JP3924036B2 - スロットレス型巻線ステータの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気モータの製造方法、より具体的には、スロットレス型電気モータ及び歯無し型電気モータの製造方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スロットレス型の高性能のサーボモータは、例えば、米国特許第４，６７９，３１３号、同第４，８６８，９７０号及び同第４，７５４，７３９号の明細書に記載されている。スロットレスステータ巻線の設計は、スロット及び歯を有する従来の設計に優る多数の有利な点がある。歯が無いスロットレスの設計は、著しいぎくしゃくした動きをなくし、また、騒音を顕著に軽減する。これらの設計は、インダクタンスが小さく、従って、高周波を励起するスイッチ動作及び極めて高速度の作動が可能である。スロットレスの設計は、出力対重量の比に優れ且つ作動効率に優れている。これらの設計は、歯を有さず、このため、歯の飽和という問題が生じない。更に、このスロットレスの設計は、一般に、トルクの変動が少なく、より円滑に作動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スロットレス型モータは、多数の潜在的な利点を有するが、製造に伴う困難性のために、これらのモータは実際に製造することは難しい。公知の製造方法は、米国特許第４，５６３，８０８号に記載されたものがある。従来の歯付きステータの構造の場合、予め巻いたコイルを移送工具により装着機械内の取付具に移送し、その機械がコイルをステータコア内の適正な位置まで摺動する。この従来の設計の場合、これらの歯がスロットの境界を設定する。また、これらの歯は、コイルをその適正な位置に配置するために装着機械により利用される。上記の米国特許第４，５６３，８０８号の明細書には、コイルを所定の位置に案内するための一時的な歯が設けられた装着機械を提供する独創的な取り付け方法が記載されている。これらのコイルは、装着機械を除去したとき、膨張可能なスリーブにより巻線の中心の所定の位置に保持される。
【０００４】
従来のスロット付き型及びスロットレス型の設計の双方において、予め巻いたコイルを所定の位置に摺動させる取り付け方法の性質は、所定の領域内に配置可能である巻線の量を制限する傾向がある。その理由は、装着装置は、通常、スロット領域を巻線と共用するからである。二重に絶縁した巻線を使用して、実現可能であるスロットの充填率（スロットの全面積に対する銅線の断面積の比）の程度は、３０乃至４０％程度であることが多い。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願の一つの発明は、予め巻いたコイルをスロットレスステータ内に配置する新規な方法及び装置を提供するものである。電気機械の円筒状の外殻内に配置されたスロットレス型巻線ステータを製造する方法は、一端に引っ込み可能な位置決めピンを有する移送工具を提供するステップと、巻線コイルを予め形成し且つ該コイルを上記の位置決めピンの上に配置するステップと、上記の巻線コイルが装填された上記の移送工具を上記の円筒状のステータの外殻を介して移動して、上記コイルの端部の折り返し部分が上記の円筒状の外殻の両端から外に出るようするステップと、上記の外殻を介して移動する間に、コイルガイドを使用して、上記のコイルを均して、上記の端部の折り返し部分間の上記外殻内にある上記コイルの部分が略平行となるようにするステップと、上記のコイルが上記のステータの外殻に対して位置決めされた後に、上記の位置決めピンを引っ込めるステップと、上記の移送工具の位置決めピンの端部にて上記端部の折り返し部分を外方に拡げるステップと、上記の移送工具を取り外すステップとを含んで構成されている。
【０００６】
本願の他の発明は、円筒状のロータと、磁性材料で出来た円筒状のステータの外殻と、移送工具から伸長する位置決めピン上に配置された、予め形成した巻線コイルとを備えるスロットレス型巻線ステータを有する電気機械にして、端部の折り返し部分が前記円筒状外殻の両端から伸長する位置まで、前記巻線コイルが前記円筒状のステータの外殻を通して引っ張り出されるようになっており、その後、移送工具を取り外し得るように、前記位置決めピンが引っ込められ、前記端部の折り返し部分が、少なくとも一端にて前記円筒状ロータをその内部に挿入し得るように外方に拡がっており、前記巻線が、該巻線を前記円筒状の外殻に固着し得るように樹脂で含浸されて構成されている。
【０００７】
この方法の装置は、大部分の従来技術のものよりも簡単である。コイル導体をモータの軸線に対してより正確に平行に位置決めすることができ、また、スロットの充填率をより高めることができる。
【０００８】
非粘着性スリーブ（例えば、テフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）で被覆したスリーブ）により取り巻かれた移送工具は、全体として入り子式の構造をしており、予め巻いたコイルを円筒状のステータコア（本明細書にて、ステータの外殻とも称する）に移送するために本発明に従って使用される。引っ込み可能な位置決めピンが、工具の一端から伸長している。このピンは、予め巻いたコイルを緩く位置決めするために使用される。緩く位置決めしたコイルをステータコアを介して押し込むとき、導体を均す工具としてコイルガイドが使用される。先端の折り返し部分がステータコアを超えて伸長するピン上にある状態にて、コイルが所定の位置にあるとき、その位置決めピンが引っ込んでその先端の折り返し部分を解放させる。次に、ストリッパラムを上方に押して、先端の折り返し部分を外方に拡げる。次に、コイル及び非粘着性スリーブがステータコア内に残るようにして、移送工具を引き戻す。次に、コイルの先端を相互に接続し、その巻線に適当な樹脂を含浸させるといった仕上げ工程を実施する。所望であれば、その後に、巻線の中心からこの非粘着性スリーブを取り外すことができる。
【０００９】
本発明の上記の方法及び装置の有利な点の一部は、次の通りである。
【００１０】
（１）移送及び挿入のための複合型工具を使用することにより、工程中の一つのステップが不要となり、このため、配置誤差の機会が少なくなる。
【００１１】
（２）ステータコア内に配置した後に、コイルと共に残る非粘着性スリーブを取り巻くようにコイルを位置決めすることにより、コイル導体の位置決め誤差が更に少なくなり且つ工程が簡略化される。
【００１２】
（３）半径方向ではなくて、軸方向に伸長する引っ込み可能な位置決めピンを使用することにより、６５％程度のスロット充填率を達成することができる。
【００１３】
（４）この工具の設計は、比較的小型（直径３２ｍｍ程度）のモータを製造することができ、操作者の仕事が簡略化されるため、製造工程の時間が短縮される。
【００１４】
（５）移送工具及び数種のその他の構成要素を交換することにより、該装置は、巻線パターン、極数、即ち相の数、及び／又は直径及び長さの異なるモータを製造するために容易に変更することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴及び目的は、本発明の好適な実施の形態に関する以下の説明により完全に記載されている。
【００１６】
移送工具１０は、予め巻いたコイル１２を円筒状のステータコア１４内に移送する各種の段階にて図１乃至図８に示されている。この移送工具は、全体として入り子式の構造体であり、ディスク１７、１９、２１で示した取り付け基部を垂直方向に関節動作させることにより、その作動を制御することができる。これらのディスク１７、２１は、連動して動き得るように、空気／液圧シリンダ軸のような線形アクチュエータと構造的に接続されている。ディスク１９は、二次的な線形アクチュエータによってディスク１７、２１に関して駆動される。移送工具のマンドレル１６は、主たる構造体部材であり、平滑な捩りロックコネクタによってディスク１９に固着された円筒体である。「スロット」の境界を設定する位置決めピン１８がマンドレル１６に締結されている。また、該位置決めピン１８は、ストリッパ２０を自在に貫通するマンドレルから上方に伸長している。ストリッパ２０は、完成したステータの最終内径に等しい直径を有している。また、該ストリップ２０は、マンドレル１６の中心を貫通して垂直方向に伸長するロッド（ディスク２１と最終的に接触するロッド）に取り付けられている。仕上がったステータの内径に等しい外径を有する、円筒状スリーブ１５は、マンドレル１６の上を自在に摺動する。また、該円筒状スリーブは、マンドレル組立体が所定位置にあるとき、ディスク１７上に着座する。ストリッパ２０は、スリーブ１５の頂部に着座する。スリーブ１５は、非粘着性（ｎｏｎ−ｓｔｉｃｋ）材料（例えば、テフロンのような４ふっ化エチレン）の外側被覆を有する肉厚の薄い円筒体であることが好ましい。この被覆材料は、ステータの巻線が完了し、接着させた後に、円筒体を取り外すのを容易にする。また、スリーブ１５は、所定位置に配置したならば、ステータの一体部分となる、肉厚の薄い絶縁性材料（例えば、エポキシ繊維ガラス）とすることができる。
【００１７】
位置決めピン１８（巻線を画成する「スロット」の数と同数）が図１のストリッパ２０を貫通して伸長する状態で示してある。巻線の所定の数のコイルが互いにその適正な方向に向けてこれらのピン上の所定位置に配置されている。
【００１８】
ステータコア１４は、製造されるモータの一部である。このステータコア１４は、磁性材料（好ましくは、積層鉄）で出来ており、ロータの永久磁石に対する磁束の戻り経路を提供する。ステータコアは、移送工具の軸線上の整合位置に頂部板２８により保持されている。コイルガイド２２は、底部板２６の上に取り付けられ、この底部板の中心もステータコア上にある。コイルガイドは、挿入される間に、コイル１２を均す。コイルガイド２２は、枢着点２３にて枢着されており、通常、ばね２４により図１に示した位置に保たれている。
【００１９】
本発明の方法において、最初に、製造されるモータの巻線型式に従って従来の巻線機でコイル１２を予め巻線する。スリーブ１５及びストリッパ２０を所定位置に有する移送工具１０を使用して、コイルを図１乃至図８に示した順列装置に移送する。コイルの位置決めピン１８の数は、コイルが配置される「スロット」の数に等しい。各コイル１２の先端の折り返し部分１１は、ピンの異なる組みの周りでループ状に形成され、コイルは、図１に示すように、スリーブ１５に沿って下方に垂れ下がっている。次に、コイルが装填された移送工具をディスク１７、１９上の所定位置に配置し且つ係止する。次に、クランプ３０を閉じて、コイル１２を内方に整えて、図２に示すように、スリーブ１５をぴったりと取り巻くようにする。
【００２０】
次に、コイルが所定位置にある移送工具１０を図３に示した位置まで上方に押して、巻線の先端の折り返し部分１１がステータコア１４の上方に伸長するようにする。移送工具が上方に動くと、スロットガイド２２がコイルを均して、導体が真っ直ぐで且つ軸線に対して平行となるようにする。この均し動作により、コイルはそのそれぞれの「スロット」の位置に配置される。クランプ３０は、移送工具が前進すると、後退する。次に、制御ディスク１９を下降させることによって位置決めピン１８が引っ込み、巻線の先端の折り返し部分１１が図４に示すように自由となる。
【００２１】
図５に示すように、次に、ストリッパ２０は、上方に伸長したとき、ラムとして作用し、端部の折り返し部分を上方に付勢し且つスリーブ１５をその最終位置に動かす。図６に示すように、次に、ピン１８をストリッパ２０を通じて伸長させる。この場合、ディスク１９がディスク１７、２１に関してその最初の位置に戻っているため、位置決めピンはコイルから離れている。
【００２２】
巻線が所定位置になった後に、図７に示すように、スリーブ、ステータコア及び巻線を残して、移送工具を制御ディスクから取り外してスリーブ１５から引き出す。次に、図８に示すように、スリーブ、巻線、及びステータコアを取り外す。その後に、コイルを相互に接続することと、巻線に適当な樹脂を含浸させることと、ロータ及びモータハウジングを取り付けることとから成る仕上げ工程が行われる。線形アクチュエータがディスク１７、１９、２をその開始位置に戻す。
【００２３】
上記方法の一つの変形例は、コイル導体を隣接する導体に接着させ得るようにするため、接着剤が被覆された巻線を使用することである。この配置の場合、コイルは、移送工程中に導体を適正な整合状態に保つ自己支持型の構造体を形成する。
【００２４】
図１乃至図８に図示するように、ディスク１７、２１は、常に、共に動くから、組み合わせて単一のアクチュエータにより制御するようにしてもよい。ディスク１９は、ディスク１７、２１に動くため、別個のアクチュエータにより制御される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によるステップの進行段階を示す移送工具の断面図である。
【図２】当該ステップの進行段階を示す移送工具の断面図である。
【図３】当該ステップの進行段階を示す移送工具の断面図である。
【図４】当該ステップの進行段階を示す移送工具の断面図である。
【図５】当該ステップの進行段階を示す移送工具の断面図である。
【図６】当該ステップの進行段階を示す移送工具の断面図である。
【図７】当該ステップの進行段階を示す移送工具の断面図である。
【図８】当該ステップの進行段階を示す移送工具の断面図図である。
【符号の説明】
１０ 移送工具 １１ 巻線端部の折り返し部分
１２ 巻線コイル １４ 外殻／ステータコア
１５ 円筒状スリーブ １６ マンドレル
１７、１９、２１ ディスク １８ 位置決めピン
２０ ストリッパ ２２ コイルガイド
２３ 枢着点 ２４ ばね
２６ 底部板 ２８ 頂部板
３０ クランプ

Claims (7)

1. 電気機械の円筒状外殻（１４）内に配置されたスロットレス型巻線ステータの製造方法にして、
   一端に引っ込み可能な位置決めピン（１８）を有する移送工具（１０）を提供するステップと、
   巻線コイル（１２）を予め形成し且つ該コイルを前記位置決めピン（１８）の上に配置するステップと、
   前記巻線コイル（１２）が装填された前記移送工具（１０）を前記円筒状のステータの外殻（１４）を貫通するように移動して、前記コイルの端部の折り返し部分（１１）が前記円筒状外殻の両端から外に出るようにするステップと、
   前記外殻を貫通するように移動する間に、コイルガイド（２２）を使用して前記コイル（１２）を均し、前記端部折り返し部分（１１）間にて前記外殻内にある前記コイルの部分が略平行となるようにするステップと、
   前記コイルが前記ステータの外殻に関して配置された後に、前記位置決めピン（１８）を引っ込めるステップと、
   前記移送工具（１０）の端部の位置決めピン（１８）における前記端部折り返し部分（１１）を外方に拡げるステップと、
   前記移送工具（１０）を取り外すステップとを含む製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法にして、前記移送工具（１０）が、前記コイル（１２）を前記位置決めピン（１８）から取り外すために一端に設けられたストリッパ（２０）を更に備える製造方法。
3. 請求項２に記載の製造方法にして、前記移送工具（１０）が、前記位置決めピンの引っ込み及びストリッパの伸長が前記移送工具の一端から制御可能であるように入り子式の構造体を備える製造方法。
4. 請求項１に記載の製造方法にして、前記移送工具（１０）が非粘着性スリーブ（１５）で取り巻かれており、前記コイル（１２）が前記スリーブの外側の位置に配置され、前記工具を取り外したとき、前記スリーブが、前記コイル及び前記円筒状外殻（１４）内に止まるようにした製造方法。
5. 請求項４に記載の製造方法にして、前記スリーブ（１５）が４ふっ化エチレンで被覆される製造方法。
6. 請求項１に記載の製造方法にして、前記工具（１０）を取り外した後で且つ前記スリーブ（１５）を取り外す前に、前記コイル（１２）に樹脂を含浸させる製造方法。
7. 請求項４に記載の製造方法にして、前記スリーブ（１５）が、その最終位置に配置されたならばステータの一体部分となる薄肉厚の絶縁性材料で出来ている製造方法。

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