WO2019111569A1

WO2019111569A1 - コイルセグメントの切断方法及びコイルセグメント切断装置

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Publication number: WO2019111569A1
Application number: PCT/JP2018/039465
Authority: WO
Inventors: 裕治宮崎; 宮脇　伸郎
Original assignee: Odawara Engineering Co Ltd
Current assignee: Odawara Engineering Co Ltd
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: US20200303999A1; CN111466069B; EP3716455B1; US11349378B2; EP3716455A1; JP6551961B1; JPWO2019111569A1; CN111466069A; EP3716455A4

Abstract

切断ユニット（１０）は挿入孔（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）を有する支持部材（１２）と、これらに接続する透孔（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）を有する可動部材（１４）とを有している。四角形の透孔（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）の上面の左辺は第１の可動刃で、右辺は第２の可動刃となっている。まず、可動部材１４を右側へ所定量移動させ、セグメント端部（３、５）及び（７）の剥離部（３ａ、５ａ）及び（７ａ）のみを切断し、次いで可動部材（１４）を左側へ所定量移動させ、セグメント端部（４、６、８）の剥離部（４ａ、６ａ、８ａ）のみを切断する。このことにより、コイルセグメントの端部を、高品質な溶接が可能なように、長さを揃えて切断できる。

Description

コイルセグメントの切断方法及びコイルセグメント切断装置

　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コア端面から突出したコイルセグメントの端部（脚部）を切断するコイルセグメントの切断方法及びコイルセグメント切断装置に関する。

　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字形状に曲げ加工してなる複数のコイルセグメント（以下、単にセグメントともいう）をそれぞれ挿入し、コア端面から突出したセグメントの挿入方向先端部（セグメント端部）をツイスト加工して、絶縁被覆材が剥離されている末端の剥離部を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ている。

　ツイスト加工後のセグメント端部はコアの軸心方向に平行な部分を有し、異なるレーン（層）におけるセグメントの上記平行な部分の剥離部同士を密接させた状態でＴＩＧ（Tungsten　Inert　Gas）溶接等で接合するようになっている。
　この場合、剥離部同士のコアの軸心方向における長さが揃っていないと溶接時にブローホール等が生じやすく、製造後の回転電機における経時的な機械的特性又は電気的特性の劣化要因となる。

　この種のセグメント型コイルでは、線材を直線状の状態で所定長さに切断する工程、Ｕ字状に曲げる工程、スロットに挿入する工程、ツイスト加工工程等でのそれぞれの不均一性が積み重なって、ツイスト加工後に剥離部の長さの不揃いが生じ易い。
　このため、溶接時の不具合の発生を抑制すべく、ツイスト加工後に剥離部の先端部をカット（切断）して揃えることが行われている（例えば特許文献１の段落「００４３」及び図１１参照）。

　切断は、接合すべき２本のセグメント端部を固定された支持部材の穴に挿通した状態で、該支持部材に摺動する可動刃を一方向に移動させて剪断力で切断する方法が一般的である。切断工具を用いて手作業で切断することも行われているが、可動刃を駆動機構で移動させる機械式に比べると切断精度は低い。特許文献１では、その図１２に示すように、接合すべき２本のセグメント端部の両側から切断刃を移動させて挟み込んで同時に切断する方法が開示されている。

特開２０１７－９９２２０号公報特開２０１７－９８１６１号公報

　可動刃を一方向に移動させて切断する構成では、図７Ｂに示すように、セグメント端部３、４における剥離部３ａ、４ａの可動刃の移動方向の下流側角部は金属流動で延びてバリＳが生じ易い。
　一方の剥離部４ａでは外側にバリが突出しており、この状態で溶接がなされると、バリ部分が溶接の溶融時にスラグとなって脱落し、スロット内に入り込んで経時的にモータの電気的又は機械的特性を劣化させる懸念があった。
　特許文献１では剥離部の両側から切断刃を回動させて挟み込み同時に切断する構成となっているが、この方法では切断刃の根元側から刃先側へ押し出すように力が作用するため、刃先側に位置する剥離部の外側が膨らんでバリが生じるおそれがある。

　本発明は、このような現状に鑑みて創案されたもので、コイルセグメントの端部を、高品質な溶接が可能なように、長さを揃えて切断することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明のコイルセグメントの切断方法は、ステータ又はロータのコアのスロットに径方向に複数の層を形成するように挿入された複数のコイルセグメントの前記コアの端面から突出したセグメント端部であって互いに接合される第１及び第２のセグメント端部を、接合部分の先端を揃えるために切断するコイルセグメントの切断方法であって、前記第１及び第２のセグメント端部を重ね合わせて支持した状態で、前記第１のセグメント端部を前記第２のセグメント端部に押し付けるように移動する第１の可動刃で、前記第１のセグメント端部を切断し、前記第２のセグメント端部を前記第１のセグメント端部に押し付けるように移動する第２の可動刃で、前記第２のセグメント端部を切断するものである。

　このようなコイルセグメントの切断方法において、前記第１の可動刃で前記第１のセグメント端部を切断するときは、前記第２のセグメント端部を第１の固定刃で受けて支持し、前記第２の可動刃で前記第２のセグメント端部を切断するときは、前記第１のセグメント端部を第２の固定刃で受けて支持するようにしてもよい。

　また、前記第１の可動刃と前記第２の可動刃とが一つの部材に一体に設けられ、該一つの部材を一方向に移動させて前記第１のセグメント端部を切断した後、前記一つの部材を反対方向に移動させて前記第２のセグメント端部を切断するようにしてもよい。

　さらに、前記コアを、前記第１及び第２のセグメント端部が下向きになるように支持した状態で前記第１及び第２のセグメント端部を切断するようにしてもよい。

　また、本発明のコイルセグメント切断装置は、ステータ又はロータのコアのスロットに径方向に複数の層を形成するように挿入された複数のコイルセグメントの前記コアの端面から突出したセグメント端部であって互いに接合される第１及び第２のセグメント端部を、接合部分の先端を揃えるために切断するコイルセグメント切断装置であって、前記第１及び第２のセグメント端部を重ね合わせて支持する支持部材と、前記第１のセグメント端部を前記第２のセグメント端部に押し付けるように移動する第１の可動刃と、前記第２のセグメント端部を前記第１のセグメント端部に押し付けるように移動する第２の可動刃と、前記第１の可動刃で前記第１のセグメント端部を切断し、前記第２の可動刃で前記第２のセグメント端部を切断するように、前記第１の可動刃と前記第２の可動刃とを移動させる駆動機構とを備えるものである。

　このようなコイルセグメント切断装置において、前記第１の可動刃で前記第１のセグメント端部を切断するときに、前記第２のセグメント端部を受けて支持する第１の固定刃と、前記第２の可動刃で前記第２のセグメント端部を切断するときに、前記第１のセグメント端部を受けて支持する第２の固定刃とを備える構成としてもよい。

　また、前記第１の可動刃と前記第２の可動刃とがそれぞれ前記支持部材に対して摺動可能な一つの可動部材と一体に設けられ、前記第１の固定刃と第２の固定刃とがそれぞれ前記支持部材と一体に設けられている構成としてもよい。

　また、前記支持部材が、前記第１及び第２のセグメント端部を挿入する挿入孔を前記可動部材の移動方向に沿って複数備え、前記挿入孔のそれぞれが前記第１の固定刃と前記第２の固定刃とを備え、前記可動部材が、該可動部材が所定の位置にある場合に前記各挿入孔とそれぞれ接続される透孔を複数備え、該透孔のそれぞれが前記第１の可動刃と前記第２の可動刃とを備える構成としてもよい。

　さらに、前記コアを収容して保持し、且つ、前記第１及び第２のセグメント端部が下向きとなるように前記コアの姿勢を変更可能なワーク保持部を備える構成としてもよい。

　本発明によれば、コイルセグメントの端部を、高品質な溶接が可能なように、長さを揃えて切断できる。

本発明の一実施形態に係るコイルセグメント切断装置における、セグメント端部を切断ユニットに挿入する前の状態を模式的に示す図である。図１で示した切断ユニットの分解斜視図である。図１で示した切断ユニットの支持部材の要部底面図である。図１で示したコイルセグメント切断装置による切断動作を示す断面図であり、セグメント端部の剥離部を切断ユニットに挿入した状態を示す図である。図４Ａに続く、各一方のセグメント端部の剥離部を切断した状態を示す図である。図４Ｂに続く、各他方のセグメント端部の剥離部を切断した状態を示す図である。図４Ｂにおける切断動作の詳細を示す拡大断面図で、切断途中の状態を示す図である。図５Ａに続く、オーバーランにより切断した状態を示す図である。図４Ｃにおける切断動作の詳細を示す拡大断面図で、切断途中の状態を示す図である。図６Ａに続く、オーバーランにより切断した状態を示す図である。本発明の実施形態であるコイルセグメント切断装置により切断したセグメント端部の状態を、アーク溶接により接合する場合に得られる効果に着目して模式的に示す図である。従来の方法により切断したセグメント端部の状態の例を示す、図７Ａと対応する図である。本発明の実施形態であるコイルセグメント切断装置による切断したセグメント端部の状態を、レーザーにより接合する場合に得られる効果に着目して模式的に示す図である。従来方法により切断したセグメント端部の状態の例を示す、図８Ａと対応する図である。図１で示した切断ユニットを備えたコイルセグメントの切断装置の概要正面図である。図９で示したコイルセグメント切断装置の概要側面図である。図９で示したコイルセグメント切断装置の概要平面図である。図９で示したコイルセグメント切断装置でワークを下向きにした状態の概要正面図である。図９で示したコイルセグメント切断装置の駆動機構が見えるように、ワーク保持機構を取り除いた状態を示す、図１１と対応する概要平面図である。図９で示したコイルセグメント切断装置の制御部の構成を示す図である。本実施形態に係るコイルセグメント切断装置を組み込んだ回転電機の製造システムを示す概要ブロック図である。

　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。まず、本実施形態に係るコイルセグメント切断装置によるコイルセグメントの切断方法について説明する。
　この切断方法は、図１に示すように、ステータ又はロータのコア２のスロットに径方向に複数の層（ここでは６層）を形成するように挿入された複数のコイルセグメントの、コア２の端面から突出した各端部であるセグメント端部３、４、５、６、７、８の末端を切断する方法である。この切断は、セグメント端部３～８の末端にある剥離部３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７ａ、８ａの先端の位置（コアの軸心方向での高さ）を揃えるために行うものである。なお、図１では円筒状をなすコア２の一部しか表示していない。

　剥離部は、エナメル等の絶縁層を剥離した部分である。図１はＴＩＧ溶接等による接合を行うためにセグメント端部のツイスト加工を行った後の状態を示している。
　セグメント端部３とセグメント端部４、セグメント端部５とセグメント端部６、セグメント端部７とセグメント端部８はそれぞれ隣り合う層のセグメント端部の組であり、これらの組のセグメント端部は、切断後の工程において互いに接合される。

　この例ではセグメント端部３の剥離部３ａと、セグメント端部８の剥離部８ａが、ツイスト加工後に接合相手のセグメント端部の剥離部よりも図で下側に突出しており、先端の位置が揃っていない。
　剥離部の先端の位置が揃っていない状態で溶接を行うと、前述のようにブローホール等が生じやすく、製造後の回転電機における経時的な機械的特性又は電気的特性の劣化要因となる。

　このような懸念を解消すべく、ツイスト加工後にセグメント端部の剥離部の先端の位置を接合相手のセグメント端部と揃えるために、セグメント端部の末端を切断する。この切断は、切断ユニット１０によってなされる。
　切断ユニット１０は、図１及び図２に示すように、後述するコイルセグメント切断装置の不動部分に固定される細長いブロック状の支持部材１２と、この支持部材１２の下面に摺動可能に設けられた、同じく細長いブロック状の可動部材１４とから構成されている。
　図１に示す可動部材１４は、図２におけるＩ－Ｉ線に沿う縦断面を矢示Ｘ方向から見た断面図で示している。

　図２に示すように、支持部材１２は、その長手方向中央部に、隣り合うセグメント端部を２本ずつ挿入するための挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを有しているとともに、上記不動部分に固定するための不図示のネジ孔等を有している。
　可動部材１４は、可動部材１４が図１に示す位置にある状態で挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに対向してこれらに接続される四角形の透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃや、後述する駆動機構に連結するためのネジ孔等を有している。即ち、切断ユニット１０は、コア２の径方向に列状に存在する複数のセグメント端部の各剥離部を一括で切断する構成を有している。

　支持部材１２の各挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、セグメント端部の剥離部を重ね合わせた状態で挿入し易いように、図１で上面側の開口径が大きいテーパ部１２Ａ１、１２Ｂ１、１２Ｃ１と、２本のセグメント端部の剥離部を重ね合わせて透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃへ導く断面四角形のストレート部１２Ａ２、１２Ｂ２、１２Ｃ２とから構成されている。
　各セグメント端部３、４、５、６、７、８の剥離部の先端形状は、挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに挿入し易い山型形状となっている。この剥離部の先端形状は、回転電機の製造システムにおける線材供給時の切断部１０４（図１５参照）の切断刃形状に因る。
　可動部材１４の各透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは、下側に向かって図中左右方向に広がるテーパ面１４Ａ１、１４Ｂ１、１４Ｃ１を有している。

　可動部材１４の各透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃが下側に広がるテーパ形状を有していることにより、図２に示すように、各透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの上面における可動部材１４の長手方向における一方側（Ｌ側の１辺）は鋭角の第１の可動刃１６となり、他方側（Ｒ側の１辺）は鋭角の第２の可動刃１８となっている。したがって、第１の可動刃１６と第２の可動刃１８とが、支持部材１２に対して摺動可能な一つの部材である可動部材１４に一体に設けられている。

　一方、支持部材１２の各ストレート部１２Ａ２、１２Ｂ２、１２Ｃ２の下面では、図３に示すように、支持部材１２の長手方向における一方側（Ｒ側の１辺）が直角の第１の固定刃２０となり、他方側（Ｌ側の１辺）は直角の第２の固定刃２２となっている。したがって、第１の固定刃２０と第２の固定刃２２とが、支持部材１２に一体に設けられている。
　支持部材１２の挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃへの剥離部の挿入は、コア２を移動させてもよいが、図１に白抜き矢印で示すように、本実施形態では切断ユニット１０を上昇させる構成を採用している。重量物であるコア２側を昇降させるよりも比較的軽量の切断ユニット１０側を昇降させた方がエネルギー効率の観点からも望ましい。

　次に図４Ａ～図６Ｂを参照して、切断ユニット１０によるセグメント端部の切断動作を説明する。
　図４Ａは切断ユニット１０を上昇させて各セグメント端部の剥離部を支持部材１２の挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに挿入し、各セグメント端部の剥離部が可動部材１４の透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ内に進入した状態を示している。透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ内への剥離部の進入深さは、長さの不揃いを切断によって無くすことができる最小限の深さとすると、無駄が無く好ましい。

　切断ユニット１０への各セグメント端部の剥離部の挿入が完了すると、図４Ｂに示すように、可動部材１４が後述する駆動機構によって図中右側（矢印Ｒ方向）に所定量移動される。これによりセグメント端部３、５、７の剥離部３ａ、５ａ、７ａの先端が第１の可動刃１６によって切断される。
　切り落とされた切断片３ａ１、５ａ１、７ａ１は、それぞれ透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ内を通って可動部材１４の外部に落下し、不図示の収容凹部に収容される。可動部材１４の各第１の可動刃１６は３組の各２本のセグメント端部のうち一方のセグメント端部３、５、７の剥離部３ａ、５ａ、７ａ（以下、それぞれ「第１のセグメント端部」及び「第１の剥離部」と呼ぶ）のみを切断するように後述する駆動機構を制御する制御部（図１４参照）によって移動量を制御される。

　この場合、各第１の可動刃１６は第１のセグメント端部３、５、７をそれぞれ対応する他方のセグメント端部４、６、８（以下、「第２のセグメント端部」と呼ぶ）に押し付けるように移動する。このため、銅などの軟質な材料からなる各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａは、図５Ａに拡大して示すように、第１の可動刃１６による押圧で図中右側に揃って曲がり（撓み）、曲がりが生じる中で各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａの切断が進行する。上記曲がりが生じるのは、挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに、各剥離部の挿入を可能とするためのクリアランスが存在するので、各剥離部が挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ内で移動する余地があるためである。

　従って、切断後、各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａは、対応する各第２のセグメント端部４、６，８の剥離部４ａ、６ａ、８ａ（以下、「第２の剥離部」と呼ぶ）側へ曲がった形状を維持する。また、第１の可動刃１６の押し切りによるバリは各第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａ側へ延びるように形成される。
　図５Ｂに示すように、第１の可動刃１６の移動は、その刃先が各第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａに少し食い込むようになされる。即ち、第１の可動刃１６の移動量は、左右方向（矢印Ｌ、Ｒ方向）における各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａの幅を少し超えた移動量となる。

　この第１の可動刃１６の過剰移動（オーバーラン）により、切断時における各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａの各第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａ側への曲がりと、バリの発生を第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａ側のみとすることとを確実とならしめている。なお、図５Ｂでは分かり易くするために、各切断片３ａ１、５ａ１、７ａ１にハッチングを付している（図６Ｂにおいても同じ）。

　各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａの切断時、切断されない各第２の剥離部４ａ、６ａ及び８ａはそれぞれ、第１の可動刃１６に対向する第１の固定刃２０で支持される。
　第１の固定刃２０による抗力は各第２の剥離部４ａ、６ａ及び８ａを介して、第１の可動刃１６の進行方向と逆向きに作用し、各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａの背面側（第１の可動刃１６が切り込む側と反対側）を押すように作用する。これによって、軟質材料で構成されているため曲がりが生じる中でも各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａのみの切断が可能となる。

　第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａを切断した状態で停止している可動部材１４は、その後、図４Ｃに示すように、反対方向である図中左側（矢印Ｌ方向）に所定量移動される。
　これにより第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａの先端が第２の可動刃１８によって切断される。切り落とされた切断片４ａ１、６ａ１、８ａ１は、それぞれ透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ内を通って可動部材１４の外部に落下し、不図示の収容凹部に収容される。
　可動部材１４の各第２の可動刃１８は３組の各２本のセグメント端部のうち第２のセグメント端部４、６、８の剥離部である第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａのみを切断するように後述する駆動機構を制御する制御部によって移動量を制御される。

　この場合、各第２の可動刃１８は第２のセグメント端部４、６、８をそれぞれ対応する第１のセグメント端部３、５、７に押し付けるように移動する。このため、第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａは、図６Ａに拡大して示すように、右側への曲がり（撓み）を戻されて反対側である図中左側へ曲げられながら切断される。
　図６Ｂに示すように、第２の可動刃１８の移動量は、その刃先が左右方向（矢印Ｌ、Ｒ方向）における各第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａの幅を超えた移動量となる。

　この第２の可動刃１８の過剰移動（オーバーラン）により、切断時における各第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａの各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａ側への曲がりと、バリの発生を第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａ側のみとすることとを確実とならしめている。各第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａの切断時、既にその先端が切断されている各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａはそれぞれ、第２の可動刃１８に対向する第２の固定刃２２で支持される。
　第２の固定刃２２による抗力は各第１の剥離部３ａ、５ａ、７ａを介して、第２の可動刃１８の進行方向と逆向きに作用し、各第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａの背面側（第２の可動刃１８が切り込む側と反対側）を押すように作用する。これによって、軟質材料で構成されているため曲がりが生じる中でも各第２の剥離部４ａ、６ａ、８ａのみの切断が可能となる。

　本実施形態では可動部材１４を最初に左から右へ移動させ、その後に反対方向に移動させる例を示したが、順序が逆でもよい。また、本実施形態では、セグメント端部を鉛直方向の下向きにした状態で剥離部の先端を切断するので、その切断片はコア２の外部に落下する。このため、切断片がコア２の内部に落下して経時的な機械的特性又は電気的特性の劣化要因となることを防止できる。

　上記のように、各組の２本のセグメント端部の剥離部をそれぞれ相手側へ押し付けるようにして１本ずつ交互に切断することで、図７Ａに示すように、各剥離部に生じるバリＳは、各組の内側に存在することとなる。
　この状態でＴＩＧ溶接等により溶接して各組の剥離部を電気的に接合しても、バリＳが溶融脱落してコア２内に落下することはなく、接合部の一部として冷却固化する。このため、バリＳが、形成されるコイルを利用する回転電機の機械的あるいは電気的特性の劣化をもたらすことを避けられる。また、一般的に各組のセグメント端部は、クランパで両側から矢印Ｆ方向に押圧された状態で溶接されるので、バリ部分が溶融すると、切断時に生じた各剥離部の曲がりと、バリＳにより生じていた隙間ｇも、溶接時の溶融に伴って無くなる。図７Ａにおいて、ハッチングは絶縁性樹脂による被覆層を示している。また、破線は溶接のためのアークを示している。

　図７Ｂには、比較例として、従来行われているように可動刃を１方向に移動させてセグメント端部３、４の各剥離部先端をまとめて切断した場合の状態を、図７Ａと同様に示した。図７Ｂの状態では、セグメント端部４の剥離部４ａに生じるバリが、接合部の外側に存在する。このため、ＴＩＧ溶接等により溶接して各組の剥離部を電気的に接合する際、バリＳが溶融脱落してコア２内に落下する可能性があり、形成されるコイルを利用する回転電機の機械的あるいは電気的特性の劣化要因となるおそれがある。

　次に、図８Ａ及び図８Ｂに基づいて本実施形態の別な観点からの利点を説明する。図７Ａ及び図７Ｂでは、バリＳを強調して示したが、図８Ａ及び図８Ｂでは、剥離部の曲がりを強調して示している。本実施形態においては、上記のように、第１のセグメント端部と第２のセグメント端部のそれぞれの剥離部を、可動刃の移動方向を逆にして別々に切断する。このため、図８Ａに示すように、各剥離部３ａ、４ａが、切断時の押圧で生じた曲がりによって互いに突き当たる状態となる。
　このため、剥離部３ａ、４ａをレーザーを用いて接合する場合に、レーザー光Ｌｂが剥離部３ａ、４ａ間の隙間を通ってセグメント端部３又はセグメント端部４の絶縁層を傷付けることが防止される。

　特許文献１（特開２０１７－９９２２０号公報）で提案されている切断方式の場合、両側から挟み込んで切断すると、各剥離部が互いに相手の移動を規制し合うことに加えて切断終了後のスプリングバック（弾性戻り）によって互いに突き当たるような曲がりは生じない。このため、図８Ｂに示すように、剥離部３ａ、４ａ間に隙間が生じやすく、レーザー光Ｌｂが内部に入り込んでセグメント端部３又はセグメント端部４の絶縁層を傷付ける可能性が高くなる。絶縁層が傷付けられると回転電機の経時的な電気的特性の劣化要因となり得る。

　レーザー光の進入による絶縁層の損傷問題に対処すべく、例えば、特許文献２（特開２０１７－９８１６１号公報）には、平角線を斜めに切断して接合側の側面に皮膜が斜めに残るようにした後、剥離部を曲げて接合面を真っ直ぐに伸ばし、接合面間にレーザー光が進入する隙間が生じないようにした構成が開示されている。
　しかしながら、この方法では導体の切断を伴うため、導電率の低下、ひいてはモータ出力の低下につながる。

　これに対し、本実施形態では、切断時の押圧力で、接合される剥離部に曲がりぐせを付けることにより、導体の切断を伴うことなくレーザー光の進入による絶縁層の損傷問題を解決している。
　即ち、本発明の切断方法によれば、溶接時にバリ部分が溶融脱落してスロット内に入り込む問題と、接合手段がレーザーである場合の絶縁層の損傷問題とを、導電率の低下を来すことなく同時に解決することができる。
　図７Ａ乃至図８Ｂではセグメント端部３、４の組を示したが、セグメント端部５、６の組と、セグメント端部７、８の組についても同様である。

　また、本実施形態では６層のセグメント端部を一括で切断する構成を例示したが、支持部材１２の挿入孔とこれに対応する可動部材１４の透孔の数を増やして第１の可動刃１６、第２の可動刃１８、第１の固定刃２０及び第２の固定刃２２の数を増やせば、８層以上のタイプにも対応することができる。もちろん、同様に４層以下のタイプにも対応可能である。
　特許文献１に記載の方式では、セグメント端部の両側から切断刃を回動させて挟み込んで切断する構成であるため、一つの切断刃が複数のセグメント端部に同時に食い込み、大きな駆動力が必要となる。
　この駆動力は切断すべきセグメント端部の数に比例する。また、回動による挟み込みで導体金属を一方向に押し出す作用が生じるため、上記のように外側へバリが突出する懸念がある。

　これに対し、本実施形態では１本のセグメント端部に対し一つの可動刃が対応し、且つ、可動部材１４の移動は直線移動であるため、低駆動力且つ簡単な構成で多層の一括切断に対応できる。本実施形態は、各組のセグメント端部の剥離部を、交互に相手部材側へ押圧して片方ずつ切断する方式であるため、金属流動によるバリの発生は必ず接合部の内方側となる。

　次に、図９から図１４を参照して切断ユニット１０を備えたコイルセグメント切断装置の構成を具体的に説明する。
　図９に示すように、本実施形態に係るコイルセグメント切断装置３０は、キャスター３２を有して移動可能な水平ベース３４と、水平ベース３４から上下方向に延びる垂直ベース３６と、水平ベース３４に設けられた、可動部材１４を移動させる駆動機構３８と、駆動機構３８の上側で垂直ベース３６に支持されたワーク保持機構４０等を有している。

　駆動機構３８は、水平ベース３４に固定された駆動源であるサーボモータ４２と、サーボモータ４２によって上下方向に移動する昇降プレート４４と、昇降プレート４４上に支持されたリニアモーションガイド４６と、昇降プレート４４上に固定された刃台４８等を備えている。

　リニアモーションガイド４６は、昇降プレート４４に固定されたベース５０と、ベース５０の図９で左端側に支持された駆動源であるサーボモータ５２と、サーボモータ５２の回転に伴って回転するボールネジ部５４（図１３参照）と、ボールネジ部５４に螺合して移動するナット部５６と、ナット部５６に固定されたスライダ５８とを備えている。
　可動部材１４は不図示の挿通孔等を介してスライダ５８に固定されている。刃台４８にはブロック６０、６２が固定され、第１の固定刃２０と第２の固定刃２２（図３参照）を有する支持部材１２は、不図示のネジ孔等を介してブロック６０及びブロック６２にそれぞれ固定されている。
　昇降プレート４４は中央部をサーボモータ４２のロッド４２ａ（図１２参照）に接続され、その両側を、サーボモータ４２の駆動に伴って上下移動する摺動軸６４、６６で支持されている。

　ワーク保持機構４０は、ハンドル６８（図１０参照）で回転するギヤ機構７０と、該ギヤ機構７０に連結されたワーク保持台７２等を備えている。ハンドル６８を回すとワーク保持台７２が図９に示す軸心７４回りに回転し、ワーク７６を下向きにすることができる。
　円筒形状のワーク７６（コア）は、ワーク７６の内部を貫通して上下からワーク７６に嵌め合わされる固定用冶具８０、８２により、ワーク保持台７２に締め付けて固定される。図９はワーク７６がセグメント端部７８を上向きにした状態でワーク保持台７２に保持されて固定された状態を示している。

　セグメント端部７８は、図１で示したセグメント端部３～８を一括で表示している。また、実際コイルを製造する際には、コアとなるワーク７６の全周に放射状に設けられたスロットにコイルセグメントを挿入し、各スロットの挿入方向と反対側からセグメント端部が突出するが、図９乃至図１３では、図を見やすくするため、コイルセグメント切断装置３０により切断される位置のセグメント端部及び、それに対向する位置のスロットから突出するセグメント端部のみを示している。

　ここで、図１４に、コイルセグメント切断装置３０が備える制御部の構成を示す。
　この制御部は、サーボモータ４２，５２の動作を制御する機能を備え、ＣＰＵ９１、不揮発メモリ９２、ＲＡＭ９３、操作部Ｉ／Ｆ９４、操作部９５、駆動部Ｉ／Ｆ９６、通信Ｉ／Ｆ９７と、システムバス９８を備える。
　ＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９３をワークエリアとして、不揮発メモリ９２に記憶されたプログラムを実行することにより、不揮発メモリ９２に記憶されたパラメータ及び操作部９５においてなされたオペレータの操作に従いサーボモータ４２，５２の動作を制御するプロセッサである。
　不揮発メモリ９２に記憶されるパラメータには、昇降プレート４４の移動量や、セグメント端部を切断するための可動部材１４の移動量等がある。
　操作部９５は、キー、ボタン、タッチパネル等、オペレータの操作を受け付けるユニットである。操作部Ｉ／Ｆ９４は、操作部９５においてなされた操作を示す信号をＣＰＵ９１に供給する。
　駆動部Ｉ／Ｆ９６は、ＣＰＵ９１からの指示に従いサーボモータ４２，５２に制御信号を供給するためのインタフェースである。
　通信Ｉ／Ｆ９７は、外部の装置と通信を行うためのインタフェースである。

　次に、図１０は図９の右側から見た側面図で、図１１は平面図である。
　図１０において、符号８３は、ワーク保持台７２に固定されたワーク７６を手動で所定量ずつインデックス回転させることができるインデックスプランジャの操作用レバーを示している。
　コイルセグメント切断装置３０のオペレータがレバー８３を下側へ回動させると、ワーク保持台７２に対するワーク７６のロック状態が解除され、ワーク保持台７２に不図示のベアリングを介して支持されたワーク７６を手動で軸心７５回りに回転させることができる。オペレータがレバー８３を上側へ回動させると、ワーク７６はワーク保持台７２にロックされ、セグメント端部の切断が可能となる。
　セグメント端部の切断を行う場合には、オペレータは、コアの径方向の１列のセグメント端部の切断が終わる毎にレバー８３を下側へ回動させてワーク７６を所定量インデックス回転させた後、レバー８３を上側へ回動させてロックした状態で切断する動作を繰り返す。

　セグメント端部の切断をする場合には、オペレータは、ハンドル６８を回して、図１２に示すように、セグメント端部７８が下向きとなるようにワーク保持台７２を回転させる。
　その後、オペレータは、サーボモータ４２を動作させて昇降プレート４４を所定位置の近傍まで上昇させ、レバー８３を図１０の状態から下側へ回してインデックスプランジャでロック状態を解除してワーク保持台７２を手で所定量インデックス回転させた後、レバー８３を上方へ回動してロックする。
　次に、オペレータは、切断すべき所望のセグメント端部７８の列と図１に示した切断ユニット１０の挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃとが対向した状態で昇降プレート４４を切断位置まで上昇させる。これにより、各セグメント端部３、４、５、６、７、８は図４Ａに示したように支持部材１２の挿入孔１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ内に挿入され、それらの剥離部３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７ａ、８ａが可動部材１４の透孔１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに進入する。

　その後、上記のようにサーボモータ５２が動作して可動部材１４を図１２の右側へ所定量移動させることにより、セグメント端部３、５、７の剥離部３ａ、５ａ、７ａが切断される。その後サーボモータ５２が動作して可動部材１４を左側へ所定量移動させることによりセグメント端部４、６、８の剥離部４ａ、６ａ、８ａが切断される。
　これらの工程と、支持部材１２及び可動部材１４の詳細は、図１乃至図６Ｂを用いて説明した通りである。また、可動部材１４の移動量は、切断する剥離部の厚さや、挿入孔１２Ａ～１２Ｃ及び透孔１４Ａ～１４Ｃの形状及びサイズを考慮して予め定め、不揮発メモリ９２に予め設定しておくとよい。

　次いで、オペレータは、昇降プレート４４を所定量下降（退避）させて各セグメント端部３～８を挿入孔１２Ａ～１２Ｃから抜いた後、レバー８３を操作してワーク７６のロックを解除してワーク７６を周方向に所定量インデックス回転させる。この後オペレータは、再度ワーク７６をロックし、昇降プレート４４を上昇させて可動部材１４を移動させ、次の切断すべきセグメント端部の剥離部を切断する。この動作を繰り返して、全てのセグメント端部における剥離部の先端部の切断を行う。

　全てのセグメント端部の剥離部の切断が完了した後、オペレータが、サーボモータ４２を動作させて昇降プレート４４をホームポジション（最下降位置）に移動させ、ハンドル６８の操作によってワーク保持台７２を上向きに回転させると、ワーク７６を次に処理すべきワークに付け替えられる状態になる。

　図１３は、駆動機構３８が見えるように、ワーク保持機構４０を取り除いた状態を示す図１１と対応する概要平面図である。
　図１３に示すように、スライダ５８には可動部材１４を収容する溝５８ａがボールネジ部５４の軸方向に沿って形成されており、可動部材１４は溝５８ａに収容した後ネジ部材等により固定される。
　なお、ここではワーク７６の回転を手動で行う例について説明したが、自動制御で行ってもよいことはもちろんである。他の工程も含め、コイルセグメント切断装置３０が行うセグメント端部の切断は、コンピュータや制御回路による制御部が、サーボモータやロック機構等の動作を制御して自動的に行うことが可能である。図９乃至図１３では手動のため駆動部を設けていない個所についても、自動化する際には適宜にレバー等の操作部をモータ等の駆動機構に置き換えればよい。

　次に、図１５を参照して上記のコイルセグメント切断装置３０を組み込んだ回転電機の製造システム１００について説明する。

　回転電機の製造システム１００は、線材である平角線が巻かれたボビンが配置された線材供給部１０１と、線材を搬送しながら複数のローラ対でフラットワイズ面とエッジワイズ面の歪みをとる矯正部１０２と、所定長さの線材の両端部に当たる部分において、線材を被覆する絶縁被覆層をレーザー光や切削刃等により剥離する被覆剥離部１０３と、その剥離された部分で線材を所定長さに切断する切断部１０４と、その切断された直線状の線材を同一平面（例えば水平平面）内で所定の形状（例えばＵ字形状）に曲げ加工する１次曲げ部１０５と、１次曲げ部１０５で曲げ加工された線材（１次曲げ成形体）を上記の平面と垂直な平面（例えば垂直平面）内において曲げ加工すると共にその中央部にコイルセグメントのスロット挿入部がコアの径方向にずれるための形状（クランク形状）を付与する２次曲げ部１０６と、２次曲げ部１０６で曲げ加工されて形成されたコイルセグメントを円環状に組み立てるコイル組立部１０７と、組み立てられたコイルセグメントをコアに挿入したときに、コアの端面から突出するセグメント端部をツイスト加工するコイルツイスト部１０８と、ツイスト加工後のセグメント端部を切断して揃える上述したコイルセグメント切断装置３０と、切断後のセグメント端部の接合部分を溶接してコイルを形成する溶接部１０９とから構成されている。

　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。

　２　コア
　３、４、５、６、７、８　セグメント端部
　３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、７ａ、８ａ　剥離部（接合部分）
　１２　支持部材
　１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ　挿入孔
　１４　可動部材
　１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ　透孔
　１６　第１の可動刃
　１８　第２の可動刃
　２０　第１の固定刃
　２２　第２の固定刃
　４０　ワーク保持機構

Claims

　ステータ又はロータのコアのスロットに径方向に複数の層を形成するように挿入された複数のコイルセグメントの前記コアの端面から突出したセグメント端部であって互いに接合される第１及び第２のセグメント端部を、接合部分の先端を揃えるために切断するコイルセグメントの切断方法であって、
　前記第１及び第２のセグメント端部を重ね合わせて支持した状態で、前記第１のセグメント端部を前記第２のセグメント端部に押し付けるように移動する第１の可動刃で、前記第１のセグメント端部を切断し、前記第２のセグメント端部を前記第１のセグメント端部に押し付けるように移動する第２の可動刃で、前記第２のセグメント端部を切断することを特徴とするコイルセグメントの切断方法。
　前記第１の可動刃で前記第１のセグメント端部を切断するときは、前記第２のセグメント端部を第１の固定刃で受けて支持し、前記第２の可動刃で前記第２のセグメント端部を切断するときは、前記第１のセグメント端部を第２の固定刃で受けて支持することを特徴とする請求項１に記載のコイルセグメントの切断方法。
　前記第１の可動刃と前記第２の可動刃とが一つの部材に一体に設けられ、該一つの部材を一方向に移動させて前記第１のセグメント端部を切断した後、前記一つの部材を反対方向に移動させて前記第２のセグメント端部を切断することを特徴とする請求項２に記載のコイルセグメントの切断方法。
　前記コアを、前記第１及び第２のセグメント端部が下向きになるように支持した状態で前記第１及び第２のセグメント端部を切断することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコイルセグメントの切断方法。
　ステータ又はロータのコアのスロットに径方向に複数の層を形成するように挿入された複数のコイルセグメントの前記コアの端面から突出したセグメント端部であって互いに接合される第１及び第２のセグメント端部を、接合部分の先端を揃えるために切断するコイルセグメント切断装置であって、
　前記第１及び第２のセグメント端部を重ね合わせて支持する支持部材と、
　前記第１のセグメント端部を前記第２のセグメント端部に押し付けるように移動する第１の可動刃と、
　前記第２のセグメント端部を前記第１のセグメント端部に押し付けるように移動する第２の可動刃と、
　前記第１の可動刃で前記第１のセグメント端部を切断し、前記第２の可動刃で前記第２のセグメント端部を切断するように、前記第１の可動刃と前記第２の可動刃とを移動させる駆動機構とを備えることを特徴とするコイルセグメント切断装置。
　前記第１の可動刃で前記第１のセグメント端部を切断するときに、前記第２のセグメント端部を受けて支持する第１の固定刃と、
　前記第２の可動刃で前記第２のセグメント端部を切断するときに、前記第１のセグメント端部を受けて支持する第２の固定刃とを備えることを特徴とする請求項５に記載のコイルセグメント切断装置。
　前記第１の可動刃と前記第２の可動刃とがそれぞれ前記支持部材に対して摺動可能な一つの可動部材と一体に設けられ、前記第１の固定刃と前記第２の固定刃とがそれぞれ前記支持部材と一体に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のコイルセグメント切断装置。
　前記支持部材が、前記第１及び第２のセグメント端部を挿入する挿入孔を前記可動部材の移動方向に沿って複数備え、
　前記挿入孔のそれぞれが前記第１の固定刃と前記第２の固定刃とを備え、
　前記可動部材が、該可動部材が所定の位置にある場合に前記各挿入孔とそれぞれ接続される透孔を複数備え、
　該透孔のそれぞれが前記第１の可動刃と前記第２の可動刃とを備えることを特徴とする請求項７に記載のコイルセグメント切断装置。
　前記コアを収容して保持し、且つ、前記第１及び第２のセグメント端部が下向きとなるように前記コアの姿勢を変更可能なワーク保持部を備えることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載のコイルセグメント切断装置。