JP6544349B2

JP6544349B2 - 平角線の曲げ加工装置

Info

Publication number: JP6544349B2
Application number: JP2016252620A
Authority: JP
Inventors: 山口　大樹; 大樹山口; 烈松尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2016-12-27
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2036-12-27
Also published as: US20180182544A1; CN108237188A; JP2018103226A; CN108237188B; US10665390B2

Description

本発明は、平角線の曲げ加工装置に関し、例えば、平角線をホルダにおける段差部の平面とシャフトのフランジ部との間に挟み込み、ガイド部材を公転させて平角線をホルダにおける段差部の側面角部に形成された曲面部に押し付けて沿わせることで曲げ加工する平角線の曲げ加工装置に関する。

モータや発電機などの回転電機のロータやステータに用いるコイルにおいて、占積率向上のために平角線を素線として用いられる場合がある。このような場合、平角線をホルダにおける段差部の平面と当該ホルダに通されたシャフトのフランジ部との間に挟み込み、ガイド部材を公転させて平角線をホルダにおける段差部の側面角部に形成された曲面部に押し付けて沿わせることで曲げ加工する工程を繰り返し、コイルを形成している（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１６−１５２６５２号公報

一般的な平角線の曲げ加工装置において、図８に示すように、ガイド部材１０１は、シャフト１０２の中心軸ＡＸ０を中心として回転するため、ガイド部材１０１の回転中心αとホルダ１０３の曲面部１０３ａの中心βとが異なっている。そのため、平角線１０４の曲げ始め及び曲げ終わりで当該平角線１０４をホルダ１０３の曲面部１０３ａに良好に押し付けることができず、平角線１０４を精度良く曲げ加工できない場合がある。ちなみに、図８では、平角線１０４がホルダ１０３の曲面部１０３ａに良好に押し付けられた状態を示している。また、図８では、ガイド部材１０１の公転奇跡を実線の矢印で示すと共に、公転したガイド部材１０１を二点鎖線で示している。さらに、図８では、シャフト１０２の配置を一点鎖線で示している。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、平角線を精度良く曲げ加工できる平角線の曲げ加工装置を実現する。

本発明の一態様に係る平角線の曲げ加工装置において、
平角線をホルダにおける段差部の平面とシャフトのフランジ部との間に挟み込み、ガイド部材を公転させて前記平角線を前記ホルダにおける段差部の側面角部に形成された曲面部に押し付けて沿わせることで曲げ加工する平角線の曲げ加工装置であって、
前記シャフトは、プッシュロッドに連結され、前記プッシュロッドの軸方向への駆動によって前記平角線を前記ホルダとで挟み込み可能であり、
前記ガイド部材の回転軸と、前記プッシュロッドの中心軸と、前記ホルダの曲面部の中心と、は同軸上に配置されると共に、前記シャフトの中心軸は、前記プッシュロッドの中心軸からオフセットされた位置に配置されている。
このような構成では、ガイド部材がホルダの曲面部の中心を通る回転軸を中心に公転する。そのため、平角線の曲げ始めから曲げ終わりまで当該平角線をホルダの曲面部に良好に押し付けることができる。これにより、平角線を所望の半径に精度良く曲げ加工することができる。

本発明によれば、平角線を精度良く曲げ加工できる平角線の曲げ加工装置を実現することができる。

実施の形態の平角線の曲げ加工装置を模式的に示す断面図である。実施の形態の平角線の曲げ加工装置におけるホルダ部周辺を模式的に示す断面図である。実施の形態の平角線の曲げ加工装置におけるホルダ部及びガイド部材を模式的に示す平面図である。実施の形態の平角線の曲げ加工装置で形成されたコイルを模式的に示す図である。一般的なステータを模式的に示す図である。一般的な平角線の曲げ加工装置を用いて形成されたコイルをステータコアに設けた状態を図５のＡ部分として拡大して示す図である。実施の形態の平角線の曲げ加工装置を用いて形成されたコイルをステータコアに設けた状態を図５のＡ部分として拡大して示す図である。一般的な平角線の曲げ加工装置におけるホルダ部及びガイド部材を模式的に示す平面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

図１は、本実施の形態の平角線の曲げ加工装置を模式的に示す断面図である。図２は、本実施の形態の平角線の曲げ加工装置におけるホルダ部周辺を模式的に示す断面図である。図３は、本実施の形態の平角線の曲げ加工装置におけるホルダ部及びガイド部材を模式的に示す平面図である。図４は、本実施の形態の平角線の曲げ加工装置で形成されたコイルを模式的に示す図である。図５は、一般的なステータを模式的に示す図である。図６は、一般的な平角線の曲げ加工装置を用いて形成されたコイルをステータコアに設けた状態を図５のＡ部分として拡大して示す図である。図７は、本実施の形態の平角線の曲げ加工装置を用いて形成されたコイルをステータコアに設けた状態を図５のＡ部分として拡大して示す図である。なお、以下の説明では、説明を明確にするために、三次元座標系（ｘｙｚ座標系）を用いて説明する。

本実施の形態の平角線の曲げ加工装置（以下、単に曲げ加工装置と省略する。）１は、モータや発電機などの回転電機のロータやステータに用いるコイルを形成する際に好適である。曲げ加工装置１は、図１に示すように、プッシュロッド２、シャフト３、ホルダ４及びガイド部材５を備えている。

プッシュロッド２は、図１に示すように、ｚ軸方向に延在する軸部材であり、駆動手段によってｚ軸方向に駆動（往復）する。本実施の形態のプッシュロッド２は、円柱状に形成されており、プッシュロッド２におけるｚ軸−側の面にカム６が接触している。これにより、プッシュロッド２は、カム６の回転駆動によってｚ軸方向に駆動する。但し、プッシュロッド２は、円柱形状に限定されず、角柱状に形成されていてもよい。

シャフト３は、図１に示すように、プッシュロッド２におけるｚ軸＋側の面に連結されている。本実施の形態のシャフト３は、軸部３ａ及びフランジ部３ｂを備えている。軸部３ａは、円柱状に形成されており、プッシュロッド２におけるｚ軸＋側の面からｚ軸＋側に突出している。

フランジ部３ｂは、円盤状に形成されており、軸部３ａにおけるｚ軸＋側の端部が連結されている。このとき、フランジ部３ｂの中心軸は軸部３ａの中心軸と略同軸上に配置されている。ここで、図２に示すように、軸部３ａにおけるｚ軸＋側の部分には、ｚ軸＋側に向かうに従って反り返りながら拡径する反り返し部３ｃが形成されていることが好ましい。これにより、軸部３ａとフランジ部３ｂとの連結部への応力集中を抑制することができる。

ホルダ４は、図２に示すように、シャフト３のフランジ部３ｂとで平角線７を挟み込む。平角線７は、断面が略四角形状の導線が絶縁層で被覆されて成る。本実施の形態のホルダ４は、土台部４ａ及び曲げ受け部４ｂを備えている。土台部４ａは、円柱形を基本形態としており、中央にｚ軸方向に延在する貫通孔４ｃを備えている。

曲げ受け部４ｂは、土台部４ａにおけるｚ軸＋側の面から突出しており、略中央に土台部４ａの貫通孔４ｃと連通する貫通孔４ｄを備えている。そして、曲げ受け部４ｂは、ｚ軸方向から見て、土台部４ａに対して小さい。そのため、ホルダ４は、段差部４ｅを備えていることになる。このとき、段差部４ｅの側面４ｆは、曲げ受け部４ｂの側面から成り、段差部４ｅの平面４ｇは、土台部４ａにおけるｚ軸＋側の面から成る。

このような段差部４ｅの側面は、図３に示すように、略ｙｚ面上に配置される第１の側面４ｈ、略ｘｚ面上に配置される第２の側面４ｉ、及び第１の側面４ｈと第２の側面４ｉとの間（即ち、側面角部）に配置され、所望の半径を有する曲面部４ｊを備えている。ここで、第２の側面４ｉは、平角線７を曲げ加工した後の弾性変形量を考慮して、ｘ軸−側に向かうに従ってｙ軸−側に変位するように傾斜していることが好ましい。

ガイド部材５は、平角線７をホルダ４の曲面部４ｊに押し付けて沿わせるように公転する。

このような曲げ加工装置１において、ガイド部材５の回転軸ＡＸ１と、プッシュロッド２の中心軸ＡＸ２と、ホルダ４の曲面部４ｊの中心Ｏ１と、は略同軸上に配置されている。つまり、プッシュロッド２の中心軸ＡＸ２は、ホルダ４の曲面部４ｊの中心Ｏ１を通るように配置されており、この中心軸ＡＸ２を中心にガイド部材５が公転する。ここで、ガイド部材５の回転軸ＡＸ１と、プッシュロッド２の中心軸ＡＸ２と、ホルダ４の曲面部４ｊと、はｚ軸方向で略平行である。

本実施の形態のガイド部材５は、図１に示すように、センターシャフト８に設けられており、センターシャフト８の回転に伴って公転する。センターシャフト８は、例えば、筒部８ａ及びアーム部８ｂを備えている。筒部８ａは、例えば、円筒形に形成されており、プッシュロッド２を囲んだ状態で当該プッシュロッド２と共に、固定治具９の貫通孔９ａに挿入されている。このような筒部８ａは、固定治具９に軸受（図示を省略）を介して支持されている。

このとき、筒部８ａの回転軸ＡＸ３は、ホルダ４の曲面部４ｊの中心Ｏ１を通るプッシュロッド２の中心軸ＡＸ２と略同軸上に配置されている。ちなみに、筒部８ａとプッシュロッド２との隙間は、ブッシュ（図示を省略）で塞がれていることが好ましい。これにより、センターシャフト８が回転する際のガタつきを抑制することができる。

アーム部８ｂは、ガイド部材５を筒部８ａに連結する。アーム部８ｂは、例えば、筒部８ａの回転軸ＡＸ３に向かって延在する延在部８ｃ、及び延在部８ｃを筒部８ａに連結する連結部８ｄを備えている。延在部８ｃの一方の端部には、ガイド部材５が設けられている。そして、延在部８ｃの他方の端部は、連結部８ｄを介して筒部８ａに連結されている。

このようなセンターシャフト８は、駆動装置（図示を省略）から駆動力が伝達されて回転する。これにより、ガイド部材５は、筒部８ａの回転軸ＡＸ３と略同軸上に配置され、且つホルダ４の曲面部４ｊの中心Ｏ１を通るプッシュロッド２の中心軸ＡＸ２を中心に公転する。つまり、筒部８ａの回転軸ＡＸ３は、ガイド部材５の回転軸ＡＸ１を成すことになる。ちなみに、本実施の形態の筒部８ａの回転軸ＡＸ３は、固定治具９の貫通孔９ａの中心軸ＡＸ４とも略同軸上に配置されている。

ここで、プッシュロッド２の中心軸ＡＸ２と略同軸上にシャフト３の中心軸ＡＸ５を配置すると、シャフト３の太さを確保することができないので、シャフト３の中心軸ＡＸ５は、プッシュロッド２の中心軸ＡＸ２に対してオフセットされた位置に配置されている。例えば、プッシュロッド２の中心軸ＡＸ２がシャフト３の中心軸ＡＸ５と同軸上に配置された状態からホルダ４の曲面部４ｊの中心Ｏ１を通る位置までの当該プッシュロッド２の中心軸ＡＸ２の移動と相対的に、シャフト３の中心軸ＡＸ５がプッシュロッド２の中心軸ＡＸ２に対してオフセットされた位置に配置される。

次に、本実施の形態の曲げ加工装置１を用いてコイルを形成する流れを説明する。先ず、カム６の長径側の面をプッシュロッド２に接触させ、シャフト３のフランジ部３ｂをｚ軸＋側に移動させておく。

次に、送り出し装置（図示を省略）によって平角線７をｙ軸＋方向に所定量送り出し、平角線７をホルダ４の段差部４ｅ内に配置する。このとき、平角線７は、ホルダ４の段差部４ｅにおける第１の側面４ｈに略接触すると共に、ホルダ４の曲げ受け部４ｂからｙ軸＋側に所定量突出するように配置する。

次に、カム６を回転させてプッシュロッド２をｚ軸−側に移動させ、シャフト３のフランジ部３ｂとホルダ４の平面４ｇとの間で平角線７を挟み込んで拘束する。

次に、駆動手段を駆動させてセンターシャフト８を回転させ、回転軸ＡＸ１を中心にガイド部材５を図３の矢印方向に公転させて、平角線７をホルダ４の曲面部４ｊに押し付けて沿わせる。このとき、回転軸ＡＸ１は、ホルダ４の曲面部４ｊの中心を通るので、公転するガイド部材５によって、平角線７の曲げ始めから曲げ終わりまで当該平角線７をホルダ４の曲面部４ｊに良好に押し付けることができる。これにより、平角線７を所望の半径に精度良く曲げ加工することができる。なお、図３では、ガイド部材５の公転軌跡を実線の矢印で示すと共に、公転したガイド部材５を二点鎖線で示している。また、図３では、シャフト３の軸部３ａの配置を一点鎖線で示している。

次に、カム６を回転させてプッシュロッド２をｚ軸＋側に移動させて平角線７の拘束を解き、送り出し装置によって平角線７をｙ軸＋方向に所定量送り出す。その後、上述の工程を繰り返すと、図４に示すような平角線７が略長方形に捲回されたコイル１０を形成することができる。

このようなコイル１０は、例えば、図５に示すように、ステータ１１に用いることができる。このとき、コイル１０の内部にステータ１１におけるステータコア１２のティース部が挿入され、コイル１０がステータコア１２に設けられる。

ここで、一般的な曲げ加工装置を用いて平角線７に曲げ加工を施した場合、上述のように平角線７の曲げ始め及び曲げ終わりで当該平角線７をホルダの曲面部に良好に押し付けることができないので、平角線７の曲げ加工部７ａの半径が大きくなり、その結果、図６に示すように、コイル１０におけるステータコア１２からの突出量Ｄ１が大きくなる。このことは、コイル１０に使われている平角線７の長さが長いことを意味し、モータの重量や銅損の点で不利である。

一方、本実施の形態の曲げ加工装置１は、一般的な曲げ加工装置に比べて、平角線７の曲げ加工部７ａの半径が小さいコイル１０を形成することができる。その結果、図７に示すように、コイル１０におけるステータコア１２からの突出量Ｄ２を小さくすることができる。このことは、コイル１０に使われている平角線７の長さが短いことを意味し、モータの重量や銅損の点で有利である。

このように本実施の形態の曲げ加工装置１は、ガイド部材５がホルダ４の曲面部４ｊの中心Ｏ１を通る回転軸ＡＸ１を中心に公転する。そのため、平角線７の曲げ始めから曲げ終わりまで当該平角線７をホルダ４の曲面部４ｊに良好に押し付けることができる。これにより、平角線７を所望の半径に精度良く曲げ加工することができる。なお、ガイド部材５の回転軸ＡＸ１は、平角線７を所望の半径に曲げ加工できる範囲でホルダ４の曲面部４ｊの中心Ｏ１からズレていてもよい。

しかも、本実施の形態の曲げ加工装置１も、一般的な曲げ加工装置と同様に、ガイド部材５の回転軸ＡＸ１とプッシュロッド２の中心軸ＡＸ２とを略同軸上に配置しているので、一般的な曲げ加工装置に比べて構成を複雑化することなく、平角線７を所望の半径に精度良く曲げ加工することができる。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１曲げ加工装置
２プッシュロッド
３シャフト、３ａ軸部、３ｂフランジ部、３ｃ反り返り部
４ホルダ、４ａ土台部、４ｂ曲げ受け部、４ｃ、４ｄ貫通孔、４ｅ段差部、４ｆ段差部の側面、４ｇ段差部の平面、４ｈ第１の側面、４ｉ第２の側面、４ｊ曲面部
５ガイド部材
６カム
７平角線、７ａ曲げ加工部
８センターシャフト、８ａ筒部、８ｂアーム部、８ｃ延在部、８ｄ連結部
９固定治具、９ａ貫通孔
１０コイル
１１ステータ
１２ステータコア
ＡＸ１ガイド部材の回転軸
ＡＸ２プッシュロッドの中心軸
ＡＸ３筒部の回転軸
ＡＸ４固定治具の貫通孔の中心軸
ＡＸ５シャフトの中心軸

Claims

平角線をホルダにおける段差部の平面とシャフトのフランジ部との間に挟み込み、ガイド部材を公転させて前記平角線を前記ホルダにおける段差部の側面角部に形成された曲面部に押し付けて沿わせることで曲げ加工する平角線の曲げ加工装置であって、
前記シャフトは、プッシュロッドに連結され、前記プッシュロッドの軸方向への駆動によって前記平角線を前記ホルダとで挟み込み可能であり、
前記ガイド部材の回転軸と、前記プッシュロッドの中心軸と、前記ホルダの曲面部の中心と、は同軸上に配置されると共に、前記シャフトの中心軸は、前記プッシュロッドの中心軸からオフセットされた位置に配置されている、平角線の曲げ加工装置。