JP5617797B2 - 回転電機の固定子の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両において電動機や発電機として使用される回転電機の固定子の製造方法及びその製造装置に関する。

従来、車両などに搭載される回転電機の固定子として、固定子コアにセグメント型コイルが巻装されている固定子が知られている。この固定子は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、スロットに挿入配置された複数の導体セグメントの所定の開放端同士が接続されて固定子コアに巻装された固定子コイルとを備えている。

このような固定子コイルを製造する装置として、特許文献１に開示されているような固定子コイルの捻り装置が公知である。この場合、固定子コイルを形成する導体セグメントは、互いに平行な一対の直線部と、一対の直線部の一端を互いに接続するターン部とを有する略Ｕ字状のものが用いられている。この導体セグメントは、一対の直線部が所定のスロットピッチ離れた２個のスロットに軸方向一端側から挿入される。そして、スロットから軸方向他端側に延出した開放端部が、固定子コアの軸方向端面に対して周方向に所定角度で斜めに斜行するように捻られた後、所定の開放端部の先端部同士が溶接等で接続されることによって、直列に接続されてなるセグメント型の固定子コイルが形成される。図１１に示すように、このようにして固定子コア１３０に巻装される固定子コイル１４０は、導体セグメント１５０の先端部を径方向へシフトしたシフト形状とすることにより、溶接等で接合された接合部１５５を離間させて絶縁性を確保するようにされている。

特許第３１９６７３８号公報

ところで、上記特許文献１に記載の捻り装置においては、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、導体セグメント１５０の一対の直線部１５１、１５１を固定子コア１３０のスロット１３１に挿入した後に、スロット１３１から軸方向他端側に延出した直線部１５１の先端を捻り治具１６４１、１６４２で保持し、その捻り治具１６４１、１６４２を固定子コア１３０に対して周方向及び軸方向に相対的に移動させて捻ることにより、所望のシフト形状に変形した捻り部１５４を形成するようにしている。

しかしながら、上記のように捻り部１５４を形成した際には、図１３に示すように、捻り部１５４が内周側に湾曲してしまったり、それに伴い導体セグメント１５０のスロット収容部１５１ａも内周側に湾曲してしまったりすることで、隣接する次層の導体セグメント１５０との干渉（図１３のＢ部）により、導体セグメント１５０へのダメージが発生してしまうという課題が存在する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、導体セグメントの捻り部を形成する際に、捻り部が形成される導体セグメントとこれに隣接する次層の導体セグメントとの干渉を防止し得るようにした回転電機の固定子の製造方法及びその製造装置を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入され前記固定子コアの端面から軸方向に延出した複数の導体セグメントの先端部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子コイルと、を備えた回転電機の固定子の製造方法において、前記固定子コアの前記スロット内に前記導体セグメントを径方向に積層させた状態に配置する配置工程と、前記固定子コアの端面から軸方向に延出している前記導体セグメントの先端部を捻り治具にて保持し、前記固定子コアに対して周方向及び軸方向に相対的に前記捻り治具を移動させて捻ることにより捻り部を形成する捻り工程と、前記導体セグメントの端部同士を接合する接合工程と、を有し、前記捻り工程において、前記捻り治具にて保持した前記導体セグメントの内周側に、前記導体セグメントの内周側への変位を拘束する拘束部材を配置したことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、捻り工程において捻り部を形成する際に、捻り治具にて保持した導体セグメントの内周側に、導体セグメントの内周側への変位を拘束する拘束部材を配置しているため、捻り部が形成される導体セグメントとこれに隣接する次層の導体セグメントとの干渉を防止することができる。これにより、干渉することにより導体セグメントに発生するダメージを低減することができる。

請求項２に記載の発明は、前記拘束部材は、前記捻り部の前記固定子コア側の部位を拘束する第１拘束部材であることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、拘束部材は、隣接する次層の導体セグメントとの干渉が発生し易い捻り部の固定子コア側の部位を拘束する第１拘束部材を有することから、捻り部の固定子コア側の部位において、隣接する導体セグメントとの干渉を確実に防止することができる。

請求項３に記載の発明は、前記第１拘束部材は、前記捻り工程の進行に伴う前記捻り部の径方向への傾斜角度の変化に追従して前記捻り部を拘束する可動拘束部を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、捻り部の径方向への傾斜角度の変化に追従して可動拘束部が捻り部を拘束するので、捻り部の固定子コア側の端部と第１拘束部材との間の隙間を低減することができる。これにより、捻り部と隣接する導体セグメントとの干渉をより確実に防止することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、前記可動拘束部は、前記捻り部の径方向への傾斜角度の変化に追従するように径方向に揺動可能に設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、捻り部の径方向への傾斜角度の変化に対応して、可動拘束部をより確実に追従させることができる。

請求項５に記載の発明は、前記可動拘束部は、前記捻り部の径方向への傾斜角度の変化に追従するように径方向に進退動可能に設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、捻り部の径方向への傾斜角度の変化に対応して、可動拘束部をより確実に追従させることができる。

請求項６に記載の発明は、前記拘束部材として、前記導体セグメントのスロット収容部を拘束する第２拘束部材及び前記導体セグメントの前記先端部を拘束する第３拘束部材の少なくとも一方を有することを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、第１拘束部材の他に、第２拘束部材及び第３拘束部材の少なくとも一方を有することから、導体セグメントのスロット収容部及び先端部の少なくとも一方の部位においても、隣接する導体セグメントとの干渉を確実に防止することができる。そのため、第１拘束部材による捻り部の固定子コア側の部位における干渉防止を第２拘束部材及び第３拘束部材によって補助することができるので、第１拘束部材による干渉防止効果を相乗的に向上させることができる。

請求項７に記載の発明は、前記第２拘束部材は、径方向への進退動作により前記スロット収容部を拘束していることを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、スロット内において拘束すべき導体セグメントのスロット収容部の本数に応じて、第２拘束部材の配置位置を適宜変更することができる。これにより、第２拘束部材の個数を大幅に低減することができるので、構造の簡略化や低コスト化が可能となる。

請求項８に記載の発明は、前記第３拘束部材は、前記固定子コアの前記スロットから延出した前記導体セグメントの先端部における軸方向に延びる直状部を拘束することを特徴とする。

請求項８に記載の発明によれば、導体セグメントの先端部を第３拘束部材でより確実に拘束することが可能となる。

請求項９に記載の発明は、前記第３拘束部材は、前記直状部の全域を拘束することを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、導体セグメントの先端部を第３拘束部材で更に確実に安定して拘束することが可能となる。

請求項１０に記載の発明は、前記スロット内に径方向に積層される複数の前記導体セグメントを径方向に分割して、外周側の層の前記導体セグメントから順番に前記配置工程及び前記捻り工程を繰り返し行った後、前記接合工程を行うことを特徴とする。

請求項１０に記載の発明によれば、捻り工程において捻り部を形成する際に、形成される捻り部と隣接する次層の導体セグメントとの干渉をより確実に防止することができる。これにより、干渉することによって導体セグメントに発生するダメージをより確実に低減することができる。

請求項１１に記載の発明は、周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入され前記固定子コアの端面から軸方向に延出した複数の導体セグメントの先端部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子コイルと、を備えた回転電機の固定子の製造装置において、前記固定子コアの端面から軸方向に延出している前記導体セグメントの先端部を保持する捻り治具と、前記固定子コアに対して前記捻り治具を周方向及び軸方向に相対的に移動させる駆動部と、前記捻り治具にて保持した前記導体セグメントの内周側に配置されて、前記駆動部により前記捻り治具を移動させて捻り部を形成する際に前記導体セグメントの内周側への変位を拘束する拘束部材と、を備えていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明によれば、捻り治具にて保持した導体セグメントの内周側に配置されて、駆動部により捻り治具が移動する際に導体セグメントの内周側への変位を拘束する拘束部材を備えているため、導体セグメントの捻り部を形成する際に、捻り部が形成される導体セグメントとこれに隣接する次層の導体セグメントとの干渉を防止することができる。これにより、干渉することによって導体セグメントに発生するダメージを低減することができる。

実施形態に係る固定子の導体セグメント挿入側から見た斜視図である。 実施形態に係る固定子の導体セグメント溶接側から見た斜視図である。 実施形態において固定子コアのスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。 実施形態に係る固定子の製造方法の各工程を示すブロック図である。 実施形態に係る固定子コイルの捻り装置の構造を模式的に示す説明図である。 実施形態に係る第１及び第２捻り治具の軸方向から見た平面図である。 実施形態に係る固定子の製造方法の第１回目の捻り工程を模式的に示す説明図である。 実施形態に係る固定子の製造方法の第２回目の捻り工程を模式的に示す説明図である。 他の実施形態に係る第１拘束部材の説明図である。 他の実施形態に係る第２拘束部材の説明図である。 従来の固定子の製造工程の一部を模式的に示す説明図である。 （ａ）は従来の固定子の製造方法における捻り工程を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の捻り工程において形成される捻り部を示す説明図である。 従来の固定子の製造方法の捻り工程において導体セグメントの干渉が発生した状態を示す説明図である。

以下、本発明に係る回転電機の固定子の製造方法及びその製造装置の実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

先ず、本実施形態の製造方法により製造される固定子の概略構成について説明する。図１は、本実施形態の固定子の導体セグメント挿入側から見た斜視図である。図２は、その固定子の導体セグメント溶接側から見た斜視図である。図３は、本実施形態において固定子コアのスロットに導体セグメントを挿入する状態を示す説明図である。

本実施形態の固定子２０は、車両用電動機として用いられる回転電機に搭載されるものであって、図１及び図２に示すように、周方向に複数のスロット３１を有する円環状の固定子コア３０と、スロット３１に挿入配置された複数の導体セグメント５０の端部同士が固定子コア３０の軸方向一方側で接続されて固定子コア３０に巻装された固定子コイル４０と、を備えている。

固定子コア３０は、円環状の複数の電磁鋼板を固定子コア３０の軸方向に積層して形成された一体型のものである。この固定子コア３０は、円環状のバックコア３３と、バックコア３３から径方向内方へ突出し周方向に所定距離を隔てて配列された複数のティース３４とからなり、隣り合うティース３４の間にスロット３１が形成されている。本実施形態では、３相の固定子コイル４０を収容するように、４８個のスロット３１が周方向に等間隔に配置されている。

固定子コア３０のスロット３１に巻装された固定子コイル４０は、略Ｕ字形状をなす複数の導体セグメント５０の開放端側の端部同士を溶接で互いに接合することにより構成されている。この導体セグメント５０の外周面には、絶縁被膜（図示せず）が被覆されている。なお、導体セグメント５０の溶接で接合される両端部には、絶縁被膜が剥離されることにより導体露出部が形成されている。

この導体セグメント５０は、図３に示すように、互いに平行な一対の直線部５１、５１と、一対の直線部５１、５１の一端を互いに連結するターン部５２とからなるＵ字形状のものが採用されている。ターン部５２の中央部には、固定子コア３０の端面３０ａに沿って延びる頭頂段部５３が設けられており、頭頂段部５３の両側には、固定子コア３０の端面３０ａに対して所定の角度で傾斜した傾斜部が設けられている。また、符号２４は、固定子コア３０及び固定子コイル４０間を電気絶縁するインシュレータである。

図３には、同一相の隣接する２個のスロット３１Ａ、３１Ｂに挿入配置される２個で一組の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂが示されている。この場合、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、それらの一対の直線部５１、５１が、同一のスロット３１ではなく、隣接した２個のスロット３１Ａ、３１Ｂに別々に軸方向一端側から挿入される。即ち、図３の右側にある２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂにおいて、一方の導体セグメント５０Ａは、一方の直線部５１が一のスロット３１Ａの最外層（第１０層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子コア３０の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第９層に挿入される。

そして、他方の導体セグメント５０Ｂは、一方の直線部５１がスロット３１Ａと隣接したスロット３１Ｂの最外層（第１０層）に挿入され、他方の直線部５１が固定子コア３０の反時計回り方向に向けて１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた他のスロット（図示せず）の第９層に挿入される。即ち、２個の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、周方向に１スロットピッチずれた状態に配置される。このようにして、全スロット３１に対して所定数の導体セグメント５０の直線部５１が挿入配置される。本実施形態の場合には、各スロット３１内に、合計１０本の直線部５１が径方向１列に積層配置されている。

スロット３１から軸方向他端側へ延出した一対の直線部５１、５１の開放端部は、固定子コア３０の端面３０ａに対して所定の角度をもって斜めに斜行するように互いに周方向反対側へ捻られて、略半磁極ピッチ分の長さの捻り部５４（図７及び図８参照）が形成されている。そして、固定子コア３０の軸方向他端側において、導体セグメント５０の所定の捻り部５４の先端部同士が溶接により接合されて所定のパターンで電気的に接続される。これにより、所定の導体セグメント５０が直列に接続されることにより、固定子コア３０のスロット３１に沿って周方向に渦巻き状に巻回された３本の相巻線（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を有する固定子コイル４０が形成される。

なお、固定子コイル４０の各相について、基本となるＵ字形状の導体セグメント５０により、固定子コア３０の周りを１０周する巻線（コイル）が形成される。しかし、固定子コイル４０の各相について、出力用引き出し線及び中性点用引き出し線を一体に有するセグメント、並びに１周目と２周目とを接続するターン部を有するセグメントは、基本となる導体セグメント５０とは異なる異形セグメント（図示せず）で構成される。これら異形セグメントを用いて、固定子コイル４０の各相の巻線端が星型結線により結線される。

次に、本実施形態に係る固定子２０の製造方法について図３〜図８を参照しつつ説明する。本実施形態に係る固定子２０の製造方法は、図４に示すように、固定子コア３０のスロット３１内に導体セグメント５０を径方向に積層させた状態に配置する配置工程１０１と、固定子コア３０の端面から軸方向に延出している導体セグメント５０の先端部を第１及び第２捻り治具６４１、６４２にて保持し、固定子コア３０に対して周方向及び軸方向に相対的に第１及び第２捻り治具６４１、６４２を移動させて捻ることにより捻り部５４を形成する捻り工程１０２と、導体セグメント５０の端部同士を接合する接合工程１０３とを行う。

ここで、捻り工程１０２で用いる固定子２０の製造装置（固定子コイル４０の捻り装置）について説明する。図５は、本実施形態に係る固定子コイルの捻り装置の構造を模式的に示す断面図である。図６は、本実施形態に係る第１及び第２捻り治具の軸方向から見た平面図である。図７は、本実施形態に係る固定子の製造方法の第１回目の捻り工程を模式的に示す説明図である。

この固定子コイル４０の捻り装置６０は、固定子コア３０の外周部を受けるワーク受け６１と、固定子コア３０の径方向の動きを規制して保持するクランパ６２と、固定子コア３０の浮き上がりを防止するワーク押さえ６３と、固定子コア３０の一端から延出した導体セグメント５０の直線部５１を捻るための捻り整形部６４と、捻り整形部６４を軸方向に駆動するための昇降用シャフト６４ａと、捻り整形部６４を周方向に駆動するための回転駆動機構６４１ａ、６４２ａと、昇降用シャフト６４ａを軸方向に移動するための昇降駆動機構６４ｂと、回転駆動機構６４１ａ、６４２ａと昇降駆動機構６４ｂとを制御するコントローラ６５と、捻り整形部６４に保持された導体セグメント５０の内周側に配置されて導体セグメント５０の内周側への変位を拘束する第１〜第３拘束部材６６〜６８と、を備えている。

捻り整形部６４は、同心状に配置された２つの円筒状の第１及び第２捻り治具６４１、６４２からなり、それらの先端面（図５の上方側端面）が揃えられた状態に配置されている。第１及び第２捻り治具６４１、６４２は、回転駆動機構６４１ａ、６４２ａにより周方向に独立して回転可能である。また、２つの第１及び第２捻り治具６４１、６４２は、昇降駆動機構６４ｂで昇降用シャフト６４ａを昇降することにより、同時に昇降可能となっている。

図６に示すように、第１及び第２捻り治具６４１、６４２の先端面には、導体セグメント５０の先端部が挿入されて保持される導体挿入部６４１ｂ、６４２ｂが穿設されている。この導体挿入部６４１ｂ、６４２ｂは、固定子コア３０に形成されたスロット３１と等しい数だけ、第１及び第２捻り治具６４１、６４２の周方向に並べて形成されている。この導体挿入部６４１ｂ、６４２ｂは、径方向に隣接する導体挿入部６４１ｂ、６４２ｂの連通を防止するための隔壁６４１ｃ、６４２ｃが設けられている。

そして、本実施形態の固定子コイル４０の捻り装置６０は、図５及び図７に示すように、第１及び第２捻り治具６４１、６４２にて保持した導体セグメント５０の内周側に配置される第１〜第３拘束部材６６〜６８を備えている。第１〜第３拘束部材６６〜６８は、駆動部（昇降駆動機構６４ｂ及び回転駆動機構６４１ａ、６４２ａ）により第１及び第２捻り治具６４１、６４２を移動させて捻り部５４を形成する際に、導体セグメント５０の内周側への変位を拘束するためのものである。

第１拘束部材６６は、捻り部５４の固定子コア３０側の端部を拘束するものであって、円盤形状の固定拘束部６６ａと、固定拘束部６６ａの内部に径方向（放射方向）に進退動可能に設けられた複数の可動拘束部６６ｂとを有する。固定拘束部６６ａの外周面は、捻り部５４の径方向の傾斜角度に対応してテーパ状に形成されている。

可動拘束部６６ｂは、捻り工程１０２の進行に伴う捻り部５４の径方向への傾斜角度の変化に追従して捻り部５４を拘束する。この場合、第１及び第２捻り治具６４１、６４２の捻り動作が進行すると、形成される捻り部５４の固定子コア３０の中心軸線に対する傾斜角度は大きくなるように変化して、捻り部５４と固定拘束部６６ａとの間に隙間が形成される。このとき、可動拘束部６６ｂは、コントローラ６５により径方向外方に進出することによって、捻り部５４の傾斜角度の変化に追従するようになっている。可動拘束部６６ｂの先端面の傾斜角度は、固定拘束部６６ａの外周面の傾斜角度よりも大きくされている。この第１拘束部材６６は、昇降用シャフト６４ａにより、第１及び第２捻り治具６４１、６４２と同期して昇降可能となっている。

第２拘束部材６７は、ブロック状に形成されて各スロット３１の内周側に挿入配置される複数の拘束部６７ａと、拘束部６７ａを一体的に連結する連結部６７ｂとを有する。拘束部６７ａは、スロット３１の軸方向長さよりも少し長く形成されており、各スロット３１の外周側に挿入配置された導体セグメント５０のスロット収容部５１ａの内周側の空間部に挿入配置される。これにより、拘束部６６ａの外周側の面がスロット収容部５１ａの延伸方向全長に亘って当接して、スロット収容部５１ａの内周側への変位を拘束する。

第３拘束部材６８は、固定子コア３０の端面から軸方向に延出している導体セグメント５０の直線部５１の先端部を拘束するものであって、円盤形状に形成されている。第３拘束部材６８は、軸方向他端側（図５及び図７の下端側）に位置して第２捻り治具６４２の内周側に配置される小径部６８ａと、軸方向一端側（図５及び図７の上端側）に位置し、スロット３１に挿入配置された導体セグメント５０の開放端側先端部の内周側に配置される大径拘束部６８ｂとを有する。第３拘束部６８の大径拘束部６８ｂは、スロット３１に挿入配置された導体セグメント５０の開放端側先端部において軸方向に延びる直状部の全域に当接して、その直状部の内周側への変位を拘束する。この第３拘束部材６８は、昇降用シャフト６４ａにより、第１及び第２捻り治具６４１、６４２と同期して昇降可能となっている。

本実施形態に係る固定子２０の製造方法は、各スロット３１内に径方向に積層配置される導体セグメント５０の１０層（１０本）の直線部５１（スロット収容部５１ａ）を径方向に２層（２本）ずつ５つに分割して、外周側の２層の導体セグメント５０（スロット収容部５１ａ）から２層ずつ順番に配置工程１０１及び捻り工程１０２を５回繰り返し行った後、接合工程１０３と、絶縁処理工程１０４とを順に行うものである。

なお、本実施形態では、配置工程１０１及び捻り工程１０２を、導体セグメント５０の２層分ずつ繰り返し行うようにしていることから、捻り工程１０２で用いられる捻り装置６０は、捻り加工の対象となる２層分の導体セグメント５０の径方向位置に対応して、第１及び第２捻り治具６４１、６４２や第１〜第３拘束部材６６〜６８の大きさが異なるものが用いられる。

第１回目の配置工程１０１では、図３に示すように、２個で一組の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂ（図３の右側）のそれぞれ一方の直線部５１、５１を、固定子コア３０の隣接した２個のスロット３１Ａ、３１Ｂに別々に軸方向一端側から挿入する。この場合、各導体セグメント５０Ａ、５０Ｂは、それぞれの一対の直線部５１、５１が１磁極ピッチ（ＮＳ磁極ピッチ）離れた２つのスロット（３１Ａ、３１Ａ）（３１Ｂ、３１Ｂ）に挿入され、一方の直線部５１（スロット収容部５１ａ）は最外層（第１０層）に配置され、他方の直線部５１（スロット収容部５１ａ）は第９層に配置される。

このとき、導体セグメント５０は、挿入方向後方側にあるターン部５２の両端部が固定子コア３０の端面に近接する位置まで挿入される。これにより、各直線部５１の挿入方向先端側にある開放端部は、スロット３１から軸方向他端側の外部に所定長さ延出した状態になる。このようにして、全スロット３１の外周側の２つの層（第１０層及び第９層）に、導体セグメント５０のスロット収容部５１ａが積層配置される。

次の第１回目の捻り工程１０２では、上記の配置工程１０１を終了した固定子コア３０を、図５及び図７に示すように、第１０層及び第９層用の捻り装置６０のワーク受け６１にセットする。次いで、各スロット３１の外周側（第１０層及び第９層）に配置された導体セグメント５０の２層（２本）のスロット収容部５１ａの内周側の空間部（第８層〜第１層）に、第２拘束部材６７の各拘束部６７ａを挿着する。これにより、各拘束部６７ａは、外周側の面が第９層のスロット収容部５１ａの延伸方向全長に亘って当接して、スロット収容部５１ａの内周側への変位を拘束するように配置される。その後、固定子コア３０の外周部をクランパ６２によって固定する。次いで、ワーク押さえ６３で固定子コア３０の上部及び導体セグメント５０のターン部５２を押さえる。これにより、固定子コア３０及び導体セグメント５０の上下方向の動きが規制される。

このようにしてクランパ６２及びワーク押さえ６３により固定子コア３０及び導体セグメント５０を固定した後、昇降用シャフト６４ａによって、捻り整形部６４の第１及び第２捻り治具６４１、６４２と第１及び第３拘束部材６６、６８を上昇させる。これにより、第１及び第２捻り治具６４１、６４２に形成された導体挿入部６４１ｂ、６４２ｂに、固定子コア３０の各スロット３１から軸方向外部（図５、図７の下方側）に延出している導体セグメント５０の直線部５１の先端部を挿入させる。なお、導体挿入部６４１ｂ、６４２ｂには、導体セグメント５０の先端部で、後に接合部となる長さのみが挿入可能である。

これと同時に、昇降用シャフト６４ａの上昇によって固定子コア３０の直下に上昇した第１拘束部材６６の固定拘束部６６ａの外周面が、固定子コア３０のスロット３１から軸方向他端側（図５、図７の下方側）に延出した導体セグメント５０の直線部５１の内周側に位置している。また、昇降用シャフト６４ａによって上昇した第３拘束部材６８は、その小径部６８ａが第２捻り治具６４２の内周側に位置すると共に、その大径拘束部６８ｂが導体セグメント５０の直線部５１の先端部の内周側に位置している。

この状態で、回転駆動機構６４１ａ、６４２ａを作動させて、捻り整形部６４の第１捻り治具６４１と第２捻り治具６４２とを互いに周方向の反対方向へ所定量（半磁極ピッチ）回転させる。本実施形態では、第１捻り治具５４１は時計回り方向（図６の矢印ａ方向）へ回転し、第２捻り治具５４２が反時計回り方向（図６の矢印ｂ方向）へ回転する。これにより、第１及び第２捻り治具６４１、６４２のそれぞれの導体挿入部６４１ｂ、６４２ｂで保持している導体セグメント５０の先端部を、固定子コア３０に対して周方向及び軸方向に相対的に移動させて捻ることによって直線部５１に捻り部５４を形成する。

この捻り部５４は、固定子コア３０の軸方向端面に対して所定角度をもって傾斜した斜行部５４ａと、斜行部５４ａの先端から軸方向に延出する直状部５４ｂとを有する。この場合、各スロット３１の第１０層から延出する捻り部５４の直状部５４ｂと各スロット３１の第９層から延出する捻り部５４の直状部５４ｂは、固定子コア３０の径方向において対向している。

このようにして捻り部５４が形成される際には、導体セグメント５０の各部位の内周側に配置された第１〜第３拘束部材６６〜６８によって、導体セグメント５０の各部位の内周側への変位が拘束されている。即ち、第２拘束部材６７の拘束部６７ａにより、各スロット３１の外周側に挿入配置された導体セグメント５０のスロット収容部５１ａが拘束される。また、第１拘束部材６６の固定拘束部６６ａにより、捻り部５４（斜行部５４ａ）の固定子コア３０側の端部が拘束される。この第１拘束部材６６においては、捻り工程１０２の進行に伴う捻り部５４の径方向への傾斜角度の変化に追従して、可動拘束部６６ｂが径方向外方に進出することによって捻り部５４の拘束を継続する。また、第３拘束部材６８の大径拘束部６８ｂにより、捻り部５４の直状部５４ｂが全域に亘って拘束される。これにより、各スロット３１の第１０層及び第９層に配置された導体セグメント５０の直線部５１に対して捻り部５４を形成する際に、それら導体セグメント５０の所定部位において内周側に湾曲変形するのを防止するようにされている。

このようにして導体セグメント５０の直線部５１に捻り部５４を形成した後、昇降用シャフト６４ａを下降させることによって、捻り整形部６４の第１及び第２捻り治具６４１、６４２と第１及び第３拘束部材６６、６８を下降させる。次いで、クランパ６２及びワーク押さえ６３を解除して、捻り装置６０のワーク受け６１から固定子コア３０を取り外し、取り外した固定子コア３０に対して第２回目の配置工程１０１を行う。

次の第２回目の配置工程１０１では、２個で一組の導体セグメント５０Ａ、５０Ｂ（図３の左側）を、第１回目の配置工程１０１と同様の方法で、固定子コア３０の全スロット３１の第８層及び第７層に挿入配置する。これにより、全スロット３１の外周側の４つの層（第１０層〜第７層）に導体セグメント５０（スロット収容部５１ａ）が径方向に積層配置される。

第２回目の配置工程１０１を行う際には、第１回目の捻り工程１０２において捻り部５４が形成されるときに、第１〜第３拘束部材６６〜６８によって、各スロット３１の第１０層及び第９層に配置された導体セグメント５０の所定部位が内周側へ湾曲変形するのを防止されているため、それら第１０層及び第９層に配置された導体セグメント５０と干渉することなく、第８層及び第７層の導体セグメント５０を容易に挿入配置することができる。

次いで第２回目の捻り工程１０２を行う。先ず、上記の第２回目の配置工程１０１を終了した固定子コア３０を、第８層及び第７層用の捻り装置６０のワーク受け６１にセットする。そして、各スロット３１の内周側の空間部（第６層〜第１層）に、第２拘束部材６７の各拘束部６７ａを挿着した後、クランパ６２及びワーク押さえ６３により固定子コア３０及び導体セグメント５０を固定する。

次いで、図８に示すように、固定子コア３０の各スロット３１内の第８層及び第７層に挿入配置された導体セグメント５０に対して、第１回目の捻り工程１０２と同様の方法で、固定子コア３０の各スロット３１から軸方向外部（図８の下方側）に延出している導体セグメント５０の直線部５１に捻り部５４を形成する。この場合、各スロット３１の第８層から延出する捻り部５４の直状部５４ｂと各スロット３１の第７層から延出する捻り部５４の直状部５４ｂは、固定子コア３０の径方向において対向している。

このようにして第８層及び第７層に挿入配置された導体セグメント５０の直線部５１に対して捻り部５４を形成する際にも、導体セグメント５０の各部位の内周側に配置された第１〜第３拘束部材６６〜６８によって、導体セグメント５０の所定部位の内周側への変位が拘束されているため、それら導体セグメント５０の所定部位における内周側への湾曲変形が防止されている。

第２回目の捻り工程１０２を終了後、第８層及び第７層用の捻り装置６０のワーク受け６１から固定子コア３０を取り外し、取り外した固定子コア３０に対して、第３回目の配置工程１０１及び第３回目の捻り工程１０２を上記と同様の方法で行う。これにより、第３回目の配置工程１０１において第６層及び第５層に挿入配置された導体セグメント５０の直線部５１に対して、第３回目の捻り工程１０２において捻り部５４を形成する。

その後、固定子コア３０の各スロット３１の第４層及び第３層に挿入配置された導体セグメント５０の直線部５１、並びに第２層及び第１層に挿入配置された導体セグメント５０の直線部５１に対しても、それぞれ配置工程１０１及び捻り工程１０２を上記と同様の方法で繰り返し行う。これにより、固定子コア３０の各スロット３１の第１０層〜第１層に挿入配置された導体セグメント５０の合計１０本の直線部５１に対してそれぞれ捻り部５４が形成される。この場合、各捻り部５４の先端の直状部５４ｂは、径方向１列に並んだ状態になっている（図２参照）。以上のように、第１〜第５回目の配置工程１０１及び捻り工程１０２を繰り返し行って、次の接合工程１０３に移行する。

次の接合工程１０３では、固定子コア３０の径方向に隣接し対向する導体セグメント５０の所定の直状部５４ｂの先端部（接合部）同士を溶接により接合する（図１１の接合部参照）。即ち、第１０層と第９層、第８層と第７層、第６層と第５層、第４層と第３層、第２層と第１層の直状部５４ｂの先端部（接合部）同士を接合する。

本実施形態では、先ず、接合部に対してアース電極（図示せず）を装着し、それら接合部をアース電極で位置固定した後、接続すべき接合部と所定距離を隔てて対向するように溶接電極（図示せず）をセットする。次いで、接続すべき接合部のそれぞれに対して、溶接電極からアークを放射させてアーク溶接を行う。これにより、放射されたアークにより接合部に溶融部が形成され、接続すべき接合部が溶融部で接合される。その後、アース電極及び溶接電極を退避させて、接合工程１０３を終了する。

次の絶縁処理工程１０４では、接合工程１０３で接合された接合部及びその周辺の導体露出部の絶縁処理を行う。本実施形態では、導体露出部及びその近傍の絶縁被膜の表面に粉体樹脂を塗布し、塗布した粉体樹脂を熱で溶融固化させる。これにより、導体露出部及びその近傍の絶縁被膜の表面が溶融固化した粉体樹脂で被覆されることにより、電気的に絶縁される。この絶縁処理工程１０４が終了後、必要に応じて整形等の後処理を施して図１及び図２に示す固定子２０を完成させ、全工程が終了する。

以上のように、本実施形態の固定子２０の製造方法によれば、捻り工程１０２において、捻り治具６４１、６４２にて保持した導体セグメント５０の内周側に、導体セグメント５０の内周側への変位を拘束する第１〜第３拘束部材６６〜６８を配置している。これにより、捻り工程１０２において捻り部５４を形成する際に、捻り部５４が形成される導体セグメント５０とこれに隣接する次層の導体セグメント５０との干渉を防止することができる。そのため、干渉することにより導体セグメントに発生するダメージを低減することができる。

また、本実施形態では、隣接する次層の導体セグメント５０との干渉が発生し易い捻り部５４の固定子コア３０側の部位を拘束する第１拘束部材６６を有することから、捻り部５４の固定子コア３０側の部位において、隣接する導体セグメント５０との干渉を確実に防止することができる。

さらに、本実施形態の第１拘束部材６６は、捻り工程１０２の進行に伴う捻り部５４の径方向への傾斜角度の変化に追従して捻り部５４を拘束する可動拘束部６６ｂを有する。そのため、捻り部５４の径方向への傾斜角度の変化に追従して可動拘束部６６ｂが捻り部５４を拘束するので、捻り部５４の固定子コア３０側の端部と第１拘束部材６６との間の隙間を低減することができる。これにより、捻り部５４と隣接する導体セグメントとの干渉をより確実に防止することが可能となる。

特に、可動拘束部６６ｂは、捻り部５４の径方向への傾斜角度の変化に追従するように径方向に進退動可能に設けられているので、捻り部５４の径方向への傾斜角度の変化に対応して、可動拘束部６６ｂを確実に追従させることができる。

また、本実施形態では、第１拘束部材６６の他に、導体セグメント５０のスロット収容部５１ａを拘束する第２拘束部材６７及び導体セグメント５０の先端部を拘束する第３拘束部材６８を有する。これにより、導体セグメント５０のスロット収容部５１ａ及び先端部の両方の部位においても、隣接する導体セグメント５０との干渉を確実に防止することができる。そのため、第１拘束部材６６による捻り部５４の固定子コア３０側の部位における干渉防止を第２拘束部材６７及び第３拘束部材６８によって補助することができるので、第１拘束部材６６による干渉防止効果を相乗的に向上させることができる。

また、本実施形態では、第３拘束部材６８は、固定子コア３０のスロット３１から延出した導体セグメント５０の先端部における軸方向に延びる直状部５４ｂを拘束するようにしている。そのため、導体セグメント５０の先端部を第３拘束部材６８でより確実に拘束することが可能となる。さらに、第３拘束部材６８は、直状部５４ｂの全域を拘束するようにされているため、導体セグメント５０の先端部を第３拘束部材６８で更に確実に安定して拘束することが可能となる。

また、本実施形態では、スロット３１内に径方向に積層される複数の導体セグメント５０を径方向に分割して、外周側の層の導体セグメント５０から順番に配置工程１０１及び捻り工程１０２を繰り返し行った後、接合工程１０３を行うようにしている。そのため、捻り工程１０２において捻り部５４を形成する際に、形成される捻り部５４と隣接する次層の導体セグメントとの干渉をより確実に防止することができる。これにより、干渉することによって導体セグメント５０に発生するダメージをより確実に低減することができる。

そして、本実施形態の固定子コイル４０の捻り装置６０によれば、捻り治具６４１、６４２にて保持した導体セグメント５０の内周側に配置されて、駆動部により捻り治具６４１、６４２が移動する際に導体セグメント５０の内周側への変位を拘束する第１〜第３拘束部材６６〜６８を備えているため、導体セグメント５０の捻り部５４を形成する際に、捻り部５４が形成される導体セグメント５０とこれに隣接する次層の導体セグメント５０との干渉を防止することができる。これにより、干渉することによって導体セグメントに発生するダメージを低減することができる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態では、第２拘束部材６７は、ブロック状に形成されて各スロット３１の内周側に挿入配置される複数の拘束部６７ａを有するものが採用されているが、これに代えて、図９に示す第２拘束部材１６７を採用してもよい。この第２拘束部材１６７は、各スロット３１内に挿入配置された導体セグメント５０のスロット収容部５１ａの内周側に、径方向に進退動可能に設けられた複数の導体押さえ部材１６７ａと、導体押さえ部材１６７ａを径方向に進退動させる駆動部（図示せず）とを有する。この第２拘束部材１６７は、各スロット３１内に挿入配置されたスロット収容部５１ａの内周側を導体押さえ部材１６７ａで外周側へ押圧することにより、スロット収容部５１ａの内周側への変位を拘束して、内周側への湾曲変形を防止する。

この第２拘束部材１６７によれば、スロット３１内において拘束すべき導体セグメント５０のスロット収容部５１の本数に応じて、導体押さえ部材１６７ａの配置位置を適宜変更することができる。そのため、各スロット３１において、挿入配置されるスロット収容部５１ａの本数に応じて用いる導体押さえ部材１６７ａを変更する必要がない。よって、上記の実施形態に比べて、導体押さえ部材１６７ａの個数を大幅に低減することができるので、構造の簡略化や低コスト化が可能となる。

また、上記の実施形態では、第１拘束部材６６の可動拘束部６６ｂは、捻り部５４の径方向への傾斜角度の変化に追従するように径方向に進退動可能に設けられているが、これに代えて、図１０に示す第１拘束部材１６６を採用してもよい。この第１拘束部材１６６は、円盤形状の固定拘束部１６６ａと、固定拘束部１６６ａに対して揺動ピン１６６ｃを中心にして径方向に揺動可能に設けられた複数の可動拘束部１６６ｂと、可動拘束部１６６ｂを径方向に揺動させる駆動部（図示せず）とを有する。この場合、複数の可動拘束部１６６ｂは、固定拘束部１６６ａの周方向に距離を隔てて配設されている。

この第１拘束部材１６６によれば、捻り工程１０２において捻り部５４を形成する際に、捻り部５４の径方向への傾斜角度の変化に対応して、可動拘束部１６６ｂをより確実に追従させるようにすることができる。

なお、上記の実施形態では、各スロット３１に導体セグメント５０の１０層（１０本）のスロット収容部５１ａが挿入配置された固定子コイル４０が例示されているが、これに限定されるものではない。例えば８層、６層、４層、２層、或いは１２層、１４層などの偶数層の固定子コイルにも、本発明を適用することができる。

また、上記の実施形態では、車両用電動機として用いられる回転電機に搭載される固定子２０の製造方法について説明したが、車両用発電機として用いられる回転電機に搭載される固定子の製造方法にも、本発明を適用することができる。

２０…固定子、 ３０、１３０…固定子コア、 ３１、３１Ａ、３１Ｂ、１３１…スロット、 ４０、１４０…固定子コイル、 ５０、５０Ａ、５０Ｂ、１５０…導体セグメント、 ５１、１５１…直線部、 ５１ａ…スロット収容部、 ５２…ターン部、 ５４、１５４…捻り部、 ５４ａ…斜行部、 ５４ｂ…直状部、 ６０…捻り装置、 ６１…ワーク受け、 ６２…クランパ、 ６３…ワーク押さえ、 ６４…捻り整形部、 ６４ａ…昇降用シャフト、 ６４ｂ…昇降駆動機構、 ６４１、６４２、１６４１、１６４２…第１及び第２捻り治具、 ６４１ａ、６４２ａ…回転駆動機構、 ６４１ｂ、６４２ｂ…導体挿入部、 ６４１ｃ、６４２ｃ…隔壁、 ６５…コントローラ、 ６６、１６６…第１拘束部材、 ６６ａ、１６６ａ…固定拘束部、 ６６ｂ、１６６ｂ…可動拘束部、 １６６ｃ…揺動ピン、 ６７、１６７…第２拘束部材、 ６７ａ…拘束部、 ６７ｂ…連結部、 １６７ａ…導体押さえ部材、 ６８…第３拘束部材、 ６８ａ…小径部、 ６８ｂ…大径拘束部。

Claims (11)

1. 周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入され前記固定子コアの端面から軸方向に延出した複数の導体セグメントの先端部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子コイルと、を備えた回転電機の固定子の製造方法において、
   前記固定子コアの前記スロット内に前記導体セグメントを径方向に積層させた状態に配置する配置工程と、
   前記固定子コアの端面から軸方向に延出している前記導体セグメントの先端部を捻り治具にて保持し、前記固定子コアに対して周方向及び軸方向に相対的に前記捻り治具を移動させて捻ることにより捻り部を形成する捻り工程と、
   前記導体セグメントの端部同士を接合する接合工程と、を有し、
   前記捻り工程において、前記捻り治具にて保持した前記導体セグメントの内周側に、前記導体セグメントの内周側への変位を拘束する拘束部材を配置したことを特徴とする回転電機の固定子の製造方法。
2. 前記拘束部材は、前記捻り部の前記固定子コア側の部位を拘束する第１拘束部材であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子の製造方法。
3. 前記第１拘束部材は、前記捻り工程の進行に伴う前記捻り部の径方向への傾斜角度の変化に追従して前記捻り部を拘束する可動拘束部を有することを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子の製造方法。
4. 前記可動拘束部は、前記捻り部の径方向への傾斜角度の変化に追従するように径方向に揺動可能に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機の固定子の製造方法。
5. 前記可動拘束部は、前記捻り部の径方向への傾斜角度の変化に追従するように径方向に進退動可能に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機の固定子の製造方法。
6. 前記拘束部材として、前記導体セグメントのスロット収容部を拘束する第２拘束部材及び前記導体セグメントの前記先端部を拘束する第３拘束部材の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の回転電機の固定子の製造方法。
7. 前記第２拘束部材は、径方向への進退動作により前記スロット収容部を拘束していることを特徴とする請求項６に記載の回転電機の固定子の製造方法。
8. 前記第３拘束部材は、前記固定子コアの前記スロットから延出した前記導体セグメントの先端部における軸方向に延びる直状部を拘束することを特徴とする請求項６又は７に記載の回転電機の固定子の製造方法。
9. 前記第３拘束部材は、前記直状部の全域を拘束することを特徴とする請求項８に記載の回転電機の固定子の製造方法。
10. 前記スロット内に径方向に積層される複数の前記導体セグメントを径方向に分割して、外周側の層の前記導体セグメントから順番に前記配置工程及び前記捻り工程を繰り返し行った後、前記接合工程を行うことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の回転電機の固定子の製造方法。
11. 周方向に複数のスロットを有する円環状の固定子コアと、前記スロットに挿入され前記固定子コアの端面から軸方向に延出した複数の導体セグメントの先端部同士が接続されて前記固定子コアに巻装された固定子コイルと、を備えた回転電機の固定子の製造装置において、
    前記固定子コアの端面から軸方向に延出している前記導体セグメントの先端部を保持する捻り治具と、
    前記固定子コアに対して前記捻り治具を周方向及び軸方向に相対的に移動させる駆動部と、
    前記捻り治具にて保持した前記導体セグメントの内周側に配置されて、前記駆動部により前記捻り治具を移動させて捻り部を形成する際に前記導体セグメントの内周側への変位を拘束する拘束部材と、
    を備えていることを特徴とする回転電機の固定子の製造装置。

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