JP7169807B2 - エッジワイズコイルの巻線装置及び巻線方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、エッジワイズコイルの巻線装置及び巻線方法に関する。

例えばモータ用のコイルとして、エッジワイズコイルがあり、占積率を高めることができ、小型で高性能が得られることが知られている。このエッジワイズコイルは、平角線をエッジワイズ方向に曲げ成形して、四角形をなすようにしながら厚み方向に重ねていくことにより構成される。この種のエッジワイズコイルを製造するエッジワイズコイル巻線装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。このエッジワイズコイル巻線装置は、巻線機構とその巻線機構に向けて平角線を送る送り機構とを備えている。前記巻線機構は、平角線の内側端部を支持する支点ローラ、平角線を支点ローラに押し付けながら支点ローラの周りを旋回して平角線を折り曲げるベンダ、支点ローラに沿って平角線を圧縮するプレス機構を備えて構成されている。

特開２００７－７４８８１号公報

しかしながら、上記した従来のエッジワイズコイル巻線装置では、平角線の曲げ部分の外周部におけるふくらみや潰れが発生しやすく、エッジワイズコイルの巻太りや巻ゆるみが生じ、エッジワイズコイルの十分な品質の向上が図られなかった。

そこで、平角線をエッジワイズ方向に曲げ成形してエッジワイズコイルを製造するものにおいて、エッジワイズコイルの品質の向上を図ることができるエッジワイズコイルの巻線装置及び巻線方法を提供する。

実施形態に係るエッジワイズコイルの巻線装置は、平角線をエッジワイズ方向に曲げ成形する曲げ成形部と、前記平角線を前記曲げ成形部に供給する供給機構と、前記曲げ成形部及び供給機構を制御する制御装置とを含み、エッジワイズコイルを製造するものであって、前記曲げ成形部は、前記平角線の曲げ部の内縁部が当接される曲げポストと、前記平角線の曲げ部の外縁部を保持し、前記曲げポストに向けて押し付けながら該曲げポスト周りに旋回して前記曲げ部を曲げる外径保持部と、前記外径保持部を旋回方向に移動させる回転台と、前記外径保持部の旋回移動時に該外径保持部を径方向にスライド移動させる径方向移動機構とを備え、前記制御装置には、前記外径保持部の旋回時の前記平角線の幅方向に作用する前記曲げポストへの押付け力が、旋回時の各角度において均等化されるような該外径保持部の径方向の位置の適切なパターンが予め設定されており、前記制御装置により、前記適切なパターンで前記径方向移動機構が制御される。

実施形態に係るエッジワイズコイルの巻線方法は、平角線をエッジワイズ方向に曲げ成形してエッジワイズコイルを製造するエッジワイズコイルの巻線方法であって、前記平角線の曲げ部の外縁部を外径保持部で保持し、前記平角線の曲げ部の内縁部を曲げポストに押し付けながら、前記外径保持部を前記曲げポスト周りに旋回させると共に、前記外径保持部を、前記旋回移動と同期して、所定のパターンで径方向にスライド移動させながら前記平角線の曲げ部に対する曲げ成形動作を行い、前記所定のパターンとして、前記外径保持部の旋回時の前記平角線の幅方向に作用する前記曲げポストへの押付け力が、旋回時の各角度において均等化されるような該外径保持部の径方向の位置の適切なパターンが予め設定されている。

一実施形態を示すもので、巻線装置の要部構成を示す縦断面図 巻線装置の要部構成を概略的に示す斜視図 曲げ作業時の様子を概略的に示す平面図 第２の回転台のカム部分の構成を概略的に示す平面図 巻線装置の電気的構成を概略的に示すブロック図 エッジワイズコイルの外観を示す斜視図

以下、モータ等に用いられる矩形状のエッジワイズコイルの製造に適用した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。図６は、本実施形態での製造対象となるエッジワイズコイル１の外観を示している。このエッジワイズコイル１は、例えば銅等からなり断面が平たい長方形状をなす平角線２を、エッジワイズ方向に角部に若干のＲを有して角度９０度ずつ曲げ、矩形状をなすようにしながら重ねていき、積層状態に巻回することにより構成される。

本実施形態に係る巻線装置１１は、上記したエッジワイズコイル１を製造するためのものであり、以下、巻線装置１１の構成について、図１～図５を参照して述べる。この巻線装置１１は、前記平角線２をエッジワイズ方向に曲げ成形する曲げ成形部１２（図１～図３参照）と、この曲げ成形部１２の右側に設けられ前記平角線２を該曲げ成形部１２に供給する供給機構１３（図５参照）とを含んで構成されている。

詳しい図示及び説明は省略するが、前記供給機構１３は、長尺な平角線２をドラムに巻回して構成された供給源から平角線２を送り出し、送り出された平角線２の曲げ癖を矯正して真っ直ぐにし、所定量、即ち所定長さずつ曲げ成形部２の加工位置に供給する周知構成を備えている。この場合、図２に一部示すように、供給機構１３は、前記曲げ成形部１２の右側に位置して、平角線２を図で左方に向けて水平に送り出す供給ノズル１４を備えており、曲げ成形部１２の加工位置には、その供給ノズル１４の先端から平角線２が供給される。尚、この供給機構１３による平角線２の１回の送り量や、供給動作のタイミングは、後述する制御装置により制御される。

前記曲げ成形部１２は、図２に示すように、水平な台状のベース部１５と、そのベース部１５の上面に被せられる下面が開口した箱状のカバー１６とを備えている。カバー１６のほぼ中央部分には円形開口部１６ａが設けられ、この円形開口部１６ａ部分が、平角線２の曲げ成形が行われる加工位置とされている。カバー１６の上面部には、加工位置の右側に位置して、左右方向に長い第１の載置プレート１７が水平に設けられている。これと共に、カバー１６の上面部には、第１の載置プレート１７の後方のやや離れた位置にも、左右方向に長い第２の載置プレート１８が水平に設けられている。

これら第１の載置プレート１７及び第２の載置プレート１８上には、平角線２の曲げ成形が終わって巻回される部分が送られて載置されるようになっている。また、前記第１の載置プレート１７には、左右方向全体に延びてスリット１７ａが形成されており、供給ノズル１４の先端から送り出された平角線２は、そのスリット１７ａ部分を通って右方から加工位置に向けて水平に供給される。

図１等に示すように、前記曲げ成形部１２は、加工位置において前記平角線２の曲げ部の内縁部が当接される曲げポスト１９と、前記平角線２の曲げ部の外縁部を保持し前記曲げポスト１９に向けて押し付けながら該曲げポスト１９周りに角度９０度旋回して前記曲げ部を曲げる外径保持部２０と、前記外径保持部２０を旋回方向に移動させる回転台としての第１の回転台２１等を備えている。そして、本実施形態では、前記外径保持部２０の旋回移動時に該外径保持部２０を径方向（矢印Ｃ方向）にスライド移動させる径方向移動機構２２が設けられる。

図１に示すように、前記ベース部１５上には、前記円形開口部１６ａの真下部分に位置して、円筒状の支持筒部２３が上方に延びて設けられている。支持筒部２３の上端部には径小部２３ａが設けられている。前記曲げポスト１９は、上下方向に長い円柱状をなし、前記支持筒部２３内の中空部を上下に貫通するように設けられている。曲げポスト１９の上部は、径小部２３ａから上方に突出して円形開口部１６ａ部分に位置し、その上端部に径大な円形フランジ部１９ａが設けられている。尚、本実施形態では、支持筒部２３及び曲げポスト１９の中心が、垂直方向に延びる中心軸Ｏとなり、回転台２１の回転や外径保持部２０の旋回の中心となる。

加工位置に供給された平角線２は、その内縁部、即ち図で後ろ側の辺部が、曲げポスト１９の外周部に当接され、その状態で、円形フランジ部１９ａの下面部と、支持筒部２３の径小部２３ａの上端面との間に上下に挟まれるようになっている。このとき、詳しく図示はしないが、曲げポスト１９は支持筒部２３に対し上下方向に移動可能に設けられ、シリンダ２４（図５にのみ図示）により下方に引っ張られることにより、平角線２に対する挟み付け力が得られるようになっている。

前記外径保持部２０は、曲げポスト１９及び支持筒部２３の径小部２３ａの上端部の外周側（図１等では手前側）に配置される。この外径保持部２０は、矩形状をなす下部ブロック２０ａと、その上方に配置された上面板２０ｂとの間に、ローラ２０ｃを、ベアリングを介して上下軸に沿って水平方向に回転自在に有している。前記平角線２は、その上面が、前記上面板２０ｂの下面に当接して押えられた状態で、平角線２の外縁部がローラ２０ｃの外周部に当接され、曲げポスト１９に向けて押し付けられるようになっている。

この外径保持部２０の下部ブロック２０ａの外周側の下部は、側面Ｌ字状をなす支持ブロック２５の上端に取付けられている。ここで、前記第１の回転台２１は、中心部に円形孔を有する円板状をなし、支持筒部２３の上下方向中間部分の外周部に、軸受け２６を介して水平方向に回転自在に設けられている。詳しく図示はしないが、第１の回転台２１は、第１のサーボモータ２７（図５参照）を駆動源とした回転駆動機構により、支持筒部２３の周りを任意の角度で回転駆動されるようになっている。

前記支持ブロック２５は、支持筒部２３の外側を下方に延びた後、外周方向に延びるＬ字状に構成され、前記第１の回転台２１に支持されている。このとき、支持ブロック２５の下端部の内径側部分が、第１の回転台２１の上面に、ガイド部２８によって、径方向（矢印Ｃ方向）にスライド移動可能に支持されている。これと共に、支持ブロック２４の外周端部の下部には、丸棒状の旋回駆動用軸部２９の上端部が接続されている。前記第１の回転台２１には、径方向に延びる長穴２１ａが形成されている。この長穴２１ａの幅寸法は、前記旋回駆動用軸部２９の外径寸法に対応し、前記旋回駆動用軸部２９は、その長穴２１ａを貫通するように上下方向に延びている。旋回駆動用軸部２９の下端部には、カムフォロア３０が設けられている。

これにより、第１の回転台２１が支持筒部２３の周りを回転されると、支持ブロック２５ひいては外径保持部２０が支持筒部２３の周りを旋回する。この場合、図３に示すように、外径保持部２０が曲げポスト１９の手前側の初期位置から、曲げポスト１９の図で左側の曲げ位置まで、曲げポスト１９の周囲を上から見て時計回りに角度９０度旋回移動する。これにて、外径保持部２０と曲げポスト１９との協働によって平角線２に対する角度９０度の曲げ成形の作業が実行される。またこのとき、旋回駆動用軸部２９が長穴２１ａ内を径方向に相対的に移動することによって、支持ブロック２５ひいては外径保持部２０の第１の回転台２１に対する径方向への一定長さの変位が許容される。

さて、本実施形態では、前記外径保持部２０を径方向にスライド移動させる径方向移動機構２２は、次のように構成されている。即ち、図１に示すように、前記支持筒部２３の外周部には、前記第１の回転台２１の下方に位置して、該第１の回転台２１と同軸に、第２の回転台３１が軸受け３２を介して水平方向に回転自在に設けられている。この第２の回転台３１は、中心部に円形孔を有する円板状をなし、第２のサーボモータ３３（図５参照）を駆動源とした回転駆動機構により、支持筒部２３の周りを任意の角度で回転駆動される。

この第２の回転台３１の上面部の手前側には、図４にも示すように、凹部３１ａが設けられており、この凹部３１ａ内に嵌合するように、半径方向にやや長い四角形のカムプレート３４が設けられている。このカムプレート３４の上面には、径方向に対しやや傾斜したカム溝３４ａが形成されており、このカム溝３４ａ内に、前記旋回駆動用軸部２９の下端のカムフォロア３０が係合している。これにて、第２の回転台３１と外径保持部２０との間に、該第２の回転台３１の回転移動を外径保持部２０の径方向の移動に変換させるカム機構３５が構成されている。

このカム機構３５においては、第１の回転台２１と第２の回転台３１とが同位相のままで一体的に回転駆動されると、外径保持部２０の径方向の移動はない。これに対し、第１の回転台２１に対し第２の回転台３１の方が時計回り方向先方に位相がずれると、外径保持部２０が内周側つまり曲げポスト１９に近付く側に移動する。反対に、第１の回転台２１に対し第２の回転台３１の方が時計回り方向に対して遅れた位相となると、外径保持部２０は外周側つまり曲げポスト１９から離れる側に移動する。

図５は、本実施形態の巻線装置１１の電気的構成を概略的に示している。図５に示すように、巻線装置１１には、全体を制御する制御装置３６が設けられている。この制御装置３６は、コンピュータを主体として構成され、前記供給機構１３、シリンダ２４、第１のサーボモータ２７、第２のサーボモータ３３を制御する。これにて、制御装置３６は、第２の回転台３１を第１の回転台２１に対して任意の位相となるように回転させることが可能とされている。

この制御装置３６は、予め設定された制御プログラムに基づいて、エッジワイズコイル１の巻線作業を自動で実行する。この巻線作業は、まず、供給機構１３により平角線２を加工位置に向けて所定量だけ送り、曲げポスト１９と外径保持部２０との間で平角線２の両側縁を保持した状態とする。次いで、第１のサーボモータ２７により第１の回転台２１を回転させて外径保持部２０を初期位置から曲げ位置まで旋回動作させ、平角線２をエッジワイズ方向に角度９０度曲げ成形する。その後、外径保持部２０を逆方向に旋回させて元の初期位置に戻した上で、供給機構１３により平角線２を所定量だけ送ることを繰返すことにより行われる。

このとき本実施形態では、平角線２の曲げ成形動作中、制御装置３６は、第１の回転台２１を所定の速度で回転させて外径保持部２０を一定速度で旋回させるのであるが、制御プログラムには、第１の回転台２１の回転位相に対する第２の回転台３１の回転位相のパターンが設定されており、そのパターンに沿って第２のサーボモータ３３が制御される。例えば、第１の回転台２１が基準位置から角度３０度回転した時点で、第２の回転台３１が基準位置から角度３１度回転しているといった、両回転台２１、３１の回転位相の関係を表すパターンである。

この場合、上記したように、第１の回転台２１と第２の回転台３１との間の位相がずれることにより、カム機構３５の作用により、外径保持部２０を径方向にスライド移動させることができる。外径保持部２０を外径方向つまり曲げポスト１９から離れる方向に移動させると、平角線２の曲げポスト１９への押付け力を小さくすることができ、逆に、外径保持部２０を内径方向つまり曲げポスト１９に近付く方向に移動させると、平角線２の曲げポスト１９への押付け力を大きくすることができる。

そこで、平角線２に対して幅方向に作用する力、つまり外径保持部２０による曲げポスト１９への押付け力が、膨れや潰れを生ずることのない適切な力となるように、外径保持部２０の旋回中の各角度における適切な径方向の位置つまり移動パターンが、予め、作業者等により、試験的或いは理論的、経験的に求められる。そして、その適切なパターンのデータが、制御装置３６に設定される。これにより、前記外径保持部２０は、旋回移動と同期して、所定のパターンで径方向（矢印Ｃ方向）にスライド移動されながら平角線２に対する曲げ成形動作を実行する。

次に、上記構成を備える巻線装置１１における、エッジワイズコイル１の製造工程、即ち本実施形態に係る巻線方法について述べる。上記したように、制御装置３６には、作業開始前に、曲げ成形における第１の回転台２１の回転位相に対する第２の回転台３１の回転位相の適切なパターンが予め設定されている。エッジワイズコイル１の巻線作業は、制御装置３６により、次のようにして実行される。

即ち、まず、供給機構１３により、平角線２を供給源から曲げ成形部１２の加工位置に向けて所定量だけ送る供給工程が実行される。図３に実線で示すように、平角線２の曲げ部が加工位置に位置され、平角線２の曲げ部の両側縁部が、初期位置に位置する外径保持部２０と曲げポスト１９との間で前後から挟まれるように保持される。次いで、平角線２の曲げ部の内縁部を曲げポスト１９に押し付けながら、外径保持部２０を中心軸Ｏ周りに旋回させて平角線２をエッジワイズ方向に曲げ成形する曲げ成形の工程が実行される。

この曲げ成形の工程は、図３に想像線で示すように、第１のサーボモータ２７により第１の回転台２１を時計回り方向（矢印Ａ方向）に角度９０度回転させて外径保持部２０を曲げ位置まで旋回させることにより行われる。このとき、第１の回転台２１の回転と同期して、第２のサーボモータ３３により第２の回転台３１が所定パターンで回転駆動される。これにて、外径保持部２０は、旋回移動と同期して、各機構３５の作用により、角度９０度の旋回移動の間に所定のパターンで径方向（矢印Ｃ方向）にスライド移動されるようになる。

このとき、平角線２の曲げポスト１９に対する押付け力が強過ぎる虞のあるところ（角度）では、外径保持部２０は径方向に曲げポスト１９から離れる方向に移動され、押付け力が小さく抑えられる。また、平角線２の曲げポスト１９に対する押付け力が弱過ぎる虞のあるところ（角度）では、径方向に曲げポスト１９に近づく方向に移動され、押付け力が大きくされる。これにて、平角線２の曲げ部の幅方向に作用する力が、外径保持部２０の旋回時の各角度（位相）において均等化されるようになるのである。

平角線２に対する曲げ成形が終了すると、外径保持部２０は、平角線２の保持を解いた状態で、第１の回転台２１及び第２の回転台３１の逆方向への回転により、曲げ位置から矢印Ｂ方向に旋回して初期位置まで戻される。この後、再び、供給機構１３により、平角線２を供給源から曲げ成形部１２の加工位置に向けて所定量、この場合エッジワイズコル１の一辺の幅寸法に相当する長さだけ送る供給工程が実行され、上記の曲げ成形の工程が繰返される。これにて、平角線２は順次角度９０度ずつ曲げ成形されていき、成形された部分が、順に第１の載置プレート１７及び第２の載置プレート１８上に積層されるように載置され、所定の巻回数のエッジワイズコイル１が得られたところで作業が終了する。

このような本実施形態の巻線装置１及び巻線方法によれば、次のような作用、効果を得ることができる。即ち、本実施形態では、平角線２を曲げ成形する外径保持部２０の旋回移動時に、該外径保持部２０を径方向にスライド移動させる径方向移動機構２２を設けるようにした。そして、曲げ成形の工程において、平角線２の曲げ部の内縁部を曲げポスト１９に押し付けながら、外径保持部２０を旋回させると共に、その旋回移動と同期して、所定のパターンで径方向にスライド移動させるようにした。

この構成により、平角線２に対する押付け力が大きくなりすぎる位置（位相）では、外径保持部２０を、曲げポスト１９から径方向に離れる位置にスライド移動させ、平角線２に対する押付け力が小さくなりすぎる位置（位相）では、外径保持部２０を、曲げポスト１９に径方向に近づく位置にスライド移動させることができる。これにより、平角線２の曲げ部の幅方向に作用する力が、外径保持部２０の旋回時の各角度（位相）において不均等になることが抑制され、平角線２の曲げ部分の外周部におけるふくらみや潰れの発生を抑制し、品質の高い曲げ作業を行うことが可能となる。

この結果、本実施形態によれば、平角線２をエッジワイズ方向に曲げ成形してエッジワイズコイル１を製造するものにおいて、エッジワイズコイル１の品質の向上を図ることができるという優れた効果を得ることができる。また、特に本実施形態では、前記径方向移動機構２２を、第２の回転台３１やカム機構３５などから構成した。これにより、予め適切な動作となるように、外径保持部２０の旋回動作に対する径方向の移動パターンを求めておき、その移動パターンを得るように制御装置３６による制御を行うことにより、所望の動作を得ることができる。

尚、上記した実施形態では、径方向移動機構２２として、第２の回転台３１やカム機構３５を用いた構成を採用したが、外径保持部２０を径方向に自在に移動可能なものであれば、様々な構成を採用することができる。例えばサーボモータとボールねじ機構などを用いた直線移動機構を、第１の回転台２１上に設けるといった構成を採用することも可能である。その他、例えば曲げ成形部の細部の構成等についても様々な変形が可能である。

以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１はエッジワイズコイル、２は平角線、１１は巻線装置、１２は曲げ成形部、１３は供給機構、１９は曲げポスト、２０は外径保持部、２１は第１の回転台、２２は径方向移動機構、２３は支持筒部、２５は支持ブロック、２７は第１のサーボモータ、２９は旋回駆動用軸部、３０はカムフォロア、３１は第２の回転台、３３は第２のサーボモータ、３４はカムプレート、３４ａはカム溝、３５はカム機構、３６は制御装置を示す。

Claims (3)

1. 平角線をエッジワイズ方向に曲げ成形する曲げ成形部と、前記平角線を前記曲げ成形部に供給する供給機構と、前記曲げ成形部及び供給機構を制御する制御装置とを含み、エッジワイズコイルを製造するエッジワイズコイルの巻線装置であって、
   前記曲げ成形部は、
   前記平角線の曲げ部の内縁部が当接される曲げポストと、
   前記平角線の曲げ部の外縁部を保持し、前記曲げポストに向けて押し付けながら該曲げポスト周りに旋回して前記曲げ部を曲げる外径保持部と、
   前記外径保持部を旋回方向に移動させる回転台と、
   前記外径保持部の旋回移動時に該外径保持部を径方向にスライド移動させる径方向移動機構とを備え、
   前記制御装置には、前記外径保持部の旋回時の前記平角線の幅方向に作用する前記曲げポストへの押付け力が、旋回時の各角度において均等化されるような該外径保持部の径方向の位置の適切なパターンが予め設定されており、前記制御装置により、前記適切なパターンで前記径方向移動機構が制御されるエッジワイズコイルの巻線装置。
2. 前記径方向移動機構は、
   前記回転台と同軸に設けられた第２の回転台と、
   前記第２の回転台と前記外径保持部との間に設けられ該第２の回転台の回転移動を前記外径保持部の径方向の移動に変換させるカム機構と、
   前記第２の回転台を前記回転台に対して任意の位相となるように回転させる制御装置とを備えて構成されている請求項１記載のエッジワイズコイルの巻線装置。
3. 平角線をエッジワイズ方向に曲げ成形してエッジワイズコイルを製造するエッジワイズコイルの巻線方法であって、
   前記平角線の曲げ部の外縁部を外径保持部で保持し、前記平角線の曲げ部の内縁部を曲げポストに押し付けながら、前記外径保持部を前記曲げポスト周りに旋回させると共に、
   前記外径保持部を、前記旋回移動と同期して、所定のパターンで径方向にスライド移動させながら前記平角線の曲げ部に対する曲げ成形動作を行い、
   前記所定のパターンとして、前記外径保持部の旋回時の前記平角線の幅方向に作用する前記曲げポストへの押付け力が、旋回時の各角度において均等化されるような該外径保持部の径方向の位置の適切なパターンが予め設定されているエッジワイズコイルの巻線方法。

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