JP5530243B2 - 線材の巻線装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルの先端から繰出される線材をステータの半径方向に突出して形成された磁極に巻回させる線材の巻線装置に関するものである。

従来、インナーロータ型モータのステータは、環状の部材を複数積層してなるステータコアの内周側に突出する複数の磁極に線材を巻回して形成され、アウターロータ型モータのステータは、そのステータコアの外周側から放射状に突出する複数の磁極に線材を巻回して形成される。従来、このステータコアの各磁極への巻線は、スピンドルに取り付けたノズルを、スピンドルの回転とともに各磁極の回りで、例えば円軌道で公転させることにより行われていた。このようなスピンドル式の巻線によれば、巻線作業を高速化することができるとされていた。

しかし、このスピンドル式の巻線では、線材の繰出端であるノズルの先端と磁極の間にある程度の間隔を設ける必要があるので、巻線時に、ノズルの先端の位置を精密に制御することはできない不具合があった。このため、例えば、ノズルの磁極回りでの公転と磁極軸方向への送りとが精密に整合して行われず、巻線に巻乱れが生じてしまう不具合があった。そして、磁極と磁極の間に凸部を有するタイプのステータコアの場合には、この凸部がノズルの軌跡に干渉してしまうようなこともあった。

このような不具合を解消するために、本出願人は３軸方向のそれぞれにノズルを移動させる３台の移動機構を備えた巻線装置を提案した（例えば、特許文献１参照。）。即ち、この巻線装置は、前後移動機構で左右移動機構を前後移動可能に支持し、この左右移動機構で上下移動機構を左右移動可能に支持し、更にこの上下移動機構で可動台を上下移動可能に支持し、この可動台にノズルを取付けている。この巻線装置では、これら３台の移動機構による動作の組み合わせでノズルが取付けられた可動台を３次元方向に動かし、そのノズルの線材繰出端である先端位置を精密に制御し得るようにしている。これにより、巻乱れを生じることなく巻線を行い、線材の占積率の高い整列巻が成されたステータによりモータの特性を向上させることが期待できるものである。

特開平１０−２７１７７４号公報

しかし、上記従来の巻線装置では、ノズルを３軸方向にそれぞれ移動させる移動機構は、前後、左右、上下の各移動機構を順次積み上げることにより構成されているので、前後移動機構はノズルと一緒に左右移動機構と上下移動機構を動かさねばならず、また左右移動機構はノズルと一緒に上下移動機構を動かさなければならない。このようにノズルとともに移動する部分が比較的大きいため、前後移動機構によるノズルの前後動作、左右移動機構によるノズルの左右動作は高速化することができずに、結果として巻線作業の高速化を阻害していた。

また、上記従来の巻線装置における上下移動機構は、ボールネジを用いているので、そのネジ軸をサーボモータを用いて回転させ、それによりノズルが取付けられた可能台を移動させている。このボールネジでは、サーボモータがそのネジ軸を１回転させると、そのネジ軸に形成された螺旋溝の長手方向におけるピッチに相当する量だけノズルが上下に移動することになる。そして、ステータの磁極に巻線をする場合に、通常はノズルをその螺旋溝のピンチの数倍から数十倍移動させなければならないので、このノズルを往復移動させて巻線するためには、サーボモータはそのネジ軸を数回から数十回正転させた後に、再び数回から数十回逆転させなければならなかった。このため、ボールネジを用いた上記従来の巻線装置において、ノズルを比較的速い速度で移動させて巻線を行う場合には、サーボモータによりネジ軸を高速で回転させるとともに、そのネジ軸を急加減速する必要がある。このため、ボールネジを用いて巻線を行わせようとする従来の巻線装置にあっては、そのネジ軸を回転させる駆動源として、いわゆる高トルクであって、かつ高応答のサーボモータが必要とされる。このようなサーボモータはとても高価かつ大型のものであるので、高速で巻線させることを追求すると、その装置の単価が押し上げられ、かつその装置が大型化する不具合を生じさせる。

本発明の目的は、このような問題点に着目してなされたもので、ステータの磁極に線材を高精度であってかつ高速に巻回し得る線材の巻線装置を提供するところにある。

本発明は、磁極間にノズルが進入可能なスロットを有するステータコアの磁極にノズルから繰り出された線材を巻回する巻線装置であって、ステータコアを支持する支持具が設けられたテーブルと、支持具の回転の中心軸と一致する鉛直軸を回転中心とする回転軸を有する揺動用サーボモータと、磁極の軸に直交する方向にノズルを移動させるノズル移動機構と、機台上に設けられテーブルまたはノズル移動機構を移動させる前後方向駆動部とを有し、ノズル移動機構は、機台に鉛直に固定された台座と、台座に鉛直方向に伸びて設けられた直線運動ガイドレールと、直線運動ガイドレールに鉛直方向で上下動可能に設けられてノズルが固定された可動台と、台座に設けられ回転部材の中心軸が連結されて回転可能に構成された回転軸を有する昇降用サーボモータと、一端が回転部材の回転中心から偏倚した位置に枢支され他端が可動台に枢支された連結部材とを備え、昇降用サーボモータの回転軸の同一方向の回転により直接回転部材を回転させてノズルを鉛直上下に往復運動させる動作と、揺動用サーボモータの回転軸を一定角度で正転及び逆転を交互に行いステータコアを揺動させる動作とを組み合わせることにより、線材を磁極に巻回することを特徴とする巻線装置である。

この場合、回転部材を回転させてノズルを鉛直上下に往復運動させる動作とステータコアを揺動させる動作とは同期して行われ、ノズルの先端がスロットから上方または下方へ抜け出たときに揺動を開始し、ノズルが方向転換してスロットに侵入する以前に揺動を終了するものであって、ステータコアの揺動方向は、ノズルの上下の往復運動の方向のそれぞれにおいて互いに逆方向であることが好ましい。

また、揺動用サーボモータは、磁極とそれに隣接する磁極の成す角度に相当する角度で正転及び逆転することが好ましく、前後方向駆動部は、テーブルまたはノズル移動機構をノズルが伸びる方向に移動させることもできる。そして、前後方向駆動部は、線材を磁極に一巻き巻回するごとに線材の直系分だけテーブルまたはノズル移動機構を移動させることが好ましい。

本発明の線材の巻線装置では、ノズル移動機構によりノズルを往復移動させるとともに、磁極の軸と略垂直な方向でかつそのノズル移動機構による往復移動方向と直交する方向にノズルをその他の移動機構により移動させ、これらの動作の組み合わせにより、ノズルを磁極の周囲に回転移動させる。これにより、ノズルから繰り出された線材をステータの磁極に巻回することができる。そして、そのノズルを磁極と磁極の間のスロットを直線的に移動するトラック状に回転移動させることにより、ノズルの線材繰出端と磁極の間に生じる隙間を減少させて、巻線に巻乱れが生じるようなことを回避することができる。

また、ノズル移動機構によりノズルの往復移動は、駆動源により回転部材を回転させることにより行われ、回転部材を回転させると、その回転中心から偏倚して枢支された連結部材の一端が円運動を描き、その連結部材の他端が枢支された可動台をノズルとともに往復移動させる。このため、回転部材が１回回転すると回転部材の回転中心からの偏倚量の２倍の値に等しい量だけノズルは１回往復運動を行い、駆動源は同一方向に回転部材を回転させるだけでその回転回数に応じた回数だけノズルを往復運動させることができる。このため、従来のボールネジにおけるネジ軸を回転させるサーボモータが必要とした高速からの急加減速を必要とせずに、巻線を比較的容易に高速化することができる。また、従来必要とされた高速からの急加減速を行いうる高トルク、高応答のサーボモータも不要になり、巻線装置の単価が押し上げられることもない。

また、そのノズル移動機構による往復移動方向と直交する方向にノズルを移動させる他の移動機構として、磁極が揺動するようにステータコアを動作させるステータコア動作機構を備えれば、このステータコア動作機構において、巻線の対象である磁極とそれに隣接する磁極の成す角度に相当する角度でステータコアを正転及び逆転させることにより巻線を行うことができる。ここで、巻線の対象である磁極とそれに隣接する磁極との成す角度は比較的小さいことから、巻線時における磁極の揺動は速やかに行われ、これにより巻線速度を確実に高速化させることができる。

本発明実施形態の巻線装置を示す側面図である。 その巻線装置の上面図である。 そのノズル移動機構の動作を示す図である。 その巻線される磁極とその一方に隣接する磁極の間のスロットをノズルが直線的に移動する状態を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。 その巻線される磁極とその他方に隣接する磁極の間のスロットをノズルが直線的に移動する状態を示す図４に対応する断面図である。 その磁極に対するノズルの動きを示す図である。 その巻線装置により巻線がなされたアウターロータ型のステータコアの断面図である。 本発明の別の実施形態の巻線装置を示す斜視図である。 その別の巻線装置により線材を磁極に巻回させる状態を示す図８のＢ−Ｂ線断面図である。 その別のノズル移動機構の動作を示す図である。 その別のステータコアの磁極に対するノズルの動きを示す図である。 その別の巻線装置により巻線がなされたインナーロータ型のステータコアの断面図である。 Ｘ軸に沿ってノズル移動機構を移動させる前後方向駆動部を介してノズル移動機構が機台に取付けられた更に別の巻線装置を示す図２に対応する上面図である。 その更に別の巻線装置にノズルが複数設けられた図１３に対応する上面図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２に本発明における線材の巻線装置１０を示す。各図において、互いに直交するＸ、Ｙ及び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軸が鉛直方向に延びるものとし、この巻線装置１０の構成について説明する。この巻線装置１０は、ノズル１１から繰り出された線材１２をステータコア１３の磁極１３ｂに巻回するものである。そして、図７に示すように、この実施の形態におけるステータコア１３はアウターロータ型のものが用いられ、円環状の環状部１３ａと、この環状部１３ａの外周面からその環状部１３ａの外側に向けて放射状に突出している複数の磁極１３ｂとを備えるものである。

図１及び図２に示すように、この巻線装置１０は、設置場所に設置される機台１４を備える。機台１４にはテーブル１６をＸ軸方向である前後方向に移動させる前後方向駆動部１７が設けられ、そのテーブル１６にはステータコア１３を支持する支持具１８が設けられる。前後方向駆動部１７は、駆動方向であるＸ軸に沿って機台１４に配された前後方向ガイド１７ａと、その前後方向ガイド１７ａに平行に配され表面に螺旋状の雄ねじが配される前後方向回転軸１７ｂと、その前後方向回転軸１７ｂにボールねじにより螺合されその前後方向回転軸１７ｂの回転により前後方向ガイド１７ａに沿って移動可能な前後方向移動部材１７ｄ（図１）と、前後方向回転軸１７ｂを回転駆動する前後方向駆動源１７ｃとが配される。この実施の形態における前後方向駆動源は前後方向サーボモータ１７ｃであって、そのサーボモータ１７ｃが駆動することにより移動する前後方向移動部材１７ｄにテーブル１６が取付けられる。

テーブル１６には、回転軸１９ａがＺ軸方向にある揺動用サーボモータ１９と、その揺動用サーボモータ１９からＹ軸方向にずれてその揺動用サーボモータ１９に隣接する取付板２１が設けられる。ステータコア１３を支持する支持具１８は、ステータコア１３を上端縁に水平に載置する鉛直方向に伸びた棒状芯材１８ａと、その芯材１８ａの上端縁に載置されたステータコア１３を上方から押させる押さえ部材１８ｂとを有する。棒状芯材１８ａは揺動用サーボモータ１９の回転軸１９ａにその下端が取付けられ、上部はステータコア１３の環状部１３ａ（図７）の外径より僅かに小さな外径に形成される。取付板２１の揺動用サーボモータ１９に臨む側には直線運動ガイドレール２３が鉛直方向に伸びて取付けられ、このガイドレール２３に昇降部材２２が上下動可能に取付けられる。

押さえ部材１８ｂは、中心の鉛直軸を棒状芯材１８ａの中心軸に一致させかつその鉛直軸を回転中心として回転可能にその昇降部材２２に取付けられる。芯材１８ａの上端縁に載置されたステータコア１３を上方から実際に押させる押さえ部材１８ｂの下部にあっては、ステータコア１３の環状部１３ａの外径より僅かに小さな外径に形成され（図４及び図５）、心材１８ａと押さえ部材１８ｂによりステータコア１３はその環状部１３ａが挟まれ、その環状部１３ａからその外側に磁極１３ｂが放射状に突出して各磁極１３ｂの周囲にノズル１１が周回可能に構成される。

棒状芯材１８ａは揺動用サーボモータ１９の回転軸１９ａにその下端が取付けられるので、サーボモータ１９の回転軸１９ａが回転すると、棒状心材１８ａはその回転軸１９ａとともに回転し、棒状芯材１９ａと押さえ部材１８ｂにより挟まれたステータコア１３は棒状芯材１８ａと押さえ部材１８ｂから成る支持具１８の中心軸を中心として回転する。そして、ステータコア１３は棒状芯材１９ａの上端縁に載置されてその中心が支持具１８の中心軸に一致するように構成され、ステータコア１３の周囲における磁極１３ｂは、ステータコア１３の回転により揺動可能に構成される。このため、この揺動用サーボモータ１９は、磁極１３ｂが揺動するようにステータコア１３を動作させるステータコア動作機構として機能するように構成される。そして、その昇降部材２２の上方の取付板２１にはこの昇降部材２２を押さえ部材１８ｂとともに昇降させる昇降用シリンダ２４が設けられる。

また、この巻線装置１０には、磁極１３ｂの軸に直交する方向にノズル１１を移動させるノズル移動機構３０が設けられる。このノズル移動機構３０は、機台１４に鉛直に伸びて直接固定された台座３１と、その台座３１のステータコア１３に臨む面に鉛直方向に移動可能に設けられた可動台３２と、台座３１の上部に設けられ回転部材３４を回転可能に構成された駆動源３３と、その回転部材３４と可動台３２を連結する連結部材３６とを有する。台座３１のステータコア１３に臨む面には直線運動ガイドレール３７が鉛直方向に伸びて設けられ、このガイドレール３７に可動台３２がＺ軸方向に移動可能に設けられる。また、この実施の形態における駆動源は昇降用サーボモータ３３であって、その回転軸３３ａの延長線上であってかつ可動台３２の上方に回転部材３４が枢支部材３８を介して枢支される。回転部材３４の中心軸３４ａと昇降用サーボモータ３３の回転軸３３ａはユニバーサルジョイント３９により連結され、昇降用サーボモータ３３の回転軸３３ａの回転により直接回転部材３４が回転するように構成される。一方、連結部材３６は、その一端が回転部材３４の回転中心から偏倚した位置に枢支され、他端が回転部材３４の下方に上下動可能に取付けられた可動台３２に枢支される。そして、この可動台３２にＹ軸方向に伸びて延長台４１が固定され、この延長台４１の突出端であってステータコア１３のＸ軸方向に位置する部分にノズル１１がＸ軸方向に伸びて固定される。

ノズル１１は延長台４１に固定される大径部１１ａと、その大径部１１ａに連続する小径部１１ｂとを有する。そして、図４及び図５に示すように、小径部１１ｂは大径部１１ａと同軸に設けられ、その小径部１１ｂはステータコア１３の磁極１３ｂと磁極１３ｂの間のスロット１３ｃに進入可能な外径に形成される。この大径部１１ａと小径部１１ｂには線材１２が挿通可能な貫通孔がそれらの中心軸に貫通して設けられ、この貫通孔に挿通された線材１２が小径部１１ｂの先端から繰り出し可能に構成される。

次に、このような線材の巻線装置を用いた巻線作業について説明する。

この巻線装置１０を用いた巻線作業にあっては、先ず、ステータコア１３を支持具１８により支持させる。この支持に際して、前後方向駆動部１７はその前後方向サーボモータ１７ｃを駆動して前後方向回転軸１７ｂを回転させ、それにより前後方向移動部材１７ｄをテーブル１６とともに図１の実線矢印で示すように台座３１から遠ざける。その状態で、取付板２１に設けられた昇降用シリンダ２４のロッド２４ａを没入させて昇降部材２２を上昇させ、その昇降部材２２に取付けられた押さえ部材１８ｂを一点鎖線矢印で示すように上昇させて、その下方に棒状芯材１８ａとの間に空間を形成する。そして、その空間を介してステータコア１３を棒状芯材１８ａの上縁に水平に載置する。そして、昇降用シリンダ２４のロッド２４ａを突出させて昇降部材２２を二点鎖線矢印で示すように下降させ、その昇降部材２２とともに下降する押さえ部材１８ｂにより、棒状芯材１８ａの上縁に載置されたステータコア１３を図１に示すように上方から押さえる。

その後、前後方向駆動部１７はその前後方向サーボモータ１７ｃを駆動して前後方向回転軸１７ｂを逆方向に回転させ、前後方向移動部材１７ｄをテーブル１６とともに図１の破線矢印で示すように台座３１に近づける。そして、実際の巻線を始めるに際して、ステータコア１３をＸ軸方向に移動させる前後方向駆動部１７、ノズルをＺ軸方向に移動させるノズル移動機構３０、及び磁極１３ｂが揺動するようにステータコア１３を動作させるステータコア動作機構として機能する揺動用サーボモータ１９により、ステータコア１３に対してノズル１１を３次元方向に移動させ、そのノズル１１の先端から繰り出された線材１２の端部を図示しない絡げピン又は線クランプ装置に絡げて固定しておく。次に、実際の巻線が行われることになるけれども、この実際の巻線にあっては、ノズル移動機構３０によりノズル１１をＺ軸方向に往復移動するとともに、巻線される磁極１３ｂが揺動するように揺動用サーボモータ１９によりステータコア１３の正回転及び逆回転を交互に行う。これらの動作の組み合わせにより、ノズル１１を磁極１３ｂの断面形状に沿ってその磁極１３ｂの周囲にトラック状に回転移動させる。

このトラック状の回転移動を具体的に説明すると、ノズル移動機構３０によるノズル１１の往復移動は、図４及び図５に示すように、ステータコア１３の磁極１３ｂと磁極１３ｂの間に形成されるスロット１３ｃにノズル１１の先端、即ち小径部１１ｂの線材繰出端である先端を進入させた状態で行われる。そして、図６に示すように、ノズル１１の先端が巻線する磁極１３ｂとその一方に隣接する磁極１３ｂにより挟まれるスロット１３ｃにある場合に揺動用サーボモータ１９による磁極１３ｂの揺動は行わずに、そのノズル１１のみを下降させる。そして、そのノズル１１の先端がそのスロット１３ｃから抜け出たときに磁極１３ｂの揺動を開始し、そのノズル１１の先端が巻線する磁極１３ｂとその他方に隣接する磁極１３ｂとの間の隣接するスロット１３ｃの下方に位置した段階でその揺動を終了させる。即ち、最初のスロット１３ｃから下方に抜け出た時点で磁極１３ｂの揺動を開始し、下端の折り返し点で方向を転換して上昇するノズル１１の先端が、その後隣接するスロット１３ｃに進入する以前にその揺動を終了させる。この場合のノズル１１の先端の動きを磁極１３ｂを中心に観察すると図６の下方における円弧軌道をそのノズル１１の先端が描くことになる。

そして、ノズル１１の先端がその磁極１３ｂと他の磁極１３ｂにより挟まれる隣接するスロット１３ｃを上昇する間その磁極１３ｂを揺動させずに、そのノズル１１のみを上昇させ、そのノズル１１の先端がその隣接するスロット１３ｃから上方に抜け出たときに磁極１３ｂを逆方向に揺動させ、そのノズル１１の先端が最初のスロット１３ｃの上方に位置した段階でその揺動を終了させる。即ち、この揺動を隣接するスロット１３ｃから上方に抜け出た時点で磁極１３ｂの揺動を開始し、上端の折り返し点で方向を転換して下降するノズル１１の先端が最初のスロット１３ｃに進入する以前にその揺動を終了させる。この場合のノズル１１の先端の動きを磁極１３ｂを中心に観察すると、図６の上方における円弧軌道をそのノズル１１の先端が描くことになる。これにより、磁極１３ｂの断面形状に沿って磁極１３ｂの周囲にノズル１１をトラック状に回転移動させることが可能になる。

ここで、ノズル移動機構３０によるノズル１１のＺ軸方向における往復移動は、駆動源である昇降用サーボモータ３３により回転部材３４を回転させることにより行われる。図３に示すように、回転部材３４を回転させると、その回転中心から偏倚して枢支された連結部材３６の一端は図３の（ａ）〜（ｄ）の順序で円運動を描くことになる。一方、その連結部材３６の他端は昇降可能な可動台３２に枢支されているので、その連結部材３６の他端は可動台３２とともにＺ軸方向の上下運動となり、回転部材３４が１回回転すると回転部材３４の回転中心からの偏倚量Ｒの２倍の値に等しい量だけ可動台３２は１回往復運動を行うことになる。このため、昇降用サーボモータ３３は同一方向に回転部材３４を回転させるだけでその回転回数に応じた回数だけ可動台３２を往復運動させることができる。

一方、巻線される磁極１３ｂの揺動は、ステータコア１３を往復回転させることにより行われ、その回転は揺動用サーボモータ１９により棒状芯材１８ａ（図１）をその中心軸を回転中心として回転させることにより行われる。この棒状芯材１８ａは揺動用サーボモータ１９の回転軸１９ａに取付けられているので、図４及び図５に示すように、この回転は巻線の対象である磁極１３ｂとそれに隣接する磁極１３ｂの成す角度に相当する角度で揺動用サーボモータ１９の回転軸１９ａを正転及び逆転させることにより行われる。従って、昇降用サーボモータ３３により回転部材３４を１回回転させるとともに揺動用サーボモータ１９の回転軸１９ａを僅かな角度で正転及び逆転させるだけで、ノズル１１を磁極１３ｂの周囲にトラック状に１回回転移動させることができる。このため、例えば、昇降用サーボモータ３３がその回転軸３３ａを毎分３０００回回転させることができるようなものを用いれば、磁極１３ｂの周囲にノズル１１を毎分３０００回回転移動させることができる巻線装置となる。よって、サーボモータを数回又は数十回回転させなければノズルを１回回転移動させることができなかった従来に比較して、巻線速度を著しく高速化させることができる。

また、本発明の巻線装置１０では、ノズル１１を磁極１３ｂの周囲に回転移動させて巻線するために従来用いていたボールネジ式を用いない。このため、従来そのボールネジにおけるネジ軸を回転させるサーボモータが必要とした高速からの急加減速を必要としない。本発明における駆動源である昇降用サーボモータ３３にあっては、その回転軸３３ａを同一方向に同一速度で回転すればそのノズル１１をＺ軸方向に往復運動させることができ、揺動用サーボモータ１９にあっては僅かな角度で正転及び逆転を繰り返すことにより磁極１３ｂを揺動させることができる。このため巻線の高速化のために従来必要とされた高トルク、高応答のサーボモータが不要になる。よって、標準品として市販されているサーボモータを本発明における巻線装置１０の昇降用サーボモータ３３や揺動用サーボモータ１９として用いることにより、巻線装置１０の単価を押し上げることなく巻線速度の高速化を図ることができ、その昇降用サーボモータ３３や揺動用サーボモータ１９の能力の限界にまで巻線速度を高めることができる。

また、線材１２を磁極１３ｂに整列巻きさせるためには、ノズル１１を磁極１３ｂの周囲に回転移動させるとともに、線材１２の一巻きごとに線材１２の直径分だけ前後方向駆動部１７によりステータコア１３をＸ軸方向に移動させることが必要である。そして、ステータコア１３をＸ軸方向に移動させるには、前後方向駆動部１７の前後方向サーボモータ１７ｃにより前後方向回転軸１７ｂを回転させることにより行われけれども、その移動量は線材１２の一巻きごとに線材１２の直径分だけであるので極めて少なく、その前後方向回転軸１７ｂを高速で回転させる必要はない。よって、前後方向回転軸１７ｂを回転させる前後方向サーボモータ１７ｃにあっても、標準品として市販されているサーボモータを使用することができ、巻線装置１０の単価を押し上げることなく整列巻きする巻線速度の高速化を図ることができる。

そして、図６に示すように磁極１３ｂの断面形状は矩形であるので、ノズル１１の巻線時の軌跡は、磁極１３ｂに巻回された線材１２にノズル１１が接触しない範囲で巻線がなされる磁極１３ｂのなるべく近くを通るように設定することにより、ノズル１１の線材繰出端と巻線がなされる磁極１３ｂの間に生じる隙間を減少させることができる。これにより、巻線に巻乱れが生じるようなことを回避することができ、磁極１３ｂに線材１２を有効に整列巻きすることができる。

なお、このような巻線を全ての磁極１３ｂに対して行い、全ての磁極１３ｂへの巻線が終了した後には、ステータコア１３を支持具１８から取り外す。この取り外しに際して、前後方向駆動部１７はその前後方向サーボモータ１７ｃを駆動して前後方向回転軸１７ｂを回転させ、テーブル１６とともに支持具１８を図１の実線矢印で示すように台座３１から遠ざける。その状態で、取付板２１に設けられた昇降用シリンダ２４のロッド２４ａを没入させ、昇降部材２２とともに押さえ部材１８ｂを一点鎖線矢印で示すように上昇させて、その押さえ部材１８ｂによるステータコア１３の押さえを解除するとともにそのステータコア１３の上方に空間を形成する。そして棒状芯材１８ａの上端に載置されたステータコア１３をその空間を介して棒状芯材１８ａから取り外し、一連の巻線作業を終了させる。

図８〜図１２に本発明の別の実施の形態を示す。この別の実施の形態において、先の実施の形態における装置と同一符号は同一部品を示し、繰り返しての説明を省略する。

図１２に示すように、この別の実施の形態におけるステータコア６３は、インナーロータ型のものが用いられ、円環状の環状部６３ａと、この環状部６３ａの内周面からその環状部６３ａの中心に向けて突出している複数の磁極６３ｂとを備える。図８に示すように、機台１４にはこのようなステータコア６３を搭載する支持装置６８が備えられる。この支持装置６８は、機台１４に配された固定台６８ａと、その固定台６８ａに水平面内で回転可能に取付けられ上側にステータコア６３を搭載固定可能な回転台６８ｂと、この回転台６８ｂを回転させる図示しない揺動用サーボモータを備える。

この別の実施の形態における巻線装置６０は、上記支持装置６８が備えられて設置場所に設置される機台１４と、その機台１４に設けられ前述したノズル移動機構３０を３軸方向に駆動するための駆動手段７０を備える。駆動手段７０は、３軸方向の駆動部７１，７２，７３を組み合わせてなり、前後方向駆動部７１と、左右方向駆動部７２と、上下方向駆動部７３とを具備するものとされる。これらの駆動部７１，７２，７３は、駆動方向Ｘ，Ｙ，Ｚに沿って略同一の駆動機構とされる。

先ず、上下方向駆動部７３について説明すると、この上下方向駆動部７３は、駆動方向Ｚに沿って配された上下方向ガイド７３ａと、該上下方向ガイド７３ａに平行に配され表面に雄ねじが配される上下方向回転軸７３ｂと、その上下方向回転軸７３ｂにボールねじにより螺合され上下方向ガイド７３ａに沿って移動可能な上下方向移動部７３ｃと、その上下方向移動部７３ｃに接続される上下方向接続部７３ｄと、上下方向回転軸７３ｂを回転駆動する上下方向駆動源７３ｅとが配される。上下方向回転軸７３ｂは、ユニバーサルジョイント７３ｆにより上下方向駆動源７３ｅに接続される。上下方向移動部７３ｃは、上下方向回転軸７３ｂに配された雄ねじの範囲によって、駆動方向Ｚの移動範囲が設定される。

前後方向駆動部７１と左右方向駆動部７２とは、上下方向駆動部７３と同様の構造として図８に示す駆動方向Ｘ，Ｙに沿って配される。前後方向駆動部７１は、機台１４に固定されて前後方向駆動源７１ｅを具備するものとされ、かつ、左右方向駆動部７２が、前後方向接続部７１ｄを介して前後方向駆動部７１に対して前後方向移動可能に配される。左右方向駆動部７２は、左右方向駆動源７２ｅを具備するものとされ、かつ、上下方向駆動部７３が、左右方向接続部７２ｄを介して左右方向駆動部７２に対して左右方向移動可能に配される。そして、それぞれの駆動源７１ｅ，７２ｅ，７３ｅとしては、例えば、高精度制御可能なサーボモータが用いられる。そして、上下方向駆動部７３の上下方向接続部７３ｄには、巻線を行う磁極６３ｂの軸に直交する方向であるＺ軸方向にノズル１１を移動させるノズル移動機構３０が設けられる。

このノズル移動機構３０は、先の実施の形態において説明したものと同一構造のものであって、図８〜図１０に示すように、上下方向駆動部７３の上下方向接続部７３ｄに固定された台座３１と、その台座３１のステータコア１３に臨む面に鉛直方向に移動可能に設けられた可動台３２と、台座３１の上部に設けられ回転部材３４を回転可能に構成された駆動源３３と、その回転部材３４と可動台３２を連結する連結部材３６とを有する。台座３１のステータコア６３に臨む面には直線運動ガイドレール３７が鉛直方向に伸びて設けられ、このガイドレール３７に可動台３２がＺ軸方向に移動可能に設けられる。また、この実施の形態における駆動源は昇降用サーボモータ３３であって、その回転軸に直接回転部材３４が取付けられる。一方、連結部材３６は、その一端が回転部材３４の回転中心から偏倚した位置に枢支され、他端が回転部材３４の下方に上下動可能に取付けられた可動台３２に枢支される。そして、この可動台３２の下部であってステータコア１３のＸ軸方向に位置する部分にノズル１１がＸ軸方向に伸びて固定される。図９に示すように、可動台３２にはノズル１１に貫通した線材１２を転向させる第１プーリ７６が設けられ、台座３１にはノズル１１に貫通して第１プーリ７６により転向した線材１２を上下方向接続部７３ｄに向けて更に転向させる第２プーリ７７が設けられる。

次に、このような巻線装置を用いた線材の巻線方法について説明する。

先ず、線材１２をノズル１１に貫通させてノズル１１の先端から繰出す。そして、巻線を始めるに当たり、駆動手段７０はノズル移動機構３０とともにノズル１１を３次元方向に移動させ、線材１２の端部を図示しない絡げピン又は線クランプ装置に絡げて固定する。その後、駆動手段７０を駆動して、図９に示すように、水平位置にあるノズル１１をステータコア６３における巻線を行おうとする磁極６３ｂとそれに隣接する磁極６３ｂとの間のスロット６３ｃに移動させる。そして、次に実際の巻線が行われることになるけれども、この実際の巻線にあっては、ノズル移動機構３０によりノズル１１をＺ軸方向に往復移動するとともに、巻線される磁極６３ｂが揺動するように支持装置６８の図示しない揺動用サーボモータにより回転台６８ｂをステータコア６３とともに正回転及び逆回転させる。これらの動作の組み合わせにより、ノズル１１を磁極６３ｂの断面形状に沿ってその磁極６３ｂの周囲にトラック状に回転移動させる。

図１１に示すように、このトラック状の回転移動は、ノズル１１の先端が巻線する磁極６３ｂとその一方に隣接する磁極６３ｂにより挟まれるスロット６３ｃにある場合に支持装置６８における図示しない揺動用サーボモータによる磁極６３ｂの揺動は行わずに、そのノズル１１のみを下降又は上昇させる。そして、そのノズル１１の先端がそのスロット６３ｃから抜け出たときに磁極６３ｂの揺動を開始し、そのノズル１１の先端が巻線する磁極６３ｂとその他方に隣接する磁極６３ｂとの間の隣接するスロット６３ｃの下方又は上方に位置した段階でその揺動を終了させる。即ち、最初のスロット６３ｃから下方又は上方に抜け出た時点で磁極６３ｂの揺動を開始し、下端又は上端の折り返し点で方向を転換して上昇又は下降するノズル１１の先端が、その後隣接するスロット６３ｃに進入する以前にその揺動を終了させる。これにより、ノズル１１を磁極６３ｂの断面形状に沿ってその磁極６３ｂの周囲にトラック状に回転移動させることができる。

図１０に示すように、ノズル移動機構３０によるノズル１１の往復移動は、駆動源である昇降用サーボモータ３３により回転部材３４を回転させることにより行われる。回転部材３４を回転させると、その回転中心から偏倚して枢支された連結部材３６の一端は円運動を行い、図１０の（ａ）〜（ｄ）の順序で、その連結部材３６の他端は可動台３２とともに、回転部材３４の回転中心からの偏倚量Ｒの２倍の値に等しい量で往復運動を行う。このため、ノズル移動機構３０による昇降用サーボモータ３３は同一方向に回転部材３４を回転させるだけでその回転回数に応じた回数だけ可動台３２を往復運動させることができる。

一方、巻線される磁極６３ｂの揺動は、ステータコア６３を往復回転させることにより行われ、その回転は支持装置６８における図示しない揺動用サーボモータにより行われる。このステータコア６３の往復回転は、巻線の対象である磁極６３ｂとそれに隣接する磁極６３ｂの成す角度に相当する角度で図示しない揺動用サーボモータを正転及び逆転させることにより行われる。従って、昇降用サーボモータ３３により回転部材３４を１回回転させるとともに図示しない揺動用サーボモータを僅かな角度で正転及び逆転させるだけで、ノズル１１を磁極６３ｂの周囲にトラック状に１回回転移動させることができる。この結果、ネジ軸を複数回回転させなければノズルを磁極の周囲に１回回転移動させることができなかった従来に比較して、巻線速度の高速化を図ることができる。

また、この別の実施の形態における巻線装置６０では、ノズル移動機構３０とともにノズル１１を３次元方向に移動させる駆動手段７０を備えるけれども、この駆動手段７０は、巻線する磁極６３ｂを変更する場合や、ノズル１１の先端から繰り出される線材１２の端部を図示しない絡げピン又は線クランプ装置に絡げて固定する場合等のように、ノズル１１を大きく移動させる場合に用いられる。このため、この駆動手段７０は、ノズル１１をノズル移動機構３０とともにＺ軸に沿って上下動させる上下方向駆動部７３を備えるけれども、磁極６３ｂの周囲にノズル１１を回転移動させて巻線する際にこの上下方向駆動部７３を用いない。このため、この上下方向駆動部７３における上下方向駆動源７３ｅとして、高速からの急加減速を行い得る高トルク、高応答のサーボモータを用いることを必要としない。そして、昇降用サーボモータ３３にあっては同一方向に同一速度で回転すればそのノズル１１をＺ軸方向に往復運動させることができ、図示しない揺動用サーボモータにあっては僅かな角度で正転及び逆転を繰り返すことにより磁極６３ｂを揺動させることができる。よって、標準品として市販されているサーボモータをこの別の巻線装置６０の上下方向駆動源７３ｅや、昇降用サーボモータ３３や、図示しない揺動用サーボモータとして用いることにより、巻線装置６０の単価を押し上げることなく巻線速度の高速化を図ることができる。

また、線材１２を磁極６３ｂに整列巻きさせるためには、ノズル１１を磁極６３ｂの周囲に回転移動させるとともに、線材１２の一巻きごとに線材１２の直径分だけ前後方向駆動部７１によりノズル１１をノズル移動機構３０とともにＸ軸方向に移動させることが必要である。このノズル１１をＸ軸方向に移動させるには、前後方向駆動部７１の前後方向駆動源７１ｅを駆動して前後方向接続部７１ｄをＸ軸方向に移動させることにより行われけれども、その移動量は線材１２の一巻きごとに線材１２の直径分だけであるので極めて少なく、前後方向駆動源７１ｅを高速で駆動させる必要はない。よって、この前後方向駆動源７１ｅとしてサーボモータを用いる場合にあっても、標準品として市販されているものを使用することができ、巻線装置６０の単価を押し上げることなく高速で整列巻きし得る巻線装置６０を得ることができる。

なお、上述した実施の形態では、駆動源として、サーボモータを用いる場合を説明したが、駆動源としてステッピングモータを用いることもできる。

また、上述した実施の形態では、ノズル移動機構３０によりノズル１１をＺ軸方向に往復移動するとともに、巻線される磁極１３ｂ，６３ｂが揺動するようにステータコア１３，６３を正回転及び逆回転させ、これらの動作の組み合わせにより、ノズル１１をトラック状に回転移動させて線材１２を巻回する場合を説明したが、ノズル１１を上下移動とともにＹ軸方向へも移動させ、これらの動作の組み合わせによりノズル１１を回転移動させても良く、ノズル１１の上下移動と同期してステータコア１３，６３自体をＹ軸方向へ往復移動させることによって、線材１２を磁極１３ｂ，６３ｂに巻き付けるようにしても良い。この場合であっても、確実に線材１２を磁極１３ｂ，６３ｂに巻き付けることが可能となる。

更に、上述した別の実施の形態では、ノズル移動機構３０を３軸方向に駆動する駆動手段７０を説明したが、この駆動手段は３軸方向に限らず、Ｘ、Ｙ及びＺの内の１軸又は２軸であっても良い。例えば、図１３及び図１４に示すように、テーブル１６を機台１４に取付け、Ｘ軸に沿ってノズル移動機構３０を移動させる前後方向駆動部８７を介してそのノズル移動機構３０を機台１４に取付けてもよい。図１３及び図１４における前後方向駆動部８７は、駆動方向であるＸ軸に沿って機台１４に配された前後方向ガイド８７ａと、その前後方向ガイド８７ａに平行に配され表面に螺旋状の雄ねじが配される前後方向回転軸８７ｂと、前後方向回転軸１７ｂを回転駆動する前後方向駆動源８７ｃとが配される。このような巻線装置１０であれば、Ｙ軸方向における幅を小さくすることができ、図１４に示すように延長台４１に複数のノズル１１をＹ軸方向に並べて取付ければ、単一のノズル移動機構３０で複数のステータコア１３（図１）を同時に巻線することも可能になる。

１０ 巻線装置
１１ ノズル
１２ 線材
１３，６３ ステータコア
１３ｂ，６３ｂ 磁極
１９ ステータコア動作機構
３０ ノズル移動機構
３１ 台座
３２ 可動台
３３ 駆動源
３４ 回転部材
３６ 連結部材

Claims (5)

1. 磁極(13b,63b)間にノズル(11)が進入可能なスロット(13c,63c)を有するステータコア(13,63)の前記磁極(13b,63b)に前記ノズル(11)から繰り出された線材(12)を巻回する巻線装置であって、
   前記ステータコア(13,63)を支持する支持具(18)が設けられたテーブル(16)と、前記支持具(18)の回転の中心軸と一致する鉛直軸を回転中心とする回転軸(19a)を有する揺動用サーボモータ(19)と、前記磁極(13b,63b)の軸に直交する方向に前記ノズル(11)を移動させるノズル移動機構(30)と、機台(14)上に設けられ前記テーブル(16)または前記ノズル移動機構(30)を移動させる前後方向駆動部(17,71,87)とを有し、
   前記ノズル移動機構(30)は、前記機台(14)に鉛直に固定された台座(31)と、
   前記台座(31) に鉛直方向に伸びて設けられた直線運動ガイドレール(37)と、
   前記直線運動ガイドレール(37)に鉛直方向で上下動可能に設けられて前記ノズル(11)が固定された可動台(32)と、
   前記台座(31)に設けられ回転部材(34)の中心軸が連結されて回転可能に構成された回転軸(33a)を有する昇降用サーボモータ(33)と、
   一端が前記回転部材(34)の回転中心から偏倚した位置に枢支され他端が前記可動台(32)に枢支された連結部材(36)とを備え、
   前記昇降用サーボモータ(33)の前記回転軸(33a)の同一方向の回転により直接前記回転部材(34)を回転させて前記ノズル(11)を鉛直上下に往復運動させる動作と、
   前記揺動用サーボモータ(19)の前記回転軸(19a)を一定角度で正転及び逆転を交互に行い前記ステータコア(13,63)を揺動させる動作とを組み合わせることにより、前記線材(12)を前記磁極(13b,63b)に巻回する
   ことを特徴とする巻線装置。
2. 前記回転部材(34)を回転させて前記ノズル(11)を鉛直上下に往復運動させる動作と前記ステータコア(13,63)を揺動させる動作とは同期して行われ、
   前記ノズル(11)の先端が前記スロット(13c)から上方または下方へ抜け出たときに揺動を開始し、前記ノズル(11)が方向転換してスロット(13c)に侵入する以前に揺動を終了するものであって、
   前記ステータコア(13,63)の揺動方向は、前記ノズル(11)の上下の往復運動の方向のそれぞれにおいて互いに逆方向であることを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
3. 前記揺動用サーボモータ(19)は、磁極(13b,63b)とそれに隣接する磁極の成す角度に相当する角度で正転及び逆転することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
4. 前後方向駆動部(17,71,87)は、前記テーブル(16)または前記ノズル移動機構(30)を前記ノズル(11)が伸びる方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
5. 前後方向駆動部(17,71,87)は、線材(12)を前記磁極(13b,63b)に一巻き巻回するごとに前記線材(12)の直系分だけ前記テーブル(16)または前記ノズル移動機構(30)を移動させることを特徴とする請求項４に記載の巻線装置。

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