JP2018152980A - 巻線装置及びステータの製造方法 - Google Patents

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【課題】屈曲可能に連結された複数のコア部材を確実に位置決めして、巻線の整列性を向上させる巻線装置を得る。【解決手段】本発明に係る巻線装置は、屈曲可能に連結された複数のコア部材のそれぞれに巻線を施すものであって、第1供給部と、第2供給部と、巻線部とを有し、第1供給部は、複数のコア部材を、直線状に整列させる整列機構と、整列機構を、複数のコア部材の整列方向に移動させる移動機構とを有し、第2供給部は、第1供給部に整列された複数のコア部材を、整列方向の一端側から順に保持する複数の保持部と、保持部に保持したコア部材の姿勢を変更して、巻線部に対して位置決めする姿勢変更機構とを有し、巻線部は、姿勢変更機構により位置決めされたコア部材に、電線を巻回する巻線機構を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、屈曲可能に連結された複数のコア部材に巻線を施す巻線装置に関する。
従来、屈曲可能に連結された複数のコア部材により、ステータを形成するものがある。このようなステータのコア部材に巻線を施す巻線装置として、以下のようなものが知られている。直線配列機構により、複数のコア部材を直線的に配置した状態で、各コア部材のヨーク部をクランプする。そして、リング状配列機構により、各コア部材のポール部の先端が径方向の外側を向くように、複数のコア部材を環状に整列させて巻線を施す。その後、複数のコア部材を、逆向きに環状に整列させ、ステータを組み立てる(例えば特許文献1参照)。
特開2003−219612号公報
このような巻線装置においては、巻線の整列性を向上させるため、巻線時に各コア部材を位置決めする機構が設けられている。しかしながら、特許文献1に記載された巻線装置では、直線配列機構からリング状配列機構にコア部材を受け渡す際に、各コア部材の連結部が自由に動けるため、巻線時にコア部材が正しく位置決めされない場合がある。コア部材が正しく位置決めされない場合、各コア部材の巻線を整列させることができない。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、屈曲可能に連結された複数のコア部材に電線を巻回する際に、各コア部材を確実に位置決めして、巻線の整列性を向上させることのできる巻線装置及びステータの製造方法を得るものである。
本発明に係る巻線装置は、屈曲可能に連結された複数のコア部材のそれぞれに巻線を施すものであって、第1供給部と、第2供給部と、巻線機構を備えた巻線部とを有し、第1供給部は、複数のコア部材を、直線状に整列させる整列機構と、整列機構を、複数のコア部材の整列方向に移動させる移動機構とを有し、第2供給部は、第1供給部に整列された複数のコア部材を、整列方向の一端側から順に保持する複数の保持部と、保持部に保持したコア部材の姿勢を変更して、巻線機構に対して位置決めする姿勢変更機構とを有し、巻線機構は、姿勢変更機構により位置決めされたコア部材に、電線を巻回する。
本発明の巻線装置は、連結された複数のコア部材を整列させた状態で、端のコア部材から順番に、巻線機構に対して位置決めし、位置決めしたコア部材に電線を巻回する。これにより、巻線機構に対する各コア部材の位置ずれを防止することができ、各コア部材の巻線を整列させることができる。
本発明の実施の形態1における巻線装置を示す概略図である。 巻線装置を側面からみた概略図である。 巻線装置に投入されるステータの斜視図である。 巻線装置の第1供給部から第2供給部にステータを受け渡す様子を、上面からみた図である。 ステータの上面図である。 図5のVI−VI線に沿うステータの断面図である。 巻線が施されたステータの斜視図である。 実施の形態1の第1変形例を示す図である。 実施の形態1の第2変形例を示す図である。 巻線装置の第1供給部にステータを投入した状態を上面からみた図である。 図10の巻線装置を側面からみた図である。 第1供給部から第2供給部にコア部材を受け渡す状態を上面からみた図である。 図12の巻線装置を側面からみた図である。 コア部材を巻線機構に対して位置決めした状態を上面からみた図である。 図14の巻線装置を側面からみた図である。 コア部材に巻線を施している状態を上面からみた図である。 図16の巻線装置を側面からみた図である。 巻線を終了したコア部材を排出部に移動させた状態を上面からみた図である。 図18の巻線装置を側面からみた図である。
以下、本発明の巻線装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による巻線装置1を示す構成図であり、図2は、巻線装置を側面からみた概略図である。また、図3は、巻線装置1に投入されるステータを示す斜視図である。ぞして、図4は、巻線装置の第1供給部から第2供給部にステータを受け渡す様子を、上面からみた図である。
図1及び図2に示すように、実施の形態1による巻線装置1は、第1供給部2と、第2供給部3と、巻線部4とを有している。また、図3に示すように、巻線装置1に投入されるステータ50は、8つのコア部材51を、連結部54で屈曲可能に連結して形成されている。
第1供給部2は、図1に矢印で示すX方向及びY方向に往復移動可能なXYステージ20を有している。第1供給部2は、XYステージ20をX方向に往復移動させる駆動部20Aと、XYステージ20をY方向に自由に往復移動可能とする補助移動機構20Bとを有している。駆動部20Aは、例えば、流体シリンダ、電磁アクチュエータなどの直線的な駆動源と、リニアガイドなどのガイド部材を用いて形成されており、補助移動機構20Bは、駆動源を持たず、リニアガイドなどのガイド部材のみを用いて形成されている。
図1に示すように、XYステージ20には、整列機構21が取り付けられている。整列機構21は、一対の規制部材21A,21Bを有している。規制部材21AはXYステージ20に固定されており、規制部材21Bは、整列機構21に設けられた駆動装置により、Y方向に往復移動可能となっている。
ステータ50に巻線を施す際には、ステータ50は、規制部材21Aと21Bの間に投入される。そして、規制部材21Bを規制部材21Aに接近させる方向に移動させ、規制部材21A及び21Bにより、ステータ50を挟持する。すると、ステータ50を構成する、8つの連結されたコア部材51が、直線状に整列される。そして、直線状に整列された複数のコア部材51は、規制部材21A及び21Bにより、連結部54を中心とした回転移動が規制される。なお、ステータ50は、規制部材21Aと21Bの間で、コア部材51の整列方向には移動可能な程度に挟持されている。
規制部材21A及び21Bにより整列された複数のコア部材51は、XYステージ20の駆動部20AによりX方向に移動する。そして、複数のコア部材51のうち、第2供給部3側の端部にあるコア部材51を、第2供給部3に受け渡す。
第2供給部3は、回転軸31と、回転軸31を回転させる駆動部31Aと、回転軸31に固定された回転ブロック32とを有している。回転ブロック32は、図4に示すように、X−Y平面の断面が五角形の形状をしている。回転ブロック32の5つの側面には、それぞれコア部材51を保持する保持部33が形成されている。第2供給部3は、保持部33を用いて、第1供給部2からコア部材51を受け取る。保持部33は、位置決め面33Cを有しており、この位置決め面33Cに、図3に示すコア部材51のヨーク部53の背面を当接させて、コア部材51のY方向の位置決めをする。
回転軸31及び回転ブロック32は、駆動部31Aにより、時計方向に72°ずつ回転するように間欠駆動される。第2供給部3は、XYステージ20のX方向への移動と連動して、回転ブロック32を回転させる。これにより、XYステージ20から保持部33に、コア部材51が受け渡される。そして、保持部33に保持されたコア部材51は、さらに72°回転して向きを変え、巻線部4に移動される。なお、駆動部31Aは、ステッピングモータなど、回転角度を制御することが可能な駆動源を用いて形成される。
図2に示すように、第2供給部3の各保持部33には、それぞれ、互いに向き合うように、一対のピン部材33A,33Bが取付けられている。ピン部材33A,33Bは、図示しないバネ部材などにより、それぞれ、保持部33に保持されるコア部材51に対して、突出する方向に付勢されている。
一方、図3に示すように、各コア部材51は、それぞれヨーク部53に貫通孔55を有している。保持部33のピン部材33A,33Bは、この貫通孔55の両端の開口部と係合可能な形状に形成されている。そして、保持部33は、回転ブロック32の側面に形成された位置決め面33Cと、一対のピン部材33A,33Bにより、コア部材51を回転ブロック32に位置決めし、保持する。
ここで、複数のコア部材51が、第1供給部2から第2供給部3に受け渡される様子を、図1〜図4を用いて詳しく説明する。なお、図4において、コア部材51A〜51Dは、それぞれ、コア部材51を表すとともに、コア部材51の位置を示すものとする。
まず第1供給部2の駆動部20Aを駆動して、XYステージ20をX方向に移動させる。XYステージ20の移動とともに、ステータ50は第2供給部3側に移動する。そして、ステータ50の一端部にあるコア部材51Aを、保持部33の位置まで移動させる。このとき、XYステージ20の移動と連動して、第2供給部3は回転ブロック32を回転させる。なお、一対の規制部材21A,21Bの間には、ステータ50が第2供給部3と反対側に移動しないように規制する、図示しないストッパが設けられている。
保持部33に移動されたコア部材51Aは、保持部33の一対のピン部材33A,33Bを乗り越え、コア部材51Bの位置まで移動する。すると、コア部材51Bの貫通孔55に、保持部33のピン部材33A,33Bが係合し、コア部材51Bは保持部33に保持される。
コア部材51Bが保持部33に保持されると、第2供給部3は、回転ブロック32を、時計方向に72°回転させる。すると、コア部材51Bは、姿勢を変えてコア部材51Cの位置に移動する。コア部材51Bと連結されている他のコア部材51は、コア部材51Bが移動するのに伴って、第1供給部2の規制部材21Aと21Bの間から引き出され、順次保持部33に保持される。
ここで、コア部材51Aがコア部材51Bの位置に移動する際には、図4に2点鎖線で示すように、コア部材51Aのティース部52側の端部が、回転軸31の径方向外側に円弧状の軌道を描いて移動する。このとき、コア部材51Aに隣接するコア部材51Dは、規制部材21A,21BによってY方向の移動が規制されているため、コア部材51Aとコア部材51Dとの連結部54に負荷がかかり、連結部54が破損するおそれがある。
そこで、実施の形態1の巻線装置1では、規制部材21A,21Bが取付けられているXYステージ20を、Y方向に自由に移動可能としている。これにより、コア部材51Aが径方向外側に移動した場合に、コア部材51Aに隣接するコア部材51Dは、XYステージ20とともにY方向に移動できるので、コア部材51Aとの連結部54にかかる負荷が低減される。
巻線部4は、コア部材51のティース部52に、電線60を巻回するフライヤ40を有している。フライヤ40は、第2供給部3により位置決めされたコア部材51のティース部52と対向するように配置されている。フライヤ40は、図示しない巻線ヘッドに装着されており、コア部材51のティース部52の周りを旋回しながら、ティース部52に電線60を巻回する。
また、フライヤ40は、図示しない駆動装置により図1のX方向に往復移動する。フライヤ40は、コア部材51に電線60を巻回する時に第2供給部3側に前進し、1つのコア部材51への電線60の巻回が終了すると、後退して退避する。なお、巻線部4により電線60が巻回されたコア部材51は、回転ブロック32の回転とともに、保持部33から順番に離脱して、図示しない排出部に排出される。
次に、巻線装置1に投入されるステータ50について詳しく説明する。図5は、巻線装置1に投入される前のステータ50の上面図である。また、図6は、図5のV−V線に沿う、ステータ50の断面図であり、図7は、巻線装置1によって電線60が巻回されたステータ50を示す斜視図である。
図5に示すように、各コア部材51のヨーク部53には、連結部54が設けられている。図6は、図5の連結部54の断面を示す図である。図6に示すように、各コア部材51は、磁性板材であるコア片500を7枚積層して形成されている。なお、コア片500の積層枚数は、これに限るものではない。各コア部材51の連結部54は、隣接して配置されるコア部材51のコア片500を、互い違いに重ね合わせて形成されている。
各コア片500の連結部54には、凸部500A及び凹部500Bが形成されており、一方のコア片500の凸部500Aを、他方のコア片500の凹部500Bに嵌合させることにより、連結部54を中心として、互いに回転可能に連結される。なお、連結部54の形状は一例であり、互いに回転可能に連結される形態であれば、どのような形態でもよい。
図7は、巻線装置1によって電線60が巻回されたステータ50である。図7に示すように、ステータ50は、巻線装置1に投入される際に、各コア部材51に、絶縁部材であるインシュレータ70を装着して投入される。インシュレータ70は、コア部材51と電線60とを、電気的に絶縁するものである。巻線部4においては、インシュレータ70を介して、各コア部材51のティース部に、電線60が巻回される。巻線装置1の巻線部4から排出されたステータ50は、図7の状態から、各コア部材51の連結部54を屈曲させて、円環状に成形されて完成する。
このように、実施の形態1における巻線装置1によれば、第1供給部が、ステータ50を形成する連結された複数のコア部材51を、直線状に整列させる。そして、直線状に整列させた複数のコア部材51を、整列方向の一端側から第2供給部に受け渡す。第2供給部は、第1供給部2からコア部材51を1つずつ受け取って、回転ブロック32の保持部33に保持する。そして、第2供給部3は、回転ブロック32を回転させて、保持部33に保持したコア部材51を、巻線部4のフライヤ40に対して位置決めする。フライヤ40は、位置決めされたコア部材51に電線60を巻回する。これにより、巻線部4におけるコア部材51の位置ずれを防止して、コア部材51に、電線60を整列させて巻回することができる。
なお、実施の形態1では、ステータ50を8つのコア部材51で形成したが、コア部材51の数は、これに限るものではない。例えば、コア部材51の数は、4つであってもよいし、10個以上であってもよい。また、実施の形態1では、回転ブロック32の外周に、5つの保持部33を有していたが、保持部33の数は、これに限るものではない。例えば、保持部33は、4つ以下であってもよいし、6つ以上あってもよい。
また、実施の形態1では、XYステージ20をY方向に移動可能とする補助移動機構20Bに、駆動源を持たせず、自由に移動可能としていたが、これに限るものではない。例えば、補助移動機構20Bに、流体シリンダ、電磁アクチュエータなどの直線的な駆動源を備え、XYステージ20のY方向への移動を、XYステージ20のX方向への移動及び回転ブロック32の回転と連動させるように移動制御してもよい。
そして、実施の形態1では、規制部材21Aと21Bの間にストッパを設け、規制部材21Aと21Bの間で、ステータ50が第2供給部3側へのみ移動できるように形成したが、これに限るものではない。例えば、一対の規制部材21A,21Bにより、ステータ50を動かないように挟持してもよい。この場合、一端側のコア部材51が保持部33に保持された後に、一対の規制部材21A,21Bによるステータ50の挟持を解除すればよい。
さらに、一対の規制部材21A,21Bにより、ステータ50を動かないように挟持する場合、ステータ50の挟持及び解除と、XYステージ20のX方向への往復移動を連動させることにより、ステータ50を、順次第1供給部2から第2供給部3の保持部33に移動させてもよい。この場合には、一対の規制部材21A,21Bの挟持及び解除と、XYステージ20の往復移動とを、次のように制御する。
まず、一対の規制部材21A,21Bにより、ステータ50を挟持して固定する。次に、XYステージ20をX方向に移動させて、一端側のコア部材51を保持部33の位置に移動させる。そして、第2供給部3の保持部33に、一端側のコア部材51を保持させた後、規制部材21A,21Bによる挟持を解除する。次に、XYステージ20を、コア部材51一つ分に相当する距離だけ、−X方向に後退させる。このときステータ50は、一端側のコア部材51が保持部33に保持されているので移動しない。次に、再度、規制部材21A,21Bにより、ステータ50を挟持して固定する。そして、XYステージ20をX方向に移動させて、一端側から2番目のコア部材51を保持部33の位置に移動させる。これらの動作を、コア部材51の数だけ繰り返す。これにより、保持部33におけるコア部材51の保持力が弱い場合であっても、連結された複数のコア部材51を、順次保持部33に送り込むことができる。
また、実施の形態1では、コア部材51に貫通孔55を形成し、保持部33に取付けた一対のピン部材33A,33Bを貫通孔55に係合させることにより、コア部材51を保持部33に保持していたが、これに限るものではない。例えば、図8に示す第1変形例のように、コア部材51のヨーク部53に切欠き56を形成し、保持部33に把持爪80を備えて、切欠き56を把持爪80で把持して、コア部材51を保持するようにしてもよい。
そして、実施の形態1では、一対のピン部材33A,33Bをバネ部材により付勢し、コア部材51が保持部33に移動する際に、コア部材51にピン部材33A,33Bを乗り越えさせていたが、これに限るものではない。例えば駆動機構を設けて、ピン部材33A,33Bを、保持部33に対して出没させるように移動制御してもよい。そして、コア部材51を保持部33に移動させる際に、ピン部材33A,33Bを保持部33から退避させて、コア部材51とピン部材33A、33Bが干渉しないようにする。これにより、コア部材51及びピン部材33A、33Bが破損することを防止できる。
さらに、実施の形態1では、フライヤ40を、図示しない駆動装置によりX方向に往復移動させていたが、これに限るものではない。例えばフライヤ40の位置は固定であってもよく、回転ブロック32が回転する際に、フライヤ40とコア部材51が干渉しない配置又は構成になっていればよい。
また、実施の形態1では、巻線部4により電線60が巻回されたコア部材51は、回転ブロック32の回転とともに、保持部33から順番に離脱して、図示しない排出部に排出されることとしたが、図9の第2変形例に示すように、排出部として、第1供給部2と同様な回収部5を設け、回収部5により、排出されたコア部材51を再度整列させてもよい。
次に、巻線装置1によりステータ50に巻線を施す手順を、図10〜図19を用いて説明する。
まず、複数のコア部材51からなるステータ50を、第1供給部2の一対の規制部材21A,21Bの間に投入する。
次に、整列機構21に設けられた駆動装置により、規制部材21Bを規制部材21A側に移動させる。そして、図10に示すように、一対の規制部材21A,21Bによりステータ50を挟持する。図11は、このときの巻線装置1を側面から見た図である。
次に、図12に示すように、XYステージ20をX方向に移動させるとともに、回転ブロック32を時計方向に回転させて、コア部材51Eを、受け渡し位置P1の保持部33に移動させる。
次に、保持部33の一対のピン部材33A,33Bを、コア部材51Eの貫通孔55に係合させ、コア部材51Eを保持部33に保持する。図13は、このときの巻線装置1を側面から見た図である。
次に、図14に示すように、回転ブロック32を時計方向に72°回転させて、コア部材51Eを、フライヤ40に対向する位置P2に移動させる。図15は、このときの巻線装置1を側面から見た図である。
次に、図16に示すように、フライヤ40をコア部材51Eに向かって前進させ、コア部材51Eのティース部52に、電線60を巻回する。図17は、このときの巻線装置1を側面から見た図である。コア部材51Eに対する電線60の巻回が終了したら、フライヤ40を後退させる。
次に、図18に示すように、回転ブロック32を時計方向に72°回転させて、コア部材51Eを、排出位置P3に移動させる。このとき、コア部材51Eに連結されたコア部材51Fは、フライヤ40に対向する位置P2に移動する。図19は、このときの巻線装置1を側面から見た図である。
排出位置P3では、コア部材51Eの貫通孔55に係合しているピン部材33A,33Bの係合を解除する。そして、位置P2では、フライヤ40をコア部材51Fに向かって前進させ、コア部材51Fのティース部52に、電線60を巻回する。コア部材51Fに対する電線60の巻回が終了したら、フライヤ40を後退させる。
次に、回転ブロック32を時計方向に72°回転させて、コア部材51Fを、排出位置P3に移動させる。このとき、コア部材51Eは、回転ブロック32の保持部33から離脱して排出され、コア部材51Fに連結されたコア部材51Gが、フライヤ40に対向する位置P2に移動する。
以降、最後端のコア部材51Lへの電線60の巻回が終了し、コア部材51Lが排出されるまで、回転ブロック32の間欠回転を繰り返す。なお、第2供給部3の排出側に、第1供給部2と同様な回収部5を備えた場合には、最後のコア部材51Lが排出されたときに、図9に示す状態となる。
最後のコア部材51Lが排出された後、各コア部材51の連結部54を屈曲させ、ティース部52を内側に向けた環状に成形する。そして、コア部材51Aのヨーク部53と、コア部材51Lのヨーク部53を溶接等で固着し、固定子としてのステータ50が完成する。
なお、実施の形態1では、回転電機のステータ50を構成するコア部材51に、電線60を巻回するものとしたが、これに限るものではない。例えば、回転電機の回転子又はリニアモータの電機子等に電線を巻回するものであってもよい。
1 巻線装置、2 第1供給部、3 第2供給部、4 巻線部、5 回収部、20 XYステージ(移動機構)、20A 駆動部、20B 補助移動機構、21 整列機構、21A,21B 規制部材、31 回転軸、31A 駆動部(回転駆動部)、32 回転ブロック(姿勢変更機構)、33 保持部、33A,33B ピン部材(係合部材)、33C 位置決め面、40 フライヤ(巻線機構)、50 ステータ、51,51A〜G,51L コア部材、52 ティース部、53 ヨーク部、54 連結部、55 貫通孔(被係合部)、56 切欠き、60 電線、70 インシュレータ、80 把持爪、500 コア片、500A 凸部、500B 凹部。

Claims (7)

  1. 屈曲可能に連結された複数のコア部材のそれぞれに巻線を施す巻線装置であって、
    第1供給部と、
    第2供給部と、
    巻線機構を備えた巻線部とを有し、
    前記第1供給部は、
    前記複数のコア部材を、直線状に整列させる整列機構と、
    前記整列機構を、前記複数のコア部材の整列方向に移動させる移動機構とを有し、
    前記第2供給部は、
    前記第1供給部に整列された前記複数のコア部材を、前記整列方向の一端側から順に保持する複数の保持部と、
    前記保持部に保持した前記コア部材の姿勢を変更して、前記巻線機構に対して位置決めする姿勢変更機構とを有し、
    前記巻線機構は、
    前記姿勢変更機構により位置決めされた前記コア部材に電線を巻回する、
    巻線装置。
  2. 前記整列機構は、
    前記複数のコア部材が屈曲することを規制する、一対の規制部材を有する、
    請求項1に記載の巻線装置。
  3. 前記姿勢変更機構は、
    回転軸と、
    前記回転軸を一定角度ずつ間欠回転させる回転駆動部と、
    前記回転軸に固定された回転ブロックとを有し、
    前記複数の保持部は、
    前記回転ブロックの外周に、前記一定角度ごとに配置される、
    請求項1又は2に記載の巻線装置。
  4. 前記保持部は、
    前記保持部に保持されるコア部材に対し、進退移動可能な係合部材を有し、
    前記コア部材は、
    前記係合部材と係合する被係合部を有し、
    前記保持部は、
    前記コア部材の前記被係合部に、前記係合部材を係合させることにより、前記コア部材を保持する、
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の巻線装置。
  5. 前記係合部材は、互いに対向して配置された一対のピン部材であり、
    前記被係合部は、前記コア部材のヨーク部に形成された貫通孔である、
    請求項4に記載の巻線装置。
  6. 前記移動機構は、
    前記複数のコア部材の整列方向と異なる方向に、前記整列機構を移動可能にする補助移動機構を有する、
    請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の巻線装置。
  7. 屈曲可能に連結された複数のコア部材からなるステータの製造方法であって、
    前記複数のコア部材を直線状に整列させ、
    整列させた前記複数のコア部材を挟持して、前記複数のコア部材の屈曲を規制し、
    前記複数のコア部材の整列方向における、一端側のコア部材から順に保持して巻線機構に対して位置決めし、
    前記巻線機構に対して位置決めされた前記コア部材に、電線を巻回する、
    ステータの製造方法。
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