Comb device, for receiving hairpins to be subsequently transferred into the slots of a motor stator, and method of use

Abstract

A comb device, for receiving a group of hairpins (H) to be subsequently transferred into the slots of a motor stator, includes a cylindrical comb core (2-2) with a circumferential array of uniformly distributed axial slots (2-23) into which a plurality of hairpins (H) can be inserted. The axial slots (2-23) of the comb core (2-2) also open radially outwardly on apertures (2-24) of the lateral surface (2-21) of the comb core (2-2). A circumferential array of clamp elements (2-12) are radially slidably mounted within the slots (2-23) through the apertures (2-24). A driving mechanism can simultaneously drive a radial movement of all the clamp elements (2-12) within the respective slots (2-23). The clamp elements (2-12) are moved radially outwardly while hairpins (H) are being inserted into the slots (2-23) of the comb core (2-2), so as to progressively leave more space along a radial direction within the slots (2-23) for the hairpins (H) to be positioned within the slots (2-23). Once all the hairpins (H) have been positioned in the comb core (2-2), an upper lifting plate (2-6) arranged above the comb core is raised to move the hairpins (H) to a position projecting further upwardly from the comb core (2-2). The upper lifting plate (2-6) is then returned to its start position adjacent the comb core (2-2), after that the clamp elements (2-12) have been driven to clamp the hairpins (H), so that the hairpins (H) remain in the position projecting upwardly from the comb core (2-2) in which the group of the hairpins (H) can be picked-up and separated as a whole from the comb core (2-2).

Description

Comb device, for receiving hairpins to be subsequently transferred into the slots of a motor stator, and method of useTECHNICAL FIELD

[0001] The present invention generally refers to systems and methods for the manufacture of motor stators and relates in particular to a comb device for receiving a group of hairpins to be subsequently transferred into the slot of a motor stator.BACKGROUND

[0002] According to a conventional technique, during manufacture of a motor stator, the stator windings are obtained by providing flat wires in the form of hairpins which are manually plugged into the slots of the stator core. Due to the large number and variety of the hairpins, when workers repeatedly perform this operation, it is inevitable that they can be distracted and misplace the hairpins, thus causing errors in the positions of the stator windings. As a result, the motor stator cannot be used and needs to be reworked, greatly reducing the production efficiency.

[0003] Various solutions have been proposed for automatically performing the operation of inserting the hairpins into the slots of a motor stator, all of which however have proved to be not completely satisfactory.

[0004] In document EP 3 868 006 B1, on which the preamble of claim 1 is based, a method for manufacturing a motor stator has been proposed, in which a stator core template is provided. The hairpins are inserted into slots of the template to form a complete nest of hairpins which are subsequently transferred into the slots of a “real” stator core. During insertion of the hairpins into the slots of the template, groups of hairpins are inserted in a first position within the slots and then are radially inwardly moved by pushers towards their final intended position. However, in this solution the above-mentioned pushers engage the portions of the hairpins projecting outwardly from the template, which might result in undesired deformations of the hairpins.

[0005] Therefore, there is still a need of a fully satisfactory solution in this field.

[0006] The object of the present invention is that of solving the above-mentioned problem, by enabling the manufacture of a motor stator to be  performed automatically, with a high production efficiency and yet ensuring high precision and quality.SUMMARY

[0007] In view of achieving the above-mentioned object, the invention is directed to a comb device, for receiving a group of hairpins to be subsequently transferred into the slots of a motor stator, said comb device comprising a cylindrical comb core having a cylindrical lateral surface and two opposite end surfaces and a circumferential array of uniformly distributed axial slots which open at their two opposite ends on the two opposite end surfaces of the comb core, said slots being configured for receiving therein a plurality of hairpins,

[0008] said comb device being characterized in that said axial slots of the comb core also open radially outwardly on apertures of the lateral surface of the comb core, and in that said comb device further comprises:

[0009] a circumferential array of clamp elements radially slidably mounted within said slots of the comb core through said apertures on the lateral surface of the comb core, said clamp elements being configured for clamping the hairpins within said slots after that all the hairpins have been positioned within said slots, and

[0010] a driving mechanism for simultaneously driving a radial movement of all the clamp elements within the respective slots of the comb core.

[0011] In a preferred embodiment, said driving mechanism for simultaneously driving a radial movement of all the clamp elements includes:

[0012] a circumferential array of radial driving members, surrounding the array of clamp elements, outside the comb core, each driving member being operatively connected to a respective one of said clamp elements, said driving members being radially slidably guided within radial guiding passages of a stationary annular plate,

[0013] a driving annular plate, surrounding the comb core and rotatably mounted around a main axis of the comb core on said stationary annular plate,

[0014] said driving annular plate having a plurality of spiral slits engaged by cam-followers which are carried by said driving members, said spiral slits being configured so that a rotation of said driving annular plate between two  end positions causes a radial movement of said driving members, and hence of said clamp elements, between two end positions, and

[0015] an actuator for rotating said driving annular plate between said two end positions.

[0016] In the preferred embodiment, said spiral slits are configured so that a rotation of the driving annular plate at a constant speed causes a radial movement of the clamp elements at a constant speed.

[0017] Furthermore, in the preferred embodiment, each spiral slit is engaged by two cam-followers carried by two driving members which are adjacent to each other, so that the number of spiral slits is half the number of the clamp elements.

[0018] According to a further preferred feature, each driving member is a rod-like member having one end hinged to the respective clamp element and the opposite end carrying a respective cam-follower.

[0019] According to a further preferred feature, the comb device includes an upper lifting plate arranged above the upper end surface of the comb core and having a circumferential array of slots which correspond in number and positions with the slots of the comb core, so that when hairpins are being axially plugged into the slots of the comb core, the hairpins first engage the slots of said upper lifting plate and then the slots of the comb core. The upper lifting plate is connected to an actuator which is operable for:

[0020] - once all the hairpins have been positioned into the comb core, raising said upper lifting plate from a position adjacent the comb core to a raised position, spaced apart upwardly from the comb core, in which the upper lifting plate causes the hairpins to project further upwardly from the upper end surface of the comb core, and

[0021] - subsequently returning the upper lifting plate to its start position adjacent the comb core, after that the clamp elements have been driven to clamp the hairpins within the comb core, so that the hairpins remain in said position projecting upwardly from the comb core in which the group of the hairpins can be picked-up and separated as a whole from the comb core.

[0022] According to a further feature, during insertion of the hairpins into the comb core, said driving mechanism is operable for progressively moving the clamp elements radially outwardly while hairpins are being inserted into the  slots of the comb core, so as to progressively leave more radial space within the slots for the hairpins to be positioned within the slots.

[0023] The invention is also directed to a method for obtaining a group of hairpins (H) to be transferred into the slots of a motor stator as implemented by means of the above-described comb device.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0024] Figure 1 is a perspective view of the system including a comb device according to the invention and a robot for plugging hairpins into the comb device,

[0025] Figure 2 is a perspective view of the comb device of Figure 1, with a covering plate removed,

[0026] Figure 3 is a perspective view of a stationary annular plate with a circumferential array of guiding passages having a T-shaped cross-section, Figure 4 is a perspective view of the comb core with a group of hairpins inserted therein, also showing two clamp elements slidable within slots of the comb core, with two driving members connected to the clamp elements,

[0027] Figure 5 is a perspective view of a driving annular plate which is part of the driving mechanism for causing radial movement of the clamp elements within the slots of the comb core,

[0028] Figure 6 is a perspective view from below, showing the system for actuating the vertical movement of the upper lifting plate of the comb device of the invention,

[0029] Figure 7 is a cross-sectional view in a vertical plane of the unit of Figure 6,

[0030] Figure 8 is perspective view of the comb core forming part of the comb device according to the invention,

[0031] Figure 9 is a detail at an enlarged scale of a single clamp element with the associated driving member,

[0032] Figure 10 is a perspective view of the stationary annular plate of Figure 3, showing also the driving members which are slidably guided within the guiding passages of the plate,

[0033] Figure 11 is a partial perspective view of the comb device, with the covering plate removed,

[0034] Figure 12 shows a detail of the annular driving plate, at an enlarged scale,

[0035] Figure 13 is a perspective view of the upper portion of the comb device, with a group of hairpins inserted therein,

[0036] Figures 13A-13D show different stages of the process for inserting the hairpins,

[0037] Figures 14-16 show three different stages of the operation for bringing the entire group of hairpins, after insertion thereof, to a position projecting further upwardly from the comb device of the invention.DETAILED DESCRIPTION

[0038] In Figure 1, reference numeral 2 generally designates an example of a comb device according to the present invention. The comb device 2 includes a cylindrical comb core 2-2, better shown in Figure 8, having slots 2-23 for receiving a group of hairpins H.

[0039] Figure 1 shows one hairpin H carried by a gripper 1-2 of a robot 1-1, which is used for automatically plugging the hairpins H into the slots 2-23 (figure 8) of the comb core 2-2 of the comb device 2. The comb device of the invention is used to enable a complete group of hairpins to be automatically plugged into the slots of a comb core, after which the complete group of hairpins can be transferred from the comb core into the slots of a motor stator.

[0040] As shown in detail in Figure 8, the cylindrical comb core 2-2 has a cylindrical lateral surface 2-21, and two opposite end surfaces 2-22. The comb core 2-2 has a circumferential array of uniformly distributed axial slots 2-23 which extend axially from one end surface 2-22 to the other, so that the slots open at the two opposite ends of the comb core 2-2.

[0041] The slots 2-23 also open radially outwardly, on apertures 2-24 of the outer surface 2-21 of the comb core.

[0042] Reverting to Figure 1, each hairpin has a general U-shape configuration, with two legs and an upper bridge portion. The hairpins H are plugged into the slots 2-23 of the comb core 2-2 with their legs oriented downwardly.

[0043] In a preferred embodiment, the hairpins H are of a type defined by a wire having a flat, non-circular cross-section.

[0044] Referring to Figure 2, the example of the comb device illustrated therein includes a stationary frame 2-0 carrying a stationary plate 2-1 on which the comb core 2-2 is locked in position (see also Figure 7) by any known means. This stationary plate 2-1 carries, by means of a number of supports 2-3, an annular stationary plate 2-4, better shown in Figures 3 and 10, which surrounds the comb core 2-2.

[0045] The comb device of the invention further includes a circumferential array of clamp elements 2-12 radially slidably mounted within the slots 2-23 of the comb core 2-2, through the apertures 2-24 of the lateral surface 2-21 of the comb core. In the illustrated example, the comb core has 48 slots 2-23, so that 48 clamp elements 2-12 are provided, each clamp element 2-12 being slidable radially within a respective slot 2-23 through to the openings 2-24.

[0046] Figure 9 of the drawings shows, at an enlarged scale, the detail of a single clamp element 2-12. Each slot 2-23 of the comb core 2-2 (Figure 8) is formed with a rectangular cross-section, defined by two parallel side surfaces. Correspondingly, each clamp element 2-12 is in form of a vertical plate, slidably mounted between the two-side surfaces of each slot 2-23, the vertical dimension of each clamp element 2-12 being lower than the vertical dimension of the openings 2-24 of the slots 2-23 on the lateral surface 2-21 of the comb core 2-2.

[0047] As shown in greater detail in Figure 9, each clamp element 2-12 is driven by a driving member 2-9 in the form of a rod member with an inverted T-shaped cross-section.

[0048] Each driving rod member 2-9 has one end hinged to the respective clamp element 2-12 at 2-11, around a vertical axis, and has the opposite end carrying a cam-follower 2-10 in form of a freely rotatable roller, whose function will become clear in the following.

[0049] The driving rod members 2-9, associated with the clamp elements 2-12, are radially guided within the radial guiding passages 2-4 of the stationary annular plate 2-4 (see Figures 3, 10) .

[0050] In the illustrated example, the stationary annular plate 2-4 has a projecting peripheral edge for rotatably supporting an annular driving plate 2-8 (see Figure 5) above the stationary annular plate 2-4.

[0051] As shown in Figures 11, 12, the driving annular plate 2-8 has a plurality of spiral slits 2-81 engaged by respective cam-followers 2-10 carried by respective driving members 2-9.

[0052] In the illustrated example, each spiral slit 2-81 is engaged by two cam-followers 2-10 carried by two adjacent driving members 2-9 which are operatively connected to two respective clamp elements 2-12.

[0053] The spiral slits 2-81 are configured in such a way that a rotation of the driving plate 2-8 between two end positions causes a radial movement of each clamp element 2-12 between two end positions. Most preferably, the spiral-slit 2-81 are so configured that a rotation of the driving plate 2-8 at a constant speed causes a radial movement of the clamp elements 2-12 at a constant speed.

[0054] As indicated, each spiral-slit 2-81 is engaged by two cam-followers 2-10. Therefore, the number of spiral slits 2-81 is half the number of the clamp elements 2-12. Therefore, for a comb core having 48 slots, 48 clamp elements 2-12 are provided, while only 24 spiral slits 2-81 are provided in the driving plate 2-8. Due to the above indicated arrangement, the two driving members 2-9 carrying the cam-followers 2-10 which are engaged within a same spiral-slit 2-81 have a different length.

[0055] As it will be understood, the above indicated preferred configuration enables the driving plate 2-8 to be made with a simpler configuration.

[0056] In the illustrated example, rotation of the annular driving plate 2-8 is controlled by a motor 2-5 carried by the stationary base plate 2-1. Motor 2-5 controls the rotation of a crank 2-51, carrying a roller 2-7 engaged within a slot 2-82 of a radial extension 2-83 of the driving annular plate 2-8.

[0057] In the illustrated example, the comb device of the invention further includes an upper lifting plate 2-6, arranged above the upper end surface of the comb core 2-2 and having a circumferential array of radial slots 2-61 (Figure 13) corresponding in number and positions with the slots 2-23 of the comb core 2-2, so that when the hairpins H are axially plugged into the slots 2-23 of the comb core 2-2, they first engage from above the slots 2-61 of the upper lifting plate 2-6 and then the slots 2-23 of the comb core 2-2.

[0058] The upper lifting plate 2-6 is operatively connected to the stem 2-14 of a cylinder 2-13. With reference to the Figures 6-7, the cylinder 2-13 is arranged vertically below the stationary plate 2-1, along the axis of the comb  core 2-2. The body of cylinder 2-13 is carried by a plate 2-131 which is supported by connecting rods 2-16 secured to the lower end surface of comb core 2-2. The cylinder 2-13 has a stem 2-14, having an upper end connected to the central portion of the lifting upper plate 2-6. In addition, the upper plate 2-6 is connected to guiding rods 2-15 (Figure 6) which are slidably guided through passages 2-25 (Figure 8) of the comb core 2-2.

[0059] With reference to Figure 1, a dustproof covering plate 2-17 is secured on the upper peripheral edge 2-42 of the stationary plate 2-4. The peripheral edge 2-42 is interrupted at a portion 2-43 (Figure 3) so as to leave space for the radial extension 2-83 of the driving plate 2-8.

[0060] In operation, during the stage in which the hairpins H are plugged through slots 2-61 of the upper plate 2-6 and through the slots 2-23 of the comb core 2-2, the upper plate 2-6 is in the lower position shown in Figure 14, adjacent to the upper end surface of the comb core 2-2.

[0061] Figures 13A-13D show different stages of the hairpin insertion process. Figure 13A show an initial stage in which a first set of hairpins H have been inserted into slots, with the clamp elements 2-12 being arranged in a radially innermost position. After the insertion of this first set of hairpins, the clamp elements 2-12 are slightly moved radially outwardly to leave a radial space within each slot slightly greater that the radial dimensions of two wires (see figures 13B, 13C) so that a second wire H2 can be introduced radially outside a first wire H1 which has been previously inserted. The clamp elements are then progressively moved radially outwardly, to enable a total of six wires (in this example) H1, H2, H3. H4, H5 and H6 to be received within each slot (see figure 13D) .

[0062] When all the hairpins have been plugged into, they are first pressed downwardly by a pressing plate (not shown in the drawings) to ensure that all the upper ends of the hairpins are at the same level. At this stage, the upper lifting plate 2-6 is brought from the lowered position of figure 14 to a raised position as shown in Figure 15, with the aid of cylinder 2-13. In this manner, the upper lifting plate 2-6 causes all the hairpins H to move axially upwardly relative to the comb core 2-2, so as to reach a position in which they project further upwardly from the comb core. After this step, the driving plate 2-8 is rotated by actuating the motor 2-5, so as to move the clamp elements 2-15 radially inwardly to gently press the hairpins H against the  radially inner end surfaces of slots 2-23. With the hairpins H clamped in this manner, the upper lifting plate 2-6 is then brought back to its lowered position adjacent to the upper end surface of the comb core 2-2, as shown in Figure 16, while the hairpins are compelled to remain in the same position relative to the comb core 2-2. In this manner, the group of hairpins H is arranged in a position projecting upwardly from the comb core, where it can be easily picked-up for being transferred to a subsequent station where the group of hairpins are inserted into the slots of a motor stator.

[0063] Naturally, where the principle of the invention remains the same, the details of construction and the embodiment may widely vary with respect to what has been described and illustrated purely by way of example, without departing from the scope of the present invention, as defined in the appended claims.

Claims

1.A comb device, for receiving a group of hairpins (H) to be subsequently transferred into the slots of a motor stator, said comb device comprising a cylindrical comb core (2-2) having a cylindrical lateral surface (2-21) and two opposite end surfaces (2-22) and a circumferential array of uniformly distributed axial slots (2-23) which open at their two opposite ends on the two opposite end surfaces (2-22) of the comb core (2-2) , said slots being configured for receiving therein a plurality of hairpins (H) ,said comb device being characterized in that said axial slots (2-23) of the comb core (2-2) also open radially outwardly on apertures (2-24) of the lateral surface (2-21) of the comb core (2-2) , and in that said comb device further comprises:a circumferential array of clamp elements (2-12) radially slidably mounted within said slots (2-23) of the comb core (2-2) through said apertures (2-24) on the lateral surface (2-21) of the comb core (2-2) , said clamp elements (2-12) being configured for clamping the hairpins (H) within said slots (2-23) after that all the hairpins (H) have been positioned within said slots (2-23) , anda driving mechanism for simultaneously driving a radial movement of all the clamp elements (2-12) within the respective slots (2-23) of the comb core (2-2) .2.A comb device according to claim 1, characterized in that said driving mechanism for simultaneously driving a radial movement of all the clamp elements (2-12) includes:a circumferential array of radial driving members (2-9) , surrounding the array of clamp elements (2-12) outside the comb core (2-2) , each driving member (2-9) being operatively connected to a respective one of said clamp elements (2-12) , said driving members (2-9) being radially slidably guided within radial guiding passages (2-41) of a stationary annular plate (2-4) ,a driving annular plate (2-8) , surrounding the comb core (2-2) and rotatably mounted around a main axis of the comb core (2-2) on said stationary annular plate (2-4) ,said driving annular plate (2-8) having a plurality of spiral slits (2-81) engaged by cam-followers (2-10) which are carried by said driving members (2-9) , said spiral slits (2-81) being configured so that a rotation of said driving annular plate (2-8) between two end positions causes a radial movement of said driving members (2-9) , and hence of said clamp elements (2-1) between two end positions, andan actuator (2-5) for rotating said driving annular plate (2-8) between said two end positions.3.A comb device according to claim 2, characterized in that said spiral slits (2-81) are configured so that a rotation of the driving annular plate (2-8) at a constant speed causes a radial movement of the clamp elements (2-12) at a constant speed.4.A comb device according to claim 2, characterized in that each spiral slit (2-81) is engaged by two cam-followers (2-10) carried by two driving members (2-9) which are adjacent to each other, so that the number of spiral slits (2-81) is half the number of the clamp elements (2-12) .5.A comb device according to claim 2, characterized in that each driving member (2-9) is a rod-like member having one end hinged to the respective clamp element (2-12) and the opposite end carrying a respective cam-follower (2-10) .6.A comb device according to claim 2, characterized in that each driving member (2-9) is a rod-like member having a T-shaped cross-section, and is slidably guided within a respective radial guiding passage (2-41) of said stationary annular plate (2-4) having a corresponding T-shaped cross-section.7.A comb device according to claim 1, characterized in that the comb device further includes an upper lifting plate (2-6) arranged above the upper end surface (2-22) of the comb core (2-2) and having a circumferential array of slots (2-61) which correspond in number and positions with the slots (2-23) of the comb core (2-2) , so that when hairpins  (H) are being axially plugged into the slots (2-23) of the comb core (2-2) , the hairpins (H) first engage the slots (2-61) of said upper lifting plate (2-6) and then the slots (2-23) of the comb core (2-2) ,said upper lifting plate (2-6) being connected to an actuator (2-14) which is operable for:-once all the hairpins (H) have been positioned into the comb core (2-2) , raising said upper lifting plate (2-6) from a position adjacent the comb core (2-2) to a raised position, spaced apart upwardly from the comb core, in which the upper lifting plate (2-6) causes the hairpins (H) to project further upwardly from the upper end surface (2-22) of the comb core (2-2) , and-subsequently returning the upper lifting plate (2-6) to its start position adjacent the comb core (2-2) , after that the clamp elements (2-12) have been driven to clamp the hairpins (H) within the comb core (2-2) , so that the hairpins (H) remain in said position projecting upwardly from the comb core (2-2) in which the group of the hairpins (H) can be picked-up and separated as a whole from the comb core (2-2) .8.A comb device according to claim 1, characterized in that said driving mechanism is operable for progressively moving the clamp elements (2-12) radially outwardly while hairpins (H) are being inserted into the slots (2-23) of the comb core (2-2) , so as to progressively leave more space along a radial direction within the slots (2-23) for the hairpins (H) to be positioned within the slots (2-23) .9.A method for obtaining a group of hairpins (H) to be transferred into the slots of a motor stator, which comprises:providing a comb device comprising a cylindrical comb core (2-2) having a cylindrical lateral surface (2-21) and two opposite end surfaces (2-22) and a circumferential array of uniformly distributed axial slots (2-23) which open at their two opposite ends on the two opposite end surfaces (2-22) of the comb core (2-2) , andinserting a plurality of hairpins (H) into said slots (2-23) iof the comb core (2-2) ,characterized in that:said axial slots (2-23) of the comb core (2-2) also open radially upwardly on apertures (2-24) of the lateral surface (2-21) of the comb core (2-2) , and in that said comb device further comprises:a circumferential array of clamp elements (2-12) are radially slidably mounted within said slots (2-23) of the comb core (2-2) through said apertures (2-24) on the lateral surface (2-21) of the comb core (2-2) ,a driving mechanism is provided, for simultaneously driving a radial movement of all the clamp elements (2-12) within the respective slots (2-23) of the comb core (2-2) ,said method comprising the operation of actuating said driving mechanism so as to move said clamp elements (2-12) within said slots (2-23) .10.A method according to claim 9, characterized in that said driving mechanism is actuated for progressively moving the clamp elements (2-12) radially outwardly while hairpins (H) are being inserted into the slots (2-23) of the comb core (2-2) , so as to progressively leave more space along a radial direction within the slots (2-23) for the hairpins (H) to be positioned within the slots (2-23) .11.A method according to claim 9, characterized in that it further includes:-providing an upper lifting plate (2-6) arranged above the upper end surface (2-22) of the comb core (2-2) and having a circumferential array of slots (2-61) which correspond in number and positions with the slots (2-23) of the comb core (2-2) , so that when hairpins (H) are being axially plugged into the slots (2-23) of the comb core (2-2) , the hairpins (H) first engage the slots (2-61) of said upper lifting plate (2-6) and then the slots (2-23) of the comb core (2-2) , said upper lifting plate (2-6) being connected to an actuator (2-14) ,-once all the hairpins (H) have been positioned into the comb core (2-2) , raising said upper lifting plate (2-6) , by means of said actuator (2-13) , from a position adjacent the comb core (2-2) to a raised position, spaced apart upwardly from the comb core, in which the upper lifting plate (2-6) causes the hairpins (H) to project further upwardly from the upper end surface (2-22) of the comb core (2-2) , and-subsequently returning the upper lifting plate (2-6) , by means of said actuator (2-14) to its start position adjacent the comb core (2-2) , after that the clamp elements (2-12) have been driven to clamp the hairpins (H) within the comb core (2-2) , so that the hairpins (H) remain in said position projecting upwardly from the comb core (2-2) in which the group of the hairpins (H) can be picked-up and separated as a whole from the comb core (2-2) .

Images