JP3588586B2

JP3588586B2 - 巻線装置および巻線方法

Info

Publication number: JP3588586B2
Application number: JP2000350785A
Authority: JP
Inventors: 秀樹関
Original assignee: Nittoku Engineering Co Ltd
Current assignee: Nittoku Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: JP2002158131A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばコアレスモータのロータ等に用いられるコイルの巻線装置および巻線方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
小型のコアレスモータの場合、ロータのコイルは微少な隙間をもってモータの内部に介装されるため、高い形状精度が要求される。この種のコイルの製造方法として、例えば次のようなものがあった。
【０００３】
（１）角形の棒状部材に線材を整列巻きした後、棒状部材を引き抜き、線材を押しつぶして平面状の帯を形成し、この帯を円筒状に曲げて帯の両端部を接続して形成する方法（例えば特開平９−２７１１５７号公報、特開平１０−８０１１０号公報参照）。
【０００４】
（２）巻芯の外周に線材を斜めに順次巻回して円筒形のコイルを巻線する方法（例えば特許第２６４６３１９号、特許第２８２０３７２号参照）。この方法に用いられる巻線装置は、線材を繰り出し巻芯に対して相対回転するノズルと、巻芯に巻き掛けられる線材を巻芯の所定位置へと案内する第一、第二線押えと、第一、第二線押えに対して巻芯を相対回転させる巻芯回転機構とを備える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（１）の製造方法は、手作業で行わなければならない工程が多く、自動化に適さない。
【０００６】
また、（２）の製造方法は、この第一、第二線押えに巻き掛けられた線材が巻芯の外周面へとスムーズに落下しない可能性があり、順次巻回される線材が重なり過ぎたり、離れてしまう巻き乱れが生じ、コイルの形状および特性にバラツキが生じる。
【０００７】
これに対処して、従来、線押えに振動を与えて、線材が巻芯の外周面へと落下することを促すものがあった。
【０００８】
しかしながら、この場合、線押えに加わる振動によって線材の落下位置にズレが生じる可能性があり、製造コイルの形状および特性にバラツキが生じやすいという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、巻き付け精度の高いコイルの巻線装置および巻線方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、線材を繰り出し巻芯のまわりを回動するノズルと、ノズルを介して巻き掛けられる線材を巻芯へと案内する線押えと、線押えに対して巻芯を相対回転させる巻芯回転機構とを備え、巻芯に線材を斜めに順次巻回するコイルの巻線装置に適用する。
【００１１】
そして、巻芯に対してノズルを相対回転する軌跡を巻芯の中心線に対して傾斜させ、線押えがノズルを介して巻き掛けられる線材を巻芯へと案内する過程にて線押えを巻芯に当接させたまま巻芯に対する線押えの当接角度を変える当接角度可変機構を備えたことを特徴とするものとした。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、当接角度可変機構として、線押えを揺動可能に支持する揺動中心軸と、線押えの先端を巻芯に押し付ける付勢手段と、揺動中心軸を巻芯に対して移動する揺動中心軸移動機構とを備えたことを特徴とするものとした。
【００１３】
第３の発明は、第１から第３のいずれか一つの発明において、線押えを巻芯に当接する先端にかけて細くなるように傾斜させたことを特徴とするものとした。
【００１４】
第４の発明は、第１から第４のいずれか一つの発明において、ノズルが取り付けられ巻芯の回りに回動するフライヤと、フライヤの回動軸を貫通する固定軸とを備え、固定軸を介して線押えを支持したことを特徴とするものとした。
【００１５】
第５の発明は、第５の発明において、揺動中心軸移動機構として、フライヤの回動軸を支持するフライヤ支持台と、フライヤ支持台を移動するサーボモータを備えたことを特徴とするものとした。
【００１６】
第６の発明は、巻芯のまわりを相対的に回動して線材を繰り出すノズルと、ノズルを介して巻き掛けられる線材を巻芯へと案内する線押えと、線押えに対して巻芯を相対回転させる巻芯回転機構とを用い、巻芯に線材を斜めに順次巻回するコイルの巻線方法に適用する。
【００１７】
そして、線押えを巻芯に当接させたまま巻芯に対する線押えの当接角度を変える当接角度可変機構を用い、巻芯に対してノズルを相対回転する軌跡を巻芯の中心線に対して傾斜させ、線押えがノズルを介して巻き掛けられる線材を巻芯へと案内する過程にて線押えを巻芯に対して当接したままその当接角度を変えることを特徴とするものとした。
【００１８】
第７の発明は、第６の発明において、巻芯に対してノズルを相対回転する工程と、巻芯に対する線押えの当接角度を変える工程と、線押えに対して巻芯を相対回転させる工程とが順に行われる構成としたことを特徴とするものとした。
【００１９】
【発明の作用および効果】
第１、第６の発明によると、線材を巻き掛けた線押えが巻芯の外周に当接したままその当接角度を変えることにより、線材が線押えに摺接して巻芯へと滑り落ちることが促され、線材を所定位置に巻き付けることができる。これにより、順次巻回される線材が重なり過ぎたり離れてしまう巻き乱れを防止し、コイルの形状および特性を均一にすることができる。
【００２０】
第２の発明によると、揺動中心軸が移動しても付勢手段によって線押えの先端が巻芯に押し付けられ、線押えの先端が巻芯から離れないため、線材が巻芯と線押えの間に入り込むことがなく、線材どうしを隙間なく整列して巻線することができる。
【００２１】
揺動中心軸がサーボモータによって駆動されるため、揺動中心軸の移動量、速度等をきめ細かく制御することが可能となり、線押えの微妙な動きが得られる。
【００２２】
第３の発明によると、線押えを巻芯に当接する先端にかけて細くなるように傾斜させることにより、巻芯に対する線押えの当接角度が変わるのに伴って、線材がガイドに沿ってスムーズに滑り落ち、線材を所定位置に巻き付けることができる。
【００２３】
第４の発明によると、フライヤがガイドに干渉することなく回動して線材を巻芯に巻き付ける。
【００２４】
第５の発明によると、フライヤ支持台を移動するサーボモータによってガイドの揺動中心軸を移動するため、フライヤの回動軸に対してガイドの揺動中心軸を移動する専用のアクチュエータを設ける必要が無く、構造の簡素化がはかれる。
【００２５】
第７の発明によると、線材をガイドに掛け回した後、線押えの当接角度を変えて線材を巻芯の所定位置に巻回する。その後、巻芯を回転させて巻芯に対して線押えを移動することで、巻線が順次行われる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１、図２において、１はコアレスモータのロータ等に用いられるコイルを自動的に製造する巻線装置である。フライヤ式の巻線装置１は、巻芯３のまわりを回動するフライヤ５と、フライヤ５の先端から線材２を繰り出すノズル４とを備える。線材２の一端がクランプ機構１５に係止された状態で、ノズル４がフライヤ５を介して巻芯３のまわりを斜めに回動することにより、線材２が巻芯３の外周に斜めに巻回される。
【００２８】
フライヤ５の基端部はスピンドル（回転軸）６に連結される。スピンドル６は軸受１２を介してフライヤ支持台１３に回転可能に支持される。スピンドル６はモータ７によってプーリ８，９及びベルト１１を介して回転駆動される。
【００２９】
フライヤ支持台１３は左右移動台１７にシャフト１８を介して固定される。左右移動台１７に対するシャフト１８の取付角度を変えることにより、ノズル４が通る回転軌跡の傾斜角度が調節される。
【００３０】
フライヤ支持台１３は、巻芯３に巻回されるコイルの形状や大きさに対応して、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に移動するようになっている。フライヤ支持台１３は、Ｘ軸方向に移動する左右移動台１７と、Ｚ軸方向に移動する昇降台４５と、Ｙ軸方向に移動する前後移動台３６とを備える。
【００３１】
左右移動台１７は昇降台４５に対してＸ軸方向にガイドレール４９を介して平行移動可能に支持される。昇降台４５にサーボモータ４１によって回転駆動されるボールネジ４２が取り付けられ、左右移動台１７にボールネジ４２に多数のボールを介して螺合するナット４３が固定される。
【００３２】
昇降台４５は前後移動台３６に対してＺ軸方向にガイドレール４０を介して平行移動可能に支持される。昇降台４５にサーボモータ４６によって回転駆動されるボールネジ４７が取り付けられ、前後移動台３６にボールネジ４７にボールを介して螺合するナット４８が固定される。
【００３３】
前後移動台３６は架台３５に対してＹ軸方向にガイドレール３２を介して平行移動可能に支持される。架台３５のケース３９にサーボモータ３７によって回転駆動されるボールネジ３８が取り付けられ、前後移動台３６にボールネジ３８にボールを介して螺合するナット３３が固定される。
【００３４】
巻芯３をＺ軸回りに回転させる巻芯回転機構として、Ｚ軸回りに回転する回転台１９が架台３５上に設けられ、この回転台１９がサーボモータ２０によって回転駆動されるようになっている。巻芯３はこの回転台１９の回転中心上に治具を介して着脱可能にセットされる。ノズル４がフライヤ５を介して巻芯３のまわりを斜めに回動する毎に、回転台１９が巻芯３を所定角度回転するように制御される。これにより、線材２が巻芯３の外周に斜めに順次巻回されて円筒形のコイルが形成される。
【００３５】
ノズル４を介して巻き掛けられる線材２を巻芯３の外周へと案内する第一、第二線押え２１，２２を備える。第一線押え２１は巻芯３の上部に当接し、第二線押え２２は巻芯３の下部に当接する。第一、第二線押え２１，２２は巻芯３を挟んで互いに１８０度対向するように配置される。したがって、第一、第二線押え２１，２２の巻芯３に対する当接部が巻芯３の回転中心線を含む一つの平面上に位置している。ノズル４が線材２を第一、第二線押え２１，２２を介して巻芯３の外周に巻き掛けられることにより、線材２が巻芯３の外周の所定位置へと収まる。
【００３６】
そして本発明の要旨とするところであるが、図３、図４に示すように、第一、第二線押え２１，２２を巻芯３の外周に当接させたままそれぞれの当接角度を変える当接角度可変機構を備える。これにより、線材２が第一、第二線押え２１，２２に摺接して巻芯３の外周面へと落下することが促される。
【００３７】
当接角度可変機構として、第一、第二線押え２１，２２をブラケット２５にベアリング３１を介して揺動可能に支持する揺動中心軸２３と、第一、第二線押え２１，２２の先端を巻芯３にわずかな付勢力で押し付けるスプリング（付勢手段）２４と、揺動中心軸２３を巻芯３に対してＸ軸方向に移動する揺動中心軸移動機構とを備える。
【００３８】
第一線押え２１の揺動中心軸２３を巻芯３に対してＸ軸方向に移動する揺動中心軸移動機構として、ブラケット２５を巻芯３に対してＸ軸方向に移動する線押え支持台２６を備える。線押え支持台２６は架台３５に固定される台２８に対してＸ軸方向に平行移動可能に支持される。台２８にサーボモータ２７によって回転駆動されるボールネジ２９が取り付けられ、線押え支持台２６にボールネジ２９にボールを介して螺合するナット３０が固定される。
【００３９】
第二線押え２２の揺動中心軸移動機構は、フライヤ支持台１３をＸ軸方向に移動する左右移動台１７と、フライヤ５のスピンドル６を貫通して設けられる固定軸５１と、固定軸５１の回転係止機構と、固定軸５１にブラケット２５を連結するアーム５２等によって構成される。これにより、揺動中心軸２３はフライヤ支持台１３と共にＸ軸方向に移動する。
【００４０】
第一、第二線押え２１，２２の揺動中心軸２３は各サーボモータ２７，４１によって駆動されるため、各揺動中心軸２３の移動量、速度等をきめ細かく制御することが可能となり、第一、第二線押え２１，２２の微妙な動きが得られる。
【００４１】
固定軸５１をフライヤ支持台１３に対して回転しないように支持する回転係止機構として、固定軸５１の基端部に取り付けられるプーリ５３と、このプーリ５３にベルトを介して連動するプーリ５５と、プーリ５５と一体に回転するプーリ５６と、プーリ５５，５６をスピンドル６に回転可能に支持する軸５７と、プーリ５６にベルトを介して連動するプーリ５９と、プーリ５９をフライヤ支持台１３がプーリ５３と同軸上で固定する軸６０とを備える。各プーリ５３，５５，５６，５９は同一径で形成され、各プーリ５５，５６がスピンドル６と共に回動しても、固定軸５１が回動しないようになっている。
【００４２】
図示しない線材供給源からテンショナーを介して送られる線材２は、軸６０とプーリ５９に設けられた穴を貫通するとともに、スピンドル６に設けられた穴を貫通してフライヤ５の先端に設けられたノズル４へと導かれる。各プーリ５５，５６等はスピンドル６と共に回動するので、線材２と干渉しない。
【００４３】
そして、第一、第二線押え２１，２２は揺動基端部から揺動先端部にかけて次第に細くなるように爪状に形成され、巻芯３に当接する先端部が針状に突出している。第一、第二線押え２１，２２は線材２が巻き掛けられる側端部を先端部にかけて傾斜させて形成され、線材２を巻芯３の外周面へとスムーズに落下させるようになっている。
【００４４】
なお、図示しないが、巻芯３の巻線からタップを引き出す３つのタップ出し装置が設けられ、モータの端子につながるコイルの口出線が形成されるようになっている。
【００４５】
巻芯３に向けて熱風を吹き付けるダクト６１が設けられる。線材２はその表面に溶着層がコーティングされており、ダクト６１からの熱風によって溶着層が溶けて固まることにより、巻芯３に巻回された線材２どうしが固着される。
【００４６】
巻線装置１は以上のように構成されて、次にその動作について説明する。
【００４７】
まず、ノズル４の先端から線材２を引き出してクランプ機構１５に係止するとともに、回転台１９に治具を介して巻芯３を取り付けて、図示しないコントローラのスタートボタンを押す。これに伴い、左右移動台１７が移動して線押え支持台２６とおよびフライヤ５を巻芯３に近づけ、第一、第二線押え２１，２２を巻芯３にわずかな付勢力で押し付ける。続いて、ノズル４がフライヤ５を介して巻芯３のまわりを斜めに回動することにより、線材２が巻芯３に巻回される。
【００４８】
次に、巻線装置１が巻芯３に線材２が巻回される動作を図５、図６を基に説明する。
【００４９】
（１）図に示すように、ノズル４がフライヤ５を介して巻芯３のまわりを斜めに回動することにより、線材２が第一、第二線押え２１，２２を介して巻芯３に巻回される。
【００５０】
（２）図に矢印で示すように、各ブラケット２５が巻芯３に近づいたり離れることにより、第一、第二線押え２１，２２がその先端部を巻芯３の外周に当接させたままその当接角度を変える。すなわち、各ブラケット２５が巻芯３に離れることにより第一、第二線押え２１，２２の傾斜が急になり、線材２が第一、第二線押え２１，２２に摺接して巻芯３の外周面へと滑り落ちることが促される。
【００５１】
（３）図に示すように、巻芯３が回転台１９を介して線材２の外径分に対応して所定角度だけ回転する。これに伴って、第一、第二線押え２１，２２が巻芯３に巻回された線材２を乗り越えて次のポイントへと移動する。
【００５２】
（４）図に矢印で示すように、各ブラケット２５を巻芯３に近づけ、第一、第二線押え２１，２２の傾斜を緩やかにする。
【００５３】
（５）図に示すように、再びノズル４がフライヤ５を介して巻芯３のまわりを斜めに回動することにより、線材２が第一、第二線押え２１，２２を介して巻芯３に巻回される。
【００５４】
（６）図に矢印で示すように、各ブラケット２５が巻芯３に近づいたり離れることにより、第一、第二線押え２１，２２がその先端部を巻芯３の外周に当接させたままその当接角度を変え、新たに巻回された線材２が第一、第二線押え２１，２２に摺接して巻芯３の外周面へと滑り落ちることが促される。各揺動中心軸２３が移動してもスプリング２４によって第一、第二線押え２１，２２の先端が巻芯３に押し付けられ、第一、第二線押え２１，２２の先端が巻芯３から離れないため、線材が巻芯と線押えの間に入り込むことがなく、新たに巻回された線材２が既に巻回された線材２に隙間なく接して並び、線材２どうしを整列させることができる。
【００５５】
上記（１）〜（６）図に示す一連の動作を繰り返して線材２が所定の巻数だけ巻回されたところで、タップ出し装置が作動して巻線から線材２を所定長さ引き出し、再び上記一連の動作を繰り返す。
【００５６】
巻芯３が１回転したところで、線押え支持台２６と左右移動台１７およびフライヤ５が移動して第一、第二線押え２１，２２が巻芯３から離される。続いて、線材２をクランプ機構１５により係止し、クランプ機構１５と巻芯３の間で図示しないカッタを介して切断する。こうして巻線を終了したコイルが巻芯３と一緒に回転台１９の治具から取り外される。
【００５７】
本実施の形態では、第二線押え２２を移動する揺動中心軸移動機構をフライヤ５を移動する機構によって構成したため、構造の簡素化がはかれる。
【００５８】
これに限らず、揺動中心軸移動機構として、アーム５２に対してブラケット２５を移動するアクチュエータを設けてもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、スピンドル６の回転中心線を水平線に対して傾斜させているが、これに限らず、スピンドル６の回転中心線を水平線上に配置し、巻芯を水平線に対して傾斜させても良い。
【００６０】
また、フライヤ式の巻線装置に限らず、線材を繰り出すノズルを固定し、ノズルに対して巻芯を相対回転させる構造としてもよい。
【００６１】
また、回転台を介して巻芯を回転させる構造に限らず、巻芯に対して第一、第二線押えを相対回転させる構造としてもよい。
【００６２】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す巻線装置の斜視図。
【図２】同じく巻線装置の断面図。
【図３】同じく線押えの平面図。
【図４】同じく線押えの斜視図。
【図５】同じく巻芯に線材が巻回される様子を示す斜視図。
【図６】同じく巻芯に線材が巻回される様子を示す斜視図。
【符号の説明】
１巻線装置
２線材
３巻芯
４ノズル
５フライヤ
６スピンドル
９回転台
１３フライヤ支持台
１９回転台
２１第一線押え
２２第二線押え
２３揺動中心軸
２６線押え支持台
５１固定軸

Claims

巻芯のまわりを相対的に回動して線材を繰り出すノズルと、前記ノズルを介して巻き掛けられる線材を前記巻芯へと案内する線押えと、前記線押えに対して前記巻芯を相対回転させる巻芯回転機構とを備え、前記巻芯に線材を斜めに順次巻回するコイルの巻線装置において、前記巻芯に対して前記ノズルを相対回転する軌跡を前記巻芯の中心線に対して傾斜させ、前記線押えが前記ノズルを介して巻き掛けられる線材を前記巻芯へと案内する過程にて前記線押えを前記巻芯に当接させたまま前記巻芯に対する前記線押えの当接角度を変える当接角度可変機構を備えたことを特徴とする巻線装置。
前記当接角度可変機構として、前記線押えを揺動可能に支持する揺動中心軸と、前記線押えの先端を前記巻芯に押し付ける付勢手段と、前記揺動中心軸をサーボモータによって移動する揺動中心軸移動機構とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
前記線押えを前記巻芯に当接する先端にかけて細くなるように傾斜させたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の巻線装置。
前記ノズルが取り付けられ前記巻芯の回りを回動するフライヤと、前記フライヤの回動軸を貫通する固定軸とを備え、前記固定軸を介して前記線押えを支持したことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の巻線装置。
前記揺動中心軸移動機構として、前記フライヤの回動軸を支持するフライヤ支持台と、前記フライヤ支持台を移動するサーボモータとを備えたことを特徴とする請求項５に記載の巻線装置。
巻芯のまわりを相対的に回動して線材を繰り出すノズルと、前記ノズルを介して巻き掛けられる線材を前記巻芯へと案内する線押えと、前記線押えに対して前記巻芯を相対回転させる巻芯回転機構とを用い、前記巻芯に線材を斜めに順次巻回するコイルの巻線方法において、前記線押えを前記巻芯に当接させたまま前記巻芯に対する前記線押えの当接角度を変える当接角度可変機構を用い、前記巻芯に対して前記ノズルを相対回転する軌跡を前記巻芯の中心線に対して傾斜させ、前記線押えが前記ノズルを介して巻き掛けられる線材を前記巻芯へと案内する過程にて前記線押えを前記巻芯に対して当接したままその当接角度を変えることを特徴とする巻線方法。
前記巻芯に対して前記ノズルを相対回転する工程と、前記巻芯に対する前記線押えの当接角度を変える工程と、前記線押えに対して前記巻芯を相対回転させる工程とが順に行われる構成としたことを特徴とする請求項６に記載の巻線方法。