であるので端部先端又は接合部と称する。３３１ａを内層側導体部と称し、３３１ｂを外層側導体部と称する。小セグメント３３２において、３３２ａ、３３２ｂはスロット導体部、３３２ｃは曲部、３３２ｆ、３３２ｇは端部である。端部３３２ｆ、３３２ｇの先端部３３２ｄ、３３２ｅは接合部分であるので端部先端又は接合部と称する。３３２ａを内層側導体部と称し、３３２ｂを外層側導体部と称する。
【００３３】
符号’は、図示しない大セグメント又は小セグメントの符号’がない部分と同じ部分を示す。したがって、互いに径方向に隣接する接合部３３１ｄと接合部３３２ｄ’は溶接され、互いに径方向に隣接する接合部３３２ｄと接合部３３１ｄ’は溶接され、互いに径方向に隣接する接合部３３２ｅと接合部３３１ｅ’は溶接されている。
【００３４】
内層側導体部３３１ａ、３３２ａは、ロータコア７１の１磁極ピッチ離れた一対のスロットに個別に収容され、外層側導体部３３１ｂ、３３２ｂもロータコア７１の所定磁極ピッチＴ（この実施例では１磁極ピッチ）離れた一対のスロットに個別に収容される。小セグメント３３２の曲部３３２ｃは大セグメント３３１の曲部３３１ｃに囲まれるようにして配置されている。
【００３５】
スロットのＵ字導体配置状態を図３に示す。
【００３６】
内層側導体部３３１ａはステータコア３２のスロット３５の径方向最内側に配置され、以下、径方向外側へ順に、内層側導体部３３２ａ、外層側導体部３３２ｂ’、外層側導体部３３１ｂ’の順に配置され、結局、各スロットは４本のスロット導体部を４層１列に収容する。図３において、内層側導体部３３１ａ’、内層側導体部３３２ａ’は、外層側導体部３３２ｂ、外層側導体部３３１ｂをもつ大セグメント３３１、小セグメント３３２とは異なる大セグメント３３１、小セグメント３３２に属している。
【００３７】
大セグメント３３１と小セグメント３３２とをスロット３５に挿通する状態を図４に示す。
（捻り成形加工方法１の説明）
上記のようにスロットに挿通されたＵ字導体３３の端部の第一の捻り成形加工方法を以下に説明する。
【００３８】
この実施例では、大セグメント３３１の外層側導体部３３１ｂに連なる端部３３１ｇ（外層側端部ともいう）は周方向一方側に捻られ、大セグメント３３１の内層側導体部３３１ａに連なる端部３３１ｆ（内層側端部ともいう）は周方向他方側に捻られている。小セグメント３３２の内層側導体部３３２ａに連なる端部３３２ｆ（内層側端部ともいう）は周方向一方側に捻られ、小セグメント３３２の外層側導体部３３２ｂに連なる端部３３２ｇ（外層側端部ともいう）は周方向他方側に捻られている。導体部３３１ｆと３３２ｆとの周方向捻り量の合計は１磁極ピッチとされ、導体部３３１ｇと３３２ｇとの周方向捻り量の合計は１磁極ピッチとされている。
【００３９】
この捻りの後、図２に示すように、径方向内側から１層目と２層目の端部先端（接合部）が溶接され、径方向内側から３層目と４層目の端部先端（接合部）が溶接されて、ステータコイル３１が完成される。溶接には、ＴＩＧ溶接、ロー付け、抵抗溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接等が用いられる。
【００４０】
上記し大セグメント３３１および小セグメント３３２の捻り加工を図５、図６を参照して更に詳しく説明する。図５はステータコイル捻り装置５００の模式縦断面図、図６は図４におけるＡーＡ断面矢視図である。
【００４１】
まず、ステータコイル捻り装置５００の構成を説明する。
【００４２】
ステータコイル捻り装置５００は、ステータコア３２の外周部を受けるワーク受け５１、ステータコア３２の径方向の動きを規制して保持するクランパ５２、ステータコア３２の浮き上がりを防止するワーク押さえ５３、ステータコア３２の一端から出たＵ字導体３３の直線部を捻るための捻り整形部５４、捻り整形部５４を軸方向に駆動するための昇降用シャフト５４ａ、捻り整形部５４を周方向に回転駆動する回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａ、昇降用シャフト５４ａを軸方向に移動するための昇降駆動機構５４ｂ、及び、回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａと昇降駆動機構５４ｂとを制御するコントローラ５５を備えている。
【００４３】
捻り整形部５４は、同心状に配置された４つの円筒状の捻り治具５４１〜５４４がそれらの先端面を揃えて配置されている。各捻り治具５４１〜５４４は回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａにより独立に回転可能とされ、かつ、昇降駆動機構５４ｂにより昇降用シャフト５４ａを昇降することにより同時に昇降可能となっている。
【００４４】
図６に示されているように、捻り治具５４１〜５４４の先端面には、挿入されたＵ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇの各先端（接合部）を保持するＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂが穿設されている。このＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂは、ステータコア３２のスロット３５（図３、図４参照）と等しい数だけ、各捻り治具５４１〜５４４の周方向に並べて形成されている。なお、図３において、３４は絶縁用樹脂シートである。
【００４５】
Ｕ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂは、図６に示すように、互いに径方向に隣接するＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂ同士の連通を防止するための隔壁５４１ｃ〜５４４ｃ、５４２ｄ、５４３ｄが設けられている。隔壁５４１ｃ〜５４４ｃ、５４２ｄ、５４３ｄの厚みは、径方向外側から数えて１層目と２層目との間の隔壁５４１ｃ、５４２ｃで形成される間隔ｄ１及び３層目と４層目の間の隔壁５４３ｃ、５４４ｃで形成される間隔ｄ３よりも、２層目と３層目との間の隔壁５４２ｄ、５４３ｄで形成される間隔ｄ２の方が大きくなるように設定されている。
【００４６】
次に、ステータコイル捻り装置５の作動を説明する。
【００４７】
スロット３５内にＵ字導体３３が配置されたステータコア３２をワーク受け５１にセットする。次に、ステータコア３２の外周部をクランパ５２に固定する。その後、ワーク押さえ５３でステータコア３２の上部及び大セグメント３３１の曲部３３１ｃを押さえることにより、ステータコア３２及びＵ字導体３３の上下方向の動きを規制する。
【００４８】
Ｕ字導体３３が配置されたステータコア３２をクランパ５２及びワーク受け５３により固定した後、昇降用シャフト５４ａによって捻り整形部５４を上昇させ、各捻り治具５４１〜５４４に形成されたＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂにＵ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを挿入する。
【００４９】
Ｕ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂにはＵ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇの先端すなわち後に接合部となる部分だけが挿入可能となっている。Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇはテーパ状に形成されているため、Ｕ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂにスムーズに挿入されることができる。
【００５０】
Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを捻り整形部５４のＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂに挿入した後、捻り整形部５４は、回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａおよび昇降駆動機構５４ｂにより回動され、昇降される。捻り整形部５４は捻り整形部５４１〜５４４の全て同時に行う。
【００５１】
次に、捻り整形部５５４の回転について説明する。
【００５２】
捻り治具５４１および治具５４３が時計回り方向に第一の角度だけ回転させ、捻り治具５４２および捻り治具５４４が反時計回り方向に第二の角度だけ回転させる。
【００５３】
ここで重要なことは、上記第一の角度は、上記第二の角度よりも５０％以上大きく設定されている点にある。これにより、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇのうちスロット３５の出口からＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂの入口までの部分（本発明でいう端部からその接合部を除いた部分）に曲げＲがつけられる。従って、端部３３１ｇ、３３２ｆには大きな曲げＲがつけられ、端部３３１ｆ、３３２ｇには小さい曲げＲがつけられる。
【００５４】
その後、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇのうちスロット３５の出口からＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂの入口までの部分の長さを一定に保つように、昇降駆動機構５４ｂおよび回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａを制御しながら捻り整形部５４を回転しながら上昇させる。この時、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇは円弧状の軌跡を描くように回転しながら上昇する。この円弧状の軌跡を描く捻りは、スプリングバックによるＵ字導体３３の変形を防止するため、半磁極ピッチ（Ｔ／２）に相当する角度を所定量超えた角度まで行われる。
【００５５】
なお、この工程においては、捻り整形部５４１〜５４４は、周方向だけでなく軸方向にも規定の加工量を所定量超えて駆動されるが、Ｕ字導体３３のスロット３５の出口部分が既に曲げられているため、Ｕ字導体３３が上昇してスロット３５から抜け出すことはない。
【００５６】
その後、昇降駆動機構５４ｂおよび回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａを上記前工程と逆向きの回転と下降をさせる。このようにして、Ｕ字導体３３の捻り行程を終了し、捻り整形部５４を下降させて捻り治具５４１〜５４４のＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂからＵ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを取り外す。Ｕ字導体３３が外された捻り整形部５４は回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａによって回転され、原位置に戻される。最後に、クランパ５２及びワーク押さえ５３が外され、Ｕ字導体３３に捻りが加えられたステータが取り出される。
【００５７】
その後、隣りあう端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇの接合部３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅを溶接して、所要のターン数をもった３相のステータコイルを完成する。
【００５８】
結局、この捻り工程は、まずＵ字導体３３の端部を周方向にのみ回転変位させてＵ字導体３を周方向に倒し、続いてＵ字導体３３の端部を周方向並びに軸方向に変位させてＵ字導体３を深く傾け、その後、所定の加工量を超えてＵ字導体３の端部を周方向ならびに軸方向に変位させてＵ字導体３３を過剰に深く傾け、その後でＵ字導体３３の端部を所定の加工量まで戻すことにより行われる。
【００５９】
捻り整形部５４はステータコア３２に対して、周方向だけでなく軸方向にも相対移動する。そのため、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇのうち、スロット３５の出口からＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂの入口までの部分、すなわち、端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇからその端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅの長さを差し引いた長さを一定に保つように、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇが円弧状の軌跡を描くように捻じることができ、これにより、Ｕ字導体３３がＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂから抜け出るのを防止することができる。
【００６０】
また、Ｕ字導体３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅのみが、Ｕ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂに挿入されており、また、前述のようにＵ字導体３３がＵ字導体３挿入部５４１ｂ〜５４４ｂから抜け出ることはない。従って、Ｕ字導体３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅ以外に傷がつくのを防止することができる。なお、Ｕ字導体３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅは、捻り後に他のＵ字導体３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅと接合されるため、傷は全く問題とならない。
【００６１】
また、隔壁５４１ｃ〜５４４ｃ、５４２ｄ、５４３ｄの厚みは、１層目と２層目との隔壁５４１ｃ、５４２ｃ及び３層目と４層目との間の隔壁５４３ｃ、５４４ｃよりも、３層目と４層目との間の隔壁５４１ｄ、５４２ｄが大きくなるように設定されている。１層目と２層目および３層目と４層目とをそれぞれ逆方向に半磁極ピッチ回転すると、１層目と２層目および３層目と４層目の電位導体３が互いに接近する。一方、２層目と３層目のＵ字導体３挿入部５４２ｂ、５４３ｂは隔壁５４２ｄ、５４３ｄの厚みが大きく設定されているため、２層目と３層目のＵ字導体３３の間の間隔は大きくなる。これにより、接合するＵ字導体３間、即ち１層目と２層目並びに３層目と４層目のＵ字導体３間は接近させることができ、また、接合しない３層目と４層目のＵ字導体３間は隙間を大きくして、接合工程を容易にすることができる。
【００６２】
また、捻り治具５４１、５４２、５４３、５４４を交換することで、各種ステータに対応することができる。例えば、３６スロットのステータに限らず、４８、８４、９６といった、より多いスロット数をもったステータに対しても、捻り治具５４１、５４２、５４３、５４４の交換により対応することができる。しかも、各捻り治具５４１、５４２、５４３、５４４の回転量を相互に独立して制御でき、それらの回転量と独立して昇降量を制御できるため、種々のステータにおいても、適切な捻り加工を加えることができる。
【００６３】
このようにして完成されたステータコイル３２の状態を図７、図８に示す。ただし、この例では、端部３３１ｆ、３３２ｇを周方向に大きく捻り整形し、端部３３１ｇ、３３２ｆを小さく捻り整形した場合を示す。
（捻り成形加工方法２の説明）
上記のようにスロットに挿通されたＵ字導体３３の端部の第二の捻り成形加工方法を以下に説明する。
【００６４】
この第二の方法では、大セグメント３３１の外層側導体部３３１ｂに連なる端部３３１ｇ（外層側端部ともいう）は周方向に１磁極ピッチ捻られ、大セグメント３３１の内層側導体部３３１ａに連なる端部３３１ｆ（内層側端部ともいう）は捻られずに直線的に伸びている。小セグメント３３２の内層側導体部３３２ａに連なる端部３３２ｆ（内層側端部ともいう）は周方向に１磁極ピッチ捻られ、小セグメント３３２の外層側導体部３３２ｂに連なる端部３３２ｇ（外層側端部ともいう）は捻られずに直線的に伸びている。結局、この実施例では、径方向内側から２層目、４層目の端部が周方向へ６スロット分捻られ、径方向内側から１層目、３層目の端は捻り整形されずに軸方向に延伸した状態のままとされている。完成したステータコイルの状態を図９、図１０に示す。
【００６５】
この第二の捻り成形加工方法の作業工程は、本質的に第一の捻り成形加工方法のそれと同じである。しかし、図５に示す製造装置において、捻り治具５４２、５４４は、もはやＵ字導体の端部を周方向に捻り整形する必要がないので省略することができ、それとともに捻り治具５４２、５４４を回動、昇降する機構も省略することができ、製造装置の簡素化と作業、制御の容易化、信頼性の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の車両用交流発電機の縦断面図である。
【図２】 図１のＵ字導体の模式斜視図である。
【図３】 図１のステータコアの部分断面図である。
【図４】 Ｕ字導体のスロット挿通状態を示す模式斜視図である。
【図５】 捻り整形装置の模式縦断面図である。
【図６】 図５の捻り治具の平面図である。
【図７】 第一の捻り整形方法で作製したステータコイルの部分径方向展開図である。
【図８】 図７に示すステータコイルの部分正面図である。
【図９】 第二の捻り整形方法で作製したステータコイルの部分径方向展開図である。
【図１０】 図９に示すステータコイルの部分正面図である。
【図１１】 Ｕ字導体の捻り整形角度とコイルエンド全長との関係を説明するための参考図である。
【図１２】 Ｕ字導体の捻り整形角度とコイルエンド全長との関係を説明するための参考図である。
【符号の説明】
３１ ステータコイル
３３ Ｕ字導体
３３１ 大セグメント
３３２ 小セグメント
３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇ 端部
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機のステータの製造方法に関し、詳しくは、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルを装備する車両用回転電機のステータの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステータコアのスロットに挿通された多数のセグメント導体を順次接合して形成されたセグメント導体順次接合型ステータコイルが提案されている。
【０００３】
たとえば、本出願人が所有する特許第３１９６７３８号は、略Ｕ字形状を有するセグメント導体であるＵ字導体を順次接合して形成されたＵ字導体順次接合型ステータコイルの製造について開示している。
【０００４】
更に説明すると、このＵ字導体順次接合型ステータコイルは、Ｕ字導体の一対の脚部を回転子の磁極ピッチだけ互いに離れた一対のスロットに個別に挿通し、各Ｕ字導体の脚部先端を順次接合して形成されている。また、上記公報は、ステータコアの端面から軸方向へ突出し、最終的に接合されるＵ字導体の２つの脚部のうちステータコアのスロットから突出する部分である端部を周方向に捻り整形する整形部と、軸方向に駆動する軸方向駆動部とを有する量産性に優れたステータ製造技術を提案している。すなわち、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルの製造工程は、Ｕ字導体をスロットに挿通する工程と、Ｕ字導体の二つの端部を周方向に捻り整形する工程と、各Ｕ字導体の先端の接合部を接合する工程とを含んでいる。
【０００５】
また、特開２００１ー３７１３１号は、略Ｌ字形状を有するセグメント導体であるＬ字導体をステータコアの両側からスロットに挿通し、各Ｌ字導体の両端をステータコアの両側それぞれで順次接合して形成されたＬ字導体順次接合型ステータコイルを開示している。このＬ字導体順次接合型ステータコイルの製造工程は、Ｌ字導体をスロットに挿通する工程と、各Ｕ字導体の両端の接合部を接合する工程とを含んでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記Ｕ字導体順次接合型ステータコイル技術では、捻り整形工程が複雑であるためその簡素化、高速化を要求されている。また、体格増大を招くことなしに更なる大出力化が要求されている。
【０００７】
これに対して、上記Ｌ字導体順次接合型ステータコイル技術では、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルで必須であった複雑な捻り整形工程（セグメント導体の端部を周方向へ磁極ピッチ曲げていわゆるコイルエンドの渡り線部分とする工程）を必要としない利点を有しており、製造工程の短縮、簡素化に有利である可能性がある。
【０００８】
しかしながら、上記Ｌ字導体順次接合型ステータコイルの製造においては、１本のセグメント導体は１つのスロット導体部（セグメント導体のうちスロットに収容されている部分）しかもたないので、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルの製造に比較して２倍の接合箇所を必要とし、接合不良の発生確率が倍増するという不安があった。
【０００９】
また、これらの接合箇所は、接合処理後、ステータコイルの電気絶縁性の向上のために絶縁処理をする必要があるが、絶縁処理箇所も当然２倍となるため、絶縁不良の発生確率が倍増するという不安があった。
【００１０】
また、上記Ｌ字導体順次接合型ステータコイルの製造においては、Ｌ字導体がステータコアの両側から挿通され、しかも動きやすいため、接合される一対のＬ字導体は治具によりしっかりと保持する必要があるが、Ｌ字導体は、先端の接合部以外は、樹脂皮膜により被覆されており、この治具がこの樹脂皮膜を傷つけやすいという解決が容易でない問題を内包していた。
【００１１】
さらに、上記Ｌ字導体順次接合型ステータコイルの製造においては、セグメント導体のスロット挿通工程、接合工程、上記接合部絶縁処理工程を、それぞれステータコアの両側において実施する必要があり、製造装置が複雑となるという問題もあった。
【００１２】
結局、Ｌ字導体順次接合型ステータコイルは、捻り整形工程を省略できるものの、溶接作業とその後の絶縁処理作業の負担が倍増し、導通信頼性及び絶縁信頼性が低下する危険が相対的に大きいという欠点があった。
【００１３】
本発明は、上記のごとき従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、Ｌ字導体順次接合型ステータコイルに比べて信頼性に優れるＵ字導体順次接合型ステータコイルを用いた回転電機の製造工程の簡素化及び高出力化を実現可能な回転電機のステータの製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第一発明の回転電機のステータの製造方法は、周方向に所定数のスロットを有するステータコアと、略Ｕ字形状の曲部と前記曲部の両端からそれぞれ直線状に伸びる一対の脚部とを有し、前記一対の脚部が一対の前記スロットに軸方向一側から個別に挿通されている所定数のＵ字導体により構成されるステータコイルとを有し、前記各Ｕ字導体の前記両脚部は、前記スロットに収容されるスロット導体部と、前記スロット導体部から前記スロットの軸方向他側へ突出して周方向および軸方向へ伸び先端が順次接合された端部とを有し、前記各Ｕ字導体の前記端部は、前記ステータコイルの一方のコイルエンドを構成し、前記各Ｕ字導体の前記曲部は、前記ステータコイルの他方のコイルエンドを構成し、前記スロットは、径方向に複数層に並べられた複数の前記スロット導体部を収容する回転電機のステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体の前記両端部の一方は軸方向へ伸びる直線形状とされ、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各Ｕ字導体の前記両端部の他方を周方向へ所定角度曲げることを特徴としている。
【００１５】
また、この第一発明の回転電機のステータの製造方法に好適な第三発明の回転電機のステータの製造方法は、多数のＵ字導体をステータコアのスロットに前記スロット内にて径方向に複数の層を構成するように挿入してそれらの端部を前記ステータコアの端面から軸方向へ突出させる工程と、前記ステータコアの端面から突出した前記Ｕ字導体の前記端部を周方向に所定角度だけ捻り整形し、前記Ｕ字導体の前記端部の先端を所定のペアごとに接合してコイルエンド部を形成させるステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各層に属する前記Ｕ字導体のうち所定の前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部のみを周方向に捻り整形し、かつ、残りの前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部を捻り整形しないことを特徴としている。
【００１６】
すなわち、この第一、第三発明によれば、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルの捻り整形は、Ｕ字導体の一方の脚部の端部に対してだけ行えばよいので、複雑な捻り整形のための装置の構造、工程を大幅に簡素化することができ、捻り整形箇所の数を半減することができるので、製造不良確率を低減し、製造コストを低減することができる。
【００１７】
また、Ｌ字導体を用いる必要がないので、上記したＬ字導体順次接合型ステータコイル特有の問題を解決する必要がなく、製品の信頼性を向上することができる。
【００１８】
更に、本発明によれば、ステータコイルのコイルエンドの放熱性向上により回転電機の体格を増大することなく、高出力化を実現することができる。この点について、以下に更に詳しく説明する。
【００１９】
高温環境下で運転される車両用交流発電機において、出力は回転電機の内部温度限界によって制限されると言って過言ではないが、回転電機の内部温度が最高となるのは、大電流が流れるステータコイルであり、特に最も過酷な条件となるのは、冷却空気流に直接接触できないそのスロット内に収容される部分（スロット導体部）である。このスロット導体部の放熱の多くは、スロット導体部を通じてステータコア両側のコイルエンドに固体伝熱され、コイルエンドから冷却空気流に放熱される。したがって、高出力化を図るには、コイルエンドの被冷却能力を向上させるのが最も現実的である。セグメント導体順次接合型ステータコイルのコイルエンドは従来の連続線巻装式ステータコイルのコイルエンドに比較して格段に冷却風の流れ性が良いので、更にコイルエンドの被冷却能力を向上するには、コイルエンドの表面積を増大するのが簡単で効果的である。しかし、従来のＵ字導体順次接合型ステータコイルのコイルエンドの表面積を増大するためには、コイルエンドの軸方向長さを増大しなければならない。しかし、これは、回転電機の体格を増大を意味し、ハウジングなどの重量増大も招き、回転電機の体格を増大せずに高出力化を図るという目的を達成することに反する。
【００２０】
そこで、上記第一発明、第三発明では、スロットからでたＵ字導体の一対の端部の一方のみを周方向へ捻ることにより、コイルエンドとなるＵ字導体の端部の総延長距離を延ばし、これによりコイルエンドの表面積を増大させてその被冷却能力を向上させる。このようにすれば、ステータコイルの被冷却能力が向上した分だけその電流密度を向上させて、出力増大を図ることが可能となる。なお、電流密度を増大しない場合には、ステータコイルの温度低下を実現してその信頼性を更に向上することができる。
【００２１】
上記したＵ字導体の捻り角度変更によるコイルエンドとしてのＵ字導体の端部の総長の増大について、図１１、図１２を参照して更に具体的に説明する。
【００２２】
図１１は、Ｕ字導体のスロットからでた端部ａ、ｂを接合部ｊで接合した場合を示し、端部ａ、ｂは、周方向に対して４５度の角度で捻り整形されているものとする。図１２は、Ｕ字導体のスロットからでた端部ｃ、ｄを接合部ｊで接合した場合を示し、端部ｃは、周方向に対して３０度の角度で捻り整形され、端部ｄは捻り整形されていないものとする。両者の軸方向長さは等しく１Ｌである。このようにすれば、図１１における一対の端部の合計長さは約２．６となり、図１２における一対の端部の合計長さは約３となり、図１２のＵ字導体は図１１のそれに対してコイルエンドの軸方向長を増加することなく、表面積を１０％以上、増大することができることがわかる。
【００２３】
結局、上記発明によれば、製造工程を簡素化するとともに信頼性を低下することなく高出力化を実現することができる。また、捻り整形する側の端部の長さが大きくなるので、電気導体の曲げ部に作用するモ−メント荷重を低減して捻り整形装置の能力を下げることができ、設備コストを低減することもできる。
【００２４】
第二発明の回転電機のステータの製造方法は、周方向に所定数のスロットを有するステータコアと、略Ｕ字形状の曲部と前記曲部の両端からそれぞれ直線状に伸びる一対の脚部とを有し、前記一対の脚部が一対の前記スロットに軸方向一側から個別に挿通されている所定数のＵ字導体により構成されるステータコイルとを有し、前記各Ｕ字導体の前記両脚部は、前記スロットに収容されるスロット導体部と、前記スロット導体部から前記スロットの軸方向他側へ突出して周方向および軸方向へ伸び先端が順次接合された端部とを有し、前記各Ｕ字導体の前記端部は、前記ステータコイルの一方のコイルエンドを構成し、前記各Ｕ字導体の前記曲部は、前記ステータコイルの他方のコイルエンドを構成し、前記スロットは、径方向に複数層に並べられた複数の前記スロット導体部を収容する回転電機のステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各Ｕ字導体の前記両端部の一方を他方より周方向へ５０％以上大きく周方向へ曲げること特徴としている。
【００２５】
第四発明のステータの製造方法は、多数のＵ字導体をステータコアのスロットに前記スロット内にて径方向に複数の層を構成するように挿入してそれらの端部を前記ステータコアの端面から軸方向へ突出させる工程と、前記ステータコアの端面から突出した前記Ｕ字導体の前記端部を周方向に所定角度だけ捻り整形し、前記Ｕ字導体の前記端部の先端を所定のペアごとに接合してコイルエンド部を形成させるステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各層に属する前記Ｕ字導体のうち所定の前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部を、残りの前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部よりも周方向へ５０％以上大きく捻り整形することを特徴としている。
【００２６】
すなわち、この第二、第四発明によれば、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルの捻り整形は、Ｕ字導体の一方の脚部の端部の捻り整形量（周方向角度）を、他方の端部のそれに対して大幅に（５０％以上）大きくしたものである。
【００２７】
このようにすれば、上記したと同じ理由により、Ｕ字導体順次接合型ステータコイルにおいて、コイルエンドの軸方向長を増加することなくその被冷却能力をこうじょうすることができるので、回転電機の出力向上を実現することができる。
【００２８】
また、Ｌ字導体を用いる必要がないので、上記したＬ字導体順次接合型ステータコイル特有の問題を解決する必要がなく、製品の信頼性を向上することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態である車両用交流発電機のステータとその製造について図面を参照して説明する。図１はこの実施形態の車両用交流発電機の縦断面図、図２はステータコイルの一部をなすＵ字導体の斜視図、図３はスロット内におけるＵ字導体の収容状態を示す断面図である。
（全体構成）
図１において、車両用交流発電機１は、ロータ２、ステータ３、ハウジング４、レクチファイア５、出力端子６、回転軸７、ブラシ８、スリップリング９を有している。ステータ３は、ステータコイル３１と、ハウジング４の周壁内周面に固定されたステータコア３２とを有し、ステータコイル３１はステータコア３２の各スロットに巻装されている。ロータ３は、ハウジング４に回転自在に支持された回転軸７に固定されたランデル型のロータコア７１と、ロータコア７１に巻装された界磁コイル７２とを有し、ステータ３の径内側に配置されている。ステータコイル３１は三相電機子巻線であって、その三つの交流出力端から出力される三相交流電圧は、三相全波整流回路を構成するレクチファイア５で整流されて出力端子６から出力される。界磁コイル７２は、ブラシ８およびスリップリング９を通じて給電された界磁電流により磁化されて界磁磁界を発生する。界磁電流は、図示しないレギュレータにより調整されて発電電圧が所定レベルに制御される。この種の車両用交流発電機の構造、動作はオルタネータとしてもはや周知であるので、これ以上の説明は省略する。
（ステータコイル３１の説明）
ステータコイル３１は、図２に示す所定数のＵ字導体３３をステータコア３２の一側からステータコア３２の各スロットに挿通して各Ｕ字導体３３の端部をステータコア３２の他側に必要長さだけ突出させ、所定のＵ字導体３３の端部を周方向に所定角度だけ捻り、各Ｕ字導体３３の端部先端（接合部）を所定の組み合わせで溶接して構成されている。ステータコア３２は、ステータコイルを収容するために３６個のスロットを周方向等間隔に有している。Ｕ字導体３３は、溶接部分すなわち上記端部先端（接合部）を除いて樹脂皮膜で被覆された長板Ｕ字形状を有している。この種のＵ字導体順次接合型のステータコイル自体は、もはや上記特許公報などにより公知となっている。
【００３０】
Ｕ字導体３３の詳細を更に詳しく説明する。
【００３１】
Ｕ字導体３３は、Ｕ字状の曲部と、この曲部の両端から直線的に伸びてスロットに収容される一対のスロット導体部と、両スロット導体部の先端からそれぞれ伸びる一対の上記端部とからなる。これにより、ステータコイル３１は、ステータコア３２の一側に全体としてリング状に存在する第一のコイルエンド部３１１と、ステータコア３２の他側に全体としてリング状に存在する第二のコイルエンド部３１２と、スロット内に存在するスロット導体部とに区分される。したがって、コイルエンド部３１１、３１２の一方は各Ｕ字導体３３の上記曲部により構成され、コイルエンド部３１１、３１２の他方は各Ｕ字導体３３の上記端部により構成される。
【００３２】
Ｕ字導体３３は、図２に示すように、大きい大セグメント３３１と、小さい小セグメント３３２とを有している。大セグメント３３１において、３３１ａ、３３１ｂはスロット導体部、３３１ｃは曲部、３３１ｆ、３３１ｇは端部である。端部３３１ｆ、３３１ｇの先端部３３１ｄ、３３１ｅは接合部分であるので端部先端又は接合部と称する。３３１ａを内層側導体部と称し、３３１ｂを外層側導体部と称する。小セグメント３３２において、３３２ａ、３３２ｂはスロット導体部、３３２ｃは曲部、３３２ｆ、３３２ｇは端部である。端部３３２ｆ、３３２ｇの先端部３３２ｄ、３３２ｅは接合部分であるので端部先端又は接合部と称する。３３２ａを内層側導体部と称し、３３２ｂを外層側導体部と称する。
【００３３】
符号’は、図示しない大セグメント又は小セグメントの符号’がない部分と同じ部分を示す。したがって、互いに径方向に隣接する接合部３３１ｄと接合部３３２ｄ’は溶接され、互いに径方向に隣接する接合部３３２ｄと接合部３３１ｄ’は溶接され、互いに径方向に隣接する接合部３３２ｅと接合部３３１ｅ’は溶接されている。
【００３４】
内層側導体部３３１ａ、３３２ａは、ロータコア７１の１磁極ピッチ離れた一対のスロットに個別に収容され、外層側導体部３３１ｂ、３３２ｂもロータコア７１の所定磁極ピッチＴ（この実施例では１磁極ピッチ）離れた一対のスロットに個別に収容される。小セグメント３３２の曲部３３２ｃは大セグメント３３１の曲部３３１ｃに囲まれるようにして配置されている。
【００３５】
スロットのＵ字導体配置状態を図３に示す。
【００３６】
内層側導体部３３１ａはステータコア３２のスロット３５の径方向最内側に配置され、以下、径方向外側へ順に、内層側導体部３３２ａ、外層側導体部３３２ｂ’、外層側導体部３３１ｂ’の順に配置され、結局、各スロットは４本のスロット導体部を４層１列に収容する。図３において、内層側導体部３３１ａ’、内層側導体部３３２ａ’は、外層側導体部３３２ｂ、外層側導体部３３１ｂをもつ大セグメント３３１、小セグメント３３２とは異なる大セグメント３３１、小セグメント３３２に属している。
【００３７】
大セグメント３３１と小セグメント３３２とをスロット３５に挿通する状態を図４に示す。
（捻り成形加工方法１の説明）
上記のようにスロットに挿通されたＵ字導体３３の端部の第一の捻り成形加工方法を以下に説明する。
【００３８】
この実施例では、大セグメント３３１の外層側導体部３３１ｂに連なる端部３３１ｇ（外層側端部ともいう）は周方向一方側に捻られ、大セグメント３３１の内層側導体部３３１ａに連なる端部３３１ｆ（内層側端部ともいう）は周方向他方側に捻られている。小セグメント３３２の内層側導体部３３２ａに連なる端部３３２ｆ（内層側端部ともいう）は周方向一方側に捻られ、小セグメント３３２の外層側導体部３３２ｂに連なる端部３３２ｇ（外層側端部ともいう）は周方向他方側に捻られている。導体部３３１ｆと３３２ｆとの周方向捻り量の合計は１磁極ピッチとされ、導体部３３１ｇと３３２ｇとの周方向捻り量の合計は１磁極ピッチとされている。
【００３９】
この捻りの後、図２に示すように、径方向内側から１層目と２層目の端部先端（接合部）が溶接され、径方向内側から３層目と４層目の端部先端（接合部）が溶接されて、ステータコイル３１が完成される。溶接には、ＴＩＧ溶接、ロー付け、抵抗溶接、電子ビーム溶接、レーザー溶接等が用いられる。
【００４０】
上記し大セグメント３３１および小セグメント３３２の捻り加工を図５、図６を参照して更に詳しく説明する。図５はステータコイル捻り装置５００の模式縦断面図、図６は図４におけるＡーＡ断面矢視図である。
【００４１】
まず、ステータコイル捻り装置５００の構成を説明する。
【００４２】
ステータコイル捻り装置５００は、ステータコア３２の外周部を受けるワーク受け５１、ステータコア３２の径方向の動きを規制して保持するクランパ５２、ステータコア３２の浮き上がりを防止するワーク押さえ５３、ステータコア３２の一端から出たＵ字導体３３の直線部を捻るための捻り整形部５４、捻り整形部５４を軸方向に駆動するための昇降用シャフト５４ａ、捻り整形部５４を周方向に回転駆動する回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａ、昇降用シャフト５４ａを軸方向に移動するための昇降駆動機構５４ｂ、及び、回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａと昇降駆動機構５４ｂとを制御するコントローラ５５を備えている。
【００４３】
捻り整形部５４は、同心状に配置された４つの円筒状の捻り治具５４１〜５４４がそれらの先端面を揃えて配置されている。各捻り治具５４１〜５４４は回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａにより独立に回転可能とされ、かつ、昇降駆動機構５４ｂにより昇降用シャフト５４ａを昇降することにより同時に昇降可能となっている。
【００４４】
図６に示されているように、捻り治具５４１〜５４４の先端面には、挿入されたＵ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇの各先端（接合部）を保持するＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂが穿設されている。このＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂは、ステータコア３２のスロット３５（図３、図４参照）と等しい数だけ、各捻り治具５４１〜５４４の周方向に並べて形成されている。なお、図３において、３４は絶縁用樹脂シートである。
【００４５】
Ｕ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂは、図６に示すように、互いに径方向に隣接するＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂ同士の連通を防止するための隔壁５４１ｃ〜５４４ｃ、５４２ｄ、５４３ｄが設けられている。隔壁５４１ｃ〜５４４ｃ、５４２ｄ、５４３ｄの厚みは、径方向外側から数えて１層目と２層目との間の隔壁５４１ｃ、５４２ｃで形成される間隔ｄ１及び３層目と４層目の間の隔壁５４３ｃ、５４４ｃで形成される間隔ｄ３よりも、２層目と３層目との間の隔壁５４２ｄ、５４３ｄで形成される間隔ｄ２の方が大きくなるように設定されている。
【００４６】
次に、ステータコイル捻り装置５の作動を説明する。
【００４７】
スロット３５内にＵ字導体３３が配置されたステータコア３２をワーク受け５１にセットする。次に、ステータコア３２の外周部をクランパ５２に固定する。その後、ワーク押さえ５３でステータコア３２の上部及び大セグメント３３１の曲部３３１ｃを押さえることにより、ステータコア３２及びＵ字導体３３の上下方向の動きを規制する。
【００４８】
Ｕ字導体３３が配置されたステータコア３２をクランパ５２及びワーク受け５３により固定した後、昇降用シャフト５４ａによって捻り整形部５４を上昇させ、各捻り治具５４１〜５４４に形成されたＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂにＵ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを挿入する。
【００４９】
Ｕ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂにはＵ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇの先端すなわち後に接合部となる部分だけが挿入可能となっている。Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇはテーパ状に形成されているため、Ｕ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂにスムーズに挿入されることができる。
【００５０】
Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを捻り整形部５４のＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂに挿入した後、捻り整形部５４は、回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａおよび昇降駆動機構５４ｂにより回動され、昇降される。捻り整形部５４は捻り整形部５４１〜５４４の全て同時に行う。
【００５１】
次に、捻り整形部５５４の回転について説明する。
【００５２】
捻り治具５４１および治具５４３が時計回り方向に第一の角度だけ回転させ、捻り治具５４２および捻り治具５４４が反時計回り方向に第二の角度だけ回転させる。
【００５３】
ここで重要なことは、上記第一の角度は、上記第二の角度よりも５０％以上大きく設定されている点にある。これにより、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇのうちスロット３５の出口からＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂの入口までの部分（本発明でいう端部からその接合部を除いた部分）に曲げＲがつけられる。従って、端部３３１ｇ、３３２ｆには大きな曲げＲがつけられ、端部３３１ｆ、３３２ｇには小さい曲げＲがつけられる。
【００５４】
その後、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇのうちスロット３５の出口からＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂの入口までの部分の長さを一定に保つように、昇降駆動機構５４ｂおよび回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａを制御しながら捻り整形部５４を回転しながら上昇させる。この時、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇは円弧状の軌跡を描くように回転しながら上昇する。この円弧状の軌跡を描く捻りは、スプリングバックによるＵ字導体３３の変形を防止するため、半磁極ピッチ（Ｔ／２）に相当する角度を所定量超えた角度まで行われる。
【００５５】
なお、この工程においては、捻り整形部５４１〜５４４は、周方向だけでなく軸方向にも規定の加工量を所定量超えて駆動されるが、Ｕ字導体３３のスロット３５の出口部分が既に曲げられているため、Ｕ字導体３３が上昇してスロット３５から抜け出すことはない。
【００５６】
その後、昇降駆動機構５４ｂおよび回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａを上記前工程と逆向きの回転と下降をさせる。このようにして、Ｕ字導体３３の捻り行程を終了し、捻り整形部５４を下降させて捻り治具５４１〜５４４のＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂからＵ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇを取り外す。Ｕ字導体３３が外された捻り整形部５４は回転駆動機構５４１ａ〜５４４ａによって回転され、原位置に戻される。最後に、クランパ５２及びワーク押さえ５３が外され、Ｕ字導体３３に捻りが加えられたステータが取り出される。
【００５７】
その後、隣りあう端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇの接合部３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅを溶接して、所要のターン数をもった３相のステータコイルを完成する。
【００５８】
結局、この捻り工程は、まずＵ字導体３３の端部を周方向にのみ回転変位させてＵ字導体３を周方向に倒し、続いてＵ字導体３３の端部を周方向並びに軸方向に変位させてＵ字導体３を深く傾け、その後、所定の加工量を超えてＵ字導体３の端部を周方向ならびに軸方向に変位させてＵ字導体３３を過剰に深く傾け、その後でＵ字導体３３の端部を所定の加工量まで戻すことにより行われる。
【００５９】
捻り整形部５４はステータコア３２に対して、周方向だけでなく軸方向にも相対移動する。そのため、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇのうち、スロット３５の出口からＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂの入口までの部分、すなわち、端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇからその端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅの長さを差し引いた長さを一定に保つように、Ｕ字導体３３の端部３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇが円弧状の軌跡を描くように捻じることができ、これにより、Ｕ字導体３３がＵ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂから抜け出るのを防止することができる。
【００６０】
また、Ｕ字導体３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅのみが、Ｕ字導体挿入部５４１ｂ〜５４４ｂに挿入されており、また、前述のようにＵ字導体３３がＵ字導体３挿入部５４１ｂ〜５４４ｂから抜け出ることはない。従って、Ｕ字導体３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅ以外に傷がつくのを防止することができる。なお、Ｕ字導体３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅは、捻り後に他のＵ字導体３３の端部先端（接合部）３３１ｄ、３３１ｅ、３３２ｄ、３３２ｅと接合されるため、傷は全く問題とならない。
【００６１】
また、隔壁５４１ｃ〜５４４ｃ、５４２ｄ、５４３ｄの厚みは、１層目と２層目との隔壁５４１ｃ、５４２ｃ及び３層目と４層目との間の隔壁５４３ｃ、５４４ｃよりも、３層目と４層目との間の隔壁５４１ｄ、５４２ｄが大きくなるように設定されている。１層目と２層目および３層目と４層目とをそれぞれ逆方向に半磁極ピッチ回転すると、１層目と２層目および３層目と４層目の電位導体３が互いに接近する。一方、２層目と３層目のＵ字導体３挿入部５４２ｂ、５４３ｂは隔壁５４２ｄ、５４３ｄの厚みが大きく設定されているため、２層目と３層目のＵ字導体３３の間の間隔は大きくなる。これにより、接合するＵ字導体３間、即ち１層目と２層目並びに３層目と４層目のＵ字導体３間は接近させることができ、また、接合しない３層目と４層目のＵ字導体３間は隙間を大きくして、接合工程を容易にすることができる。
【００６２】
また、捻り治具５４１、５４２、５４３、５４４を交換することで、各種ステータに対応することができる。例えば、３６スロットのステータに限らず、４８、８４、９６といった、より多いスロット数をもったステータに対しても、捻り治具５４１、５４２、５４３、５４４の交換により対応することができる。しかも、各捻り治具５４１、５４２、５４３、５４４の回転量を相互に独立して制御でき、それらの回転量と独立して昇降量を制御できるため、種々のステータにおいても、適切な捻り加工を加えることができる。
【００６３】
このようにして完成されたステータコイル３２の状態を図７、図８に示す。ただし、この例では、端部３３１ｆ、３３２ｇを周方向に大きく捻り整形し、端部３３１ｇ、３３２ｆを小さく捻り整形した場合を示す。
（捻り成形加工方法２の説明）
上記のようにスロットに挿通されたＵ字導体３３の端部の第二の捻り成形加工方法を以下に説明する。
【００６４】
この第二の方法では、大セグメント３３１の外層側導体部３３１ｂに連なる端部３３１ｇ（外層側端部ともいう）は周方向に１磁極ピッチ捻られ、大セグメント３３１の内層側導体部３３１ａに連なる端部３３１ｆ（内層側端部ともいう）は捻られずに直線的に伸びている。小セグメント３３２の内層側導体部３３２ａに連なる端部３３２ｆ（内層側端部ともいう）は周方向に１磁極ピッチ捻られ、小セグメント３３２の外層側導体部３３２ｂに連なる端部３３２ｇ（外層側端部ともいう）は捻られずに直線的に伸びている。結局、この実施例では、径方向内側から２層目、４層目の端部が周方向へ６スロット分捻られ、径方向内側から１層目、３層目の端は捻り整形されずに軸方向に延伸した状態のままとされている。完成したステータコイルの状態を図９、図１０に示す。
【００６５】
この第二の捻り成形加工方法の作業工程は、本質的に第一の捻り成形加工方法のそれと同じである。しかし、図５に示す製造装置において、捻り治具５４２、５４４は、もはやＵ字導体の端部を周方向に捻り整形する必要がないので省略することができ、それとともに捻り治具５４２、５４４を回動、昇降する機構も省略することができ、製造装置の簡素化と作業、制御の容易化、信頼性の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１の車両用交流発電機の縦断面図である。
【図２】 図１のＵ字導体の模式斜視図である。
【図３】 図１のステータコアの部分断面図である。
【図４】 Ｕ字導体のスロット挿通状態を示す模式斜視図である。
【図５】 捻り整形装置の模式縦断面図である。
【図６】 図５の捻り治具の平面図である。
【図７】 第一の捻り整形方法で作製したステータコイルの部分径方向展開図である。
【図８】 図７に示すステータコイルの部分正面図である。
【図９】 第二の捻り整形方法で作製したステータコイルの部分径方向展開図である。
【図１０】 図９に示すステータコイルの部分正面図である。
【図１１】 Ｕ字導体の捻り整形角度とコイルエンド全長との関係を説明するための参考図である。
【図１２】 Ｕ字導体の捻り整形角度とコイルエンド全長との関係を説明するための参考図である。
【符号の説明】
３１ ステータコイル
３３ Ｕ字導体
３３１ 大セグメント
３３２ 小セグメント
３３１ｆ、３３１ｇ、３３２ｆ、３３２ｇ 端部
Claims (4)
- 周方向に所定数のスロットを有するステータコアと、
略Ｕ字形状の曲部と前記曲部の両端からそれぞれ直線状に伸びる一対の脚部とを有し、前記一対の脚部が一対の前記スロットに軸方向一側から個別に挿通されている所定数のＵ字導体により構成されるステータコイルと、
を有し、
前記各Ｕ字導体の前記両脚部は、前記スロットに収容されるスロット導体部と、前記スロット導体部から前記スロットの軸方向他側へ突出して周方向および軸方向へ伸び先端が順次接合された端部とを有し、
前記各Ｕ字導体の前記端部は、前記ステータコイルの一方のコイルエンドを構成し、前記各Ｕ字導体の前記曲部は、前記ステータコイルの他方のコイルエンドを構成し、前記スロットは、径方向に複数層に並べられた複数の前記スロット導体部を収容する回転電機のステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体の前記両端部の一方は軸方向へ伸びる直線形状とされ、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各Ｕ字導体の前記両端部の他方を周方向へ所定角度曲げることを特徴とする回転電機のステータの製造方法。 - 周方向に所定数のスロットを有するステータコアと、
略Ｕ字形状の曲部と前記曲部の両端からそれぞれ直線状に伸びる一対の脚部とを有し、前記一対の脚部が一対の前記スロットに軸方向一側から個別に挿通されている所定数のＵ字導体により構成されるステータコイルと、
を有し、
前記各Ｕ字導体の前記両脚部は、前記スロットに収容されるスロット導体部と、前記スロット導体部から前記スロットの軸方向他側へ突出して周方向および軸方向へ伸び先端が順次接合された端部とを有し、
前記各Ｕ字導体の前記端部は、前記ステータコイルの一方のコイルエンドを構成し、前記各Ｕ字導体の前記曲部は、前記ステータコイルの他方のコイルエンドを構成し、前記スロットは、径方向に複数層に並べられた複数の前記スロット導体部を収容する回転電機のステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各Ｕ字導体の前記両端部の一方を他方より周方向へ５０％以上大きく周方向へ曲げることを特徴とする回転電機のステータの製造方法。 - 多数のＵ字導体をステータコアのスロットに前記スロット内にて径方向に複数の層を構成するように挿入してそれらの端部を前記ステータコアの端面から軸方向へ突出させる工程と、
前記ステータコアの端面から突出した前記Ｕ字導体の前記端部を周方向に所定角度だけ捻り整形し、前記Ｕ字導体の前記端部の先端を所定のペアごとに接合してコイルエンド部を形成させるステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各層に属する前記Ｕ字導体のうち所定の前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部のみを周方向に捻り整形し、かつ、残りの前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部を捻り整形しないことを特徴とするステータの製造方法。 - 多数のＵ字導体をステータコアのスロットに前記スロット内にて径方向に複数の層を構成するように挿入してそれらの端部を前記ステータコアの端面から軸方向へ突出させる工程と、
前記ステータコアの端面から突出した前記Ｕ字導体の前記端部を周方向に所定角度だけ捻り整形し、前記Ｕ字導体の前記端部の先端を所定のペアごとに接合してコイルエンド部を形成させるステータの製造方法において、
前記各Ｕ字導体を前記スロットへの挿入後に前記各Ｕ字導体の前記端部を周方向へ所定角度一斉に捻ることにより前記各層に属する前記Ｕ字導体のうち所定の前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部を、残りの前記層に属する前記Ｕ字導体の前記端部よりも周方向へ５０％以上大きく捻り整形することを特徴とするステータの製造方法。
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