JP5661831B2 - ワイヤのよじれがないコイルをステータに挿入する巻線挿入機 - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤを巻回して形成されるコイルをステータに挿入する巻線挿入機に関する。

一般的な巻線挿入機は、巻枠の周りに電線（ワイヤ）を巻回すことによって巻線（コイル）を形成するとともに、形成されたコイルを所定の部位、例えばモータのステータのスロットに挿入するために使用されている。大電流が印加されるモータに使用されるコイルは、多数のワイヤを並列に巻回すことによって形成される。また、一般的なモータに使用されるステータにおいて、１相のコイルは複数の極にまたがって組付けられるが、ワイヤを結線する工程を省略する目的で、連続したワイヤを複数の極にわたって巻回すことが好ましい。

巻枠を固定した状態で、フライヤを巻枠回りに回転させてコイルを形成する方法が公知である。この場合、連続したワイヤを複数の極にわたって巻回す工程が比較的容易に行われる。しかしながら、フライヤを使用してコイルを形成する場合、ワイヤを１回巻く度に１回のよじれが発生するので、多数のワイヤを並列に巻回すと多数のよじれが発生する。そのため、コイルをステータのスロットに挿入しようとするときの抵抗が大きくなって、高密度のコイルを組付けるのが結果的に困難になる。特許文献１には、このようなワイヤのよじれを防止するよじれ防止装置を設けることが開示されている。

他方、巻枠を回転させることによってコイルを形成する巻枠回転式の巻線挿入機が使用される。この場合、ワイヤのよじれが発生しないので、高密度のコイルが要求される用途においては有利である。

特許第３６９１２２２号公報 特開２０００−１３４８７６号公報 特開２００６−１８７１３２号公報

しかしながら、巻枠を回転させる方法では、インサータツールを固定した状態で、インサータツールに取付けられたコイルを残したまま、次のコイルを形成することができないという不利点がある。また、特許文献２及び特許文献３には、鉛直方向に延びる軸線回りに回転する巻枠に複数のワイヤを巻回すことによってコイルを形成するとともに、形成されたコイルを巻枠の回転に同期して回転する治具に移動させることを特徴とする巻線機が開示されている。しかしながら、特許文献１〜３に記載された巻線機ないし巻線挿入機は、構造の複雑さに起因して導入コストが高くなりがちであり、また、信頼性を向上させるのに高度な技術が要求される。

そこで、ワイヤをよじれさせることなく複数の極にまたがってワイヤを巻回せる、安価で取扱いが容易な巻線挿入機が望まれている。

１番目の発明によれば、コイルを保持するように形成されていて鉛直方向に互いに積み重ねられた複数の巻枠と、前記巻枠を回転させる巻枠回転部を有するとともに、該巻枠回転部によって回転される前記巻枠の周りに複数のワイヤを巻回すことによってコイルを形成する巻線機と、前記巻枠を該巻枠の周りに巻回されたコイルと一緒に受容するインサータツールと、前記インサータツールを回転させるインサータツール回転部と、前記巻枠を前記インサータツールに対して接近及び離間させる巻枠作動部と、を具備しており、前記インサータツールを前記インサータツール回転部によって所定の角度毎に回転させながら、鉛直方向に積み重ねられた前記複数の巻枠及び該巻枠の周りに巻回されたコイルを鉛直方向下方に移動させることによって、前記巻枠及び前記コイルが、前記インサータツールに１つずつ順次受容されるように形成されている、巻線挿入機が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明の巻線挿入機において、前記複数の巻枠が互いに着脱可能に形成される。
３番目の発明によれば、１番目又は２番目の発明の巻線挿入機において、前記インサータツールに受容された前記巻枠が、該巻枠の周りに巻回されたコイルを残して前記インサータツールから１つずつ取外し可能である。
４番目の発明によれば、３番目の発明の巻線挿入機において、前記巻枠が、他の巻枠に結合された状態で前記インサータツールから取外し可能である。
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明の巻線挿入機において、前記複数のワイヤを前記巻枠の周りに巻回可能な位置まで移動させるワイヤ移動機構部をさらに具備しており、該ワイヤ移動機構部は、ワイヤを切断するワイヤ切断部と、ワイヤを保持するワイヤ保持部と、をさらに備えている。

上記構成を備える本発明に係る巻線挿入機によれば、複数の巻枠と、それら巻枠を回転させることによって巻枠の周りに形成されるコイルとが、インサータツールに順次供給されるので、ワイヤをよじれさせることなく複数の極にまたがってワイヤを連続的に巻回せるようになる。それにより、ステータのスロット内に付与されるコイルの密度を増大させられるので、モータの出力増大、或いは出力を実質的に維持したままでのモータの小型化が可能になる。

本発明の一実施形態に係る巻線挿入機を示す概略図である。 図１に示される巻線挿入機において、巻枠及びコイルがインサータツールに取付けられた状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る巻枠を示す断面図である。 図３に示される巻枠を示す底面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるためにそれらの縮尺が実用的な形態から適宜変更されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る巻線挿入機１０を示す概略図である。巻線挿入機１０は、複数のワイヤ１２を収容するボビン１４と、ボビン１４から延びるワイヤ１２を所定の位置まで移動させるワイヤ移動機構部１６と、ワイヤ１２を巻回すことによって形成されるコイル１８を保持する複数の巻枠２０と、巻枠２０を上下方向に移動させる巻枠作動部２２と、巻枠２０を鉛直方向に延びる軸線Ｏ回りに回転させる巻枠回転部２４と、巻枠２０及び巻枠２０の周りに巻回されたコイル１８を受容するインサータツール２６と、を具備している。

複数のワイヤ１２はボビン１４から延出されていて、ガイドプーリ２８を介してワイヤ移動機構部１６に連続して供給される。ワイヤ移動機構部１６は、ワイヤ１２を、例えばクリップ留めすることによって保持可能であるとともに、ワイヤ１２を必要に応じて切断可能なワイヤ保持切断部１６ａを末端に有している。準備工程において、ワイヤ１２は、ワイヤ１２の先端がワイヤ移動機構部１６のワイヤ保持切断部１６ａに保持されるようにボビン１４から引出される。この準備工程は、例えば操作者の手作業によって行われる。ワイヤ移動機構部１６は、ワイヤ保持切断部１６ａによってワイヤ１２を保持した状態で、ワイヤ１２の先端を巻枠２０に向けて移動させることができる。ワイヤ移動機構部１６は、例えば制御装置３０によって制御される３次元駆動機構を有している。

ワイヤ１２は、ワイヤ１２の先端が巻枠２０に設けられるワイヤ保持部３２によって保持され得る位置に到達するまで、ワイヤ移動機構部１６によって移動される。巻枠２０のワイヤ保持部３２は、例えばクリップ留めによってワイヤ１２を解放可能に保持できるように形成されている。巻枠２０は、連続したワイヤ１２によって形成されるコイル１８の個数（換言すると、連続したワイヤ１２からなるコイル１８が取付けられるステータの極の数）に対応する個数だけ用意される。したがって、図１には２つの巻枠２０が図示されているものの、３つ以上の巻枠２０が使用されてもよい。巻枠２０は、互いに上下方向に重ね合わされた状態で巻枠回転部２４の出力軸に連結されている。

ワイヤ１２の先端が巻枠２０のワイヤ保持部３２によっていったん保持されると、ワイヤ移動機構部１６のワイヤ保持切断部１６ａによる保持力が解放されるとともに、ワイヤ移動機構部１６は巻枠２０から離間した初期位置（図１の位置）に戻る。そして、ワイヤ保持部３２によってワイヤ１２の一端を保持した状態で巻枠２０が巻枠回転部２４によって軸線Ｏ回りに回転され、それにより巻枠２０の周りにワイヤ１２が巻回されてコイル１８が形成される。巻枠回転部２４は、例えば電気モータである。

コイル１８が１つの巻枠２０に形成された後、次の巻枠２０に対して同様の態様でワイヤ１２が巻回される。すなわち、ワイヤ移動機構部１６のワイヤ保持切断部１６ａによってワイヤ１２が再び保持される。そして、ワイヤ移動機構部１６を制御して、ワイヤ１２が次の巻枠２０のワイヤ保持部３２によって保持され得る位置までワイヤ１２を移動させる。このとき、巻枠作動部２２を作動させて巻枠２０を上方又は下方に移動させることができる。或いは、ワイヤ移動機構部１６のみを制御して、次にワイヤ１２が巻回されるべき巻枠２０に向かってワイヤ１２を移動させてもよい。そして、ワイヤ１２が巻枠２０のワイヤ保持部３２によって保持された状態で巻枠２０を回転させてコイル１８が形成される。このような工程を繰返し行うことによって、用意された任意の数の巻枠２０の周りに連続したワイヤ１２からなるコイル１８が順次形成される。このようにしてワイヤ１２が必要な数の巻枠２０のすべてに巻回されたら、ワイヤ移動機構部１６のワイヤ保持切断部１６ａを動作させてワイヤ１２が切断される。ワイヤ保持切断部１６ａは、ワイヤ１２を保持するワイヤ保持部と、ワイヤ１２を切断するワイヤ切断部とが互いに別個の位置に設けられてもよい。

巻枠作動部２２は、巻枠２０を上下移動させる作用を有する任意の公知の機構を有し得る。巻枠作動部２２は、例えばねじ軸３４と、ねじ軸３４に噛合するナット３６と、から形成されるボールねじである。この場合、ねじ軸３４は、例えばプーリ及びベルトから形成される減速機構部３８を介して第１の電気モータ４０から動力を受けて回転するように形成されている。巻枠作動部２２の構成及び巻枠２０とインサータツール２６との位置関係は図示される実施形態に限定されるものではなく、巻枠２０をインサータツール２６に対して接近及び離間させる効果を奏するものであれば、任意の公知の構成が採用され得る。

巻枠２０の下方にはインサータツール２６が設けられている。インサータツール２６には、巻枠２０の少なくとも一部を受容可能な形状を有する受容部がインサータツール２６の周囲部に所定間隔を空けて形成されている。インサータツール２６は、例えばプーリ及びベルトから形成される減速機構部４２を介して第２の電気モータ４４から動力を受けて軸線Ｏ１回りに回転するように形成されている。

インサータツール２６は、巻枠作動部２２によって巻枠２０を下方に移動させたときにインサータツール２６が巻枠２０をコイル１８とともに受容できるように、巻枠２０に対して所定の角度位置に位置決めされる。第２の電気モータ４４は、巻枠２０の取付位置に対応してインサータツール２６を所定の角度毎に回転させるように制御される。それにより、インサータツール２６を回転させながら複数の巻枠２０をインサータツール２６に順次取付けることができるようになっている。インサータツール２６は、用途に応じて定まる任意の公知の構成を有するステータにコイル１８を取付けるための治具であり、任意の公知の構成を有し得る。

図２は、図１に示される巻線挿入機１０において、巻枠２０及びコイル１８がインサータツール２６に取付けられた状態を示す斜視図である。巻枠２０は、ガイドバー４８と、第１の巻付部５０と、第２の巻付部５２と、フランジ５４と、を有している。ガイドバー４８、第１の巻付部５０及び第２の巻付部５２は、フランジ５４から下方、すなわちインサータツール２６に向かってそれぞれ延在している。図示された例において、インサータツール２６は概ね円筒状の外形を有している。そして、ガイドバー４８をインサータツール２６の内表面に沿って挿入することによって巻枠２０がインサータツール２６に取付けられるようになっている。図示された例では、２つの巻枠２０が互いに対向するようにインサータツール２６に取付けられている。したがって、この場合、一方の巻枠２０がインサータツール２６に取付けられた後、第２の電気モータ４４によってインサータツール２６を１８０度回転させてから他方の巻枠２０がインサータツール２６に取付けられることになる。

巻枠２０は、その巻枠２０の周りに巻回されたコイル１８のテンションを緩和することによって、コイル１８をインサータツール２６に残したまま、巻枠２０をインサータツール２６から順次取外せるようになっている。その結果、すべての巻枠２０が取外されると、コイル１８のみがインサータツール２６に残るようになる。インサータツール２６から取外された複数の巻枠２０は、後述するように簡易な操作でワイヤ１２が巻回される前の位置に復帰できる（図１参照）。

図３及び図４を参照して、本発明の実施形態に係る巻枠２０の構成をより詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る巻枠２０を示す断面図である。図４は、図３に示される巻枠２０を示す底面図である。図示される巻枠２０は、巻枠２０の取扱いを容易にするための幾つかの構造的特徴を有している。巻枠２０のワイヤ保持部３２は、操作バー５６と、第１のばね５８と、を有している。操作バー５６は、力が操作バー５６に付与されていない状態では、第１のばね５８の付勢力によってワイヤ１２を保持する保持力が発生しないようになっている。他方、操作バー５６を押込むことによって、ワイヤ１２を保持する保持力がワイヤ保持部３２に付与されるように形成されている。このような操作バー５６を設けることによってワイヤ保持部３２による保持力の付与及び解放を容易に制御できる。

また、巻枠２０の第２の巻付部５２の側部にはテンション調節バー６０が取付けられている。第２の巻付部５２は、テンション調節バー６０を押込むことによって、図３の矢印によって示されるように、第１の巻付部５０に向かって移動されるようになっている。第２の巻付部５２を第１の巻付部５０に向かって移動させることによって、巻枠２０の周り、すなわち第１の巻付部５０及び第２の巻付部５２の周りに巻付けられたコイル１８のテンションを緩和できる。このようにテンション調節バー６０を操作することによって、コイル１８のテンションを容易に調節できるので、インサータツール２６から巻枠２０を取外す工程が円滑に行われる。なお、巻枠２０は、第１の巻付部５０と第２の巻付部５２との間に付勢力を付与する第２のばね７０を有している。それにより、テンション調節バー６０に押圧力が付与されていない状態では、第１の巻付部５０と第２の巻付部５２との間の距離が所定の長さに維持されるようになっている。

巻枠２０の第１の巻付部５０及び第２の巻付部５２の末端の近傍には、磁石６２がそれぞれ埋込まれている。また、巻枠２０のフランジ５４が磁性材料から形成されている。したがって、巻枠２０を上下に重ねた場合、上方に位置する巻枠２０の磁石６２と、下方に位置する巻枠２０のフランジ５４とが協働して、２つの巻枠２０の間に吸引力が発生する。このような構成によって、複数の巻枠２０が脱着可能な態様で容易に重ね合わされるようになる。なお、フランジ５４を磁性材料で形成する代わりに、巻枠２０の上部に磁石を設けてもよい。

このような磁石６２を備えた巻枠２０によれば、１番目の巻枠２０をインサータツール２６から取外した後に、２番目以降の巻枠２０を１番目の巻枠２０との間の吸引力で結合させた状態でインサータツール２６から取出せる。それにより、巻枠２０をインサータツール２６から順次取出す工程が円滑に行われるようになる。

さらに、巻枠２０の上面には溝６４が形成されている。この溝６４は、巻枠２０及びコイル１８をインサータツール２６に順次取付ける際に、巻枠２０を分離するために使用される。具体的には、溝６４に板材を挿入し、板材を保持した状態で、巻枠作動部２２を動作させて巻枠２０を上方に移動させる。このような操作によって、１つの巻枠２０のみを他の巻枠２０から分離できるようになる。

また、巻枠２０には、上面に凹部６６が形成されるとともに、下面に凸部６８が形成されている。凹部６６及び凸部６８は互いに対応する位置に形成されている。これら凹部６６及び凸部６８が嵌合するような状態で巻枠２０を重ね合わせることによって、巻枠２０どうしの位置合わせが容易に行われるようになる。図示された例とは反対に、巻枠２０の上面に凸部が形成されるとともに、下面に凹部が形成されていてもよい。

前述した実施形態に係る巻線挿入機によれば、巻枠を回転させるタイプの巻線機を採用しているのでワイヤがよじれることなくコイルを形成できる。よじれのないコイルが使用されるので、高密度のコイルをステータに組付けることができ、モータの出力増大又はモータの小型化が可能になる。また、高度な技術を必要としない簡易な工程で複数の巻枠をインサータツールに順次取付けられるとともに、インサータツールから取り外せる。したがって、安価でかつ取扱いが容易な巻線挿入機が提供される。

以上、本発明の種々の実施形態及び変形例を説明したが、他の実施形態及び変形例によっても本発明の意図される作用効果を奏することができることは当業者に自明である。特に、本発明の範囲を逸脱することなく前述した実施形態及び変形例の構成要素を削除ないし置換することが可能であるし、公知の手段をさらに付加することが可能である。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１０ 巻線挿入機
１２ ワイヤ
１６ ワイヤ移動機構部
１６ａ ワイヤ切断保持部（ワイヤ切断部、ワイヤ保持部）
１８ コイル
２０ 巻枠
２２ 巻枠作動部
２４ 巻枠回転部
２６ インサータツール
４４ 第２の電気モータ（インサータツール回転部）

Claims (5)

1. コイルを保持するように形成されていて鉛直方向に互いに積み重ねられた複数の巻枠と、
   前記巻枠を回転させる巻枠回転部を有するとともに、該巻枠回転部によって回転される前記巻枠の周りに複数のワイヤを巻回すことによってコイルを形成する巻線機と、
   前記巻枠を該巻枠の周りに巻回されたコイルと一緒に受容するインサータツールと、
   前記インサータツールを回転させるインサータツール回転部と、
   前記巻枠を前記インサータツールに対して接近及び離間させる巻枠作動部と、を具備しており、
   前記インサータツールを前記インサータツール回転部によって所定の角度毎に回転させながら、鉛直方向に積み重ねられた前記複数の巻枠及び該巻枠の周りに巻回されたコイルを鉛直方向下方に移動させることによって、前記巻枠及び前記コイルが、前記インサータツールに１つずつ順次受容されるように形成されている、巻線挿入機。
2. 前記複数の巻枠が互いに着脱可能に形成される、請求項１に記載の巻線挿入機。
3. 前記インサータツールに受容された前記巻枠が、該巻枠の周りに巻回されたコイルを残して前記インサータツールから１つずつ取外し可能である、請求項１又は２に記載の巻線挿入機。
4. 前記巻枠が、他の巻枠に結合された状態で前記インサータツールから取外し可能である、請求項３に記載の巻線挿入機。
5. 前記複数のワイヤを前記巻枠の周りに巻回可能な位置まで移動させるワイヤ移動機構部をさらに具備しており、該ワイヤ移動機構部は、ワイヤを切断するワイヤ切断部と、ワイヤを保持するワイヤ保持部と、をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の巻線挿入機。

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