特許 7330334 巻線装置および固定子製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-10

(45)【発行日】2023-08-21

(54)【発明の名称】巻線装置および固定子製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/04 20060101AFI20230814BHJP

   H02K 15/085 20060101ALI20230814BHJP

【ＦＩ】

H02K15/04 Z

H02K15/085

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022121471

(22)【出願日】2022-07-29

【審査請求日】2023-06-14

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】牧野 宏明

(72)【発明者】

【氏名】森 大介

【審査官】宮崎 賢司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２４６２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７２１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９５６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００９１８０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－０９８７７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １５／０４

Ｈ０２Ｋ １５／０８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定のパラ数の素線を有するパラ素線によりコイルを形成し、前記コイルを、複数の固定子スロットが形成された固定子鉄心に巻き付ける巻線装置であって、
前記パラ素線を巻き付けるボビンと、
前記ボビンから供給される前記パラ素線が巻き付けられて前記コイルが形成される巻枠と、
前記ボビンから供給される前記パラ素線を前記巻枠に巻き付けるフライヤと、
前記巻枠の下方に配されて、前記巻枠から落下した前記コイルを受けて、前記コイルを前記固定子スロットに挿入するコイル挿入装置と、
前記巻枠と前記コイル挿入装置との間に必要に応じて介在して、前記巻枠から落下した前記コイルを受けて前記コイルを反転させた上で前記コイル挿入装置に前記コイルを落下させる反転装置と、
を備えることを特徴とする巻線装置。

【請求項2】

前記反転装置は、
前記巻枠から落下した前記コイルを受ける回動板と、
前記回動板を反転させる回動軸と、
前記回動軸を回動させる軸回動駆動部と、
前記回動軸を軸方向に駆動する軸方向駆動部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。

【請求項3】

前記反転装置は、前記コイルが前記固定子鉄心に巻き付けられた状態を想定したときに前記固定子鉄心の径方向および軸方向に平行な仮想平面に沿って前記コイルを反転させることを特徴とする請求項２に記載の巻線装置。

【請求項4】

前記反転装置は、前記コイルが前記固定子鉄心に巻き付けられた状態を想定したときに前記固定子鉄心の径方向および周方向に平行な仮想平面に沿って前記コイルを反転させることを特徴とする請求項２に記載の巻線装置。

【請求項5】

前記コイル挿入装置または前記巻枠は、
前記巻枠から前記コイル挿入装置に直接に前記コイルを落とす場合に、前記コイルをガイドするために落下の経路の一部に伸ばすように構成された複数のガイド棒を有することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。

【請求項6】

固定子鉄心の組立てを行う固定子鉄心組立てステップと、
巻線の製造を行う巻線製造ステップと、
前記巻線を前記固定子鉄心に挿入する挿入ステップと、
を有し、
前記巻線製造ステップは、
所定のパラ数の素線を有するパラ素線を巻枠に巻き付けてコイルを形成するコイル形成ステップと、
前記コイルを反転させるか否かを判定するステップと、
反転させると判定されなかった場合は、複数のガイド棒を伸ばし、前記巻枠から前記コイルをコイル挿入装置に落とす第１のケースのステップと、
反転させると判定された場合は、反転装置を前記巻枠の下方に移動させ、前記巻枠から前記コイルを前記反転装置に落とした後に、前記コイルを前記コイル挿入装置に落とす第２のケースのステップと、
を有することを特徴とする固定子製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、巻線装置および固定子製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

低・脱炭素化社会の実現に向け、電動車両の普及が進む。これらの駆動モータおよび発電機は広域な可変速運転が求められるため、ターン数が小さく大電流を流す構成が用いられる。モータの効率および熱的な制約のため、１ターンあたりの導体断面積を大きく設計する必要がある。この場合、ステータスロットへの収納効率の観点から、径の小さい素線を複数本束ねたパラ巻線がしばしば用いられる。パラ巻線は、素線１本あたりの断面積が小さく、表皮近接効果による損失の抑制が期待できる。一方、束ねられた素線（パラ素線）は電気的には並列接続され、中性点とコイル端子の間に閉回路が形成される。パラ素線がステータスロット内に収められたとき、素線位置の違いによるインダクタンスのばらつきが生じ、これに起因して、並列素線間の循環電流が生じ、損失となることが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５４４１４７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

パラ巻線の循環電流による損失を抑制する手段として、束の中での素線の位置関係を入れ替える方法（転位）が知られている。これにより、局所的に（例えば１スロット内の単位で見た場合）素線間のインダクタンスのばらつきが生じても、端子から中性点までの合計インダクタンスを見た時にこれが減少し、循環電流による損失の抑制が期待される。

【0005】

代表的な例として、パラ巻線は機械的に以下の工程で製造される。
（１）パラ素線を整列させた状態で送り出す。
（２）表裏反転させる機構により送り出されるパラ素線をたとえば交互に反転させる。
（３）パラ素線の巻き始めの端点を掴み、巻き枠の外周を回転する機構によって、１極分のコイルを巻く。
（４）巻いたコイルを挿入ジグの爪の間に落とす。爪の間では、素線が一列に並ぶ。
（５）次の極を巻く。
（６）すべての極を挿入ジグに装着したら、ステータに挿入ジグを挿入し、コイルをステータに装着する。

【0006】

このように、（２）においてパラ素線反転させることにより、コイル挿入ジグの爪の間に整列する素線の順序を逆転させることができる。

【0007】

しかしながら、この方法では、反転させる際に、捻じれた状態でパラ素線が送り出されるため、これに伴い、絶縁被膜の損傷が懸念される。

【0008】

本発明の目的は、捻じれた状態でパラ素線を送り出すことなく、コイルを反転可能な巻線装置およびこれを用いた固定子の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係る巻線装置は、所定のパラ数の素線によりコイルを形成し、前記コイルを、複数の固定子スロットが形成された固定子鉄心に巻き付ける巻線装置であって、前記複パラ数の素線を巻き付けるボビンと、前記ボビンから供給される前記パラ数の素線が巻き付けられてコイルが形成される巻枠と、前記ボビンから供給される前記パラ数の素線を前記巻枠に巻き付けるフライヤと、前記巻枠の下方に配されて、前記巻枠から落下した前記コイルを受けて、前記コイルを前記固定子スロットに挿入するコイル挿入装置と、前記巻枠と前記コイル挿入装置との間に必要に応じて介在して、前記巻枠から落下したコイルを受けて前記コイルを反転させた上で前記コイル挿入装置に前記コイルを落下させる反転装置と、を備えることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象とする固定子を含む回転電機の例を示す縦断面図である。

【図2】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象とする固定子の固定子鉄心とコイルとの関係を示す斜視図である。

【図3】第１の実施形態に係る巻線装置の構成を示す概念図である。

【図4】第１の実施形態に係る巻線装置における反転装置を概念的に示す正面図である。

【図5】第１の実施形態に係る巻線装置における反転装置を概念的に示す図４のＶ－Ｖ線矢視平面図である。

【図6】第１の実施形態に係る巻線装置における反転装置を概念的に示す図５のＶＩ－ＶＩ線矢視平面図である。

【図7】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順を示すフロー図である。

【図8】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの製造ステップの詳細な手順を示すフロー図である。

【図9】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第１の状態を示す説明図である。

【図10】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第２の状態を示す説明図である。

【図11】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第３の状態を示す説明図である。

【図12】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第４の状態を示す説明図である。

【図13】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子のコイルの順序を示す説明図である。

【図14】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子のコイルの反転を示す説明図である。

【図15】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子のスロットに収納されたコイルを示す部分的な説明図である。

【図16】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子のスロットに収納されたコイルの図１５のＡ部の詳細を示す説明図である。

【図17】第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子のスロットに収納されたコイルの図１５のＢ部の詳細を示す説明図である。

【図18】第１の実施形態に係る固定子の製造方法における巻枠から反転装置への落下前の状態を示す説明図である。

【図19】第１の実施形態に係る固定子の製造方法における巻枠からコイル挿入装置への落下前の状態を示す説明図である。

【図20】第２の実施形態に係る巻線装置における反転装置を概念的に示す正面図である。

【図21】第２の実施形態に係る巻線装置における反転装置を概念的に示す図２０のＸＸＩ－ＸＸＩ線矢視平面図である。

【図22】第２の実施形態に係る巻線装置における反転装置を概念的に示す図２０のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線矢視側面図である。

【図23】第２の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第１の状態を示す説明図である。

【図24】第２の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第２の状態を示す説明図である。

【図25】第２の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第３の状態を示す説明図である。

【図26】第２の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第４の状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る巻線装置および固定子製造方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

【0012】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象とする固定子２０を含む回転電機１の例を示す縦断面図である。

【0013】

回転電機１は、回転子１０、固定子２０、フレーム３１および２つの軸受３２を有する。

【0014】

回転子１０は、軸方向の両側を軸受３２により回転可能に支持されて軸方向に延びたロータシャフト１１、ロータシャフト１１の径方向外側に取り付けられた回転子鉄心１２、および回転子鉄心１２の軸方向の両側でロータシャフト１１に取り付けられた２つの内扇１３を有する。

【0015】

固定子２０は、フレーム３１内に収納され、回転子鉄心１２の径方向外側に配された円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に巻回された固定子巻線２２を有する。

【0016】

図２は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象とする固定子２０の固定子鉄心２１とコイル５０との関係を示す斜視図である。固定子鉄心２１は、周方向の一部を切り取って示している。また、説明の便宜上、固定子鉄心２１のスロット２５に収納されているコイル５０を、固定子鉄心２１から離した位置で示している。また、コイル５０を、収納されているスロット２５の幅よりも大きく表示している。

【0017】

固定子鉄心２１は、打ち抜きにより所定の形状に形成されて軸方向に積層された複数の電磁鋼板２１ａを有する。したがって、固定子鉄心２１の断面形状は、各電磁鋼板２１ａの形状に基づいている。

【0018】

固定子鉄心２１の径方向の内面、すなわち、回転子鉄心１２の外側表面に対向する面には、軸方向に延びて、周方向に互いに等しい間隔で全周にわたり、複数の固定子スロット２５が形成されている。

【0019】

コイル５０は、所定の本数（パラ数）の素線５２からなるパラ素線５１が、複数回巻かれて形成されている。コイル５０は、コイル状部分の巻き始めの部分に接続するパラ素線５１である第１引き出し部５５と、コイル状部分の巻き終わりの部分に接続するパラ素線５１である第２引き出し部５６とを有する。

【0020】

コイル状部分は、互いに対向した直線的な部分のコイルサイド５０ａ、５０ｂと、コイルサイド５０ａとコイルサイド５０ｂを接続する第１のコイルエンド５０ｃおよび第２のコイルエンド５０ｄを有する。コイルサイド５０ａは固定子スロット２５のうちの第１のスロット２５ａに、また、コイルサイド５０ｂは固定子スロット２５のうちの第２のスロット２５ｂに、それぞれ収納されている。第１のコイルエンド５０ｃおよび第２のコイルエンド５０ｄは、それぞれ固定子鉄心２１の軸方向の外側に配される。

【0021】

第１引き出し部５５と第２引き出し部５６は、第１のコイルエンド５０ｃ側に接続されている。第１引き出し部５５と第２引き出し部５６を含む各コイルの引き出し部が、所定の接続方式により接続されて、全体として、固定子巻線２２が形成される。

【0022】

ここで、説明の便宜上、方向の表現を定義する。まず、固定子鉄心２１については、電磁鋼板２１ａの積層方向、言い換えれば組立て状態においてロータシャフト１１の延びる方向を、ｚ方向と呼ぶ。また、固定子鉄心２１の径方向内側から外側に向かう方向、言い換えれば、組立て状態においてロータシャフト１１の回転軸から離れる方向を、ｒ方向と呼ぶ。また、周方向をΘ方向と呼ぶ。

【0023】

コイル５０についても同様に、固定子鉄心２１に収納された状態を想定して、固定子鉄心２１と同様の方向で表現する。コイル５０については、固定子鉄心２１に収納されていない状態であっても、同様の表現をするものとする。なお、Θ方向については、第１のコイルエンド５０ｃあるいは第２のコイルエンド５０ｄのたとえば中央部の接線方向をΘ方向と呼ぶ場合もある。

【0024】

図３は、第１の実施形態に係る巻線装置１００の構成を示す概念図である。

【0025】

巻線装置１００は、テンション装置１０１、ボビン１０３、巻線装置本体１１０、反転装置１２０、およびコイル挿入装置１３０を備える。

【0026】

ボビン１０３は円筒状であり、パラ素線５１の供給を受けて、パラ素線５１をその側面に巻き付ける。この際、ボビン１０３に供給されるパラ素線５１は、テンション装置１０１によって一定の張力を受ける状態に維持されている。ボビン１０３は、昇降駆動モータ１０２によって、巻線装置本体１１０の高さ位置に対応して高さ位置が調節される。

【0027】

巻線装置本体１１０は、巻枠１１１、昇降駆動モータ１１２、プーリ１１３、およびフライヤ１１４を有する。

【0028】

フライヤ１１４は、巻枠１１１の周囲を旋回しながらボビン１０３からパラ素線５１を受け入れてガイドするガイドリール１１４ｂおよびパラ素線５１を所定の高さ位置に維持しながら巻枠１１１に供給するクランプ１１４ｃ、クランプ１１４ｃからのパラ素線５１をその周囲に巻き付け可能な巻枠１１１、およびこれらを支持する支持枠１１４ａを有する。

【0029】

フライヤ１１４の支持枠１１４ａは、外部に設けられた回転駆動モータ１０４によりベルト１１３ａを介して回転駆動されるプーリ１１３に直結し、回転駆動モータ１０４により回転駆動される。巻枠１１１は支持枠１１４ａの回転中心の中央に設けられ、昇降駆動モータ１１２により上下動が可能である。また、巻枠１１１には、上下動可能で、巻枠１１１に巻回されたコイル５０を下方に払い落とすための払い落し部１１５が取り付けられている。

【0030】

以上が、巻枠１１１にパラ素線５１を巻き付けるまでの工程に係る部分であるが、この部分についてはすでに知られている技術であり、図３に示す例に限定されず、すでに知られている他の方式、構成あるいは形態であってもよい。

【0031】

反転装置１２０は、巻枠１１１から下方に払い落とされたコイル５０を受ける回動板１２２を有し、コイル５０を反転させる。反転装置１２０は、巻枠１１１の下方の位置および下方から外れた位置の間を移動可能に構成されている。反転装置１２０については、後に図４ないし図６を引用しながら詳細を説明する。

【0032】

コイル挿入装置１３０は、コイル受け部１３１、コイル挿入部１３２、複数のガイド棒１３３、およびこれらを支持する支持枠１３４を有する。

【0033】

コイル受け部１３１は、反転装置１２０で反転されたコイル５０を、あるいは反転装置１２０を介さずに直接に巻枠１１１から払い落とされたコイル５０を、それぞれ受ける。

【0034】

コイル挿入部１３２は、コイル受け部１３１で受け取ったコイル５０を、固定子鉄心２１の固定子スロット２５（図２）に挿入するための部分である。

【0035】

ガイド棒１３３は、コイル受け部１３１が巻枠１１１から払い落とされたコイル５０を直接に受ける際に、コイル５０がコイル受け部１３１の適切な位置となるように、コイル５０をガイドする。ガイド棒１３３の長さは、その先端が巻枠１１１に届く必要はないが、この機能が確保できるに十分な長さとする。ガイド棒１３３は、反転装置１２０がコイル５０を受ける状態の場合には、支持枠１３４内に収納されており、コイル受け部１３１が巻枠１１１から払い落とされたコイル５０を直接に受ける際には、上方に延びるように構成されている。ここで、複数のガイド棒１３３を上方に伸ばすための機構については、図示を省略している。

【0036】

なお、反転装置１２０が回動中に、コイル５０が完全に反転しないうちにガイド棒１３３から外れて落下することを防止するために、図示しないカバーあるいはストッパを設けて、反転後に開放可能に構成してもよい。

【0037】

コイル挿入装置１３０については、上下動可能な複数のガイド棒１３３を有する部分以外は、すでに知られている部分であり、この部分については、他の方式、構成あるいは形態であってもよい。

【0038】

なお、図３では、コイル挿入装置１３０が複数のガイド棒１３３を有し、複数のガイド棒１３３が、コイル挿入装置１３０から巻枠１１１に向かって上方に延びる場合を例にとって示したが、これに限定されない。以下では、この場合を例にとって説明するが、たとえば、巻線装置本体１１０が複数のガイド棒を有し、複数のガイド棒がコイル挿入装置１３０に向かって下方に延びることでもよい。

【0039】

図４は、第１の実施形態に係る巻線装置における反転装置を概念的に示す正面図である。図５は、第１の実施形態に係る巻線装置における反転装置を概念的に示す図４のＶ－Ｖ線矢視平面図である。図６は、第１の実施形態に係る巻線装置における反転装置を概念的に示す図５のＶＩ－ＶＩ線矢視平面図である。

【0040】

反転装置１２０は、回動軸１２１、回動板１２２、複数のツメ１２４、回動駆動部１２５、軸方向駆動部１２６、および２つの軸受１２７を有する。

【0041】

巻枠１１１から下方に払い落とされたコイル５０を受ける回動板１２２には、コイル５０を所定の範囲に受けて保持するように、上面に複数のツメ１２４が設けられている。回動板１２２は、結合部１２３を介してその軸方向に延びた回動軸１２１に接続されている。

【0042】

回動軸１２１は、軸方向の２か所でそれぞれ軸受１２７により回転可能に支持されている。回動軸１２１は、回動駆動部１２５により回転軸周りを回動駆動される。なお、回動軸１２１は、たとえば１８０度回転し、また１８０度逆方向に戻るような回動動作を行うが、これに限定せず、一方向に回転を進める方式であってもよい。また、回動軸１２１は、回動板１２２が、巻枠１１１の直下となる位置と、反転装置１２０が、巻枠１１１とコイル挿入装置１３０のコイル受け部１３１との間の空間から外れた位置との間を移動可能に、軸方向駆動部１２６によって駆動される。

【0043】

ここで、巻枠１１１から払い落とされて回動板１２２上に載ったコイル５０は、回動軸１２１とは図５に示すような位置関係にあるものとする。言い換えれば、巻枠１１１と反転装置１２０との相対関係が、以下となるような関係にある。

【0044】

前述（図２）の様に、コイル５０には、第１引き出し部５５および第２引き出し部５６が存在する。今、便宜上、回動板１２２の上面を、第１の半面１２２ａと第２の半面１２２ｂとに区分する。具体的には、平面的に透視して回動軸１２１の中心軸を境界として、２つの領域に区分する。このとき、第１引き出し部５５および第２引き出し部５６の両方が、第１の半面１２２ａにあるような位置関係にあるものとする。これを言い換えれば、本実施形態においては、第１引き出し部５５および第２引き出し部５６の両方が、同じ半面にあるような方向に、回動軸１２１を設けるものとする。

【0045】

回動板１２２の上面に設けられた複数のツメ１２４は、回動板１２２の４つの辺のそれぞれにおいて、内側と外側の位置に取り付けられている。コイル５０は、それぞれの位置での内側のツメ１２４と外側のツメ１２４の間に位置するようにガイドされる。なお、複数のツメ１２４の数および配置は例示であり、図５に示した例に限定されない。巻枠１１１からのコイル５０を受けて、反転させて、コイル挿入装置１３０のコイル受け部１３１の適正な位置に落下させられるのであれば、複数のツメ１２４の数を増減し、あるいは配置を変更してもよい。また、ツメ１２４は、回動板１２２の上面から垂直方向ではなく、傾斜をもって取り付けられてもよい。あるいは、ツメ１２４は、曲がり部を有していてもよい。

【0046】

図７は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順を示すフロー図である。

【0047】

まず、固定子鉄心２１の組み立てを行う（ステップＳ１０）。具体的には、まず、必要数の電磁鋼板２１ａを製作する（ステップＳ１１）。次に、電磁鋼板２１ａを積層して固定子鉄心２１を組み立てる（ステップＳ１２）。

【0048】

一方、固定子巻線２２については以下の通りである。

【0049】

まず、最初のステップＳ２１で、コイル数指標ｎを１とする（ステップＳ２１）。

【0050】

次に、コイル５０の製造を行う（ステップＳ３０）。コイル５０の製造ステップＳ３０については、次の図８を引用しながら詳細な手順を説明する。

【0051】

次に、製造されたコイル５０を固定子鉄心２１に挿入する（ステップＳ２２）。コイル５０の固定子鉄心２１への挿入には、コイル挿入装置１３０を用いる。

【0052】

次にコイル数指標ｎをｎ＋１とし（ステップＳ２３）、コイル総数Ｎを超えたか否かを判定する（ステップＳ２４）。コイル総数Ｎを超えたと判定されなかった場合（ステップＳ２４ ＮＯ）は、コイル５０の製造ステップＳ３０に戻り、次のコイル５０を製造する。

【0053】

コイル総数Ｎを超えたと判定され場合（ステップＳ２４ ＹＥＳ）は、第１のコイルエンド５０ｃ側（溶接側）の接続を行う（ステップＳ２５）。具体的には、第１引き出し部５５および第２引き出し部５６を有するそれぞれのコイル５０間で、所定の接続方針に基づいて、第１引き出し部５５、第２引き出し部５６を用いたコイル５０間の接続を行う。この結果、固定子２０の固定子巻線２２が形成される。

【0054】

以上のように、固定子鉄心２１に固定子巻線２２が巻回された固定子２０について、組立て後の試験を行う（ステップＳ２６）。この後、必要に応じて例えばアクセサリ類の取り付け等を行う。

【0055】

なお、以上に述べた手順では、コイル５０の挿入ステップＳ２２の直前にコイル５０の製造を行う（ステップＳ３０）場合を例にとって示しているがこれに限定されない。たとえば、全てのコイル５０をあらかじめ製造しておき、順次、挿入することでもよい。この場合は、図７において、コイルの製造ステップＳ３０は、ステップＳ２１の前に終了しておくこととなり、繰り返しは、コイル５０の挿入（ステップＳ２２）のみとなる。

【0056】

図８は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイル５０の製造ステップＳ３０の詳細な手順を示すフロー図である。

【0057】

まず、パラ数の素線５２からなるパラ素線５１を巻枠１１１に巻付けてコイル５０を形成する（ステップＳ３１）。

【0058】

次に、反転するか否かを判定する（ステップＳ３２）。

【0059】

ステップＳ３２において反転すると判定されなかった場合（ステップＳ３２ ＮＯ）には、まず、コイル挿入装置１３０から複数のガイド棒１３３を巻枠１１１に向かって延ばす（ステップＳ３３）。その後に、払い落し部１１５によってコイル５０を巻枠１１１から切り離し下方にあるコイル挿入装置１３０のコイル受け部１３１に落下させる（ステップＳ３４）。

【0060】

ステップＳ３２において反転すると判定された場合（ステップＳ３２ ＹＥＳ）には、まず、反転装置１２０の回動板１２２が巻枠１１１の直下となる位置に軸方向駆動部１２６が回動軸１２１を移動させる（ステップＳ３５）。その後に、払い落し部１１５によってコイル５０を巻枠１１１から切り離し下方に落下させる（ステップＳ３６）。次に、反転装置１２０により、コイル５０を反転させる（ステップＳ３７）。次に、反転装置１２０からコイル５０を、下方にあるコイル挿入装置１３０のコイル受け部１３１に落下させる（ステップＳ３８）。この際、反転装置１２０にカバーあるいはストッパを設けている場合はこれを開放することによりコイル５０を落下させる。

【0061】

以上のように、ステップＳ３２における判定結果によって、ステップＳ３４またはステップＳ３８により、コイル５０が、コイル挿入装置１３０のコイル受け部１３１上に載った状態となる（ステップＳ３９）。

【0062】

次に、反転装置１２０によるコイル５０の反転の状況を、ステップを追って説明する。

【0063】

図９は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第１の状態を示す説明図である。これは、図８のフロー図におけるステップＳ３６に対応する状態である。

【0064】

図５を引用しながら説明したように、コイル５０の第１のコイルエンド５０ｃは図９においての手前側、第２のコイルエンド５０ｄは図９においての奥側となるように、コイル５０は巻枠１１１において形成されている。したがって、第１引き出し部５５および第２引き出し部５６は、図９において手前側、すなわちｚ方向に配されている。また、図９において、コイル５０の上方からコイル５０を見た場合の電流の流れは、時計回りの方向である。

【0065】

図１０は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第２の状態を示す説明図である。これは、図８のフロー図におけるステップＳ３６の直後で、ステップＳ３７の前の段階に対応する状態である。コイル５０は、反転装置１２０の回動板１２２上で、複数のツメ１２４の間に治まった状態である。

【0066】

この状態から、図１０に示すように、回動軸１２１を回動させると、コイル５０は、ｒ－ｚ平面に沿って回動する。すなわち、コイル５０の各部分は、原点を点Ｃとしてｒ軸およびｚ軸を含む平面に平行な平面内を移動する。

【0067】

図１１は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第３の状態を示す説明図であり、図８のフロー図におけるステップＳ３７を終了した状態である。また、図１２は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第４の状態を示す説明図であり、図８のフロー図におけるステップＳ３８の状態である。

【0068】

反転装置１２０による回動後の状態を、回動前の状態を示す図１０と比較すると、以下の変化がある。

【0069】

（１）コイル５０の第１のコイルエンド５０ｃは図１１、１２においての奥側、第２のコイルエンド５０ｄは図１１、１２においての手前側となっている。したがって、第１引き出し部５５および第２引き出し部５６は、図１１、１２において奥側、すなわちｚ方向と反対側に配されている。また、ｒ方向にも逆転する。

【0070】

（２）図１１、１２において、コイル５０の上方からコイル５０を見た場合の電流の流れは、反時計回りの方向に変化している。

【0071】

以上のように、反転装置１２０による反転動作によって、コイル５０は、ｚ方向およびｒ方向の位置が逆転し、かつ、電流の流れも逆方向となっている。すなわち、極性も逆転している。

【0072】

図１３は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子２０のコイル５０の順序を示す説明図である。図１３は、１相分のコイル５０が固定子鉄心２１に装填されたときの極性と配置を示しており、並列回路数が１で、８極、同心巻の構成の例である。

【0073】

コイル５０のコイル番号ｎ（ｎ＝１～８）について、奇数番目は、周方向に互いに同じ方向を向いている。また、偶数番目は、周方向に互いに同じ方向を向いており、その方向は、奇数番目とは反対方向である。

【0074】

図１４は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子２０のコイル５０の反転を示す説明図である。図１３に示すような配置とするために、偶数番目のコイル５０を、反転させる必要がある。その反転のために、本実施形態による反転装置１２０を用いることができる。

【0075】

図１５は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子２０のスロット２５に収納されたコイル５０を示す部分的な説明図である。なお、図１５および後に引用する図１６および図１７は、同様の効果の説明のために特許文献１の図２４に基づいている。

【0076】

Ｃ１と表示されたコイル５０は、パラ素線５１が８層に巻かれており、スロット２５ａとスロット２５ｂに収納されている。１から８までの層番号は、パラ素線５１が巻枠１１１に巻かれた順序を示す。したがって、Ｃ１と表示されたコイル５０は、パラ素線５１が径方向内側から径方向外側に向かって巻かれている。一方、Ｃ２と表示されたコイル５０は、Ｃ１と表示されたコイル５０と同相のコイルであり、スロット２５ｆとスロット２５ｇに収納されている。Ｃ２と表示されたコイル５０は、パラ素線５１が径方向外側から径方向内側に向かって巻かれている。

【0077】

Ｃ１と表示されたコイル５０とＣ２と表示されたコイル５０は、渡り線Ｗａにより互いに直列に接続されている。

【0078】

図１６は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子２０のスロット２５に収納されたコイル５０の図１５のＡ部の詳細を示す説明図である。すなわち、図１５でＣ１と表示されたコイル５０の部分図である。また、図１７は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法の対象となる固定子２０のスロット２５に収納されたコイルの図１５のＢ部の詳細を示す説明図である。すなわち、図１５でＣ２と表示されたコイル５０の部分図である。これらの図では、パラ素線５１内の素線５２の数（パラ数）が１７の場合を示している。

【0079】

Ｃ１と表示されたコイル５０の部分図である図１６と、Ｃ２と表示されたコイル５０の部分図である図１７とを比較すると、それぞれのパラ素線５１内の素線５２の径方向の分布が、互いにほぼ逆の分布となっている。

【0080】

パラ素線５１がスロット２５内に収められたとき、素線５２のスロット２５内における径方向の位置の違いによりインダクタンスの差が生ずる。しかしながら、素線５２のスロット２５内における径方向の位置が互いに逆転するコイル５０を直列に接続したことにより、素線５２のスロット２５内における径方向の位置の違いによりインダクタンスの差が相殺され、ほぼ均一の状態に近づくこととなる。

【0081】

図１８は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法における巻枠１１１から反転装置１２０への落下前の状態を示す説明図である。反転装置１２０は巻枠１１１から落下するコイル５０を受け取り、コイル５０を反転させる。反転装置１２０は、反転したコイル５０を、コイル挿入装置１３０に落下させる。

【0082】

図１９は、第１の実施形態に係る固定子の製造方法における巻枠１１１からコイル挿入装置１３０への落下前の状態を示す説明図である。この場合は、コイル５０を反転させないため、反転装置１２０は用いられない。したがって、コイル５０は、巻枠１１１から直接にコイル挿入装置１３０に落下することになる。この際、コイル５０が、コイル挿入装置１３０上の適切な場所に落下するように、コイル挿入装置１３０から複数のガイド棒１３３が上方に延びて、コイル５０をガイドする。

【0083】

以上のように、本実施形態によれば、巻き終えた単体の状態のコイル５０を反転させる。したがって、パラ素線５１に捻り加えた状態で送り出す工程なしに、コイル５０を反転させることができる。この結果、素線５２の絶縁被膜が損傷するリスクを軽減することができる。

【0084】

この結果、パラ素線５１内の素線５２間のインダクタンスのばらつきが生じても、必要な範囲のコイル５０を確実に反転させることによって、端子から中性点までを通してみれば、インダクタンスのばらつきが減少し、循環電流による損失を抑制することができる。

【0085】

［第２の実施形態］
図２０は、第２の実施形態に係る巻線装置１００における反転装置１２０ａを概念的に示す正面図である。図２１は、第２の実施形態に係る巻線装置１００における反転装置１２０ａを概念的に示す図２０のＸＸＩ－ＸＸＩ線矢視平面図である。また、図２２は、第２の実施形態に係る巻線装置１００における反転装置１２０ａを概念的に示す図２０のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線矢視側面図である。

【0086】

本実施形態は、第１の実施形態の変形である。本実施形態における反転装置１２０ａにおいては、回動軸１２１ａの方向が、第１の実施形態における回動軸１２１と異なる。

【0087】

すなわち、巻枠１１１から払い落とされて回動板１２２上に載ったコイル５０は、回動軸１２１とは図２１に示すような位置関係にある。言い換えれば、巻枠１１１と反転装置１２０ａとの相対関係が、以下となるような関係にある。

【0088】

今、便宜上、回動板１２２の上面を、第１の半面１２２ｃと第２の半面１２２ｄとに区分する。具体的には、平面的に透視して回動軸１２１ａの中心軸を境界として、２つの領域に区分する。このとき、第１引き出し部５５は第１の半面１２２ｃに、また、第２引き出し部５６は第１の半面１２２ｃにある。これを言い換えれば、本実施形態においては、第１引き出し部５５および第２引き出し部５６が、それぞれ異なる半面にあるような方向に、回動軸１２１ａを設けるものとする。

【0089】

図２３は、第２の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第１の状態を示す説明図である。

【0090】

図２１を引用しながら説明したように、コイル５０の第１のコイルエンド５０ｃは図２３においての左手前側、第２のコイルエンド５０ｄは図２３においての右手前側となるように、コイル５０は巻枠１１１において形成されている。したがって、第１引き出し部５５は、図２３において左手前側、および第２引き出し部５６は左奥側に配されている。また、図２３において、コイル５０の上方からコイル５０を見た場合の電流の流れは、反時計回りの方向である。

【0091】

図２４は、第２の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第２の状態を示す説明図である。これは、図８のフロー図におけるステップＳ３６の直後で、ステップＳ３７の前の段階に対応する状態である。コイル５０は、反転装置１２０の回動板１２２上で、複数のツメ１２４の間に治まった状態である。

【0092】

この状態から、図２４に示すように、回動軸１２１ａを回動させると、コイル５０は、ｒ－Θ平面に沿って回動する。すなわち、コイル５０の各部分は、原点を点Ｃ１としてｒ軸およびΘ軸を含む平面に平行な平面内を移動する。

【0093】

図２５は、第２の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第３の状態を示す説明図である。また、図２６は、第２の実施形態に係る固定子の製造方法の手順におけるコイルの反転ステップの第４の状態を示す説明図であり、図８のフロー図におけるステップＳ３８の状態である。

【0094】

反転装置１２０ａによる回動後の状態を、回動前の状態を示す図２４と比較すると、以下の変化がある。

【0095】

（１）コイル５０の第１のコイルエンド５０ｃは図２５、２６においての手前側、第２のコイルエンド５０ｄは図２５、２６においての手前側となっている。これは、回動前の状態と同じである。なお、回動によって、第１引き出し部５５は図中の右側から左側に、また第２引き出し部５６は図中の左側から右側となるが、回動の前後で、いずれも手前側にある状態には変化がない。

【0096】

（２）図２５、２６において、コイル５０の上方からコイル５０を見た場合の電流の流れは、反時計回りの方向に変化している。

【0097】

以上のように、反転装置１２０ａによる反転動作によって、コイル５０は、Θ方向およびｒ方向の位置が逆転する。また、極性は逆転する。

【0098】

このように、本実施形態においては、ｚ方向には逆転しないことから、引き出し線の位置は図中の手前側のままで、固定子鉄心２１に対する軸方向の位置は変わらずに、極性およびｒ方向の配列を逆転させることができる。この結果、コイルエンドの結線処理を、固定子鉄心２１の一方の端部側のみで実施できるというメリットがある。

【0099】

以上、説明した実施形態によれば、パラ素線に捻りを加えた状態で送り出す工程を用いずに、捻じれた状態でパラ素線を送り出すことなく、コイル５０を反転可能な巻線装置１００およびこれを用いた固定子２０の製造方法を提供することができる。

【0100】

［その他の実施形態］

【0101】

以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0102】

１…回転電機、１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１３…内扇、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２１ａ…電磁鋼板、２２…固定子巻線、２５…固定子スロット、２５ａ…第１のスロット、２５ｂ…第２のスロット、３１…フレーム、３２…軸受、５０…コイル、５０ａ、５０ｂ…コイルサイド、５０ｃ、５０ｄ…コイルエンド、５１…パラ素線、５２…素線、５５…第１引き出し部、５６…第２引き出し部、１００…巻線装置、１０１…テンション装置、１０２…昇降駆動モータ、１０３…ボビン、１０４…回転駆動モータ、１１０…巻線装置本体、１１１…巻枠、１１２…昇降駆動モータ、１１３…プーリ、１１３ａ…ベルト、１１４…フライヤ、１１４ａ…支持枠、１１４ｂ…ガイドリール、１１４ｃ…クランプ、１１５…払い落し部、１２０、１２０ａ…反転装置、１２１、１２１ａ…回動軸、１２２…回動板、１２２ａ…第１の半面、１２２ｂ…第２の半面、１２２c…第１の半面、１２２d…第２の半面、１２３…結合部、１２４…ツメ、１２５…回動駆動部、１２６…軸方向駆動部、１２７…軸受、１３０…コイル挿入装置、１３１…コイル受け部、１３２…コイル挿入部、１３３…ガイド棒、１３４…支持枠

【要約】

【課題】巻線装置において、パラ素線に捻りを加えた状態でを送り出す工程を用いずに、コイルの反転を可能とする。
【解決手段】実施形態によれば巻線装置１００は、パラ素線５１によりコイル５０を形成し複数の固定子スロットが形成された固定子鉄心に巻き付ける。巻線装置１００は、パラ素線５１を巻き付けるボビン１０３と、ボビン１０３から供給されるパラ素線５１が巻き付けられてコイル５０が形成される巻枠１１１と、パラ素線５１を巻枠１１１に巻き付けるフライヤ１１４と、巻枠１１１の下方に配されて巻枠１１１から落下したコイル５０を固定子スロットに挿入するコイル挿入装置１３０と、巻枠１１１とコイル挿入装置１３０との間に必要に応じて介在して巻枠１１１から落下したコイル５０を受けて反転させた上でコイル挿入装置１３０にコイル５０を落下させる反転装置１２０とを備える。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】