(57)【要約】【課題】異なる大きさである複数種のコイルの内径の幅を保持しつつ、固定子コアにコイルを組み付ける。【解決手段】コイルの巻き軸方向に沿ってコイルに嵌め込まれる側から幅が広くなる段差構造を備え、コイル内に嵌め込まれることによってコイルの内径幅を保つ内子２６と、内子２６をコイルの巻き軸方向に沿って移動させる内子駆動部２８と、を備える固定子製造装置とする。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コアのティースに対して集中巻きされたコイルを組み付けるために用いられる固定子製造装置であって、
前記コイルの巻き軸方向に沿って前記コイルに嵌め込まれる側から幅が広くなる段差構造を備え、前記コイル内に嵌め込まれることによって前記コイルの内径幅を保つ内子と、
前記内子を前記コイルの巻き軸方向に沿って移動させる内子駆動部と、
を備えることを特徴とする固定子製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固定子製造装置であって、
前記内子は、前記ティースに最後に装着される側である前記コイルの後面側から前記コイル内に嵌め込まれ、
前記内子駆動部は、前記コイルの後面から前面に向かって前記内子を付勢する弾性体を含むことを特徴とする固定子製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固定子製造装置であって、
前記ティースに最初に装着される側である前記コイルの前面と、前記ティースに最後に装着される側である前記コイルの後面と、を前記幅の方向に相対的に移動させることによって前記コイルを変形させるコイル変形手段を備え、
前記コイル変形手段によって前記コイルを変形させた状態で前記コイルを前記ティースに組み付けることを特徴とする固定子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子コアのティースに集中巻きコイルを組み付けるための固定子製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機において、導体を巻回したコイルを装着したティースを有する固定子が用いられている。近年、モータの高効率化及び小型軽量化の要請が高まっており、固定子のスロットにおける導体の占積率を高めることが求められている。
【０００３】
特許文献１〜３には、円筒の内周に複数のティースが形成された固定子コアにおいて、先端に向かうほど細くなるティースに対して台形状のコイルを装着するためのモータ固定子の製造装置が開示されている。当該装置では、ティースや既に装着されたコイルに干渉しないように、台形状のコイルをななめ変形形状に形状を変化させた状態でティースに装着する技術が適用されている。
【０００４】
このような技術において、コイルをティースに装着する際にコイルの内径の幅が狭くなってしまうと、コイルをティースにうまく装着できなくなったり、装着時にティースに干渉してコイルの絶縁被覆等に損傷を生じさせたりするおそれがある。特に、コイルをななめ変形形状に変形させた状態でティースに装着する際にコイルの内径の幅が狭くなってしまう可能性が高くなる。そこで、コイルの内径幅の変化を制限するために、コイル内にコイルの幅よりも僅かに狭い幅の部材（内子）を嵌め込む構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２５７４１０号公報
【特許文献２】特開２０１５−３３１４６号公報
【特許文献３】特開２０１６−１２３２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、モータや発電機には様々な大きさの固定子が使用されており、固定子コアのティースの大きさに応じて装着されるコイルのサイズも異なる。一方、設備投資の低減や設置場所の確保の面から、１つの固定子製造装置によって内径の幅が異なる複数のサイズのコイルの装着に対応できることが望ましい。
【０００７】
そこで、本発明は、内径の幅が異なるコイルに対応した固定子製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、固定子コアのティースに対して集中巻きされたコイルを組み付けるために用いられる固定子製造装置であって、前記コイルの巻き軸方向に沿って前記コイルに嵌め込まれる側から幅が広くなる段差構造を備え、前記コイル内に嵌め込まれることによって前記コイルの内径幅を保つ内子と、前記内子を前記コイルの巻き軸方向に沿って移動させる内子駆動部と、を備えることを特徴とする固定子製造装置である。
【０００９】
ここで、前記内子は、前記ティースに最後に装着される側である前記コイルの後面側から前記コイル内に嵌め込まれ、前記内子駆動部は、前記コイルの後面から前面に向かって前記内子を付勢する弾性体を含むことが好適である。
【００１０】
また、前記ティースに最初に装着される側である前記コイルの前面と、前記ティースに最後に装着される側である前記コイルの後面と、を前記幅の方向に相対的に移動させることによって前記コイルを変形させるコイル変形手段を備え、前記コイル変形手段によって前記コイルを変形させた状態で前記コイルを前記ティースに組み付けることが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異なる大きさである複数種のコイルの内径の幅を保持しつつ、固定子コアにコイルを組み付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態における固定子の構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における固定子の構成例を示す平面図である。
【図３】異なる大きさを有する複数種のコイルの例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における固定子製造装置の構成を示す外観斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態における固定子製造装置の構成を示す外観側面図である。
【図６】本発明の実施の形態における固定子製造装置の構成を示す外観正面図である。
【図７】本発明の実施の形態における固定子製造装置のコイル装着時の構成を示す外観斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態における固定子製造装置のコイル装着時の構成を示す外観側面図である。
【図９】両側のコイルが組み付けられているときの固定子コアとコイルの関係を説明するための図である。
【図１０】コイルを斜め形状に変形したときの固定子コアとコイルの関係を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態における内子の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態における内子を小径コア用のコイルに装着した状態を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態における内子を大径コア用のコイルに装着した状態を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態における内子の別例の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態におけるコイルの組み付け処理を説明するための図である。
【図１６】本発明の実施の形態におけるコイルの組み付け処理（第１工程）を説明するための図である。
【図１７】本発明の実施の形態におけるコイルの組み付け処理（第２工程）を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施の形態におけるコイルの組み付け処理（第３工程）を説明するための図である。
【図１９】本発明の実施の形態におけるコイルの組み付け処理（第４工程）を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜固定子の構成＞
固定子１００は、図１に示すように、固定子コア１０２にコイル１０４を組み付けた構成を備える。図１は、固定子１００の一部を切り取った外観を示す斜視図である。なお、図１において、コイル１０４は、図示の便宜のために巻き数を省略して少なく示している。
【００１４】
固定子コア１０２は、固定子１００の内周において半径方向Ｒに突出する複数のティース１０（第１ティース１０Ａ、第２ティース１０Ｂ、第３ティース１０Ｃ）を備えた円筒状の部材である。固定子コア１０２は、中空円盤状の金属の板を中心軸方向Ｎ（高さ方向）に沿って積層して形成することができる。ティース１０は、固定子コア１０２の周方向Ｍ（幅方向）に沿って所定の間隔で複数設けられる。本実施の形態では、ティース１０は、固定子コア１０２の周方向Ｍに沿った幅が先端に向かうほど細くなる形状とされている。隣り合うティース１０の間隙がスロット１２となる。スロット１２は、ティース１０の外周を巻回するように装着されるコイル１０４を収納する空間となる。
【００１５】
コイル１０４（第１コイル１０４Ａ、第２コイル１０４Ｂ、第３コイル１０４Ｃ）は、導線を渦巻状に巻回させて構成した集中巻きコイルである。コイル１０４は、例えば、一本の矩形断面の平角導体を内外二層に巻回し、巻き軸方向に沿って渦巻状に巻き重ねることで構成できる。平角導体は、例えば、銅などの導電性の良い金属で構成され、周囲には絶縁被覆が施されている。絶縁被覆は、エナメル被覆、又はポリイミド、アミドイミド等の絶縁性を有する樹脂とされる。コイル１０４の端部は、リード部１４ａ，１４ｂとしてコイル１０４から引き出される。
【００１６】
コイル１０４は、固定子コア１０２のティース１０の形状に合わせた形状に成形される。本実施の形態では、図２に示すように、コイル１０４は、固定子コア１０２の中心軸方向Ｎに対して直交する断面が台形とされる。
【００１７】
コイル１０４は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ティース１０の大きさに合わせて様々なサイズに形成される。図３（ａ）のコイル１０４は、小径コア用であり、その内径が幅Ｗ１とされている。また、図３（ｂ）のコイル１０４は、大径コア用であり、その内径が幅Ｗ１より大きい幅Ｗ２とされている。
【００１８】
なお、本実施の形態の説明において、コイル１０４の各部の呼び名を以下のように定める。コイル１０４において、スロット１２に最初に挿入される側の面をコイル１０４の前面Ｆ、スロット１２に最後に挿入される側の面をコイル１０４の後面Ｂと呼ぶ。すなわち、コイル１０４は、前面Ｆがスロット１２の奥側となり、後面Ｂがスロット１２の手前となるようにティース１０に装着される。また、固定子コア１０２の中心軸方向Ｎ（高さ方向）に沿って、コイル１０４の一方の面を上面Ｔ、他方の面を下面Ｄと呼ぶ。また、上面Ｔと下面Ｄとを繋ぐ部分を側面Ｓと呼ぶ。
【００１９】
＜固定子製造装置＞
本発明の実施の形態における固定子製造装置２００は、図４〜図６に示すように、ハンド本体２０、コイル支持部２２、クランプ２４（２４ａ，２４ｂ）、内子２６、内子駆動部２８、回転駆動部３０及びストローク駆動部３２を含んで構成される。ここで、図４は固定子製造装置２００の外観斜視図、図５は固定子製造装置２００の外観側面図及び図６は固定子製造装置２００の外観正面図を示す。
【００２０】
固定子製造装置２００は、コイル支持部２２及びクランプ２４によってコイル１０４をクランプし、スロット１２に挿入することによってコイル１０４をティース１０に組み付けるための装置である。図７及び図８は、コイル１０４を装着した状態における固定子製造装置２００の外観斜視図及び外観側面図である。
【００２１】
ハンド本体２０は、コイル支持部２２、クランプ２４（２４ａ，２４ｂ）、内子２６、内子駆動部２８、回転駆動部３０及びストローク駆動部３２を構造的に支持する部材である。固定子製造装置２００は固定子コア１０２内に挿入された状態でコイル１０４を組み付けるので、ハンド本体２０は固定子コア１０２の中心軸方向Ｎに沿って延びた棒状の部材とされる。
【００２２】
コイル１０４は、コイル支持部２２及びクランプ２４に挟み込まれることによってクランプされる。クランプ２４は、コイル１０４の上面Ｔ側をクランプするための第１クランプ爪２４ａ及びコイル１０４の下面Ｄ側をクランプするための第２クランプ爪２４ｂを備える。第１クランプ爪２４ａ及び第２クランプ爪２４ｂは、クランプ駆動部２４ｃによって固定子コア１０２の半径方向Ｒ及び周方向Ｍに沿って駆動可能である。コイル支持部２２は、第１クランプ爪２４ａに対向して配置された部材である。
【００２３】
固定子製造装置２００にコイル１０４をセットする際には、コイル支持部２２とクランプ２４との間にコイル１０４を配置する。このとき、コイル１０４の側面Ｓが固定子コア１０２の中心軸方向Ｎに沿うように配置する。そして、第１クランプ爪２４ａの先端部をコイル１０４の上面Ｔ側の前面Ｆに当て、第２クランプ爪２４ｂの先端部をコイル１０４の下面Ｄ側の前面Ｆに当てた状態とし、クランプ駆動部２４ｃによりクランプ２４をコイル支持部２２側に移動させる。これにより、コイル１０４の前面Ｆに第１クランプ爪２４ａ及び第２クランプ爪２４ｂが押し当てられ、コイル１０４の後面Ｂがコイル支持部２２に押し付けられて、クランプ２４とコイル支持部２２の間にコイル１０４が挟み込まれてクランプされる。
【００２４】
図９に示すように、両隣の第２ティース１０Ｂ及び第３ティース１０Ｃに第２コイル１０４Ｂ及び第３コイル１０４Ｃがそれぞれ既に装着されている場合、第２ティース１０Ｂ及び第３ティース１０Ｃに挟まれた第１ティース１０Ａに第１コイル１０４Ａを装着しようとすると第１コイル１０４Ａの最大外径幅Ｈ１がスロット１２の幅Ｈ２よりも大きくなり装着できない。そこで、図１０に示すように、第１コイル１０４Ａを変形させて、第１コイル１０４Ａの最大外径幅Ｈ３をスロット１２の幅Ｈ２より小さくさせて装着する必要がある。
【００２５】
固定子製造装置２００では、クランプ駆動部２４ｃによって、第１クランプ爪２４ａ及び第２クランプ爪２４ｂを固定子コア１０２の周方向Ｍに沿って移動させることができる。第１クランプ爪２４ａ及び第２クランプ爪２４ｂをコイル支持部２２に対して周方向Ｍに沿って相対的に移動させることで、コイル１０４（１０４Ａ）を図１０に示すような所望の形状（以下、斜め形状という。）に変形させることができる。すなわち、コイル支持部２２とクランプ２４は、コイル１０４を斜め形状に変形させるコイル変形手段として機能する。
【００２６】
さらに、固定子製造装置２００は、内子２６及び内子駆動部２８を備える。内子２６は、コイル１０４内に嵌め込まれることによってコイル１０４の内径の幅を保つ部材である。
【００２７】
内子２６は、図４〜図６に示すように、コイル１０４の後面Ｂ側からコイル１０４の内側に嵌め込まれる位置に設けられる。内子２６は、例えば、コイル支持部２２の中央部分の間に設けられる。
【００２８】
図１１は、内子２６の構成例を示す。図１１では、内子２６の構成を明確に示すために、便宜上、内子２６及び内子駆動部２８以外の部材を省略して示している。
【００２９】
本実施の形態では、内子２６は、コイル１０４を固定子１００に装着したときの巻き軸方向、すなわち固定子コア１０２の半径方向Ｒに沿ってコイル１０４に嵌め込まれる側から幅が段階的に広くなる段差構造を備える。例えば、図１１では、内子２６は、半径方向Ｒの先端側から幅ｗ１及び幅ｗ２を有する段差構造とされている。段差の高さは、例えば、組み込み対象とするコイル１０４の導線の幅の１／２以上とすることが好適である。
【００３０】
内子２６は、内子駆動部２８によって半径方向Ｒに向けて移動可能とされる。内子駆動部２８は、弾性体によって半径方向Ｒに内子２６を付勢する構成とすることができる。例えば、内子駆動部２８は、スプリング、ゴム等の弾性体を含んで構成することができる。また、内子駆動部２８は、機械的又は電気的な作用によって内子２６を半径方向Ｒに移動するものであってもよい。
【００３１】
クランプ２４によってコイル１０４をクランプすると、コイル１０４は半径方向Ｒに内子２６に向けて押し付けられる。一方、内子駆動部２８によって内子２６はクランプ２４による押し付け方向とは逆方向に付勢され、内子２６はコイル１０４内に嵌め込まれる。
【００３２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したような大きさの異なるコイル１０４を組み付けの対象とする場合、内子２６の幅ｗ１を図３（ａ）に示したコイル１０４の内径幅Ｗ１よりも僅かに狭くし、内子２６の幅ｗ２を図３（ｂ）に示したコイル１０４の内径幅Ｗ２よりも僅かに狭くする。
【００３３】
内子２６を図３（ａ）のコイル１０４内に嵌め込んだ場合、内子２６の幅ｗ２をコイル１０４の内径幅Ｗ１よりも大きくしておくことで、図１２に示すように、内子２６の幅ｗ２の部分はコイル１０４内には嵌まらない。したがって、コイル支持部２２とクランプ２４とでコイル１０４を挟み込むと、内子駆動部２８の作用によって幅ｗ２の部分の厚みだけ内子２６は半径方向Ｒに退避し、内子２６の幅ｗ１の部分のみがコイル１０４の内径幅Ｗ１の部分に嵌まり込む。このとき、内子２６の幅ｗ１はコイル１０４の内径幅Ｗ１より僅かに狭い寸法にされているので、コイル１０４の変形等によって内径幅Ｗ１が変化することを防ぐことができる。すなわち、コイル１０４の内径幅Ｗ１を一定に保つことができる。
【００３４】
また、内子２６を図３（ｂ）のコイル１０４内に嵌め込んだ場合、図１３に示すように、内子２６の幅ｗ２の部分がコイル１０４の内径幅Ｗ２の部分に嵌まり込む。内子２６の幅ｗ２はコイル１０４の内径幅Ｗ２より僅かに狭い寸法にされているので、コイル１０４の変形等によって内径幅Ｗ２が変化することを防ぐことができる。すなわち、コイル１０４の内径幅Ｗ２を一定に保つことができる。
【００３５】
なお、図１１に示すように、内子２６は、固定子コア１０２の中心軸方向Ｎ方向に複数並べて設けることが好適である。また、図１４に示すように、内子２６は、中心軸方向Ｎ方向に長い形状とすることも好適である。これにより、中心軸方向Ｎの広い範囲に亘ってコイル１０４の内径幅を一定に保つことができる。ただし、内子２６の中心軸方向Ｎの長さＬは、組み込みの対象とする複数種のコイル１０４の中心軸方向Ｎ方向の内径長さのうち最短の内径長さよりも短くする。このような長さＬとすることにより内子２６を対象となるすべてのコイル１０４内に嵌め込むことができる。
【００３６】
＜コイルの組み付け処理＞
以下、固定子製造装置２００を用いたコイル１０４の組み付け処理について説明する。まず、コイル１０４の組み付け先となるティース１０の両隣のティース１０に別のコイル１０４が未だ装着されていない場合の組み付け処理について説明する。
【００３７】
図７及び図８に示したように固定子製造装置２００にコイル１０４を装着する。その後、ハンド本体２０を固定子コア１０２内に挿入し、回転駆動部３０によってハンド本体２０を回転させて、図１５に示すように、組み付け先となるティース１０の先端部とコイル１０４の前面Ｆとが向かい合う状態にする。そして、コイル支持部２２及びクランプ２４でコイル１０４をクランプした状態を維持しつつ、ストローク駆動部３２によって固定子コア１０２の半径方向Ｒ（図１５中の矢印で示す装着方向）に沿ってコイル１０４をティース１０に向けて移動させる。これによって、コイル１０４がティース１０に組み付けられる。
【００３８】
なお、同様の組み付け処理によって、図３（ｂ）に示した大径コア用のコイル１０４を装着することもできる。
【００３９】
次に、コイル１０４の組み付け先となるティース１０の両隣のティース１０の少なくとも一方に別のコイル１０４が既に装着されている場合の組み付け処理について説明する。以下の説明では、組み付け先となるティース１０の両隣のティース１０にそれぞれコイル１０４が既に装着されている場合について説明するが、いずれか一方のティース１０のみにコイル１０４が装着されている場合であっても同様に処理することができる。
【００４０】
この場合も、まず、図７及び図８に示したように固定子製造装置２００にコイル１０４を装着し、組み付け先となるティース１０の先端部とコイル１０４の前面Ｆとが向かい合う状態にする。その後、以下の工程にてコイル１０４を組み付ける。
【００４１】
(第１工程)
コイル支持部２２とクランプ２４の相対的な位置を周方向Ｍにずらすことによって、図１６に示すように、コイル１０４を斜め形状に変化させる。このとき、コイル１０４の最大幅Ｈ３が挿入先となるスロット１２の幅よりも狭くなるようにコイル１０４を変形させる。また、コイル１０４の変形と併せて、回転駆動部３０によってコイル１０４を回転させ、コイル１０４の向きを挿入先のスロット１２の開口形状に揃える。
【００４２】
（第２工程）
コイル１０４を斜め形状に保持しつつ、図１７に示すように、ストローク駆動部３２によりコイル１０４をティース１０に向けて移動させる。このとき、コイル１０４が斜め形状に保たれているので、既に装着されている他のコイル１０４とぶつかることなくスロット１２内にコイル１０４を挿入することができる。
【００４３】
（第３工程）
さらに、図１８に示すように、回転駆動部３０によってコイル１０４がティース１０の正対するように回転角度を調整し、コイル支持部２２とクランプ２４との相対位置を変化させてコイル１０４を斜め形状から元の形状に戻しつつ、コイル１０４をさらにスロット１２内に挿入する。
【００４４】
このとき、コイル１０４の移動と共にティース１０の先端に内子２６の表面が当接した場合、図１８に示すように、内子駆動部２８によって内子２６はコイル１０４の移動方向とは反対方向に後退させられる。ただし、内子２６がコイル１０４から外れた後はコイル１０４の内径幅を保つことができなくなるので、できるだけ内子２６がコイル１０４から外れないようにコイル１０４の変形の戻しと回転角度を調整しつつ組み込みを行うことが好ましい。
【００４５】
（第４工程）
最後に、コイル支持部２２及びクランプ２４によるクランプを解除することによって、コイル１０４は弾性力により完全に元の形状に戻る。これにより、図１９に示すように、コイル１０４がティース１０に組み付けられる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態の固定子製造装置２００を用いることによって、固定子コア１０２にコイル１０４を組み込むことができる。また、内子２６を備えることによって、コイル１０４の組み込み処理中にその内径幅を変化させないように保ちつつ、コイル１０４をティース１０に組み込むことができる。特に、コイル１０４を斜め形状に変形させてコイル１０４をティース１０に組み込む際に、変形に伴うコイル１０４の内径幅の変化を抑制することができる。
【００４７】
また、内子２６を幅が段階的に広くなる段差構造とすることによって、内径幅が異なる複数種のコイル１０４の組み込みを固定子製造装置２００によって行うことができる。さらに、内子駆動部２８により内子２６を移動可能とすることで、大きさや厚みの異なる複数種のコイル１０４の内径に内子２６を確実に嵌め込むことができる。また、コイル１０４をティース１０に組み込む際に内子２６とティース１０とが当たって組み込み処理の障害になることを避けることができる。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適用することができる。
【００４９】
例えば、内子２６の段差の数は２段に限定されるものではなく、組み込みの対象となるコイル１０４の種類の数に応じて３段以上にしてもよい。内子２６を３段以上の多段構成とする場合も半径方向Ｒに沿ってコイル１０４に嵌め込まれる側から幅が段階的に広くなる段差構造とする。
【符号の説明】
【００５０】
１０（１０Ａ〜１０Ｃ）  ティース、１２  スロット、１４ａ，１４ｂ  リード部、２０  ハンド本体、２２  コイル支持部、２４  クランプ、２４ａ  クランプ爪、２４ｂ  クランプ爪、２４ｃ  クランプ駆動部、２６  内子、２８  内子駆動部、３０  回転駆動部、３２  ストローク駆動部、１００  固定子、１０２  固定子コア、１０４（１０４Ａ〜１０４Ｃ）  コイル、２００  固定子製造装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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