JP4611684B2 - コイル巻線方法及びコイル巻線装置 - Google Patents

Description

この発明は、家庭用電気製品や自動車等に用いられる各種モータの固定子スロットに挿入可能なコイルの巻線方法及び巻線装置に関する。

従来、回転するフライヤから帯状に並列した複数本のワイヤを上下方向に移動可能な巻枠に巻線し、巻線されたコイルを順次下方のコイル挿入治具を介してモータの固定子スロットに挿入するフライヤ回転型のコイル巻線方法があった。
しかし、この種のフライヤ回転型のコイル巻線方法にあっては、コイル巻線中にワイヤのよじれが発生し、巻枠に巻線されたコイルの半径方向の厚みがそのよじれ分だけ大きくなるため、コイル挿入治具の同一円周上に植設された多数対のブレード間へのコイル挿入に無理がかかってワイヤ切断のおそれがあると共に、ワイヤの整列巻きが損なわれてワイヤの占積率低下につながるおそれもあった。

このような点を解決するため、フライヤから供給される帯状に並列した複数本のワイヤを上下方向に移動する巻枠に巻線し、巻線されたコイルを順次下方のコイル挿入治具に挿入するコイル巻線装置において、上記フライヤに、それと同動して回転するダミーフライヤを一体に設けると共に、上記巻枠と同軸上にその平均周長とほぼ等しいダミードラムを回転自在に設け、ノズルから供給される複数本のワイヤをダミーフライヤによりダミードラムに巻き付けながら、上記フライヤから供給して巻枠に巻線することにより、複数本のワイヤのよじれを防止するようにしたよじれ防止装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

ところが、このようなワイヤのよじれ防止装置にあっては、複数本のワイヤのよじれ防止は可能であるが、ダミーフライヤやダミードラム等の追加部材と、それらを同期して駆動する駆動手段とが必要になり、巻線装置全体の大きさが大きくなって設置場所が制約され、構成が複雑化して生産コストが上昇すると共に、メンテナンスも面倒になるという問題点があった。

このような問題点を解決するため、回転する巻枠に、この巻枠の回転軸に平行に移動するノズルから帯状に並列した複数本のワイヤを螺旋状に巻き付けてコイルを巻線し、巻線したコイルをコイル挿入治具を介してモータの固定子スロットに挿入することにより、複数本のワイヤのよじれを防止し得るようにした巻枠回転型のコイル巻線装置が開発されている。このような巻枠回転型のコイル巻線装置では、第１極のコイルが巻き終わると、コイル挿入治具を巻枠方向に前進させ、上記巻枠に対向する対のブレードを上記コイルに挿入した後、コイル挿入治具を後退させ、第１極のコイルを巻枠側からコイル挿入治具側に移し換え、その終端の渡り線を巻枠に固定した後、コイル挿入治具をモータの極数に応じて所定角度回転させると共に、ノズルを元の位置に復帰させ、再び巻枠を回転させて第２極のコイルを巻線してコイル挿入治具の次対のブレード間に移し換え、同様にして、所定の極数のコイルをすべて巻線すると、ワイヤの最終端の端末線をカットして固定子１個分の巻線が完了する。

しかし、このようなコイル巻線方法では、巻枠からコイルを移し換えるコイル挿入治具が巻枠回転中は静止状態を保っているので、帯状に並列した複数本（例えば１５本乃至２０本）のワイヤを巻線すると、各コイル間の渡り線によじれが発生して線幅が増加する。そのため、コイルの固定子スロットへの挿入に無理がかかり、ワイヤの被膜が破れて絶縁不良が生じたり、テンション値が高くなってモータ特性が劣化したり、ワイヤの供給が困難になって稼働率が低下したりする問題点があった。そのため、多数のコイルを連続して巻線することができず、各コイル毎に端末線をカットしてコイルを分割しなければ次の巻線を行うことが不可能であり、コイルを固定子スロットに挿入した後の端末線の処理に多大の工数を必要とすると同時に、渡り線の長さも長くなるという問題点があった。

このような問題点を解決するため、ノズルを通って供給される帯状に並列した複数本のワイヤを、回転する巻枠に巻き付けてコイルを形成し、形成したコイルを１極分ずつ順次コイル挿入治具に移し換えるコイル巻線装置において、上記コイル挿入治具を上記巻枠に同期して同一方向に同一回転数で回転させるようにしたコイル巻線装置も開発されている（例えば特許文献２参照）。
特開平１１−９８７７９号公報 特開２０００−１３４８７６号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載されたコイル巻線装置によるコイル巻線方法にあっても、帯状に並列した複数本のワイヤのよじれは防止されるが、大形で重量の大きいコイル挿入治具を巻枠に同期して回転させているため、装置が大形化し、巻枠の回転速度が低下して巻線効率が劣化すると共に、渡り線の長さも長くなるという点に問題があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、巻枠の高速回転が可能で端末線の本数を減少させ渡り線の長さを短くし得て、且つ、帯状に並列した複数本のワイヤのよじれを防止することができるコイル巻線方法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、この発明によるコイル巻線方法は、帯状に並列した複数本のワイヤを、そのワイヤに直交する方向に移動可能なノズルから供給し、そのノズルの移動方向に平行な回転軸線の回りに回転する第１の被巻線部材及び第２の被巻線部材に順次連続して巻線するコイル巻線方法であって、
上記第２の被巻線部材を、上記第１の被巻線部材からその回転軸線（Ｘ１）と直交する方向に離間し、且つ少なくともその回転軸線（Ｘ１）に沿う巻線長だけ上記ノズルの移動方向にずれた位置に配置して、上記第１の被巻線部材だけをその回転軸線（Ｘ１）の回りに回転させてその第１の被巻線部材に第１のコイルを巻線した後、
上記第２の被巻線部材をその回転軸線(Ｘ２)に直交する方向に移動させて上記第１の被巻線部材に連結させ、さらにその第１の被巻線部材と共に移動させて第２の被巻線部材の回転軸線(Ｘ２)を上記第１の被巻線部材の移動前の回転軸線（Ｘ１）の位置に移行させ、その第２の被巻線部材をその回転軸線（Ｘ２）の回りに上記第１の被巻線部材と一体的に回転させて、その第２の被巻線部材に第２のコイルを巻線することを特徴とする。

そして、上記のコイル巻線方法において、上記第１の被巻線部材及び上記第２の被巻線部材は、それぞれ第１の巻枠及び第２の巻枠であるようにするのがよく、上記第２の巻枠に重錘を付加して上記第１の巻枠と一体的に回転するときのバランスを保つようにするとさらによい。

また、この発明によるコイル巻線装置は、帯状に並列した複数本のワイヤを供給し、そのワイヤの供給方向に直交する方向に移動可能なノズルと、そのノズルの移動方向に平行な軸腺（Ｘ）の回りに回転駆動される回転母体と、それぞれ上記軸線（Ｘ）と平行な回転軸線（Ｘ１，Ｘ２）を有する第１の被巻線部材及び第２の被巻線部材とを備えており、上記第１の被巻線部材及び第２の被巻線部材はそれぞれ上記軸線（Ｘ）と直交する方向に移動可能であって、上記第２の被巻線部材は、上記第１の被巻線部材に対して少なくともその第１の被巻線部材の回転軸線（Ｘ１）に沿う巻線長だけ上記ノズルの移動方向にずれた位置に配置されている。
そして、上記第１の被巻線部材の回転軸線(Ｘ１)が上記軸腺（Ｘ）の位置にあり、上記第２の被巻線部材が第１の被巻線部材からその回転軸線（Ｘ１）と直交する方向に離間した位置にある状態で、上記第１の被巻線部材だけを上記回転母体によって上記回転軸線（Ｘ１）の回りに回転させながら上記ノズルを上記移動方向へ移動させることによって、そのノズルから供給される複数本のワイヤによって上記第１の被巻線部材に第１のコイルを巻線し、
上記第２の被巻線部材を上記軸線（Ｘ）と直交する方向に移動させて上記第１の被巻線部材に連結させ、その第２の被巻線部材の回転軸(Ｘ２)を上記軸線（Ｘ）の位置に移行させた状態で、その第２の被巻線部材を上記回転母体によって上記回転軸(Ｘ２)の回りに上記第１の被巻線部材と一体的に回転させながら上記ノズルを上記移動方向へさらに移動させることによって、そのノズルから供給される複数本のワイヤによって上記第２の被巻線部材に第２のコイルを連続して巻線し得るように構成したことを特徴とする。
このコイル巻線装置において、上記第１の被巻線部材が、巻枠本体と、上記ノズルから供給される複数本のワイヤの巻き始め線を把持するグリッパと、その巻き始め線の長さを設定する巻き始め線ガイドとを一体に設けた第１の巻枠であり、上記第２の被巻線部材が、巻枠本体と、上記ワイヤの渡り線の長さを設定するガイドピンと、上記第２の巻枠が第１の巻枠と一体となって回転するときにその一対の巻枠の回転バランスをとるための重錘とを一体に設けた第２の巻枠であるのが好ましい。

この発明によるコイル巻線方法によれば、第１の被巻線部材を回転させて第１のコイルを巻線した後、ノズルの移動方向にずらせた第２の被巻線部材の回転軸線を、上記第１のコイルを巻線したときの第１の被巻線部材の回転軸線の位置まで移行させ、その位置で第２の被巻線部材を回転させて第２のコイルを巻線するようにしたので、第１，第２のコイルの渡り線を切断することなく、一対のコイルを連続してよじれなく巻線することができる。そのため、端末線の本数が減少して巻線後の端末線の処理が容易になると共に、渡り線の長さも短くすることができる。

また、発明によるコイル巻線装置によれば、上述したこの発明による巻線方法を容易に実施して、第１，第２のコイルを連続してよじれなく巻線することができる。

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。
この発明によるコイル巻線方法を実施するためのコイル巻線装置は、帯状に並列した複数本のワイヤを供給しながら所定方向に移動するノズル、ノズルの移動方向にそれぞれ平行な回転軸線を有し、単独あるいは一体的に回転する第１の被巻線部材及び第２の被巻線部材、及び第１，第２の被巻線部材をその回転軸線の回りに回転させたり、その回転軸線方向に移動させたりする駆動手段等から構成されている。

〔実施例１〕
図１は、上記第１の被巻線部材及び上記第２の被巻線部材が第１の巻枠及び第２の巻枠からなる実施例のコイル巻線装置と、巻線されたコイルを受け取ってモータの固定子スロットに挿入するコイル挿入装置との概略構成を模式的に示す正面図である。
基台１０の上部に水平状態に設けられた基板１１には、図で垂直方向の回転軸線Ｘ１，Ｘ２を有する第１の巻枠１及び第２の巻枠２が水平方向（図で左右方向）に移動可能に設けられている。また、基板１１の図で左側には移動した第１の巻枠１及び第２の巻枠２をそれぞれ回転させる回転母体３が回転自在に設けてあり、回転駆動モータ４によりタイミングベルト５を介してノズル７の移動方向に平行な軸線Ｘの回りに往復回転可能に駆動される。そして、第２の巻枠２の巻線部は第１の巻枠１の巻線部に対して、少なくとも第１の巻枠１の回転軸線Ｘ１に沿う巻線長だけノズル７の移動方向（図では下方）にずらせて配設されており、第１の巻枠１は巻枠上下動モータ６により上下動する。

第１，第２の巻枠１，２の左方には、帯状に並列した複数本のワイヤＷを上記第１，第２の巻枠１，２に供給するノズル７が設けてあり、ワイヤＷに直交する移動方向（軸線Ｘに平行な方向：図で上下方向）にノズル駆動モータ８によりボールねじ機構等を介して往復駆動される。なお、ノズル７は、離散した複数本のワイヤをワイヤ投入口から挿入して帯状に並列した複数本のワイヤに整形し、適当なテンションを与えてワイヤ排出口から供給するようにした公知のワイヤ供給手段である。
このような構成からなるコイル巻線装置の図で下方には、基台１０に設けられ図示しない駆動手段により、垂直方向に昇降可能であり、巻線しようとするモータの極数に応じてインデックス回転可能な周知のコイル挿入治具９が設けてある。

図２は第１の巻枠１及び第２の巻枠２の概略形状を示す平面図であり、コイル巻線開始時の位置を示している。第１の巻枠１は、巻枠本体１ａと、ノズル７から供給される帯状に並列した複数本のワイヤＷ（図２では１本のみを示している）の巻き始め線Ｗ１を把持するグリッパ１ｂと、巻き始め線Ｗ１の長さを設定する巻き始め線ガイド１ｃと、これらを一体に固設する第１の巻枠基板１ｄとからなり、回転軸線Ｘ１の回りに回転する。

また、第２の巻枠２は、巻枠本体２ａと、ワイヤＷの渡り線Ｗ２（図１２参照）の長さを設定するガイドピン２ｂと、重錘２ｃと、これらを一体に固設する第２の巻枠基板２ｄとからなり、重錘２ｃは、第２の巻枠２が図２で左方に移動して第１の巻枠１と一体となってさらに同方向に移動し、第２の巻枠２の回転軸線Ｘ２の位置が移動前の第１の巻枠１の回転軸線Ｘ１の位置となり、第１，第２の巻枠１，２が一体となって回転軸Ｘ２の回りに回転するとき、その一対の巻枠の回転バランスをとるためのものである。また、巻枠本体１ａ，２ａの平面図における長手方向の中心線ＣＬ１及びＣＬ２は、コイル巻線が終了してコイル挿入治具９に挿入された状態で、図１５に示すように、コイル挿入治具９の中心線上で交わるようにその交差角が設定されている。

次に、このような構成からなるコイル巻線装置を用いて第１，第２の巻枠１，２に連続して巻線するコイル巻線方法を図１及び図３〜図８に示す正面図と、図２及び図９〜図１５に示す平面図を参照して詳細に説明する。これらの各図においては、図を簡略化して分かりやすくするため、図１及び図３〜図８においては、第１の巻枠１は巻枠本体１ａとグリッパ１ｂのみを、第２の巻枠２は巻枠本体２ａと重錘２ｃのみを示し、図９〜図１５においては、第１，第２の巻線基板１ｄ，２ｄ及び重錘２ｃは省略し、特に図９〜図１１では、離間して不作動状態にある第２の巻枠２も省略してある。

図１に示すように、第１の巻枠１の回転軸線Ｘ１の位置が回転母体３の軸線Ｘの位置にあり、第２の巻枠２が第１の巻枠１からその回転軸線Ｘ１と直交する方向に離間した位置にある状態で、図１において最上位に位置するノズル７から供給されるワイヤＷの図９に示す巻き始め線Ｗ１を第１の巻枠１のグリッパ１ｂに把持させて預け、第１の巻枠１だけを図９で矢示Ａ１方向（時計方向）へ回転させながらノズル７を図１で下方へ移動させ、巻枠本体１ａにワイヤＷを螺旋状に巻線して第１のコイルＣ１を形成する（図３参照）。このとき、図１０及び図１１に示すように、ワイヤＷの巻き始め線Ｗ１は巻き始め線ガイド１ｃによってその長さを所定の値に設定されてから巻枠本体１ａにワイヤＷが巻線される。

第１のコイルＣ１の巻線が終わると、第１の巻枠１の回転を停止させると共に、ノズル７をさらに僅かに下降させる。同時に、第２の巻枠２を図４の軸線Ｘ及び回転軸線Ｘ１に直交する矢示Ａ２方向（左方向）に搬送して第１の巻枠１に連結させ、一体的に連結した状態でさらに矢示Ａ２方向へ搬送し、第２の巻枠２の回転軸Ｘ２の位置を、第１の巻枠１の移動前の回転軸Ｘ１の位置、すなわち回転母体３の回転軸Ｘの位置に移行させて図４及び図１２に示す状態とする。この状態で第２の巻枠２を第１の巻枠１と一体に回転軸Ｘ２（回転軸Ｘと同位置）の回りに矢示Ａ３方向（反時計方向）に半回転させると、図５及び図１３に示す状態となり、第１のコイルＣ１から第２のコイルＣ２（図６参照）への渡り線Ｗ２が、図１３に示すように、第２の巻枠２の渡り線ガイドピン２ｂによって長さを設定される。

その後、第２の巻枠２を第１の巻枠１と一体のまま回転軸Ｘ２の回りに矢示Ａ３方向に回転させながらノズル７を下降させると、第２の巻枠２の巻枠本体２ａにワイヤＷが螺旋状に巻線されて第２のコイルＣ２が形成され、図６及び図１４に示す状態となる。これにより、第１のコイルＣ１から渡り線Ｗ２をカットすることなく連続して第２のコイルＣ２をよじれなく巻線することができる。

第１，第２のコイルＣ１，Ｃ２の巻線が終了すると、コイル挿入治具９を図７の矢示Ａ４方向（上方向）に上昇させて第２のコイルＣ２をコイル挿入治具９に挿入し、次いで第１の巻枠１を巻枠上下動モータ６によって図８の矢示Ａ５方向（下方向）に下降させて、第１のコイルＣ１をコイル挿入治具９に挿入する（図１５参照）。第１，第２のコイルＣ１，Ｃ２のコイル挿入治具９への挿入が終わると、巻き終わり線Ｗ３を所定の長さに切断し、コイル挿入治具９を下降させた後、巻線しようとする固定子の極数に対応して所定角度インデックス回転させる。
同様にして、第３，第４の一対のコイルを連続巻線してコイル挿入治具９に挿入し、所定極数の対のコイルがすべて巻線されてコイル挿入治具９に挿入された後、図示しない固定子のスロットに挿入される。

このように、この実施例のコイル巻線装置を使用したコイル巻線方法によれば、第１，第２の巻枠１，２に一対のコイルをカットすることなく連続してよじれなく巻線することができるため、簡単な方法で各コイルの端末線の本数が半減してその処理が容易になると同時に、コイル巻線の稼働率も向上する。また、連続巻線した一対のコイル間の渡り線も短くなる。
さらに、第２の巻枠２に重錘２ｃを付加することにより、第２の巻枠２が第１の巻枠１と一体的に回転したときのバランスをとることができ、高速巻線が可能になる。なお、この実施例において、第１，第２の巻枠１，２は随時交換することができ、第１，第２の巻枠１，２に代えて固定子のコアを形成する第１，第２のコアに直接巻線することも可能である。

この発明によるコイル巻線方法及びコイル巻線装置は、家庭用電気製品や自動車等に用いられる各種モータの固定子スロットに挿入可能なコイルの巻線に適用できる。そして、複数のコイル間の渡り線を切断することなく、一対のコイルを連続してよじれなく巻線することができる。そのため、端末線の本数が減少して巻線後の端末線の処理が容易になると共に、渡り線の長さも短くすることができる。

この発明によるコイル巻線方法を実施するためのコイル巻線装置の一実施例の概略構成を模式的に示す正面図である。 同じくその第１，第２の巻枠のみの形状を巻き線開始前の状態で示す平面図である。 第１の巻枠に第１のコイルを巻線する状態を示す正面図である。 第２の巻枠を巻線位置へ移動させる状態を示す正面図である。 第２の巻枠へ渡り線を移動させる状態を示す正面図である。 第２の巻枠に巻線する状態を示す正面図である。 コイル挿入治具を上昇させて第２の巻枠を挿入する状態を示す正面図である。 第１の巻枠を下降させてコイル挿入治具に挿入する状態を示す正面図である。

第１の巻枠にワイヤを巻き始める状態を示す平面図である。 第１の巻枠を半回転させた状態を示す平面図である。 第１の巻枠を１回転させた状態を示す平面図である。 第２の巻枠を回転中心へ移動させた状態を示す平面図である。 第１，第２の巻枠を一体的に半回転させた状態を示す平面図である。 第２の巻枠の巻線を終了した状態を示す平面図である。 第１，第２の巻枠に巻線した第１，第２のコイルをコイル挿入治具に挿入した状態を示す平面図である。

１：第１の巻枠（第１の被巻線部材） １ａ：巻枠本体 １ｂ：グリッパ
２：第２の巻枠（第２の被巻線部材） ２ａ：巻枠本体 ２ｃ：重錘
３：回転母体 ７：ノズル ９：コイル挿入治具 １０：基台 １１：基板
２１：第１のコア（第１の被巻線部材） ２２：第２のコア（第２の被巻線部材）
Ｗ：ワイヤ Ｗ１：巻き始め線 Ｗ２：渡り線 Ｗ３：巻き終わり線

Claims (5)

1. 帯状に並列した複数本のワイヤを、該ワイヤに直交する方向に移動可能なノズルから供給し、該ノズルの移動方向に平行な回転軸線の回りに回転する第１の被巻線部材及び第２の被巻線部材に順次連続して巻線するコイル巻線方法であって、
   前記第２の被巻線部材を、前記第１の被巻線部材からその回転軸線（Ｘ１）と直交する方向に離間し、且つ少なくとも該回転軸線（Ｘ１）に沿う巻線長だけ前記ノズルの移動方向にずれた位置に配置して、前記第１の被巻線部材だけを前記回転軸線（Ｘ１）の回りに回転させて該第１の被巻線部材に第１のコイルを巻線した後、
   前記第２の被巻線部材をその回転軸線(Ｘ２)に直交する方向に移動させて前記第１の被巻線部材に連結させ、さらに該第１の被巻線部材と共に移動させて該第２の被巻線部材の回転軸線(Ｘ２)を前記第１の被巻線部材の移動前の回転軸線（Ｘ１）の位置に移行させ、該第２の被巻線部材を前記回転軸線（Ｘ２）の回りに前記第１の被巻線部材と一体的に回転させて、該第２の被巻線部材に第２のコイルを巻線することを特徴とするコイル巻線方法。
2. 前記第１の被巻線部材及び前記第２の被巻線部材は、それぞれ、第１の巻枠及び第２の巻枠である請求項１記載のコイル巻線方法。
3. 請求項２記載のコイル巻線方法において、前記第２の巻枠に重錘を付加して前記第１の巻枠と一体的に回転するときのバランスを保つようにしたコイル巻線方法。
4. 帯状に並列した複数本のワイヤを供給し、該ワイヤの供給方向に直交する方向に移動可能なノズルと、該ノズルの移動方向に平行な軸腺（Ｘ）の回りに回転駆動される回転母体と、それぞれ前記軸線（Ｘ）と平行な回転軸線（Ｘ１，Ｘ２）を有する第１の被巻線部材及び第２の被巻線部材とを備え、
   前記第１の被巻線部材及び第２の被巻線部材はそれぞれ前記軸線（Ｘ）と直交する方向に移動可能であって、前記第２の被巻線部材は、前記第１の被巻線部材に対して少なくとも該第１の被巻線部材の前記回転軸線（Ｘ１）の方向に沿う巻線長だけ前記ノズルの移動方向にずれた位置に配置されており、
   前記第１の被巻線部材の回転軸線(Ｘ１)が前記軸腺（Ｘ）の位置にあり、前記第２の被巻線部材が前記第１の被巻線部材からその回転軸線（Ｘ１）と直交する方向に離間した位置にある状態で、前記第１の被巻線部材だけを前記回転母体によって前記回転軸線（Ｘ１）の回りに回転させながら前記ノズルを前記移動方向へ移動させることによって、該ノズルから供給される複数本のワイヤによって該第１の被巻線部材に第１のコイルを巻線し、
   前記第２の被巻線部材を前記軸線（Ｘ）と直交する方向に移動させて前記第１の被巻線部材に連結させ、該第２の被巻線部材の回転軸(Ｘ２)を前記軸線（Ｘ）の位置に移行させた状態で、該第２の被巻線部材を前記回転母体によって前記回転軸(Ｘ２)の回りに前記第１の被巻線部材と一体的に回転させながら前記ノズルを前記移動方向へさらに移動させることによって、該ノズルから供給される複数本のワイヤによって該第２の被巻線部材に第２のコイルを連続して巻線し得るように構成したことを特徴とするコイル巻線装置。
5. 前記第１の被巻線部材が、巻枠本体と、前記ノズルから供給される複数本のワイヤの巻き始め線を把持するグリッパと、該巻き始め線の長さを設定する巻き始め線ガイドとを一体に設けた第１の巻枠であり、
   前記第２の被巻線部材が、巻枠本体と、前記ワイヤの渡り線の長さを設定するガイドピンと、前記第２の巻枠が前記第１の巻枠と一体となって回転するときにその一対の巻枠の回転バランスをとるための重錘とを一体に設けた第２の巻枠である請求項４記載のコイル巻線装置。

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