JP4040784B2

JP4040784B2 - 巻線装置

Info

Publication number: JP4040784B2
Application number: JP05017099A
Authority: JP
Inventors: 英男大杉
Original assignee: Nittoku Engineering Co Ltd
Current assignee: Nittoku Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP2000253631A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻線された線材をステータのスロットに装着してコイルを製造する巻線装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ用のコイルとして、モータ固定子側鉄心（ステータ）に巻線された線材を収容して形成されるものがある。このようなコイルを製造する巻線装置としては、巻枠の回りに巻回された線材（コイル）をブレードに巻き落とし、このブレードに巻き落とされた線材をステータののスロットに挿入するものが、例えば、特開昭６２−７７０３８号公報や、実開昭６２−１８２０５８号公報に提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの巻線機には、以下に述べるような問題点がある。
【０００４】
すなわち、特開昭６２−７７００３８号公報の巻線機は、巻枠の回りに巻回されたコイルを移動手段によりブレードに導き、このコイルを固定子鉄心の所定の装着部位に順次装着していくものであるが、この巻線機では巻枠の径は一定であるため、コイルの径が固定子鉄心の装着部位のサイズに必ずしも適合しない。このため、固定子鉄心に装着されたコイルの占積率が低下するとともに、完成したコイルの形が乱れてしまい、コイルの成型がしづらいという問題点があった。
【０００５】
一方、実開昭６２−１８２０５８号公報の巻線機は、この問題点を考慮し、階段状の形状を持つ巻枠を備え、この各段に巻線をすることにより、段階的に巻径を変えられるようにしたものである。しかしながら、この巻線機では、巻枠の形状が複雑になってしまうとともに、コイルの巻径も巻枠に段階的に備えられたものしか選択できず、例えばステータの形状が変更された場合などには対応することができない。
【０００６】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、巻線された線材をステータのスロットに装着してコイルを製造する巻線装置において、ステータ内の装着部位に対応したコイル巻径の調整や、ステータ形状やコイル仕様の変更への対応が容易に行え、特性の優れたコイルを製造しうるものを低コストで提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、軸回りに回転可能なフライヤと、このフライヤの線材繰り出し部に隣接して配置されて線材繰り出し部から繰り出された線材が巻回される巻枠と、この巻枠に巻回された線材が巻き落とされるブレードと、このブレードに巻き落とされた線材をステータに装着させる装着手段とを備えた巻線装置において、前記巻枠の径を巻線の途中で連続的に変化させる巻枠径変更手段を備え、前記巻枠は、一対の移動板に固定された複数の巻枠ピンから構成されるとともに、前記巻枠径変更手段は、前記一対の移動板を相対的に移動させる一対のモータを備え、前記モータは巻枠の径を巻線の途中で連続的に変化させるように制御し、前記フライヤの略中心軸上に軸部材を回転不能に配置し、前記一対の移動板をこの軸部材の両側に配置するとともに、前記巻枠径変更手段は、前記軸部材に直交するガイド軸を備え、前記モータのボールねじを構成する出力軸をそれぞれ対応する移動板に連結することにより各移動板を前記ガイド軸に沿って移動可能とし、前記軸部材は中空部を備え、前記軸部材の外周に前記フライヤと同期的に回転するスリップリングを備え、前記モータは前記スリップリングおよび前記軸部材の中空部に配設された配線を介して電源と接続されるとともに、前記線材は前記スリップリング上下に貫通する貫通路を通って前記フライヤの線材繰り出し部に供給される。
【００１０】
第２の発明では、前記スリップリングは、環状の部材で、外周面に沿って配設された外周側導通リングと、内周面に沿って配設された内周側導通リングとを備え、前記外周側導通リングと前記内周側導通リングとは電気的に接続され、前記外周側導通リングは、外周において外周側ブラシが摺動自在に接触し、この外周側ブラシは電源に接続され、前記内周側導通リングは、内周面に接触する内周側ブラシを介して、前記モータに繋がる前記配線に接続される。
【００１１】
【発明の作用および効果】
第１の発明によれば、巻枠径変更手段により巻枠の径を連続的に変更することができるので、巻径（コイル径）をステータの装着部位に対応するサイズに調整しつつ巻線し、ブレードに巻き落とすことができる。したがって、装着された線材はステータのスロットに適切にぴったり収容されるので、コイルの占積率が向上し、良質なコイルを製造できる。また、ステータの上下に余分な線材が突出することがないので、コイルエンド部の成型が容易になるとともに、コイルに無駄な部分がない分、コイルの特性が向上する。また、線材をステータに装着するときにはスムーズに装着することができる。また、巻枠径の連続的な変更により、ステータ形状やコイル仕様の任意の変更に対しても、容易に対応することができる。
【００１２】
また、巻枠は、一対の移動板のそれぞれに巻枠ピンを固定して構成されるので、簡素な構成で軽量コンパクトに構成できる。また、巻枠径変更手段は、一対の移動板を相対的に移動させるモータであればよく、低コストで容易に構成できるとともに、巻枠径の管理は移動板の移動量に基づいて行いうる。さらに、巻枠形状の設定は、巻枠ピン相互の配置を変えることにより、容易に自由な変更を行い得る。
【００１３】
また、巻枠径変更手段はガイド軸を備えるので、巻枠径変更手段は低コストで構成できる。
【００１４】
また、モータへの電力供給はスリップリングおよび軸部材中空部に設けられた配線を介してなされるので、巻線装置の構成を複雑にすることがないとともに、線材はスリップリングを上下に貫通する貫通路を介して供給されるので、フライヤが回転した場合でも線材はモータへの配線と干渉することはない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１、図２には、本実施の形態の巻線装置の全体構成を示す。
【００１７】
図示されるように、巻線装置の基台１上方に延設された支持フレーム２には、先端側を下方に向けた筒型のフライヤ３が、軸受を介して回転自在に支持される。このフライヤ３は、プーリ５およびベルト６を介して、駆動モータ４と連結され、軸回りで回転駆動されるようになっている。なお、本実施の形態では、フライヤ３の回転軸は垂直方向を向いているが、フライヤ３の回転軸の方向は任意であり、例えば水平方向を向けてもよい。
【００１８】
線材７は、図示されない線材供給源から同じく図示されないテンション装置を経て供給される。そして線材７は、支持フレーム２に固定された案内プーリ８（あるいはセラミックノズル）を経て、フライヤ３に形成された線材案内通路３ｂを通って案内され、フライヤ３の線材繰り出し部３ａから繰り出される。ここで、線材繰り出し部３ａは、フライヤ３の下端側に延設された部分であり、フライヤ３の回転軸（中心軸）から所定距離だけ離れた位置に配置されている。線材繰り出し部３ａから繰り出された線材７の端部は、フライヤ３の下方に配置された線材把持機構９により把持される。
【００１９】
フライヤ３の略中心軸上には、軸方向に移動可能な軸部材１０が、回転不能に配設される。この軸部材１０の下端側には巻枠機構１１が支持され、線材繰り出し部３ａの側方に配設される。
【００２０】
巻枠機構１１は、線材繰り出し部３ａから繰り出された線材７が巻き付けられる巻枠を構成するものである。
【００２１】
詳しく説明すると、巻枠機構１１は、軸部材１０下端のフランジ部１０ａの両側に、一対の移動板１３Ａ，１３Ｂを備える。これらの移動板１３Ａ、１３Ｂは、このフランジ部１０ａを貫通して水平に固定されたガイド軸１２に移動自在に支持されるとともに、それぞれボールねじを構成するモータ１６Ａ、１６Ｂの出力軸に連結されており、モータ１６Ａ、１６Ｂの駆動により移動して、互いの間隔を変更できるようになっている。
【００２２】
移動板１３Ａには巻枠ピン１４Ａ，１５Ａが、また移動板１３Ｂには巻枠ピン１４Ｂ、１５Ｂが、それぞれ並列に下方に垂下された状態で固定される。これにより、巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂは、四角形の４つの頂点上に位置するように配置される。線材繰り出し部３ａから繰り出された線材７は、これら４本の巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂの形作る四角形の巻枠外側に巻回される。
【００２３】
この場合、前述したように移動板１３Ａと１３Ｂの間隔を変更することができるので、巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂの形作る四角形の大きさ、すなわち巻枠の径は連続的に変更することができる。そして、この巻枠径の調整は、移動板１３Ａと１３Ｂの移動量に基づいて、モータ１６Ａ、１６Ｂの制御により行いうるので、容易に高精度なものとできる。
【００２４】
軸部材１０の上端側は、軸受を介して昇降板１７に回転自在に支持される。この昇降板１７は、駆動モータ１８の駆動により、支持フレーム２に鉛直方向に延びて備えられたガイド軸１９Ａ、１９Ｂに沿って昇降可能となっている。これにより、軸部材７はフライヤ３に対して上下に移動し、巻枠機構１０の巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂが線材繰り出し部３ａに相対する位置、すなわち巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂに巻線がなされる位置を変更していくことができるようになっている。
【００２５】
基台１上には、フライヤ３の下方に位置するように、ブレード機構２０が配置される。このブレード機構２０は、支持台２１上に回転自在に支持された環状の基部２２と、この基部２２に沿って立設されるブレード２３とを備える。ここで、ブレード２３は、後述するステータ３４の形状（磁極数、層数）に応じて決まる本数の複数の針を所定間隔で並べて構成されたものである。巻枠機構１１に巻線された線材７は、順次、このブレード２３の上に巻き落とされる。
【００２６】
このブレード機構２０の基部２２は、ベルト２４およびプーリ２５を介してモータ２６と連結されて回転駆動される。これにより、ブレード２３の回転角度を変更することができ、巻枠機構１１から線材７が巻き落とされる位置（巻き落とし位置）を、順次変更していくことができるようになっている。
【００２７】
ブレード機構２０の支持台２１は、レール２７に沿って移動可能となっており、ブレード２３への線材７の巻き落としがなされた後には、図示されない駆動機構に駆動されて、コイル挿入子３１の上方かつステータ支持部３２の下方に移動する。
【００２８】
コイル挿入子３１は、ブレード２３の針の間に対応する位置で側方に延び出す複数の突起部３１ａを備えるとともに、昇降アクチュエータ３３の駆動により昇降可能となっている。これにより、上方に配置された基部２２の環状穴の間からせり上がると、ブレード２３の針の間から覗く突起部３１ａが、ブレード２３に巻き落とされている線材７を押し上げ、ステータ支持部３２に支持されたステータ３４内部に押し込めることができるようになっている。
【００２９】
また、ステータ３４は、歯車状の内周面を持つ環状の部材であり、各歯車の間に形成されたスロット３５に、巻線された線材７（コイル）が装着されるようになっている（図１１参照）。
【００３０】
なお、本実施の形態には示さないが、ステータ３４にコイルを装着する際、線材７をスロット３５内に完全に押し込めるように、スロット３５内に収容された線材７を押す押圧部材を備え、コイルの成型をするようにしてもよい。
【００３１】
また、上述のように本実施の形態では、コイルをステータ３４に収容するのにコイル挿入子３１により押し上げるようにしたが、本発明はこのような形態に限られるものではなく、例えばフック部材を備えて、このフック部材によりコイルを引き上げてステータ３４内に収容するようにしてもよい。
【００３２】
図３には、巻枠機構１１のモータ１６Ａ、１６Ｂへの電気配線を詳細に示す。
【００３３】
図示されるように、昇降板１７には、スリップリング４０が軸受を介して回転自在に取り付けられ、軸部材１０の回りに配設される。
【００３４】
このスリップリング４０は、図４に示すような環状の部材で、外周面に沿って配設された外周側導通リング４１と、内周面に沿って配設された内周側導通リング４２とを備えている。これら外周側導通リング４１と内周側導通リング４２は、接続導体４３を介して電気的に接続されている。また、外周側導通リング４１は、外周において外周側ブラシ４４が摺動自在に接触し、この外周側ブラシ４４から延び出す配線４５を介して図示されない電源に接続される。一方、内周側導通リング４２は、内周面に接触する内周側ブラシ４６を介して、配線４７に接続される。この配線４７は、軸部材１０の中空部１０ｂを通ってモータ１６Ａ、１６Ｂに接続される。このような構成により、巻線装置の構成を複雑化することなく、電源からモータ１６Ａ、１６Ｂに電力が供給されるようになっている。
【００３５】
また、このスリップリング４０は、回転軸５１に配設されたプーリ５２、５３とベルト５４、５５を介してフライヤ３と連結され、フライヤ３と同期して回転する。この場合、線材７はスリップリング４０を上下に貫通する貫通路４８を通って導かれるので、スリップリング４０が回転した場合に、軸部材１０の回りを公転するので、線材７は配線４７とは干渉することはない。
【００３６】
つぎに、図５〜図１２にしたがって、本実施の形態の巻線装置による巻線手順について説明する。
【００３７】
図５に示すように、フライヤ３の線材繰り出し部３ａから繰り出された線材７は、端部を線材把持機構９により把持される。この状態で、巻枠機構１１の巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂにより形作られる巻枠の径は、ステータ３４の形状に応じて、所定の径に設定し、フライヤ３を回転させることにより、巻枠機構１１の巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂの回りに巻回する。この場合、昇降板１７の昇降により、線材繰り出し部３ａに相対する巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂの位置をずらしていくことにより、巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂの所定位置に、順次整列巻がなされていく。
【００３８】
このようにして所定の一束のコイル巻線（所定巻数の巻線）が終了すると、図６に示すように、モータ１６Ａ、１６Ｂの駆動で移動板１３Ａ、１３Ｂの間隔を狭めることにより、巻枠ピン１４Ａ、１５Ａ、１４Ｂ、１５Ｂの回りから線材７を滑り落とし、ブレード２３の所定位置に線材７を巻き落とす。
【００３９】
続いて、移動板１３Ａ、１３Ｂの移動により巻枠機構１１の巻枠径を、ステータ３４の形状によって決まる適切な大きさまで順次小さくしていきながら、同様の手順で巻線を行い、巻枠機構１１に巻線された線材７を順次ブレード２３に巻き落としていく。これにより、ブレード２３には、上層に行くほど巻径が小さくなるように、巻線された線材７が複数層（本実施の形態では３層）積層された状態となる。詳しくは、最下層のコイルはブレード２３の５本の針に跨って掛け回される大径のコイルとなり、中間層のコイルは３本の針に跨って掛け回される中径のコイルとなり、最下層のコイルは１本の針に掛け回される小径のコイルとなる。
【００４０】
なお、このように本実施の形態では巻枠径の変更をコイル各層の巻線毎に行うようにしているが、本発明はこのような形態に限られるものではなく、例えば、巻枠径の変更をコイル各層の巻線の途中で行い、コイル各層内でコイル径を細かく変えるような形態を採ることもできる。
【００４１】
このようにしてブレード２３の所定位置へ巻き落とされるべき線材の巻線および巻き落としが終了したら、図８に示すようにブレード機構２０の基部２２を所定角度（例えば９０度）回転させ、ブレード２３の新たな巻き落とし位置を巻枠機構１１の下方に配置する。この状態で、上記と同様の手順で巻線、巻き落としおよび巻径の変更を順次行っていくことにより、ブレード２３の新たな巻き落とし位置に線材７を積層状態で巻き落としていく。
【００４２】
このような手順の繰り返しにより、図９に示すようにブレード２３の全周に渡って線材７が巻き落とされたら、ブレード機構２０をコイル挿入子３１の上方かつステータ支持部３２の下方に移動する。この状態で、コイル挿入子３１を基部２２の環状穴の間からせり上がらせる。
【００４３】
これにより、図１０、図１１に示すように、ブレード２３に巻き落とされていた線材７が、コイル挿入子３１によりブレード２３から押し上げられ、ステータ支持部３２に支持されたステータ３４内部に押し込められていく。
【００４４】
この場合、ブレード２３に巻き落とされている線材７の各層の径は、上述したように、ステータ３４の装着部に正しく対応した大きさに調整されているので、ステータ３４の各スロット３５にスムーズにされて行く。具体的に説明すると、例えば図１２に示すように、ステータ３４に巻線された線材７（コイル）を装着する場合、コイルの第１層（最上層）７ａは隣り合うスロット３５ａ、３５ｂに挿入され、コイルの第２層（中間層）７ｂはスロット３５ａ、３５ｂの両側のスロット３５ｃ、３５ｄに挿入され、コイルの第３層（最下層）７ｃはスロット３５ｃ、３５ｄの両側のスロット３５ｅ、３５ｆに挿入されるが、コイルの各層７ａ、７ｂ、７ｃは予めスロット３５ａと３５ｂ、３５ｃと３５ｄ，３５ｅと３５ｆの間隔に相当する径に巻線されており、ステータ３４への線材７の装着は極めてスムーズに行われる。
【００４５】
また、装着されたコイルの各層７ａ、７ｂ、７ｃは重なり合うことがないので、完成したコイルの占積率が向上する。また、コイルの各層７ａ、７ｂ、７ｃはステータ３４のスロット３５にぴったり装着され、余分な線材７がステータ３４の上下に突出することがないので、コイルエンド部の成型が容易になるとともに、コイルに無駄な部分がなくなり、コイル特性（完成したコイルを用いたモータの特性）が向上する。
【００４６】
このようにしてステータ３４への線材７の装着が終了したら、コイル挿入子３１を下降させて、巻線作業が終了する。
【００４７】
以上のように、本発明の巻線装置によれば、巻枠機構１１の巻枠径を連続的に調整することができるので、ステータ３４の形状に合わせてコイルの巻径を適切に変更していくことができるので、ブレード２３に巻き落とされたコイルはステータ３４内に無駄なくスムーズに挿入され、占積率の大きな良質なコイルを製造できる。
【００４８】
また、コイルの巻径は巻線機構１１の巻枠径の変更により連続的に自由に変更できるので、ステータ３４の形状の変更やコイルの仕様変更に容易に対応することができる。
【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である。
【図２】同じく断面図である。
【図３】同じく一部断面図である。
【図４】同じくスリップリングを示す斜視図である。
【図５】同じく巻線手順を示す説明図である。
【図６】同じく巻線手順を示す説明図である。
【図７】同じく巻線手順を示す説明図である。
【図８】同じく巻線手順を示す説明図である。
【図９】同じく巻線手順を示す説明図である。
【図１０】同じく巻線手順を示す説明図である。
【図１１】同じく巻線手順を示す説明図である。
【図１２】同じく巻線手順を示す説明図である。
【符号の説明】
３フライヤ
７線材
１０軸部材
１１巻枠機構
１２案内軸
１３Ａ、１３Ｂ移動板
１４Ａ、１４Ｂ巻枠ピン
１５Ａ、１５Ｂ巻枠ピン
１６Ａ、１６Ｂモータ
２０ブレード機構
２１支持台
２２基部
２３ブレード
２６モータ
２７レール
３１コイル挿入子
３４ステータ
３５スロット
４０スリップリング
４７配線

Claims

軸回りに回転可能なフライヤと、
このフライヤの線材繰り出し部に隣接して配置されて線材繰り出し部から繰り出された線材が巻回される巻枠と、
この巻枠に巻回された線材が巻き落とされるブレードと、
このブレードに巻き落とされた線材をステータに装着させる装着手段と、を備えた巻線装置において、
前記巻枠の径を巻線の途中で連続的に変化させる巻枠径変更手段を備え、
前記巻枠は、一対の移動板に固定された複数の巻枠ピンから構成されるとともに、前記巻枠径変更手段は、前記一対の移動板を相対的に移動させる一対のモータを備え、前記モータは巻枠の径を巻線の途中で連続的に変化させるように制御し、
前記フライヤの略中心軸上に軸部材を回転不能に配置し、前記一対の移動板をこの軸部材の両側に配置するとともに、前記巻枠径変更手段は、前記軸部材に直交するガイド軸を備え、前記モータのボールねじを構成する出力軸をそれぞれ対応する移動板に連結することにより各移動板を前記ガイド軸に沿って移動可能とし、
前記軸部材は中空部を備え、前記軸部材の外周に前記フライヤと同期的に回転するスリップリングを備え、前記モータは前記スリップリングおよび前記軸部材の中空部に配設された配線を介して電源と接続されるとともに、前記線材は前記スリップリング上下に貫通する貫通路を通って前記フライヤの線材繰り出し部に供給されることを特徴とする巻線装置。
前記スリップリングは、環状の部材で、外周面に沿って配設された外周側導通リングと、内周面に沿って配設された内周側導通リングとを備え、前記外周側導通リングと前記内周側導通リングとは電気的に接続され、前記外周側導通リングは、外周において外周側ブラシが摺動自在に接触し、この外周側ブラシは電源に接続され、前記内周側導通リングは、内周面に接触する内周側ブラシを介して、前記モータに繋がる前記配線に接続されることを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。