JP2005210761A - 回転電機の固定子巻線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルエンド部の径方向の広がりを防止することができる回転電機の固定子巻線の製造方法を提供すること。
【解決手段】 直線部３３ａ、３３ｂのそれぞれを第１の方向Ａと異なる第２の方向Ｂに沿って互いに相対的に移動させることによりターン部３３ｃを捻る第１の捻り工程と、第１の方向Ａを周方向に合わせて直線部のそれぞれを周方向反対側に相対的に移動させてターン部３３ｃを捻る第２の捻り工程と、各直線部を固定子鉄心の周方向に沿って異なる位置に形成された２つのスロットのそれぞれに挿入する挿入工程等を備える。第１の捻り工程が終了した後のそれぞれのセグメントに含まれる各直線部の互いの径方向距離を広げて第２の捻り工程が実施される。
【選択図】 図９

Description

本発明は、自動車やトラックに搭載される車両用交流発電機等の回転電機の巻線を製造する回転電機の固定子巻線の製造方法に関する。

従来から、固定子鉄心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固定子巻線を備えた回転電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この回転電機では、固定子巻線を構成するそれぞれのＵ字状のセグメントは、固定子鉄心に挿入される前に、各直線部が径方向に配置された状態で捻り治具にセットされた後各直線部が互いに周方向反対向きに捻られる。このようにして捻られた各セグメントが固定子鉄心のスロットに挿入された後、スタータコア端面から突出する反ターン部側の端部が周方向に整形された後に接合されて所定の巻線仕様を有する固定子巻線が完成する。上述した捻り治具に挿入される前のＵ字状のセグメントの製造方法として、１本の線材を所定長さに切断した後にＵ字状に折り曲げる手法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。この手法では、線材をＵ字状に折り曲げる際に、折り曲げ部分に曲げ過ぎ防止部材を介在させることにより、折り曲げ部分における過度の折り曲げを防止し、線材の周囲に形成されている絶縁皮膜の破損を防いでいる。
特許第３１１８８３７号公報（第４−７頁、図１−１５） 特開２００１−４５７２１号公報（第３−８頁、図１−１２）

ところで、上述した特許文献２に開示された手法を用いてＵ字状のセグメントを製造する場合には、セグメントのターン部近傍の幅が曲げ過ぎ防止部材の分だけ大きくなるため、固定子鉄心の一のスロットに挿入されるセグメントの本数が多くなると、ターン部によって構成される固定子巻線のコイルエンド部が径方向に広がるという問題があった。例えば、Ｕ字状の大小のセグメントを径方向に４組配置して固定子巻線が形成される場合を考えると、Ｕ字状のセグメントのそれぞれは、直線部の径方向寸法よりもターン部の径方向寸法の方が大きくなるため、スロット内に挿入された直線部の占積率を高くすると（スロット内に隙間がほとんどないように各直線部を径方向に並べて配置すると）、ターン部が径方向外側（あるいは内側）に突出することになり、その外周側に配置されるフレーム（あるいは内周側に配置される回転子）と干渉しないようにすると回転電機の小型化が難しくなる。しかも、それぞれのターン部を外径側に傾斜させる場合には、この傾斜のための工程を追加する必要があり、工程が複雑になるため好ましくない。また、４組のＵ字状のセグメントの各ターン部を互いに軸方向にずらすことにより径方向への突出量を減らすことが考えられるが、この場合には軸方向の小型化が困難になるとともに、それぞれの組毎にセグメントの長さが変化して抵抗値にばらつきが生じるため、やはり採用は難しい。また、各セグメントは、電気導体を小さな曲率半径で折り曲げることによりＵ字状のターン部が形成され、しかも、その後にターン部が捻られて変形するため、ターン部周辺がこれらの折り曲げや捻りによって加工硬化しやすい。スロットに挿入された各セグメントは、隣接する電気導体間の隙間がない場合にコイルエンド部の径方向寸法（幅）が最小となるが、加工硬化が生じると、捻り工程後の形状が目標形状に一致せずに、隣接電気導体間に隙間が生じることになり、コイルエンド部に径方向の広がりが生じる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、コイルエンド部の径方向の広がりを防止することができる回転電機の固定子巻線の製造方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の固定子巻線の製造方法は、径方向に沿った位置がずれている２つの直線部を有するＵ字状のセグメントを、直線部のそれぞれを周方向反対側に相対的に移動させることにより捻る捻り工程と、捻り工程によって捻られたセグメントの各直線部を、固定子鉄心に形成されたスロットに挿入する挿入工程と、スロットに挿入されたセグメントの反ターン部側を周方向に折り曲げる折り曲げ工程と、折り曲げ工程によって折り曲げられた隣接するセグメントの端部同士を接合する接合工程とを有し、捻り工程の前に、周方向に配置されたセグメントの各直線部を互いの径方向反対側に相対的に移動させることにより、各直線部の径方向位置および周方向位置をずらす予備工程を備え、予備工程が終了した後のそれぞれのセグメントに含まれる各直線部の互いの径方向距離を広げて捻り工程を実施する。このように、捻り工程に用いられるＵ字状のセグメントは、その前に行われる予備工程において２つの直線部の径方向位置および周方向位置がずらされているため、周方向に沿って投影されたこれら２つの直線部の位置を径方向に沿って接近させた場合であっても、ターン部において極端に小さな半径でセグメントを曲げる必要がなく、このようなセグメントを用いて形成される固定子巻線のコイルエンド部の径方向の広がりを防止することができる。しかも、各セグメントは、予備工程が終了した後に各直線部が互いに径方向反対側に押し広げて捻り工程が行われるため、各直線部の径方向の広がりを最小にすることができる。

また、上述した予備工程が終了した後のセグメントに含まれる各直線部の第１の径方向距離は、捻り工程を実施する際の第２の径方向距離よりも短く、セグメントの弾性変形を伴って各直線部を広げることにより捻り工程が実施されることが望ましい。捻り工程の際に各直線部を弾性変形させて広げることにより、スロットの外径側に配置されるセグメントの直線部と内径側に配置されるセグメントの直線部とが弾性力によって互いに引きつけ合うため、コイルエンド部の径方向に沿った広がりを最小にすることができる。

また、上述した予備工程が終了した後のセグメントに含まれる各直線部の第１の径方向距離は、捻り工程を実施する際の第２の径方向距離よりも短く、セグメントの塑性変形を伴って各直線部を広げることにより捻り工程が実施されることが望ましい。これにより、予備工程における変形量を減らして加工硬化の程度を低減することが可能になり、加工性の向上を図るとともにコイルエンド部の径方向に沿った不要な広がりを防止することができる。

また、上述した予備工程が終了した後のセグメントに含まれる各直線部の第１の径方向距離は、捻り工程を実施する際の第２の径方向距離よりも短く、セグメントの弾性変形および塑性変形を伴って各直線部を広げることにより捻り工程が実施されることが望ましい。捻り工程の際に各直線部を弾性変形させて広げることにより、スロットの外径側に配置されるセグメントの直線部と内径側に配置されるセグメントの直線部とが弾性力によって互いに引きつけ合うため、コイルエンド部の径方向に沿った広がりを最小にすることができる。

また、上述した捻り工程が終了した後のセグメントの各直線部の径方向距離は弾性変形の復元に伴って減少し、捻り工程が終了した後のそれぞれのセグメントに含まれる各直線部の互いの径方向距離を広げて挿入工程を実施することが望ましい。これにより、固定子鉄心に装備された後のコイルエンド部の径方向の広がりを弾性変形によって確実に少なくすることが可能になる。

また、上述したＵ字状のセグメントは、直線状の線材をＵ字状に折り曲げ整形する折り曲げ整形工程によって製造され、予備工程は、折り曲げ整形工程によって製造されたセグメントのそれぞれ毎に行われることが望ましい。これにより、折り曲げ整形工程に合わせて予備工程を実施することができるため、工程を追加することによる遅延時間を最小限に抑えることができる。

また、上述した予備工程においてセグメントの各直線部を周方向に沿ってずらす量は、固定子鉄心の周方向に沿って形成されたスロットの隣接ピッチ以下であることが望ましい。これにより、捻り工程を実施する際の隣接するセグメント間の干渉を防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の回転電機の固定子巻線の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は一実施形態の回転電機としての車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ハウジング４、整流器５等を含んで構成されている。

回転子３は、界磁として作用し、シャフト６と一体になって回転しており、ランデル型ポールコア７、界磁コイル８、スリップリング９、１０、斜流ファン１１および遠心ファン１２を備えている。シャフト６は、プーリ２０に連結されており、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）により回転駆動される。

ハウジング４は、フロントハウジング４ａとリアハウジング４ｂからなっており、その軸方向端面には吸入孔４１が、外周両肩部には、固定子２の第１コイルエンド群３１ａと第２コイルエンド群３１ｂのそれぞれの径方向外側に対応して冷却風の排出孔４２が設けられている。

整流器５は、固定子２から出力される交流電圧を直流に変換する整流作用を行っており、車両用交流発電機１の反プーリ側の端部に設けられている。

次に、固定子２の詳細について説明する。図２は、固定子２の部分的な断面図であり、固定子鉄心３２のスロット３５内でのセグメント導体３３の配置状態が示されている。また、図３は固定子２に装着されるセグメント導体３３の模式的形状を示す斜視図である。

固定子２は、電機子として作用し、固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２に形成された複数のスロット３５内に配置された複数の電気導体としてのセグメント導体３３によって構成された固定子巻線３１と、固定子鉄心３２と固定子巻線３１との間を電気絶縁するインシュレータ３４とを備えている。

図２に示すように、固定子鉄心３２には、内径側に開口を有する複数のスロット３５が形成されている。本実施形態では、回転子３の磁極数に対応して、三相の固定子巻線３１を収容するために、９６個のスロット３５が、等間隔に配置されている。

固定子鉄心３２のスロット３５に装備された固定子巻線３１は、１本１本の電気導体として把握することができ、複数のスロット３５のそれぞれには、偶数本（本実施形態では４本）の電気導体が収容されている。また、一のスロット３５内の４本の電気導体は、固定子鉄心３２の径方向に関して内側から内端層、内中層、外中層、外端層の順で一列に配列されている。これらの電気導体には、絶縁被膜３７として、ポリアミドイミド等の被膜材が塗布されている。

これら電気導体が所定のパターンで接続されることにより、固定子巻線３１が形成される。なお、本実施形態では、スロット３５内の電気導体は、第１コイルエンド群３１ａ側においては、連続線を配置することにより一端が接続され、また、第２コイルエンド群３１ｂ側においては、接合によって他端が接続される。

各スロット３５内の１本の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の１本の他の電気導体と対をなしている。特に、コイルエンド部における複数の電気導体間の隙間を確保し、整列して配置するために、一のスロット３５内の所定の層の電気導体は、所定の磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の他の層の電気導体と対をなしている。

例えば、一のスロット内の内端層の電気導体３３１ａは、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット内の外端層の電気導体３３１ｂと対をなしている。同様に、一のスロット内の内中層の電気導体３３２ａは固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの対をなす電気導体は、固定子鉄心３２の軸方向の一方の端部において連続線を用いることにより、ターン部３３１ｃ、３３２ｃを経由することで接続される。したがって、固定子鉄心３２の一方の端部においては、外中層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する連続線を、外端層の電気導体と内端層の電気導体とを接続する連続線が囲むこととなる。このように、固定子鉄心３２の一方の端部においては、対をなす電気導体の接続部が、同じスロット内に収容された他の対をなす電気導体の接続部により囲まれる。外中層の電気導体と内中層の電気導体との接続により中層コイルエンドが形成され、外端層の電気導体と内端層の電気導体との接続により端層コイルエンドが形成される。

一方、一のスロット３５内の内中層の電気導体３３２ａは、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の内端層の電気導体３３１ａ’とも対をなしている。同様に、一のスロット３５内の外端層の電気導体３３１ｂ’は、固定子鉄心３２の時計回り方向に向けて１磁極ピッチ離れた他のスロット３５内の外中層の電気導体３３２ｂと対をなしている。そして、これらの電気導体は固定子鉄心３２の軸方向の他方の端部において接合により接続される。

したがって、固定子鉄心３２の他方の端部においては、外端層の電気導体と外中層の電気導体とを接続する接合部と、内端層の電気導体と内中層の電気導体とを接続する接合部とが、径方向に並んでいる。外端層の電気導体と外中層の電気導体との接続、および内端層の電気導体と内中層の電気導体との接続により隣接層コイルエンドが形成される。このように固定子鉄心３２の他方の端部においては、対をなす電気導体の接続部が、重複することなく並べて配置される。

さらに、複数の電気導体は、ほぼ矩形断面（平角断面）をもった一定の太さの電気導体を所定形状に成形したＵ字状のセグメント導体により提供される。図３に示すように、内端層の電気導体と外端層の電気導体とが、一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる大セグメント３３１により提供される。また、内中層の電気導体と外中層の電気導体とが一連の電気導体をほぼＵ字状に成形してなる小セグメント３３２により提供される。図４は、大セグメント３３１と小セグメント３３２とからなるセグメントセットを固定子鉄心３２のスロット３５に挿入する状態を示す図である。

大セグメント３３１と小セグメント３３２のそれぞれは、基本となるセグメント導体３３を形成する。そして、セグメント導体３３を規則的にスロット３５に配置して、固定子鉄心３２の周りを２周するコイルが形成される。

次に、固定子巻線３１の製造工程について説明する。

（折り曲げ整形工程）
まず、断面が平角形状（矩形形状）の連続する線材を所定長さに切断した後、中央近傍で折り曲げることにより、整形前のＵ字状のセグメント３３を製造する。図５は、折り曲げ整形工程によって製造されたＵ字状のセグメント３３の正面図である。図６は、図５に示すセグメント３３の側面図であり、ターン部側から見た状態が示されている。図７は、図５に示すセグメント３３の斜視図である。これらの図に示すように、Ｕ字状に整形されたセグメント３３は、ターン部３３ｃを挟んで２本の直線部３３ａ、３３ｂを有している。なお、図５〜図７には、セグメント３３の具体例としてターン部３３２ｃを挟んで配置された２つの直線部３３２ａ、３３２ｂを有する小セグメント３３２が示されているが、大セグメント３３１についてはターン部３３１ｃの径が大きくなるだけであって基本的に同じ形状を有している。

（第１の捻り工程）
次に、折り曲げ整形工程によってＵ字状に整形された後の１本１本のセグメント３３に対して、ターン部３３ｃを捻る第１の捻り工程が行われる。２つの直線部３３ａ、３３ｂが並ぶ方向を第１の方向とすると、この第１の捻り工程では、２つの直線部３３ａ、３３ｂのそれぞれをこの第１の方向と異なる第２の方向に沿って互いに相対的に移動させることにより、ターン部３３ｃ近傍のセグメント３３が捻られる。

図８および図９は、第１の捻り工程の詳細を示す図であり、捻り治具を用いた捻り整形の前後の状態が小セグメント３３２について示されている。図８および図９に示すように、第１の捻り工程は、固定クランパ２００と可動クランパ２１０とを組み合わせた捻り治具によって行われる。固定クランパ２００は、収納部２０２、移動部２０４、調整部２０６を含んでいる。収納部２０２は、一部に小セグメント３３２の一方の直線部３３２ａを収納する凹部を有している。この凹部に直線部３３２ａの隣接する２つの側面が当接する。移動部２０４は、側面の一部に平面部を有する円筒状の調整部２０６を回転自在に収納しており、平面部を直線部３３２ａの側面に押圧することにより、収納部２０２と移動部２０４によって一方の直線部３３２ａが拘束される。回転自在の調整部２０６を設けることにより、この調整部２０６に形成された平面部が直線部３３２ａの側面と並行になるように調整することが可能になり、直線部３３２ａの拘束を確実に行うことができる。

また、可動クランパ２１０は、収納部２１２、移動部２１４、調整部２１６を含んでいる。収納部２１２は、一部に小セグメント３３２の他方の直線部３３２ｂを収納する凹部を有している。この凹部に直線部３３２ｂの隣接する２つの側面が当接する。移動部２１４は、側面の一部に平面部を有する円筒状の調整部２１６を回転自在に収納しており、平面部を直線部３３２ｂの側面に押圧することにより、収納部２１２と移動部２１４によって他方の直線部３３２ｂが拘束される。回転自在の調整部２１６を設けることにより、この調整部２１６に形成された平面部が直線部３３２ｂの側面と並行になるように調整することが可能になり、直線部３３２ｂの拘束を確実に行うことができる。

また、可動クランパ２１０は、駆動機構（図示せず）によって全体が移動可能に構成されている。図８に示すように、捻り整形前の小セグメント３３２の２つの直線部３３２ａ、３３２ｂが並んでいる方向を第１の方向Ａとしたときに、図９に示すように、この第１の方向Ａとほぼ垂直な第２の方向Ｂに沿って可動クランパ２１０が移動する。これにより、固定クランパ２００と可動クランパ２１０とによって拘束された２つの直線部３３２ａ、３３２ｂのぞれぞれが第１の方向Ａとほぼ垂直に相対的に移動し、ターン部３３２ｃが捻られる。なお、本実施形態では、第１の捻り工程によって、２つの直線部３３２ａ、３３２ｂは、第１の方向Ａに沿って互いにスロット３５の隣接ピッチ分隔たった位置に配置される。また、第１の捻り工程において小セグメント３３２の各直線部３３２ａ、３３２ｂを径方向に沿ってずらす量は、小セグメント３３２の径方向に沿った幅よりも小さな値に設定されている。

同様に、図１０および図１１は、第１の捻り工程の詳細を示す図であり、捻り治具を用いた捻り整形の前後の状態が大セグメント３３１について示されている。図８および図９に示すように、第１の捻り工程は、固定クランパ２００と可動クランパ２１０とを組み合わせた捻り治具によって行われる。固定クランパ２００は、収納部２０２、移動部２０４、調整部２０６を含んでいる。収納部２０２は、一部に大セグメント３３１の一方の直線部３３１ａを収納する凹部を有している。この凹部に直線部３３１ａの隣接する２つの側面が当接する。移動部２０４は、側面の一部に平面部を有する円筒状の調整部２０６を回転自在に収納しており、平面部を直線部３３１ａの側面に押圧することにより、収納部２０２と移動部２０４によって一方の直線部３３１ａが拘束される。回転自在の調整部２０６を設けることにより、この調整部２０６に形成された平面部が直線部３３１ａの側面と並行になるように調整することが可能になり、直線部３３１ａの拘束を確実に行うことができる。

また、可動クランパ２１０は、収納部２１２、移動部２１４、調整部２１６を含んでいる。収納部２１２は、一部に大セグメント３３１の他方の直線部３３１ｂを収納する凹部を有している。この凹部に直線部３３１ｂの隣接する２つの側面が当接する。移動部２１４は、側面の一部に平面部を有する円筒状の調整部２１６を回転自在に収納しており、平面部を直線部３３１ｂの側面に押圧することにより、収納部２１２と移動部２１４によって他方の直線部３３１ｂが拘束される。回転自在の調整部２１６を設けることにより、この調整部２１６に形成された平面部が直線部３３１ｂの側面と並行になるように調整することが可能になり、直線部３３１ｂの拘束を確実に行うことができる。

また、可動クランパ２１０は、駆動機構（図示せず）によって全体が移動可能に構成されている。図１０に示すように、捻り整形前の大セグメント３３１の２つの直線部３３１ａ、３３１ｂが並んでいる方向を第１の方向Ａとしたときに、図９に示すように、この第１の方向Ａとほぼ垂直な第２の方向Ｂに沿って可動クランパ２１０が移動する。これにより、固定クランパ２００と可動クランパ２１０とによって拘束された２つの直線部３３１ａ、３３１ｂのぞれぞれが第１の方向Ａとほぼ垂直に相対的に移動し、ターン部３３１ｃが捻られる。なお、本実施形態では、第１の捻り工程によって、２つの直線部３３１ａ、３３１ｂは、第１の方向Ａに沿って互いにスロット３５の隣接ピッチ分隔たった位置に配置される。また、第１の捻り工程において大セグメント３３１の各直線部３３１ａ、３３１ｂを径方向に沿ってずらす量は、小セグメント３３２と大セグメント３３１の径方向に沿った幅が等しいものとすると、大セグメント３３１の径方向に沿った幅の３倍よりも小さな値に設定されている。

図１２は、第１の捻り工程によって捻り整形が行われた後の小セグメント３３２を示す斜視図である。図１２に示す小セグメント３３２では、図７に示した捻り整形前の小セグメント３３２に対して一方の直線部３３２ｂが第１の方向Ａと異なる向きに移動し、ターン部３３２ｃが捻られていることがわかる。

（第２の捻り工程）
次に、上述した第１の方向Ａを周方向に合わせて、セグメント３３の直線部３３ａ、３３ｃのそれぞれを周方向反対側に相対的に移動させることによりターン部３３ｃを捻る第２の捻り工程が行われる。

図１３は、第２の捻り工程で用いられる捻り治具の断面図である。また、図１４は図１３に示した捻り治具の要部を示す斜視図である。図１３に示すように、捻り治具３００は、内側捻り部３１１および外側捻り部３１２と、これら内側捻り部３１１、外側捻り部３１２をそれぞれ回転駆動する回転駆動機構３１３、３１４と、コントローラ３１５、セグメント押さえ部３１６およびセグメント押し上げ治具３１７、昇降駆動機構３１８等を備えている。

内側捻り部３１１には、大セグメント３３１および小セグメント３３２の各スロット導体部３３１ａ、３３２ａ（直線部３３ａ）が挿入されて保持されるセグメント挿入穴３２１、３２２が径方向に隣接して設けられている。このセグメント挿入穴３２１、３２２は、固定子鉄心３２のスロット３５の数に対応した数だけ等間隔で周方向に並べて形成されている。すなわち、本実施形態では、等間隔で周方向に並べられた多数のセグメント挿入穴３２１、３２２が同心円上に形成されている。外側捻り部３１２についても同様であり、等間隔で周方向に並べられた多数のセグメント挿入穴３２３、３２４が同心円上に形成されている。この結果、内側捻り部３１１と外側捻り部３１２には、内側から４個のセグメント挿入穴３２１、３２２、３２３、３２４が並んで形成される。

図１４に示すように、１組の大セグメント３３１と小セグメント３３２の一方の直線部３３ｂとしてのスロット導体部３３１ｂ、３３２ｂが外側捻り部３１２のセグメント挿入穴３２４、３２３に挿入されるとともに、他方の直線部３３ａとしてのスロット導体部３３１ａ、３３２ａが内側捻り部３１１の１スロットピッチ分ずれたセグメント挿入穴３２１、３２２に挿入される。

ところで、図９を用いて説明したように、第２の捻り工程を実施する前の小セグメント３３２は、周方向（Ａ方向）に垂直な向き（径方向）に沿って２つの直線部３３２ａ、３３２ｂがずれる量が直線部３３２ａ等の幅よりも小さな値に設定されている。このような設定状態では、一のスロット３５に収容される一の小セグメント３３２の直線部３３２ａと他の小セグメント３３２の直線部３３２ｂとが互いに干渉してしまう。本実施形態では、各小セグメント３３２を２つのスロット３５に挿入する際に、２つの直線部３３２ａ、３３２ｂを互いに径方向に押し広げてターン部３３２ｃ近傍を弾性変形させることにより、同じスロット３５に収容された一の小セグメント３３２の直線部３３２ａと他の小セグメント３３２の直線部３３２ｂとがほぼ直線部３３２ａ等の幅に相当するずらし量を確保して上述した干渉を回避している。

同様に、図１１を用いて説明したように、第２の捻り工程を実施する前の大セグメント３３１は、周方向に垂直な向き（径方向）に沿って２つの直線部３３１ａ、３３１ｂがずれる量が直線部３３１ａ等の幅の３倍の値よりも小さな値に設定されている。このような設定状態では、一のスロット３５に収容される一の大セグメント３３１の直線部３３１ａと他の大セグメント３３１の直線部３３１ｂが、これらの間に挟まれる小セグメント３３２の直線部３３２ａ、３３２ｂに干渉してしまう。本実施形態では、各大セグメント３３１を２つのスロット３５に挿入する際に、２つの直線部３３１ａ、３３１ｂを互いに径方向に押し広げてターン部３３１ｃ近傍を弾性変形させることにより、同じスロット３５に収容された一の大セグメント３３１の直線部３３１ａと他の大セグメント３３１の直線部３３１ｂとがほぼ直線部３３１ａ等の幅の３倍の値に相当するずらし量を確保して上述した干渉を回避している。

全てのセグメント挿入穴３２１、３２２、３２３、３２４に大セグメント３３１と小セグメント３３２が挿入された後、環状のセグメント押さえ部３１６を内側捻り部３１１および外側捻り部３１２の上方から降下させて、大セグメント３３１のターン部３３１ｃに当接する。これにより、捻り工程において大セグメント３３１と小セグメント３３２とがセグメント挿入穴３２１、３２２、３２３、３２４から浮き上がることを防止することができる。

内側捻り部３１１および外側捻り部３１２のそれぞれは、コントローラ３１５によって制御される回転駆動機構３１３、３１４によって回転駆動される。本実施形態では、捻り治具３００の上方から見て、内側捻り部３１１は反時計回りに、外側捻り部３１２は時計回りにそれぞれ所定量回転駆動されるが、第２の捻り工程を実施する前の状態で各セグメント３３の各直線部３３ａ、３３ｂは既に周方向に１スロットピッチ分ずれて配置されているため、この１スロットピッチ分のずれを考慮して外側捻り部３１２と内側捻り部３１１の回転駆動量が設定されている。

また、上述した第１の捻り工程が請求項１における「予備工程」に、第２の捻り工程が請求項１における「捻り工程」に相当する。

（挿入工程）
次に、第２の捻り工程によって捻り整形が行われた後の各セグメント３３を固定子鉄心３２の各スロット３５に軸方向に沿った一方の端面側から挿入する。このとき、図４に示すように、小セグメント３３２を大セグメント３３１が囲むように揃えた状態で挿入が行われる。

なお、第２の捻り工程によって捻り整形が行われた後の各セグメント３３を取り出す際には、小セグメント３３２の２つの直線部３３２ａ、３３２ｂと大セグメント３３１の２つの直線部３３１ａ、３３１ｂは、互いに弾性変形した状態から元に戻ろうとするため、再び径方向に沿って互いに接近する向きに変形してしまう。したがって、挿入工程を実施するときには、再び内端層および内中層の電気導体としての２つの直線部３３１ａ、３３２ａと外端層および外中層の電気導体としての２つの直線部３３１ｂ、３３２ｂを互いに径方向に沿って離れる向きに押し広げてターン部３３１ｃ、３３２ｃ近傍を弾性変形させてスロット３５に挿入する必要がある。

（折り曲げ工程）
各セグメント３３を挿入後、ターン部３３ｃと反対側であって固定子鉄心３２の端面から突出する直線部３３ａ、３３ｂが固定子巻線３１の巻線仕様にしたがって周方向に折り曲げられる。

（接合工程）
折り曲げ工程によって折り曲げられた隣接する各セグメント３３の直線部３３ａ、３３ｂの端部同士を、溶接、超音波溶着、アーク溶接、ろう付け等の手段によって電気的導通を得るように接合され、図１に断面を示すような固定子巻線３１が得られる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１に用いられている固定子巻線３１では、第２の捻り工程に用いられるＵ字状のセグメント３は、その前に行われる第１の捻り工程において２つの直線部３３ａ、３３ｂの径方向位置および周方向位置がずらされているため、周方向に沿って投影されたこれら２つの直線部３３ａ、３３ｂの位置を径方向に沿って接近させた場合であっても、ターン部３３ｃにおいて極端に小さな半径でセグメント３３を曲げる必要がなく、このようなセグメント３３を用いて形成される固定子巻線３１のターン部側コイルエンド部３１の径方向の広がりを防止することができる。しかも、各セグメント３３は、第１の捻り工程が終了した後に各直線部が互いに径方向反対側に押し広げて第２の捻り工程が行われるため、各直線部の径方向の広がりを最小にすることができる。

特に、Ｕ字状のセグメント３３は、折り曲げ整形工程において直線状の線材をＵ字状に折り曲げ整形し、次の第１の捻り工程は、折り曲げ整形工程によって製造されたセグメント３３のそれぞれ毎に行われているため、折り曲げ整形工程に合わせて第１の捻り工程を実施することができ、工程を追加することによる遅延時間を最小限に抑えることができる。

また、第１の捻り工程においてセグメント３３（特に小セグメント３３２）の各直線部３３ａ、３３ｂを径方向に沿ってずらす量は、セグメント３３の径方向に沿った幅にほぼ等しくなるように設定されているため、ターン部側コイルエンド部３１の径方向の広がりを最小限に抑えることができる。

また、第２の捻り工程の際に各直線部を弾性変形させて広げることにより、スロット３５の外径側に配置されるセグメント３３の直線部と内径側に配置されるセグメント３３の直線部とが弾性力によって互いに引きつけ合うため、コイルエンド部３１の径方向に沿った広がりを最小にすることができる。

特に、第２の捻り工程が終了した後のセグメント３３の各直線部の径方向距離が弾性変形の復元に伴って減少し、第１の捻り工程が終了した後のそれぞれのセグメント３３に含まれる各直線部の互いの径方向距離を広げて第２の捻り工程を実施しているため、弾性変形によって確実にコイルエンド部３１の径方向の広がりを少なくすることが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、第１の捻り工程が終了した後にセグメント３３の各直線部３３ａ、３３ｂを互いに径方向に沿って反対側に押し広げる際に弾性変形させたが、塑性変形させるようにしてもよい。また、最初に弾性変形させた後に塑性変形を伴うようにしてもよい。

一実施形態の回転電機としての車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。 固定子の部分的な断面図である。 固定子に装着されるセグメント導体の模式的形状を示す斜視図である。 大セグメントと小セグメントとからなるセグメントセットを固定子鉄心のスロットに挿入する状態を示す図である。 折り曲げ整形工程によって製造されたＵ字状のセグメントの正面図である。 図５に示すセグメントの側面図である。 図５に示すセグメントの斜視図である。 第１の捻り工程の詳細を示す図である。 第１の捻り工程の詳細を示す図である。 第１の捻り工程の詳細を示す図である。 第１の捻り工程の詳細を示す図である。 第１の捻り工程によって捻り整形が行われた後の小セグメントを示す斜視図である。 第２の捻り工程で用いられる捻り治具の断面図である。 図１３に示した捻り治具の要部を示す斜視図である。

符号の説明

１ 車両用交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４ ハウジング
５ 整流器
３２ 固定子鉄心
３３ セグメント導体
３５ スロット
３６ 絶縁シート
３００ 捻り治具
３１１ 内側捻り部
３１２ 外側捻り部
３１３、１１４ 回転駆動機構
３１５ コントローラ
３１６ セグメント押さえ部
３１７ セグメント押し上げ治具
３１８ 昇降駆動機構

Claims (7)

1. 径方向に沿った位置がずれている２つの直線部を有するＵ字状のセグメントを、前記直線部のそれぞれを周方向反対側に相対的に移動させることにより捻る捻り工程と、
   前記捻り工程によって捻られた前記セグメントの各直線部を、固定子鉄心に形成されたスロットに挿入する挿入工程と、
   前記スロットに挿入された前記セグメントの反ターン部側を周方向に折り曲げる折り曲げ工程と、
   前記折り曲げ工程によって折り曲げられた隣接する前記セグメントの端部同士を接合する接合工程と、
   を有する回転電機の固定子巻線の製造方法において、
   前記捻り工程の前に、周方向に配置された前記セグメントの各直線部を互いの径方向反対側に相対的に移動させることにより、各直線部の径方向位置および周方向位置をずらす予備工程を備え、
   前記予備工程が終了した後のそれぞれの前記セグメントに含まれる各直線部の互いの径方向距離を広げて前記捻り工程を実施することを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記予備工程が終了した後の前記セグメントに含まれる各直線部の第１の径方向距離は、前記捻り工程を実施する際の第２の径方向距離よりも短く、前記セグメントの弾性変形を伴って各直線部を広げることにより前記捻り工程が実施されることを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
3. 請求項１において、
   前記予備工程が終了した後の前記セグメントに含まれる各直線部の第１の径方向距離は、前記捻り工程を実施する際の第２の径方向距離よりも短く、前記セグメントの塑性変形を伴って各直線部を広げることにより前記捻り工程が実施されることを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
4. 請求項１または２において、
   前記予備工程が終了した後の前記セグメントに含まれる各直線部の第１の径方向距離は、前記捻り工程を実施する際の第２の径方向距離よりも短く、前記セグメントの弾性変形および塑性変形を伴って各直線部を広げることにより前記捻り工程が実施されることを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
5. 請求項２または４において、
   前記捻り工程が終了した後の前記セグメントの各直線部の径方向距離は前記弾性変形の復元に伴って減少し、
   前記捻り工程が終了した後のそれぞれの前記セグメントに含まれる各直線部の互いの径方向距離を広げて前記挿入工程を実施することを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   Ｕ字状の前記セグメントは、直線状の線材をＵ字状に折り曲げ整形する折り曲げ整形工程によって製造され、
   前記予備工程は、前記折り曲げ整形工程によって製造された前記セグメントのそれぞれ毎に行われることを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
   前記予備工程において前記セグメントの各直線部を周方向に沿ってずらす量は、前記固定子鉄心の周方向に沿って形成された前記スロットの隣接ピッチ以下であることを特徴とする回転電機の固定子巻線の製造方法。
   

Images