JP4964645B2 - コイル巻線方法及びコイル巻線装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数本の導線を並列させて巻枠に巻き付けてコイルを形成し、このコイルをコイル受け治具に落とし込むようにしたコイル巻線方法及びコイル巻線装置に関する。

近年、電気自動車などのモータの開発に際し、自動車に搭載可能な電源によって大きな駆動力が得られるようにするため、電線の断面積を大きくして大電流を流すことにより、大きな駆動力が得られるようにしたモータが望まれている。しかしながら、電線の直径を大きくした場合には、巻線操作やステータコアへのコイル挿入操作が困難となると共に、ステータコアのスロット内における電線のスペースファクタ（空間占有率）も小さくなるという問題点があった。

そこで、複数本の電線を並列して巻いて（パラ巻きして）コイルを形成することにより、巻線操作やコイル挿入操作に支障をきたすことなく、電線の断面積を実質的に大きくするようにした巻線装置及び方法が提案されている。このようなパラ巻線においては、フライヤと呼ばれる回転ノズルを用いた従来の巻線装置をそのまま用いることはできない。すなわち、電線を送出するノズルを巻枠の周りで回転させて、電線を巻枠に巻き付けるフライヤを用いると、複数本の電線が縄のように捩れてしまい、得られたコイルを後の工程でコイル挿入装置によりステータコアのスロットに挿入することが困難になってしまうからである。

このため、例えば、下記特許文献１には、巻枠への素線の巻き付けによる巻線形成、及び、巻枠からの巻線の取外しを繰り返すことにより、互いに連結された所定数の極の巻線を形成する巻線製造システムにおいて、回転する巻枠に素線を巻き付けて巻線を形成する巻線形成手段と、巻き付けが完了し巻枠から取り外された巻線を、その巻線の極に対応する所定の保持位置に保持する巻線保持手段と、前記巻枠の回転に合わせて前記巻線保持手段を動かすことにより、前記巻線保持手段に保持された巻線と、他の極の巻線を形成中の巻枠との相対位置関係の乖離を抑制する相対位置維持手段と、を含むことを特徴とする巻線製造システムが開示されている。

また、下記特許文献２には、テンションノズルを通ってフライヤから供給される帯状に配列された複数本のワイヤを巻枠に巻き付けるようにした巻線機において、巻枠と同軸にその周長とほぼ同等の周長のダミードラムを回転自在に設けるとともに、フライヤと一体にダミードラムにワイヤを巻き付けるダミーフライヤを設け、フライヤ及びダミーフライヤの回転に同期してテンションノズルを上方へ、ダミードラムを下方へ同一速度で移動させながら、巻枠とダミードラムとにワイヤを同時に巻き付けることにより、よじれを防止してコイル挿入治具への挿入を容易にし、占積率を向上させるようにした巻線機が開示されている。

更に、下記特許文献３には、巻枠と、この巻枠の回りを周回するフライヤと、前記巻枠の下方に配置されるコイル受け治具とを用い、前記フライヤを前記巻枠の回りに周回させることにより、複数本の導線を並列させて巻枠に巻き付けてコイルを形成し、このコイルをコイル受け治具に落とし込むようにしたパラ巻線方法において、前記複数本の導線をボビンに巻き付け、このボビンを巻線装置のフライヤに装着して、前記フライヤと共に前記巻枠の回りに周回させることにより、前記ボビンから複数本の導線を引出しながら前記巻枠に巻き付けるようにしたパラ巻線方法が開示されている。
特許第３５５０３７２号公報 特開平１１−９８７７９号公報 特許第３７６２９２９号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、既に巻線されて巻線保持手段（コイル受け治具）に保持されたコイルと、巻枠に新たに巻き付けられて形成されるコイルとの連結状態を維持するため、巻枠と巻線保持手段とを同期して回転させなければならないので、巻線サイクルを早めることが困難であった。

また、上記特許文献２の技術では、巻枠の上方にダミードラムを配置して、２つのフライヤで巻枠とダミードラムとに同時に巻線を行わなければならないので、特に高さ方向において装置が著しく大型化し、構造も複雑となり、装置コストが高くなる傾向があった。

更に、上記特許文献３の技術では、導線が巻き付けられたボビンを巻線装置のフライヤに装着して、フライヤと共に巻枠の回りに周回させるため、大きな慣性力が作用してフライヤの回転制御が難しいという問題点があった。

したがって、本発明の目的は、比較的コンパクトな装置でパラ巻線を行うことができ、しかも巻線サイクルを早めることができるようにしたコイル巻線方法及びコイル巻線装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明によるコイル巻線方法は、巻線すべきコイル周長に合わせた外周形状を有する巻枠を囲むように、導線を外側から内側へ挿通させる挿通部と導線を外周に巻き付けるための巻付けガイドとを有する回転枠を配置し、この回転枠の側方には導線供給装置を配置し、更に前記巻枠の下方にはコイル受け治具を配置し、前記導線供給装置から複数本の導線を並列させて供給し、この導線を前記回転枠の挿通部を通して回転枠の外側から内側へ挿通させ、この導線の端部を導線保持装置で保持させた状態で、前記回転枠を回転させることにより、前記巻枠の外周と前記回転枠の外周とに同時に導線を巻き付け、所定長の導線が巻き付けられた後は、導線切断装置により導線を切断して、前記回転枠に巻き付けられた導線を引き出しつつ、前記巻枠に対する巻線を続行させることを特徴とする。

本発明のコイル巻線方法によれば、導線供給装置から複数本の導線を並列させて供給し、この導線を回転枠の挿通部を通して回転枠の外側から内側へ挿通させ、この導線の端部を導線保持装置で保持させた状態で、回転枠を回転させることにより、回転枠の挿通部が回転枠と共に回転して、挿通部と導線保持装置との間に張設された導線が、巻枠の外周に巻き付けられる。また、導線供給装置と挿通部との間に張設された導線は、回転枠の外周に巻き付けられる。その結果、導線は、巻枠の外周と回転枠の外周とに同時に巻き付けられる。なお、巻枠の外周に巻き付けられた導線は、所定ターン数に達すると、回転枠の回転を一時停止して、コイル受け治具に落とされ、再び回転枠を回転させて次のコイル巻線を開始することができる。こうして、回転枠の外周に所定長さの導線が巻き付けられたら、導線切断装置により導線を切断して、以後は回転枠の外周に巻き付けられた導線を引き出しつつ、前記巻枠に対する巻線を続行することができる。

こうして、複数本の導線を、並列した状態でよじれることなく、巻枠に巻き付けてコイルを形成することができる。また、回転枠は巻枠の外周に配置されるので、装置がコンパクトになる。更に、回転枠の外周に導線が均等に巻き付けられるので、回転バランスがよく、回転モーメントも比較的小さく、回転制御をしやすい。更に、回転速度を速めることができ、ボビンの脱着等の必要がないので、巻線サイクルを早めることができる。

本発明のコイル巻線方法においては、前記回転枠を回転させると共に、該回転に同期させて、前記巻枠は次第に下降させ、前記導線供給装置は次第に上昇させることにより、前記巻枠の外周と前記回転枠の外周とに導線をそれぞれ螺旋状に巻き付けることが好ましい。これによれば、巻枠の外周形状に沿って周長が変化するように導線を巻き付けることができるので、得られたコイルをステータコアに挿入したときのコイルエンドの長さをできるだけ短くすることができる。また、回転枠の外周に導線が重なることなく螺旋状に巻き付けられるので、回転枠の外周に巻き付けられた導線を引き出しやすくして、巻線操作をスムーズに行うことができる。

また、前記コイル受け治具は、複数極のコイルに対応する複数本のガイド棒を有していて、１つの極のコイル巻線が終了したときに、次の極のコイルを受けるガイド棒が前記巻枠の下方に位置するように回転位置決めさせるようにし、巻線開始から前記巻枠の外周と前記回転枠の外周とに同時に導線を巻き付け、前記回転枠の外周に所定長の導線が巻き付けられた後は、前記回転枠の外周に導線切断装置により導線を切断して、前記回転枠に巻き付けられた導線を引き出しつつ、前記巻枠に対する巻線を行うことにより、前記コイル受け治具に保持される複数極のコイルの巻線を連続して行うことが好ましい。これによれば、複数極のコイルの巻線を連続して行うことができる。

一方、本発明によるコイル巻線装置は、
巻線すべきコイル周長に合わせた外周形状を有する巻枠と、
該巻枠の外周を囲むように配置され、該巻枠の回りで回転する回転枠と、
該回転枠の側方に配置された導線供給装置と、
前記回転枠に対してその内外に移動可能に配置され、前記導線供給装置から供給される導線の端部を保持する導線保持装置と、
前記巻枠及び前記回転枠の下方に配置され、前記巻枠から落とされる巻線コイルを受けるコイル受け治具と、
前記導線の切断装置とを備え、
前記導線供給装置は、複数本の導線を並列させて供給する構造をなし、
前記回転枠は、前記導線供給装置から供給される導線を外側から内側へ挿通させ、前記導線保持装置に保持させる導線挿通部と、導線を外周に巻き付けるための巻付けガイドとを有し、
前記導線の端部を前記導線保持装置で保持した状態で、前記回転枠を回転させることにより、前記巻枠外周と前記回転枠外周とに同時に導線が巻き付けられるように構成したことを特徴とする。

本発明のコイル巻線装置によれば、導線供給装置から複数本の導線を並列させて供給し、この導線を回転枠の挿通部を通して回転枠の外側から内側へ挿通させ、この導線の端部を導線保持装置で保持させた状態で、回転枠を回転させることにより、回転枠の挿通部が回転枠と共に回転して、挿通部と導線保持装置との間に張設された導線が、巻枠の外周に巻き付けられる。また、導線供給装置と挿通部との間に張設された導線は、回転枠の外周に巻き付けられる。その結果、導線は、巻枠の外周と回転枠の外周とに同時に巻き付けられる。なお、巻枠の外周に巻き付けられた導線は、所定ターン数に達すると、回転枠の回転を一時停止して、コイル受け治具に落とされ、再び回転枠を回転させて次のコイル巻線を開始することができる。こうして、回転枠の外周に所定長さの導線が巻き付けられたら、導線切断装置により導線を切断して、以後は回転枠の外周に巻き付けられた導線を引き出しつつ、前記巻枠に対する巻線を続行することができる。

こうして、複数本の導線を、並列した状態でよじれることなく、巻枠に巻き付けてコイルを形成することができる。また、回転枠は巻枠の外周に配置されるので、装置がコンパクトになる。更に、回転枠の外周に導線が均等に巻き付けられるので、回転バランスがよく、回転モーメントも比較的小さく、回転制御をしやすい。更に、回転速度を速めることができ、ボビンの脱着等の必要がないので、巻線サイクルを早めることができる。

本発明のコイル挿入装置において、前記巻枠は、フレームに対して昇降可能に保持されており、前記導線供給装置は、該回転枠の側方で上下移動可能に支持されており、前記回転枠の巻付けガイドは、前記導線を回転枠の外周に螺旋状に巻き付けるように構成されており、前記導線の端部を前記導線保持装置で保持した状態で、前記回転枠を回転させると共に、該回転に同期させて、前記巻枠を次第に下降させ、前記導線供給装置を次第に上昇させることにより、前記巻枠外周と前記回転枠外周とに導線がそれぞれ螺旋状に巻き付けられるように構成されていることが好ましい。これによれば、巻枠の外周形状に沿って周長が変化するように導線を巻き付けることができるので、得られたコイルをステータコアに挿入したときのコイルエンドの長さをできるだけ短くすることができる。また、回転枠の外周に導線が重なることなく螺旋状に巻き付けられるので、回転枠の外周に巻き付けられた導線を引き出しやすくして、巻線操作をスムーズに行うことができる。

また、前記回転枠は、前記巻枠の支軸と同心的に配置された回転筒に取付けられた上方支持枠と、この上方支持枠に対して所定間隔を置いて下方に配置された下方支持枠と、前記上方支持枠及び前記下方支持枠の間に、周方向に沿って所定間隔で互いに平行に支持された複数本のローラ軸と、これら各ローラ軸の外周にフランジを介して軸方向に並ぶように装着された複数個のローラとを有し、前記各ローラ軸の前記フランジが前記巻付けガイドをなし、前記フランジで挟まれたローラ部分が前記導線の巻付け部をなし、この巻付け部が前記回転枠の外周に沿って螺旋状をなすように配置されていることが好ましい。これによれば、導線がフランジで挟まれたローラ部分に巻き付けられるので、回転枠に巻き付けられた導線を引き出すときの抵抗をできるだけ少なくすることができる。また、フランジで挟まれたローラ部分からなる導線の巻付け部が、回転枠の外周に沿って螺旋状をなすように配置されているので、回転枠の外周に導線を重なることなく、螺旋状に巻き付けることができる。

また、前記回転枠は、前記巻枠の支軸と同軸的に配置された回転筒に上部を支持され、下面が開口された筒体と、この筒体の外周に形成された螺旋状の溝からなる巻付け部とを有しているものであってもよい。これによれば、回転枠の形状が単純なので、製造コストを低減することができる。

更に、前記回転枠の前記導線挿通部には、前記導線供給装置から供給される複数本の導線を並列させて、所定のテンションをかけて挿通させるテンション装置が設けられていることが好ましい。これによれば、導線挿通部と巻枠との間に張設された導線を常に所定のテンションで引張って直線に近い状態にすることができるので、導線のたるみによるバラケを防止して、複数本の導線を整列させて、巻枠の外周に巻き付けることができる。

更に、前記コイル受け治具は、複数極のコイルに対応する複数本のガイド棒と、１つの極のコイル巻線が終了すると、次の極のコイルを受けるガイド棒が前記巻枠の下方に位置するように回転位置決めさせる回転手段とを有し、巻線開始から前記巻枠の外周と前記回転枠の外周とに同時に導線を巻き付け、前記回転枠の外周に所定長の導線が巻き付けられた後は、導線切断装置により導線を切断して、前記回転枠に巻き付けられた導線を引き出しつつ、前記巻枠に対する巻線を行うことにより、前記コイル受け治具に保持される複数極のコイルの巻線を連続して行うように構成されていることが好ましい。これによれば、複数極のコイルの巻線を連続して行うことができる。

本発明によれば、複数本の導線を、並列した状態でよじれることなく、巻枠に巻き付けてコイルを形成することができる。また、回転枠は巻枠の外周に配置されるので、装置がコンパクトになる。更に、回転枠の外周に導線が均等に巻き付けられるので、回転バランスがよく、回転モーメントも比較的小さく、回転制御をしやすい。更に、回転速度を速めることができ、ボビンの脱着等の必要がないので、巻線サイクルを早めることができる。

以下、図面を参照して本発明によるコイル巻線装置の一実施形態を説明する。

図１に示すように、この巻線装置１０は、フレーム１１にベアリング１２を介して回転自在に保持された回転筒１３を有している。この回転筒１３には、従動プーリ１４が固着されている。また、フレーム１１上にはモータ１５が設置されており、その駆動軸には駆動プーリ１６が装着されている。そして、従動プーリ１４と駆動プーリ１６との間に、タイミングベルト１７が張設されており、モータ１５の作動によって、駆動プーリ１６、タイミングベルト１７、従動プーリ１４を介して回転筒１３が回転するようになっている。

回転筒１３には、回転枠２０が固着されて、フレーム１１の下方に支持されている。図３、図４及び図５を併せて参照すると、回転枠２０は、回転筒１３にボルトによって固定された上方支持枠２１と、この上方支持枠２１に対して所定間隔離れて下方に配置されたほぼ環状の下方支持枠２２と、上方支持枠２１及び下方支持枠２２を連結し、それらの周方向に沿って所定間隔でほぼ平行に配設された複数の連結棒２３（図１参照）と、各連結棒２３にフランジ２４を介して軸方向に配列された複数のローラ２５とを有している。上記フランジ２４が本発明における巻付けガイドをなし、上記ローラ２５が本発明における巻付け部を構成している。

そして、回転枠２０の外周に沿って各連結棒２３に装着されたローラ２５は、螺旋状をなすように配置されている。後述する導線供給装置６０（図１参照）から供給される並列した複数本の導線Wは、フランジ２４にガイドされて、それらの間にあるローラ２５に巻き付けられ、回転枠２０の外周に沿って螺旋状に巻き付けられるようになっている。

また、回転枠２０の外周には、フレーム１１に上端部を支持された円筒状の押えガイド２６が装着されている。この押えガイド２６は、回転枠２０に巻き付けられた導線Ｗが、回転枠２０の回転によって遠心力でバラけてしまうことを防止するものであり、後述する導線供給装置６０と対面する部分は、上下に伸びるスリットをなしていて、導線Ｗが挿入できるようになっている。

再び図１を参照すると、回転筒１３の内周には支持筒１８が挿通されている。支持筒１８の上端部は、図示しない駆動手段に接続されて、軸方向に沿って上下スライド可能とされている。支持筒１８の下端部には、巻枠３０が取付けられている。巻枠３０は、支持筒１８の下端部に固着された支持板３４と、この支持板３４に支持された前方巻枠３２と、後方巻枠３３とを有している。前方巻枠３２には、後述するコイル受け治具５０のガイド棒５３が挿入される治具挿入溝３５が設けられている。後方巻枠３３は、支軸３６を介して支持板３４に対して傾動可能に取付けられている。そして、巻枠３０に対する巻線が終了した後、コイルを下方に落とす際には、公知の傾動機構３７により、支軸３６を介して後方巻枠３３が前方巻枠３２に向けて傾動し、コイルが落下しやすくなるように構成されている。なお、傾動機構３７については、例えば、特開２００４−２３９６８号公報、特開２００５−６５４３１号公報等に示されるように、既に公知の機構であるため、その詳細な説明を省略する。

また、後方巻枠３３は、下方から上方に向かうにつれて次第に拡径する段状をなしており、前方巻枠３２と後方巻枠３３との外周に導線Wが下方から螺旋状に巻き付けられたとき、次第に周長が長くなるように構成されている。これによって、巻線されたコイルを図示しないコイル挿入装置によってステータコアに挿入したとき、コイルエンドの高さをできるだけ短くすることができる。

支持筒１８の更に内側には、支軸１９が挿通されている。支軸１９の上端部は図示しない駆動機構に接続されており、該駆動機構によって支軸１９は、軸方向に上下スライドするようになっている。支軸１９の下端部には、平面的に見てほぼ十字状に延出された払い落とし板３１が取付けられている。払い落とし板３１は、巻枠３０に導線Wが巻き付けられてコイルが形成された後、後述するコイル受け治具５０に該コイルを落し込むとき、支軸１９の下降によって下方に移動し、巻枠３０に巻き付けられたコイルを強制的に払い落とす役割をなす。

巻枠３０及び回転枠２０の下方には、コイル受け治具５０が配置されている。コイル受け治具５０は、図示しない駆動手段によって回転する回転支軸５１と、この回転支軸５１に固着された円板５２と、この円板５２の外周に沿って所定間隔で配列され、上方に向けて立設された複数本のガイド棒５３とを有している。この実施形態では、ガイド棒５３は３本ずつ、４５度の間隔で配列されている。なお、この実施形態では、コイル受け治具５０は、いわゆるトランスファーツールからなっているが、コイル受け治具５０としてコイル挿入治具を配置し、コイル挿入治具に直接コイルを落し込むようにすることもできる。

回転枠２０の側方には、導線供給装置６０が配置されている。導線供給装置６０は、フレーム１１に設置されたエアシリンダ６２の、フレーム１１を貫通して下方に伸びるシリンダロッド６１に連結されて、昇降可能に配置された昇降ベース６３に取付けられている。また、昇降ベース６３には、エアシリンダ６４によって水平移動可能な水平スライドベース６５が取付けられている。なお、エアシリンダ６２や、エアシリンダ６４の代わりに、ボールネジ等の駆動機構を用いることもできる。

そして、この水平スライドベース６５に導線Wの供給機構が設けられている。すなわち、図１１に示すように、水平スライドベース６５の後端部には、導線Wを挿入する導線挿通孔６６が所定間隔で形成された案内板６８が取付けられている。また、水平スライドベース６５の中間部には、一対の第１ガイドローラ６７が上下に配置されており、それよりも更に前方には一対の第２ガイドローラ６９が前記第１ガイドローラ６７よりも更に間隔を狭めて上下に配設されている。導線挿通孔６６から挿入された複数本の導線Wは、前記第１ガイドローラ６７及び第２ガイドローラ６９により相互の間隔を狭めて一列に配列された状態に整列される。

図１２及び図１３を併せて参照すると、水平スライドベース６５には、一対の回転軸７３を介して一対の送出しローラ７４が装着されている。そして、図１１に示すように、水平スライドベース６５にはモータ７０が取付けられ、その駆動軸に装着された駆動ギヤ７１が、前記回転軸７３に装着された従動ギヤ７２に歯合している。したがって、モータ７０の作動により、駆動ギヤ７１、従動ギヤ７２、回転軸７３を介して一対の送出しローラ７４が回転し、これら一対の送出しローラ７４に挟まれた導線Wが前方に送出されるようになっている。なお、送出しローラ７４は、回転軸７３に対してワンウェイクラッチを介して装着されており、回転軸７３に対して導線Ｗの送出し方向には空転可能であるが、導線Ｗの引き戻し方向には回転できないようになっている。

また、一対の回転軸７３には、前方端部がくちばし状に延出された挿入ノズル７５がそれぞれ回動可能に装着されている。一対の回転軸７３に装着された各挿入ノズル７５の後端部には、連結軸７７を介してエアシリンダ７６の作動ロッドがそれぞれ取付けられている。したがって、一対のエアシリンダ７６により、作動ロッドが押し出されると、各挿入ノズル７５が図１３に示すように回動して、くちばし状の先端部を閉じ、導線Ｗを挟んで、導線Wを挿出するためのガイドを構成するようになっている。

こうして構成された導線供給装置６０は、前記昇降ベース６３の上下動によって上下移動し、前記水平スライドベース６５の水平移動によって前記回転枠２０に近接離反するように前後移動するようになっている。

この導線供給装置６０と関連して、前記回転枠２０の下方支持枠２２の周方向所定箇所には、導線挿通部４０が設置されている。図６〜１０を併せて参照すると、この導線挿通部４０はほぼ箱型のケーシング４３を有している。ケーシング４３の前後面には、導線Wの挿入口４１と、挿出口４２とが設けられている。挿入口４１及び挿出口４２は、それぞれ開口部に向けて次第に広がる曲面状のテーパ形状をなしている。導線Wは、導線挿通部４０に挿通され、回転枠２０の回転によって巻枠３０外周及び回転枠２０外周にそれぞれ巻き付けられるのであるが、そのとき、挿入口４１及び挿出口４２を通る際に、導線Wが損傷しないようになっている。

ケーシング４３の内部において、導線Ｗの挿通路の一側には、受け部４４が配置されている。また、受け部４４に対向する部分には、各導線Wに対応して配列された複数枚の押圧板４６が支軸４５により回動可能に取付けられている。各押圧板４６には、それぞれ対応するスプリング４７が設けられており、押圧板４６の上辺の所定箇所から突設された突起部分４８に、対応するスプリング４７の下端部が当接している。この場合、導線Wの太さに対して、スプリング４７の外径が著しく大きいため、スプリング４７は図７に示すように、導線Wの長さ方向に沿って複数列でかつ隣接する列ごとにその位置をずらして配列されており、複数本の導線Wのそれぞれに個別のスプリング４７が作用するようになっている。そして、スプリング４７は、ケーシング４３の上面から螺入された押しネジ４９により、その付勢力を調整できるようになっている。その結果、スプリング４７の付勢力により、複数枚の押圧板４６が、それぞれ独立して受け部４４に向けて押圧されるようになっている。

再び図１及び図２を参照すると、回転枠２０の近傍には、導線Wの端部を保持する導線保持装置８０が配置されている。導線保持装置８０は回転枠２０の下方を通って、回転枠２０の外周から内周に向けて進退自在とされ、かつ、回転枠２０の内周において導線挿通部４０に近接する位置まで昇降可能とされている。導線保持装置８０は、本体部８１と、クランプ部８２とを有している。また、回転枠２０の側方には、カッター８５が所定方向に移動可能に配置されている。カッター８５は切断刃８６を有し、後述する巻線工程の途中で、導線供給装置６０から供給される導線Wを切断する役割をなす。

次に図１４〜６５を併せて参照し、この巻線装置１０を用いた本発明による巻線方法の一実施形態を説明する。

巻線操作を開始する際、巻線装置１０が図１、図２に示す状態にあるときは、まず、水平スライドベース６５が後退して、回転枠２０からやや離れた位置とされる。この状態が図１４及び図１５に示されている。このとき、回転枠２０は、導線挿通部４０が導線供給装置６０と対向する位置となるように回転位置決めされている。また、巻枠３０及び払い落とし板３１は上方に移動した位置となっている。

この状態で、図１５に示すエアシリンダ７６がそれぞれ作動して、一対の挿入ノズル７５が閉じる。この状態が図１６及び図１７に示されている。なお、挿入ノズル７５が導線挿通部４０とほぼ同じ高さとなるように、昇降ベース６３の高さが設定されている。

この状態で、水平スライドベース６５が前進し、挿入ノズル７５が前進すると、図１８及び図１９に示すように、挿入ノズル７５が導線挿通部４０の挿入口４１に挿入される（図８を併せて参照）。また、このとき、導線保持装置８０が移動してクランプ部８２を本体部８１に対して開いた状態で、導線挿通部４０の挿出口４２近傍に配置される。

この状態で、導線供給装置６０のモータ７０が作動し、一対の送出しローラ７４が回転して、送出しローラ７４に挟まれた導線Wが前方に押し出される。この導線Wは、挿入ノズル７５を通り、導線挿通部４０の受け部４４と押圧板４６との間を通り、挿出口４２から挿出され、更に導線保持装置８０の本体部８１とクランプ部８２との間を通って所定長さ押し出される。この状態が図２０及び図２１に示されている。

次いで、図２２に示すように、導線保持装置８０のクランプ部８２が本体部８１に対して閉じ、導線Wの端部を保持する。そして、導線供給装置６０の水平スライドベース６５が後退し、図２３に示すように、挿入ノズル７５が導線挿通部４０から抜き出されて離れる。そして、図２４に示すように、エアシリンダ７６の作動により挿入ノズル７５が再び開く。

更に、図２５及び図２６に示すように、導線保持装置８０が回転枠２０の内周から外周方向に移動し、導線Wを所定長さ引っ張り出した状態で保持する。それと共に、導線供給装置６０の水平スライドベース６５が再び前進し、送出しローラ７４による導線供給部が回転枠２０に近接配置される。

この状態で図１に示すモータ１５が作動し、駆動プーリ１６、タイミングベルト１７、従動プーリ１４を介して回転枠２０が回転し始める。なお、回転枠２０の回転に伴ない、支持筒１８が徐々に下降して、巻枠３０が下降するようになっている。

図２７、図２８及び図２９は、回転枠２０が巻線開始時点からほぼ１／４周回転した状態を示している。導線供給装置６０から繰り出された導線Wは、回転枠２０の回転に伴ない導線挿通部４０が回転するため、回転枠２０の外周に巻き付くと共に、回転枠２０の内周に配置された巻枠３０の外周にも巻き付き始める。このとき、図２９に示すように、導線Wは、回転枠２０のフランジ２４に両側をガイドされて、それらの間にあるローラ２５に巻き付く。

図３０、図３１及び図３２には、回転枠２０が巻き始めからほぼ半周した状態が示されている。導線Wは、回転枠２０のほぼ半周に巻き付くと共に、巻枠３０に対しても更に長く巻き付いている。

図３３、図３４及び図３５には、回転枠２０が巻き始めからほぼ３／４回転した状態が示されている。導線Wは、回転枠２０の外周にほぼ３／４周巻き付くと共に、巻枠３０の外周にも半分以上巻き付いた状態となっている。なお、図３５に示すように、回転枠２０の巻付け部となるローラ２５は、周方向に沿って螺旋状をなすように配置されており、これに合わせて導線供給装置６０がガイド棒６１に沿って上昇し、導線Wは回転枠２０の外周に螺旋状に巻き付いていく。

図３６、図３７及び図３８は、回転枠２０が巻線開始からほぼ一周した状態を示している。導線Wは、回転枠２０の外周にほぼ一周巻き付くと共に、巻枠３０の外周にもほぼ一周巻き付いた状態となっている。

このように、本発明によれば、巻線操作の前半において、導線Wが、回転枠２０と巻枠３０との両方に巻き付くことになる。なお、前述したように、巻枠３０は巻線操作の進行に合わせて次第に下降するため、導線Wは巻枠３０に対しても螺旋状に巻き付いていく。また、コイル受け治具５０のガイド棒５３の先端が、巻枠３０の下降に伴ない、治具挿入溝３５に挿入されていく。

図３９、図４０及び図４１は、こうして回転枠２０を回転させ、巻枠３０に対する一つのコイルの巻線が終了した状態を示している。導線Wは、巻枠３０に対して下方から欄施状に複数回巻き付けられると共に、回転枠２０の外周にも下方から上方に向けて螺旋状に同じ回数だけ巻き付けられた状態となっている。この状態で、回転枠２０の回転が一時停止する。

図４２は、上記の状態で巻枠３０が更に下降した状態を示している。巻枠３０が更に下降することによって、コイル受け治具５０のガイド棒５３先端が、巻枠３０の外周に巻き付けられたコイルの上端部よりも更に上方に突出した位置となる。

図４３は、巻枠３０の後方巻枠３３が、傾動機構３７によって内側に傾斜し、それと共に、支軸１９の下降により払い落とし板３１が下降して、巻枠３０の外周に巻き付いたコイルを下方に払い落とした状態を示している。

図４４は、支持筒１８が上昇し、巻枠３０が上昇して元の位置に復帰した状態を示している。このとき、傾動機構３７により後方巻枠３３は元の位置に復帰する。また、払い落とし板３１も、支軸１９の上昇により上昇して元の位置に復帰する。その結果、コイル受け治具５０のガイド棒５３は、巻枠３０の治具挿入溝３５から抜き出され、巻線されたコイルがガイド棒５３に完全に受け渡された状態となる。

図４５及び図４６は、コイル受け治具５０が所定角度回転して、ガイド棒５３に保持されたコイルが移動し、巻枠３０の下方に別のガイド棒５３が配置された状態が示されている。このとき、導線保持装置８０は、導線Wの巻き始め端部を離し、導線挿通部４０とコイルCとの間に張設された導線を把持できる位置に移動する。導線保持装置８０は、その位置で導線Wを保持し、再び回転枠２０が回転を始めて、巻枠３０に対する次のコイルの巻線が開始される。

図４７、図４８及び図４９は、前記巻線操作を繰り返すことにより、巻枠３０の外周に次のコイルCが巻線された状態を示している。このとき、回転枠２０の外周にも導線Wが更に螺旋状に巻き付いていき、回転枠２０の上方まで巻き付いた状態となっている。この状態で、回転枠２０の回転が再び停止し、導線供給装置６０の水平スライドベース６５が後退し、導線供給装置６０が回転枠２０から所定距離だけ離れる。

図５０は前述した方法により、巻枠３０に巻き付けられたコイルCが、コイル受け治具５０のガイド棒５３に落とされた状態を示している。また、巻枠３０及び払い落とし板３１は、上方に移動して元の位置に復帰している。

次いで、図５１及び図５２に示すように、回転枠２０と導線供給装置６０との間に、カッター８５が進入し、回転枠２０と導線供給装置６０との間で導線Wをカットする。

こうして導線Wを切断した後、コイル受け治具５０を所定角度回動させて、次のコイルを受けるためのガイド棒５３を巻枠３０の下方に配置させる。

そして、回転枠２０を回転させて、巻枠３０に対する巻線を続行する。この場合、導線Wは、前述したように、導線供給装置６０と回転枠２０との間で既に切断されているため、以後の巻枠３０に対する巻線は、回転枠２０に巻き付けられている導線Wを引き出しながら行われる。

なお、回転枠２０の外周にはフレーム１１から延設された押えガイド２６が配設されているので、回転枠２０に巻き付けられた導線Wが、回転枠２０の回転に伴って外方にバラけてしまうことが防止される。

また、導線Ｗをカットした後に、回転枠２０に巻き付けられている導線Wを引き出しながら巻枠３０に対する巻線を行う場合には、巻枠３０に対する巻き付け方向を任意に変えることもできる。例えば合計８極のコイルを形成する場合、最初の４極のコイルは９０度ずつの間隔で同じ方向に巻線し、残りの４極のコイルは、最初に巻いた４極のコイルどうしの間に位置するように、同じく９０度ずつの間隔で、最初に巻いた４極のコイルとは逆方向に巻き付けてコイルを形成することもできる。これによれば、結果的に巻き方向が交互に変わるように複数極のコイルの巻線を行うことができる。

図５３、図５４及び図５５は、導線Wを切断した後、巻枠３０に対して次のコイルを巻線した状態を示している。回転枠２０に巻き付けられた導線Wは、図５５に示すように、巻枠３０に巻き付けられた分だけ引き出され、導線Wの切断された端部が、ローラ２５及びフランジ２４によって形成された巻付け部に沿って下方に移動する。

図５６は、巻枠３０に巻き付けられたコイルCを、コイル受け治具５０の対応するガイド棒５３に落とし込んだ状態を示している。そして、巻枠３０は上方に復帰する。その後、コイル受け治具５０が再び所定角度回動し、次のコイルを受けるためのガイド棒５３が巻枠３０の下方に配置される。

図５７、図５８及び図５９は、巻枠３０に対して次のコイルCを巻き付けた状態を示している。図５９に示すように、導線Wの切断された端部は、回転枠２０の更に下方に移動する。

図６０は、上記状態で巻枠３０に巻き付けられたコイルCを、コイル受け治具５０の対応するガイド棒５３に払い落とした状態を示している。コイルCを払い落とされた後、巻枠３０は上方に復帰する。そして、コイル受け治具５０が再び回動し、次のコイルを受けるためのガイド棒５３が巻枠３０の下方に配置される。

図６１、図６２及び図６３は、上記のような巻線操作を繰り返すことにより、合計８つのコイルCを巻線して、それぞれ対応するコイル受け治具５０のガイド棒５３に落とし込んだ状態を示している。図６３に示すように、回転枠２０に巻き付けられた導線Wは、そのほとんどが引き出され、導線Wの切断された端部が回転枠２０の最下端に位置している。

図６４及び図６５は、上記の状態で導線保持装置８０を移動させ、導線Wを回転枠２０の導線挿通部４０から引き抜き、回転枠２０上の導線Wを全て引き抜いた状態を示している。こうして、一つのステータコアに対する合計８つのコイルの巻線が終了する。

このように本発明によれば、巻枠３０の外周に配置された回転枠２０を利用して、巻線操作の前半に、巻枠３０と回転枠２０との両方に導線Wを巻き付け、所定数のコイルの巻線に必要な量の導線Wが回転枠２０外周に巻き付けられた後、導線供給装置６０と回転枠２０との間で導線Wを切断し、以後は回転枠２０から導線Wを引き出しながら、巻枠３０に対する巻線操作を続行させることにより、複数のコイルCの巻線を効率よく行うことができる。

こうして得られたコイルCは、複数本の導線Wが並列した状態で巻き付けられており、コイル挿入装置によるステータコアのスロットへのコイル挿入が可能となる。

また、巻枠３０の外周に回転枠２０が配置され、回転枠２０の回転によって巻枠３０に対する巻線と、回転枠２０の外周への巻線とを同時に行うようにしたことにより、装置全体が非常にコンパクトになる。更に、回転枠２０の外周に導線Wが均等に巻き付けられるので、回転バランスがよく、回転モーメントも比較的小さく、回転制御しやすい。更に、回転速度を速めることができ、ボビンの脱着等の必要がないので、巻線サイクルを早めることができる。更に、回転枠２０は上方支持枠２１と下方支持枠２２とを複数本の連結棒２３で連結し、この連結棒２３にフランジ２４を介して複数個のローラ２５を装着し、フランジ２４を巻付けガイドとし、ローラ２５を巻付け部として構成したので、比較的軽量に構成できると共に、導線Wの滑り抵抗を著しく小さくすることができる。

更に、回転枠２０の導線挿通部４０には、並列する各導線Wに対応する複数枚の押圧板４６を設け、これらの押圧板４６をそれぞれ対応する複数個のスプリング４７によって独立して押圧付勢し、個々の導線Wを独立して押圧するテンション装置を設けたことにより、巻枠３０に対する導線Wの巻付け時の弛みを防止し、複数本の導線Wを巻枠３０の外周に密着させて、整列させて巻き付けることができる。

なお、本発明において、回転枠２０の形状等は特に限定されず、例えば図６６に示すように、円筒形状をなす回転枠を用いることもできる。この回転枠２０’は、巻枠３０の支持筒１８と同軸的に配置された回転筒１３に上部を支持され、下面が開口された筒体２７を有している。この筒体２７の外周には、螺旋状の溝からなる巻付け部２８が形成されている。そして、螺旋状の溝からなる巻付け部２８どうしの間に形成されたリブ２９が、巻付けガイドをなしている。筒体２７の外周には、フレーム１１に上端部を固定支持されて垂設された、同じく円筒状の押えガイド２６が配置されている。なお、筒体２７の下縁部内周には、導線挿通部４０が取付けられており、この導線挿通部４０に対応する部分で筒体２７の一部が切り欠かれて、導線が外周から内周に挿入できるようになっている。

本発明によれば、複数本の導線を並列させて巻枠に巻き付けてコイルを形成し、このコイルをコイル受け治具に落とし込むようにしたコイル巻線方法及びコイル巻線装置を提供することができ、例えば電気自動車などのモータ等に好適なコイルの巻線方法及び巻線装置として利用することができる。

本発明によるコイル巻線装置の一実施形態を示す正面断面図である。 同コイル巻線装置の平面図である。 同コイル巻線装置の回転枠及び巻枠を拡大して示す正面図である。 同回転枠及び巻枠を斜め上方から見た斜視図である。 同回転枠及び巻枠を斜め下方から見た斜視図である。 回転枠に取付けられる導線挿通部の外観を示す斜視図である。 同導線挿通部の概略平面図である。 同導線挿通部の概略構造を示す正面断面図である。 同導線挿通部の概略構造を示す側面断面図である。 同導線挿通部の内部構造を示す斜視図である。 同コイル巻線装置の導線供給装置を示す概略正面断面図である。 同導線供給装置の平面図である。 同導線供給装置において、挿入ノズルを閉じた状態を示す平面図である。 同コイル巻線装置を用いて、巻線操作を開始する際に導線供給装置を巻枠に対して後退させた状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同コイル巻線装置の挿入ノズルを閉じた状態を示す正面図である。 同状態の平面図である。 同コイル巻線装置の挿入ノズルを回転枠の導線挿通部に挿入した状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同コイル巻線装置の導線供給装置から導線を送出し、回転枠の導線挿通部に挿入させ、更に導線保持装置に挿通させた状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 上記状態において、導線保持装置により導線を把持した状態を示す平面図である。 上記状態において、導線供給装置を巻枠から後退させ、挿入ノズルを導線から引き抜いた状態を示す平面図である。 上記状態において、再び挿入ノズルを開いた状態を示す平面図である。 導線保持装置を後退させ、かつ、導線供給装置を回転枠に近接させて、巻線開始状態とした正面断面図である。 同状態の平面図である。 上記状態において巻線を開始し、回転枠を１／４周回転させた状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同状態の回転枠及び巻枠を外側から見た正面図である。 巻線開始後、回転枠を半周した状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同状態の回転枠及び巻枠を外側から見た正面図である。 巻線開始から回転枠を３／４周した状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同状態の回転枠及び巻枠を外側から見た正面図である。 巻線開始から巻枠を一周した状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同状態の回転枠及び巻枠を外側から見た正面図である。 巻枠に対する一つのコイルの巻線が終了した状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である 同状態の回転枠及び巻枠を外側から見た正面図である。 上記状態において巻枠を更に下降した状態を示す正面断面図である。 上記状態において巻枠に巻き付けられたコイルを、コイル受け治具に落とし込んだ状態を示す正面断面図である。 上記状態において巻枠を上昇させ、元の位置に復帰させた状態を示す正面断面図である。 上記状態においてコイル受け治具を所定角度回動させ、次のコイルを受けるためのガイド棒を巻枠の下方に配置した状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 巻枠に対して次のコイルの巻線を行った状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同状態における巻枠の外側から見た正面図である。 上記状態において、巻枠に巻き付けられたコイルを、コイル受け治具に落とし込み、巻枠を上方に復帰させた状態を示す正面断面図である。 上記状態において、導線供給装置と巻枠との間で、導線をカットした状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 更に巻線操作を続行して、巻枠に対して次のコイルを巻線した状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同状態の回転枠及び巻枠を外側から見た正面図である。 上記状態において、巻枠に巻き付けられたコイルをコイル受け治具に落とし込み、巻枠を上方に復帰させた状態を示す正面断面図である。 更に次のコイルを巻線した状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同状態の回転枠及び巻枠を外側から見た正面図である。 巻枠に巻き付けられたコイルを、コイル受け治具に落とし込み、巻枠を上方に復帰させた状態を示す正面断面図である。 一つのコイル受け治具に対する全てのコイルの巻線が終了し、該コイルがコイル受け治具に落とし込まれた状態を示す正面断面図である。 同状態の平面図である。 同状態の回転枠及び巻枠を外側から見た正面図である。 上記状態で導線保持装置を後退させ、導線を回転枠から完全に引き抜いた状態を示す平面図である。 同状態の回転枠及び巻枠を外側から見た正面図である。 本発明のコイル巻線装置に用いられる回転枠の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１０ コイル巻線装置
１１ フレーム
２０，２０’ 回転枠
２１ 上方支持枠
２２ 下方支持枠
２４ フランジ
２５ ローラ
３０ 巻枠
４０ 導線挿通部
５０ コイル受け治具
５３ ガイド棒
６０ 導線供給装置
８０ 導線保持装置
８５ カッター（切断装置）
Ｗ 導線

Claims (9)

1. 巻線すべきコイル周長に合わせた外周形状を有する巻枠を囲むように、導線を外側から内側へ挿通させる挿通部と導線を外周に巻き付けるための巻付けガイドとを有する回転枠を配置し、この回転枠の側方には導線供給装置を配置し、更に前記巻枠の下方にはコイル受け治具を配置し、前記導線供給装置から複数本の導線を並列させて供給し、この導線を前記回転枠の挿通部を通して回転枠の外側から内側へ挿通させ、この導線の端部を導線保持装置で保持させた状態で、前記回転枠を回転させることにより、前記巻枠の外周と前記回転枠の外周とに同時に導線を巻き付け、前記回転枠の外周に所定長の導線が巻き付けられた後は、導線切断装置により導線を切断して、前記回転枠に巻き付けられた導線を引き出しつつ、前記巻枠に対する巻線を続行させることを特徴とするコイル巻線方法。
2. 前記回転枠を回転させると共に、該回転に同期させて、前記巻枠は次第に下降させ、前記導線供給装置は次第に上昇させることにより、前記巻枠の外周と前記回転枠の外周とに導線をそれぞれ螺旋状に巻き付ける請求項１記載のコイル巻線方法。
3. 前記コイル受け治具は、複数極のコイルに対応する複数本のガイド棒を有していて、１つの極のコイル巻線が終了したときに、次の極のコイルを受けるガイド棒が前記巻枠の下方に位置するように回転位置決めさせるようにし、巻線開始から前記巻枠の外周と前記回転枠の外周とに同時に導線を巻き付け、前記回転枠の外周に所定長の導線が巻き付けられた後は、導線切断装置により導線を切断して、前記回転枠に巻き付けられた導線を引き出しつつ、前記巻枠に対する巻線を行うことにより、前記コイル受け治具に保持される複数極のコイルの巻線を連続して行う請求項１記載のコイル巻線方法。
4. 巻線すべきコイル周長に合わせた外周形状を有する巻枠と、
   該巻枠の外周を囲むように配置され、該巻枠の回りで回転する回転枠と、
   該回転枠の側方に配置された導線供給装置と、
   前記回転枠に対してその内外に移動可能に配置され、前記導線供給装置から供給される導線の端部を保持する導線保持装置と、
   前記巻枠及び前記回転枠の下方に配置され、前記巻枠から落とされる巻線コイルを受けるコイル受け治具と、
   前記導線の切断装置とを備え、
   前記導線供給装置は、複数本の導線を並列させて供給する構造をなし、
   前記回転枠は、前記導線供給装置から供給される導線を外側から内側へ挿通させ、前記導線保持装置に保持させる導線挿通部と、導線を外周に巻き付けるための巻付けガイドとを有し、
   前記導線の端部を前記導線保持装置で保持した状態で、前記回転枠を回転させることにより、前記巻枠外周と前記回転枠外周とに同時に導線が巻き付けられるように構成したことを特徴とするコイル巻線装置。
5. 前記巻枠は、フレームに対して昇降可能に保持されており、前記導線供給装置は、該回転枠の側方で上下移動可能に支持されており、前記回転枠の巻付けガイドは、前記導線を回転枠の外周に螺旋状に巻き付けるように構成されており、前記導線の端部を前記導線保持装置で保持した状態で、前記回転枠を回転させると共に、該回転に同期させて、前記巻枠を次第に下降させ、前記導線供給装置を次第に上昇させることにより、前記巻枠外周と前記回転枠外周とに導線がそれぞれ螺旋状に巻き付けられるように構成した請求項４記載のコイル巻線装置。
6. 前記回転枠は、前記巻枠の支軸と同心的に配置された回転筒に取付けられた上方支持枠と、この上方支持枠に対して所定間隔を置いて下方に配置された下方支持枠と、前記上方支持枠及び前記下方支持枠の間に、周方向に沿って所定間隔で互いに平行に支持された複数本のローラ軸と、これら各ローラ軸の外周にフランジを介して軸方向に並ぶように装着された複数個のローラとを有し、前記各ローラ軸の前記フランジが前記巻付けガイドをなし、前記フランジで挟まれたローラ部分が前記導線の巻付け部をなし、この巻付け部が前記回転枠の外周に沿って螺旋状をなすように配置されている請求項５記載のコイル巻線装置。
7. 前記回転枠は、前記巻枠の支軸と同軸的に配置された回転筒に上部を支持され、下面が開口された筒体と、この筒体の外周に形成された螺旋状の溝からなる巻付け部とを有している請求項５記載のコイル巻線装置。
8. 前記回転枠の前記導線挿通部には、前記導線供給装置から供給される複数本の導線を並列させて、所定のテンションをかけて挿通させるテンション装置が設けられている請求項４〜７のいずれか１つに記載のコイル巻線装置。
9. 前記コイル受け治具は、複数極のコイルに対応する複数本のガイド棒と、１つの極のコイル巻線が終了すると、次の極のコイルを受けるガイド棒が前記巻枠の下方に位置するように回転位置決めさせる回転手段とを有し、巻線開始から前記巻枠の外周と前記回転枠の外周とに同時に導線を巻き付け、前記回転枠の外周に所定長の導線が巻き付けられた後は、導線切断装置により導線を切断して、前記回転枠に巻き付けられた導線を引き出しつつ、前記巻枠に対する巻線を行うことにより、前記コイル受け治具に保持される複数極のコイルの巻線を連続して行うように構成されている請求項４〜８のいずれか１つに記載のコイル巻線装置。

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