JP4813172B2 - ステータの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアのスロットに、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入した後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して、ステータコアの端面から見たときコイルが螺旋状に重なった形態をなすステータを製造する方法及び製造装置に関する。

巻線されたコイルを有するステータの製造方法としては、ステータコアの内歯に直接コイルを巻き付ける直巻線方法と、予め巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入するコイル挿入方法とが主として知られている。

しかしながら、これらの方法では、各磁極に対して同心巻きされたコイルしか形成できないので、そのようなステータコアを用いたモータは、周方向の起磁力密度が不均一になるという現象によってトルクムラが発生する。このトルクムラはモータの振動や騒音を発生させる原因となるため、これを解決するための様々な提案がなされている。

上記トルクムラが著しく低減されたモータとして、ステータコアのスロットに、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入した後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して、ステータコアの端面から見たときコイルが螺旋状に重なった形態をなすステータ（以下「螺旋巻きステータ」とする）を用いたモータが知られている。

こうして得られたステータコアは、コイルエンドが短く、その高さが比較的均一でコンパクトな形状となると共に、モータとしたときのトルクムラが小さく、モータの振動や騒音を低減させることができるという優れた特性を有している。

しかしながら、上記のような螺旋巻きステータコアは、コイルの両側辺を一つずつ他のコイルと重ね合わせながらスロットに挿入しなければならず、その作業を機械化することが困難であった。このため、予め巻線されたコイルをステータコアのスロットに手作業で挿入しなければならず、製造作業性が悪く、製造コストが高くなるという問題があった。

一方、螺旋巻きステータに関する技術として、下記特許文献１には、外周層と内周層を有するスロットが複数形成されたモータのステータコアに、予め内周層挿入辺と外周層挿入辺とを有しコイル形状に形成されたコイルピースを前記ステータコアの円周方向に順次挿入してなるモータのステータ作製方法において、複数の細線を束ねた導線束が複数回巻回された複線コイルピースを前記スロットに挿入する工程であって、Ｎ個の前記複線コイルピースを順次コイルピース挿入順に前記スロットの内周層とＮ個隔てた外周層に挿入する複線ピース挿入工程と、単線が複数回巻回された単線コイルピースを前記Ｎ番目の複線コイルピースに続いて前記スロットに挿入する工程であって、前記単線コイルピースを前記スロットの内周層とＮ個隔てた外周層に挿入する単線ピース挿入工程と、最終Ｎ個の前記単線コイルピースの外周層挿入辺を先に挿入されている前記複線コイルピースの内周層挿入辺の下側に挿入する時に、前記複線コイルピースの内周層挿入辺をスロットから一時引き出し、前記単線コイルピースの外周層挿入辺を割り込み挿入する割り込み挿入工程と、を含むことを特徴とするモータのステータ作製方法が開示されている。

また、下記特許文献２には、ステータのスロット内に、１段にて施すべき巻線導線数を分割して複数段に構成したステータ巻線を施したことを特徴とするブラシレスＤＣモータが開示されている。

更に、下記特許文献３には、毎極毎相当りのスロット数が１未満の２層巻多層電機子巻線で、複数個の相隣り合う極の同相コイルを１スロットおきにスロットに収納するように連続巻きする多層電機子巻線の製造方法において、複数個連続巻きした複数層の同極コイルの一部をそれぞれのスロットに収納した後、隣接する他極の少なくとも一部分のコイルをスロットに収納し、それらに隣接させ前記連続巻きの残りの一部分又は全部をスロットに収納することを特徴とする多相電機子巻線の製造方法が開示されている。
特開平１０−４２５２８号公報 特開平１０−２８３４６号公報 特開昭５６−４１７３６号公報

しかしながら、上記特許文献１、２，３においても、巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業を機械的に行う方法については開示されておらず、コイル挿入を手作業で行わなければならないので、工業的に安価に製造することができなかった。

したがって、本発明の目的は、螺旋巻きステータにおける巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業を機械的に効率よく行えるようにして、螺旋巻きステータを工業的に安価に製造できるようにしたステータの製造方法及び製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のステータの製造方法は、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれスロットに挿入し、その後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して形成されるステータを製造する方法において、
スリット状の複数の保持溝からなりステータコアのスロットのピッチの整数倍ピッチで形成される保持溝群が外周に形成された治具を用い、
予め巻線された複数のコイルの一側辺を前記治具の外側に出し、他側辺を前記保持溝群にそれぞれ挿入した状態で、各コイルを前記治具の円周に沿って配列し、
前記ステータコアの内歯の１又は複数個ずつに対応して立設された複数本のブレード部を有する補助部材を、前記治具の端面に設置して、前記各コイルの一側辺を対応する前記ブレード部の間隙に保持させ、
この治具を前記補助部材側から前記ステータコアの内周に挿入して、前記各コイルの一側辺を、前記補助部材によってガイドしつつ、前記治具の端縁部によって前記ステータコアの対応するスロットに押し込み、
こうしてステータコアの内周に配置された治具を所定角度回動させて、前記保持溝が前記ステータコアの対応するスロットに整合するように位置決めした後、前記各コイルの他側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入することを特徴とする。

上記製造方法によれば、複数のコイルを一側ずつ螺旋状に重なるようにスロットに挿入することができ、螺旋巻きステータコアを機械的に効率よく製造することが可能となる。

上記製造方法においては、前記治具による前記一側辺と前記他側辺のスロットへの挿入操作を二回以上繰り返して行うことにより、コイルを重ねて挿入することが好ましい。この態様によれば、ステータコアの内径等の制約によって治具の保持溝の幅や長さを大きくとれず、一回の挿入操作ではスロットに十分に充填できる量のコイルを挿入できない場合でも、操作を二回以上繰り返して行うことにより、スロット内に十分な量のコイルを挿入することができる。また、螺旋状に重なったコイルを複数の層状にして挿入することができるので、コイルエンドをより均一化して短くすることができる。

また、前記押出し手段として、先端に向かうほど幅狭となる板状のプッシャが、前記保持溝に対応して配置された押圧治具を用い、この押圧治具の前記プッシャを、対応する前記各保持溝に先端から挿入し、前記保持溝に挿入されたコイルの他側辺を外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入することが好ましい。この態様によれば、押圧治具のプッシャを対応する各保持溝に先端から挿入して押し込むことによって、治具の保持溝に保持された複数のコイルの他側辺を同時に対応するスロットに挿入することができる。

また、前記押出し手段として、コイルに電流を流すことにより、渦電流による反発力を発生させる手段を用い、前記反発力によってコイルを前記治具の保持溝から外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入することが好ましい。この態様によれば、コイルに電流を流すという簡単な操作によって、コイルの側辺を対応するスロットに挿入することができる。

また、前記押出し手段として、前記治具の前記保持溝を横断する磁界を発生させ、その状態でコイルに電流を流すことにより、ローレンツ力を発生させる手段を用い、このローレンツ力によってコイルの他側辺を前記治具の保持溝から外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入することが好ましい。この態様によれば、コイルに電流を流すという簡単な操作によって、コイルの他側辺を対応するスロットに挿入することができる。

また、前記ステータコアのスロットに挿入後のコイルに対して、直流電流又は２０Ｈｚ以下の低周波の交流電流を流して、コイルをステータコアに押し付けることが好ましい。この態様によれば、挿入後のコイルを確実にスロット内に保持できる。

更に、各コイルの一側辺がステータコアの対応するスロットに挿入され、他側辺が前記治具の保持溝に挿入保持された状態で、前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させる際に、コイルに直流電流又は２０Ｈｚ以下の低周波の交流電流を流して、コイルの一側辺をステータコアに押し付け、他側辺を治具に押し付けながら治具を回転させることが好ましい。この態様によれば、コイルの一側辺をステータコアに押し付け、他側辺を治具に押し付けながら治具を回転させることができるので、コイル線が治具とステータコアとの間に挟まれて、コイル線の絶縁被覆が損傷したりすることを防止できる。

更に、各コイルの一側辺がステータコアの対応するスロットに挿入され、他側辺が前記治具の保持溝に挿入保持された状態で、前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させる際に、各コイルの前記ステータコア及び前記治具の両端面から突出したコイルエンドを、一対の回転補助治具によって前記治具に向けて軸方向に押圧させることが好ましい。この態様によれば、回転補助治具でコイルエンドを治具に向けて軸方向に押圧することにより、コイルのループが広がるので、治具を回転させる際にコイルの剛性に抗してコイルを広げるために治具にかかる力を軽減することができ、治具の変形を防止できる。

更に、コイルの一側辺をステータコアのスロットの一つ置きに挿入し、その後、コイルの他側辺を残りのスロットに挿入することにより、一回の操作で、各スロットに各コイルの側辺を一つずつ挿入することが好ましい。この態様によれば、ステータコアのスロットの半分の数の保持溝を治具に形成すればよいので、保持溝の幅及び長さを比較的十分にとることができ、保持溝に保持できるコイル線の総断面積、言い換えると一回の操作でステータコアのスロットに挿入できるコイル線の総断面積を比較的多くすることができる。

更に、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、保持溝の幅をｄとしたとき、以下の式が成り立つステータコアに適用されることが好ましい。
Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／４π
上記態様によれば、治具の保持溝に保持されたコイル線をステータコアのスロットに無理なく確実に挿入することができる。

一方、本発明のステータの製造装置は、ステータコアのスロットに予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入し、次いで前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入してステータを製造する装置において、
ステータコアの内周に挿入できると共に、スリット状の複数の保持溝からなりステータコアのスロットのピッチの整数倍ピッチで形成される保持溝群が外周に形成された治具と、
前記ステータコアの内歯の１又は複数個ずつに対応して立設された複数本のブレード部を有する補助部材と、
前記治具の前記保持溝群に挿入されたコイルをそれぞれ対応するスロットに挿入する押出し手段とを備えていることを特徴とする。

上記製造装置によれば、複数のコイルの一側辺を治具の外側に出し、他側辺を保持溝群にそれぞれ挿入した状態で、各コイルを治具の円周に沿って配列し、ステータコアの内歯の１又は複数個ずつに対応して立設された複数本のブレード部を有する補助部材を治具の端面に設置して、各コイルの一側辺を対応するブレード部の間隙に保持させ、この治具を補助部材側からステータコアの内周に挿入することにより、各コイルの一側辺を、補助部材によってガイドしつつ、治具の端縁部によってステータコアの対応するスロットに押し込むことができる。こうしてステータコアの内周に配置された治具を所定角度回動させて、保持溝がステータコアの対応するスロットに整合するように位置決めした後、各コイルの他側辺を押出し手段によって外径側に押出して、ステータコアの対応するスロットに挿入することにより、複数のコイルを一側ずつ螺旋状に重なるようにスロットに挿入することができ、螺旋巻きステータを機械的に効率よく製造することが可能となる。

本発明によれば、複数のコイルを一側ずつ螺旋状に重なるようにスロットに挿入することができ、螺旋巻きステータを機械的に効率よく製造することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１及び図２には、本発明によるステータの製造装置の一実施形態が示されている。

図において、１０はステータコアであり、ステータコア１０はその内周に内歯１１を有し、内歯１１同士の間にスロット１２が形成されている。

この製造装置は、上記ステータコア１０の内周に挿入される、全体としてほぼ円柱状の治具２０を有している。治具２０は、中心の軸部２１と、この軸部２１の上端面中心に設けられた孔２２と、軸部２１の外周から円柱状の外周に向けて放射状に形成された複数の保持溝２３とを有している。

保持溝２３は、ステータコア１０のスロット１２のピッチの整数倍ピッチで形成されている。この実施形態の場合、保持溝２３は、ステータコア１０のスロット１２のピッチの２倍のピッチで形成されており、スロット１２の半数の数の保持溝２３が形成されている。また、この実施形態では、治具２０の軸部２１の外周から保持溝２３が半径方向に向けて放射状に形成されているが、保持溝２３を、例えば、螺旋形状等の湾曲した形状でも良いし、放射方向に対して傾いた方向に形成することもできる。この場合、保持溝に収容できるコイル側辺を増やすことができる。

コイルＣは、その一側辺Ｃａを治具２０の外側に出し、他側辺Ｃｂを治具２０の保持溝２３に挿入されて、治具２０の円周に沿って配列されるようになっている。特に、図２に示すように、治具２０は、その周面と端面２６との間にＲ状に面取りされた端縁部２７を有している。本発明において、端面とは、治具２０をステータコア１０の内周に挿入する際の挿入方向における、治具２０の挿入方向端部の面を意味し、また、端縁部とは、前述したように周面と端面との間に位置する角部周辺を意味している。

治具２０の一方の端面には、補助部材７０が配置されるようになっている。補助部材７０は、全体として円筒状をなし、基部７１と、この基部７１から周方向に沿って所定間隔で、かつ、軸方向に伸びる複数の板状のブレード部７２とを有している。そして、ブレード部７２同士の間には、スリット状の間隙７３が形成されている。補助部材７０は、ブレード部７２の遊離した端部を、治具２０の一方の端面に当接するように設置される。このとき、治具２０に前述した態様で保持されたコイルＣの一側辺Ｃａが、ブレード部７２の対応する各間隙７３に挿入されて、一側辺Ｃａが外径側に出た状態にセットされる。

補助部材７０のブレード部７２の外周は、ステータコア１０の内歯１１の内周に当接し、間隙７３がステータコア１０のスロット１２に対応する位置となるように回転位置決めされて、ステータコア１０内に挿入されるようになっている。

再び、図１を参照すると、この製造装置は、上記治具２０の保持溝２３に挿入保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂを、ステータコア１０の対応するスロット１２に押し込むための押出し手段として、押圧治具３０を有している。この押圧治具３０は、中心に軸３１を有している。この軸３１の外周には、軸方向に沿ったガイド溝３２が周方向に所定間隔で形成されており、軸３１の軸下端３５は縮径されて、前記治具２０の孔２２に挿入されるようになっている。

軸３１の外周には、環体３３が上下スライド可能に装着されている。環体３３は、軸３１のガイド溝３２に嵌合する内歯を内周に有している。環体３３の下面には、板状の複数枚のプッシャ３４が取付けられており、各プッシャ３４は、軸３１の対応するガイド溝３２に嵌合し、軸３１に対して放射状に取付けられている。プッシャ３４は、その下方部分に軸３１に向けて次第に幅狭となるテーパ部３４ａを有している。軸３１のガイド溝３２及びプッシャ３４は、この実施形態の場合、ステータコア１０のスロット１２に一つおきに入るような数及びピッチで形成されている。

図３〜図１５には、上記製造装置を用いた本発明によるステータの製造方法の一実施形態が示されている。

前述したように、コイルＣの他側辺Ｃｂを治具２０の保持溝２３に挿入して、複数のコイルＣを治具２０の円周に沿って配列しておく。この状態で、補助部材７０の各ブレード部７２のそれぞれの間隙７３にコイルＣを挟ませながら、補助部材７０を治具２０の端面に設置する。コイルＣは、その一側辺Ｃａが治具２０及び補助部材７０の外側に出た状態で保持される。

この状態で、ステータコア１０の内周に補助部材７０側から治具２０を挿入していく。このとき図４に示すように、ブレード部７２はステータコア１０の内歯１１の内周に当接し、ブレード部７２の間隙７３がステータコア１０のスロット１２に対応する位置となるように回転位置決めされる。また、ブレード部７２の間隙７３は治具２０の保持溝２３同士の間に位置し、間隙７３から外側に出されたコイルＣの一側辺Ｃａが治具２０の端縁部２７に乗り上げるように配置されている。

こうして、補助部材７０側から治具２０をステータコア１０の内周に挿入していくと、図５及び図６に示すように、ブレード部７２同士の間隙７３をガイドにして、治具２０の端縁部２７によって、コイルＣの一側辺Ｃａがステータコア１０のスロット１２に押し込まれる。このとき、ブレード部７２の両側辺部が内径側に間隙７３が広がるような蒲鉾型のＲ形状をなし、治具２０の端縁部２７もＲ状に面取りされているため、コイルＣは損傷することなくスムーズにスロット１２内に挿入される。なお、ブレード部７２をステータコア１０の内歯１１の内周に当接させたとき、保持溝２３がスロット１２に整合しないような角度にすることにより、治具２０をステータコア１０の内周に挿入する際に保持溝２３内のコイルＣの他側辺Ｃｂがスロット１２に挿入されてしまうのを防止できる。

図７は、こうして治具２０をステータコア１０の内周に完全に挿入した状態を示している。なお、この実施形態の各斜視図においては、便宜上一つのコイルしか示していないが、実際には、治具２０の保持溝２３のそれぞれにコイルＣが保持されている。そして、この状態では、コイルＣの一側辺Ｃａが対応するスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂは対応する保持溝２３に挿入された状態となっている。この状態で、図８に示すように、補助部材７０を治具２０の端面から離して、間隙７３からそれぞれのコイルＣを抜き出す。

図９は、この状態を平面的に示す説明図である。すなわち、コイルＣの一側辺Ｃａは、ステータコア１０の対応するスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂは、治具２０の前記一側辺Ｃａが挿入されたスロット１２に隣接する保持溝２３に挿入保持された状態となっている。この状態で、図１０に示すように、治具２０を所定方向に所定角度回動させて、保持溝２３に保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂが所定のスロット１２に整合するように回転位置決めする。この実施形態の場合は、一側辺Ｃａが保持されたスロット１２に対して五つ先のスロット１２に、他側辺Ｃｂが保持された保持溝２３が整合するように回転させている。

次に図１１に示すように、前述した押圧治具３０を用いて、治具２０の保持溝２３に保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に押出して、ステータコア１０の対応するスロット１２に挿入する。すなわち、図２に示した押圧治具３０を治具２０の上部に設置し、プッシャ３４が保持溝２３に整合するように回転位置決めする。

そして、軸３１に対して環体３３を下方にスライドさせ、プッシャ３４をその下端から保持溝２３に挿入していく。すると、保持溝２３に挿入されたコイルＣの他側辺Ｃｂが、プッシャ３４のテーパ部３４ａによって押されて外径側に押出され、ステータコア１０のスロット１２に挿入される。図１２は、こうしてコイルＣの他側辺Ｃｂを、対応するスロット１２に完全に挿入した状態を示している。

こうして、コイルＣはその一側辺Ｃａを一つのスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂをそこから五つ離れたスロット１２に挿入される。この挿入作業は複数のコイルＣに対して同時になされるため、図１３に示すようにステータコア１０の端面から見て、コイルエンドが螺旋状をなすように、コイルＣが挿入された状態となる。

図１４は、こうして製造されたステータコアの側面図を表し、図１５は、同ステータコアの斜視図を表している。このように、ステータコア１０の両端面から、コイルＣが突出した部分であるコイルエンドは、その高さが比較的小さく、かつ、全周に亘って均一となる。

また、治具２０によって保持されたコイルＣの一側辺Ｃａを挿入した後、治具２０を回転位置決めした後に他側辺Ｃｂを挿入しているので、回転位置決めによってコイルＣが円周方向に好適に広げられて挿入される事となる。また、通常のステータコアの一端から他端に向かってコイルをインサートする方法と違い、ステータコア１０の内歯１１に対して内径側からコイルＣを挿入するため、コイルＣが円周方向に好適に広げられて挿入される事となる。従ってコイルエンドを小さくすることができる。

このステータコアは、各コイルＣが部分的に重なりながら、周方向に並んで配列されているため、モータにしたときのコギングトルクムラが極めて小さくなり、振動や騒音を著しく軽減することができる。また、コイルエンドがコンパクトで均一に突出した状態となるので、ステータコア１０やそれを用いて作られるモータをコンパクトにすることができる。

図１６〜１８には、本発明によるステータの製造方法の他の実施形態が示されている。この製造方法では、前記実施形態による製造工程が二回繰り返される。すなわち、ステータコア１０の各スロット１２には、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１の一側辺Ｃ１ａ又は他側辺Ｃ１ｂがスロット１２内の外径側に挿入され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２の一側辺Ｃ２ａ又は他側辺Ｃ２ｂがスロット１２内の内径側に挿入されている。すなわち、ステータコア１０の一つおきに配置されたスロット１２には、コイルＣ１,Ｃ２の一側辺Ｃ１ａ,Ｃ２ａが外内に重なって挿入され、これらの間に位置するスロット１２には、コイルＣ１,Ｃ２の他側辺Ｃ１ｂ,Ｃ２ｂが外内に重なって挿入されている。

こうして形成されたステータコアは、図１６及び図１８に示すように、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１のコイルエンドが外径側に螺旋状をなして形成され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２のコイルエンドがその内側に同じく螺旋状をなして形成された２重の螺旋形状をなしている。

この方法によれば、治具２０の保持溝２３に一つのスロット１２に挿入するのに、十分な量のコイルＣを挿入保持できない場合であっても、挿入操作を二回繰り返して、行うことにより図１７に示すように十分な量のコイルＣを挿入することが可能となる。なお、挿入工程は、二回に限定されるものではなく、三回以上繰り返して行うこともできる。

図１９には、前記製造方法において、コイルＣの押出し手段を変えた他の実施形態が示されている。

この実施形態では、ステータコア１０の内周に、例えばアルミニウムなどの非磁性体で形成した治具２０を挿入し、コイルＣの一側辺Ｃａをステータコア１０の対応するスロット１２に挿入し、他側辺Ｃｂを治具２０の対応する保持溝２３に挿入した状態で、コイルＣの両端部に電源４０が接続され、コイルＣに電流が流されるようになっている。この場合、コイルＣの他側辺Ｃｂを保持する治具２０の保持溝２３は、一側辺Ｃａが挿入されたスロット１２に対して五つ先のスロット１２に整合するように、治具２０が回転位置決めされている。この状態でコイルＣに急峻な過渡電流を流すと、渦電流による反発力が作用して、コイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に押出そうとする力が作用する。その結果、コイルＣの他側辺Ｃｂを対応するスロット１２に挿入することができる。このように、電流を流すだけでコイルを外径側に押出すことができるので、製造装置の構造が簡略化され、コイル挿入を迅速に行わせることができる。

図２０には、本発明の製造方法において、押出し手段を変えた更に他の実施形態が示されている。

この実施形態では、治具２０の各保持溝２３の間に位置する放射状の隔壁内に永久磁石Ｍがそれぞれ埋設して配置されており、この永久磁石Ｍによって、それぞれの保持溝２３を周方向に横切る磁界Ｇが形成されている。この状態で、電源４０によりコイルＣに電流を流すと、ローレンツ力が作用して、保持溝２３に保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂを、外径側に押出す力が作用する。その結果、他側辺Ｃｂを対応するスロット１２に挿入することができる。

図２１には、本発明の製造方法において、押出し手段を変えた更に他の実施形態が示されている。

この実施形態は、基本的には、図２０に示した実施形態と同様であるが、永久磁石Ｍの代わりに電磁石Ｅｍが用いられている点が異なっている。すなわち、各保持溝２３の間に形成された隔壁に軸方向に延びる挿入溝を形成しておき、この挿入溝に電磁石Ｅｍが挿入され、この電磁石Ｅｍに図示しない電源回路から電流を流すことにより、各保持溝２３を周方向に横切る磁界Ｇを形成する。したがって、この状態でコイルＣに電流を流すことにより、前記実施形態と同様に、コイルＣの他側辺Ｃｂに外径側に押出す力を作用させ、他側辺Ｃｂを対応するスロット１２に挿入することができる。

図２２には、本発明の製造方法において、押出し手段を変えた更に他の実施形態が示されている。

この実施形態では、コイルＣの押出し手段として、引き出し装置５０が用いられている。引き出し装置５０は、ステータコア１０の両端面に配置され、この両端面の近傍において半径方向に進退可能に設けられたアーム５１と、このアーム５１の先端部に取付けられたフック５２とを有している。そして、アーム５１をステータコア１０の内径方向に進入させ、フック５２をコイルＣの他側辺Ｃｂに引き掛けた後、アーム５１を外径方向に引き戻すことによって、コイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に引き出すような動作をするようになっている。そして、ステータコア１０の両端面近傍に配置された一対の引き出し装置５０により、コイルＣの他側辺Ｃｂをフック５２に引き掛けて外径側に引き寄せることにより、他側辺Ｃｂが保持溝２３から対応するスロット１２内に押し込まれるようになっている。

なお、図２２においては、一対の引き出し装置５０しか図示していないが、実際には、各コイルＣに対応して一対ずつの引き出し装置５０が、ステータコア１０の外周に放射状に配置されている。

図２３には、本発明の製造方法において、押出し手段を変えた更に他の実施形態が示されている。

この実施形態では、押出し手段として空圧装置６０が用いられている。空圧装置６０は、圧縮された空気を送り込む空圧機６１と、この空気を供給するチューブ６２と、このチューブ６２の先端部に取付けられたノズル６３とを有し、ノズル６３は円筒形状をなして、その周面に多数の噴出孔６４が形成されている。治具２０には、その中心に孔２５が設けられ、この孔２５内に上記ノズル６３が挿入されるようになっている。治具２０の保持溝２３は、それらの内径側端部に、前記孔２５に連通するスリット状の開口部が形成されている。したがって、治具２０の孔２５内にノズル６３を配置し、空圧機６１によってチューブ６２を通してノズル６３に圧縮空気を供給することにより、ノズル６３の噴出孔６４から圧縮空気が吹き出され、治具２０の保持溝２３の内径側の開口部から圧縮空気が送り出されて、保持溝２３に保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂが所定のスロット１２に押し込まれるようになっている。なお、この空圧装置６０は、前述した各押出し手段と併用して用いることもできる。

図２４〜図２６には、本発明による製造方法の更に他の実施形態が示されている。

この実施形態では、治具２０の保持溝２３がステータコア１０のスロット１２と同じ数で設けられている。つまりスロット１２のピッチの１倍で保持溝２３が設けられている。各コイルＣは、治具２０の保持溝２３に他側辺Ｃｂを挿入保持され、一側辺Ｃａを外側に出した状態で、治具２０の周方向に沿って配列され、その状態で前述した補助部材７０を設置されて、コイルＣの一側辺Ｃａを、補助部材７０のブレード部７２の間隙７３を通して外側に出た状態にする。そして、補助部材７０のブレード部７２がステータコア１０の各内歯１１の内周に当接するように回転位置決めして、治具２０を補助部材７０側からステータコア１０の内周に挿入することにより、治具２０の端縁部２７によって外側に出たコイルＣの一側辺Ｃａが押圧され、ブレード部７２の間隙７３を通して、ステータコア１０の対応するスロット１２に挿入される。図２４は、こうしてコイルＣの一側辺Ｃａがステータコア１０の対応する各スロット１２に図３〜５と同様な方法で挿入された状態を示している。コイルＣの他側辺Ｃｂは、該スロット１２に隣接する治具２０の保持溝２３に挿入保持されている。

次に、図２５に示すように、治具２０を所定角度回動させ、コイルＣの他側辺Ｃｂを保持する保持溝２３が、一側辺Ｃａが挿入されたスロット１２の五つ先のスロット１２に整合するように回転位置決めされる。この状態で前述した押圧手段、例えば、図１に示す押圧治具３０を用いて、保持溝２３内にあるコイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に押出し、他側辺Ｃｂを対応するスロット１２に挿入する。その結果、図２６に示すように、各スロット１２内の外径側にはコイルＣの一側辺Ｃａが挿入され、該スロット１２内の内径側には他のコイルＣの他側辺Ｃｂが挿入されて、一つのスロット１２内に二つのコイルが挿入された状態となる。

こうして得られたステータコア１０においても、外径側に位置する一側辺Ｃａと、内径側に位置する他側辺Ｃｂとを有するコイルが、ステータコア１０の端面において螺旋状に重なったコイルエンドをなす形状となる。

図２７は、各保持溝２３に各コイルＣのコイル線が１本ずつ一列で挿入配置される場合をモデルにして、スロット１２内に充填されるコイルＣの総断面積Ｓｃｕ、保持溝の幅をｄ、スロット数Ｓｌｏｔ、ステータ内半径Ｒｉｎのそれぞれの関係を考察するための説明図である。

すなわち、治具２０の保持溝２３にコイルＣの線を一列に配列して、保持溝２３からステータコア１０のスロット１２に挿入する場合であって、スロット１２に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、ステータコア１０の内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、保持溝の幅をｄとしたとき、以下の数式１、２が成り立つ。
（各スロットにコイルが一つだけ入る場合：例えば図９−１５の実施形態の場合）
[数式１]
Ｓｃｕ＞（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ＝｛Ｒｉｎ−（ｄ×Ｓｌｏｔ／（４π））｝×ｄ＝Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／４π
（各スロットにコイルが二つずつ入る場合：例えば図２４−２６の実施形態の場合）
[数式２]
Ｓｃｕ＞（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ×２＝｛Ｒｉｎ−（ｄ×Ｓｌｏｔ／（２π））｝×ｄ×２＝２・Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／π

したがって、上記数式が適用できるステータコアに対しては、治具２０の保持溝２３にコイルＣの線を一列に配列して、保持溝２３からステータコア１０のスロット１２に挿入することが可能であり、本発明の製造方法を好適に実施することができる。

図２８及び図２９には、本発明による製造方法の更に他の実施形態が示されている。

この実施形態においては、コイルＣの一側辺Ｃａをステータコア１０のスロット１２に挿入し、治具２０を所定角度回動させて、他側辺Ｃｂを保持する保持溝２３を所定のスロット１２に位置決めする際、ステータコア１０及び治具２０の両端面から突出するコイルエンドを一対の回転補助治具８０によって、治具２０に向けて軸方向に押圧するようにしている。

すなわち、図２８に示すように、上記回転補助治具８０は、治具２０の両端面の孔２２に挿入される支軸８１と、この支軸８１にスライド可能に装着された筒体８２と、この筒体８２の治具２０側の端部に取付けられたフランジ状の押圧板８３とを有しており、筒体８２及び押圧板８３を図中矢印で示すように支軸８１に沿ってスライドさせることにより、コイルエンドを軸方向に押圧するようにしている。

図２９において、Ｔはステータコア１０及び治具２０の厚さである。同図（Ａ）は、コイルＣのコイルエンドを押圧しない状態を示し、コイルＣは、ステータコア１０及び治具２０の軸方向にＬ１の長さで伸びたループをなし、コイルエンドが長く突出している。これに対して、同図（Ｂ）は、コイルＣのコイルエンドを上記回転補助治具８０の押圧板８３によって押圧した状態を示し、コイルＣは、ステータコア１０及び治具２０の軸方向長さＬ２が短くなって、図中矢印で示すように幅方向に広がる。

その結果、ステータコア１０に対して治具２０が回動して、コイルＣのループが押し広げられるときに、上記回転補助治具８０の押圧板８３によってコイルエンドを押圧することにより、コイルＣが幅方向に広がるため、コイルＣの剛性に抗してコイルを広げるために治具２０にかかる力を軽減することができ、治具２０の保持溝２３の隔壁部分が変形したりすることを防止することができる。

なお、上記各実施例において、電磁吸引力を利用してコイルＣをスロット１２内に保持するようにしても良い。例えば、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）挿入後の状態でコイルＣに電流を流しつづけることで、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）を磁性体であるステータコア１０に押し付けておくことができる。ただしローレンツ力を利用した押出し手段の場合は、他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）が保持溝２３から出ない向きに電流を流すか、電磁石Ｅｍを使った場合は電磁石に流す電流を止めて磁界Ｇをなくすようにする。こうすることで確実に一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）をスロット１２内に保持することができる。

また、同様に他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）挿入後の状態でコイルＣに電流を流しつづけることによっても、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）と他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）を確実にスロット１２内に保持することができる。

また、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）挿入後、治具２０を回転位置決めする際にコイルＣに電流を流しつづけることで、治具２０の回転による力で一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）がスロット１２から出てくることが抑制され、ステータコア１０と治具２０との間にはさみこまれることが抑制される。ローレンツ力を利用して押出し手段の場合は、他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）が保持溝２３から出ない向きに電流を流すことでさらに、他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）を保持溝２３に確実に保持することができ、治具２０の回転による力で他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）が保持溝２３から出てくることが抑制され、ステータコア１０と治具２０との間にはさみこまれることが抑制される。

ここで電磁吸引力を発生させるのに流す電流は、コイルＣに渦電流による反発力が無視できる電流であれば良く、例えば、２０Ｈｚ以下の交流や直流であれば良い。

また、上記実施の形態では一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）が挿入されたスロットから五つ先のスロット１２へ他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）を挿入したが、五つ先に限られない。

また、図１６〜１８で、各スロットにコイルが一つだけ入る場合において二回以上挿入工程を行うことを示したが、図２４〜２８に示す各スロットにコイルが二つずつ入る場合においても二回以上挿入工程を行っても良い。

本発明によるステータの製造装置の一実施形態を示す斜視図である。 同製造装置における治具と補助部材とステータコアとの関係を示す斜視図である。 本発明によるステータの製造方法の一実施形態において、コイルを治具に保持させ、この治具に補助部材を設置した状態を示す面図である。 同実施形態において、補助部材側から治具をステータコアの内周に挿入する状態を示す斜視図である。 同実施形態において、治具をステータコアの内周に挿入した状態を示す部分拡大断面図である。 同実施形態において、補助部材のブレード部の間隙を通してコイルの一側辺をステータコアのスロットに挿入する状態を示す部分拡大斜視図である。 同実施形態において、治具をステータコアの内周に挿入した状態を示す下方から見た斜視図である。 同実施形態において、補助部材を取外した状態を示す斜視図である。 同実施形態において、ステータコアの内周に治具を挿入した状態を示す平面図である。 同実施形態において、ステータコアに対し治具を所定角度回動させた状態を示す平面図である。 同実施形態において、治具の保持溝に保持されたコイルの他側辺を押圧治具によって外径側に押し出す状態を示す斜視図である。 同実施形態において、治具の保持溝に保持されたコイルの他側辺をステータコアの対応するスロットに挿入した状態を示す平面図である。 同実施形態で得られたステータコアのコイルエンドの形状を示す平面図である。 同ステータコアの側面図である。 同ステータコアの斜視図である。 本発明のステータの製造方法の他の実施形態を示す模式平面図である。 同実施形態で得られるステータコアのスロット内に充填されたコイルを断面にして示す説明図である。 同実施形態で得られるステータのコイルエンドの形状を示す平面図である。 本発明によるステータの製造方法における押出し手段の他の例を示す説明図である。 本発明によるステータの製造方法における押出し手段の更に他の例を示す説明図である。 本発明によるステータの製造方法における押出し手段の更に他の例を示す説明図である。 本発明によるステータの製造方法における押出し手段の更に他の例を示す説明図である。 本発明によるステータの製造方法における押出し手段の更に他の例を示す説明図である。 本発明によるステータの製造方法の他の実施形態において、ステータコアの内周に治具を挿入し、コイルの一側辺をステータコアのスロットに挿入に、他側辺が治具の保持溝に保持された状態を示す説明図である。 同実施形態においてステータコアに対して治具を所定角度回動させた状態を示す説明図である。 同実施形態において治具の保持溝に保持されたコイルの他側辺をステータコアのスロットに挿入した状態を示す説明図である。 治具の保持溝とステータコアのスロットとの関係を考察するための説明図である。 本発明によるステータの製造方法の更に他の実施形態で使用される回転補助治具を示す説明図である。 同実施形態において、コイルエンドを押圧する前と押圧した後の状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ ステータコア
１１ 内歯
１２ スロット
２０ 治具
２１ 軸部
２２ 孔
２３ 保持溝
２５ 孔
２６ 端面
２７ 端縁部
３０ 押圧治具
３１ 軸
３２ ガイド溝
３３ 環体
３４ プッシャ
３４ａ テーパ部
３５ 軸下端
４０ 電源
５０ 引き出し装置
５１ アーム
５２ フック
６０ 空圧装置
６１ 空圧機
６２ チューブ
６３ ノズル
６４ 噴出孔
７０ 補助部材
７１ 基部
７２ ブレード部
７３ 間隙
８０ 回転補助治具
８３ 押圧板
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ コイル
Ｃａ、Ｃ１ａ、Ｃ２ａ 一側辺
Ｃｂ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ 他側辺
Ｅｍ 電磁石
Ｇ 磁界
Ｍ 永久磁石
Ｒｉｎ ステータ内半径
Ｓｃｕ 総断面積
Ｓｌｏｔ スロット数
ｄ 保持溝の幅

Claims (11)

1. 予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれスロットに挿入し、その後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して形成されるステータを製造する方法において、
   スリット状の複数の保持溝からなりステータコアのスロットのピッチの整数倍ピッチで形成される保持溝群が外周に形成された治具を用い、
   予め巻線された複数のコイルの一側辺を前記治具の外側に出し、他側辺を前記保持溝群にそれぞれ挿入した状態で、各コイルを前記治具の円周に沿って配列し、
   前記ステータコアの内歯の１又は複数個ずつに対応して立設された複数本のブレード部を有する補助部材を、前記治具の端面に設置して、前記各コイルの一側辺を対応する前記ブレード部の間隙に保持させ、
   この治具を前記補助部材側から前記ステータコアの内周に挿入して、前記各コイルの一側辺を、前記補助部材によってガイドしつつ、前記治具の端縁部によって前記ステータコアの対応するスロットに押し込み、
   こうしてステータコアの内周に配置された治具を所定角度回動させて、前記保持溝が前記ステータコアの対応するスロットに整合するように位置決めした後、前記各コイルの他側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入することを特徴とするラップ巻きステータの製造方法。
2. 前記治具による前記一側辺と前記他側辺のスロットへの挿入操作を二回以上繰り返して行うことにより、コイルを重ねて挿入する請求項１記載のステータの製造方法。
3. 前記押出し手段として、先端に向かうほど幅狭となる板状のプッシャが、前記保持溝に対応して配置された押圧治具を用い、この押圧治具の前記プッシャを、対応する前記各保持溝に先端から挿入し、前記保持溝に挿入されたコイルの他側辺を外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入する請求項１又は２記載のステータの製造方法。
4. 前記押出し手段として、コイルに電流を流すことにより、渦電流による反発力を発生させる手段を用い、前記反発力によってコイルの他側辺を前記治具の保持溝から外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入する請求項１又は２記載のステータの製造方法。
5. 前記押出し手段として、前記治具の前記保持溝を横断する磁界を発生させ、その状態でコイルに電流を流すことにより、ローレンツ力を発生させる手段を用い、このローレンツ力によってコイルの他側辺を前記治具の保持溝から外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入する請求項１又は２記載のステータの製造方法。
6. 前記ステータコアのスロットに挿入後のコイルに対して、直流電流又は２０Ｈｚ以下の低周波の交流電流を流して、コイルをステータコアに押し付ける請求項１〜５のいずれか１つに記載のステータの製造方法。
7. 各コイルの一側辺がステータコアの対応するスロットに挿入され、他側辺が前記治具の保持溝に挿入保持された状態で、前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させる際に、コイルに直流電流又は２０Ｈｚ以下の低周波の交流電流を流して、コイルの一側辺をステータコアに押し付け、他側辺を治具に押し付けながら治具を回転させる請求項１〜６のいずれか１つに記載のステータの製造方法。
8. 各コイルの一側辺がステータコアの対応するスロットに挿入され、他側辺が前記治具の保持溝に挿入保持された状態で、前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させる際に、各コイルの前記ステータコア及び前記治具の両端面から突出したコイルエンドを、一対の回転補助治具によって前記治具に向けて軸方向に押圧させる請求項１〜７のいずれか１つに記載のステータの製造方法。
9. コイルの一側辺をステータコアのスロットの一つ置きに挿入し、その後、コイルの他側辺を残りのスロットに挿入することにより、一回の操作で、各スロットに各コイルの側辺を１つずつ挿入する請求項１〜８のいずれか１つに記載のステータの製造方法。
10. 前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、保持溝の幅をｄとしたとき、以下の式が成り立つステータコアに適用される請求項９記載のステータの製造方法。
    Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／４π
11. ステータコアのスロットに予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入し、次いで前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入してステータを製造する装置において、
    ステータコアの内周に挿入できると共に、スリット状の複数の保持溝からなりステータコアのスロットのピッチの整数倍ピッチで形成される保持溝群が外周に形成された治具と、
    前記ステータコアの内歯の１又は複数個ずつに対応して立設された複数本のブレード部を有する補助部材と、
    前記治具の前記保持溝群に挿入されたコイルをそれぞれ対応するスロットに挿入する押出し手段とを備えていることを特徴とするステータの製造装置。

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