JP5098611B2 - コイル・ウェッジ挿入装置及びコイル・ウェッジ挿入方法。 - Google Patents

Description

この発明は、固定子鉄心スロット内のコイルの高密度化によって生じる固定子鉄心のスロット内へのウェッジ挿入性の悪化を改善するためのコイル・ウェッジ挿入装置、コイル・ウェッジ挿入方法及びウェッジに関するものである。

電動機は、磁極の形成された固定子と可動子とで構成されている。その中で、固定子は、ヨーク部、及びその内周に形成された突起物である複数の歯部（ティース）で構成される鉄心と、隣り合う歯部間に形成されるスロットと呼ばれる空間を利用して各歯部に巻回されたコイルと、で構成されており、各コイルに通電することにより各歯部が磁極を形成する。

この歯部にコイルを巻回す方法は、通常、コイル・ウェッジ挿入装置と呼ばれる装置を使って固定子を構成する鉄心のスロット内にあらかじめ巻回されたコイルと、このコイルをスロット挿入単位毎に束ね周囲から絶縁するウェッジとを挿入するという方法に拠っている。

電動機の効率向上策のひとつに、電動機を構成する固定子鉄心の磁極を構成する固定子鉄心の内周側への突起部である歯部に巻き回すコイル密度を上げてモータ損失を低減することによりモータ効率を上げる方法がある。ここで、この歯部へのコイルの巻きまわしの効率化を図るために、あらかじめ巻き回したコイルの束を互いに隣り合う歯部側面と歯部間をその外周部で磁気的につなぐヨークの内周面とで囲まれた空間であるスロットに挿入するという方法が取られている。このスロットへのコイル挿入法では、コイル挿入と同時にコイルと周囲との絶縁のためにスロット内にウェッジと呼ぶ絶縁紙もその端部をウェッジプッシャと呼ばれるものでウェッジの一端を押して挿入していく必要があるが、コイル密度を上げることにより、ウェッジのスロット内への挿入抵抗が増加し、ウェッジの可撓性により、ウェッジ端部を押してウェッジをスロット内に挿入するという従来の挿入方式ではウェッジが座屈しやすくスロットへのウェッジ挿入性に問題があった。

ウェッジについて補足すると、鉄心スロット内へコイルを挿入する際にコイルの各スロット挿入単位を束ね、鉄心のヨーク部及び歯部内表面とコイルとの間を絶縁し、隣り合う歯部先端部の間に存在する（換言すれば各スロットのコア内径方向に存在する）開口部を塞ぐためにコイル挿入と共にスロット内に挿入されるものである。

これを解決する方法として特許文献１に記載された発明がある。このウェッジ挿入方法は、従来のようにウェッジ端部を押圧してスロット内に挿入するのではなく、ウェッジの挿入方向先端部を引っ張ることによりウェッジをスロット内に挿入するというものである。ウェッジはスロット内にコイルを挿入した後は、挿入されたコイルに対してスロット開口部をふさぐ閉塞体としての役割も有しているため、鉄心軸方向に延在するスロット開口部からはウェッジの一部が露出している。特許文献１に記載されている発明は、ウェッジがスロットに挿入される際に、スロットの内周側開口部に位置するウェッジの一方の端部に牽引用連結部が設けられたものを用いる。そして、スロット内に挿入された状態でスロットの内部に配置されたコイル導体を圧縮するスロット開口部挿入部材を備えた牽引治具に、スロット開口部閉塞体の牽引用連結部を連結する。次に、牽引用連結部を連結した牽引治具のスロット開口部挿入部材をスロットの一方の端側開口部からスロット内に挿入する。そして、牽引用治具を一方の端側開口部から他方の端側開口部に向かって牽引してスロット開口部閉塞体を前記スロット内に挿入する。また、牽引用連結部が孔からなる場合には、牽引用治具には牽引用連結部を構成する孔に挿入される連結ピンと連結ピンを孔に挿入し且つ孔に挿入された連結ピンを孔から引き抜くための機構を設ける。

特許第３４５０１２４号

上記の通り従来技術では、スロット内へのウェッジ挿入に際して、ウェッジの牽引手段として、牽引治具の一部がスロット内に挿入される。しかし、スロット内に牽引治具の一部が入ることによりそのスペースにはコイルを入れることができず、コイルの高占積率化に十分に対応することができないという点で問題があった。

本願発明に係るコイル・ウェッジ挿入装置は、巻き回されたコイルを電動機の固定子鉄心内周上に配置された複数の歯部に装着するために、前記鉄心の周方向に隣り合う歯部間の空間であるスロット内に、前記コイルと、前記コイルの各スロットへの挿入単位を束ね、前記スロットの周囲に位置する前記鉄心との間を絶縁するとともに前記スロットの径方向内側開口部を塞ぐためのウェッジとを挿入するコイル・ウェッジ挿入装置であって、
前記歯部位置に対応して円周上に配置された、前記巻き回されたコイルを掛けるためのブレードと、前記各ブレードに掛けられた前記コイルを押圧するための、前記ブレードと共に所定方向に可動のストリッパと、前記ウェッジのガイド用に前記スロット位置に対応して円周上に複数配置されたウェッジガイドと、を備えるとともに、
前記ストリッパは円周上の前記各ウェッジガイドに対応する位置で、その可動方向に直交する外周側面に突起を備えたものである。

また、本願発明に係るコイル・ウェッジ挿入方法は、電動機の固定子鉄心内周上に配置された複数の歯部に巻き回されたコイルを装着するために、前記固定子鉄心の周方向に隣り合う歯部間の空間であるスロット内へ、巻回されたコイルと、前記コイルの各スロットへの挿入単位を束ね、前記スロットを形成する歯部との間を絶縁するとともに前記スロットの径方向内側開口部を塞ぐためのウェッジとを挿入するコイル・ウェッジ挿入方法であって、前記歯部位置に対応して円周上に配置された、前記固定子の軸方向に可動のブレードに前記巻き回されたコイルを掛けるとともに、前記スロット位置に対応した位置に前記ウェッジを配置する準備工程と、前記コイルを掛けたブレードとともに前記軸方向に可動であるストリッパを、前記固定子鉄心内に、前記ブレード設置端面側から挿入することにより前記巻き回されたコイルを押圧して前記スロット内に挿入するコイル挿入工程と、
前記ストリッパの駆動方向に直交する外周側面に突起を有し、前記ウェッジは、前記ストリッパの前記外周側面と対向する面に段差部を有し、前記ストリッパが前記コイル挿入工程の際に前記軸方向に動くときに前記外周側面の突起により前記ウェッジの前記段差部を引っ掛けることにより、前記ウェッジを前記スロット内に挿入するウェッジ挿入工程とを有する方法である。

本願発明に係る上記装置又は方法を用いることにより、先行技術に開示された発明のように、スロット内に牽引治具の一部を挿入することなく、ウェッジを牽引する方法でスロット内に挿入することができる。その結果、スロット内のスペースをコイル用に有効に使うことが出来、コイル占積率の向上が期待できる。また、従来のウェッジの下端を押す挿入方法と比べて、ウェッジのスロット挿入側端部近傍を牽引することによりウェッジをスロット内に挿入するため、ウェッジの牽引される部位が比較的早い段階でスロット内に収まりスロット側面でガイドされるため、挿入時のウェッジの座屈を防止する効果もある。
従ってこの装置、又は方法を用いて作られた固定子を使ったモータに対しては品質の安定化とモータ効率の向上を期待することができる。
上記装置又は方法に本願発明に係る上記ウェッジを用いることにより、更に確実に上記同様の効果が得られる。

実施の形態１
図１は、この発明の実施の形態１によるコイル・ウェッジ挿入装置と、この装置を使って電動機等の固定子鉄心のスロット内に巻き回したコイルとウェッジとを挿入完了したときの状態を示す側面断面図である。図において、１は電動機などの固定子鉄心で、図示していない固定鉄心支持部により支持されている。２は固定子鉄心のスロット内に挿入された巻き回したコイル、３は巻き回したコイル２をスロット内に挿入するために当該コイルを掛けるためのブレードで、スロットの配置に対応して円周上に配置されている。４はブレード３を保持し、固定子鉄心軸方向に駆動するブレードホルダ、５はブレードホルダを介してブレード３を固定子鉄心軸方向に駆動するためのブレードホルダ駆動軸、６は、ブレード３に掛けられたコイル２を支持し、ブレード３と共に固定子鉄心１の軸方向の孔に挿入することによりスロット内にコイル２を挿入するためのストリッパ、７はストリッパ６を固定子鉄心１の軸方向の孔に挿入するためにストリッパ６を当該軸方向に駆動するストリッパ駆動軸、８はスロット内に挿入されたコイル２に対してスロット開口部を塞ぐとともにコイル２を束ね、当該コイル２とスロットを形成する鉄心及び鉄心歯部側面との間を絶縁するウェッジである。ここでウェッジ８はその挿入方向先端部に折り返し部８１とこの折り返し部により生じる段差部８２が設けられている。

なお、ブレードホルダ４を駆動してブレードを固定子鉄心１の軸方向孔内に挿入するブレードホルダ駆動部、ストリッパ駆動軸７を駆動してストリッパ６を固定子鉄心１の軸方向孔内に挿入するためのストリッパ駆動部が存在するが、図１ではこれを省略した。すなわちコイル・ウェッジ挿入装置は、図示していない鉄心支持部、ブレード３、ブレードホルダ４、ブレードホルダ駆動軸５、ストリッパ６、ストリッパ駆動軸７、ウェッジプッシャ９、ウェッジガイド１０、ウェッジマガジン１１、及び図示していないブレードホルダ駆動部、ストリッパ駆動部を備えている。

図２はこのウェッジ８の詳細形状を示す斜視図である。図３は図２に示すウェッジ８の側面図で、図２に示すＡ方向からウェッジ８を見たときの図である。図３において、８１はウェッジ８の挿入方向先端部に設けられた折り返し部、８２は折り返し部８１により形成された段差部である。図１に戻り、９はウェッジ８をスロット内に挿入する初期段階において、ウェッジ８の挿入方向先端とは反対方向の端面を押圧してウェッジ８の先端の一部をスロット内に挿入するために使用するウェッジプッシャ、１０はウェッジ８がウェッジプッシャ９により押圧されることにより、スロット内に挿入される時にウェッジ８をスロットの方へガイドするウェッジガイドである。

なお、図１に示すようにストリッパ６はその側面に突起６１を有している。これを示したのが図５である。図４はストリッパ６の形状を示す平面図で、ストリッパ６の最外周部で、固定子鉄心の各スロットの軸方向に開いた開口部に対応した位置に突起６１が設けられている。図５は図４のＡ−Ａ線断面を示す断面図で、突起６１の形状が明示されている。また、同図にはストリッパ６の突起６１に隣り合うウェッジ８が２点鎖線で示されている。ストリッパ６が図の上方に動くとき、スロット開口部を介してストリッパ６の突起６１に対して露出しているウェッジ８の段差部８２を、突起６１が引っ掛けることにより、ウェッジ８はストリッパ６の動きにより牽引され、スロット内に挿入されることになる。なお、図４に示すストリッパ６の平面図で、突起６１間の凹部には、ブレード３が配置されることになるが、図４では省略してある。

コイル・ウェッジ挿入装置にはブレードホルダ４を駆動してブレード３を固定子鉄心１の軸方向孔内に挿入するためのブレードホルダ駆動部、ストリッパ駆動軸７を駆動してストリッパ６を固定子鉄心１の軸方向孔内に挿入するためのストリッパ駆動部、ウェッジプッシャ９を駆動するウェッジプッシャ駆動部、スロットに挿入するウェッジ８を保持しておくウェッジマガジンが装備されるが図１では省略してある。すなわち、コイル・ウェッジ挿入装置は、鉄心の歯部に対応して配置されたブレード３、ブレードホルダ４、ブレードホルダ駆動軸５、ストリッパ６、ストリッパ駆動軸７、ウェッジプッシャ９、ウェッジガイド１０、及び図示していない鉄心支持部、ブレードホルダ駆動部、ストリッパ駆動部、ウェッジプッシャ駆動部、及びウェッジマガジンを備えている。

次に本実施の形態によるコイル２及びウェッジ８のスロット内への挿入方法について説明する。ここでは固定子鉄心１の内周に複数の磁極が形成されるものを対象としている。スロットは互いに隣り合う磁極歯部間にある空間のことである。まず準備段階として、巻き回したコイル挿入の対象となる固定子鉄心１をコイル・ウェッジ挿入装置に対して据え付ける。この据え付けはコイル・ウェッジ挿入装置のブレード３及びストリッパ６の駆動方向が固定子鉄心１の軸方向と同じ向きであり、且つブレード３及びストリッパ６が固定子鉄心１の内側に軸方向に開けられた孔の位置に一致するように配置される。次に、磁極位置に対応して配置されたブレード３に巻き回されたコイル２を掛ける。これによりコイル２はブレード３とストリッパ６とにより保持された状態になる。

次に、図示していないウェッジマガジンに収納されたウェッジ８の端面（図１の下端面）はウェッジプッシャ９により押圧される。ウェッジプッシャ９によるウェッジ８の押圧は図示していないウェッジプッシャ駆動部による。ウェッジプッシャ９による押圧により、ウェッジ８が上昇し、ストリッパ６の側面の突起６１のあるところにまで来ると、ウェッジ８の段差部８２が突起６１に引っかかる。この状態からストリッパ６とブレード３とを駆動して鉄心１の軸方向に開いた孔に挿入していくと、コイル２はストリッパ６の先端部とブレード３とに保持されて各スロット内に挿入されていく。このときウェッジ８は、突起６１で段差部８２の部分が引っ掛けられるため、ストリッパ６の駆動によりこの突起６１で引っ張られ、コイル２がスロット内へ挿入されるにつれて、ウェッジ８もスロット内に挿入されることになる。ウェッジ８が挿入完了位置に到達するとストリッパ６は反対方向に駆動される（図では下降する）。このときウェッジ８の折り返し部８１（段差８２）は突起６１から外れてストリッパ６のみが下降する。ウェッジ８はそのままの位置に残ることになる。

この突起６１はスロットの内側にある軸方向に開いた開口部を介して露出しているウェッジ８の段差部８２を引っ掛けることができるため、スロット内にウェッジ８の牽引のための治具を挿入する必要はない。そのためスロット内のスペースを有効に使用することが出来る。また、ストリッパ６の側面に突起６１を設けるだけでよいので、牽引のための機構が従来の牽引治具に比べて簡単になる。また、ウェッジ８を押すのは、挿入初期段階だけで、その後はウェッジ８の挿入側先端部を引っ張って挿入するので、従来のウェッジ８の下端面を押してスロット内に挿入する方式と比べウェッジ８の座屈を防止できるという効果がある。なお、ウェッジ８をストリッパ６に引掛けた後は、ウェッジプッシャ９は不要になり、ストリッパ６による挿入ストロークの長さだけウェッジプッシャ９の長さを短縮することができる。以上の説明では段差部８２を有するウェッジを例にとり説明したが、段差部８２がない場合でも、ストリッパ側面の突起６１によりウェッジ８を引っ掛けて上記同様に引っ張る形でウェッジ８をスロット内に挿入することは可能である。勿論、段差部８２を有するウェッジ８を使用したほうがより確実に引っ掛けることができる。

実施の形態２
図６は、この発明の実施の形態２によるウェッジ８の挿入状態を示すステータの側面断面図である。図６においてウェッジ８は図３に示すウェッジ８と同様に先端部を折り返すことにより段差部８２を形成したものである。これにより、簡便に段差部８２を形成でき、ストリッパ６の突起６１でこの段差部８２を確実に引っ掛けることができる。
なお、図６では、ウェッジ８の折り返し部８１の一部が固定子鉄心１のスロット内に収まっている状態でウェッジ８の挿入を終えている。これにより、折り返し部８１は、スロット内で拘束され、折り返し部８１がめくれる恐れが大幅に低減する。すなわち、ウェッジ８の挿入抵抗の増加によりストリッパ６の突起６１が折り返し部８１をめくり上げることを防止する。なお、折り返し部８１がスロット内からはみ出てめくりあがった場合、めくりあがった部分は固定子鉄心１の内径側にはみ出ることになる。コイル２及びウェッジ８のスロットへの挿入が完了した後、固定子鉄心１の軸周りに開けられた孔にはロータが挿入されるが、上記ウェッジ８の先端部のめくりあがった部分の長さが長い場合は、当該部分がロータおよびロータ周辺部品と干渉する恐れが出てくる。しかし、本実施の形態に係る発明によれば、これを防止することができる。

実施の形態３
図７は、この発明の実施の形態３によるウェッジ８の形状を示す斜視図である。図８は図７に示すウェッジ８をＡの方向から見たときの図を示す。ウェッジ８の段差部８２は、ストリッパ６の突起６１と対向する面に加工により形成された段差で、対向面の一部を例えば削ることによりウェッジ８と一体のものとして段差部８２が形成されている。

図９は、図７とは異なり、ストリッパ６の突起６１と対向する面のみでなく、対向面の両側面にもウェッジ８と一体のものとして段差部８２が設けられたウェッジの斜視図である。図１０は図９をＡの方向から見たときの図を示す。

図７、図９に示すように、ストリッパ６の突起６１に対向するウェッジ８の面に段差部８２を一体成形していることで、実施の形態１で述べたウェッジ８の折り返し部８１で形成した段差部８２と同等の効果が得られるとともに、一体としたことで、折り返し部８１がめくれ上がる心配がなくなる。

実施の形態４
図１１は、この発明の実施の形態４によるウェッジ８の形状を示す斜視図である。図１２は図１１に示すウェッジ８をＡの方向から見た図を示す。ウェッジ８の段差部８２は、ストリッパ６の突起６１と対向する面の挿入方向先端部に別の部材（貼り合わせ部材）１１を貼り合わせることにより形成されている。

また、図１３は、図１１とは異なるウェッジの形状を示す斜視図である。図１４は図１３に示すウェッジ８をＡから見た図を示す。ウェッジ８の段差部８２は、ストリッパ６の突起６１と対向する面のみでなく、対向面の両側面にも挿入方向先端部に貼り合わせ部材１１を接合等で貼り合わせることにより形成されている。

ストリッパ６の突起６１に対向するウェッジ８の面に別の貼り合わせ部材１１を貼り合わせて段差部８２を形成していることで、実施の形態３と同等の効果が得られる。また、一体加工とせず、張り合わせによることとしたため、段差部８２を容易に形成できる。

本願発明は、電動機等磁極に高密度で巻き線することにより、高効率モータを実現する場合に利用することができる。

この発明の実施の形態１によるコイル・ウェッジ挿入装置及び方法を示す断面図である。 実施の形態１によるウェッジの形状を示す斜視図である。 図２のＡの方向からみた図である。 実施の形態１によるストリッパの形状を示す平面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 この発明の実施の形態２によるウェッジのスロット内挿入状態を示す固定子鉄心の断面図である。 実施の形態３によるウェッジの形状を示す斜視図である。 図７のＡの方向からみた図である。 実施の形態３による他のウェッジの形状を示す斜視図である。 図９のＡの方向からみた図である。 実施の形態４によるウェッジの形状を示す斜視図である。 図１１のＡの方向からみた図である。 実施の形態４による他のウェッジの形状を示す斜視図である。 図１３のＡの方向からみた図である。

符号の説明

１ 鉄心、２ コイル、３ ブレード、４ ブレードホルダ、５ ブレードホルダ駆動軸、６ ストリッパ、７ ストリッパ駆動軸、８ ウェッジ、９ ウェッジプッシャ、１０ ウェッジガイド、１１ 貼り合わせ部材、６１ ストリッパの突起、８１ ウェッジ折り返し部、８２ ウェッジ段差部

Claims (4)

1. 巻き回されたコイルを電動機の固定子鉄心内周上に配置された複数の歯部に装着するために、前記鉄心の周方向に隣り合う歯部間の空間であるスロット内に、前記コイルと、前記コイルの各スロットへの挿入単位を束ね、前記スロットの周囲に位置する前記鉄心との間を絶縁するとともに前記スロットの径方向内側開口部を塞ぐためのウェッジとを挿入するコイル・ウェッジ挿入装置であって、
   前記歯部位置に対応して円周上に配置された、前記巻き回されたコイルを掛けるためのブレードと、
   前記各ブレードに掛けられた前記コイルを押圧するための、前記ブレードと共に所定方向に可動のストリッパと、
   前記ウェッジのガイド用に前記スロット位置に対応して円周上に複数配置されたウェッジガイドと、
   を備えるとともに、
   前記ストリッパは円周上の前記各ウェッジガイドに対応する位置で、その可動方向に直交する外周側面に突起を備えたコイル・ウェッジ挿入装置。
2. 電動機の固定子鉄心内周上に配置された複数の歯部に巻き回されたコイルを装着するために、前記固定子鉄心の周方向に隣り合う歯部間の空間であるスロット内へ、巻回されたコイルと、前記コイルの各スロットへの挿入単位を束ね、前記スロットを形成する歯部との間を絶縁するとともに前記スロットの径方向内側開口部を塞ぐためのウェッジとを挿入するコイル・ウェッジ挿入方法であって、
   前記歯部位置に対応して円周上に配置された、前記固定子の軸方向に可動のブレードに前記巻き回されたコイルを掛けるとともに、前記スロット位置に対応した位置に前記ウェッジを配置する準備工程と、
   前記コイルを掛けたブレードとともに前記軸方向に可動であるストリッパを、前記固定子鉄心内に、前記ブレード設置端面側から挿入することにより前記巻き回されたコイルを押圧して前記スロット内に挿入するコイル挿入工程と、
   前記ストリッパの駆動方向に直交する外周側面に突起を有し、前記ウェッジは、前記ストリッパの前記外周側面と対向する面に段差部を有し、前記ストリッパが前記コイル挿入工程の際に前記軸方向に動くときに前記外周側面の突起により前記ウェッジの前記段差部を引っ掛けることにより、前記ウェッジを前記スロット内に挿入するウェッジ挿入工程とを有するコイル・ウェッジ挿入方法。
3. ウェッジの段差部はウェッジのスロットへの挿入方向先端部をコイルに接する面とは反対側に折り返して形成した折り返し部であることを特徴とする請求項２に記載のコイル・ウェッジ挿入方法。
4. ウェッジの折り返し部の一部が鉄心スロット内に残った状態でウェッジ挿入工程を終了することを特徴とする請求項３に記載のコイル・ウェッジ挿入方法。

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