JP5959370B2 - モータ組立装置、及び、モータ組立方法 - Google Patents

モータ組立装置、及び、モータ組立方法 Download PDF

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本発明は、モータケース内に予め位置決されたロータの外周にステータを組み付けるモータ組立装置、及び、モータ組立方法に関する。
従来、モータの組立時には、ロータとステータとの間に大きな磁力が作用するため、ロータとステータとが磁力により吸着し、ロータ、ステータ、あるいはモータケースが破損する場合があった。また、ロータとステータとの間に作用する磁力によって、モータ回転軸の芯出し作業に支障をきたす場合があった。そのため、モータの組み立て作業や芯出し作業に支障をきたすことなくモータを組み立てることができるモータの組立方法が提案されている。例えば、特許文献1に記載のモータの組立方法では、ステータの摺動方向とモータ回転軸の軸線方向とを一致させるステータガイド部材をモータの回転軸に嵌装させて、ステータをステータガイド部材に嵌挿し、ステータガイド部材に沿ってステータをモータの回転軸の軸線方向に摺動させてステータをハウジングに収容している。
特開2009−165292号公報
しかしながら、ステータガイド部材を、ステータガイド部材に外嵌されたステータがステータガイド部材に沿って摺動可能であり、かつステータガイド部材に対するステータの半径方向の位置決めが可能なように、ステータの内径の大きさに対応した径に形成する必要がある。そのため、ステータガイド部材の寸法公差を高精度に管理する必要があった。また、ステータガイド部材をモータの回転軸に嵌装させ、ステータをステータガイド部材に嵌挿し、ステータをハウジングに収容して、ステータガイド部材をモータの回転軸から取り外すというそれぞれの工程を作業者が手作業で行う必要があり、工数が増加し、組み立て作業性が悪かった。
本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、簡単な構造でロータとステータとの間に作用する磁力に耐え、ロータとステータとの組み付け作業性を向上することができるモータ組立装置、及び、モータ組立方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、モータケース内に予めロータを位置決めし、前記ロータの外周にステータを組み付けるモータ組立装置において、前記ステータを軸方向に摺動自在に懸架するシャフト部材と、前記シャフト部材の基端を把持し前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔上に移動し前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔に嵌合させる把持移動部材と、前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔に嵌合させた状態で前記ステータを軸方向に摺動させるステータ移動部材と、前記ステータ移動部材に連結され、前記シャフト部材の軸上に前記ステータを懸架し、前記ステータを前記ロータの軸方向に摺動させるステータ保持部材と、前記ステータ保持部材に設けられ、前記モータケースの穴に嵌合して前記ステータを前記ロータに位置決めする位置決めピンと、を備えたことを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明は、モータケース内に予めロータを位置決めし、前記ロータの外周にステータを組み付けるモータ組立方法において、前記ステータを軸方向に摺動自在に懸架するシャフト部材を備え、前記シャフト部材の基端を把持し前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔上に移動し前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔に嵌合させる把持移動過程と、前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔に嵌合させた状態で前記ステータを軸方向に摺動させるステータ移動過程と、を備え、前記シャフト部材の軸上に摺動自在に配置されたステータ保持部材で前記ステータを懸架し、前記ステータ保持部材を前記シャフト部材の軸上を摺動させることで前記ステータを前記ロータの軸方向に摺動させ、前記ステータ保持部材に設けられた位置決めピンを、前記モータケースの穴に嵌合させて、前記ステータを前記ロータに位置決めすることを特徴とする。
本発明によれば、シャフト部材にステータを懸架した状態で、把持移動部材によりシャフト部材の基端を把持して先端をロータの軸孔上に移動させるとともに、当該先端をロータの軸孔に嵌合させた状態で保持し、ステータをシャフト部材に沿ってロータの回転軸方向に摺動させることで、高精度にステータをロータの外周に組み付けることができ、簡単な構造でロータとステータとの間に作用する磁力に耐え、且つ、ロータとステータとの組み付け作業性を向上することができる。
本発明の実施形態に係るモータ組立装置の構成を模式的に示した部分断面図である。 ロータとステータを組み付ける工程を示した図であり、(A)はシャフト部材の先端をロータの出力軸線上に設けられた穴に差し込む工程を示す部分断面図、(B)はシャフト部材に沿ってステータ保持部材を移動させる工程を示す部分断面図である。 ロータとステータを組み付ける工程を示した図であり、(A)はステータを位置決めする工程を示す部分断面図、(B)は、ステータを開放し、モータ組立装置を離脱させる工程を示す部分断面図である。 ステータ保持部材の構成を示す斜視図である。 固定治具の板カムの構成を示す平面図である。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について説明する。
図1は、本発明を適用した実施形態に係るモータ組立装置1を模式的に示す図である。モータ組立装置1は、セル生産方式により、電力車両に用いられる電動機としてのDCブラシレスモータを組み立てる際に好適に用いることができるモータの組み立て装置である。モータ組立装置1は、図1に示すように、モータケース11内に予めモータの回転軸12とロータ13と位置決めして収容し、ロータ13の外周にステータ14を組み付ける装置である。
モータケース11は、一方の端面が開口し、この開口した端面からステータ14が組み付け可能に構成されている。また、ロータ13には、出力軸線R上に、出力軸が嵌装される軸孔15が設けられている。
モータ組立装置1は、ステータ14を軸方向Rに摺動自在に懸架するシャフト部材25と、ステータ14を着脱自在に保持するステータ保持部材30と、を備え、2台のロボット21,22の双腕協調動作により作動される。
第1のロボット(把持移動部材)21は、シャフト部材25の基端26を把持して、シャフト部材25の先端27をロータ13の軸孔15上に移動させる。シャフト部材25の基端26には、第1のロボット21に把持される把持部26Aが形成されている。把持部26Aは、第1のロボット21の持手部21Aにより把持される把持位置が所定位置となるように構成され、例えば、持手部21Aが嵌合される、または、引き掛けられて把持位置が固定されるように構成されている。シャフト部材25は、第1のロボット21によりロータ13の軸孔15に差し込まれて、先端27がロータ13の軸孔15に嵌合される。これにより、シャフト部材25は、基端26が第1のロボット21により把持され、先端27がロータ13の軸孔15に嵌合されて、シャフト部材25の軸線Aとロータ13の出力軸線Rとを一致させた状態で保持される。
ステータ保持部材30は、シャフト部材25に沿って回転可能に、且つ、ロータ13の軸方向Rに摺動可能に設けられたベース部32と、ベース部32をシャフト部材25に沿って移動させる摺動部31と、ベース部32にステータ14を固定する固定治具33と、ステータ14をモータケース11に対して位置決めする位置決めピン34と、を備えている。ステータ保持部材30は、摺動部31が第2のロボット(ステータ移動部材)22に連結されて、第2のロボット22によりシャフト部材25に沿って摺動され、固定治具33によりベース部32に固定されたステータ14を、ロータ13の外周に組み付ける。
モータ組立装置1は、把持部26Aの下端部と、摺動部31の上端部とを連結する複数本のコイルばね36を有する。コイルばね36は、第1のロボット21によりシャフト部材25の基端26を把持して、シャフト部材25の先端27をロータ13の出力軸線R上に結合させる際には、ステータ保持部材30に保持されたステータ14の重量を支える役割を果たす。なお、第1のロボット21によりシャフト部材25の基端26を把持してモータ組立装置1を搬送する際には、摺動部31は、第2のロボット22により把持されて、コイルばね36により第2のロボット22の負荷を低減する構成であっても良い。また、第2のロボット22により摺動部31をシャフト部材25に沿って移動させる際には、コイルばね36は、ロータ13の吸着力に対向して、第2のロボット22の負荷を低減する役割を果たす。
摺動部31は、リニアブッシュ等の直線案内部品から構成され、シャフト部材25に沿って上下に移動可能であるとともにシャフト部材25に沿って周方向に回転可能に構成されている。ベース部32は、摺動部31に一体に取り付けられ、摺動部31と共にシャフト部材25に沿って移動可能に設けられる。
固定治具33は、ベース部32に、シャフト部材25の周方向に所定間隔を開けて、3つ設けられている。固定治具33は、ステータ14をベース部32に吊り下げた状態で保持する吊持部43を有する。吊持部43には、その下端部からシャフト部材25に向かって横方向に突出する爪部43Aが設けられている。ステータ14は、爪部43Aが3箇所に引掛けられた状態で、ベース部32に対して吊り下げられて、ステータ保持部材30に着脱自在に吊持される。つまり、ステータ保持部材30は、3つの固定治具33の協働により、ステータ14を保持する。吊持部43は、詳細については後述するが、ベース部32の径方向の内外に向かって移動可能に構成されている。ステータ保持部材30は、吊持部43をベース部32の径方向内側に移動させることで爪部43Aでステータ14を吊持する。また、ステータ保持部材30は、吊持部43をベース部32の径方向外側に移動させることでステータ14を解放する。
次に、図1〜図3を用いて、モータ組立装置1により、ロータ13とステータ14とを組み付ける方法について説明する。なお、図示は省略するが、ロータ13は、ロータ13とステータ14とを組み付ける工程の前工程で、モータケース11内に予め位置決めされる。また、シャフト部材25は、第1のロボット21に基端26が把持されて、軸線Aがロータ13の出力軸線R方向と平行に保持されている。
続いて、図1に示すように、ステータ保持部材30にステータ14を固定する。ステータ保持部材30へのステータ14の固定は、作業者が手作業で行う構成であっても良い。ステータ保持部材30には、ベース部32の下面から下方に突出するピン35が設けられている。ピン35は、例えば、各吊持部43に対応する位置で、シャフト部材25に向かって径方向の内側に配設されている。図示は省略するが、ステータ14には、ピン35が挿入されるガイド穴が設けられ、このガイド穴にピン35を挿入して、吊持部43でステータ14を吊持することで、ステータ14のシャフト部材25に対する芯出しを行うことができるように構成されている。
次に、把持移動過程において、ステータ保持部材30にステータ14を懸架した状態で、図2(A)に示すように、第1のロボット21によりシャフト部材25の基端26を把持して、モータ組立装置1をロータ13の軸孔15上に移動させる。続いて、第1のロボット21によりシャフト部材25をロータ13の出力軸線Rに沿って降下させ、シャフト部材25の先端27を軸孔15に差し込んで嵌合させる。シャフト部材25の先端27は、外周面がロータ13の出力軸線Rに対して所定角度、例えば15度、傾斜する先細り形状に形成されている。つまり、先端27を軸孔15に挿し込んだ際には、先端27の外周面が斜めに軸孔15の上端部に接する。このように、先端27を先細り形状に形成したため、シャフト部材25の軸線Aがロータ13の出力軸線R上から若干ずれた状態で先端27を軸孔15に挿し込んでも、先端27の傾斜した外周面により、先端27が軸孔15に案内されてこのズレが補正される。
なお、モータケース11にロータ13が収容された状態のワークに対して、第1のロボット21によりシャフト部材25の基端26を把持してモータ組立装置1を搬送する位置は、予め第1のロボット21にティーチングされている。しかしながら、ワークの設置位置や、ワークの個体差等により、シャフト部材25の軸線Aとロータ13の出力軸線Rとが若干ずれる場合がある。本願構成によれば、シャフト部材25の先端27を先細り形状に形成したため、シャフト部材25の軸線Aとロータ13の出力軸線Rが若干ずれた状態で、シャフト部材25の先端27を軸孔15に差し込んだ際には、先端27が軸孔15に案内されて挿入されて、このズレが補正される。よって、シャフト部材25の先端27を先細り形状に形成するという簡単な構成で、シャフト部材25の軸線Aをロータ13の出力軸線Rに一致させて、シャフト部材25をロータ13の出力軸線R上に高精度に結合することができる。
このように、シャフト部材25の先端27を軸孔15に嵌合してロータ13の出力軸線R上に結合した状態で、第1のロボット21は、シャフト部材25の基端26に形成された把持部26Aを把持し、シャフト部材25の軸線Aをロータ13の出力軸線Rに一致させて保持する。つまり、モータ組立装置1は、シャフト部材25の基端26を第1のロボット21で把持し、シャフト部材25の先端27をロータ13の軸孔15に嵌合させて、シャフト部材25の基端26と先端27との2点で支えられる。
続いて、ステータ移動過程において、図2(B)に示すように、第2のロボット22により、ステータ保持部材30の摺動部31を、シャフト部材25に沿って摺動させる。これにより、ステータ保持部材30に保持されたステータ14は、ロータ13の軸方向Rに摺動されて、モータケース11内に収容される。このように、ステータ保持部材30によりステータ14を軸方向Rに摺動させて、ロータ13とステータ14とを組み付ける際には、ステータ14とロータ13とが重なる面積が大きくなるほどステータ14とロータ13との間に働く磁力が強くなり、これに伴ってステータ保持部材30に働くロータ13の吸着力が大きくなる。本構成によれば、第1のロボット21は、ステータ保持部材30がステータ14を移動させる過程においても、シャフト部材25の基端26を保持している。これにより、ステータ14がロータ13に近づくにつれて、ステータ保持部材30から軸孔15のまでの距離に対する、基端26から軸孔15までの距離の比が大きくなる。
例えば、ステータ保持部材30にロータ13の吸着力が働く位置を力点、シャフト部材25と軸孔15との結合位置を支点、第1のロボット21によりシャフト部材25を把持している位置を作用点とし、作用点に働く力をFa、力点に働く力をFb、作用点が支点までの距離をa、力点から支点までの距離をbとした場合、
Fa=Fb×(b/a)
となり、bに対するaの比が大きくなるにつれて、Faは小さくなる。
これにより、ステータ保持部材30に働くロータ13の吸着力に耐えるべく、第1のロボット21にかける反力を小さくすることができ、ロータ13とステータ14との間に作用する大きな磁力に第1のロボット21の剛性だけで耐えることができる。
シャフト部材25の長さは、ロータ13の吸着力に応じて任意に変更可能であり、作用点から支点までの距離が、作用点に加える力で、力点に働く力に対向し得る距離とすることができる長さとすることができる。つまり、シャフト部材25の長さを、ロータの吸着力に耐えることができる所定の長さとすることで、ステータ14とロータ13との間に働く磁力に耐えるための剛性を小型の第1のロボット21によりシャフト部材25の基端26を保持することで得ることができる。これにより、モータ組立装置1の構成を簡素化するこができ、モータ組立装置1の部品点数の削減、及び、軽量化を図ることができる。
また、ステータ保持部材30には、ベース部32の下面から下方に突出する位置決めピン34が複数設けられている。位置決めピン34は、ベース部32の外周部近傍に設けられている。位置決めピン34は、ステータ保持部材30をシャフト部材25に沿って移動させて、ロータ13とステータ14とが重なり始めた後に、図3(A)に示すように、モータケース11の位置決め穴(不図時)に挿入される。つまり、ロータ13とステータ14との重なり始めでは、まだ、位置決めピン34は、モータケース11の位置決め穴に挿入されておらず、ステータ保持部材30は、シャフト部材25に沿って周方向に回転可能な状態である。そして、位置決めピン34がモータケース11の位置決め穴に挿入されるに伴って、ステータ保持部材30に保持されたステータ14がモータケース11に対して位置決めされる。
位置決めピン34の先端部34Aは、先細り形状に形成されている。この構成によれば、ステータ保持部材30によりステータ14移動させてロータ13に組み付ける際に、ステータ14とロータ13との間に若干の回転方向のズレが生じていても、位置決めピン34をモータケース11の位置決め穴に挿入する際に、位置決めピン34の先端部34Aの傾斜した外周面により位置決めピン34が位置決め穴に案内されて挿入される。これにより、ステータ14とロータ13との間の回転方向のズレが補正され、ステータ14の回転位相をロータ13に合わせることができる。
図示は省略するが、モータケース11には、ステータ14が係合する係合棒が備えられる。第2のロボット22は、ステータ14が、モータケース11の係合棒に係合されるまでステータ保持部材30をシャフト部材25に沿って移動させる。ステータ14が、モータケース11の係合棒に係合されると、ステータ保持部材30の吊持部43がベース部32の径方向外側に移動されて、図3(B)に示すように、ステータ14が解放される。ステータ14の解放は、作業者が手動で行う構成であっても良いし、シリンダ46や不図示のロボットを用いて行う構成であっても良い。
モータ組立装置1は、ステータ保持部材30に保持されていたステータ14がロータ13に組み付けられてステータ保持部材30から解放されると、基端26を把持する第1のロボット21により持ち上げられて、シャフト部材25の先端27が軸孔15から引き抜かれる。そして、モータ組立装置1は、第1のロボット21により、作業者がステータ保持部材30にステータ14を保持させる作業位置まで再び搬送される。
図4は、ステータ保持部材30の構成を示す図である。ステータ保持部材30には、ベース部32の周方向に所定間隔を開けて3つの固定治具33が設けられている。また、ステータ保持部材30には、ベース部32の上方に、円板状の板カム40が、シャフト部材25の周りを回転自在に設けられている。
板カム40には、図5に示すように、C字形状に湾曲した楕円形状のカム孔45が、各固定治具33に対応する位置に形成されている。カム孔45は、板カム40をシャフト部材25を中心に回転させた際に、カム孔45に案内される固定治具33のガイドピン41Aがシャフト部材25の放射方向に内外に移動するように構成されている。固定治具33は、ガイドピン41Aと、ガイドピン41Aを一体に備えたガイドブロック41と、ガイドブロック41がスライドし、ガイドブロック41の直線運動をガイドするガイドレール42と、を備えている。また、固定治具33には、吊持部43がガイドブロック41に一体に備えられている。
作業者が手動で、或いは、シリンダ46や不図示のロボットにより板カム40をシャフト部材25を中心に回転させると、カム孔45に案内されて、ガイドピン41Aがシャフト部材25に対して放射方向に移動する。板カム40を図5中の矢印X方向に回転させた場合には、ガイドピン41Aがシャフト部材25に近づくように、板カム40の内側に移動する。これにより、ガイドブロック41に一体に備えられた吊持部43がステータ保持部材30の内側に移動し、吊持部43の下端部に設けられた爪部43Aにステータ14が引き掛けられる。また、板カム40を図5中の矢印Y方向に回転させた場合には、ガイドピン41Aがシャフト部材25から遠ざかるように、板カム40の外側に移動する。これにより、ガイドブロック41に一体に備えられた吊持部43がステータ保持部材30の外側に移動し、吊持部43の下端部に設けられた爪部43Aに引き掛けられていたステータ14が解放される。
この構成によれば、板カム40をシャフト部材25を中心に回転させるという単純な動作で、ステータ14のステータ保持部材30への保持/解放を行うことができ、モータ組立装置1へのステータ14の取付/取り外し作業を素早く行うことができるため、ステータの取付作業性を向上することができる。
以上説明したように、本発明を適用した実施形態によれば、モータケース11内に予めロータ13を位置決めし、ロータ13の外周にステータ14を組み付けるモータ組立装置1において、ステータ14を軸方向Rに摺動自在に懸架するシャフト部材25と、シャフト部材25の基端26を把持しシャフト部材25の先端27をロータ13の軸孔15上に移動しシャフト部材25の先端27をロータ13の軸孔15に嵌合させる第1のロボット21と、シャフト部材25の先端27をロータ13の軸孔15に嵌合させた状態でステータ14を軸方向Rに摺動させる第2のロボット22と、を備えた。
この構成によれば、シャフト部材25にステータ14を懸架した状態で、第1のロボット21によりシャフト部材25の基端26を把持して先端27をロータ13の軸孔15上に移動させるとともに、当該先端27をロータ13の軸孔15に嵌合させた状態で保持し、ステータ14をシャフト部材25に沿ってロータ13の出力軸線R方向に摺動させることで、高精度にステータ14をロータ13の外周に組み付けることができ、簡単な構造でロータ13とステータ14との間に作用する磁力に耐え、且つ、ロータ13とステータ14との組み付け作業性を向上することができる。また、ステータ14をロータ13の外周に組み付ける一連の動作を2台のロボット21,22の双腕協調動作により行うことができ、モータの組立工程の高効率化を図ることができる。また、第1のロボット21により把持された基端26と、ロータ13の軸孔15に嵌合された先端27との2点で、シャフト部材25をロータ13の出力軸線R上に保持するため、第1のロボット21は、てこの原理により、小さな力で効率良くシャフト部材25を保持し、ロータ13とステータ14との間に作用する磁力に耐えることができるため、ロボットの小型化を図ることができ、製造コストを削減することができる。
また、本発明を適用した実施形態によれば、シャフト部材25の軸上にステータ14を懸架するステータ保持部材30を摺動自在に配置し、第2のロボット22がステータ保持部材30に連結されて当該ステータ保持部材30を摺動することでステータ14をロータ13の軸方向に摺動させる。この構成によれば、ステータ保持部材30をシャフト部材25の軸上に沿って摺動させるだけで、ステータ14をロータに組み付けることができ、可動部を少なくすることができるため、モータ組立装置1の構造を簡素化することができ、部品点数の削減、及び、モータ組立装置1の耐久性を向上することができる。また、モータ組立装置1の機構をシンプルなものとすることができるため、ロータ13とステータ14との組み付け作業性を向上することができる。
また、本発明を適用した実施形態によれば、上記モータ組立装置1において、ステータ保持部材30にモータケース11の穴に嵌合する位置決めピン34を備えた。この構成によれば、ステータ保持部材30をシャフト部材25の軸上に沿って摺動させてステータ14をロータ13に組み付ける際に、位置決めピン34がモータケース11の穴に嵌合されて、ステータの回転位相合せが行われる。これにより、シャフト部材25に沿ってステータ保持部材30を摺動させるという単純な動作でステータ14の回転方向の位置決めを高精度に行うことができ、モータの組立作業性が向上する。
1 モータ組立装置
11 モータケース
13 ロータ
14 ステータ
15 軸孔
21 第1のロボット(把持移動部材)
22 第2のロボット(ステータ移動部材)
25 シャフト部材
26 基端
27 先端
30 ステータ保持部材
34 位置決めピン
A 軸線
R 軸方向(軸線方向、出力軸線)

Claims (2)

  1. モータケース内に予めロータを位置決めし、前記ロータの外周にステータを組み付けるモータ組立装置において、
    前記ステータを軸方向に摺動自在に懸架するシャフト部材と、
    前記シャフト部材の基端を把持し前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔上に移動し前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔に嵌合させる把持移動部材と、
    前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔に嵌合させた状態で前記ステータを軸方向に摺動させるステータ移動部材と、
    前記ステータ移動部材に連結され、前記シャフト部材の軸上に前記ステータを懸架し、前記ステータを前記ロータの軸方向に摺動させるステータ保持部材と、
    前記ステータ保持部材に設けられ、前記モータケースの穴に嵌合して前記ステータを前記ロータに位置決めする位置決めピンと、
    を備えたことを特徴とするモータ組立装置。
  2. モータケース内に予めロータを位置決めし、前記ロータの外周にステータを組み付けるモータ組立方法において、
    前記ステータを軸方向に摺動自在に懸架するシャフト部材を備え、
    前記シャフト部材の基端を把持し前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔上に移動し前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔に嵌合させる把持移動過程と、
    前記シャフト部材の先端を前記ロータの軸孔に嵌合させた状態で前記ステータを軸方向に摺動させるステータ移動過程と、を備え、
    前記シャフト部材の軸上に摺動自在に配置されたステータ保持部材で前記ステータを懸架し、前記ステータ保持部材を前記シャフト部材の軸上を摺動させることで前記ステータを前記ロータの軸方向に摺動させ、
    前記ステータ保持部材に設けられた位置決めピンを、前記モータケースの穴に嵌合させて、前記ステータを前記ロータに位置決めする
    ことを特徴とするモータ組立方法。
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