JP2014075957A - 巻線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】姿勢変更時のノズル先端変位量の小さい巻線装置を提供する。
【解決手段】モータコア１の極に線材を巻きつける巻線装置において、アーム部３の姿勢変更動作の前後で、アーム部３と対向する位置に配置されたアーム固定部材５１と、アーム固定部材５１をアーム部３に接近及び離隔させる固定部材移動機構５２とを備え、アーム部固定部材５１の一部が固定部材移動機構５２により、アーム部３に接触した状態と接触しない状態の二つの状態を取らせる。
【選択図】図１

Description

本発明は巻線装置に関する。

従来、多極電機子（モータコア）の極にコイル形成用の線材を巻きつけるために、巻線機が広く利用されている。ここで、多極電機子の極への巻線工程の前後には、線端部をワーク保持治具に設けられた線端クランプに挟み込むクランプ工程、線材をワークに配置された絡げピンに絡げる絡げ工程、巻線部分以外の線材の中途部を渡り線として形成する渡り線形成工程といった複数の線処理工程が併せて実施される場合が多い。このような線処理工程においては、ノズルが取り付けられているアームの姿勢を巻線工程とは異なる状態に変更して線処理工程を行う場合があった。（例えば、特開2011-004477公報）

特開２０１１−００４４７７号公報

しかしながら、この線処理工程における姿勢の変更においては、変更の前後でノズル先端が変位し、巻線のたるみなどが発生する虞があった。
本発明の目的は、上記の姿勢変更の前後において、ノズル先端の変位量が小さな巻線装置を提供することにある。

コアバックと該コアバックから径方向に伸びる複数のティースとを有するコアに線材を巻きつける巻線装置であって、前記コアを保持するコア保持部と、前記線材が通される孔若しくは溝形状のガイドを先端部に有する柱形状のアーム部と、該アーム部を回転させて姿勢を変化させるアーム部回転機構と、前記アーム部回転機構を支持する支持部と、前記支持部と前記コアの相対位置を変化させる相対移動機構と、前記支持部に連結され、前記アーム部と対向する位置に配置されたアーム固定部材と、前記アーム固定部材を前記アーム部に接近及び離隔させる固定部材移動機構と、を備え、前記アーム部固定部材の一部が前記固定部材移動機構により前記アーム部に接触した状態と接触しない状態の二つの状態を取る事が可能である、巻線装置。

巻線機の各種線処理工程に付随するアームの姿勢変更おいて、ノズル先端の変位を減らすことができる。

図１は、本発明に係る第一の実施形態における巻線装置の斜視図である。 図２は、アーム部の一部を拡大した拡大図である。 図３は、アーム部が縦姿勢を取る巻線機の斜視図である。 図４は、アーム部が水平姿勢を取る巻線機の斜視図である。 図５は、アーム部が傾斜姿勢を取る巻線機の斜視図である。 図６は、第一の姿勢変更動作に係る模式図である。 図７は、第一の姿勢変更動作に係る模式図である。 図８は、アーム部及び支持部の一部拡大図である。 図９は、アーム部、及びアーム部固定部材の一部拡大図である。 図１０は、アーム部、及びアーム部固定部材の一部拡大図である。

以下、本発明の例示的な一の側面に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願ではコアバックの中心軸と平行な方向を「軸方向」、コアバックの中心軸と直交する方向を「径方向」、コアの中心軸の周囲を回る方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために各方向を定義したものであって、本発明に係る巻線装置の、使用時の向きを限定するものではない。また、平行、と表現する場合、数学的に厳密に平行である場合のみを指すものではなく、目視にて同じ方向を向いていると判断される場合全てを含むものとする。同様に、直交、と表現する場合、数学的に厳密に直交関係にある場合に限定されるのではなく、目視にて直交していると判断される場合全てを含むものとする。

＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明に係る巻線装置の、斜視図である。図１に示すように、巻線装置はコア保持部２と、アーム部３と、アーム回転機構４と、支持部５とを備える。コア保持部２には、環状のコア１が保持される。巻線装置は更に、支持部５をコア１に対して上下方向に移動させる上下方向移動機構６１と、上下方向移動機構６１を支持部５と共にコア１に対して径方向に沿って移動させる径方向移動機構６２と、コア１を周方向に回転させるコア回転機構６３を備える。これら、第１移動機構である上下方向移動機構６１、第２移動機構である径方向移動機構６２、及び第３移動機構であるコア回転機構６３によって、コア１に含まれるティース１２と、アーム部３との相対的位置関係を変化させる、相対移動機構６が構成される。

コア１は、磁性体である複数の電磁鋼板が、軸方向に積層されたものである。コア１は環状に配置されたコアバック１１と、コアバック１１から径方向内側に伸びるティース１２を複数個有する。なお、コアには、複数のティース１２が径方向外側に伸びる形態のものもある。そのような形態のコアに対しても、本発明の巻線装置は線材を巻きつけることができる。

図２はアーム部３の一部を拡大した図である。アーム部３は、柱形状のノズル保持部３１と、ノズル保持部の先端部から突出するノズル部３２と、線材が通される孔形状のガイド３３と、を備える。なお、ガイド３３は溝形状であってもよい。

ノズル部３２は、中空の筒型部材であり、筒型部材の内側がガイド３３として機能する。ただし、本発明におけるガイドは、この構成に限らない。この構成により、線材を精度よく巻くことができる。

アーム部回転機構４は、駆動用モータ４１と、プーリ４２と、タイミングベルト４３と、回転軸４４を備える。駆動用モータ４１は支持部５に固定され、駆動用モータ４１の回転部は、タイミングベルト４３を介してプーリ４２と連結される。回転軸４４は、支持部５に対して回転可能に支持され、アーム部３、及びプーリ４２が固定される。

本実施形態において、支持部移動機構７は、第４移動機構である上下方向移動機構６１と、第５移動機構である径方向移動機構６２とで構成される。すなわち、第１移動機構は第４移動機構を兼ね、第２移動機構は第５移動機構を兼ねている。

なお、支持部移動機構７は別個に設けられていても良い。例えば本発明の巻線機はコア回転機構６３を支持する、コア傾斜機構を備えていても良い。コア傾斜機構は、コアバッグ１１の上を通る仮想線を回転軸として、コア１を支持部５に対して、傾斜させることができる。

＜２．姿勢変更動作について＞
次に、図３、図４、図５に示す、アーム部３がアーム部回転機構４によって取りうる姿勢について説明する。

アーム部３は、アーム部３がコア１の上側に配置された状態において、図３に示すような、アーム部３が軸方向に伸びる縦姿勢、及び図４に示すような、アーム部が径方向に伸びる水平姿勢を取ることができる。更に、アーム部３は、アーム部３の先端部がコア１の軸方向下側端面よりも下に配置された状態において、図５に示すような、アーム部３が軸方向に対して明確に傾いた状態である、傾斜姿勢を取ることができる。なお、縦姿勢と呼ぶ場合の縦とは、例えば図１における上下方向を意味するが、厳密に上下方向に平行である姿勢のみに限定するものではない。ティースに線材を巻きつける際にコアバックと干渉しない程度に立ち上がっていれば、縦姿勢である。同様に、水平姿勢と呼ぶ場合の水平も、完全に水平な場合に限られるのではなく、ティースからティースに線材を渡らせる際の渡り線処理や絡げピンに線材を絡げる絡げ処理等の、線材を巻きつける動作以外の作業に際して、その支障とならない程度に傾斜していれば本発明における水平姿勢である。

＜２−１．第一の姿勢変更動作＞
次に、巻線装置の第一の姿勢変更動作について説明する。図６は、アーム部３がコア１の上側に配置された状態における第一の姿勢変更動作を示した図である。

アーム部３は、アーム部回転機構４により、アーム部３が軸方向に伸びる縦姿勢から、アーム部３が径方向に伸びる水平姿勢へと変更される。このアーム部回転機構４の動作に連動して、相対移動機構６が支持部移動機構７として機能し、支持部５を移動させる。

この時、支持部移動機構７により、アーム部回転機構４の回転軸４４は、コアバック１１の軸方向上方を紙面に対して垂直に走る第一の仮想線Ｐ１を中心として回転させられる。図６では、アーム部３は回転軸４４に対して時計回りに回転しており、同時に回転軸４４は第一の仮想線Ｐ１を軸として時計回りに回転している。アーム部３の回転と同時にアーム部回転機構４の回転軸４４の中心Ｐ２がＰ１を中心に、アーム部３と同じ方向に回転させられてノズル部３２の先端の移動が相殺される。これにより、ノズル部３２の先端は第一の姿勢変更動作中あまり動かないため、姿勢変更前と変更後におけるノズル部３２の先端の変位量を小さく抑えることができる。

第一の仮想線Ｐ１は、好ましくはティース１２がコアバック１１に接続するティース基部の直上に位置させることが好ましい。ティース１２への線材の巻き初めと巻き終わりが、この位置になるからである。ただし、線材の線径の４倍以下の距離だけ、径方向外側、或いは径方向内側にずれた位置であっても、深刻な不具合は生じないが、更に言えば、ずれが線材の線径以内であることが好ましい。

図６は、この第一の姿勢変更動作に際して、第一の仮想線Ｐ１を、第一の姿勢変更動作開始時におけるガイド３３の開口を通る位置とした場合を示している。この場合第一の軌跡Ｌ１は、Ｐ１を中心とし、半径がアーム部回転機構４の回転の中心Ｐ２とＰ１との距離Ｒ１の、円Ｃ１の一部である円弧Ｃ２となる。これにより、ガイド３３の開口の姿勢変更前と変更後における変位量を、更に小さくすることができる。逆に、Ｐ１が第一の姿勢変更動作開始時におけるガイド３３の開口から、径方向にややずれた位置を通る場合、変位量はゼロにはならない。しかし、そのずれが大きくなければ、ガイド３３の開口の変位は小さく抑えることができる。許容されるずれの大きさは、線材の線径の４倍、或いはそれ以下であることが好ましく、さらに言えば、線材の線径以内であることがより好ましい。

加えて、Ｐ２の回転の中心である第一の仮想線Ｐ１の位置は、第一の姿勢変更動作の開始から終了までの間に、不動であることが好ましい。また、姿勢変更動作の前後において、アーム部回転機構４によるアーム部３の回転角θ１と、支持部移動機構７によるＰ１を軸としたＰ２の回転の角度θ２は等しいことが好ましい。これにより、姿勢変更前と変更後におけるガイド３３の開口の変位は更に小さく抑えることができる。

なお、Ｐ２の回転の中心である第一の仮想線Ｐ１の位置は、第一の姿勢変更動作中で同一の位置を保つ必要はない。第一の姿勢変更動作の開始から終了までの間に、線材の線径の４倍以下の距離であれば、移動しても構わない。ただし、更に好ましくは移動の距離が、線材の線径以内であればよい。この場合、第一の軌跡Ｌ１は円弧にはならず、楕円弧やその他の曲線になる。この場合でも、第一の姿勢変更前と変更後におけるガイド３３の開口の変位は小さく抑えることができる。

＜２−２．第２の姿勢変更動作＞
次に、巻線装置の第二の姿勢変更動作について説明する。図７はアーム部３の先端部がコア１の軸方向下側端面よりも下に配置された状態における第二の姿勢変更動作を示した図である。

アーム部３は、アーム部回転機構４により、アーム部３が軸方向に伸びる縦姿勢から、アーム部３が軸方向に対して明確に傾斜した、傾斜姿勢へと変更される。このアーム部回転機構４の動作に連動して、相対移動機構６が支持部移動機構７として機能し、支持部５を移動させる。

この時、支持部移動機構７により、アーム部回転機構４の回転軸４４は、コアバック１１の軸方向下方を紙面に対して垂直に走る第二の仮想線Ｐ３を中心として回転させられる。図７では、アーム部３は回転軸４４に対して反時計回りに回転しており、同時に回転軸４４は第二の仮想線Ｐ３を軸として反時計回りに回転している。つまり、アーム部３の回転と同時にアーム部回転機構４の回転軸４４の中心Ｐ４がＰ３を中心に、アーム部３と同じ方向に回転させられてノズル部３２の先端の移動が相殺される。これにより、ノズル部３２の先端は、第二の姿勢変更動作中あまり動かないため、姿勢変更前と変更後におけるノズル部３２の先端の変位量を小さく抑えることができる。

第二の仮想線Ｐ３は、好ましくはティース１２がコアバック１１に接続するティース基部の直下に位置させることが望ましい。ティース１２への線材の巻き始めと巻き終わりが、この位置になるからである。ただし、線材の線径の４倍以下の距離だけ、径方向外側、或いは径方向内側にずれた位置であっても、深刻な不具合は生じないが、更に言えば、ずれが線材の線径以内であることが好ましい。

図７は、この第二の姿勢変更動作に際して、第二の仮想線Ｐ３を、第二の姿勢変更動作開始時におけるガイド３３の開口を通る位置とした場合を示している。この場合、第二の軌跡Ｌ２は、Ｐ３を中心とし、半径がアーム部回転機構４の回転の中心Ｐ４とＰ３との距離Ｒ２の、円Ｃ３の一部である円弧Ｃ４となる。これにより、ガイド３３の開口の姿勢変更前と変更後における変位量を、更に小さくすることができる。逆に、Ｐ３が第二の姿勢変更動作開始時におけるガイド３３の開口から、径方向にややずれた位置を通る場合、変位量はゼロにはならない。しかし、そのずれが大きくなければ、ガイド３３の開口の変位は小さく抑えることができる。許容されるずれの大きさは、線材の線径の４倍、或いはそれ以下であることが好ましく、さらに言えば、線材の線径以内であることがより好ましい。

加えて、Ｐ４の回転の中心である第二の仮想線Ｐ３の位置は、第二の姿勢変更動作の開始から終了までの間に、不動であることが好ましい。また、姿勢変更動作の前後において、アーム部回転機構４によるアーム部３の回転角θ３と、支持部移動機構７によるＰ３を回転軸としたＰ４の回転の角度θ４は等しいことが好ましい。これにより、第二の姿勢変更前と変更後におけるガイド３３の開口の変位は更に小さく抑えることができる。

なお、Ｐ４の回転の中心である第二の仮想線Ｐ３の位置は、第二の姿勢変更動作中で同一の位置を保つ必要はない。第二の姿勢変更動作の開始から終了までの間に、線材の線径の４倍以下の距離であれば、移動しても構わない。ただし、更に好ましくは移動の距離が、線材の線径以内であればよい。この場合、第二の軌跡Ｌ２は円弧にはならず、楕円弧やその他の曲線になる。この場合でも、第二の姿勢変更前と変更後におけるガイド３３の開口の変位は小さく抑えることができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の例示的な一の側面に係る実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、支持部移動機構７は、
回転軸４４が第一の軌跡Ｌ１、及び第二の軌跡Ｌ２に沿って移動するように支持部を移動させる機構であればよく、多関節ロボットアームや、円盤部材に支持部を固定し回転させる機構等の他の機構によって実現されてもよい。

第一実施形態において、支持部移動機構７は、上下方向移動機構６１と、径方向移動機構６２とで構成され、これら二つの移動機構が連動して作動することで、アーム部回転機構の回転軸４４を移動させ、第一の軌跡Ｌ１を描かせる。しかし、本発明における支持部移動機構７はこのような構成に限られない。
例えば、上下方向移動機構６１と支持部５の間に軸受機構を備えた支持部回転機構を介在させても良い。この際、支持部回転機構の軸受の回転軸は、図６における第一の仮想線Ｐ１に一致させる。そして、アーム部回転機構がアーム部を回転させる動作と同期させて支持部５と支持部５に取り付けられたアーム部回転機構を回転させる。こうすることで、第一実施形態における第一の姿勢変更動作の場合と同様に、アーム部回転機構の回転軸４４を第一の仮想線Ｐ１を軸として回転させることできる。
なお、このような構成の巻線機では、第二の姿勢変更動作は行えない。しかし、巻線機の製造コストを引き下げることができる。

また、線材が１本であるとして説明したが、線材は複数本あってもよい。なお、その場合に姿勢変更の際に許容される仮想線Ｐ１またはＰ３の位置のずれの大きさは、各線材の線径を合計した大きさを基準として考える。

支持部５は図８に示すようなアーム部固定部材５１と、アーム部固定部材５１に連結され、アーム部固定部材５１を移動させる固定部材移動機構５２と、を備えている。また、アーム部材３は位置決めプレート３４を備える。

アーム部固定部材５１は凸形部位５１１を有し、位置決めプレート３４のアーム部固定部材が接触する部分は凹形部位３４１を有する。アーム部固定部材５１の凸型部位５１１の側面、及び位置決めプレート３４の凹型部位３４１の内側面は間隔が徐々に狭まっていくテーパー面を有する。

アーム部固定部材５１は、姿勢変更動作の前後において、固定部材移動機構５２によりアーム部３の位置決めプレート３４に接触する状態、及び接触しない状態へと移動される。アーム部固定部材５１が、固定部材移動機構５２により移動され、位置決めプレート３４に接触する状態では、アーム部固定部材の凸形部位５１１は位置決めプレート３４の凹形部位３４１に収容される。図９及び図１０は、アーム部固定部材５１の一部が固定部材移動機構５２によりアーム部３の位置決めプレート３４に接触した状態と接触しない状態の二つの状態をそれぞれ示したものである。この構成により、アーム部３に大きな力が加わった場合にも、アーム部３の先端の変位を防ぐことができる。

なお、位置決めプレート３４の、アーム部固定部材５１が接触する部分の凹型部位３４１は複数であってもよい。複数の場合、凹型部位３４１はアーム部回転機構４の回転軸４４の周方向に並んで配置される。この構成により、アーム部３を複数の角度で固定することができる。

本実施形態においては、アーム部３が位置決めプレート３４を有する構成について説明したが、位置決めプレート３４を有していなくともよく、その場合はアーム部３に凹型部位３４１が配置される。

更に、アーム部固定部材５１が凸形部位５１１、位置決めプレート３４に凹形部位３４１を有すると説明したが、本発明の巻線装置はこの構成に限られることはない。つまり、アーム部固定部材５１が凹型部位を有していてもよく、位置決めプレート３４またはアーム部３の、アーム部固定部材が接触する部分が凸型部位を有していてもよい。その場合、アーム部固定部材５１が、固定部材移動機構５２により移動され、位置決めプレート３４に接触する状態では、位置決めプレート３４の凸形部位がアーム部固定部材５１の凹形部位に収容される。

本発明は巻線装置に利用できる。

１ コア
１１ コアバック
１２ ティース
２ コア保持部
３ アーム部
３１ ノズル保持部
３２ ノズル部
３３ ガイド
３４ 位置決めプレート
４ アーム部回転機構
４１ 駆動用モータ
４２ プーリ
４３ タイミングベルト
４４ 回転軸
５ 支持部
５１ アーム部固定部材
５２ 固定部材移動機構
６ 相対移動機構
７ 支持部移動機構

Claims (5)

1. コアバックと該コアバックから径方向に伸びる複数のティースとを有するコアに線材を巻きつける巻線装置であって、
   前記コアを保持するコア保持部と、
   前記線材が通される孔若しくは溝形状のガイドを先端部に有する柱形状のアーム部と、
   該アーム部を回転させて姿勢を変化させるアーム部回転機構と、
   前記アーム部回転機構を支持する支持部と、
   前記支持部と前記コアの相対位置を変化させる相対移動機構と、
   前記支持部に連結され、前記アーム部と対向する位置に配置されたアーム固定部材と、
   前記アーム固定部材を前記アーム部に接近及び離隔させる固定部材移動機構と、
   を備え、
   前記アーム部固定部材の一部が前記固定部材移動機構により前記アーム部に接触した状態と接触しない状態の二つの状態を取る事が可能である、
   巻線装置。
2. 請求項１の巻線装置において、
   前記アーム固定部材の前記アーム部に接触する部分、及び、前記アーム部の前記アーム固定部材が接触する部分の、何れか一方は凸形部位であり、何れか他方は凹形部位であり、
   前記アーム固定部材が前記アームと接触する状態において、前記凸形部位の少なくとも一部は前記凹形部位に収容される、
   巻線装置。
3. 請求項１又は２の巻線装置において、
   前記アーム部の前記凸形部位、または凹形部位は複数であり、
   前記複数の凸形部位、または凹形部位は、
   前記アーム部回転機構の回転軸の周方向に並ぶ、
   巻線装置。
4. 請求項１乃至３の何れかの巻線装置において、
   前記凸形部位の側面、及び、前記凹形部位の内側面は、間隔が徐々に狭まってゆくテーパー面を備える、
   巻線装置。
5. 請求項２乃至４の何れかの巻線装置において、
   前記アーム部は、位置決めプレートを更に有し、
   前記位置決めプレートは前記凸形部位もしくは前記凹形部位の何れかを備える、
   巻線装置。

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