线圈成型系统以及线圈成型方法与流程

本发明涉及用于旋转电机的线圈成型的线圈成型系统以及线圈成型方法。

背景技术：

在发电机等旋转电机中，在定子铁芯的内表面上形成定子槽，贯通定子槽的线圈导体在旋转电机的旋转轴(以下称为“轴”)方向上的定子铁芯的外侧(以下，称为“定子铁芯的轴向外侧”)，与贯通其他定子槽的其他线圈导体结合，由此形成定子线圈。

配置于定子铁芯的轴向外侧的线圈导体成为沿着周向的形状、即从轴中心起保持径向的距离而沿着周向延伸的圆弧形状。因此，对于配置于比定子铁芯靠轴向外侧的线圈导体实施弯曲加工直至成为最终形状为止(参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利第4131478号公报

配置于定子铁芯的轴向外侧的线圈导体的弯曲加工，还较多如下地进行：在使线圈导体沿着成型模具的同时，人一边用锤子进行敲击一边进行成型。因此，作业人员的负担较大，并且，有可能产生由于人的失误而导致的不适合或者产生由于技能的优劣而导致的质量偏差等，需要解决这些问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，在线圈导体的弯曲加工中实现质量的提高。

为了实现上述目的，本发明为一种线圈成型系统，用于设置于旋转电机的线圈的成型，其特征在于，具备：载荷施加机构，对线圈导体施加载荷；计测装置，对上述线圈导体的形状进行计测；以及运算控制装置，接收来自上述计测装置的输出，向上述载荷施加机构输出指令信号，上述载荷施加机构具备：约束机构，对上述线圈导体进行约束；弯曲机构，对上述线圈导体静态地施加弯曲载荷；以及锤击机构，对上述线圈导体施加冲击载荷。

此外，本发明为一种线圈成型方法，用于设置于旋转电机的线圈的成型，其特征在于，具有：读入步骤，形状加工顺序读入部读入形状加工顺序；存储步骤，形状加工顺序存储部存储上述形状加工顺序；顺序读出步骤，进展控制部从上述形状加工顺序存储部读出下一个顺序；目标输出步骤，目标设定部输出在上述顺序读出步骤中读出的顺序中的目标值；驱动信号输出步骤，驱动控制部以成为上述目标值的方式输出驱动信号；作用步骤，载荷施加机构根据上述驱动信号对上述线圈导体进行作用；计算步骤，减法部计算来自计测装置的上述线圈导体的对象部分的计测信号与上述目标值之间的偏差；以及判定步骤，驱动控制部判定上述偏差是否为判定基准内。

发明的效果

根据本发明，在线圈导体的弯曲加工中能够实现质量的提高。

附图说明

图1是表示应用实施方式所涉及的线圈成型方法的旋转电机的构成的沿着轴向的纵截面图。

图2是表示在应用实施方式所涉及的线圈成型方法的旋转电机的定子铁芯上形成的定子槽、以及贯通该定子槽的定子线圈导体的立体图。

图3是表示实施方式所涉及的线圈成型系统的构成的侧视图。

图4是表示实施方式所涉及的线圈成型系统的运算控制装置的构成的框图。

图5是表示实施方式所涉及的线圈成型系统的弯曲机构的构成的图6的v-v向视截面图。

图6是表示实施方式所涉及的线圈成型系统的弯曲机构的构成的图5的vi-vi向视截面图。

图7是表示实施方式所涉及的线圈成型系统的锤击机构的构成的沿着定子线圈导体的长度方向的侧视图。

图8是表示实施方式所涉及的线圈成型方法的整体顺序的流程图。

图9是表示实施方式所涉及的线圈成型方法的载荷施加步骤的详细顺序的流程图。

符号的说明

1：旋转电机；10：转子；11：转子轴；12：转子铁芯；15：内扇；20：定子；21：定子铁芯；21a：定子槽；21b：定子齿；21c：层叠板；22：定子线圈；23：定子线圈导体；23a：宽度较大的侧面；23b：宽度较小的侧面；30：轴承；40：框架；40a：封闭空间；45：轴承托架；51：冷却器；52：冷却器罩；53：冷却管；61：冷却器入口开口；62：冷却器出口开口；100：线圈成型系统；110：运算控制装置；111：形状加工顺序读入部；112：形状加工顺序存储部；113：进展控制部；114：目标值输出部；115：减法部；116：驱动控制部；120：计测装置；200：载荷施加机构；201：基座；210：约束机构；220：移动驱动部；221：约束部移动驱动机构；221a：支承部；222：弯曲负载部移动驱动机构；222a：支承部；230：弯曲机构；231：第1支承部；231a：第1支承部驱动部；232：第2支承部；232a：第2支承部驱动部；233：第3支承部；233a：第3支承部驱动部；234：第4支承部；235a：侧部约束板；235b：端部约束板；235c：侧部约束杆；235d：端部约束杆；240：锤击机构；241：驱动部；242：锤子驱动轴；243：锤子支承棒；244：打击部；245：保护板支承部；246：保护板。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的旋转电机的线圈成型系统以及线圈成型方法进行说明。此处，对于彼此相同或者类似的部分标注共同的符号而省略重复说明。

图1是表示应用实施方式所涉及的线圈成型方法的旋转电机的构成的沿着轴向的截面图。旋转电机1具有转子10、定子20、框架40以及冷却器51。

转子10具有沿着旋转轴方向水平地延伸的转子轴11以及设置于转子轴11的径向外侧的转子铁芯12。在转子轴11上，在转子铁芯12的轴向的两侧安装有内扇15。

定子20具有：圆筒状的定子铁芯21，设置于转子铁芯12的径向外侧；以及定子线圈22，沿旋转轴方向贯通在定子铁芯21的径向内侧表面附近形成的定子槽21a(图2)。

框架40以收纳定子20以及转子铁芯12的方式包围定子20以及转子铁芯12的径向外侧。在框架40的轴向的两侧分别设置有轴承托架45，并分别固定支承轴承30。在框架40的上方设置有冷却器51。

冷却器51收纳于冷却器罩52。冷却器51具有多个冷却管53。从旋转电机1的外部供给的例如冷却水等冷却用介质在冷却管53中流动。

框架40、两个轴承托架45、冷却器罩52相互配合而形成封闭空间40a。框架40内的空间与冷却器罩52内的空间通过一个冷却器入口开口61以及两个冷却器出口开口62而连通。

封闭空间40a内例如充满空气等冷却用气体。冷却用气体被两个内扇15分别驱动而在封闭空间40a内循环。由内扇15驱动的冷却用气体一边对转子铁芯12以及定子20进行冷却一边通过，之后，经由冷却器入口开口61向冷却器51流入。

流入到冷却器51的冷却用气体一边被冷却管53内部的冷却用介质冷却一边在冷却管53的外侧通过。之后，转换方向而经由冷却器出口开口62向框架40内流入，并再次被两个内扇15分别驱动。

图2是表示在应用实施方式所涉及的线圈成型方法的旋转电机的定子铁芯上形成的定子槽、以及贯通该定子槽的定子线圈导体的立体图。在一个定子槽21a中通常配置有例如上口侧和下口侧的合计两个定子线圈导体23，但仅表示配置于一个定子槽21a的上口侧的一个定子线圈导体23，而省略其他的表示。

定子铁芯21通常具有层叠板21c，该层叠板21c是将多个冲裁加工成在中央具有贯通孔的圆板状的硅钢板等电磁钢板层叠而成的。在定子铁芯21的径向内侧形成有多个定子槽21a。多个定子槽21a在周向上相互隔开间隔地配置，且沿着轴向延伸而贯通定子铁芯21。其结果，形成在周向上相互隔开间隔且沿着轴向延伸的多个定子齿21b。

定子线圈22(图1)具有多个定子线圈导体23。在各个定子线圈导体23中，多个导体被捆扎，并在其外侧卷绕有绝缘带。定子线圈导体23的截面形状为长方形。即，定子线圈导体23具有沿着径向扩展的两个宽度较大的侧面23a、以及沿着周向扩展的两个宽度较小的侧面23b。

各个定子线圈导体23贯通各个定子槽21a。为了用于形成定子线圈22的定子线圈导体23彼此的结合或者与外部的结合，定子线圈导体23在定子铁芯21的轴向外侧例如在与轴向垂直的平面内与定子铁芯21呈同心圆状地延伸。

具体而言，定子线圈导体23在轴向外侧，首先，以两个宽度较大的侧面23a向面外方向转换90度的方式弯曲。其次，定子线圈导体23以宽度较小的侧面23b的面向面外例如与定子铁芯21呈同心圆状地弯曲的方式弯曲。

另外，在图2中表示定子铁芯21的一方的轴向外侧，但对于定子铁芯21的另一方的轴向外侧，也同样在与轴向垂直的平面内呈同心圆状地延伸。此外，在从一方的轴向外侧沿着轴向对定子线圈导体23进行投影的情况下，成为两侧都成为相同方向那样的弯曲的方向。换言之，在各自的轴向外侧分别观察两侧的情况下，一方为顺时针方向而另一方为逆时针方向。

图3是表示实施方式所涉及的线圈成型系统的构成的侧视图。线圈成型系统100将定子线圈导体23成型为，在定子铁芯21的轴向外侧例如在与轴向垂直的平面内成为同心圆状。

线圈成型系统100具有运算控制装置110、计测装置120、基座201以及实际对定子线圈导体23施加载荷的载荷施加机构200。此外，载荷施加机构200具有约束机构210、移动驱动部220、弯曲机构230以及锤击机构240。

计测装置120对定子线圈导体23的弯曲的状态进行计测。计测装置120例如是接触式的位移计、激光方式的位移计、三维相机等。

约束机构210对定子线圈导体23的收纳在定子槽21a内的直线部分的轴向的两侧进行约束。

弯曲机构230对定子线圈导体23施加静态载荷而进行定子线圈导体23的弯曲加工，以使定子线圈导体23的定子铁芯21的轴向外侧部分例如在与轴向垂直的平面内成为同心圆状等规定的三维形状。此外，锤击机构240具有保护定子线圈导体23不受损伤用的部件等，通过锤击进行定子线圈导体23的弯曲加工。

移动驱动部220搭载在基座201上，对约束机构210、弯曲机构230以及锤击机构240进行支承并且进行移动驱动。移动驱动部220具有：在基座201上移动的约束部移动驱动机构221；以及由约束部移动驱动机构221支承且对约束机构210进行支承的支承部221a。此外，移动驱动部220具有：在基座201上移动的弯曲负载部移动驱动机构222；以及由弯曲负载部移动驱动机构222支承且对弯曲机构230以及锤击机构240进行支承的支承部222a。另外，对于锤击机构240也可以独立地设置其移动驱动部分。

运算控制装置110接收来自计测装置120的信号。此外，运算控制装置110向约束机构210、移动驱动部220、弯曲机构230以及锤击机构240发出指令信号，并且从它们分别接收与约束机构210、移动驱动部220、弯曲机构230以及锤击机构240的动作内容的动作结果相关的信号。

图4是表示实施方式所涉及的线圈成型系统的运算控制装置的构成的框图。运算控制装置110例如是计算机系统。运算控制装置110具有形状加工顺序读入部111、形状加工顺序存储部112、进展控制部113、目标值输出部114、减法部115以及驱动控制部116。

形状加工顺序读入部111是读入对定子线圈导体23的形状加工顺序进行指定的来自外部的指令内容的输入装置。形状加工顺序存储部112存储形状加工顺序读入部111所读入的外部指令。

进展控制部113依次读出存储于形状加工顺序存储部112的形状加工顺序，并向运算控制装置110内输出进展指令，由此进行定子线圈导体23的形状加工的进展控制。

具体而言，进展控制部113向目标值输出部114输出进展指令，并且向驱动控制部116输出各步骤中的具体指令。指令内容以与步骤对应的方式存储于形状加工顺序存储部112。

目标值输出部114基于来自进展控制部113的进展指令，依次读出存储于形状加工顺序存储部112的各目标值并输出。目标值输出部114所输出的目标值是定子线圈导体23的加工目标，具体而言，是变形尺寸、弯曲角度等。

减法部115从目标值输出部114的输出值减去反馈信号即来自计测装置120的测定结果的值，并将其结果作为偏差信号向进展控制部113以及驱动控制部116输出。

驱动控制部116将来自进展控制部113的进展指令、以及来自减法部115的输出值作为输入，向载荷施加机构200的各个要素即约束机构210、移动驱动部220、弯曲机构230以及锤击机构240分别适当地输出指令信号。

此处，作为指令信号，例如存在如下那样的指令信号。作为对于约束机构210的指令信号，存在定子线圈导体23的约束的有无、约束时的约束力等。作为对于移动驱动部220的指令信号，例如存在移动的开始、移动距离等。作为对于弯曲机构230的指令信号，存在各个部分的动作的开始、位移、或者弯曲角度等。作为对于锤击机构240的指令信号，例如存在锤击的开始、每次受到支承时的锤子的锤击次数、或者被分级的锤击的强度的等级等。

这些指令信号的内容以与各步骤对应的方式存储于形状加工顺序存储部112，进展控制部113与步骤的进展相配合地依次读出这些指令信号的内容并向驱动控制部116输出。另外，也可以不经由进展控制部113，而是驱动控制部116与来自进展控制部113的进展指令相配合地直接从形状加工顺序存储部112读出。

驱动控制部116如上述那样向载荷施加机构200的各个要素输出指令信号，但其输出动作为，判定来自减法部115的偏差信号是否为判定值以内，如果为判定基准外则继续进行输出动作，当成为判定基准内时则停止输出动作。

图5是表示实施方式所涉及的线圈成型系统的弯曲机构的构成的图6的v-v向视截面图。此外，图6是表示实施方式所涉及的线圈成型系统的弯曲机构的构成的图5的vi-vi向视截面图。

弯曲机构230具有第1支承部231、第2支承部232、第3支承部233、第4支承部234以及对第4支承部234进行支承的支承部222a。

第1支承部231、第2支承部232、第3支承部233、第4支承部234分别为圆筒状，在基准状态下彼此为同轴。

第1支承部231由第1支承部驱动部231a驱动为从基准状态的中心轴的方向倾斜，并且由第1支承部驱动部231a支承。第1支承部231为圆板状，在外周形成有外螺纹。具体而言，例如，第1支承部231与第1支承部驱动部231a螺合，分别成为与齿条和小齿轮类似的关系。第1支承部驱动部231a的旋转轴配置于基准状态的中心轴的方向，第1支承部驱动部231a由第2支承部232支承。此外，虽然未图示，但第1支承部231的中心轴方向倾斜时的支点(未图示)也由第2支承部232支承。

根据以上那样的构成，能够在第1支承部驱动部231a进行旋转的第1平面内变更第1支承部231的轴心的方向。

第2支承部232由第2支承部驱动部232a驱动为从基准状态的轴心的方向朝从中心轴观察相对于第1支承部231倾斜的方向为90度的方向倾斜，并且由第2支承部驱动部232a支承。第2支承部232为圆板状，在外周形成有外螺纹。具体而言，例如，第2支承部232与第2支承部驱动部232a螺合，分别成为与齿条和小齿轮类似的关系。第2支承部驱动部232a的旋转轴配置于基准状态的轴心的方向，第2支承部驱动部232a由第3支承部233支承。此外，虽然未图示，但第2支承部232的轴心的方向倾斜时的支点(未图示)也由第3支承部233支承。

根据以上那样的构成，能够在第2支承部驱动部232a进行旋转的第2平面内变更第2支承部232的轴心的方向。此处，第2平面与第1平面正交。

第3支承部233由第3支承部驱动部233a驱动为围绕中心轴旋转，并且由第3支承部驱动部233a支承。第3支承部233为圆板状，并形成有螺纹。具体而言，例如，第3支承部233与第3支承部驱动部233a螺合，分别成为与齿条和小齿轮类似的关系。第3支承部驱动部233a的旋转轴配置于与基准状态的轴心垂直的方向，第3支承部驱动部233a由第4支承部234支承。第3支承部驱动部233a在周向上设置有三处且在轴向上设置有两处，合计设置有六处。

根据以上那样的构成，在第3支承部驱动部233a进行旋转的平面内，第3支承部233能够以其中心轴为中心在周向上变更角度。

第4支承部234经由支承部222a而由基座201固定支承。

在第1支承部231的内表面上，侧部约束杆235c在周向上彼此为180度的位置安装有两处，端部约束杆235d在周向上彼此为180度的位置安装有两处，侧部约束杆235c与端部约束杆235d被安装为彼此处于90度的位置。侧部约束杆235c以及端部约束杆235d分别形成为伸缩自如。

两个侧部约束杆235c分别支承侧部约束板235a。两个端部约束杆235d分别支承端部约束板235b。两个侧部约束杆235c从收缩的状态成为伸长的状态，两个侧部约束板235a被按压于定子线圈导体23两侧的宽度较大的侧面23a。此外，两个端部约束杆235d从收缩的状态成为伸长的状态，两个端部约束板235b分别被按压于定子线圈导体23两侧的宽度较小的侧面23b。如此，弯曲机构230形成为把持定子线圈导体23。

以上，表示了第1支承部231与第1支承部驱动部231a、第2支承部232与第2支承部驱动部232a、第3支承部233与第3支承部驱动部233a的各自的关系成为与齿条和小齿轮类似的关系的情况，但只要能够实现旋转动作或者轴向的变更动作，则也可以不是齿轮方式，例如是使用了杠杆的方式等其他方式。

图7是表示线圈成型系统的锤击机构的构成的沿着定子线圈导体的长度方向的侧视图。锤击机构240具有保护板246、打击部244以及驱动它们的驱动部241。

为了进行定子线圈导体23的弯曲加工，打击部244经由保护板246对定子线圈导体23施加冲击力。打击部244例如为金属块，安装于与锤子驱动轴242结合的锤子支承棒243。锤子驱动轴242由驱动部241旋转驱动。

保护板246对定子线圈导体23的冲击对象部分进行覆盖而进行保护，以防止定子线圈导体23的被打击部244施加冲击的部分的局部变形。保护板246例如是金属制、mikarta(米可特)(注册商标)制、teflon(特氟龙)(注册商标)制的绝缘材料的板，由保护板支承部245支承。保护板支承部245由驱动部241驱动、定位。

在定子线圈导体23的弯曲加工时，在使约束机构210约束了定子线圈导体23的状态下，通过弯曲机构230对定子线圈导体23施加静态弯曲载荷，与此同时，通过锤击机构240进行锤击。

在锤击时，通过保护板支承部245使保护板246沿着定子线圈导体23，而通过打击部244敲击保护板246。保护板246所沿着的定子线圈导体23的位置为，在长度方向上隔着弯曲机构230而位于约束机构210的相反侧。

另外，锤击机构240将约束机构210以及弯曲机构230作为支承部而对定子线圈导体23施加冲击，但也可以进一步具有设置于定子线圈导体23的与由保护板246覆盖的一侧相反一侧的引导件。

图8是表示实施方式所涉及的线圈成型方法的整体顺序的流程图。

首先，形状加工顺序读入部111读入所设定的形状加工顺序(步骤s10)。其次，形状加工顺序存储部112存储由形状加工顺序读入部111读入的形状加工顺序(步骤s20)。

其次，进展控制部113从形状加工顺序读入部111读出下一个顺序，并向目标值输出部114输出(步骤s30)。目标值输出部114输出与下一个顺序对应的目标值(步骤s40)。

减法部115输出从目标值输出部114所输出的目标值减去来自计测装置120的反馈信号而得到的偏差信号(步骤s50)。

驱动控制部116基于来自进展控制部113的指令，并且，根据来自减法部115的输出即偏差信号的状态，向载荷施加机构200的各个要素输出驱动指令信号，以使反馈信号成为目标值(步骤s60)。

基于来自驱动控制部116的驱动指令信号，载荷施加机构200的各个要素进行动作，并对定子线圈导体23进行作用(步骤s70)。图9中表示步骤s70的详细顺序。

图9是表示实施方式所涉及的线圈成型方法的载荷施加步骤的详细顺序的流程图。

首先，约束机构210对直线状的定子线圈导体23进行约束(步骤s71)。其次，通过弯曲机构230把持约束部分的轴向的外侧部分(步骤s72)。

其次，一边敲击定子线圈导体23一边实施强制弯曲(步骤s73)。即，弯曲机构230沿着规定的方向对定子线圈导体23施加强制弯曲力。此外，锤击机构240进行锤击，以使定子线圈导体23朝强制弯曲的方向弯曲。因而，弯曲机构230进行强制弯曲的步骤与锤击机构240进行锤击的步骤不分前后。此外，可以并行地进行，也可以交替地进行。

如果定子线圈导体23的状态成为规定的状态，则释放载荷，对尺寸、形状进行确认(步骤s74)。此处，能够根据减法部115的输出即偏差是否为判定值以下，来判定是否成为规定的状态。通过使侧部约束杆235c以及端部约束杆235d缩小来进行载荷的释放。

在以上的一系列动作之后，即便在释放状态下，进展控制部113也判定减法部115的输出即偏差是否在判定基准内(步骤s80)。在判定为偏差不在判定值以内的情况下(步骤s80：否)，再次重复进行步骤s70内的步骤s72到步骤s80。

在判定为偏差在判定基准内的情况下(步骤s80：是)，判断是否全部顺序都结束了(步骤s90)(图8)。在未判定为全部顺序都结束的情况下(步骤s90：否)，重复进行步骤s40到步骤s90。在判定为全部顺序都结束了的情况下(步骤s90：是)，结束线圈成型。

根据本发明，在线圈导体的弯曲加工中，实施具有再现性的加工，由此能够实现质量的提高。

[其他实施方式]

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。例如，在实施方式中，以定子线圈的成型加工的情况为例进行表示，但并不限定于此。对于同步电机的情况下的转子中所设置的励磁线圈等线圈导体的成型加工或者绕组型感应电机的情况下的转子线圈的线圈导体的成型加工，也能够应用本发明。

并且，实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。