JP2019193403A - コイルの挿入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルをステータコアに確実に挿入できるコイルの挿入方法を実現する。【解決手段】本発明の一形態に係るコイルの挿入方法は、コイル２０とステータコア１０とを相対的に移動させ、コイル２０の各々の脚部２１ａをステータコア１０のスロット部に挿入する工程と、コイル２０とステータコア１０との接近量を検出する工程と、コイル２０に作用する荷重を検出する工程と、コイル２０に作用する荷重に対するコイル２０とステータコア１０との接近量が第１の閾値より小さく、且つコイル２０とステータコア１０との接近量が第２の閾値以上である場合、コイル２０とステータコア１０との相対的な移動を停止する工程と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、コイルの挿入方法に関し、例えば、セグメントコイルの脚部がステータコアにおけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々のスロット部に挿入可能な状態で当該セグメントコイルが組まれたコイルをスロット部に挿入する方法に関する。

近年、セグメントコイルをコイルに用いたモータが製造されている。このとき、ステータコアの端面に設けられたカフサにセグメントコイルの折り返し部が略接触するまで、コイルをステータコアに挿入する必要がある。

そのため、例えば、挿入したコイルに作用する荷重を検出し、当該荷重が予め設定された閾値以上になると、セグメントコイルの折り返し部がカフサに略接触するまでコイルがステータコアに挿入されたと判定している。

ところで、特許文献１には、ブレードに巻かれたコイルをストリッパによりステータコアのスロット部に挿入するコイルの挿入方法が開示されている。但し、特許文献１のコイルの挿入方法は、セグメントコイルを用いたコイルをステータコアに挿入する技術ではない。

特開２００６−１３６０８３号公報

一般的なコイルの挿入方法においては、例えば、コイルの脚部がスロット部の周面に接触するなどに起因して、検出した荷重が大きくなって閾値以上になっても、セグメントコイルの折り返し部がカフサに略接触するまでコイルがステータコアに挿入されたと誤判定してしまう場合がある。そのため、コイルがステータコアに確実に挿入されていない場合がある。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、コイルをステータコアに確実に挿入できるコイルの挿入方法を実現する。

本発明の一態様に係るコイルの挿入方法は、セグメントコイルの脚部がステータコアにおけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々のスロット部に挿入可能な状態で前記セグメントコイルが組まれたコイルを前記スロット部に挿入する方法であって、
前記コイルが前記ステータコアに接近するように、前記コイルと前記ステータコアとを相対的に移動させ、前記コイルの各々の脚部を前記スロット部に挿入する工程と、
前記コイルと前記ステータコアとの接近量を検出する工程と、
前記コイルと前記ステータコアとを相対的に移動させた際に当該コイルに作用する荷重を検出する工程と、
前記コイルに作用する荷重に対する前記コイルと前記ステータコアとの接近量が予め設定された第１の閾値より小さいか否かを判定する工程と、
前記コイルと前記ステータコアとの接近量が予め設定された第２の閾値以上か否かを判定する工程と、
前記コイルに作用する荷重に対する前記コイルと前記ステータコアとの接近量が前記第１の閾値より小さく、且つ前記コイルと前記ステータコアとの接近量が前記第２の閾値以上である場合、前記コイルと前記ステータコアとの相対的な移動を停止する工程と、
を備える。

本発明によれば、コイルをステータコアに確実に挿入できるコイルの挿入方法を実現できる。

実施の形態のコイルの挿入方法において、コイルをステータコアに挿入する様子を模式的に示す図である。 コイルとステータコアとの接近量と、コイルに作用する荷重と、の関係を示す図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

先ず、本実施の形態で用いられるステータコア及びコイルの構成を説明する。図１は、本実施の形態のコイルの挿入方法において、コイルをステータコアに挿入する様子を模式的に示す図である。

ステータコア１０は、例えば、磁性鋼板が積層されて成り、図示は省略するが、円環状のヨーク部、ヨーク部から径方向内側に突出するティース部及びティース部の間に配置された、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のスロット部を備えている。このようなステータコア１０の積層方向（即ち、厚さ方向）の両面には、カフサ１１が設けられている。なお、図１では、カフサ１１を簡略化して示している。

コイル２０は、複数のセグメントコイル２１を組んで成る。セグメントコイル２１は、略逆Ｕ字形状に形成された平角導体であり、二本の脚部２１ａ及び当該脚部２１ａを連結する折り返し部２１ｂを備えている。このようなセグメントコイル２１の脚部２１ａは、ステータコア１０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのスロット部に挿入される。

次に、本実施の形態のコイル２０をステータコア１０に挿入する際に用いる挿入装置１の構成を説明する。なお、以下の説明では、コイル２０の挿入方向を下方とし、コイル２０の挿入方向に対して逆方向を上方として説明するが、当該方向は、挿入装置１の配置に応じて、適宜、変更することができる。

挿入装置１は、図１に示すように、第１の移動機構２、第２の移動機構３、カフサ押さえ４及び制御装置５を備えている。第１の移動機構２は、コイル２０を挿入装置１の上下方向に移動させる。第１の移動機構２は、第１の加圧プレート２ａ、第２の加圧プレート２ｂ、弾性部材２ｃ、荷重検出部２ｄ及び駆動機構２ｅを備えている。

第１の加圧プレート２ａは、例えば、挿入装置１の上下方向から見て、コイル２０の上端部の略全域を覆う広さを有し、例えば、円形の板体である。このような第１の加圧プレート２ａには、コイル２０を保持するためのチャック（図示を省略）が設けられている。

第２の加圧プレート２ｂは、第１の加圧プレート２ａに対して上方に配置されている。つまり、第２の加圧プレート２ｂは、挿入装置１の上下方向から見て、第１の加圧プレート２ａと重なるように配置されている。第２の加圧プレート２ｂは、例えば、第１の加圧プレート２ａと略等しい形状とされている。

弾性部材２ｃは、第１の加圧プレート２ａと第２の加圧プレート２ｂとを連結する。弾性部材２ｃは、例えば、コイルバネを備えており、上端部が第２の加圧プレート２ｂに固定され、下端部が第１の加圧プレート２ａに固定されている。但し、弾性部材２ｃは、コイルバネに限らず、第２の加圧プレート２ｂの上下方向の移動を第１の加圧プレート２ａに良好に伝達でき、且つ挿入装置１の上下方向に変形可能な樹脂製品や板バネなどでもよい。

荷重検出部２ｄは、第１の加圧プレート２ａと第２の加圧プレート２ｂとの間に配置されている。荷重検出部２ｄとしては、一般的な荷重センサを用いることができ、例えば、ロードセルを用いることができる。

駆動機構２ｅは、第１の加圧プレート２ａ及び第２の加圧プレート２ｂを挿入装置１の上下方向に移動させる。駆動機構２ｅは、モータ２ｆを備えており、モータ２ｆの駆動力が第２の加圧プレート２ｂに伝達されるように当該第２の加圧プレート２ｂに接続されている。

モータ２ｆは、制御装置５から入力される制御信号に基づいて動作する。モータ２ｆは、例えば、図示を省略するエンコーダを備えており、当該エンコーダは、検出したモータ２ｆの回転角度（即ち、回転数）を示す検出信号を制御装置５に出力する。

このような第１の移動機構２によれば、モータ２ｆが駆動すると、第２の加圧プレート２ｂ及び弾性部材２ｃを介して第１の加圧プレート２ａが挿入装置１の上下方向に移動する。

第２の移動機構３は、第１の移動機構２に対して下方に配置されており、加圧プレート３ａ及び駆動機構３ｂを備えている。加圧プレート３ａは、ステータコア１０を下方から支持する。加圧プレート３ａは、少なくともステータコア１０のスロット部と対応する貫通部を備えており、例えば、ステータコアのヨーク部が載置される円環状の板体を基本形態とし、ステータコア１０の下面に固定されたカフサ１１を下方から押さえることができる構成であるとよい。

駆動機構３ｂは、加圧プレート３ａを挿入装置１の上下方向に移動させる。駆動機構３ｂは、モータ３ｃを備えており、モータ３ｃの駆動力が加圧プレート３ａに伝達されるように当該加圧プレート３ａに接続されている。

モータ３ｃは、制御装置５から入力される制御信号に基づいて動作する。モータ３ｃは、例えば、図示を省略するエンコーダを備えており、当該エンコーダは、検出したモータ３ｃの回転角度を示す検出信号を制御装置５に出力する。

このような第２の移動機構３によれば、モータ３ｃが駆動すると、加圧プレート３ａが挿入装置１の上下方向に移動する。

カフサ押さえ４は、挿入装置１の上下方向において第１の移動機構２と第２の移動機構３との間に配置されており、コイル２０をステータコア１０に挿入する際に、ステータコア１０の上面に固定されたカフサ１１を上方から押さえる。なお、挿入装置１は、ステータコア１０の下面に固定されたカフサ１１を下方から押さえるカフサ押さえを備えていてもよい。

制御装置５は、詳細は後述するが、コイル２０をステータコア１０に挿入するために、荷重検出部２ｄ及びモータ２ｆのエンコーダ、モータ３ｃのエンコーダの検出信号に基づいてモータ２ｆ及びモータ３ｃを制御する。

次に、上述の構成の挿入装置１を用いた本実施の形態のコイル２０の挿入方法を説明する。なお、本実施の形態のコイル２０の挿入方法は、制御装置５においてプログラムを実行させることで実現できる。

コイル２０の挿入方法を実施する前に、先ず、ステータコア１０を第２の移動機構３の加圧プレート３ａの上面に配置する。このとき、ステータコア１０のスロット部が加圧プレート３ａと重ならないように当該ステータコア１０を配置する。そして、ステータコア１０の上面に設けられたカフサ１１をカフサ押さえ４によって上方から押さえる。これにより、ステータコア１０は、加圧プレート３ａに固定される。

一方で、コイル２０を第１の移動機構２に固定する。詳細には、コイル２０におけるセグメントコイル２１の折り返し部２１ｂが脚部２１ａに対して上側に配置され、大凡、セグメントコイル２１の脚部２１ａが挿入装置１の上下方向に延在するように、コイル２０を配置する。

そして、コイル２０の上端部（即ち、セグメントコイル２１の折り返し部２１ｂの上端部）を第１の加圧プレート２ａの下面に接触させた状態で、コイル２０を第１の加圧プレート２ａに設けられたチャックで固定する。

このとき、コイル２０の各々の脚部２１ａは、挿入装置１の上下方向から見て、ステータコア１０におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか所望のスロット部と重なるように配置する。つまり、コイル２０の各々の脚部２１ａを、ステータコア１０の所望のスロット部の上方に配置する。

このようにステータコア１０を第２の移動機構３の加圧プレート３ａに固定すると共に、コイル２０を第１の移動機構２の第１の加圧プレート２ａに固定した状態で、制御装置５は、モータ２ｆ及びモータ３ｃを制御する。

これにより、コイル２０がステータコア１０に接近するように、第１の加圧プレート２ａを介してコイル２０が下方に移動すると共に、加圧プレート３ａを介してステータコア１０が上方に移動する。つまり、コイル２０とステータコア１０とが相対的に移動する。そして、コイル２０の脚部２１ａがステータコア１０のスロット部に挿入されていく。

このとき、モータ２ｆのエンコーダは、モータ２ｆの回転角度を示す検出信号を制御装置５に出力する。また、モータ３ｃのエンコーダは、モータ３ｃの回転角度を示す検出信号を制御装置５に出力する。さらに、荷重検出部２ｄは、コイル２０に作用する荷重を示す検出信号を制御装置５に出力する。

制御装置５は、モータ２ｆ及びモータ３ｃのエンコーダから入力される検出信号に基づいて、コイル２０とステータコア１０との接近量を検出する。詳細には、制御装置５は、予め設定されたモータ２ｆの回転角度と第１の加圧プレート２ａの移動量との関係と、入力された検出信号が示すモータ２ｆの回転角度と、に基づいて、コイル２０の移動量（即ち、コイル２０が下方に移動を開始してからの総移動量）を検出する。このとき、制御装置５は、例えば、コイル２０の下方への移動を＋の値とし、コイル２０の上方への移動を−の値とする。

また、制御装置５は、重複する説明は省略するが、ステータコア１０の移動量（即ち、ステータコア１０が上方に移動を開始してからの総移動量）も同様に検出する。このとき、制御装置５は、例えば、ステータコア１０の上方への移動を＋の値とし、ステータコア１０の下方への移動を−の値とする。そして、制御装置５は、コイル２０の移動量と、ステータコア１０の移動量と、を加算して、コイル２０とステータコア１０との接近量を検出する。

また、制御装置５は、荷重検出部２ｄから入力される検出信号に基づいて、コイル２０に作用する荷重を検出する。つまり、制御装置５は、コイル２０が第１の移動機構２によって押し込まれた際にステータコア１０から受ける荷重を検出する。

ここで、コイル２０とステータコア１０との接近量と、コイル２０に作用する荷重と、の関係は、例えば、図２のように示すことができる。図２は、コイルとステータコアとの接近量と、コイルに作用する荷重と、の関係を示す図である。

コイル２０をステータコア１０に挿入する際、図２に示すように、コイル２０に作用する荷重が増加するのに伴って、当初は、コイル２０とステータコア１０との接近量が急激に増加する。つまり、コイル２０に作用する荷重が増加するのに伴って、コイル２０の脚部２１ａが順調にステータコア１０のスロット部に挿入されていき、コイル２０が急激にステータコア１０に接近する。

さらに、コイル２０に作用する荷重が増加すると、コイル２０とステータコア１０との接近量の増加は急激に小さくなる。これは、コイル２０におけるセグメントコイル２１の折り返し部２１ｂの下面がステータコア１０の上面に設けられたカフサ１１の上面に接触したことで、コイル２０とステータコア１０との接近量の増加が小さくなったものである。

そこで、制御装置５は、コイル２０に作用する荷重に対するコイル２０とステータコア１０との接近量（即ち、コイル２０とステータコア１０との接近量をコイル２０に作用する荷重で除した値）が予め設定された第１の閾値より小さいか否かを判定する。第１の閾値は、例えば、予め実験やシミュレーションなどを行い、コイル２０に作用する荷重に対するコイル２０とステータコア１０との接近量が急激に小さくなった際の、コイル２０に作用する荷重に対するコイル２０とステータコア１０との接近量に設定することができる。

しかし、コイル２０の脚部２１ａがステータコア１０のスロット部の周面に引っ掛かった場合も、コイル２０に作用する荷重に対するコイル２０とステータコア１０との接近量が第１の閾値より小さくなり、コイル２０におけるセグメントコイル２１の折り返し部２１ｂがステータコア１０に設けられたカフサ１１に接触したと誤判定してしまう。

そのため、制御装置５は、さらにコイル２０とステータコア１０との接近量が予め設定された第２の閾値以上か否かを判定する。第２の閾値は、例えば、予め実験やシミュレーションなどを行い、コイル２０におけるセグメントコイル２１の折り返し部２１ｂの下面がステータコア１０の上面に設けられたカフサ１１の上面に接触する、コイル２０とステータコア１０との接近量に設定することができる。

これにより、コイル２０に作用する荷重に対するコイル２０とステータコア１０との接近量が第１の閾値より小さくなっても、コイル２０とステータコア１０との接近量が第２の閾値より小さい場合、コイル２０におけるセグメントコイル２１の折り返し部２１ｂがステータコア１０に設けられたカフサ１１に接触したと誤判定することを抑制できる。

制御装置５は、コイル２０に作用する荷重に対するコイル２０とステータコア１０との接近量が第１の閾値より小さく、且つコイル２０とステータコア１０との接近量が第２の閾値以上の場合、コイル２０におけるセグメントコイル２１の折り返し部２１ｂがステータコア１０に設けられたカフサ１１に接触したと判定し、コイル２０及びステータコア１０の移動が停止するように、モータ２ｆ及びモータ３ｃを制御する。これにより、コイル２０におけるステータコア１０への挿入が完了する。

このように本実施の形態のコイル２０の挿入方法は、コイル２０に作用する荷重に対するコイル２０とステータコア１０との接近量、及びコイル２０とステータコア１０との接近量に基づいて、コイル２０及びステータコア１０の移動を制御している。

そのため、コイル２０におけるセグメントコイル２１の折り返し部２１ｂがステータコア１０に設けられたカフサ１１に接触したとの誤判定を抑制しつつ、コイル２０におけるセグメントコイル２１の折り返し部２１ｂがステータコア１０に設けられたカフサ１１に接触するまで、コイル２０をステータコア１０に確実に挿入することができる。これにより、本実施の形態のコイル２０の挿入方法は、ステータの品質の向上及び安定性に寄与できる。

ここで、挿入装置１は、ステータコア１０の上面までの距離を検出する距離検出部６を備えているとよい。距離検出部６としては、一般的な変位センサを用いることができ、例えば、レーザや超音波式の測距センサを用いることができる。距離検出部６は、ステータコア１０の上面までの距離を示す検出信号を制御装置５に出力する。

ステータコア１０は、磁性鋼板を積層して構成しているため、ステータコア１０毎に厚みに個体差が生じるが、コイル２０をステータコア１０に挿入する毎に当該ステータコア１０の上面までの距離を検出することで、コイル２０とステータコア１０との接近量の基準位置を修正することができる。つまり、コイル２０をステータコア１０に挿入する毎に、ステータコア１０の上面とコイル２０の上端部との間隔が略一定になるように修正することができる。そのため、ステータコア１０の個体差に影響されずに、コイル２０をステータコア１０に良好に挿入できる。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、本実施の形態では、第１の移動機構２及び第２の移動機構３を用いて、コイル２０及びステータコア１０を移動させているが、コイル２０又はステータコア１０のいずれか一方を移動させて、コイル２０をステータコア１０に挿入してもよい。この場合、コイル２０又はステータコア１０のいずれか一方の移動量が０になる。

１ コイルの挿入装置
２ 第１の移動機構、２ａ 第１の加圧プレート、２ｂ 第２の加圧プレート、２ｃ 弾性部材、２ｄ 荷重検出部、２ｅ 駆動機構、２ｆ モータ
３ 第２の移動機構、３ａ 加圧プレート、３ｂ 駆動機構、３ｃ モータ
４ カフサ押さえ
５ 制御装置
６ 距離検出部
１０ ステータコア
１１ カフサ
２０ コイル、２１ セグメントコイル、２１ａ 脚部、２１ｂ 折り返し部

Claims (1)

1. セグメントコイルの脚部がステータコアにおけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々のスロット部に挿入可能な状態で前記セグメントコイルが組まれたコイルを前記スロット部に挿入する方法であって、
   前記コイルが前記ステータコアに接近するように、前記コイルと前記ステータコアとを相対的に移動させ、前記コイルの各々の脚部を前記スロット部に挿入する工程と、
   前記コイルと前記ステータコアとの接近量を検出する工程と、
   前記コイルと前記ステータコアとを相対的に移動させた際に当該コイルに作用する荷重を検出する工程と、
   前記コイルに作用する荷重に対する前記コイルと前記ステータコアとの接近量が予め設定された第１の閾値より小さいか否かを判定する工程と、
   前記コイルと前記ステータコアとの接近量が予め設定された第２の閾値以上か否かを判定する工程と、
   前記コイルに作用する荷重に対する前記コイルと前記ステータコアとの接近量が前記第１の閾値より小さく、且つ前記コイルと前記ステータコアとの接近量が前記第２の閾値以上である場合、前記コイルと前記ステータコアとの相対的な移動を停止する工程と、
   を備える、コイルの挿入方法。

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