JP4655582B2 - コイル挿入方法およびコイル挿入装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータなどにおけるステータコアのスロットにコイルを挿入するためのコイル挿入方法およびコイル挿入装置に関する。

従来ステータコアの内周部に形成されたスロットにコイルを挿入する作業は、例えば下記特許文献１，２に記載されてるような装置を用いて行われる。すなわち、モータにおける円筒状に形成されたステータコアの内周面には、軸方向に沿って延びる内歯が円周方向等間隔に設けられ、この内歯の相互間にはコイルを挿入するスロットが形成されている。

コイル挿入装置は、内歯に対応する位置にてコイルを保持する複数のブレードが環状に配置されるとともに、ステータコア内に挿入してコイルを押圧するストリッパが移動可能に設けられている。ストリッパは、外周部に、ブレード相互間を移動しつつコイルを押圧してスロット内に押し込む押圧突起を円周方向等間隔に複数備えている。

上記の構成において、コイルを所定のブレード相互間に挿入してブレードに保持させた後、ステータコアを、ブレードが内歯に対向する位置となるようコイル挿入装置にセットする。この状態で、ストリッパを、ステータコア内に向けて移動させると、コイルは、ストリッパの押圧突起に押圧されてブレード相互間にガイドされつつ移動してスロット内に入り込む。
特開昭６０−７４９４９号公報 特開２０００−８３３５６号公報

ここで、従来のコイル挿入装置によるコイル挿入方法では、挿入すべきコイルのすべてを、ストリッパのステータコア内への侵入移動によりスロット内に押し込むようにしている。

ところが、スロット内の容積はステータコアの寸法から限られているため、スロット内容積に対するコイルの占める占積率を高めるべくコイルの挿入を行おうとすると、コイル挿入時の抵抗が大きくなり、コイルが傷付いたり、コイルの移動が阻止されて挿入作業が効率よくできなくなるという不具合が発生する。

そこで、本発明は、コイルの傷付きや、コイルの移動阻止を回避しつつ、スロット内容積に対するコイルの占める占積率を高めることを目的としている。

本発明は、円筒状のステータコアの内歯に対向して円周方向に沿って複数配置されるブ
レードを備え、前記ステータコア内に侵入移動可能なストリッパが、前記ブレードに保持
させたコイルを、外周部に設けた押圧突起で押圧して前記ステータコアの内歯相互間に形
成されるスロットに挿入するコイル挿入方法において、前記コイルを、前記ストリッパの
移動により前記ステータコアのスロット内に挿入する際に、前記スロットのステータコア
中心側の開口に連続するスロット外に前記コイルの一部をはみ出させ、このはみ出したコ
イルの一部を、コイル押し込み部材により前記スロット内に押し込む作業は、前記ステータコアを前記ブレードおよび前記ストリッパを備えたコイル挿入治具から外した状態で、前記はみ出したコイルの一部の側部を、前記コイル押し込み部材によりガイドしつつ行うことを最も主要な特徴とする。
また、本発明は、円筒状のステータコアの内歯に対向して円周方向に沿って複数配置されるブレードと、前記ステータコア内に侵入可能で、前記ブレードに保持させたコイルを、外周部に設けた押圧突起で押圧して前記ステータコアの内歯相互間に形成されるスロットに挿入するストリッパとを有するコイル挿入装置において、前記コイルを、前記ステータコアのスロット内に挿入する際に、前記スロットのステータコア中心側の開口に連続するスロット外に前記コイルの一部をはみ出させた状態とし、このはみ出したコイルの一部を、前記スロット内に押し込むコイル押し込み部材を設け、前記コイル押し込み部材は、前記ブレードおよび前記ストリッパを備えたコイル挿入治具から外した状態の前記ステータコア内に挿入される押し込み部材本体を有し、この押し込み部材本体の外周部に、前記ステータコアの内歯に対向する凸部と、前記スロット外にはみ出したコイルの一部が入り込む凹部とをそれぞれ設け、前記凹部内に突出移動して前記コイルの一部を前記スロット内に押し込む押し込み片を前記押し込み部材本体に設けたことも主要な特徴とする。

本発明によれば、ストリッパの移動によるコイル挿入作業時にスロット外にはみ出させたコイルの一部を、コイル押し込み部材によりスロット内に押し込むようにしたので、最終的にスロット内に挿入するコイルの量を増大させることができ、コイルの傷付きや、コイルの移動阻止を回避しつつ、スロット内容積に対するコイルの占める占積率を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態を示すコイル挿入装置の一部であるコイル挿入治具１の断面図で、円筒状のステータコア３のスロット３ａにコイル５を挿入している状態を示す。ステータコア３は、図２にその一部を平面断面図として示すように、スロット３ａを円周方向に沿って等間隔に複数備えるとともに、スロット３ａ相互間に内歯７を備えている。コイル挿入治具１は、コイル挿入時に内歯７に対向するブレード９を円周方向に沿って複数備えている。

コイル５は、その挿入前に、ブレード９相互間の隙間に入り込ませてセットする。このときコイル５は、図１に示すように、図１中で上端部側の一方の端部５ａがブレード９の内側に位置し、同下端部側の他方の端部５ｂがブレード９の外側に位置することになる。

前記したスロット３ａには、コイル挿入前にあらかじめ絶縁紙１１を周囲三方の内壁に密着するようセットし、コイル挿入時には、挿入したコイル５を覆うように、スロット３ａのステータコア中心側の開口を塞ぐウェッジ１３の挿入作業も、本コイル挿入治具１によって連続して行う。

前記したブレード９は、図１に示すように、その基端部（図１中で下端部）をコイル挿入治具１のハウジング１７内に設けてあるブレードホルダ１５に固定する。ブレードホルダ１５の中心部には、ロッド１９を、図示しない油圧シリンダなどの駆動手段によって図１中で上下動可能に設けている。

ロッド１９の先端部（図１中で上端部）には、全体としてほぼ円盤状のストリッパ２１をボルト２３によって固定し、ストリッパ２１はロッド１９と一体となって図１中で上下方向に移動する。このストリッパ２１は、環状に配置した複数のブレード９の内側に位置し、図２に示すように互いに隣接するブレード９相互間の隙間に入り込む押圧突起２５を、外周部に複数備えている。この押圧突起２５が、ブレード９相互間の隙間にセットしたコイル５を、ストリッパ２１の図１中での上昇移動により押圧してスロット３ａに挿入する。

そして、ここでの押圧突起２５は、ストリッパ２１によるコイル挿入時に、図２に示すように、挿入したコイル５の一部５ｐが、スロット３ａのステータコア中心側の開口に連続するスロット外にはみ出すように、スロット３ａから離れた位置となるよう設定している。

また、図１に示すように、ステータコア３の外部における各ブレード９の外側には、ウェッジガイド２７を配置する。ウェッジガイド２７は、互いに隣接するウェッジガイド２７相互間の決められた位置に、挿入前の前記したウェッジ１３を挟持する。

また、上記したウェッジガイド２７相互間には、ウェッジプッシャ２９を配置する。ウェッジプッシャ２９は、ウェッジ１３を、コイル５を挿入した後のスロット３ａの開口側に向けて押圧して挿入するもので、図示しない駆動手段によって図１中で上下方向に移動する。

次に、上記したコイル挿入治具１によるコイル挿入方法について説明する。ストリッパ２１を、図１の状態に対してブレード９の基端側の後退位置へ移動させた状態で、あらかじめ巻かれたコイル５を、複数のブレード９に跨るようにしてブレード９に引っ掛け、ブレード９相互間に挿入して保持させる。その後、スロット３ａ内にあらかじめ絶縁紙１１を装着したステータコア３を、複数のブレード９の環の外側に嵌め込みつつ、図２のように内歯７をブレード９の外面に沿わせてウェッジガイド２７の図１中で上端部に当接する位置まで移動させ、この位置にて図示しないステータコア位置決め装置によりステータコア３を固定する。

続いて、駆動手段によりロッド１９を前進方向に作動させ、ストリッパ２１を複数のブレード９の環内にてステータコア３内に進出させ、ブレード９に保持させているコイル５を、押圧突起２５で押圧しつつステータコア３のスロット３ａ内の絶縁紙１１内に挿入する。これと同時に、駆動手段によってウェッジプッシャ２９を進出させ、ウェッジガイド２７相互間に挟持されているウェッジ１３を、絶縁紙１１の内部においてスロット３ａの開口側に押し込む。

このとき、本実施形態では、図２に示すように、コイル５をスロット３ａ内全体に挿入するとともに、スロット３ａのステータコア中心側の開口に連続するスロット外部にもコイル５の一部５ｐを位置させる。したがって、ここでのウェッジ１３は、スロット３ａからステータコア中心側に突出した状態となっており、この突出した端面にストリッパ２１の押圧突起２５の先端が当接している。

図２に示すように、スロット３ａに先端の一部を挿入した後のウェッジ１３は、コイル５と絶縁紙１１との間に挟まれて、これら両者間の摩擦により保持されるとともに、コイル５と内歯７のスロット３ａ側へ突出する突起７ａとの間に挟まれて、これら両者間の摩擦により保持される。

次に、スロット外に位置しているコイル５の一部５ｐを、ウェッジ１３とともにスロット３ａ内に押し込む動作について説明する。

図３（ａ）は、ストリッパ２１が図中で最上端まで移動して図２のようにコイル５およびウェッジ１３を挿入した状態を示し、さらにこの状態から、ストリッパ２１を、図３（ｂ）のように下降させてステータコア３の外部に位置させる。

図３（ｃ）は、挿入後のコイル５の上端部側のステータコア内側に屈曲している端部５ａを、コイル上部拡張治具３１を用いて外側に拡張させる動作を示す。コイル上部拡張治具３１は、コイル挿入治具１の上方位置にてコイル挿入治具１に対して接近離反移動可能に上下動するもので、円板状のベース部３３の下面に、可動部材３５を取り付けている。 可動部材３５は、ベース部３３に対してその直径方向にスライド移動するスライド部３５ａと、スライド部３５ａの内側端部から下方に向けて屈曲してコイル５の端部５ａの内側に入り込む拡張爪３５ｂとから構成されて、断面Ｌ字形状を呈している。この可動部材３５をベース部３３の円周方向に複数配置し、これら各可動部材３５がステータコア３の外周側へ向けて移動することで、拡張爪３５ｂが、内側に向けて屈曲しているコイル端部５ａを、図中で上下方向に起立した状態、あるいは外側に屈曲した状態となるよう拡張させる。

コイル端部５ａの拡張後は、図３（ｄ）に示すように、コイル押し込み部材としてのコイル押し込み治具３７を用い、スロット外に位置しているコイル５の一部５ｐをスロット３ａ内に押し込む。コイル押し込み治具３７は、前記したコイル上部拡張治具３１と同様に、コイル挿入治具１の上方位置にてコイル挿入治具１に対して接近離反移動可能に上下動するもので、図４（ａ）に正面断面図、図４（ｂ）に底面図として示している。

上記したコイル押し込み治具３７は、押し込み部材本体としての円筒状の治具本体３９内に、その直径方向に移動可能な拡張ブレード４１を、円周方向等間隔に複数配置している。拡張ブレード４１は、図４（ａ）中で下部側が上部側より治具本体３９の中心側となような被押圧傾斜面４１ａを上下に二つ備えている。

円周方向に環状に配置した複数の拡張ブレード４１の内側には、図示しない駆動機構によって上下動する作動軸４３を設け、作動軸４３には、その軸方向に沿って二つのテーパコーン４５を設けている。

テーパコーン４５は、前記した拡張ブレード４１の被押圧傾斜面４１ａに対応する押圧傾斜面４５ａを備え、作動軸４３とともに図４（ａ）中で下方に移動することで、押圧傾斜面４５ａが被押圧傾斜面４１ａを押圧して拡張ブレード４１を外側へ移動させる。なお、この拡張ブレード４１は、図示しないスプリングなどによって内側へ常時押し付けられており、テーパコーン４５の押圧を受けていない状態では、治具本体３９内に後退している。

したがって、拡張ブレード４１が、その外周端部が治具本体３９の外周面とほぼ同一面となるよう後退した状態で、コイル押し込み治具３７をステータコア３内に挿入し、その後作動軸４３を進出移動させることで、押圧傾斜面４５ａが被押圧傾斜面４１ａを押圧して拡張ブレード４１を外側へ突出移動させ、これにより、拡張ブレード４１が、前記したスロット外に位置しているコイル５の一部５ｐを、ウェッジ１３とともにスロット３ａ内に押し込む。

図５は、上記した拡張ブレード４１によってコイル５の一部５ｐをスロット３ａ内に押し込む動作を示す平面断面図で、（ａ）が押し込む前の状態、（ｂ）が押し込んだ後の状態である。拡張ブレード４１が、図５（ａ）のように治具本体３９内に入り込んだ状態から、図５（ｂ）のように進出移動することで、コイル５の一部５ｐをウェッジ１３とともにスロット３ａ内に押し込む。

このとき、ブレード９はステータコア１内に留まらせた状態であり、このブレード９が、ウェッジ１３およびコイル５の一部５ｐがスロット３ａに押し込まれて移動する際に、ウェッジ１３の両側部をガイドするので、ウェッジ１３およびコイル５の一部５ｐの横ずれを防止し、これらのスロット３ａへの押し込み作業を効率よく行うことができる。

スロット３ａに挿入した後のウェッジ１３は、内歯７の突起７ａに接触し、突起７ａとの間の摩擦によって保持される。なお、この突起７ａの突出量を大きくし、ウェッジ１３をこの大きくした突起７ａより前方へさらに押し込むことで、スロット３ａ内でウェッジ１３が広がり、これによりウェッジ１３を両側の突起７ａに引っ掛けるようにして保持させることができる。

なお、内歯７の突起７ａの突出量を大きくしない場合には、スロット３ａの入口幅が広くなるので、コイル５の挿入抵抗が減少し、より効率よくコイル５の挿入作業を行うことができる。

図６は、上記図４に示したコイル押し込み治具３７を支持する支持機構の全体構成図である。この支持機構は、コイル挿入治具１の側方に支柱４７を備え、この支柱４７の上端部付近に、コイル挿入治具１の真上を通る水平ガイドバー４９を設ける。そして、この水平ガイドバー４９に、コイル押し込み治具３７を移動可能に取り付ける。

水平ガイドバー４９には、コイル押し込み治具３７をコイル挿入治具３７の真上を含む直線上を水平ガイドバー４９に沿って移動させる前後駆動機構５１を設け、またコイル押し込み治具３７の上部には、コイル押し込み治具３７を上下動させる上下駆動機構５３を設ける。

前後駆動機構５１の作動によってコイル押し込み治具３７をコイル挿入治具３７の真上に移動させ、続いて上下駆動機構５３の作動によってコイル押し込み治具３７を、前記したように、ステータコア３内に挿入し、その後のウェッジ１３およびコイル５の一部５ｐの拡張ブレード４１によるスロット３ａ内への押し込み作業に備える。

なお、前記図３（ｃ）に示したコイル上部拡張治具３１についても、上記したコイル挿入治具３７と同様に、それ自身に上下駆動機構を一体化させた上で、上記した支持機構の水平ガイドバー４９に専用の前後駆動機構を別途設けて移動可能に支持させることができる。

上記したコイル挿入装置を用いたコイル挿入方法によれば、ストリッパ２１の移動によるコイル挿入作業時にスロット外にはみ出させたコイル５の一部５ｐを、コイル押し込み治具３７によりスロット３ａ内に押し込むようにしたので、最終的にスロット３ａ内に挿入するコイル５の量を増大させることができ、スロット内容積に対するコイル５の占める占積率を高めることができる。

ストリッパ２１によるコイル挿入領域は、スロット３ａに加えてスロット外も含むので、ストリッパ２１によりスロット３ａ内のみに挿入する場合に比較して広くなり、同量のコイル５を扱う場合でのコイル挿入抵抗が小さくなり、コイル５の傷付きや、コイル５の移動阻止を回避することができる。コイル挿入抵抗が小さいことで、絶縁紙１１の変形や損傷が少なくなって絶縁性向上が得られ、上記したコイル５の損傷防止などを含めて、ステータの品質向上を達成することができる。

また、コイル５の一部５ｐを、コイル押し込み治具３７によりスロット３ａ内に押し込む際に、ウェッジ１３も同時に押し込むようにしたので、コイル５の一部５ｐのスロット３ａへの押し込み作業を容易に行うことができる。そして、このウェッジ１３は、ストリッパ２１による挿入時には、図２に示すようにスロット３ａ内に先端側の一部が入り込んでいるだけなので、この先端側の一部のみのガイドで済むウェッジガイド２７は、ステータコア外周側への突出量を少なくでき、その分コイル５との干渉が少なくなってコイル挿入抵抗を小さくすることができ、その結果コイル５の前記した占積率向上に寄与することができる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係わるもので、前記図３（ｃ）のコイル５の上端部側の端部５ａをコイル上部拡張治具３１を用いて外側に拡張させた後、ステータ３をコイル挿入治具１から外し、別の位置にてスロット外に位置しているコイル５の一部５ｐをスロット３ａ内に押し込む動作を示している。

この実施形態では、前記図４に示したコイル押し込み治具３７における治具本体３９に代えて、治具本体３９０を使用しており、その他の構成は図４のものと同様である。この治具本体３９０は、図４のコイル押し込み治具３７の使用時でのステータコア３内に留まらせた状態のブレード９に対応する位置に、ステータコア３の内歯７に対向する凸部３９０ａを設け、凸部３９０ａ相互間に、前記スロット外にはみ出したコイル５の一部５ａおよびウェッジ１３が入り込む凹部３９０ｂを設けている。ステータコア３の内歯７と凸部３９０ａとの間には僅かの隙間を形成する。

この実施形態においては、前記図３（ｃ）のコイル端部５ａの拡張作業の後に、ステータコア３をコイル挿入治具１から外し、治具本体３９０を備えたコイル押し込み治具３７０を、ステータコア３内に挿入して図７（ａ）の状態とし、続いて図７（ｂ）のように、拡張ブレード４１を進出させてコイル５の一部５ｐを、ウェッジ１３とともにスロット３ａ内に押し込む。

この実施形態では、ブレード９に代わり、治具本体３９０の凸部３９０ａが、ウェッジ１３およびコイル５の一部５ｐがスロット３ａに押し込まれて移動する際に、ウェッジ１３の両側部をガイドすることで、ウェッジ１３およびコイル５の一部５ｐの横ずれを防止し、これらのスロット３ａへの押し込み作業を効率よく行うことができる。

なお、図６に示したのコイル押し込み治具３７やコイル上部拡張治具３１を支持する機構として、多軸ロボットを使用してもよく、また固定状態としたコイル押し込み治具３７やコイル上部拡張治具３１に対し、コイル挿入治具１を適宜移動させるようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態を示すコイル挿入装置におけるるコイル挿入治具の断面図である。 図１のコイル挿入治具およびステータコアの一部を示す平面断面図である。 第１の実施形態のコイル挿入装置によるコイル挿入方法を示す動作説明図である。 （ａ）は第１の実施形態のコイル挿入装置におけるコイル押し込み治具の正面断面図、（ｂ）は図３（ｄ）のＡ矢視図である。 図４のコイル押し込み治具の拡張ブレードによってコイルの一部をスロット内に押し込む動作を示す平面断面図であり、（ａ）は押し込む前の状態を、（ｂ）は押し込んだ後の状態をそれぞれ示す。 図４のコイル押し込み治具を支持する支持機構の全体構成図である。 本発明の第２の実施形態に係わる、コイル押し込み治具の拡張ブレードによってコイルの一部をスロット内に押し込む動作を示す平面断面図であり、（ａ）は押し込む前の状態を、（ｂ）は押し込んだ後の状態をそれぞれ示す。

符号の説明

３ ステータコア
５ コイル
５ｐ スロット外にはみ出したコイルの一部
７ ステータコアの内歯
９ ブレード
１１ ウェッジ
２１ ストリッパ
２５ コイルの押圧突起
３７，３７０ コイル押し込み治具（コイル押し込み部材）
４１ 拡張ブレード（押し込み片）
３９，３９０ 治具本体（押し込み部材本体）
３９０ａ ステータコアの内歯に対向する凸部
３９０ｂ コイルの一部が入り込む凹部

Claims (3)

1. 円筒状のステータコアの内歯に対向して円周方向に沿って複数配置されるブレードを備
   え、前記ステータコア内に侵入移動可能なストリッパが、前記ブレードに保持させたコイ
   ルを、外周部に設けた押圧突起で押圧して前記ステータコアの内歯相互間に形成されるス
   ロットに挿入するコイル挿入方法において、
   前記コイルを、前記ストリッパの移動により前記ステータコアのスロット内に挿入する際に、前記スロットのステータコア中心側の開口に連続するスロット外に前記コイルの一部をはみ出させ、このはみ出したコイルの一部を、コイル押し込み部材により前記スロット内に押し込み、前記コイルの一部を前記スロット内に押し込む作業は、前記ステータコアを前記ブレードおよび前記ストリッパを備えたコイル挿入治具から外した状態で、前記はみ出したコイルの一部の側部を、前記コイル押し込み部材によりガイドしつつ行うことを特徴とするコイル挿入方法。
2. 前記コイルを前記ストリッパの移動により前記スロットに挿入する際に、前記スロット
   のステータコア中心側の開口を覆うウェッジも挿入し、前記スロット外にはみ出したコイ
   ルの一部を、前記コイル押し込み部材により前記ウェッジとともに前記スロット内に押し
   込むことを特徴とする請求項１に記載のコイル挿入方法。
3. 円筒状のステータコアの内歯に対向して円周方向に沿って複数配置されるブレードと、
   前記ステータコア内に侵入可能で、前記ブレードに保持させたコイルを、外周部に設けた
   押圧突起で押圧して前記ステータコアの内歯相互間に形成されるスロットに挿入するスト
   リッパとを有するコイル挿入装置において、前記コイルを、前記ステータコアのスロット
   内に挿入する際に、前記スロットのステータコア中心側の開口に連続するスロット外に前
   記コイルの一部をはみ出させた状態とし、このはみ出したコイルの一部を、前記スロット
   内に押し込むコイル押し込み部材を設け、
   前記コイル押し込み部材は、前記ブレードおよび前記ストリッパを備えたコイル挿入治
   具から外した状態の前記ステータコア内に挿入される押し込み部材本体を有し、この押し
   込み部材本体の外周部に、前記ステータコアの内歯に対向する凸部と、前記スロット外に
   はみ出したコイルの一部が入り込む凹部とをそれぞれ設け、前記凹部内に突出移動して前
   記コイルの一部を前記スロット内に押し込む押し込み片を前記押し込み部材本体に設けた
   ことを特徴とするコイル挿入装置。

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