JP5695365B2 - 分割コア式ワークの巻線方法、巻線機、保持治具、及び分割コア式ワーク - Google Patents

分割コア式ワークの巻線方法、巻線機、保持治具、及び分割コア式ワーク Download PDF

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Description

本発明は、分割コア式ワーク(すなわち、多極電機子が所定角度範囲のヨーク部からなる外側鍔部と1つの極部とを単位として有するように複数に分割されたワーク)の巻線方法に関する。また、その巻線方法の実施に直接使用する巻線機、保持治具、及び分割コア式ワークに関する。
近年、電気自動車(EV:Electric Vehicle)の駆動用モータ、ハイブリッド車(HV:Hybrid Vehicle)のアシスト用モータ等の電動機、あるいは発電機のような回転式電気機械において、リング状の外周を形成するヨーク部から半径方向内側に突出する巻胴部と、その巻胴部の先端部に形成された内側鍔部とを有する複数の極部を含むインナーコアタイプ(アウタステータタイプ)の多極電機子(例えば3相モータ用ステータ)を備える場合がある。
このようなインナーコアタイプの多極電機子用の分割コア式ワーク(以下、単にワークともいう)に巻線する場合、例えば巻き付け用線材(ワイヤ)が繰り出されるノズルを移動するモータと、ワークの割出回転をするモータとを個々に駆動し、ノズルとワークを相対的に移動させることで行われる。すなわち、ノズルは上下移動し、ワークは多極電機子の中心を軸として回動運動することで線材が各極部の巻胴部に巻き付けられるので、各巻胴部への巻線を短時間で隙間なく行うことができる。本明細書では、このような巻線方法(巻線機)をノズル・ワーク駆動式と呼ぶこととする。
一方、インナーコアタイプの多極電機子では、小型化と性能向上(例えば高出力)を両立させるために、ヨーク部から半径方向内側に突出する巻胴部の限られた巻線スペースに、いかに多くの巻線ができるかが要求されている。そのために、個々の分割コア式ワーク(の巻胴部)に対し様々な方式で巻線部を形成することによって、巻数の増加を図っている(特許文献1,2参照)。
特開平9−19112号公報 特許第3432370号公報 特開2006−352966号公報 特開2008−301573号公報
その際、特許文献1のように、1個の分割コア式ワークをホルダに支持し、ノズルによって巻胴部に巻線部を形成することによって、巻線時のワークの径方向の位置決め精度を向上させて整列巻数の増加を図ることができる。また、特許文献2のように、複数の分割コア式ワークを支持台上に一列状に支持し、複数のノズルを用いて各巻胴部に同時に巻線部を形成することによって、高能率での整列巻線操作を可能とする。
これらに開示された技術は、いずれも各々の分割コア式ワークの巻胴部に対して個別に、ノズルで巻線を行って巻線部を形成するものであり、多極電機子(電動機等の完成品)を得るためには、特許文献3に示すように、巻線を終えた複数の分割コア式ワークを環状に集合配置する操作を要する。このとき、環状に集合配置された複数の分割コア式ワークを多極電機子の径になるまで縮径して接合する(半径方向内側にずらして溶接する)方式が採用される場合もある。
いずれにしても、巻線後の個々の分割コア式ワークを環状に集合配置して多極電機子を得るためには、各分割コア式ワークの巻線部の端末線を位相毎に結線処理しなければならない。例えば、3相モータの場合には、分割コア式ワークの巻線部につき2本の端末線を位相毎に結線して、合計6本の端末線に集約する必要がある。したがって、例え個々の分割コア式ワークの巻線時に高精度・高能率を維持することができても、結線処理時に多くの工数を要するとともに、断線等のトラブルによって製品歩留りが著しく低下するおそれがある。
そこで本願出願人は、特許文献4において、このようなインナーコアタイプの複数の分割コア式ワークを保持治具に環状にセットし、ノズルを半径方向内側から互いに隣り合う内側鍔部間の隙間に突入させて、各ワークの巻胴部にノズル・ワーク駆動式で巻線部を形成することを提案した。これによって、巻線部毎の端末線の結線処理に要する工数を大幅に低減することができたが、巻線部の端末線や各巻線部間を繋ぐ渡り線を外側鍔部の外側に形成するために、ノズルの姿勢を変換するノズル回動ユニットを要していた。そこで、これら端末線や渡り線の形成等を考慮した場合には、さらなる工夫の余地が残されていた。
本発明の課題は、ノズルが通過可能な隙間を隣り合う外側鍔部間に形成しつつ複数の分割コア式ワークを(例えば保持体の保持溝に収納して)環状に配置し、各巻胴部に巻線することによって、巻線部毎の端末線の結線処理を不要とし、かつ巻線部の端末線や各巻線部間を繋ぐ渡り線の形成も容易となる巻線方法と、その巻線方法の実施に直接使用する巻線機、保持治具、及び分割コア式ワークを提供することにある。
課題を解決するための手段及び発明の効果
上記課題を解決するために、本発明の分割コア式ワークの巻線方法は、
リング状の外周を形成するヨーク部から半径方向内側に突出する巻胴部と、その巻胴部の先端部に形成された内側鍔部とを有する複数の極部において、前記巻胴部のそれぞれに、ノズルに保持された線材を電気的絶縁状態でらせん状に巻き付けることにより、前記巻胴部に対して巻線部が形成された多極電機子(例えば、12極からなる3相モータ用ステータ)を製造するために、その多極電機子が所定角度範囲のヨーク部からなる外側鍔部と1つの極部とを単位として有するように複数に分割された分割コア式ワークの巻線方法であって、
前記複数の分割コア式ワークを、前記内側鍔部が半径方向内側に位置し、前記巻胴部が放射状に位置するとともに、半径方向外側に位置して互いに隣り合う外側鍔部間に前記ノズルが通過可能な隙間を有する形態で、前記多極電機子の中心軸線に対して環状に配置するワークセット工程と、
前記ノズルが半径方向外側から前記隙間に突入するとともに、前記分割コア式ワーク及びノズルがその分割コア式ワークの周方向及び厚み方向において相対移動することにより、当該分割コア式ワークの巻胴部に前記線材を巻き付けて前記巻線部を形成する巻線工程とを含み、
前記ワークセット工程において、前記多極電機子の内径よりも大きな外径を有し、板状、柱状又は筒状を呈する保持体の外周面に形成された保持溝に対し、前記分割コア式ワークの内側鍔部を中心軸線方向から収納することによって、前記多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークが前記保持体に保持され、
前記巻線工程にて前記巻線部を形成する際に、前記巻線部の端末線の一部及び各巻線部間を繋ぐ渡り線を収納するための収納空間が、前記内側鍔部と前記保持溝の壁部とによって形成されることを特徴とする。
このように、ワークセット工程にて、互いに隣り合う外側鍔部間にノズルが通過可能な隙間を形成し、巻線工程にて、ノズルは半径方向外側から上記隙間に突入して巻胴部に巻線部を形成する。したがって、ノズルによる巻線部の形成において、内側鍔部寄りから巻胴部への巻線を開始し、内側鍔部寄りで巻線を終了することが可能となるので、巻線部の端末線や各巻線部間を繋ぐ渡り線を内側鍔部側に容易に形成できるようになる。その結果、端末線や渡り線が内側鍔部側に形成され外側鍔部側を通らないことにより、環状に配置された複数の分割コア式ワークを縮径して多極電機子形状とするとき、外側鍔部間の隙間を詰める際に端末線や渡り線を挟み込んだり、外側鍔部同士を接合する際に端末線や渡り線に接触したりして、端末線や渡り線を損傷するおそれも少なくなる。
もちろん、各分割コア式ワークの巻胴部に形成される巻線部間の線材を、従来のような結線処理を要することなく、巻線時の渡り線として線処理できるので、巻線工程やその後の工程における線処理が容易になる。また、断線等のトラブルの発生を回避して製品歩留りを低下させずにすみ、製造コストの削減を図ることができる。
なお、本発明におけるノズル・ワーク駆動式の巻線機について、「コイル形成用の線材を保持するノズル及び/又は半径方向に突出する巻胴部と、その巻胴部の先端部に形成された内側鍔部とを有する複数の極部を含むワークが該ワークの周方向に駆動されることにより、該ノズルが巻線すべき巻胴部から離間して相対移動する周方向成分と、前記ノズル及び/又はワークが前記ワークの厚み方向に駆動されることにより、該ノズルが前記巻線すべき巻胴部及びそれに隣接する巻胴部の間に形成されるスロットを通り抜けるようにして相対移動する厚み方向成分とを組み合わせた形態の軌跡を有し、前記ワークの各巻胴部に前記線材を巻き付けるための巻線機」と表わすこともできる。
つまり、本発明におけるノズル・ワーク駆動式の巻線方法(巻線機)としては、以下の4タイプのいずれであってもよい。
(1)ワークが周方向に駆動されることにより、ノズルが巻線すべき巻胴部から離間して相対移動する周方向成分と、ノズルがワークの厚み方向に駆動されることにより、ノズルが巻線すべき巻胴部及びそれに隣接する巻胴部の間に形成されるスロットを通り抜けるようにして相対移動する厚み方向成分とを組み合わせた形態の軌跡を有するタイプ;
(2)ワークが周方向に駆動されることにより、ノズルが巻線すべき巻胴部から離間して相対移動する周方向成分と、ワークが厚み方向に駆動されることにより、ノズルが巻線すべき巻胴部及びそれに隣接する巻胴部の間に形成されるスロットを通り抜けるようにして相対移動する厚み方向成分とを組み合わせた形態の軌跡を有するタイプ;
(3)ノズルがワークの周方向に駆動されることにより、ノズルが巻線すべき巻胴部から離間して相対移動する周方向成分と、ノズルがワークの厚み方向に駆動されることにより、ノズルが巻線すべき巻胴部及びそれに隣接する巻胴部の間に形成されるスロットを通り抜けるようにして相対移動する厚み方向成分とを組み合わせた形態の軌跡を有するタイプ;
(4)ノズルがワークの周方向に駆動されることにより、ノズルが巻線すべき巻胴部から離間して相対移動する周方向成分と、ワークが厚み方向に駆動されることにより、ノズルが巻線すべき巻胴部及びそれに隣接する巻胴部の間に形成されるスロットを通り抜けるようにして相対移動する厚み方向成分とを組み合わせた形態の軌跡を有するタイプ。
以上の巻線方法では、ワークセット工程において、多極電機子の内径よりも大きな外径を有し、板状、柱状又は筒状を呈する保持体の外周面に形成された保持溝に対し、分割コア式ワークの内側鍔部を中心軸線方向から収納することによって、多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークが保持体に保持されるようになる。
このように、完成品である多極電機子の内径よりも大きな外径を有する保持体(保持治具)の外周面に、多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークを保持することによって、多極電機子の位相毎に複数の極部(巻胴部)に連続して巻線できる。したがって、端末線を各位相につき2本(始端部及び終端部)とすることができ、巻線部毎の端末線の結線処理が不要となる。なお、1本のノズルを備える場合には、多極電機子の位相毎に巻線(例えば3相12極の多極電機子であれば、各位相4極毎に連続巻線)することになり、位相毎にノズルを備える場合には、各位相同時に巻線(例えば3相12極の多極電機子であれば、各位相4極を同時巻線)することになる。
具体的には、保持体(保持治具)は割出回転用モータで駆動される主軸の上端部に固定され、主軸は多極電機子の中心軸線と一致する主軸線周りにインデックス(割出)回転する。また、保持溝は、内側鍔部の半径方向外側への抜け出し及び周方向への移動を阻止するために、あり溝状に形成される。
そして、上記ワークセット工程において、保持体の保持溝に分割コア式ワークの内側鍔部を収納したとき、
巻線工程にて巻線部を形成する際に、巻線部の端末線の一部及び各巻線部間を繋ぐ渡り線を収納するための収納空間が、内側鍔部と保持溝の壁部とによって形成される。
これによって、巻線工程で内側鍔部側に形成される端末線や渡り線を上記収納空間へスムーズに導いて収納することができるので、後工程(縮径工程や接合工程)における端末線や渡り線の損傷が発生しにくくなる。
さらに、巻線工程の後に、巻胴部に巻線部が形成された複数の分割コア式ワークを一斉に又は順次半径方向外側から内側(中心軸線方向)へ向かって移動することにより、隙間を詰めて複数の分割コア式ワークによって形成される外径を多極電機子の外径に一致させる縮径工程を含むことが望ましい。
このように、ワークセット工程にて環状に配置した複数の分割コア式ワークの巻胴部に巻線工程で巻線した後、縮径工程にて環状に集合配置された複数の分割コア式ワークを多極電機子の径になるまで縮径するので、多極電機子を精度よく製造することができる。
例えば、このような縮径工程において、複数の分割コア式ワークによって形成される外径を多極電機子の外径に一致させた後、隣り合う分割コア式ワークの外側鍔部を接合する場合には、多極電機子を一層精度よくかつ能率よく製造することができる。ここで、「接合」には、溶接、ろう付け、溶着、接着、マグネット吸着等を含む。
縮径工程において、半径方向に出退可能な直線駆動装置の先端部に外側鍔部を保持した状態で、複数の分割コア式ワークを一斉に半径方向外側から内側(中心軸線方向)へ向かって移動することができる。
分割コア式ワークの外側鍔部と直線駆動装置の先端部とをそれぞれ連結し、各直線駆動装置を同時に駆動することによって、環状に集合配置された複数の分割コア式ワークを一斉に縮径し、精度よく効率的に多極電機子の径に合わせることができる。なお、直線駆動装置(の先端部)は、シリンダ(のピストンヘッド)、ソレノイド(のプランジャヘッド)等で構成される。
そして、複数の分割コア式ワークを保持した状態で保持体を(主軸から分離して)中心軸線方向へ移動可能とすれば、
縮径工程において、外側鍔部に形成された係合溝に直線駆動装置の先端部を中心軸線方向から収納した後、保持体を中心軸線方向へ移動して、保持溝から内側鍔部を離脱させることにより、直線駆動装置による半径方向外側から内側(中心軸線方向)への各分割コア式ワークの移動を可能とすることができる。
これによって縮径工程の時間短縮を図り、多極電機子を効率よく製造することができる。
具体的には、保持体を外してから、多極電機子の内径に等しい外径を有し、板状、柱状又は筒状を呈する縮径治具を複数の分割コア式ワークの中央位置に配置し、内側鍔部の内周面が縮径治具の外周面に接触するまで各分割コア式ワークを半径方向外側から内側(中心軸線方向)へ移動することができる。あるいは、隣接する外側鍔部同士が接触するまで、直線駆動装置によって複数の分割コア式ワークを半径方向外側から内側(中心軸線方向)へ移動することができる。また、係合溝は、直線駆動装置の先端部の半径方向外側への抜け出し及び周方向への移動を阻止(換言すれば、分割コア式ワークの半径方向内側への抜け出し及び周方向への移動を阻止)するために、あり溝状に形成される。
また、上記課題を解決するために、本発明の分割コア式ワークの巻線機は、
リング状の外周を形成するヨーク部から半径方向内側に突出する巻胴部と、その巻胴部の先端部に形成された内側鍔部とを有する複数の極部において、前記巻胴部のそれぞれに、ノズルに保持された線材を電気的絶縁状態でらせん状に巻き付けることにより、前記巻胴部に対して巻線部が形成された多極電機子を製造するために、その多極電機子が所定角度範囲のヨーク部からなる外側鍔部と1つの極部とを単位として有するように複数に分割された分割コア式ワークの巻線機であって、
前記複数の分割コア式ワークを、前記内側鍔部が半径方向内側に位置し、前記巻胴部が放射状に位置するとともに、半径方向外側に位置して互いに隣り合う外側鍔部間に前記ノズルが通過可能な隙間を有する形態で、前記多極電機子の中心軸線に対して環状に配置し、
前記ノズルが半径方向外側から前記隙間に突入するとともに、前記分割コア式ワーク及びノズルがその分割コア式ワークの周方向及び厚み方向において相対移動することにより、当該分割コア式ワークの巻胴部に前記線材を巻き付けて前記巻線部を形成し、
前記多極電機子の内径よりも大きな外径を有し、板状、柱状又は筒状を呈する保持体を備え、
前記保持体の外周面に形成された保持溝に対し、前記分割コア式ワークの内側鍔部を中心軸線方向から収納することによって、前記多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークが前記保持体に保持され、
前記保持体の保持溝に前記内側鍔部を収納したとき、前記内側鍔部と前記保持溝の壁部とによって、前記巻線部の端末線の一部及び各巻線部間を繋ぐ渡り線を収納するための収納空間が形成されることを特徴とする。
このような巻線機によれば、互いに隣り合う外側鍔部間にノズルが通過可能な隙間を有して、複数の分割コア式ワークが環状に配置され、ノズルは半径方向外側から上記隙間に突入して巻胴部に巻線部を形成する。したがって、ノズルによる巻線部の形成において、内側鍔部寄りから巻胴部への巻線を開始し、内側鍔部寄りで巻線を終了することが可能となるので、巻線部の端末線や各巻線部間を繋ぐ渡り線を内側鍔部側に容易に形成できるようになる。その結果、端末線や渡り線が内側鍔部側に形成され外側鍔部側を通らないことにより、環状に配置された複数の分割コア式ワークを縮径して多極電機子形状とするとき、外側鍔部間の隙間を詰める際に端末線や渡り線を挟み込んだり、外側鍔部同士を接合する際に端末線や渡り線に接触したりして、端末線や渡り線を損傷するおそれも少なくなる。
また、各分割コア式ワークの巻胴部に形成される巻線部間の線材を、従来のような結線処理を要することなく、巻線時の渡り線として線処理できるので、断線等のトラブルの発生を回避して、能率よく巻線することができる。
このような巻線機において、多極電機子の内径よりも大きな外径を有し、板状、柱状又は筒状を呈する保持体を備え、
保持体の外周面に形成された保持溝に対し、分割コア式ワークの内側鍔部を中心軸線方向から収納することによって、多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークが保持体に保持される。
このように、完成品である多極電機子の内径よりも大きな外径を有する保持体(保持治具)の外周面に、多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークを保持することによって、多極電機子の位相毎に複数の極部(巻胴部)に連続して巻線できる。したがって、端末線を各位相につき2本(始端部及び終端部)とすることができ、巻線部毎の端末線の結線処理が不要となる。
さらに、上記課題を解決するために、本発明の分割コア式ワークの保持治具は、
リング状の外周を形成するヨーク部から半径方向内側に突出する巻胴部と、その巻胴部の先端部に形成された内側鍔部とを有する複数の極部において、前記巻胴部のそれぞれに、ノズルに保持された線材を電気的絶縁状態でらせん状に巻き付けることにより、前記巻胴部に対して巻線部が形成された多極電機子を製造するために、その多極電機子が所定角度範囲のヨーク部からなる外側鍔部と1つの極部とを単位として有するように複数に分割された分割コア式ワークを保持するための保持治具であって、
前記多極電機子の内径よりも大きな外径を有するとともに、外周面には、前記分割コア式ワークの内側鍔部を収納するために、前記多極電機子の中心軸線に沿って形成された保持溝が周方向に複数配置され、前記多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークを保持可能である板状、柱状又は筒状の保持体を含み、
前記保持体の保持溝に前記内側鍔部を収納したとき、前記内側鍔部と前記保持溝の壁部とによって、前記巻線部の端末線の一部及び各巻線部間を繋ぐ渡り線を収納するための収納空間が形成されることを特徴とする。
このように、完成品である多極電機子の内径よりも大きな外径を有する保持体(保持治具)を用いることにより、その外周面に多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークを安定して保持することができるから、多極電機子の位相毎に複数の極部(巻胴部)に連続して巻線できる。したがって、端末線を各位相につき2本(始端部及び終端部)とすることができ、巻線部毎の端末線の結線処理が不要となる。
上記保持体の保持溝は、内側鍔部の半径方向外側への抜け出し及び周方向への移動を阻止するために、あり溝状に形成されていることが望ましい。
保持溝があり溝状に形成されていることによって、内側鍔部(分割コア式ワーク)の中心軸線方向への挿入・離脱(移動)を円滑に行える。なお、保持治具は、保持体に対して中心軸線方向の一方側(例えば上方側)から被せられ、保持体に収納された分割コア式ワークの中心軸線方向への移動を阻止するための板状の蓋体を含む場合がある。
そして、上記課題を解決するために、本発明の分割コア式ワークは、
上記した分割コア式ワークの保持治具に収納・配置される分割コア式ワークであって、
前記保持体の保持溝に前記内側鍔部が収納されたとき、前記内側鍔部と前記保持溝の壁部とによって、前記巻線部の端末線の一部及び各巻線部間を繋ぐ渡り線を収納するための収納空間を形成することを特徴とする。
これによって、巻線時に内側鍔部側に形成される端末線や渡り線を上記収納空間へスムーズに導いて収納することができるので、端末線や渡り線の損傷が発生しにくくなる。
また、上記内側鍔部には、保持体の保持溝と係合して、自身の径方向への抜け出し及び周方向への移動を阻止するための保持部が形成されている
内側鍔部に径方向への抜け出し及び周方向への移動を阻止する保持部が形成されていることによって、分割コア式ワークは中心軸線方向への移動のみ可能となり、保持体に対して安定して保持できる。このとき、保持溝があり溝状に形成されていると、内側鍔部(分割コア式ワーク)の中心軸線方向への挿入・離脱(移動)を円滑に行える。
具体的には、上記保持部は、内側鍔部における外側鍔部寄りの角隅部に形成された切欠状凹部又は平面状若しくはアール面状の面取り部とすることができ、外側鍔部の角度範囲内に形成される。
さらに、上記外側鍔部には、巻胴部に巻線部が形成された複数の分割コア式ワークを一斉に又は順次半径方向外側から内側(中心軸線方向)へ向かって移動する際に、半径方向に出退可能な直線駆動装置の先端部を収納するための係合溝が、中心軸線に沿って形成されている
このように、外側鍔部に直線駆動装置の先端部を収納するための係合溝が形成されていることによって、分割コア式ワークの中心軸線方向への移動(縮径)を円滑に行える。
具体的には、上記係合溝は、直線駆動装置の先端部(シリンダのピストンヘッド、ソレノイドのプランジャヘッド等)の半径方向外側への抜け出し及び周方向への移動を阻止(換言すれば、分割コア式ワークの半径方向内側への抜け出し及び周方向への移動を阻止)するために、あり溝状に形成されている。
本発明に係るノズル・ワーク駆動式巻線機の一例を示す側面図。 ワークと多極電機子との関係を説明する斜視図。 ワークの平面図及び側面図。 ワークセット工程を平面視及び側面視にて模式的に示す説明図。 図4に続くワークセット工程の説明図。 巻線工程を平面視及び側面視にて模式的に示す説明図。 図6に続く巻線工程の説明図。 縮径工程を平面視及び側面視にて模式的に示す説明図。 図8に続く縮径工程の説明図。 図9に続く縮径工程の説明図。 多極電機子の一例としての3相モータ用ステータを示す斜視図。 巻線工程におけるノズル及びワークの作動説明図。 図12に続く作動説明図。 図13に続く作動説明図。 内側鍔部における保持部形状の変形例を示す平面図。
(実施例)
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例を参照して説明する。図1は本発明に係るノズル・ワーク駆動式巻線機の一例を示す側面図である。図1に示すノズル・ワーク駆動式巻線機(以下、単に巻線機ともいう)100のメインフレーム1には、主として、保持治具30に保持された複数の分割コア式ワーク(以下、単にワークともいう;図2,図3参照)Wをインデックス(割出)回転するためのワーク駆動機構10と、巻線機構(巻線手段)としてのノズル21を前後・上下・左右の各方向へ3次元的に移動可能とするためのノズル駆動機構20とが搭載されている。
ワーク駆動機構10は、メインフレーム1に固定配置された割出回転用モータ11(回転駆動源)と、その割出回転用モータ11に直結されて、保持治具30(複数のワークW)をインデックス(割出)回転する主軸12と、保持治具30(複数のワークW)を上方側(一方側)から押圧保持するエアシリンダ13(治具押圧用シリンダ)とを備えている。主軸12は、複数のワークWを収納保持する保持治具30と、その保持治具30を下側(他方側)から支持する軸状の補助治具39とを、ジョイント14を介して上端部(一端部)に固定保持する。また、主軸12は、後述する多極電機子Aの中心軸線O(図2参照)が、自身の主軸線と一致する態様にて、中心軸線O(すなわち主軸線)周りで往復回転する。このとき、エアシリンダ13は、保持治具30の押圧状態を維持しながら、保持治具30、補助治具39及び主軸12とともに中心軸線O周りで回転可能である。
ノズル駆動機構20において、ワークWの巻胴部dに線材Lを巻き付けて巻線部Mを形成する(図7参照)ためのノズル21が、中心軸線Oに直交する水平方向に配置されている。ノズル21は巻線時において、後述する3個のモータ22,23,24の駆動回転により前後・左右・上下の3方向へ移動できる。
(1)固定配置されたメインフレーム1に対し、前後方向に配置された直線状案内部材LG1,LG1を介して前後移動フレーム2,2が前後方向に往復移動する。具体的には、メインフレーム1に固定された前後移動用モータ22によってボールねじ(図示せず)が駆動回転され、前後移動フレーム2,2が前後方向に往復移動する。
(2)また、その前後移動フレーム2,2に対し、左右方向に配置された直線状案内部材LG2,LG2を介して左右移動フレーム3が左右方向に往復移動する。具体的には、前後移動フレーム2,2に固定された左右移動用モータ23によってボールねじ(図示せず)が駆動回転され、左右移動フレーム3が左右方向に往復移動する。
(3)さらに、その左右移動フレーム3から上下方向に立設され、一体的に固定された上下フレーム4に対し、上下方向に配置された直線状案内部材LG3を介してノズルフレーム5が上下方向に往復移動する。具体的には、上下フレーム4に固定された上下移動用モータ24によって上下一対のタイミングプーリ25,25と、タイミングプーリ25,25に掛け回されたタイミングベルト26とが駆動回転され、タイミングベルト26に固定されたノズルフレーム5が上下方向に往復移動する。ノズル21はノズルフレーム5の先端部(前端部)に固定され、ノズルフレーム5と一体的に昇降する。
なお、割出回転用モータ11,前後移動用モータ22,左右移動用モータ23,上下移動用モータ24にそれぞれサーボモータを使用することによって、高精度の巻線を可能としている。また、直線状案内部材LG1,LG2,LG3として、直線状レールと直線状キャリッジとの間に複数の転動体(ボール又はころ)を介在させた“LMガイド”(THK株式会社登録商標)等の直線ガイド(リニアガイドとも通称される)を用いることによって、高精度の案内部材を構成することができる。
図2はワーク(分割コア式ワーク)と多極電機子との関係を説明する斜視図である。図2に示すように、インナーコアタイプ(アウタステータタイプ)の多極電機子A(3相モータ用ステータ)には、リング状の外周を形成するヨーク部Yから半径方向内側に突出する巻胴部dと、その巻胴部dの先端部に形成された内側鍔部gとを有する複数(例えば、u,v,wの3相で12極)の極部pが突出形成されている。多極電機子Aは、所定角度範囲θ(例えば30°;図3参照)のヨーク部Yからなる外側鍔部yと1つの極部pとを単位として有するように複数(例えば12個)に分割されて、分割コア式ワーク(以下、単にワークともいう)W(具体的には、u相4極のワークu1〜u4,v相4極のワークv1〜v4,w相4極のワークw1〜w4)が形成されている。したがって、各ワークW(u1〜u4,v1〜v4,w1〜w4)の巻胴部dに対して、ノズル21に保持された線材Lをインシュレータiを介して電気的絶縁状態でらせん状に巻き付けることにより、巻線部Mが形成される(図7参照)。
図2からも明らかなように、ワークWの巻胴部dは、多極電機子Aの中心軸線O方向を長辺とする長方形断面を有している。そこで、図4に示すように、多極電機子Aの中心軸線Oが主軸12の主軸線と一致するように、複数(ここでは12個)のワークWを収納した保持治具30(保持体31)を主軸12の軸端部(一端部)に保持し、中心軸線O周りで回転させると、ノズル21に保持された線材Lが巻胴部dに巻き付けられる。なお、巻胴部dの4つの外周面はそれぞれ長方形状に形成されている。
図3は図2に示すワークの平面図及び側面図である。ワークWの内側鍔部gには、保持体31の保持溝311と係合して、自身の径方向への抜け出し及び周方向への移動を阻止するための保持部g1が形成されている。具体的には、保持体31の保持溝311は、内側鍔部gの半径方向外側への抜け出し及び周方向への移動(ずれ)を阻止するためにあり溝状に形成されている(図4参照)。つまり、保持溝311と保持部g1とによって、ワークWは半径方向外側への抜け出し及び周方向への移動が阻止されている。保持部g1は、外側鍔部yの形成角度範囲θ内にて、内側鍔部gにおける外側鍔部y寄りの両側角隅部に、切欠状凹部としてそれぞれ形成されている。
図4に示すように、保持体31は、多極電機子Aの内径D1(図11参照)よりも大きな外径DJを有する円柱状を呈するとともに、外周面には、多極電機子Aの中心軸線Oに沿って形成されたあり溝状の保持溝311が周方向に等間隔で複数(ここでは12個)配置されている。そして、各保持溝311に対し、ワークWの内側鍔部gを中心軸線O方向から収納することによって、多極電機子Aを構成するすべて(ここでは12個)のワークWを保持体31に保持できる。このとき、ワークWの巻胴部dは中心軸線Oに対して放射状に位置するとともに、半径方向外側に位置して互いに隣り合う外側鍔部y間には、ノズル21が半径方向外側から突入して通過可能な隙間Gが形成される(図5参照)。なお、ワークWが収納された保持体31には、中心軸線O方向の一方側(上方側)から板状の蓋体32が被せられる。この蓋体32は、保持体31とともに保持治具30を構成し、ワークWの中心軸線O方向への移動を阻止する。
具体的には、保持体31は、保持溝311を有し、円柱形状の主体をなす本体部31aと、補助治具39(図1参照)と一体化するための軸状部312を有する連結部31bとが、ねじ部S1によって一体連結されている。一方、蓋体32は、本体部31aから突出するセンター軸313が自身のセンター孔321に挿通され、ねじ部S2によって本体部31aと一体連結されている。
図3に戻り、保持体31の保持溝311に内側鍔部g(ワークW)を収納したとき、内側鍔部gと保持溝311の壁部とによって、巻線部Mの端末線eの一部及び各巻線部M間を繋ぐ渡り線r(図6,図7参照)を収納するための収納空間Kが形成される。
また、各ワークWの外側鍔部yの外周面には、半径方向に出退可能な縮径機構40を構成するエアシリンダ41(ワーク縮径用シリンダ;直線駆動装置)のピストンヘッド411(先端部)を挿入するための係合溝y1が、中心軸線Oに沿って形成されている。この係合溝y1は、ピストンヘッド411の半径方向外側への抜け出し及び周方向への移動(ずれ)を阻止するために、あり溝状に形成されている。つまり、係合溝y1とピストンヘッド411とによって、ワークWは半径方向内側への抜け出し及び周方向への移動が阻止されている。そして、各係合溝y1に対し、ピストンヘッド411を中心軸線O方向から挿入することによって、巻胴部dに巻線部Mが形成されたすべて(ここでは12個)のワークWを一斉に半径方向外側から内側(すなわち中心軸線O方向)へ向かって移動できる(図9,図10参照)。
次に、このようなワークWを用いて多極電機子A(3相モータ用ステータ)を製造する場合の巻線機100の作動について、主として図4〜図11の工程説明図により説明する。
<ワークセット工程>……図4,図5
保持体31の各保持溝311に対し、ワークWの内側鍔部gを中心軸線O方向の上方側(一方側)から1個ずつ挿入して収納・保持する。さらに、保持体31の上方から蓋体32を被せ、これら保持体31と蓋体32とによって、ワークWの半径方向、周方向及び中心軸線O方向への移動(ずれ)が阻止される。
その結果、ワークWの巻胴部dは中心軸線Oに対して放射状に位置するとともに、半径方向外側に位置して互いに隣り合う外側鍔部y間には、ノズル21が半径方向外側から突入して通過可能な隙間Gが形成される。また、内側鍔部gと保持溝311の壁部とによって、端末線eの一部及び渡り線r(図6,図7参照)を収納するための収納空間Kが形成される。さらに、補助治具39及びジョイント14を介して、ワークWが収納された保持体31を主軸12の上端部(一端部)に固定するとともに、エアシリンダ13により、蓋体32を上方側(一方側)から押圧保持する(図1参照)。
<巻線工程>……図6,図7,図12〜図14
割出回転用モータ11及びエアシリンダ13(図1参照)によってワークWが周方向に駆動されることにより、ノズル21が巻線すべき巻胴部dから離間して相対移動する周方向成分と、上下移動用モータ24(図1参照)によってノズル21がワークWの厚み方向(中心軸線O方向)に駆動されることにより、ノズル21が互いに隣り合う外側鍔部y間に形成される隙間G(及び互いに隣り合う巻胴部d間に形成されるスロット)を通り抜けるようにして相対移動する厚み方向成分とを組み合わせた形態の軌跡に沿って、u相の各巻胴部d(計4個)に線材L(図1参照)が巻き付けられ、各ワークW(u1〜u4)に巻線部Mが形成される。
この巻線工程を、巻線時のノズル21及びワークW’の作動説明を示す図12〜図14によりさらに具体的に説明する。なお、図12〜図14はアウターコアタイプのワークW’に関するものであるが、原理的には図6,図7と同様である。図12(a)に示すように、ノズル21内から線材Lが繰り出される。その後、図12(b)に示すように、ノズル21が上下移動用モータ24(図1参照)の駆動により極部p間のスロットN1を下降する。
図13は図12に続く巻線時のノズル21及びワークW’の作動説明図である。ノズル21が巻胴部d間のスロットN1を下降した後、図13(a)に示すように、割出回転用モータ11(図1参照)がワークW’を右回転させ、ノズル21が隣接するスロットN2に位置したときに停止すると、線材Lは巻胴部dの側面S1に当接する。その後、図13(b)に示すように、ノズル21が上下移動用モータ24(図1参照)の駆動により巻胴部d間のスロットN2を上昇する。
図14は図13に続く巻線時のノズル21及びワークW’の作動説明図である。図14(a)に示すように、割出回転用モータ4(図1参照)がワークW’を左回転させると、線材Lは巻胴部dの側面S2に当接する。図14(b)に示すようにノズル21は最初のスロットN1を下降する。
図14(b)に示すようにノズル21が線材Lを巻胴部dに1周巻き付ける毎に前後移動用モータ22(図1参照)を作動させて、線材Lの太さ分を基準とする所定のピッチでノズル21を送る。
図6に戻り、ノズル21によるu相(u1〜u4)の巻線では、内側鍔部g寄りから巻胴部dへの巻線を開始し、内側鍔部寄りで巻線を終了する。したがって、u相の端末線e(u1における始端部及びu4における終端部)や各巻線部M間を繋ぐ渡り線rが内側鍔部側に形成され、これらの端末線eや渡り線rを上記収納空間Kに収納できる。ただし、図6に示す端末線eは、収納空間K(内側鍔部)よりもさらに半径方向内側(中心軸線O側)に引き出されている。
図6に示すu相(u1〜u4)の巻線に引き続いて、図7に示すv相(v1〜v4)及びw相(w1〜w4)の巻線を行う。この場合にも、図6及び図12〜図14と同様の手順で巻線が行われ、v,w相の端末線eや渡り線rも内側鍔部d側に形成される。
<縮径工程>……図8〜図10
エアシリンダ13(図1参照)の押圧を解除した後、巻線を終了したワークW(u1〜u4,v1〜v4,w1〜w4)をセットした状態のまま、保持治具30を補助治具39(図1参照)から取り外す。取り外した保持治具30を、そのまま縮径機構40の設置場所に移動(搬送)し、中心軸線O方向の上方側(一方側)又は下方側(他方側)へ移動する。これによって、各エアシリンダ41のピストンヘッド411は、ワークW(u1〜u4,v1〜v4,w1〜w4)の外側鍔部yに形成された係合溝y1にそれぞれ嵌入し、係合溝y1に対して挿入・保持されることとなる(図3(a)参照)。
保持体31から蓋体32を取り外した後、保持体31を中心軸線O方向の下方側(他方側)へ移動して、保持溝311から内側鍔部g(保持部g1)を離脱させると(図3(a)参照)、各ワークW(u1〜u4,v1〜v4,w1〜w4)は、中心軸線Oに対して放射状に配置されたエアシリンダ41によって保持される。
図9に示すように、多極電機子Aの内径D1(図11参照)に等しい外径を有する円柱状の縮径治具50をワークW(u1〜u4,v1〜v4,w1〜w4)の中央位置に配置する。図10に示すように、各エアシリンダ41を同時に作動させると、内側鍔部gが縮径治具50の外周面に接触するまで、各ワークWは一斉に半径方向外側から内側(中心軸線O方向)へ向かって移動する。このとき、外側鍔部y間の隙間Gが詰まり、隣接する外側鍔部y同士が接触することになるので、ワークW(u1〜u4,v1〜v4,w1〜w4)によって形成される外径は多極電機子Aの外径D2(図11参照)と一致する。
<接合工程>……図10,図11
エアシリンダ41によってワークW(u1〜u4,v1〜v4,w1〜w4)を保持し、溶接トーチ等の溶接機器60によって、隣り合うワークWの外側鍔部y,yの突合せ面に溶接部B(接合部)を形成する。接合されたワークW(u1〜u4,v1〜v4,w1〜w4)を中心軸線O方向の下方側又は上方側へ移動して、係合溝y1からピストンヘッド411を離脱させ(図3(a)参照)、縮径治具50を引き抜くと、3相モータ用ステータとしての多極電機子Aが完成する。
このように、ワークセット工程にて、互いに隣り合う外側鍔部y間にノズル21が通過可能な隙間Gを形成し、巻線工程にて、ノズル21は半径方向外側から隙間Gに突入して巻胴部dに巻線部Mを形成する。したがって、ノズル21による巻線部Mの形成において、内側鍔部g寄りから巻胴部dへの巻線を開始し、内側鍔部d寄りで巻線を終了することが可能となるので、巻線部Mの端末線eや各巻線部M間を繋ぐ渡り線rを内側鍔部g側に容易に形成できるようになる。その結果、端末線eや渡り線rが内側鍔部g側に形成され外側鍔部y側を通らないことにより、環状に配置された複数のワークWを縮径して多極電機子A形状とするとき、外側鍔部y間の隙間Gを詰める際に端末線eや渡り線rを挟み込んだり、外側鍔部y同士を接合する際に端末線eや渡り線rに接触したりして、端末線eや渡り線rを損傷するおそれも少なくなる。
もちろん、各ワークWの巻胴部dに形成される巻線部M間の線材Lを、従来のような結線処理を要することなく、巻線時の渡り線rとして線処理できるので、巻線工程やその後の工程における線処理が容易になる。また、断線等のトラブルの発生を回避して製品歩留りを低下させずにすみ、製造コストの削減を図ることができる。
なお、縮径機構40及び溶接機器60については、巻線機100の内部に並設する場合、外部に設置場所を設ける場合のいずれも可能である。
(変形例)
図15は内側鍔部における保持部形状の変形例を示し、図3(a)に代わる平面図である。このうち、図15(a)に示す保持部g2は、外側鍔部yの形成角度範囲θ内にて、内側鍔部gにおける外側鍔部y寄りの両側角隅部に、平面状面取り部としてそれぞれ形成されている。また、図15(b)に示す保持部g3は、外側鍔部yの形成角度範囲θ内にて、内側鍔部gにおける外側鍔部y寄りの両側角隅部に、凸アール面状面取り部としてそれぞれ形成されている。さらに、図15(c)に示す保持部g4は、外側鍔部yの形成角度範囲θ内にて、内側鍔部gにおける外側鍔部y寄りの両側角隅部に、凹アール面状面取り部としてそれぞれ形成されている。
いずれの場合にも、保持体31の保持溝311は、内側鍔部gの半径方向外側への抜け出し及び周方向への移動(ずれ)を阻止するために、図3(a)と同様にあり溝状に形成されている。なお、変形例(図15(a),(b),(c))において、実施例(図3(a))と共通する機能を有する部分には同一符号を付して説明を省略する。
以上の説明では、各ワークWの外側鍔部yの外周面に形成された係合溝y1に、エアシリンダ41のピストンヘッド411を直接挿入したが、ピストンヘッド411と外側鍔部yとを他部材を介して間接的に連結してもよい。また、各ワークWの外側鍔部yの外周面に係合溝y1(凹部)を形成し、エアシリンダ41のピストンヘッド411(凸部)を嵌入したが、外側鍔部yの外周面側に凸部、ピストンヘッド411側に凹部を形成することもできる。
以上の実施例では、3相12極の多極電機子の場合について説明したが、他の形態の多極電機子にも適用できる。
10 ワーク駆動機構
11 割出回転用モータ(回転駆動源)
12 主軸
13 エアシリンダ(治具押圧用シリンダ)
14 ジョイント
20 ノズル駆動機構
21 ノズル(巻線機構;巻線手段)
22 前後移動用モータ
23 左右移動用モータ
24 上下移動用モータ
30 保持治具
31 保持体
311 保持溝
32 蓋体
39 補助治具
40 縮径機構
41 エアシリンダ(ワーク縮径用シリンダ;直線駆動装置)
411 ピストンヘッド(先端部)
50 縮径治具
60 溶接トーチ(溶接機器)
100 ノズル・ワーク駆動式巻線機(巻線機)
A 多極電機子(3相モータ用ステータ)
B 溶接部(接合部)
O 中心軸線(主軸線)
L 線材
G 隙間
K 収納空間
W(u1〜u4,v1〜v4,w1〜w4) ワーク(分割コア式ワーク)
M 巻線部
Y ヨーク部
y 外側鍔部
y1 係合溝
p 極部
d 巻胴部
g 内側鍔部
g1 切欠状凹部(保持部)
g2 平面状面取り部(保持部)
g3 凸アール面状面取り部(保持部)
g4 凹アール面状面取り部(保持部)

Claims (10)

  1. リング状の外周を形成するヨーク部から半径方向内側に突出する巻胴部と、その巻胴部の先端部に形成された内側鍔部とを有する複数の極部において、前記巻胴部のそれぞれに、ノズルに保持された線材を電気的絶縁状態でらせん状に巻き付けることにより、前記巻胴部に対して巻線部が形成された多極電機子を製造するために、その多極電機子が所定角度範囲のヨーク部からなる外側鍔部と1つの極部とを単位として有するように複数に分割された分割コア式ワークの巻線方法であって、
    前記複数の分割コア式ワークを、前記内側鍔部が半径方向内側に位置し、前記巻胴部が放射状に位置するとともに、半径方向外側に位置して互いに隣り合う外側鍔部間に前記ノズルが通過可能な隙間を有する形態で、前記多極電機子の中心軸線に対して環状に配置するワークセット工程と、
    前記ノズルが半径方向外側から前記隙間に突入するとともに、前記分割コア式ワーク及びノズルがその分割コア式ワークの周方向及び厚み方向において相対移動することにより、当該分割コア式ワークの巻胴部に前記線材を巻き付けて前記巻線部を形成する巻線工程とを含み、
    前記ワークセット工程において、前記多極電機子の内径よりも大きな外径を有し、板状、柱状又は筒状を呈する保持体の外周面に形成された保持溝に対し、前記分割コア式ワークの内側鍔部を中心軸線方向から収納することによって、前記多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークが前記保持体に保持され、
    前記巻線工程にて前記巻線部を形成する際に、前記巻線部の端末線の一部及び各巻線部間を繋ぐ渡り線を収納するための収納空間が、前記内側鍔部と前記保持溝の壁部とによって形成されることを特徴とする分割コア式ワークの巻線方法。
  2. 前記巻線工程の後に、前記巻胴部に前記巻線部が形成された複数の分割コア式ワークを一斉に又は順次半径方向外側から内側へ向かって移動することにより、前記隙間を詰めて前記複数の分割コア式ワークによって形成される外径を前記多極電機子の外径に一致させる縮径工程を含む請求項に記載の分割コア式ワークの巻線方法。
  3. 前記縮径工程において、半径方向に出退可能な直線駆動装置の先端部に前記外側鍔部を保持した状態で、前記複数の分割コア式ワークを一斉に半径方向外側から内側へ向かって移動する請求項に記載の分割コア式ワークの巻線方法。
  4. 前記複数の分割コア式ワークを保持した状態で前記保持体を中心軸線方向へ移動可能とし、
    前記縮径工程において、前記外側鍔部に形成された係合溝に前記直線駆動装置の先端部を中心軸線方向から収納した後、前記保持体を中心軸線方向へ移動して、前記保持溝から前記内側鍔部を離脱させることにより、前記直線駆動装置による半径方向外側から内側への各分割コア式ワークの移動を可能とする請求項に記載の分割コア式ワークの巻線方法。
  5. リング状の外周を形成するヨーク部から半径方向内側に突出する巻胴部と、その巻胴部の先端部に形成された内側鍔部とを有する複数の極部において、前記巻胴部のそれぞれに、ノズルに保持された線材を電気的絶縁状態でらせん状に巻き付けることにより、前記巻胴部に対して巻線部が形成された多極電機子を製造するために、その多極電機子が所定角度範囲のヨーク部からなる外側鍔部と1つの極部とを単位として有するように複数に分割された分割コア式ワークの巻線機であって、
    前記複数の分割コア式ワークを、前記内側鍔部が半径方向内側に位置し、前記巻胴部が放射状に位置するとともに、半径方向外側に位置して互いに隣り合う外側鍔部間に前記ノズルが通過可能な隙間を有する形態で、前記多極電機子の中心軸線に対して環状に配置し、
    前記ノズルが半径方向外側から前記隙間に突入するとともに、前記分割コア式ワーク及びノズルがその分割コア式ワークの周方向及び厚み方向において相対移動することにより、当該分割コア式ワークの巻胴部に前記線材を巻き付けて前記巻線部を形成し、
    前記多極電機子の内径よりも大きな外径を有し、板状、柱状又は筒状を呈する保持体を備え、
    前記保持体の外周面に形成された保持溝に対し、前記分割コア式ワークの内側鍔部を中心軸線方向から収納することによって、前記多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークが前記保持体に保持され、
    前記保持体の保持溝に前記内側鍔部を収納したとき、前記内側鍔部と前記保持溝の壁部とによって、前記巻線部の端末線の一部及び各巻線部間を繋ぐ渡り線を収納するための収納空間が形成されることを特徴とする分割コア式ワークの巻線機。
  6. リング状の外周を形成するヨーク部から半径方向内側に突出する巻胴部と、その巻胴部の先端部に形成された内側鍔部とを有する複数の極部において、前記巻胴部のそれぞれに、ノズルに保持された線材を電気的絶縁状態でらせん状に巻き付けることにより、前記巻胴部に対して巻線部が形成された多極電機子を製造するために、その多極電機子が所定角度範囲のヨーク部からなる外側鍔部と1つの極部とを単位として有するように複数に分割された分割コア式ワークを保持するための保持治具であって、
    前記多極電機子の内径よりも大きな外径を有するとともに、外周面には、前記分割コア式ワークの内側鍔部を収納するために、前記多極電機子の中心軸線に沿って形成された保持溝が周方向に複数配置され、前記多極電機子を構成するすべての分割コア式ワークを保持可能である板状、柱状又は筒状の保持体を含み、
    前記保持体の保持溝に前記内側鍔部を収納したとき、前記内側鍔部と前記保持溝の壁部とによって、前記巻線部の端末線の一部及び各巻線部間を繋ぐ渡り線を収納するための収納空間が形成されることを特徴とする分割コア式ワークの保持治具。
  7. 前記保持体の保持溝は、前記内側鍔部の半径方向外側への抜け出し及び周方向への移動を阻止するために、あり溝状に形成されている請求項に記載の分割コア式ワークの保持治具。
  8. 請求項又はに記載の分割コア式ワークの保持治具に収納・配置される分割コア式ワークであって、
    前記保持体の保持溝に前記内側鍔部が収納されたとき、前記内側鍔部と前記保持溝の壁部とによって、前記巻線部の端末線の一部及び各巻線部間を繋ぐ渡り線を収納するための収納空間を形成することを特徴とする分割コア式ワーク。
  9. 前記内側鍔部には、前記保持体の保持溝と係合して、自身の径方向への抜け出し及び周方向への移動を阻止するための保持部が形成されている請求項8に記載の分割コア式ワーク。
  10. 前記外側鍔部には、前記巻胴部に前記巻線部が形成された複数の分割コア式ワークを一斉に又は順次半径方向外側から内側へ向かって移動する際に、半径方向に出退可能な直線駆動装置の先端部を収納するための係合溝が、前記中心軸線に沿って形成されている請求項8又は9に記載の分割コア式ワーク。
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