特開 2024-137523 電機子の製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024137523

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】電機子の製造装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/06 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

H02K15/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023049070

(22)【出願日】2023-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000004640

【氏名又は名称】日本発條株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】308014329

【氏名又は名称】株式会社 ミタチ

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 遼介

(72)【発明者】

【氏名】島田 悟

(72)【発明者】

【氏名】村山 正和

【テーマコード（参考）】

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H615AA01

5H615PP01

5H615PP13

5H615QQ03

5H615QQ12

5H615QQ25

5H615QQ27

5H615SS09

5H615SS10

(57)【要約】

【課題】電機子の製造効率を向上させる。
【解決手段】複数のセグメントコイル２０を複数の層状に重ねて円環状に整列させるためのセグメントコイル用治具である集合治具４０は、複数のセグメントコイル２０が挿入される複数の集合スロット４４が形成された上部４２と、複数の集合スロット４４に挿入された複数のセグメントコイル２０の脚先が突き当てられる下部４８とを備える。下部４８は、複数のセグメントコイル２０の脚先に対して外径側及び内径側から広がり防止部５２及び閉じ防止部５４を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のスロットが形成されたコアと、前記コアの各スロットに両脚部が挿入され、前記コアの径方向に複数の層状に重ねられて円環状に整列された複数のセグメントコイルとを備えた電機子を製造する製造装置であって、
前記複数のセグメントコイルが挿入される複数の治具スロットが形成された上部と、
前記複数の治具スロットに挿入された前記複数のセグメントコイルの脚先が突き当てられると共に、前記複数のセグメントコイルの脚先に対して外径側及び内径側の少なくとも一方から接触又は近接して対向する径方向係合部を有する下部と、
を備える前記複数のセグメントコイルを複数の層状に重ねて円環状に集合させるためのセグメントコイル用治具
を有することを特徴とする電機子の製造装置。

【請求項2】

複数のスロットが形成されたコアと、前記コアの各スロットに両脚部が挿入され、前記コアの径方向に複数の層状に重ねられて円環状に整列された複数のセグメントコイルとを備えた電機子を製造する製造装置であって、
前記複数のセグメントコイルに対して内周側から接する内周側チャックと、
前記複数のセグメントコイルに対して外周側から接すると共に、前記複数のセグメントコイルの脚部間に挿入される凸部を有する外周側チャックと、
を備える円環状に整列または集合された複数のセグメントコイルを把持するためのセグメントコイル用チャック
を有することを特徴とする電機子の製造装置。

【請求項3】

複数のスロットが形成されたコアと、前記コアの各スロットに両脚部が挿入され、前記コアの径方向に複数の層状に重ねられて円環状に整列された複数のセグメントコイルとを備えた電機子を製造する製造装置であって、
前記複数のセグメントコイルに対して外周側から接する外周側チャックと、
前記複数のセグメントコイルに対して内周側から接すると共に、外径を可変する可変機構を有する内周側チャックと、
を備える円環状に整列または集合された複数のセグメントコイルを把持するためのセグメントコイル用チャック
を有することを特徴とする電機子の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電機子の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、複数のセグメントコイルを各層毎に円環状に整列させて整列コイルを形成する整列装置が開示されている。各層の整列コイルは、チャックに把持されて整列装置から取り出され、他の層の整列コイルと組み合わされ（集合され）、ステータコアのスロットに挿入される。

【0003】

下記特許文献２には、多数のセグメントコイルが格納されたセグメントコイル挿入部によってセグメントコイルを挿入される治具が内径側から順次せり出すことで、複数のセグメントコイルを複数の層状に一度に整列させるセグメントコイルの円環整列装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１８２３３９号公報

【特許文献2】特許第３９７５８９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のような先行技術では、例えば各層の整列コイルを集合させる際や、多層状に整列された複数のセグメントコイルをコアのスロットに挿入する際などに、セグメントコイル同士の位置精度が低いと、上記の集合や挿入が煩雑になる。その結果、不良品が発生する等して電機子の製造効率が悪化してしまう。

【0006】

本発明は上記事実を考慮し、電機子の製造効率を向上させることができる電機子の製造装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る電機子の製造装置は、複数のスロットが形成されたコアと、前記コアの各スロットに両脚部が挿入され、前記コアの径方向に複数の層状に重ねられて円環状に整列された複数のセグメントコイルとを備えた電機子を製造する製造装置であって、前記複数のセグメントコイルが挿入される複数の治具スロットが形成された上部と、前記複数の治具スロットに挿入された前記複数のセグメントコイルの脚先が突き当てられると共に、前記複数のセグメントコイルの脚先に対して外径側及び内径側の少なくとも一方から接触又は近接して対向する径方向係合部を有する下部と、を備える前記複数のセグメントコイルを複数の層状に重ねて円環状に集合させるためのセグメントコイル用治具を有する。

【0008】

本発明に係る電機子の製造装置は、複数のスロットが形成されたコアと、前記コアの各スロットに両脚部が挿入され、前記コアの径方向に複数の層状に重ねられて円環状に整列された複数のセグメントコイルとを備えた電機子を製造する製造装置であって、前記複数のセグメントコイルに対して内周側から接する内周側チャックと、前記複数のセグメントコイルに対して外周側から接すると共に、前記複数のセグメントコイルの脚部間に挿入される凸部を有する外周側チャックと、を備える円環状に整列または集合された複数のセグメントコイルを把持するためのセグメントコイル用チャックを有する。

【0009】

また、本発明に係る電機子の製造装置は、複数のスロットが形成されたコアと、前記コアの各スロットに両脚部が挿入され、前記コアの径方向に複数の層状に重ねられて円環状に整列された複数のセグメントコイルとを備えた電機子を製造する製造装置であって、前記複数のセグメントコイルに対して外周側から接する外周側チャックと、前記複数のセグメントコイルに対して内周側から接すると共に、外径を可変する可変機構を有する内周側チャックと、を備える円環状に整列または集合された複数のセグメントコイルを把持するためのセグメントコイル用チャックを有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る電機子の製造装置によれば、上部の複数の治具スロットに挿入された複数のセグメントコイルの脚先が、下部に突き当てられる。この下部は、複数のセグメントコイルの脚先に対して外径側及び内径側の少なくとも一方から係合する径方向係合部を有している。これにより、セグメントコイル同士の位置精度が高くなり、複数のセグメントコイルの集合や複数のセグメントコイルをチャックでつかむことが容易になる。その結果、製造効率を向上させることができる。

【0011】

本発明に係る電機子の製造装置によれば、円環状に整列された複数のセグメントコイルに対して内周側チャックが内周側から接し、外周側チャックが外周側から接する。外周側チャックは、複数のセグメントコイルの脚部間に挿入される凸部を有している。これにより、セグメントコイル同士の周方向の位置精度が高くなり、複数のセグメントコイルの集合やスロットへの挿入が容易になる。その結果、製造効率を向上させることができる。

【0012】

また、本発明に係る電機子の製造装置によれば、円環状に整列された複数のセグメントコイルに対して内周側チャックが内周側から接し、外周側チャックが外周側から接する。内周側チャックは、外径を可変する可変機構を有している。これにより、内径が異なる各層のセグメントコイルを、一つのチャックで段替えすることなく把持することができる。その結果、製造効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係る電機子の製造方法によって製造されるステータを示す斜視図である。

【図2】ステータが備えるセグメントコイルの正面図である。

【図3】実施形態に係る電機子の製造方法について説明するための説明図である。

【図4】実施形態に係るセグメントコイル用治具である集合治具を示す断面図である。

【図5】集合治具の上部を示す平面図である。

【図6】図５のＦ６－Ｆ６線に対応した断面図である。

【図7A】実施形態に係るセグメントコイル用チャックである把持チャックによって整列治具からセグメントコイルを抜き取る際の状況を説明するための第１の断面図である。

【図7B】把持チャックによって整列治具からセグメントコイルを抜き取る際の状況を説明するための第２の断面図である。

【図7C】把持チャックによって整列治具からセグメントコイルを抜き取る際の状況を説明するための第３の断面図である。

【図8】第１の比較例を示す断面図である。

【図9A】実施形態に係る電機子の製造方法における掴み直し工程について説明するための第１の断面図である。

【図9B】掴み直し工程について説明するための第２の断面図である。

【図9C】掴み直し工程について説明するための第３の断面図である。

【図10A】集合治具にセグメントコイルが挿入される際の状況を説明するための第１の断面図である。

【図10B】集合治具にセグメントコイルが挿入される際の状況を説明するための第２の断面図である。

【図11】第２の比較例を示す断面図である。

【図12】把持チャックが備える外周側チャックの一部を示す断面図である。

【図13】第３の比較例を示す断面図である。

【図14】把持チャックが備える内周側チャックの一部を示す側面図である。

【図15】内周側チャックが拡径した状態を示す図１４に対応した側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図１～図１５を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお各図においては、図面を見易くする関係から一部の符号を省略している場合がある。図１には、本実施形態に係る電機子の製造方法によって製造されるステータ１０が斜視図にて示されている。このステータ１０は、ステータコア１２と、多数のセグメントコイル２０とを備えている。このステータ１０は、例えば図示しない回転子と共に三相交流の回転電機を構成する。

【0015】

ステータコア１２は、多数枚の電磁鋼板が積層されて円筒状に形成されている。ステータコア１２は、ヨーク１４と、多数のティース１６と、多数のスロット１８とを有している。多数のティース１６と多数のスロット１８とは、ステータコア１２の内周側において周方向に交互に並んで形成されている。多数のスロット１８は、軸方向の両側及び径方向の内側が開放されている。

【0016】

図２に示されるように、セグメントコイル２０は、一例として銅等からなる断面矩形状の平角線が略Ｕ字状に成形されている。このセグメントコイル２０は、互いに平行に延びる一対の脚部２２（図示省略）と、一対の脚部２２の一端部同士を接続したコイルエンド部２４とを有している。このセグメントコイル２０は、一対の脚部２２の先端部（脚先）以外が絶縁被膜で覆われている。

【0017】

一対の脚部２２は、ステータコア１２の周方向に離れた異なるスロット１８に対して軸方向一方側から挿入されている。各脚部２２とステータコア１２との間には、図示しない絶縁部材（ここでは絶縁紙）が介在している。コイルエンド部２４は、ステータコア１２の軸方向一方側でスロット１８の外部に配置されており、一対の脚部２２の基端部同士を周方向に接続している。多数のセグメントコイル２０は、ステータコア１２の径方向に複数層（ここでは３層）に重ねられて円環状に整列されている。各セグメントコイル２０の脚部２２の先端部は、ステータコア１２の軸方向他方側の端面から突出しており、ツイスト加工を施され、他のセグメントコイル２０の脚部２２の先端部と接合されている。

【0018】

多数のセグメントコイル２０は、後述する製造方法および製造装置によって、複数の層が集合された状態で、ステータコアのスロットに一括で挿入される。本実施形態では、セグメントコイル２０の３つの層が形成されている。

【0019】

なお、本実施形態では、セグメントコイル２０は、断面矩形状の金属線からなる平角線によって構成されているが、これに限らず、セグメントコイルは、複数の素線からなる断面矩形状の平角線によって構成されるものでもよい。また、本実施形態では、セグメントコイル２０の脚部２２の先端部が、他のセグメントコイル２０の脚部２２の先端部と接合されているが、これに限らず、セグメントコイル２０は、ステータコア１２のスロット１８内で他のセグメントコイル２０と電気的に接合されるものでもよい。また、本実施形態では、ステータコア１２が積層鋼板によって構成されているが、これに限らず、ステータコア１２は、少なくとも一部が圧粉磁心で構成されるものでもよい。

【0020】

図３には、本実施形態に係る電機子の製造方法について説明するための説明図が示されている。この電機子の製造方法は、整列工程と、集合工程と、挿入工程とを有している。整列工程では、各々に複数の整列スロット（図示省略）が形成された複数（ここでは３）の整列治具３０を用いて、複数（ここでは３つ）の層毎に個別に複数のセグメントコイル２０を円環状に整列する。この整列工程においては、複数のセグメントコイル２０は、各脚部２２が整列治具３０の整列スロットを周方向に一つずつずらして各整列スロットに順次挿入されて一周することにより一つの層を形成する。

【0021】

集合工程では、複数の集合スロット４４（治具スロット）が形成されたセグメントコイル用治具である集合治具４０（図４～図６参照）を用いて、上記のように複数の層毎に整列された複数のセグメントコイル２０を複数の層状に重ねる。この集合工程では、例えば各層のセグメントコイル２０は、外側の層から順に集合治具４０の集合スロット４４に挿入されて層状に重ねられる。これにより、複数のセグメントコイル２０を一ヶ所に集合させ、ステータコア１２に一括で挿入できる状態にする。

【0022】

挿入工程では、上記のように複数の層状に重ねられた複数のセグメントコイル２０を、ステータコア１２に形成された複数のスロット１８に一括で挿入する。この際には、例えばステータコア１２の上面にセグメントコイル２０の脚部２２の脚先を案内する治具を設ける。これにより、安定してステータコア１２にセグメントコイル２０を挿入可能となる。なお図３では、セグメントコイル２０、整列治具３０、集合治具４０及びステータコア１２を概略的に図示している。

【0023】

上記のように、整列工程と、集合工程と、挿入工程とに工程を分けることで、並列稼働が可能となり、１つのワークあたりの総合的なマシンタイムを短くすることができる。特に、整列工程では、各層のセグメントコイル２０の整列を、順次実施するよりも、並行して実施することにより、製造時間の大幅な短縮が可能となる。さらに製造時間の効率化を図るのであれば例えば、整列工程から集合工程に移行する際に複数のセグメントコイル２０を把持する把持チャックと、集合工程から挿入工程に移行する際に複数のセグメントコイル２０を把持する把持チャックとを分けることで、並列稼働が可能となり、各工程でのセグメントコイル２０の円環形状に把持チャックの形状を合わせやすくなる。

【0024】

図４に示されるように、集合工程で用いられる集合治具４０は、リング状に形成された上部４２と、円板状に形成された下部４８とを有している。上部４２と下部４８とは、同軸上に配置されており、複数の支柱５６（図７Ａ～図７Ｃ参照；図４では図示省略）によって互いに連結されている。

【0025】

図５及び図６に示されるように、上部４２には、複数のセグメントコイル２０の脚部２２が挿入される複数のスロットである集合スロット４４が形成されており、下部４８には、複数の集合スロット４４に挿入された複数のセグメントコイル２０の脚部２２の下端部が突き当てられる。なお、図５及び図６において４６は、支柱５６を締結固定するための締結孔である。

【0026】

集合スロット４４は、ステータコア１２に形成されたスロット１８よりも幅及び長さの少なくとも一方（ここでは両方）が大きく設定されている。具体的には、集合スロット４４は、絶縁部材である絶縁紙が挿入された状態のスロット１８よりも間口が広くなっており、集合治具４０にセグメントコイル２０の脚部２２を挿入する際の脚先精度を緩和している。

【0027】

これにより、ステータコア１２に直接セグメントコイル２０の脚部２２を挿入するよりも、一旦集合治具４０に集合させる方が挿入の作業が容易になる。また、各層のセグメントコイル２０を外側の層から順に集合治具４０に挿入する際に、先に挿入された層のセグメントコイル２０が、後から挿入されるセグメントコイル２０の邪魔にならないようにすることが容易である。

【0028】

また、図５及び図６に示されるように、集合治具４０の集合スロット４４は、上端の開口に向かってテーパー状に拡大するテーパー部４４Ａを有している。このテーパー部４４Ａによってセグメントコイル２０の脚部２２を集合スロット４４内に案内することができるので、集合治具４０にセグメントコイル２０の脚部２２を挿入する際の脚先精度をさらに緩和することができる。

【0029】

図７Ａ～図７Ｃには、円環状に整列された複数のセグメントコイル２０を把持するためのセグメントコイル用チャックである把持チャック６６が示されている。この把持チャック６６は、一例として複数のセグメントコイル２０を内周側及び外周側から把持する上側把持部６８Ｕと、上側把持部６８Ｕの下方に配置され、複数のセグメントコイル２０を内周側及び外周側から把持する下側把持部６８Ｌと、上側把持部６８Ｕと下側把持部６８Ｌとを上下方向に相対移動させる相対移動機構７０と、を備えている。この把持チャック６６は、例えば図示しないロボットマニピュレータ等の搬送装置によって移動される。

【0030】

上側把持部６８Ｕ及び下側把持部６８Ｌは、複数のセグメントコイル２０に対して内周側から接する内周側チャック７２と、複数のセグメントコイル２０に対して外周側から接する外周側チャック７４とを有している。外周側チャック７４は、例えば複数のセグメントコイル２０を内周側チャック７２側へ押圧するエアシリンダ等の駆動源を含んでいる。相対移動機構７０は、上側把持部６８Ｕと下側把持部６８Ｌとを上下方向に相対移動させるエアシリンダ等の駆動源を含んでいる。

【0031】

上記構成の把持チャック６６では、例えば図７Ａに示されるように、複数のセグメントコイル２０を整列治具３０から抜き取る際には、上側把持部６８Ｕと下側把持部６８Ｌとが接近した状態で上側把持部６８Ｕにより複数のセグメントコイル２０の上部を把持する。次いで図７Ｂに示されるように、上側把持部６８Ｕを下側把持部６８Ｌに対して上昇させ、複数のセグメントコイル２０の下部を下側把持部６８Ｌの高さに配置させる。次いで、図７Ｃに示されるように、下側把持部６８Ｌにより複数のセグメントコイル２０の下部を把持し、その状態で把持チャック６６の全体を上昇させる。これにより、整列治具３０から複数のセグメントコイル２０が抜き取られる。なお、集合治具４０から複数のセグメントコイル２０を抜き取る場合にも上記と同様に行われる。

【0032】

上記のように抜き取られた複数のセグメントコイル２０は、把持チャック６６の下側把持部６８Ｌによって下部（脚先）を把持されるので、脚先の位置精度が向上する。その結果、ステータコア１２にセグメントコイル２０の脚部２２を挿入し易くなり、ステータ１０の製造効率が向上する。なお、セグメントコイル２０がそれ程長くない場合においては、把持チャック６７の一つの把持部６８によってセグメントコイル２０のコイルエンド側を把持することで問題ないが、図８に示される比較例のようにセグメントコイルの全長が特に長い場合は、セグメントコイル２０が傾きやすくなる。この場合、脚先の位置を規制するものが無いため、脚先の位置が安定しなくなる。その結果、複数のセグメントコイル２０の集合時や挿入時に、治具やコアのスロットに対して脚先の狙いが付けづらく、ワーク作製の難易度が高くなってしまう。この点、上記の把持チャック６６では、複数のセグメントコイル２０の脚先が下側把持部６８Ｌによって把持されるため、脚先の位置が安定する。そのため上記の集合時や挿入時にスロットに対して脚先の狙いが付けやすくなり、ワーク作製が簡単になるため、不良品の発生数も減らすことができる。

【0033】

なお、図９Ａ～図９Ｃに示されるように、セグメントコイル２０の全長が特に長い場合であって把持チャック６７が一つの把持部６８しか有していない場合でも、掴み直し工程を実施することで、把持チャック６６を用いる場合と同程度の脚先精度を確保することができる。この掴み直し工程では、把持チャック６７によって複数のセグメントコイル２０を治具から抜き取った後、図９Ａに示されるように、複数のセグメントコイル２０の下端（脚先）を何らかの土台７６に突き当てる。次いで、図９Ｂに示されるように、把持部６８を少し緩め、複数のセグメントコイル２０の脚先側へ把持部６８をズラす。その後、図９Ｃに示されるように、把持部６８によって複数のセグメントコイル２０を再度把持し直す。これにより、複数のセグメントコイル２０の脚先の位置が安定するため、集合時や挿入時にスロットに対して脚先の狙いが付けやすくなり、ワーク作製が容易になる。

【0034】

また、図４に示されるように、集合治具４０の下部４８は、円板状のベース部５０と、ベース部５０の上面の外周側に固定された広がり防止部５２と、ベース部５０の上面の中央側に固定された閉じ防止部５４とを有している。これらの閉じ防止部５４及び広がり防止部５２は「径方向係合部」に相当する。広がり防止部５２は、最外側の層のセグメントコイル２０の脚部２２に対して外径側から係合（接触又は近接して対向）する。閉じ防止部５４は、段付きの円柱状をなしており、各層のセグメントコイル２０の脚部２２に対して内径側から係合（接触又は近接して対向）する。

【0035】

図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるように、各層のセグメントコイル２０が外側の層から順に集合治具４０に挿入される際には、広がり防止部５２及び閉じ防止部５４によって各層のセグメントコイル２０の姿勢が安定する。これにより、各層のセグメントコイル２０を集合治具４０に集合させる作業が容易になる。つまり、例えば図１１に示される比較例のように、セグメントコイル２０の全長が特に長くセグメントコイル２０が倒れやすい場合に、外側の層のセグメントコイル２０の姿勢が安定しないと、内側の層のセグメントコイル２０を集合治具４０に挿入し難くなるが、これを回避することができる。また、集合治具４０を用いて複数層に重ねられたセグメントコイル２０をステータコア１２に一括挿入する際にも、脚部２２の脚先精度が高くなっているため、挿入作業が容易になる。

【0036】

図１２に示されるように、把持チャック６６、６７の外周側チャック７４は、複数のセグメントコイル２０の脚部２２間に挿入される凸部７４Ａを有している。これにより、複数のセグメントコイル２０が周方向にズレること（図１３参照）を防止又は抑制できるため、セグメントコイル２０同士の周方向の位置精度が高くなり、これよっても脚先精度が向上する。その結果、複数のセグメントコイル２０のスロットへの挿入が容易になり、ステータ１０の製造効率が向上する。

【0037】

また、図１４及び図１５に示されるように、把持チャック６６、６７の内周側チャック７２は、外径を可変する可変機構７８を有している。この可変機構７８では、中央のバー８０が図示しない駆動源によって上下方向に移動されると、バー８０の端部が傾斜溝８２に挿入された一対の可動部８４が径方向に移動される。例えばロボシリンダーなどの位置を数値制御できる駆動源を用いることで、任意の径に内周側チャック７２を固定できる。これにより、内径が異なる状態に整列された各層のセグメントコイル２０を、一つのチャックで段替えすることなく把持することができる。その結果、ステータ１０の製造効率を向上させることができる。

【0038】

なお、内径が異なる状態に整列された各層のセグメントコイル２０を把持するために、内周側チャック７２の外径が異なる複数の把持チャックを用いてもよい。その場合、上記の可変機構７８が不要になる。

【0039】

また、上記実施形態では、固定子であるステータが製造される場合について説明したが、回転子であるロータの製造に対しても本発明を適用可能である。

【0040】

その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは勿論である。

【符号の説明】

【0041】

２０ セグメントコイル
４０ 集合治具（セグメントコイル用治具）
４２ 上部
４４ 集合スロット（治具スロット）
４８ 下部
６７ 把持チャック（セグメントコイル用チャック）
７２ 内周側チャック
７４ 外周側チャック
７４Ａ 凸部
７８ 可変機構

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】