JP2008211899A - 多極電機子の巻線装置及び巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構造で線材の捻れを解消すること。
【解決手段】複数の巻芯９が環状に並ぶコア７に対して複数本の線材５を同時に巻線する多極電機子の巻線装置１において、コア７をその中心軸回りに回転させるインデックス機構１１と、複数本の線材５を繰り出すノズル３と、ノズル３を移動させるノズル移動機構１２とを備え、ノズル３が巻芯９の周囲を１周する毎に、インデックス機構１１はコア７をその中心軸Ｔ回りに１回転させると共に、コア７の回転の過程でノズル移動機構１２はノズル３を巻芯９に追従させることによって、線材５に生じる捻れ６が戻される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステータ、ロータ等の多極電機子に線材を巻線する巻線装置及び巻線方法に関するものである。

一般的に、１本の線材に代えて複数本の線材を同時に巻線することによって、巻線の占積率（密度）を高められることが知られている。

複数本の線材を同時に巻線する装置として、特許文献１には、線材が挿通する複数のガイド穴を有するノズルを備え、このノズルをコアの各ティース（巻芯）の周囲を移動させることによって、ノズルから繰り出される複数本の線材を束にしてステータの各ティースに巻線する装置が開示されている。

この種の装置において、ノズルがティースの周囲を周回する際に、ノズル自体を回転させずに巻線を行う場合には、ノズルがティースの周囲を１周する毎に線材に１回転分の捻れが生じる。この線材の捻れがティース間のスロット内で生じると、線材の占積率が著しく低下するため、モータの性能が低下してしまう。

そこで、本出願人は、ノズルがティースの周囲を１周する毎に生じる線材の捻れを戻す装置を提案し出願を行っている（特許文献２）。

特許文献２に開示の巻線装置は、ノズルがティースの周囲を１周する毎に、コアを線材が巻回される部位を中心に旋回させることによって、線材に生じた捻れを戻すものである。
特開２００３−２０４６５９号公報 特開２００６−８１３７２号公報

しかしながら、特許文献２に開示された巻線装置は、コアをその中心軸回りに回転させるインデックス機構の他に、コアを線材が巻回される部位を中心に旋回させるコア旋回機構も必要とするため、装置が非常に大掛かりとなる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡便な構造で線材の捻れを解消することができる多極電機子の巻線装置及び巻線方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数の巻芯が環状に並ぶコアに対して複数本の線材を同時に巻線する多極電機子の巻線装置において、前記コアをその中心軸回りに回転させるインデックス機構と、複数本の線材を繰り出すノズルと、当該ノズルを移動させるノズル移動機構とを備え、前記ノズルが巻芯の周囲を１周する毎に、前記インデックス機構は前記コアをその中心軸回りに１回転させると共に、当該コアの回転の過程で前記ノズル移動機構は前記ノズルを巻芯に追従させることによって、線材に生じる捻れが戻されることを特徴とする。

本発明によれば、ノズルが巻芯の周囲を１周する毎に生じる線材の捻れは、コアをその中心軸回りに１回転させると共に、コアの回転の過程でノズルを巻芯に追従させることによって戻される。このように、コアをその中心軸回りに回転させるインデックス機構のみによって線材の捻れを戻すことができ、簡便な構造で線材の捻れを解消することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態に係る巻線装置１の構成について説明する。図１は巻線装置１を示す斜視図であり、図２は巻線装置１の断面図である。

なお、以下では、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平前後方向、Ｙ軸が略水平横方向、Ｚ軸が略鉛直方向として説明する。

巻線装置１は、インナーロータ式モータのステータ（多極電機子）を構成するコア７に対して複数本の線材を同時に巻線する装置である。

コア７は、円環状のヨーク８と、ヨーク８の内周に配置され、ヨーク８の中心に向かって突出する複数のティース９とを備え、各ティース９の間にはスロット１０が内側に向けて開口している。巻線装置１は、環状に並ぶ各ティース９のそれぞれに対して線材５を自動的に巻線する。

巻線装置１は、コア７をその中心軸回りに回動させるインデックス機構１１（図２参照）と、複数の線材５を繰り出すノズル３と、このノズル３を三軸方向に移動させるノズル移動機構１２とを備え、インデックス機構１１及びノズル移動機構１２は、架台２に配置される。

架台２は、脚部２ａと、脚部２ａにて支持される基台２ｂとからなる。

インデックス機構１１は、略環状形状の部材でありコア７を支持するコア支持台１３と、コア支持台１３を回転駆動する駆動機構１４とを備える。

コア７は、コア支持台１３の内周下部に形成された環状突設部１３ｂに載置されると共に、外周に形成されたキー溝７ａにコア支持台１３の内周に形成されたキー１３ａが嵌合することによって、コア支持台１３に支持される。

基台２ｂには、Ｚ軸方向に貫通する円形の開口部２ｃが形成される。コア支持台１３は、開口部２ｃ内周に配置された軸受１５と、開口部２ｃ内周下部に形成された環状突設部２ｄに配置された軸受１６とを介して、開口部２ｃ内周に回転自在に配置される。

駆動機構１４は、基台２ｂの下面に配置されたモータ１８と、基台２ｂを挿通するモータ１８の出力軸端部に結合されたプーリ１９と、プーリ１９とコア支持台１３とを連結するベルト２０とを備える。したがって、モータ１８が回転駆動することによって、モータ１８の回転は、プーリ１９及びベルト２０を介してコア支持台１３に伝達され、コア７は、その中心軸回りに回転する。

ノズル移動機構１２は、基台２ｂ上に立設する支柱２２に支持されＸ軸方向に延在する一対のＸ軸移動機構２３と、一対のＸ軸移動機構２３の間に介装されＹ軸方向に延在するＹ軸移動機構２４と、Ｙ軸移動機構２４に連結されＺ軸方向に延在するＺ軸移動機構２５とを備える。

Ｘ軸移動機構２３は、２つの支柱２２に支持された筐体２６と、筐体２６の端部に配置されたＸ軸駆動モータ２７と、Ｘ軸駆動モータ２７の出力軸に連結されＸ軸方向に延在するボールねじ２８と、ボールねじ２８に螺合する従動子２９とを備える。

Ｙ軸移動機構２４は、両端部がＸ軸移動機構２３の一対の従動子２９に結合されたＸ軸方向移動台３１と、Ｘ軸方向移動台３１上に配置されたＹ軸駆動モータ３２と、Ｙ軸駆動モータ３２の出力軸に連結されＹ軸方向に延在するボールねじ３３と、Ｘ軸方向移動台３１上に配置されＹ軸方向に延在するガイドレール３４と、ボールねじ３３に螺合しガイドレール３４に沿って移動可能な従動子３５とを備える。

Ｚ軸移動機構２５は、Ｙ軸移動機構２４の従動子３５に結合された筐体３７と、筐体３７の上端部に配置されたＺ軸駆動モータ３８と、Ｚ軸駆動モータ３８の出力軸に連結されＺ軸方向に延在するボールねじ３９と、ボールねじ３９に螺合する従動子４０とを備える。

Ｚ軸移動機構２５の従動子４０には平板状のＬ字型部材４１が連結され、Ｌ字型部材４１の一端には複数の滑車４２が設けられ、他端には軸４３を介してＸ軸回りに回動可能な傾動台４４が支持される。

傾動台４４には、複数の滑車４５が設けられると共に、ノズル３が固定されている。ノズル３は、ノズル移動機構１２における各駆動モータ２７、３２、３８を駆動することによって直交３軸方向に自在に移動することができる。

ノズル３は、ティース９間のスロット１０を通過可能なように板状に形成された部材であり、Ｙ軸方向に貫通して形成され各線材５が挿通する複数のガイド穴４を有する。各ガイド穴４は、Ｚ軸方向に所定の間隔をもって並んで配置される。

線材供給装置（図示省略）から供給される複数本の線材５（本実施の形態では３本）は、Ｌ字型部材４１の滑車４２及び傾動台４４の滑車４５を介してノズル３の各ガイド穴４に案内される。なお、線材供給装置から供給される各線材５には、テンション装置（図示省略）によって所定の張力が付与される。

Ｌ字型部材４１にはエアシリンダ４７が揺動自在に取り付けられ、エアシリンダ４７に挿入されエアシリンダ４７内の空気圧によって進退するロッド４８の先端は、傾動台４４に揺動自在に取り付けられる。したがって、エアシリンダ４７を駆動することによって、傾動台４４は軸４３を中心に回動するため、ノズル３を揺動させることができる。

つまり、ノズル３の向きはエアシリンダ４７によって制御される。具体的には、ノズル３は、各線材５を繰り出しながらスロット１０を通って下降する場合には、先端３ａが上向きとなるように制御され、上昇する場合には、先端３ａが下向きになるように制御される。このように、ノズル３は、各ガイド穴４から繰り出される各線材５が互いに離れる方向に回動される。

なお、傾動台４４を回動させノズル３を揺動させる構造は、上記のようなリンク機構に限らず、例えばギヤ等によって構成される機構を用いても良い。

巻線装置１は、インデックス機構１１及びノズル移動機構１２の他に、巻線中にノズル３から繰り出される各線材５を保持するための一対のガイドピン５０（５０ａ，５０ｂ）も備える。

ガイドピン５０は、図２に示すように、コア７の上方に配置された上部ガイドピン５０ａと、コア７の下方に配置された下部ガイドピン５０ｂとからなり、ティース９を挟むように、かつノズル３と平行に配置される。ガイドピン５０は、基台２ｂの上面及び下面のそれぞれに配置されたガイドピン移動機構５１によって、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の２軸方向へ移動可能である。

ガイドピン移動機構５１は、ノズル移動機構１２と同様に、モータ５２によって回転駆動されるボールねじ５３と、ボールねじ５３に螺合した従動子５４とを備え、ガイドピン５０を支持する支持板５５をＹ軸方向及びＺ軸方向の２軸方向へ移動させるものである。

次に、図３及び図４を参照して、巻線装置１の動作について説明する。図３は巻線動作を時系列順に示した図であり、図４は線材に生じた捻れを戻す動作を示した図である。図３及び図４において、ノズル３の各ガイド穴４を上方から４ａ，４ｂ，４ｃとし、ガイド穴４ａ，４ｂ，４ｃから繰り出されるそれぞれの線材５を５ａ，５ｂ，５ｃとする。なお、以下に示す巻線装置１の動作は、コントローラ（図示省略）によって自動制御される。

巻線前の準備として、コア７をコア支持台１３に載せ所定位置にセットすると共に、ノズル３の先端３ａから繰り出される線材５の端部をクランプ（図示省略）によって保持する。

そして、ノズル３がティース９の周囲を相対移動するように、インデックス機構１１及びノズル移動機構１２を駆動し、ノズル３の先端３ａから繰り出される各線材５をティース９の周囲に巻線する。以下に、図３を参照して、この巻線動作について詳述する。

図３（ａ）に示すノズル３の位置が巻線動作の開始位置である。ノズル３の一番上のガイド穴４ａから繰り出された線材５ａはティース９の基端側に位置し、ノズル３の中央のガイド穴４ｂから繰り出された線材５ｂはティース９の中央に位置し、ノズル３の一番下のガイド穴４ｃから繰り出された線材５ｃはティース９の先端側に位置している。

まず、図３（ｂ）に示すように、インデックス機構１１を駆動することによってコア７を回転させ、ノズル３の直下方にスロット１０を位置させる。この状態では、図３（ｂ）に示すように、ノズル３の一番上のガイド穴４ａから繰り出された線材５ａとノズル３の一番下のガイド穴４ｃから繰り出された線材５ｃとが交差するため、線材５には捻れ部６が生じる。線材５の捻れ部６は、ノズル３の先端３ａとティース９の角部９ａとの略中央となる。このように、線材５の捻れ部６は、線材５を拘束する両端部の略中央となる。

ここで、もし、図３（ｂ）のように線材５が交差した状態から巻線動作を継続した場合には、捻れ部６は、ティース９の周囲に巻線されてしまうことになる。この場合には、線材５は、ティース９の周囲に整列巻きされないため、巻線の占積率が低くなってしまう。

そこで、図３（ｃ）に示すように、上部ガイドピン５０ａを前進させ線材５の下方に配置すると共に上方へと移動させることによって、線材５を上方へと持ち上げ保持する。このように、ノズル３から繰り出された線材５は、上部ガイドピン５０ａに掛け回され保持された状態となる。これにより、線材５を拘束する部位は、ティース９の角部９ａから上部ガイドピン５０ａへと変化するため、線材５の捻れ部６は、ノズル３の先端３ａと上部ガイドピン５０ａとの略中央、つまりノズル３側へと移動する。このように、ノズル３から繰り出された線材５を上部ガイドピン５０ａによって保持することによって、捻れ部６の位置はティース９から遠ざかり、かつ線材５におけるティース９の角部９ａと上部ガイドピン５０ａとの間には捻れ部が無くなる。

次に、図３（ｄ）に示すように、上部ガイドピン５０ａを後退させ線材５から抜く。上部ガイドピン５０ａを抜いても、線材５には剛性があるため、ノズル３側に移動した捻れ部６の位置は維持される。したがって、ノズル移動機構１２を駆動し、ノズル３を下降させることによって、ティース９の上面には線材５が整列巻きされる。なお、線材５の剛性が小さく上部ガイドピン５０ａを線材５から抜くと捻れ部６の位置が元に戻ってしまうような場合には、ノズル３と上部ガイドピン５０ａを同期して下降させ、ティース９の上面に線材５が整列巻きされた後に、上部ガイドピン５０ａを抜くようにして巻線すればよい。

ノズル３がスロット１０を通過してコア７の下方に位置した状態では、ノズル３の一番上のガイド穴４ａから繰り出された線材５ａとノズル３の一番下のガイド穴４ｃから繰り出された線材５ｃとが交差することによって、線材５には半回転分の捻れが生じた状態となる。

なお、ノズル３が線材５を繰り出しながらスロット１０を下方へと通過する際には、傾動台４４をノズル３の先端３ａが上向きになるように回動させる。これにより、ノズル３から繰り出される各線材５間の摩擦を減らし、線材５が絡み合うことを防止することができる。

次に、図３（ｅ）に示すように、インデックス機構１１を駆動することによってコア７を回転させ、ノズル３の直上方にスロット１０を位置させる。これにより、ティース９の一側面には線材５が整列巻きされる。

図３（ｅ）の状態において、線材５の捻れ部６は、ノズル３の先端３ａとティース９の角部９ｂとの略中央となる。もし、この状態から巻線動作を継続した場合には、捻れ部６は、ティース９の周囲に巻線されてしまうことになる。

そこで、図３（ｆ）に示すように、下部ガイドピン５０ｂを前進させ線材５の上方に配置すると共に下方へと移動させることによって、線材５を下方へと押し込み保持する。このように、ノズル３から繰り出された線材５は、下部ガイドピン５０ｂに掛け回され保持された状態となる。これにより、線材５の捻れ部６は、ノズル３の先端３ａと下部ガイドピン５０ｂとの略中央、つまりノズル３側へと移動する。このように、ノズル３から繰り出された線材５を下部ガイドピン５０ｂによって保持することによって、捻れ部６の位置はティース９から遠ざかり、かつ線材５におけるティース９の角部９ｂと下部ガイドピン５０ｂとの間には捻れ部が無くなる。

次に、図３（ｇ）に示すように、下部ガイドピン５０ｂを後退させ線材５から抜くと共に、ノズル移動機構１２を駆動しノズル３を上昇させる。これにより、ティース９の下面には線材５が整列巻きされる。この図３（ｇ）の状態で、ノズル３はティース９の周囲を１周したことになる。

なお、ノズル３が線材５を繰り出しながらスロット１０を上方へと通過する際には、傾動台４４をノズル３の先端３ａが下向きになるように回動させる。これにより、ノズル３から繰り出される各線材５間の摩擦を減らし、線材５が絡み合うことを防止することができる。

ノズル３がスロット１０を通過してコア７の上方へと上昇することによって、線材５ａと線材５ｃは、さらに半回転分捻れるため、図３（ｇ）に示すように、ノズル３がティース９の周囲を１周することによって、線材５には合計で１回転分の捻れが生じることになる。

以上のように、ティース９に対する線材５の巻線動作は、インデックス機構１１によるコア７の回転と、ノズル移動機構１２によるノズル３のスロット１０の通過動作との組み合わせによって行われる。

そして、ノズル３がティース９の周囲を相対移動する際、ティース９に対するノズル３の向きは変わらない。つまり、ノズル３のガイド穴４ａは常に一番上であり、ガイド穴４ｃは常に一番下である。したがって、ノズル３がティース９の周囲を１周した場合、線材５には１回転分の捻れが生じる。

次に、図４を参照して、線材５の捻れを戻す動作について説明する。なお、図４（ｇ）は図３（ｇ）に対応するものであり、図４では巻線が行われているティース９のみ図示し、他のティースの図示は省略した。

図３に示したように、ノズル３がティース９の周囲を相対移動し、ティース９の周囲に線材５が１巻きされた後、インデックス機構１１を駆動し、コア７をその中心軸Ｔ回りに回転させる。また、ノズル移動機構１２を駆動し、ノズル３をティース９の回転に追従するように動作させる。このように、コア７の回転に伴ってノズル３をティース９に追従させるのは、コア７の回転中、ノズル３とティース９との距離を常に一定に保ち、ノズル３とティース９との間の線材５の張力を一定に保つためである。ノズル３をティース９に追従させることによって、特許文献２に開示のようにティースを中心にコアを旋回させて線材の捻れを戻す場合と同等の作用を実現させることができる。

図４（ｈ）はコア７が９０度回転した状態であり、図４（ｉ）はコア７が１８０度回転した状態であり、図４（ｊ）はコア７が２７０度回転した状態であり、図４（ｋ）はコア７が３６０度の回転を完了する直前の状態を示す図である。

図４（ｇ）から図４（ｋ）への変化からわかるように、コア７がその中心軸Ｔ回りに１回転することによって、線材５に生じていた１回転分の捻れは戻されることになる。

このように、ノズル３がティース９の周囲を１周する毎に、コア７がその中心軸Ｔ回りに１回転すると共に、コア７の回転の過程でノズル３がティース９に追従することによって、巻線動作によって線材５に生じた捻れは戻される。

図３に示した巻線動作と図４に示した捻れを戻す動作とを繰り返すことによって、ティース９の周囲への線材５の整列巻きが行われる。

なお、以上では、線材５を１つのティース９に対して巻線する場合について説明したが、線材５を複数のティース９に跨って巻線する場合についても適用することができる。

また、以上では、インナーロータ式モータのステータを構成するコアに巻線するインナータイプの巻線装置について説明した。しかし、これに限らずアウターロータ式モータのステータを構成するコア等に巻線するアウタータイプの巻線装置に適用することもできる。

以上の本実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

ノズル３がティース９の周囲を１周する毎に生じる線材の捻れは、コア７をその中心軸回りに１回転させると共に、コア７の回転の過程でノズル３をティース９に追従させることによって戻される。そして、線材５の捻れを戻すためのコア７の回転は、線材５の巻線に用いられるインデックス機構１１が用いられる。このように、線材５の捻れを戻すためにコア７を回転させる専用の機構を必要とせず、簡便な構造で線材５の捻れを戻すことができる。

また、ティース９への線材５の巻線は、ノズル３から繰り出された線材５を一旦ガイドピン５０にて保持することによって線材５の捻れ部６をノズル３側へと移動させた後、ガイドピン５０を抜いて線材５をティース９に落とすようにして行われる。このように線材５の捻れ部６をティース９から遠ざけた状態で巻線を行うことによって、線材の捻れ部６がティース９の周囲に巻線されることが防止される。また、ガイドピン５０を用いないで線材５をティース９に対して整列巻きしようとする場合には、捻れ部６をティース９から遠ざけるために、ティース９とノズル３との距離を長くして巻線する必要がある。しかし、ガイドピン５０を用いることによって、捻れ部６の位置をティース９から遠ざけることができるため、ティース９とノズル３との距離を長くする必要がなく、巻線装置自体をコンパクトにすることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、複数本の線材をステータ、ロータ等の多極電機子に対して巻線する巻線方法及び巻線装置に適用することができる。

本発明の実施の形態の巻線装置を示す斜視図である。 同じく巻線装置を示す断面図である。 巻線動作を時系列順に示した図である。 線材に生じた捻れを戻す動作を示した図である。

符号の説明

１ 巻線装置
２ 架台
３ ノズル
３ａ ノズルの先端
４ ガイド穴
５ 線材
６ 捻れ部
７ コア
９ ティース（巻芯）
１０ スロット
１１ インデックス機構
１２ ノズル移動機構
１３ コア支持台
４４ 傾動台
５０ａ 上部ガイドピン
５０ｂ 下部ガイドピン
５１ ガイドピン移動機構

Claims (4)

1. 複数の巻芯が環状に並ぶコアに対して複数本の線材を同時に巻線する多極電機子の巻線装置において、
   前記コアをその中心軸回りに回転させるインデックス機構と、
   複数本の線材を繰り出すノズルと、
   当該ノズルを移動させるノズル移動機構と、を備え、
   前記ノズルが巻芯の周囲を１周する毎に、前記インデックス機構は前記コアをその中心軸回りに１回転させると共に、当該コアの回転の過程で前記ノズル移動機構は前記ノズルを巻芯に追従させることによって、線材に生じる捻れが戻されることを特徴とする多極電機子の巻線装置。
2. 線材を巻芯に巻き付ける際に、前記ノズルから繰り出された線材を保持することによって、線材の捻れを巻芯から遠ざけるガイドピンをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の多極電機子の巻線装置。
3. 複数の巻芯が環状に並ぶコアに対して複数本の線材を同時に巻線する多極電機子の巻線方法において、
   複数本の線材を繰り出すノズルを巻芯の周囲に相対移動させることによって巻芯に対して線材を巻線する巻線工程と、
   前記ノズルが巻芯の周囲を１周する毎に、前記コアをその中心軸回りに１回転させると共に、当該コアの回転の過程で前記ノズルを巻芯に追従させることによって、線材に生じる捻れを戻す工程と、
   を備えることを特徴とする多極電機子の巻線方法。
4. 前記巻線工程において、
   前記ノズルから繰り出された線材をガイドピンにて保持することによって線材の捻れを巻芯から遠ざけた状態で線材を巻芯に巻線することを特徴とする請求項３に記載の多極電機子の巻線方法。

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