JP2005110341A - コイル成形装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １台の装置で中間成形と拡張成形との両工程を完全に実施することができるコイル成形装置およびその方法を提供すること。
【解決手段】 作業位置の下方に砲弾状部材２を，上方に上方成形部７を設けている。そして砲弾状部材２に，ブレード部材３を設け，ブレード部材３の径方向外向きの迫り出し動作によりコイルの中間成形を行う。さらに，砲弾状部材２と上方成形部７とにそれぞれ第１拡張部材４，第２拡張部材８を設け，第１拡張部材４および第２拡張部材８の径方向外向きの迫り出し動作によりコイルの拡張成形を行う。これにより，１台の装置で中間成形と拡張成形との両工程を実施し，コイル成形を完結できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は，モータや発電機等の回転電機のアウターコアのスロットに挿入されたコイルを，後続のコイルの挿入等の後工程の便宜のために成形するコイル成形装置およびその方法に関するものである。

回転電機の製造過程では，あらかじめ導線を巻回したコイルを複数個用意しておき，これらを順次，アウターコア（多くはステータコア）のスロットに挿入していく。ここにおいて，スロットに挿入されたコイルはそのままでは，後続のコイルの挿入等の後工程に対する邪魔となる。このため，挿入されたコイルを成形し，後工程の邪魔にならないようにする必要がある。そのための成形技術として従来提案されているものとして，特許文献１，２等が挙げられる。

コイルの成形工程は基本的に，中間成形と拡張成形との２工程に分けられる。中間成形工程は，コイルのエンド部分（コアの端部からはみ出た部分）を径方向外側に向けて押し出すとともに，コイルのサイド部分（スロット内に位置する部分）をスロットの底に向けて押圧する工程である。ところがこれだけでは，コイルのエンド部分を，スロットの外径部までしか広げられない。さらに，コイルのスプリングバック（復元力）により，エンド部分が内向きに少し戻ってきてしまう。このため，完全には後工程のためのスロットスペースを空けることができない。そこで，中間成形工程後に，コイルのエンド部分をさらに外側へ向けて広げる拡張成形工程が必要なのである。
特開平１１−２７８８９号公報 特開平５−３０４７４８号公報

しかしながら，前記した従来の技術には，次のような問題があった。すなわち，中間成形と拡張成形との両工程を１台の装置で完全に行うことができないのである。例えば特許文献１の技術では，その図１７に記載されている装置により，中間成形と拡張成形とを行うことができると考えられる。しかしこの装置における拡張成形は，同文献の段落［０００９］に記載されているように，上下の成形型の軸方向の押圧によるものにすぎず，不十分である。そのため，同文献の図２等に示されるように，別の装置を使用してあらためて拡張成形する必要があった。特許文献２の技術においても，中間成形はともかく拡張成形は不十分であった。このように従来は，中間成形と拡張成形とに別個の装置を要し，工程数や設備上の負担となっていた。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，１台の装置で中間成形と拡張成形との両工程を完全に実施することができるコイル成形装置およびその方法を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明のコイル成形装置は，アウターコアのスロットに挿入されたコイルを成形する装置であって，アウターコアの内側に軸方向の一方から進入する砲弾状部材と，砲弾状部材に内蔵され，径方向に迫り出すことによりアウターコアのスロットに進入するブレード部材と，砲弾状部材における，アウターコアへの進入方向にブレード部材より後方の位置に設けられ，径方向に迫り出すことにより，コイルのアウターコアの一端からはみ出た部分を外向きに押し出す第１拡張部材と，アウターコアを挟んで砲弾状部材と反対側に位置し，アウターコアの軸方向に移動する拡張部材ホルダと，拡張部材ホルダに設けられ，径方向に迫り出すことにより，コイルのアウターコアの他端からはみ出た部分を外向きに押し出す第２拡張部材とを有するものである。

このコイル成形装置によるコイル成形は，次のようにして実施される。すなわち，砲弾状部材を，コイルが挿入されたアウターコアの内側に進入させる。これにより，ブレード部材がアウターコアのコイルに対面する状態とする。そして，ブレード部材を砲弾状部材から径方向に迫り出させる。すると，ブレード部材がアウターコアのスロットに進入する。これにより，コイルのアウターコアの一端からはみ出た部分がスロットの外径部まで押し出される。これがコイルの中間成形である。次に，第１拡張部材および第２拡張部材をアウターコアの両端部に面する状態とする。これにより，第１拡張部材および第２拡張部材がコイルのアウターコアの一端からはみ出た部分に対面する状態とする。そして，第１拡張部材および第２拡張部材を径方向に迫り出させる。これにより，コイルのアウターコアの一端からはみ出た部分がスロットの外径部からさらに外側へ押し出される。これがコイルの拡張成形である。以上のようにして，１台のコイル成形装置にて中間成形と拡張成形とを実行できるのである。

本発明のコイル成形装置において，砲弾状部材は，軸方向への移動によりブレード部材を径方向に移動させる開閉カムを有し，ブレード部材には，開閉カムと噛み合うカム溝が形成されていることとするとよい。このようにした場合には，開閉カムを軸方向への移動させると，開閉カムとカム溝との協働により，ブレード部材が径方向に移動することとなる。これにより，ブレード部材の径方向への迫り出しを実現できる。

本発明のコイル成形装置においてはさらに，砲弾状部材および拡張部材ホルダが，径方向に対して斜めに設けられるとともに軸周りに回転する拡張カムを有し，第１拡張部材および第２拡張部材には，拡張カムに噛み合う噛み合い部が設けられていることとするとよい。このようにした場合には，拡張カムを回転させると，拡張カムと噛み合い部との協働により，第１拡張部材および第２拡張部材が径方向に移動することとなる。これにより，第１拡張部材および第２拡張部材の径方向への迫り出しを実現できる。

本発明によれば，１台の装置で中間成形と拡張成形との両工程を完全に実施することができるコイル成形装置およびその方法が提供される。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，モータのステータコアに挿入されたコイルを成形するコイル成形装置として，本発明を具体化したものである。

本形態に係るコイル成形装置は概略，図１に示す全体構成を有する。図１のコイル成形装置は，基台１上に，砲弾状部材２を備えている。この砲弾状部材２には，ブレード部材３が内蔵されている。さらに砲弾状部材２には，ブレード部材３より下方の位置に，第１拡張部材４が備えられている。また，基台１に対して支柱５により上板６が支えられており，上板６には上方成形部７が設けられている。上方成形部７には第２拡張部材８が備えられている。砲弾状部材２は，ブレード部材３および第１拡張部材４とともに，基台１に対して昇降可能とされている。また，上方成形部７も，第２拡張部材８とともに上板６に対して昇降可能とされている。そして，砲弾状部材２と上方成形部７との間には，別に設けたコア搬送装置により，ワーク１００，すなわちステータコアを保持したワークパレット１０１が，図１の紙面に対して垂直な方向から搬送されてくるようになっている。

砲弾状部材２について，図２によりさらに説明する。砲弾状部材２には，前述のようにブレード部材３が内蔵されている。ブレード部材３は，平板上の部材であって，砲弾状部材２に対して径方向に移動できるようになっている。図１，図２ではブレード部材３は左右２枚しか存在しないかのように描かれているが，実際には，砲弾状部材２の中心の周りに多数設けられている。ブレード部材３は，実際にはその外辺３１でコイルの成形を行う。外辺３１の下方には，凹部３２が形成されている。また，ブレード部材３の内辺側には，カム溝３３が形成されている。

砲弾状部材２の中心に沿って，カム軸９が設けられている。カム軸９には，ブレード部材３のカム溝３３と噛み合う傘状のカム部材９１が取り付けられている。カム軸９およびカム部材９１は一体として，砲弾状部材２に対して上下方向に移動できるようにされている。このカム軸９およびカム部材９１の上下移動は，砲弾状部材２の基台１に対する昇降移動とは独立である。また，砲弾状部材２の内部には，ブレード部材３の上下方向の移動を規制する規制部材９２が設けられている。これにより，ブレード部材３を径方向外向きに迫り出させたり，元の位置に戻したりできるようになっている。図２中のブレード部材３は元の位置を示している。ブレード部材３が迫り出した状態を図３に示す。この状態において，ブレード部材３に凹部３２が形成されていることにより，ブレード部材３と第１拡張部材４との干渉が防止されている。なお，図２に示されるカム軸９の位置からの上昇量の加減により，ブレード部材３の迫り出し量を調節することができる。

ブレード部材３の下方には，前述の第１拡張部材４を径方向外向きにに迫り出させる迫り出し機構として，ドーナツ状のカムディスク４１と，その取っ手４２が設けられている。カムディスク４１の図２中上側の面には，図４に示すように，径方向に対して傾斜したカム溝４３が形成されている。一方，第１拡張部材４は，ベース部材４４に取り付けられており，そのベース部材の下部にはカムピン４５が形成されている。このカムピン４５が，カムディスク４１のカム溝４３に挿入された格好になっている。なお，図１，図２では第１拡張部材４は左右２枚しか存在しないかのように描かれているが，実際には図４に見るように，砲弾状部材２の中心の周りに多数設けられている。第１拡張部材４は，実際にはその凹部４６でコイルの成形を行う。そして，取っ手４２によりカムディスク４１を，軸周りに回転させることができるようになっている。ただし，第１拡張部材４およびベース部材４４は，径方向にのみ移動可能とされており，カムディスク４１とともに回転することはない。したがって，傾斜したカム溝４３とカムピン４５との協働により，第１拡張部材４を径方向に迫り出させた状態を実現できるようになっている（図５，図６）。図６は，ブレード部材３を基の状態に戻し第１拡張部材４のみを迫り出させた状態を描いたものである。なお，カムディスク４１の回転量の加減により，第１拡張部材４の迫り出し量を調節することができる。あるいは，カムディスク４１におけるカム溝４３の長さや径方向に対する角度によっても，第１拡張部材４の迫り出し量を調節することができる。

次に，図１中の上方成形部７について述べる。上方成形部７も，前述の第２拡張部材８を径方向に迫り出させる迫り出し機構を有している。この機構は，砲弾状部材２の下部のカムディスク４１等の機構と同じ機構であるので，詳細な説明は省略する。ただし，砲弾状部材２のものとは上下逆さに配置されている。また，カムディスク４１がドーナツ状であることにより，その内部に砲弾状部材２の先頭が進入しうるようになっている。砲弾状部材２を上昇させ，かつ上方成形部７を下降させた際に干渉しないようにするためである。

なお，図７中に見るように実際には，砲弾状部材２が３基，上方成形部７が２基設けられている。その理由は，第１相〜第３相の各コイルごとに，ブレード部材３や第１拡張部材４，第２拡張部材８に求められる形状や個数が異なるからである。このため各相のコイルごとに，それぞれ専用の砲弾状部材２および上方成形部７を設けているのである。ただし，最終相である第３相目のコイルの挿入後には，中間形成のみ行い拡張形成は行わない。その後にさらにコイルが挿入されることがないからである。このため，上方成形部７の個数が２基となっているのである。また，第３相用の砲弾状部材２には，第１拡張部材４およびその迫り出し機構が設けられていない。なお図７は，図１のコイル成形装置を側方から見た状況を，砲弾状部材２および上方成形部７以外の構成要素を省略して描いたものである。

続いて，本形態に係るコイル成形装置によるコイルの成形動作を説明する。まず，該当する相用の砲弾状部材２および上方成形部７を作業位置にセットする。そして，砲弾状部材２を下降させ，上方成形部７を上昇させておく。また，ブレード部材３，第１拡張部材４，および第２拡張部材８のすべてを内側に収納しておく。この状態で，ワークパレット１０１に保持されたワーク１００をコイル成形装置の作業位置に受け入れる。ここから成形動作が開始される。この時点では，ワーク１００，すなわちステータコアにコイルが挿入されてはいるが，図８の（ａ）に示すように，コイルの全体がほぼ垂直となっている。すなわち，コイルのエンド部分１０２が外側に押しのけられていない。特に上側のエンド部分１０２はむしろ内側に少し迫り出している状況である。このため，次相のコイルの挿入が妨げられる状態となっている。

そこで，砲弾状部材２を上昇させ，ワーク１００の内側に進入させる。そして，ブレード部材３の外辺３１がワーク１００に対面する状態とする。この状態を図９に示す。この状態では，コイルの上のエンド部分１０２が，図８の（ａ）の状態に比してやや外側に押しのけられている。砲弾状部材２の先頭がワーク１００の内側に下から進入したことによる。この状態から，図２中のカム軸９を上昇させる。すると，カム部材９１とカム溝３３との作用により，ブレード部材３が径方向外向きに迫り出す。したがってブレード部材３は，図３に示す状態となる。これによりコイルのエンド部分１０２が，ワーク１００のスロットの外径部まで広げられる。すなわち，図８の（ｂ）に示す状態となる。この，図８の（ａ）から（ｂ）への操作が中間成形である。中間成形後には，ブレード部材３を元の状態に戻す。

ここで，コイルの相による中間成形の違いを説明する。そのためにまず，挿入済スロットと未挿入スロットとによるブレード部材３の作用の違いを説明する。図１０に示すように，挿入済スロット１０４においては，ブレード部材３は，スロット内にわずかにしか進入しない。スロット内に既にコイルのサイド部分１０３が存在し，これをスロットの底に向けて押圧するだけだからである。これに対し，未挿入スロット１０５においては，ブレード部材３は，スロットの底付近まで進入する。コイルのエンド部分１０２をスロットの外径部まで広げるためである。次に相ごとの違いを説明する。第１相のコイルの挿入後においては，図１１に示すように，４本の未挿入スロット１０５と２本の挿入済スロット１０４とでスロットの配置の１周期をなしている。第２相のコイルの挿入後においては，図１２に示すように，２本の未挿入スロット１０５と４本の挿入済スロット１０４とでスロットの配置の１周期をなしている。なお，第３相のコイルの挿入後においては，すべてのスロットが挿入済スロットとなる。各相の専用の砲弾状部材２におけるブレード部材３の配置は，これに対応したものとされている。

第１相または第２相のコイルの挿入後は，中間成形に続いて拡張成形を行う。このため砲弾状部材２を，図９に示した位置からさらに上昇させる。また，上方成形部７を下降させる。これにより，上下の第１拡張部材４，第２拡張部材８をコイルのエンド部分１０２に当接させた状態とする。この状態を図１３に示す。この状態から，上下とも，カムディスク４１を回転させて図５の状態とする。すると，カム溝４３とカムピン４５との協働により，第１拡張部材４，第２拡張部材８が径方向外向きに迫り出す。したがって第１拡張部材４は，図６に示す状態となる。第２拡張部材８も同様の状態となる。これによりコイルのエンド部分１０２が，ワーク１００のスロットの外径部からさらに外側へ広げられる。すなわち，図８の（ｃ）に示す状態となる。この，図８の（ｂ）から（ｃ）への操作が拡張成形である。

拡張成形についてもコイルの相による違いがある。拡張成形は，中間成形について図１０で説明した未挿入スロットについてのみ行われる成形だからである。したがって，第１相のコイルの挿入後と第２相のコイルの挿入後とでは，拡張成形を行うべきスロットの数または場所が異なる。また，第３相のコイルの挿入後には，拡張成形を行うべきスロットはもはやない。第１相および第２相の専用の砲弾状部材２における第１拡張部材４の配置は，これに対応したものとされている。各相の専用の上方成形部７における第２拡張部材８の配置も同様である。

以上のようにして中間成形および拡張成形がなされると，第１拡張部材４および第２拡張部材８は元通り収納される。そして，砲弾状部材２は下降し，上方成形部７は上昇する。そして，ワーク１００を保持したワークパレット１０１は次工程へ向けて移動していく。むろんこの状態では，次工程（次の相のコイル挿入等）においてコイルのエンド部分１０２が邪魔になることはない。

以上詳細に説明したように，本形態に係るコイル成形装置では，作業位置の下方に砲弾状部材２を，上方に上方成形部７を設けている。そして砲弾状部材２に，ブレード部材３を設け，ブレード部材３の径方向外向きの迫り出し動作によりコイルの中間成形を行うようにしている。さらに，砲弾状部材２と上方成形部７とにそれぞれ第１拡張部材４，第２拡張部材８を設け，第１拡張部材４および第２拡張部材８の径方向外向きの迫り出し動作によりコイルの拡張成形を行うようにしている。これにより，１台の装置で中間成形と拡張成形との両工程を実施し，コイル成形を完結できるコイル成形装置およびその方法が実現されている。本形態に係るコイル成形装置では特に，拡張成形についても，軸方向の動作ではなく径方向外向きの迫り出し動作により実施するようにしている。このため，中間成形後のコイルのエンド部を十分に径方向外側へ拡張できる。したがって，その後に別の装置で拡張成形をやり直す必要なく，次の相のコイルの挿入等を行うことができる。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。

最良の形態に係るコイル成形装置の全体構成を示す正面図である。 コイル成形装置における砲弾状部材の内部構造図である。 ブレード部材を迫り出させた状態を示す砲弾状部材の内部構造図である。 拡張部材を径方向に迫り出させるカムディスクを示す平面図である。 拡張部材を径方向に迫り出させた状態を示すカムディスクの平面図である。 拡張部材を径方向に迫り出させた状態を示す砲弾状部材の内部構造図である。 コイル成形装置の主要な構成要素を示す側面図である。 コイルの成形作業の進捗によるコイルエンドの形状の変化を示す側面図である。 中間成形を行う前の状況を示す部分断面図である。 コアの挿入済スロットおよび未挿入スロットにおける中間成形時のブレード部材の作用を示す平面図である。 第１相コイルの挿入後の状況を示す平面図である。 第２相コイルの挿入後の状況を示す平面図である。 拡張成形を行う前の状況を示す部分断面図である。

符号の説明

２ 砲弾状部材
３ ブレード部材
４ 第１拡張部材
７ 上方成形部（拡張部材ホルダ）
８ 第２拡張部材
３３ カム溝
４３ カム溝（拡張カム）
４５ カムピン（噛み合い部）
９１ カム部材（開閉カム）

Claims (4)

1. アウターコアのスロットに挿入されたコイルを成形するコイル成形装置において，
   アウターコアの内側に軸方向の一方から進入する砲弾状部材と，
   前記砲弾状部材に内蔵され，径方向に迫り出すことによりアウターコアのスロットに進入するブレード部材と，
   前記砲弾状部材における，アウターコアへの進入方向に前記ブレード部材より後方の位置に設けられ，径方向に迫り出すことにより，コイルのアウターコアの一端からはみ出た部分を外向きに押し出す第１拡張部材と，
   アウターコアを挟んで前記砲弾状部材と反対側に位置し，アウターコアの軸方向に移動する拡張部材ホルダと，
   前記拡張部材ホルダに設けられ，径方向に迫り出すことにより，コイルのアウターコアの他端からはみ出た部分を外向きに押し出す第２拡張部材とを有することを特徴とするコイル成形装置。
2. 請求項１に記載するコイル成形装置において，
   前記砲弾状部材は，軸方向への移動により前記ブレード部材を径方向に移動させる開閉カムを有し，
   前記ブレード部材には，前記開閉カムと噛み合うカム溝が形成されていることを特徴とするコイル成形装置。
3. 請求項１に記載するコイル成形装置において，
   前記砲弾状部材および前記拡張部材ホルダは，径方向に対して斜めに設けられるとともに軸周りに回転する拡張カムを有し，
   前記第１拡張部材および前記第２拡張部材には，前記拡張カムに噛み合う噛み合い部が設けられていることを特徴とするコイル成形装置。
4. アウターコアのスロットに挿入されたコイルを成形するコイル成形方法において，
   アウターコアの内側に軸方向の一方から進入する砲弾状部材と，
   前記砲弾状部材に内蔵され，径方向に迫り出すことによりアウターコアのスロットに進入するブレード部材と，
   前記砲弾状部材における，アウターコアへの進入方向に前記ブレード部材より後方の位置に設けられ，径方向に迫り出すことにより，コイルのアウターコアの一端からはみ出た部分を外向きに押し出す第１拡張部材と，
   アウターコアを挟んで前記砲弾状部材と反対側に位置し，アウターコアの軸方向に移動する拡張部材ホルダと，
   前記拡張部材ホルダに設けられ，径方向に迫り出すことにより，コイルのアウターコアの他端からはみ出た部分を外向きに押し出す第２拡張部材とを有するコイル成形装置を用い，
   前記砲弾状部材をコイルが挿入されたアウターコアの内側に進入させ，
   前記ブレード部材を前記砲弾状部材から径方向に迫り出させてコイルの中間成形を行い，
   前記第１拡張部材および前記第２拡張部材をアウターコアの両端部に面する状態とし， 前記第１拡張部材および前記第２拡張部材を径方向に迫り出させてコイルの拡張成形を行うことを特徴とするコイル成形方法。

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