JP2010098877A - コイル巻線装置およびコイル巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガイドローラから繰り出されるコイル線材Ｗをスロット１７の底近くに巻線して、回転子のアンバランスの増加量を低減することを課題とする。
【解決手段】 電動モータの回転子のロータコア２に対してコイル線材Ｗを巻線してロータコイル３を形成するコイル巻線工程時に、ロータ回転軸１の第２外径部１２を覆う軸カバー１０を、長軸方向と短軸方向とで曲率半径が異なる楕円形状に形成する。そして、フライヤ回転軸方向に軸カバー１０の長軸方向を沿わせると共に、フライヤ回転軸方向に対して直角方向に軸カバー１０の短軸方向を沿わせた状態で、ロータ回転軸１の外周をその周方向に取り囲むように軸カバー１０を設置する。これにより、ガイドローラから繰り出されるコイル線材Ｗは、一旦軸カバー１０の短軸方向の楕円曲面５４に沿ってスロット１７の底深く侵入して、ロータコア２に巻装される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、線材繰出部から繰り出される線材を回転電機（電動モータ）の回転子のコアに形成される一対のスロットに巻線するコイル巻線装置およびコイル巻線方法に関するものである。

［従来の技術］
従来より、直流モータの回転子のコアに線材を巻線してコイルを形成するコイル巻線装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
ここで、直流モータの回転子は、図７に示したように、軸方向に真っ直ぐに延びるロータ回転軸１０１の外周に、ロータコア１０２および整流子（コンミテータ）１０３が圧入固定されている。
そして、ロータコア１０２は、内部に貫通孔（圧入孔）１１１が形成された円筒部１１２、およびこの円筒部１１２の外周から径方向に向かって放射状に突出する複数のティース１１３等を有している。また、隣接する２つのティース１１３間には、ロータコイル１０４が巻装されるスロット１１４が形成されている。なお、ティース１１３およびスロット１１４は、ロータコア１０２の円筒部１１２の周方向に等間隔で多数形成されている。

また、コイル巻線装置は、線材繰出部（先端ローラまたは巻線ノズル）をそれぞれ保持する左右一対のフライヤと、このフライヤの回転軸を駆動するフライヤ駆動機構と、線材繰出部から繰り出された線材をガイドしてロータコア１０２のスロット１１４に案内する左右一対のフォーマと、整流子１０３に線材が引っ掛からないように整流子１０３を覆う整流子カバーと、ロータコア１０２の反整流子側の端面（反整流子側コア端面）より突出するロータ回転軸１０１を覆う軸カバー１０５とを備えている。
ここで、軸カバー１０５は、設置されていない場合や、円筒形状（エッジ部は滑らかに面取りしている）のものが一般的であった。この円筒形状の軸カバー１０５の場合、円筒の直径を、ロータコイル１０４を巻装することが可能な最大径、つまり各ティース１１３の先端外周部よりロータ周方向の両側に向けて延びる鍔状のティース拡開部（鍔部）１１５の内径と等しくなる最大径に設定されている。
また、フライヤ駆動機構は、ロータコア１０２に対する線材繰出部の回転軌跡が、フライヤの回転軸を中心とする所定の曲率半径の回転軌跡（フライヤ回転軌跡：Ｂ）を描くようにフライヤの回転軸を駆動する。

［従来の技術の不具合］
ところが、従来のコイル巻線装置においては、円筒形状の軸カバー１０５を用いて、回転子のロータコア１０２に線材を巻き付けて、スロット１１４に挿入される巻線部（コイル辺）、整流子側のコイルエンド１２１および反整流子側のコイルエンド１２２を有するロータコイル１０４を形成している。
このように円筒形状の軸カバー１０５を用いて線材を巻装した場合には、ロータコイル１０４の反整流子側の巻線部（コイル辺）が、ロータコア１０２のスロット１１４の外周側近傍（スロット開口部側近傍）に集中してしまう。これにより、ロータコイル１０４の整流子側の巻線部（コイル辺）が、スロット１１４の外周側（スロット開口部側）に引っ張られてしまい、回転子のアンバランスが大きくなるという問題があった。

また、円筒形状の軸カバー１０５を用いてロータコア１０２に線材を巻装した場合には、図７に示したように、ロータコア１０２の反整流子側コア端面から突出する反整流子側のコイルエンド１２２が軸カバー１０５に近づき、ロータコア１０２の整流子側の端面（整流子側コア端面）から突出する整流子側のコイルエンド１２１がロータコア１０２の円筒部のエッジ部分に近づいて形成されてしまい、ロータコア１０２とロータコイル１０４との位置関係のバランスが悪いという問題があった。
特開平１０−２８５８５４号公報 特開２０００−１４０９６号公報

本発明の目的は、線材繰出部から繰り出される線材をスロットの底近くに巻線して、回転子のアンバランスの増加量を低減することのできるコイル巻線装置およびコイル巻線方法を提供することにある。また、回転子のコアとコイルとの位置関係のバランスを改善することのできるコイル巻線装置およびコイル巻線方法を提供することにある。

請求項１および請求項１０に記載の発明によれば、回転子のコアの反整流子側の端面から突出した回転子軸を覆う軸カバーの形状を、長軸方向と短軸方向とで曲率半径が異なる楕円形状に形成する。そして、フライヤの回転軸方向に軸カバーの長軸方向を沿わせると共に、フライヤの回転軸方向に対して直角方向に軸カバーの短軸方向を沿わせた状態で、回転子軸の外周をその周方向に取り囲むように軸カバーを設置することにより、線材繰出部から繰り出された線材が、一旦、軸カバーの短軸方向の楕円曲面に沿ってスロットの底深く侵入する。

次に、軸カバーの長軸方向の楕円曲面に沿って回転子のコアの両端面より突出するコイルエンドを形成する際に、回転子のコアに巻装されるコイルの巻線長さ（軸方向長さ）が短くなるように、コイル（例えば反整流子側のコイル）が回転子のコアに形成される一対のスロットの外周側（スロット開口部側）に若干移動する。
したがって、整流子側のコイルは、線材繰出部から繰り出される線材が一旦軸カバーの短軸方向の楕円曲面に沿ってスロットの底深く侵入すると、回転子のコアに形成される一対のスロットの外周側（スロット開口部側）に移動することがなく、回転子軸近傍に巻線される。この結果、線材繰出部から繰り出される線材を、できるだけコアのスロットの底近くに巻き付けることができるので、回転子のアンバランスの増加量を低減することができる。

また、フライヤの回転軸方向に長く、フライヤの回転軸方向に対して直角方向に短い楕円形状の軸カバーによって回転子のコアの両端面（コアの軸方向の両端面）より突出するコイルエンドが軸方向に膨れることなく、径方向に整形されて回転子のコアに線材を巻装することができる。これによって、回転子のコアとコイルとの位置関係のバランスを改善することができる。
請求項２に記載の発明によれば、回転子のコアは、回転子軸の外周を周方向に取り囲む円筒部、この円筒部の外周より回転子の径方向の外側に突出するティース巻線部、およびこのティース巻線部の先端外周部より回転子の周方向の両側に向けて延びるティース拡開部を有している。そして、軸カバーの長軸方向の長径は、円筒部の外径よりも大きく、ティース拡開部の内径よりも小さくなっている。

請求項３に記載の発明によれば、フライヤの回転軸を中心にした線材繰出部およびアームの回転運動によって線材繰出部から繰り出された線材が、回転子のコアに形成される一対のスロット、整流子カバーの第１対向部と回転子のコアの整流子側の端面との間に形成される空間、および軸カバーの第２対向部と回転子のコアの反整流子側の端面との間に形成される空間に巻装される。
請求項４に記載の発明によれば、一対のスロットに線材を巻線して形成されるコイルは、回転子のコアの整流子側の端面から突出する整流子側のコイルエンド、および回転子のコアの反整流子側の端面から突出する反整流子側のコイルエンドを有している。
ここで、回転子のコアの整流子側（整流子カバー側）の端面とは、整流子カバーの第１対向部との間に所定の隙間を隔てて対向して配置される「回転子のコアの一端面（コアの軸方向の一端面）」のことである。また、回転子のコアの反整流子側（軸カバー側）の端面とは、軸カバーの第２対向部との間に所定の隙間を隔てて対向して配置される「回転子のコアの他端面（コアの軸方向の他端面）」のことである。

請求項５に記載の発明によれば、整流子カバーの第１対向部は、回転子のコアに対する整流子側のコイルエンドの軸方向位置を規制する規制部を構成している。これにより、回転子のコアのスロットに線材を巻装してコイルを形成する際に、回転子のコアの整流子側の端面から突出する整流子側のコイルエンドの軸方向位置における整流子カバー側の限界位置が規制されるので、整流子側のコイルエンドが限界位置以上にコアの軸方向の整流子カバー側に膨れることはない。
請求項６に記載の発明によれば、軸カバーの第２対向部は、回転子のコアに対する反整流子側のコイルエンドの軸方向位置を規制する規制部を構成している。これにより、回転子のコアのスロットに線材を巻装してコイルを形成する際に、回転子のコアの反整流子側の端面から突出する反整流子側のコイルエンドの軸方向位置における軸カバー側の限界位置が規制されるので、反整流子側のコイルエンドが限界位置以上にコアの軸方向の軸カバー側に膨れることはない。

請求項７に記載の発明によれば、回転子のコアに対する線材繰出部の回転軌跡が、フライヤの回転軸を中心とする所定の曲率半径の回転軌跡（フライヤ回転軌跡）を描くように、フライヤの回転軸を駆動するフライヤ駆動機構を備えている。
請求項８に記載の発明によれば、フォーマによって、線材繰出部から繰り出される線材が回転子のコアに形成される一対のスロットに案内（ガイド）される。
請求項９に記載の発明によれば、フォーマは、例えば回転子のコアを径方向の両側（直径方向の両側）から挟み込むように配置されている。

本発明を実施するための最良の形態は、回転子のコアに巻装される線材をできるだけコアのスロットの底近くに巻き付けるようにして、回転子のアンバランスの増加量を低減するという目的を、長軸方向と短軸方向とで曲率半径が異なる楕円形状に形成された軸カバーを、フライヤの回転軸方向に長軸方向を沿わせると共に、フライヤの回転軸方向に対して直角方向に短軸方向を沿わせた状態で、回転子軸の外周をその周方向に取り囲むように設置することで実現した。
また、回転子のコアとコイルとの位置関係のバランスを改善するという目的を、フライヤの回転軸方向に長く、フライヤの回転軸方向に対して直角方向に短い楕円形状の軸カバーを設けることで実現した。

［実施例１の構成］
図１ないし図６は本発明の実施例１を示したもので、図１は電動モータの回転子を示した図で、図２はフライヤとフォーマを示した図で、図３（ａ）は軸カバーとロータ回転軸とフライヤ回転軌跡を示した図で、図３（ｂ）は軸カバーと回転子とフライヤ回転軌跡を示した図である。

本実施例のコイル巻線装置は、電動モータの電機子（回転子）のロータ回転軸１の外周に固定されたアーマチャコア（回転子鉄心、ロータコア）２にコイル線材Ｗを巻装するコイル巻線工程を行う、電動モータの回転子のロータコア２に対するロータコイル巻線システムである。ここで、コイル巻線装置によりコイル線材Ｗが所定の巻き回数分だけ巻き付けられる電動モータの回転子は、電動モータのモータシャフトであるロータ回転軸１と、このロータ回転軸１の外周に固定されるロータコア２と、このロータコア２にコイル線材Ｗを巻装することで形成されるアーマチャコイル（ロータコイル）３と、ロータコア２と共に回転してロータコイル３に供給する駆動電流を整流する整流子（コンミテータ）４とを備えている。

また、コイル巻線装置は、電動モータのロータ回転軸１の軸方向の一端部を把持（保持）するチャック５と、回転子のロータコア２に対してコイル線材Ｗを繰り出すガイドローラ６と、回転子のロータコア２の周囲を旋回して、ロータコア２に対してコイル線材Ｗを巻線するフライヤ７と、ガイドローラ６から繰り出されるコイル線材Ｗをロータコア２の外周に形成される一対の突極部（後述するスロット１７）に案内するガイドフォーマ８と、ロータ回転軸１の軸方向の一端部（第１外径部１１）および整流子４を覆うコンミテータカバー（整流子カバー）９と、ロータ回転軸１の軸方向の他端部（第２外径部１２）を覆うロータ回転軸カバー（軸カバー）１０とを備えている。

電動モータの回転子は、ロータ回転軸１にロータコア２と整流子４とを組み付けた後に、ロータコア２にロータコイル３を巻き付け、ロータコイル３のコイル端末を整流子４のセグメントに接続することにより製造される。
ロータ回転軸１は、ロータコア２の貫通孔（圧入孔）１３を貫通するように配設されて、軸方向に真っ直ぐに延びる回転子軸である。このロータ回転軸１は、ロータコア２の貫通孔１３内に圧入固定されるコア嵌合部１ａ、ロータコア２の整流子側の端面（以下整流子側コア端面と言う）から軸方向の一方側に向けて突出する第１外径部１１、およびロータコア２の反整流子側の端面（以下反整流子側コア端面と言う）から軸方向の他方側に向けて突出する第２外径部１２を有している。

ロータコア２は、内部に貫通孔１３が形成された円筒部１４、およびこの円筒部１４の外周から径方向に向かって放射状に突出する複数のティース等を有している。
円筒部１４は、ロータ回転軸１の中央部の外周を周方向に取り囲むように円筒形状に形成されている。この円筒部１４は、ロータ回転軸１の中央部の外周に圧入固定されている。
複数のティースは、円筒部１４の外周より回転子の径方向の外側に突出するティース巻線部１５、およびこのティース巻線部１５の先端外周部より回転子の周方向の両側に向けて延びる鍔状のティース拡開部１６を有している。また、隣接する２つのティース間には、ロータコイル３が巻装されるスロット１７が形成されている。

なお、円筒部１４の外周は、スロット１７の底部となり、また、ティース拡開部１６の内周は、スロット１７の外周部となる。
また、隣接（隣設）する２つのティース拡開部１６間には、コイル線材Ｗをスロット１７内に挿入するためのコイル線材挿入口となるスロット開口部１８が形成されている。このスロット開口部１８は、ロータコア２の外周部において周方向に所定の間隔で複数形成され、且つロータコア２の外周部において回転子の軸方向に真っ直ぐに延びている。
また、ティースおよびスロット１７は、ロータコア２の円筒部１４の周方向に等間隔で複数個（８個）形成されている。

ロータコイル３は、一対のスロット１７に挿入されてティース巻線部１５に巻装されるスロット収納部２１、２２、ロータコア２の整流子側コア端面から突出する整流子側のコイルエンド２３、およびロータコア２の反整流子側コア端面から突出する反整流子側のコイルエンド２４を有している。
整流子４は、平らな円板形状に形成されており、ロータコア２の整流子側コア端面よりもロータ回転軸１の軸方向の一端側に設置されて、ロータコア２の整流子側コア端面から突出するロータ回転軸１の第１外径部１１に固定されている。この整流子４は、回転子の周方向（回転方向）に等間隔で設置された複数のセグメント（整流子片）２５を有している。

セグメント２５は、例えばカーボンで形成されており、周方向に隣接しているセグメント２５同士はスリット（隙間）２６により電気的に絶縁されている。整流子４の各セグメント２５は、整流子端子であるコイルフック２７に電気的に接続されている。各コイルフック２７には、ロータコイル３のコイル端末（渡り線等）２８が絡げられている。各コイルフック２７と各コイル端末２８とは、整流子４の外周側方においてヒュージング溶接等により電気的に接続されている。回転子の回転に伴い、整流子４の各セグメント２５の摺接面２９が、図示しないブラシと順次接触することで、ロータコイル３に供給される駆動電流が整流される。

コイル巻線装置は、装置本体ベース３１上に設置された左右一対の巻線パック３２と、装置本体ベース３１上に設置された巻線装置本体とを備えている。
左右一対の巻線パック３２は、ロータコア２に巻装されるコイル線材Ｗを収納している。すなわち、ロータコア２の一対のスロット１７に巻き付けられるコイル線材Ｗは、左右一対の巻線パック３２に収容されている。このコイル線材Ｗは、例えば線径φ０．４２〜０．４８ｍｍの銅線にエナメルによる絶縁被覆を施したエナメル銅線（導線）であって、テンション装置３３により所定の張力を与えられた状態で、線端チャック４７によりチャックされている。

巻線装置本体は、装置本体ベース３１上に設置されたスタンド３４、このスタンド３４の図示上端部で装置本体ベース３１と平行となるように設置されたベースボード（テーブル）３５、このテーブル３５に対して垂直方向に設置されたバックボード３６、およびこのバックボード３６の水平方向の両側部より左右両側に突出する左右一対のサイドブロック３７等を備えている。
テンション装置３３は、左右一対のサイドブロック３７にそれぞれ設置されており、コイル線材Ｗに発生する張力の変動に追従させて、コイル線材Ｗの張力を一定に保持するためのものである。このテンション装置３３は、テンション付加用のプーリ、ガイドプーリおよびガイドローラ等を有している。左右一対の巻線パック３２より引き出されたコイル線材Ｗは、例えばテンション付加用のプーリに巻回された後、複数のガイドプーリに案内されてガイドローラへと送られる。

スタンド３４には、テーブル３５の高さを変更することが可能な脚部３８が設置されている。
テーブル３５には、ロータコア２の両端面から突出するロータ回転軸１の両端部を軸方向の両側から保持するロータ保持部３９が設置されている。このロータ保持部３９は、テーブル３５の中央部に設置されたスタンド４０に設置されたチャック５、このチャック５をその軸線方向（図示上下方向）に移動させるチャック駆動機構、およびチャック５をその回転方向（周方向）に移動させるインデックス機構等を有している。

チャック５は、スタンド４０に対して軸方向および回転方向に移動可能に設置されている。このチャック５には、インデックス動作時に、ロータコア２の整流子側コア端面から突出するロータ回転軸１の第１外径部１１が把持（保持）される。
バックボード３６の前面には、各フライヤアーム４１の先端に保持されたガイドローラ６から繰り出されるコイル線材Ｗをロータコア２に形成される一対のスロット１７に巻装する左右一対のフライヤ７と、ガイドローラ６がロータコア２の周囲をロータコア２の軸方向に旋回するようにフライヤ７の回転軸であるスピンドル軸４２を回転駆動するフライヤ駆動機構とが設置されている。

ガイドローラ６は、ロータコア２の一対のスロット１７に巻装してロータコイル（回転子巻線、電機子巻線）３を形成するためのコイル線材Ｗを、回転子のロータコア２に対して繰り出す線材繰出部である。
左右一対のフライヤ７は、先端部でガイドローラ６を回転自在に保持するフライヤアーム４１、およびロータコア２の軸方向の両端面から突出したロータ回転軸１に対して直角方向に延びるスピンドル軸４２を有している。

フライヤアーム４１は、スピンドル軸４２の外周部からスピンドル軸４２の軸方向に対して直角方向（スピンドル軸４２の径方向）に突出している。また、スピンドル軸４２の内部には、テンション装置３３のガイドローラからコイル線材Ｗが送り込まれるガイド孔（図示せず）が形成されている。このガイド孔は、スピンドル軸４２を軸方向に貫通するように形成されている。なお、スピンドル軸４２のフライヤアーム側の端部には、ガイド孔からガイドローラ６にコイル線材Ｗを送り込むための開口部（図示せず）が形成されている。

フライヤ駆動機構は、回転子のロータコア２に対するガイドローラ６の回転軌跡が、フライヤ７のスピンドル軸４２の回転中心軸線（フライヤ回転軸、フライヤ回転中心）Ｏを中心とする所定の曲率半径の回転軌跡（フライヤ回転軌跡）Ａを描くように、フライヤ７のスピンドル軸４２を回転駆動する。このフライヤ駆動機構は、テンション装置３３のガイドローラからコイル線材Ｗが送り込まれるガイド孔（図示せず）が形成されたスピンドル軸４２を回転自在に支持するハウジング４３、およびこのハウジング４３の図示上端面に搭載されたフライヤ駆動用の電動モータ４４等を有している。スピンドル軸４２は、その軸方向の一端部が各ハウジング４３の前面（対向面）より突出しており、また、軸方向の他端部は、電動モータ４４によりベルト駆動されている。

また、テーブル３５の中央部に設置されたスタンド４０には、ロータコイル３の巻き始め端部を把持（保持）する線端チャック４７と、ガイドローラ６から繰り出されるコイル線材Ｗをロータコア２の外周に形成される一対のスロット１７に案内する左右一対のガイドフォーマ８と、これらのガイドフォーマ８をロータコア２に対してロータコア２の径方向に接近、離間させるフォーマ駆動機構とが設置されている。これらのガイドフォーマ８は、ロータコア２を径方向（直径方向）の両側から挟み込むように配置されて、互いに所定の隙間（ロータコア２の直径分の隙間）を隔てて対向して配置されている。また、ガイドフォーマ８は、ガイドローラ６から繰り出されるコイル線材Ｗを一対のスロット１７に誘導する線材ガイド４５を有している。なお、線材ガイド４５を、傾斜面（ガイド面）のみで構成しても良い。

そして、左右一対のガイドフォーマ８には、一対のスロット開口部１８のみが開口するようにロータコア２の外周面（例えば２つまたは３つのティースのティース拡開部１６の外周面）に接触する円弧形状（凹曲面形状）のコア保持部４６が形成されている。これらのコア保持部４６は、回転子のロータコア２を径方向の両側（直径方向の両側）から挟み込むように配置されて、ロータコア２を径方向の両側から挟み込んで保持している。
なお、左右一対のガイドフォーマ８が、左右一対のフライヤ７の各ハウジング４３の前面（対向面）に固定されていても良い。但し、左右一対のガイドフォーマ８に対してフライヤ７のフライヤアーム４１およびスピンドル軸４２が回転自在に設置されている必要がある。

テーブル３５の中央部に設置されたスタンド４０には、ロータコア２の整流子側コア端面から突出するロータ回転軸１の第１外径部１１、このロータ回転軸１の第１外径部１１に固定された整流子４を覆う整流子カバー９、およびこの整流子カバー９をその軸線方向（図示上下方向）に移動させる整流子カバー駆動機構等が設置されている。
整流子カバー９は、円筒形状に形成されて、整流子４の外周をその周方向に取り囲むように設置されている。
そして、整流子カバー９は、ロータコア２の整流子側コア端面との間に所定の隙間を隔てて対向して配置される第１対向部５１を有している。この第１対向部５１は、ロータコア２に対する整流子側のコイルエンド２３の軸方向位置における整流子カバー側の限界位置を規制する規制部を構成している。

テーブル３５の中央部に設置されたスタンド４０には、ロータコア２の反整流子側コア端面から突出するロータ回転軸１の第２外径部１２を回転自在に支持する軸受孔を有し、ロータ回転軸１の第２外径部１２を覆う軸カバー１０が、チャック５または整流子カバー９の第１対向部５１に対向するように設置されている。
軸カバー１０は、長軸方向と短軸方向とで曲率半径が異なる楕円形状に形成されている。この軸カバー１０は、フライヤ７のスピンドル軸４２の軸方向（フライヤ回転軸方向）に長軸方向を沿わせると共に、フライヤ回転軸方向に対して直角方向に短軸方向を沿わせた状態で、ロータ回転軸１の第２外径部１２の外周をその周方向に取り囲むように設置されている。また、軸カバー１０の長軸方向の長径は、ロータコア２の円筒部１４の外径よりも大きく、複数のティースのティース拡開部１６の内径よりも小さくなっている。また、軸カバー１０の短軸方向の短径は、軸カバー１０の長軸方向の長径よりも小さくなっている。

そして、軸カバー１０は、ロータコア２の反整流子側コア端面との間に所定の隙間を隔てて対向して配置される第２対向部５２を有している。この第２対向部５２は、ロータコア２に対する反整流子側のコイルエンド２４の軸方向位置における反整流子カバー側の限界位置を規制する規制部を構成している。
また、軸カバー１０の長軸方向の両側には、軸カバー１０の短径（短軸方向の楕円曲面５４の曲率半径）よりも曲率半径の小さい楕円曲面（長軸方向の楕円曲面、一対の第１楕円曲面）５３が形成されている。また、軸カバー１０の短軸方向の両側には、軸カバー１０の長径（長軸方向の楕円曲面５３の曲率半径）よりも曲率半径の大きい楕円曲面（短軸方向の楕円曲面、一対の第２楕円曲面）５４が形成されている。

［実施例１の製造方法］
次に、本実施例の電動モータの回転子の製造方法、特にコイル巻線装置による電動モータの回転子のロータコア２に対するロータコイル巻線方法を図１ないし図６に基づいて簡単に説明する。ここで、図６はコイル巻線装置による電動モータのロータコア２に対するコイル巻線工程を示した図である。

先ず、ロータコア２の両端面から第１、第２外径部１１、１２が突出するように、ロータ回転軸１のコア嵌合部１ａの外周にロータコア２を圧入固定し、ロータコア２の整流子側コア端面から突出した第１外径部１１の外周に整流子４を組み付けて、ロータコイル３が巻装されていない状態の回転子（ワーク）を製作する。
次に、ロータ回転軸１にロータコア２および整流子４が固定された回転子（ワーク）をロータ保持部３９に取り付けて保持する。具体的には、ロータ回転軸１の第１外径部１１をチャック５により把持して、ロータ回転軸１の第２外径部１２を軸カバー１０の軸受孔に挿し込む。このとき、軸カバー１０によりロータ回転軸１の第２外径部１２をカバーする。

次に、フォーマ駆動機構により左右一対のガイドフォーマ８を駆動して、ロータコア２の外周面を、ロータコア２の径方向の両側から押圧（接近）するように、左右一対のガイドフォーマ８をロータコア側に前進させる。これにより、ロータコア２は、左右一対のガイドフォーマ８のコア保持部４６により径方向の両側から挟み込まれるように押圧保持される。このとき、左右一対のガイドフォーマ８によりロータコア２の外周に形成される一対のスロット１７のスロット開口部１８が開放状態となり、その他のスロット開口部１８が閉塞状態となる。

次に、左右一対の巻線パック３２からコイル線材Ｗを引き出す。これらの巻線パック３２より引き出されたコイル線材Ｗは、テンション付加用のプーリに巻回した後、複数のガイドプーリを通してガイドローラから左右一対のフライヤ７のスピンドル軸４２に形成されるガイド孔を通す。そして、ガイド孔を通されたコイル線材Ｗは、スピンドル軸４２の開口部からフライヤアーム４１の先端に保持されるガイドローラ６に掛けられて、ロータコア２の近傍まで引き出される。

次に、ロータコア２の近傍まで引き出されたコイル線材Ｗの巻き始め端部であるコイル端末２８は、線端チャック４７に把持されて、ガイドローラ６の回転を伴って整流子４の整流子端子であるコイルフック２７に絡げられる。
次に、チャック駆動機構および整流子カバー駆動機構を動作させることにより、チャック５と整流子カバー９とを入れ替えて、整流子カバー９によりロータ回転軸１の第１外径部１１および整流子４をカバーする。

次に、フライヤ駆動機構の電動モータ４４に電力を供給して、フライヤ７のスピンドル軸４２を回転させる。これにより、電動モータのロータコア２にロータコイル用のコイル線材Ｗを巻装するコイル巻線工程が実施される。
コイル巻線工程が開始されると、ロータコア２を径方向の両側（直径方向の両側）から挟み込むように配置される左右一対のガイドフォーマ８の線材ガイド４５によって、ロータコア２の周囲をロータコア２の軸方向に旋回するフライヤアーム４１の先端に保持されるガイドローラ６から繰り出されるコイル線材Ｗが、ロータコア２に形成される一対のスロット１７に案内（ガイド）される。

これにより、ロータコア２に対するガイドローラ６の回転軌跡が所定のフライヤ回転軌跡Ａを描くように、フライヤ７がロータコア２の周囲を旋回する回転運動、つまりガイドローラ６がロータコア２の周囲をロータコア２の軸方向に回転するように、フライヤ７がロータコア２の周囲を旋回する回転運動によって、ガイドローラ６から繰り出されたコイル線材Ｗがロータコア２に形成される一対のスロット１７、整流子カバー９の第１対向部５１とロータコア２の整流子側コア端面との間に形成される空間、および軸カバー１０の第２対向部５２とロータコア２の反整流子側コア端面との間に形成される空間に巻装される。

このとき、一対のスロット１７に巻装されるコイル線材Ｗは、一旦、軸カバー１０の短軸方向の楕円曲面５４に沿ってスロット１７の底深く侵入する。
次に、軸カバー１０の長軸方向の楕円曲面５３に沿って、ロータコア２の反整流子側コア端面より突出する反整流子側のコイルエンド２４を形成する際に、ロータコア２に巻装されるロータコイル３の巻線長さ（軸方向長さ）が短くなるように、反整流子側のコイルがロータコア２に形成される一対のスロット１７の外周側（スロット開口部側）に若干移動する。

以上のように、ガイドローラ６から繰り出されるコイル線材Ｗは、フライヤ７がロータコア２の周囲を旋回する回転運動によって、ロータコア２に形成される一対のスロット１７に巻装される。
一対のスロット１７内に所定の巻き数（例えば３〜８回、４回）の巻線を行った後、フライヤ７の回転を止めて、ロータコイル３の巻き終わり端部（次に巻装するロータコイル３の巻き始め端部）であるコイル端末２８を整流子４のコイルフック２７に絡げる。

次に、チャック駆動機構および整流子カバー駆動機構を動作させることにより、チャック５と整流子カバー９とを入れ替えて、チャック５によりロータ回転軸１の第１外径部１１を把持する。このとき、インデックス機構を動作させることにより、ロータコイル３が２組のスロット１７に巻装された回転子（ワーク）を回転させて、コイル線材Ｗを巻線するスロット１７を替える（インデックス動作）。

次に、チャック駆動機構および整流子カバー駆動機構を動作させることにより、チャック５と整流子カバー９とを入れ替えて、整流子カバー９によりロータ回転軸１の第１外径部１１および整流子４をカバーする。
次に、上述したコイル巻線工程およびインデックス動作を繰り返す。
以上のように、上述したコイル巻線工程をロータコア２のスロット総数を２で割った回数（フライヤ７が左右一対（２つ）設置されているので）繰り返すとロータコイル３の巻線工程が完了する。本実施例のロータコア２は、８スロットであるため、４回上述したコイル巻線工程を繰り返す。

［実施例１の効果］
以上のように、電動モータのロータコア２に対するガイドローラ６の回転軌跡が所定のフライヤ回転軌跡Ａを描くように、フライヤ７のスピンドル軸４２を駆動することにより、ガイドローラ６から繰り出されるコイル線材Ｗを回転子のロータコア２に対して巻線してロータコイル３を形成するコイル巻線工程時には、ロータコア２の整流子側コア端面から突出したロータ回転軸１の第１外径部１１に固定された整流子４を覆う整流子カバー９（の第１対向部５１）と、ロータコア２の反整流子側コア端面から突出したロータ回転軸１の第２外径部１２を覆う軸カバー１０（の第２対向部５２）とを、ロータコア２を間に挟んで対向するように配置される。

そして、本実施例のコイル巻線装置においては、ロータ回転軸１の第２外径部１２を覆う軸カバー１０の形状を、長軸方向と短軸方向とで曲率半径が異なる楕円形状に形成している。また、フライヤ回転軸方向に軸カバー１０の長軸方向を沿わせると共に、フライヤ回転軸方向に対して直角方向に軸カバー１０の短軸方向を沿わせた状態で、ロータ回転軸１の外周をその周方向に取り囲むように軸カバー１０を設置している。
これによって、コイル巻線工程時に、ガイドローラ６から繰り出されるコイル線材Ｗは、一旦軸カバー１０の短軸方向の楕円曲面５４に沿ってスロット１７の底深く侵入し、次に、軸カバー１０の長軸方向の楕円曲面５３に沿って、ロータコア２の反整流子側コア端面より突出する反整流子側のコイルエンド２４を形成する際に、ロータコア２に巻装されるロータコイル３の巻線長さ（軸方向長さ）が短くなるように、反整流子側のコイルがロータコア２に形成される一対のスロット１７の外周側（スロット開口部側）に若干移動する。

したがって、ロータコア２に形成される一対のスロット１７に巻装されたロータコイル３は、ガイドローラ６から繰り出されるコイル線材Ｗが一旦軸カバー１０の短軸方向の楕円曲面５４に沿ってスロット１７の底深く侵入するため、ロータコア２に形成される一対のスロット１７の外周側（スロット開口部側）に若干移動しても、ロータ回転軸１より大きく離れることはない。すなわち、整流子側のロータコイル３は、コイル線材Ｗが一旦軸カバー１０の短軸方向の楕円曲面５４に沿ってスロット１７の底深く侵入すると、スロット１７の外周側（スロット開口部側）に移動することがなく、ロータ回転軸１の近傍に巻線される。この結果、ロータコア２に巻装されるコイル線材Ｗを、できるだけスロット１７の底近くに巻き付けることができるので、電動モータの回転子のアンバランスの増加量を低減することができる。
また、フライヤ回転軸方向に長く、フライヤ回転軸方向に対して直角方向に短い楕円形状の軸カバー１０によってロータコア２の両端面（ロータコア２の軸方向の両端面）より突出する整流子側、反整流子側のコイルエンド２３、２４が軸方向に膨れることなく、径方向に整形されてロータコア２にコイル線材Ｗを巻装することができる。これによって、ロータコア２とロータコイル３との位置関係のバランスを改善することができる。

また、整流子カバー９の第１対向部５１は、ロータコア２に対する整流子側のコイルエンド２３の軸方向位置を規制する規制部を構成している。これにより、ロータコア２のスロット１７にコイル線材Ｗを巻装してロータコイル３を形成する際に、ロータコア２の整流子側コア端面から突出する整流子側のコイルエンド２３の軸方向位置における整流子カバー９側の限界位置が規制されるので、整流子側のコイルエンド２３が限界位置以上にロータコア２の軸方向の整流子カバー９側に膨れることはない。
また、軸カバー１０の第２対向部５２は、ロータコア２に対する反整流子側のコイルエンド２４の軸方向位置を規制する規制部を構成している。これにより、ロータコア２のスロット１７にコイル線材Ｗを巻装してロータコイル３を形成する際に、ロータコア２の反整流子側コア端面から突出する反整流子側のコイルエンド２４の軸方向位置における軸カバー１０側の限界位置が規制されるので、反整流子側のコイルエンド２４が限界位置以上にロータコア２の軸方向の軸カバー１０側に膨れることはない。

［変形例］
本実施例では、ロータコア２に巻装してロータコイル３を形成するためのコイル線材Ｗを繰り出す線材繰出部として、フライヤ７のフライヤアーム４１の先端に保持されるガイドローラ６を採用しているが、線材繰出部として、フライヤ７のフライヤアーム４１の先端に保持されるノズルを用いても良い。
本実施例では、本発明のコイル巻線装置およびコイル巻線方法を、電動モータ（直流モータ）の回転子のロータコア２に対してコイル巻線工程を行うコイル巻線装置およびコイル巻線方法に適用したが、本発明のコイル巻線装置およびコイル巻線方法を、発電機、交流モータ等の回転電機の回転子のロータコア２に対してコイル巻線工程を行うコイル巻線装置およびコイル巻線方法に適用しても良い。

電動モータの回転子を示した斜視図である（実施例１）。 フライヤとフォーマを示した概略図である（実施例１）。 （ａ）は軸カバーとロータ回転軸とフライヤ回転軌跡を示した説明図で、（ｂ）は軸カバーと回転子とフライヤ回転軌跡を示した説明図である（実施例１）。 コイル巻線装置の概略構成を示した正面図である（実施例１）。 コイル巻線装置の概略構成を示した平面図である（実施例１）。 コイル巻線装置による電動モータのロータコアに対するコイル巻線工程を示した説明図である（実施例１）。 （ａ）は軸カバーと回転子軸とフライヤ回転軌跡を示した説明図で、（ｂ）は軸カバーと回転子とフライヤ回転軌跡を示した説明図である（従来の技術）。

符号の説明

Ｗ コイル線材
１ ロータ回転軸（回転子軸）
２ ロータコア
３ ロータコイル
４ 整流子（コンミテータ）
５ チャック
６ ガイドローラ（線材繰出部）
７ フライヤ
８ ガイドフォーマ
９ 整流子カバー
１０ 軸カバー
１１ 第１外径部
１２ 第２外径部
１４ 円筒部
１５ ティース巻線部
１６ ティース拡開部
１７ スロット
２３ 整流子側のコイルエンド
２４ 反整流子側のコイルエンド
４１ フライヤアーム
４２ スピンドル軸（フライヤの回転軸）
５１ 第１対向部（規制部）
５２ 第２対向部（規制部）

Claims (10)

1. （ａ）回転子のコアに向けて線材を繰り出す線材繰出部と、
   （ｂ）この線材繰出部を保持するアーム、および前記回転子のコアの両端面から突出した回転子軸の軸方向に対して直角方向に延びる回転軸を有し、前記回転子のコアの周囲を旋回して、前記回転子のコアに対して線材を巻線するフライヤと、
   （ｃ）このフライヤの回転軸を駆動するフライヤ駆動機構と、
   （ｄ）前記回転子軸に固定された整流子を覆う整流子カバーと、
   （ｅ）前記回転子軸を覆う軸カバーと
   を備え、前記線材繰出部から繰り出される線材を前記回転子のコアに形成される一対のスロットに巻線するコイル巻線装置において、
   前記軸カバーは、長軸方向と短軸方向とで曲率半径が異なる楕円形状に形成されて、
   前記フライヤの回転軸方向に長軸方向を沿わせると共に、前記フライヤの回転軸方向に対して直角方向に短軸方向を沿わせた状態で、前記回転子軸の外周をその周方向に取り囲むように設置されていることを特徴とするコイル巻線装置。
2. 請求項１に記載のコイル巻線装置において、
   前記回転子のコアは、前記回転子軸の外周を周方向に取り囲む円筒部、この円筒部の外周より前記回転子の径方向の外側に突出するティース巻線部、およびこのティース巻線部の先端外周部より前記回転子の周方向の両側に向けて延びるティース拡開部を有し、
   前記軸カバーの長軸方向の長径は、前記円筒部の外径よりも大きく、前記ティース拡開部の内径よりも小さいことを特徴とするコイル巻線装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のコイル巻線装置において、
   前記整流子カバーは、前記回転子のコアの一端面との間に所定の隙間を隔てて対向して配置される第１対向部を有し、
   前記軸カバーは、前記回転子のコアの他端面との間に所定の隙間を隔てて対向して配置される第２対向部を有していることを特徴とするコイル巻線装置。
4. 請求項３に記載のコイル巻線装置において、
   前記一対のスロットに線材を巻線して形成されるコイルは、前記回転子のコアの整流子側の端面から突出する整流子側のコイルエンド、および前記回転子のコアの反整流子側の端面から突出する反整流子側のコイルエンドを有していることを特徴とするコイル巻線装置。
5. 請求項４に記載のコイル巻線装置において、
   前記整流子カバーの第１対向部は、前記回転子のコアに対する前記整流子側のコイルエンドの軸方向位置を規制する規制部を構成していることを特徴とするコイル巻線装置。
6. 請求項４または請求項５に記載のコイル巻線装置において、
   前記軸カバーの第２対向部は、前記回転子のコアに対する前記反整流子側のコイルエンドの軸方向位置を規制する規制部を構成していることを特徴とするコイル巻線装置。
7. 請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載のコイル巻線装置において、
   前記フライヤ駆動機構は、前記回転子のコアに対する前記線材繰出部の回転軌跡が、前記フライヤの回転軸を中心とする所定の曲率半径の回転軌跡を描くように、前記フライヤの回転軸を駆動することを特徴とするコイル巻線装置。
8. 請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載のコイル巻線装置において、
   前記線材繰出部から繰り出される線材を前記回転子のコアに形成される一対のスロットに案内するフォーマを備えたことを特徴とするコイル巻線装置。
9. 請求項８に記載のコイル巻線装置において、
   前記フォーマは、前記回転子のコアをその径方向の両側から挟み込むように配置されていることを特徴とするコイル巻線装置。
10. （ａ）回転子のコアに向けて線材を繰り出す線材繰出部と、
    （ｂ）この線材繰出部を保持するアーム、および前記回転子のコアの両端面から突出した回転子軸の軸方向に対して直角方向に延びる回転軸を有し、前記回転子のコアの周囲を旋回して、前記回転子のコアに対して線材を巻線するフライヤと、
    （ｃ）このフライヤの回転軸を駆動するフライヤ駆動機構と、
    （ｄ）前記回転子軸に固定された整流子を覆う整流子カバーと、
    （ｅ）前記回転子軸を覆う軸カバーと
    を備えたコイル巻線装置によって、前記線材繰出部から繰り出される線材を前記回転子のコアに形成される一対のスロットに巻線するコイル巻線方法において、
    前記軸カバーは、長軸方向と短軸方向とで曲率半径が異なる楕円形状に形成されて、
    前記フライヤの回転軸方向に長軸方向を沿わせると共に、前記フライヤの回転軸方向に対して直角方向に短軸方向を沿わせた状態で、前記回転子軸の外周をその周方向に取り囲むように設置されており、
    前記線材繰出部から繰り出される線材を、前記軸カバーの短軸方向の楕円曲面に沿って前記スロットの底深く侵入させて前記回転子のコアに対する巻線を行うことを特徴とするコイル巻線方法。

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