JP4813171B2 - ステータの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステータコアのスロットに、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入した後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して、ステータコアの端面から見たときコイルが螺旋状に重なった形態をなすステータを製造する方法及び製造装置に関する。

巻線されたコイルを有するステータの製造方法としては、ステータコアの内歯に直接コイルを巻き付ける直巻線方法と、予め巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入するコイル挿入方法とが主として知られている。

しかしながら、これらの方法では、各磁極に対して同心巻きされたコイルしか形成できないので、そのようなステータコアを用いたモータは、周方向の起磁力密度が不均一になるという現象によってトルクムラが発生する。このトルクムラはモータの振動や騒音を発生させる原因となるため、これを解決するための様々な提案がなされている。

上記トルクムラが著しく低減されたモータとして、ステータコアのスロットに、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入した後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して、ステータコアの端面から見たときコイルが螺旋状に重なった形態をなすステータ（以下「螺旋巻きステータ」とする）を用いたモータが知られている。

こうして得られたステータは、コイルエンドが短く、その高さが比較的均一でコンパクトな形状となると共に、モータとしたときのトルクムラが小さく、モータの振動や騒音を低減させることができるという優れた特性を有している。

しかしながら、上記のような螺旋巻きステータは、コイルの両側辺を一つずつ他のコイルと重ね合わせながらスロットに挿入しなければならず、その作業を機械化することが困難であった。このため、予め巻線されたコイルをステータコアのスロットに手作業で挿入しなければならず、製造作業性が悪く、製造コストが高くなるという問題があった。

一方、螺旋巻きステータに関する技術として、下記特許文献１には、外周層と内周層を有するスロットが複数形成されたモータのステータコアに、予め内周層挿入辺と外周層挿入辺とを有しコイル形状に形成されたコイルピースを前記ステータコアの円周方向に順次挿入してなるモータのステータ作製方法において、複数の細線を束ねた導線束が複数回巻回された複線コイルピースを前記スロットに挿入する工程であって、Ｎ個の前記複線コイルピースを順次コイルピース挿入順に前記スロットの内周層とＮ個隔てた外周層に挿入する複線ピース挿入工程と、単線が複数回巻回された単線コイルピースを前記Ｎ番目の複線コイルピースに続いて前記スロットに挿入する工程であって、前記単線コイルピースを前記スロットの内周層とＮ個隔てた外周層に挿入する単線ピース挿入工程と、最終Ｎ個の前記単線コイルピースの外周層挿入辺を先に挿入されている前記複線コイルピースの内周層挿入辺の下側に挿入する時に、前記複線コイルピースの内周層挿入辺をスロットから一時引き出し、前記単線コイルピースの外周層挿入辺を割り込み挿入する割り込み挿入工程と、を含むことを特徴とするモータのステータ作製方法が開示されている。

また、下記特許文献２には、ステータのスロット内に、１段にて施すべき巻線導線数を分割して複数段に構成したステータ巻線を施したことを特徴とするブラシレスＤＣモータが開示されている。

更に、下記特許文献３には、毎極毎相当りのスロット数が１未満の２層巻多層電機子巻線で、複数個の相隣り合う極の同相コイルを１スロットおきにスロットに収納するように連続巻きする多層電機子巻線の製造方法において、複数個連続巻きした複数層の同極コイルの一部をそれぞれのスロットに収納した後、隣接する他極の少なくとも一部分のコイルをスロットに収納し、それらに隣接させ前記連続巻きの残りの一部分又は全部をスロットに収納することを特徴とする多相電機子巻線の製造方法が開示されている。
特開平１０−４２５２８号公報 特開平１０−２８３４６号公報 特開昭５６−４１７３６号公報

しかしながら、上記特許文献１、２，３においても、巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業を機械的に行う方法については開示されておらず、コイル挿入を手作業で行わなければならないので、工業的に安価に製造することができなかった。

したがって、本発明の目的は、螺旋巻きステータにおける巻線されたコイルをステータコアのスロットに挿入する作業を機械的に効率よく行えるようにして、螺旋巻きステータを工業的に安価に製造できるようにしたステータの製造方法及び製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のステータの製造方法は、予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれスロットに挿入し、その後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して形成されるステータを製造する方法において、
スリット状の複数の保持溝からなりステータコアのスロットのピッチの整数倍ピッチで形成される第１保持溝群と、前記第１保持溝群の保持溝と同数の保持溝からなり前記第１保持溝群と同じピッチで形成される第２保持溝群とが外周に形成された治具を用い、
予め巻線された複数のコイルの一側辺を、前記第１保持溝群に、他側辺を、前記第２保持溝群のうちの、前記一側辺を挿入した保持溝と隣接する保持溝にそれぞれ挿入して、各コイルを前記治具の円周に沿って配列し、
この治具を前記ステータコアの内周に挿入して、各コイルの一側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入し、
前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させて、前記第２保持溝群が、前記ステータコアの対応するスロットに整合するように位置決めした後、前記他側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入することを特徴とする。

上記製造方法によれば、複数のコイルを一側ずつ螺旋状に重なるようにスロットに挿入することができ、螺旋巻きステータコアを機械的に効率よく製造することが可能となる。

上記製造方法においては、前記治具による前記一側辺と前記他側辺のスロットへの挿入操作を二回以上繰り返して行うことにより、コイルを重ねて挿入することが好ましい。この態様によれば、ステータコアの内径等の制約によって治具の保持溝の幅や長さを大きくとれず、一回の挿入操作ではスロットに十分に充填できる量のコイルを挿入できない場合でも、操作を二回以上繰り返して行うことにより、スロット内に十分な量のコイルを挿入することができる。また、螺旋状に重なったコイルを複数の層状にして挿入することができるので、コイルエンドをより均一化して短くすることができる。

また、前記押出し手段として、先端に向かうほど幅狭となる板状のプッシャが、前記保持溝に対応して配置された押圧治具を用い、この押圧治具の前記プッシャを、対応する前記各保持溝に先端から挿入し、前記保持溝に挿入されたコイルを外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入することが好ましい。この態様によれば、押圧治具のプッシャを対応する各保持溝に先端から挿入して押し込むことによって、治具の保持溝に保持された複数のコイルの側辺を同時に対応するスロットに挿入することができる。

また、前記押出し手段として、コイルに電流を流すことにより、渦電流による反発力を発生させる手段を用い、前記反発力によってコイルを前記治具の保持溝から外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入することが好ましい。この態様によれば、コイルに電流を流すという簡単な操作によって、コイルの側辺を対応するスロットに挿入することができる。

また、前記押出し手段として、前記治具の前記保持溝を横断する磁界を発生させ、その状態でコイルに電流を流すことにより、ローレンツ力を発生させる手段を用い、このローレンツ力によってコイルを前記治具の保持溝から外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入することが好ましい。この態様によれば、コイルに電流を流すという簡単な操作によって、コイルの側辺を対応するスロットに挿入することができると共に、例えばコイルの一側辺は治具の外径側に向けて押圧し、他側辺は治具の内径側に向けて押圧することができるので、他側辺がスロットに挿入されてしまうのを防ぐことができる。

また、前記ステータコアのスロットに挿入後のコイルに対して、直流電流又は２０Ｈｚ以下の低周波の交流電流を流して、コイルをステータコアに押し付けることが好ましい。この態様によれば、挿入後のコイルを確実にスロット内に保持できる。

更に、各コイルの一側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入した後、前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させる際に、コイルに直流電流又は２０Ｈｚ以下の低周波の交流電流を流して、コイルの一側辺をステータコアに押し付け、他側辺を治具に押し付けながら治具を回転させることが好ましい。この態様によれば、コイルの一側辺をステータコアに押し付け、他側辺を治具に押し付けながら治具を回転させることができるので、コイル線が治具とステータコアとの間に挟まれて、コイル線の絶縁被覆が損傷したりすることを防止できる。

更に、各コイルの一側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入した後、前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させる際に、各コイルの前記ステータコア及び前記治具の両端面から突出したコイルエンドを、一対の回転補助治具によって前記治具に向けて軸方向に押圧させることが好ましい。この態様によれば、回転補助治具でコイルエンドを治具に向けて軸方向に押圧することにより、コイルのループが広がるので、治具を回転させる際にコイルの剛性に抗してコイルを広げるために治具にかかる力を軽減することができ、治具の変形を防止できる。

更に、コイルの一側辺をステータコアのスロットの一つ置きに挿入し、その後、コイルの他側辺を残りのスロットに挿入することにより、一回の操作で、各スロットに各コイルの側辺を一つずつ挿入することが好ましい。この態様によれば、ステータコアのスロットと同じ数の保持溝を治具に形成すればよいので、保持溝の幅及び長さを比較的十分にとることができ、保持溝に保持できるコイル線の総断面積、言い換えると一回の操作でステータコアのスロットに挿入できるコイル線の総断面積を比較的多くすることができる。

更に、前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、保持溝の幅をｄとしたとき、以下の式が成り立つステータコアに適用されることが好ましい。
Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／２π
上記態様によれば、治具の保持溝に保持されたコイル線をステータコアのスロットに無理なく確実に挿入することができる。

一方、本発明のステータの製造装置は、ステータコアのスロットに予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入し、次いで前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入してステータを製造する装置において、
ステータコアの内周に挿入できると共に、スリット状の複数の保持溝からなりステータコアのスロットのピッチの整数倍ピッチで形成された第１保持溝群と、前記第１保持溝群の保持溝と同数の保持溝からなり前記第１保持溝群と同じピッチで形成された第２保持溝群とが外周に形成された治具と、この治具の前記第１保持溝群及び第２保持溝群に挿入保持された前記コイルの一側辺及び他側辺をそれぞれ対応するスロットに挿入する押出し手段とを備えていることを特徴とする。

上記製造装置によれば、予め巻線された複数のコイルの一側辺を治具の第１保持溝群に挿入し、前記各コイルの他側辺を、前記一側辺を挿入した第１保持溝に隣接する第２保持溝群に挿入して、各コイルを前記治具の円周に沿って配列し、この治具を前記ステータコアの内周に挿入して、各コイルの一側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入し、前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させて、前記第２保持溝群が、前記ステータコアの対応するスロットに整合するように位置決めした後、前記他側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入することにより、複数のコイルを一側ずつ螺旋状に重なるようにスロットに挿入することができ、螺旋巻きステータを機械的に効率よく製造することが可能となる。

本発明によれば、複数のコイルを一側ずつ螺旋状に重なるようにスロットに挿入することができ、螺旋巻きステータを機械的に効率よく製造することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１及び図２には、本発明によるステータの製造装置の一実施形態が示されている。

図において、１０はステータコアであり、ステータコア１０はその内周に内歯１１を有し、内歯１１同士の間にスロット１２が形成されている。

この製造装置は、上記ステータコア１０の内周に挿入される、全体としてほぼ円柱状の治具２０を有している。治具２０は、中心の軸部２１と、この軸部２１の上端面中心に設けられた孔２２と、軸部２１の外周から円柱状の外周に向けて放射状に形成された複数の保持溝２３とを有している。保持溝２３は、ステータコア１０のスロット１２のピッチの整数倍ピッチ（本実施の形態では２倍ピッチ）で形成された第１保持溝２３ａと、この第１保持溝２３ａ同士の間にあって、前記第１保持溝２３ａと同じピッチで形成された第２保持溝２３ｂとを有している。

この実施形態の場合、第１保持溝２３ａと第２保持溝２３ｂとが交互にそれぞれ等間隔で形成されているが、第１保持溝２３ａ同士の間隔及び第２保持溝２３ｂ同士の間隔が、ステータコア１０のスロット１２のピッチの整数倍ピッチであればよく、第１保持溝２３ａと第２保持溝２３ｂとの間隔は特に限定されない。また、この実施形態では、治具２０の軸部２１の外周から保持溝２３が半径方向に向けて放射状に形成されているが、保持溝２３を例えば、螺旋形状等の湾曲した形状でも良いし、放射方向に対して傾いた方向に形成することもできる。この場合、保持溝に収容できるコイル側辺を増やすことができる。

治具２０の第１保持溝２３ａには、コイルＣの一側辺Ｃａが挿入され、第２保持溝２３ｂにはコイルＣの他側辺Ｃｂが挿入されるようになっている。コイルＣは、治具２０の隣接する第１保持溝２３ａと、第２保持溝２３ｂとに挿入されて、治具２０の円周に沿って配列されるようになっている。

また、この製造装置は、上記治具２０の第１保持溝２３ａに挿入保持されたコイルＣを、ステータコア１０のスロット１２に押し込むための押出し手段として、押圧治具３０を有している。この押圧治具３０は、中心に軸３１を有している。この軸３１の外周には、軸方向に沿ったガイド溝３２が周方向に所定間隔で形成されており、軸３１の軸下端３５は縮径されて、前記治具２０の孔２２に挿入されるようになっている。

軸３１の外周には、環体３３が上下スライド可能に装着されている。環体３３は、軸３１のガイド溝３２に嵌合する内歯を内周に有している。環体３３の下面には、板状の複数枚のプッシャ３４が取り付けられており、各プッシャ３４は、軸３１の対応するガイド溝３２に嵌合し、軸３１に対して放射状に取付けられている。プッシャ３４は、その下方部分に軸３１に向けて次第に幅狭となるテーパ部３４ａを有している。軸３１のガイド溝３２及びプッシャ３４は、この実施形態の場合、ステータコア１０のスロット１２に一つおきに入るような数及びピッチで形成されている。

図２に示すように、治具２０はステータコア１０の内周に挿入され、コイルＣの挿入しようとする側辺部の保持溝２３が対応するスロット１２に位置するように、回転位置決めされた状態で、押圧治具３０を治具２０の上部に設置される。すなわち、押圧治具３０の軸下端３５を、治具２０の孔２２に挿入し、プッシャ３４がコイルＣの挿入しようとする側辺部が保持された保持溝２３に位置するように回転位置決めされる。

その状態で、押圧治具３０の環体３３を軸３１に沿って、下方にスライドさせることにより各プッシャ３４が対応する保持溝２３に挿入され、プッシャ３４のテーパ部３４ａによって、保持溝２３に保持されたコイルＣの対応する側辺部が外径側に押出され、対応するスロット１２に挿入されるようになっている。

図３〜図１１には、上記製造装置を用いた本発明によるステータの製造方法の一実施形態が示されている。

図３に示すように、治具２０の第１保持溝２３ａにコイルＣの一側辺Ｃａを挿入し、その第１保持溝２３ａに隣接する第２保持溝２３ｂに、コイルＣの他側辺Ｃｂを挿入する。こうして、複数のコイルＣを治具２０の円周に沿って配列する。

次に、コイルＣを保持溝２３に保持させた治具２０を、ステータコア１０の内周に挿入する。図３は、この状態を示している。治具２０は、各保持溝２３がステータコア１０の対応するスロット１２に整合するように回転位置決めされる。この状態で、前記図１及び図２に示した押圧治具３０を、治具２０の上部に設置し、プッシャ３４が第１保持溝２３ａに整合するように回転位置決めする。

そして、軸３１に対して環体３３を下方にスライドさせ、プッシャ３４をその下端から第１保持溝２３ａに挿入していく。すると、図４に示すように、第１保持溝２３ａに挿入されているコイルＣの一側辺Ｃａは、プッシャ３４のテーパ部３４ａによって押されて、外径側に押出され、ステータコア１０のスロット１２に挿入される。図５は、こうして、コイルＣの一側辺Ｃａを対応するスロット１２に完全に挿入した状態を示している。

次いで、図６に示すように、押圧治具３０の環体３３を引き上げて、プッシャ３４を第１保持溝２３ａから引き上げる。なお、押圧治具３０は、治具２０の上部に設置したままの状態で次の作業を行ってもよいが、一旦、押圧治具３０を治具２０から取外してもよい。

こうして、プッシャ３４を引き抜いた後、図７に示すように、治具２０を所定角度回動させ、コイルＣの他側辺Ｃｂが前記一側辺Ｃａが挿入されたスロット１２から、五つ先のスロット１２に整合するように回転位置決めされる。

そして、図８に示すように、プッシャ３４を、今度は第２保持溝２３ｂに整合するように回転位置決めさせ、その状態で環体３３を軸３１に対して下方にスライドして、プッシャ３４をその下端部から第２保持溝２３ｂに挿入する。その結果、第２保持溝２３ｂに挿入されていたコイルＣの他側辺Ｃｂが、外径側に押し出されてスロット１２に挿入される。

こうして、コイルＣはその一側辺Ｃａを一つのスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂをそこから五つ離れたスロット１２に挿入される。この挿入作業は複数のコイルＣに対して同時になされるため、図９に示すようにステータコア１０の端面から見て、コイルエンドが螺旋状をなすように、コイルＣが挿入された状態となる。

図１０は、こうして製造されたステータコアの側面図を表し、図１１は、同ステータコアの斜視図を表している。このように、ステータコア１０の両端面から、コイルＣが突出した部分であるコイルエンドは、その高さが比較的小さく、かつ、全周に亘って均一となる。

また、治具２０によって保持されたコイルＣの一側辺Ｃａを挿入した後、治具２０を回転位置決めした後に他側辺Ｃｂを挿入しているので、回転位置決めによってコイルＣが円周方向に好適に広げられて挿入される事となる。また、通常のステータコアの一端から他端に向かってコイルをインサートする方法と違い、ステータコア１０の内歯１１に対して内径側からコイルＣを挿入するため、コイルＣが円周方向に好適に広げられて挿入される事となる。従ってコイルエンドを小さくすることができる。

このステータコアは、各コイルＣが部分的に重なりながら、周方向に並んで配列されているため、モータにしたときのコギングトルクムラが極めて小さくなり、振動や騒音を著しく軽減することができる。また、コイルエンドがコンパクトで均一に突出した状態となるので、ステータコア１０やそれを用いて作られたモータをコンパクトにすることができる。

図１２〜１４には、本発明によるステータの製造方法の他の実施形態が示されている。この製造方法では、前記実施形態による製造工程が二回繰り返される。すなわち、ステータコア１０の各スロット１２には、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１の一側辺Ｃ１ａ又は他側辺Ｃ１ｂがスロット１２内の外径側に挿入され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２の一側辺Ｃ２ａ又は他側辺Ｃ２ｂがスロット１２内の内径側に挿入されている。すなわち、治具２０の第１保持溝２３ａからコイルを挿入されたスロット１２には、コイルＣ１,Ｃ２の一側辺Ｃ１ａ,Ｃ２ａが外内に重なって挿入され、治具２０の第２保持溝２３ｂからコイルを挿入されたスロット１２には、コイルＣ１,Ｃ２の他側辺Ｃ１ｂ,Ｃ２ａが外内に重なって挿入されている。

こうして形成されたステータコアは、図１２及び図１４に示すように、一回目の工程で挿入されたコイルＣ１のコイルエンドが外径側に螺旋状をなして形成され、二回目の工程で挿入されたコイルＣ２のコイルエンドがその内側に同じく螺旋状をなして形成された２重の螺旋形状をなしている。

この方法によれば、治具２０の保持溝２３に一つのスロット１２に挿入するのに、十分な量のコイルＣを挿入保持できない場合であっても、挿入操作を二回繰り返して、行うことにより図１３に示すように十分な量のコイルＣを挿入することが可能となる。なお、挿入工程は、二回に限定されるものではなく、三回以上繰り返して行うこともできる。

図１５及び図１６には、前記製造方法において、コイルＣの押出し手段を変えた他の実施形態が示されている。

この実施形態では、治具２０を例えばアルミニウムなどの非磁性体で形成し、コイルＣの両端部に、電源４０が接続され、治具２０の保持溝２３に挿入保持されたコイルに電流が流されるようになっている。図１５に示す状態で、第２保持溝２３ｂに挿入されたコイルＣの他側辺Ｃｂに対しては、第２保持溝２３ｂの出口部分に図示しないストッパーを設けておき、他側辺Ｃｂが外径側に押出されないようにしておく。この状態で、コイルＣに急峻な過渡電流を流すと、渦電流による反発力が作用して、コイルＣを外径側に押出そうとする力が作用する。

その結果、図１６に示すように、コイルＣの一側辺Ｃａが対応するスロット１２に挿入される。その後、一旦電流を切り、ステータコア１０に対して治具２０を所定角度回動させ、コイルＣの他側辺Ｃｂが所定のスロット、例えば、五つ離れたスロット１２に位置するように回転位置決めされる。そして、第２保持溝２３ｂのストッパーを解除して、前記と同様にコイルＣに電流を流すことにより、今度は他側辺Ｃｂを対応するスロット１２に挿入することができる。このように、電流を流すだけで、コイルを外径側に押出すことができるので、製造装置の構造が簡略化され、コイル挿入を迅速に行わせることができる。

図１７及び図１８には、本発明の製造方法において押出し手段を変えた更に他の実施形態が示されている。

この実施形態では、治具２０の各保持溝２３の間に位置する放射状の隔壁内に永久磁石Ｍがそれぞれ埋設して配置されており、この永久磁石Ｍによって、それぞれの保持溝２３を周方向に横切る磁界Ｇが形成されている。この状態で、電源４０によりコイルＣに電流を流すと、ローレンツ力が作用して、コイル側辺の一方には外径側に押出す力が作用し、他方には内径側に押付ける力が作用する。

図１７に示す状態では、コイルＣの一側辺Ｃａに外径側に押出す力が作用し、他側辺Ｃｂには内径側に押付ける力が作用する。その結果、図１８に示すように、コイルＣの一側辺Ｃａは対応するスロット１２に挿入され、他側辺Ｃｂは第２保持溝２３ｂに挿入された状態を保持される。

こうして、コイルＣの一側辺Ｃａをスロット１２に挿入した後、ステータコア１０に対して治具２０を所定角度回転させ、コイルＣの他側辺Ｃｂが挿入された第２保持溝２３ｂが、所定のスロットに位置するように回転位置決めされる。

そして、前述したように、第２保持溝２３ｂが所定のスロットに配置された後、電源４０のスイッチを切替えて、今度は電流を前記と反対方向に流す。コイルＣの他側辺Ｃｂには外径側に押出す力が作用し、コイルＣｂが対応するスロット１２に挿入される。

図１９及び図２０には、本発明の製造方法において押し出し手段を変えた更に他の実施形態が示されている。

この実施形態は、基本的には、図１７及び図１８に示した実施形態と同様であるが、永久磁石Ｍの代わりに電磁石Ｅｍが用いられている点が異なっている。すなわち、各保持溝２３の間に形成された隔壁に軸方向に延びる挿入溝を形成しておき、この挿入溝に電磁石Ｅｍが挿入され、この電磁石Ｅｍに図示しない電源回路から電流を流すことにより、各保持溝２３を周方向に横切る磁界Ｇを形成する。したがって、この状態でコイルＣに電流を流すことにより、前記実施形態と同様に、コイルＣの一方の側辺には外径側に押出す力を作用させ、他方の側辺には内径側に押付ける力を作用させることができ、後は前記実施形態と同様な方法で、各コイルをスロット１２に挿入することができる。

なお、一側辺Ｃａをスロット１２に挿入後、他側辺Ｃｂをスロット１２に挿入する際にコイルＣを流す電流の向きを反対方向にする代わりに、電磁石Ｅｍに流す電流の向きを反対方向にして磁界Ｇの向きを逆にしてもよい。

図１９は、コイルＣの一側辺Ｃａを、外径側に押出す状態を示し、図２０は、該一側辺Ｃａをスロット１２内に挿入した状態を示している。

図２１〜２３には、本発明の製造方法において、押し出し手段を変えた更に他の実施形態が示されている。

この実施形態では、コイルＣの押出し手段として、引き出し装置５０が用いられている。引き出し装置５０は、ステータコア１０の両端面に配置され、この両端面の近傍において半径方向に進退可能に設けられたアーム５１と、このアーム５１の先端部に取付けられたフック５２とを有している。そして、アーム５１をステータコア１０の内径方向に進入させ、フック５２をコイルＣのいずれかの側辺に引っ掛かけた後、アーム５１を外径方向に引き戻すことによって、コイルＣの側辺を外径側に引き出すような動作をするようになっている。ステータコア１０の両端面近傍に配置された一対の引き出し装置５０により、コイルＣの側辺を５２に引き掛けて外径側に引き寄せることにより、コイルＣは保持溝２３からステータコア１０の対応するスロット１２内に押し込まれるようになっている。

図２１においては、一対の引き出し装置５０しか図示していないが、実際には、各コイルＣに対応して一対ずつの引き出し装置５０が、ステータコア１０の外周に放射状に配置されている。なお、図２１においては、一つのコイルＣしか図示されていないが、実際には複数のコイルＣが治具２０の円周に沿って一列に配列された状態となる。

図２２は、上記引き出し装置５０によって、コイルＣの一側辺Ｃａをスロット１２に挿入した状態を示している。こうして、コイルＣの一側辺Ｃａをスロット１２に挿入した後、治具２０を所定角度回転させて、コイルＣの他側辺Ｃｂを保持する第２保持溝２３ｂが所定のスロット１２に整合するように位置決めする。その状態で、再び前記引き出し装置５０により、コイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に引っ張り出すことにより、第２保持溝２３ｂからコイルＣの他側辺Ｃｂを対応するスロット１２内に挿入することができる。

図２３は、こうしてコイルＣの両側辺Ｃａ、Ｃｂを対応するスロット１２に挿入した状態を示している。なお、図２２、２３においては、コイルＣが一つしか図示していないが、実際には、複数のコイルＣが治具２０に保持されており、放射状に配列された複数組の引き出し装置５０によって、各コイルＣの挿入動作が同時になされることになる。

図２４には、本発明による製造方法において、押出し手段を変えた更に他の実施形態が示されている。

この実施形態では、押出し手段として空圧装置６０が用いられている。空圧装置６０は、圧縮された空気を送り込む空圧機６１と、この空気を供給するチューブ６２と、このチューブ６２の先端部に取付けられたノズル６３とを有し、ノズル６３は円筒形状をなして、その周面に多数の噴出孔６４が形成されている。治具２０には、その中心に孔２５が設けられ、この孔２５内に上記ノズル６３が挿入されるようになっている。治具２０の保持溝２３は、それらの内径側端部に、前記孔２５に連通するスリット状の開口部が形成されている。したがって、治具２０の孔２５内にノズル６３を配置し、空圧機６１によってチューブ６２を通してノズル６３を圧縮空気を供給することにより、ノズル６３の噴出孔６４から圧縮空気が吹き出され、治具２０の保持溝２３の内径側の開口部から圧縮空気が送り出されて、保持溝２３に保持されたコイルＣが所定のスロット１２に押し込まれるようになっている。なお、この空圧装置６０は、前述した各押出し手段と併用して用いることもできる。

図２５〜図２８には、本発明による製造方法の更に他の実施形態が示されている。

この実施形態では、治具２０の保持溝２３の第１保持溝２３ａと第２保持溝２３ｂとが、ステータコア１０のスロット１２に対応して1組ずつ設けられている。すなわち、図３等に示した治具２０に比べて、保持溝の数が倍の数となっている。つまり第１保持溝はスロット１２のピッチの１倍で形成されている。その結果、各保持溝２３が内径側に向かうにつれて、それぞれの間隔が著しく狭くなるため、各保持溝２３の内径側の溝幅が外径側の溝幅に比べて狭くなるように形成されている。なお、治具２０の強度が充分確保できる場合や、図１２〜１４のように挿入工程を二回以上にして一度に挿入するコイルＣの本数が少なくて済む場合、ステータコア１０や治具２０が充分大きく、保持溝の数が倍になっても間隔が確保できる場合などは、保持溝２３の内径側の溝幅を狭くする必要はない。コイルＣは、その一側辺Ｃａを第１保持溝２３ａに挿入保持され、他側辺Ｃｂを該第１保持溝２３ａに隣接する第２保持溝２３ｂに挿入保持されている。こうして、ステータコア１０のスロット１２の数と同じ数のコイルＣが治具２０の円周方向に沿って配列される。

図２５は、この治具２０をステータコア１０の内周に挿入配置し、第１保持溝２３ａを対応する各スロット１２に整合するように回転位置決めした状態を示している。この状態で前述した押出し手段、例えば、図１に示す押圧治具３０等を用いて、第１保持溝２３ａに保持されたコイルＣの一側辺Ｃａを対応するスロット１２に押し込むことができる。

図２６は、こうしてコイルＣの一側辺Ｃａを対応する各スロット１２に押し込んだ状態を示している。すなわち、ステータコア１０の全スロット１２に対応するコイルＣの一側辺Ｃａが押し込まれる。

次に図２７に示すように、治具２０を所定角度回転させて、コイルＣの他側辺Ｃｂを保持する第２保持溝２３ｂが所定のスロット１２、この実施形態の場合は、前記一側辺Ｃａが挿入されたスロットから、五つ離れたスロット１２に整合するように位置決めされる。この状態で、再び前記押圧治具３０等の押し出し手段を用いて、第２保持溝２３ｂに保持されたコイルＣの他側辺Ｃｂを外径側に押出し、対応するスロット１２に挿入する。その結果、図２８に示すように、各スロット１２内の外径側には、コイルＣの一側辺Ｃａが挿入され、該スロット１２内の内径側には他のコイルＣの他側辺Ｃｂが挿入されて、一つのスロット１２内に二つのコイルが挿入された状態となる。こうして得られたステータコア１０においても、外径側に位置する一側辺Ｃａと、内径側に位置する他側辺Ｃｂとを有するコイルが、ステータコア１０の端面において螺旋状に重なったコイルエンドをなす形状となる。

図２９は、各保持溝２３に各コイルＣのコイル線が１本ずつ一列で挿入配置される場合をモデルにして、スロット１２内に充填されるコイルＣの総断面積Ｓｃｕ、保持溝の幅ｄ、スロット数Ｓｌｏｔ、ステータ内半径Ｒｉｎのそれぞれの関係を考察するための説明図である。

すなわち、治具２０の保持溝２３にコイルＣの線を一列に配列して、保持溝２３からステータコア１０のスロット１２に挿入する場合であって、スロット１２に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、ステータコア１０の内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、保持溝の幅をｄとしたとき、以下の数式１、２が成り立つ。
（各スロットにコイルが一つだけ入る場合：例えば図３−１１の実施形態の場合）
[数式１]
Ｓｃｕ＞（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ＝｛Ｒｉｎ−（ｄ×Ｓｌｏｔ／（２π））｝×ｄ＝Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／２π
（各スロットにコイルが二つずつ入る場合：例えば図２５−２８の実施形態の場合）
[数式２]
Ｓｃｕ＞（Ｒｉｎ−Ｒｄｄ）×ｄ×２＝｛Ｒｉｎ−（ｄ×２×Ｓｌｏｔ／（２π））｝×ｄ×２＝２・Ｒｉｎ・ｄ−２・Ｓｌｏｔ・ｄ^２／π

したがって、上記数式が適用できるステータコアに対しては、治具２０の保持溝２３にコイルＣの線を一列に配列して、保持溝２３からステータコア１０のスロット１２に挿入することが可能であり、本発明の製造方法を好適に実施することができる。

図３０及び図３１には、本発明による製造方法の更に他の実施形態が示されている。

この実施形態においては、コイルＣの一側辺Ｃａをステータコア１０のスロット１２に挿入し、治具２０を所定角度回動させて、他側辺Ｃｂを保持する保持溝２３ｂを所定のスロット１２に位置決めする際、ステータコア１０及び治具２０の両端面から突出するコイルエンドを一対の回転補助治具７０によって、治具２０に向けて軸方向に押圧するようにしている。

すなわち、図３０に示すように、上記回転補助治具７０は、治具２０の両端面の孔２２に挿入される支軸７１と、この支軸７１にスライド可能に装着された筒体７２と、この筒体７２の治具２０側の端部に取付けられたフランジ状の押圧板７３とを有しており、筒体７２及び押圧板７３を図中矢印で示すように支軸７１に沿ってスライドさせることにより、コイルエンドを軸方向に押圧するようにしている。

図３１において、Ｔはステータコア１０及び治具２０の厚さである。同図（Ａ）は、コイルＣのコイルエンドを押圧しない状態を示し、コイルＣは、ステータコア１０及び治具２０の軸方向にＬ１の長さで伸びたループをなし、コイルエンドが長く突出している。これに対して、同図（Ｂ）は、コイルＣのコイルエンドを上記回転補助治具７０の押圧板７３によって押圧した状態を示し、コイルＣは、ステータコア１０及び治具２０の軸方向長さＬ２が短くなって、図中矢印で示すように幅方向に広がる。

その結果、ステータコア１０に対して治具２０が回動して、コイルＣのループが押し広げられるときに、上記回転補助治具７０の押圧板７３によってコイルエンドを押圧することにより、コイルＣが幅方向に広がるため、コイルＣの剛性に抗してコイルを広げるために治具２０にかかる力を軽減することができ、治具２０の保持溝２３ａ，２３ｂの隔壁部分が変形したりすることを防止することができる。

なお、上記各実施例において、電磁吸引力を利用してコイルＣをスロット１２内に保持するようにしても良い。例えば、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）挿入後の状態でコイルＣに電流を流しつづけることで、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）を磁性体であるステータコア１０に押し付けておくことができる。ただしローレンツ力を利用した押出し手段の場合は、他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）が保持溝２３ｂから出ない向きに電流を流すか、電磁石Ｅｍを使った場合は電磁石に流す電流を止めて磁界Ｇをなくすようにする。こうすることで確実に一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）をスロット１２内に保持することができる。

また、同様に他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）挿入後の状態でコイルＣに電流を流しつづけることによっても、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）と他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）を確実にスロット１２内に保持することができる。

また、一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）挿入後、治具２０を回転位置決めする際にコイルＣに電流を流しつづけることで、治具２０の回転による力で一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）がスロット１２から出てくることが抑制され、ステータコア１０と治具２０との間にはさみこまれることが抑制される。ローレンツ力を利用して押出し手段の場合は、他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）が保持溝２３ｂから出ない向きに電流を流すことでさらに、他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）を保持溝２３ｂに確実に保持することができ、治具２０の回転による力で他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）が保持溝２３ｂから出てくることが抑制され、ステータコア１０と治具２０との間にはさみこまれることが抑制される。

ここで電磁吸引力を発生させるのに流す電流は、コイルＣに渦電流による反発力が無視できる電流であれば良く、例えば、２０Ｈｚ以下の交流や直流であれば良い。

また、上記実施の形態では一側辺Ｃａ（Ｃ１ａ，Ｃ２ａ）が挿入されたスロットから五つ先のスロット１２へ他側辺Ｃｂ（Ｃ１ｂ，Ｃ２ｂ）を挿入したが、五つ先に限られない。

また、図１２〜１４で、各スロットにコイルが一つだけ入る場合において二回以上挿入工程を行うことを示したが、図２５〜２８に示す各スロットにコイルが二つずつ入る場合においても二回以上挿入工程を行っても良い。

本発明によるステータの製造装置の一実施形態を示す斜視図である。 同製造装置を組付けた状態を示す斜視図である。 本発明によるステータの製造方法の一実施形態において、コイルを保持した治具をステータコアの内周に挿入した状態を示す平面図である。 同実施形態において、治具の保持溝に押圧治具のプッシャを挿入し、コイルの一側辺をスロットに挿入する状態を示す平面図である。 同実施形態において、プッシャを更に押し込み、コイルの一側辺をスロットに完全に挿入した状態を示す平面図である。 図５の状態からプッシャを抜いた状態を示す平面図である。 コイルの他側辺を保持する第２保持溝が所定のスロットに位置するように治具を所定角度回転させた状態を示す平面図である。 第２保持溝にプッシャを挿入して、コイルの他側辺を対応するスロットに挿入した状態を示す平面図である。 同実施形態で得られたステータのコイルエンドの形状を示す平面図である。 同ステータの側面図である。 同ステータの斜視図である。 本発明のステータの製造方法の他の実施形態を示す模式平面図である。 同実施形態で得られるステータのスロット内に充填されたコイルを断面にして示す説明図である。 同実施形態で得られるステータの端面形状を示す平面図である。 本発明によるステータの製造方法の他の実施形態を示す説明図である。 同実施形態においてコイルの一側辺をスロットに挿入した状態を示す説明図である。 本発明によるステータの製造方法の他の実施形態を示す説明図である。 同実施形態においてコイルの一側辺をスロットに挿入した状態を示す説明図である。 本発明によるステータの製造方法の他の実施形態を示す説明図である。 同実施形態においてコイルの一側辺をスロットに挿入した状態を示す説明図である。 本発明によるステータの製造方法の他の実施形態を示す説明図である。 同実施形態においてコイルの一側辺をスロットに挿入した状態を示す説明図である。 同実施形態によりステータコアのスロットにコイルの両側辺を挿入した状態を示す斜視説明図である。 本発明によるステータの製造方法の更に他の実施形態を示す説明図である。 本発明によるステータの製造方法の更に他の実施形態を示す部分拡大平面図である。 同実施形態においてコイルの一側辺をスロットに挿入した状態を示す部分拡大平面図である。 同実施形態においてコイルの他側辺を保持する第２保持溝が対応するスロットに整合するように回転位置決めした状態を示す部分拡大平面図である。 同実施形態によりコイルを挿入されたステータコアのコイルエンドの形状を示す説明図である。 治具の保持溝とステータコアのスロットとの関係を考察するための説明図である。 本発明によるステータの製造方法の更に他の実施形態で使用される回転補助治具を示す説明図である。 同実施形態において、コイルエンドを押圧する前と押圧した後の状態を示す説明図である。

符号の説明

１０ ステータコア
１１ 内歯
１２ スロット
２０ 治具
２１ 軸部
２２ 孔
２３ 保持溝
２３ａ 第１保持溝
２３ｂ 第２保持溝
２５ 孔
３０ 押圧治具
３１ 軸
３２ ガイド溝
３３ 環体
３４ プッシャ
３４ａ テーパ部
３５ 軸下端
４０ 電源
５０ 引き出し装置
５１ アーム
５２ フック
６０ 空圧装置
６１ 空圧機
６２ チューブ
６３ ノズル
６４ 噴出孔
７０ 回転補助治具
７３ 押圧板
Ｃ、C１、C２ コイル
Cａ、C１ａ、C２ａ 一側辺
Cｂ、C１ｂ、C２ｂ 他側辺
Ｅｍ 電磁石
Ｇ 磁界
Ｍ 永久磁石
Ｒｉｎ ステータ内半径
Ｓｃｕ 総断面積
Ｓｌｏｔ スロット数
ｄ 保持溝の幅

Claims (11)

1. 予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれスロットに挿入し、その後、前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入して形成されるステータを製造する方法において、
   スリット状の複数の保持溝からなりステータコアのスロットのピッチの整数倍ピッチで形成される第１保持溝群と、前記第１保持溝群の保持溝と同数の保持溝からなり前記第１保持溝群と同じピッチで形成される第２保持溝群とが外周に形成された治具を用い、
   予め巻線された複数のコイルの一側辺を、前記第１保持溝群に、他側辺を、前記第２保持溝群のうちの、前記一側辺を挿入した保持溝と隣接する保持溝にそれぞれ挿入して、各コイルを前記治具の円周に沿って配列し、
   この治具を前記ステータコアの内周に挿入して、各コイルの一側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入し、
   前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させて、前記第２保持溝群が、前記ステータコアの対応するスロットに整合するように位置決めした後、前記他側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入することを特徴とするステータの製造方法。
2. 前記治具による前記一側辺と前記他側辺のスロットへの挿入操作を二回以上繰り返して行うことにより、コイルを重ねて挿入する請求項１記載のステータの製造方法。
3. 前記押出し手段として、先端に向かうほど幅狭となる板状のプッシャが、前記保持溝に対応して配置された押圧治具を用い、この押圧治具の前記プッシャを、対応する前記各保持溝に先端から挿入し、前記保持溝に挿入されたコイルを外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入する請求項１又は２記載のステータの製造方法。
4. 前記押出し手段として、コイルに電流を流すことにより、渦電流による反発力を発生させる手段を用い、前記反発力によってコイルを前記治具の保持溝から外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入する請求項１又は２記載のステータの製造方法。
5. 前記押出し手段として、前記治具の前記保持溝を横断する磁界を発生させ、その状態でコイルに電流を流すことにより、ローレンツ力を発生させる手段を用い、このローレンツ力によってコイルを前記治具の保持溝から外径側に押出して前記ステータコアの対応するスロットに挿入する請求項１又は２記載のステータの製造方法。
6. 前記ステータコアのスロットに挿入後のコイルに対して、直流電流又は２０Ｈｚ以下の低周波の交流電流を流して、コイルをステータコアに押し付ける請求項１〜５のいずれか１つに記載のステータの製造方法。
7. 各コイルの一側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入した後、前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させる際に、コイルに直流電流又は２０Ｈｚ以下の低周波の交流電流を流して、コイルの一側辺をステータコアに押し付け、他側辺を治具に押し付けながら治具を回転させる請求項１〜６のいずれか１つに記載のステータの製造方法。
8. 各コイルの一側辺を押出し手段によって外径側に押出して、前記ステータコアの対応するスロットに挿入した後、前記治具を前記ステータコアのスロットに対して所定角度回動させる際に、各コイルの前記ステータコア及び前記治具の両端面から突出したコイルエンドを、一対の回転補助治具によって前記治具に向けて軸方向に押圧させる請求項１〜７のいずれか１つに記載のステータの製造方法。
9. コイルの一側辺をステータコアのスロットの一つ置きに挿入し、その後、コイルの他側辺を残りのスロットに挿入することにより、一回の操作で、各スロットに各コイルの側辺を１つずつ挿入する請求項１〜８のいずれか１つに記載のステータの製造方法。
10. 前記ステータコアのスロット内に挿入されるコイル断面積の合計をＳｃｕとし、前記ステータコアの内半径をＲｉｎとし、スロット数をＳｌｏｔとし、保持溝の幅をｄとしたとき、以下の式が成り立つステータコアに適用される請求項９記載のステータの製造方法。
    Ｓｃｕ＞Ｒｉｎ・ｄ−Ｓｌｏｔ・ｄ^２／２π
11. ステータコアのスロットに予め巻線された複数のコイルの一側辺をそれぞれ挿入し、次いで前記複数のコイルの他側辺をそれぞれ他のスロットに挿入してステータを製造する装置において、
    ステータコアの内周に挿入できると共に、スリット状の複数の保持溝からなりステータコアのスロットのピッチの整数倍ピッチで形成された第１保持溝群と、前記第１保持溝群の保持溝と同数の保持溝からなり前記第１保持溝群と同じピッチで形成された第２保持溝群とが外周に形成された治具と、
    この治具の前記第１保持溝群及び第２保持溝群に挿入保持された前記コイルの一側辺及び他側辺をそれぞれ対応するスロットに挿入する押出し手段とを備えていることを特徴とするステータの製造装置。

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