JP2002119025A

JP2002119025A - 回転子への巻線方法、巻線装置及び回転子

Info

Publication number: JP2002119025A
Application number: JP2000305998A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Mori; 一幸森; Shigeo Mori; 茂雄森; Masahiro Kodama; 正弘小玉
Original assignee: TAIYO ELECTRIC Manufacturing; TAIYO ELECTRIC Manufacturing CO Ltd; Sanko Kiki Co Ltd
Current assignee: TAIYO ELECTRIC Manufacturing; TAIYO ELECTRIC Manufacturing CO Ltd; Sanko Kiki Co Ltd
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2002-04-19
Anticipated expiration: 2020-10-05
Also published as: JP3626402B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多極の大型回転子に電線を損傷させることな
く自動的に巻き付けることができるようにした回転子へ
の巻線方法、巻線装置及び該巻線方法によって得られる
回転子を提供する。【解決手段】回転子１２を支持する支持台１１と、回
転子１２の回転軸１３を把持して位置決めを行うチャッ
ク１６と、支持台１１の側方に配置された多関節ロボッ
ト３０と、この多関節ロボット３０の可動部先端に取付
けられ、電線を繰り出す開口部を有するノズル５５とを
巻線装置を用い、垂直多関節ロボット３０により、回転
子１２の突極部の回りを周回するようにノズル５５を移
動させながら、ノズル５５から繰り出される電線を突極
部に巻き付ける。この方法によって、回転子コアの突極
数が６以上であって、回転子コアの直径が４００ｍｍ以
上であり、かつ、電線の太さが２ｍｍ以上のものからな
り、突極の基部側から先端側に向けて電線が整列して多
層に巻き付けられた回転子を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば同期発電機
等に使用される回転子に電線を巻き付ける回転子への巻
線方法、巻線装置及び該巻線方法によって得られる回転
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】同期発電機等に使用される回転子は、例
えば直径が５０〜１００ｃｍ程度の大きな積層コアを有
し、このコアの突極部の回りに、例えば直径が２〜３ｍ
ｍ程度の、絶縁被膜された太い電線を配置して構成され
ている。

【０００３】小型モータ等の回転子においては、その突
極部にフライヤー等で電線を巻き付けることが一般に行
われているが、上記のような大きな回転子の突極部に、
上記のように太い電線をフライヤー等で巻き付けること
は、極めて困難であった。

【０００４】すなわち、上記大型の回転子は、多極構造
をなしており、突極部どうしの間隙が極めて狭いため、
電線を繰り出すノズルを突極部の外周に沿って移動させ
る必要があり、フライヤーのような単純な回転運動によ
って巻線を施すことができなかった。

【０００５】このため、従来、上記のような大型多極回
転子に電線を装着させる方法としては、電線を予め所定
の長さのループに巻いてコイル状にしておき、このコイ
ルを回転子の磁極部周りの間隙に手作業で挿入しつつ、
コイルを磁極部に装着する方法、もしくは突極部のみ単
独構造をなしているものに巻線を行い、ダブテール構造
で回転子に組み付ける方法が採用されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、多数のコイルを手作業で磁極部周りの間
隙に挿入しなければならず、また、突極部を回転子に組
み付けるに際しても、多大な労力と熟練が要求され、生
産性が極めて悪いという問題があった。

【０００７】したがって、本発明の目的は、多極の大型
突極型回転子に電線を損傷させることなく自動的に巻き
付けることができるようにした回転子への巻線方法、巻
線装置及び該巻線方法によって得られる回転子を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の回転子への巻線方法は、多極の回転子の突
極部に電線を整列させながら多層巻きする回転子への巻
線方法において、垂直多関節ロボットを用いて前記突極
部の回りを周回するようにノズルを移動させながら、ノ
ズルから繰り出される電線を前記突極部に巻き付けるこ
とを特徴とする。

【０００９】本発明の巻線方法によれば、垂直多関節ロ
ボットを用いて突極部の回りを周回するようにノズルを
移動させることにより、周回位置に応じてノズルの角度
や移動速度を自由に調整することができ、それによって
電線の絶縁被膜が損傷することを防ぎつつ、電線を整列
させながら多層巻きすることが可能となる。

【００１０】本発明の巻線方法において、前記ノズル
は、先端にスリット状の開口部を有する平板形状をな
し、該開口部の長辺方向の少なくとも一辺と、短辺方向
の少なくとも一辺とには、テーパ状に広がる内壁が形成
されており、前記ノズルの平板面が、巻線を施すべき突
極部に常に向くようにノズルを回転させて巻くことが好
ましい。この態様によれば、電線がノズルの開口部周縁
に鋭い角度で当たって曲がることが防止され、ノズルの
開口部周縁に強くこすられて電線の絶縁被膜が損傷する
ことを防止できる。

【００１１】また、前記ノズルは、前記突極部の周壁に
対して外側に傾斜した角度を変えながら、前記突極部を
周回させることが好ましい。この態様によれば、ノズル
を突極部の周壁に対して外側に傾斜させることによっ
て、ノズルの開口部周縁に電線がきつい角度で当たりに
くくなる。また、例えばノズルが突極部の両端を回ると
きには、突極部どうしの間隙を通るときより更に大きく
外側に傾斜させることにより、電線の繰り出し方向が急
激に変わる上記の部分においても、電線がノズルの開口
部周縁にきつい角度で当たることが防止され、電線の絶
縁被膜の損傷を効果的に防止できる。

【００１２】更に、前記ノズルが前記突極部どうしの間
隙を通るとき、該間隙の長さ方向の中間部において、前
記ノズルが前記回転子の半径方向外方に移動して巻線を
行うことが好ましい。この態様によれば、突極部の回り
に電線が多層に巻き付けられて、突極部どうしの間隙が
ますます狭くなったとき、ノズルを突極部どうしの間隙
の中間部においては奥方まで挿入しなくても、突極部の
間隙の両端部においてノズルを奥方に挿入することによ
り、突極部の基部側に電線を巻き付けることができ、ノ
ズルが既に巻き付けられた電線に接触して絶縁被膜が損
傷することを防止することができる。

【００１３】一方、本発明の回転子への巻線装置は、回
転子を支持する支持台と、回転子の回転軸を把持して位
置決めを行うチャックと、前記支持台の側方に配置され
た多関節ロボットと、この多関節ロボットの可動部先端
に取付けられ、電線を繰り出す開口部を有するノズルと
を備えていることを特徴とする。

【００１４】上記巻線装置によれば、回転子を支持台上
に設置し、チャックによって回転軸を把持して位置決め
させ、支持台の側方に配置された多関節ロボットを作動
させて、ノズルを突極部の回りに周回させることによっ
て、電線を突極に巻き付けることができる。このとき、
多関節ロボットの動作を制御することにより、ノズルの
角度や移動速度を、突極部に対する移動位置に応じて最
適な条件となるように変更することができ、電線の絶縁
被膜の損傷を防止しつつ、大型の回転子の突極部に比較
的太い電線を機械的に巻き付けることが可能となる。

【００１５】本発明の巻線装置において、前記ノズル
は、先端にスリット状の開口部を有する平板形状をな
し、該開口部の長辺方向の少なくとも一辺と、短辺方向
の少なくとも一辺とには、テーパ状に広がる内壁が形成
されていることが好ましい。この態様によれば、ノズル
が平板状をなしているので、突極部どうしの狭い間隙に
もノズルを挿入することができ、太い電線にも耐えられ
る強度を付与することができる。また、ノズル開口部の
所定の箇所にテーパ状に広がる内壁を設けたことによっ
て、電線が接触したときの摩擦力を軽減させることがで
き、絶縁被膜の損傷を防止しやすくすることができる。

【００１６】更に、本発明の回転子は、回転子コアの突
極に、絶縁された電線を直巻してなる回転子において、
前記回転子コアの突極数が６以上であって、前記回転子
コアの直径が４００ｍｍ以上であり、かつ、電線の太さ
が２ｍｍ以上のものからなり、前記突極の基部側から先
端側に向けて電線が整列して多層に巻き付けられている
ことを特徴とする。

【００１７】本発明の回転子によれば、従来、機械的に
巻線することが不可能であった大型多極回転子を提供す
ることができる。この回転子は、上述した本発明の巻線
方法によって機械的に巻線することが可能であり、今ま
で手作業で製造していた大型回転子を工業的に作業性よ
く製造することが可能となる。

【００１８】本発明の回転子においては、前記回転子コ
アが一体に形成されたものからなることが好ましい。回
転子コアを一体に形成しておき、これに巻線することが
できるので、製造作業性が更に向上する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
巻線装置の一実施形態を説明する。図１、２に示すよう
に、この巻線装置は、基台１０と、回転子の支持台１１
とを有している。支持台１１は、回転子１２の回転軸１
３の両端部を回転可能に支持する一対の軸受け１１ａ、
１１ｂとで構成されている。各軸受け１１ａ、１１ｂ
は、基台１０に配置されたレール１４に沿って、回転軸
１２の軸方向に移動可能に設置されている。また、同じ
くレール１４上には、一方の軸受け１１ｂに隣接してチ
ャック取付け台１５が設置され、チャック取付け台１５
はレール１４に沿って移動可能とされている。このチャ
ック取付け台１５には、支持台１１上に設置された回転
子１２の回転軸１３を着脱可能に保持するチャック１６
が、図示しない駆動機構によって回転自在に装着されて
いる。また、基台１０の一方の端部に隣接してコントロ
ールボックス１７が立設されている。更に、基台１０内
には、軸受け１１ａ、１１ｂや、チャック取付け台１５
をレール１４に沿って移動させるための、図示しない駆
動機構が配置されている。

【００２０】基台１０の一側方には、垂直多関節ロボッ
ト３０が設置されている。この垂直多関節ロボット３０
は、図１、２中の一点鎖線ａ（図１）、ｂ（図２）、ｃ
（図２）、ｄ（図１）、ｅ（図２）、ｆ（図１）を回転
軸とする６軸の多関節ロボットであり、具体的にはファ
ナック株式会社製の垂直多関節ロボット（型名「Ｓ４３
０ｉ」）が使用されている。このように、多関節ロボッ
ト３０自体は、各社から市販されており、本発明におい
ては、それらの中から目的に応じて適宜選択して使用す
ることができる。

【００２１】多関節ロボット３０の後方には、電線リー
ルの受け台４０が設置されており、この受け台４０に設
置された図示しない電線リールから繰り出される電線４
１は、多関節ロボット３０に取付けられた電線ガイド４
２を通して、ロボット３０の可動部先端に導かれるよう
になっている。

【００２２】図３、４、５に示すように、ロボット３０
の可動部先端、すなわち回転軸ｆによって回転する回転
板３１には、支持板５０の一端がボルト５１によって取
付けられている。支持板５０の他端部には、サーボモー
タ５２が設置され、その回転軸は支持板５０を貫通し、
そこに駆動ギヤ５３が取付けられている。また、サーボ
モータ５２に隣接して軸受け５４が設置されており、こ
の軸受け５４にノズル５５の基端部が回転自在に支持さ
れている。ノズル５５の基端部には、上記駆動ギヤ５３
に歯合する従動ギヤ５６が装着されており、サーボモー
タ５２の作動によって、駆動ギヤ５３及び従動ギヤ５６
を介して、ノズル５５が図３中の矢印で示すように回転
するようになっている。

【００２３】支持板５０には、電線５１のガイドを取付
けるためのガイド取付け板５７が立設されている。ガイ
ド取付け板５７の上部には、一対のガイドリール５８、
５９が取付けられている。また、ガイドリール５８、５
９を通った電線４１を導入する一対のガイド孔６０、６
１を有する板６２、６３が取付けられている。そして、
板６２、６３の間には、スプリング６４によって電線４
１に適度の通過抵抗を与えるテンション調節部６５が設
置されている。電線４１は、ガイド孔６０、テンション
調節部６５、ガイド孔６１を通り、軸受け５４の端面に
設置された導入口６６からノズル５５内に導かれるよう
になっている。

【００２４】図６、７に示すように、ノズル５５は、全
体として平板状をなし、その内部に電線の挿通路７０を
有している。挿通路７０は、ノズル５５の先端部におい
て幅方向に広がり、スリット状の開口７１に至ってい
る。この開口７１の長辺方向の一辺と、短辺方向の両辺
とは、テーパ状に広がるテーパ壁７１ａ、７１ｂをなし
ている。また、テーパ壁７１ａに対向する長辺方向の辺
の外側面は、先端に向かうほど薄くなるようなテーパ壁
７２をなしている。

【００２５】図８に示すように、巻線を施されるべき回
転子１２は、回転軸１３と、その長さ方向中央部に装着
された、積層鉄芯からなるコア８０とを有している。コ
ア８０は、外周に複数、この実施形態の場合、６個の突
極部８１を有し、各突極部８１の間は、スロット８２を
なしている。また、突極部８１の両端面には、電線４１
の保持枠８３が取付けられている。本発明において、前
記コア８０は、突極数が６以上あって、直径が４００ｍ
ｍ以上であることが好ましい。また、電線４１は、太さ
が２ｍｍ以上のものが好ましく使用される。

【００２６】なお、図９は、ノズル５５が突極部８１の
両端部を周回する状態を示す説明図であり、図１０、１
１、１２は、コア８０の突極部８１にノズル５５で巻線
を施すときの、ノズル５５と突極部８１との傾斜角を示
す説明図である。

【００２７】次に、上記巻線装置を用いて実施される、
本発明の巻線方法の一実施形態について説明する。

【００２８】巻線操作に先立って、回転子１２の回転軸
１３の両端部を支持台１１の軸受け１１ａ、１１ｂに載
せて支持する。チャック取付け台１５をレール１４に沿
って移動させ、回転軸１３の一端をチャック１６で保持
させる。この状態でチャック１６を回動させて、回転子
１２を回動させ、回転子１２の所定の突極部８１が真上
を向くように回転位置決めをする。

【００２９】この状態で、垂直多関節ロボット３０と、
その可動部先端に支持板５０を介して取付けられたサー
ボモータ５２とを、予め設定した所定のプログラムによ
って作動させながら、ノズル５５を回転子１２のコア８
０の突極部８１に対して周回させることにより、巻線を
施す。

【００３０】このとき、ノズル５５から繰り出される電
線４１が、突極部８１の基部側から突出側に、あるいは
突出側から基部側に向けて一列に並びながら巻付けら
れ、保持枠８３のフランジ８４で折り返しながら多層に
巻付けられるようにする。

【００３１】ノズル５５は、突極部８１どうしの間のス
ロット８２内を通るとき、その扁平な面がスロット８２
の方向に沿うようにして、かつ、突極部８１に対して外
側に倒れるように傾斜した状態で移動する。なお、ノズ
ル５５の、テーパ壁７１ａが形成された長辺が、巻線す
べき突極部８１に向くように配置される。

【００３２】図１０は、ノズル５５により突極部８１の
突出方向の基部を巻くとき、すなわちスロット８２の奥
方で巻くときの状態を示し、ノズル５５は突極部８１の
側面に対して比較的小さな角度で外側に傾斜している。

【００３３】図１１は、ノズル５５により突極部８１の
突出方向の上記よりもやや高い位置を巻くとき、すなわ
ちスロット８２のやや開口側に移動した位置で巻くとき
の状態を示し、ノズル５５は突極部８１の側面に対して
上記よりも大きな角度で外側に傾斜している。

【００３４】図１２は、ノズル５５により突極部８１の
突出方向の先端部を巻くとき、すなわちスロット８２の
最も開口側に移動した位置で巻くときの状態を示し、ノ
ズル５５は突極部８１の側面に対して更に大きな角度で
外側に傾斜している。

【００３５】このようにノズル５５を傾斜させることに
よって、電線４１がノズル５５の開口部７１から繰り出
されるとき、その開口縁部に強い角度で当たるのをでき
るだけ防止し、太い電線であっても絶縁被膜が損傷する
ことを防止できる。ノズル５５の開口部７１には、前述
したようにテーパ壁７１ａ、７１ｂが設けられている
が、ノズル５５を傾斜させない場合、これらのテーパ壁
だけでは、上記絶縁被膜の損傷を完全に防止することは
できなかった。

【００３６】また、図９に示すように、ノズル５５が突
極部８１の両端部（コア８０の両端面）を周回すると
き、サーボモータ５２（図３参照）の作動によってノズ
ル５５が図９の矢印で示すように回動する。このため、
ノズル５５の、テーパ壁７１ａが形成された長辺が、常
に突極部８１に向くようにして、ノズル５５を周回させ
ることができる。更に、多関節ロボット３０の動作によ
って、ノズル５５の突極部８１に対する外側への傾斜角
が突極部８１の端部を回るにつれて変化するようになっ
ている。すなわち、図９における位置、、におい
て、ノズル５５の外側への傾斜角（倒れ角）が＞＞
となるように、言いかえると突極部８１の端部に近い
ほど大きく外側に倒れるように変化しながら、周回する
ようになっている。

【００３７】このようにノズル５５の外側への傾斜角を
変化させつつ、テーパ壁７１ａが形成された長辺が、常
に突極部８１に向くようにして、ノズル５５を周回させ
ることにより、電線４１の繰り出し方向が急激に変化す
る、突極部８１の両端部を周回するときにおいても、電
線４１がノズル５５の開口縁部に強い角度で当たること
が防止され、電線４１の絶縁被膜の損傷を確実に防止す
ることができる。

【００３８】また、突極部８１に電線４１が多層に巻付
けられ、巻付けられた電線４１によってスロット８２が
狭くなり、その状態でノズル５５がスロット８２の奥方
を移動するときは、ノズル５５の先端が、図８（ａ）中
の一点鎖線Ｘで示すような経路で、スロット８２内を移
動するようになっている。すなわち、ノズル５５は、ス
ロット８２の長さ方向の中間部を通るとき、コア８０の
外径側に浮き上がるようにして移動する。

【００３９】電線４１が突極部８１の両端を周回すると
きは、ノズル５５がスロット８２から出ているので、ノ
ズル５５をコア８０の内径側に移動させても、既に巻付
けられた電線４１に接触することはない。一方、スロッ
ト８２の長さ方向の中間部を通るときに、ノズル５５を
コア８０の外径側に浮き上がらせても、突極部８１の両
端部で電線４１が正規の位置に巻き付けば、スロット８
２の中間部を通る電線４１も張力によって自然に正規の
位置に納まるので、電線４１の整列状態が崩れることが
ない。こうして、ノズル５５がスロット８２内を通過す
るときに、既に巻付けられた電線４１に接触することを
防止できる。

【００４０】更に、多関節ロボット３０による動作を制
御することにより、ノズル５５の移動速度や、傾斜角度
や、移動経路などを、巻線位置の変化に応じて自由に設
定することができる。

【００４１】こうして得られた回転子１２は、コア８０
の突極部８１に、太さが２ｍｍ以上の絶縁された電線４
１が、整列して多層に巻き付けられている。そして、コ
ア８０は、６以上の突極部８１を一体に形成されてお
り、直径が４００ｍｍ以上とされている。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
垂直多関節ロボットを用いて回転子のコアの突極部の回
りを周回するようにノズルを移動させることにより、周
回位置に応じてノズルの角度や、向きや、移動速度を自
由に調整することができ、それによって電線の絶縁被膜
が損傷することを防ぎつつ、電線を整列させながら多層
巻きすることが可能となる。その結果、コアの突極数が
６以上であって、直径が４００ｍｍ以上であり、かつ、
電線の太さが２ｍｍ以上のものからなり、突極の基部側
から先端側に向けて電線が整列して多層に巻き付けられ
た回転子を工業的に作業性よく製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転子への巻線装置の一実施形態
を示す正面図である。

【図２】同巻線装置の側面図である。

【図３】同巻線装置におけるノズル取付け部を示す正面
図である。

【図４】同ノズル取付け部の側面図である。

【図５】同ノズル取付け部の底面図である。

【図６】同巻線装置におけるノズルの先端部を示す斜視
図である。

【図７】同ノズルの先端部を示す断面図である。

【図８】同巻線装置に適用される回転子の一例を示し、
（ａ）は回転子全体を示す側面図、（ｂ）は突極部を示
す部分断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ矢示線に沿った
断面図である。

【図９】同巻線装置において、ノズルが突極部の両端部
を周回する状態を示す説明図である。

【図１０】回転子の突極部の基部側にノズルで巻線を施
すときの、ノズルと突極部との傾斜角を示す説明図であ
る。

【図１１】回転子の突極部の基部よりやや高い位置に巻
線を施すときの、ノズルと突極部との傾斜角を示す説明
図である。

【図１２】回転子の突極部の最も突出した部分に巻線を
施すときの、ノズルと突極部との傾斜角を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１０基台１１支持台１２回転子１３回転軸１４レール１５チャック取付け台１６チャック３０垂直多関節ロボット３１回転板４１電線５０支持板５２サーボモータ５３駆動ギヤ５４軸受け５５ノズル７１開口部７１ａ、７１ｂテーパ壁８０コア８１突極部８３保持枠

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森茂雄岐阜県羽島郡笠松町如月町18 大洋電機株式会社内 (72)発明者小玉正弘愛知県稲沢市奥田流町36番地三工機器株式会社内Ｆターム(参考） 5H002 AA07 AB01 5H603 AA09 BB02 BB09 CA02 CB01 CC11 CC17 CD02 CD21 CE01 5H615 AA01 BB02 BB07 PP02 PP06 PP12 QQ02 QQ19 QQ25 SS05 SS11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多極の回転子の突極部に電線を整列させ
ながら多層巻きする回転子への巻線方法において、垂直
多関節ロボットを用いて前記突極部の回りを周回するよ
うにノズルを移動させながら、ノズルから繰り出される
電線を前記突極部に巻き付けることを特徴とする回転子
への巻線方法。
【請求項２】前記ノズルは、先端にスリット状の開口
部を有する平板形状をなし、該開口部の長辺方向の少な
くとも一辺と、短辺方向の少なくとも一辺とには、テー
パ状に広がる内壁が形成されており、前記ノズルの平板
面が、巻線を施すべき突極部に常に向くようにノズルを
回転させて巻く請求項１記載の回転子への巻線方法。
【請求項３】前記ノズルは、前記突極部の周壁に対し
て外側に傾斜した角度を変えながら、前記突極部を周回
させる請求項２記載の回転子への巻線方法。
【請求項４】前記ノズルが前記突極部どうしの間隙を
通るとき、該間隙の長さ方向の中間部において、前記ノ
ズルが前記回転子の半径方向外方に移動して巻線を行う
請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転子への巻線方
法。
【請求項５】回転子を支持する支持台と、回転子の回
転軸を把持して位置決めを行うチャックと、前記支持台
の側方に配置された多関節ロボットと、この多関節ロボ
ットの可動部先端に取付けられ、電線を繰り出す開口部
を有するノズルとを備えていることを特徴とする回転子
への巻線装置。
【請求項６】前記ノズルは、先端にスリット状の開口
部を有する平板形状をなし、該開口部の長辺方向の少な
くとも一辺と、短辺方向の少なくとも一辺とには、テー
パ状に広がる内壁が形成されている請求項５記載の回転
子への巻線装置。
【請求項７】回転子コアの突極に、絶縁された電線を
直巻してなる回転子において、前記回転子コアの突極数
が６以上であって、前記回転子コアの直径が４００ｍｍ
以上であり、かつ、電線の太さが２ｍｍ以上のものから
なり、前記突極の基部側から先端側に向けて電線が整列
して多層に巻き付けられていることを特徴とする回転
子。
【請求項８】前記回転子コアが一体に形成されたもの
からなる請求項７記載の回転子。