JP3986330B2 - 巻線方法及び巻線装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機や発電機等のコアに対する線材の巻線方法及び巻線装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、線材の径が大きく、線材をコアに直接巻回することが難しい場合に、例えば断面四角形の巻き心治具を用いて線材を予め巻回して巻き線部を形成した後、この巻き線部を各ティースに嵌め込む巻線方法があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の巻線方法では、線材の剛性が高い場合、線材を巻き心治具に沿って四角形に巻回することが難しく、巻き線部のコーナ部分の形状にバラツキが生じたり、巻き線部の直線部分が曲がり、巻き線部とコア間の空隙が大きくなるという問題点があった。
【０００４】
また、ステータコア等に対応して複数の巻き線部とこれを結ぶ渡り線部を連続して形成することができず、各ティースに巻き線部を嵌め込んだ後、各巻き線部の間に渡り線部を配設する作業が必要となっていた。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、巻き線部の形状精度を高めるとともに、渡り線部の配設作業を不要とする巻線方法及び巻線装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、巻き心治具を用いないで線材を巻回する巻線方法において、直線状に延びる線材の途中を挟むように支持する第一、第二支持ローラと、この第一、第二支持ローラに対して線材を送る送り機構と、線材を前記第一支持ローラの手前で固定支持する固定機構と、第二支持ローラから延びる線材に当接する曲げローラと、この曲げローラを線材の折り曲げ方向に移動するローラ移動機構とを用い、このローラ移動機構によって曲げローラが線材と共に移動することにより線材を第二支持ローラに沿って折り曲げる工程を繰り返しながら巻線し、曲げローラは第一、第二支持ローラ間の部位から直線状に延びる線材に係合する位置と第一、第二支持ローラ間の部位から所定角度だけ折れ曲がった線材に係合する位置との間で第二支持ローラを中心とする円弧状の軌跡を持って移動する構成とし、曲げローラが第二支持ローラに対して傾斜するように取り付けられ、曲げローラが線材を第二支持ローラに沿って折り曲げることにより線材が第二支持ローラに対して傾斜する構成としたことを特徴とするものとした。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、コアに巻回される複数の巻き線部と各巻き線部を結ぶ渡り線部を交互に連続して形成することを特徴とするものとした。
【０００８】
第３の発明は、巻き心治具を用いないで線材を巻回する巻線装置において、直線状に延びる線材の途中を挟むように支持する第一、第二支持ローラと、この第一、第二支持ローラに対して線材を送る送り機構と、線材を第一支持ローラの手前で固定支持する固定機構と、第二支持ローラから延びる線材に当接する曲げローラと、この曲げローラを線材の折り曲げ方向に移動するローラ移動機構とを備え、このローラ移動機構によって曲げローラが線材と共に移動することにより線材を第二支持ローラに沿って折り曲げる構成とし、曲げローラは第一、第二支持ローラ間の部位から直線状に延びる線材に係合する位置と第一、第二支持ローラ間の部位から所定角度だけ折れ曲がった線材に係合する位置との間で第二支持ローラを中心とする円弧状の軌跡を持って移動する構成とし、曲げローラが第二支持ローラに対して傾斜するように取り付けられ、曲げローラが線材を第二支持ローラに沿って折り曲げることにより線材が第二支持ローラに対して傾斜する構成としたことを特徴とするものとした。
【００１０】
第４の発明は、第３の発明において、折り曲げられた線材に摺接するピッチ送り用スペーサを備え、ピッチ送り用スペーサが支持ローラに対して傾斜するように取り付けられ、折り曲げられた線材がピッチ送り用スペーサに摺接することにより線材が支持ローラに対して傾斜することを特徴とするものとした。
【００１１】
【発明の作用および効果】
第１、第３の発明によると、線材が巻回されて形成される巻き線部は、支持ローラに沿って湾曲するコーナ部分と、各コーナ部分を直線状に延びる部位とを有し、従来の巻き心治具を用いて巻回する方法に比べて、コアとの間に作られる空隙を少なくし、コイルの小型化はかれるとともに、コイルの抵抗を小さくして電動機等の性能向上がはかられる。
そして、線材は傾斜した曲げローラによって折り曲げられることにより、隙間無く整列して巻回され、線材の占積率を高められる。
【００１２】
さらに、送り機構による線材の送り量や支持ローラの曲率半径等を変えることにより、巻き線部の大きさや形状を容易に変更することができる。
【００１３】
第２の発明によると、複数の巻き線部と渡り線部を連続して形成し、これをコアに組み付けることにより、従来装置のように渡り線部を配設する作業が不要となり、ステータの生産性を高めて、製品のコストダウンがはかれる。
【００１５】
第４の発明によると、線材は傾斜したピッチ送り用スペーサに案内されることにより、隙間無く整列して巻回され、線材の占積率を高められる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１２において、コア８はインナーロータ型３相電動機のステータを構成するもので、放射状に並んで内径方向に突出する１２個のティース（磁極）８ａ及びその間に開口する１２個のスロット８ｂを有し、各ティース８ａに線材９が予め巻回された各巻き線部９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗが各スロット８ｂに収められてステータコイルが形成される。このステータにはＵ，Ｖ，Ｗの各相を構成する巻き線部９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗが４個ずつ周方向に並んで形成されている。
【００１８】
図１において、１は線材９を折り曲げて巻き線部９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗを自動的に製造する巻線装置である。線材９はその外径がある程度大きい太線が用いられ、後述するように巻線装置１によって巻き心治具を用いることなく折り曲げられるとその形状を維持できる。線材９は線材供給源となるリール３から供給される。
【００１９】
ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平前後方向、Ｙ軸が水平横方向、Ｚ軸が垂直方向に延びるものとして説明する。
【００２０】
この巻線装置１は、線材９をＹ軸方向に送る送り機構７０と、中間位置決め機構５０と、線材９を固定支持する固定機構４０と、線材９を折り曲げる巻線機構１０とを備える。
【００２１】
送り機構７０は、エアシリンダ７６によって上下動して線材９の途中を掴むチャック７５と、チャック７５を支持する移動台７２と、移動台７２を架台に対してＹ軸方向に移動可能に支持するレール７１と、移動台７２側に螺合するボールネジ７３と、ボールネジ７３を回転駆動するサーボモータ７４とを備える。サーボモータ７４は架台上に固定され、サーボモータ７４によるボールネジ７３の回転によって移動台７２が移動し、チャック７５に掴まれた線材９がＹ軸方向に送られる。
【００２２】
中間位置決め機構５０は、線材９を挿通させるように入口と出口に立てられた２対のピン５７と、エアシリンダ５６によって上下動して線材９の途中を掴むチャック５５と、チャック５５を支持するスライダ５２と、スライダ５２を架台に対してＹ軸方向に移動可能に支持するレール７１と、スライダ５２側に螺合するボールネジ５３と、ボールネジ５３を回転駆動するサーボモータ５４とを備える。サーボモータ５４は架台上に固定され、サーボモータ５４によるボールネジ５３の回転によってスライダ５２が移動する。
【００２３】
固定機構４０は、エアシリンダ４６によって上下動して線材９の途中を掴むチャック４５を備え、架台上に固定して設けられる。チャック４５は線材９を掴む上下の部材にＹ軸方向に延びる三角溝が形成され、線材９の途中を所定位置に固定支持する。
【００２４】
図２の（ａ），（ｂ）に示すように、巻線機構１０は、線材９の途中を支持する２つの第一、第二支持ローラ２１，２２と、第二支持ローラ２２から延びる線材９に当接する曲げローラ２３と、この曲げローラ２３を線材９の折り曲げ方向に移動するローラ移動機構３０とを備え、このローラ移動機構３０によって曲げローラ２３が線材９と共に移動することにより線材９が第二支持ローラ２２に沿って折り曲げられる。
【００２５】
第一、第二支持ローラ２１，２２は支持台１１に回転可能に取り付けられ、支持台１１が架台に固定されている。各第一、第二支持ローラ２１，２２は固定機構４０のチャック４５から直線状に延びる線材９を上下から挟むように取り付けられる。
【００２６】
ローラ移動機構３０は、曲げローラ２３が回転可能に取り付けられるレバー１３と、レバー１３を支持台１１に対して回動させるアクチュエータ１４とを備える。レバー１３の回動中心は第二支持ローラ２２の回転中心と同軸上に配置される。つまり、曲げローラ２３は第二支持ローラ２２を中心とする円弧状の軌跡を持って移動する。線材９が第二支持ローラ２２に沿って折り曲がる。
【００２７】
レバー１３は９０°の角度範囲で回動し、曲げローラ２３を第一、第二支持ローラ２１，２２から直線状に延びる線材９に係合する上位置と、第二支持ローラ２２から９０°折れ曲がった線材９に係合する下位置との間で円弧状に移動させる。
【００２８】
曲げローラ２３と第二支持ローラ２２はそれぞれの外周に環状溝を持ち、この環状溝が線材９に係合する。図２の（ｂ）の平面図上において、曲げローラ２３は第二支持ローラ２２（Ｙ軸とＺ軸を含む平面）に対して角度θだけ傾斜するように取り付けられ、レバー１３が回動して曲げローラ２３が線材９を折り曲げることにより、線材９が第二支持ローラ２２に対して角度θだけ傾斜する構成とする。
【００２９】
支持台１１には折り曲げられた線材９に摺接するピッチ送り用スペーサ１５が取り付けられる。このピッチ送り用スペーサ１５は楔状の断面を有し、その表面が支持台１１に第二支持ローラ２２（Ｙ軸とＺ軸を含む平面）に対して傾斜するように取り付けられ、この表面に折り曲げられた線材９が摺接することにより線材９が第二支持ローラ２２に対して傾斜する構成とする。
【００３０】
線材９は傾斜した曲げローラ２３によって折り曲げられた後、同じく傾斜したピッチ送り用スペーサ１５に案内されることにより、図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、隙間無く整列して巻回される。
【００３１】
巻線装置１が巻き線部９０Ｕを巻回する手順について説明する。
【００３２】
１．図４の（ａ），（ｂ）に示すように、リール３から繰り出される線材９を直線状に延ばして各ローラ２１〜２３の間に通し、チャック４５によって固定する。このとき、曲げローラ２３からリード線部９１Ｕが延びている。
【００３３】
２．図５の（ａ），（ｂ）に示すように、アクチュエータ１４を回転作動させ、レバー１３を９０°回動させ、線材９を第二支持ローラ２２に沿って９０°折り曲げる。
【００３４】
３．図６の（ａ），（ｂ）に示すように、レバー１３を上位置へと回動させ、サーボモータ７４を回転作動させて移動台７２を移動し、線材９をティース８ａの周方向の幅に相当する所定量だけＹ軸方向に送る。
【００３５】
４．図７に示すように、レバー１３を下位置へと回動させ、線材９を第二支持ローラ２２に沿って９０°折り曲げる。
【００３６】
５．図８に示すように、レバー１３を上位置へと回動させ、線材９をティース８ａの軸方向の幅（高さ）に相当する所定量だけ送る。
【００３７】
６．図９に示すように、レバー１３を下位置へと回動させ、線材９を第二支持ローラ２２に沿って９０°折り曲げる。
【００３８】
７．図１０に示すように、レバー１３を上位置へと回動させ、線材９をティース８ａの周方向の幅に相当する所定量だけ送る。
【００３９】
８．図１１の（ａ），（ｂ）に示すように、レバー１３を下位置へと回動させ、線材９を第二支持ローラ２２に沿って９０°折り曲げる。
【００４０】
上記１〜８の動作を行うことにより巻き線部９０Ｕの１巻き分を形成する。１〜８の動作を繰り返すことにより、線材９を整列して巻回し、所定幅、所定層の巻線を行い、巻き線部９０Ｕが形成される。
【００４１】
９．こうして１つのティース８ａに対する巻き線部９０Ｕを形成した後、線材９をティース８ａ間の渡り線部９２Ｕに相当する所定量だけ送り、再び上記１〜８の動作を行うことにより巻き線部９０Ｕの１巻き分を形成する。この工程を繰り返し４個の巻き線部９０Ｕを形成した後、図示しないカッタ装置を介して線材９を切断する。
【００４２】
以上のように、巻線装置１は４個の巻き線部９０Ｕと各巻き線部９０Ｕを結ぶ３個の渡り線部９２Ｕを連続して形成し、これをコア８に組み付けることにより、従来装置のように渡り線部を配設する作業が不要となり、ステータの生産性を高めて、製品のコストダウンがはかれる。
【００４３】
巻き線部９０Ｕは第二支持ローラ２２に沿って湾曲するコーナ部分と、各コーナ部分を直線状に延びる部位とを有し、コア８のティース８ａとの間に作られる空隙を少なくし、従来の巻き心治具を用いて巻回する方法に比べて、巻き線部９０Ｕを構成する線材９の長さを短くし、コイルの小型化はかれるとともに、コイルの抵抗を小さくして電動機等の性能向上がはかられる。
【００４４】
さらに、送り機構７０による線材９の送り量や第二支持ローラ２２の曲率半径等を変えることにより、巻き線部９０Ｕの大きさや形状を容易に変更することができる。
【００４５】
なお、中間位置決め機構５０と固定機構４０を廃止して、送り機構７０に線材９を固定支持する固定機構の機能を持たせても良い。
【００４６】
また、第一、第二支持ローラ２１，２２、曲げローラ２３はそれぞれ回転可能に設けられているが、これに限らず第一、第二支持ローラ２１，２２を支持台１１に固定して設け、曲げローラ２３をレバー１３に固定して設けて、線材９を第一、第二支持ローラ２１，２２、曲げローラ２３に対して滑らせて送る構成としても良い。
【００４７】
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（ａ）は巻線装置の側面図、（ｂ）は巻線装置の平面図。
【図３】同じく（ａ）は巻線動作を示す側面図、（ｂ）は巻線動作を示す平面、（ｃ）は巻線動作を示す正面図。
【図４】同じく（ａ）は巻線動作を示す側面図、（ｂ）は巻線動作を示す平面図。
【図５】同じく（ａ）は巻線動作を示す側面図、（ｂ）は巻線動作を示す平面図。
【図６】同じく（ａ）は巻線動作を示す側面図、（ｂ）は巻線動作を示す平面図。
【図７】同じく巻線動作を示す側面図。
【図８】同じく巻線動作を示す側面図。
【図９】同じく巻線動作を示す側面図。
【図１０】同じく巻線動作を示す側面図。
【図１１】同じく（ａ）は巻線動作を示す側面図、（ｂ）は巻線動作を示す平面図。
【図１２】同じくステータの断面図。
【符号の説明】
１ 巻線装置
９ 線材
１０ 巻線機構
２１，２２ 第一、第二支持ローラ
２３ 曲げローラ
３０ ローラ移動機構
４０ 固定機構
５０ 中間位置決め機構
７０ 送り機構
９０Ｕ 巻き線部
９２Ｕ 渡り線部

Claims (4)

1. 直線状に延びる線材の途中を挟むように支持する第一、第二支持ローラと、この第一、第二支持ローラに対して線材を送る送り機構と、線材を前記第一支持ローラの手前で固定支持する固定機構と、前記第二支持ローラから延びる線材に当接する曲げローラと、この曲げローラを線材の折り曲げ方向に移動するローラ移動機構とを用い、このローラ移動機構によって前記曲げローラが線材と共に移動することにより線材を前記第二支持ローラに沿って折り曲げる工程を繰り返しながら巻線し、前記曲げローラは第一、第二支持ローラ間の部位から直線状に延びる線材に係合する位置と第一、第二支持ローラ間の部位から所定角度だけ折れ曲がった線材に係合する位置との間で前記第二支持ローラを中心とする円弧状の軌跡を持って移動する構成とし、前記曲げローラが前記第二支持ローラに対して傾斜するように取り付けられ、前記曲げローラが線材を前記第二支持ローラに沿って折り曲げることにより線材が前記第二支持ローラに対して傾斜する構成としたことを特徴とする巻線方法。
2. コアに巻回される複数の巻き線部と各巻き線部を結ぶ渡り線部を交互に連続して形成する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の巻線方法。
3. 直線状に延びる線材の途中を挟むように支持する第一、第二支持ローラと、この第一、第二支持ローラに対して線材を送る送り機構と、線材を前記第一支持ローラの手前で固定支持する固定機構と、前記第二支持ローラから延びる線材に当接する曲げローラと、この曲げローラを線材の折り曲げ方向に移動するローラ移動機構とを備え、このローラ移動機構によって前記曲げローラが線材と共に移動することにより線材を前記第二支持ローラに沿って折り曲げる構成とし、前記曲げローラは第一、第二支持ローラ間の部位から直線状に延びる線材に係合する位置と第一、第二支持ローラ間の部位から所定角度だけ折れ曲がった線材に係合する位置との間で前記第二支持ローラを中心とする円弧状の軌跡を持って移動する構成とし、前記曲げローラが前記第二支持ローラに対して傾斜するように取り付けられ、前記曲げローラが線材を前記第二支持ローラに沿って折り曲げることにより線材が前記第二支持ローラに対して傾斜する構成としたことを特徴とする巻線装置。
4. 前記折り曲げられた線材に摺接するピッチ送り用スペーサを備え、ピッチ送り用スペーサが前記支持ローラに対して傾斜するように取り付けられ、折り曲げられた線材がピッチ送り用スペーサに摺接することにより線材が支持ローラに対して傾斜する構成としたことを特徴とする請求項３に記載の巻線装置。

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