JP7422991B2

JP7422991B2 - 巻線機構

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Publication number: JP7422991B2
Application number: JP2019174832A
Authority: JP
Inventors: 秀一園原; 秀思松下
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2024-01-29
Anticipated expiration: 2039-09-26
Also published as: JP2021052535A

Description

本発明は、ステータにコイルを形成する巻線機構に関し、特に回転式ノズルを備えるステータコイルの巻線機構に関する。

従来より、レゾルバの励磁コイルと出力コイルとからなるステータコイルは、巻線機構によりティースに巻回されて形成されている。ステータコイルを形成するマグネットワイヤは、巻線機構の先端部から供給され、ステータの開口部に周方向等間隔に備えられているティースにそれぞれ巻回され、ステータコイルが形成されている。ステータの開口部内にティースが設けられているインナー型のステータでは、開口部内の空間が狭いため、開口部内に挿入されてマグネットワイヤを巻回する機構部は小型である必要がある。また、１つのティースにコイルを形成するのに、マグネットワイヤをティースに何度も巻回しなければならない。そのため、巻線機構と、ステータを保持しながら正逆方向に小刻みに回転させる回転台とをうまく連動させる制御が必要であった。

特許文献１に記載されている巻線機構では、先端からマグネットワイヤが引き出され、環状ステータの中心軸方向に往復動するニードルアームと、ステータを保持し、ティース１つ分の周方向の角度範囲内で小刻みに正転逆転を繰り返す回転台とを連動させて、ティースにコイルを形成するように構成されている。

特開２００２－１９９６７３号公報

しかしながら、上記の巻線機構では、ニードルアームの往復動と、ステータの正逆方向の小刻みの回転との同期制御をする必要があり、制御が複雑となっていた。このような機構において、巻線時間を短縮するために巻線機構の動作を高速化すると、ニードルアームが往復動する構造のため、振動が発生していた。また、高速化するほどマグネットワイヤに係るテンションの変動量が大きくなるため、安定したテンション制御ができなかった。上記理由により、巻線機構の高速化は困難であった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ティースにマグネットワイヤを巻回する巻回時間を短縮できる巻線機構を提供することを目的としている。

本発明の巻線機構は、Ｌ字形状の板状の部材をなすフレーム部材と、フレーム部材に配置されたモータ及び回転部材とを有し、フレーム部材の第１面には、ノズル部材を保持する支持部材が設けられ、ノズル部材近傍のステータのティースにステータコイルを形成する巻線機構であって、ティースに巻回されるマグネットワイヤがノズル部材により引き出し可能に保持され、ノズル部材が回転してティースにマグネットワイヤを巻回する。

また、本発明の巻線機構では、ノズル部材はマグネットワイヤを引き出し可能に保持する供給部を有しており、ノズル部材が第１軸を中心に回転するとともに、供給部は第１軸からオフセットして回転して、ティースにマグネットワイヤを巻回してもよい。

また、本発明の巻線機構は、ノズル部材を回転させるモータを備え、モータのモータ回転軸と、第１軸とは異なる軸であってもよい。

また、本発明の巻線機構は、モータの駆動力が伝達される回転部材と、ノズル部材が固定され、ノズル部材と共に回転する支持部材と、フレーム部材に回転可能に保持され、回転部材と、支持部材とを連結している連結軸と、を備え、回転部材に伝達された駆動力が連結軸を介して支持部材に伝達されてもよい。

また、本発明の巻線機構が有する連結軸は、一端部から他端部まで軸中空部を有しており、マグネットワイヤは軸中空部を介して供給されてもよい。

また、本発明の巻線機構が備えるノズル部材は、先端部に供給部と、基端部に経由部とが設けられており、マグネットワイヤは経由部と、供給部とを介して供給されてもよい。

本発明によれば、巻回するマグネットワイヤを供給し、回転してティースにマグネットワイヤを巻回する供給部材を備えているため、コイルをティースに高速で形成することができる。

本発明によれば、供給部材が第１軸を中心に回転するとともに、マグネットワイヤを引き出し可能に保持する供給部は第１軸からオフセットして回転するため、コイルをティースに高速で効率よく形成することができる。

また、本発明によれば、本発明の巻線機構は、供給部材を回転させるモータのモータ回転軸と、第１軸とは異なる軸であるため、ステータの開口部に挿入する供給部材を小型に形成することができる。

また、本発明によれば、モータの駆動力が伝達される回転部材と、供給部材が固定され、供給部材と共に回転する支持部材と、フレーム部材に回転可能に保持され、回転部材と、支持部材とを連結している連結軸と、を備え、回転部材に伝達された駆動力が連結軸を介して支持部材に伝達されるため、小型の巻線機構により、効率よく駆動力を供給部材に伝達することができる。

また、本発明によれば、連結軸が有する軸中空部を有し、マグネットワイヤは軸中空部を介して供給されるため、小型の巻線機構とすることができる。

また、本発明によれば、供給部材は、供給部材の先端部の供給部と、供給部材の基端部の経由部とを介して供給されるため、マグネットワイヤを効率よくかつ確実に供給できる小型の巻線機構とすることができる。

本発明の実施の形態に係る巻線機構を示した正面からの斜視図である。図１の巻線機構を示した背面からの斜視図である。図１の巻線機構の要部を示した上面拡大図である。図１の巻線機構の要部を示した上面拡大図である。

図１～図２には、本発明の実施の形態１に係る巻線機構１００が示されている。図１は、巻線機構を示した正面からの斜視図であり、巻線機構１００の要部が示されている。また、図２は、巻線機構を示した背面からの斜視図であり、巻線機構１００の駆動装置が示されている。

本発明の実施の形態に係る巻線機構１００は、ステータ２００に巻回されるマグネットワイヤ１と、マグネットワイヤ１をステータ２００に巻回する供給部材１０と、供給部材１０を保持する支持部材４０と、駆動力を発生するモータ６０と、モータ６０の駆動力を伝達するベルト９０と、ベルト９０により駆動力が伝達される回転部材７０と、支持部材４０と回転部材７０とを連結する連結軸８０と、連結軸８０を回転可能に保持するフレーム部材５０とを備えている。なお、ステータ２００は、図示しない回転台に水平に保持されている。

フレーム部材５０は、モータ６０など巻線機構１００を構成する上記部材を保持している部材である。フレーム部材５０は、Ｌ字形状に形成されている板状の部材であり、一方側の面である第１面５１と、第１面５１に対し反対面である第２面５２とを有している。図１～図２からわかるように、第１面５１側には、供給部材１０と、支持部材４０とが配置されている。また、第２面５２側には、モータ６０と、回転部材７０とが配置されている。

ステータ２００は周知の構造であり、環状のステータコアの内周に複数のティースが形成されているインナー型のステータである。ステータ２００は、環状に形成されたステータコア２１０と、環状のステータコア２１０の内部に形成されている開口部２０１と、ステータコア２１０の内周において周方向一定間隔に、ステータコア２１０の中心部に向かって突出して形成されている複数のティース２２０と、隣り合う２つのティース２２０の間にある複数のスリット２２１と、を備えている。なお、図３では、本巻線機構１００によってマグネットワイヤ１がティース２２０に巻回されてコイル２２２が形成された状態が示されている。本巻線機構１００は小型化されているため、開口部２０１が小さい小型のステータ２００でも適用可能である。

マグネットワイヤ１は、ステータ２００のティース２２０に巻回されてステータコイル２２２を形成する部材である。マグネットワイヤ１は、供給部材１０により、各ティース２２０に巻回される。

供給部材１０は、供給されるマグネットワイヤ１をステータ２００に巻回する部材である。供給部材１０は、先端部１１と、基端部１３と、先端部１１と基端部１３との間の中間部１５、とを有している。また、先端部１１には開口部である供給部１２、基端部１３には開口部である経由部１４がそれぞれ設けられている。供給部材１０の内部には、先端部１１から基端部１３まで、中空部１６が設けられている。すなわち、マグネットワイヤ１は、経由部１４、及び、中空部１６を介し、供給部１２から引き出されて、ティース２２０に供給される。

実施の形態では、供給部材１０はノズル部材１０Ａとして示されている。供給部材１０における、先端部１１、供給部１２、基端部１３、経由部１４、中間部１５、及び、中空部１６は、ノズル部材１０Ａにおける、先端部１１Ａ、供給部１２Ａ、基端部１３Ａ、経由部１４Ａ、中間部１５Ａ、及び、中空部１６Ａに、それぞれ相当する。

すなわち、ノズル部材１０Ａは、先端部１１Ａと、基端部１３Ａと、ノズル中間部１５Ａとを有している。ノズル部材１０Ａの内部には、先端部１１Ａから基端部１３Ａまで、中空部１６Ａが設けられている。供給部１２Ａは、経由部１４Ａと、中間部１５Ａとを介して供給されるマグネットワイヤ１が引き出される部位である。

支持部材４０は、供給部材１０、すなわちノズル部材１０Ａを保持する部材である。支持部材４０は、一端部貫通孔４２が設けられている支持部材一端部４１と、他端部貫通孔４４が設けられている支持部材他端部４３と、支持部材一端部４１と支持部材他端部４３との間に形成されている支持部材中間部４５とを有している。支持部材４０は、支持部材中間部４５の両端部に、支持部材一端部４１と、支持部材他端部４３とを直交させて接続した、Ｕ字形状に形成されている。

一端部貫通孔４２は、支持部材一端部４１に設けられている貫通孔である。支持部材一端部４１の一端部貫通孔４２が設けられている部位には、ノズル部材１０Ａの基端部１３Ａが、中空部１６Ａと一端部貫通孔４２とのそれぞれの中心軸を同軸にして固定されている。すなわち、一端部貫通孔４２は、ノズル部材１０Ａの中空部１６Ａと連通している。支持部材４０は、他端部貫通孔４４を通る第１軸Ｘ－Ｘを中心に回転する。ノズル部材１０Ａは、第１軸Ｘ－Ｘからオフセットされて支持部材４０に固定されている。それにより、マグネットワイヤ１が引き出される供給部１２Ａは、第１軸Ｘ－Ｘから所定距離離れて配置されている。すなわち、供給部１２Ａは、第１軸Ｘ－Ｘとの所定距離を回転半径として、第１軸Ｘ－Ｘを中心に回転する。

モータ６０は、駆動力を発生する部材である。モータ６０は、取付部材を介してフレーム部材５０の第２面に固定されている。モータ６０はモータプーリー６１を有している。図１～図２に示されているように、モータプーリー６１はモータ回転軸Ｙ－Ｙを中心に回転する。モータ６０は、例えば小型のサーボモータである。

フレーム部材５０の一端部である第１部分５３には、ノズル部材１０Ａを保持している支持部材４０と、回転部材７０とが配置されている。第１部分５３には、フレーム部材貫通孔５５が設けられている。フレーム部材貫通孔５５には、軸受５６を介して、連結軸８０が第１軸Ｘ－Ｘを回転中心として、回転可能に保持されている。軸受５６は、周知の軸受、例えば、玉軸受、ころ軸受、又は、滑り軸受の何れかである。

回転部材７０は、モータ６０から伝達された駆動力を、連結軸８０を介して支持部材４０に伝達する部材である。回転部材７０は、中心部に中心孔７１と、外周部に外周面７２とを有し、円盤形状に形成されている。回転部材７０は、回転部材７０の外周面７２にベルト９０がかけられており、モータプーリー６１からモータ６０の駆動力が伝達される。ベルト９０は、周知のように、可撓性の樹脂部材で環状に形成されている。

連結軸８０は、連結軸一端部８１と、連結軸他端部８２と、連結軸一端部８１と連結軸他端部８２との間に設けられている軸中空部８５とを有している。また、連結軸一端部８１には一端開口部８２、及び、連結軸他端部８３には他端開口部８４がそれぞれ設けられている。一端開口部８２と他端開口部８４とは、軸中空部８５により連通している。連結軸一端部８１には、支持部材４０が支持部材４０の他端部貫通孔４４に連結軸一端部８１が嵌め合わされて固定されている。また、連結軸他端部８３には、回転部材７０の中心孔７１が嵌め合わされて、回転部材７０が固定されている。すなわち、連結軸８０の各々の端部に固定されている支持部材４０と、回転部材７０とは、連結軸８０と共に、フレーム部材５０に回転自在に保持されている。連結軸８０の一端開口部８２、軸中空部８５、及び、他端開口部８４は、ノズル部材１０Ａに供給されるマグネットワイヤ１が通る供給路である。

＜導線巻回方法＞
次に、本巻線機構１００を用いて、ステータ２００にステータコイル２２２を形成する方法を説明する。まず、ステータ２００を図示しない回転台に保持し、巻線機構１００をステータ２００に対しセットする。図３は、巻線機構１００のノズル部材１０Ａが、隣り合う２つのティース２２０、２２０の間のスリット２２１に配置された状態を示している。連結軸８０の中心である第１軸Ｘ－Ｘが巻回するティース２２０の突出方向の中心軸Ｚ－Ｚと一致するように、巻線機構１００を配置する。なお、ステータ２００を固定している回転台は、ステータ２００を保持したまま、ステータ２００の開口部２０１の中心を回転中心に回転できるように構成されている。

次に、巻線機構１００の所定経路に配線されているマグネットワイヤ１を、供給部１２Ａから引き出し、ステータ２００のティース２２０を介して、マグネットワイヤ１の端部を所定箇所に固定する。図４には、巻線機構１００を配線されているマグネットワイヤ１の経路が示されている。マグネットワイヤ１は、図示しない導線供給部材から連結軸８０まで、所定の経路を通って配線されている。図４に示されているとおり、マグネットワイヤ１は、連結軸８０の一端開口部８２、軸中空部８５、及び、他端開口部８４を通り、支持部材の他端部貫通孔４４、及び、一端部貫通孔４２を通って、ノズル部材１０Ａの経由部１４Ａ、及び、供給部１２Ａに配線されている。

マグネットワイヤ１の端部がステータの所定箇所に固定された後、巻線機構１００によりマグネットワイヤ１がティース２２０に所定回数巻回されて、ステータコイル２２２が形成される。１つのティース２２０への巻回が完了すると、次に巻回するティースの中心軸Ｚ－Ｚが、第１軸Ｘ－Ｘと一致する位置まで、ステータ２００を固定している回転台が回転する。次に巻回するティース２２０に隣接するスリット２２１にノズル部材１０Ａが配置されて、次に巻回するティース２２０にマグネットワイヤ１の巻回を行う。なお、巻回は、同じ種類のコイルが連続して行なわれる。具体的には、１次励磁コイル、２次励磁コイル、又は、出力コイルごとに連続して巻回するように、同じ種類のステータコイル２２２が形成されるティース２２０が飛び飛びで選択されて、次の巻回を行う。同じ種類のステータコイル２２２ごとに巻回を行い、全てのティース２２０にステータコイル２２２を形成したら、作業を終了する。

本発明の実施の形態に係る巻線機構１００は、ティース２２０に巻回されるマグネットワイヤ１を引き出し可能に保持し、回転してティース２２０にマグネットワイヤ１を巻回する供給部材１０を備えている。

したがって、本発明によれば、ティース２２０にマグネットワイヤ１を巻回する巻回時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態に係るステータコイルの巻線機構は、環状のステータコアの内周に複数のティースが形成されているインナー型のステータコアに適用する形態について説明したが、環状のステータコアの外周に複数のティースが形成されているアウター型のステータにも適用可能である。

また、レゾルバのステータにコイルを形成する形態のみでなく、モータのステータにコイルを形成する形態にも適用可能である。

また、供給部材１０の例として、先端部１１Ａに開口部である供給部１２Ａと、基端部１３Ａに開口部である経由部１４Ａと、供給部１２Ａと経由部１４Ａとを連通する中空部１５Ａと、を有するノズル部材１０Ａを示し、マグネットワイヤ１が中空部１６Ａを通って先端部１１Ａの供給部１２Ａから供給される実施例について説明した。これ以外の実施例として、供給部材１０が中空部１５Ａを有さなくても可能である。例えば、中空部１６を有さない棒状の長手部材の供給部材１０の長手方向における先端部１１等の１ケ所、先端部１１と基端部１３等の２ケ所、又は３ケ所以上の複数個所において、マグネットワイヤ１を引き出し可能に保持できるフック、又は、中心に孔を有するリングを必要数設けられた供給部材１０を備えることも可能である。

１マグネットワイヤ、１０供給部材、１１先端部、１２供給部、
１３基端部、１４経由部、４０支持部材、５０フレーム部材、６０モータ、
７０回転部材、８０連結軸、８１連結軸一端部、８３連結軸他端部、
８５軸中空部、２００ステータ、２２０ティース、２２２ステータコイル

Claims

Ｌ字形状の板状の部材をなすフレーム部材（５０）と、前記フレーム部材（５０）に配置されたモータ（６０）及び回転部材（７０）とを有し、前記フレーム部材（５０）の第１面（５１）には、ノズル部材（１０Ａ）を保持する支持部材（４０）が設けられ、
前記ノズル部材（１０Ａ）近傍のステータ（２００）のティース（２２０）にステータコイル（２２２）を形成する巻線機構であって、
前記ティース（２２０）に巻回されるマグネットワイヤ（１）が前記ノズル部材（１０Ａ）により引き出し可能に保持され、
前記ノズル部材（１０Ａ）が回転して前記ティース（２２０）に前記マグネットワイヤ（１）を巻回する巻線機構。
前記ノズル部材（１０Ａ）は、前記マグネットワイヤ（１）を引き出し可能に保持する供給部（１２）を有し、
前記ノズル部材（１０Ａ）は第１軸（Ｘ－Ｘ）を中心に回転するとともに、
前記供給部（１２）は前記第１軸（Ｘ－Ｘ）からオフセット配置された状態で回転して、前記ティース（２２０）に前記マグネットワイヤ（１）を巻回する請求項１に記載された巻線機構。
前記ノズル部材（１０Ａ）を回転させる前記モータ（６０）を備え、
前記モータ（６０）のモータ回転軸（Ｙ－Ｙ）と、前記第１軸（Ｘ－Ｘ）とは異なる軸である請求項２に記載された巻線機構。
前記モータ（６０）の駆動力が伝達される前記回転部材（７０）と、
前記ノズル部材（１０Ａ）が固定され、前記ノズル部材（１０Ａ）と共に回転する前記支持部材（４０）と、
前記フレーム部材（５０）に回転可能に保持され、前記回転部材（７０）と、前記支持部材（４０）とを連結している連結軸（８０）と、を備えており、
前記回転部材（７０）に伝達された前記駆動力が前記連結軸（８０）を介して前記支持部材（４０）に伝達される請求項３に記載された巻線機構。
前記連結軸（８０）は、前記連結軸（８０）の連結軸一端部（８１）から連結軸他端部（８３）まで軸中空部（８５）を有し、
前記マグネットワイヤ（１）は前記軸中空部（８５）を介して供給される請求項４に記載された巻線機構。
前記ノズル部材（１０Ａ）は、前記供給部（１２）を有する先端部（１１）と、経由部（１４）を有する基端部（１３）とが設けられており、前記マグネットワイヤ（１）は前記経由部（１４）と、前記供給部（１２）とを介して供給される請求項２に記載された巻線機構。