JP2017208920A - 巻線方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】フライヤ本体に対するノズルの姿勢の変移に起因するコイルの弛みを防止することができる巻線方法を提供する。
【解決手段】フライヤ本体21の延在方向に対してノズル22の軸心を交差させ、ステータ2に対して直交する2方向にフライヤ本体21を移動させることにより、ティース4にコイル7を巻回する巻回工程と、フライヤ本体21の延在方向に対してノズル22の軸心を沿わせ、所定の2つのティース4間にコイル7を渡らせる引き回し工程と、を有し、巻回工程から引き回し工程に移行する間、および引き回し工程から再び巻回工程に移行する間、ステータ2とノズル22の先端との間の距離を、一定の距離に保持し続ける。
【選択図】図1

Description

本発明は、巻線方法に関するものである。
ステータのティースにコイルを巻回する巻線装置は、コイルが繰出されるフライヤを備えている。フライヤは、フライヤ本体と、フライヤ本体に回動自在に取り付けられたノズルと、を備えている。そして、フライヤ本体が、ノズルの先端からコイルを繰出しながらティースの周囲を移動することにより、各ティースにコイルが巻回される。
また、各ティースにコイルを巻回する際、フライヤは、フライヤ本体に対してノズルが90°折り曲げられた状態になっている。一方、所定の2つのティース間にコイルを渡らせる際、フライヤは、フライヤ本体の端部にノズルが立設した(フライヤ本体の延在方向にノズルの軸心が沿う)状態になっている。
このように構成することで、各ティースにコイルを巻回する際、隣接するティースの間に形成されるスロット内に、できる限りノズルを入り込ませることができる。また、所定の2つのティース間にコイルを渡らせる際、ノズルの先端をできる限りステータの軸方向端部に近接させながらフライヤを移動させることができる。
ここで、フライヤ本体に対するノズルの姿勢を変更させるために、エアシリンダを用いる場合が多い。このように構成することで、フライヤ本体に対するノズルの姿勢を速やかに変更させることができる。
特開2007−325490号公報
ところで、フライヤ本体に対してノズルが90°折り曲げられた状態と、フライヤ本体の端部にノズルが立設した状態とでは、コイルにかかる張力が異なる。すなわち、フライヤ本体に対してノズルが90°折り曲げられた状態では、コイルも折り曲げられるので、この分張力が増大する。
このように、フライヤ本体に対する姿勢の違いによりコイルにかかる張力が異なる。このため、所定の2つのティース間にコイルを渡らせる際、コイルが弛んでしまう可能性があった。
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、フライヤ本体に対するノズルの姿勢の変移に起因するコイルの弛みを防止することができる巻線方法を提供するものである。
上記の課題を解決するために、本発明に係る巻線方法は、コイルが繰出されるノズルと、前記ノズルを回動可能に支持するフライヤ本体と、を備えたフライヤを用い、ステータの複数のティースに前記コイルを巻回するための巻線方法において、前記フライヤ本体の延在方向に対して前記ノズルの軸心を交差させ、前記ステータに対して直交する2方向に前記フライヤ本体を移動させることにより、前記ティースに前記コイルを巻回する巻回工程と、前記フライヤ本体の延在方向に対して前記ノズルの軸心を沿わせ、所定の2つの前記ティース間に前記コイルを渡らせる引き回し工程と、を有し、前記巻回工程から前記引き回し工程に移行する間、および前記引き回し工程から再び前記巻回工程に移行する間、前記ステータと前記ノズルの先端との間の距離を、一定の距離に保持し続けることを特徴とする。
このような方法とすることで、巻回工程から引き回し工程に移行する際、ティースからコイルを過剰に引き出してしまうことを防止できる。すなわち、ティースからコイルを過剰に引き出した状態で引き回し工程を行おうとすると(フライヤ本体に対するノズルの姿勢を変更しようとすると)、巻回工程時のフライヤの状態によってコイルにかかる張力と、引き回し工程時のフライヤの状態によってコイルにかかる張力と、の違いからコイルが弛んだままの状態になる。しかしながら、巻回工程から引き回し工程に移行する間、ステータとノズルの先端との間の距離を一定の距離に保持し続けることにより、ティースからコイルを過剰に引き出してしまうことを防止できる。このため、フライヤ本体に対するノズルの姿勢の変移に起因するコイルの弛みを防止することができる。
本発明に係る巻線方法は、前記ステータは円筒状のステータコアを有し、該ステータコアの内周面から径方向内側に向かって前記複数のティースが突設されていることを特徴とする。
このようなステータに、上記のような巻線方法を好適に使用できる。
本発明に係る巻線方法において、前記フライヤは、サーボモータを備え、前記サーボモータにより、前記フライヤ本体に対して前記ノズルを回動させることを特徴とする。
ところで、上記従来技術のように、エアシリンダを用いてフライヤ本体に対するノズルの姿勢を変移させる場合、巻回工程から引き回し工程に移行する間、ステータとノズルの先端との間の距離を、一定の距離に精度よく保持し続けることは困難である。しかしながら、サーボモータを用いてフライヤ本体に対するノズルの姿勢を変移させる場合、例えばフライヤ本体自体を駆動させる動作と、ノズルの動作とを同期させることができる。このため、巻回工程から引き回し工程に移行する間、ステータとノズルの先端との間の距離を、一定の距離に精度よく保持し続けることが可能になる。
本発明に係る巻線方法は、前記ステータを支持する基台と、前記基台を上下動させる基台駆動装置と、前記フライヤ本体を移動させるフライヤ駆動装置と、を備え、前記基台駆動装置により前記基台を移動させると共に、前記フライヤ駆動装置により前記フライヤ本体を移動させ、前記巻回工程と前記引き回し工程とを行うことを特徴とする。
このような方法とすることで、ステータに対するフライヤ本体の移動をより速やかに行うことが可能になる。このため、巻回工程、および引き回し工程の作業時間を短縮することができる。
本発明によれば、巻回工程から引き回し工程に移行する際、ティースからコイルを過剰に引き出してしまうことを防止できる。このため、フライヤ本体に対するノズルの姿勢の変移に起因するコイルの弛みを防止することができる。
本発明の実施形態における巻線装置の概略構成図である。 本発明の実施形態における巻線装置にステータをセットした状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるステータにコイルを巻回する際のフライヤの挙動を示す説明図である。 本発明の実施形態における巻回工程におけるステータ2とフライヤの動作説明図であって、(a)〜(d)は、動作途中でのステータとフライヤの挙動を示す。
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、巻線装置1の概略構成図、図2は、巻線装置1にステータ2をセットした状態を示す斜視図である。
図1、図2に示すように、ステータ2は、円筒状のステータコア3と、ステータコア3の内周面から径方向中央に向かって突出する複数のティース4と、を備えている。各ティース4は、周方向に等間隔で配置されている。各ティース4は、それぞれU相、V相、W相にこの順で割り当てられている。すなわち、ステータ2は、3相構造のブラシレスモータに使用されるものである。
各ティース4は、軸方向からみて略T字状に形成されており、径方向に沿って延出するティース本体4aと、ティース本体4aの先端から周方向に沿って延出する鍔部4bと、により構成されている。ティース本体4aには、樹脂等の絶縁材からなるインシュレータ5が装着される。
また、ステータ2は、周方向に隣接するティース4間に、スロット6が形成される。そして、各ティース4には、スロット6を介して挿入されたコイル7が、インシュレータ5の上から集中巻方式により巻回される。このような各ティース4へのコイル7の巻回作業を、巻線装置1を用いて行う。
なお、以下の説明では、ステータ2の軸方向を単に軸方向、または上下方向と称し、ステータ2の径方向を単に径方向と称し、これら軸方向および径方向に直交するステータ2の周方向を単に周方向と称する。
(巻線装置)
巻線装置1は、ステータ2を支持する基台11と、基台11を駆動させる基台駆動装置12と、ステータ2にコイル7を巻回するためのフライヤ13と、フライヤ13を駆動させるフライヤ駆動装置14と、を備えている。
基台11は、基台駆動装置12上に載置されるベース部15と、ベース部15に立設される脚部16と、を有している。そして、脚部16上にステータ2がセットされる。このため、ステータ2とベース部15との間には、十分なスペースSが確保される。
また、ベース部15には、ステータ2の真下(ティース4の真下)に対応する位置、つまり、ステータ2(ティース4)を軸方向下方に投影した領域に、3つの巻付け部17が周方向に等間隔で設けられている。巻付け部17は、各ティース4から引き出されたコイル7を巻き付け、コイル7の端末部7aを形成するためのものである。
ここで、端末部7aは外部電源に電気的に接続され、各相(U相、V相、W相)のコイル7に電流を供給するものである。このため、巻付け部17は相毎に必要になり、本実施形態では3つとなる。
巻付け部17は、ベース部15から真上に向かって立設された支持プレート18と、支持プレート18の径方向内側の面18aに設けられた2つの巻付け本体部19と、により構成されている。巻付け本体部19は略円柱状に形成されており、その軸方向が支持プレート18の厚さ方向に沿うように配置されている。また、巻付け本体部19は、上下方向に並んで配置されており、且つ互いに接近、離間可能に設けられている。
フライヤ13は、フライヤ本体21と、フライヤ本体21の下端に回動可能に設けられ、先端からコイル7が繰出されるノズル22と、フライヤ本体21に設けられ、ノズル22を駆動させるサーボモータ23と、を備えている。また、フライヤ本体21にフライヤ駆動装置14が取り付けられている。フライヤ駆動装置14は、フライヤ13を各ティース4の周囲を回動するように駆動される。この際、ノズル22の先端からコイル7が繰出されることにより、各ティース4にコイル7が巻回される。
(コイルの巻線方法)
ここで、図2〜図4に基づいて、各ティース4へのコイル7の巻回方法について詳述する。
図3は、ステータ2にコイル7を巻回する際のフライヤ13の挙動を示す説明図である。
コイル7の巻線方法としては、主に巻回工程と引き回し工程の2つの工程がある。巻回工程では、各ティース4にコイル7を巻回する。引き回し工程では、所定のティース4間にコイル7を渡らせて渡り線8(図2参照)を形成する。
図3中、符号13Aで示すように、巻回工程では、フライヤ本体21に対してノズル22が90°折り曲げられた状態になっている(以下、90°姿勢という)。このような90°姿勢とすることにより、スロット6の奥深くにノズル22を挿入させながらティース4にコイル7を巻回することができる。
また、図3中、符号13Bで示すように、引き回し工程では、フライヤ本体21に対してノズル22が立設、つまり、フライヤ本体21の延在方向に対してノズル22の軸心が沿った状態になっている(以下、立設姿勢という)。このような立設姿勢とすることにより、ノズル22の先端をできる限りステータ2の軸方向端部に近接させながら渡り線8を形成することができる。
図4は、巻回工程におけるステータ2とフライヤ13の動作説明図であって、(a)〜(d)は、動作途中でのステータ2とフライヤ13の挙動を示す。なお、図4では、紙面上側が上方となり、紙面下側が下方となるように、巻線装置1が配置されているものとする。
図4に示すように、巻回工程および引き回し工程は、基台駆動装置12によってステータ2を上下移動および旋回させつつ、フライヤ駆動装置14によってフライヤ13を上下移動させながら行う。
より具体的には、巻回工程では、フライヤ13を90°姿勢とし、図4(a)に示すように、ティース4の軸方向端部にコイル7を巻回する場合には、ステータ2の軸方向両端のうちの一方(図4(a)では上方)へフライヤ13を移動させる。この状態でステータ2を一方向(図4(a)における右方向、矢印Y1参照)に旋回させる。これにより、ティース4の軸方向上端部にコイル7が巻回される。この後、スロット6の真上にフライヤ13が位置した時点でステータ2の旋回を停止する。
なお、以下の説明では、図4(a)に示すように、ステータ2の上方にフライヤ13が位置している状態から順に説明していく。
続いて、図4(b)に示すように、ステータ2およびフライヤ13を、それぞれ互いに接近する方向に向かって、且つ上下方向に沿って移動させる(図4(b)における矢印Y2,Y3参照)。そして、スロット6上を、上下方向に沿うようにフライヤ13を移動させる。さらに、ステータ2の下方までフライヤ13を移動させる。これにより、ティース4の周方向一側にコイル7が巻回される。
続いて、図4(c)に示すように、ステータ2を他方向(図4(c)における左方向、矢印Y4参照)に旋回させる。これにより、ティース4の軸方向下端部にコイル7が巻回される。この後、スロット6の真下にフライヤ13が位置した時点でステータ2の旋回を停止する。
そして、図4(d)に示すように、再びステータ2およびフライヤ13を、それぞれ互いに接近する方向に移動させる(図4(d)における矢印Y5,Y6参照)。そして、スロット6上を、上下方向に沿うようにフライヤ13を移動させる。さらに、ステータ2の上方までフライヤ13を移動させる。これにより、ティース4の周方向他側にコイル7が巻回される。そして、これを順に繰り返すことにより、ティース4にコイル7が所定回数巻回される。
1つのティース4にコイル7が所定回数巻回された後、隣接する所定のティース4(コイル7の巻回が終了したティース4と同相のティース4)までステータ2を旋回させる。すると、ステータコア3の周方向に沿ってコイル7が渡り、ステータコア3の軸方向上端に渡り線8が形成される(引き回し工程)。
ここで、巻回工程終了時点では、ティース4の根元で、且つステータ2の軸方向上端から僅かに離間した位置に、ノズル22の先端が位置している。この状態から引き回し工程に移行する際、フライヤ13の姿勢も90°姿勢から立設姿勢へと変移する。この際、フライヤ駆動装置14とフライヤ本体21に設けられたサーボモータ23とを同期させながら駆動させることにより、図1、図3に示すように、ノズル22の先端位置がずれないようにフライヤ13の姿勢が変移される。
なお、フライヤ駆動装置14に代わって基台駆動装置12を駆動させ、この基台駆動装置12とサーボモータ23とを同期させながらフライヤ13の姿勢を変移させてもよい。また、フライヤ駆動装置14と基台駆動装置12の両者を駆動させ、フライヤ駆動装置14、基台駆動装置12、およびサーボモータ23の全てを同期させながらフライヤ13の姿勢を変移させてもよい。すなわち、ノズル22の先端位置がずれないようにフライヤ13の姿勢が変移されればよい。
引き回し工程が終了した後、再び所定のティース4に巻回工程を行う。この際、巻回工程から引き回し工程に移行した際と同様の手順で、引き回し工程から巻回工程に移行する。つまり、ノズル22の先端位置がずれないように、引き回し工程から巻回工程に移行する。
このように、巻回工程と引き回し工程とを繰り返しながら、同相のティース4の全てにコイル7を巻回した後、ステータ2の径方向中央を介し、このステータ2の下方にフライヤ13を移動させる。そしてこの後、巻付け部17の2つの巻付け本体部19に跨るようにコイル7を巻回し、略長円形状に纏められた端末部7aを形成する。
なお、この端末部7aを形成する際における巻付け部17へのコイル7の巻回動作は、上述の巻回工程におけるステータ2とフライヤ13の動作と同一である。すなわち、基台駆動装置12およびフライヤ駆動装置14の両者を駆動させながら巻付け部17にコイル7を巻回する。
端末部7aを形成した後、他の相のティース4について、再び巻回工程および引き回し工程を行う。その後、再び巻付け部17を利用してコイル7の端末部7aを形成する。そしてこれを繰り返し行うことにより、各ティース4に3相構造のコイル7が巻回される。
なお、相毎に端末部7aを形成した際、この端末部7aを形成した時点で一旦コイル7を切断してから他の相のティース4にコイル7を巻回してもよい。また、3相全てのティース4へのコイル7の巻回作業、および端末部7aの形成が完了した後、相毎にコイル7が独立するようにこのコイル7を切断してもよい。
このように、上述の実施形態では、コイル7の巻線方法において、巻回工程から引き回し工程に移行する間、および引き回し工程から再び巻回工程に移行する間、ノズル22の先端位置がずれないようにフライヤ13の姿勢が変移される。換言すれば、巻回工程から引き回し工程に移行する間、および引き回し工程から再び巻回工程に移行する間、ステータ2とノズル22の先端との間の距離を、一定の距離に保持し続ける。
このため、巻回工程から引き回し工程に移行する際、ティース4からコイル7を過剰に引き出してしまうことを防止できる。すなわち、ティース4からコイル7を過剰に引き出した状態で引き回し工程を行おうとすると(フライヤ13の姿勢を変移させようとすると)、巻回工程時のフライヤ13の90°姿勢によってコイル7にかかる張力と、フライヤ13の立設姿勢によってコイル7にかかる張力と、の違いからコイル7が弛んだままの状態になる。しかしながら、上述のコイル7の巻線方法を採用することにより、ティース4からコイル7を過剰に引き出してしまうことを防止できる。このため、フライヤ本体21に対するノズル22の姿勢の変移に起因するコイル7の弛みを防止することができる。
また、円筒状のステータコア3の内周面から径方向内側に向かって複数のティース4が突設されているようなステータ2にコイル7を巻回するにあたって、フライヤ13を90°姿勢とすることにより、スロット6の奥深くにノズル22を挿入させながらティース4にコイル7を巻回することができる。このため、ステータ2へのコイル7の占積率を向上させることができる。
また、フライヤ本体21にサーボモータ23を設け、このサーボモータ23によってフライヤ13の姿勢を変移させている。
ところで、従来技術のように、エアシリンダを用いてフライヤ13の姿勢を変移させる場合、巻回工程から引き回し工程に移行する間、ステータ2とノズル22の先端との間の距離を、一定の距離に精度よく保持し続けることは困難である。しかしながら、サーボモータ23を用いてフライヤ13の姿勢を変移させる場合、巻回工程から引き回し工程に移行する間、サーボモータ23と、基台駆動装置12やフライヤ駆動装置14と、を容易に同期させることができる。このため、ステータ2とノズル22の先端との間の距離を、一定の距離に精度よく保持し続けることが可能になる。
また、巻回工程と引き回し工程は、基台駆動装置12によってステータ2を上下移動および旋回させつつ、フライヤ駆動装置14によってフライヤ13を上下移動させながら行う。このため、ステータ2に対するフライヤ13(フライヤ本体21)の移動をより速やかに行うことが可能になる。よって、巻回工程、および引き回し工程の作業時間を短縮することができる。
さらに、巻線装置1の基台11に、各ティース4から引き出されたコイル7で端末部7aを形成するための巻付け部17を設けている。そして、この巻付け部17を、ベース部15におけるステータ2の真下(ティース4の真下)に対応する位置、つまり、ステータ2(ティース4)を軸方向下方に投影した領域に配置している。
このため、ステータ2を軸方向に投影した領域に端末部7aを形成することができる。すなわち、従来のように、端末部7aを形成することによってステータ2の外周部側の重量が増大してしまうことを防止できる。よって、コイル7の巻回作業時に基台11にかかるイナーシャが大きくなってしまうことを抑制でき、コイル7の巻回作業時間の増大を防止できる。また、巻線装置1の大型化も防止できる。
また、巻付け部17は、支持プレート18と、支持プレート18に設けられた2つの巻付け本体部19と、により構成されている。そして、2つの巻付け本体部19に跨るようにコイル7を巻回することにより、略長円形状に纏められた端末部7aが形成される。端末部7aを略長円形状に纏めることにより、端末部7aが局所的に折れ曲がってしまうことを防止できる。さらに、2つの巻付け本体部19の間の距離を変更するだけで、巻付け部17に巻き付けられる端末部7aの長さを調整することが可能になる。
また、引き回し工程では、ステータコア3の軸方向上端に渡り線8を形成する一方、ステータコア3の軸方向下方でコイル7の端末部7aを形成する。このように、渡り線8と端末部7aとが、それぞれステータコア3の軸方向反対側に位置しているので、端末部7aを形成する際、この端末部7aと渡り線8とが接触してしまうことを防止できる。このため、コイル7の引き回し作業性を向上させることが可能になる。
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、巻線装置1によってコイル7が巻回されるステータ2は、3相構造のブラシレスモータに使用されるものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく。巻線装置1は、さまざまな多相モータのステータに適用することが可能である。
例えば、ブラシレスモータのステータではなく、ブラシ付モータのアーマチュアに、巻線装置1の構成を採用することも可能である。ブラシ付モータのアーマチュアは、特に図示は省略するが、回転軸と、回転軸に外嵌固定されコイル7が巻回されるアーマチュアコアと、回転軸に外嵌固定され、コイルの端末部7aが接続されると共にブラシが摺接されるコンミテータと、を備えている。
ここで、アーマチュアコアとコンミテータとの間(コンミテータの首下)に、フライヤ13のノズル22を挿入する場合、フライヤ本体21に対してノズル22を45°折り曲げた状態(以下、45°姿勢という。例えば、図3中2点鎖線参照)にするとよい。この45°姿勢はサーボモータ23を使用するからこそ可能である。また、45°姿勢とすることにより、コンミテータの首下の奥深くにノズル22の先端を挿入することができ、アーマチュアコアへのコイル7の占積率を向上させることができる。さらに、ノズル22の長さを短く設定しつつ、コンミテータの首下の奥深くにノズル22の先端を挿入することができる。
また、上述の実施形態では、巻付け部17は、支持プレート18と、支持プレート18に設けられた2つの巻付け本体部19と、により構成されている場合について説明した。そして、2つの巻付け本体部19に跨るようにコイル7を巻回することにより、略長円形状に纏められた端末部7aが形成される場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、巻付け部17は長円形状に端末部7aを形成できなくてもよい。例えば、巻付け本体部19を1つで構成してもよい。また、巻付け本体部19を1つとし、この巻付け本体部19を断面長円形状に形成してもよい。
さらに、上述の実施形態では、ステータ2の真下(ティース4の真下)に対応する位置、つまり、ステータ2(ティース4)を軸方向下方に投影した領域に、3つの巻付け部17が周方向に等間隔で設けられている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、巻付け部17は、ステータ2の真上(ティース4の真上)に対応する位置に配置されていてもよい。また、ステータ2の相数に応じて巻付け部17の個数を設定すればよい。
1…巻線装置
2…ステータ
3…ステータコア
4…ティース
6…スロット
7…コイル
7a…端末部
11…基台
12…基台駆動装置
13…フライヤ
14…フライヤ駆動装置
17…巻付け部
18…支持プレート
19…巻付け本体部
21…フライヤ本体
22…ノズル
23…サーボモータ

Claims (4)

  1. コイルが繰出されるノズルと、前記ノズルを回動可能に支持するフライヤ本体と、を備えたフライヤを用い、ステータの複数のティースに前記コイルを巻回するための巻線方法において、
    前記フライヤ本体の延在方向に対して前記ノズルの軸心を交差させ、前記ステータに対して直交する2方向に前記フライヤ本体を移動させることにより、前記ティースに前記コイルを巻回する巻回工程と、
    前記フライヤ本体の延在方向に対して前記ノズルの軸心を沿わせ、所定の2つの前記ティース間に前記コイルを渡らせる引き回し工程と、
    を有し、
    前記巻回工程から前記引き回し工程に移行する間、および前記引き回し工程から再び前記巻回工程に移行する間、前記ステータと前記ノズルの先端との間の距離を、一定の距離に保持し続けることを特徴とする巻線方法。
  2. 前記ステータは円筒状のステータコアを有し、該ステータコアの内周面から径方向内側に向かって前記複数のティースが突設されていることを特徴とする請求項1に記載の巻線方法。
  3. 前記フライヤは、サーボモータを備え、
    前記サーボモータにより、前記フライヤ本体に対して前記ノズルを回動させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の巻線方法。
  4. 前記ステータを支持する基台と、
    前記基台を上下動させる基台駆動装置と、
    前記フライヤ本体を移動させるフライヤ駆動装置と、
    を備え、
    前記基台駆動装置により前記基台を移動させると共に、前記フライヤ駆動装置により前記フライヤ本体を移動させ、前記巻回工程と前記引き回し工程とを行うことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の巻線方法。
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