JP4616131B2 - エッジワイズコイル巻線方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、エッジワイズコイル巻線方法及び装置の改良に関するものである。

通常ボビンなどに巻回されてコイルを形成する被覆銅線は、長手方向に直交する方向の断面が円形であることが多い。断面が円形である被覆銅線をコイル状に巻回した場合、巻回方向に隣接する被覆銅線同士は線接触し合い、銅線同士の間にすき間が生じるので、コイル肉厚の割には、通電できる電流量が少ない。

これに対し、近年平角線と呼ばれる線材が巻回されて形成されるエッジワイズコイルが開発されるようになった。エッジワイズコイルの場合には、巻回方向に隣接する線材同士は、幅側の面同士を密着できるため、通常のコイルと肉厚を同じにした場合、より大きな電流を通電でき、より強い磁力を発生することができる。

従来、特許文献１には、絶縁被覆が形成された平角線をローラで誘導および矯正しながら幅方向に屈曲させるとともに厚み方向に重ねてコイル状に巻回するエッジワイズコイル用巻線装置において、平角線材がコイルの巻き取り端面に導入される巻取部を軸方向に常時押圧する誘導ローラと、巻き取り軸を挟んで誘導ローラと対称な位置にてコイルの巻き取り端面を押圧矯正する矯正ローラとを備え、線材の絶縁被覆を傷つけることなく平角線を巻回するものが開示されている。

特許文献２には、線材の途中を支持する支持ローラと、この支持ローラに対して線材を送る送り機構と、線材を支持ローラの手前で固定支持する固定機構と、支持ローラから延びる線材に当接する曲げローラと、この曲げローラを線材の折り曲げ方向に移動するローラ移動機構とを用い、このローラ移動機構によって曲げローラが線材と共に移動することにより線材を支持ローラに沿って折り曲げる工程を繰り返しながら巻回するものが開示されている。
特開２００３−２０９０２３号公報 特開２００３−２６４９６５号公報

しかしながら、このような従来のエッジワイズコイル巻線方法及び装置にあっては、平角線の剛性が高い場合、平角線を巻き心治具に沿って四角形に巻回することが難しく、巻き線部のコーナ部分の形状に膨らみや曲げしわが生じたり、巻き線部の直線部分が曲がり、巻き線部とコア間の空隙が大きくなるという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、巻き線部の形状精度を高めるエッジワイズコイル巻線方法及び装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、平角線を折り曲げてエッジワイズコイルを形成するエッジワイズコイル巻線方法において、平角線の折り曲げ内側端部を支持する支点ローラと、この支点ローラに対して平角線を送る送り機構と、支点ローラのまわりを回動して支点ローラに沿って平角線を折り曲げるベンダと、支点ローラに沿って平角線を圧縮するプレス機構とを用い、支点ローラは、平角線の側面を当接させるローラシャフトと、このローラシャフトから拡がるフランジと、ローラシャフトを軸方向に摺動可能に支持するローラスリーブとを備え、ベンダが平角線を支点ローラに押し付けながら旋回する際に支点ローラに沿って折り曲げられる平角線をプレス機構が圧縮する折り曲げ行程と、送り機構が支点ローラに対して平角線を送る送り工程とを繰り返してエッジワイズコイルを形成し、折り曲げ工程にて平角線を支点ローラに沿って折り曲げる過程で支点ローラを回転駆動し、平角線をフランジとローラスリーブの間に挟持しながら送り、送り機構は、巻線機構を搭載する支持台を送り方向に往復動させ、巻線機構によって折り曲げられた部位が支点ローラに引っ掛かった平角線を前方に送ることを特徴とするものとした。

第２の発明は、平角線を折り曲げてエッジワイズコイルを形成する巻線機構を備えるエッジワイズコイル巻線装置において、巻線機構に対して平角線を送る送り機構を備え、巻線機構に平角線の折り曲げ内側端部を支持する支点ローラと、この支点ローラのまわりを回動して支点ローラに沿って平角線を折り曲げるベンダと、支点ローラに沿って平角線を圧縮するプレス機構とを備え、支点ローラは、平角線の側面を当接させるローラシャフトと、このローラシャフトから拡がるフランジと、ローラシャフトを軸方向に摺動可能に支持するローラスリーブとを備え、巻線機構は、平角線を支点ローラに沿って折り曲げる過程で支点ローラを回転駆動し、平角線をフランジとローラスリーブの間に挟持しながら送る回転駆動機構を備え、ベンダが平角線を支点ローラに押し付けながら旋回する際に支点ローラに沿って折り曲げられる平角線をプレス機構が圧縮する折り曲げ行程と、送り機構が支点ローラに対して平角線を送る送り工程とを繰り返してエッジワイズコイルを形成する構成とし、送り機構は、巻線機構を搭載する支持台を送り方向に往復動させ、巻線機構によって折り曲げられた部位が支点ローラに引っ掛かった平角線を前方に送ることを特徴とするものとした。

第１、第２の発明によると、平角線が巻回されて形成されるエッジワイズコイルは、支点ローラに沿って湾曲するコーナ部分と、各コーナ部分を直線状に延びる部位とを有し、従来の巻き心治具を用いて巻回する方法に比べて、巻き線部の形状精度を高めてコアとの間に作られる空隙を少なくし、コイルの小型化はかれるとともに、コイルの抵抗を小さくして電動機等の性能向上がはかられる。

送り機構による平角線の送り量や支点ローラの曲率半径等を変えることにより、巻き線部の大きさや形状を容易に変更することができる。

ベンダが平角線を支点ローラに押し付けながら旋回する際に支点ローラに沿って折り曲げられる平角線をプレス機構が圧縮することにより、平角線が支点ローラに沿って折り曲げられる過程で平角線の断面が厚さ方向に拡張したり曲げしわが生じることが抑えられ、平角線は隙間無く整列して巻回され、エッジワイズコイルに対する線材の占積率を高められ、電動機等の性能向上がはかられる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図５において、コア８はインナーロータ型３相電動機のステータを構成するものであり、放射状に並んで内径方向に突出する１２個のティース（磁極）８ａ及びその間に開口する１２個のスロット８ｂを有し、各ティース８ａに線材９が予め巻回された各エッジワイズコイル９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗが各スロット８ｂに収められてステータが形成される。このステータにはＵ，Ｖ，Ｗの各相を構成するエッジワイズコイル９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗが４個ずつ周方向に並んで形成されている。

図１において、１は平角線９を折り曲げてエッジワイズコイル９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗを自動的に製造するエッジワイズコイル巻線装置である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が水平前後方向、Ｙ軸が水平横方向、Ｚ軸が垂直方向に延びるものとしてエッジワイズコイル巻線装置１について説明する。

線材９は断面矩形の平角線が用いられる。線材９を断面円形の丸線から平角線とすることにより、エッジワイズコイル９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗはコイルに対する線材９の占積率を高められる。

平角線９は平角線供給源となるリール３から供給される。平角線９の表面には絶縁皮膜が形成されている。

エッジワイズコイル巻線装置１は、リール３から供給される平角線９を案内するローラ６５，６６，６７と、平角線９をＹ軸方向に送る供給機構７０と、平角線９を折り曲げる巻線機構１０と、この巻線機構１０に対して平角線９を送る送り機構５０とを備える。

供給機構７０は、平角線９を挟持する２組の駆動ローラ７１と従動ローラ７２を備える。各駆動ローラ７１は支持台７９に対してＸ軸まわりに回転可能に支持され、モータ７３によって回転駆動される。各従動ローラ７２は各スライド台７４に対してＸ軸まわりに回転可能に支持される。各スライド台７４はレール７５を介して支持台７９に対してＺ軸方向に摺動可能に支持され、各エアシリンダ７６によって昇降する。各エアシリンダ７６は各従動ローラ７２を平角線９を介して各駆動ローラ７１に押し付ける。各駆動ローラ７１が互いに同期して回転駆動されることにより、各従動ローラ７２との間に挟持される平角線９がＹ軸方向に送られる。平角線９はその扁平な断面が水平方向に延びるようにして送られる。

巻線機構１０は、平角線９の折り曲げ内側端部を支持する支点ローラ１１と、支点ローラ１１のまわりを回動して支点ローラ１１に沿って平角線９を折り曲げるベンダ２１と、このベンダ２１を旋回させる旋回駆動機構２０とを備え、ベンダ２１が平角線９を支点ローラ１１に押し付けながら旋回することにより、平角線９が支点ローラ１１に沿って折り曲げられる。

巻線機構１０は、支点ローラ１１に沿って折り曲げられる平角線９を圧縮するプレス機構３０を備え、平角線９が支点ローラ１１に沿って折り曲げられる過程で平角線９の断面が厚さ方向に拡張しないようにする。

巻線機構１０は、平角線９を支点ローラ１１に沿って折り曲げる過程で支点ローラ１１を回転駆動する回転駆動機構４０を備え、平角線９の絶縁皮膜が摩耗したり剥離することを防止する。

図２に示すように、支点ローラ１１は平角線９の側面を当接させるローラシャフト１２と、このローラシャフト１２の上端面に拡がる円盤状のフランジ１７と、ローラシャフト１２をスプライン１３を介して軸方向に摺動可能に支持するローラスリーブ１４とを備える。このローラスリーブ１４は軸受１５を介して支持台１６にＺ軸まわりに回転可能に支持される。

ローラシャフト１２の外周面に沿って折り曲げられる平角線９の折り曲げ内周端部は、フランジ１７とローラスリーブ１４の上端面の間に挟持される。

プレス機構３０はローラシャフト１２を軸方向に駆動するアクチュエータ３１を備える。アクチュエータ３１はＺ軸方向に伸縮作動する本体３２とロッド３３を備え、本体３２が支持台３４を介して支持され、ロッド３３の先端部に軸受３５、継ぎ手３６を介してローラシャフト１２の下端部が回転可能に連結される。

アクチュエータ３１が伸縮作動することにより、図２に矢印で示すように、ローラシャフト１２が昇降する。図示しないコントローラは、平角線９を支点ローラ１１に沿って折り曲げる過程でアクチュエータ３１を収縮作動させ、平角線９をフランジ１７とローラスリーブ１４の間に挟持し、平角線９の折り曲げ内周部が拡がる変形を抑える。

アクチュエータ３１は油圧シリンダ、エアシリンダ、電磁アクチュエータ等のいずれかが用いられる。アクチュエータ３１が付与する平角線９を圧縮する荷重は、平角線９の寸法、材質等に応じて適宜設定される。

回転駆動機構４０はモータ４１に回転駆動されるプーリ４２と、ローラスリーブ１４に連結されるプーリ４３と、このプーリ４２，４３に渡って掛け回されるタイミングベルト４４とを備える。

コントローラは、平角線９を支点ローラ１１に沿って折り曲げる過程でモータ４１に回転作動させローラスリーブ１４を回転駆動する。ローラスリーブ１４が回転すると、ローラシャフト１２とフランジ１７が一体となって回転し、平角線９をフランジ１７とローラスリーブ１４の間に挟持しながら前方に送る。

図３に示すように、旋回駆動機構２０は、ローラスリーブ１４に軸受２３を介して回転可能に支持される旋回ギア２２と、この旋回ギア２２に噛み合う駆動ギア２４と、この駆動ギア２４を回転駆動するモータ２５とを備え、旋回ギア２２上にベンダ２１が連結される。モータ２５が駆動ギア２４を回転させると、これに噛み合う旋回ギア２２が回転し、ベンダ２１を支点ローラ１１を中心とする円弧状の軌跡を持って旋回させ、ベンダ１２が平角線９を支点ローラ１１に沿って折り曲げる。

ベンダ２１は平角線９に係合するガイド溝２６を有する。ガイド溝２６は支点ローラ１１に沿って折り曲げられる平角線９の外周端部に係合する。

ベンダ２１は旋回ギア２２上に固定されるが、これに限らず、ベンダ２１を環状のガイド溝を有する円盤状に形成し旋回ギア２２に対してＺ軸まわりに回転可能に連結しても良い。

送り機構５０は、巻線機構１０を搭載する支持台１６と、この支持台１６をＹ軸方向に移動可能に支持するレール５１と、支持台１６を移動させる電磁アクチュエータ５２とを備え、支持台１６を図１に矢印で示すようにＹ軸方向について往復動させる。

コントローラは巻線機構１０が平角線９を支点ローラ１１に沿って折り曲げた後、送り機構５０の電磁アクチュエータ５２を駆動して支持台１６をＹ軸方向について所定のストロークで前進させ、支点ローラ１１に引っ掛かった平角線９を前方に送る。続いて、コントローラは電磁アクチュエータ５２を逆方向に駆動して支持台１６を介して巻線機構１０をＹ軸方向について所定のストロークで後退させ、その後に巻線機構１０が平角線９を支点ローラ１１に沿って折り曲げる。

支持台１６には平角線９の折り曲げられた部位に摺接するピッチ送りガイド５５が取り付けられる。このピッチ送りガイド５５は楔状の断面を有し、その表面が水平面に対して傾斜するように取り付けられ、この表面に折り曲げられた平角線９が摺接することにより平角線９が水平面に対して傾斜し、平角線９はその折り曲げられた部位が支点ローラ１１とベンダ２１の間へと延びる部位に干渉することなく巻回される。

エッジワイズコイル巻線装置１は、ベンダ２１が平角線９を支点ローラ１１に押し付けながら旋回する際に支点ローラ１１に沿って折り曲げられる平角線９をプレス機構３０が圧縮する折り曲げ行程と、送り機構５０が支点ローラ１１に対して平角線９を送る送り工程とを繰り返してエッジワイズコイルを形成する。

次にエッジワイズコイル巻線装置１がエッジワイズコイル９０Ｕを巻回する手順について説明する。

１．リール３から繰り出される平角線９を直線状に延ばして各ローラ６５，６６，６７の間に通し、供給機構７０の駆動ローラ７１と従動ローラ７２の間に平角線９を挟持し、各駆動ローラ７１を回転駆動し、平角線９を巻線機構１０へと送る。

２．図４の（ａ）に示すように、平角線９を支点ローラ１１とベンダ２１の間に挿通させる。

３．図４の（ｂ）に示すように、旋回駆動機構２０がベンダ２１を９０°前方（矢印方向）に回動させるとともに、回転駆動機構４０が支点ローラ１１を９０°矢印方向に回転させ、平角線９を支点ローラ２２に沿って９０°折り曲げる。このとき、プレス機構３０が支点ローラ１１に沿って折り曲げられる平角線９を圧縮する。

４．図４の（ｃ）に示すように、旋回駆動機構２０がベンダ２１を９０°後方（矢印方向）に回動させ、平角線９の直線状に延びる部位を支点ローラ１１とベンダ２１の間に挿通させる。

５．図４の（ｄ）に矢印で示すように、送り機構５０が支持台１６を所定のストロークで往復動させ、平角線９をこのストローク分だけ送る。このとき、プレス機構３０が平角線９の圧縮を解除している。

６．図４の（ｅ）に示すように、旋回駆動機構２０がベンダ２１を９０°前方（矢印方向）に回動させるとともに、回転駆動機構４０が支点ローラ１１を９０°矢印方向に回転させ、平角線９を支点ローラ２２に沿って９０°折り曲げる。

７．図４の（ｆ）に示すように、旋回駆動機構２０がベンダ２１を９０°後方（矢印方向）に回動させ、平角線９の直線状に延びる部位を支点ローラ１１とベンダ２１の間に挿通させる。

８．図４の（ｇ）に示すように、送り機構５０が支持台１６を所定のストロークで往復動させ、平角線９をこのストローク分だけ送る。

９．図４の（ｈ）に示すように、旋回駆動機構２０がベンダ２１を９０°前方（矢印方向）に回動させるとともに、回転駆動機構４０が支点ローラ１１を９０°矢印方向に回転させ、平角線９を支点ローラ２２に沿って９０°折り曲げる。このとき、平角線９の先に折り曲げられたコーナ部分９ａがピッチ送りガイド５５に摺接することにより傾斜し、巻回された平角線９の先端部やコーナ部９ａが支点ローラ１１とベンダ２１の間へと延びる部位に干渉することなくその上方に延びる。

１０．図４の（ｉ）に示すように、旋回駆動機構２０がベンダ２１を９０°後方（矢印方向）に回動させ、平角線９の直線状に延びる部位を支点ローラ１１とベンダ２１の間に挿通させる。

上記２〜１０の動作を行うことによりエッジワイズコイル９０Ｕの１巻き分を形成する。２〜１０の動作を繰り返すことにより、平角線９を整列して巻回し、所定幅、所定層の巻線を行い、エッジワイズコイル９０Ｕが形成される。

こうして１つのティース８ａに対するエッジワイズコイル９０Ｕを形成した後、平角線９をティース８ａ間の渡り線部９２Ｕに相当する所定量だけ送り、再び上記２〜１０の動作を行うことによりエッジワイズコイル９０Ｕの１巻き分を形成する。この工程を繰り返し４個のエッジワイズコイル９０Ｕを形成した後、図示しないカッタ装置を介して平角線９を切断する。

以上のように、エッジワイズコイル巻線装置１は４個のエッジワイズコイル９０Ｕと各エッジワイズコイル９０Ｕを結ぶ３個の渡り線部９２Ｕを連続して形成し、これをコア８に組み付けることにより、従来装置のように渡り線部を配設する作業が不要となり、ステータの生産性を高めて、製品のコストダウンがはかれる。

エッジワイズコイル９０Ｕは支点ローラ２２に沿って湾曲するコーナ部分と、各コーナ部分を直線状に延びる部位とを有し、コア８のティース８ａとの間に作られる空隙を少なくし、従来の巻き心治具を用いて巻回する方法に比べて、巻き線部の形状精度を高めるとともに、エッジワイズコイル９０Ｕを構成する平角線９の長さを短くし、コイルの小型化はかれ、コイルの抵抗を小さくして電動機等の性能向上がはかられる。

さらに、送り機構５０が支持台１６を往復動させるストローク量や支点ローラ１１の曲率半径等を変えることにより、エッジワイズコイル９０Ｕの大きさや形状を容易に変更することができる。

送り機構５０は、ベンダ２１が平角線９を支点ローラ１１に沿って折り曲げた後、支持台１６を往復動させることにより、支点ローラ１１に引っ掛かった平角線９を前方に送る。これにより、支持台１６を往復動させるストローク分だけ平角線９が送られ、エッジワイズコイル９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗを精度よく巻回することができる。

エッジワイズコイル巻線装置１は、折り曲げられた部位に摺接することにより平角線９を支点ローラ１１の回転面に対して傾斜させるピッチ送りガイド５５を備えたことにより、平角線９はその折り曲げられた部位が支点ローラ１１とベンダ２１の間へと延びる部位に干渉することなく円滑に巻回される。

ベンダ２１が平角線９を支点ローラ１１に押し付けながら旋回する際に、支点ローラ１１に沿って折り曲げられる平角線９をプレス機構３０が圧縮する。これにより、平角線９が支点ローラ１１に沿って折り曲げられる過程で平角線９の断面が厚さ方向に拡張したり曲げしわが生じることを抑えられ、平角線９は隙間無く整列して巻回され、エッジワイズコイル９０Ｕ，９０Ｖ，９０Ｗに対する平角線９の占積率を高められ、電動機等の性能向上がはかられる。

巻線機構１０は、平角線９を支点ローラ１１に沿って折り曲げる過程で支点ローラ１１を回転駆動する回転駆動機構４０を備えたため、支点ローラ１１の回転によって平角線９の絶縁皮膜が擦れることを抑えられ、絶縁皮膜が摩耗したり剥離することを防止できる。

本発明は上記の実施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。

本発明のエッジワイズコイル巻線方法及び装置は、ステータを構成するものに限らず、例えばコイル単体を構成するものや、他の電機子を構成するものにも利用できる。

本発明の実施形態を示すエッジワイズコイル巻線装置の斜視図。 同じく巻線機構の断面図。 同じく巻線機構の平面図。 同じく巻線動作を示す説明図。 同じくステータの断面図。

符号の説明

１ エッジワイズコイル巻線装置
９ 平角線
１０ 巻線機構
１１ 支点ローラ
１６ 支持台
２０ 旋回駆動機構
２１ ベンダ
３０ プレス機構
４０ 回転駆動機構
５０ 送り機構
５５ ピッチ送りガイド

Claims (3)

1. 平角線を折り曲げてエッジワイズコイルを形成するエッジワイズコイル巻線方法において、平角線の折り曲げ内側端部を支持する支点ローラと、この支点ローラに対して平角線を送る送り機構と、前記支点ローラのまわりを回動して前記支点ローラに沿って平角線を折り曲げるベンダと、前記支点ローラに沿って平角線を圧縮するプレス機構とを用い、前記支点ローラは、平角線の側面を当接させるローラシャフトと、このローラシャフトから拡がるフランジと、前記ローラシャフトを軸方向に摺動可能に支持するローラスリーブとを備え、前記ベンダが平角線を前記支点ローラに押し付けながら旋回する際に前記支点ローラに沿って折り曲げられる平角線を前記プレス機構が圧縮する折り曲げ行程と、前記送り機構が前記支点ローラに対して平角線を送る送り工程とを繰り返してエッジワイズコイルを形成し、前記折り曲げ工程にて平角線を前記支点ローラに沿って折り曲げる過程で前記支点ローラを回転駆動し、平角線を前記フランジと前記ローラスリーブの間に挟持しながら送り、前記送り機構は、前記巻線機構を搭載する支持台を送り方向に往復動させ、前記巻線機構によって折り曲げられた部位が前記支点ローラに引っ掛かった平角線を前方に送ることを特徴とするエッジワイズコイル巻線方法。
2. 平角線を折り曲げてエッジワイズコイルを形成する巻線機構を備えるエッジワイズコイル巻線装置において、前記巻線機構に対して平角線を送る送り機構を備え、前記巻線機構に平角線の折り曲げ内側端部を支持する支点ローラと、この支点ローラのまわりを回動して前記支点ローラに沿って平角線を折り曲げるベンダと、前記支点ローラに沿って平角線を圧縮するプレス機構とを備え、
   前記支点ローラは、平角線の側面を当接させるローラシャフトと、このローラシャフトから拡がるフランジと、前記ローラシャフトを軸方向に摺動可能に支持するローラスリーブとを備え、前記巻線機構は、平角線を前記支点ローラに沿って折り曲げる過程で前記支点ローラを回転駆動し、平角線を前記フランジと前記ローラスリーブの間に挟持しながら送る回転駆動機構を備え、前記ベンダが平角線を前記支点ローラに押し付けながら旋回する際に前記支点ローラに沿って折り曲げられる平角線を前記プレス機構が圧縮する折り曲げ行程と、前記送り機構が前記支点ローラに対して平角線を送る送り工程とを繰り返してエッジワイズコイルを形成する構成とし、前記送り機構は、前記巻線機構を搭載する支持台を送り方向に往復動させ、前記巻線機構によって折り曲げられた部位が前記支点ローラに引っ掛かった平角線を前方に送ることを特徴とするエッジワイズコイル巻線装置。
3. 平角線の折り曲げられた部位に摺接することにより平角線を前記支点ローラの回転面に対して傾斜させるピッチ送りガイドを備えたことを特徴とする請求項２に記載のエッジワイズコイル巻線装置。

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