JP4217135B2 - 巻枠の移動制御方法およびコイル巻線システム - 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を製造するためのコイル巻線機であって、そのコイル巻線機を構成する段差巻枠を備えた巻枠の移動制御方法に関し、特に段差部分にコイルが跨って巻線されないようにする巻枠の移動制御方法に関する。
また、本発明は、段差巻枠を着脱可能にして複数のパターンで周長の異なるコイル巻線を行うことが可能なコイル巻線システムに関する。

モータ用のコイルは、ワイヤがコイル巻線機の巻枠に螺旋状に巻き取られ、その後、図１８に示すように同一円周状に所定の間隔をおいて植設した複数のブレード２０１を有するコイル挿入治具２００に預けられ、このコイル挿入治具２００に装着されたコイルを固定子３００の所定のスロット３０１に挿入して移し換えられる。しかし、コイル巻線機によって巻き取られたコイル４０１〜４０５の周長は、スロット３０１への挿入及び成形に際して最も長さを必要とする部位に合わせて全てが同一に設定されたものは、挿入するスロット３０１の部位によっては必要以上の長さで挿入されることになり、コイルエンドの寸法が大きくなって固定子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った。そこで従来から、コイルの周長を変える段差を設けたモータ製造用のコイル巻線機が提案されており、例えば特許文献１として挙げた特開２００３−１６４１２２号公報に記載されている。

特許文献１には、各々のコイルが異なる周長となるように、図１６に示すようなコイル巻線機が提案されている。図１５は、そのコイル巻線機を示した図であり、図１６は、そのコイルの巻き取り状態を示した図である。そして図１７は、コイル巻線機の巻枠に段差を付けた状態を示した図である。
コイル巻線機１００は、コイル挿入治具２００に対して図１５に示すように配置され、このコイル巻線機１００は、巻枠１１０が上下に移動可能な支持板１３１に保持され、コイル落とし１３２下端の押板１３３によって、図１６に示す如く巻枠１１０に巻き取られたコイル４０１〜４０５が下方に放出されるように構成されている。巻枠１１０の外側には、コイル４０１〜４０５を形成する帯状になった１０本のワイヤ４００を挿通したフライヤ１２０が回転自在に設けられ、このフライヤ１２０が高速で巻枠１１０の回りを旋回することにより、図１６に示すように、下降する巻枠１１０に対してワイヤ４００が螺旋状に巻き付けられる。

巻枠１１０は、支持板１３１に対して固定巻枠１１１と可動巻枠１１２とが設けられている。可動巻枠１１２は、図１７に示すように、第１〜第４の巻枠片１５１〜１５４が基板１５６を挿通して水平方向に摺動可能なガイド軸１６１と一体になり、そのガイド軸１６１に固定されたガイド板１６２が、それぞれ不図示の圧縮スプリングによって図面左の固定巻枠１１１側へ付勢されている。巻枠１１０の軸心Ａには、カム軸１７０にカム１７１〜１７４が一体的に形成され、カム軸１７０の回転により、カム１７１〜１７４に押圧された巻枠片１５１〜１５４がそれぞれ圧縮スプリングの付勢力に抗して外方へ押し出されて段差が形成される。そこで、図１６に示すように固定巻枠１１１との間に１周目から５周目までワイヤ４００が巻き付けられ、周長が異なるコイル４０１〜４０５が形成される。

その後、巻枠１１０が下降し、固定巻枠１１１との間隙部１１３にコイル挿入治具２００のブレード２０１が挿入される。図１６に示すようにコイルの巻き取りが終了すると、カム軸１７０は逆転して可動巻枠１１２の段部がなくなり、各巻枠片１５１〜１５４に巻き付けられた１周目〜５周目のコイル４０１〜４０５が弛緩状態になる。そこで、コイル落とし１３２の下降によってコイル４０１〜４０５が放出され、図１８に示した状態と同様の状態となる。そして、前述したように、このコイル挿入治具２００に装着されたコイル４０１〜４０５を固定子３００の所定のスロット３０１に挿入して移し換えられる。このとき、挿入するスロット３０１の部位によってコイル４０１〜４０５の周長が異なっているため、固定子に挿入される合計のコイル長さを短くして銅損を減少させることができる。
特開２００３−１６４１２２号公報（第２−６頁、図１，４，７，１３）

ところで、特許文献１に記載されているコイル巻線機では、図１６に示すように階段状の巻枠１１０に対して、１周目〜５周目までコイル４０１〜４０５が巻き付けられるが、図示するように各周が整然とコイル４０１〜４０５に分かれた巻線となる場合ばかりでなく、巻枠片１５１〜１５４によって生じる各段差部分に送り出されたワイヤ４００がかかってしまい乗り越えが発生し得る。これは、巻線時における巻枠１１０の移動（下降）制御が、図１９に示すように巻枠１１０を一定の速度で均等送りするようにしているからである。なお、図１９に示すグラフの縦軸は、巻線位置すなわち下降する巻枠１１０に対する巻き始め位置からの高さであり、横軸は図１５に示す位置を初期状態としたフライヤ１２０の回転数である。そこで、こうした従来の移動制御方法における欠点、つまり段差部分にコイルが跨ってしまうのを避けるためには、各周のピッチを十分大きくとる必要があった。しかし、これによれば巻枠の全長が長くなってしまい、コイル巻線機を大型化させるという別の問題が生じてしまう。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、段差部分の安定した乗り移りが可能な巻枠の移動制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る巻枠の移動制御方法は、コイル巻線部分が真っ直ぐな直線巻枠と階段状の段差をもつ段差巻枠とを備えた巻枠に対し、ワイヤを供給しながら旋回するフライヤが配置されたコイル巻線機で、そのフライヤがワイヤを供給しながら旋回し、巻枠がその旋回の中心軸方向を移動することにより当該巻枠に周長の異なるコイル巻線が行われるその巻枠を移動させるための方法であって、前記巻枠の段差巻枠側をワイヤの送り出し位置が旋回するときに、前記巻枠の移動速度を落として、段差方向における巻線の位置の変化を小さくすることを特徴とする。
例えば、前記巻枠の段差巻枠側をワイヤの送り出し位置が旋回するときに、移動を停止させて巻線位置を変えないようにして、移動と停止を繰り返すようにすることが望ましい。

本発明のコイル巻線システムは、コイル巻線部分が真っ直ぐな直線巻枠と階段状の段差を有する段差巻枠とを備えた巻枠に対し、ワイヤを供給しながら旋回するフライヤが配置され、フライヤがワイヤを供給しながら旋回する際、巻枠がその旋回の中心軸方向に移動することによって当該巻枠に周長の異なるコイル巻線が行われるようにしたものであり、前記巻枠は前記段差巻枠が着脱可能なものであって、階段形状の異なる着脱可能な当該段差巻枠を複数のパターン用意しておいて、コイル巻線に際して交換するようにしたものであることを特徴とする。
そして、本発明のコイル巻線システムは、複数個の前記段差巻枠をストッカーに保持しておき、チェンジャがストッカーから取り出した一の段差巻枠を持って前記巻枠へと移動し、予めその巻枠に装着されている他の段差巻枠を外して当該一の段差巻枠を装着し、外した他の段差巻枠をストッカーへ戻すようにしたものであることが望ましい。

よって、本発明に係る巻枠の移動制御方法によれば、段差のない直線巻枠側にワイヤの送り出し位置があるときに移動させ或いは移動速度を上げ、段差巻枠側をワイヤ送り出し位置が旋回するときには巻枠の移動速度を落として、段差方向における巻線の位置の変化を小さくしているので、巻枠の移動速度に緩急をつけたことで、異なる段差を跨いでコイルが巻線されることがなくなって段差部分の安定した乗り移りが可能になる。

また、本発明のコイル巻線システムによれば、巻枠は段差巻枠が着脱可能なものであって、階段形状の異なる着脱可能な当該段差巻枠を複数のパターン用意しておき、コイル巻線に際してその段差巻枠を交換するようにしたので、周長の異なるコイルを任意に形成することができる。

次に、本発明に係る巻枠の移動制御方法の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。そこで先ず、本実施形態のコイル巻線機について説明する。本実施形態のコイル巻線機は、前述した特許文献１に示す従来例と同様に、巻枠の外側にはコイルとなるワイヤ４００を挿通したフライヤ１２０が回転自在に設けられている。このフライヤ１２０は、高速で巻枠の回りを旋回するように構成されたものであり、下降する巻枠に対してワイヤ４００が螺旋状に巻き付けられるようにしたものである。

本実施形態のコイル巻線機は、コイル周長の可変設定ができるように巻枠に段差を設けるようにしたものであるが、特にコイルの周長を異ならせるための段差巻枠を交換可能な構造にした点に特徴を有する。図１は、そうした巻枠を示した側面図である。そして、図２及び図３は、交換可能な段差巻枠を取り換える際の巻枠を示した側面図及び平面図である。

巻枠１は、上下方向に移動可能に取り付けられた巻枠ベース２に対して段差巻枠３と直線巻枠４とが設けられ、特に段差巻枠３として取り換え可能な３つの段差巻枠３Ａ，３Ｂ，３Ｃが用意されている。本実施形態のコイル巻線機では、３相モータを製造するためＵ相、Ｖ相およびＷ相のコイルを固定子に装着させるためのものだからである。そのため、３つの段差巻枠３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、それぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応した周長のコイル巻線が行われるようにした段差が形成された階段形状をしている。

段差巻枠３は、直接コイルが巻かれる階段状の段差部が形成され、その上端部には交換を行うためのスライド溝１１が形成されている。巻枠ベース２には、図１６に示す如くコイル挿入治具２００のブレード２０１が挿入される間隙部１２を有する直線巻枠４が固定され、スライド溝１１に対応したガイドレール１３が突設されている。そのため、段差巻枠３が図１の紙面を貫く方向に移動することによりスライド溝１１がガイドレール１３に嵌まり込んで巻枠ベース２に対して装着され、コイル巻線が可能な巻枠１がつくられるよう構成されている。段差巻枠３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルを形成する順に、それぞれの段差巻枠３Ａ，３Ｂ，３Ｃが巻枠ベース２に対して着脱される。

段差巻枠３Ａ，３Ｂ，３Ｃの着脱には、図２及び図３に示すようにチェンジャ５０が使用される。チェンジャ５０は、段差巻枠３が設置された不図示のストッカーから、所定の段差巻枠３を取り出し、巻枠ベース２に予め装着されている他の段差巻枠３を外して、ストッカーから取り出した段差巻枠３に交換し、更に外した段差巻枠３をストッカーに戻すようにしたものである。その具体的な交換動作については、手順を示した図面に基づいて後述する。

チェンジャ５０は、図２に示すように側面がＬ字形で図３に示すように平面がコの字型をしたベース５１に構成され、このベース５１が不図示のアームに連結され、巻枠１とストッカーとの間を往復するように設けられている。チェンジャ５０は、交換する２個の段差巻枠３，３を一度に保持できるように、図３に示すような平面がＥ形をした２つの保持部５２ａ，５２ｂが形成されたホルダ５２を有している。ホルダ５２は、ベース５１に対して水平に移動可能なスライダ５３と一体になり、図３に示すＸ方向に移動できるようになっている。こうしたホルダ５２の移動は、例えば外部アクチュエータによってスライダ５３を動作させるように構成されている。

また、チェンジャ５０によって段差巻枠３を交換する場合、チェンジャ５０は巻枠ベース２に対して図３に示す矢印Ｙ方向に移動し、ベース５１のコの部分を巻枠ベース２に嵌め合わせるようになっている。そして、嵌め合わさった状態で、例えば一の可動巻枠３Ａがチェンジャ５０から巻枠ベース２へ、また他の可動巻枠３Ｂが巻枠ベース２からチェンジャ５０へと同一方向に同時に移し換えられるようになっている。この移し換えを可能とすべく、チェンジャ５０にも巻枠ベース２のガイドレール１３を挟んで配置されるように、ガイドレール５５，５６が設けられている。図３には、そうしたガイドレール１３，５５，５６が示してある。

チェンジャ５０のガイドレール５５，５６は、図２に示すように、ベース５１の下にブロック５７を介して設けられている。ガイドレール５５，５６が、巻枠ベース２の下にまで入り込んで、ガイドレール１３と近い位置に配置できるようにするためである。また、段差巻枠３を保持するホルダ５２は、図２に示すように、ガイドレール５５（５６，１３）の下を干渉しないでスライドする高さに配置されている。従って、このホルダ５２がスライダ５３に従って移動するとき、ホルダ５２が段差巻枠３を押してガイドレール１３，５５，５６を滑らせて移動させるよう構成されている。

続いて、こうした構成をなす巻枠１に対し、チェンジャ５０を使用して段差巻枠３の交換を行う交換作業について説明する。ここでは特に、Ｕ相のコイル巻線のための段差巻枠３Ａを取り付ける段階から、Ｖ相のコイル巻線のための段差巻枠３Ｂへの取り換えを行う場合について説明する。図４乃至図１１は、そうした各工程を概念的に示した図である。同図にはストッカー８０と巻枠１及びチェンジャ５０が平面視で簡略化して示してある。チェンジャ５０に関しては、図１乃至図３に示したなかのホルダ５２とガイドレール５５，５６のみを示して表現している。

Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の段差巻枠３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、図４に示すようにストッカー８０に保持されており、そのストッカー８０に対してチェンジャ５０が先ずＵ相の段差巻枠３Ａを取りに行く。図４及び図５はそうした状態を示している。図４に示すようにチェンジャ５０のホルダ５２が段差巻枠３Ａを一方の保持部５２ａでつかんで矢印の方向にスライドする。これにより、段差巻枠３は、そのスライド溝１１がガイドレール５５に嵌まり込んで滑り、チェンジャ５０に移し替えられる。チェンジャ５０は、段差巻枠３Ａを保持したままストッカー８０から巻枠１へと図５に示すように移動し、図６に示すように配置される。このとき、チェンジャ５０は、図２及び図３に示すようにベース５１が巻枠ベース２に嵌め合わされおり、ガイドレール５５，１３，５６が一直線上に配置される。

チェンジャ５０は、スライダ５３がスライドすることにより、ホルダ５２が図６に矢印で示す方向に移動して図７に示す状態になる。これにより、段差巻枠３Ａがガイドレール５５からガイドレール１３へと移り変わる。そして、Ｕ相の段差巻枠３Ａを巻枠１に装着し終えたチェンジャ５０は、次のＶ相の段差巻枠３Ｂを取りにストッカー８０へと移動する。このとき、段差巻枠３Ａが図１に示すように巻枠ベース２に装着された巻枠１では、Ｕ相のコイルを形成するためコイル巻線が行われる。その際、本実施形態では、後述するようにコイルが段差巻枠３の段差部分について安定した乗り移りを行うよう、下降する巻枠１の移動制御が行われる。そして、下降する巻枠１に対し、図１６で示す従来例と同様にフライヤ１２０が高速で巻枠１の回りを旋回してワイヤ４００が螺旋状に巻き付けられる。

その間、Ｖ相の段差巻枠３Ｂと取りに行ったチェンジャ５０は、図８に示すようにホルダ５２の保持部５２ａ側が段差巻枠３Ｂに嵌め合わされる。そして、保持部５２ａでつかんで矢印の方向にスライドすると、ガイドレール５５にスライド溝１１が嵌まり込んで段差巻枠３Ｂがチェンジャ５０に移し替えられる。そこで、チェンジャ５０は、段差巻枠３Ｂを保持したままストッカー８０から巻枠１へと図９に示すように移動し、図１０に示すように配置される。すなわち、巻枠１に装着されＵ相のコイル巻線を終了した段差巻枠３Ａに、ホルダ５２の空いた保持部５２ｂが嵌め合わされる。

そして、ホルダ５２が図１０に示す矢印の方向に移動することにより、一直線上に配置されたガイドレール５５，１３，５６を段差巻枠３Ａ，３Ｂが図１１のように同時に移動し、図１に示すように巻枠ベース２に装着されていた段差巻枠３Ａが外され、次いで段差巻枠３Ｂが巻枠ベース２に装着される。外された段差巻枠３Ａは、図４に示すようにストッカー８０の所定位置に戻され、続いてＷ相の可動巻線３Ｃがホルダ５２の保持部５２ａに保持されて、同じようにＶ相のコイル巻線を終了した可動巻線３Ｂと交換が行われる。

次に、コイル巻線を行う際、旋回するフライヤに対して下降する巻枠１の移動制御について説明する。本実施形態では、例えば図１２に示すように、下降する巻枠１に対してワイヤ４００が螺旋状に巻き付けられるようにしてコイル巻線が行われる。このとき、段差巻枠１０の段差３１〜３６にかけて周長の異なるコイルが形成される。従来は、下降速度（１９参照図）が一定であったため、帯状になった１０本のワイヤ４００がある程度の幅をもっいると、同一周回において例えば段差３１，３２の両方に跨いでしまうことがあった。そこで、本実施形態では、同一周回のコイルが確実に一つの段差３１，３２…に巻き付けられるように、安定した段差の乗り移りを行うための巻枠１の下降制御を行う。

図１３及び図１４は、それぞれ巻枠１の下降状態をグラフに示したものであり、縦軸は巻線位置すなわち下降する巻枠１１０に対する巻き始め位置からの高さであり、横軸は図１５に示すような位置を初期状態としたフライヤ１２０の回転数である。先ず、図１３に示す制御方法は、移動と停止を繰り返して巻枠１を下降させるようにしたステップ制御を実行するものである、このステップ制御では、フライヤ１２０が一定の角度にあるときに巻枠１を下降させる。つまり、段差のない直線巻枠４側にワイヤ４００の送り出し位置があるときに下降させ、段差巻枠３側をワイヤ４００の送り出し位置が旋回するときには移動を停止させて高さを変えないようにする。

一方、図１４に示す制御方法は、図１３に示す制御方法のように巻枠１の下降を完全に停止してしまうことなく、下降スピードに緩急をつけるようにした速度可変制御を実行するものである。すなわち、フライヤ１２０におけるワイヤ４００の送り出し位置に合わせて、巻枠１の下降速度を変化させるようにしており、具体的には、ワイヤ４００の送り出し位置が段差巻枠３側にある場合には巻枠１の下降速度を落とし、逆に直線巻枠４側にある場合に下降速度を上げるようにしている。
従って、巻枠１の下降制御方法において、図１３に示すステップ制御や図１４に示す速度可変制御を実行することにより、段差３１〜３６にコイルが巻き取られるときにワイヤ４００の送り出し位置に対して段差３１〜３６の高さが変化せず、或いはほとんど変化しないため異なる段差を跨いで巻線されることがなくなる。

よって、本実施形態のコイル巻線機によれば、段差巻枠３を交換できるので、所定の段差巻枠を用意することにより周長の異なるコイルを任意に形成することができる。
そして、そうした段差巻枠３の段差３１〜３６に対応させて下降動作を、図１３又は図１４に示すようにステップ制御や速度可変制御を実行することにより、安定した段差の乗り移りを行い、確実に一つの段差３１，３２…ごとに分かれたコイル巻線が行われるようになった。なお、ステップ制御と速度可変制御とを比較すると、速度可変制御の方が移動が滑らかなため巻枠１を移動させるための機械的負荷が小さく、また各段差３１〜３６内での送りピッチを狭くすることができるためより好ましい。

なお、本発明は前述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、図１に示すような段差巻枠３の交換可能な巻枠１について、その下降の移動制御をステップ制御や速度可変制御することを述べたが、段差にコイル巻線を行うものであれば従来例のような可変式のものであっても当然本発明のように移動制御することは有効である。

段差巻枠が交換可能な巻枠を示した側面図である。 交換可能な段差巻枠を取り換える際の巻枠を示した側面図である。 交換可能な段差巻枠を取り換える際の巻枠を示した平面図である。 段差巻枠の巻枠に対する取り付け工程を示した図である。 段差巻枠の巻枠に対する取り付け工程を示した図である。 段差巻枠の巻枠に対する取り付け工程を示した図である。 巻枠に装着された段差巻枠の交換工程を示した図である。 巻枠に装着された段差巻枠の交換工程を示した図である。 巻枠に装着された段差巻枠の交換工程を示した図である。 巻枠に装着された段差巻枠の交換工程を示した図である。 巻枠に装着された段差巻枠の交換工程を示した図である。 実施形態の巻枠に対するコイル巻線状態を示した図である。 巻枠が下降する際の移動制御（ステップ制御）をグラフにして示した図である。 巻枠が下降する際の移動制御（速度可変制御）をグラフにして示した図である。 従来のコイル巻線機を示した図である。 従来のコイル巻線機におけるコイルの巻き取り状態を示した図である。 従来のコイル巻線機において巻枠に段差を付けた状態を示した図である。 コイル巻線機によって巻き取ったコイルをコイル挿入治具に預けた状態を示した図である。 巻枠が下降する際の移動制御（等速制御）をグラフにして示した図である。

符号の説明

１ 巻枠
２ 巻枠ベース
３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ） 段差巻枠
４ 直線巻枠
１１ スライド溝
１３，５５，５６ ガイドレール
５０ チェンジャ
５３ ホルダ
８０ ストッカー

Claims (1)

1. コイル巻線部分が真っ直ぐな直線巻枠と階段状の段差をもつ段差巻枠とを備えた巻枠に対し、ワイヤを供給しながら旋回するフライヤが配置されたコイル巻線機であって、フライヤがワイヤを供給しながら旋回し、巻枠がその旋回の中心軸方向を移動することにより当該巻枠に周長の異なるコイル巻線が行われるその巻枠を移動させるための移動制御方法において、
   前記巻枠の段差巻枠側をワイヤの送り出し位置が旋回するときに、前記巻枠の移動速度を落として、段差方向における巻線の位置の変化を小さくすることを特徴とする巻枠の移動制御方法。

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