JP4158973B2 - ステータコアの巻線方法及びその装置 - Google Patents

Description

この発明は、家庭用電気製品や自動車等に使用されるモータ用ステータコアの巻線方法及びその装置に関する。

従来、この種のステータコアは、コイル巻線機の巻枠に螺旋状に巻線されたコイルを、同一円周上に所定の間隔をおいて植設した複数のブレードを有するコイル挿入治具に預けた後、上記コイル挿入治具に装着された固定子の所定のスロットに挿入して移し換えるインサータ方式が広く用いられている。（例えば特許文献１参照）。
図１１は、従来から用いられている周知のコイル挿入治具４０に、図示しないコイル巻線機により巻線された複数組の同一周長の１周目，２周目，３周目，４周目，５周目のコイル３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅをそれぞれ複数のブレード４１間に預けた状態を模式的に示す正面図である。
この状態で、コイル挿入治具４０の外周部に設けたウエッジガイド４４の上部にステータコア１を装着し、ストリッパ４３を上昇させて１周目〜５周目のコイル３０ａ〜３０ｅをステータコア１の所定のスロット１ａ間に挿入する。これにより、スロット１ａの外径側から内径側に向かって順次５周目〜１周目のコイル３０ｅ〜３０ａが位置することになる。

このような従来のステータコアの製造装置を用いて、複数組例えば３相のコイルを順次所定のスロットに挿入するようにした多極（例えば８極）のステータコアを製造する場合には、コイル挿入治具に預けられた８組の１相目のコイル（いずれも１周目〜５周目のコイルからなる）がまず所定のスロットにそれぞれ挿入される。
この状態では挿入された１相目のコイルが２相目のコイル挿入用のスロットを塞いでいるので、１相目のコイルのコイルエンドをスロット外径側へ成形機を用いて拡張成形した後、２相目のコイルが所定のスロットに挿入され、同様に２相目のコイルのコイルエンドを拡張成形した後、３相目のコイルが残りのスロットに挿入される。

このように挿入された各相のコイル周長は、そのコイルの挿入及び成形に際して最も長いコイルを必要とする部位に合わせて１周目から５周目まですべて同一の周長に巻線されていたため、１相目のコイルエンドを拡張成形して、２相目のコイルが挿入されるスロットを開放させた状態では、スロット外径側に挿入された５周目のコイルは必要以上にスロット外径側に膨出して弛緩状態になっている。
また、先に挿入され且つ成形された１相目のコイルは、スロット内径側が低くスロット外径側が高くなっているため、１相目のコイルを跨いで成形される２相目のコイルは、スロット外径側の５周目のコイルと同一周長の１周目のコイルが弛緩状態になる。さらに、１相目及び２相目のコイルを共に跨いで最後に挿入される３相目のコイルも、２相目のコイルと同様に、スロット外径側の５周目のコイルに合わせた周長を持つスロット内径側の１周目のコイルが弛緩状態になる。
特開平１０−２４３６１５号公報

このようなインサータ方式のステータコアの製造方法及びその装置にあっては、コイルの周長が長くなりコイルエンドの寸法が大きくなってステータコアが大形化すると同時に、余分な銅損が発生してモータの効率が低下するという問題点があり、さらに、コイル巻線機のほかにインサータ及び成形機が必要となり、設備費が高くなるという点にも問題があった。
この点を解決するため、ワイヤを供給するノズルを、ステータコアの内径部を挿通して軸線方向に往復移動させると共にその両移動端で上記軸線方向に直交する軸心の回りに回転させることにより、ステータコアに直接巻線するようにしたノズル直巻き巻線方法も提案されているが、３相以上の多相のコイルを順次巻線する場合、先行して巻線されたコイルが巻線しようとするスロットを覆っているため巻線が不能になるという問題点があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、先行して巻線されたコイルによりスロットが覆われていても３相目以降の巻線が可能なステータコアの巻線方法及びその装置を提供することを目的とする。

この発明は上記の目的を達成するため、複数本が帯状に配列されたワイヤを供給するノズルを、ステータコアの軸線方向に直交する軸心の回りに回動するノズル台にその軸心に対して傾斜させて固設し、前記ノズル台を上記ステータコアの内径部を挿通して上記軸線方向に往復移動させると共にその両移動端で前記軸心の回りに回転させることにより、前記ノズルを上記ステータコアの巻線すべきスロットをウィングと協同して案内するフォーマの回りを旋回させ、このフォーマをガイドにしながら上記ノズルから供給される上記ワイヤを上記フォーマと上記ウィングとの隙間から上記スロットに挿通させた後、上記ウィングを開放させて、前記スロットに挿通させたワイヤを上記スロットの奥部へ押し込んで巻線するステータコアの巻線方法を提供するものである。

さらに、この発明による巻線装置は、巻線すべきステータコアにノズルから供給されるワイヤを直接巻き付けてコイルを形成するステータコアの巻線装置であって、
複数本が帯状に配列されたワイヤを供給するノズルと、
上記ステータコアの巻線すべきスロットに上記ノズルから供給される上記ワイヤを案内するフォーマと、
このフォーマの両側に配設され上記フォーマとの隙間から上記ワイヤを上記スロットに導く一対のウィングと、
上記ステータコアの軸線方向に直交する軸心の回りに回動するノズル台に上記ノズルを上記軸心に対して傾斜させて固設し、上記ノズル台を上記ステータコアの内径部を挿通して上記軸線方向に往復移動させると共にその両移動端で上記軸心の回りに回転させることにより、上記ノズルを上記フォーマの回りに旋回させるノズル旋回手段と、
前記ウィングを開放させて、上記スロットに挿通させたワイヤをその奥部へ押し込むコイル押込手段とを設けたものである。
そして、上記のステータコアの巻線装置において、上記コイル押込手段は、コイルを挿入すべき一対の前記スロットの延長線上の上下４箇所にそれぞれコイルプッシャを設けるようにするのが好ましい。

この発明によるステータコアの巻線方法によれば、複数本のワイヤで並列に多相のコイルを順次巻線することができ、先行して巻線されたコイルによりスロットが覆われている場合でも、スロット入口部に形成されたコイルを順次スロット奥部へ押し込むことにより巻線が可能になる。
また、その巻線装置によれば、簡単な構成でコイル押込手段により先行巻線されたコイルに覆われたスロットにも巻線することができ、複数本のワイヤで並列に多相巻線が可能になる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明によるステータコアの巻線装置の基本構成を示す全体の正面図、図２はそのコイル巻線部を拡大して示す平面図、図３は図２の側面図である。
まず、図１を参照して、このステータコアの巻線装置の概略を説明する。上部に巻線しようとするステータコア１を着脱可能に支持する支持枠２には、図示しないワイヤボビンから供給されるワイヤ３に所定のテンションを与える磁粉式電磁クラッチ等からなるテンション装置４が固設され、このテンション装置４を介して複数本が帯状に配列されたワイヤ３がノズル５に給送される。なお、図示のように、ノズル５はノズル台５ａに固設されている。
支持枠２には周知のリニアガイド機構により、ステータコア１の内径部を挿通してその軸線Ｘに沿って往復移動可能な直進部材６が装着され、下端部に設けた直進モータ７により上下に駆動される。直進部材６の上端部にはノズル台５ａがボールベアリング８により上記軸線Ｘに直交する軸心Ｙの回りに回動自在に装着され、直進部材６の両移動端で、その直進部材６の中部に設けた回転モータ９によりタイミングベルト１０を介して回転駆動される。これらによって、ノズル旋回手段を構成している。
また、ステータコア１の上下から複数の結合部材により一体的に固定されて、所要のスロットにワイヤ３を案内するフォーマ１１を設ける。なお、図１で１３はワイヤ３のガイドローラである。

一方、図２に示すように、フォーマ１１によりガイドされるスロット１ａ，１ｂより外側のスロットを１対のウィング１２ａ，１２ｂでステータコア１の内周側からカバーするようにし、スロット１ａ，１ｂをガイドしている上下のフォーマ１１と、スロット１ａ，１ｂより外側のスロットを内周側からカバーしている一対のウィング１２ａ，１２ｂとの隙間からワイヤ３を一列状態で挿通させ、フォーマ１１をガイドにしながら、ノズル５から複数本が帯状に配列されたワイヤ３を供給して巻線を行う。図３はフォーマ１１の回りをノズル５が旋回しながら上下する状態を模式的に示す側面図である。

このような構成で、直進モータ７及び回転モータ９によりノズル５を図３に示すようにフォーマ１１の回りに旋回させると、ワイヤ３（図１）は、フォーマ１１とウィング１２ａ，１２ｂの隙間を通過し、フォーマ１１をガイドにしながら巻線される。これにより、図４に示すように、例えば４８スロットのステータコアの場合、まずフォーマ１１及びウィング１２ａ，１２ｂにカバーされない６スロット間にＵ相の第１のコイルＵ１を巻線することができる。その後、ステータコア１を４５度ずつインディクス回転させることによりＵ相の第８のコイルＵ８（図５参照）までを順次巻線する。
Ｕ相の巻線が終了すると、フォーマ１１の外径を縮小させて図５に示すようにＶ相の第１のコイルＶ１から第８のコイルまでを巻線し、Ｕ，Ｖ２相の巻線が終了する。

このような巻線工程において、複数（例えば１０本）の銅線を帯状に形成したワイヤ３の縒りは図１に示したテンション装置４とノズル５との間に発生する。このとき、巻線が右巻きと左巻きとを交互に同一回巻線する場合には、巻線による縒りは残らないが、右巻きと左巻きの巻数が異なったり右巻きか左巻きかのどちらかだけの場合は１コイル巻線終了後に縒りが残存する。この場合には、１コイル巻線終了後にノズル５をフォーマ１１と干渉しない位置まで移動させた後、回転モータ９を作動させてノズル５を回転させることにより縒りを除去して次の巻線に支障がないようにすることができる。

ここでＵ相及びＶ相の巻線が終了した後に、３相目のＷ相の巻線をしようとすると、例えば図１０に示したＡ部のようにＶ相のコイルによって巻線すべきスロットが隠れてしまっていて、Ｕ相，Ｖ相と同様には巻線することができない。
図６〜図１０は、このような３相以上の巻線を可能にするこの発明の一実施形態を示すもので、図６はその平面図、図７はその正面図、図８はその作動説明用の一部拡大正面図、図９はその側面図、図１０はＷ相の巻線状態を示す平面図である。
この実施形態では、図１〜図５によって前述した基本構成のノズル５をフォーマ１１の回りに旋回させる構成に加えて、図６及び図７に示すように、巻線すべき２箇所のスロットの延長線上でステータコア１の上下４箇所にコイル押込手段を構成するコイルプッシャ２０ａ〜２０ｄ（図９参照）を設けると共に、一対のウィング１２ａ，１２ｂをウィング旋回モータ２１ａ，２１ｂからのギヤ連動によりそれぞれ別個にステータコア１の円周方向に移動し得るようにする。そして、４個のコイルプッシャ２０ａ〜２０ｄを、コイルプッシャ前後モータ２２ａ，２２ｂ及びコイルプッシャ上下モータ２３ａ，２３ｂにより図７に示す矢示Ｂ，Ｃ方向へそれぞれ独立して駆動し得るようにしている。

このような構成で、フォーマ１１とウィング１２ａ，１２ｂでスロットをガイドしてワイヤ３を開口したスロットの入口付近に挿入させた状態で、図９に示すように、ノズル５をフォーマ１１の上昇端で停止させてウィング１２ａを開放させ、コイルプッシャ２０ａによりワイヤ３を一方のスロットの奥へ押し込んだ後、コイルプッシャ２０ｂによりワイヤ３を他方のスロットの奥へ押し込む。次に、ノズル５をフォーマ１１の下降端まで移動させてウィング１２ｂを開放し、コイルプッシャ２０ｃ，２０ｄによりワイヤ３を順次スロットの奥へ押し込む。この状態から次にコイルプッシャ２０ａ，２０ｂを退避させ、ウィング１２ａを閉鎖してノズル５を下降端まで移動させる。以後、同様の作動を繰り返すことにより巻線を続行する。
図８はコイルプッシャ２０ａがワイヤ３を押し込んだ状態を示している。また、図１０に示すＡ部には、Ｖ相の巻線に際して図５に示すようにワイヤガイド１４を挿入してＷ相のコイルが押し込まれる上下のスペースを確保し、Ｖ相の巻線後には上下のワイヤガイド１４を取り外すようにしている。

この発明の基本構成を示す全体の構成図である。 同じくそのコイル巻線部を拡大して示す平面図である。 同じくその側面図である。 同じくそのＵ相の巻線状態を示す平面図である。 同じくそのＶ相の巻線状態を示す平面図である。 この発明の一実施形態のコイル巻線部を示す平面図である。 同じくその正面図である。 同じくその作動状態を拡大して示す一部正面図である。 同じくその作動状態を示す側面図である。 同じくそのＷ相の巻線状態を示す平面図である。 従来のステータコアのコイル形成状態を模式的に示す正面図である。

符号の説明

１：ステータコア ３：ワイヤ
４：テンション装置 ５：ノズル
６：直進部材 ７：直進モータ
９：回転モータ １１：フォーマ
１２ａ，１２ｂ：ウィング １４：ワイヤガイド
２０ａ〜２０ｄ：コイルプッシャ
２１ａ，２１ｂ：ウィング旋回モータ
２２ａ，２２ｂ：コイルプッシャ前後モータ
２３ａ，２３ｂ：コイルプッシャ上下モータ

Claims (3)

1. 複数本が帯状に配列されたワイヤを供給するノズルを、ステータコアの軸線方向に直交する軸心の回りに回動するノズル台に前記軸心に対して傾斜させて固設し、前記ノズル台を前記ステータコアの内径部を挿通して前記軸線方向に往復移動させると共にその両移動端で前記軸心の回りに回転させることにより、前記ノズルを前記ステータコアの巻線すべきスロットをウィングと協同して案内するフォーマの回りを旋回させ、該フォーマをガイドにしながら前記ノズルから供給される前記ワイヤを前記フォーマと前記ウィングとの隙間から前記スロットに挿入させた後、前記ウィングを開放させて、前記スロットに挿入したワイヤを前記スロットの奥部へ押し込んで巻線することを特徴とするステータコアの巻線方法。
2. 巻線すべきステータコアにノズルから供給されるワイヤを直接巻き付けてコイルを形成するステータコアの巻線装置であって、
   複数本が帯状に配列されたワイヤを供給するノズルと、
   前記ステータコアの巻線すべきスロットに前記ノズルから供給される前記ワイヤを案内するフォーマと、
   該フォーマの両側に配設され前記フォーマとの隙間から前記ワイヤを前記スロットに導いて挿入させる一対のウィングと、
   前記ステータコアの軸線方向に直交する軸心の回りに回動するノズル台に前記ノズルを前記軸心に対して傾斜させて固設し、前記ノズル台を前記ステータコアの内径部を挿通して前記軸線方向に往復移動させると共にその両移動端で前記軸心の回りに回転させることにより、前記ノズルを前記フォーマの回りに旋回させるノズル旋回手段と、
   前記ウィングを開放させて、前記スロットに挿入したワイヤをその奥部へ押し込むコイル押込手段とを設けたことを特徴とするステータコアの巻線装置。
3. 前記コイル押込手段は、コイルを挿入すべき一対の前記スロットの延長線上の上下４箇所にそれぞれコイルプッシャを設けたことを特徴とする請求項２記載のステータコアの巻線装置。

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