JP4340479B2

JP4340479B2 - 電機子の巻線方法と巻線装置

Info

Publication number: JP4340479B2
Application number: JP2003174598A
Authority: JP
Inventors: 孝之三浦
Original assignee: Nittoku Engineering Co Ltd
Current assignee: Nittoku Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: JP2005012922A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばジェネレータやモータのステータ、ロータ等を構成する電機子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、多数本の線材を巻線する方式の巻線装置として、三軸移動機構によりノズルを磁極間のスロットに入れて巻線するものがある（特許文献１、参照）。
【０００３】
また、従来の巻線装置として、磁極の周囲を回動して線材を繰り出すフライヤと、このフライヤから繰り出される線材を磁極に案内するフォーマとを備え、線材を磁極に巻回するものがある（特許文献２、参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特願２００１−３２５９０３号
【特許文献２】
特開平８−１９２２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、モータ等の性能向上の要求から磁極間のスロットが狭まる傾向にあり、三軸移動機構によりノズルをスロットの奥まで入れて巻線することが困難になっている。
【０００６】
これに対してフライヤ式巻線装置は、線材がフォーマに案内されることにより、スロットの奥まで線材を導くことが可能である。
【０００７】
しかしながら、フライヤ式巻線装置を用いて多数本の線材を巻線する場合、フライヤが回動するのに伴ってフライヤのノズルに供給される各線材が捩れ、各線材の供給に支障を来す可能性がある。
【０００８】
ノズルから繰り出される多数本の線材を束にして磁極に巻回しようとすると、線材どうしの摩擦によって線材間に空隙部が生じやすく、巻線の占積率を高められないという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、多数本の線材を巻線して占積率を高められるフライヤ式巻線方法及び巻線装置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、複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを軸まわりに回動させるスピンドルとを用い、各線材を磁極に巻回する電機子の巻線方法に適用する。
【００１１】
そして、ノズルをスピンドルの回転に同期して逆回転させるノズル回転機構を用い、スピンドルを貫通して各線材をノズルへと導くノズル支持スリーブを備え、ノズル回転機構はスピンドルの回転をノズル支持スリーブに伝達することによってスピンドルが回転してもノズルの姿勢を一定に維持する構成とし、ノズルから繰り出される線材をティースに案内するフォーマと、このフォーマをスピンドルの回転中心軸上に回転可能に支持するフォーマ支持軸と、ノズル支持スリーブの回転をフォーマ支持軸に伝達してフォーマを静止させるフォーマ静止機構とを用い、ノズル支持スリーブはノズルの姿勢を一定に維持する回転伝達部材の機能と、フォーマを静止させる回転伝達部材の機能の両方を果たし、フォーマ支持軸をスピンドルにベアリングを介して回転可能に支持することを特徴とするものとした。
【００１２】
第２の発明は、複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを軸まわりに回動させるスピンドルとを備え、各線材を磁極に巻回する電機子の巻線装置に適用する。
【００１３】
そして、ノズルをスピンドルの回転に同期して逆回転させるノズル回転機構を備え、スピンドルを貫通して各線材をノズルへと導くノズル支持スリーブを備え、ノズル回転機構はスピンドルの回転をノズル支持スリーブに伝達することによってスピンドルが回転してもノズルの姿勢を一定に維持する構成とし、ノズルから繰り出される線材をティースに案内するフォーマと、このフォーマをスピンドルの回転中心軸上に回転可能に支持するフォーマ支持軸と、ノズル支持スリーブの回転をフォーマ支持軸に伝達してフォーマを静止させるフォーマ静止機構とを備え、ノズル支持スリーブはノズルの姿勢を一定に維持する回転伝達部材の機能と、フォーマを静止させる回転伝達部材の機能の両方を果たし、フォーマ支持軸がスピンドルにベアリングを介して回転可能に支持されることを特徴とするものとした。
【００１４】
第３の発明は、第２の発明において、ノズルに各線材を独立して挿通させる複数のノズル穴を形成したことを特徴とするものとした。
【００１５】
第４の発明は、第２または第３の発明において、ノズルに供給される各線材毎に独立して張力を調節するテンション機構を備えたことを特徴とするものとした。
【００１８】
【発明の作用および効果】
第１、第２の発明によると、スピンドルの回転に伴ってさせることにより、ノズルが磁極に対して回動し、ノズルから繰り出される複数の線材が束になって磁極に巻回される。
【００１９】
そして、ノズルをスピンドルの回転に同期して逆回転させ、スピンドルが回転してもノズルの姿勢が一定に維持されることにより、スピンドルが回転してもノズルに供給される複数本の線材がノズルの手前で捩れることなく、各線材の供給が円滑に行われ、巻線の占積率を高めてモータ等の性能向上がはかられる。
【００２０】
第３の発明によると、複数本の線材は各ノズル穴を挿通して繰り出されるため、線材どうしが互いに接することなく円滑に繰り出される。このため、線材どうしが摩擦によって絡み合うことが防止され、巻線の占積率を高めてモータ等の性能向上がはかられる。
【００２１】
第４の発明によると、テンション機構がノズルに供給される各線材毎に独立して張力を調節することにより、各線材が均一な張力を持って磁極に巻回され、各線材間に空隙部が生じることを抑えられ、巻線の占積率を高めてモータ等の性能向上がはかられる。
【００２２】
第２の発明によると、ノズル回転機構がスピンドルの回転をノズル支持スリーブに伝達することにより、ノズルをスピンドルの回転に同期して逆回転させ、スピンドルが回転してもノズルの姿勢を一定に維持することができる。
【００２３】
第２の発明によると、スピンドルに対するノズル支持スリーブの回転を利用してフォーマを静止させることにより、フォーマ支持軸とスピンドルの間に遊星歯車機構等を設ける必要がなく、構造を簡素化して製品のコストダウンがはかれる。
【００２４】
【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。
【００２５】
図１に示す巻線装置１は、コア８０に線材９０を自動的に巻回するものである。環状のコア８０は、アウタロータ式モータ等に備えられるステータ（電機子）を構成するもので、複数のティース（磁極）８１が放射状に並び、各ティース８１の間に各スロット８２が開口している。
【００２６】
図５はこれとは逆にインナーロータ式モータ等に備えられるステータ（電機子）のコア８０を分解した斜視図である。コア８０はティース部材８３とヨーク部材８４と各ボビン８５とから成る。ティース部材８３は各ティース８１が薄肉円筒部８８を介して一体に形成されている。各ボビン８５は絶縁材によって形成され、各ティース８１を包むものである。巻線装置１は、各ボビン８５を介して各ティース８１に線材９０を巻回する。ヨーク部材８４は円筒状に形成され、線材９０が巻回されたティース部材８３の外側に嵌合されるものである。各ティース８１の端面には突起８６が形成される一方、ヨーク部材８４の内周面には溝８７が形成され、両者が互いに嵌合して位置決めがはかられる。
【００２７】
図１において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平前後方向、Ｙ軸が略水平横方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとし、巻線装置１の構成について説明する。
【００２８】
巻線装置１は、架台２に対してコア８０のティース部材８３をその中心軸（Ｚ軸）まわりに回動させるインデックス機構１１と、複数本の線材９０を繰り出すノズル５と、このノズル５をコア８０に対してＸ軸まわりに回動させ、線材９０をティース８１に巻回する巻線機構２０とを備える。
【００２９】
インデックス機構１１は、架台２に対してＺ軸まわりに回転可能に支持されるワーク支持台１２と、このワーク支持台１２を回転駆動するインデックスモータ１３とを備える。
【００３０】
インデックス機構１１をＸ軸方向に移動するワーク移動機構１５が設けられる。このワーク移動機構１５は架台２上にレール１６を介してＸ軸方向に移動可能に支持されるテーブル１７と、このテーブル１７をボールネジ１８を介して駆動するモータ１９とによって構成される。このテーブル１７上にインデックス機構１１が設けられている。
【００３１】
なお、ワーク移動機構１５にかえて、スピンドル２１をＸ軸方向に移動する機構を設けても良い。
【００３２】
巻線機構２０は、図２にも示すように、ノズル５をＸ軸まわりに回動させる機構として、ノズル５と共にＸ軸まわりに回転するスピンドル２１と、このスピンドル２１をプーリ２２，２３及びベルト２４を介して回転駆動するスピンドルモータ２５とを備える。スピンドル２１は架台２に対してベアリング２６，２７を介して回転可能に支持される。
【００３３】
ノズル５には線材供給機構７０から複数本の線材９０が供給される。ノズル５が複数本の線材９０を繰り出しながらティース８１のまわりを移動することにより、複数本の線材９０が束となってティース８１に巻回される。このように、太い線材に代えて複数本の細い線材９０を巻回することにより、巻線の占積率（密度）を高めてモータ等の性能向上がはかられる。
【００３４】
なお、図示したノズル５から繰り出される線材９０の本数は、便宜上実際よりも少なくしてあるが、実際には例えば十数本を超える本数となる。
【００３５】
線材供給機構７０はノズル５に供給される各線材９０毎に独立して張力を調節するテンション機構７１を備える。架台４８には線材９０の本数と同数のテンション機構７１が並んで設けられる。
【００３６】
このテンション機構７１においては、図示しない線材源から引き出される線材９０は、テンションバー７４先端のガイドプーリ７５に案内され、ノズル５へと送られる。
【００３７】
また、テンションバー７４は支点を中心に回動可能となっており、線材９０の張力の変動はこのテンションバー７４の回動により吸収される。
【００３８】
テンションバー７４の回動角度は図示しないポテンショメータによりフィードバックされ、図示しないコントローラ及びアクチュエータを介してテンションバー７４に与えるトルクを制御し、テンションバー７４の角度が目標位置に戻るように調整する。これにより、線材９０にかかる慣性負荷が少なく、線材９０の張力が過渡的に変化することをスムーズに吸収することができる。
【００３９】
なお、このテンション機構７１の構造については、特開２０００−１２８４３３号公報に開示されている。
【００４０】
また、テンション機構７１はこれに限らず、特開平６−２５５８８４号公報に開示されているように、線材が掛け回されるプーリの回転を電磁ブレーキにより制動し、この制動力により線材９０には所定の張力が付与される構造としても良い。
【００４１】
ノズル５は円柱形に形成され、各線材９０が独立して挿通する複数のノズル穴６がその軸方向に貫通して形成される。各ノズル穴６は所定の間隔をもって開口している。
【００４２】
ノズル５はノズル支持スリーブ３２を介してスピンドル２１に支持される。各線材９０は中空のノズル支持スリーブ３２内を通してノズル５の各ノズル穴６へと送られる。
【００４３】
ノズル支持スリーブ３２はスピンドル２１をＸ軸方向に貫通して設けられ、スピンドル２１にベアリング３３，３４を介して回転可能に支持される。ノズル支持スリーブ３２はスピンドル２１の回転中心軸Ｏから所定距離だけ離れ、かつこの回転中心軸Ｏと平行に配置される。
【００４４】
ノズル５をスピンドル２１の回転に同期して逆回転させるノズル回転機構３５が設けられる。ノズル回転機構３５はスピンドル２１が１回転する間にノズル５をスピンドル２１と逆方向に１回転させ、ノズル５の姿勢を一定に維持するようになっている。
【００４５】
図２、図３に示すように、ノズル回転機構３５はスピンドル２１の後部に設けられる。ノズル回転機構３５は、架台２に対してスピンドル２１の回転中心軸Ｏと同軸上に固定されるリングギヤ３６と、このリングギヤ３６に噛み合いスピンドル２１に回転可能に支持されるピニオンギヤ３７と、このピニオンギヤ３７と同軸上に固定される小プーリ３８と、ノズル支持スリーブ３２と同軸上に固定される大プーリ３９と、小プーリ３８及び大プーリ３９に渡って掛け回されるタイミングベルト４０とから構成される。
【００４６】
線材９０をティース８１に案内するフォーマ５０がスピンドル２１とコア８０の間に設けられる。このフォーマ５０は巻回すべきティース８１を包囲するようにして各スロット８２に入り込み、ノズル５から繰り出される線材９０が巻線すべきティース８１やその両側にあるティース８１に引っかからないように案内する。
【００４７】
図２、図４に示すように、スピンドル２１の前部にはフォーマ５０を支持するフォーマ支持軸５１がベアリング５２，５３を介して回転可能に支持される。このフォーマ支持軸５１はスピンドル２１の回転中心軸Ｏと同軸上に配置される。
【００４８】
このフォーマ支持軸５１をスピンドル２１の回転に対して停止させるフォーマ静止機構５５が設けられる。フォーマ静止機構５５はノズル支持スリーブ３２に固定されるプーリ５６と、フォーマ支持軸５１に固定されるプーリ５７と、各プーリ５６，５７に渡って掛け回れるタイミングベルト５８とによって構成される。各プーリ５６，５７は互いに同一径で形成され、ノズル支持スリーブ３２がスピンドル２１の回転方向と逆方向に回転しつつ一定の姿勢でフォーマ５０の周囲を回動するのでノズル支持スリーブ３２と同一径のプーリ５６，５７によって連動するフォーマ支持軸５１が静止する。
【００４９】
次に、巻線装置１の巻線動作について説明する。
【００５０】
まず、コア８０のティース部材８３をワーク支持台１２に載せて固定する。続いて、ワーク支持台１２を回転し、巻回すべきティース８１がノズル５の回動中心軸Ｏ上に配置される。続いて、ワーク移動機構１５によってティース部材８３をスピンドル２１に近づけ、フォーマ５０によってティース８１の端部を包囲する。
【００５１】
続いて、ノズル５から繰り出される各線材９０を図示しないフックに係止する。続いて、スピンドル２１を回転し、ノズル５から繰り出される各線材９０を束にしてティース８１に巻回する。このとき、フォーマ５０が線材９０をティース８１に引っかからないように案内する。
【００５２】
一つのティース８１に対する巻線が終了すると、ワーク移動機構１５によってティース部材８３をスピンドル２１から離し、ワーク支持台１２を回転し、ワーク移動機構１５によってティース部材８３をスピンドル２１に近づけ、ティース８１をフォーマ５０に当接させて、フォーマ５０によって巻回すべきティース８１の端部を包囲し、スピンドル２１を回転し、ノズル５から繰り出される各線材９０を束にしてティース８１に巻回する。
【００５３】
１相分の巻線が終了すると、各線材９０をフックに係止した後、他の相の巻線が行われる。全ティース８１の巻線が終了すると、各線材９０を図示しないカッタにより切断し、ワーク支持台１２上からコア８０が取り外される。
【００５４】
以上のように構成されて、巻線機構２０がスピンドル２１を回転させることにより、ノズル５がフォーマ５０のまわりを回動し、ノズル５の各ノズル穴６から繰り出される各線材９０が束になってフォーマ５０に案内されて各ティース８１に巻回される。
【００５５】
このとき、複数本の線材９０はノズル５の各ノズル穴６から互いに所定の間隔を持って繰り出されるため、線材９０どうしが摩擦によって絡み合うことなく円滑に繰り出され、巻き乱れが生じることを防止でき、巻線作業の高速化がはかれる。
【００５６】
そして、各テンション機構７１がノズル５に供給される各線材９０毎に独立して張力を調節することにより、各線材９０が均一な張力を持ってティース８１に巻回され、各線材９０間に空隙部が生じることを抑えられ、巻線の占積率を高めてモータ等の性能向上がはかられる。
【００５７】
これについて詳述すると、ノズル５がティース８１のまわりをその姿勢を変えずに回動することにより、ティース８１に巻回される各線材９０が捩れる部位が生じ、この捩れ部に線材９０間の空隙が多くなる。これに対処して、各ノズル穴６から繰り出される各線材９０が一定の張力を持ってボビン３に巻回されることにより、捩れ部にて各線材９０どうしがそれぞれの空隙部を埋め合うように分布し、巻線の占積率を高められる。
【００５８】
そして、ノズル回転機構３５がノズル５をスピンドル２１の回転に対して同一速度で逆回転させてノズル５の姿勢を一定に保つことにより、スピンドル２１が回転しても線材供給機構７０からノズル５に供給される複数本の線材９０が捩れることなく、各線材９０の供給が円滑に行われる。
【００５９】
これに対して、ノズル５をスピンドル２１に固定して取り付けられた場合、スピンドル２１が回転するのに伴って線材供給機構７０からノズル５に供給される複数本の線材９０が捩れ、各線材９０の供給に支障を来す可能性がある。これを解消するためには、線材供給機構７０をスピンドル２１と一緒に回動させることが考えられるが、その場合、装置の大型化を招き、実用化が難しい。
【００６０】
フォーマ静止機構５５はノズル支持スリーブ３２がスピンドル２１の回転方向と逆方向に回転しつつ一定の姿勢でフォーマ５０の周囲を回動するのでノズル支持スリーブ３２と同一径のプーリ５６，５７によって連動するフォーマ支持軸５１が静止することにより、スピンドル２１の回転に対してフォーマ５０を静止させる。このように、ノズル支持スリーブ３２はノズル５の姿勢を一定に維持する回転伝達部材の機能と、フォーマ５０を静止させる回転伝達部材の機能の両方を果たす。これにより、フォーマ支持軸５１とスピンドル２１の間にフォーマ５０を静止させるための遊星歯車機構等を設ける必要がなく、構造を簡素化して製品のコストダウンがはかれる。
【００６１】
他の実施の形態として、図６に示すように、ノズル５は各線材９０を一列に並んで挿通させるスリット７を持つ構造としても良い。
【００６２】
他の実施の形態として、図７に示すように、ノズル５は各線材９０が挿通する複数のノズル穴８は一列に並んで開口する構造としても良い。
【００６３】
また、ノズル回転機構３５、フォーマ静止機構５５は、歯車やベルト機構にかえて例えばローラ等を用いても良い。
【００６４】
また、フォーマを用いないでノズルを磁極間のスロットに差し込んで巻線する方式としても良い。
【００６５】
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】同じくスピンドル等の断面図。
【図３】同じくスピンドル等の背面図。
【図４】同じくスピンドル等の正面図。
【図５】同じくコアを分解した斜視図
【図６】他の実施の形態を示すノズル等の斜視図
【図７】他の実施の形態を示すノズルの斜視図
【符号の説明】
１巻線装置
５ノズル
６ノズル穴
１１インデックス機構
２０巻線機構
２１スピンドル
３２ノズル支持スリーブ
３５ノズル回転機構
３６リングギヤ
３７ピニオンギヤ
３８小プーリ
３９大プーリ
４０タイミングベルト
５０フォーマ
５１フォーマ支持軸
５５フォーマ静止機構
５６，５７プーリ
５８タイミングベルト
７０線材供給機構
７１テンション機構
８１ティース（磁極）
９０線材

Claims

複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを軸まわりに回動させるスピンドルとを用い、各線材を磁極に巻回する電機子の巻線方法において、
前記ノズルを前記スピンドルの回転に同期して逆回転させるノズル回転機構を用い、前記スピンドルを貫通して前記各線材を前記ノズルへと導くノズル支持スリーブを備え、前記ノズル回転機構は前記スピンドルの回転をノズル支持スリーブに伝達することによってスピンドルが回転してもノズルの姿勢を一定に維持する構成とし、前記ノズルから繰り出される線材をティースに案内するフォーマと、このフォーマを前記スピンドルの回転中心軸上に回転可能に支持するフォーマ支持軸と、前記ノズル支持スリーブの回転をフォーマ支持軸に伝達してフォーマを静止させるフォーマ静止機構とを用い、前記ノズル支持スリーブは前記ノズルの姿勢を一定に維持する回転伝達部材の機能と、前記フォーマを静止させる回転伝達部材の機能の両方を果たし、前記フォーマ支持軸を前記スピンドルにベアリングを介して回転可能に支持することを特徴とする電機子の巻線方法。
複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを軸まわりに回動させるスピンドルとを備え、各線材を磁極に巻回する電機子の巻線装置において、
前記ノズルを前記スピンドルの回転に同期して逆回転させるノズル回転機構を備え、前記スピンドルを貫通して前記各線材を前記ノズルへと導くノズル支持スリーブを備え、前記ノズル回転機構は前記スピンドルの回転をノズル支持スリーブに伝達することによってスピンドルが回転してもノズルの姿勢を一定に維持する構成とし、前記ノズルから繰り出される線材をティースに案内するフォーマと、このフォーマを前記スピンドルの回転中心軸上に回転可能に支持するフォーマ支持軸と、前記ノズル支持スリーブの回転をフォーマ支持軸に伝達してフォーマを静止させるフォーマ静止機構とを備え、前記ノズル支持スリーブは前記ノズルの姿勢を一定に維持する回転伝達部材の機能と、前記フォーマを静止させる回転伝達部材の機能の両方を果たし、前記フォーマ支持軸が前記スピンドルにベアリングを介して回転可能に支持されることを特徴とする電機子の巻線装置。
前記ノズルに各線材を独立して挿通させる複数のノズル穴を形成したことを特徴とする請求項２に記載の電機子の巻線装置。
前記ノズルに供給される各線材毎に独立して張力を調節するテンション機構を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の電機子の巻線装置。