JP6958346B2

JP6958346B2 - コイル装着装置

Info

Publication number: JP6958346B2
Application number: JP2017252757A
Authority: JP
Inventors: 優瀬野; 亘小柳
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: JP2019122049A

Description

本開示は、平角線を矩形状かつ複数段に巻回して形成されたコイルを電動機のステータコアの複数のティースに組み付けるコイル装着装置に関する。

従来、この種のコイル装着装置として、コイルの複数の巻回部のうち、ステータコアの径方向における最内周側に位置する最内周巻回部を支持する内周側支持部と、複数の巻回部のうちの当該径方向における最外周側に位置する最外周巻回部を支持する外周側支持部と、内周側支持部と外周側支持部とをステータコアの周方向において互いに逆になる方向に相対的に移動させるコイル変形機構とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このコイル装着装置において、内周側支持部は、略四角形状の最内周巻回部における４つの角部をステータコアの周方向および軸方向に拘束するよう構成されている。また、外周側支持部は、略四角形状の最外周巻回部における少なくとも２つの角部を周方向および軸方向に拘束するよう構成されている。

特開２０１５−３３１４６号公報

上記コイル装着装置によれば、既にコイルが組み付けられている２つのティースの間に位置するティース（最後のティース）に対しても、コイルを斜めに変形させながら円滑に組み付けることができる。しかしながら、矩形状に巻回されるコイルの短辺長は、当該コイルを含む電動機の諸元によって異なり、上記コイル装着装置では、組付対象となるコイルの短辺長が変わると、内周側支持部等の部品あるいは装置全体を交換することが必要となる。

そこで、本開示は、互いに異なる短辺長を有する複数種類のコイルをステータコアの複数のティースに組み付けることができるコイル装着装置の提供を主目的とする。

本開示のコイル装着装置は、平角線を矩形状かつ複数段に巻回して形成されたコイルを電動機のステータコアの複数のティースに組み付けるコイル装着装置において、前記コイルの前記ステータコアの径方向における最外周側の一方の長辺部に連なる一方のコーナー部を形成する前記平角線の外側面および前記一方のコーナー部に連なる短辺部を形成する前記平角線の外側面を支持する第１コイル支持部材と、前記コイルの前記径方向における最外周側の前記一方の長辺部に連なる他方のコーナー部を形成する前記平角線の外側面および前記他方のコーナー部に連なる短辺部を形成する前記平角線の外側面を支持する第２コイル支持部材と、前記コイルの前記径方向における最内周側の前記一方の長辺部を形成する前記平角線の内側面を支持する第３コイル支持部材と、第１および第２コイル支持部材と前記第３コイル支持部材とを前記短辺部の延在方向に相対移動させる移動機構とを含むものである。

本開示のコイル装着装置によりコイルをステータコアの複数のティースに組み付ける際には、第１コイル支持部にコイルのステータコアの径方向における最外周側の一方の長辺部に連なる一方のコーナー部を形成する平角線の外側面および当該一方のコーナー部に連なる短辺部を形成する平角線の外側面を支持させる。また、第２コイル支持部材にコイルの最外周側の上記一方の長辺部に連なる他方のコーナー部を形成する平角線の外側面および当該他方のコーナー部に連なる短辺部を形成する平角線の外側面を支持させる。更に、第３コイル支持部材にコイルの最内周側の上記一方の長辺部を形成する平角線の内側面を支持させる。これにより、第１から第３コイル支持部材によりコイルをしっかりと保持してステータコアのティースに組み付けていくことが可能となる。また、コイルの一方の長辺部側でのみ最内周側の長辺部および最外周側のコーナー部を保持するように第１から第３コイル支持部材を構成することで、これらの第１から第３コイル支持部材によって互いに異なる短辺長を有する複数種類のコイルを保持することができる。そして、移動機構により第１および第２コイル支持部材と第３コイル支持部材とを短辺部の延在方向に相対移動させることで、短辺部の長さに拘わらずコイルを斜めに変形させることが可能となる。これにより、既にステータコアに組み付けられたコイルとの干渉を抑制しながらティースにコイルを組み付けたり、既にコイルが組み付けられている２つのティースの間に位置するティース（最後のティース）に対してコイルを組み付けたりすることができる。従って、本開示のコイル装着装置によれば、互いに異なる短辺長を有する複数種類のコイルをステータコアの複数のティースに円滑に組み付けることが可能となる。

本開示のコイル装着装置を示す概略構成図である。本開示のコイル装着装置の組付対象となるコイルを例示する斜視図である。本開示のコイル装着装置の組付ハンドを示す概略構成図である。本開示のコイル装着装置の要部を示す説明図である。本開示のコイル装着装置の要部を示す部分断面図である。本開示のコイル装着装置の動作を説明するための概略構成図である。本開示のコイル装着装置の動作を説明するための概略構成図である。本開示のコイル装着装置の動作を説明するための部分断面図である。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示のコイル装着装置１を示す概略構成図であり、図２は、コイル装着装置１の組付対象となるコイルＣ１（第１のコイル）を例示する斜視図である。コイルＣ１は、図２に示すように、１本の平角線Ｗを２列かつ複数段（第１の段数、例えば１０段）にエッジワイズ方向に曲げながら巻回して形成された集中巻式の矩形コイル（カセットコイル）である。また、コイルＣ１の一端からは、短尺のリード線部（端子部）Ｌが延出されており、その他端からは、長尺のバスバー部（渡り線）Ｂが延出されている。

コイルＣ１は、例えば電気自動車やハイブリッド車両等に搭載される三相交流電動機を構成するものであり、当該電動機のステータコアＳｃの複数のティースＴに例えば樹脂製のインシュレータＩと共に組み付けられる。更に、コイルＣ１のバスバー部Ｂは、対応する他のコイルＣ１のリード線部Ｌに電気的に接続（溶接）され、それによりＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータコイルが構成される。本実施形態において、コイルＣ１は、長辺部（第１辺部）を正面視した際に矩形状を呈し、短辺部（第２辺部）を正面視した際に等脚台形状を呈するように巻回されている。すなわち、コイルＣの短辺長は、ステータコアＳｃの径方向における内周側から外周側に向かうにつれて長くなる。

コイル装着装置１は、図１に示すように、組付ハンド１０と、当該組付ハンド１０を移動させる移動機構５０と、これらを制御する制御装置１００とを含む。組付ハンド１０は、移動機構５０により図示しないコイルＣ１の保管箇所とステータコアＳｃが設置される組付箇所との間で移動させられ、コイルＣ１を保持して当該組付箇所に設置されたステータコアＳｃのティースＴに組み付け可能なものである。移動機構５０は、それぞれ複数のボールねじおよびスライダや、ボールねじを回転させる複数のモータ等を含み、図１におけるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に沿って組付ハンド１０を移動させることができる。また、移動機構５０は、組付ハンド１０をｚ軸周りに回転させる図示しない回転駆動機構を含む。

図３に示すように、組付ハンド１０は、互いに協働してコイルＣ１を保持する第１コイル支持部材１１、第２コイル支持部材１２および第３コイル支持部材１３と、これら第１から第３コイル支持部材１１−１３を支持するベース部材１５とを含む。

第１コイル支持部材１１は、ベース部材１５によりｚ軸方向に沿って移動自在に支持されており、その先端部には、図４に示すように、コーナー支持面１１ａと、短辺支持面１１ｂと、表面支持部１１ｃとが形成されている。コーナー支持面１１ａは、コイルＣ１のステータコアＳｃの径方向における最外周側に位置することになる一方（図４における左側）の長辺部に連なる一方（図４における上側）のコーナー部を形成する平角線Ｗの外側面Ａｃｏ１に当接するように形成されている。また、短辺支持面１１ｂは、当該外側面Ａｃｏ１を含むコーナー部に連なる短辺部を形成する平角線Ｗの外側面Ｂｏ１に当接するように形成されている。更に、表面支持部１１ｃは、外側面Ｂｏ１に沿ったコイルＣ１の端面（平角線Ｗの表面）に当接するように形成されている。すなわち、コーナー支持面１１ａ、短辺支持面１１ｂおよび表面支持部１１ｃは、短辺支持面１１ｂがコイルＣ１の外側面Ｂｏ１に当接した際に、コーナー支持面１１ａが外側面Ａｃｏ１に当接し、かつ表面支持部１１ｃの内面が外側面Ｂｏ１に沿ったコイルＣ１の端面に当接するように第１コイル支持部材１１の先端部に形成されている。

第２コイル支持部材１２は、ベース部材１５によりｚ軸方向に沿って移動自在に支持されており、その先端部には、図４に示すように、コーナー支持面１２ａと、短辺支持面１２ｂと、表面支持部１２ｃとが形成されている。コーナー支持面１２ａは、コイルＣ１のステータコアＳｃの径方向における最外周側に位置することになる一方（図４における左側）の長辺部に連なる他方（図４における下側）のコーナー部を形成する平角線Ｗの外側面Ａｃｏ２に当接するように形成されている。また、短辺支持面１２ｂは、当該外側面Ａｃｏ２を含むコーナー部に連なる短辺部を形成する平角線Ｗの外側面Ｂｏ２に当接するように形成されている。更に、表面支持部１２ｃは、外側面Ｂｏ２に沿ったコイルＣ１の端面（平角線Ｗの表面）に当接するように形成されている。すなわち、コーナー支持面１２ａ、短辺支持面１２ｂおよび表面支持部１２ｃは、短辺支持面１２ｂがコイルＣ１の外側面Ｂｏ２に当接した際に、コーナー支持面１２ａが外側面Ａｃｏ２に当接し、かつ表面支持部１２ｃの内面が外側面Ｂｏ２に沿ったコイルＣ１の端面に当接するように第２コイル支持部材１２の先端部に形成されている。

図３に示すように、第１および第２コイル支持部材１１，１２は、連動機構１６を介して互いに連結されている。連動機構１６は、第２コイル支持部材１２に向けて延在するように第１コイル支持部材１１に固定された第１ラックＲ１と、第１コイル支持部材１１に向けて延在するように第２コイル支持部材１２に固定された第２ラックＲ２と、ベース部材１５により回転自在に支持されると共に第１および第２ラックＲ２の双方に噛合する平歯車Ｇ０とを含む。更に、第１コイル支持部材１１には、制御装置１００により制御されるエアシリンダ１７が連結されている。エアシリンダ１７は、ベース部材１５に対して固定されており、第１コイル支持部材１１をｚ軸方向に進退移動させる。

エアシリンダ１７により第１コイル支持部材１１が第２コイル支持部材１２側（図３中下方）に移動させられると、第１ラックＲ１が図中下方に移動し、それに伴って平歯車Ｇ０が一方向に回転すると共に、第２ラックＲ２が図中上方に移動する。これにより、第１および第２コイル支持部材１１，１２は、エアシリンダ１７および連動機構１６によりｚ軸方向に沿って互いに接近するように移動させられる。また、エアシリンダ１７により第１コイル支持部材１１が第２コイル支持部材１２とは反対側（図３中上方）に移動させられると、第１ラックＲ１が図中上方に移動し、それに伴って平歯車Ｇ０が他方向に回転すると共に、第２ラックＲ２が図中下方に移動する。これにより、第１および第２コイル支持部材１１，１２は、エアシリンダ１７および連動機構１６によりｚ軸方向に沿って互いに離間するように移動させられる。すなわち、第１および第２コイル支持部材１１，１２は、エアシリンダ１７および連動機構１６（接近離間機構）によりｚ軸方向に沿って互いに接近離間させられる。

第３コイル支持部材１３は、ＬＭガイド等を介してベース部材１５によりｚ軸と直交するｘｙ平面に沿って移動自在に支持されている。図５に示すように、第３コイル支持部材１３は、コイルＣ１のステータコアＳｃの径方向における最内周側に位置することになる一方（図５における右側）の長辺部に沿った端面を受ける第１コイル受け部１３１と、コイルＣ１のステータコアＳｃの径方向における最内周側に位置することになる他方（図５における左側）の長辺部に沿った端面を受ける第２コイル受け部１３２とを含む。

第１コイル受け部１３１は、コイルＣ１の上記径方向における最内周側の上記一方（図５における右側）の長辺部や当該長辺部に連なるコーナー部を形成する平角線Ｗの表面と当接するように形成されている。第２コイル受け部１３２は、コイルＣ１の上記径方向における最内周側の他方（図５における左側）の長辺部や当該長辺部に連なるコーナー部を形成する平角線Ｗの表面と当接するように形成されており、第１コイル受け部１３１と間隔をおいて配置される。また、第２コイル受け部１３２は、第２コイル受け部１３１よりも幅広に形成されており、上記コイルＣ１よりも長い短辺長（コイル幅）を有するコイルＣ２（第２のコイル、図中、破線参照）の長辺部に沿った端面を受けることができる。すなわち、第２コイル受け部１３２は、コイルＣ２の上記径方向における最内周側の他方（図５における左側）の長辺部や当該長辺部に連なるコーナー部を形成する平角線Ｗの表面と当接するように形成されている。更に、第１コイル受け部１３１と第２コイル受け部１３２との間には、中子１３ａが配置されている。中子１３ａは、図４および図５に示すように、コイルＣ１およびＣ２の上記径方向における最内周側の一方（図４における左側、図５における右側）の長辺部を形成する平角線の内側面Ａｉ１に当接するように第１コイル受け部１３１に近接して設置されている。

加えて、組付ハンド１０は、図５に示すように、第３コイル支持部材１３をベース部材１５に対して移動させてコイルＣ１，Ｃ２を変形させるコイル変形機構１８を含む。コイル変形機構（移動機構）１８は、ｘｙ平面に沿って延在するように第３コイル支持部材１３に固定されたラックＲ３や、ラックＲ３に噛合する平歯車Ｇ３、ベース部材１５に固定されると共に制御装置１００により制御されて平歯車Ｇ３を回転駆動するモータＭ等を含む。コイル変形機構１８のモータＭにより平歯車Ｇ３を回転駆動することで、ラックＲ３と共に第３コイル支持部材１３をベース部材１５に対してｘｙ平面に沿って往復移動させることができる。ここで、組付ハンド１０の第１および第２コイル支持部材１１，１２は、ベース部材１５に対してｚ軸方向以外の方向には移動不能である。従って、コイル変形機構１８を作動させることにより、図５からわかるように、第１および第２コイル支持部材１１，１２と第３コイル支持部材１３とをコイルＣ１，Ｃ２の短辺部の延在方向に相対移動させることが可能となる。

次に、コイル装着装置１の動作について説明する。

組付ハンド１０によりコイルＣ１またはＣ２をステータコアＳｃの複数のティースＴに組み付ける際、コイル装着装置１の制御装置１００は、図５に示すように、保管箇所のコイルＣ１またはＣ２の最内周側の端面に、第３コイル支持部材１３の第１および第２コイル受け部１３１、１３２の表面を当接させるように移動機構５０を制御する。この際、第１コイル受け部１３１は、コイルＣ１またはＣ２のステータコアＳｃの径方向における最内周側に位置することになる一方（図５における右側）の長辺部等を形成する平角線Ｗの表面に当接する。また、第２コイル受け部１３２は、コイルＣ１またはＣ２の最内周側の他方（図５における左側）の長辺部等を形成する平角線Ｗのの表面に当接する。更に、第３コイル支持部材１３の中子１３ａは、コイルＣ１またはＣ２の最内周側の一方（図５における右側）の長辺部を形成する平角線の内側面Ａｉ１に当接する。

次いで、制御装置１００は、第１コイル支持部材１１を第２コイル支持部材１２側（図３中下方）に移動させるようにエアシリンダ１７を制御し、第１および第２コイル支持部材１１，１２をｚ軸方向に沿って互いに接近させる。第２コイル支持部材１２に対して接近した第１コイル支持部材１１（コーナー支持面１１ａおよび短辺支持面１１ｂ）は、図６および図７に示すように、コイルＣ１またはＣ２のステータコアＳｃの径方向における最外周側に位置することになる一方（図６および図７における左側）の長辺部に連なる一方（図６および図７における上側）のコーナー部を形成する平角線Ｗの外側面Ａｃｏ１と、外側面Ａｃｏ１を含むコーナー部に連なる短辺部を形成する平角線Ｗの外側面Ｂｏ１とを支持する。また、第１コイル支持部材１１に対して接近した第２コイル支持部材１２（コーナー支持面１２ａおよび短辺支持面１２ｂ）は、コイルＣ１またはＣ２のステータコアＳｃの径方向における最外周側に位置することになる一方（図６および図７における左側）の長辺部に連なる他方（図６および図７おける下側）のコーナー部を形成する平角線Ｗの外側面Ａｃｏ２と、外側面Ａｃｏ２を含むコーナー部に連なる短辺部を形成する平角線Ｗの外側面Ｂｏ２とを支持する。

これにより、第１から第３コイル支持部材１１−１３によりコイルＣ１またはＣ２をしっかりと保持してステータコアＳｃのティースＴに組み付けていくことが可能となる。すなわち、コイルＣ１またはＣ２の一方の長辺部側でのみ最内周側の長辺部および最外周側のコーナー部を保持するように第１から第３コイル支持部材１１−１３を構成することで、これらの第１から第３コイル支持部材１１−１３によって互いに異なる短辺長を有するコイルＣ１，Ｃ２を保持してステータコアＳｃのティースＴに組み付けていくことができる。

ティースＴに対するコイルＣ１またはＣ２の組み付けに際し、コイル装着装置１の制御装置１００は、組付ハンド１０が対象となるティースＴに接近するように移動機構５０を制御すると共に、第１および第２コイル支持部材１１，１２と第３コイル支持部材１３とをコイルＣ１，Ｃ２の短辺部の延在方向に相対移動させるようにコイル変形機構１８のモータＭを制御する。コイル変形機構１８により第１および第２コイル支持部材１１，１２に対して第３コイル支持部材１３が移動させられると、図８に示すように、コイルＣ１またはＣ２の最内周側の一方（図８における右側）の長辺部を形成する平角線Ｗが中子１３ａにより押圧されて第３コイル支持部材１３と共にｘｙ平面に沿って移動する。これに対して、コイルＣ１またはＣ２の最外周側の一方（図８における右側）の長辺部を形成する平角線Ｗのｘｙ平面に沿った方向の移動は、第１および第２コイル支持部材１１，１により規制される。

これにより、図８に示すように、第１から第３コイル支持部材１１−１３により保持されている一方（図８における右側）の長辺部の各段の平角線Ｗが短辺部の延在方向に集合すると共に、第１から第３コイル支持部材１１−１３により保持されていない他方の長辺部側の各段の平角線Ｗが短辺の延在方向に拡がるように、コイルＣ１，Ｃ２を斜めに変形させることができる。この際、コイルＣ１，Ｃ２の復元力は、内周側と外周側とで逆向きとなるので（図８における点線参照）、コイルＣ１，Ｃ２が第１から第３コイル支持部材１１−１３により保持されていない他方の長辺部側に移動することはない。これにより、既にステータコアＳｃに組み付けられたコイルＣ１等や当該コイルＣ１等のバスバー部Ｂとの干渉を抑制しながらティースＴにコイルＣ１またはＣ２を組み付けたり、既にコイルＣ１等が組み付けられている２つのティースＴの間に位置するティースＴ（最後のティース）に対してコイルＣ１等を円滑に組み付けたりすることができる。

以上説明したように、本開示のコイル装着装置１によれば、第１から第３コイル支持部材１１−１３によって互いに異なる短辺長を有するコイルＣ１，Ｃ２を保持することが可能となる。また、コイル変形機構１８により第１および第２コイル支持部材１１，１２と第３コイル支持部材１３とをコイルＣ１等の短辺部の延在方向に相対移動させることで、当該短辺部の長さに拘わらずコイルＣ１，Ｃ２を斜めに変形させることができる。この結果、互いに異なる短辺長を有するコイルＣ１，Ｃ２をステータコアＳｃの複数のティースＴに円滑に組み付けることが可能となる。

なお、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、コイルの製造分野において利用可能である。

１コイル装着装置、１０組付ハンド、１１第１コイル支持部材、１１ａ，１２ａコーナー支持面、１１ｂ，１２ｂ短辺支持面、１１ｃ，１２ｃ表面支持部、１２第２コイル支持部材、１３第３コイル支持部材、１３ａ中子、１３１第１コイル受け部、１３２第２コイル受け部、１５ベース部材、１６連動機構、１７エアシリンダ、１８コイル変形機構（移動機構）、５０移動機構、１００制御装置、Ａｃｏ１，Ａｃｏ２外側面、Ａｉ１内側面、Ｂｏ１，Ｂｏ２外側面、Ｃ１，Ｃ２コイル、Ｇ０，Ｇ３平歯車、Ｒ１第１ラック、Ｒ２第２ラック、Ｒ３ラック、Ｗ平角線。

Claims

平角線を矩形状かつ複数段に巻回して形成されたコイルを電動機のステータコアの複数のティースに組み付けるコイル装着装置において、
前記コイルの前記ステータコアの径方向における最外周側の一方の長辺部に連なる一方のコーナー部を形成する前記平角線の外側面および前記一方のコーナー部に連なる短辺部を形成する前記平角線の外側面を支持する第１コイル支持部材と、
前記コイルの前記径方向における最外周側の前記一方の長辺部に連なる他方のコーナー部を形成する前記平角線の外側面および前記他方のコーナー部に連なる短辺部を形成する前記平角線の外側面を支持する第２コイル支持部材と、
前記コイルの前記径方向における最内周側の前記一方の長辺部を形成する前記平角線の内側面のみを支持する第３コイル支持部材と、
第１および第２コイル支持部材と前記第３コイル支持部材とを前記短辺部の延在方向に相対移動させる移動機構と、
を備えるコイル装着装置。