JP4917853B2 - 巻線装置及び巻線方法 - Google Patents

Description

本発明は、多極電機子の磁極に線材を巻線する巻線装置、及びその巻線方法に関するものである。

発電機や電動機を構成する多極電機子（ステーター）の磁極に、フライヤから繰り出される線材を巻線するフライヤ式の巻線装置において、線材を案内するフォーマを使用したものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開平１０−２５７７２４号

しかしながら、従来のフォーマを備えたフライヤ式の巻線装置は、磁極に線材を多層に巻線する過程にて線材の整列巻きに乱れが生じることがあり、改良の余地があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、磁極に線材を多層に巻線する場合でも、安定した整列巻きを行うことができる巻線装置及び巻線方法を提供することを目的とする。

本発明は、多極電機子における磁極の周囲を回動すると共に前記磁極径方向に移動して前記磁極に対して線材を巻線するフライヤと、前記磁極を挟持するように配設され、前記フライヤの移動に伴って前記磁極径方向へ移動して前記フライヤから繰り出された線材を前記磁極に対して案内する一対のフォーマとを備え、前記多極電機子の各磁極に線材を多層に巻線する巻線装置であって、前記一対のフォーマはそれぞれ分離可能な分割フォーマにて構成され、前記一対のフォーマを、前記磁極を挟んで前記多極電機子の回転軸方向に互いに離接するように移動させる第一の移動機構と、前記分割フォーマを、前記磁極の幅方向に互いに離接するように移動させる第二の移動機構とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、磁極の周囲に線材が多層に巻線され、線材が多極電機子の回転軸方向及び磁極の幅方向に広がっていく場合でも、一対のフォーマは、第一の移動機構及び第二の移動機構によって線材の広がりに合せて移動するため、線材は常にフォーマに案内されることとなる。したがって、安定した整列巻きを行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１及び図２を参照して本発明の実施の形態に係る巻線装置１００について説明する。図１は巻線装置１００を示す断面図であり、図２は巻線装置１００の要部斜視図である。

巻線装置１００は、発電機や電動機を構成する多極電機子１（ステーター）の複数の磁極２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・・）の周囲に線材３を多層に巻線する装置であり、線材３を繰り出しながら磁極２の周囲を回動するフライヤ４を用いて巻線を行うフライヤ式の巻線装置である。

巻線装置１００は、各部材が配置される基台５上に、多極電機子１の磁極２に対して線材３を自動で巻線する巻線機構６と、多極電機子１を回転させることによって磁極２を順次に巻線位置に送るインデックス機構７とを備える。

多極電機子１は、図２に示すように、環状部１ａと、この環状部１ａから径方向外側に向かって放射状に突出した複数の磁極２とを備え、各磁極２の間にはスロット１ｂが開口している。

磁極２の断面は４角形であり、磁極２の外周面は平滑状の４平面からなる。各磁極２の先端には鍔部２ａが形成されている。

インデックス機構７は、インデックスモータ９と、インデックスモータ９の出力軸９ａに連結され多極電機子１の回転軸と同軸上に延在する支持軸１０と、支持軸１０に連結され多極電機子１を水平に載置するインデックス台１１とを備える。

多極電機子１は、環状部１ａの貫通孔１ｃにインデックス台１１の軸１１ａが挿通した状態にてインデックス台１１上に載置されると共に、後述する電機子押え部材９６にてインデックス台１１とは反対方向（図１では上方）からインデックス台１１に対して押圧されることによって、インデックス台１１上に支持される。

インデックスモータ９が駆動することによって、インデックス台１１に支持された多極電機子１はインデックス台１１の軸１１ａを回転軸として回転する。

多極電機子１は、インデックス台１１に支持された状態にて磁極２への巻線が行われ、その磁極２への巻線作業終了後には、インデックスモータ９の駆動によって回転し、次に巻線される磁極２が巻線位置に送られる。このように、インデックス機構７は、多極電機子１の磁極２を巻線機構６に対向する巻線位置に順次に送り、巻線機構６は巻線位置に送られた磁極２に対して巻線を行う。

巻線機構６は、線材３を繰り出すと共に磁極２の周囲を回動して磁極２に対して線材３を巻線するフライヤ４と、フライヤ４から繰り出された線材３を磁極２に対して案内する一対のフォーマ１５，１６と、フォーマ１５，１６を移動させるフォーマ移動機構１７と、フライヤ４及びフォーマ１５，１６を巻線位置における磁極２の径方向に移動させるトラバース機構１８とを備える。

以下に、巻線機構６について説明する。

基台５上にはトラバース機構１８が設けられ、トラバース機構１８の駆動によって移動する移動台２１にはフライヤ４とフォーマ１５，１６とが取り付けられた第一ヘッド２２が立設している。

第一ヘッド２２は、軸受２３を介して回転自在である円筒形状の第一スピンドル軸２４を支持すると共に、第一スピンドル軸２４の内周に軸受２５を介して回転不能の第一中心体２６を支持している（第一中心体２６を回転不能とする構造については後述する）。

第一スピンドル軸２４の先端には環状の鍔部２４ａが一体に設けられ、鍔部２４ａには多極電機子１に向けて延在するフライヤ４が取り付けられている。このように、フライヤ４は、第一スピンドル軸２４の回転軸から偏心した位置に取り付けられている。

フライヤ４は、線材３の案内用のローラ４ａを有し、先端に設けられたノズル２７から線材３を繰り出す。

第一スピンドル軸２４の先端近傍には、プーリ２８が取り付けられている。また、移動台２１にはフライヤ回転モータ２９が設けられ、フライヤ回転モータ２９の出力軸にはプーリ３０が取り付けられている。プーリ２８とプーリ３０とはベルト３１を介して連結されている。これにより、フライヤ回転モータ２９が駆動すると、第一スピンドル軸２４が回転し、フライヤ４が第一スピンドル軸２４の回転軸を中心に回動する。

なお、第一スピンドル軸２４には、線材３が挿通する貫通孔２４ｂが形成されている。

第一中心体２６の内部は中空に形成され、両端部には第一スピンドル軸２４の回転軸と同軸上に貫通孔２６ａが形成されている。両端部の貫通孔２６ａには円筒体４３が圧入され、その円筒体４３の内周には第一ヘッド２２を挿通するロッド４４がスプライン係合している。

ロッド４４は、軸方向、つまりフライヤ４の回転軸方向に移動可能に構成され（ロッド４４の移動機構については後述する）、第一中心体２６に対して相対移動する。ロッド４４の端部には、先端がテーパ形状４５ａに形成されたカム４５が連結されている。

第一中心体２６には、第一スピンドル軸２４の回転軸と平行に貫通する一対の貫通孔２６ｂ，２６ｃが形成されている。一対の貫通孔２６ｂ，２６ｃは、第一スピンドル軸２４の回転軸を中心として鉛直方向に互いに対称に設けられている。

貫通孔２６ｂ，２６ｃにはスラストブッシュ４６ａ，４６ｂが挿入され、スラストブッシュ４６ａ，４６ｂの内周にはロッド４７ａ，４７ｂが摺動自在に挿入されている。

ロッド４７ａ，４７ｂは、軸方向に移動可能に構成され（ロッド４７ａ，４７ｂの移動機構については後述する）、ロッド４７ａ，４７ｂの端部には、先端がテーパ形状４８ｃに形成されたカム４８ａ，４８ｂが連結されている。

第一中心体２６の先端面には、第一スピンドル軸２４の開口端部から突出する一対の中継板３２が取り付けられ、中継板３２の先端にはフォーマ１５，１６を支持するフォーマ支持板３３が取り付けられている。

図２に示すように、フォーマ支持板３３の端面には、多極電機子１の回転軸方向（鉛直方向）に延在したガイドレール３４が設けられ、ガイドレール３４にはガイドレール３４に沿って移動可能な一対の鉛直移動板３５（３５ａ，３５ｂ）が係合している。一対の鉛直移動板３５ａ，３５ｂは、双方に連結された弾性部材としてのスプリング３６にて互いに近づく方向に付勢されている。

一対の鉛直移動板３５ａ，３５ｂのそれぞれには水平方向に延在したガイドレール３７ａ，３７ｂが設けられ、ガイドレール３７ａ，３７ｂのそれぞれにはガイドレール３７ａ，３７ｂに沿って移動可能な水平移動板３８，３９が係合している。

水平移動板３８，３９は、それぞれ一対の移動板（３８ａと３８ｂ，３９ａと３９ｂ）からなり、それぞれの一対の移動板（３８ａと３８ｂ，３９ａと３９ｂ）は双方に連結された弾性部材としてのスプリング４０ａ，４０ｂにて互いに近づく方向に付勢されている。

水平移動板３８，３９のそれぞれにはフォーマ１５，１６が、フライヤ４の回転軸を中心として互いに対称な位置に取り付けられている。

フォーマ１５は、分割可能な分割フォーマ１５ａ，１５ｂにて構成され、分割フォーマ１５ａ，１５ｂには互いに嵌合する凹凸構造が形成されている。

分割フォーマ１５ａ，１５ｂはそれぞれ移動板３８ａ，３８ｂに取り付けられている。したがって、分割フォーマ１５ａ，１５ｂは、通常の状態ではスプリング４０ａの作用によって一体である。

フォーマ１５の端面は曲面状に形成され、巻線時に磁極２に対向する先端部は先細形状に形成されている。フライヤ４から繰り出された線材３は、フォーマの曲面に沿って滑り落ちて磁極２に案内される。

フォーマ１６も分割フォーマ１６ａ，１６ｂにて構成され、形状はフォーマ１５と同じであるため説明を省略する。

一対の鉛直移動板３５ａと３５ｂとの対向する面３５ｃは対称な斜面状に形成されている。ロッド４４先端のカム４５は、前進することによってフォーマ支持板３３の開口部３３ａを挿通して斜面３５ｃに当接するように配置されている。

カム４５のテーパ形状４５ａは、斜面３５ｃに対応する形状に形成されているため、カム４５が一対の鉛直移動板３５ａと３５ｂとの間を前進してテーパ形状４５ａが斜面３５ｃに当接することによって、一対の鉛直移動板３５ａと３５ｂは、スプリング３６の付勢力に抗して押し広げられ互いに離れる方向、つまり鉛直方向に移動する。このように、カム４５を前進させることによって一対のフォーマ１５と１６は互いに離れる方向に移動し、カム４５を後退させることによって一対のフォーマ１５と１６はスプリング３６の付勢力によって近づく方向に移動する。

なお、鉛直移動板３５ａ，３５ｂ、スプリング３６、及びカム４５が、一対のフォーマ１５，１６を多極電機子１の回転軸方向に互いに離接するように移動させる第一の移動機構に該当する。

一対の移動板３８ａと３８ｂとの対向する面３８ｃも対称な斜面状に形成されている。ロッド４７ａ先端のカム４８ａは、前進することによってフォーマ支持板３３の開口部３３ａを挿通して斜面３８ｃに当接するように配置されている。

カム４８ａのテーパ形状４８ｃは、斜面３８ｃに対応する形状に形成されているため、カム４８ａが一対の移動板３８ａと３８ｂとの間を前進してテーパ形状４８ｃが斜面３８ｃに当接することによって、一対の移動板３８ａと３８ｂは、スプリング４０ａの付勢力に抗して押し広げられ互いに離れる方向、つまり水平方向に移動する。このように、カム４８ａを前進させることによって一対の分割フォーマ１５ａと１５ｂは互いに離れる方向に移動し、カム４８ａを後退させることによって一対の分割フォーマ１５ａと１５ｂはスプリング４０ａの付勢力によって近づく方向に移動する。

なお、移動板３８ａ，３８ｂ、スプリング４０ａ、及びカム４８ａが、分割フォーマ１５ａ，１５ｂを磁極２の幅方向に互いに離接するように移動させる第二の移動機構に該当する。

一対の移動板３９ａと３９ｂとの対向する面３９ｃも対称な斜面状に形成され、一対の分割フォーマ１６ａと１６ｂも、カム４８ｂの前進及び後退によって、一対の分割フォーマ１５ａと１５ｂと同様の動作をする。したがって、移動板３９ａ，３９ｂ、スプリング４０ｂ、及びカム４８ｂも第二の移動機構である。

第一中心体２６の先端面には、図２に示すように、フライヤ４の回転軸と平行な一対の支持軸１１１がフォーマ支持板３３を挟むようにして設けられている。一対の支持軸１１１のそれぞれには、スプリング１１２を介して板状部材１１３が摺動自在に挿入され、支持軸１１１の先端には板状部材１１３の抜け止めのボルト１１４が螺合している。このように、スプリング１１２は、板状部材１１３の移動によって、板状部材１１３と第一中心体２６の先端面との間にて圧縮可能なように構成されている。

一対の板状部材１１３は、一対のフォーマ１５と１６の間を通る連結板１１５によって一体に形成されている。連結板１１５の中央部には巻線時に多極電機子１の磁極２の外周面に当接し多極電機子１の回転を規制する電機子回転止め部材１１６が取り付けられている。

電機子回転止め部材１１６が多極電機子１の磁極２の鍔部２ａ外周面に当接することによって、スプリング１１２は一対の板状部材１１３にて圧縮されるため、電機子回転止め部材１１６は磁極２に対して反力を付与する。この反力によって多極電機子１の回転は規制される。なお、電機子回転止め部材１１６は、便宜上図１への図示を省略している。

トラバース機構１８は、図１に示すように、基台５に設けられたトラバースモータ５０と、トラバースモータ５０の出力軸に連結されフライヤ４の回転軸方向に延在するボールねじ５１と、ボールねじ５１が螺合すると共に移動台２１に固定された移動体５２ａと、基台５上にボールねじ５１と平行に配置され移動体５２ａを案内するガイドレール５３と、移動台２１に固定されると共にガイドレール５３に案内される移動体５２ｂとを備える。

トラバースモータ５０が駆動すると、移動体５２ａと５２ｂはガイドレール５３に案内され、第一ヘッド２２を載置する移動台２１はフライヤ４の回転軸方向に移動する。このように、トラバースモータ５０を駆動することによって、フライヤ４及びフォーマ１５，１６をフライヤ４の回転軸方向に移動させることができる。トラバース機構１８は、磁極２への線材３の巻線中、磁極２の周囲に線材３を一周巻線する毎に線材３を磁極２の径方向へ線材３の外径分移動させるために用いられるものである。

次に、フォーマ移動機構１７について説明する。

フォーマ移動機構１７は、ロッド４４を軸方向に移動させることによってフォーマ１５と１６を鉛直方向に移動させるフォーマ鉛直移動機構５５と、ロッド４７ａ，４７ｂを軸方向に移動させることによって分割フォーマ１５ａと１５ｂ，分割フォーマ１６ａと１６ｂを水平方向に移動させるフォーマ水平移動機構５６とからなる。フォーマ鉛直移動機構５５及びフォーマ水平移動機構５６は、基台５上における第一ヘッド２２後方に配置されたフレーム５７に支持される。

まず、フォーマ水平移動機構５６について説明する。

フレーム５７には、フライヤ４の回転軸と平行なガイド軸５８が上方と下方に二つ固定されている。

ガイド軸５８は第一ヘッド２２と略平行な第二ヘッド６０を挿通している。第二ヘッド６０は二つのガイド軸５８に支持されると共に、そのガイド軸５８に沿って移動可能である。

第二ヘッド６０は、軸受６１を介して回転自在である円筒形状の第二スピンドル軸６２を支持すると共に、第二スピンドル軸６２の内周に軸受６３を介して回転不能である円筒形状の第二中心体６４を支持している（第二中心体６４を回転不能とする構造については後述する）。

第二スピンドル軸６２の後端には、プーリ６５が取り付けられている。また、第二ヘッド６０の頂面には第二スピンドル軸回転モータ６６が設けられ、第二スピンドル軸回転モータ６６の出力軸にはプーリ６７が取り付けられている。プーリ６５とプーリ６７とはベルト６８を介して連結されている。これにより、第二スピンドル軸回転モータ６６が駆動すると、第二スピンドル軸６２が回転する。

第二スピンドル軸６２は、回転軸が第一スピンドル軸２４の回転軸と同軸上であり、かつ第一スピンドル軸２４の回転に同期して回転する。

なお、第二スピンドル軸６２には、線材３が挿通する貫通孔６２ａが形成されている。

第二中心体６４には、第一中心体２６の貫通孔２６ａと同軸上に貫通孔６４ａが形成され、貫通孔６４ａには円筒体７０が圧入されている。

円筒体７０の内周には、第一中心体２６に支持されたロッド４４がスプライン係合し、ロッド４４は第二ヘッド６０を挿通している。ロッド４４は、軸方向に移動可能であり、第二中心体６４に対して相対移動する。

第二中心体６４には、第一中心体２６の貫通孔２６ｂ，２６ｃと同軸上に貫通孔６４ｂ，６４ｃが形成されている。貫通孔６４ｂ，６４ｃには第一中心体２６に挿入されたロッド４７ａ，４７ｂが挿入され、ボルトによって第二中心体６４に固定されている。

フレーム５７の前面にはフォーマ水平移動モータ７１が固定され、フォーマ水平移動モータ７１の出力軸に連結されたボールねじ７２は、第二ヘッド６０の下部に螺合している。これにより、フォーマ水平移動モータ７１が駆動すると、第二ヘッド６０はガイド軸５８に沿って移動し、第二中心体６４に固定されたロッド４７ａ，４７ｂは軸方向に移動する。

このように、フォーマ水平移動モータ７１を駆動することによって、ロッド４７ａ，４７ｂ先端のカム４８ａ，４８ｂを前進させることができ、分割フォーマ（１５ａと１５ｂ，１６ａと１６ｂ）を水平方向に互いに離れるように移動させることができる。

次に、フォーマ鉛直移動機構５５について説明する。

ガイド軸５８は第二ヘッド６０と略平行な第三ヘッド７５も挿通している。第三ヘッド７５も第二ヘッド６０と同様、二つのガイド軸５８に支持されると共に、そのガイド軸５８に沿って移動可能である。

第三ヘッド７５は、軸受７６を介して回転自在である円筒形状の第三スピンドル軸７７を支持すると共に、第三スピンドル軸７７の内周に軸受７８を介して回転不能である有底筒状の第三中心体７９を支持している。

第三スピンドル軸７７の後端には、プーリ８０が取り付けられている。また、第三ヘッド７５の頂面には第三スピンドル軸回転モータ８１が設けられ、第三スピンドル軸回転モータ８１の出力軸にはプーリ８２が取り付けられている。プーリ８０とプーリ８２とはベルト８３を介して連結されている。これにより、第三スピンドル軸回転モータ８１が駆動すると、第三スピンドル軸７７が回転する。

第三スピンドル軸７７は、第三スピンドル軸７７の回転軸が、フライヤ４の回転軸、つまり第一スピンドル軸２４及び第二スピンドル軸６２の回転軸とは偏心するように、第三ヘッド７５に支持されている。しかし、第三スピンドル軸７７は、第一スピンドル軸２４及び第二スピンドル軸６２の回転に同期して回転する。

なお、第三スピンドル軸７７には、線材３が挿通する貫通孔７７ａが形成されている。

第三スピンドル軸７７の回転中心である第三中心体７９の底面中心は、Ｌ字型の拘束板８４を介してロッド４４の後端部に連結されている。このように、第一中心体２６及び第二中心体６４の中心軸と、第三中心体７９の中心軸とは偏心して連結されるため、それぞれの中心体２６，６４，７９の回転は拘束される。

フレーム５７の背面にはフォーマ鉛直移動モータ８５が固定され、フォーマ鉛直移動モータ８５の出力軸に連結されたボールねじ８６は、第三ヘッド７５の下部に螺合している。これにより、フォーマ鉛直移動モータ８５が駆動すると、第三ヘッド７５はガイド軸５８に沿って移動し、第三中心体７９に拘束板８４を介して連結されたロッド４４は軸方向に移動する。

このように、フォーマ鉛直移動モータ８５を駆動することによって、ロッド４４先端のカム４５を前進させることができ、一対のフォーマ１５と１６を鉛直方向に互いに離れるように移動させることができる。

次に、インデックス機構７近辺に配置される機構について説明する。

まず、多極電機子１をインデックス台１１に対して押圧することによって、インデックス台１１との間にて保持するワーク押え機構８８について説明する。

ワーク押え機構８８は、基台５上に立設した支柱８９の端部に固定された電機子押えモータ９０と、電機子押えモータ９０の出力軸に連結され多極電機子１の回転軸方向に延在するボールねじ９１と、ボールねじ９１が螺合する移動体９２と、支柱８９に鉛直方向に延在して配置され移動体９２を案内するガイドレール９３とを備える。

移動体９２の側面には軸受９４を介して回転自在なロッド９５が設けられている。ロッド９５は、多極電機子１の回転軸と同軸上に配置され、ロッド９５の先端には多極電機子１の環状部１ａに当接するコの字形状の電機子押え部材９６が連結されている。

電機子押えモータ９０が駆動すると、移動体９２がガイドレール９３に案内され、電機子押え部材９６は多極電機子１の回転軸方向に移動する。このように、電機子押えモータ９０を駆動することによって、電機子押え部材９６はインデックス台１１上に載置された多極電機子１の環状部１ａ上面に当接し、多極電機子１をインデックス台１１に対して押圧する。これにより、多極電機子１は、インデックス台１１と電機子押え部材９６との間にて保持される。

なお、電機子押え部材９６に連結されたロッド９５は軸受９４を介して支持されているため、インデックスモータ９の駆動による多極電機子１の回転中、電機子押え部材９６は多極電機子１に従属して回転する。

多極電機子１の周囲には、フライヤ４から繰り出される線材３が、巻線すべき磁極２の両側にある磁極に引っかかることを防止するために、巻線すべき磁極２の両側にある磁極の鍔部２ａをそれぞれ覆う一対のサイドフォーマ９７が配設されている(図１及び３参照)。

サイドフォーマ９７は、先端に向かって先細となるような曲面状に形成され、基台５に立設した支柱９８に支持され、図示しない機構によって移動可能に構成されている。

巻線装置１００は、多極電機子１の鉛直位置（高さ）をフライヤ４の回転軸と一致させるための電機子移動機構９９を備える。

電機子移動機構９９は、基台５上に配置された支柱１０１と、支柱１０１の頂面に配置された電機子移動モータ１０２と、電機子移動モータ１０２の出力に連結され多極電機子１の回転軸方向（鉛直方向）に延在するボールねじ１０３と、ボールねじ１０３が螺合する移動体１０４と、支柱１０１に鉛直方向に延在して配置され移動体１０４を案内するガイドレール１０５とを備える。

移動体１０４は、インデックスモータ９を載置するインデックスモータ載置台１０６に連結されている。また、インデックスモータ載置台１０６を中心としてボールねじ１０３の反対側には鉛直方向に延在するガイドロッド１０７が配置され、ガイドロッド１０７にはインデックスモータ載置台１０６に連結された移動体１０８が摺動自在に挿入されている。

電機子移動モータ１０２が駆動すると、移動体１０４がガイドレール１０５に案内されると共に移動体１０８がガイドロッド１０７を摺動し、インデックスモータ載置台１０６は鉛直方向に移動する。これにより、インデックス台１１に支持された多極電機子１は、鉛直方向に移動する。

このように、電機子移動機構９９における電機子移動モータ１０２を駆動することによって、多極電機子１の鉛直位置（高さ）をフライヤ４の回転軸と一致させることが可能となる。なお、電機子移動機構９９が軸位置合せ機構に該当する。

次に、巻線装置１００の動作について図３及び図４も参照しつつ説明する。図３及び図４は巻線時におけるフォーマ１５，１６の動作を示す図であり、図３は１層目を巻線している状態の図であり、図４は６層目を巻線している状態の図である。なお、図３及び図４において、（ａ）図は磁極２の側面図であり、（ｂ）図は磁極２の平面図である。

巻線装置１００の動作は、巻線装置１００に搭載されたコントローラ（図示せず）によって自動制御される。

まず、巻線を行う前の準備として、線材供給源（図示せず）から供給される線材３を、テンション装置（図示せず）を経てフレーム５７の後部から、第三スピンドル軸７７の貫通孔７７ａ、第二スピンドル軸６２の貫通孔６２ａ、第一スピンドル軸２４の貫通孔２４ｂに順番に通す。そして、フライヤ４に設けたローラ４ａを介してフライヤ先端のノズル２７に導く。

ノズル２７から繰り出された線材３は、多極電機子１の環状部１ａに設けられたピン１ｄに係止される。

次に、多極電機子１を、貫通孔１ｃに軸１１ａが挿通するようにしてインデックス台１１に載置する。この状態にて、多極電機子１と巻線機構６との位置合せを行なう。

まず、電機子移動機構９９の電機子移動モータ１０２を駆動することによって、多極電機子１の鉛直位置（高さ）とフライヤ４の回転軸とを一致させる。つまり、巻線すべき磁極２の巻中心軸とフライヤ４の回転軸とが同じ高さとなるように調整する。調整後、電機子押えモータ９０を駆動することによって電機子押え部材９６を多極電機子１に向けて下降させ環状部１ａに押し付ける。これにより、多極電機子１は、インデックス台１１と電機子押え部材９６との間にて支持される。

次に、インデックスモータ９を駆動することによって多極電機子１を回転させ、複数の磁極２のうち巻線すべき磁極を巻線位置に設定する。具体的には、図２に示すように、巻線すべき磁極２（図２では磁極２Ａ）の径方向とフライヤ４の回転軸方向とを一致させる。このように、フライヤ４の回転軸に対向する位置が巻線位置である。

以上の多極電機子１の巻線位置への位置合せは、磁極２近傍に設けたセンサ等の検知器を用いて磁極２の位置を検出し、その検出した情報を基に行われる。

次に、トラバース機構１８のトラバースモータ５０を駆動することによって第一ヘッド２２を前進させ、フライヤ４及びフォーマ１５，１６を巻線位置に配置された磁極２の基端部に配置する。

この第一ヘッド２２の前進にて、フォーマ１５と１６との間に配置された電機子回転止め部材１１６は、巻線位置に配置された磁極２の鍔部２ａ外周面に当接し、第一中心体２６に対して近づく方向に移動する。これに伴い、スプリング１１２は、第一中心体２６の先端面と板状部材１１３との間にて圧縮される。これにより、電機子回転止め部材１１６は、磁極２に対して反力を付与するため、多極電機子１の回転は規制される。

フォーマ１５と１６は、カム４５が一対の鉛直移動板３５ａと３５ｂに当接していない状態であり、図３（ａ）に示すように、互いの先端部にて磁極２を挟持するように配置される。

分割フォーマ（１５ａと１５ｂ，１６ａと１６ｂ）は、カム４８ａ，４８ｂが一対の移動板（３８ａと３８ｂ，３９ａと３９ｂ）に当接していない状態であり、図３（ａ）に示すように、スプリング４０ａ，４０ｂの付勢力にて一体である。分割フォーマが一体の状態では、分割フォーマの幅は、図３（ｂ）に示すように磁極２の幅よりも僅かに広い。具体的には、巻線性を考慮して磁極２の幅に線材３の２外径分を加えた程度の幅が望ましい。

次に、一対のサイドフォーマ９７を、図３（ｂ）に示すように、巻線すべき磁極２の両側にある磁極の鍔部２ａをそれぞれ覆うように配置する。

以上が巻線を行う前の準備であり、この状態で巻線が開始される。

フライヤ４が磁極２の鉛直上方に位置した状態にて、フライヤ回転モータ２９を駆動してフライヤ４を回転させ、フライヤ４から繰り出される線材３を磁極２の周囲に巻回する。

なお、フライヤ４の回転に同期させて、第二スピンドル軸６２及び第三スピンドル軸７７を回転させる。これにより、線材供給源から供給される線材３は捻れることなく、ノズル２７に案内される。

フライヤ４が磁極２の鉛直上方から鉛直下方までの１８０°回転する過程では、フライヤ４から繰り出された線材３は、サイドフォーマ９７に当接しその斜面に沿って案内されると共に、次にフォーマ１５に当接しその曲面を滑り落ちて磁極２に案内され、磁極２に巻き付けられる。

そして、フライヤ４が磁極２の鉛直下方から鉛直上方までの１８０°回転する過程では、フライヤ４から繰り出された線材３は、サイドフォーマ９７に当接しその斜面に沿って案内されると共に、次にフォーマ１６に当接しその曲面を滑り落ちて磁極２に案内され、磁極２に巻き付けられる、このようにして、フライヤ４が１回転するに伴い、線材３は磁極２に１巻きされる。

磁極２への１巻きにおいて、磁極２の４面のうち最後に巻線される面（例えば上面）に線材３を巻線するときには、トラバースモータ５０を駆動することによって、フライヤ４及びフォーマ１５，１６を巻線方向（磁極２の径方向）に線材３の外径分だけ移動させる。

このように、フライヤ４の１回転に付き、磁極２の４面のうちの所定の１面（例えば上面）にて線材３の外径分の送りをかけて巻き進めることによって、磁極２には線材３が整列に巻線される。

１層目の巻線は、線材３が磁極２の鍔部２ａに当接するまで行い、２層目の巻線は、線材３の送りを１層目とは反対方向（磁極基端に向かう方向）にかけることによって行う。２層目の巻線を開始する際、フォーマ鉛直移動モータ８５を駆動してカム４５を前進させ、一対の鉛直移動板３５ａと３５ｂとの斜面３５ｃに当接させる。これにより、一対のフォーマ１５と１６は、鉛直方向（多極電機子１の回転軸方向）に互いに離れるように移動する。一対のフォーマ１５と１６のそれぞれの移動量は、カム４５の前進量によって調節され、１層毎に線材３の外径分に設定される。このように、１層毎にフォーマ１５と１６を鉛直方向に線材３の外径分だけ移動させて巻線を行うことによって、線材３を安定して磁極２へ導くことができるため、安定した整列巻きを行うことができる。

また、２層目以降についても、所定の１面にて線材３の外径分の送りをかけて巻線が行われる。これにより、例えば磁極２の４面のうち送りがかけられる所定の面が上面だとすると、上面では下層の線材３と上層の線材３とが交差する交差部が発生する。これは、例えば、ある層において線材３の送りがかけられる方向が磁極２の先端方向だとすると、その層の上層では線材３の送りがかけられる方向は磁極２の基端方向であり、このように、下層と上層とでは、線材３に送りをかける方向（巻線方向）が反対方向になるためである。

線材３に送りがかけられる上面以外の他の３面では、送りがかけられないため交差部が発生することはなく、上層の線材３は下層の線材間の溝に案内されて巻線されるため、安定した整列巻きが行われる。

多極電機子１の隣合う磁極２間のスロット１ｂは、外径方向に向かって広がっているため、図４に示すように、線材３は磁極２に略台形状に巻線される。これは、巻線を開始してから最初の数層は、線材３は環状部１ａと磁極２の鍔部２ａとの間に巻線されるが、層数が増えると線材３は環状部１ａと鍔部２ａとの間には巻線することができず、層数の増加に伴い線材３の折り返し位置（図４（ｂ）に示す線材３ａ）が環状部１ａから鍔部２ａへと近づいていくためである。

このように、層数が増えると線材３は鍔部２ａに向かって広がって巻線される。この線材３の広がりに合わせて、分割フォーマ（１５ａと１５ｂ，１６ａと１６ｂ）を磁極２の幅方向に互いに離れるように移動させる。

分割フォーマ（１５ａと１５ｂ，１６ａと１６ｂ）を移動させるには、フォーマ水平移動モータ７１を駆動してカム４７ａ，４７ｂを前進させ、一対の移動板（３８ａと３８ｂ，３９ａと３９ｂ）の斜面３８ｃ，３９ｃに当接させる。これにより、分割フォーマ（１５ａと１５ｂ，１６ａと１６ｂ）は、巻線位置に配置された磁極２の幅方向に互いに離れるように移動する。分割フォーマ１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂのそれぞれの移動量は、カム４７ａ，４７ｂの前進量によって調節され、１層毎に線材３の外径分に設定される。このように、１層毎に分割フォーマ（１５ａと１５ｂ，１６ａと１６ｂ）を磁極２の幅方向に線材３の外径分だけ移動させて巻線を行うことによって、線材３を安定して磁極２へ導くことができるため、安定した整列巻きを行うことができる。

以上のように、線材３が多層に巻き進められるに合わせて、フォーマ１５，１６を鉛直方向に移動させると共に、分割フォーマ１５ａ，１５ｂ及び分割フォーマ１６ａ，１６ｂを磁極２の幅方向に移動させることによって、線材３が巻線される位置に常にフォーマを配置することができ、線材３は安定して磁極２へ導かれる。

なお、巻線を開始してから最初の数層は、線材３は環状部１ａと鍔部２ａとの間に巻線されるため巻き崩れの可能性は低い。しかし、層数が増え線材３が台形状に巻線されるようになると、各層の折り返し部における線材は環状部１ａに接触しないため、その折り返し部にて巻き崩れが起こり易くなる。

したがって、線材３が環状部１ａと鍔部２ａとの間に巻線される最初の数層は、フォーマ１５，１６のみを鉛直方向に移動させ、線材３が台形状に巻線されるようになってから分割フォーマ１５ａ，１５ｂ及び分割フォーマ１６ａ，１６ｂを磁極２の幅方向に移動させるようにしてもよい。

上記にて説明したように、磁極２の４面のうちの任意の１面にて線材３に送りをかけ、他の３面では線材３に送りをかけないため、送りをかける１面のみで交差部が発生し、他の３面では交差部が発生しない。

したがって、交差部の発生する１面における層の高さは、線材３の外径に層数を乗じたものとなる。一方、交差部が発生しない他の３面においては、上層の線材３は下層の線材間の溝に案内されて巻線されるため、層の高さは線材３の外径に層数を乗じたものよりも低くなる。このように、送りをかける面を上面とした場合には、上面の層の高さは、他の３面の層よりも高くなり、上面と他の３面との層の高さは異なるものとなる。

このため、多層に巻き進めるに伴い、フライヤ４から繰り出される線材３の張力は、上面に巻線しているときが他の面に巻線しているときに比較して大きくなる。このように、フライヤ４が磁極２を１回転する間に、線材３の張力は変化することとなる。これは、フライヤ４の回転軸と磁極２に巻線される多層線材の巻中心軸とが一致していないためである。

ここで、巻中心軸とは、その軸を中心として磁極２に巻線を行った場合、磁極２の各面における線材３の張力が一定となる軸である。

そこで、電機子移動モータ１０２を駆動させ多極電機子１の鉛直位置を調整することによって、磁極２に巻線される多層線材の巻中心軸をフライヤ４の回転軸と一致させる。例えば、磁極２の上面にて線材３の送りがかけられている場合には、層数が増えるに伴い多層線材の巻中心軸は、鉛直上方に移動することになるため、多極電機子１を鉛直下方に移動させることによって多層線材の巻中心軸をフライヤ４の回転軸と一致させることができる。なお、このとき電機子押え部材９６も多極電機子１の移動に伴い移動させる必要がある。

この多極電機子１の鉛直位置調整は、巻線中１層毎に行うことが望ましい。また、多極電機子１の移動量は、線材３の外径から算出して予めコントローラに設定することによって制御してもよく、また、センサ等の検知器を用いて磁極２の巻中心軸を検出し、その検出した情報を基に制御するようにしてもよい。

なお、本実施の形態では、磁極２の４面のうち線材３に送りをかける面を上面又は下面である場合を想定し、電機子移動機構９９は多極電機子１を鉛直方向にのみ移動可能な構成とした。しかし、線材３に送りをかける面を磁極２の側面とする場合には、電機子移動機構９９は多極電機子１を水平方向に移動可能とする構成にすればよい。

また、本実施の形態では、磁極２に巻線される多層線材の巻中心軸とフライヤ４の回転軸とを一致させる方法として、電機子移動機構９９を用いて多極電機子１をフライヤ４に対して相対移動させるように構成した。しかし、巻線機構６を鉛直方向に移動させる等してフライヤ４を多極電機子１に対して相対移動させるように構成してもよい。

以上にて説明した要領で磁極２に線材３を多層に巻線し、磁極２への巻線が終了したら、電機子押え部材９６を上昇させると共に、第一ヘッド２２を後退させ電機子回転止め部材１１６を磁極２の鍔部２ａ外周面から離す。

そして、インデックスモータ９を駆動することによって多極電機子１を回転させ、磁極２の隣りの磁極を巻線位置に配置し、新たに巻線を開始する。

なお、図示していないが、一対のフォーマ１５，１６及びサイドフォーマ９７の他に、一対のフォーマ１５，１６に対向する位置に線材３外径分の隙間を設けて一対の対向フォーマをさらに設ける構成とすれば、線材３はフォーマ１５，１６と対向フォーマとの隙間に案内されて磁極２に導かれるため、より安定した整列巻線を行うことができる。

以上の実施の形態１によれば、以下に示す効果を奏する。

磁極２の周囲に線材３が多層に巻き進められ、線材３が多極電機子１の回転軸方向及び磁極２の幅方向に広がっていく場合でも、その広がりに合わせてフォーマ１５，１６が多極電機子１の回転軸方向に移動すると共に、分割フォーマ１５ａ，１５ｂ及び分割フォーマ１６ａ，１６ｂが磁極２の幅方向に移動する。このように、各フォーマは、線材３が巻線される位置に常に配置され線材３を磁極２へと導くため、安定した整列巻きが行われる。

特に、線材３が磁極２に略台形状に巻線される場合には、各層の折り返し部にて巻き崩れが起こり易くなる。しかし、線材３が台形状に広がって巻線されるに伴って、分割フォーマ１５ａ，１５ｂ及び分割フォーマ１６ａ，１６ｂが磁極２の幅方向に移動するため、折り返し部における巻き崩れを防止することができる。

また、磁極に線材を多層に巻線する場合、磁極２の外周面には線材３に送りをかける面と送りをかけない面とがあるため、送りをかける面の層の高さは他の面と比較して高くなる。このため、巻線に伴って磁極２に巻線される多層線材の巻中心軸は変化することになるが、巻線中、多層線材の巻中心軸とフライヤ４の回転軸とは一致するように調整される。したがって、巻線中、磁極２の各面における線材３の張力は一定に保たれるため、安定した整列巻きを行うことができる。

本発明は上記の実施の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。

本発明は、発電機や電動機を構成する電機子及び多層コイルの巻線装置に適用することができる。

本発明の実施の形態である巻線装置１００を示す断面図である。 同じく巻線装置１００の要部斜視図である。 巻線時におけるフォーマの動作を示す図である。 巻線時におけるフォーマの動作を示す図である。

符号の説明

１００ 巻線装置
１ 多極電機子
２ 磁極
３ 線材
４ フライヤ
６ 巻線機構
７ インデックス機構
１５，１６ フォーマ
１７ フォーマ移動機構
１８ トラバース機構
３５ａ，３５ｂ 鉛直移動板
３８，３９ 水平移動板
４５，４８ａ，４８ｂ カム
４４，４７ａ，４７ｂ ロッド
５５ フォーマ鉛直移動機構
５６ フォーマ水平移動機構
９９ 電機子移動機構

Claims (3)

1. 多極電機子における磁極の周囲を回動すると共に前記磁極径方向に移動して前記磁極に対して線材を巻線するフライヤと、
   前記磁極を挟持するように配設され、前記フライヤの移動に伴って前記磁極径方向へ移動して前記フライヤから繰り出された線材を前記磁極に対して案内する一対のフォーマと、
   を備え、前記多極電機子の各磁極に線材を多層に巻線する巻線装置であって、
   前記一対のフォーマはそれぞれ分離可能な分割フォーマにて構成され、
   前記一対のフォーマを、前記磁極を挟んで前記多極電機子の回転軸方向に互いに離接するように移動させる第一の移動機構と、
   前記分割フォーマを、前記磁極の幅方向に互いに離接するように移動させる第二の移動機構と、
   を備えることを特徴とする巻線装置。
2. 前記第一の移動機構は、
   前記多極電機子の回転軸方向に移動可能な一対の第一移動板と、
   前記一対の第一移動板を互いに近づく方向に付勢する弾性部材と、
   前記一対の第一移動板の間を前進することによって当該一対の第一移動板を前記弾性部材の付勢力に抗して押し広げるカムと、を備え、
   前記第二の移動機構は、
   前記磁極の幅方向に移動可能な一対の第二移動板と、
   前記一対の第二移動板を互いに近づく方向に付勢する弾性部材と、
   前記一対の第二移動板の間を前進することによって当該一対の第二移動板を前記弾性部材の付勢力に抗して押し広げるカムと、を備え、
   前記一対の第二移動板は、前記一対の第一移動板のそれぞれに設けられ、
   前記フォーマは、前記一対の第二移動板のそれぞれに分割して取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
3. 多極電機子における磁極の周囲を回動すると共に前記磁極径方向に移動して前記磁極に対して線材を巻線するフライヤと、
   前記磁極を挟持するように配設され、前記フライヤの移動に伴って前記磁極径方向へ移動して前記フライヤから繰り出された線材を前記磁極に対して案内する一対のフォーマと、
   を備え、前記一対のフォーマがそれぞれ分離可能な分割フォーマにて構成された巻線装置にて前記多極電機子の各磁極に線材を多層に巻線する巻線方法であって、
   前記磁極に線材を多層に巻き進めるに伴い、前記一対のフォーマを、前記磁極を挟んで前記多極電機子の回転軸方向に互いに離れるように移動させると共に、前記分割フォーマを、前記磁極の幅方向に互いに離れるように移動させることによって、線材を前記磁極に案内して巻線を行うことを特徴とする巻線方法。