JP4775183B2 - 巻線装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の固定子コアのポールに直接線材を巻回する巻線装置に関するものである。

モーターや発電機等の回転電機の固定子には、円筒形のヨークの内壁から中心に向けて突出したポールに線材を巻き付けて固定子巻線を形成したものが知られている。そしてこのような固定子巻線を形成するための巻線装置として、例えば、本願と同一出願人による特許文献１に記載された装置がある。特許文献１の巻線装置は、線材を繰り出すノズルを固定子の軸心側に配置して、このノズルをヨークの軸心に平行な方向の往復運動と、前記軸心を中心にした正逆回転運動を複合させてポールの軸心周りの回転運動をさせることにより線材をポールに巻回するものである。

図５は、引用文献１の巻線装置に類似の巻線装置を使って固定子コア１１０のポール１１２の一つに巻線を形成した状態を示す固定子コアの平面図である。固定子コアのポール１１２の先端には、幅及び高さの拡大した鍔部１１２ｂが形成されているが、このような巻線装置を使って線材１０２を巻回したとき、特に巻数あるいは線数を多くして占積率を高めようとした場合に、ノズル１２４の先端の線材の軌跡が内周側に集中して外周側に線材が充填されないスペースが生じ易くなると共に線材１０２が前記鍔部１１２ｂに乗り上げることがあった。

一方、特許文献２には占積率を高める巻線装置が記載されている。この巻線装置は、固定子の半径方向における巻線の位置を規制する手段、即ち固定子コアのポールの上下の端面に配置されるプッシャプレート及びプッシャピンを用いて巻線を固定子の外周側へ案内し、さらに固定子コアの外周より外側に配置されたガイド移動機構によって前記プッシャプレート及びピンを半径方向外側へ移動させることにより巻線を強制的にポールの半径方向外側へ押し込むように構成されている。この巻線装置では、一つの固定子コアへの線材の巻回を完了させた後に、前記プッシャプレート及びピンを前記ガイド機構のスライダから取り外し、次の固定子コアへの線材の巻回を開始する前に前記プッシャプレート及びピンを再び取り付けることが必要となる。従って、例えばポールの数が４と比較的少なくかつ大量生産の必要な固定子コアに引用文献２の装置を用いた場合には、プッシャプレート及びピンの着脱作業時間の占める比率が大きくなるという問題が生じる。

特開平９−３２２４９４号公報 特開２００３−２６４９６６号公報

本発明は、前述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、比較的簡易な手段により占積率の高い場合であっても固定子巻線を確実に形成できる巻線装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載された発明は、円筒形のヨーク（１１）と、ヨーク（１１）の内壁から円筒形の軸心に向かって突出するコア部（１２ａ）及び該コア部（１２ａ）の先端の鍔部（１２ｂ）を有する複数のポール（１２）とからなる固定子コア（１０）のポールのコア部（１２ａ）に線材（２）を巻き付ける巻線装置が、線材（２）が繰り出されるノズル（２４）を備えたノズル部（２０）と、固定子コア（１０）を保持するワーク保持部（３０）と、固定子コア（１０）の一方の端部に隣接して設けられた第１ガイド部材（４０）及び他方の端部に隣接して設けられた第２ガイド部材（５０）にして、鍔部（１２ｂ）より半径方向外側に位置する外形部分（４１，５１）をそれぞれ有する第１ガイド部材（４０）及び第２ガイド部材（５０）と、ノズル部（２０）並びに第１ガイド部材（４０）及び第２ガイド部材（５０）を軸心を中心に正逆回転させると共に、ノズル部（２０）を軸心に沿って往復直線移動させる駆動機構（６０）と、を具備し、第１ガイド部材（４０）及び第２ガイド部材（５０）は、ノズル部（２０）の往復直線移動を可能にする切欠き状のノズル通路（４２，５２）を外形部分（４１，５１）にそれぞれ有し、かつノズル部（２０）と一体的に回転されることを特徴としている。

第１ガイド部材及び第２ガイド部材は、ポールの鍔部より半径方向外側に位置する外形部分を有するものであるので、ポールのコア部に巻回される前の線材は必ず前記鍔部より外側を通ることとなる。これにより固定子コアの外周側の空間に形成できる巻線の量が増大すると共に、ポールの鍔部への線材の乗り上げが防止される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の巻線装置の第１ガイド部材（４０）及び第２ガイド部材（５０）が円筒形状であることを特徴としている。これにより、第１及び第２ガイド部材の製作を簡易に行うことができる。

請求項３に記載の発明では、第１ガイド部材（４０）及び第２ガイド部材（５０）の円筒外周面とノズル通路（４２，５２）の内壁面とがそれぞれ形成する稜線部がＣ面取り又はＲ面取りされた形状であることを特徴としている。これにより、ノズルの先端が第１及び第２ガイド部材の外周面より半径方向内側に位置している場合であっても、巻回工程中に線材を損傷することがない。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

次に添付の各図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。最初に、本実施例の巻線装置１が加工の対象とする回転電機の固定子コア１０を図１Ａ及びＢに示す。図１Ａは、円筒状の固定子コア１０の一端面を示す平面図であり、図１Ｂは図１ＡのＩ−Ｉ断面図である。この固定子コア１０は、円筒形のヨーク１１の内壁から円筒の軸心に向けて突出する４本のポール１２を等間隔で備えており、各ポール１２は、ヨーク内壁に結合し半径方向に延びるポールコア部１２ａと、該ポールコア部１２ａの先端に結合しポールコア部１２ａより幅及び高さが拡大した鍔部１２ｂとからなる。鍔部１２ｂは、回転電機の回転子（不図示）の半径よりやや大きな半径の円弧を有している。各鍔部１２ｂの間にはスロット１３が形成され、該スロット１３から後述するノズルが外周側に進入して線材の巻回が行われる。

図２Ａは、本発明の実施例による巻線装置１の主要部を表す正面図である。巻線装置１は、主要構成要素として、線材が繰り出されるノズル２４を備えたノズル部２０と、ノズル部２０の下方に配設されて固定子コア１０を保持するワーク保持部３０と、固定子コア１０の上端及び下端にそれぞれ隣接するように配設された円筒状の第１ガイド部材４０及び第２ガイド部材５０とを装置の縦軸線Ａｘに沿って具備している。巻線装置１は更に、ノズル部２０並びに第１及び第２ガイド部材を縦軸線Ａｘを中心に正逆回転させると共に、ノズル部２０を縦軸線Ａｘに沿って往復直線移動させる駆動機構６０も具備している。なお、固定子コアはその軸心が装置の縦軸線Ａｘに一致するようにセットされている。

前記ノズル部２０は、パイプ状の中空シャフト２１と、該シャフト２１の下端に連結された一対のノズル２４とを具備している。中空シャフト２１はその上側部分の外面にスプラインが形成されたスプライン部２２を備えており、前記スプライン部２２が、駆動機構６０の後述するスプライン軸受６８で支持されている。また中空シャフト２１はその下側部分の外面に、縦軸線Ａｘ方向に延びる二本の溝２３を有しており、前記二本の溝２３は、Ｕ字形の溝形状を有し、対向配置されている。前記一対のノズル２４は水平に対向して配置されており、それぞれの内部には半径方向に延在する水平穴２５を有している。また、ノズル２４の先端は固定子コア１０の鍔部１２ｂより半径方向外側に位置している。なお、線材２は、中空シャフト２１の中空部２６をとおって前記ノズル２４の水平穴２５から外部へ繰り出される。ノズル２４は、線材２を巻回するときには、後述する駆動機構６０によって正逆の回転運動と、固定子コア１０の全高以上のストロークでの往復直線運動をさせられる。

前記ワーク保持部３０は、縦軸線Ａｘに沿って貫通した保持穴３１を有する円筒形状をしており、その下端部には拡径したフランジ部３２を有し、該フランジ部３２がテーブル３３に載置され固定されている。保持穴３１の上側の部分は、固定子コア１０のヨーク１１の外径よりわずかに大きな内径を有しており、固定子コア１０が保持穴３１の上側部分に嵌めこまれる。また前記保持穴３１の下側部分には第２ガイド部材５０が挿入されている。なお、固定子コア１０をワーク保持部３０に装着する際には、図示しない昇降シリンダによってテーブル３３及びワーク保持部３０が下降させられて固定子コア１０の装着に必要な空間を生み出すようになっている。

図２Ｂは、図２ＡのＩＩ−ＩＩ矢視図であるが、第１ガイド部材４０及び第２ガイド部材５０とそれらに収容されたノズル２４のみを抽出して示した図である。第１ガイド部材４０及び第２ガイド部材５０は、共に略円筒形状を有しており、その円筒の外周面４１，５１がポールの鍔部１２ｂよりも半径方向外側に位置するような外形を有している。この状態は、第２ガイド部材５０については図２Ａに示されており、第１ガイド部材４０については、固定子コア１０とノズル２４と第１ガイド部材４０と巻線との配置関係を示す平面断面図である図３に示されている。これらガイド部材４０及び５０の内部にはノズル部２０の２つのノズル２４を収容できる大きさの中空部が形成されているが、ノズル２４の先端はこれらガイド部材の外周面４１，５１とほぼ同一の半径方向の位置を有している。したがって、第１及び第２ガイド部材の前記外周面が形成する外周壁部には、ノズル２４の先端部の幅よりやや幅広の細長いＵ字状の切欠きであるノズル通路４２，５２が二つずつ形成されている。このノズル通路４２，５２により、ノズル２４は縦軸線Ａｘ方向で固定子コア１０の全長より長いストロークでの往復移動が可能になると共に、ノズル２４がガイド部材内に収容されている場合においてもノズル２４の先端から線材２を繰り出すことが可能になる。また、ガイド部材の外周面４１，５１とノズル通路４２，５２の内壁面とが形成する稜線部には線材の直径の約２倍の大きさの図示しないＣ面取りが施されている。これは、ノズルの先端が前記外周面４１，５１より半径方向内側に設定された場合であっても、前記稜線部が線材を損傷することがないようにするためである。なお、Ｃ面取りに換えてＲ面取りで丸みを付けてもよい。

第１ガイド部材４０は、縦軸線Ａｘ方向には移動しないが、ノズル部２０の中空シャフト２１を介して回転力を伝えられて中空シャフト２１及び従ってノズル２４と共に回転するように構成されている。このため第１ガイド部材４０の上端部には、リング状のピン取付部材４３が結合され、該ピン取付部材４３には半径方向内側に突出するピン４４が２本対向して取り付けられており、この２本のピン４４が、前述した中空シャフト２１の二本の溝２３にそれぞれ係合することにより、第１ガイド部材４０は、一方では中空シャフト２１から回転力を受けて中空シャフト２１及び従ってノズル２４と共に回転することが可能になり、他方では第１ガイド部材４０に対する中空シャフト２１の縦方向の直線運動を許容する。

第２ガイド部材５０もノズル部２０と共に回転するように構成されており、また本実施例では固定子コア１０をセットする際にテーブル３３及びワーク保持部３０と共に下降するように構成されている。このため駆動機構６０が、図示しないサーボモータに連結され装置縦軸線Ａｘに平行に延在する主軸６１と、主軸６１の下部に結合された第１の歯付きプーリ６２と、第２ガイド部材５０の下端部に固定された第２ガイド部材スプライン軸６３と、前記スプライン軸６３を支持するスプライン穴を中心に有する第２の歯付きプーリ６４と、前記二つの歯付きプーリ間で動力を伝達する歯付きベルト６５と、第２ガイド部材スプライン軸６３を昇降させる不図示のリンクレバーを具備している。

駆動機構６０は更に、ノズル部の中空シャフト２１を回転させると共に往復直線移動をさせるために、前述の主軸６１の上部に結合されたピニオン６６と、ピニオン６６に噛み合う大歯車６７と、この大歯車６７の中心部に固定されたスプライン軸受６８と、中空シャフト２１を直線移動させる不図示のリンクレバーとを具備している。かくして、ノズル部の中空シャフト２１は、スプライン軸受６８から回転力を受けることが可能になると共に縦軸線Ａｘ方向の直線運動が可能になる。

次に、本実施例の巻線装置１がどのように作動して固定子コア１０に巻線を形成するかについて図２及び図４を参照して以下に説明する。

まず最初に、固定子コア１０をワーク保持部３０にセットするために、ワーク保持部３０と第２ガイド部材５０をそれぞれ昇降シリンダ（不図示）と駆動機構６０の作動により下降させ、固定子コア１０をワーク保持部３０の保持穴３１に嵌挿した後、ワーク保持部３０と第２ガイド部材５０を上昇させて所定の位置にセットする。このときノズル部２０はその直線移動ストロークの上死点にあり、また線材２はノズル２４の先端から延びて、図示しない巻き始め線クランプにクランプされている。

次に、縦軸線Ａｘ方向のノズル２４の往復運動と縦軸線Ａｘを中心にした所定の角度θ（本実施例ではθは約９０度）でのノズル２４の往復回転運動を複合させることによって、ポールのコア１２ａの半径方向の軸線周りに線材２を巻回させてポール１２に巻線を形成する。この線材２の巻回のやり方が図４に示されている。図４では、分かり易くするために第１ガイド部材は図から削除されているが、第１ガイド部材とノズル２４及び固定子コア１０との関係は図示された第２ガイド部材５０とそれらとの関係と同様である。また固定子コア１０のヨーク１１も分かり易くするために作図上は削除されている。

図４の（ａ）では、ノズル２４は巻線形成対象のポール１２の右上に位置している。このときノズル２４は図示しない第１ガイド部材のノズル通路内に位置している。次にノズル２４は（ｂ）で示されるようにそのまま下方へ移動し、さらに（ｃ）で示されるように第２ガイド部材のノズル通路５２に進入して、ストロークの下死点まで移動する。次いで、ノズル２４は（ｄ）に示されるようにストロークの下死点の高さで縦軸線Ａｘを中心に回転し、このとき第２ガイド部材５０もノズル２４と共に回転する。ノズル２４は（ｅ）に示されるように所定の角度θだけ回転するが、このときノズル２４の先端とポールのコア部１２ａとの間に延びる線材２は、第２ガイド部材５０の外周面５１がポールの鍔部１２ｂの半径方向外側の面よりも外側に位置しているので、必ず鍔部１２ｂの前記の面よりも外側に位置することとなり、鍔部１２ｂに乗り上げたり引っ掛かるようなことはない。

図示しないが、次にノズル２４は上昇して第１ガイド部材のノズル通路に進入してストロークの上死点まで移動した後、第１ガイド部材と共に前記（ｄ）（ｅ）の場合と逆方向に角度θだけ回転して一回りの線材２の巻回が完了する。このようなノズル２４の運動を所定の回数繰り返すことにより図３の固定子の平面図に示すように一つのポール１２の巻線形成が完了する。なお、図４では一つのノズル２４を図示して説明したが、図示されない他の一つのノズル２４も全く同じ運動をすることにより、本実施例の巻線装置１では、二つのポールに対する巻線加工が同時に行われる。

一つの固定子コア１０に対して所定の巻線形成が完了すると、線材２はその巻回されていない部分をカッター（不図示）によって切断されるのと同時に巻き始め線クランプ（不図示）によってクランプされる。そして再びワーク保持部３０及び第２ガイド部材５０が下降されて、巻線の形成された固定子コア１０が取り出される。

なお、本実施例の第１及び第２ガイド部材は円筒形の部材であったが、前記ガイド部材の形状は円筒形に限定されるものではなく、ポールコア部に巻き付く前の線材が鍔部１２ｂより半径方向外側に位置するように前記線材に接する外形部分を有するものであればどのような形状でもよい。

本発明の実施例において巻線を形成する固定子コアの平面図である。 図１ＡのＩ−Ｉ断面図である。 本発明の実施例の巻線装置の主要部を表す縦断面図である。 図２ＡのＩＩ−ＩＩ矢視図である。 固定子コアと、それに巻線を形成する前記巻線装置のノズル及び第１ガイド部材を示す平面図である。 前記巻線装置のノズルの運動を示す斜視図である。 固定子コアと、それに巻線を形成する従来技術の巻線装置のノズルを示す平面図である。

符号の説明

２ 線材
１０ 固定子コア
１２ｂ ポールの鍔部
２４ ノズル
３０ ワーク保持部
４０ 第１ガイド部材
５０ 第２ガイド部材
５１ 外周面
５２ ノズル通路
６０ 駆動機構

Claims (3)

1. 円筒形のヨーク（１１）と、前記ヨーク（１１）の内壁から前記円筒形の軸心に向かって突出するコア部（１２ａ）及び該コア部（１２ａ）の先端の鍔部（１２ｂ）を有する複数のポール（１２）とからなる固定子コア（１０）の前記ポールの前記コア部（１２ａ）に線材（２）を巻き付ける巻線装置であって、
   前記線材（２）が繰り出されるノズル（２４）を備えたノズル部（２０）と、
   前記固定子コア（１０）を保持するワーク保持部（３０）と、
   前記固定子コア（１０）の一方の端部に隣接して設けられた第１ガイド部材（４０）及び他方の端部に隣接して設けられた第２ガイド部材（５０）にして、前記鍔部（１２ｂ）より半径方向外側に位置する外形部分（４１，５１）をそれぞれ有する第１ガイド部材（４０）及び第２ガイド部材（５０）と、
   前記ノズル部（２０）並びに前記第１ガイド部材（４０）及び前記第２ガイド部材（５０）を前記軸心を中心に正逆回転させると共に、前記ノズル部（２０）を前記軸心に沿って往復直線移動させる駆動機構（６０）と、を具備し、
   前記第１ガイド部材（４０）及び前記第２ガイド部材（５０）は、前記ノズル部（２０）の前記往復直線移動を可能にする切欠き状のノズル通路（４２，５２）を前記外形部分（４１，５１）にそれぞれ有し、かつ前記ノズル部（２０）と一体的に回転されることを特徴とする巻線装置。
2. 前記第１ガイド部材（４０）及び前記第２ガイド部材（５０）が円筒形状であることを特徴とする、請求項１に記載の巻線装置。
3. 前記第１ガイド部材（４０）及び前記第２ガイド部材（５０）の円筒外周面と前記ノズル通路の内壁面とがそれぞれ形成する稜線部がＣ面取り又はＲ面取りされた形状であることを特徴とする、請求項２に記載の巻線装置。

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