JP2020156299A - コイル挿入装置及びコイル挿入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルのスロットへの挿入作業性を向上する。【解決手段】コイル挿入装置（１００）は、ステータコア（２０）の軸方向に貫通する複数のスロット（２１）に、コイル線が環状に巻きつけられたコイル（１０）を挿入するコイル挿入装置であって、ステータコア（２０）の径方向内側に配置され、ステータコア（２０）の軸方向に沿って移動するコイル移動機構と、ステータコア（２０）の下端よりも軸方向下方に配置され、コイル（１０）に当接するコイルストッパ（１３０）と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、コイル挿入装置及びコイル挿入方法に関する。

ステータコアのスロットにコイルを挿入するコイル挿入装置が知られている。例えば、特開２０００−６９７２３号公報（特許文献１）には、円筒状のステータコアの内歯に対応して配置されるブレードにコイルを保持させ、このコイルをストリッパにより押圧して、ステータコアの内歯相互間に形成されるスロットにコイルを挿入するコイル挿入装置が開示されている。上記特許文献１のコイル挿入装置は、スロットオープンからスロットの奥にコイルを押し込むコイル挿入空間成形部を備える。

特開２０００−６９７２３号公報

上記特許文献１のコイル挿入装置では、スロットオープンからスロットの奥に向けてコイルを挿入する際に、コイルが詰まりやすいという問題がある。

本発明は、コイルのスロットへの挿入作業性を向上する、コイル挿入装置及びコイル挿入方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点からのコイル挿入装置は、ステータコアの軸方向に貫通する複数のスロットに、コイル線が環状に巻きつけられたコイルを挿入するコイル挿入装置であって、ステータコアの径方向内側に配置され、ステータコアの軸方向に沿って移動するコイル移動機構と、ステータコアの下端よりも軸方向下方に配置され、コイルに当接するコイルストッパと、を備える。

本発明の第２の観点からのコイル挿入方法は、第１の観点からのコイル挿入装置を用いたコイルの挿入方法であって、コイル移動機構によりコイルを軸方向上方に移動する工程と、コイルの軸方向下端部にコイルストッパを当接させて、コイルをスロットに挿入する工程と、を備える。

本発明はコイルのスロットへの挿入作業性を向上する、コイル挿入装置を提供することができる。

図１は、ステータの軸方向に垂直な断面の模式図である。 図２は、実施形態１のコイル挿入装置の模式図である。 図３は、実施形態１のコイル挿入装置の模式図である。 図４は、実施形態１のコイル挿入装置の模式図である。 図５は、コイルとコイルストッパとを示す模式図である。 図６は、実施形態１のコイル挿入方法を示すフローチャートである。 図７は、実施形態２のコイル挿入装置の軸方向に沿った断面の模式図である。 図８は、実施形態２のコイル挿入装置の軸方向に沿った断面の模式図である。 図９は、実施形態２のコイル挿入装置の軸方向に沿った断面の模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

また、以下の説明において、ステータ１の中心軸が延びる方向、すなわちスロットの貫通方向を「軸方向」とする。軸方向に沿った一側を上側、他側を下側とする。上下方向は、位置関係を特定するために用いるためであって、実際の方向を限定するものではない。すなわち、下方向は重力方向を必ずしも意味するものではない。軸方向は、特に限定されず、鉛直方向、水平方向、これらの方向に交差する方向などを含む。

また、ステータ１の中心軸に直交する方向を「径方向」とする。径方向に沿った一側を内側、他側を外側とする。さらに、ステータ１の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とする。

また以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示す場合がある。よって、各構成要素の寸法及び比率は実際のものと必ずしも同じではない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示する場合がある。

［実施形態１］
（ステータ）
図１に示すように、ステータ１は、モータの構成部品であって、図示しないロータと相互作用して回転トルクを発生させる。本実施形態のステータ１は、いくつかのスロット２１を跨いでコイル１０を巻きつける分布巻きとされる。ステータ１は、コイル１０と、ステータコア２０と、を備える。

＜ステータコア＞
ステータコア２０は、中空の円柱形状に形成される。ステータコア２０は、薄い珪素鋼鈑を重ねて形成される。ステータコア２０には、複数のティース２３が放射状に形成される。ティース２３同士の間には、スロット２１が形成される。ティース２３は、スロット２１を介して径方向に延びる。スロット２１には、径方向開口部であるスロットオープン２２が形成される。本実施形態のステータコア２０は、一体型のステータコアである。

＜コイル＞
図２に示すように、コイル１０は、コイル線が環状に巻きけられてなる。本実施形態のコイル線は、丸線であるが、特に限定されず、平角線などでもよい。

コイル１０は、二つのコイル辺部１１と、コイル渡り部１２と、を有する。二つのコイル辺部１１は、スロット２１内に収容される。具体的には、一方のコイル辺部１１が収納されるスロット２１と、他方のコイル辺部１１が収納されるスロット２１とは、異なる。一方のコイル辺部１１が収納されるスロット２１と、他方のコイル辺部１１が収納されるスロット２１とは、隣り合っていてもよく、別のスロットを介して周方向に配置されてもよい。

コイル辺部１１は、整列巻きである。すなわち、整列巻きでは、コイル辺部１１が所定方向に規則正しく積層される。なお、本実施形態のコイル辺部１１は、スロット２１において、周方向に規則正しく積層されるが、これに限定されない。

コイル渡り部１２は、二つのコイル辺部１１を繋ぐ。コイル渡り部１２は、軸方向両側に配置される。具体的には、軸方向上側に位置するコイル渡り部１２は、二つのコイル辺部１１の上端部を連結する上側コイルエンドである。軸方向下側に位置するコイル渡り部１２は、コイル辺部１１の下端部を連結する下側コイルエンドである。

（コイル挿入装置）
図２〜図５を用いて、コイル挿入装置１００について説明する。コイル挿入装置１００は、ステータコア２０の軸方向に貫通する複数のスロット２１に、コイル線が環状に巻きつけられたコイル１０を挿入する。詳細には、コイル挿入装置１００は、ステータコア２０の２つのスロット２１を跨ぐようにそれぞれのスロットオープン２２からコイル１０を挿入する。

図２に示すように、コイル挿入装置１００は、ブレード１１０と、コイル移動機構としてのストリッパ１２０と、コイルストッパ１３０と、を備える。

＜ブレード＞
ブレード１１０は、ステータコア２０の径方向の内側に配置される。ブレード１１０は、ティース２３と周方向位置が同じであり、かつ径方向に対向する。すなわち、ティース２３の径方向の内端における周方向の幅と、ブレード１１０の径方向の外端における周方向の幅とは、同一であって、それぞれの中心位置を合わせて対向する。ここで、「略同一」とは、寸法公差および取り付け時の公差を除いた場合に同一であることを意味する。

本実施形態のブレード１１０は、２つのブレード１１１、１１２で構成される、ブレード１１１、１１２は、複数のティース２３を介して配置される。ブレード１１１、１１２は、後述するストリッパ１２０に引っ掛けられたコイル１０を軸方向および径方向に沿ってスロット２１まで導く。ブレード１１１、１１２は、軸方向に延びる棒状の部材である。ブレード１１１、１１２は、軸方向に移動可能である。

＜ストリッパ＞
コイル移動機構としてのストリッパ１２０は、ステータコア２０の径方向内側に配置される。ストリッパ１２０は、ステータコア２０の軸方向に沿って移動する。すなわち、ストリッパ１２０は、コイル１０を軸方向に移動させる。ストリッパ１２０により、コイル１０がステータコア２０の径方向内側を軸方向に移動しつつ、コイル１０の一部がスロットオープン２２からスロット２１内部に挿入される。具体的には、ストリッパ１２０は、コイル１０の径方向の内側を引っ掛けて、ブレード１１０に沿ってコイル１０を引き上げる。

ストリッパ１２０は、本体部１２１と、フィン１２２と、を含む。本体部１２１は、円柱形状である。フィン１２２は、本体部１２１の外周面に少なくとも２つ設けられる。フィン１２２は、本体部１２１から周方向外側に延びる。フィン１２２は、コイル１０を挿入するスロット２１ａ、２１ｂに向けて周方向に延びる。フィン１２２は、軸方向下方に向けて拡径する。軸方向において、本体部１２１及びフィン１２２の上端及び下端は、同じ位置である。

＜コイルストッパ＞
コイルストッパ１３０は、ステータコア２０の下端よりも軸方向下方に配置される。詳細には、コイルストッパ１３０は、ステータコア２０の下端とコイル１０との間に配置される。

コイルストッパ１３０は、コイル１０に当接する。詳細には、コイルストッパ１３０は、コイル１０においてスロット２１の下方に位置する部分に当接する。本実施形態では、コイルストッパ１３０は、下側のコイル渡り部１２の内側に当接する。コイルストッパ１３０がコイル１０のスロット２１直下の領域に当接していると、コイル１０のスロット２１への挿入作業性がより改善される。

コイルストッパ１３０は、軸方向下方に向かうにつれて、径方向に傾斜可能に構成される。この場合、コイルストッパ１３０が軸方向下向きにコイル１０に当接する。なお、「径方向に傾斜可能に構成される」とは、コイルストッパ１３０が軸方向下方に向かうにつれて、径方向に傾斜することができることを言う。すなわち、コイルストッパ１３０は、径方向に常に傾斜してもよく、径方向に常に傾斜しなくてもよい。また傾斜角度は一定であっても、一定でなくてもよい。本実施形態のコイルストッパ１３０の上端部は、径方向外側に向けて傾斜する。

コイルストッパ１３０は、周方向において、コイル１０が挿入される２つのスロット２１ａ、２１ｂ間に配置される。コイルストッパ１３０の少なくとも一部は、スロット２１の開口部であるスロットオープン２２よりも径方向内側に配置される。本実施形態のコイルストッパ１３０は、径方向において、スロットオープン２２を跨ぐ。

コイルストッパ１３０に当接したコイル１０は、ステータコア２０の径方向内側部分よりも径方向外側部分が軸方向上側に位置する。ステータコア２０の下端２０ｂ側のコイル１０は、ストリッパ１２０が軸方向下方から上方に動きながら、スロット２１の内部に径方向内側から外側に向けて挿入される。

コイルストッパ１３０は、棒状の部材である。本実施形態のコイルストッパ１３０は、円柱形状の部材である。コイルストッパ１３０の外周面は、コイル１０が滑りにくいように、めっき処理などの表面処理が施される。

コイルストッパ１３０は、軸方向及び径方向に直交する回転軸Ｃを中心に矢印の方向に回転する。本実施形態では、コイルストッパ１３０は軸方向下端部に回転軸Ｃを有する。コイルストッパ１３０を回転させるために、駆動部材を用いてもよく、作業者が手作業で回転させてもよい。なお、コイルストッパ１３０は、軸方向に移動してもよい。

図２〜図５では、１つの環状のコイル１０に対して、１つのコイルストッパ１３０が配置される。１つのコイル１０に対して、２つ以上のコイルストッパ１３０が配置されてもよい。

（コイル挿入方法）
続いて、本実施形態のコイル挿入方法を説明する。本実施形態のコイル挿入方法は、上述したコイル挿入装置１００を用いたコイル１０の挿入方法である。

まず、図２及び図６に示すように、コイル挿入装置１００をステータコア２０に設置する（ステップＳ１０）。この工程（Ｓ１０）では、ステータコア２０の径方向の内側に、ブレード１１１、１１２を配置する。また、ブレード１１１、１１２の軸方向下側に、環状のコイル１０を配置する。詳細には、ブレード１１１、１１２間に支持されるようにコイル１０を配置する。さらに、複数のブレード１１１、１１２の径方向の中央であって軸方向下方に、ストリッパ１２０を配置する。さらには、ステータコア２０の下端２０ｂよりも軸方向下方に、コイルストッパ１３０を配置する。

次に、図２に示すように、コイル１０の軸方向下端部にコイルストッパ１３０を当接させる（ステップＳ２０）。この工程（Ｓ２０）では、コイルストッパ１３０は、コイル１０においてスロット２１の下方に位置する部分に当接させる。本実施形態では、コイル１０の下端部内側にコイルストッパ１３０を当接する。

次に、図３に示すように、コイル移動機構としてのストリッパ１２０により、コイル１０を軸方向上方に移動する（ステップＳ３０）。この工程（Ｓ３０）では、ストリッパ１２０を上方に向かって上昇させる。このとき、コイル１０の内側がストリッパ１２０に引っ掛けられた状態で上方に向かって引き上げられる。本実施形態では、コイルストッパ１３０をコイル１０に当接させた状態で、工程（Ｓ３０）を実施する。

コイル１０を軸方向上方にさらに移動して、図４に示すように、コイル１０の軸方向下端部にコイルストッパ１３０を当接させて、コイル１０をスロット２１に挿入する（ステップＳ４０）。この工程（Ｓ４０）は、ステータコア２０上側のコイル渡り部１２をスロット２１に挿入することを含む。

この工程（Ｓ４０）では、軸方向において、ストリッパ１２０の上端がステータコア２０の上端２０ａと同じ位置になるまでコイル１０が上昇すると、拡径したフィン１２２により、コイル１０が径方向内側から外側に押圧される。このため、ブレード１１１、１１２に支持されたコイル１０がスロットオープン２２からスロット２１内部に向けて挿入される。このように、コイルを移動する工程（Ｓ３０）及び挿入する工程（Ｓ４０）では、コイル移動機構としてのストリッパ１２０により、コイル１０がステータコア２０の径方向内側を軸方向に移動しつつ、コイル１０の一部がスロット開口部であるスロットオープン２２からスロット２１内部に挿入される。

なお、本実施形態では、コイルを挿入する２つのスロット２１ａ、２１ｂは、スロット２１を３つ挟んだ一のスロット２１と他のスロット２１とされるが、これに限定されない。

次に、コイル挿入装置１００をステータコア２０から取り外す（ステップＳ５０）。具体的には、図５に示すように、ブレード１１０を取り外す。ストリッパ１２０を下方に向かって移動する。さらに、コイル１０に当接したコイルストッパ１３０を取り外す。

以上の工程（ステップＳ１０〜Ｓ５０）を実施することにより、ステータコア２０の軸方向に貫通する複数のスロット２１に、コイル線が環状に巻きつけられたコイル１０を挿入することができる。したがって、図１に示すステータ１を製造できる。

なお、本実施形態では、２つのスロット２１ａ、２１ｂに１つのコイル１０を挿入する方法を例に挙げて説明した。４以上のスロット２１に、複数のコイル１０を同時に挿入してもよい。

（作用）
本発明者は、上記特許文献１のコイル挿入装置においてコイルが詰まりやすいという問題は、スロットの形状と、コイル挿入空間成形部による押し込み方法とに起因することを見出した。詳細には、スロットは、スロットオープンから径方向外側に向けて周方向の幅が徐々に拡大する形状である。この形状では、押圧されたコイルが入ることができない領域、すなわちロッキングエリアが生じる。また、コイル挿入空間成形部は、コイルを径方向内側から押圧する。この場合、コイルの挿入方向を容易に制御できない。このため、ロッキングエリアにコイルが位置すると、押圧してもコイルをスロットの内部に挿入することができない。

そこで、本発明者が上記問題を解決するために鋭意検討した結果、コイル１０の下端部及びコイル１０の上端部に径方向外側に向かう力を与えることに着想を得て、本発明を完成させた。

本実施形態によれば、ステータコア２０の下端２０ｂよりも軸方向下側に配置されるコイルストッパ１３０がコイル１０の下端部に当接する。これにより、コイル１０の下端部がコイルストッパ１３０により誘導され、コイル１０の下端部に径方向外側に向かう力を与えることができる。また、コイルストッパ１３０による反力をコイル１０に負荷できるので、コイル１０の上端部に径方向外側に向かう力を与えることができる。このため、スロット２１にコイル１０を容易に挿入できる。したがって、本実施形態のコイル挿入装置１００は、コイル１０のスロット２１への挿入作業性を向上できる。

［実施形態２］
（コイル挿入装置）
図７〜図９に示す実施形態２のコイル挿入装置１０１は、基本的には実施形態１のコイル挿入装置１００と同様の構成を備えるが、プッシャ１４０、シャフト１５０及び拡径部１６０をさらに備える点などにおいて異なる。以下、実施形態１と異なる点を説明する。

本実施形態のコイルストッパ１３０は、回転しない。詳細には、コイルストッパ１３０の位置は、ほぼ固定される。コイルストッパ１３０は、コイル１０が移動しても、位置を保持するための部材１３１を有する。本実施形態のコイルストッパ１３０の軸方向に対する傾斜角度は、実施の形態１よりも大きい。

ブレード１１０の上端は、軸方向に平行な断面視において、曲線である。コイル移動機構としてのストリッパ１２０は、半球状である。

プッシャ１４０は、ストリッパ１２０の軸方向下方に配置される。プッシャ１４０は、ブレード１１０間を径方向に移動する。このため、プッシャ１４０は、径方向に移動し、ブレード１１０間のコイル１０を径方向の外側に向かって押し込むことによって、コイル１０をスロット２１に挿入する。

本実施形態のプッシャ１４０は、上方に向かって拡径する。なお、プッシャ１４０は、１つでもよく、複数でもよく、スロット２１の数と同じ数が配置されてもよい。例えば、複数のプッシャ１４０は、ストリッパ１２０の下方において、径方向に沿って放射状に配置される。

シャフト１５０は、ストリッパ１２０を上下に移動させる。シャフト１５０は、ストリッパの中心軸に挿入される。シャフト１５０は、棒状である。

拡径部１６０は、シャフト１５０の軸方向下端部に取り付けられる。拡径部１６０は、下方に向かって拡径する。

このような構成とすることで、シャフト１５０が上方に移動することによって、プッシャ１４０は、ブレード１１０間を径方向に移動する。また拡径部１６０がプッシャ１４０を通過すると、拡径部１６０がプッシャ１４０を径方向外側に押し込む。

（コイル挿入方法）
図７〜図９に示す実施形態２のコイル挿入方法について、実施形態１と異なる点を説明する。

コイル挿入装置を設置する工程（Ｓ１０）では、ブレード１１０の径方向の中央であって下方に、ストリッパ１２０、コイルストッパ１３０、プッシャ１４０、シャフト１５０及び拡径部１６０を配置する。

コイルを挿入する工程（Ｓ４０）では、プッシャ１４０によって、ブレード１１０に保持されるコイル１０をスロット２１に押し込む。詳細には、シャフト１５０を上方に移動することによって、拡径部１６０がプッシャ１４０を径方向外側に押圧する。プッシャ１４０が径方向外側に移動することによって、ブレード１１０に保持されるコイル１０を径方向外側に押し込む。

実施の形態２のコイル挿入方法においても、実施の形態１と同様に、コイルストッパ１３０をコイル１０に当接させた状態で、上記工程（Ｓ２０〜Ｓ４０）を実施する。このため、実施の形態２のコイル挿入装置１０１及びコイル挿入方法も、コイル１０の下端部に径方向外側に向かう力を与えることができる。また、コイルストッパ１３０による反力をコイル１０に負荷できるので、コイル１０の上端部に径方向外側に向かう力を与えることができる。したがって、実施形態１と同様に、実施形態２のコイル挿入装置１００は、コイル１０のスロット２１への挿入作業性を向上できる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ：ステータ
１０ ：コイル
１１ ：コイル辺部
１２ ：コイル渡り部
２０ ：ステータコア
２１，２１ａ，２１ｂ ：スロット
２２ ：スロットオープン
２３ ：ティース
１００，１０１ ：コイル挿入装置
１１０，１１１，１１２ ：ブレード
１２０ ：ストリッパ
１３０ ：コイルストッパ
１４０ ：プッシャ
１５０ ：シャフト
１６０ ：拡径部

Claims (13)

1. ステータコアの軸方向に貫通する複数のスロットに、コイル線が環状に巻きつけられたコイルを挿入するコイル挿入装置であって、
   前記ステータコアの径方向内側に配置され、前記ステータコアの軸方向に沿って移動するコイル移動機構と、
   前記ステータコアの下端よりも軸方向下方に配置され、前記コイルに当接するコイルストッパと、
   を備える、コイル挿入装置。
2. 前記コイルストッパは、前記コイルにおいて前記スロットの下方に位置する部分に当接する、請求項１に記載のコイル挿入装置。
3. 前記コイルストッパは、軸方向下方に向かうにつれて、径方向に傾斜可能に構成される、請求項１または２に記載のコイル挿入装置。
4. 前記コイルストッパは、棒状の部材である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイル挿入装置。
5. 周方向において、前記コイルストッパは、前記コイルが挿入される２つの前記スロット間に配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコイル挿入装置。
6. 前記コイルストッパの少なくとも一部が、前記スロットの開口部よりも径方向内側に配置される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のコイル挿入装置。
7. 前記コイルストッパに当接した前記コイルは、前記ステータコアの径方向内側部分よりも径方向外側部分が軸方向上側に位置する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のコイル挿入装置。
8. １つの前記コイルに対して、２つ以上の前記コイルストッパが配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のコイル挿入装置。
9. 前記コイルストッパは、軸方向及び径方向に直交する回転軸を中心に回転する、請求項１〜８のいずれか1項に記載のコイル挿入装置。
10. 前記コイルストッパは、軸方向に移動する、請求項１〜９のいずれか1項に記載のコイル挿入装置。
11. 前記ステータコアは、前記スロットを介して径方向に延びるティースを有し、
    前記ステータコアの径方向の内側に配置されるブレードをさらに備え、
    前記ブレードは、前記ティースと周方向位置が同じであり、かつ径方向に対向する、請求項１〜１０のいずれか1項に記載のコイル挿入装置。
12. 前記コイル移動機構の軸方向下方に配置され、前記ブレード間を前記径方向に移動するプッシャをさらに備える、請求項１１に記載のコイル挿入装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のコイル挿入装置を用いたコイルの挿入方法であって、
    前記コイル移動機構により前記コイルを軸方向上方に移動する工程と、
    前記コイルの軸方向下端部に前記コイルストッパを当接させて、前記コイルを前記スロットに挿入する工程と、
    を備える、コイル挿入方法。

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