JP2022133492A - コイルの巻線装置およびコイルの巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転位部を有するコイルを連続して巻回することができコイルの巻線装置およびコイルの巻線方法を提供する。
【解決手段】コイルの巻線装置のノズルホルダ６５は、テンショナ側に、束線４２を、スピンドル軸側に内側を通過させると共に束線４２の周方向への回転を規制可能な第一挿入部７７ｂ１と、第一挿入部７７ｂ１のスピンドル軸側に、内側に挿入された束線４２に対する把持および開放が可能な第二挿入部７７ｂ２と、第一挿入部７７ｂ１が束線４２の周方向への回転を規制し、第二挿入部７７ｂ２が束線を把持した状態において、第一挿入部７７ｂ１又は第二挿入部７７ｂ２の少なくとも一方を束線４２の周方向に回転させる回転機構とを備える。
【選択図】図２０

Description

本願は、コイルの巻線装置およびコイルの巻線方法に関する。

産業用、車載用モータ等の回転電機の巻線方式は、固定子に巻線を施す方法の違いから、予めコイルを形成して固定子鉄心のスロットと呼ばれる溝に挿入する分布巻線方式と、コアの個々のティースに直接巻線を施す集中巻線方式とに大別される。

これらの回転電機には、小型化、高速化、使用速度範囲の広範囲化が求められている。この観点から、分布巻線方式に対し、コイルの周長を大幅に短縮でき、太い電線を高密度に巻き付けることによって巻線抵抗を低減することができる集中巻線方式のモータの需要が高まっている。集中巻き方式のモータは、分布巻線方式の回転電機と比較してモータの効率が高い。

これら産業用、車載用モータ等の回転電機を、更に小型化、高速化し、使用速度範囲を拡大するためには、モータの駆動電圧、電流を更に高めて、モータを大容量化し、また、駆動周波数を高周波化する必要がある。しかしながら、モータの駆動周波数の高周波化には、コイルに生じる表皮効果によってコイルの電気抵抗が増加するという課題がある。この対策として、コイルに用いる導体の断面積を維持しながら細線化し、多導体化する方法（所謂パラ巻線）が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５５２５０６９号公報（段落番号００１５～００３５、図１）

まず、特許文献１では、表皮効果抑制のための細線化および多導体化を採用しているが、コア片に巻き回す複数本の導体には、内層側と外層側の位置の違いによる導体の長さの差が生まれ、これによって、内層側と外層側において電気抵抗の差が生じ、高周波電流に対し循環電流が発生し、これに伴う銅損が増加するという課題があった。

この課題に対し同文献では、巻き回す中心が異なる２つのコイルを８の字状に連続して形成し、その後、内層と外層が入れ替わるように、コイルの渡り部をねじって２つのコイル同士を重ね合わせ１つのコイルとする技術を提案している。

しかし、この方法では、転位部を有するコイルを連続して巻回することができず、製造工程が煩雑であるという課題があった。さらに、コイルを巻枠、コア片或いはチャック治具に直接巻き回すことができないという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、転位部を有するコイルを連続して巻回することができ、製造工程が簡素で、コイルを巻枠、コア片或いはチャック治具に直接巻き回すことも可能なコイルの巻線装置およびコイルの巻線方法を提供することを目的とする。

本願に開示されコイルの巻線装置は、
並列に接続され束ねられた複数の導体からなる束線を巻き付けたボビンと、
前記束線を繰り出すノズルと、
前記ノズルを保持するノズルホルダと、
前記ボビンと前記ノズルホルダとの間で前記束線に張力を与えるテンショナと、
前記ノズルから繰り出された前記束線を巻き取るスピンドル軸とを備え、
前記ノズルホルダは、
前記ノズルホルダの前記テンショナ側に設けられた、前記束線を前記スピンドル軸側に向かって内側を通過させると共に、前記束線の周方向への回転を規制可能な第一挿入部と、
前記第一挿入部の前記スピンドル軸側に設けられた、内側に挿入された前記束線に対する把持および開放が可能な第二挿入部と、
前記第一挿入部が前記束線の周方向への回転を規制し、前記第二挿入部が前記束線を把持した状態において、前記第一挿入部又は前記第二挿入部の少なくとも一方を前記束線の周方向に回転させる回転機構とを備えるものである。
また、本願に開示されコイルの巻線方法は、
前記コイル巻線装置を用いるコイルの巻線方法であって、
前記第一挿入部と前記第二挿入部を通過する前記束線を、前記スピンドル軸、前記スピンドル軸に装着した巻枠状の絶縁部、分割コアのいずれかに巻線する巻線工程と、
前記巻線工程を中断し、少なくとも前記第二挿入部によって前記束線を把持した状態で前記束線を周方向に回転させる転位加工工程と、
前記転位加工工程の後、把持している前記束線を開放して、前記転位加工工程によって前記束線に形成した一括転位部を、前記第二挿入部の中を通して前記スピンドル軸側に送出する一括転位部送出工程とを有するものである。

本願に開示されるコイルの巻線装置およびコイルの巻線方法によれば、転位部を有するコイルを連続して巻回することができ、製造工程が簡素で、コイルを巻枠、コア片或いはチャック治具に直接巻き回すことも可能なコイルの巻線装置およびコイルの巻線方法を提供することができる。

実施の形態１による回転電機の斜視図である。 実施の形態１によるリニアモータの斜視図である。 実施の形態１による固定子の斜視図である。 実施の形態１による固定子を構成するコイル巻装体の斜視図である。 実施の形態１による分割コアに絶縁部を取り付けた状態を示す斜視図である。 図５の分解図である。 実施の形態１による固定子の製造工程を示すフロー図である。 図６のＡ－Ａ断面図である。 実施の形態１による分割コアの要部断面図の他の例である。 実施の形態１のコイルを構成する束線の断面図である。 実施の形態１のコイルを構成する束線の断面図である。 実施の形態１のコイルを構成する束線の断面図である。 実施の形態１のコイルに設ける一括転位部を説明する図である。 実施の形態１による一括転位部を設ける位置を説明する図である。 実施の形態１によるコイル巻装体（分割コアを除く）の斜視図である。 実施の形態１によるコイル巻装体用の絶縁部とコイルとの関係を示す分解斜視図である。 実施の形態１による巻線装置とコイル製造工程を示す概念図である。 実施の形態１による巻線装置のノズルホルダの側面図である。 実施の形態１によるノズルホルダの上面図である。 図１９のＢ－Ｂ断面図である。 実施の形態１による束線の把持と開放を可能にする上コレットの側面図である。 実施の形態１による上コレットの下面図である。 実施の形態１による上コレットの上面図である。 図２２のＣ－Ｃ断面図である。 実施の形態１による閉じた状態の上コレットの断面模式図である。 実施の形態１による開いた状態の上コレットの断面模式図である。 実施の形態１による全てのコレット開いた状態のノズルホルダの断面図である。 実施の形態１によるチャック部を閉じて束線を把持した状態にある、図２０における上コレットの断面模式図である。 実施の形態１によるチャック部を開いて束線を開放した状態にある、図２７における上コレットの断面模式図である。 実施の形態１によるチャック部を閉じて図１０に示す束線を把持した状態にある上コレットの断面模式図である。 図３０のチャック部を開いて束線を開放した状態にある上コレットの断面模式図である。 実施の形態１によるチャック部を閉じて図１２に示す束線を把持した状態にある上コレットの断面模式図である。 図３２のチャック部を開いて束線を開放した状態にある上コレットの断面模式図である。 実施の形態１によるチャック部を閉じて、断面が円形の導体を７本束ねた束線を把持した状態にある上コレットの断面模式図である。 図３４のチャック部を開いて束線を開放した状態にある上コレットの断面模式図である。 実施の形態１による一括転位部加工工程の前後の束線の遷移状態を示す図である。 図２０のノズルホルダから２個の上コレットと、これらを駆動するための部材を取り除いたノズルホルダの断面模式図である。 図３７の上ベースの平面図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１に係るコイルの巻線装置およびコイルの巻線方法を図を用いて説明する。
図１は、回転電機１００の斜視図である。
図１に示すように、固定子１０の周方向Ｘを第一方向、第一方向に直交する径方向Ｙを第二方向、第一方向及び第二方向に直交する軸方向Ｚを第三方向とする。

回転電機１００は、固定子１０（電機子）と回転子（可動子）２０とを備える。そして回転子２０は、固定子１０の内周面に回転子鉄心２０ａの外周面を対向させて、図示しないベアリングによって、回転可能に支えられている。回転子２０の回転力は、固定子１０のコイル４が生み出す磁界が、回転子２０の外周円筒面、或いは回転子２０の内部に配置された永久磁石に作用して得られる吸引力によって生み出される。回転電機１００は、いわゆる永久磁石モータと呼ばれるものである。

図２は、リニアモータ１００Ｒの斜視図である。リニアモータ１００Ｒは、平板状に形成された固定子１０Ｒと、この固定子１０Ｒの上に空隙を介して浮上して直動運動する可動子２０Ｒとを備える。すなわち、可動子２０Ｒのティース部の先端は、固定子１０Ｒの上面に対向している。図２のリニアモータにおいては、可動子２０Ｒの移動方向Ｘを第一方向、第一方向に直交するティース部の突出方向Ｙを第二方向、第一方向及び第二方向に直交する方向Ｚを第三方向とする。

リニアモータ１００Ｒは、上述の回転子２０の回転力の発生と同じ原理を利用している。すなわち，可動子２０Ｒ（電機子）の推進力は、可動子２０Ｒのコイル４Ｒが発生する吸引力が、固定子１０Ｒの上面に、移動方向Ｘに等間隔に設けられ、かつ、突出方向Ｙに突出する凸部１０Ｒｔに設けた永久磁石１０Ｍに作用することによって得られる。

回転電機１００とリニアモータ１００Ｒの大きく異なる点は、回転電機１００では、電機子である固定子１０が動かないのに対して、リニアモータでは、電機子である可動子２０Ｒが動く点である。また、回転電機１００では、電機子である固定子１０を構成する複数のコイル巻装体（詳細は後述）が、円環状に組み合わされているのに対して、リニアモータ１００Ｒでは、電機子である可動子２０Ｒを構成する複数のコイル巻装体が、直線状に組み合わされている点である。

図３は、固定子１０の斜視図である。
図４は、固定子１０を構成するコイル巻装体１０Ａの斜視図である。
図５は、分割コア１１に絶縁部２１を取り付けた状態を示す斜視図である。
図６は、図５の分解図である。
図７は、固定子１０の製造工程を示すフロー図である。
図８は、図６のＡ－Ａ断面図である。
図９は、分割コア１１の要部断面図の他の例である。

本実施の形態では、主に回転電機１００を例として電機子について説明するが、上述したように、回転電機１００とリニアモータ１００Ｒが駆動する原理は同じであり、本願は、回転電機およびリニアモータいずれにも適用できる。

図１に示すように、固定子１０は、円環状に組み合わされた１２個のコイル巻装体１０Ａによって構成されている。ただし、コイル巻装体１０Ａの数はこれに限定されるものではなく、回転電機１００の特性上必要となる任意の個数にて固定子１０を構成できる。

図４、図５、図６に示すように、コイル巻装体１０Ａは、分割コア１１と、２個の絶縁部２１と、コイル４とを備える。分割コア１１は、磁性板材である電磁鋼板を軸方向Ｚに積層した積層コアである。

図６に示すように、それぞれの分割コア１１は、分割ヨーク部１１ｙと、分割ヨーク部１１ｙから径方向Ｙの内側に突出するティース部１１ｔと、ティース部１１ｔの径方向Ｙの先端から、周方向Ｘに突出するシュー部１１ｓとを備える。

そして、分割コア１１のティース部１１ｔの周囲には、分割コア１１の軸方向の両側からそれぞれ装着された２個の絶縁部２１を介してコイル４が集中巻されている。コイル４の両端を端末部４１とする。絶縁部２１は、分割コア１１と、コイル４とを電気的に絶縁する。

すなわち、コイル巻装体１０Ａは、分割コア１１のティース部１１ｔの周囲を、絶縁部２１を介してマグネットワイヤを巻き回した構造である。なお、図２に示すリニアモータ１００Ｒの可動子２０Ｒのコイル巻装体も同じ構成である。

ここで、図６の分割コア１１について、紙面上側の端面を一端面、紙面下側の端面を他端面とする。

１個目の絶縁部２１は、分割コア１１の軸方向Ｚの一端面及び分割コア１１の２つのスロットＳの内周面の軸方向Ｚの上半分（分割ヨーク部１１ｙの内周面とティース部１１ｔの周方向Ｘの側面とシュー部１１ｓの外周面）を覆っている。そして、２個目の絶縁部２１は、分割コア１１の軸方向Ｚの他端面及び分割コア１１の２つのスロットＳの内周面の軸方向Ｚの下半分（分割ヨーク部１１ｙの内周面とティース部１１ｔの周方向Ｘの側面とシュー部１１ｓの外周面）を覆っている。２個の絶縁部２１は、それぞれ軸方向Ｚの上下二方向からスロットＳの内周面に沿って挿入する。

次に、図７を用いて、固定子１０の製造方法を説明する。
まず、電磁鋼板から、鉄心片１１ｐを打ち抜いて積層し、各積層間を固着する（ステップＳ１－１：分割コア製造工程）。分割コア１１の積層間を固着する方法の例として、カシメ加工がある。

図６、図８に示すように、鉄心片１１ｐの適当な位置に少なくとも２か所、塑性加工を施しの凹部１２ｒと凸部１２ｐとを設け、軸方向Ｚに積層された鉄心片１１ｐ同士を嵌合して固着する。

なお、他の固着方法として、図９に示すように、予め鉄心片１１ｐを打ち抜く電磁鋼板の表面に、熱によって溶融し固化することによって接着が可能な接着層１３を備えた電磁鋼板を用いることができる。なお、固着方法はこの限りではない。

分割コア製造工程とは別工程にて、絶縁部２１を製造する（ステップＳ１－２：絶縁部製造工程）。

次に、分割コア組立工程（ステップＳ２）を実施する。この工程では、図６に示すように、準備した分割コア１１と、２個の絶縁部２１とを組み合わせる。

次に、分割コア１１に対し、巻線装置を用いてコイル４を巻線し、コイル巻装体１０Ａを得る（ステップＳ３：コイル巻線工程（詳細は後述））。

次に、固定子組立工程（ステップＳ４）において、１２個のコイル巻装体１０Ａを、図３に示すように、円環状に組み合わせる。この工程では、円環状に配列したコイル巻装体１０Ａの姿勢を保つための行程が含まれる。例えば、隣り合う分割コア１１の分割ヨーク部１１ｙの周方向端部同士を溶接するなどの行程を経て、図３に示す固定子１０を得る。

次に、結線工程（ステップＳ５）において、各コイル４の端末部４１を接続し、固定子１０の機能を実現するための回路を形成する。

次に、図１０～図１２を用いて、図４に示すコイル４の導体について説明する。
図１０～図１２は、実施の形態１のコイル４を構成する、束線４２の断面図である。束線４２は、並列に接続され束ねられた複数の絶縁被覆付き導体４３からなる、所謂パラ線である。束線４２を構成する導体４３としては、図１０～図１２に示すいずれかの導体を利用するとよい。
図１３は、コイル４に設ける一括転位部４８を説明する図である。
図１４は、図１３に示す一括転位部４８を設ける位置を説明する図である。

回転電機１００に供される導体４３には、銅、アルミが用いられる。導体４３は、図１０に示す、長手方向に垂直な断面が円形の丸線に加え、図１１に示す、長手方向に垂直な断面が１辺の長さがａである正方形の角線、或いは、図１２に示す、２辺の長さがａ＞ｂである、断面長方形の平角線が用いられる。

また、導体４３の表面は通常エナメル層などの絶縁被覆４４によって覆われており、絶縁被覆４４の厚みｔは、耐電圧仕様によって様々な種類がメーカから提供されている。また、コイル４を巻線後に加熱し自己融着させて形状を維持するために絶縁被覆４４の外側に接着層を有するものもある。さらに、自己融着線でなくても、図１２に示すように、束線４２の外周を絶縁テープ４６を用いてテーピングをするものもある。

尚、本実施の形態では、上述の丸線、角線、正方形断面、或いは長方形断面の導体４３を複数本束ねた束線４２を用いて集中巻したコイルを対象とするが、束線４２の断面形状、寸法、本数には制約は無く不問である。同様に、複数本導体を束ねた束線の形態においても、巻線する前の導体４３同士の自己融着の有無および束線の外周を覆う絶縁テープの有無も不問であり、図１０から図１２に限らない。

図１４に示すように、コイル４には、軸方向Ｚの両端部に束線４２を部分的にねじった図１３に示す一括転位部４８を設ける。この方法で得られた一括転位部４８を備えたコイル４は、束線４２のねじれた部分の膨らみが隣り合うスロットＳ内に存在しない。したがって、スロットＳ内におけるコイル４の占積率を高く維持することが可能である。

図１３に示すように束線を１８０°ねじった一括転位部４８を図１４に示すように、コイル４の少なくとも１ヶ所以上に設けることによって、先述の表皮効果によるコイルの位相差および電位差による回転電機１００の損失増加を抑制することができる。

尚、図１４では、一括転位部４８は、２つの端末部４１の間、すなわち、コイル巻装体の軸方向両端に位置するように配置したが、一括転位部４８の位置はこれに限らず設けることが可能である。例えば、上述のコイル占積率の低下が許容される場合は、隣接するコイル巻装体１０Ａと近いコイル４の部分であっても構わない。

図１５は、コイル巻装体１０Ｂ（分割コアを除く）の斜視図である。コイル巻装体１０Ｂは、コイル巻装体１０Ａの変形例である。
図１６は、コイル巻装体１０Ｂ用の絶縁部２１Ｂとコイル４との関係を示す分解斜視図である。
図１７は、巻線装置６０とコイル製造工程を示す概念図である。
上述のコイル巻装体１０Ａでは、絶縁部２１を２個使用していたが、図１４に示すコイル巻装体１０Ｂでは、１体物の巻枠状の絶縁部２１Ｂを１個用いている。

巻線装置６０において、各ボビン６１には、図１０～図１２に示すような各導体４３を束ねて自己融着させた束線４２を巻いておく。束線４２は、束線４２を巻き回す張力を制御するためのテンショナ６２を経由して、ノズルホルダ６５（詳細は後述）に保持された複数のノズル６４から繰り出される。チャック治具６７は、巻枠状の絶縁部２１Ｂの内側の内筒部２１Ｂｉｎに挿入してこれを固定するために使用する。チャック治具６７のスピンドル軸には、複数の絶縁部２１Ｂを装着できる。そして、チャック治具６７は、巻枠ステージ６８によって、その軸方向の両端を回転可能に支持されている。巻枠ステージ６８又はノズルホルダ６５のいずれかに、矢印Ｕ方向に往復運動する直動機構を備える。

チャック治具６７の回転中心は、これに装着される複数の絶縁部２１Ｂの中心を結ぶ線となる。このように、チャック治具６７に複数の絶縁部２１Ｂを固定し、これをモータ等の回転動力６６によって矢印Ｑに示すように上述の回転中心を中心として回転させると同時に直動機構を動作させると、ボビン６１からテンショナ６２およびノズル６４を経由して束線４２を複数の絶縁部２１Ｂに同時に巻き回すことができる。

コイル４の巻線の途中部分に一括転位部４８を設ける方法については後述する。

絶縁部２１Ｂにコイル４を巻線することによって、形成したコイル４をチャック治具６７から取り外してもコイル形状精度を保てるため、自己融着のための熱処理、コイルの端末線の絶縁被覆を剥離することが容易になるという利点がある。

さらに、巻線装置６０を用いれば、上述のように絶縁部２１Ｂにコイル４を巻き回すこと以外に、チャック治具６７の外周面の形状が、コイル４の内筒部２１Ｂｉｎの形状と同じであれば、一括転位部４８を備えたコイル４のみを形成することも可能である。

次に、コイル４に一括転位部４８を設けるための機能を有するノズルホルダ６５の構成の詳細について説明する。
これまで、図１７では、３個のノズルを有する巻線装置６０について説明した。図１８以降では、紙面の関係上、２個のノズル構成として説明する。ノズルの数すなわち、同時に巻き回すコイルの個数、巻枠状の絶縁部の要否の制約はないものとする。
図１８は、巻線装置６０のノズルホルダ６５の側面図である。
図１９は、ノズルホルダ６５の上面図である。
ノズルホルダ６５は、上ベース７１と下ベース７２とを備える。上ベース７１及び下ベース７２は、４本のポスト７３および無給油ブッシュ７４によって、束線４２の長手方向にのみ、上ベース７１と下ベース７２との間の間隔を伸縮可能に支持されている。

図２０は、図１９のＢ－Ｂ断面図である。
テンショナ６２側の上ベース７１には、上ベース７１を紙面上下に貫通する２個の上コレット７７ａ１、７７ｂ１（第一挿入部）と、上コレット７７ａ１、７７ｂ１を開閉させるコレットリング７８ａ１、７８ｂ１と、上コレット７７ａ１、上コレット７７ｂ１を束線４２の周方向に回転させるための動力原としてのモータ７９ｕとを備える。

同様に、コイル４を形成するスピンドル軸側の下ベース７２には、下ベース７２を紙面上下に貫通する２個の下コレット７７ａ２、７７ｂ２（第二挿入部）と、下コレット７７ａ２、７７ｂ２を開閉させるコレットリング７８ａ２、７８ｂ２と、下コレット７７ａ２、下コレット７７ｂ２を束線４２の周方向に回転させるための動力原としてモータ７９ｄとを備える。

上コレット７７ａ１と下コレット７７ａ２とが対を成し、上コレット７７ｂ１と下コレット７７ｂ２とが対を成す。上コレット７７ａ１、７７ｂ１と、下コレット７７ａ２、７７ｂ２とは、同じ形状の物（但し内径は異なる）が上下反転して設置されている。束線４２の巻線時には、上コレット７７ａ１の中を通った束線４２が、下コレット７７ａ２の中を通り、同様に上コレット７７ｂ１の中を通った束線４２が、下コレット７７ｂ２の中を通る。上コレット７７ａ１と上コレット７７ｂ１とは、それぞれベアリングを介して上ベース７１に支持されている。また、下コレット７７ａ２と下コレット７７ｂ２とも、それぞれベアリングを介して下ベース７２に支持されている。したがって、それぞれのコレット７７ａ１～７７ｂ２は、それらの軸心を中心として回転可能である。下コレット７７ａ２、下コレット７７ｂ２のそれぞれの下端が、図１７におけるノズル６４に相当する。

モータ７９ｕの駆動力は、タイミングプーリ７１ｕ１～７１ｕ３およびタイミングベルト７２ｕによって上コレット７７ａ１、７７ｂ１に伝達される。モータ７９ｄの駆動力は、タイミングプーリ７１ｄ１～７１ｄ３およびタイミングベルト７２ｄによって下コレット７７ａ２、７７ｂ２に伝達される。モータ７９ｕ、タイミングプーリ７１ｕ１～７１ｕ３およびタイミングベルト７２ｄが、束線４２に一括転位部４８を形成する回転機構である。

また、それぞれのコレット７７ａ１～７７ｂ２を開閉させるための動力は、エアシリンダ７５を用いる。図２０は、エアシリンダ７５によって上ベース７１と下ベース７２との間の間隔が伸長した状態を示し、全てのコレット７７ａ１～７７ｂ２が閉じており、束線４２を把持，或いは把持可能な状態にある。

次に、図２１から図２４を用いて、各コレット７７ａ１～７７ｂ２の形状と、各コレットの開閉動作について詳細を説明する。
図２１は、束線４２の把持と開放を可能にする上コレット７７ａ１の側面図である。
巻線装置６０内で使用する全てのコレットは、同じ形状なので、主に上コレット７７ａ１を例として説明する。
図２２は、上コレット７７ａ１の下面図である。
図２３は、上コレット７７ａ１の上面図である。
図２４は、図２２のＣ－Ｃ断面図である。

コレット７７ａ１～７７ｂ２は、コイル４の巻線時に束線４２をガイドし、予め定めた位置では、束線４２を把持し、これを周方向に回転させることによって一括転位部４８を形成するための部材である。

図２１および図２２に示すように、上コレット７７ａ１は、内側が円筒状の空洞になっている筒部７７１と、筒部７７１の一端に接続され、外径を拡張、収縮して束線４２を把持、開放可能なチャック部７７２とからなる。チャック部７７２の中の空洞は、内部を通る束線の長手方向に垂直な断面形状と概ね等しい。よって、図２２に示す上コレット７７ａ１は、断面が正方形の束線４２用のコレットである。

筒部７７１の内部の空洞と、チャック部７７２の内部の空洞は連通している。筒部７７１の外周面７７１ｏｕｔは、ノズルホルダ６５の上ベース７１にベアリングを介して回転可能に支持されている。そして、チャック部７７２の外周面７７２ｏｕｔは、筒部７７１側に向かって外径が小さくなるテーパ形状をしている。また、チャック部７７２には、上コレット７７ａ１の軸方向に延びるスリットＳＬが設けられており、このスリットＳＬは、筒部７７１側の予め定められた範囲まで延びている。

チャック部７７２を後述するコレットリングによって径方向に拡張、収縮（開閉）させることによって、内側に挿入された束線４２を通過可能、あるいは、束線４２を把持可能とする。束線４２を把持する部分はチャック部７７２のみである。筒部７７１の内部空間は、その長手方向に垂直な断面が、束線４２の最大径よりも大きな円形である。

図２５は、閉じた状態の上コレット７７ａ１の断面模式図である。
図２６は、開いた状態の上コレット７７ａ１の断面模式図である。
図２５に示すように、上コレット７７ａ１は、内部がテーパ形状に刳り抜かれたコレットリング７８ａ１の中に、筒部７７１側から挿入され、ベアリングＢＡを介して上ベース７１に回転可能に支持されている。コレットリング７８ａ１の内周面７８ｉｎは、上ベース７１側に外径が小さくなるテーパ形状であり、上コレット７７ａ１のチャック部７７２の外周面７７２ｏｕｔの傾斜に沿うように形成されている。そして、上コレット７７ａ１の筒部７７１の外周には、弦巻バネＳＰが、ある程度、付勢した状態で通されている。弦巻バネＳＰの一端部は、コレットリング７８ａ１の上面に接触し、他端部は、上べース７１の下面に接触している。

図２５、図２６において、上コレット７７ａ１は、筒部７７１の軸心を中心として回転可能であるが、上コレット７７ａ１は、上ベース７１に対して、紙面上下方向に移動することはできない。図２５と図２６とを比較すると、動いている物は、コレットリング７８ａ１と弦巻バネＳＰである。すなわち、コレットリング７８ａ１が、上コレット７７ａ１の中を通過する束線４２の軸方向に移動可能である。図２５の状態が、弦巻バネＳＰが最も伸びた状態であり、図２６の状態が、弦巻バネＳＰが最も収縮した状態である。

図２５に示す、弦巻バネＳＰが最も伸びた状態、すなわち、コレットリング７８ａ１が最も矢印Ａ１側に移動した状態では、コレットリング７８ａ１のテーパ状の内周面７８ｉｎが、チャック部７７２の外周面７７２ｏｕｔに接触し、チャック部７７２の外周面７７２ｏｕｔを図２４の矢印Ａ２方向に押圧する。チャック部７７２には、軸方向に延びるスリットＳＬを設けているので、チャック部７７２の外径が矢印Ａ３方向に縮小し、チャック部７７２が閉じられた状態となる。図２０では、全てのコレット７７ａ１～７７ｂ２がこの状態にある。

図２６に示す、弦巻バネＳＰが最も縮んだ状態、すなわち、コレットリング７８ａ１が最も矢印Ａ４側に移動した状態では、コレットリング７８ａ１のテーパ状の内周面７８ｉｎが、チャック部７７２の外周面７７２ｏｕｔから離れる。この状態ではチャック部７７２のスリットＳＬの幅は、元の状態にあり、チャック部７７２は開いている。

図２７は、全てのコレット７７ａ１～７７ｂ２を開いた状態のノズルホルダ６５の断面図である。
全てのコレット７７ａ１～７７ｂ２を閉じた状態を示す図２０と比較すると、図２０では、コレットリング７８ａ１とコレットリング７８ａ２とが離れており、また、コレットリング７８ｂ１とコレットリング７８ｂ２とも離れているのに対して、図２７では、コレットリング７８ａ１とコレットリング７８ａ２とが接触し、コレットリング７８ｂ１とコレットリング７８ｂ２とが接触していることが分かる。

上下に対を成すコレットリング７８ａ１、７８ａ２と、上下に対を成すコレットリング７８ｂ１、７８ｂ２とを接離させるにはエアシリンダ７５を用いる。エアシリンダ７５の駆動によって、上ベース７１と下ベース７２との間の間隔を縮小させ、コレットリング７８ａ１とコレットリング７８ａ２および、コレットリング７８ｂ１とコレットリング７８ｂ２を接触させることによってチャック部７７２を開状態とし、上ベース７１と下ベース７２との間の間隔を伸長させ、コレットリング７８ａ１とコレットリング７８ａ２および、コレットリング７８ｂ１とコレットリング７８ｂ２を引き離すことによってチャック部７７２を閉状態とする。

図２８は、チャック部７７２を閉じて束線４２を把持した状態にある、図２０における上コレット７７ｂ１の断面模式図である。束線４２は、図１１に示した、軸方向に垂直な断面が正方形の束線である。したがって、上コレット７７ｂ１のチャック部７７２の内周面７７２ｉｎの、軸方向に垂直な断面形状も略正方形とし、断面における４つの頂点となる部分にスリットＳＬを設けている。

図２０に示す、上コレット７７ｂ１と下コレット７７ｂ２とを閉じた状態で、モータ７９ｕとモータ７９ｄを駆動し、上コレット７７ｂ１と下コレット７７ｂ２とを相対的に１８０度回転させると、上コレット７７ｂ１のチャック部７７２と、下コレット７７ｂ２のチャック部７７２の間に、束線４２が周方向に１８０度回転した一括転位部４８が形成される。

図２９は、チャック部７７２を開いて束線４２を開放した状態にある、図２７における下コレット７７ｂ２の断面模式図である。ここで、束線４２の一辺の長さをｄ、チャック部７７２の図２９に示す断面における内周面の一辺の長さ（開口幅）をｃとする。

各コレットの開状態において、上コレット７７ｂ１については、長さｄと長さｃとの関係を、チャック部７７２が束線４２を把持はしないが、束線４２がチャック部７７２の内部で周方向に回転しない程度の寸法関係とする。したがって、上コレット７７ｂ１については、実際には、図２９に示す下コレット７７ｂ２の開口状態よりもチャック部７７２が閉じられていてもよい。

一方、図２９に示す下コレット７７ｂ２については、上述の一括転位部４８を形成した後、この一括転位部４８を下コレット７７ｂ２の内部を通過させる必要がある。したがって、束線４２の最大径φよりも、下コレット７７ｂ２の開口幅ｃが大きい寸法関係とする必要がある。上コレット７７ｂ１、下コレット７７ｂ２が閉じ、束線４２を把持するための開口幅ｃは、スリット幅ｅによって決まる。

尚、図２５、図２６に示すように、コレットリング７８ｂ１（図ではコレットリング７８ａ１だが同じ）は、上コレット７７ｂ１を支持するベアリングＢＡの内輪ＢＡｉｎと一緒に回転し、また、コレットリング７８ｂ１を支持する弦巻バネＳＰもベアリングＢＡの内輪ＢＡｉｎと一緒に回転するため、上コレット７７ｂ１の開閉と、その回転は自由に組み合わせることができる。

また、コレットを用いて把持する束線４２の断面形状によって、コレットのチャック部７７２の形状とスリットＳＬの本数が異なる。
図３０は、チャック部２７７２を閉じて図１０に示す束線４２を把持した状態にある上コレット２７７ｂ１の断面模式図である。
図３１は、図３０のチャック部２７７２を開いて束線４２を開放した状態にある上コレット２７７ｂ１の断面模式図である。
図１０に示す断面が円形の導体４３を３本束ねた束線４２の場合、図３１のようにチャック部２７７２に３つのスリットＳＬを設けて周方向に３分割する。そして、内周の断面を三角形状として束線４２をガイドし、また、図３０のように束線４２を把持することが可能である。

図３２は、チャック部３７７２を閉じて図１２に示す束線４２を把持した状態にある上コレット３７７ｂ１の断面模式図である。
図３３は、図３２のチャック部３７７２を開いて束線４２を開放した状態にある上コレット３７７ｂ１の断面模式図である。
図１２に示す断面が矩形の導体４３を３本束ねた束線４２の場合、図３２のようにチャック部３７７２に４つのスリットＳＬを設けて周方向に４分割する。そして、内周の断面を矩形形状として束線４２をガイドし、また、図３２のように束線４２を把持することが可能である。

図３４は、チャック部４７７２を閉じて、断面が円形の導体４３を７本束ねた束線４２を把持した状態にある上コレット４７７ｂ１の断面模式図である。
図３５は、図３４のチャック部４７７２を開いて束線４２を開放した状態にある上コレット４７７ｂ１の断面模式図である。
このような束線の場合は、チャック部４７７２にスリットを６箇所設けて周方向に６分割する。そして、内周の断面を六角形状として束線４２をガイドし、また、図３４のように束線４２を把持することが可能である。

次に、図７、ステップＳ３のコイル巻線工程における一括転位部４８を加工する工程の詳細を説明する。
図３６は、一括転位部加工工程の前後の束線４２の遷移状態を示す図である。

ここで、束線４２および一括転位部４８は、図１１の束線を例とする。導体４３の並び、位置の変化を峻別できるよう、特定の１本の導体４３に星印を付けた。上コレット７７ｂ１と下コレット７７ｂ２との間における導体４３の並び方が分かりやすい様に、図３６では、いずれもテンショナ６２側から見た斜視図としている。
図３６に示すステップＳ３－１（巻線工程）は、一括転位部４８を加工する前の状態である。この工程では、束線４２に対して一括転位部４８の加工は施されておらず、回転する巻枠状の絶縁部２１Ｂに束線４２が巻き回され、順次コイル４を形成する状態である。

束線４２には、適当な張力が与えられており、図１７、図１８に示すテンショナ６２と絶縁部２１Ｂとの間に位置する上コレット７７ｂ１、下コレット７７ｂ２は、束線４２をガイドして絶縁部２１Ｂに巻き掛かる位置を決めている。

また、束線４２に張力が付与されていて束線４２を構成する導体４３はほぐれず、バラバラにならないものとする。すなわち、上コレット７７ｂ１、下コレット７７ｂ２は開いており、束線４２を把持しない状態においてもチャック部７７２に囲まれた空間内で、導体４３の並びが乱れないような開口幅を有し、束線４２をガイドしている。

次のステップＳ３－２（転位部加工工程）は、一括転位部４８を形成する工程である。この工程では、巻枠状の絶縁部２１Ｂは、回転を停止している。束線４２をねじって転位加工を施すため、上コレット７７ｂ１、下コレット７７ｂ２は、束線４２を把持し、その後、上コレット７７ｂ１、下コレット７７ｂ２の双方、又は一方を回転させ、束線４２を１８０°回転させる。尚、コレットの回転方向は不問である。このように、一括転位部４８が、上コレット７７ｂ１と下コレット７７ｂ２との間で形成されることを特徴とする。束線４２を１８０°ねじり、塑性変形を与え、確実に一括転位部４８を形成するために、支点及び／又は力点となる上コレット７７ｂ１と、下コレット７７ｂ２との間隔を一定に、かつ短くできる利点がある。

さらに、これまでの説明では、巻枠状の絶縁部２１Ｂにコイル４を巻き回しているが、この限りではなく、図１７のチャック治具６７の機構によって巻線前の分割コア１１を把持したり、絶縁部２１Ｂを介さずに直接スピンドル軸に束線４２を巻き回し、コイル単体を形成する方法にも適用が可能であることは前述した通りである。

また、コレットを回転させる動力は図１８のモータ７９ｕ、７９ｄに限らず、束線４２を把持したコレット７７ａ１～７７ｂ２を回転させ、束線４２をねじって一括転位部４８を形成することができれば動力は不問である。

図３６のステップＳ３－３（一括転位部送出工程）は、形成した一括転位部４８を下コレット７７ｂ２内に通して送出する工程である。図では、一括転位部４８が絶縁部２１Ｂに巻き回される直前の状態を示している。上コレット７７ｂ１は、コイル４の巻線を再開するため上コレット７７ｂ１、下コレット７７ｂ２によって把持していた束線４２を開放する。このとき、下コレット７７ｂ２は、束線４２の最大径φよりも、下コレット７７ｂ２の開口幅が大きくなるように開く。

図３７は、図２０のノズルホルダ６５から上コレット７７ａ１と上コレット７７ｂ１と、これらを駆動するための部材を取り除いたノズルホルダ６５Ｂの断面模式図である。
図３８は、上ベース７１Ｂの平面図である。
ノズルホルダ６５Ｂは、下コレット７７ａ２、７７ｂ２のみを備え、上コレットは設けない。上ベース７１Ｂには、束線４２の長手方向に垂直な断面形状と略相似形のガイド穴Ｈを設けている。

図３８のガイド穴Ｈ（第一挿入部）は、図１０に示す断面円形の導体４３を３本束ねた束線４２用の穴である。ガイド穴Ｈは、略三角形状とし、束線４２は、抵抗なく通過できるが、周方向への回転は規制できるような穴とする。このような構成であれば、下コレット７７ｂ２で束線を把持し、周方向に１８０度回転させれば、上ベース７１Ｂと下コレット７７ｂ２との間で図２０を用いて説明した一括転位部４８を形成できる。

実施の形態１によるコイルの巻線装置およびコイルの巻線方法によれば、様々な断面形状を有する導体を並列に接続した束線を用いたコイルの巻線時において、途切れること無くコイルを巻線しながら一括転位部を形成することができるので、コイルの生産性が高い。
また、束線に上述の一括転位部を設けるときに、支点および力点となる上下コレットの間隔を狭くすることによって、束線のスプリングバック等の弾性力および撚る方向とは逆方向に働く力によって生じる、一括転位部のピッチ、角度のバラツキなど品質上の不均一さを抑制することができる。

さらに、巻線前の分割コア、巻枠状の絶縁部、或いはコイルを直接係止することができるチャック治具をスピンドル軸から着脱可能な構成であるため、例えば、複数のコイルをまとめて自己融着のための加熱および端末処理をも行うことができる。これにより生産性を向上でき、省エネルギーとなり、歩留まりの向上が期待できる。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。

したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１００ 回転電機、１００Ｒ リニアモータ、１０，１０Ｒ 固定子、
１０Ａ，１０Ｂ コイル巻装体、１０Ｍ 永久磁石、１０Ｒｔ 凸部、１１ 分割コア、１１ｐ 鉄心片、１１ｓ シュー部、１１ｔ ティース部、１１ｙ 分割ヨーク部、
１２ｐ 凸部、１２ｒ 凹部、１３ 接着層、２０ 回転子、２０Ｒ 可動子、
２０ａ 回転子鉄心、２１，２１Ｂ 絶縁部、２１Ｂｉｎ 内筒部、４，４Ｒ コイル、４１ 端末部、４２ 束線、４３ 導体、４４ 絶縁被覆、４６ 絶縁テープ、
４８ 一括転位部、６０ 巻線装置、６１ ボビン、６２ テンショナ、６４ ノズル、６５，６５Ｂ ノズルホルダ、６６ 回転動力、６７ チャック治具、
６８ 巻枠ステージ、Ｈ ガイド穴、Ｑ 矢印、Ｓ スロット、ｃ 開口幅、
ｅ スリット幅、７１ 上ベース、７１Ｂ 上ベース、
７１ｄ１，７１ｄ２，７１ｄ３，７１ｕ１，７１ｕ２，７１ｕ３ タイミングプーリ、
７２ 下ベース、７２ｄ，７２ｕ タイミングベルト、７３ ポスト、
７４ 無給油ブッシュ、７５ エアシリンダ、
７７ａ１，７７ｂ１，２７７ｂ１，３７７ｂ１，４７７ｂ１ 上コレット、
７７ａ２，７７ｂ２ 下コレット、７７１ 筒部、７７１ｏｕｔ 外周面、
７７２，２７７２，３７７２，４７７２ チャック部、７７２ｉｎ 内周面、
７７２ｏｕｔ 外周面、７８ａ１，７８ａ２，７８ｂ１，７８ｂ２ コレットリング、
７８ｉｎ 内周面、７９ｄ，７９ｕ モータ、Ａ１～Ａ４ 矢印、ＢＡ ベアリング、
ＢＡｉｎ 内輪、ＳＬ スリット、ＳＰ 弦巻バネ。

Claims (8)

1. 並列に接続され束ねられた複数の導体からなる束線を巻き付けたボビンと、
   前記束線を繰り出すノズルと、
   前記ノズルを保持するノズルホルダと、
   前記ボビンと前記ノズルホルダとの間で前記束線に張力を与えるテンショナと、
   前記ノズルから繰り出された前記束線を巻き取るスピンドル軸とを備え、
   前記ノズルホルダは、
   前記ノズルホルダの前記テンショナ側に設けられた、前記束線を前記スピンドル軸側に向かって内側を通過させると共に、前記束線の周方向への回転を規制可能な第一挿入部と、
   前記第一挿入部の前記スピンドル軸側に設けられた、内側に挿入された前記束線に対する把持および開放が可能な第二挿入部と、
   前記第一挿入部が前記束線の周方向への回転を規制し、前記第二挿入部が前記束線を把持した状態において、前記第一挿入部又は前記第二挿入部の少なくとも一方を前記束線の周方向に回転させる回転機構とを備えるコイルの巻線装置。
2. 前記第二挿入部は、内側が空洞になっている筒部と、前記筒部の一端に接続され、外径を拡張、収縮して前記束線を把持、開放可能なチャック部とを備えるコレットである請求項１に記載のコイルの巻線装置。
3. 前記チャック部の外周面は、前記筒部側に向かって外径が小さくなるテーパ形状をしており、
   前記チャック部は、軸方向に延びる複数のスリットを有し、
   前記ノズルホルダは、内部がテーパ形状に刳り抜かれ、前記コレットの前記チャック部が挿入されたコレットリングを備え、
   前記コレットリングの内周面は、前記チャック部の外周面の傾斜に沿うように形成され、
   前記コレットリングが、前記コレットの中を通過する前記束線の軸方向に移動可能である請求項２に記載のコイルの巻線装置。
4. 前記チャック部の内周面の軸方向に垂直な断面形状は、前記束線の軸方向に垂直な断面形状と同じである請求項３に記載のコイルの巻線装置。
5. 前記第一挿入部としての前記コレットと、前記コレットリングとを備える請求項３又は請求項４に記載のコイルの巻線装置。
6. 開放状態における前記チャック部の内径は、前記束線の最大径よりも大きい請求項２から請求項５のいずれか１項に記載のコイルの巻線装置。
7. 前記スピンドル軸には、巻枠状の絶縁部、分割コアを装着可能である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のコイルの巻線装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のコイル巻線装置を用いるコイルの巻線方法であって、
   前記第一挿入部と前記第二挿入部を通過する前記束線を、前記スピンドル軸、前記スピンドル軸に装着した巻枠状の絶縁部、分割コアのいずれかに巻線する巻線工程と、
   前記巻線工程を中断し、少なくとも前記第二挿入部によって前記束線を把持した状態で前記束線を周方向に回転させる転位加工工程と、
   前記転位加工工程の後、把持している前記束線を開放して、前記転位加工工程によって前記束線に形成した一括転位部を、前記第二挿入部の中を通して前記スピンドル軸側に送出する一括転位部送出工程とを有するコイルの巻線方法。

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