JP7378645B2 - 巻線ノズル及び巻線機 - Google Patents

Description

本開示は、コイルを製造するための巻線ノズル及び巻線機に関し、特に巻線を繰り出すノズルの形状に関する。

従来、電動機の固定子等に用いられるコイルは、固定子を構成する鉄心に巻線を巻き付けることで製造される。コイルの製造には、巻線機が使用される。巻線機は、巻線を供給するノズルと、ノズルを保持するノズル保持部とを有している。巻線機において、鉄心に巻線を巻き付ける際には、水平方向に移動するノズル保持部に取り付けられたノズルから巻線が繰り出されて、鉄心に巻線が巻き回されていく。巻線機は、鉄心を中心として鉄心の周囲をノズルの先端が周回するようにノズルを移動させて、鉄心に巻線を巻き付けてコイルを形成する。

ノズルは例えば円柱形状を有し、ノズル保持部に固定される固定側端面と、巻線が引き出される側の先端面とを有している。また、ノズルは、固定側端面から先端面にわたって巻線が通るように形成された巻線通し部を有している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の１つの実施形態に係る巻線通し部は、ノズル本体の側面に溝形状に形成された巻線挿通溝である。電線挿通溝は、固定側端面から先端面までノズルの軸方向に沿って延びている。

巻線通し部が溝形状の場合、巻線機が固定子に対して巻線を行っている間は、巻線が常時引っ張られている状態であるため、巻線が巻線挿通溝から外れることはない。しかしながら、巻線機が一時停止して再起動したときに、巻線が巻線挿通孔から外れることがある。また、固定子の鉄心には、絶縁性を有するインシュレータが設けられている。インシュレータには、固定子のティース間を繋ぐ渡り配線が固定されたり、あるいは、端子等が配置される。巻線通し部が溝形状の場合、インシュレータに巻線を絡げる際、又は、ティース間に渡り配線を渡す際に、巻線が巻線挿通孔から外れることがある。巻線が巻線挿通孔から外れた場合、巻線動作を継続することはできないため、いったん、巻線機を停止させて、作業員が巻線を巻線挿通孔に挿入し直す必要があった。

そのため、特許文献１では、巻線通し部が、固定側端面から先端面まで貫通する貫通孔形状の巻線挿通孔から構成されている実施形態も提案している。いずれの実施形態においても、巻線は、ノズルの固定側端面から巻線通し部に挿入され、巻線通し部を通って、先端面から引き出される。

国際公開第２０２０／０６５８５３号

特許文献１に開示されているノズルは、上述したように、巻線が通るように形成された巻線通し部を有している。また、巻線通し部は、上述したように、溝形状、又は、貫通孔形状に形成されている。

巻線通し部が溝形状の場合、巻線機の再起動時、インシュレータへの巻線の絡げ動作時、あるいは、ティース間の渡り線形成時に、巻線がノズルから外れてしまうという課題があった。

一方、巻線通し部が貫通孔形状の場合、巻線がノズルから外れることはない。しかしながら、巻線通し部が貫通孔形状の場合、溝形状の場合と比較して、巻線を巻線挿通孔に挿入する際の巻線の曲げ角度が大きくなる。そのため、巻線が巻線挿通孔にスムーズに挿入されず、巻線に大きな引っ張り負荷がかかる。すなわち、巻線機での巻線動作時に、巻線が強く引っ張られ、巻線の伸び率が上昇してしまうという課題があった。巻線の伸び率が上昇した場合、巻線から構成されたコイルの電気抵抗が増加し、ひいては、電動機の負荷が増加してしまっていた。

また、特許文献１では、ノズルの先端面がＲ形状を有しており、引き出された巻線は当該Ｒ形状に沿って曲げられる。Ｒ形状が大きい場合、巻線に無理な力が加わらないため、巻線の伸び率が上昇しない。そのため、特許文献１では、巻線通し部が貫通孔形状の場合に、Ｒ形状を大きくする目的で、巻線挿通孔をノズルの中心軸からずれた位置に形成している。その結果、巻線挿通孔が設けられている側のノズルの内壁が薄肉となり、強度不足となり、強いテンションでの巻線には不向きであった。

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、巻線機での巻線動作中又は他の動作中に巻線がノズルから外れることを防止し、また、ノズルの強度を確保し、さらに、巻線の伸び率の低減を図ることが可能な、巻線ノズル及び巻線機を提供することを目的とする。

本開示に係る巻線ノズルは、鉄心に巻線を巻き付けてコイルを形成する巻線機で用いられ、柱状の外形形状を有し、先端面から前記巻線が引き出され、前記鉄心の周囲を移動して、前記巻線を前記鉄心に巻き付ける巻線ノズルであって、前記巻線機のノズル保持部に取り付けられる固定側端面である第１端面と、前記巻線が引き出される前記先端面である第２端面と、前記第１端面から前記第２端面にわたって巻線が通るように、前記第１端面から前記第２端面まで前記巻線ノズルの長手方向に延びた巻線通し部と、前記巻線通し部と連通して前記第２端面に溝状に形成された先端溝部とを備え、前記先端溝部は、前記第２端面において、前記巻線ノズルの外周を構成する第１側面から前記巻線ノズルの外周を構成し前記第１側面に対向する第２側面まで延設され、前記巻線通し部は、前記巻線ノズルの長手方向に延びる中心軸に対して前記第１端面側から前記第２端面側に向かうに従って前記第２側面側から前記第１側面側に延びるように傾斜して配置され、前記巻線通し部の前記中心軸に対して傾斜する方向は、前記先端溝部の延設方向と反対方向である。

本開示に係る巻線機は、少なくとも１つの上記の巻線ノズルと、前記巻線ノズルを保持するノズル保持部と、前記ノズル保持部を水平方向に移動させる駆動ユニットとを備えたものである。

本開示に係る巻線ノズル及び巻線機によれば、巻線機での巻線動作中又は他の動作中に巻線がノズルから外れることを防止し、また、ノズルの強度を確保し、さらに、巻線の伸び率の低減を図ることができる。

実施の形態１に係る巻線機１００の全体構造を示す模式図である。 電動機等に使用される固定子１０の構造の一例を示す平面図である。 図２に示した固定子１０の側面図である。 固定子１０が実装された状態の一例を示す図である。 実施の形態１に係る巻線機１００により鉄心１にコイル２を形成する際の巻線ノズル５０を示す斜視図である。 図５の平面図である。 実施の形態１に係る巻線機１００により鉄心１に渡り線３Ａを渡す際の巻線ノズル５０の動きを示す平面図である。 実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０の斜視図である。 実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０の斜視図である。 実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０の先端面５６を示す部分拡大斜視図である。 実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０の構成を示す（ａ）断面図及び（ｂ）側面図である。 実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０に巻線３を通した状態を示す説明図である。 実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０に巻線３を通した状態を示す説明図である。 実施の形態１に係る巻線機１００において鉄心１のティース１ａに巻線３を巻き付けている状態の模式図である。 実施の形態１に係る巻線機１００によりコイル２が形成された鉄心１の断面構造の説明図である。 実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０の比較例として、特許文献１に記載の巻線ノズル１５０の構成を示す説明図である。 図１６の比較例の巻線ノズル１５０に通した状態の巻線３を模式的に示す説明図である。 図１６の比較例の巻線ノズル１５０に通した状態の巻線３を模式的に示す説明図である。 曲率半径と曲線の緩急との関係を示す説明図である。

以下、本開示に係る巻線ノズル及び巻線機の実施の形態について図面を参照して説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本開示は、以下の実施の形態およびその変形例に示す構成のうち、組み合わせ可能な構成のあらゆる組み合わせを含むものである。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。なお、各図面では、各構成部材の相対的な寸法関係または形状等が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る巻線機１００の全体構造を示す模式図である。図２は、電動機等に使用される固定子１０の構造の一例を示す平面図である。図３は、図２に示した固定子１０の側面図である。図３は、固定子１０を構成する１つの鉄心１の側面を示している。巻線機１００は、例えば電動機２０（図４参照）の固定子１０を構成するコイル２を形成するための装置である。巻線機１００は、固定子１０を構成する鉄心１に巻線３を巻き付けることでコイル２を形成する。

図１に示すように、鉄心１は、ティース１ａとスロット面１ｂとを有している。但し、図１においては、鉄心１は模式的に表してあり、鉄心１は図１に示す形状に限定されるものではない。図２に示されるように、固定子１０は、複数個の鉄心１を円環状に並べて形成される。鉄心１の個数は、任意の個数でよく、電動機２０の仕様及び用途等により適宜決定される。各鉄心１は、図３に示すように、Ｕ側インシュレータ４及びＬ側インシュレータ５を備えている。Ｕ側インシュレータ４及びＬ側インシュレータ５は、鉄心１に一体に成形されるか、又は、別途成形されたものを鉄心１に取り付けて構成される。Ｕ側インシュレータ４及びＬ側インシュレータ５は、絶縁部材から構成されており、絶縁性を有している。Ｕ側インシュレータ４及びＬ側インシュレータ５には、各コイル２間を繋ぐ渡り線３Ａ（図７参照）が固定され、又は、端子（図示せず）等が配置される。

固定子１０は、次のようにして形成される。まず、後述する図５に示すように、鉄心１を直線状に複数接続した状態で、巻線機１００により、各鉄心１のスロット面１ｂに巻線３が巻き付けられて、コイル２が形成される。各鉄心１のスロット面１ｂにコイル２が形成された後に、直線状に接続した複数の鉄心１を円環状にし、複数接続された鉄心１のうち両端に位置する鉄心１同士を溶接等により接合することにより、図２に示す円環状の固定子１０が形成される。

図４は、固定子１０が実装された状態の一例を示す図である。固定子１０は、例えば電動機２０に内蔵される。電動機２０は、固定子１０と回転子１１とから構成されている。固定子１０は、上述したように、複数の鉄心１が円環状に並べられて形成されているため、各鉄心１の内周側には、筒状部が形成されている。回転子１１は、固定子１０の筒状部に配置される。回転子１１は、円柱形状を有し、回転軸１２に固定されている。回転子１１は、回転軸１２が回転されることにより、回転駆動される。図４は、電動機２０が、空調機（図示せず）の室外ユニットなどに用いられる圧縮機２００に搭載された例を示している。電動機２０は、圧縮機２００の筐体２００ａ内に配置されている。筐体２００ａの下部には、圧縮機構２００ｂが設けられている。圧縮機構２００ｂは、圧縮機２００の吸入口２００ｃから吸入された冷媒を圧縮して、圧縮機２００の吐出口２００ｄから圧縮した冷媒を吐出する。圧縮機構２００ｂは、電動機２０により駆動される。電動機２０は、固定子１０に接続された配線からコイル２に電力が供給され、コイル２と鉄心１とにより発生する磁界により回転子１１を回転駆動する。

図１に示すように、巻線機１００は、巻線ノズル５０が取り付けられたノズル保持部６１と、ノズル保持部６１を水平方向に移動させる駆動ユニット６０と、巻線３を案内する１対の滑車６２とを備えている。さらに、巻線機１００は、巻線３の張力を調整するテンショナ部６３と、巻線３が蓄えられている巻線ボビン６４とを備えている。

ノズル保持部６１は、駆動ユニット６０により、矢印９０で模式的に示されるように、図１のＸ方向及びＺ方向に水平移動する。Ｘ方向は紙面の左右方向に対応した幅方向であり、Ｚ方向は、Ｘ方向に直交する奥行き方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に直交する垂直方向である。Ｘ方向及びＺ方向は例えば水平方向であり、Ｙ方向は例えば鉛直方向である。

巻線３は、巻線ボビン６４から引き出され、テンショナ部６３を通って、１対の滑車６２により案内され、ノズル保持部６１内を通される。ノズル保持部６１を通った巻線３は、ノズル保持部６１によって保持されている巻線ノズル５０を通って、巻線ノズル５０の先端部から引き出される。巻線３の先端は、鉄心１に固定されており、巻線３は、ティース１ａのスロット面１ｂに巻き付けられる。また、巻線機１００は、制御装置８０を備え、制御装置８０は、少なくとも、駆動ユニット６０、テンショナ部６３、及び、巻線ノズル５０を自転させる機構を制御する。

ここで、制御装置８０のハードウェア構成について説明する。制御装置８０は処理回路から構成される。処理回路は、専用のハードウェア、または、プロセッサから構成される。専用のハードウェアは、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などである。プロセッサは、メモリに記憶されるプログラムを実行する。制御装置８０は、記憶部（図示せず）を有している。記憶部はメモリから構成される。メモリは、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、もしくは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスクなどのディスクである。

図５は、実施の形態１に係る巻線機１００により鉄心１にコイル２を形成する際の巻線ノズル５０を示す斜視図である。図６は、図５の平面図である。実施の形態１においては、図５及び図６に示すように、固定子１０の各鉄心１が直線状に並ぶように固定子１０を展開した状態で、巻線３が各鉄心１に巻き付けられてコイル２が形成される。巻線ノズル５０は、図５に示すように、円柱形状を有し、内部に巻線３が通る巻線通し部５１が設けられている。実施の形態１においては、巻線機１００に、３つの巻線ノズル５０が設けられている。巻線機１００は、図６に示すように、３つの巻線ノズル５０を同時に動かして、右から１番目から３番目までの３つの鉄心１のティース１ａのスロット面１ｂに同時に巻線３を巻き付ける。巻線ノズル５０は、図５に示すように、巻線３が通される方向、つまり巻線ノズル５０の軸方向を、固定子１０を展開した面に対して直交させるように配置される。巻線ノズル５０は、図６に示される軌跡ｔに沿って移動する。つまり、巻線ノズル５０は、ティース１ａの周りを略矩形を描くように移動し、ティース１ａに巻線３を巻き付ける。また、巻線ノズル５０は、図６の自転方向ｒの向きに、巻線ノズル５０の中心軸Ａを軸として自転可能に設置されている。なお、図６に示された軌跡ｔは、一例であり、その他の形状を描くようにティース１ａの周りを巻線ノズル５０が移動してもよい。また、自転方向ｒは、図６では反時計回りの例が示されているが、逆向き（すなわち、時計回り）であっても良い。

図７は、実施の形態１に係る巻線機１００により鉄心１に渡り線３Ａを渡す際の巻線ノズル５０の動きを示す平面図である。図５及び図６を用いて説明したように、実施の形態１では、巻線機１００が、３つの鉄心１のティース１ａに同時に巻線３を巻き付ける。すなわち、実施の形態１では、まず、図６に示すように、右から１番目から３番目までの３つの鉄心１のティース１ａに同時に巻線３が巻き付けてコイル２を形成する。次に、図７に示すように、３つの巻線ノズル５０の位置を移動させて、右から４番目から６番目までの３つの鉄心１のティース１ａに同時に巻線３が巻き付けてコイル２を形成する。このように、巻線機１００は、３つの鉄心１を１つのグループにして、図７の矢印Ｄ１の方向に、グループごとにコイル２を順に形成していく。このとき、１つのグループのコイル２が形成されて、次のグループのコイル２の形成に移行する際に、巻線３を切らずに、グループ間に渡り線３Ａを渡して、次のグループのティース１ａに巻線３を巻き付ける。このように、渡り線３Ａとは、隣接する２つのグループのそれぞれに含まれるティース１ａ間に渡される巻線３のことである。図７の例では、右から１番目の鉄心１のティース１ａから、右から４番目の鉄心１のティース１ａに、渡り線３Ａが渡されている。同様に、右から２番目の鉄心１のティース１ａから、右から５番目の鉄心１のティース１ａに、渡り線３Ａが渡され、右から３番目の鉄心１のティース１ａから、右から６番目の鉄心１のティース１ａに、渡り線３Ａが渡されている。

図８及び図９は、実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０の斜視図である。図１０は、実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０の先端面５６を示す部分拡大斜視図である。図１０は、図８及び図９の下側から先端面５６を見た状態を示している。図１０では、説明のため、図８及び図９に示す先端開放部７０を破線で示している。図１１は、実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０の構成を示す（ａ）断面図及び（ｂ）側面図である。図１１（ｂ）は、先端面５６を示している。以下、図８～図１１を用いて、巻線ノズル５０の構成について説明する。

図８～図１１に示すように、実施の形態１において、巻線ノズル５０は、円柱形状を有している。巻線ノズル５０には、図１１（ａ）に示すように、巻線３を通すための巻線通し部５１が設けられている。巻線通し部５１は、貫通孔形状を有する貫通孔部７１と、外部に対して開口して開放状態に形成された先端開放部７０とから構成されている。

巻線ノズル５０の一端は、図１に示した巻線機１００のノズル保持部６１に固定される固定側端面５５（第１端面）である。巻線３は、固定側端面５５に設けられた巻線挿入口５５ａから巻線通し部５１内に挿入される。また、巻線ノズル５０の他端は、先端面５６（第２端面）である。巻線通し部５１を通った巻線３は、先端面５６の巻線供給部５６ａから引き出されてティース１ａへの巻線動作に使用される。なお、巻線ノズル５０の形状は、円柱形状だけに限定されるものではなく、固定側端面５５から先端面５６に亘って巻線３が通される構造であれば、その他の形状を取っても良い。すなわち、巻線ノズル５０は、例えば、楕円形を底面とする楕円柱形状、又は、多角形を底面とする多角柱形状などであってもよい。

図１に示した巻線機１００は、巻線ノズル５０の固定側端面５５をノズル保持部６１で保持して固定する。また、巻線機１００は、巻線ノズル５０の固定側端面５５から先端面５６に亘って巻線通し部５１内に巻線３を通し、巻線ノズル５０の先端面５６の巻線供給部５６ａから巻線３を引き出す。そして、巻線機１００は、図６に示したように、巻線ノズル５０を鉄心１のティース１ａの周りで移動させることにより、先端面５６の巻線供給部５６ａから引き出された巻線３をティース１ａに巻き付ける。

巻線ノズル５０には、図１１（ａ）に示すように、円柱形状の長手方向に延びた巻線通し部５１が設けられている。巻線通し部５１は、固定側端面５５から先端面５６にわたって巻線３が通るように、固定側端面５５から先端面５６まで巻線ノズル５０の長手方向（軸方向）に向かって延びている。巻線通し部５１は、貫通孔形状を有する貫通孔部７１と、開放状態に形成された先端開放部７０とを有している。貫通孔部７１は、固定側端面５５に設けられた巻線挿入口５５ａから、巻線ノズル５０の側面５０ａに形成された先端開放部７０までを貫通する貫通孔で構成されている。

固定側端面５５に設けられた巻線挿入口５５ａは、図８及び図１１（ａ）に示すように、固定側端面５５の中心部分に配置されている。すなわち、巻線挿入口５５ａは、図１１（ａ）に示すように、巻線ノズル５０の固定側端面５５において、巻線ノズル５０の中心軸Ａ上に設けられている。なお、巻線挿入口５５ａは、必ずしも、巻線ノズル５０の中心軸Ａ上に配置されていなくてもよい。すなわち、巻線挿入口５５ａは、巻線ノズル５０の中心軸Ａから多少シフトされていてもよい。但し、その場合には、巻線通し部５１の内壁面５１ａが薄肉とならない程度に、巻線挿入口５５ａを巻線ノズル５０の中心軸Ａからシフトさせる。

以下では、説明のため、巻線ノズル５０本体の外周を構成する側面５０ａのうち、図１１（ａ）における上側の側面部分を「側面５０ａ－１」と呼び、下側の側面部分を「側面５０ａ－２」と呼ぶこととする。

巻線通し部５１の貫通孔部７１は、図１１（ａ）に示すように、巻線ノズル５０の中心軸Ａに対して傾斜して設けられている。さらに詳細に言えば、巻線通し部５１の内壁面５１ａの長手方向は、巻線ノズル５０の中心軸Ａに対して、角度αだけ傾斜している。

巻線通し部５１の貫通孔部７１は、巻線挿入口５５ａから先端開放部７０まで延設されている。貫通孔部７１は、内壁面５１ａを有している。一方、先端開放部７０は、図１１（ａ）に示すように、巻線ノズル５０の側面５０ａ－２に形成されている。先端開放部７０は、図８及び図９に示すように、矩形形状の開口部７０ａを有している。このように、巻線通し部５１の先端面５６側の端部は、先端開放部７０になっている。先端開放部７０は、巻線通し部５１の内壁面５１ａが設けられておらず、外部に対して開放された状態となっている。

巻線ノズル５０の先端面５６には、図１１（ａ）に示すように、巻線供給部５６ａが設けられている。巻線供給部５６ａは、溝状に形成された先端溝部５２と、巻線供給口５３とを有している。先端溝部５２は、先端面５６に形成された溝である。先端溝部５２は、側面５０ａ－２（第１側面）から側面５０ａ－１（第２側面）に向かって、巻線ノズル５０の径方向に沿って延設されている。従って、先端溝部５２の延設方向は、図１１（ｂ）の矢印Ｄ２の方向である。すなわち、図１１（ｂ）の紙面において、下から上に向かう方向である。先端溝部５２の延設方向は、巻線ノズル５０の中心軸Ａに対して直交している。また、先端溝部５２の延設方向の両端は、巻線ノズル５０本体の側面５０ａ－１及び５０ａ－２において開口している。先端溝部５２の側面５０ａ－１側の端部は、巻線３が引き出される巻線供給口５３になっている。なお、上述したように、巻線通し部５１は、巻線ノズル５０の中心軸Ａに対して傾斜している。巻線通し部５１の傾斜する方向は、図１１（ａ）の矢印Ｄ３の方向である。すなわち、図１１（ｂ）の紙面において、上から下に向かう方向である。すなわち、巻線通し部５１は、側面５０ａ－１（第２側面）から側面５０ａ－２（第１側面）に向かう方向に傾斜している。このように、巻線通し部５１は、先端溝部５２の延設方向と反対方向に傾斜している。

巻線通し部５１と先端溝部５２とは、互いに連通している。つまり、巻線通し部５１と先端溝部５２とは接続されて１本の巻線３の通り道となるように形成されている。図１１（ａ）に示すように、巻線通し部５１の内壁面５１ａと先端溝部５２の内壁面５２ａとが交わる部分である第１交差部５７は、曲面から形成されており、内壁面５１ａと内壁面５２ａとを連続した面となるように接続している。実施の形態１において、第１交差部５７は、図１１（ａ）に示す断面において円弧形状になっているが、その他の曲線形状であっても良く、巻線３が接触したときに切断が生じないように滑らかな曲線で構成されることが望ましい。

また、図１１（ｂ）に示すように、先端溝部５２の内壁面５２ａと巻線ノズル５０の側面５０ａ－１とが交わる部分である第２交差部５８は、曲面から形成されており、内壁面５２ａと側面５０ａ－１とが連続した面となるように接続している。つまり、内壁面５２ａと側面５０ａ－１とが交わって出来る稜線は、全て曲面で形成されている。実施の形態１において、第２交差部５８は、図１１（ｂ）において円弧形状になっているが、その他の曲線形状であっても良く、巻線３が接触したときに切断が生じないように滑らかな曲線で構成されることが望ましい。

なお、図１１（ａ）において、長さｓは、第１交差部５７から先端溝部５２の巻線供給口５３までの長さである。この長さｓの部分を、以下では、部分Ｓと呼ぶ。部分Ｓの長さｓが長いほど、巻線３は第１交差部５７に沿って緩やかに曲がることができる。逆に、部分Ｓの長さｓが短いほど、巻線３は第１交差部５７に沿って急カーブで曲がることになる。この原理については、図１９を用いて後述する。そのため、実施の形態１では、長さｓを巻線ノズル５０の径に対して出来るだけ長くするために、巻線通し部５１の貫通孔部７１を傾斜させ、且つ、巻線通し部５１の先端に先端開放部７０を設けている。先端開放部７０は、巻線ノズル５０の側面５０ａ－２で開口している。当該構成により、長さｓは、巻線ノズル５０の径に対して最大限長くなっている。

また、図１１（ａ）に示されるように、巻線通し部５１の内壁面５１ａと固定側端面５５とが交わる第３交差部５９は、曲面から形成されており、内壁面５１ａと固定側端面５５とが連続した面となるように接続している。第３交差部５９は、図１１（ａ）の断面において円弧形状になっているが、その他の曲線形状であっても良く、巻線３が接触したときに切断が生じないように滑らかな曲線で構成されることが望ましい。

図１２及び図１３は、実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０に巻線３を通した状態を示す説明図である。図１４は、実施の形態１に係る巻線機１００において鉄心１のティース１ａに巻線３を巻き付けている状態の模式図である。図１２に示されるように、巻線ノズル５０は、固定側端面５５から先端面５６わたって巻線３が通るように形成された巻線通し部５１と、先端面５６に溝状に形成された先端溝部５２と、を備えている。巻線３は、巻線機１００の各部を通して巻線ノズル５０の固定側端面５５から、巻線通し部５１に入り、巻線通し部５１に沿って、先端面５６に至る。

先端面５６に至った巻線３は、図１２に示すように、巻線ノズル５０の巻線通し部５１と先端溝部５２との交わった部分である第１交差部５７の曲面に沿って、巻線ノズル５０の側面５０ａ－１側に曲げられる。側面５０ａ－１は、先端開放部７０が形成されている側面５０ａ－２に対して反対側の面である。すなわち、側面５０ａ－１と側面５０ａ－２とは対向して配置されている。第１交差部５７において、巻線通し部５１の内壁面５１ａと先端溝部５２の内壁面５２ａとが成す角度は、角度βである。角度βは、９０°より小さい鋭角である。従って、第１交差部５７において、巻線３は角度βだけ曲げられる。

第１交差部５７の曲面に沿って側面５０ａ－１側に向かって角度βだけ曲げられた巻線３は、図１３に示すように、先端溝部５２に沿って進む。その後、先端溝部５２と巻線ノズル５０の側面５０ａとが交わった部分である第２交差部５８の曲面に沿って、巻線ノズル５０の長手方向及び先端溝部５２の延設方向に対し交差する方向に引き出される。先端溝部５２の内壁面５２ａと、第２交差部５８の曲面の接線とが成す角度は、角度γである。角度γは、例えば９０°より大きい鈍角である。従って、第２交差部５８において、巻線３は角度γだけ曲げられる。なお、角度γの大きさは特に限定されない。すなわち、角度γは、９０°でもよく、あるいは、９０°未満でもよい。

実施の形態１では、巻線通し部５１を、巻線ノズル５０の中心軸Ａに対して傾斜させて配置している。これにより、巻線通し部５１を傾斜させない場合と比較して、第１交差部５７のＲ曲面形状が大きくなり、Ｒ曲面の半径Ｒが大きくなる。実施の形態１は、第１交差部５７の半径Ｒ又は曲率が、巻線ノズル５０の直径に対して最大限大きくできる構造である。このように、第１交差部５７のＲ曲面形状が大きくなると、巻線３に無理な力が加わらず、巻線３の引っ張り負荷が小さくなるので、巻線３の伸び率が上昇することを防止することができる。

さらに、実施の形態１では、巻線通し部５１の先端面５６側の端部に、巻線ノズル５０本体の側面５０ａ－２で開口している先端開放部７０を設けている。先端開放部７０は、内壁面５１ａを有しておらず、外部に対して開放状態である。そのため、先端開放部７０を通る巻線３の動きは、内壁面５１ａによって抑制されない。その結果、先端開放部７０を通る巻線３には、無理な力が一切加わることがなく、巻線３が強く引っ張られないため、巻線３の伸び率の上昇をさらに防止することができる。

図１４に示されるように、巻線ノズル５０は、ティース１ａの周囲を周回し、巻線３をスロット面１ｂに巻き付ける。ここで、巻線３のうち、スロット面１ｂに巻き付けられている部分を巻き付け部３ａと呼び、巻き付け部３ａから先端溝部５２までの間に位置する部分を巻線引き出し部３ｂと呼ぶ。このとき、先端溝部５２の矢印Ｄ２で示される延設方向は、巻線３の巻線引き出し部３ｂに対し、角度θを成すように向けられている。そのため、巻線３は、先端溝部５２から引き出される部分で第２交差部５８に沿って曲げられる。

巻線３は、巻線ノズル５０の先端溝部５２の巻線供給口５３で、第２交差部５８の曲面に押し付けられながら引き出される。これにより、巻線３は、第２交差部５８の曲面により、ティース１ａのスロット面１ｂに対して反りが生じる。つまり、巻線引き出し部３ｂは、スロット面１ｂに向かって凸になるように反りが生じている。巻線ノズル５０は、先端溝部５２と巻線引き出し部３ｂとの間の角度θを一定に維持したまま、ティース１ａの周りを周回することが望ましい。そのため、制御装置８０は、角度θが一定の値になるように、巻線ノズル５０の水平方向位置及び自転角度を制御する。これにより、巻線ノズル５０は、水平方向位置が変動するとともに、自転角度を角度θが一定となるように制御装置８０により制御される。そのため、巻線３は、ティース１ａに巻き付けられている間に常にスロット面１ｂに対して反るように力を受けながら巻き付けられている。

図１５は、実施の形態１に係る巻線機１００によりコイル２が形成された鉄心１の断面構造の説明図である。図１５において、矢印８０は例えば図１のＸ方向を示し、矢印８１は例えば図１のＹ方向を示す。図１５に示された断面は、固定子１０の鉄心１のうちの１つを、図２に示される図と平行な面で切断した場合の断面を示している。図１４に示すように、巻線動作中の巻線３は、巻線ノズル５０によって弓なりに反っており、その弓なりに反った頂点３ｃがスロット面１ｂ側に向いている。一方、図１５に示すように、巻線３は、スロット面１ｂに対して垂直方向に沿って延びているため、スロット面１ｂとコイル２の１層目との隙間ｗが低減され、さらに、２層目以降も隙間が低減されるため、コイル２が巻き締まる方向で巻かれる。このように、スロット面１ｂと巻線３との隙間ｗ、及び、巻線３間の隙間が低減されると、その分だけ、スロット面１ｂに巻線３を多く巻けるので、巻線占積率が高くなり、電動機２０の出力が大きくなるという利点がある。さらに、コイル２を形成する巻線３は、スロット面１ｂの方向に向かって凸になるように反りが生じているため、巻線３の剛性によりコイル２が巻き膨らむことを抑制することができる。

図１６は、実施の形態１に係る巻線機１００の巻線ノズル５０の比較例として、特許文献１に記載の巻線ノズル１５０の構成を示す説明図である。図１６（ａ）は、巻線ノズル１５０の固定側端面１５５を示す側面図であり、図１６（ｃ）は、巻線ノズル１５０の先端面１５６を示す側面図である。また、図１６（ｂ）は、巻線ノズル１５０の断面図である。図１７及び図１８は、図１６の比較例の巻線ノズル１５０に通した状態の巻線３を模式的に示す説明図である。

図１６～図１８は、比較例の巻線ノズル１５０の巻線通し部１５１が貫通孔から構成されている場合を示している。巻線通し部１５１は、固定側端面１５５から先端面１５６まで延びた貫通孔である。巻線通し部１５１は、先端面１５６に形成された先端溝部１５２と連通している。巻線通し部１５１は、円柱形状の巻線ノズル１５０の中心軸Ａと平行に配置されている。ただし、巻線通し部１５１は、図１６（ｂ）に示すように、中心軸Ａ上には配置されておらず、中心軸Ａからシフトされた位置に配置されている。その理由は、図１７に示す長さｓを長くすることで、その部分の曲率半径Ｒを大きくするためである。以下では、その部分を「部分Ｓ」と呼ぶ。曲率半径Ｒが大きくなると、部分Ｓの長さｓが長くなり、部分Ｓを形成する曲線がなだらかになる。この原理について、図１９を用いて以下に説明する。図１９は、曲率半径と曲線の緩急との関係を示す説明図である。

一般に、曲線上の任意の点付近の曲線の微少部分は、その点での曲率半径を半径とする円で近似できることが知られている。図１９（ｂ）の点Ｖと点Ｗとを比較すると分かるように、点Ｖのように、曲率半径が大きいと、曲線の曲がり具合が緩く、点Ｗのように、曲率半径が小さいと、曲線の曲がり具合がきつくなる（点Ｗ参照）。

図１９（ａ）において、或る曲線Ｌ上の点Ｐから曲線Ｌに沿って長さｓだけ変位した点を点Ｑとする。長さｓの部分Ｓを円弧とみなし、その円の中心を点Ｃとし、各ＰＣＱをΔａとすると、円の半径Ｒと長さｓとの関係は、以下の式（１）で表される。ここで、πは円周率である。

ｓ＝２πＲ×（Δａ／３６０°） （１）

π＝１８０°であるので、式（１）を整理すると、以下の式（２）が得られる。

Ｒ＝ｓ／Δａ （２）

すなわち、角度Δａが一定の場合、半径Ｒは、長さｓに比例して大きくなる。この原理を図１７に当てはめると、角度β１が一定の場合、長さｓを長くすれば、部分Ｓの半径Ｒは大きくなり、部分Ｓの曲線の曲がり具合が緩くなる。巻線通し部１５１が中心軸Ａ上に配置されている場合と比較して、図１７の比較例のように巻線通し部１５１が中心軸Ａからずれている場合の方が、長さｓは当然長くなる。そのため、比較例においては、部分Ｓの曲線部分を緩やかにするために、巻線通し部１５１を中心軸Ａからずらして配置している。

その結果、比較例の巻線通し部１５１の内壁部１５１ａの厚さは、薄肉となっている。内壁部１５１ａが薄肉の場合、強度不足となり、強いテンションでの巻線動作には不向きである。これに対して、実施の形態１では、図１１（ａ）に示すように、巻線動作中に最も強い力が加わる部分の肉厚を厚くしている。すなわち、実施の形態１では、巻線挿入口５５ａ付近及び巻線供給口５３付近の内壁面５１ａの肉厚を厚くしている。そのため、十分な強度が確保でき、強いテンションでの巻線動作にも対応可能である。

また、図１７に示すように、比較例では、巻線通し部１５１が内壁部１５１ａを長手方向の全長に亘って有しているため、内壁部１５１ａによって巻線３の動きが制限され、巻線３に引っ張り負荷がかかる。また、実施の形態１と比較すると、巻線３を角度β１だけ曲げる第１交差部１５７の曲率半径Ｒが小さいため、第１交差部１５７のＲ曲面形状が小さくなる。Ｒ曲面形状が小さくなると、巻線３に無理な力が加わり、巻線３が強く引っ張られることで、巻線３の伸び率が上昇する。巻線３の伸び率が上昇すると、巻線３の電気抵抗が増加し、ひいては、電動機２０の電気抵抗が増加してしまう。これに対して、実施の形態１では、巻線通し部５１を中心軸Ａに対して傾斜させて配置している。これにより、図１１に示す長さｓが、図１７の比較例の長さｓよりもさらに長くなっている。そのため、実施の形態１では、巻線３を角度βだけ曲げる第１交差部５７のＲ曲面形状の半径Ｒが大きくなり、第１交差部５７のＲ曲面形状が緩くなる。さらに、図１７と図１２とを比較すると明らかなように、本願の実施の形態１の第１交差部５７の角度βは、図１７の比較例の第１交差部１５７の角度β１よりも小さい。ここで、角度β１は、略９０°である。上記式（２）から、半径Ｒと角度Δａとが反比例関係にあることは明らかであるため、角度βが小さいほど、半径Ｒが大きくなることがわかる。このように、第１交差部５７の角度を小さくすると、その分だけ、第１交差部５７のＲ曲面形状が大きくなる。Ｒ曲面形状が大きくなると、巻線３に無理な力が加わらず、巻線３の伸び率が上昇することを防止することができる。

さらに、実施の形態１では、巻線ノズル５０の先端面５６側に、巻線ノズル５０本体の側面５０ａで開口している先端開放部７０を設けている。先端開放部７０は、開口部７０ａにおいては内壁面５１ａを有しておらず、開放状態である。そのため、先端開放部７０を通る巻線３には、無理な力が一切加わることがなく、巻線３が強く引っ張られないため、巻線３の伸び率の上昇をさらに防止することができる。また、上述したように、部分Ｓの長さｓが長いほど、第１交差部５７のＲ曲面形状が緩くなる。実施の形態１では、巻線通し部５１を傾斜させ、且つ、先端開放部７０を設けたことで、巻線ノズル５０の直径に対して、長さｓを最大限長くしている。そのため、実施の形態１では、巻線３に最も引っ張り負荷がかからない構造を実現させている。

また、図１７に示すように、比較例では、巻線挿入口１５５ａが中心軸Ａからずれて偏心して配置されている。そのため、巻線挿入口１５５ａから巻線通し部１５１に巻線３を挿入する際に、図１７に示すように、巻線３を曲げて変形させた状態で挿入する必要がある。これにより、巻線３に無理な力が加わり、巻線３の伸び率が上昇する。これに対して、実施の形態１では、図１２に示すように、巻線挿入口５５ａが中心軸Ａ上に配置されている。そのため、巻線挿入口５５ａから巻線通し部５１に巻線３を挿入する際に、図１２に示すように、巻線３を変形させる必要がないため、巻線３に無理な力が加わらず、巻線３の伸び率の上昇を防止することができる。また、実施の形態１では、巻線通し部５１を傾斜して配置しているため、巻線３がスムーズに通り、巻線動作時の巻線引っ張り負荷が小さい。

以上のように、実施の形態１では、巻線通し部５１を、巻線ノズル５０の中心軸Ａに対して傾斜させて配置している。これにより、巻線通し部５１を傾斜させない場合と比較して、第１交差部５７のＲ曲面形状が大きくなり、Ｒ曲面の半径Ｒが大きくなる。実施の形態１は、第１交差部５７の半径Ｒ又は曲率が、巻線ノズル５０の直径に対して最大限大きくできる構造である。このように、第１交差部５７のＲ曲面形状が大きくなると、巻線３に無理な力が加わらず、巻線３の引っ張り負荷が小さくなるので、巻線３の伸び率が上昇することを防止することができる。

さらに、実施の形態１では、巻線通し部５１の先端面５６側の端部に、巻線ノズル５０本体の側面５０ａ－２で開口している先端開放部７０を設けている。先端開放部７０は、内壁面５１ａを有しておらず、外部に対して開放状態である。そのため、先端開放部７０を通る巻線３の動きは、内壁面５１ａによって抑制されない。その結果、先端開放部７０を通る巻線３には、無理な力が一切加わることがなく、巻線３が強く引っ張られないため、巻線３の伸び率の上昇をさらに防止することができる。

また、実施の形態１では、巻線通し部５１が、貫通孔から形成された貫通孔部７１を有している。貫通孔部７１は、内壁面５１ａを有している。そのため、巻線３は、貫通孔部７１においては、内壁面５１ａによって周囲が覆われているため、巻線ノズル５０から離脱することはない。これにより、巻線機１００の巻線３の巻線動作中、渡り線３Ａの配線動作中、及び、Ｕ側インシュレータ４及びＬ側インシュレータ５への巻線３の絡げ動作中に、巻線３が巻線ノズル５０から外れることを防止することができる。

実施の形態１では、巻線通し部５１を、巻線ノズル５０の中心軸Ａに対して傾斜させて配置している。また、巻線挿入口５５ａを、固定側端面５５の中央部分に配置している。また、巻線通し部５１の傾斜方向を、先端溝部５２の延設方向と反対方向にしている。これにより、巻線３が挿入される巻線挿入口５５ａ付近、及び、巻線３が引き出される巻線供給口５３付近では、巻線ノズル５０の内壁面５１ａが肉厚になっている。これにより、巻線ノズル５０の強度が確保される。

１ 鉄心、１ａ ティース、１ｂ スロット面、２ コイル、３ 巻線、３Ａ 渡り線、３ａ 巻き付け部、３ｂ 巻線引き出し部、３ｃ 頂点、４ Ｕ側インシュレータ、５ Ｌ側インシュレータ、１０ 固定子、１１ 回転子、１２ 回転軸、２０ 電動機、５０ 巻線ノズル、５０ａ 側面、５０ａ－１ 側面、５０ａ－２ 側面、５１ 巻線通し部、５１ａ 内壁面、５２ 先端溝部、５２ａ 内壁面、５３ 巻線供給口、５５ 固定側端面、５５ａ 巻線挿入口、５６ 先端面、５６ａ 巻線供給部、５７ 第１交差部、５８ 第２交差部、５９ 第３交差部、６０ 駆動ユニット、６１ ノズル保持部、６２ 滑車、６３ テンショナ部、６４ 巻線ボビン、７０ 先端開放部、７０ａ 開口部、７１ 貫通孔部、８０ 制御装置、９０ 矢印、１００ 巻線機、１５０ 巻線ノズル、１５１ 巻線通し部、１５１ａ 内壁部、１５５ 固定側端面、１５５ａ 巻線挿入口、１５６ 先端面、１５７ 第１交差部、１５８ 第２交差部、２００ 圧縮機、２００ａ 筐体、２００ｂ 圧縮機構、２００ｃ 吸入口、２００ｄ 吐出口、Ａ 中心軸、Ｄ１ 矢印、Ｄ２ 矢印、Ｄ３ 矢印。

Claims (11)

1. 鉄心に巻線を巻き付けてコイルを形成する巻線機で用いられ、柱状の外形形状を有し、先端面から前記巻線が引き出され、前記鉄心の周囲を移動して、前記巻線を前記鉄心に巻き付ける巻線ノズルであって、
   前記巻線機のノズル保持部に取り付けられる固定側端面である第１端面と、
   前記巻線が引き出される前記先端面である第２端面と、
   前記第１端面から前記第２端面にわたって巻線が通るように、前記第１端面から前記第２端面まで前記巻線ノズルの長手方向に延びた巻線通し部と、
   前記巻線通し部と連通して前記第２端面に溝状に形成された先端溝部と
   を備え、
   前記先端溝部は、前記第２端面において、前記巻線ノズルの外周を構成する第１側面から前記巻線ノズルの外周を構成し前記第１側面に対向する第２側面まで延設され、
   前記巻線通し部は、前記巻線ノズルの長手方向に延びる中心軸に対して前記第１端面側から前記第２端面側に向かうに従って前記第２側面側から前記第１側面側に延びるように傾斜して配置され、
   前記巻線通し部の前記中心軸に対して傾斜する方向は、前記先端溝部の延設方向と反対方向である、
   巻線ノズル。
2. 前記巻線通し部は、前記巻線通し部の前記第２端面側の端部に設けられ、前記先端溝部と連通する先端開放部を有し、
   前記先端開放部は、前記巻線ノズルの前記第１側面で開口されている、
   請求項１に記載の巻線ノズル。
3. 前記巻線通し部は、前記第１端面から前記先端開放部までを貫通する貫通孔で形成された貫通孔部を有している、
   請求項２に記載の巻線ノズル。
4. 前記巻線通し部の前記第１端面側の端部には、前記巻線を挿入する巻線挿入口が設けられ、
   前記巻線挿入口は、前記巻線ノズルの前記第１端面において前記中心軸上に配置されている、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の巻線ノズル。
5. 前記巻線通し部の内壁面と前記先端溝部の内壁面とが交わる第１交差部は、
   曲面による連続した面で接続されている、
   請求項１～４のいずれか１項に記載の巻線ノズル。
6. 前記第１端面から前記第２端面までの間に配置されている前記巻線ノズルの前記第１側面と前記先端溝部の内壁面とが交わる第２交差部は、
   曲面による連続した面で接続されている、
   請求項１～５のいずれか１項に記載の巻線ノズル。
7. 前記第１端面と前記巻線通し部の内壁面とが交わる第３交差部は、
   曲面による連続した面で接続されている、
   請求項１～６のいずれか１項に記載の巻線ノズル。
8. 少なくとも１つの請求項１～７のいずれか１項に記載の巻線ノズルと、
   前記巻線ノズルを保持するノズル保持部と、
   前記ノズル保持部を水平方向に移動させる駆動ユニットと
   を備えた、巻線機。
9. 前記巻線ノズルは、
   当該巻線ノズルの前記中心軸を軸にして自転可能に前記ノズル保持部に保持される、
   請求項８に記載の巻線機。
10. 前記巻線ノズルの水平方向位置及び前記巻線ノズルの前記中心軸を軸とする自転角度を制御する制御装置をさらに備え、
    制御装置は、
    前記巻線のうち前記巻線ノズルの前記先端溝部から前記鉄心のティースに巻き付けられた巻き付け部までの間の部分を巻線引き出し部としたときに、
    前記巻線引き出し部と前記先端溝部の延設方向とが成す角度が一定の値となるように、前記水平方向位置及び前記自転角度を制御する、
    請求項９に記載の巻線機。
11. 少なくとも１つの前記巻線ノズルは、
    複数の巻線ノズルから構成され、
    前記複数の巻線ノズルは、
    同時に動くように構成されている、
    請求項８～１０のいずれか１項に記載の巻線機。

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