JP4713222B2 - 巻線方法及び巻線装置 - Google Patents

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本発明は、複数本の導線をコアに巻回してコイルを形成する巻線方法、及び該巻線方法に好適に用いられる巻線装置に関する。
従来、コアに対して複数本の導線が整列するように巻回する巻線方法が知られている。複数本の導線を巻回することによりコイルにおける導線の占める割合(つまり占積率)を向上させることができ、しかも大電流の通電が可能となり好適である。複数本の導線を整列巻きする際、下層の導線に対して不規則に乗り上げることなく、正しく整列して巻回することが占積率向上等の観点から望ましい。この要望に対応するため、略並列な束状態とされた複数本の導線をコアを略水平な巻き付け面に対して所定角度傾斜させるとともに、傾斜した複数本のうち下方側の導線からコイルの巻きつけ面に順次巻き付ける巻線方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
この方法では、ガイドローラをコイル巻き付け面に対して傾斜させ、各導線をコアに対してややずらしながら巻回することで、新たに巻かれる導線が隣接する他の導線に対して乗り上げることなく正しく整列して好適である。
特開平7−194075号公報(図1)
ところで、前記特許文献1に記載された方法では、複数本の導線が束状態に集約されていることから、ガイドローラからコイルに導出される部分においては、隣接する導線同士で接触することが多い。したがって、通常の回転速度では正確に整列されて巻回されても、高速回転時には導線同士が接触することにより導線の跳ね上げが発生し、整列が乱れる懸念がある。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、高速回転時にも複数本の導線を整列よく巻き付け、巻回作業時間を短縮することのできるコイルの巻線方法及び巻線装置を提供することを目的とする。
本発明に係る巻線方法は、複数本の導線をコアに巻回してコイルを形成する巻線方法において、前記導線は、それぞれ角度配置の異なるノズルから供給され、前記コアの異なる断面角部に対して当接させるとともに、コイルの各巻回層で、前記コアに巻き付け済みの整列導線に近い方を先行させながら順次整列させながら巻き付けることを特徴とする。
また、本発明に係る巻線方法は、コアと複数本の導線とを前記コアの軸線に対して相対的に変位させるとともに、前記コアを回転させることにより前記導線を前記コアに巻回してコイルを形成する巻線方法において、前記複数本の導線のうち、前記コアに対して前記軸線に沿って巻回が進行する方向に対して後方配置の導線から順に位相を先行させて、前記コアの断面角部に当接させながら巻き付けることを特徴とする。
このように、進行方向後方の導線から位相を先行させ、巻き付け済みの整列導線に近い方から巻き付け、さらに各導線を異なる断面角部に当接させるように巻回することにより、高速回転時にも、供給時の導線相互の接触や、巻き付け時の跳ね返り、及び巻き付け後の乗り上げ等の現象が抑制され、コアに対して整列よく導線が巻き付けられる。
本発明に係る巻線装置は、コアを回転自在に保持する支持部と、複数本の導線をそれぞれ独立して前記コアに案内する複数のノズルと、前記コア又は前記ノズルの少なくとも一方を前記コアの軸線方向に沿って往復変位させる往復手段と、前記往復手段と連動し、前記支持部を回転させて前記コアに前記導線を巻き付け、複数の巻回層からなるコイルを形成させる回転手段と、前記コアの軸線からみて前記ノズルを夫々異なる角度に配置し、前記往復手段の往復動作が反転して巻回層が次層に移る際に、前記ノズルの配置角度を切り替える切替手段とを有することを特徴とする。
このように、巻回層が次層に移る際に切替手段を用いてノズルの配置角度を切り替えることにより、軸線の進行方向で後方の導線から順に前記コアに巻き付けられることになり、高速回転時にも供給時の導線相互の接触や、巻き付け時の跳ね返り、及び導線相互の乗り上げ等の現象が抑制され、コアに対して整列よく導線が巻き付けられる。
本発明に係る巻線方法及び巻線装置によれば、コアとノズルの相対的な往復動作における進行方向後方の導線から位相を先行させ、巻き付け済みの整列導線に近い方から巻き付け、さらに各導線を異なる断面角部に当接させるように巻回する。これにより、高速回転時にも、供給時の導線相互の接触や、巻き付け時の跳ね返り、及び巻き付け後の乗り上げ等の現象が抑制され、コアに対して整列よく導線が巻き付けられる。
以下、本発明に係る巻線方法及び巻線装置について実施の形態を挙げ、添付の図1〜図6を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施の形態に係る巻線装置10は、コア12に対して2本の導線14a、14bを巻回して複数層からなるコイル15を形成するための装置であって、複数のコア12を所定の間隔で保持する保持軸(支持部)16と、該保持軸16を回転させるメインモータ(回転手段)18と、保持軸16に対して平行に設けられたレール20と、該レール20に沿って移動可能なスライドテーブル22と、該スライドテーブル22上に設けられた左右一対のスライダー(往復手段)24と、巻線装置10を統括的に制御するコントローラ25とを有する。導線14a及び導線14bは同種で、同径である。コア12は軸方向視で略長方形であり、外側の巻回周面12aは4つの断面角部12dを有する。これらの断面角部12dは円弧又はC面の面取り形状となっている。つまり、断面角部12dは厳密な意味で「角」を形成している必要はなく、角度の異なる2つの平面部の交差する近傍で実質的に角部とみなされる箇所である。
保持軸16は一方が前記メインモータ18、他方が軸受ボックス26によって回転自在に支持されており、それぞれ両端のワンタッチ式のチャック28により着脱自在に接続されている。チャック28から保持軸16を取り外すことにより、コイル15が形成されたコア12が取り外され、新たなコア12に交換可能であり、各コア12は導線14a、14bが巻回される巻回周面12aが保持軸16を中心として外周側となるように、中心孔12bに保持軸16が挿入、固定される。つまり、保持軸16は各コア12の軸と一致している。
コア12は、同じ向きで、且つスペーサ等により所定間隔となるように配設されるとともに、キー構造等により保持軸16に対する回転ずれが防止され、また端部ピン12cにより導線14a、14bが巻回周面12aから外れることを防止している。
スライドテーブル22は内部にボールねじ機構を有しており、挿通されたボールねじ30を移動用モータ32で回転することにより、レール20に沿って移動する。ボールねじ30は、一端が移動用モータ32、他端が軸受ボックス26によって回転自在に保持されている。
各スライダー24は、スライドテーブル22の上面における左右端部で保持軸16と平行な向きに対称配置されており、スライド用モータ34と、該スライド用モータ34の回転作用により長手方向に直線運動する移動台(往復手段)36とをそれぞれ有する。スライド用モータ34はコントローラ25の作用下に回転制御され、移動台36は往復運動を行う。スライダー24にはリニアモータを用いてもよい。
2台のスライダー24における移動台36には、保持軸16を中心とする180°円弧形状の2本のノズルガイド40a、40bが軸方向に並列配置され、各下端部が2つの移動台36の上面にそれぞれ固定されている。
各ノズルガイド40a、40bの上面にはノズルユニット42a、42bに固定されたワイヤ44が配設される浅い溝がそれぞれ設けられており、一端の巻取モータ(切替手段)46の作用によりワイヤ44が巻き取られてノズルユニット42a、42bが移動する。ワイヤ44は他端の収納テンショナ48により弛みのないように適度な張力で引っ張られている。これにより、ノズルユニット42a、42bはノズルガイド40a、40bの周面に沿って保持軸16を中心とした任意の角度に独立的に配置可能である。ワイヤ44には所定のプッシュプルケーブル機構等を用いてもよい。
ノズルユニット42aは、ノズルガイド40aの上面に沿って摺動するベース部50と、ノズルガイド40aから内周方向に突出したガイド用のノズル52aと、外周方向に突出して設けられた2つのプーリ54、56とを有する。ノズル52aには上方から導線14aが挿通され、保持軸16の方向に向かって案内している。プーリ54及び56は、左右に並んで配設されており、それぞれの回転軸は保持軸16と平行に設定されている。
つまり、ノズルユニット42aがノズルガイド40aの頂部に配置されているとき、プーリ54及び56は導線14aを中心に対称位置になり、ノズルユニット42aが図1の右方向に移動したときには上側となるプーリ54が導線14aに接して案内作用を奏し、左方向に移動したときには上側となるプーリ56が案内作用を奏する。このプーリ54、56により、導線14aの過度の屈曲及び摺動が防止され、ノズル52aにスムーズに導入される。なお、ノズルユニット42bは、ノズルユニット42aと同構造であって、ノズルガイド40bに沿って周方向に移動し、導線14bをノズル52bにより案内する。図1上で、ノズルガイド40a及びノズルユニット42aは、ノズルガイド40b及びノズルユニット42bより手前側(以下、矢印A1方向といい、反対方向を矢印A2方向という。)に配置されている。ノズル52aとノズル52bの軸方向位置のずれは非常に小さく設定されており、供給される導線14a、14bは隣接してコア12に巻き取られる。なお、ノズル52a、52bは導線14a、14bのガイド用であることから、一般的な流体噴出用の円筒形状に限らず、例えば、中継プーリ64a、64bの位置に対応した断面U字形状等であってもよい。
導線14a、14bは、リール58a及び58bから個別の中継プーリ62a、62b及び中継プーリ64a、64bを経由してノズルユニット42a、42bに供給されている。中継プーリ64a、64bは、図示しない機構により上方に向かって弾性的に引き上げられており、導線14a、14bに適度な張力を与えている。
メインモータ18、移動用モータ32、スライド用モータ34及び巻取モータ46はそれぞれコントローラ25によって回転制御がなされ、連動動作する。つまり、メインモータ18が保持軸16を1回転させる間に、スライド用モータ34は移動台36を導線14a及び導線14bを並べた幅(つまり、導線14aの2本分の幅)だけ同期移動させるとともに、両端の端部ピン12c間の幅だけ移動する度に動作を反転し往復運動する。
なお、移動台36は、当初は端部ピン12c間の幅内で往復して導線14a、14bを巻回してコイルの下層及び中層部を形成するが、巻回の終盤でコイルの上層部を形成する際には、ティースに組み付け後のステータからみた外径方向部のみを重複的に巻回するように往復する位置を調整してもよい。
メインモータ18の回転により所定のコア12の巻回周面12aに所定数層に導線14a、14bが巻回されてコイル15が形成された後、移動用モータ32はスライドテーブル22をコイル15の配設間隔だけ移動させ、次のコア12に対して導線14a、14bが案内されるようにする。
巻取モータ46は、保持軸16からみてノズル52a、52bを夫々異なる角度に配置し、移動台36の往復動作が反転して導線14a、14bの巻回層が次層に移る度に、ノズル52a、52bの配置角度を切り替える。具体的には、導線14a及び14bのうち、コア12に対して軸線方向の進行方向で後方側の導線を位相で90°先行させてコア12の断面角部12dに当接させながら巻き付けるように移動させる。この際、ノズルユニット42a及び42bは、メインモータ18の回転数及びコア12の形状等に基づいて適当な種々の移動形態をとりうる。巻線装置10はベンチ66上に構成され、メインモータ18、レール20、スライドテーブル22及び軸受ボックス26等はベンチ66の上面に設けられている。
次に、このように構成される巻線装置10を用いてコア12の巻回周面12aに導線14a、14bを巻回してコイル15を形成する巻線方法について図2〜図6を参照しながら説明する。
先ず、保持軸16に対してコイル15が未形成の複数のコア12を所定間隔で取り付け、チャック28によりメインモータ18及び軸受ボックス26に回転自在に接続する。このとき、スライドテーブル22は図1における矢印A1方向側で、保持軸16における最も矢印A1方向側に設けられたコア12の下方に配置されるように設定する。
次に、導線14a及び導線14bをノズル52a、52bを通して、その端部を保持軸16上に設けられた係止部70に固定する。
この後、コントローラ25のスイッチを操作することにより、各コア12に対する導線14a、14bの自動巻回工程が開始される。自動巻回工程では、先ず、図2に示すように、ノズル52aを上方に配置するとともに、ノズル52bを右方に90°ずれた角度に配置する。ノズル52aとノズル52bの位置はこれに限らず、相対的に90°以上ずれた位置でノズル52aが反時計方向側、ノズル52bが時計方向側に配置されていればよい。
次に、図3に示すように、保持軸16を時計方向に回転させる。このとき、スライド用モータ34が同期動作を行い、保持軸16が1回転する間に移動台36及びノズル52a、52b矢印A2方向へ向かって導線14a及び導線14bを並べた幅だけ移動させる。したがって、導線14a及び14bは巻回周面12aに対して整列して巻回され、コイル15の第1層目が形成されることになる。このとき、ノズル52aはノズル52bに対して、軸線方向の進行方向で後方(つまり、矢印A1方向)であって、且つ導線14aを導線14bに対して位相で90°先行させながらコア12の断面角部12dに当接させながら巻き付けることになる。したがって、導線14a、14bは供給時に相互に接触することがなく、高速で巻き取る場合であっても、巻き付け時の跳ね返り、及び巻き付け後の乗り上げ等の現象が抑制され、コア12に対して整列よく導線が巻き付けられる。つまり、導線14a、14bは位相が十分にずれて巻回されることから相互の動的な影響がなく、しかも、それぞれ隣接する巻回済みの導線に沿って順次正しく巻回されることになる。
このようにして第1層目の巻回が行われ、導線14bが巻回周面12aにおける矢印A2方向端部まで巻き付けられた後、次層の第2層目の巻回を開始する。この際、保持軸16は一定速で回転させておきながら巻取モータ46を駆動し、図4に示すように、ノズル52aとノズル52bの配置角度が逆転するように切り替える。つまり、ノズル52aを時計方向に移動させ、ノズル52bを反時計方向に移動させる。この場合、ノズル52aはコア12が回転する方向と同方向に移動することになるが、ノズル52aの移動速度を保持軸16の回転速度と同じかやや遅い速度に設定しておくことにより、すでに巻回されている導線14aがほどけることが防止される。このようなノズル52aとノズル52bの位置の切り替え動作は、一度メインモータ18を停止させた状態で行ってもよい。
また、次層の2層目の巻回に移る際には、スライド用モータ34を逆転させて移動台36の移動を矢印A1方向へ移動させるが、この際の所定の短時間だけスライド用モータ34を停止させ、又は速度を低下させるとよい。これにより、図5に示すように、端部の導線14a、14bがそれぞれ端部において同じ箇所で2回巻回されて2層目の導線14a、14bが矢印A2方向の端部から正しく整列される。また、ノズル52aとノズル52bは角度配置が切り替えられるが、相対的な軸方向配置は一定であることから、供給される導線14a及び14bは交差することがなく、整然と配列される。さらに、巻回の方法は図5に示すような上層の導線14a、14bが下層に対して直上に配列されるような形式に限らず、例えば、隣接する導線14a、14bの間に形成される溝上に上層の導線14a、14bが配列されるようにしてもよい。
この後、図6に示すように2層目の巻回が行われる。図6から明らかなように、ノズル52bはノズル52aに対して、軸線方向の進行方向で後方(つまり、矢印A2方向)であって、導線14bを導線14aに対して位相で90°先行させ、コア12の断面角部12dに当接させながら巻き付けることになる。したがって、一層面の巻回時と同様に、導線14a、14bの巻き付け前の相互の接触や、巻き付け時の跳ね返り、及び巻き付け後の乗り上げ等の現象が抑制される。
第2層の巻回において、導線14aを矢印A1方向の端部まで巻き付けた後、次層の第3層目の巻回を開始する。この場合、1層目から2層目に移る際の動作と逆に、ノズル52aを反時計方向に移動させ、ノズル52bを時計方向に移動させ、配置角度が逆転するように切り替える。つまり、図2に示す角度配置に戻すことになる。この場合、ノズル52bの移動速度を保持軸16の回転速度と同じかやや遅い速度に設定しておくことにより、すでに巻回されている導線14bがほどけることが防止される。
第3層目の巻回は、第1層目の巻回と同様に行われ、以後、次層に移る度に、ノズル52aとノズル52bの角度配置が切り替えられながら巻回が続行される。つまり、奇数層においては導線14aを、偶数層においては導線14bをそれぞれ90°先行させながらコア12の断面角部12dに当接させながら巻回し、各層において導線14a、14bは正しく整列して巻回される。
規定の層まで巻回が終了した後、移動用モータ32を駆動してスライドテーブル22を矢印A2方向へ移動させ、コイル15が巻回されたコア12の隣のコア12の下部に配置させる。このようにして未巻回のコア12に対しても前記と同様に導線14a及び14bを順次巻回し、矢印A2方向端部のコア12まで巻回が終了した時点でメインモータ18を停止させる。導線14a及び導線14bをノズル52a、52bの近傍箇所で切断するとともにチャック28から保持軸16を取り外し、コイル15が形成された複数のコア12を取り外す。
上述したように、本実施の形態に係る巻線装置10及び巻線方法によれば、コア12とノズル52a、52bの相対的な往復動作における進行方向で後方の導線14a又は14bを先行して巻回し、さらに各導線14a、14bを異なる断面角部12dに当接させるように巻回することにより、高速回転時にも導線相互の接触や乗り上げ、及び跳ね返り等の現象が抑制され、コア12に対して整列よく導線が巻き付けられる。したがって、コイル15における隙間が減少し(つまり、導線14a、14bの占積率が向上し)適用される回転電機の出力向上が図られる。また、形成されるコイル15の導線14a、14bは相互の乗り上がり等がなく整然と整列されていることから振動が加わってもコイル15形状の形状が崩れることがなく、耐振動性の高い回転電機が得られる。
コア12に導線14a、14bを巻回する工程では接触、乗り上がり、跳ね返り等の発生する可能性が非常に小さいことから、保持軸16を高速回転することが可能であり、巻回工程に要する時間短縮化が図られる。
なお、上記の例では、コア12に対して2本の導線14a、14bを巻回する例について説明したが、3本以上の導線をそれぞれ独立したノズルから供給してもよい。この場合もコア12とノズルの相対的な進行方向の後方側から先行して対応する導線を巻回するとよい。また、導線14a、14bを巻回する対象はコア12に限らずボビンや所定の巻枠でもよい。
また、複数のコア12に対して導線14a、14bは途中工程で切断することなく連続的に巻回可能であることから、形成された各コイル間が渡り線により接続された状態として形成される。したがって、回転電機のステータに組み付けた後の渡り線の接続処理が不要であり、組み立て工程が簡便化されるとともに電気抵抗の低減が図られる。また、渡り線の接続用の接続具が不要であり、ステータの合理化及び軽量化を図ることができる。
本発明に係る巻線方法及び巻線装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることはもちろんである。
本実施の形態に係る巻線装置を示す斜視図である。 2本の導線を巻回する初期状態のコア及びその周辺の軸方向視断面図である。 第1層目の巻回を行っている状態のコアの斜視図である。 第1層目の巻回から第2層目の巻回に移行する状態のコアの斜視図である。 第1層目の巻回から第2層目の巻回に移行する状態のコアの一部拡大断面側面図である。 第2層目の巻回を行っている状態のコアの斜視図である。
符号の説明
10…巻線装置 12…コア
12a…巻回周面 12b…中心孔
12d…断面角部 14a、14b…導線
15…コイル 16…保持軸(支持部)
18…メインモータ(回転手段) 24…スライダー(往復手段)
32…移動用モータ 34…スライド用モータ
36…移動台(往復手段) 40a、40b…ノズルガイド
42a、42b…ノズルユニット 46…巻取モータ(切替手段)
52a、52b…ノズル

Claims (3)

  1. 複数本の導線をコアに巻回してコイルを形成する巻線方法において、
    前記複数本の導線を角度配置の異なるノズルから供給する供給ステップと、
    前記複数のノズルから供給された前記複数本の導線のうち前記コアに巻き付け済みの整列導線に近い方の導線が先行するように、該複数本の導線を順次整列させながら該コアに巻き付ける巻回ステップと、を行い、
    前記巻回ステップでは、先行する導線を前記コアの断面角部に対して当接させる第1当接ステップと、
    前記第1当接ステップ以降に後行する導線を該断面角部とは異なる断面角部に対して当接させる第2当接ステップとを行うことを特徴とする巻線方法。
  2. コアと複数本の導線とを前記コアの軸線に対して相対的に変位させるとともに、前記コアを回転させることにより前記導線を前記コアに巻回してコイルを形成する巻線方法において、
    前記複数本の導線のうち前記コアに対して前記軸線に沿って巻回が進行する方向に対して後方配置の導線から順に位相先行するように、該複数本の導線を前記コアに巻き付ける巻回ステップを行い、
    前記巻回ステップでは、先行する導線を前記コアの断面角部に対して当接させる第1当接ステップと、
    前記第1当接ステップ以降に後行する導線を該断面角部とは異なる断面角部に対して当接させる第2当接ステップとを行うことを特徴とする巻線方法。
  3. コアを回転自在に保持する支持部と、
    複数本の導線をそれぞれ独立して前記コアに案内する複数のノズルと、
    前記コア又は前記複数のノズルの少なくとも一方を前記コアの軸線方向に沿って往復変位させる往復手段と、
    前記往復手段と連動し、前記支持部を回転させて前記コアに前記複数本の導線を巻き付け、複数の巻回層からなるコイルを形成させる回転手段と、
    前記コアの軸線からみて前記ノズルを夫々異なる角度に配置し、前記往復手段の往復動作が反転して巻回層が次層に移る際に、前記ノズルの配置角度を切り替える切替手段とを有し、
    前記切替手段は、前記コアを回転させた状態で、該コアの軸線回りに前記ノズルの夫々を移動させることを特徴とする巻線装置。
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