JP5196895B2 - 巻線方法及び巻線装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステータの磁極に線材を巻線する巻線方法及び巻線装置に関するものである。

ステータの磁極に線材を巻線する方法として、線材を直接磁極に巻き付ける直巻方法と、予め巻枠等に巻線した後、巻線したコイルを磁極に挿入するインサート方式とがある。

直巻方法は、線材を磁極に密着して巻線することができると共に、ノズルの移動によって容易に整列巻線が行えるため占積率を向上させることができる。したがって、近年のモータ等の性能向上の要求から、直巻方法が主流になっている。

直巻方法によってステータの磁極に対して２相の巻線を行う場合には、１相目はステータの磁極に対して一つおきに巻線し、２相目は１相目が巻線された磁極の間の巻線されていない磁極に対して巻線する。

直巻方法では、ノズルを隣接する磁極間のスロット内を移動させて巻線が行われるため、２相目の巻線を行う場合において、スロット内の対向する線材の隙間（１相目と２相目との隙間）がノズルの幅よりも小さくなると、それ以上巻線を行うことができない。

そのため、従来は、隣接する磁極の隙間が小さくノズルが磁極間を通過するのが難しい場合には、フックを用いてノズルから線材を引き出し、引き出した線材を磁極間に導いた後に、線材をフックから外して磁極に巻落として巻線する方法が一般的であった（例えば、特許文献１，２参照）。
国際公開第２００４／０３２３１１号パンフレット 特開２００２−１９９６７３号公報

しかし、このような方法では、巻落とした線材が緩み易く、整列に巻線することが難しいため、巻乱れが生じて占積率を向上させることができないという問題があった。

そこで、フックを用いない方法としては、ステータを分割コアとし、予め各コアに巻線し、巻線された各コアをヨークに固定することによって占積率を高めるという方法もある。しかし、この方法では、巻線後にコア挿入工程や結線工程等の後工程を行う必要があり生産効率が悪い。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、隣接する磁極の隙間が小さい場合でも、その隙間に線材を整列巻きすることができ、かつ巻線後の後工程を必要としない巻線方法及び巻線装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の磁極が放射状に配置されたステータに対して線材繰出し部材から繰出される線材を巻線する巻線方法であって、前記線材繰出し部材から繰出された線材をガイドにて保持し、磁極に対して位置決めする位置決め工程と、前記ガイドにて線材を保持した状態で、前記線材繰出し部材を隣接する磁極の間を通すことなく前記ステータに対して相対移動させ、前記線材繰出し部材から繰出される線材を隣接する磁極の間に挿入する線材挿入工程と、を備え、前記線材繰出し部材を磁極の周囲を周回させることによって磁極に対して線材を巻線する過程にて、前記線材繰出し部材が隣接する磁極に巻線された線材との間を通過不能となった場合に、前記位置決め工程及び前記線材挿入工程を行って線材を磁極に対して巻線し、前記位置決め工程の位置決めは、巻線対象の磁極の外周面のうち、隣接する磁極に対峙しない非対峙面に対して行われ、前記線材挿入工程は、前記線材繰出し部材を、隣接する磁極の間に形成されたスロットの開口部に沿って相対移動させることによって行われ、前記ガイドは、巻線対象の磁極の外周面のうち、隣接する磁極に対峙しない非対峙面に対向して配置され、線材が巻線対象の磁極に対して１巻きされる毎に、前記ガイドを前記巻線対象の磁極の巻軸方向に線材の線径分だけ移動させ、巻線対象の磁極に対する線材の整列巻きを行い、前記ガイドは、前記巻線対象の磁極に巻線される線材の巻線方向と平行に配置された第１ガイドと、当該第１ガイドとの間に線材の線径分の間隔をもって配置された第２ガイドと、を備え、前記第１ガイドと前記第２ガイドとの間にて線材を保持し、前記ガイドは、巻線方向に並んで一対配置されることを特徴とする。

本発明によれば、隣接する磁極の隙間が小さく線材繰出し部材が磁極間を通過するのが難しい場合には、線材繰出し部材は、隣接する磁極の間を通ることなく、繰出される線材を隣接する磁極の間に挿入するように移動する。この線材繰出し部材の移動の際、線材はガイドによって位置決めされた状態を保持する。このように、線材繰出し部材が磁極間を通過するのが難しい場合でも、線材繰出し部材から繰出される線材は、磁極に対して導かれ整列巻きされる。また、本発明によれば、ステータの各磁極に対して直接線材を巻線することができるため、巻線後の後工程を必要とせず、効率良くステータを生産することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る巻線装置１００の構成について説明する。図１は巻線装置１００を示す斜視図であり、図２は巻線装置１００の要部拡大斜視図である。

なお、以下では、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平前後方向、Ｙ軸が略水平横方向、Ｚ軸が略鉛直方向として説明する。

巻線装置１００は、ステータ１に対して線材２を巻線する装置である。

ステータ１は、環状のヨーク３と、ヨーク３の内周に配置されステータ１の中心に向かって放射状に延在するティース４（磁極）とを備えるインナーステータである。各ティース４の周囲には巻線装置１００によって線材２が巻線され、隣接するティース４の間に形成されたスロット５に巻線が収容される。

本実施の形態では、ティース４は断面が四角形に形成され、隣合うティース４に対峙する側面とヨーク３の内周面とでスロット５が構成される。また、各ティース４の先端面には鍔部４ｃが設けられ、鍔部４ｃによってティース４に巻線されるコイルの巻幅が規定される。

巻線装置１００は、ステータ１をその中心軸回りに回転させるインデックス機構１０と、線材２を繰出すノズル９（線材繰出し部材）と、ノズル９を直交三軸方向に移動させるノズル移動機構１１（線材繰出し部材移動機構）とを備える。巻線装置１００は基台１３上に載置される。

インデックス機構１０は、ステータ１を水平に支持する支持台６と、支持台６を回転駆動する駆動機構（図示省略）とを備える。ステータ１は、外周に形成されたキー溝１ａに支持台６の内周に形成されたキー６ａが嵌合することによって、支持台６の内周に支持される。

支持台６は、基台１３に形成された円形の開口部１３ａの内周に軸受（図示省略）を介して回転自在に配置される。

これにより、駆動機構によって支持台６を回転駆動することによって、支持台６に支持されたステータ１は軸中心に回転する。

ノズル移動機構１１は、基台１３上に立設する支柱１４に支持されＸ軸方向に延在する一対のＸ軸移動機構１１ｘと、一対のＸ軸移動機構１１ｘの間に介装されＹ軸方向に延在するＹ軸移動機構１１ｙと、Ｙ軸移動機構１１ｙに連結されＺ軸方向に延在するＺ軸移動機構１１ｚとを備える。

Ｘ軸移動機構１１ｘは、支柱１４に支持された一対の筐体１５ｘと、筐体１５ｘの端部に配置された駆動モータ１６ｘと、駆動モータ１６ｘの出力軸に連結されＸ軸方向に延在するボールねじ１７ｘと、ボールねじ１７ｘに螺合しボールねじ１７ｘに沿って移動する従動子１８ｘとを備える。

Ｙ軸移動機構１１ｙは、両端部がＸ軸移動機構１１ｘの一対の従動子１８ｘに結合されボールねじ１７ｘに沿って移動する筐体１５ｙと、筐体１５ｙの端部に配置された駆動モータ１６ｙと、駆動モータ１６ｙの出力軸に連結されＹ軸方向に延在するボールねじ１７ｙと、ボールねじ１７ｙに螺合しボールねじ１７ｙに沿って移動する従動子１８ｙとを備える。

Ｚ軸移動機構１１ｚは、Ｙ軸移動機構１１ｙの従動子１８ｙに結合されボールねじ１７ｙに沿って移動する筐体１５ｚと、筐体１５ｚの端部に配置された駆動モータ１６ｚと、駆動モータ１６ｚの出力軸に連結されＺ軸方向に延在するボールねじ１７ｚと、ボールねじ１７ｚに螺合しボールねじ１７ｚに沿って移動する従動子１８ｚとを備える。

Ｚ軸移動機構１１ｚの従動子１８ｚには、Ｚ軸方向に延在する円筒状のノズル保持部材２１が支持部材２２を介して連結される。

ノズル保持部材２１の端部には、軸２３を中心に揺動可能にノズル９が取り付けられる。したがって、ノズル９は、Ｘ軸移動機構１１ｘ、Ｙ軸移動機構１１ｙ、及びＺ軸移動機構１１ｚを駆動することによって、直交３軸方向に自在に移動することができる。

ノズル保持部材２１の両端部には、それぞれ軸中心に回転する第１滑車２４ａ，第２滑車２４ｂが設けられる。線材供給装置（図示省略）から供給される線材２は、第１滑車２４ａに案内されてノズル保持部材２１の中空部内に導かれると共に、第２滑車２４ｂに案内されてノズル９へと導かれ、ノズル９の先端部から繰出される。なお、線材供給装置から供給される線材２には、テンション装置（図示省略）によって所定の張力が付与される。

ノズル保持部材２１の外周面にはエアシリンダ２５が配置される。エアシリンダ２５には圧縮空気によって進退するピストンロッド２６が挿入され、ピストンロッド２６の先端部はノズル９の後端部に連結される。

これにより、エアシリンダ２５を駆動することによって、ノズル９は軸２３を中心に揺動する。このように、エアシリンダ２５の動作を制御することによって、ノズル９の向きが変化し、ノズル９から繰出される線材２の角度を調節することができる。

ノズル９は、ティース４間のスロット５を通過可能なように平板状に形成された部材であり、線材２はノズル９をＹ軸方向に挿通する。

ティース４に対して線材２を巻線する場合には、インデックス機構１０によってステータ１を回転させ、巻線対象である所望のティース４をノズル９に対峙させる。つまり、巻線を施したいティース４をノズル９と同軸上（Ｙ軸上）に配置する。なお、以下では、ノズル９と同軸上に配置され巻線が施されるティースを「巻線対象ティース」と称する。

そして、ノズル９は、繰出された線材２の先端部がチャック（図示省略）にて保持された状態で、ノズル移動機構１１の駆動によって、線材２を繰出しながらティース４の周囲を周回すると共にティース４の巻軸方向（Ｙ軸方向）に移動する。これにより、ティース４には線材２が多層に整列巻きされる。

具体的には、Ｘ軸移動機構１１ｘ及びＺ軸移動機構１１ｚを駆動することによってノズル９をティース４の周囲を周回させる。また、ノズル９がティース４の周囲を１周する毎にＹ軸移動機構１１ｙを駆動することによって、ノズル９をティース４の巻軸方向（Ｙ軸方向）に線材２の線径分だけ移動させる。これを繰り返すことによって、ティース４には、先端側から根元側に向かって１層目の線材２が整列巻きされ、次いで、根元側から先端側に向かって２層目の線材２が整列巻きされ、順次同様にして所定の層数だけ線材２が整列巻きされる。

ティース４に対する巻線は、ＵＶ２相や、ＵＶＷ３相等の場合があり、例えば、ＵＶ２相の巻線を行う場合には、始めにＵ相をステータ１のティース４に対して一つおきに順次巻線する。次いで行われるＶ相の巻線は、Ｕ相が巻線されたティース４の間の巻線されていないティース４に対して行われる。このように、Ｖ相の巻線は、巻線対象ティース４の両隣りに、すでにＵ相が巻線された状態で行われる。このため、ノズル９をティース４の周囲を周回させＶ相の巻線を行う場合、層数が増えるに従って、次第にティース４に巻線された線材２の間隔、つまり、スロット５の幅が小さくなる。

また、ＵＶＷ３相の巻線を行う場合には、始めにＵ相をステータ１のティース４に対して二つおきに順次巻線する。次いで行われるＶ相の巻線は、巻線対象ティース４の片側に、すでにＵ相が巻線された状態で行われる。最後に行われるＷ相の巻線は、巻線対象ティース４の両隣りに、すでにＵ相、Ｖ相が巻線された状態で行われる。このため、ノズル９をティース４の周囲を周回させＶ相又はＷ相の巻線を行う場合、層数が増えるに従って、次第にティース４に巻線された線材２の間隔、つまり、スロット５の幅が小さくなる。

スロット５の幅が小さい場合には、ノズル９のスロット５内の移動（Ｚ軸方向への移動）が困難となる。そして、スロット５の幅がノズル９の幅よりも小さくなった場合には、ノズル９のスロット５内の移動は不可能となる。しかし、このような場合でも、スロット５の幅が線材２の直径よりも大きい場合には、線材２のみをスロット５内に挿入することは可能となる。

そこで、巻線装置１００は、ティース４に巻線された線材２の間隔が小さい場合でも、線材２をティース４に対して巻線するための機構を備える。以下に、その機構について説明する。

巻線装置１００は、巻線対象ティース４に対して巻線を行う過程で、ノズル９から繰出された線材２を保持すると共に、保持した線材２をティース４に対して位置決めする上部ガイド７及び下部ガイド８を備える。

上部ガイド７は、巻線対象ティース４の外周面のうち、隣接するティース４に対峙しない表面４ａ（非対峙面）に対向して配置され、下部ガイド８は、表面４ａの反対側の裏面４ｂ（非対峙面）に対向して配置される。

図２示すように、上部ガイド７は、線材２の巻線方向（Ｘ軸方向）に並んで配置された一対の上部左ガイド７Ａ及び上部右ガイド７Ｂからなる。さらに、上部左ガイド７Ａ及び上部右ガイド７Ｂのそれぞれは、巻線対象ティース４に巻線される線材２の巻線方向（Ｘ軸方向）と平行に配置された第１ガイド７ａと、第１ガイド７ａとの間に線材２の線径分の間隔をもって第１ガイド７ａと平行に配置された第２ガイド７ｂとを備える。

同様に、下部ガイド８も、線材２の巻線方向（Ｘ軸方向）に並んで配置された一対の下部左ガイド８Ａ及び下部右ガイド８Ｂからなり、下部左ガイド８Ａ及び下部右ガイド８Ｂも、それぞれ第１ガイド８ａと第２ガイド８ｂとを備える。

基台１３上には、一対の上部左ガイド７Ａ及び上部右ガイド７Ｂを、それぞれ直交三軸方向に移動させる一対のガイド移動機構１２が配置される。

ガイド移動機構１２は、上部ガイド７を巻線対象ティース４の巻軸方向（Ｙ軸方向）に移動させる巻軸方向移動機構１２ｙと、上部ガイド７を巻線対象ティース４に巻線される線材２の巻線方向（Ｘ軸方向）に移動させる巻線方向移動機構１２ｘと、上部ガイド７を巻線対象ティース４に対して接近離反方向（Ｚ軸方向）に移動させる鉛直方向移動機構１２ｚとを備える。

巻軸方向移動機構１２ｙは、基台１３上に載置された載置台３０に支持された筐体３１ｙと、筐体３１ｙの端部に配置された駆動モータ３２ｙと、駆動モータ３２ｙの出力軸に連結されＹ軸方向に延在するボールねじ３３ｙと、ボールねじ３３ｙに螺合しボールねじ３３ｙに沿って移動する従動子３４ｙとを備える。

巻線方向移動機構１２ｘは、巻軸方向移動機構１２ｙの従動子３４ｙに結合されボールねじ３３ｙに沿って移動する筐体３１ｘと、筐体３１ｘの端部に配置された駆動モータ３２ｘと、駆動モータ３２ｘの出力軸に連結されＸ軸方向に延在するボールねじ３３ｘと、ボールねじ３３ｘに螺合しボールねじ３３ｘに沿って移動する従動子３４ｘとを備える。

巻線方向移動機構１２ｘの従動子３４ｘには、Ｘ軸方向に延在するロッド３５が結合され、ロッド３５の先端にはＬ字型の支持体３６が結合される。支持体３６におけるＸ軸方向と直交する面３６ａ及びＹ軸方向と直交する面３６ｂには、鉛直方向移動機構１２ｚが配置される。

鉛直方向移動機構１２ｚは、支持体３６の面３６ａ，３６ｂのそれぞれに配置されＺ軸方向に延在するガイドレール３７ａ，３７ｂと、ガイドレール３７ａ，３７ｂに案内されガイドレール３７ａ，３７ｂに沿って移動可能な移動体３８ａ，３８ｂとを備える。

支持体３６内にはエアシリンダ（図示省略）が収容される。エアシリンダには圧縮空気によって進退するピストンが挿入され、ピストンは移動体３８ａ，３８ｂに連結される。したがって、エアシリンダを駆動することによって、移動体３８ａ，３８ｂはガイドレール３７ａ，３７ｂに沿って移動する。

移動体３８ａには第１ガイド７ａが結合され、移動体３８ｂには第２ガイド７ｂが結合される。したがって、第１ガイド７ａ及び第２ガイド７ｂは、巻軸方向移動機構１２ｙ、巻線方向移動機構１２ｘ、及び鉛直方向移動機構１２ｚを駆動することによって、巻線対象ティース４の表面４ａに対して直交３軸方向に自在に移動することができる。また、ガイド移動機構１２は、一対の上部左ガイド７Ａ及び上部右ガイド７Ｂのそれぞれに対して個別に設けられるため、一対の上部左ガイド７Ａ及び上部右ガイド７Ｂは、それぞれ個別に巻線対象ティース４の表面４ａに対して直交３軸方向に自在に移動することができる。

なお、ガイド移動機構１２は、下部ガイド８における一対の下部左ガイド８Ａ及び下部右ガイド８Ｂのそれぞれに対しても個別に設けられる。

次に、主に図３及び図４を参照して、上部ガイド７及び下部ガイド８を用いて線材２をティース４に対して巻線する方法について説明する。図３及び図４は巻線動作を時系列順に示した図である。なお、以下に示す巻線装置１００の動作は、図１に示すコントローラ２０によって自動制御される。

まず、前述したように、インデックス機構１０によってステータ１を回転させ、巻線対象ティース４をノズル９に対峙させる。そして、ノズル移動機構１１を駆動することによって、ノズル９を巻線対象ティース４の周囲を周回させ、ノズル９から繰出される線材２を巻線対象ティース４に対して整列巻きする。つまり、ノズル９をスロット５内を通過させることによって巻線を行う。

巻線対象ティース４に巻線される線材２の層数が増えるに従って、巻線対象ティース４に巻線された線材２と隣接するティース４Ａ，４Ｂに巻線された線材２との間隔、つまり、スロット５の幅Ｗが小さくなる。そして、スロット５の幅Ｗがノズル９の幅よりも小さくなった場合には、ノズル９は、スロット５内を移動することが不可能となる。

しかし、このような場合でも、スロット５の幅Ｗが線材２の直径よりも大きい場合には、線材２をスロット５内に挿入することが可能であり、巻線を続行することができる。以下では、スロット５の幅Ｗがノズル９の幅よりも小さくなった場合における巻線方法について説明する。

図３（ａ）は、巻線対象ティース４に対して線材２をＮ層（Ｎは自然数）巻線した結果、スロット５の幅Ｗがノズル９の幅よりも小さくなった状態であり、かつ、巻線対象ティース４に対してＮ＋１層目を巻始める直前の状態である。以下では、Ｎ層目における端部の線材２ａとその隣りの線材２ｂとの間の溝５１に線材２を巻線する場合について説明する。

まず、Ｎ＋１層目を巻始めるにあたって、図３（ａ）に示すように、ガイド移動機構１２を駆動することによって、上部ガイド７における一対の第１ガイド７ａを巻線対象ティース４に向けて接近させ、線材２の巻線方向（Ｘ軸方向）に並べて配置する。

次に、図３（ｂ）に示すように、ノズル移動機構１１を駆動することによって、スロット５外に位置するノズル９を、巻線対象ティース４の表面４ａに沿ってＸ軸方向に移動させ、ノズル９から繰出される線材２を一対の第１ガイド７ａの表面に当接させる。これにより、ノズル９から繰出される線材２は、巻線対象ティース４の表面４ａにおけるＮ層目上に導かれる。

次に、図３（ｃ）に示すように、ガイド移動機構１２を駆動することによって、上部ガイド７における一対の第２ガイド７ｂを巻線対象ティース４に向けて接近させる。一対の第１ガイド７ａと一対の第２ガイド７ｂとの対峙する面の間隔は、線材２の線径分であるため、ノズル９から繰出される線材２は、一対の第１ガイド７ａと一対の第２ガイド７ｂとの対峙する面に挟持され保持される。また、上部ガイド７は、保持した線材２を巻線対象ティース４の表面４ａにおけるＮ層目の線材２ａと線材２ｂとの間の溝５１に対峙した位置に位置決めする。このように、上部ガイド７は、線材２を保持すると共に、保持した線材２を巻線対象ティース４に対して位置決めする（位置決め工程）。

以下では、巻線対象ティース４に対して線材２を巻線するにあたって、線材２が巻線されるべき位置を「巻線位置」と称する。図３及び図４に示す巻線方法では、Ｎ層目における線材間の溝５１が「巻線位置」である。

次に、図３（ｄ）に示すように、ノズル移動機構１１を駆動することによって、スロット５外に位置するノズル９を、スロット５におけるステータ１表面に開口する開口部５ａに沿って巻線対象ティース４の巻軸方向（Ｙ軸方向）に移動させ、巻線対象ティース４から遠ざける。なお、このとき、上部ガイド７は、線材２を保持した状態を維持するため、上部ガイド７にて保持された線材２は巻線位置に位置決めされた状態を保つ。

次に、図３（ｅ）に示すように、ノズル移動機構１１を駆動することによって、スロット５外に位置するノズル９を、スロット５におけるステータ１内周に開口する開口部５ｂに沿ってステータ１の軸方向に移動させ、ノズル９から繰出される線材２をスロット５内に挿入する。このように、ノズル９は、スロット５内を通過することなく、繰出される線材２をスロット５内に挿入するように動作する（線材挿入工程）。なお、このとき、上部ガイド７は、線材２を保持した状態を維持するため、上部ガイド７にて保持された線材２は巻線位置に位置決めされた状態を保つ。

次に、図４（ａ）に示すように、ノズル移動機構１１を駆動することによって、スロット５外に位置するノズル９を、スロット５におけるステータ１裏面に開口する開口部５ｃに沿って巻線対象ティース４の巻軸方向（Ｙ軸方向）に移動させる。そして、繰出される線材２が巻線対象ティース４の一側面（ティース４Ｂに対峙する面）におけるＮ層目の線材２ａと線材２ｂとの間の溝５１に対峙した状態で、ノズル９を停止させる。

このように、上部ガイド７にて線材２を保持した状態で、ノズル９を、スロット５の各開口部５ａ，５ｂ，５ｃに沿ってスロット５外を移動させ、繰出される線材２をスロット５内に挿入することによって、ノズル９から繰出される線材２を巻線対象ティース４の一側面の巻線位置に導くことができる。したがって、ノズル９がスロット５内を通過不能な場合でも、巻線対象ティース４に対して線材２を巻線することができる。

ノズル９から繰出された線材２が巻線対象ティース４の一側面の巻線位置に導かれた状態で、図４（ａ）に示すように、上部ガイド７を巻線対象ティース４から離反させ、上部ガイド７による線材２の保持を解除する。また、これと同時に、下部ガイド８における一対の第１ガイド８ａを巻線対象ティース４に向けて接近させ、線材２の巻線方向（Ｘ軸方向）に並べて配置する。

次に、図４（ｂ）に示すように、ノズル移動機構１１を駆動することによって、スロット５外に位置するノズル９を、巻線対象ティース４の裏面４ｂに沿ってＸ軸方向に移動させ、ノズル９から繰出される線材２を一対の第１ガイド８ａの表面に当接させる。これにより、ノズル９から繰出される線材２は、巻線対象ティース４の裏面４ｂにおけるＮ層目上に導かれる。また、このとき、上部ガイド７による保持が解除された線材２は、巻線対象ティース４の表面４ａにおけるＮ層目の巻線位置に巻線されると共に、スロット５内に挿入された線材は、巻線対象ティース４の一側面におけるＮ層目の巻線位置に巻線される。なお、ノズル９のＸ軸方向への移動は、インデックス機構１０を駆動し、ステータ１を軸中心に回転させることによって行ってもよい。

次に、図４（ｃ）に示すように、ガイド移動機構１２を駆動することによって、下部ガイド８における一対の第２ガイド８ｂを巻線対象ティース４に向けて接近させる。これにより、ノズル９から繰出される線材２は、一対の第１ガイド８ａと一対の第２ガイド８ｂとの対峙する面にて挟持して保持されると共に、巻線対象ティース４の裏面４ｂにおける巻線位置に対峙する位置に位置決めされる。

次に、図４（ｄ）〜図４（ｆ）に示すように、下部ガイド８にて線材２を保持した状態で、ノズル９を、スロット５の各開口部５ｄ，５ｅ，５ｆに沿ってスロット５外を移動させ、繰出される線材２をスロット５内に挿入する。これにより、ノズル９から繰出される線材２は、巻線対象ティース４の他側面（ティース４Ａに対峙する面）の巻線位置に導かれる。そして、図４（ｆ）に示すように、下部ガイド８を巻線対象ティース４から離反させ、下部ガイド８による線材２の保持を解除する。

以降は、線材２が巻線対象ティース４に対して１巻される毎に、ノズル９を巻線対象ティース４の巻軸方向（Ｙ軸方向）に線材２の線径分だけ移動させると共に、上部ガイド７及び下部ガイド８もＹ軸方向に線材２の線径分だけ移動させる。そして、上記手順を繰り返すことによってＮ＋１層目の巻線を行う。

以上のようにして、ノズル９を巻線対象ティース４の周囲を周回させることによって、Ｎ層目上にＮ＋１層目が整列巻きされる。

Ｎ＋１層目以降は、スロット５の幅Ｗが線材２の直径よりも小さくなった時点で巻線を終了する。

なお、以上では、ノズル９を巻線対象ティース４の周囲を周回させることによって、巻線対象ティース４に対して線材２を巻線し、スロット５の幅Ｗがノズル９の幅よりも小さくなった場合に、上部ガイド７及び下部ガイド８を用いた巻線方法に変更するとして説明した。この巻線方法の変更は、巻線中、スロット５の幅Ｗをセンサ（検知器）によって常時測定し、コントローラ２０にて、測定結果とノズル９の幅とを比較し、スロット５の幅Ｗがノズル９の幅よりも小さくなったと判定された場合に行われる。また、巻線を開始する前に、巻線対象ティース４と隣接するティース４Ａ，４Ｂとの間隔、ノズル９の幅寸法、及び線材２の直径の各値をコントローラ２０に入力し、コントローラ２０は、各値からスロット５の幅Ｗがノズル９の幅よりも小さくなる線材２の層数を算出し、巻線対象ティース４に対する線材２の層数が前記算出値に到達した場合に、上部ガイド７及び下部ガイド８を用いた巻線方法に変更するようにしてもよい。

以下に、図３及び図４を参照して説明した巻線方法の他の態様について説明する。
（１）線材２が巻線されていない状態で、隣合うティース４の間隔がノズル９の幅よりも小さいステータ１に対して巻線を行う場合には、１層目から上部ガイド７及び下部ガイド８を用いた巻線が行われる。
（２）以上の巻線方法では、ノズル９がスロット５内を通過不能となった場合には、ノズル９を、スロット５の各開口部５ａ，５ｂ，５ｃ（各開口部５ｄ，５ｅ，５ｆ）に沿ってスロット５外を移動させ、繰出される線材２をスロット５内に挿入させた。これに代わり、ノズル９を移動させずに、ステータ１及び上部ガイド７、下部ガイド８を移動させることによって、ノズル９をスロット５の各開口部５ａ，５ｂ，５ｃ（各開口部５ｄ，５ｅ，５ｆ）に沿って相対移動させ、ノズル９から繰出される線材２をスロット５内に挿入するようにしてもよい。
（３）以上の巻線方法では、上部ガイド７による線材２の保持の解除は、スロット５内に挿入された線材２が巻線対象ティース４の一側面の巻線位置に導かれた直後（図４（ａ）に示す状態）に行った。しかし、上部ガイド７による線材２の保持の解除は、スロット５内に挿入された線材２が巻線対象ティース４の一側面の巻線位置に導かれた直後から下部ガイド８が線材２の保持を解除するまでの間（図４（ａ）から図４（ｆ）の間）であれば、どのタイミングにて行ってもよい。
（４）以上では、ヨーク３の内周にティース４が放射状に配置されるインナーステータに対して線材２を巻線する場合について説明した。しかし、ステータ１は、ヨーク３の外周にティース４が放射状に配置されるアウターステータであってもよい。この場合、ノズル移動機構１１は、アウターステータの外周に配置される。

次に、図５を参照して、巻線対象ティース４の表面４ａにおけるＮ層目上に線材２を斜めに巻線する場合について説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、ガイド移動機構１２を駆動することによって、上部ガイド７における一対の第１ガイド７ａを巻線対象ティース４に向けて接近させ、巻軸方向（Ｙ軸方向）にずらして配置する。一対の第１ガイド７ａは、ガイド移動機構１２によってそれぞれ別個に移動させることができるため、Ｙ軸方向にずらして配置することができる。そして、ノズル移動機構１１を駆動することによって、ノズル９をＸ軸方向に移動させた後、Ｙ軸方向に移動させ、ノズル９から繰出される線材２を一対の第１ガイド７ａの表面に当接させる。これにより、ノズル９から繰出される線材２は、巻線対象ティース４の表面４ａにおけるＮ層目上に斜めに導かれる。

次に、図５（ｂ）に示すように、上部ガイド７における一対の第２ガイド７ｂを巻線対象ティース４に向けて接近させ、ノズル９から繰出される線材２を、一対の第１ガイド７ａと一対の第２ガイド７ｂとの対峙する面にて挟持して保持すると共に、巻線対象ティース４の表面４ａにおけるＮ層目上に斜めに位置決めする。

上部ガイド７によって位置決めした後は、図３及び図４に示した巻線方法と同様に、図５（ｃ）〜図５（ｅ）に示すように、ノズル９を、スロット５の各開口部５ａ，５ｂ，５ｃに沿ってスロット５外を移動させ、繰出される線材２をスロット５内に挿入する。これにより、ノズル９から繰出される線材２は、巻線対象ティース４の一側面（ティース４Ｂに対峙する面）の巻線位置に導かれる。

次に、図５（ｅ）に示すように、上部ガイド７を巻線対象ティース４から離反させ、上部ガイド７による線材２の保持を解除する。そして、ノズル移動機構１１を駆動することによって、ノズル９をＸ軸方向に移動させ、線材２をＮ層目上に巻線する。

以上のように、上部ガイド７における一対の上部左ガイド７Ａ及び上部右ガイド７Ｂは、ガイド移動機構１２によってそれぞれ別個に移動させることができるため、Ｙ軸方向にずらして配置することができる。したがって、線材２を巻線対象ティース４に対して斜めに巻線することが可能となる。

図５では、上部左ガイド７Ａを巻線対象ティース４の先端側、上部右ガイド７Ｂを巻線対象ティース４の根元側に配置した状態で、ノズル９を時計回りに周回させて線材２を斜めに巻線する場合について示した。

図６では、上部左ガイド７Ａを巻線対象ティース４の根元側、上部右ガイド７Ｂを巻線対象ティース４の先端側に配置した状態で、ノズル９を時計回りに周回させて線材２を斜めに巻線する場合について示す。

この場合には、図６に示すように、上部ガイド７の配置の順番を図５に示した場合と逆にする。つまり、図６（ａ）に示すように、最初に一対の第２ガイド７ｂを巻線対象ティース４に向けて接近させ、ノズル９から繰出される線材２を一対の第２ガイド７ｂの表面に当接させる。次に、図６（ｂ）に示すように、一対の第１ガイド７ａを巻線対象ティース４に向けて接近させ、一対の第１ガイド７ａと一対の第２ガイド７ｂとの対峙する面にてノズル９から繰出される線材２を保持して位置決めする。

このように、線材２を斜めに巻線する場合には、線材２の向き及びノズル９の回転方向に応じて、上部ガイド７の配置の順番が設定される。

次に、図７を参照して、上部ガイド７及び下部ガイド８の形状について説明する。上部ガイド７及び下部ガイド８の形状は同じであるため、以下では、上部ガイド７についてのみ説明する。

図７（ａ）に示すように、一対の第１ガイド７ａ及び一対の第２ガイド７ｂを、それぞれ一体に形成するようにしてもよい。このように上部ガイド７を構成することによって、ガイド移動機構１２を簡便な構成にすることができる。

また、図７（ｂ）に示すように、上部左ガイド７Ａにおける第１ガイド７ａと第２ガイド７ｂを一体に形成すると共に、上部右ガイド７Ｂにおける第１ガイド７ａと第２ガイド７ｂを一体に形成にしてもよい。この場合には、上部左ガイド７Ａ及び上部右ガイド７Ｂのそれぞれの底面に線材２を保持する切欠部５５が形成される。このように上部ガイド７を構成することによって、ガイド移動機構１２を簡便な構成にすることができると共に、上部左ガイド７Ａと上部右ガイド７Ｂとは別体に形成されるため、線材２を斜めに巻線する場合にも用いることができる。

また、図７（ｃ）に示すように、一対の第１ガイド７ａ及び一対の第２ガイド７ｂをそれぞれ一体に形成すると共に、上部左ガイド７Ａと上部右ガイド７Ｂを一体に形成するようにしてもよい。この場合には、上部左ガイド７Ａ及び上部右ガイド７Ｂのそれぞれの底面に線材２を保持する切欠部５５が形成される。このように上部ガイド７を一体型に構成することによって、ガイド移動機構１２をさらに簡便な構成にすることができる。

次に、図８を参照して、図７（ｃ）に示す一体型の上部ガイド７を用いて、線材２を巻線対象ティース４に対して巻線する方法について説明する。

図８（ａ）は、ノズル９から繰出される線材２を、巻線対象ティース４に対して巻始める直前の状態を示す図である。

まず、図８（ｂ）に示すように、ノズル移動機構１１を駆動することによって、スロット５外に位置するノズル９を、Ｘ軸方向に移動させて巻線対象ティース４から遠ざける。このようにして、ノズル９から線材２を引き出す。ノズル９から引き出す線材２の長さは、分割された上部ガイド７を用いた巻線方法の場合（図３（ｂ）に示す状態）と比較して長くする。

次に、図８（ｃ）に示すように、ノズル移動機構１１を駆動することによって、ノズル９をＺ軸方向に移動させ、ノズル９から引き出された線材２を巻線対象ティース４の表面４ａ上の巻線位置に這わせる。そして、ガイド移動機構１２を駆動することによって、上部ガイド７を巻線対象ティース４に向かって接近させ、切欠部５５にて表面４ａ上に這わされた線材２を保持する。

このように、一体型の上部ガイド７を用いて巻線を行う場合には、ノズル９から線材２を引き出し、巻線対象ティース４に対して這わした状態で、上部ガイド７にて線材２を保持する。つまり、ノズル９から繰出された線材２は、巻線対象ティース４の表面４ａにおける巻線位置に巻線された状態で、上部ガイド７によって位置決めされる。

図８（ｄ）及び図８（ｅ）に示す以降の手順は、前述した巻線方法と同様である。

以上の本第１の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

隣接するティース４の隙間、つまり、スロット５の幅Ｗがノズル９の幅よりも小さくなり、ノズル９がスロット５内を通過不能となった場合には、ノズル９は、スロット５内を通ることなく、繰出される線材２がスロット５内に挿入されるように移動する。このノズル９の移動の際、線材２は上部ガイド７，下部ガイド８によって巻線位置に位置決めされた状態を保持する。このように、ノズル９がスロット５内を通過不能となった場合でも、ノズル９から繰出される線材２は、ティース４に対して導かれ整列巻きされる。また、巻線装置１００による巻線方法では、ステータ１の各ティース４に対して直接線材２を巻線することができるため、巻線後の後工程を必要とせず、効率良くステータ１を生産することができる。

（第２の実施の形態）
図９を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る巻線装置２００について説明する。図９は巻線装置２００を示す断面図である。

なお、以下の説明において、上記第１の実施の形態に用いた符号と同一の符号は、第１の実施の形態にて説明した部材と同一の部材を指すものとし、説明を省略する。

本第２の実施の形態における上記第１の実施の形態との相違点は、ノズル９を移動させるノズル移動機構の構成が異なる点である。以下に、巻線装置２００におけるノズル移動機構６０（線材繰出し部材移動機構）について説明する。

第１の実施の形態に係る巻線装置１００におけるノズル移動機構１１は、ノズル９を直交三軸方向に移動させることによって、巻線対象ティース４に対して線材２を巻線するものであった。これに対して、ノズル移動機構６０は、ノズル９を巻線対象ティース４の巻軸を中心に回転させるノズル回転機構６１と、ノズル９を巻線対象ティース４の巻軸方向に移動させる軸方向移動機構６２とを備え、この二つの機構によって巻線対象ティース４に対して線材２を巻線する。

ノズル回転機構６１は、巻線対象ティース４の巻軸と同軸上に配置された円筒状のスピンドル６３と、スピンドル６３の端部に結合されたフライヤ６４と、スピンドル６３を軸中心に回転させるスピンドルモータ６５とを備え、ノズル９は、フライヤ６４の内周面にノズル支持部材６６を介して支持される。

スピンドルモータ６５の出力軸は、プーリ６７及びベルト６８を介してスピンドル６３に連結される。したがって、スピンドルモータ６５を駆動することによって、ノズル９は、巻線対象ティース４の巻軸を中心に回転する。

軸方向移動機構６２は、スピンドル６３の内周面にスプライン６９を介して摺動自在に支持されたスライド軸７０と、スライド軸７０の端部に設けられスライド軸７０の動きをノズル９に伝達するノズル駆動部７１と、スライド軸７０を巻線対象ティース４の巻軸方向に移動させる軸方向移動モータ７２とを備える。

軸方向移動モータ７２の出力軸にはボールねじ７３が結合され、ボールねじ７３に螺合する従動子７４はスライド軸７０に軸受７５を介して連結される。したがって、軸方向移動モータ７２を駆動することによって、スライド軸７０が巻線対象ティース４の巻軸方向に移動する。これにより、ノズル９は、ノズル駆動部７１の作用によって、フライヤ６４の内周面に沿って巻線対象ティース４の巻軸方向に移動する。

ノズル移動機構６０を用いて巻線を行う場合には、まず、ノズル回転機構６１を駆動することによって、ノズル９を巻線対象ティース４の周囲を周回させると共に、１周する毎に軸方向移動機構６２を駆動することによって、ノズル９を巻線対象ティース４の巻軸方向に線材２の線径分だけ移動させて巻線を行う。

そして、スロット５の幅Ｗが小さくなり、ノズル９がスロット５内を通過不能となった場合には、上部ガイド７及び下部ガイド８を用いた巻線が行われる。

具体的には、上記第１の実施の形態にて説明した図３及び図４に示す巻線方法において、図３（ｂ）、図３（ｅ）、図４（ｂ）、及び図４（ｅ）に示すノズル９の移動はノズル回転機構６１を駆動することによって行われ、図３（ｄ）、図４（ａ）、図４（ｄ）、及び図４（ｆ）に示すノズル９の巻線対象ティースの巻軸方向への移動は軸方向移動機構６２を駆動することによって行われる。

以上のように、本第２の実施の形態においても、スロット５の幅Ｗが小さくなり、ノズル９がスロット５内を通過不能となった場合に巻線を続行することができる。

ただ、ノズル移動機構６０を用いて巻線を行う場合、ノズル９は、ノズル回転機構６１によって円形軌道を描いて動作するため、スロット５内を直線状に通過することができない。したがって、第１の実施の形態による巻線方法と比較して、ノズル９がスロット５内を通過不能となるスロット５の幅Ｗが大きく、上部ガイド７及び下部ガイド８を用いて巻線を行う時間が長くなる。

そこで、ノズル９がスロット５内を直線状に通過することができるように、スピンドル６３をステータ１の軸方向に移動させる機構、つまり、ノズル移動機構６０全体を支持する基台７７をステータ１の軸方向に移動させる機構を設けてもよい。このように構成することによって、上部ガイド７及び下部ガイド８を用いて巻線を行う時間が短くなり、作業効率が向上する。なお、基台７７をステータ１の軸方向に移動させる機構に代えて、ステータ１を軸方向に移動させる機構を設けてもよい。

本発明は、上記の実施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、ステータの磁極に線材を巻線する巻線方法に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る巻線装置を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る巻線装置を示す要部拡大斜視図である。 巻線方法を時系列順に示した図である。 巻線方法を時系列順に示した図である。 他の巻線方法を時系列順に示した図である。 他の巻線方法を時系列順に示した図である。 上部ガイドを示す斜視図である。 他の巻線方法を時系列順に示した図である。 本発明の第２の実施の形態に係る巻線装置を示す断面図である。

符号の説明

１００，２００ 巻線装置
１ ステータ
２ 線材
３ ヨーク
４ ティース
４Ａ，４Ｂ 巻線対象ティースに隣接するティース
５ スロット
５ａ〜５ｆ スロットの開口部
７ 上部ガイド
８ 下部ガイド
９ ノズル
１０ インデックス機構
１１ ノズル移動機構
１２ ガイド移動機構
２１ ノズル保持部材

Claims (4)

1. 複数の磁極が放射状に配置されたステータに対して線材繰出し部材から繰出される線材を巻線する巻線方法であって、
   前記線材繰出し部材から繰出された線材をガイドにて保持し、磁極に対して位置決めする位置決め工程と、
   前記ガイドにて線材を保持した状態で、前記線材繰出し部材を隣接する磁極の間を通すことなく前記ステータに対して相対移動させ、前記線材繰出し部材から繰出される線材を隣接する磁極の間に挿入する線材挿入工程と、を備え、
   前記線材繰出し部材を磁極の周囲を周回させることによって磁極に対して線材を巻線する過程にて、前記線材繰出し部材が隣接する磁極に巻線された線材との間を通過不能となった場合に、前記位置決め工程及び前記線材挿入工程を行って線材を磁極に対して巻線し、
   前記位置決め工程の位置決めは、巻線対象の磁極の外周面のうち、隣接する磁極に対峙しない非対峙面に対して行われ、
   前記線材挿入工程は、前記線材繰出し部材を、隣接する磁極の間に形成されたスロットの開口部に沿って相対移動させることによって行われ、
   前記ガイドは、巻線対象の磁極の外周面のうち、隣接する磁極に対峙しない非対峙面に対向して配置され、
   線材が巻線対象の磁極に対して１巻きされる毎に、前記ガイドを前記巻線対象の磁極の巻軸方向に線材の線径分だけ移動させ、巻線対象の磁極に対する線材の整列巻きを行い、
   前記ガイドは、
   前記巻線対象の磁極に巻線される線材の巻線方向と平行に配置された第１ガイドと、
   当該第１ガイドとの間に線材の線径分の間隔をもって配置された第２ガイドと、を備え、
   前記第１ガイドと前記第２ガイドとの間にて線材を保持し、
   前記ガイドは、巻線方向に並んで一対配置されることを特徴とする巻線方法。
2. 前記位置決め工程は、
   前記線材繰出し部材から繰出された線材を、前記巻線対象の磁極に対向して配置された前記第１ガイドに当接させ磁極上に導く工程と、
   前記第２ガイドを磁極に対して接近させ、前記第１ガイドと前記第２ガイドとの間にて線材を保持すると共に、保持した線材を磁極に対して位置決めする工程と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の巻線方法。
3. 前記ガイドは、線材を保持する切欠部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の巻線方法。
4. 複数の磁極が放射状に配置されたステータに対して線材繰出し部材から繰出される線材を巻線する巻線装置であって、
   前記線材繰出し部材を前記ステータに対して相対移動させる線材繰出し部材移動機構と、
   前記線材繰出し部材から繰出された線材を保持し、磁極に対して位置決めするガイドと、を備え、
   前記線材繰出し部材を磁極の周囲を周回させることによって磁極に対して線材を巻線する過程にて、前記線材繰出し部材が隣接する磁極に巻線された線材との間を通過不能となった場合には、前記ガイドにて線材を保持して位置決めした状態で、前記線材繰出し部材を隣接する磁極の間を通すことなく前記ステータに対して相対移動させ、前記線材繰出し部材から繰出される線材を隣接する磁極の間に挿入することによって線材を磁極に対して巻線し、
   前記位置決めは、巻線対象の磁極の外周面のうち、隣接する磁極に対峙しない非対峙面に対して行われ、
   前記線材繰出し部材から繰出される線材を隣接する磁極の間に挿入するには、前記線材繰出し部材を、隣接する磁極の間に形成されたスロットの開口部に沿って相対移動させ、
   前記ガイドは、巻線対象の磁極の外周面のうち、隣接する磁極に対峙しない非対峙面に対向して配置され、
   線材が巻線対象の磁極に対して１巻きされる毎に、前記ガイドを前記巻線対象の磁極の巻軸方向に線材の線径分だけ移動させ、巻線対象の磁極に対する線材の整列巻きを行い、
   前記ガイドは、
   前記巻線対象の磁極に巻線される線材の巻線方向と平行に配置された第１ガイドと、
   当該第１ガイドとの間に線材の線径分の間隔をもって配置された第２ガイドと、を備え、
   前記第１ガイドと前記第２ガイドとの間にて線材を保持し、
   前記ガイドは、巻線方向に並んで一対配置されることを特徴とする巻線装置。

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