JP7596958B2 - 電機子の製造装置及び電機子の製造方法 - Google Patents
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Description
こうしたコイルとしては、複数のセグメントコイルが互いに接合することにより構成されたものが知られている。セグメントコイルは、平行に延びる2つの直線部と、2つの直線部の端部同士を連結する連結部とを有している。
以下、図1~図12を参照して、電機子の製造装置及び電機子の製造方法をステータの製造装置及びステータの製造方法として具体化した第1実施形態について説明する。
(ステータ10)
図1及び図2に示すように、ステータ10は、ステータコア20と、コイル30と、複数の絶縁シート50とを備えている。ステータコア20は、円筒状をなしている。コイル30は、ステータコア20に巻回されている。各絶縁シート50は、コイル30の外面を覆っている。ステータコア20は、「鉄心」に相当する。
以降において、ステータコア20の軸線方向、径方向、及び周方向を単にそれぞれ軸線方向、径方向、及び周方向と称する。
ステータコア20は、ヨーク21と、複数のティース22と、複数のスロット23とを有している。ヨーク21は円環状をなしている。複数のティース22は、ヨーク21から径方向の内側に突出するとともに周方向に互いに間隔をおいて設けられている。スロット23は、周方向において隣り合うティース22同士の間に1つずつ形成されている。各スロット23は、径方向の内側及び軸線方向の両側において開口している。本実施形態のステータコア20は、都合48個のスロット23を有している。
(コイル30)
コイル30は、U相、V相、及びW相を構成する3つの相巻線により構成されている。各相巻線は、複数のティース22に跨がって巻回されている。
配置部31は、スロット23の内部に配置されている。配置部31は、軸線方向において直線状に延びている。スロット23の内部には、8つの配置部31が径方向に並んで設けられている。
徐変部32bの断面積は、配置部31から離れるほど、すなわち一般部32aに向かうほど徐々に小さくなっている。徐変部32bの幅は、配置部31から離れるほど徐々に小さくなっている。
図2に示すように、上述したコイル30の各相巻線は、複数のセグメントコイル40が互いに接合されることによって構成されている。本実施形態では、1つのスロット23の内部において、8つのセグメントコイル40が径方向に並んで配置される。
図2に示すように、絶縁シート50は、各スロット23の内部に1つずつ配置されている。絶縁シート50は、スロット23の内面とコイル30の外面との間に配置されている。絶縁シート50は、スロット23の内面全体を覆っている。絶縁シート50は、例えば、スロット23と同様に、径方向の内側及び軸線方向の両側において開口している。軸線方向における絶縁シート50の両端は、スロット23から突出している。
図5及び図6に示すように、ステータの製造装置60(以下、製造装置60と称する)は、押圧治具70と、規制治具80とを備えている。押圧治具70は、スロット23の内部に配置されたセグメントコイル40を押圧して塑性変形させるものである。規制治具80は、第1コイルエンド32及び第2コイルエンド33に対して、周方向の両側から接触することで、スロット23の内部でのセグメントコイル40の径方向における移動を許容する一方、周方向における移動を規制するものである。
図5に示すように、押圧治具70は、例えば、軸線方向に延びる柱状をなしている。押圧治具70の長さは、軸線方向におけるセグメントコイル40の長さよりも大きい。
押圧治具70は、配置部31に対向する対向部71を有している。対向部71の幅は、押圧治具70におけるその他の部分の幅よりも大きい。対向部71の幅は、絶縁シート50の開口幅と略同一である。軸線方向における対向部71の長さは、軸線方向におけるスロット23の長さよりも大きく、例えば、軸線方向における絶縁シート50の長さと略同一である。
(規制治具80)
図6及び図7に示すように、規制治具80は、軸線方向における各ティース22の両端面上に配置される複数の規制部材81を有している。各規制部材81は、径方向に延びる柱状をなしている。各規制部材81の長さは、スロット23の径方向における長さよりも大きい。
図7に示すように、規制部材81は、第1コイルエンド32に接触する規制部材81Aと、第2コイルエンド33に接触する規制部材81Bとを含んでいる。
2つの規制部材81Aは、各スロット23に対応して設けられている。本実施形態では、規制部材81Aが、各ティース22の軸線方向における一端面上に1つずつ配置されている。また、規制部材81Bが、各ティース22の上記一端面とは反対側の他端面上に1つずつ配置されている。なお、各図においては、複数の規制部材81Aのうち2つの規制部材81Aのみが図示されており、複数の規制部材81Bのうち2つの規制部材81Bのみが図示されている。
周方向において互いに対向する2つの突出部82は、径方向において平行に延びている。上記2つの突出部82の間隔は、セグメントコイル40の一般部32a,33aの幅と略同一である。したがって、セグメントコイル40が2つの規制部材81Aの間に配置されることで、第1コイルエンド32の一般部32aには、当該2つの規制部材81Aの突出部82が周方向における両側から接触する。これにより、スロット23の内部にてセグメントコイル40の径方向における移動が許容される一方、周方向における移動が規制される。
(ステータの製造方法)
ステータの製造方法は、絶縁シート配置工程、コイル配置工程、規制工程、押圧工程、及び接合工程を備えている。本実施形態では、絶縁シート配置工程、コイル配置工程、規制工程、押圧工程、及び接合工程がこの順で行われる。ただし、コイル配置工程、規制工程、及び押圧工程は、この順で複数回繰り返し行われる。
図9に示すように、絶縁シート配置工程では、スロット23の内部に絶縁シート50が配置される。このとき、絶縁シート50は、径方向の内側からスロット23の内部に挿入されてもよいし、軸線方向からスロット23の内部に挿入されてもよい。
コイル配置工程では、スロット23の内部に複数のセグメントコイル40が配置される。本実施形態では、まず、1つのスロット23の内部に配置される都合8つのセグメントコイル40のうち、5つのセグメントコイル40がスロット23の内部において径方向に並んで配置される。
図10に示すように、規制工程では、5つのセグメントコイル40の第1コイルエンド32に対して、規制治具80の規制部材81Aが周方向における両側から接触する。図示は省略するが、このとき、5つのセグメントコイル40の第2コイルエンド33に対して、規制部材81Bが周方向における両側から接触する。これらにより、スロット23の内部にてセグメントコイル40の径方向における移動が許容される一方、周方向における移動が規制される。
図11に示すように、押圧工程では、規制治具80が接触した状態のセグメントコイル40の配置部31が、押圧治具70によって径方向の外側におけるスロット23の内面に向けて押圧される。これにより、配置部31がスロット23の内面に沿って塑性変形する。このため、上述した配置部31と絶縁シート50との隙間が無くなる。したがって、配置部31の幅が絶縁シート50の開口幅と同一になる。
図12に示すように、次に、残り2つのセグメントコイル40において、コイル配置工程、規制工程、及び押圧工程がこの順で行われた後に、残り1つのセグメントコイル40において、コイル配置工程、規制工程、及び押圧工程がこの順で行われる。なお、残り3つのセグメントコイル40において、コイル配置工程、規制工程、及び押圧工程がこの順で行われてもよい。
図示は省略するが、接合工程では、各第1コイルエンド32に係合する円環状の捻り治具によって、各セグメントコイル40における一方の第1コイルエンド32が周方向の一方に捻られるとともに、他方の第1コイルエンド32が周方向の他方に捻られる。これにより、セグメントコイル40における第1コイルエンド32の端部と、当該セグメントコイル40とは別のセグメントコイル40における第1コイルエンド32の端部とが、径方向において隣接する。そして、これらの端部同士が溶接によって接合されることによりコイル30が製造される。
(1-1)製造装置60は、規制治具80と、押圧治具70とを備える。規制治具80は、第1コイルエンド32及び第2コイルエンド33に対して周方向における両側から接触することで、セグメントコイル40の径方向における移動を許容する一方、周方向における移動を規制するものである。押圧治具70は、スロット23の内部に配置されたセグメントコイル40を径方向においてスロット23の内面に向けて押圧して塑性変形させるものである。
以下、図13~図18を参照して、電機子の製造方法をステータの製造方法として具体化した第2実施形態について説明する。
各図面では、説明の便宜上、構成の一部を誇張又は簡略化して示す場合がある。また、各部分の寸法比率については実際と異なる場合がある。
(カフサ90)
図14に示すように、カフサ90は、ステータコア20の軸線方向の両端面に1つずつ設けられている。以降において、ステータコア20における第1コイルエンド32が突出する側の端面に設けられるカフサ90をカフサ90Aと称することがある。また、ステータコア20における第2コイルエンド33が突出する側の端面に設けられるカフサ90をカフサ90Bと称することがある。
図13に示すように、カフサ90Aは、環状部91と、複数の延在部92とを有している。環状部91は、円環状をなしている。複数の延在部92は、環状部91から径方向の内側に延在するとともに周方向に互いに間隔をおいて設けられている。図13では、便宜上、カフサ90Aの一部が破断されて図示されている。
各延在部92は、ティース22の軸線方向における一端面に接触している。カフサ90Aには、ティース22と同数の延在部92が設けられている。各延在部92の先端面は、ティース22の先端面と面一である。各延在部92は、周方向の両側において第1コイルエンド32に接触している。
(ステータの製造方法)
ステータの製造方法は、カフサ配置工程、絶縁シート配置工程、コイル配置工程、規制工程、押圧工程、及び接合工程を備えている。本実施形態では、カフサ配置工程、絶縁シート配置工程、コイル配置工程、押圧工程、及び接合工程がこの順で行われる。規制工程は、コイル配置工程と同時に行われる。ただし、コイル配置工程及び押圧工程は、この順で複数回繰り返し行われる。
図15に示すように、カフサ配置工程では、ステータコア20の軸線方向における一端面上にカフサ90Aが配置される。また、図示は省略するが、ステータコア20の上記一端面とは反対側の他端面上にカフサ90Bが配置される。
図16に示すように、コイル配置工程では、スロット23の内部に複数のセグメントコイル40が配置される。本実施形態では、まず、1つのスロット23の内部に配置される都合8つのセグメントコイル40のうち、5つのセグメントコイル40がスロット23の内部において径方向に並んで配置される。
規制工程では、セグメントコイル40がスロット23の内部に配置されることに伴って、第1コイルエンド32の周方向における両側にカフサ90Aが接触する。図示は省略するが、同様に、第2コイルエンド33の周方向における両側にカフサ90Bが接触する。これらにより、スロット23の内部にてセグメントコイル40の径方向における移動が許容される一方、周方向における移動が規制される。
図17に示すように、押圧工程では、カフサ90が接触した状態のセグメントコイル40が押圧治具70によって径方向の外側におけるスロット23の内面に向けて押圧される。これにより、各セグメントコイル40がスロット23の内面に沿って塑性変形する。このため、上述した配置部31と絶縁シート50との隙間が無くなる。したがって、配置部31の幅が絶縁シート50の開口幅と同一になる。
図18に示すように、次に、残り2つのセグメントコイル40において、コイル配置工程及び規制工程と、押圧工程とがこの順で行われた後に、残り1つのセグメントコイル40において、コイル配置工程及び規制工程と、押圧工程とがこの順で行われる。なお、残り3つのセグメントコイル40において、コイル配置工程及び規制工程と、押圧工程とがこの順で行われてもよい。
本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・第1実施形態において、規制部材81Aが、各ティース22の軸線方向における一端面上に2つずつ配置されていてもよい。また、規制部材81Bが、各ティース22の他端面上に2つずつ配置されていてもよい。
・各実施形態におけるコイル配置工程において、スロット23の内部に一度に配置されるセグメントコイル40の数は、適宜変更されてもよい。
・各実施形態において、ステータ10から絶縁シート50が省略されてもよい。この場合、絶縁シート配置工程が省略される。また、塑性変形後の配置部31の幅は、スロット23の幅と同一となる。
・各実施形態におけるコイル30は、複数のセグメントコイル40が屈曲及び接合されることによって構成されるものであったが、コイル30は、導体及び絶縁被覆を有する導線が予め環状に形成された巻線により構成されていてもよい。
20…ステータコア
21…ヨーク
22…ティース
23…スロット
24…固定部
24a…ボルト孔
30…コイル
31…配置部
32…第1コイルエンド
32a…一般部
32b…徐変部
33…第2コイルエンド
33a…一般部
33b…徐変部
40…セグメントコイル
50…絶縁シート
60…製造装置
70…押圧治具
70a…押圧面
71…対向部
80…規制治具
81,81A,81B…規制部材
82…突出部
83…逃がし部
90,90A,90B…カフサ
91…環状部
92…延在部
93…突出部
94…逃がし部
Claims (4)
- 複数のスロットを有する円筒状の鉄心と、前記スロットの内部に配置されたコイルと、を備え、前記コイルは、前記鉄心の軸線方向において前記スロットから突出したコイルエンドを有するとともに前記鉄心の径方向に並んで配置された複数のセグメントコイルによって構成されている電機子の製造装置であって、
前記コイルエンドに対して前記鉄心の周方向における両側から接触することで、前記スロットの内部での前記セグメントコイルの前記径方向における移動を許容する一方、前記周方向における移動を規制する規制治具と、
前記スロットの内部に配置された前記セグメントコイルを前記径方向において前記スロットの内面に向けて押圧して塑性変形させる押圧治具と、を備え、
前記規制治具は、
前記コイルエンドに対して前記周方向における両側から接触する2つの突出部と、
前記2つの突出部よりも前記鉄心の軸線方向における前記スロット側に設けられ、前記周方向において互いに対向する2つの逃がし部と、を含み、
前記周方向における前記2つの突出部同士の距離は、前記スロットの幅よりも小さく、
前記周方向における前記2つの逃がし部同士の距離は、前記周方向における前記2つの突出部同士の距離よりも大きい、
電機子の製造装置。 - 複数のスロットを有する円筒状の鉄心と、前記スロットの内部に配置されたコイルと、を備え、前記コイルは、前記鉄心の軸線方向において前記スロットから突出したコイルエンドを有するとともに前記鉄心の径方向に並んで配置された複数のセグメントコイルによって構成されている電機子の製造方法であって、
前記セグメントコイルを前記スロットの内部に配置するコイル配置工程と、
前記スロットの内部に配置された前記セグメントコイルの前記コイルエンドに対して、規制治具を前記鉄心の周方向における両側から接触させることで、前記スロットの内部での前記セグメントコイルの前記径方向における移動を許容する一方、前記周方向における移動を規制する規制工程と、
前記規制治具が接触した状態の前記セグメントコイルを、押圧治具によって前記径方向において前記スロットの内面に向けて押圧することで、前記セグメントコイルを前記スロットの内面に沿って塑性変形させる押圧工程と、を備え、
前記規制治具は、
前記コイルエンドに対して前記周方向における両側から接触する2つの突出部と、
前記2つの突出部よりも前記鉄心の軸線方向における前記スロット側に設けられ、前記周方向において互いに対向する2つの逃がし部と、を含み、
前記周方向における前記2つの突出部同士の距離は、前記スロットの幅よりも小さく、
前記周方向における前記2つの逃がし部同士の距離は、前記周方向における前記2つの突出部同士の距離よりも大きく、
前記コイル配置工程では、前記セグメントコイルとして、互いに異なる2つの前記スロットの内部にそれぞれ配置される2つの配置部と、前記2つの配置部からそれぞれ片持ち状に延びる2つの第1コイルエンドと、前記2つの配置部における前記第1コイルエンドとは反対側の部分同士を連結する第2コイルエンドと、を有するものを用い、
前記規制工程では、前記第1コイルエンドに対して、前記規制治具を前記周方向における両側から接触させる、
電機子の製造方法。 - 前記コイル配置工程では、前記スロットの幅よりも小さい幅を有する前記配置部を前記スロットの内部に配置し、
前記押圧工程では、前記押圧治具により前記配置部を押圧して塑性変形させることに伴って、前記第1コイルエンドのうち前記配置部に隣接する部分に、前記配置部から離れるほど断面積が徐々に小さくなる徐変部を形成し、
前記規制工程では、前記第1コイルエンドのうち前記徐変部が形成される予定の部分よりも前記配置部から離れた部分に対して、前記規制治具を前記周方向における両側から接触させる、
請求項2に記載の電機子の製造方法。 - 複数のスロットを有する円筒状の鉄心と、前記スロットの内部に配置されたコイルと、前記鉄心の軸線方向における端面に設けられたカフサと、を備え、前記コイルは、前記鉄心の軸線方向において前記スロットから突出したコイルエンドを有するとともに前記鉄心の径方向に並んで配置された複数のセグメントコイルによって構成されている電機子の製造方法であって、
前記鉄心の前記端面に前記カフサを配置するカフサ配置工程と、
前記カフサ配置工程の後または前に、前記セグメントコイルを前記スロットの内部に配置するコイル配置工程と、
前記スロットの内部に配置された前記セグメントコイルの前記コイルエンドに対して、前記カフサを前記鉄心の周方向における両側から接触させることで、前記スロットの内部での前記セグメントコイルの前記径方向における移動を許容する一方、前記周方向における移動を規制する規制工程と、
前記カフサが接触した状態の前記セグメントコイルを、押圧治具によって前記径方向において前記スロットの内面に向けて押圧することで、前記セグメントコイルを前記スロットの内面に沿って塑性変形させる押圧工程と、を備え、
前記カフサは、
前記コイルエンドに対して前記周方向における両側から接触する2つの突出部と、
前記2つの突出部よりも前記鉄心の軸線方向における前記スロット側に設けられ、前記周方向において互いに対向する2つの逃がし部と、を含み、
前記周方向における前記2つの突出部同士の距離は、前記スロットの幅よりも小さく、
前記周方向における前記2つの逃がし部同士の距離は、前記周方向における前記2つの突出部同士の距離よりも大きく、
前記コイル配置工程では、前記セグメントコイルとして、互いに異なる2つの前記スロットの内部にそれぞれ配置される2つの配置部と、前記2つの配置部からそれぞれ片持ち状に延びる2つの第1コイルエンドと、前記2つの配置部における前記第1コイルエンドとは反対側の部分同士を連結する第2コイルエンドと、を有するものを用い、
前記規制工程では、前記第1コイルエンドに対して、前記カフサを前記周方向における両側から接触させる、
電機子の製造方法。
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