JP2008148521A - チャック装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導体セグメントを圧縮するチャック装置を提供すること。
【解決手段】 本発明のチャック装置１は、芯金部１００，１１０と、チャック爪１０１，１１１と、押圧部材１０２，１１２と、を有し、チャック爪１０１，１１１を変移して芯金部１００，１１０と二つのチャック爪１０１，１１１とで区画される保持空間１０４内に、ステータコアのスロットに嵌合、挿入されるＵ字状の導体セグメント２の直線部を、導体セグメント２が二重に重なった状態で芯金部１００，１１０の径方向に複数層積層させた状態で挿入し、押圧部材１０２，１１２を径方向内方に変移させて導体セグメント２の直線部を径方向に圧縮することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイルのチャック装置に関し、詳しくは、Ｕ字状の導体セグメントからなるコイルを径方向に複数段備えたコイルの成形に用いられるチャック装置に関する。

従来、例えば、発電機や電動機等の回転電機では、所定の形状を有する多数の導体セグメントを固定子鉄心（ステータコア）のスロットに挿入して組み付けた後、各導体セグメントの端部同士を接合して形成される固定子コイルが知られている。

個々の導体セグメントは、図４に示す様に、予めＵ字形状に設けられており、このＵ字形状から、図６に示す様に、Ｕ字曲部を介して平行に延びる２本の直線部を反対方向へ引き離すことで、Ｕ字曲部に対する捻り成形が行われ、その後、２本の直線部を固定子鉄心のスロットに挿入して組み付けられている。

そして、この捻り成形は、相対回転可能に組み合わされた内側リング部と外側リング部とで構成される捻り成形治具を有する捻り成形装置により行われている。この捻り成形装置において、内側リング部と外側リング部には、それぞれ導体セグメントの直線部を保持する矩形状の保持溝が形成され、この保持溝が、両リング部の周方向に、固定子鉄心のスロット数と同数だけ等間隔に設けられている。そして、この内側リング部の保持溝と外側リング部の保持溝に導体セグメントの直線部を挿入・保持し、周方向に相対的に異なる方向に両リング部を変移させることで捻り成形が行われる。

近年、発電機や電動機等の回転電機においては、さらなる高性能化が求められており、コイルの巻数を増加させることが検討されている。回転電機においては、図４，６に示したように導体セグメントを二重に重ね合わせるだけでなく、さらにコイルの径方向において導体セグメントを複数段配置する構成が検討されている。このような構成で導体セグメントの捻り成形を行うためには、図５に示したように、第一内側リング部５１と第一外側リング部５２とを備えた内側成形治具５０と、内側成形治具５０の外周に配置された第二内側リング部５６と第二外側リング部５７とを備えた外側成形治具５５と、を有する捻り成形装置を用いることとなる。この捻り成形装置においては、第一内側リング部５１および第二内側リング部５６と第一外側リング部５２および第二外側リング部５７とを互いに異なる方向に各リング部を変移させることで、捻り成形を行う。

しかしながら、このような捻り成形装置で捻り成形を行うと、第一リング部５０で成形された導体セグメント群の最外周と第二リング部５５で成形された導体セグメント群の最内周との間に隙間が存在するようになる。この隙間が存在すると、導体セグメントをステータコアのスロットに嵌合、挿入することが困難となるという問題があった。また、この隙間に対応したスロット形状とすると、回転電機の体積効率が減少するという問題があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、体積効率に優れた回転電機を提供できるように、導体セグメントが径方向で隙間をもたないように圧縮するチャック装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者は導体セグメントを径方向に圧縮するチャック装置について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。

請求項１に記載の本発明のチャック装置は、コイルを形成したときにコイルの内周面と一致する外周面を有する芯金部と、芯金部の径方向に変移可能な状態で芯金部の外周にもうけられた複数のチャック爪と、周方向で隣接するふたつのチャック爪の間で径方向に変移可能な状態でチャック爪にもうけられた押圧部材と、を有し、チャック爪を変移して芯金部と二つのチャック爪とで区画される保持空間内に、ステータコアのスロットに嵌合、挿入されるＵ字状の導体セグメントの直線部を、導体セグメントが二重に重なった状態で芯金部の径方向に複数層積層させた状態で挿入し、押圧部材を径方向内方に変移させて導体セグメントの直線部を径方向に圧縮することを特徴とする。

上記のチャック装置によれば、導体セグメントの直線部をチャック爪と芯金部とにより区画される保持空間内に挿入した後、押圧部材を径方向内方へ変位させることで、導体セグメントの各直線部を径方向内方に押し込み、各直線部を密着させることができる。これにより、後工程で行われる導体セグメントを鉄心のスロットへ挿入する作業が可能となる。また、ひとつのスロットにセグメントの直線部を挿入できることで、回転電機の体積効率が上昇する。

請求項２に記載の本発明のチャック装置は、請求項１に記載のチャック装置において、チャック爪は、径方向に伸びるガイド溝をもち、押圧部材は、ガイド溝に往復動可能な状態で挿入されるガイド突部を有するものである。このような構成となることで、押圧部材を径方向に変移可能な状態でチャック爪に配置することができる。また、ガイド溝が径方向に伸びることで、押圧部材がガイド溝ののびる方向である径方向に変位するようになる。

請求項３に記載の本発明のチャック装置は、請求項１に記載のチャック装置において、チャック爪および押圧部材を径方向に変移する駆動手段を有するものである。このような構成となることで、チャック爪の動きに連動して押圧部材を径方向内側へ移動させることで、導体セグメントの直線部を径方向内方へ押圧して圧縮する動作を連続的に行うことができる。駆動手段は、カムと、カムを駆動する駆動装置とを用いることが好ましい。

請求項４に記載の本発明のチャック装置は、請求項１に記載のチャック装置において、チャック爪および押圧部材を、芯金部の軸方向に複数段有するものである。このような構成となることで、導体セグメントの直線部を二段階や三段階など複数段階で圧縮することとなり、圧縮時の導体セグメントの直線部のズレの発生を抑えることができる。特に、直線部の長さが長い導体セグメントの圧縮に効果を発揮する。

請求項５に記載の本発明のチャック装置は、請求項１に記載のチャック装置において、導体セグメントを捻り成形する捻り成形装置の上部に位置するものである。チャック装置を捻り成形装置の上部に位置させることで、捻り成形装置で捻り成形を行った導体セグメントをすぐに圧縮（チャック）することができる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

本発明の実施例として、チャック装置を製造した。

（実施例１）
本実施例のチャック装置１は、芯金具１００，１１０、チャック爪１０１，１１１、押圧部材１０２，１１２及びコイルばね１０３，１１３等より構成されるチャック部１０，１１を有する。本実施例のチャック装置１において、二つのチャック部１０，１１は、軸方向に並んで配置されている。本実施例のチャック装置１の構成を図１に示した。

なお、本実施例のチャック装置１において二つのチャック部１０，１１は同様な構成を有しており、チャック部１０の構成を以下に説明する。

芯金具１００は、コイル成形時の内径基準を形成する（導体セグメント２の内径端を位置決めする）もので、円筒形状に設けられている。芯金具１００は、導体セグメント２の内径端を位置決めできる構成であれば、円筒形状のみだけでなく円柱形状でもよい。

チャック爪１０１は、芯金具１００の外周に所定数が放射状に配置される部材であり、周方向に隣合うチャック爪１０１同士の間にそれぞれ保持空間１０４が形成されると共に、チャック爪１０１が径方向内方の前進位置（チャック爪１０１の先端面が芯金具１００の外周に当接する位置）と、径方向外方の後退位置（例えば、図２に示す様に、チャック爪１０１の先端面が芯金具１００の外周から離反した位置）との間で、芯金具１００の径方向に往復動可能に設けられている。

また、このチャック爪１０１が後退位置の時に、芯金具１００の周囲に、導体セグメント群を取り込むための環状の空間が確保されている。

さらに、このチャック爪１０１は、断面が矢状をなすように形成されている。チャック爪１０１がこのような形状に形成されたことで、チャック爪１０１が径方向内方の前進位置（その先端面が芯金具１００の外周に当接する位置）にあるときには、隣接するチャック爪１０１と芯金具１００との間に区画される保持空間１０４が導体セグメント２の幅で径方向に伸びる形状で区画される。

押圧部材１０２は、保持空間１０４に対応して径方向に移動可能に設けられた部材である。押圧部材１０２は、二つのチャック爪１００間に区画される保持空間１０４の幅（周方向の幅）をもつ略板状の部材であり、径方向の内方側の端面で導体セグメント２を押圧する（チャックする）。

また、チャック爪１０１には、径方向に伸びるガイド溝１０１０が形成され、押圧部材１０２には、ガイド溝１０１０に往復動可能な状態で挿入されたガイドピン１０２０がもうけられている。また、このガイド溝１０１０の内部には、ガイドピン１０２０を径方向内方に付勢する弾性部材（本実施例においてはコイルばね１０５を用いたが、ガイドピン１０２０を径方向外方に付勢することができる部材であれば特に限定されるものではない）がもうけられている。ガイド溝１０１０とガイドピン１０２０との作用により、押圧部材１０２の変移方向が径方向に規制される。

コイルばね１０５は、ガイド溝１０１０内でガイドピン１０２０を径方向外方に付勢する。つまり、ガイドピン１０２０は、ガイド溝１０１０の内径側の端部に付勢される。これにより、押圧部材１０２は径方向内方の位置に付勢されている。

本実施例のチャック装置１は、チャック爪１０１を径方向に移動させるためのカム機構を有している。

カム機構は、図３に示すように、カム溝３００が形成された回転可能な円盤状のプレート３０と、チャック爪１０１から突出したカムピン１０１１と、を有している。

カム溝３００は、プレート３０の接線方向に沿って直線的に形成され、所定数のカム溝３００がプレート３０の内径側と外径側とに分かれて形成されている。

カム機構は、プレート３０を駆動手段３５で回転させると、カム溝３００が変移する。カム溝３００の変移に応じてカムピン１０１１がカム溝３００内を移動する。このとき、カムピン１０１１と共にチャック爪１０１が径方向に移動する。これにより、チャック爪１０１が径方向に変移する。

本実施例のチャック装置１は、チャック部１０と同様な構成のチャック部１１を、チャック部１０の上方（芯金具１００の軸方向の上方）に有する。なお、チャック部１１はチャック部１０と同様な構成であり、特に説明をしない。チャック部１０の芯金具１００とチャック部１１の芯金具１１０は、本実施例のように一体をなしていてもよい。

本実施例のチャック装置１は、捻り成形装置５の上方に配置されている。このような構成となることで、捻り成形が施された導体セグメントが引き上げられ、チャック装置１の所定の位置に保持され、導体セグメントが圧縮されるようになる。

本実施例のチャック装置１及び捻り加工装置５に加工される導体セグメント２は、端部をのぞいて樹脂皮膜（絶縁被膜）で被覆された長板Ｕ字状を有している。導体セグメント２は、第１の導体セグメント２０，第２の導体セグメント２１、第３の導体セグメント２２，第４の導体セグメント２３がある。本実施例の導体セグメント２は、この第１の導体セグメント２０と第２の導体セグメント２１、第３の導体セグメント２２と第４の導体セグメント２３とをそれぞれ重ね合わせた状態で加工される。この第１の導体セグメント２０と第２の導体セグメント２１とを重ね合わせた状態を図４に示した。なお、第３の導体セグメント２２と第４の導体セグメント２３とを重ね合わせた状態は図４に示した状態と同様である。

捻り成形装置５は、第１の捻り成形治具５０と第２の捻り成形治具５５を有している。第１および第２の捻り成形治具は、図５に示す様に、それぞれ相対回転可能に組み合わされた円環状の内側リング部５１，５６と外側リング部５２，５７とで構成され、径方向の内側から外側に向かって順に、第１の捻り成形治具５０を構成する内側リング部５１と外側リング部５２、第２の捻り成形治具５５を構成する内側リング部５６と外側リング部５７とが同心円状に配置されている。つまり、第１の捻り成形治具５０の径方向外側に第２の捻り成形治具５５が同心円状に配置されている。

第１の捻り成形治具５０に使用される内側リング部５１（第１の内側リング部５１）には、二重に重ね合わされた第１の導体セグメント２０と第２の導体セグメント２１の２本の直線部２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂのうち、一方の直線部２０ａ，２１ａを保持するための内側保持溝５０ａが形成され、この内側保持溝５０ａが、第１の内側リング部５１の周方向にスロット数と同数だけ等間隔に設けられている。この内側保持溝５０ａは、第１の内側リング部５１の半径方向に長い（２本分の直線部を挿入できる大きさ）矩形状に形成され、内側保持溝５０ａの外周側が、第１の内側リング部５０の外周面に開放されている。

第１の捻り成形治具５０に使用される外側リング部５２（第１の外側リング部５２）には、二重に重ね合わされた第１の導体セグメント２０と第２の導体セグメント２１の２本の直線部２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂのうち、他方の直線部２０ｂ，２１ｂを保持するための外側保持溝５２ａが形成され、この外側保持溝５２ａが、第１の外側リング部５２の周方向にスロット数と同数だけ等間隔に設けられている。この外側保持溝５２ａは、第１の外側リング部５２の半径方向に長い（２本分の直線部を挿入できる大きさ）矩形状に形成され、外側保持溝の内周側が、第１の外側リング部の内周面に開放されている。

第２の捻り成形治具５５に使用される内側リング部５６（第２の内側リング部５６）には、二重に重ね合わされた第３の導体セグメント２２と第４の導体セグメント２３の２本の直線部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂのうち、一方の直線部２２ａ，２３ａを保持するための内側保持溝５６ａが形成され、この内側保持溝５６ａが、第２の内側リング部５６の周方向にスロット数と同数だけ等間隔に設けられている。この内側保持溝５６ａは、第３の内側リング部５６の半径方向に長い（２本分の直線部を挿入できる大きさ）矩形状に形成され、内側保持溝５６ａの外周側が、第３の内側リング部５６の外周面に開放されている。

第２の捻り成形治具５５に使用される外側リング部５７（第２の外側リング部５７）には、二重に重ね合わされた第３の導体セグメント２２と第４の導体セグメント２３の２本の直線部２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂのうち、一方の直線部２２ｂ，２３ｂを保持するための外側保持溝５７ａが形成され、この外側保持溝５７ａが、第２の外側リング部５７の周方向にスロット数と同数だけ等間隔に設けられている。この外側保持溝５７ａは、第２の外側リング部５７の半径方向に長い（２本分の直線部を挿入できる大きさ）矩形状に形成され、外側保持溝の内周側が、第１の外側リング部の内周面に開放されている。

第１の捻り成形治具５０と第２の捻り成形治具５５は、第１〜第４の導体セグメント群に捻り成形を行う前、つまり第１の捻り成形治具５０に第１及び第２の導体セグメント群がセットされ、第２の捻り成形治具５５に第３及び第４の導体セグメント群がセットされた状態で、第１の内側リング部５１に形成された内側保持溝５１ａと第１の外側リング部５２に形成された外側保持溝５２ａとの周方向位置、及び第２の内側リング部５６に形成された内側保持溝５６ａと第２の外側リング部５７に形成された外側保持溝５７ａとの周方向位置が、全て一致する様に位置決めされている。

捻り成形装置５は、第１の捻り成形治具５０と第２の捻り成形治具５５の内側リング部５１，５６および外側リング部５２，５７を相対的に周方向に変移させる駆動手段（図示せず）を有している。

本実施例のチャック装置１および捻り成形装置５の動作について以下に具体的に説明する。

まず、第１の導体セグメント２０と第２の導体セグメント２１とを重ね合わせて、一方の直線部２０ａ，２１ａを第１の内側リング部５１に形成された内側保持溝５１ａに差し込み、他方の直線部２０ｂ，２１ｂを第１の外側リング部５２に形成された外側保持溝５２ａに差し込む。同様に、第３の導体セグメント２２と第４の導体セグメント２３とを重ね合わせて、一方の直線部２２ａ，２３ａを第２の内側リング部５６に形成された内側保持溝５６ａに差し込み、他方の直線部２２ｂ，２３ｂを第２の外側リング部５７に形成された外側保持溝５７ａに差し込む。

第１〜第４の導体セグメント２０，２１，２２，２３が、それぞれ第１の捻り成形治具５０及び第２の捻り成形治具５５にセットされた後、駆動手段を駆動する。これにより、第１の外側リング部５２及び第２の外側リング部５７と、第１の内側リング部５１及び第２の内側リング部５６とが、それぞれ相対回転する。本実施例においては、内側リング部５１，５６が回転不能に固定された状態で、外側リング部５２，５７を回転させた。これにより、第１〜第４の導体セグメント２０，２１，２２，２３に設けられるＵ字曲部２０ｃ，２１ｃ，２２ｃ，２３ｃに対し、同時に捻り成形が行われる。捻り成形が施された導体セグメントを、図４に示した第１と第２の導体セグメント２０，２１に捻り成形が施された状態で図６に示した。

Ｕ字曲部２０ｃ，２１ｃ，２２ｃ，２３ｃの捻り成形が終了した後、第１の捻り成形治具５０および第２の捻り成形治具５５を下方へ押し下げ、第１の捻り成形治具５０および第２の捻り成形治具５５から、それぞれ第１〜第４の導体セグメント群を引き抜いた。

つづいて、チャック装置１を下方へ押し下げて、ガイド治具に確保されている環状の空間に第１〜第４の導体セグメント群を取り込む。この時、チャック爪１０１，１１１は後退位置にあり、チャック爪１０１，１１１の先端が第３〜第４の導体セグメント群と干渉することはない。

第１〜第４の導体セグメント群がチャック装置１の所定の位置に保持されたら、チャック装置１を駆動する。以下にチャック装置１の動作を、チャック部１０の動作で説明する。なお、チャック部１１の動作はチャック部１０と同様な動作であるため省略した。

まず、駆動手段３５を駆動してプレート３０を回転させる。プレート３０を回転させることにより、カム機構を介してチャック爪１０１を径方向内側へ所定量だけ移動させる。このチャック爪１０１の移動により、チャック爪１０１により区画される保持空間１０４の幅が減少し、第１〜第４の導体セグメント群の各直線部２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂが保持空間１０４に沿って径方向に並ぶ。チャック爪１０１がさらに移動すると、コイルばね１０３を介して押圧部材１０２が後退位置から径方向内側へ移動する。押圧部材１０２が移動することで、第１〜第４の導体セグメント群の各直線部２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂが押圧部材１０２により、芯金具１００に押しつけられ、径方向に密着した（図７に示した状態）。なお、図７は、各導体セグメント２０，２１，２２，２３の配置の概略を示した図であり、図中の符号の後ろのａとｂで示したそれぞれの直線部は、径方向において異なる導体セグメントの直線部である。

これにより、導体セグメント２の直線部をチャックすることができた。

以後、第１〜第４の導体セグメント群を保持したまま、チャック装置１を移動させ、回転電機の固定子鉄芯が保持された鉄芯ホルダの上方に配置する。その後、第１〜第４の導体セグメント群を押し出して、固定子鉄心に設けられているスロットに挿入する。この結果、同一スロット内の深さ方向に８本の導体セグメント２を挿入することができる。

（チャック装置の動作の変形形態）
本実施例にチャック装置１においては、二つのチャック部１０，１１は同じタイミングで同じ動作をしたが、二つのチャック部１０，１１はそれぞれが異なる動作をしてもよい。

まず、第１の捻り成形治具５０および第２の捻り成形治具５５から、第１〜第４の導体セグメント群を引き抜くときに、第１〜第４の導体セグメント群を捻り成形治具５０，５５から完全に取り出すのではなく、第１〜第４の導体セグメント群の下端部を残した位置であり、チャック部１１のみで導体セグメント群をチャックできる位置まで取り出す。

そして、上記の方法のようにして、第１〜第４の導体セグメント群がチャック装置１の所定の位置に保持する。

その後、上記の方法で、チャック部１１のみを作動させてチャックする。これにより、導体セグメント２の直線部の上方側が保持空間１０４に沿って径方向に並ぶ。

つづいて、導体セグメント群を完全に抜き出し、チャック部１０で導体セグメント群をチャックする。これにより、導体セグメント２の直線部の下方側が保持空間１０４に沿って径方向に並ぶ。これはチャック爪１０１がセグメント２の直線部を干渉により変形させずにチャックするために効果がある。次に、チャック部１０，１１を同時にさらに作動させてセグメント２の直線部全体を密着させる。

本変形形態は、特に、導体セグメント２の直線部の長さが長い場合に、効果を発揮する。具体的には、導体セグメント２の直線部の長さが長いと、直線部の位置のズレを生じやすくなる。直線部の位置がずれた状態でチャックすると、位置がずれた状態で圧縮されるようになり、固定子鉄芯のスロットへの挿入が困難になっていた。

実施例のチャック装置を示した図である。 実施例のチャック装置のチャック爪の動作を示した図である。 実施例のチャック装置のカム機構を示した図である。 導体セグメントを示した図である。 捻り成形装置の各リング部の構成を示した図である。 捻り成形後の導体セグメントを示した図である。 実施例のチャック装置のチャック爪の動作を示した図である。

符号の説明

１：チャック装置 １０，１１：チャック部
１００，１１０：芯金具 １０１，１１１：チャック爪
１０２，１１２：押圧部材 １０３，１１３：コイルばね
２：導体セグメント
３０，３１：プレート ３５：駆動手段
４０：レバー
５：捻り成形装置
５０：第１の捻り成形治具 ５１：第１の内側リング部
５２：第１の外側リング部
５５：第２の捻り成形治具 ５６：第２の内側リング部
５７：第２の外側リング部

Claims (5)

1. コイルを形成したときに該コイルの内周面と一致する外周面を有する芯金部と、
   該芯金部の径方向に変移可能な状態で該芯金部の外周にもうけられた複数のチャック爪と、
   周方向で隣接するふたつの該チャック爪の間で径方向に変移可能な状態で該チャック爪にもうけられた押圧部材と、
   を有し、該チャック爪を変移して該芯金部と二つの該チャック爪とで区画される保持空間内に、ステータコアのスロットに嵌合、挿入されるＵ字状の導体セグメントの直線部を、該導体セグメントが二重に重なった状態で該芯金部の径方向に複数層積層させた状態で挿入し、該押圧部材を径方向内方に変移させて該導体セグメントの該直線部を径方向に圧縮することを特徴とするチャック装置。
2. 前記チャック爪は、径方向に伸びるガイド溝をもち、
   前記押圧部材は、該ガイド溝に往復動可能な状態で挿入されるガイド突部を有し、
   該ガイド溝には、さらに、該ガイド突部を径方向内方に付勢する弾性部材を有する請求項１記載のチャック装置。
3. 前記チャック爪および前記押圧部材を径方向に変移する駆動手段を有する請求項１記載のチャック装置。
4. 前記チャック爪および前記押圧部材を、前記芯金部の軸方向に複数段有する請求項１記載のチャック装置。
5. 前記導体セグメントを捻り成形する捻り成形装置の上部に位置する請求項１記載のチャック装置。

Images