JP6570100B1 - コイル形成装置及びコイル形成方法 - Google Patents

Abstract

円形ブロック（１１）の外周縁に周方向に等間隔に複数の収容溝（１１ａ）を形成し、これらの収容溝（１１ａ）に内側ロッド（１３）を収容して放射状に且つ径方向に沿って移動可能に配置する。各内側ロッド（１３）に対向するように外側ロッド（３３）を放射状に且つ径方向に沿って移動可能に配置する。コイルセグメント（１８）の一方のスロット挿入部（１８ａ）を内側ロッド（１３）間の隙間（３９）に挿入するとともに保持部材（１９）の挿通孔（１９ｃ）に挿通し、他方のスロット挿入部（１８ｂ）を外側ロッド（３３）間の隙間（４１）に挿入する。その後、外側ロッド（３３）全体を回転させてコイルセグメント（１８）をスロット挿入部（１８ａ）を軸として回動させ、スロット挿入部（１８ｂ）が保持部材（１９）の外周面に当接するタイミングで保持部材（１９）を下降させ、スロット挿入部（１８ｂ）と保持部材（１９）とが干渉しない状態で外側ロッド（３３）全体を更に回転させてコイルセグメントを密接させる。これらの構成により、コイル組み立て作業の能率向上を図る。

Description

本発明は、モータや発電機等の回転電機（回転電気機械）におけるステータやロータのスロットに複数のコイルセグメントを挿入して形成されるセグメント型コイルを形成する（組み立てる）ためのコイル形成装置及びコイル形成方法に関する。

回転電機におけるステータやロータのコイルとして、このステータ又はロータのコアの周方向に沿って配列された複数のスロットに、直線状の所定長さの線材をＵ字形状に加工してなるコイルセグメント（以下、単にセグメントともいう）をそれぞれ挿入し、これらセグメントの自由端側（挿入方向先端側）をツイスト加工した後溶接等により互いに電気的に接合した、いわゆるセグメント型コイルが知られている。この種のコイルセグメントはヘアピンとも称され、その曲げ形状は松葉形状とも称されている。

この種のコイルセグメントの渡り部は、直線状に延びるスロット挿入部（直行部）を異なる層に配置するためのクランク形状を有しており、複数のコイルセグメントを周方向に配置して２層を同時に形成できるようになっている。特許文献１には、回転体の回転軸を中心にして放射状に配置された平板状の薄板ガイドを跨ぐようにＵ字状の導体セグメントを周方向に所定ピッチずつずらして配置して仮組みする構成が開示されている。特許文献１に記載の仮組み装置では、薄板ガイドの上端は径方向外側に向かって上り勾配を有し、配置された導体セグメントは内周側に自重で滑って寄せられるようになっている。そして、薄板ガイド上に２個目以降の導体セグメントが投入される毎に内周側に移動した全ての導体セグメントを、１回前に投入された導体セグメントのターン部（クランク形状部）に入り込ませて整列できるように持ち上げる工程を実施している。

特開２０１６−６３５８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の手法は、上記のように、２個目以降の導体セグメントが投入される毎に内周側に移動した全ての導体セグメントを持ち上げる工程が必要であるため、持ち上げ動作の回数が非常に多く面倒であった。即ち、コイル形成に必要な導体セグメントのほぼ全数に近い数の持ち上げ動作が必要となり、コイル組み立て工程の作業能率を低下させていた。

本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、コイル組み立て作業の能率向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、コイルセグメントを配置する時点で渡り部（クランク形状部）の干渉を回避できるようにコイルセグメントの一方のスロット挿入部（第１スロット挿入部）を回動軸として保持する部材を設け、この部材を所定のタイミングで移動させて他方のスロット挿入部（第２スロット挿入部）との干渉を避けることができるようにした。

具体的には、本発明のコイル形成装置は、ステータ又はロータのスロットに挿入される一対のスロット挿入部とこれらを連結する渡り部とを有するコイルセグメントの第１スロット挿入部が、前記ステータ又はロータの周方向に対応する第１の方向に略等間隔に複数のコイルセグメント分それぞれ挿入される第１受容部を備える内側部材と、前記複数のコイルセグメントの各々の、前記第１スロット挿入部と異なる第２スロット挿入部を、前記第１の方向に略等間隔にそれぞれ挿入される第２受容部を備え、回転により前記各第２スロット挿入部を前記内側部材へ寄るように変位させる外側部材と、前記外側部材の回転時に前記各第１スロット挿入部を前記コイルセグメントの回動軸となるように保持する保持部材と、前記外側部材の回転に伴う前記各第２スロット挿入部と前記保持部材との干渉を回避するように前記保持部材を移動させる機構とを備えるものである。

このようなコイル形成装置において、前記保持部材は前記第１スロット挿入部の長手方向に沿って移動可能であり、且つ前記第１スロット挿入部の前記長手方向の長さを超えて移動可能である構成としてもよい。

さらに、前記内側部材が、前記スロットの数に対応して放射状に配置され前記ステータ又はロータの径方向に対応する第２の方向に移動可能に配置された複数の内側可動部材を備え、前記外側部材が、前記各内側可動部材に対向して放射状に配置され前記第２の方向に移動可能に且つ前記第１の方向に一体として回転可能に配置された複数の外側可動部材を備え、前記各第１スロット挿入部は前記各内側可動部材の間に形成される前記第１受容部に挿入され、前記各第２スロット挿入部は前記各外側可動部材の間に形成される前記第２受容部に挿入される構成としてもよい。

また、前記保持部材が、それぞれ前記各第１スロット挿入部を挿通するための複数の挿通孔であって前記第１の方向に略等間隔に配列された挿通孔を有し、該第１スロット挿入部の長手方向に沿って移動可能であり、前記保持部材の移動によって前記各第１スロット挿入部が前記各挿通孔から抜ける構成としてもよい。

また、前記保持部材が前記コイルセグメントの層の径の違いに応じて交換可能である構成としてもよい。

また、前記保持部材が円板状であり、且つ、それぞれ半円形の２つの部分に分割されており、その各部分を前記コイルセグメントの回動軸と直交する方向に沿って前記コイル形成装置から着脱可能である構成としてもよい。

また、前記各外側可動部材が前記第１の方向に一体として回転することにより、前記各外側可動部材が、前記各内側可動部材の間に挿入されている前記各第１スロット挿入部を、前記内側部材の中心方向に向かって押し込む構成としてもよい。

また、本発明のコイル形成方法は、ステータ又はロータのスロットに挿入される一対のスロット挿入部とこれらを連結する渡り部とを有する複数のコイルセグメントの各第１スロット挿入部を、前記ステータ又はロータの周方向に対応する第１の方向に略等間隔に複数配置して保持部材で保持し、該各第１スロット挿入部を回動軸として前記複数のコイルセグメントを各コイルセグメントが重なるように同一方向に回動させ、１つのコイルセグメントの前記第１スロット挿入部に他のコイルセグメントの、前記第１スロット挿入部と異なる第２スロット挿入部を重ねることにより、１度に２層のコイルセグメント層を形成するコイル形成方法であって、前記各第２スロット挿入部を前記各第１スロット挿入部に重ねる際に、前記保持部材と前記各第２スロット挿入部とが干渉しないように、前記保持部材を移動させるものである。

このようなコイル形成方法において、前記各コイルセグメントの第２スロット挿入部を、放射状に配置され前記第１の方向に一体として回転可能に配置された複数の外側可動部材の間にそれぞれ挿入した状態で前記回動を行い、前記回動の前に、前記複数のコイルセグメントのうち少なくとも１つを、該少なくとも１つのコイルセグメントの渡り部が前記外側可動部材に載って支持されるように前記ステータ又はロータの径方向に対応する第２の方向に対して斜めに配置するとよい。

本発明によれば、コイル組み立て作業の能率向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るコイル形成装置の概要平面図である。 図１のII−II線での概要断面図である。 図１のコイル形成装置における保持部材を示す平面図である。 図３ＡのIII−III線での断面図である。 図１のコイル形成装置における円形ブロックを示す平面図である。 図４ＡのIV−IV線での概要断面図である。 図１のコイル形成装置における天板を示す平面図である。 図５ＡのV−V線での概要断面図である。 図１のコイル形成装置における底板を示す平面図である。 図６ＡのVI−VI線での概要断面図である。 図１のコイル形成装置におけるコイルセグメントの挿入位置を示す要部斜視図である。 図１のコイル形成装置におけるコイルセグメントの配置状態を示す要部拡大平面図である。 図１のコイル形成装置におけるコイルセグメントの配置状態を示す全体平面図である。 図１のコイル形成装置におけるコイルセグメントの配置状態を示す全体斜視図である。 図８の状態から外側ロッドを一体に回転させた状態を示す要部拡大平面図である。 図１１の状態から外側ロッドの回転をさらに進行させた状態を示す要部拡大平面図である。 図１のコイル形成装置における保持部材を下降させた状態を示す、図２と対応する図である。 図１２の状態から外側ロッドの回転をさらに進行させて１層目と２層目のコイル形成が完了した状態を示す要部拡大平面図である。 図１４の状態から外側ロッドと内側ロッドを径方向に移動させて３層目と４層目におけるコイルセグメントのスロット挿入部の挿入隙間を形成した状態を示す要部拡大平面図である。 図１５の状態から３層目と４層目のコイルセグメントを配置した状態を示す要部拡大平面図である。 図１６の状態から外側ロッドを一体に回転させた状態を示す要部拡大平面図である。 図１７の状態から外側ロッドの回転をさらに進行させた状態を示す要部拡大平面図である。 図１８の状態から外側ロッドの回転をさらに進行させて３層目と４層目のコイル形成が完了した状態を示す要部拡大平面図である。 図１９の状態におけるＡ部の拡大水平断面図で、３層目と４層目のコイル形成が完了した際の状態を示す図である。 図２０Ａの状態から外側ロッドを半ピッチ回転させて３層目と４層目を押し込んだ状態を示す図である。 図２０Ｂの状態から次の層のスロット挿入部を挿入する隙間を形成した状態を示す図である。 コイル形成装置により形成されたコイルが挿入されるスロットを備えたステータのコアを示す斜視図である。 回転電機の製造装置を示す概要平面図である。 図２２Ａと対応する概要側面図である。

以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。

図１は本実施形態に係るコイル形成装置１の平面図で、図２は図１のII−II線での拡大断面図である。ただし、図１では後述の天板１７を除いた状態を示している。図２に示すように、コイル形成装置１は、ベース３と、ベース３の中央に垂直に固定された支柱５と、支柱５に一体に固定された支持リング７と、支持リング７の上方から支柱５に挿通されて４本のボルト９で支持リング７に固定された円形ブロック１１と、円形ブロック１１の外周部に周方向に等間隔に形成され、径方向の外側が開口された複数の収容溝１１ａと、各収容溝１１ａに収容されて径方向に移動可能に設けられた内側可動部材としての複数の内側ロッド１３と、円形ブロック１１の下面に固定されて各収容溝１１ａの下面を覆う円板状の底板１５と、円形ブロック１１の上面に固定されて各収容溝１１ａの上面を覆う円板状の天板１７と、底板１５の下面に配置され、コイルセグメント１８の一方のスロット挿入部を保持（拘束）する円板状の保持部材１９と、支柱５の下部にベアリング部材２１を介して回転自在に支持された円板状のベースプレート２３と、ベースプレート２３の周縁に９０°間隔で配置され、下面側からボルト２５で固定された４本の支持軸２７と、これらの支持軸２７の上面にネジ孔２９ａを介して固定され、上面側に周方向に略等間隔に凹部２９ｂ（図１参照）が形成されたリング部材２９と、リング部材２９の凹部２９ｂに外側端部を収容されて固定ネジ３１で固定された外側可動部材としての複数の外側ロッド３３等を有している。以上のうち円形ブロック１１及び複数の内側ロッド１３が内側部材を構成し、リング部材２９及び外側ロッド３３が外側部材を構成する。

図２に示すように、外面を絶縁材で被覆した導体を曲げ加工して形成されるコイルセグメント１８は、直線状に延びるスロット挿入部１８ａ，１８ｂと、これらを連結する渡り部１８ｃとを有するＵ字状の形状である。渡り部１８ｃは、スロット挿入部１８ａ，１８ｂの異なる層への配置（レーンチェンジ）を可能とするクランク形状（屈曲形状）を有している。層とは、複数のコイルセグメントのスロット挿入部が形成する周方向の列であり、コアの径方向に並ぶスロット挿入部の数が層数となる（図２０Ａ〜図２０ＣのＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４参照）。

全体として円板状の保持部材１９は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、半円形の分割プレート１９Ａ，１９Ｂを突き合わせることにより構成されており、全体として中央にベアリング部材２１の外径よりも大きい径の挿通孔１９ａと、４本の長ボルト３５の下端部が螺合されて固定されるネジ孔１９ｂと、外周縁に周方向に略等間隔に形成され、コイルセグメント１８の一方のスロット挿入部（第１スロット挿入部）１８ａが挿通される複数の挿通孔１９ｃとを有している。２層分のコイルを形成した後に次の２層を形成する場合には長ボルト３５から保持部材１９を取り外して交換しなければならないが、保持部材１９は２分割された構成であるので、各分割プレート１９Ａ，１９Ｂをコイル形成装置１に対して支柱５の軸と略直交する方向（挿通孔１９ｃに挿通されたスロット挿入部１８ａの長手方向と略直交する方向でもある）に引き出して取り外し、新たな分割プレート１９Ａ，１９Ｂを同方向から挿入して容易に交換することができる。この交換は、後述のように、保持部材１９を、図２に示す状態よりも下降（支柱５に沿って底板１５から離れる方向に移動）させた状態で行う。保持部材１９は、２分割に限らず、３分割以上の構成としてもよい。

この保持部材１９は、円形ブロック１１に対しては固定されていない。保持部材１９は長ボルト３５に対して固定されているが、長ボルト３５は、円形ブロック１１との関係では挿通孔１１ｄ（図４Ａ及び図４Ｂ参照）に挿通されるのみで、円形ブロック１１に対しては固定されておらず、同様に長ボルト３５は天板１７及び底板１５にも固定されていない。
また、図２において、長ボルト３５は不図示の支持機構で下方に落下しないように支持されている。換言すれば、上記支持機構は保持部材１９が落下しないように、即ち、コイルセグメント１８の一方のスロット挿入部１８ａを保持した状態を維持するように長ボルト３５を支持している。

円形ブロック１１は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、内側ロッド１３を収容する複数の収容溝１１ａと、支柱５を挿通するための挿通孔１１ｂと、ボルト９を挿通するための挿通孔１１ｃと、長ボルト３５を挿通するための挿通孔１１ｄと、底板１５と天板１７とを固定するためのネジ孔１１ｅとを有している。収容溝１１ａは５°間隔で７２個形成されている。従って、各収容溝１１ａに収容された内側ロッド１３も５°間隔で７２個放射状に設けられており、収容溝１１ａ内を径方向に移動可能に収容されている。収容溝１１ａは径方向に放射状に突出する突縁１１ｆによって区画される空間である。

天板１７は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、支柱５を挿通するための挿通孔１７ａと、長ボルト３５を挿通するための挿通孔１７ｂと、天板１７を円形ブロック１１に固定するためのネジを挿通する挿通孔１７ｃと、外周縁に周方向（コイル形成装置１により形成されるコイルを挿入するステータ又はロータ（図２１参照）の周方向に対応する第１の方向）に略等間隔に形成された複数のネジ孔１７ｄとを有している。図２に示すように、各ネジ孔１７ｄには固定ネジ３７が螺合されており、固定ネジ３７で内側ロッド１３の上面を押圧することにより、内側ロッド１３は径方向（上記ステータ又はロータの径方向に対応する第２の方向）の任意の位置で固定される。即ち、固定ネジ３７は内側ロッド１３の位置調整部材として機能する。図１に示すように、各外側ロッド３３には長穴３３ａが形成されており、径方向の固定位置を調整できるようになっている。各外側ロッド３３は各内側ロッド１３に対向して配置されており、従って外側ロッド３３も５°間隔で７２個放射状に設けられている。本実施形態では５°間隔で内側ロッド１３及び外側ロッド３３を放射状に配置しているが、配置間隔（配置角度）はこれに限定されない。

各内側ロッド１３の下面を支持する支持部材である底板１５は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、支柱５を挿通するための挿通孔１５ａと、長ボルト３５を挿通するための挿通孔１５ｂと、底板１５を円形ブロック１１に固定するためのネジを挿通する挿通孔１５ｃとを有している。

上記構成のコイル形成装置１におけるコイルセグメント１８の配置について説明する。コイルセグメント１８は、図７に示すように、一方のスロット挿入部１８ａが円周方向における隣接する内側ロッド１３間に形成される第１受容部である隙間３９に挿入され、且つ、保持部材１９の挿通孔１９ｃに挿通される。即ち、一方のスロット挿入部１８ａは保持部材１９の挿通孔１９ｃに挿通されることによりその位置を拘束され、コイルセグメント１８の回動時の回動軸となる。一方のスロット挿入部１８ａが挿入される隙間３９の径方向内側は突縁１１ｆで区画されている。なお、図７では内側ロッド１３と外側ロッド３３との関係を分かり易くするために、円形ブロック１１の高さを大きく表示している（図１０において同じ）。実際には、図２に表れるように、内側ロッド１３及び外側ロッド３３は、円形ブロック１１と同程度の高さを有する。

コイルセグメント１８の他方のスロット挿入部（第２スロット挿入部）１８ｂは、図８に示すように、円周方向における隣接する外側ロッド３３間に形成される第２受容部である隙間４１に挿入される。本実施形態では、コイルを電源に接続するために３種類の異形のコイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが配置されている。本実施形態では渡り部１８ｃの幅が最も小さいコイルセグメント１８Ｂは６本配置され、その跨ぎ角（コイルを形成した状態（図１４の状態）においてスロット挿入部１８ａ，１８ｂが配置される隙間３９間の角度）は２５°である。コイルセグメント１８Ａは６０本配置され、その跨ぎ角は３０°である。渡り部１８ｃの幅が最も大きいコイルセグメント１８Ｃはコイルセグメント１８Ｂの上から６本配置され、その跨ぎ角は３５°である。これらの跨ぎ角を有するように配置された各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが回動したときに密接に重なって２層を形成するように、配置当初から外側ロッド３３間の隙間４１へのスロット挿入部１８ｂの挿入位置がコイルセグメントの種類毎に設定されている。

即ち、図８に示すように、コイルセグメント１８Ａのスロット挿入部１８ｂは、スロット挿入部１８ａを挿入した隙間３９から見て円周方向に時計回りに１つずれた位置の隙間４１に挿入し、コイルセグメント１８Ｂのスロット挿入部１８ｂは、スロット挿入部１８ａを挿入した隙間３９と対向する隙間４１に挿入し、コイルセグメント１８Ｃのスロット挿入部１８ｂは、スロット挿入部１８ａを挿入した隙間３９から見て円周方向に時計回りに２つずれた位置の隙間４１に挿入している。なお、スロット挿入部１８ａとスロット挿入部１８ｂとを、それぞれ円周方向にｎ個ずれた位置の隙間に挿入する配置を、「ｎ個飛び」と呼ぶことにする。

図８に示した配置の他、コイルセグメント１８Ａを２個飛び、コイルセグメント１８Ｂを１個飛び、コイルセグメント１８Ｃを３個飛びとしてもよい。このようにすれば、コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの全てが径方向に対して斜めに配置され、全てのコイルセグメントの渡り部１８ｃが外側ロッド３３の上面で支持されることになる。図９は図８で部分的に示した各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの配置状態を示す全体平面図、図１０は全体斜視図である。
なお、図８〜図１０の例では、「ｎ個飛び」における「ずれ」の方向は時計回りであるが、コイルセグメントの形状によっては反時計回りの「ずれ」を採用することも可能である。

次に、図８〜図１０に示した状態から各外側ロッド３３を一体に支持するリング部材２９を時計回り（コイルセグメントの渡り部１８ｃが湾曲している方向）に回転させると、図１１に示すように、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃはスロット挿入部１８ａを回動軸として、スロット挿入部１８ｂを外側ロッド３３で押されながら変位し、内側ロッド１３側へ寄るように回動する。即ち、スロット挿入部１８ｂは、該スロット挿入部１８ｂが挿入された隙間４１を構成する外側ロッド３３のうち回転方向後方側の外側ロッド３３の回転方向前方側の側面で押圧されながら、且つ該側面を滑りながら変位する。コイルセグメントの回動が進行すると、図１２に示すように、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの径方向での重なり度（密接度）が高まるが、図７から明らかなように、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃのスロット挿入部１８ｂが保持部材１９の外周面１９ｄに当接するため、それ以上の密接状態は得られない。

ここで、保持部材１９に固定された４本の長ボルト３５を支持している支持機構が動作して長ボルト３５を解放すると、図１３に示すように、保持部材１９は下降（落下）し、スロット挿入部１８ｂの回動域から退避すると共に、スロット挿入部１８ａを解放する。これにより、スロット挿入部１８ｂと保持部材１９との干渉は解消（回避）され、リング部材２９の更なる回転が可能となる。最終的に図１４に示すように、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが密接に重なった２層のコイルセグメント層Ｗ１が形成される。この状態では、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの一方のスロット挿入部１８ａは、他のコイルセグメントの他方のスロット挿入部１８ｂと重なる（図２０Ａ〜図２０ＣのＬ１及びＬ２参照）。逆に言えば、このような重なりができるように各コイルセグメントの跨ぎ角及び配置を定める。保持部材１９を下降させるタイミングは、他方のスロット挿入部１８ｂが保持部材１９の外周面に当接したタイミングでもよく、当接する直前のタイミングでもよい。

従来では、コイルセグメントを斜めではなく径方向に沿って配置することが行われているが、この場合、跨ぎ角が異なるコイルセグメントを同時に配置することはできない。このため、他方のスロット挿入部を所定量回転変位させてから次の種類のコイルセグメントを径方向に沿って配置する動作を異形のコイルセグメント毎に繰り返さなければならず、面倒であった。本実施形態の如く、最初から跨ぎ角の違いを吸収できるように斜めに配置すれば、跨ぎ角が異なるコイルセグメントを一度に配置することができ、コイルセグメントの配置作業の効率化を図れる。

次に、３層目及び４層目を形成する動作について説明する。図１４から明らかなように、最初の２層が形成された状態では円周方向における内側ロッド１３間には隙間３９は存在せず、次の層を形成するためのコイルセグメント１８の配置ができない。このため、図１５に示すように、固定ネジ３１を緩めて各外側ロッド３３を径方向外側にずらすと共に、固定ネジ３７を緩めて各内側ロッド１３を径方向外側にずらして内側ロッド１３間に隙間３９を新たに形成する。図１５において、符号ｍは内側ロッド１３の径方向への移動量を示す。外側ロッド３３も同様の移動量となる。

また、内側ロッド１３及び外側ロッド３３の位置調整の前又は後に、１層目及び２層目の形成に用いた保持部材１９を長ボルト３５から取り外し、３層目及び４層目に適した径の保持部材１９に交換する。交換後、長ボルト３５を図２に示す上限位置（保持部材１９が底板１５に当接又は近接する位置）に移動させ、不図示の支持機構で支持する。
以上の後、図１６に示すように、図７〜図１０の場合と同様に各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの一方のスロット挿入部１８ａを新たに形成された隙間３９及び保持部材１９の挿通孔１９ｃに挿入し、外側ロッド３３間の隙間４１に他方のスロット挿入部１８ｂを挿入して全てのコイルセグメント１８を配置する。

図１６に示す状態からリング部材２９を時計回り方向に回転させると、図１７に示すように、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃはスロット挿入部１８ａを回動軸として、スロット挿入部１８ｂを外側ロッド３３で押されながら変位し、内側ロッド１３側へ寄るように回動する。回動が進行すると、図１８に示すように、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの径方向での密接度が高まるが、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃのスロット挿入部１８ｂが交換後の保持部材１９の外周面に当接するため、それ以上の密接状態は得られない。

ここで、保持部材１９に固定された４本の長ボルト３５を支持している支持機構が動作して長ボルト３５を解放すると、保持部材１９は下降し、スロット挿入部１８ｂの回動域から退避すると共に、スロット挿入部１８ａを解放する。これにより、スロット挿入部１８ｂと保持部材１９との干渉は解消され、リング部材２９の更なる回転が可能となり、最終的に図１９に示すように、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが密接に重なった２層のコイルセグメント層Ｗ２が最初に形成された２層のコイルセグメント層Ｗ１に隣接して形成される。上記の動作を繰り返すことにより複数層を容易に形成することができる。

上記のように、一方のスロット挿入部１８ａを保持部材１９で保持して回動軸とすることにより、各コイルセグメント１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃをその渡り部１８ｃが他のコイルセグメントの下に入り込んだ状態で配置することができ、特許文献１のように渡り部を入り込ませるための持ち上げ動作も不要となる。また、保持部材１９の、スロット挿入部１８ｂとの干渉を解消するための移動は、２層分の全てのコイルセグメントの配置が終わった後に一括で行うことができ、１つのコイルセグメントの配置毎に行う必要がないので、効率的である。

図２０Ａに示すように、３層目と４層目のコイルセグメントの層形成が終了した段階では３層目と４層目は若干周方向にずれ、且つ、内側ロッド１３の外端よりも外側ロッド３３側へ突出している。この状態を改善するためには、図２０Ｂに示すように、例えば各外側ロッド３３が周方向に半ピッチ（Ｐ／２）ずれるようにリング部材２９を回動させるとよい。このようにすれば、外側ロッド３３の先端面によって４層目Ｌ４が円形ブロック１１の中心方向に向かって内側ロッド１３側へ押し込まれ、３層目Ｌ３及び４層目Ｌ４を、先の１層目Ｌ１及び２層目Ｌ２と共に内側ロッド１３の隙間３９に整列した状態で収容することができる。この状態で３層目及び４層目の下方の外周面をリング状部材で拘束すれば、次の層（５層目、６層目）を形成する場合に３層目、４層目が乱れることを防止できる。この外側ロッド３３によるコイルセグメントの押し込み及びリング状部材による拘束は、１層目と２層目のコイルセグメントの層形成が終わった段階や５層目以降のコイルセグメントの層形成が終わった段階においても同様に実施し、同様な効果を得ることができる。

また、図２０Ｃに示すように、３層目及び４層目のコイルセグメントの層形成が終わった時点で、図２０Ｂの状態のまま外側ロッド３３と内側ロッド１３を径方向外側に移動させて５層目及び６層目の一方のスロット挿入部１８ａを挿入するための隙間３９を形成すれば、四方を全て区画された隙間３９を形成することができ、隙間３９の径方向外側が開放されている場合（図１５参照）に比べて挿入が容易且つ確実となる。同様に四方を全て区画された隙間３９を形成することは、１層目及び２層目のコイルセグメントの層形成が終わった段階や５層目以降のコイルセグメントの層形成が終わった段階でも同様に実施し、同様の効果を得ることができる。

所望の層数のコイル形成（組み立て）が終了すると、不図示の移動機構によりコイル形成装置１が図２１に示すステータのコア７０の上方に位置付けられ、且つ、スロット７０ａにスロット挿入部の下端部が挿入された状態での位置決めがなされる。図２０Ｃの状態で隣接する内側ロッド１３の間の１箇所の隙間３９に配置されている各層のスロット挿入部が、１つのスロット７０ａに挿入され、各隙間３９に配置されているスロット挿入部が、対応するスロット７０ａに挿入される。その後、全ての内側ロッド１３が内側へ移動されるとともに全ての外側ロッド３３が外側へ移動され、これにより組み立てられた（編み込まれた）コイルグメント１８の各層からなるコイルが解放されてスロット７０ａへ矢印Ａで示す方向に落とし込まれ、挿入が完了する。従来では、編み込んだコイルをコイル形成装置から一旦引き抜いてコアのスロットに挿入することが行われているが、本実施形態の構成によれば引き抜き工程が不要で、引き抜き過程で層が乱れる心配もなく編み込んだ状態のままでスロットに落とし込むことができる利点を有している。ここではステータのコアへの挿入例を示したが、ロータのコアについても同様に実施することができる。

本実施形態において、多数の内側ロッド１３と外側ロッド３３の位置を手動で調整する構成としても、カム溝やサーボモータ等を用いて全ての内側ロッド１３と外側ロッド３３を同時に移動させる構成としてもよい。また、保持部材１９の各分割プレート１９Ａ，１９Ｂを、支柱５の軸方向と略直交する方向からそれぞれ自動的に挿入して交換する構成としてもよい。また、コイルセグメント１８もロボット等により自動的に配置する構成としてもよい。即ち、本発明の技術思想に基づき、コイルセグメント１８の配置、各外側ロッド３３の一体的な回転（上述の例ではリング部材２９の回転によって実現したが他の手段を用いてもよい）、保持部材１９の昇降及び交換、隙間３９の形成のための内側ロッド１３と外側ロッド３３の位置調整等を自動化することにより、所望の層数のセグメントコイルを自動で形成する装置を構築することができる。

以下に、図２２Ａ及び図２２Ｂを参照して、上記のコイル形成装置１を組み込んだ回転電機の製造装置１００、即ち、線材の供給からコイル形成（コイル組み立て）までを自動的に行うシステムの一実施形態について説明する。

回転電機の製造装置１００は、コイルセグメント成形装置５０と、コイルセグメント成形装置５０で成形されたコイルセグメントを回転電機の周方向に沿って円環状に配列されたスロットに対応させてアセンブルするコイル形成装置１とを備えている。コイルセグメント成形装置５０は、線材供給部５１と、線材供給部５１から供給された所定長さの直線状の線材を平面（本実施形態では図中のｘｙ平面）内で所定の形状（この例ではＵ字形状）に曲げ加工する１次曲げ部５２と、１次曲げ部５２で曲げ加工されたコイルセグメント（１次曲げ成形体）をこのコイルセグメントのスロット挿入方向及び上述の平面と垂直な平面（本実施形態では図中のｙｚ平面）内において曲げ加工すると共に、渡り部１８ｃに該当する部分にクランク形状を付与する２次曲げ部５３とを備えている。

線材供給部５１は、ボビン５５と、供給方向転換部５６と、矯正搬送部５７と、剥離部５８と、切断部５９とを備えている。ボビン５５には、表面が絶縁層で被覆された平角線である線材５４が巻かれている。供給方向転換部５６は、ボビン５５から線材５４を引き出して供給方向を変える。矯正搬送部５７は、線材５４の広幅のフラットワイズ面を挟持して搬送する複数のローラ対５７ａと、線材５４の狭幅のエッジワイズ面を挟持して搬送する複数のローラ対５７ｂとを備え、線材５４の長手方向の歪みを矯正する。剥離部５８は、歪みが矯正された線材５４の所定の長さ毎に設けた剥離領域における絶縁層（被膜）を剥離する線材の被膜剥離装置である。切断部５９は、剥離部５８を通過した線材５４を上記剥離領域の位置で切断する。
剥離部５８は、切削部材によって剥離領域（絶縁層を剥離すべき部位）を削って絶縁層を剥離する機械的な剥離方式のものを採用することができる。切断部５９は、各剥離領域の中央部で線材５４を切断する。従って、切断部５９によって切断された線材５４は、所定長さであって両端部において絶縁層が除去されたものとなる。

１次曲げ部５２は、切断部５９による切断後の線材５４をそれぞれＵ字曲げ加工して１字曲げ成形体２８を形成する。Ｕ字形状の１次曲げ成形体２８は、１次曲げ部５２と２次曲げ部５３との間に配置された移送機構６０によって２次曲げ部５３へ移送される。移送機構６０はエアシリンダによる１対のチャック部（図示無し）を備えており、この１対のチャック部は１次曲げ成形体２８の両脚部（１対のスロット挿入部１８ａ，１８ｂに相当）が曲げによって旋回してくる範囲にチャック片が開放された状態で待機している。チャック部が１次曲げ成形体２８の両脚部を把持すると、移送機構６０は上昇して１次曲げ部５２から１次曲げ成形体２８を外し、２次曲げ部５３へ移送する。移送機構６０で移送された１次曲げ成形体２８はその両脚部の端部が把持部材６１で把持される。１次曲げ成形体２８を把持部材６１に受け渡した移送機構６０が退避してスペース的にコイルエンド部（渡り部１８ｃに相当）側が開放された状態で、このコイルエンド部に対して２次曲げ部５３による段差形状（クランク形状）の曲げを含む曲げ加工がなされる。

２次曲げ部５３による曲げ加工を終えた２次曲げ成形体（コイルセグメント１８）は、順次不図示のロボットによって、コイル形成装置１に、図７等を用いて説明したようにスロット挿入部１８ａ，１８ｂをそれぞれ間隙３９，４１に挿入するように配置する。全周への配置が完了すると、複数の外側ロッド３３を一体的に回転させることにより、各コイルセグメント１８を回動させる。
次に、コイルセグメント１８のスロット挿入部１８ｂが保持部材１９の外面に当接するタイミングで、不図示の支持機構が長ボルト３５を解放して、あるいは長ボルト３５を下降させて保持部材１９を下降させ、保持部材１９と他方のスロット挿入部１８ｂとの干渉を解消した状態で最終的な締めを行う。

なお、図２２Ａ及び図２２Ｂに示す構成では、線材供給部５１の供給方向転換部５６、矯正搬送部５７、剥離部５８及び切断部５９と、１次曲げ部５２とが図２２Ａにて横方向に一列状に配置され、２次曲げ部５３が１次曲げ部５２に対して図２２Ａにて下側に配置され、コイル形成装置１が２次曲げ部５３に対して図２２Ａにて左側に配置されている。しかし、これら供給方向転換部５６、矯正搬送部５７、剥離部５８、切断部５９、１次曲げ部５２、２次曲げ部５３及びコイル形成装置１が図２２Ａにて横方向に一列状に配置されていても良い。即ち、コイルセグメントの成形部とコイル形成装置（コイルの組立部）との相対的な配置位置（レイアウト）の制限はない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形・変更が可能である。上述した本発明の構成は、一部のみ取り出して実施することもできるし、以上の説明の中で述べた変形は、相互に矛盾しない限り任意に組み合わせて適用可能である。本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ コイル形成装置
１３ 内側ロッド
１９ 保持部材
１８ａ，１８ｂ スロット挿入部
１８ｃ 渡り部
３３ 外側ロッド

Claims (9)

1. ステータ又はロータのスロットに挿入される一対のスロット挿入部とこれらを連結する渡り部とを有するコイルセグメントの第１スロット挿入部が、前記ステータ又はロータの周方向に対応する第１の方向に略等間隔に複数のコイルセグメント分それぞれ挿入される第１受容部を備える内側部材と、
   前記複数のコイルセグメントの各々の、前記第１スロット挿入部と異なる第２スロット挿入部を、前記第１の方向に略等間隔にそれぞれ挿入される第２受容部を備え、回転により前記各第２スロット挿入部を前記内側部材へ寄るように変位させる外側部材と、
   前記外側部材の回転時に前記各第１スロット挿入部を前記コイルセグメントの回動軸となるように保持する保持部材と、
   前記外側部材の回転に伴う前記各第２スロット挿入部と前記保持部材との干渉を回避するように前記保持部材を移動させる機構とを備えることを特徴とするコイル形成装置。
2. 前記保持部材は前記第１スロット挿入部の長手方向に沿って移動可能であり、且つ前記第１スロット挿入部の前記長手方向の長さを超えて移動可能であることを特徴とする請求項１に記載のコイル形成装置。
3. 前記内側部材が、前記スロットの数に対応して放射状に配置され前記ステータ又はロータの径方向に対応する第２の方向に移動可能に配置された複数の内側可動部材を備え、
   前記外側部材が、前記各内側可動部材に対向して放射状に配置され前記第２の方向に移動可能に且つ前記第１の方向に一体として回転可能に配置された複数の外側可動部材を備え、
   前記各第１スロット挿入部は前記各内側可動部材の間に形成される前記第１受容部に挿入され、前記各第２スロット挿入部は前記各外側可動部材の間に形成される前記第２受容部に挿入されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル形成装置。
4. 前記保持部材が、それぞれ前記各第１スロット挿入部を挿通するための複数の挿通孔であって前記第１の方向に略等間隔に配列された挿通孔を有し、該第１スロット挿入部の長手方向に沿って移動可能であり、前記保持部材の移動によって前記各第１スロット挿入部が前記各挿通孔から抜けることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコイル形成装置。
5. 前記保持部材が前記コイルセグメントの層の径の違いに応じて交換可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のコイル形成装置。
6. 前記保持部材が円板状であり、且つ、それぞれ半円形の２つの部分に分割されており、その各部分を、前記コイルセグメントの回動軸と直交する方向に沿って前記コイル形成装置から着脱可能であることを特徴とする請求項５に記載のコイル形成装置。
7. 前記各外側可動部材が前記第１の方向に一体として回転することにより、前記各外側可動部材が、前記各内側可動部材の間に挿入されている前記各第１スロット挿入部を、前記内側部材の中心方向に向かって押し込むことを特徴とする請求項３に記載のコイル形成装置。
8. ステータ又はロータのスロットに挿入される一対のスロット挿入部とこれらを連結する渡り部とを有する複数のコイルセグメントの各第１スロット挿入部を、前記ステータ又はロータの周方向に対応する第１の方向に略等間隔に複数配置して保持部材で保持し、該各第１スロット挿入部を回動軸として前記複数のコイルセグメントを各コイルセグメントが重なるように同一方向に回動させ、１つのコイルセグメントの前記第１スロット挿入部に、他のコイルセグメントの、前記第１スロット挿入部と異なる第２スロット挿入部を重ねることにより、１度に２層のコイルセグメント層を形成するコイル形成方法であって、
   前記各第２スロット挿入部を前記各第１スロット挿入部に重ねる際に、前記保持部材と前記各第２スロット挿入部とが干渉しないように、前記保持部材を移動させることを特徴とするコイル形成方法。
9. 請求項８に記載のコイル形成方法であって、
   前記各コイルセグメントの第２スロット挿入部を、放射状に配置され前記第１の方向に一体として回転可能に配置された複数の外側可動部材の間にそれぞれ挿入した状態で前記回動を行い、
   前記回動の前に、前記複数のコイルセグメントのうち少なくとも１つを、該少なくとも１つのコイルセグメントの渡り部が前記外側可動部材に載って支持されるように前記ステータ又はロータの径方向に対応する第２の方向に対して斜めに配置することを特徴とするコイル形成方法。

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