(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多極の回転子の突極部に電線を整列させながら多層巻きする回転子への巻線方法において、
先端にスリット状の開口部を有する平板形状をなし、該開口部の長辺方向の少なくとも一辺と、短辺方向の少なくとも一辺とには、テーパ状に広がる内壁が形成されたノズルを用い、
垂直多関節ロボットを用いて、前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺の平板面が、巻線を施すべき突極部に常に向くようにノズルを回転させると共に、前記突極部の回りを周回するようにノズルを移動させながら、ノズルから繰り出される電線を前記突極部に巻き付けることを特徴とする回転子への巻線方法。
【請求項２】
前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺と対向する辺の外側面は、先端に向かうほど薄くなるようなテーパ壁をなしている請求項１記載の回転子への巻線方法。
【請求項３】
前記ノズルは、前記突極部の周壁に対して外側に傾斜した角度を変えながら、前記突極部を周回させる請求項２記載の回転子への巻線方法。
【請求項４】
前記ノズルが前記突極部どうしの間隙を通るとき、該間隙の長さ方向の中間部において、前記ノズルが前記回転子の半径方向外方に移動して巻線を行う請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転子への巻線方法。
【請求項５】
回転子を支持する支持台と、回転子の回転軸を把持して位置決めを行うチャックと、前記支持台の側方に配置された多関節ロボットと、この多関節ロボットの可動部先端に取付けられ、電線を繰り出す開口部を有するノズルとを備え、
前記ノズルは、先端にスリット状の開口部を有する平板形状をなし、該開口部の長辺方向の少なくとも一辺と、短辺方向の少なくとも一辺とには、テーパ状に広がる内壁が形成されており、
前記垂直多関節ロボットは、前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺の平板面が、巻線を施すべき突極部に常に向くようにノズルを回転させると共に、前記突極部の回りを周回するようにノズルを移動させながら、ノズルから繰り出される電線を前記突極部に巻き付けることを特徴とする回転子への巻線装置。
【請求項６】
前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺と対向する辺の外側面は、先端に向かうほど薄くなるようなテーパ壁をなしている請求項５記載の回転子への巻線装置。
【請求項７】
回転子コアの突極に、絶縁された電線を直巻してなる回転子において、前記回転子コアが一体に形成されたものからなり、前記回転子コアの突極数が６以上であって、前記回転子コアの直径が４００ｍｍ以上であり、かつ、電線の太さが２ｍｍ以上のものからなり、前記突極の基部側から先端側に向けて電線が整列して多層に連続して巻き付けられていることを特徴とする回転子。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の巻線方法によって製造されたものである請求項７記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば同期発電機等に使用される回転子に電線を巻き付ける回転子への巻線方法、巻線装置及び該巻線方法によって得られる回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
同期発電機等に使用される回転子は、例えば直径が５０〜１００ｃｍ程度の大きな積層コアを有し、このコアの突極部の回りに、例えば直径が２〜３ｍｍ程度の、絶縁被膜された太い電線を配置して構成されている。
【０００３】
小型モータ等の回転子においては、その突極部にフライヤー等で電線を巻き付けることが一般に行われているが、上記のような大きな回転子の突極部に、上記のように太い電線をフライヤー等で巻き付けることは、極めて困難であった。
【０００４】
すなわち、上記大型の回転子は、多極構造をなしており、突極部どうしの間隙が極めて狭いため、電線を繰り出すノズルを突極部の外周に沿って移動させる必要があり、フライヤーのような単純な回転運動によって巻線を施すことができなかった。
【０００５】
このため、従来、上記のような大型多極回転子に電線を装着させる方法としては、電線を予め所定の長さのループに巻いてコイル状にしておき、このコイルを回転子の磁極部周りの間隙に手作業で挿入しつつ、コイルを磁極部に装着する方法、もしくは突極部のみ単独構造をなしているものに巻線を行い、ダブテール構造で回転子に組み付ける方法が採用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、多数のコイルを手作業で磁極部周りの間隙に挿入しなければならず、また、突極部を回転子に組み付けるに際しても、多大な労力と熟練が要求され、生産性が極めて悪いという問題があった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、多極の大型突極型回転子に電線を損傷させることなく自動的に巻き付けることができるようにした回転子への巻線方法、巻線装置及び該巻線方法によって得られる回転子を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の回転子への巻線方法は、多極の回転子の突極部に電線を整列させながら多層巻きする回転子への巻線方法において、
先端にスリット状の開口部を有する平板形状をなし、該開口部の長辺方向の少なくとも一辺と、短辺方向の少なくとも一辺とには、テーパ状に広がる内壁が形成されたノズルを用い、
垂直多関節ロボットを用いて、前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺の平板面が、巻線を施すべき突極部に常に向くようにノズルを回転させると共に、前記突極部の回りを周回するようにノズルを移動させながら、ノズルから繰り出される電線を前記突極部に巻き付けることを特徴とする。
【０００９】
本発明の巻線方法によれば、垂直多関節ロボットを用いて突極部の回りを周回するようにノズルを移動させることにより、周回位置に応じてノズルの角度や移動速度を自由に調整することができ、それによって電線の絶縁被膜が損傷することを防ぎつつ、電線を整列させながら多層巻きすることが可能となる。
【００１０】
また、前記ノズルは、先端にスリット状の開口部を有する平板形状をなし、該開口部の長辺方向の少なくとも一辺と、短辺方向の少なくとも一辺とには、テーパ状に広がる内壁が形成されており、前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺の平板面が、巻線を施すべき突極部に常に向くようにノズルを回転させて巻くことにより、電線がノズルの開口部周縁に鋭い角度で当たって曲がることが防止され、ノズルの開口部周縁に強くこすられて電線の絶縁被膜が損傷することを防止できる。
本発明の巻線方法において、前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺と対向する辺の外側面は、先端に向かうほど薄くなるようなテーパ壁をなしていることが好ましい。
【００１１】
また、前記ノズルは、前記突極部の周壁に対して外側に傾斜した角度を変えながら、前記突極部を周回させることが好ましい。この態様によれば、ノズルを突極部の周壁に対して外側に傾斜させることによって、ノズルの開口部周縁に電線がきつい角度で当たりにくくなる。また、例えばノズルが突極部の両端を回るときには、突極部どうしの間隙を通るときより更に大きく外側に傾斜させることにより、電線の繰り出し方向が急激に変わる上記の部分においても、電線がノズルの開口部周縁にきつい角度で当たることが防止され、電線の絶縁被膜の損傷を効果的に防止できる。
【００１２】
更に、前記ノズルが前記突極部どうしの間隙を通るとき、該間隙の長さ方向の中間部において、前記ノズルが前記回転子の半径方向外方に移動して巻線を行うことが好ましい。この態様によれば、突極部の回りに電線が多層に巻き付けられて、突極部どうしの間隙がますます狭くなったとき、ノズルを突極部どうしの間隙の中間部においては奥方まで挿入しなくても、突極部の間隙の両端部においてノズルを奥方に挿入することにより、突極部の基部側に電線を巻き付けることができ、ノズルが既に巻き付けられた電線に接触して絶縁被膜が損傷することを防止することができる。
【００１３】
一方、本発明の回転子への巻線装置は、回転子を支持する支持台と、回転子の回転軸を把持して位置決めを行うチャックと、前記支持台の側方に配置された多関節ロボットと、この多関節ロボットの可動部先端に取付けられ、電線を繰り出す開口部を有するノズルとを備え、
前記ノズルは、先端にスリット状の開口部を有する平板形状をなし、該開口部の長辺方向の少なくとも一辺と、短辺方向の少なくとも一辺とには、テーパ状に広がる内壁が形成されており、
前記垂直多関節ロボットは、前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺の平板面が、巻線を施すべき突極部に常に向くようにノズルを回転させると共に、前記突極部の回りを周回するようにノズルを移動させながら、ノズルから繰り出される電線を前記突極部に巻き付けることを特徴とする。
【００１４】
上記巻線装置によれば、回転子を支持台上に設置し、チャックによって回転軸を把持して位置決めさせ、支持台の側方に配置された多関節ロボットを作動させて、ノズルを突極部の回りに周回させることによって、電線を突極に巻き付けることができる。このとき、多関節ロボットの動作を制御することにより、ノズルの角度や移動速度を、突極部に対する移動位置に応じて最適な条件となるように変更することができ、電線の絶縁被膜の損傷を防止しつつ、大型の回転子の突極部に比較的太い電線を機械的に巻き付けることが可能となる。
【００１５】
また、ノズルが平板状をなしているので、突極部どうしの狭い間隙にもノズルを挿入することができ、太い電線にも耐えられる強度を付与することができる。更に、前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺の平板面が、巻線を施すべき突極部に常に向くようにノズルを回転させて巻くことにより、電線がノズルの開口部周縁に鋭い角度で当たって曲がることが防止され、ノズルの開口部周縁に強くこすられて電線の絶縁被膜が損傷することを防止できる。
本発明の巻線装置において、前記ノズルの、前記テーパ状に広がる内壁とされた長辺方向の辺と対向する辺の外側面は、先端に向かうほど薄くなるようなテーパ壁をなしていることが好ましい。
【００１６】
更に、本発明の回転子は、回転子コアの突極に、絶縁された電線を直巻してなる回転子において、前記回転子コアが一体に形成されたものからなり、前記回転子コアの突極数が６以上であって、前記回転子コアの直径が４００ｍｍ以上であり、かつ、電線の太さが２ｍｍ以上のものからなり、前記突極の基部側から先端側に向けて電線が整列して多層に連続して巻き付けられていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の回転子によれば、従来、機械的に巻線することが不可能であった大型多極回転子を提供することができる。この回転子は、上述した本発明の巻線方法によって機械的に巻線することが可能であり、今まで手作業で製造していた大型回転子を工業的に作業性よく製造することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の回転子は、回転子コアを一体に形成しておき、これに巻線することができるので、製造作業性が向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の巻線装置の一実施形態を説明する。
図１、２に示すように、この巻線装置は、基台１０と、回転子の支持台１１とを有している。支持台１１は、回転子１２の回転軸１３の両端部を回転可能に支持する一対の軸受け１１ａ、１１ｂとで構成されている。各軸受け１１ａ、１１ｂは、基台１０に配置されたレール１４に沿って、回転軸１２の軸方向に移動可能に設置されている。また、同じくレール１４上には、一方の軸受け１１ｂに隣接してチャック取付け台１５が設置され、チャック取付け台１５はレール１４に沿って移動可能とされている。このチャック取付け台１５には、支持台１１上に設置された回転子１２の回転軸１３を着脱可能に保持するチャック１６が、図示しない駆動機構によって回転自在に装着されている。また、基台１０の一方の端部に隣接してコントロールボックス１７が立設されている。更に、基台１０内には、軸受け１１ａ、１１ｂや、チャック取付け台１５をレール１４に沿って移動させるための、図示しない駆動機構が配置されている。
【００２０】
基台１０の一側方には、垂直多関節ロボット３０が設置されている。この垂直多関節ロボット３０は、図１、２中の一点鎖線ａ（図１）、ｂ（図２）、ｃ（図２）、ｄ（図１）、ｅ（図２）、ｆ（図１）を回転軸とする６軸の多関節ロボットであり、具体的にはファナック株式会社製の垂直多関節ロボット（型名「Ｓ４３０ｉ」）が使用されている。このように、多関節ロボット３０自体は、各社から市販されており、本発明においては、それらの中から目的に応じて適宜選択して使用することができる。
【００２１】
多関節ロボット３０の後方には、電線リールの受け台４０が設置されており、この受け台４０に設置された図示しない電線リールから繰り出される電線４１は、多関節ロボット３０に取付けられた電線ガイド４２を通して、ロボット３０の可動部先端に導かれるようになっている。
【００２２】
図３、４、５に示すように、ロボット３０の可動部先端、すなわち回転軸ｆによって回転する回転板３１には、支持板５０の一端がボルト５１によって取付けられている。支持板５０の他端部には、サーボモータ５２が設置され、その回転軸は支持板５０を貫通し、そこに駆動ギヤ５３が取付けられている。また、サーボモータ５２に隣接して軸受け５４が設置されており、この軸受け５４にノズル５５の基端部が回転自在に支持されている。ノズル５５の基端部には、上記駆動ギヤ５３に歯合する従動ギヤ５６が装着されており、サーボモータ５２の作動によって、駆動ギヤ５３及び従動ギヤ５６を介して、ノズル５５が図３中の矢印で示すように回転するようになっている。
【００２３】
支持板５０には、電線５１のガイドを取付けるためのガイド取付け板５７が立設されている。ガイド取付け板５７の上部には、一対のガイドリール５８、５９が取付けられている。また、ガイドリール５８、５９を通った電線４１を導入する一対のガイド孔６０、６１を有する板６２、６３が取付けられている。そして、板６２、６３の間には、スプリング６４によって電線４１に適度の通過抵抗を与えるテンション調節部６５が設置されている。電線４１は、ガイド孔６０、テンション調節部６５、ガイド孔６１を通り、軸受け５４の端面に設置された導入口６６からノズル５５内に導かれるようになっている。
【００２４】
図６、７に示すように、ノズル５５は、全体として平板状をなし、その内部に電線の挿通路７０を有している。挿通路７０は、ノズル５５の先端部において幅方向に広がり、スリット状の開口７１に至っている。この開口７１の長辺方向の一辺と、短辺方向の両辺とは、テーパ状に広がるテーパ壁７１ａ、７１ｂをなしている。また、テーパ壁７１ａに対向する長辺方向の辺の外側面は、先端に向かうほど薄くなるようなテーパ壁７２をなしている。
【００２５】
図８に示すように、巻線を施されるべき回転子１２は、回転軸１３と、その長さ方向中央部に装着された、積層鉄芯からなるコア８０とを有している。コア８０は、外周に複数、この実施形態の場合、６個の突極部８１を有し、各突極部８１の間は、スロット８２をなしている。また、突極部８１の両端面には、電線４１の保持枠８３が取付けられている。本発明において、前記コア８０は、突極数が６以上あって、直径が４００ｍｍ以上であることが好ましい。また、電線４１は、太さが２ｍｍ以上のものが好ましく使用される。
【００２６】
なお、図９は、ノズル５５が突極部８１の両端部を周回する状態を示す説明図であり、図１０、１１、１２は、コア８０の突極部８１にノズル５５で巻線を施すときの、ノズル５５と突極部８１との傾斜角を示す説明図である。
【００２７】
次に、上記巻線装置を用いて実施される、本発明の巻線方法の一実施形態について説明する。
【００２８】
巻線操作に先立って、回転子１２の回転軸１３の両端部を支持台１１の軸受け１１ａ、１１ｂに載せて支持する。チャック取付け台１５をレール１４に沿って移動させ、回転軸１３の一端をチャック１６で保持させる。この状態でチャック１６を回動させて、回転子１２を回動させ、回転子１２の所定の突極部８１が真上を向くように回転位置決めをする。
【００２９】
この状態で、垂直多関節ロボット３０と、その可動部先端に支持板５０を介して取付けられたサーボモータ５２とを、予め設定した所定のプログラムによって作動させながら、ノズル５５を回転子１２のコア８０の突極部８１に対して周回させることにより、巻線を施す。
【００３０】
このとき、ノズル５５から繰り出される電線４１が、突極部８１の基部側から突出側に、あるいは突出側から基部側に向けて一列に並びながら巻付けられ、保持枠８３のフランジ８４で折り返しながら多層に巻付けられるようにする。
【００３１】
ノズル５５は、突極部８１どうしの間のスロット８２内を通るとき、その扁平な面がスロット８２の方向に沿うようにして、かつ、突極部８１に対して外側に倒れるように傾斜した状態で移動する。なお、ノズル５５の、テーパ壁７１ａが形成された長辺が、巻線すべき突極部８１に向くように配置される。
【００３２】
図１０は、ノズル５５により突極部８１の突出方向の基部を巻くとき、すなわちスロット８２の奥方で巻くときの状態を示し、ノズル５５は突極部８１の側面に対して比較的小さな角度で外側に傾斜している。
【００３３】
図１１は、ノズル５５により突極部８１の突出方向の上記よりもやや高い位置を巻くとき、すなわちスロット８２のやや開口側に移動した位置で巻くときの状態を示し、ノズル５５は突極部８１の側面に対して上記よりも大きな角度で外側に傾斜している。
【００３４】
図１２は、ノズル５５により突極部８１の突出方向の先端部を巻くとき、すなわちスロット８２の最も開口側に移動した位置で巻くときの状態を示し、ノズル５５は突極部８１の側面に対して更に大きな角度で外側に傾斜している。
【００３５】
このようにノズル５５を傾斜させることによって、電線４１がノズル５５の開口部７１から繰り出されるとき、その開口縁部に強い角度で当たるのをできるだけ防止し、太い電線であっても絶縁被膜が損傷することを防止できる。ノズル５５の開口部７１には、前述したようにテーパ壁７１ａ、７１ｂが設けられているが、ノズル５５を傾斜させない場合、これらのテーパ壁だけでは、上記絶縁被膜の損傷を完全に防止することはできなかった。
【００３６】
また、図９に示すように、ノズル５５が突極部８１の両端部（コア８０の両端面）を周回するとき、サーボモータ５２（図３参照）の作動によってノズル５５が図９の矢印で示すように回動する。このため、ノズル５５の、テーパ壁７１ａが形成された長辺が、常に突極部８１に向くようにして、ノズル５５を周回させることができる。更に、多関節ロボット３０の動作によって、ノズル５５の突極部８１に対する外側への傾斜角が突極部８１の端部を回るにつれて変化するようになっている。すなわち、図９における位置▲１▼、▲２▼、▲３▼において、ノズル５５の外側への傾斜角（倒れ角）が▲３▼＞▲２▼＞▲１▼となるように、言いかえると突極部８１の端部に近いほど大きく外側に倒れるように変化しながら、周回するようになっている。
【００３７】
このようにノズル５５の外側への傾斜角を変化させつつ、テーパ壁７１ａが形成された長辺が、常に突極部８１に向くようにして、ノズル５５を周回させることにより、電線４１の繰り出し方向が急激に変化する、突極部８１の両端部を周回するときにおいても、電線４１がノズル５５の開口縁部に強い角度で当たることが防止され、電線４１の絶縁被膜の損傷を確実に防止することができる。
【００３８】
また、突極部８１に電線４１が多層に巻付けられ、巻付けられた電線４１によってスロット８２が狭くなり、その状態でノズル５５がスロット８２の奥方を移動するときは、ノズル５５の先端が、図８（ａ）中の一点鎖線Ｘで示すような経路で、スロット８２内を移動するようになっている。すなわち、ノズル５５は、スロット８２の長さ方向の中間部を通るとき、コア８０の外径側に浮き上がるようにして移動する。
【００３９】
電線４１が突極部８１の両端を周回するときは、ノズル５５がスロット８２から出ているので、ノズル５５をコア８０の内径側に移動させても、既に巻付けられた電線４１に接触することはない。一方、スロット８２の長さ方向の中間部を通るときに、ノズル５５をコア８０の外径側に浮き上がらせても、突極部８１の両端部で電線４１が正規の位置に巻き付けば、スロット８２の中間部を通る電線４１も張力によって自然に正規の位置に納まるので、電線４１の整列状態が崩れることがない。こうして、ノズル５５がスロット８２内を通過するときに、既に巻付けられた電線４１に接触することを防止できる。
【００４０】
更に、多関節ロボット３０による動作を制御することにより、ノズル５５の移動速度や、傾斜角度や、移動経路などを、巻線位置の変化に応じて自由に設定することができる。
【００４１】
こうして得られた回転子１２は、コア８０の突極部８１に、太さが２ｍｍ以上の絶縁された電線４１が、整列して多層に巻き付けられている。そして、コア８０は、６以上の突極部８１を一体に形成されており、直径が４００ｍｍ以上とされている。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、垂直多関節ロボットを用いて回転子のコアの突極部の回りを周回するようにノズルを移動させることにより、周回位置に応じてノズルの角度や、向きや、移動速度を自由に調整することができ、それによって電線の絶縁被膜が損傷することを防ぎつつ、電線を整列させながら多層巻きすることが可能となる。その結果、コアの突極数が６以上であって、直径が４００ｍｍ以上であり、かつ、電線の太さが２ｍｍ以上のものからなり、突極の基部側から先端側に向けて電線が整列して多層に巻き付けられた回転子を工業的に作業性よく製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転子への巻線装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】同巻線装置の側面図である。
【図３】同巻線装置におけるノズル取付け部を示す正面図である。
【図４】同ノズル取付け部の側面図である。
【図５】同ノズル取付け部の底面図である。
【図６】同巻線装置におけるノズルの先端部を示す斜視図である。
【図７】同ノズルの先端部を示す断面図である。
【図８】同巻線装置に適用される回転子の一例を示し、（ａ）は回転子全体を示す側面図、（ｂ）は突極部を示す部分断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ矢示線に沿った断面図である。
【図９】同巻線装置において、ノズルが突極部の両端部を周回する状態を示す説明図である。
【図１０】回転子の突極部の基部側にノズルで巻線を施すときの、ノズルと突極部との傾斜角を示す説明図である。
【図１１】回転子の突極部の基部よりやや高い位置に巻線を施すときの、ノズルと突極部との傾斜角を示す説明図である。
【図１２】回転子の突極部の最も突出した部分に巻線を施すときの、ノズルと突極部との傾斜角を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  基台
１１  支持台
１２  回転子
１３  回転軸
１４  レール
１５  チャック取付け台
１６  チャック
３０  垂直多関節ロボット
３１  回転板
４１  電線
５０  支持板
５２  サーボモータ
５３  駆動ギヤ
５４  軸受け
５５  ノズル
７１  開口部
７１ａ、７１ｂ  テーパ壁
８０  コア
８１  突極部
８３  保持枠
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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