JP3894004B2

JP3894004B2 - 回転電機のコイル用のセグメントの成形方法及びそれに用いる成形型構造

Info

Publication number: JP3894004B2
Application number: JP2002065958A
Authority: JP
Inventors: 徹也三浦; 浩二諏訪
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2022-03-11
Also published as: JP2003264964A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機のコイル用のセグメントの成形方法及びそれに用いる成形型構造、特に、再現性のある安定した形状のセグメントを容易に成形することのできる成形方法及びその方法に用いる成形型構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータや発電機等の回転電機のステータコイルやロータコイルの形態には、様々なものがある。例えば、ステータコアやロータコアに直接コイル線材を巻回してコイルを形成するものや、別途巻き型等を用いてコイルを巻回し、ステータコアやロータコアに装着するものが一般的である。一方、ステータコアやロータコアに形成されたスロットにセグメントと呼ばれる松葉状導体（略Ｕ字形状の導体）を挿入し、各セグメントの端部をコアの一端側で順次溶接等により接合し全体としてコイルを形成するコイルがある。このセグメントタイプのコイルの場合、いわゆるコイルの巻回工程を必要としないので、コイル（セグメント）の断面をコアのスロットの占有空間断面に略等しい矩形断面とすることが可能で、スロットの占積率を容易に向上可能であり、小型で高出力の回転電機を得られるという点で有効である。
【０００３】
図３は、特開平１１−７５３３４号公報等に開示される従来の略Ｕ字形状のセグメント１００の単体形状を説明する図であり、図３（ａ）がＵ字の湾曲部分（後述するコイルエンドの形成領域）を上から見た上面図、図３（ｂ）は、平面図、図３（ｃ）は側面図、図３（ｄ）は斜視図である。セグメント１００は、所定長さの平角線をＵ字状に曲げることにより、図示しないステータ等のコアのスロットに挿入されるスロット挿入部１０２と、このスロット挿入部１０２を接続しコアの端面部で所定のスロットから他の所定のスロットに渡るためのコイルエンド形成部（渡り部）１０４とを構成する。また、各図から明らかなように、コイルエンド形成部１０４の略中央付近では、平角線を１８０°捻った捻り部１０６を形成している。
【０００４】
図４（ａ），（ｂ）には、複数のセグメント１００をコアのスロット（不図示）に挿入した円環配列状態を示す上面図及び側面図が示されている。図４（ａ），（ｂ）から明らかなように、セグメント１００を円環状に配列する場合、セグメント１００のスロット挿入部１０２が飛び越えるスロット数分だけ他のセグメント１００を飛び越えなければならない。この時、セグメント１００があるスロットから出てきて、所定数離れたスロットに入る場合、同じ径で入ろうとすると他のセグメント１００と干渉してしまうので、セグメント１００は２本のスロット挿入部１０２が別々に、その径方向にずれてスロットに入るようにする必要がある。そのため、コイルエンド形成部１０４で捻りを加え、捻り部１０６の前後で、線材がずれるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したような１８０°の捻り部１０６を伴うセグメント１００は、円環配列した時に捻り部１０６がかさばり、コイルエンド部分が大型化してしまう。すなわち、回転電機のステータ等のコアの軸方向及び径方向の寸法が増大し、結果的に回転電機自体の大型化を招いてしまうという問題を有する。また、捻り部１０６を成形する場合、両端のスロット挿入部１０２をクランプして、そのクランプの一方を捻る等の方法により成形するため、捻り部１０６の形状を安定させることが困難であるという問題がある。各セグメント１００の形状ばらつき、形状再現性が低い場合には、前述した円環配列時の軸方向及び径方向の大型化をさらに促進する。
【０００６】
また、特開２０００−６９７００号公報には、捻り部１０６を伴わないセグメントが開示されているが、線材の曲げ形状が複雑であり、形状再現性を維持することが困難であると共に、成形時の線材へのストレスやダメージ等に関して考慮しつつ、形状再現性を向上しなければならないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、安定した形状のセグメントを容易に成形することのできる成形方法及びその成形方法に使用する成形型構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明は、回転電機のコアの各スロットに挿入され端部を順次接続することによりコイルを形成するセグメントの成形方法であって、セグメントを形成する線材を第１平面上で略クランク形状を呈する２次元クランク線材に成形するステップと、前記第１平面と略直交する第２平面に沿って、前記２次元クランク線材のクランク部分を略頂点とした３次元山形形状の３次元山形線材に成形するステップと、前記３次元山形線材の前記頂点部分を含むコイルエンド形成領域より外側部分を前記スロットの挿入方向に向けて曲げるステップと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、上記のような目的を達成するために、本発明は、回転電機のコアの各スロットに挿入され端部を順次接続することによりコイルを形成するセグメントの成形方法であって、線材を第１平面上で接離する一対の雌雄成形型で挟み込み、当該線材を雌雄型形状に対応した略クランク形状を呈する２次元クランク線材に成形する２次元成形ステップと、前記第１平面と略直交する第２平面に沿って接離する一対の山形の雌雄成形型により前記２次元クランク線材のクランク部分を略頂点とした３次元山形形状の３次元山形線材に成形する３次元成形ステップと、前記山形の雌雄成形型の接触を維持した状態で、前記第１平面と交差する第３平面に沿って接離する一対の折り曲げ型により前記３次元山形線材の前記頂点部分を含むコイルエンド形成領域より外側部分を前記スロットの挿入方向に向けて曲げるスロット部成形ステップと、を含むこと特徴とする。
【００１０】
ここで、略クランク形状とは、特定の１形状を意味するものではなく、線材が連続的な曲がりを有することを意味し、例えば、Ｓ字形状等滑らかな曲がりも含むものとする。また、略直交とは、完全な直角を意味するのではなく、実質的に直交と認められる程度を意味する。更に、略頂点とは完全な１点を意味するのではなく、頂点及びその周辺を含むものとする。
【００１１】
この構成によれば、線材は、まず２次元のクランク形状に成形され、その後、コイルエンド形成領域の山形形状の成形、スロット挿入部の成形が行われる。この場合、線材にかかるストレスを全て開放しながら曲げ成形を行うので、線材に不要なストレスやダメージを与えることを防止できる。
【００１２】
また、各曲げ工程を接離移動する型によって、段階的に行っているので、各曲げ成形時のストレスを開放しながら型形状に基づく均一形状のセグメントを良好な形状再現性を維持しつつ容易に行うことができる。
【００１３】
また、上記のような目的を達成するために、本発明は、回転電機のコアの各スロットに挿入され端部を順次接続することによりコイルを形成するセグメントの成形型構造であって、セグメントを形成する線材を第１平面上で挟み込み略クランク形状を呈する２次元クランク線材に形成する接離自在な一対の２次元成形雌雄型と、前記第１平面と略直交する第２平面に沿って接離し、前記２次元クランク線材のクランク部分を略頂点とした３次元山形形状の３次元山形線材に成形する一対の３次元形成雌雄型と、前記第１平面と交差する第３平面に沿って接離し、前記３次元山形線材の前記頂点部分を含むコイルエンド形成領域より外側部分を前記スロットの挿入方向に向けて曲げる一対の折曲げ雌雄型と、を含むことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、セグメントの各曲げ工程を接離移動する雌雄型によって、段階的に行うので、各曲げ成形時のストレスを開放しながら型形状に基づく均一形状のセグメントを容易に安定的に行うことができる。
【００１５】
また、上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記折曲げ雌雄型の雄型は、前記３次元成形雌雄型の雄型と共通であることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、セグメント成形用の型コストの低減を容易に行うことができる。また、型を自動開閉装置等で接離動作させる場合にも開閉装置の構成を簡略化することができる。
【００１７】
また、上記のような目的を達成するために、本発明は、上記構成において、前記３次元成形雌雄型の雄型及び前記折曲げ雌雄型の雄型は、前記線材を案内するガイド溝を有することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、セグメントの成形精度を容易に向上することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）を図面に基づき説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の回転電機のコイル用のセグメントの成形方法により成形されるセグメント１０の形状を示している。セグメント１０は、従来のものと同様に、所定長さ銅材等から構成される平角線をＵ字状に曲げることにより、図示しないステータ等のコアのスロットに挿入されるスロット挿入部１２とこのスロット挿入部１２を接続しコアの端面部で所定のスロットから他の所定のスロットに渡るためのコイルエンド形成部（渡り部）１４とを構成する。なお、図１（ａ）がコイルエンド形成部１４を上から見た上面図、図１（ｂ）は、セグメント１０の平面図、図１（ｃ）はセグメント１０の側面図、図１（ｄ）はセグメント１０の斜視図である。
【００２１】
図１（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、セグメント１０はコイルエンド形成部１４に捻り部を含んでいない。捻り部を含まないことにより、コイルエンド形成部１４のかさばりを抑制し、回転電機の軸方向や径方向の突出量を縮小することが可能になり、図４に示すように、円環配列した時に、コイルエンド形成部１４の高さｈを低減することができる。つまり、セグメント１０を円環配列した場合に、回転電機の軸方向及び径方向の寸法を縮小することができる。
【００２２】
以下、図１に示す、セグメント１０の形状を参照しながら、本実施形態のセグメント成形方法を図２を用いて説明する。
【００２３】
前述したように、セグメント１０は、所定長さの銅線材等から成る平角線素材（線材）１６から成形される。この平角線素材１６は、まず、図２（ａ）に示すように、ｘ−ｙ平面（第１平面）上で接離する一対の雌雄成形型１８で挟み込まれ、雄成形型１８ａ及び雌成形型１８ｂに対応した略クランク形状を呈する２次元クランク線材２０に成形される（２次元成形ステップ）。この２次元クランク線材２０のクランク部分２０ａが、複数のセグメント１０を円環状に配列したときに相互干渉を回避するためのスロットへの入り込み位置を変更する部分となる。ここで、略クランク形状というのは、特定の１形状を意味するものではなく、線材が連続的な曲がりを有することを意味し、例えば、Ｓ字形状等滑らかな曲がりも含むものであり、セグメント１０の設計仕様によって、そのクランク形状が適宜選択されることを意味する。
【００２４】
雄成形型１８ａ及び雌成形型１８ｂは第１平面上で流体圧シリンダ等により接離駆動（一方のみの接離駆動でも両方の接離駆動でもよい）されるものである。この時、平角線素材１６の両端は開放状態で、加圧成形されるので、平角線素材１６に不必要なストレスが付与されることはなく、線細り等の発生を防止することができる。
【００２５】
続いて、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、２次元クランク線材２０を前記第１平面と略直交する（完全な直角を意味するのではなく、実質的に直交と認められる程度を意味し、セグメント１０の設計仕様によって、そのクランク形状が適宜選択される）第２平面（ｘ−ｚ平面）に沿って接離する一対の山形の雌雄成形型２２により挟み込む（３次元成形ステップ）。図２（ｂ）に示すように、山形の雄成形型２２ａは、第２平面に沿う凸形形状を呈し、その上面及び側面には、２次元クランク線材２０が曲げ成形される時に、曲げ形状を規制するガイド溝２４が形成されている。また、上面部は、２次元クランク線材２０のクランク部分２０ａに対応する位置を略頂点（完全な１点を意味するのではなく、頂点及びその周辺を含むものとする）とした３次元山形形状を呈し、２次元クランク線材２０が正確に位置決めされるようになっている。前記ガイド溝２４によって、後述するように各雌雄成形型により加圧する時に再現性のある成形を行うことができる。
【００２６】
図２（ｃ）に示すように凸山形形状を呈する雄成形型２２ａ上に２次元クランク線材２０をセットし、図２（ｄ）に示すように、凹山形形状を呈する雌成形型２２ｂを第２平面に沿って接近し、加圧することにより、２次元クランク線材２０はｘ−ｙ方向のみならずｚ方向にも曲がった３次元山形線材２６に成形される。この場合も、２次元クランク線材２０の両端は開放されたままなので、線材に不必要なストレスが付与されることはなく、所望の成形を行うことができる。なお、雌雄成形型２２の駆動も流体圧シリンダ等により行う。
【００２７】
続いて、図２（ｄ）でも示すように、山形の雌雄成形型２２の接触状態を維持したまま、図２（ｅ）に示すように、雄成形型２２ａの肩部分２８に係合する２つの雌折り曲げ型３０ａを流体圧シリンダ等により接近、接触させ、加圧する。この雄成形型２２ａと雌折り曲げ型３０ａとによって３次元山形線材２６の前記頂点部分を含むコイルエンド形成領域（雄成形型２２ａの山形部分）より外側部分を図示しないスロットの挿入方向に向けて曲げることができる（スロット部成形ステップ）。この場合も３次元山形線材２６の両端は開放されているので、線材に不必要なストレスが付与させることを回避するとができる。その後、２個の雌折り曲げ型３０ａ及び山形の雌雄成形型２２をそれぞれ離反させることにより、型から完成したセグメント１０を取り出し可能とし、一連のセグメント成形工程を修了する。なお、雌折り曲げ型３０ａの接離方向は、前記第１平面と交差する第３平面に沿って行われればよく、例えば、本実施形態のように、第１平面と交差する第２平面（第３平面＝第２平面）としてもよく、各雌雄型の接離動作が相互に干渉しないように雌折り曲げ型３０ａの接離方向を選択することができる。
【００２８】
本実施形態においては、雄成形型２２ａと雌折り曲げ型３０ａとによってスロット挿入部を成形する折り曲げ雌雄型を構成した例を示している。つまり、雄成形型２２ａを３次元成形用とスロット部成形用とに共用している。この共用により型製造コストの低減を行うと共に、一連の型接離動作を行うアクチュエータ（流体圧シリンダ等）の共用が可能になり設備の低コスト化や小型化を行うことができる。もちろん、３次元成形用とスロット部成形用とで個別の雌雄型を用いてもよい。いずれにしても、３次元成形とスロット部成形とを２段階に分けて行うことにより、セグメント１０を形成する線材に不必要なストレスが付与されず、線材が部分的に圧縮され座屈してしまったり、引っ張られて線細りを起こしたりする等のダメージを容易に回避することができる。
【００２９】
このようにして成形したセグメント１０は、各雌雄型の形状や雄成形型２２ａに形成されたガイド溝２４、及び各雌雄型の接離動作により、容易に安定した形状再現性を得ることができる。また、このように成形されたセグメント１０は、前述したように、従来のようにかさばったり、形状再現性が低い捻り部を含まないので、回転電機用のコアに装着する時に円環配列してもコイルエンド部の軸方向や径方向の突出の増大を抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施形態で示した各雌雄型の形状は、セグメント１０の形状に対応したものであり、適宜変更可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、線材は、まず２次元のクランク形状に成形され、その後、コイルエンド形成領域の山形形状の成形、スロット挿入部の成形が行われる。その結果、線材にかかるストレスを全て開放しながら曲げ成形を行うので、線材に不要なストレスやダメージを与えることを防止できる。また、各曲げ工程を接離移動する型によって、段階的に行っているので、各曲げ成形時のストレスを開放しながら型形状に基づく均一形状のセグメントを良好な形状再現性を維持しつつ容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るセグメントの成形方法により成形されるセグメントの形状を説明する説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係るセグメントの成形方法及び成形に用いる成形型を説明する説明図である。
【図３】従来のセグメントの成形方法により成形されるセグメントの形状を説明する説明図である。
【図４】複数のセグメントを円環配置した状態を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０セグメント、１２スロット挿入部、１４コイルエンド形成部、１６平角線素材、１８，２２雌雄成形型、１８ａ，２２ａ雄成形型、１８ｂ，２２ｂ雌成形型、２０２次元クランク線材、２０ａクランク部分、２４ガイド溝、２６３次元山形線材、２８肩部分、３０ａ雌折り曲げ型。

Claims

回転電機のコアの各スロットに挿入され端部を順次接続することによりコイルを形成するセグメントの成形方法であって、
セグメントを形成する線材を第１平面上で略クランク形状を呈する２次元クランク線材に成形するステップと、
前記第１平面と略直交する第２平面に沿って、前記２次元クランク線材のクランク部分を略頂点とした３次元山形形状の３次元山形線材に成形するステップと、
前記３次元山形線材の前記頂点部分を含むコイルエンド形成領域より外側部分を前記スロットの挿入方向に向けて曲げるステップと、
を含むことを特徴とする回転電機のコイル用のセグメントの成形方法。
回転電機のコアの各スロットに挿入され端部を順次接続することによりコイルを形成するセグメントの成形方法であって、
線材を第１平面上で接離する一対の雌雄成形型で挟み込み、当該線材を雌雄型形状に対応した略クランク形状を呈する２次元クランク線材に成形する２次元成形ステップと、
前記第１平面と略直交する第２平面に沿って接離する一対の山形の雌雄成形型により前記２次元クランク線材のクランク部分を略頂点とした３次元山形形状の３次元山形線材に成形する３次元成形ステップと、
前記山形の雌雄成形型の接触を維持した状態で、前記第１平面と交差する第３平面に沿って接離する一対の折り曲げ型により前記３次元山形線材の前記頂点部分を含むコイルエンド形成領域より外側部分を前記スロットの挿入方向に向けて曲げるスロット部成形ステップと、
を含むこと特徴とする回転電機のコイル用のセグメントの成形方法。
回転電機のコアの各スロットに挿入され端部を順次接続することによりコイルを形成するセグメントの成形型構造であって、
セグメントを形成する線材を第１平面上で挟み込み略クランク形状を呈する２次元クランク線材に形成する接離自在な一対の２次元成形雌雄型と、
前記第１平面と略直交する第２平面に沿って接離し、前記２次元クランク線材のクランク部分を略頂点とした３次元山形形状の３次元山形線材に成形する一対の３次元形成雌雄型と、
前記第１平面と交差する第３平面に沿って接離し、前記３次元山形線材の前記頂点部分を含むコイルエンド形成領域より外側部分を前記スロットの挿入方向に向けて曲げる一対の折曲げ雌雄型と、
を含むことを特徴とするセグメントの成形型構造。
請求項３記載の構造において、
前記折曲げ雌雄型の雄型は、前記３次元成形雌雄型の雄型と共通であることを特徴とするセグメントの成形型構造。
請求項３または請求項４記載の構造において、
前記３次元成形雌雄型の雄型及び前記折曲げ雌雄型の雄型は、前記線材を案内するガイド溝を有することを特徴とするセグメントの成形型構造。