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

Description

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が先行するように、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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