JP7487676B2 - コイル挿入装置 - Google Patents

Description

本発明は、コイル挿入装置に関する。

従来、ステータコアのスロットにコイル線が巻き付けられた環状のコイル束を挿入するコイル挿入装置が知られている。例えば、特開平５－２３６７１２号公報（特許文献１）には、コイルを保持する第１及び第２の可動ブレードと、コイルをスロット内に挿入させるストリッパと、第１及び第２の可動ブレードを駆動する第１及び第２の可動ブレード駆動手段と、を備えるコイル挿入装置が開示されている。第１及び第２の可動ブレード駆動手段は、第１及び第２の可動ブレードをステータコアの第１の所定の位置まで前進させた状態で、第２の可動ブレードのみをコイルが離脱しない範囲内で後退させ、再び第１及び第２の可動ブレードをさらに第２の所定位置まで前進させた状態で、第２の可動ブレードのみを前記の範囲内で下降させる。また、特許文献１には、第１の可動ブレードの前進、停止と、第２の可動ブレードの前進、後退の一連の作動を繰り返すことにより、従来の全ストロークを一気に挿入する場合に比してコイルとスロット内面との摩擦が大幅に緩和され、高占積率のコイルを無理なく挿入することができることが開示されている。

特開平５－２３６７１２号公報

しかしながら、上記特許文献１のコイル挿入装置を用いて、環状のコイル束をスロットに挿入する際に、コイルへの負荷が十分に低減されないという問題に本発明者は着目した。この問題は、ブレードにコイルが挟み込まれることに起因することを本発明者は見出した。

本発明は、上記問題に鑑み、コイルに生じる負荷を低減する、コイル挿入装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点からのコイル挿入装置は、ステータコアの軸方向に貫通する複数のスロットに、コイル線が巻き付けられた環状のコイルを、軸方向一側から軸方向他側に向けて相対移動させることにより挿入するコイル挿入装置であって、軸方向に移動し、ステータコアの径方向内側に配置され、コイルを保持する複数のブレードと、軸方向に移動し、複数のブレードの径方向内側に配置され、コイルを移動させるコイル移動機構と、ブレード及びコイル移動機構の移動を制御する制御部と、を備え、制御部は、コイル移動機構のブレードに対する相対位置を軸方向一側に移動させる、または、コイル移動機構及びブレードを軸方向一側に同量移動させる第１制御を行う。

本発明は、コイルに生じる負荷を低減するコイル挿入装置を提供することができる。

図１は、ステータの軸方向に垂直な断面の模式図である。 図２は、実施形態のコイル挿入装置の模式図である。 図３は、実施形態のコイル挿入装置のブロック図である。 図４は、実施形態の第１制御を示す模式図である。 図５は、実施形態の第２制御を示す模式図である。 図６は、実施形態の第３制御を示す模式図である。 図７は、実施形態のコイル挿入方法を示すフローチャートである。 図８は、課題を説明するための模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

また、以下の説明において、ステータ１の中心軸が延びる方向、すなわちスロットの貫通方向を「軸方向」とする。軸方向に沿った一側を下（後）側、他側を上（前）側とする。上下（前後）方向は、位置関係を特定するために用いるためであって、実際の方向を限定するものではない。すなわち、下方向は重力方向を必ずしも意味するものではない。軸方向は、特に限定されず、鉛直方向、水平方向、これらの方向に交差する方向などを含む。

また、ステータ１の中心軸に直交する方向を「径方向」とする。径方向に沿った一側を内側、他側を外側とする。さらに、ステータ１の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とする。

また以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示す場合がある。よって、各構成要素の寸法及び比率は実際のものと必ずしも同じではない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示する場合がある。

（ステータ）
図１に示すように、ステータ１は、モータの構成部品であって、図示しないロータと相互作用して回転トルクを発生させる。本実施形態のステータ１は、いくつかのスロット２１を跨いでコイル線を巻きつける分布巻きとされる。ステータ１は、コイル１０と、ステータコア２０と、を備える。

＜ステータコア＞
ステータコア２０は、中空の円柱形状に形成される。ステータコア２０は、薄い珪素鋼鈑を重ねて形成される。ステータコア２０には、複数のティース２３が放射状に形成される。ティース２３同士の間には、スロット２１が形成される。ティース２３は、スロット２１を介して径方向に延びる。スロット２１には、径方向開口部であるスロットオープン２２が形成される。本実施形態のステータコア２０は、一体型のステータコアである。

＜コイル＞
コイル１０は、コイル線が環状に巻きけられた環状のコイル束である。本実施形態のコイル線は、丸線であるが、特に限定されず、平角線などでもよい。

コイル１０は、二つのコイル辺部と、コイル渡り部と、を有する。二つのコイル辺部は、スロット２１内に収容される。具体的には、一方のコイル辺部が収納されるスロット２１と、他方のコイル辺部が収納されるスロット２１とは、異なる。一方のコイル辺部が収納されるスロット２１と、他方のコイル辺部が収納されるスロット２１とは、図１に示すように別のスロットを介して周方向に配置されてもよく、隣り合っていてもよい（図示せず）。

（コイル挿入装置）
図１～図６を参照して、コイル挿入装置１００について説明する。コイル挿入装置１００は、ステータコア２０の軸方向に貫通する複数のスロット２１に、コイル線が巻き付けられた環状のコイル１０を、軸方向一側から他側（図２では、右側から左側）に向けて相対移動させることにより挿入する。詳細には、コイル挿入装置１００は、ステータコア２０のいくつかのスロット２１を跨ぐようにそれぞれのスロットオープン２２からコイル１０を挿入する。

コイル挿入装置１００は、図２に示す複数のブレード１１０と、コイル移動機構としてのストリッパ１２０と、図３に示す制御部１３０と、を備える。

＜ブレード＞
図２に示すように、ブレード１１０は、コイル１０を保持する。ブレード１１０は、ステータコア２０の径方向内側に配置され、軸方向に移動する。詳細には、複数のブレード１１０は、ティース２３に対応して、同一円周上に配設される。

本実施形態のブレード１１０は、複数のブレードで構成される。複数のブレード１１０は、複数のティース２３を介して配置される。ブレード１１０は、後述するストリッパ１２０に引っ掛けられたコイル１０を軸方向および径方向に沿ってスロット２１まで導く。ブレード１１０は、軸方向に延びる棒状の部材である。ブレード１１０は、軸方向に移動する可動ブレードである。

ブレード１１０は、ブレード用駆動部（図示せず）により、軸方向に移動する。詳細には、ブレード１１０は、軸方向他側に移動すること、及び軸方向一側に移動することが可能である。ブレード用駆動部は、ブレード１１０に取り付けられて、軸方向に押す部材と、この部材を軸方向に移動させる駆動源と、を含む。

図２に示すように、ブレード１１０は、軸方向視において、径方向内側に第１頂点１１１が位置し、径方向外側に第２頂点１１２及び第３頂点１１３が位置する三角形状を有する。径方向内側の第１頂点１１１は、Ｒ形状である。

＜ストリッパ＞
ストリッパ１２０は、コイル１０を移動させるコイル移動機構である。ストリッパ１２０は、ステータコア２０の径方向内側に配置され、軸方向に移動する。

ストリッパ１２０は、コイル１０を軸方向一側から他側に向けて挿入する。ストリッパ１２０は、コイル１０に接触する。ストリッパ１２０により、コイル１０がステータコア２０の径方向内側を軸方向に移動しつつ、コイル１０の一部がスロットオープン２２からスロット２１内部に挿入される。具体的には、ストリッパ１２０は、コイル１０の径方向の内側を引っ掛けて、ブレード１１０に沿ってコイル１０を引き上げる。

ストリッパ１２０は、ストリッパ用駆動部（図示せず）により、軸方向に移動する。詳細には、ストリッパ１２０は、軸方向他側に移動すること、及び軸方向一側に移動することが可能である。ストリッパ用駆動部は、ストリッパ１２０に取り付けられて、軸方向に押す部材と、この部材を軸方向に移動させる駆動源と、を含む。

＜制御部＞
図２に示す制御部１３０は、ブレード１１０及びストリッパ１２０の移動を制御する。制御部１３０は、ストリッパ１２０のブレード１１０に対する相対位置を軸方向一側に移動させる、または、ストリッパ１２０及びブレード１１０を軸方向一側に同量移動させる第１制御を行う。この第１制御によって、ストリッパ１２０がコイル１０を軸方向他側に押さなくなるので、ブレード１１０にコイル１０が挟み込まれることを抑制できる。したがって、コイル１０に生じる負荷を低減することができる。

第１制御は、
ａ）ブレード１１０の前進量＞ストリッパ１２０の前進量
ｂ）ブレード１１０が前進するとともにストリッパ１２０が停止
ｃ）ブレード１１０が前進するとともにストリッパ１２０が後退
ｄ）ブレード１１０が停止するとともにストリッパ１２０が後退
ｅ）ブレード１１０の後退量≦ストリッパ１２０の後退量
を含む。なお、前進は、軸方向一側から他側への移動である。すなわち、前進する方向は、コイル１０を挿入する方向である。後退は、軸方向他側から一側への移動である。すなわち、後退する方向は、コイル１０を挿入する方向と逆の方向である。

制御部１３０は、第１制御では、ストリッパ１２０を軸方向一側に移動させることが好ましい。すなわち、第１制御として、上記ｃ）～ｅ）であることが好ましい。これにより、ブレード１１０にコイル１０が挟み込まれることをより抑制できる。

制御部１３０は、第１制御では、図４に示すように、さらにブレード１１０を軸方向一側に移動させることがより好ましい。すなわち、第１制御として、上記ｅ）であることが好ましい。これにより、ブレード１１０に挟み込まれるコイル１０を解除することができる。したがって、コイル１０に生じる負荷をより低減することができる。

また、制御部１３０は、第１制御では、ストリッパ１２０及びブレード１１０を軸方向他側へ移動させる（上記ａ））の場合、ストリッパ１２０を軸方向他側へ移動させる速度を、ブレード１１０を軸方向他側へ移動させる速度よりも小さくすることが好ましい。これにより、コイル１０がブレード１１０に挟みこまれることを抑制しつつ、コイル１０の軸方向一側から他側に向けての相対移動の効率を向上できる。

制御部１３０は、ストリッパ１２０を軸方向他側に移動させる第２制御をさらに行う。第２制御では、ストリッパ１２０のブレード１１０に対する相対位置を軸方向他側に移動させる、または、ストリッパ１２０及びブレード１１０を軸方向他側に同量移動させる。第２制御により、コイル１０をスロット２１に挿入する効率を向上できる。

第２制御は、
ｆ）ブレード１１０の前進量≦ストリッパ１２０の前進量
ｇ）ブレード１１０が停止するとともにストリッパ１２０が前進
を含む。

制御部１３０は、第２制御では、図５に示すように、ストリッパ１２０及びブレード１１０を軸方向他側に移動させることが好ましい。すなわち、第２制御として、上記ｆ）であることが好ましい。これにより、コイル１０をスロット２１に挿入する効率をより向上できる。

また上記ｆ）の場合、制御部１３０は、第２制御では、ストリッパ１２０を軸方向他側へ移動させる速度を、ブレード１１０を軸方向他側へ移動させる速度よりも大きくすることがより好ましい。

また、第１制御でストリッパ１２０が軸方向一側へ移動する（上記ｃ）～ｅ））の場合の第１制御でのストリッパ１２０の軸方向一側への移動量は、第２制御でのストリッパ１２０の軸方向他側への移動量よりも小さい。これにより、コイル１０の軸方向一側から他側に向けての相対移動の効率を向上できる。

制御部１３０は、ブレード１１０を軸方向一側に移動させる第３制御をさらに行う。第３制御では、ストリッパ１２０のブレード１１０に対する相対位置を軸方向他側に移動させる。第３制御により、コイル１０がブレード１１０から受ける抵抗を低減できる。

第３制御は、
ｈ）ブレード１１０の後退量＞ストリッパ１２０の後退量
ｉ）ブレード１１０が後退するとともにストリッパ１２０が停止
ｊ）ブレード１１０が後退するとともにストリッパ１２０が前進
を含む。

制御部１３０は、第３制御では、図６に示すように、ステータコア２０に対してストリッパ１２０を停止させることが好ましい。すなわち、第３制御として、上記ｉ）であることが好ましい。これにより、第３制御を容易に実現できる。

制御部１３０は、第３制御を行う前に、第１制御を行う。これにより、コイルがブレードから受ける抵抗をより低減できる。なお、第３制御を行う直前に、第１制御を行う。すなわち、第３制御と第１制御との間に、別の制御を行わない。具体的には、第２制御、第１制御、第３制御、及び第２制御の順に行うことが好ましい。

なお、第３制御は省略されてもよい。第３制御を行う場合には、回数に制限はないが、１つのコイル１０の挿入において１回であることが好ましい。具体的には、制御部１３０は、ストリッパ１２０の軸方向他側の先端が、ステータコア２０の軸方向他側の端面に位置するまでに、第３制御を１回行う。これにより、コイルがブレードから受ける抵抗を低減しつつ、コイルの軸方向一側から他側に向けての相対移動の効率を向上できる。

制御部１３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理装置により実現される。

制御部１３０は、第１～第３制御をするために、ブレード用駆動部及びストリッパ用駆動部を制御する。

（コイル挿入方法）
続いて、図１～図７を参照して、本実施形態のコイル挿入方法を説明する。本実施形態のコイル挿入方法は、上述したコイル挿入装置１００を用いたコイル１０の挿入方法である。

まず、図７に示すように、コイル挿入装置１００をステータコア２０に設置する（ステップＳ１０）。このステップＳ１０では、図２に示すように、ステータコア２０の軸方向一側にコイル１０及びコイル挿入装置１００を配置する。詳細には、複数のブレード１１０間に保持されるようにコイル１０を配置する。さらに、複数のブレード１１０の内側であって、径方向の中央部の軸方向一側に、ストリッパ１２０を配置する。

次に、図７に示すように、制御部１３０により、ストリッパ１２０を軸方向他側に移動させる第２制御を行う（ステップＳ２０）。この第２制御（ステップＳ２０）では、ストリッパ１２０のブレード１１０に対する相対位置を軸方向他側に移動させる、または、ストリッパ１２０及びブレード１１０を軸方向他側に同量移動させる。

本実施形態では、制御部１３０により、図５に示すように、ストリッパ１２０及びブレード１１０を、軸方向他側に移動（前進）させる。これにより、コイル１０は軸方向他側に移動する。

第２制御（ステップＳ２０）でコイル１０を前進させると、隣り合うブレード１１０の第１頂点１１１間にコイル１０が挟み込まれる場合がある。

次に、図７に示すように、制御部１３０により、ストリッパ１２０のブレード１１０に対する相対位置を軸方向一側に移動させる、または、ストリッパ１２０及びブレード１１０を軸方向一側に同量移動させる第１制御を行う（ステップＳ３０）。この第１制御（ステップＳ３０）を実施することにより、第１制御（ステップＳ２０）でのブレード１１０及びストリッパ１２０の移動によって、ブレード１１０に挟み込まれたコイル１０を、軸方向他側へ持ち上げることによって、解除できる。

本実施形態では、制御部１３０により、図４に示すように、ストリッパ１２０及びブレード１１０を軸方向一側に移動（後退）させる。これにより、コイル１０は軸方向一側に移動するが、ブレード１１０に挟み込まれたコイル１０を解除できる。

この第１制御（ステップＳ３０）でのストリッパ１２０の軸方向一側への移動量は、第２制御（ステップＳ２０）でのストリッパ１２０の軸方向他側への移動量よりも小さい。

次に、図７に示すように、制御部１３０によって、ブレード１１０を軸方向一側に移動させる第３制御を行う（ステップＳ４０）。この第３制御（ステップＳ４０）では、ストリッパ１２０のブレード１１０に対する相対位置を軸方向他側に移動させる。

本実施形態では、図６に示すように、制御部１３０によって、ストリッパ１２０を停止させて、ブレード１１０を軸方向一側に移動（後退）させる。これにより、コイル１０の軸方向への移動は小さい又はないが、ブレード１１０に挟み込まれたコイル１０をさらに解除できる。

また、第１制御（ステップＳ３０）の後に、第３制御（ステップＳ４０）を実施するので、コイル１０がブレード１１０から受ける抵抗をより低減できる。すなわち、第１制御（ステップＳ３０）と第３制御（ステップＳ４０）との間に、別の制御が行われない。

このように、第１制御（ステップＳ３０）及び第３制御（ステップＳ４０）により、ブレード１１０にコイル１０が挟み込まれている場合には、そのコイル１０を解除できる。この状態で、さらに第２制御（ステップＳ２０）を実施することによって、スムーズにコイル１０を軸方向他側へ移動できる。

なお、制御部１３０は、第２制御（ステップＳ２０）の実施中に、ブレード１１０にコイル１０が挟みこまれると、第２制御を中断して、第１制御（ステップＳ３０）（必要に応じて、第１制御後に第３制御（ステップＳ４０））を実施する。そして、コイル１０がスロット２１内の所定の位置に達するまで、第２制御（ステップＳ２０）を実施する。

次に、コイル挿入装置１００をステータコア２０から取り外す（ステップＳ５０）。具体的には、ブレード１１０を取り外すとともに、ストリッパ１２０を軸方向一側に向かって移動する。

以上の工程（ステップＳ１０～Ｓ５０）を実施することにより、ステータコア２０の軸方向に貫通する複数のスロット２１に、コイル１０を挿入することができる。その結果、図１に示すステータ１を製造できる。

なお、上記第１制御（ステップＳ３０）、第２制御（ステップＳ２０）及び第３制御（ステップＳ４０）では、コイル１０がブレード１１０から離脱しない範囲内で、コイル１０を移動させる。

また、１つの環状のコイル１０をスロットに挿入する際、第３制御（ステップＳ４０）は１回実施されることが好ましいが、省略されてもよい。

本発明者は、コイル１０のスロット２１への挿入において、相互の摩擦力よりもブレード１１０（特に隣り合うブレード１１０の第１頂点１１１間）に挟み込まれるという問題が大きいことを見出した。詳細には、図８の矢印Ｘに示すように、両側の１対のブレード１１０のＲ面取りされた部分（第１頂点）と、ストリッパ１２０の天面とに挟まれた三角地帯に、コイル１０が引っ張られて動くことで、上記の一対のブレード１１０のＲ面取りされた部分と、ストリッパ１２０の天面の緩やかなＲ形状部分とに、コイル１０がクサビ状になだれ込んで、食い込んでロックする。これに対して、上述した本実施形態のコイル挿入装置１００及びコイル挿入方法によれば、第１制御（ステップＳ３０）により、ストリッパ１２０がコイル１０を軸方向他側に押さなくなるので、ブレード１１０にコイル１０が挟み込まれることを抑制できることを見出した。したがって、本実施形態のコイル挿入装置１００及びコイル挿入方法は、コイル１０に生じる負荷を低減することができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ：ステータ
１０ ：コイル
２０ ：ステータコア
２１ ：スロット
１００ ：コイル挿入装置
１１０ ：ブレード
１１１ ：第１頂点
１１２ ：第２頂点
１１３ ：第３頂点
１２０ ：ストリッパ
１３０ ：制御部

Claims (11)

1. ステータコアの軸方向に貫通する複数のスロットに、コイル線が巻き付けられた環状のコイルを、軸方向一側から軸方向他側に向けて相対移動させることにより挿入するコイル挿入装置であって、
   軸方向に移動し、前記ステータコアの径方向内側に配置され、前記コイルを保持する複数のブレードと、
   軸方向に移動し、前記複数のブレードの前記径方向内側に配置され、前記コイルを移動させるコイル移動機構と、
   前記ブレード及び前記コイル移動機構の移動を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記コイル移動機構の前記ブレードに対する相対位置を軸方向一側に移動させる、または、前記コイル移動機構及び前記ブレードを軸方向一側に同量移動させる第１制御を行い、
   前記第１制御では、
   前記コイル移動機構を前記軸方向他側へ移動させる速度を、前記ブレードを前記軸方向他側へ移動させる速度よりも小さくする制御と、
   前記コイル移動機構を停止し、前記ブレードを前記軸方向他側へ移動する制御と、
   前記コイル移動機構を前記軸方向一側へ移動し、前記ブレードを前記軸方向他側へ移動する制御と、
   前記コイル移動機構を前記軸方向一側へ移動し、前記ブレードを停止する制御と、
   前記コイル移動機構を前記軸方向一側へ移動させる速度を、前記ブレードを前記軸方向一側へ移動させる速度よりも大きくする制御と、
   の少なくとも１つを行う、コイル挿入装置。
2. 前記制御部は、第１制御では、前記コイル移動機構を前記軸方向一側に移動させる、請求項１に記載のコイル挿入装置。
3. 前記制御部は、前記第１制御では、さらに前記ブレードを前記軸方向一側に移動させる、請求項２に記載のコイル挿入装置。
4. 前記制御部は、前記コイル移動機構を前記軸方向他側に移動させる第２制御を行い、
   前記第２制御では、前記コイル移動機構のブレードに対する相対位置を軸方向他側に移動させる、または、前記コイル移動機構及び前記ブレードを軸方向他側に同量移動させる、請求項１～３のいずれか１項に記載のコイル挿入装置。
5. 前記制御部は、前記第２制御では、前記コイル移動機構及び前記ブレードを前記軸方向他側に移動させる、請求項４に記載のコイル挿入装置。
6. 前記制御部は、前記第２制御では、前記コイル移動機構を前記軸方向他側へ移動させる速度を、前記ブレードを前記軸方向他側へ移動させる速度よりも大きくする、請求項５に記載のコイル挿入装置。
7. 前記第１制御での前記コイル移動機構の前記軸方向一側への移動量は、前記第２制御での前記コイル移動機構の前記軸方向他側への移動量よりも小さい、請求項４～６のいずれか１項に記載のコイル挿入装置。
8. 前記制御部は、前記ブレードを前記軸方向一側に移動させる第３制御を行い、前記第３制御では、前記コイル移動機構のブレードに対する相対位置を軸方向他側に移動させる、請求項１～７のいずれか１項に記載のコイル挿入装置。
9. 前記制御部は、前記第３制御では、前記ステータコアに対して前記コイル移動機構を停止させる、請求項８に記載のコイル挿入装置。
10. 前記制御部は、前記第３制御を行う前に、前記第１制御を行う、請求項８または９に記載のコイル挿入装置。
11. 前記制御部は、前記コイル移動機構の軸方向他側の先端が、前記ステータコアの前記軸方向他側の端面に位置するまでに、前記第３制御を１回行う、請求項８～１０のいずれか１項に記載のコイル挿入装置。