JP5989401B2 - エッジワイズコイル巻線方法及び巻線装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステータ等に用いるコイルの製造方法及びその装置に関し、詳しくは、平角導体をエッジワイズ曲げ加工してコイルを形成するにあたって、平角導体を支持することでコイルの変形を防ぐ技術に関する。

近年は、ハイブリッドカーや電気自動車等、駆動にモータを用いた自動車の開発が盛んにされるようになってきている。しかし、駆動にモータを用いる場合には、これまで以上にモータの小型化及び高出力化が求められる。従来のモータは、丸線を巻回して形成したコイルを用いたものが主流であったが、自動車の駆動に用いる為に小型化及び高出力化を求められることで、矩形断面を有する平角線を用いたコイルをモータに用いることが検討されている。平角線を用いることで、固定子の占積率が向上し高出力化に有利となるためである。

特許文献１には、エッジワイズコイルの巻線方法及び巻線装置についての技術が開示されている。予め設定した長さ毎に送り出される平角線の折り曲げ部分を折り曲げ手段としてのメインクランプの支点部材とベンダとにより保持し、折り曲げ手段に連なる平角線の供給側を固定した状態で、ベンダを視点部材周りに回転させることにより保持した平角線を折り曲げて、エッジワイズコイルを形成する。この際に、形成されるエッジワイズコイルの内周側にコイルガイドを系合させ、平角線の送り出し動作によるエッジワイズコイルの移動に追従してコイルガイドを移動させる。そして、折り曲げ動作に伴ってコイルガイドを回転させつつ移動するエッジワイズコイルの移動に追従させてコイルガイドを回転させつつ移動させている。この様にすることで、コイル巻回時に生じるコイルのふらつきや揺れを押さえることができる。

特開２００９−３０２２４５号公報

しかしながら、特許文献１に開示される装置を用いてコイルを形成するには以下に説明する課題があると考えられる。

コイルをエッジワイズ曲げ加工する際に、コイルの内径側を保持する構成を採ると、コイル毎にガイドの形状を変える必要があり、また、段取り替えを必要とする。また、コイルを長方形になるように巻回する為に、コイルの長辺とコイルの短辺を形成する際に異なる動きを必要とする為、結果的にガイドも複雑な動作を必要とする。具体的にはインボリュート曲線を描くように回転移動させ、かつ平角導体の送りにも追従する必要があるので、ガイドを動作させるために直行２軸と回転１軸をそれぞれ独立制御する必要がある。また、巻回速度を高めるためにタンデムドライブ化する必要性も考えられる。したがって、装置が高価となり段取り替え等の手間が発生する問題がある。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、比較的安価でガイド交換の手間を減らす事のできるエッジワイズコイル巻線方法及び巻線装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様によるエッジワイズコイル巻線方法は、以下のような特徴を有する。

（１）平角導体をエッジワイズ曲げ加工する曲げ手段による曲げ加工と、前記平角導体を所定距離送りする送り手段による所定距離送りと、を繰り返すことでコイルを形成するエッジワイズコイル巻線方法において、前記曲げ手段が前記平角導体を曲げる動作にあわせて、回転機構を有するガイドを回転させ、前記ガイドで、前記コイルの外側面であって前記曲げ手段の回転方向側を支持すること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様により、回転機構を有するガイドによって、コイルの外側面を支持する。その結果、曲げ手段によって巻回される際に作用する慣性によって生じるコイルの変形を押さえることが可能となる。これは、ガイドによって曲げ手段の回転方向側のコイル側面を支持することで、コイルの回転方向側への倒れを防ぐことができ、エッジワイズ曲げ加工されたコイルの塑性変形を防止することが可能となるためである。このガイドは、回転機構のみでコイルの支持を実現しており、この結果、制御するべき駆動機構を削減し、結果的に巻線装置のコストを下げることが可能となる。

また、コイルの外側面を支持する方法を採っていることで、製造するコイルの形状が変わったとしても同じ装置での対応が可能である。つまり、特許文献１の場合に示すような段取り替えが不要となる。これらの効果が得られることで、結果的にコイルのコストダウンを実現できる製造方法の提供が可能であると言える。

（２）（１）に記載のエッジワイズコイル巻線方法において、前記ガイドは、前記ガイドの回転中心を挟んだ対角に第１ガイドと第２ガイドを有し、前記コイルが有する角を、エッジワイズ曲げ加工される順に第１角、第２角、第３角、及び第４角とすると、前記曲げ手段により、前記第１角をエッジワイズ曲げ加工する際と、前記第２角をエッジワイズ曲げ加工する際に、前記第１ガイドで前記コイルの前記外側面を支持し、前記曲げ手段により、前記第３角をエッジワイズ曲げ加工する際と、前記第４角をエッジワイズ曲げ加工する際に、前記第２ガイドで前記コイルの前記外側面を支持すること、を特徴とする。

上述の（２）に記載の態様では、ガイドを第１ガイド及び第２ガイドの２つを用意することで、コイルの１ターン分、即ち４つの曲げ部を形成する際に第１ガイドと第２ガイドを順に使って連続的にガイドすることが可能である。これは、例えば第１ガイドが、第１角をエッジワイズ曲げ加工する際には９０度位置を移動し、第２角をエッジワイズ曲げ加工する際には更に９０度移動する。ところが、曲げ手段は常に同じ方向に９０度曲げる働きを繰り返すので、２度のエッジワイズ曲げで第１ガイドが移動してしまうと、次の第３角をエッジワイズ曲げ加工する際には第１ガイドを、約１８０度移動させる必要があり、結果的にリードタイムを必要とする。

しかし、第１ガイドが回転中心の対角に第２ガイドを備えるので、第２ガイドは第１ガイドが１８０度移動した段階で、移動する前の第１ガイドと同じ位置に居ることになり、その結果、ガイドを回転移動させることなく続けてコイルの外側面をガイドすることが可能となる。したがって、第１ガイドと第２ガイドを備え、第１ガイドに対して第２ガイドは回転中心を中心として点対称となる位置に配置されることで、リードタイムに貢献することが可能となる。

（３）（２）に記載のエッジワイズコイル巻線方法において、前記ガイドは、前記曲げ手段の回転中心とずれた位置に前記ガイドの回転中心を有し、前記ガイドの回転中心を挟んだ対角に第３ガイドと第４ガイドを備え、前記コイルは、長方形に巻回され、前記送り手段は前記所定距離送りで、前記長方形の長辺の部分を形成する長辺送りと、前記長方形の短辺部分を形成する短辺送りとを行い、前記第３ガイド又は前記第４ガイドで、前記送り手段で前記平角導体を前記短辺送りする前に、前記コイルの外側面を接触させ、前記送り手段で前記平角導体を短辺送りする動作にあわせて、前記第３ガイド又は前記第４ガイドを回転させることで、前記送り手段の進行方向側の前記コイルの外側面を支持すること、を特徴とする。

上述の（３）に記載の態様では、第３ガイドと第４ガイドは、短辺送りをする際にコイルの外側面を支えているので、送り手段によって平角導体を所定距離送りする際にも、短辺送りに関しては変形を抑えることができる。また、曲げ手段の回転中心とガイドの回転中心をずらすことで、ガイドとコイルとの干渉を防いでいる。なお、長辺送りの際には短辺送りに対してコイル３０が変形しにくいため、短辺送りの際に支持できればコイルの変形は抑えられると考えられる。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のエッジワイズコイル巻線方法において、前記ガイドには、前記コイルを支持する支持プレートが備えられ、前記支持プレートは、前記コイルの巻回中心に対して直交する面に面して配置されること、を特徴とする。

上述の（４）に記載の態様では、支持プレートを、コイルの巻回中心に対して直交する面、すなわち、平角導体を巻回してコイルを積み増していく際の上面に面して配置される。そしてコイルが倒れそうになった場合に、支持プレートによってコイルの上面を支持する。この結果、平角導体を曲げ手段でエッジワイズ曲げ加工する際や、短辺送り及び長辺送りする際にも、コイルの変形を抑えることが可能となる。

また、前記目的を達成するために、本発明の一態様による巻線装置は、以下のような特徴を有する。

（５）平角導体をエッジワイズ曲げする曲げ手段と、前記平角導体を所定距離送る送り手段を備えて、コイルを形成する巻線装置において、前記曲げ手段で曲げられた前記平角導体にて形成される前記コイルの外側面に接することで前記コイルを支持するガイドを有し、前記ガイドは、前記曲げ手段の動作にあわせて回転駆動すること、を特徴とする。

上記（５）に記載の態様では、コイルの外側面を支持するガイドには回転機構が備えられており、複雑な動きをするコイルを、ガイドを回転させることで支持することが可能となっている。ガイドは、曲げ手段によって巻回される際に作用する慣性によって生じるコイルの変形を押さえることが可能となる。コイルは曲げ手段の働きによって平角導体がエッジワイズ曲げ加工される際に、平角導体の先にくっついて振り回される。このコイルの外側面をガイドで支持することで、コイルの上部が慣性によって振れることを抑えることができ、結果的にコイルの変形を抑えることが可能となる。

このガイドは回転機構で動作し、コイルに追従させることが可能なので、巻線装置のコストを下げることが可能となる。また、コイルの外側面をガイドによって支持する構成であり、ガイドの位置は回転機構を制御することによって決定されるので、異なる形状のコイルを形成する場合でも段取り替えを必要としない。このことも、巻線装置のコストダウンに貢献する。

（６）（５）に記載の巻線装置において、前記ガイドは、前記ガイドの回転中心を挟んだ対角に第１ガイドと第２ガイドを有し、前記コイルが有する角を、エッジワイズ曲げ加工される順に第１角、第２角、第３角、及び第４角とすると、前記第１ガイドは、前記曲げ手段が前記平角導体をエッジワイズ曲げ加工して前記第１角及び前記第２角を形成する際に、前記コイルの前記外側面を支持し、前記第２ガイドは、前記曲げ手段が前記平角導体をエッジワイズ曲げ加工して前記第３角及び前記第４角を形成する際に、前記コイルの前記外側面を支持すること、を特徴とする。

上記（６）に記載の態様では、ガイドを第１ガイド及び第２ガイドの２つを用意することで、コイルの１ターン分、即ち４つの曲げ部を形成する際に第１ガイドと第２ガイドを順に使って連続的にガイドすることが可能である。これは、例えば第１ガイドが、第１角をエッジワイズ曲げ加工する際には９０度位置を移動し、第２角をエッジワイズ曲げ加工する際には更に９０度移動する。そして、第１ガイドが回転中心の対角に第２ガイドを備えるので、第２ガイドは第１ガイドが１８０度移動した段階で、移動する前の第１ガイドと同じ位置に居ることになり、ガイドを回転移動させることなく続けてコイルの外側面をガイドすることが可能となる。したがって、第１ガイドと第２ガイドを備え、第１ガイドに対して第２ガイドは回転中心を中心として点対称となる位置に配置されることで、リードタイムに貢献することが可能となる。

（７）（６）に記載の巻線装置において、前記ガイドは、前記曲げ手段の回転中心とずれた位置に前記ガイドの回転中心を有し、前記ガイドの回転中心を挟んだ対角に第３ガイドと第４ガイドを備え、前記送り手段で行う前記所定距離送りで、長方形に巻回される前記コイルの、短辺部分を形成する短辺送りの際に、前記第３ガイド又は前記第４ガイドで前記送り手段の進行方向側の前記コイルの外側面を支持すること、を特徴とする。

上記（７）に記載の態様では、第３ガイドと第４ガイドは、短辺送りをする際にコイルの外側面を支えているので、送り手段によって送る際にもコイルのガイドが可能となり、平角導体を短辺送りする際にも、コイルの変形を抑えることができる。

（８）（５）乃至（７）のいずれか１つに記載の巻線装置において、前記ガイドには、前記コイルを支持する支持プレートが備えられ、前記支持プレートは、前記コイルの巻回中心に対して直交する面に面して配置され、前記支持プレートは、前記コイルの前記平角導体を積層する方向に移動する移動機構を備えていること、を特徴とする。

上述の（８）に記載の態様では、支持プレートによって、コイルの巻回中心に対して直交する面、すなわち、平角導体を巻回してコイルを積み増していく際の上面を支持プレートによって押さえる形となる。また、コイルの巻回にあわせて移動機構により支持プレートを上昇させることで、この支持プレートの位置を適切に保つことができる。この結果、平角導体を曲げ手段でエッジワイズ曲げ加工する際や、短辺送り及び長辺送りする際にも、コイルの変形を抑えることが可能となる。

第１実施形態の、ステータの斜視図である。 第１実施形態の、コイルの正面図である。 第１実施形態の、ステータの断面図である。 第１実施形態の、巻線装置の概略正面図である。 第１実施形態の、ガイド装置の概略側面図である。 第１実施形態の、コイル巻回時のガイドバーの状態を示す模式平面図である。 第１実施形態の、第１角を曲げた様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、第３ガイドを移動させた様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、平角導体を短辺送りした様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、第１ガイドを移動させた様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、第２角を曲げた様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、平角導体を長辺送りした様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、第３角を曲げた様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、第４ガイドを移動させた様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、平角導体を短辺送りした様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、第２ガイドを移動させた様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、第４角を曲げた様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、平角導体を長辺送りした様子を示す模式平面図である。 第１実施形態の、コイル巻回時（第５層まで）の側面図である。 第１実施形態の、コイル巻回時（第７層まで）の側面図である。 第１実施形態の、コイル巻回時（第１０層まで）の側面図である。 第１実施形態の、巻線装置及びガイド装置の動作チャートである。 第２実施形態の、コイル巻回時（第５層まで）の側面図である。 第２実施形態の、コイル巻回時（第７層まで）の側面図である。 第２実施形態の、コイル巻回時（第１０層まで）の側面図である。

まず、本発明の第１の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１に、ステータ１０の部分斜視図を示す。図２に、コイル３０の正面図を示す。ステータ１０は、固定子コア２０が有するティース２１にコイル３０が挿入されることで形成されている。また、固定子コア２０とコイル３０とを隔て、絶縁する目的でインシュレータ４０が用意される。

コイル３０は、図１に示される様に平角導体Ｄを用いてエッジワイズ曲げ加工されて略長方形に巻回されている。コイル３０は、図２に示される様に、長辺側３１と短辺側３２を有する長方形となるように、エッジワイズ曲げ加工により巻回されている。そして、リード側ＬＳには、第１リード端子ＤＡ及び第２リード端子ＤＢが配置され、リード側ＬＳの短辺側３２は、コイル３０の最内周に位置する第１列３０ａとその外周に位置する第２列３０ｂに加えて、第３列３０ｃが配置される。一方、反リード側ＡＬＳの短辺側３２及び長辺側３１の両側は、第１列３０ａ及び第２列３０ｂの２層構成となっている。

図３に、ステータ１０の部分断面図を示す。ステータ１０の部分断面に示すように、コイル３０は固定子コア２０の有するティース２１に２重に巻回され、スロット２２にはステータ１０の径方向に１０本の平角導体Ｄが積層されている。便宜上、最外周に配置される平角導体Ｄを第１層３０１とし、その内周に位置する平角導体Ｄを第２層３０２とし、順次、第３層３０３、第４層３０４、第５層３０５、第６層３０６、第７層３０７及び第８層３０８と呼ぶことにする。このようにコイル３０は８層２列に巻回され、形成される。なお、前述したようにリード側ＬＳのみ３列となるように構成されている。

固定子コア２０は、同一の形状をした電磁鋼板を複数枚積層してなる。そして固定子コア２０には、ステータ１０の内周側に突出するようにティース２１が設けられ、ティース２１の両脇にはスロット２２が配置される。インシュレータ４０は、ティース２１を覆う筒状部とスロット２２とコイル３０を隔てる板状部とを含み、素材に絶縁性の高い樹脂を用いて形成されている。インシュレータ４０によってコイル３０と固定子コア２０との絶縁を確保している。

積層形成された固定子コア２０のティース２１には、インシュレータ４０が備えられ、平角導体Ｄがエッジワイズ曲げ加工されて形成されたコイル３０が配置されることで、ステータ１０が形成される。なお、説明に用いている固定子コア２０について、分割型か一体型かは特に言及していないが、本発明の適用は分割型であっても一体型であっても可能である。

次に、コイル３０を形成する為の巻線装置１００の概要を説明する。図４に、巻線装置１００の概略を正面図に示す。図５に、ガイド装置１１０の概略を側面図に示す。巻線装置１００は、送り機構部１２０と保持機構部１３０と巻出機構部１４０と巻回機構部１５０とを備えている。巻出機構部１４０に備えられたボビン１４１には平角導体Ｄがフラットワイズ方向に巻回されている。送り機構部１２０に備えられる送りクランプ１２１は送りクランプ１２１をボールネジ１２３及びモータ１２２によって移動させ、送りクランプ１２１で平角導体Ｄをクランプして所定距離送ることで、ボビン１４１より平角導体Ｄを引き出すことが可能である。引き出された平角導体Ｄは癖取りローラ１３２で直進するように矯正される。

保持機構部１３０は保持クランプ１３１によって平角導体Ｄをクランプする機構であり、送りクランプ１２１のアンクランプ時に平角導体Ｄが移動しないように保持する機能を有している。巻回機構部１５０は、平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工する機能を有しており、センターポスト１５１が平角導体Ｄの内周側をクランプした状態で、曲げ治具１５２がセンターポスト１５１を中心に回転をして、平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工する。なお、図４ではガイド装置１１０の外観を省略している。

ガイド装置１１０は図５にその側面図が示されており、図５は図４のコイル３０側の側面から見た状態を示している。ガイド装置１１０はコイル３０の倒れを阻止するためのガイドバー１１１と支持プレート１１２を回転させるモータ１１５を備えており、モータ１１５とガイドバー１１１及び支持プレート１１２はベースプレート１１３で連結されている。ガイドバー１１１は、図６に示すように第１ガイド１１１ａ乃至第４ガイド１１１ｄの４つが、ベースプレート１１３の回転中心Ｃｐ２に対して均等な位置に配置されている。したがって、回転中心Ｃｐ２を中心とする円上に第１ガイド１１１ａ乃至第４ガイド１１１ｄが配置されることになる。ガイドバー１１１は円筒状のガイドであり、コイル３０の外側面に接して回転可能にベースプレート１１３に支持されている。

Ｌ型ブラケット１１７に取り付けられた昇降モータ１１４は、ブラケット１１８に固定されるモータ１１５を昇降させる為に設けられている。ブラケット１１８は、２対用意されるスライドガイド１１６でＬ型ブラケット１１７と連結されており、昇降モータ１１４を挟んで、スライドガイド１１６は２カ所に設けられている。昇降モータ１１４及びモータ１１５は図示しない制御装置に接続されたサーボモータで任意の位置で停止可能に制御されている。

したがって、ガイドバー１１１及び支持プレート１１２は、昇降モータ１１４及びモータ１１５を用いて回転及び昇降が可能な構成となっている。巻回機構部１５０の有する曲げ治具１５２の動きに合わせてガイドバー１１１が回動してコイル３０の外側面を支持することとしている。また、支持プレート１１２は、コイル３０を形成する際に、コイル３０の上面に接する程度に配置されて、コイル３０の上面を支持する。コイル３０を巻回、積層するにあたって、コイル３０に対して適切な高さとなるように昇降モータ１１４によって支持プレート１１２が移動される。

次に、巻線装置１００を用いてコイル３０を巻回する巻回工程について、図を用いて説明する。

図６に、コイル巻回時のガイドバー１１１の状態を表す模式平面図を示す。図７に、第１角３０Ａを曲げた様子を模式平面図に示す。図８に、第３ガイド１１１ｃを移動させた様子を模式平面図に示す。図９に、平角導体Ｄを短辺送りした様子を模式平面図に示す。図１０に、第１ガイド１１１ａを移動させた様子を模式平面図に示す。図１１に、第２角３０Ｂを曲げた様子を模式平面図に示す。図１２に、平角導体Ｄを長辺送りした様子を模式平面図に示す。図１３に、第３角３０Ｃを曲げた様子を模式平面図に示す。図１４に、第４ガイド１１１ｄを移動させた様子を模式平面図に示す。図１５に、平角導体Ｄを短辺送りした様子を模式平面図に示す。図１６に、第２ガイド１１１ｂを移動させた様子を模式平面図に示す。図１７に、第４角３０Ｄを曲げた様子を模式平面図に示す。図１８に、平角導体Ｄを長辺送りした様子を模式平面図に示す。

ガイド装置１１０に備えられたベースプレート１１３にガイドバー１１１は４つ備えられ、説明のためにそれぞれ第１ガイド１１１ａ、第２ガイド１１１ｂ、第３ガイド１１１ｃ、及び第４ガイド１１１ｄと称することとする。このガイドバー１１１の途中には、支持プレート１１２が備えられており、図６乃至図１８では、二点鎖線で示している。図６では、平角導体Ｄが既にエッジワイズ曲げ加工され巻回されて形成されたコイル３０が平角導体Ｄの先端に設けられている。そして、コイル３０の外側面に第１ガイド１１１ａの外周面が接するように配置されている。

この図６の状態から、図７に示すように回転中心Ｃｐ１を中心に曲げ治具１５２を回転させて、平角導体Ｄの側面を押圧することでエッジワイズ曲げ加工し、第１角３０Ａを形成する。回転中心Ｃｐ１はセンターポスト１５１の中心と一致している。この際には、平角導体Ｄはセンターポスト１５１によって厚み方向にクランプされ保持されている。また、ベースプレート１１３を回転させて第１ガイド１１１ａをコイル３０の外側面に接するように移動させていくことで、エッジワイズ曲げ加工する際に第１ガイド１１１ａでコイル３０の外側面を支持し続ける。ベースプレート１１３の回転中心Ｃｐ２は回転中心Ｃｐ１とはずれた位置に設定されている。

次に、図８に示すように、ベースプレート１１３を回転させて、第３ガイド１１１ｃの位置を移動している。これにより第３ガイド１１１ｃがコイル３０の側面に接する位置に移動する。次に、図９に示すように、コイル３０の短辺送りを行う。送り機構部１２０の送りクランプ１２１で平角導体Ｄをクランプした状態で、短辺側３２を形成するに必要な距離を送る。この際には、支持プレート１１２を反時計回りに回転させることで、コイル３０の動きに追従させて第３ガイド１１１ｃの位置を移動させる。次に、図１０に示すように第１ガイド１１１ａがコイル３０の外側面に接するようにベースプレート１１３を回転させ移動させる。

次に、図１１に示すように曲げ治具１５２を回転させて、平角導体Ｄの側面を押圧することでエッジワイズ曲げ加工し、第２角３０Ｂを形成する。この際には、平角導体Ｄはセンターポスト１５１によって厚み方向にクランプされ保持されている。また、ベースプレート１１３を回転させて第１ガイド１１１ａをコイル３０の外側面に接するように移動させていくことで、エッジワイズ曲げ加工する際に第１ガイド１１１ａでコイル３０の外側面を支持し続ける。次に、図１２に示すように、コイル３０の長辺送りを行う。送り機構部１２０によって長辺側３１を形成するに必要な距離を送る。平角導体Ｄを送り終わった時点では、コイル３０の側面に第２ガイド１１１ｂが接する状態となる。

次に、図１３に示すように曲げ治具１５２を回転させて、平角導体Ｄの側面を押圧することでエッジワイズ曲げ加工し、第３角３０Ｃを形成する。この際には、平角導体Ｄはセンターポスト１５１によって厚み方向にクランプされて保持されている。また、ベースプレート１１３を回転させて第２ガイド１１１ｂをコイル３０の外側面に接するように移動させていくことで、エッジワイズ曲げ加工する際に第２ガイド１１１ｂでコイル３０の外側面を支持し続ける。図１４に示すように、ベースプレート１１３を回転させて、第４ガイド１１１ｄの位置を移動している。これにより第４ガイド１１１ｄがコイル３０の外側面を支持する位置に移動する。

次に、図１５に示すように、コイル３０の短辺送りを行う。送り機構部１２０の送りクランプ１２１で平角導体Ｄをクランプした状態で、短辺側３２を形成するに必要な距離を送る。この際には、支持プレート１１２を反時計回りに回転させることで、コイル３０の動きに追従させて第４ガイド１１１ｄの位置を移動させる。次に、図１６では、支持プレート１１２を回転させてコイル３０の外側面に第２ガイド１１１ｂを接する位置に移動させる。

次に、図１７に示すように曲げ治具１５２を回転させて、平角導体Ｄの側面を押圧することでエッジワイズ曲げ加工し、第４角３０Ｄを形成する。この際には、平角導体Ｄはセンターポスト１５１によってクランプされ保持されている。また、ベースプレート１１３を回転させて第２ガイド１１１ｂをコイル３０の外側面に接するように移動させていくことで、エッジワイズ曲げ加工する際に第２ガイド１１１ｂでコイル３０の外側面を支持し続ける。図１８に示すように、コイル３０の長辺送りを行う。送り機構部１２０によって長辺側３１を形成するに必要な距離を送る。この状態は即ち図６と同じ状態であるので、以降、図７からの手順を繰り返すことで、コイル３０は巻回形成されることになる。なお、図６乃至図１８では第２列３０ｂを巻回する手順を説明したが、その内側に配置される第１列３０ａを捲回する場合でも同様の手順で行われる。

なお、コイル３０の外側面をガイドバー１１１で支持する場合には、コイル３０の巻回が進んだ状況で行う事が望ましい。また、ガイドバー１１１に取り付けられている支持プレート１１２によっても、コイル３０の支持が可能である。図１９乃至図２１に、コイル３０巻回時の側面図を示す。図１９ではコイル３０を第５層３０５まで巻回している。図２０ではコイル３０を第７層３０７まで巻回している。図２１では、コイル３０を第１０層まで巻回している。コイル３０の巻回の際に、第１層３０１から第３層３０３まで位の間は、ガイドバー１１１でのサポートはされていない。第４層３０４及び第５層３０５辺りより、図１９に示すようにコイル３０の外側面にガイドバー１１１が接するよう配置され、コイル３０の傾きなどを防ぐ。なお、この際には支持プレート１１２でのサポートはされていない。

更にコイル３０を巻進み、第７層３０７又は第８層３０８辺りより、図２０に示すように、コイル３０の外側面にガイドバー１１１が接するように配置させ、かつ、コイル３０の上端面に接するか、若干のクリアランスを設けた状態で支持プレート１１２を保持する事で、コイル３０の傾きを抑制する。また、図２１のように更に巻進む場合は、ベースプレート１１３を上昇させることで、支持プレート１１２の位置をコイル３０が巻回され、積層されるにあわせて移動させる。これは、図５に示すように、ベースプレート１１３が保持されるブラケット１１８を上昇される昇降モータ１１４を設けてあることで、実現が可能である。また、コイル３０を取り出す際に、ガイドバー１１１を退避させる場合にも、昇降モータ１１４でガイドバー１１１及び支持プレート１１２を上昇させれば、コイル３０を取り出し易くなる。

次に、図２２に、巻線装置１００及びガイド装置１１０の動作チャートを示す。１行目の「曲げ」は、平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工する際の曲げ治具１５２の動きを示す。「曲げ端」が９０度曲げた図７に示す状態で、「戻し端」が初期位置で図６に示される位置の状態である。２行目の「送り」は、送り機構部１２０の送り動作を示す。「前進」で送り機構部１２０が所定距離まで送られた状態を、「後退」で初期位置に居ることを示す。３行目の「曲げクランプ」はセンターポスト１５１による平角導体Ｄのクランプ状態を示し、「クランプ」状態で平角導体Ｄの厚み方向にセンターポスト１５１でクランプをし、「アンクランプ」で平角導体Ｄを送ることができる状態にあることを示す。

４行目の「押さえクランプ」は、保持クランプ１３１の動作を示し、「クランプ」で平角導体Ｄの厚み方向に保持クランプ１３１でクランプをし、「アンクランプ」で平角導体Ｄを送ることができる状態にあることを示す。５行目の「送りクランプ」は、送りクランプ１２１のクランプ状態を示し、「クランプ」で平角導体Ｄの厚み方向に送りクランプ１２１でクランプをし、送り機構部１２０で平角導体Ｄの送りができる状態であることを示し、「アンクランプ」で平角導体Ｄを送りクランプ１２１でクランプしない状態であることを示す。「送り」とセットになって、送りクランプ１２１が平角導体Ｄを掴み直し、平角導体Ｄを送ることを繰り返す。

６行目の「振れ止め回転」は、ガイドバー１１１の回転の状態を示し、「正転」でベースプレート１１３が時計回りを、「逆転」でベースプレート１１３が反時計回りをする。７行目の「振れ止め上下」は、昇降モータ１１４でのベースプレート１１３の上昇を示し、「上端」と「下端」は昇降モータ１１４の上端と、下端を示している。一番上の列には対応する図面番号が振られている。なお、図２２の動作チャート図は１層分の半分、即ち第１角３０Ａから第４角３０Ｄまでを巻回する様子を示しており、図６乃至図１８に対応する。これを繰り返すことで、コイル３０が形成される。

第１実施形態の巻線装置１００は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。

まず、効果として巻線装置のコストを下げることができる点が挙げられる。第１実施形態の巻線方法は、曲げ治具１５２が平角導体Ｄを曲げる動作にあわせて、モータ１１５を有するガイドバー１１１を回転させ、ガイドバー１１１で、コイル３０の外側面であって曲げ治具１５２の回転方向側を支持するものである。

コイル３０の支持は、ガイド装置１１０のベースプレート１１３をモータ１１５で回転させることで実現している。従来技術であれば、例えば、テーパを設けた治具でコイル３０の内壁を支持する方法を採用しているので、コイル３０の巻回によっては複雑な動きが要求されることになる。これは、特許文献１にも詳しく記載されているが、コイル３０が長辺側３１と短辺側３２を有する略長方形に巻回されていることにより、インボリュート曲線を描くように移動される。したがって、コイル３０のガイドも同様の動作を必要とする。しかし、インボリュート曲線に追従する動きを実現する為には、直行２軸と回転１軸を制御するサーボモータを必要とするうえ、コイル３０の巻回速度を上げるためにはタンデムドライブ化する必要があると考えられる。

出願人のコイル３０は第１角３０Ａから第４角３０Ｄまでエッジワイズ曲げ加工するのに１秒以下としているため、巻線装置１００も高速に動作させる必要がある。しかしながら、質量のあるガイドを高速で動作させると慣性力等の影響により、正確な制御が困難なになるため、１軸辺り２つのサーボモータを用意することでタンデムドライブ化して正確な制御を行う必要があると考えられる。

しかし、第１実施形態に示した巻線装置１００を用いることで、ガイド装置１１０にはモータ１１５だけ、即ち回転１軸を設けるだけでコイル３０のガイドが可能となる。これは、ガイドバー１１１がコイル３０の外側面に接した状態で移動しながら支持している為で、例えば、図１０と図１１を比較すると、コイル３０と接する第１ガイド１１１ａは、図１０ではコイル３０の端側に接しているのに対して、図１１ではコイル３０の中心側に接している事が分かる。コイル３０の外側面の一点を支持する方式であり、コイル３０とガイドバー１１１との位置が相対的に変化しても、コイル３０をガイドバー１１１で支持可能である。

この為、ベースプレート１１３を回転させるモータ１１５を備えるだけでコイル３０に追従してガイドをすることができる。この様に、駆動が必要な軸数を減らすことができるので、使用する駆動機構を簡略化できる。また、巻線装置１００に備えられた曲げ治具１５２の駆動も回転軸だけで足りるため、巻線装置１００の製造コストを削減することができる。

また、ガイド装置１１０に用いるガイドバー１１１は、ガイドバー１１１の回転中心Ｃｐ２を挟んだ対角に第１ガイド１１１ａと第２ガイド１１１ｂを有し、コイル３０が有する角を、エッジワイズ曲げ加工される順に第１角３０Ａ、第２角３０Ｂ、第３角３０Ｃ、及び第４角３０Ｄとすると、曲げ治具１５２により、第１角３０Ａをエッジワイズ曲げ加工する際と、第２角３０Ｂをエッジワイズ曲げ加工する際に、第１ガイド１１１ａでコイル３０の外側面を支持し、曲げ治具１５２により、第３角３０Ｃをエッジワイズ曲げ加工する際と、第４角３０Ｄをエッジワイズ曲げ加工する際に、第２ガイド１１１ｂでコイル３０の外側面を支持するものである。

したがって、エッジワイズ曲げ加工だけをサポートすることを考えれば、第１ガイド１１１ａと第２ガイド１１１ｂだけで足りることとなり、この２つを備えることで、第２角３０Ｂを形成した後に、ガイドバー１１１を１８０度移動させるような手間が不要となるので、巻線装置１００によるコイル３０の巻回に必要なリードタイムの短縮を図ることが可能となる。ガイドバー１１１によるサポートをエッジワイズ曲げ加工だけに限定するならば、平角導体Ｄの送りの際にガイドバー１１１を回転させてガイドバー１１１を初期位置に戻ることも考えられる。しかしながら、コイル３０との干渉を避けてガイドバー１１１を移動させる場合、１８０度移動させるならば、ガイドバー１１１を上昇させる機構も必要となる。

また、ガイドバー１１１を上昇させて、初期位置にガイドバー１１１を戻すことを考えると、平角導体Ｄの送りを完了させるまでの時間に間に合わない可能性もあり、リードタイムが長くなる虞もある。第１実施形態では、平角導体Ｄのエッジワイズ曲げ加工をする際にコイル３０の外側面を支持するガイドバー１１１を対角に第１ガイド１１１ａと第２ガイド１１１ｂの２つ設けることで、第１ガイド１１１ａと第２ガイド１１１ｂを交互に使う事で、ロスタイム無くコイル３０をガイド可能となる。

また、ガイドバー１１１は、曲げ治具１５２の回転中心Ｃｐ１とずれた位置にガイドバー１１１の回転中心Ｃｐ２を有し、ガイドバー１１１の回転中心Ｃｐ２を挟んだ対角に第３ガイド１１１ｃと第４ガイド１１１ｄを有し、コイル３０は、長方形に巻回され、曲げ治具１５２は所定距離送りで、長方形の長辺の部分を形成する長辺送りと、長方形の短辺部分を形成する短辺送りとを行い、第３ガイド１１１ｃ又は第４ガイド１１１ｄで、センターポスト１５１で平角導体Ｄを短辺送りする前に、コイル３０の外側面を接触させ、センターポスト１５１で平角導体Ｄを短辺送りする動作にあわせて、第３ガイド１１１ｃ又は第４ガイド１１１ｄを回転させることで、センターポスト１５１の進行方向側のコイル３０の外側面を支持するものである。

平角導体Ｄを送り機構部１２０により短辺送りする際には、図９及び図１５に示すように第３ガイド１１１ｃ又は第４ガイド１１１ｄによってコイル３０の外側面を支持することで、平角導体Ｄを送る際に慣性の作用によって発生するコイル３０の倒れを防止することが可能となる。第３ガイド１１１ｃ及び第４ガイド１１１ｄは、コイル３０の移動方向に設置されており、平角導体Ｄが短辺送りされる際にコイル３０を支持しながら移動するので、コイル３０の変形を抑えられる。なお、長辺送りの際にはガイドバー１１１による支持を行わないが、長辺送りの際はコイル３０が倒れにくいことから、支持しなくとも変形しない。

ガイドバー１１１でコイル３０の外側面を支持することによって、コイル３０の変形を抑えられる。このことで、コイル３０を固定子コア２０に挿入する際に、コイル３０を押さえ付けるなどの手間が生じず、結果的にコイル３０のコストダウンに繋がる。平角導体Ｄの巻回中にコイル３０の倒れによってコイル３０に変形が生じると、巻回後のコイル３０の癖直しをすることは困難である。これは、塑性変形した部材の変形を修正する場合には逆方向に力をかけて塑性変形させる必要があり、コイル３０が変形により平角導体Ｄ同士の隙間が生じているような状況では、逆方向に塑性変形させることが困難となる為である。

このため、開いてしまったコイル３０は、そのまま固定子コア２０のティース２１に挿入する必要があるのだが、ステータ１０の占積率を高めたいがために、ティース２１の長さに余裕があるわけではない。したがって、必要に応じて何らかの治具を用いてコイル３０を固定子コア２０に押し付けながら組み付け、その状態で樹脂等を用いてコイル３０の周囲をコーティングしてやることで、コイル３０を所定の形状にする、等の手法を採る必要があり、手間やコストがかかる。しかし、平角導体Ｄの巻回段階でコイル３０の変形を防いでおけば、この様な手間やコストは不要となる。つまり、ステータ１０の製造コストを下げることに貢献できる。

この様なコイル３０の巻回時の変形は、ターン数が多くなるほど顕著になる傾向にあり、第１実施形態のコイル３０のように２重巻のコイルであると、ターン数が増えるために変形の影響が大きい。無論、コイル３０の巻数を増やした場合でも同じ事が言える。したがって、第１実施形態に示したようなガイド装置１１０を巻線装置１００に設けて、コイル３０を形成することで、結果的に設備コストの削減とコイル３０の製造リードタイムの短縮に貢献することが可能である。

なお、ガイドバー１１１の回転中心Ｃｐ２と曲げ治具１５２の回転中心Ｃｐ１を図６に示すように若干ずらしているのは、ガイドバー１１１とコイル３０との干渉を避けるためである。第３ガイド１１１ｃ及び第４ガイド１１１ｄのように、平角導体Ｄの短辺送りの際にコイル３０を支持するガイドをベースプレート１１３に設けた場合には、コイル３０の大きさや平角導体Ｄの幅などの影響によってガイドバー１１１と干渉する。この為、設計上の配慮で回転中心Ｃｐ１と回転中心Ｃｐ２はずらして設けられている。このずれは図６上では回転中心Ｃｐ１の左側に回転中心Ｃｐ２が配置されるように設定されているが、図面の左右方向にずらすことで、ガイドバー１１１とコイル３０との干渉が解消できる。なお、ガイドバー１１１にて平角導体Ｄを送り機構部１２０で送る際にガイドしない場合には、このようなずれを設けなくても良い。

また、ガイドバー１１１には、コイル３０を支持する支持プレート１１２が備えられ、支持プレート１１２は、コイル３０の巻回中心に対して直交する面に面して配置されている。ガイドバー１１１は、構造上、コイル３０の進行方向を支持するような構成となる。しかし、慣性の作用を考えた場合にはコイル３０の進行方向だけでなく、その逆側も支えることが望ましい。これをガイドバー１１１に支持プレート１１２を備えることで補助することができる。すなわち、コイル３０の上面を支持することで、コイル３０の全方位への倒れに対応できるのである。ただし、コイル３０の上面に支持プレート１１２を接触させてしまうと、コイル３０の上面と支持プレート１１２との間に摩擦が発生して好ましくない。したがって、コイル３０の倒れを支持しうる程度の距離を保って支持プレート１１２を配置することが好ましい。

また、別の効果として段取り替えが不要である点が挙げられる。特許文献１に示すようなコイル３０の内径を保持するパターンでは、コイル３０の形状に合わせた保持部材が必要となる。このため、別の形状のコイル３０を製造する場合には段取り替えを必要とする。しかし、保持部材の交換は人手と時間を要する。一方、第１実施形態のガイド装置１１０はガイドバー１１１を用いてコイル３０の外側面を支持する構成となっている為、ガイドバー１１１の停止位置やモータ１１５の回転のタイミングなどを変更するだけで、複数の品種のコイル３０に対応できる。この結果、ステータ１０のコストダウンに貢献することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、ガイドバー１１１の形状が若干異なる。以下に、異なる点を中心に説明する。

図２３乃至図２５に、第２実施形態のコイル３０の巻回時の側面図を示す。図２３ではコイル３０を第５層３０５まで巻回している。図２４では、コイル３０を第７層３０７まで巻回している。図２５では、コイル３０を第１０層まで巻回している。第２実施形態のガイドバー１１１は単純に円筒形状ではなく、先端にテーパ部分１６１が設けられている。このテーパ部分１６１は、コイル３０の外側面形状に合わせて角度が決定されているので、テーパ部分１６１によってコイル３０の各層をそれぞれ支持可能である。

ガイドバー１１１は、図２４及び図２５に示すように、コイル３０が巻回されるにしたがって徐々に昇降モータ１１４によって上昇するように制御されるので、平角導体Ｄの巻回が進んでも、コイル３０の外側面を適切に保持する事が可能である。なお、図２３乃至図２５では説明を簡略化するために支持プレート１１２を省略しているが、支持プレート１１２を設けてコイル３０の上面を支持する構成としても良い。こうすることで、第１実施形態と同等の効果が得られる。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。例えば、本実施形態のステータ１０は１０層の構成としているが、ステータ１０の構成は設計事項であるためこれらを変更することを妨げない。また、コイル３０の巻数や層数なども設計事項であり、これを変更した場合にも本発明は適用が可能である。

また、図１９乃至図２１及び図２３乃至図２６に、ガイドバー１１１によってコイル３０の外側面を支持する高さについて示しているが、平角導体Ｄの厚み等によって適宜支持する高さを変更することを妨げない。支持プレート１１２の位置についても同様に変更可能である。更に、巻線装置１００やガイド装置１１０の装置構成等もあくまで一例であるので、発明の趣旨を逸脱しない範囲での変更を妨げない。ガイドバー１１１の本数についても、最低限、第１ガイド１１１ａと第２ガイド１１１ｂを有することで、曲げ治具１５２によるエッジワイズ曲げ加工時にコイル３０のサポートが実現できるので、平角導体Ｄを送り機構部１２０によって送る際にコイル３０をサポートする必要が無ければ、ガイドバー１１１の本数を減らすなどの構成を採ることを妨げない。

１０ ステータ
２０ 固定子コア
３０ コイル
４０ インシュレータ
１００ 巻線装置
１１０ ガイド装置
１１１ ガイドバー
１１２ 支持プレート
１１３ ベースプレート
１１４ 昇降モータ
１１５ モータ
１２０ 送り機構部
１３０ 保持機構部
１４０ 巻出機構部
１５０ 巻回機構部

Claims (6)

1. 平角導体をエッジワイズ曲げ加工する曲げ手段による曲げ加工と、前記平角導体を所定距離送りする送り手段による所定距離送りと、を繰り返すことでコイルを形成するエッジワイズコイル巻線方法において、
   前記曲げ手段が前記平角導体を曲げる動作にあわせて、１軸の回転機構を有するガイドを回転させ、前記ガイドで、前記コイルの外側面であって前記曲げ手段が当接する側と対向する回転方向側を支持し、
   前記ガイドは、前記ガイドの回転中心を挟んだ対角に第１ガイドと第２ガイドを有し、
   前記コイルが有する角を、エッジワイズ曲げ加工される順に第１角、第２角、第３角、及び第４角とすると、
   前記曲げ手段により、前記第１角をエッジワイズ曲げ加工する際と、前記第２角をエッジワイズ曲げ加工する際に、前記第１ガイドで前記コイルの前記外側面を支持し、
   前記曲げ手段により、前記第３角をエッジワイズ曲げ加工する際と、前記第４角をエッジワイズ曲げ加工する際に、前記第２ガイドで前記コイルの前記外側面を支持すること、
   を特徴とするエッジワイズコイル巻線方法。
2. 請求項１に記載のエッジワイズコイル巻線方法において、
   前記ガイドは、前記曲げ手段の回転中心とずれた位置に前記ガイドの回転中心を有し、前記ガイドの回転中心を挟んだ対角に第３ガイドと第４ガイドを備え、
   前記コイルは、長方形に巻回され、
   前記送り手段は前記所定距離送りで、前記長方形の長辺の部分を形成する長辺送りと、前記長方形の短辺部分を形成する短辺送りとを行い、
   前記第３ガイド又は前記第４ガイドで、前記送り手段で前記平角導体を前記短辺送りする前に、前記コイルの外側面を接触させ、
   前記送り手段で前記平角導体を短辺送りする動作にあわせて、前記第３ガイド又は前記第４ガイドを回転させることで、前記送り手段の進行方向側の前記コイルの外側面を支持すること、
   を特徴とするエッジワイズコイル巻線方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のエッジワイズコイル巻線方法において、
   前記ガイドには、前記コイルの端面を支持する支持プレートが備えられ、前記支持プレートは、前記コイルの巻回中心に対して直交する面に面して配置されることで、前記コイルの傾きを防止すること、
   を特徴とするエッジワイズコイル巻線方法。
4. 平角導体をエッジワイズ曲げする曲げ手段と、前記平角導体を所定距離送る送り手段を備えて、コイルを形成する巻線装置において、
   前記曲げ手段で曲げられた前記平角導体にて形成される前記コイルの外側面であって前記曲げ手段が当接する側と対向する回転方向側に接することで前記コイルを支持するガイドを有し、
   前記ガイドは、前記曲げ手段の動作にあわせて１軸の回転機構により回転駆動し、前記ガイドの回転中心を挟んだ対角に第１ガイドと第２ガイドを有し、
   前記コイルが有する角を、エッジワイズ曲げ加工される順に第１角、第２角、第３角、及び第４角とすると、
   前記第１ガイドは、前記曲げ手段が前記平角導体をエッジワイズ曲げ加工して前記第１角及び前記第２角を形成する際に、前記コイルの前記外側面を支持し、
   前記第２ガイドは、前記曲げ手段が前記平角導体をエッジワイズ曲げ加工して前記第３角及び前記第４角を形成する際に、前記コイルの前記外側面を支持すること、
   を特徴とする巻線装置。
5. 請求項４に記載の巻線装置において、
   前記ガイドは、前記曲げ手段の回転中心とずれた位置に前記ガイドの回転中心を有し、前記ガイドの回転中心を挟んだ対角に第３ガイドと第４ガイドを備え、
   前記送り手段で行う前記所定距離送りで、長方形に巻回される前記コイルの、短辺部分を形成する短辺送りの際に、前記第３ガイド又は前記第４ガイドで前記送り手段の進行方向側の前記コイルの外側面を支持すること、
   を特徴とする巻線装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の巻線装置において、
   前記ガイドには、前記コイルの端面を支持する支持プレートが備えられ、前記支持プレートは、前記コイルの巻回中心に対して直交する面に面して配置され、前記支持プレートは、前記コイルの前記平角導体を積層する方向に移動する移動機構を備えていること、前記コイルの傾きを防止すること、
   を特徴とする巻線装置。

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