(57)【要約】【課題】線材の引き出し速度を一定にすることができ、しかも、テンション変動を抑えることができる巻線装置を提供する。【解決手段】線材を繰り出す線材源２２と、線材源２２から繰り出された線材１２が巻回される長方形状の分割コア１６を回転駆動するスピンドル４０を設けた巻線装置１０において、線材源２２から繰り出された線材１２を分割コア１６に向かって送出するノズル部４６と、分割コア１６に対する線材１２の巻回方向を略一定とし、且つ、回転するスピンドル４０の中心軌跡が略ハート形５１になるようにスピンドル４０を位置調整する回転位置調整部５２とを備える。【選択図】図６
2008161025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材を繰り出す線材源と、
前記線材源から繰り出された前記線材が巻回される断面矩形の巻型を回転駆動するスピンドルを設けた巻線装置において、
前記線材源から繰り出された前記線材を前記巻型に向かって送出するノズル部と、
前記巻型に対する前記線材の巻回方向を略一定とし、且つ、回転する前記スピンドルの中心軌跡が略ハート形になるように前記スピンドルを位置調整する回転位置調整部とを備えることを特徴とする巻線装置。
【請求項２】
線材を繰り出す線材源と、
前記線材源から繰り出された前記線材が巻回される断面矩形の巻型を回転駆動するスピンドルを設けた巻線装置において、
前記線材源から繰り出された前記線材を前記巻型に向かって送出するノズル部と、
前記巻型に対する前記線材の巻回方向を略一定とし、且つ、回転する前記巻型の頂点の軌跡に、前記ノズル部からの前記線材の送出方向に倣った軌跡が含まれるように前記スピンドルを位置調整する回転位置調整部とを備えることを特徴とする巻線装置。
【請求項３】
請求項２記載の巻線装置において、
前記回転位置調整部は、
前記巻型の隣接する２つの辺のうち、一方の辺が前記線材を巻回し始めてから他方の辺が前記線材を巻回し始めるまでの間に、前記２つの辺の間の頂点の軌跡が、前記線材の送出方向に倣った軌跡を描くように前記スピンドルを位置調整することを特徴とする巻線装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の巻線装置において、
前記回転位置調整部は、
前記線材の巻層が増えるごとに、前記線材の厚さと前記スピンドルの角速度を乗算した回転速度を前記スピンドルの等速回転速度から減速することを特徴とする巻線装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の巻線装置において、
前記回転位置調整部は、
少なくとも楕円式と補正項を加えた近似関数で、前記スピンドルを位置調整して、スピンドルの中心軌跡を前記略ハート形に近似させることを特徴とする巻線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線材を繰り出す線材源と、前記線材源から繰り出された前記線材が巻回される断面矩形の巻型を回転駆動するスピンドルを設けた巻線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータの巻線装置のテンション装置において、突極集中巻線におけるステータの分割コア（四角形）に線材（マグネットワイヤ）を巻き付けるときに、分割コアの四隅の頂点にて線材が引き出され、そのときの線材の引き出し速度の変動から線材のテンション変動が発生する。
【０００３】
線材のテンション変動を抑制するため、機械式（ばね式）テンション装置やサーボ式テンション装置が使用されているが、巻取り速度（スピンドル回転数）を上げていくと、機械式テンション装置では、テンション変動を抑制できない。
【０００４】
そのため、従来では、四角形の分割コアに線材を巻回させる際のテンション変動を抑制することができる技術として、例えば特許文献１記載のテンション装置が開示されている。
【０００５】
この特許文献１に記載のテンション装置では、巻線装置の線材に適正なテンションを付与して、安定した巻回作業が得られるようなテンション装置となっている。このテンション装置では、テンション用モータを所定のトルク値になるようにトルク制御しているため、テンションプーリの回転に所定のトルクを付与でき、これにより、線材のテンション変動を緩和している。
【０００６】
また、従来の巻線装置として、例えば特許文献２に記載の巻線機が開示されている。この巻線機は、バックテンションの掛けられている導線をノズルから繰り出しつつ分割積層コアに所定の巻装予定線に沿って整列巻きする際に、ノズルから繰り出される導線をサポート機構によって分割積層コア側に向けて押圧するようにしている。これにより、導線に糸巻き状の巻ぐせを付与しつつ分割積層コアに巻き付けることができる。分割積層コアに向けて凸となる糸巻き状に成形された導線は分割積層コアに良好に密着し、導線の線径が太い場合であっても高精度で整列度が高く占積率の高い高品質の巻線が行えるという効果を奏する。
【０００７】
【特許文献１】特許第３５６６７５３号公報
【特許文献２】特開平１１−３３２１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載のテンション装置は、サーボ式を採用していても、高速の巻取りとなると、テンション変動を抑えることができなくなり、線材の被膜が剥がれるという問題が生じるおそれがある。また、テンション変動が大きくなると、線材の巻き乱れ、巻き太りが起こり、品質が著しく低下する。
【０００９】
また、特許文献２に記載の巻線機は、ノズルを介して送出された線材をサポート部材で押し付けながら分割積層コアに巻き付けるようにしているため、線材の引き出し速度の高速化を実現させることができない。たとえ高速化しても、サポート部材との摩擦によって線材の被膜が剥がれるという問題が生じるおそれがある。
【００１０】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、線材の引き出し速度を一定にすることができ、しかも、テンション変動を抑えることができる巻線装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、線材の被膜の剥がれを防止することができ、しかも、線材の巻き乱れや巻き太りがなく、品質の向上を図ることができる巻線装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、高価なサーボ式テンション装置を用いる必要がなく、機械式テンション装置で十分になるため、コストの低廉化に有利な巻線装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の本発明に係る巻線装置は、線材を繰り出す線材源と、前記線材源から繰り出された前記線材が巻回される断面矩形の巻型を回転駆動するスピンドルを設けた巻線装置において、前記線材源から繰り出された前記線材を前記巻型に向かって送出するノズル部と、前記巻型に対する前記線材の巻回方向を略一定とし、且つ、回転する前記スピンドルの中心軌跡が略ハート形になるように前記スピンドルを位置調整する回転位置調整部とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第２の本発明に係る巻線装置は、線材を繰り出す線材源と、前記線材源から繰り出された前記線材が巻回される断面矩形の巻型を回転駆動するスピンドルを設けた巻線装置において、前記線材源から繰り出された前記線材を前記巻型に向かって送出するノズル部と、前記巻型に対する前記線材の巻回方向を略一定とし、且つ、回転する前記巻型の頂点の軌跡に、前記ノズル部からの前記線材の送出方向に倣った軌跡が含まれるように前記スピンドルを位置調整する回転位置調整部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
これら第１及び第２の本発明においては、線材の引き出し速度を一定にすることができ、テンション変動を抑えることができる。すなわち、線材の送出方向に対して直交する方向への変位の変動、且つ、線材の送出方向の変位の変動もないため、線材の引き出し速度を一定にすることができ、そのため、線材の引き出し加速度の変動も抑えることができ、従って、テンションの変動を抑えることができる。また、線材の被膜の剥がれを防止することができ、しかも、線材の巻き乱れや巻き太りがなく、品質の向上を図ることができる。さらに、高価なサーボ式テンション装置を用いる必要がなく、機械式テンション装置で十分になるため、コストの低廉化に有利になる。
【００１６】
そして、第１及び第２の本発明において、前記位置調整装置は、前記巻型の隣接する２つの辺のうち、一方の辺が前記線材を巻回し始めてから他方の辺が前記線材を巻回し始めるまでの間に、前記２つの辺の間の頂点の軌跡が、前記線材の送出方向に倣った軌跡を描くように前記スピンドルを位置調整するようにしてもよい。
【００１７】
また、第１及び第２の本発明において、前記回転位置調整部は、前記線材の巻層が増えるごとに、前記線材の厚さと前記スピンドルの角速度を乗算した回転速度を前記スピンドルの等速回転速度から減速するようにしてもよい。この場合、巻層が増えるごとに、線材の繰り出し速度が増加し、繰り出し速度が増加するタイミングでテンション変動が発生するが、スピンドルの等速回転速度を減速補正することで、前記テンション変動を抑制することができる。
【００１８】
また、第１及び第２の本発明において、前記回転位置調整部は、少なくとも楕円式と補正項を加えた近似関数で、前記スピンドルを位置調整して、スピンドルの中心軌跡を前記略ハート形に近似させるようにしてもよい。中心軌跡を略ハート形になるように位置制御する場合、スピンドルの回転角度に対するスピンドルの移動速度と移動加速度が不連続になる。そこで、スピンドルの中心軌跡を楕円を基本にし、且つ、略ハート形に近似するような近似関数（近似軌跡）にすることで、スピンドルの回転角度に対するスピンドルの移動速度と移動加速度を連続させることができ、高速で、且つ、自然（スムーズ）な位置制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明に係る巻線装置によれば、線材の引き出し速度を一定にすることができ、テンション変動を抑えることができる。また、線材の被膜の剥がれを防止することができ、しかも、線材の巻き乱れや巻き太りがなく、品質の向上を図ることができる。さらに、高価なサーボ式テンション装置を用いる必要がなく、機械式テンション装置で十分になるため、コストの低廉化に有利になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る巻線装置を例えばＩＭＡ（インテグレーテッド・モータ・アシスト）にて使用されるステータの分割コアに対して線材を巻回する装置に適用した実施の形態例を図１〜図２８Ｃを参照しながら説明する。
【００２１】
本実施の形態に係る巻線装置１０（図６参照）を説明する前に、本実施の形態に係る巻線装置１０を完成させるまでに案出された比較例に係る巻線装置２００について図１を参照しながら説明する。
【００２２】
この比較例に係る巻線装置２００は、図１に示すように、線材１２（例えばマグネットワイヤ）を供給する線材供給部１４と、例えば長方形状の分割コア１６を回転駆動するコア回転部１８と、分割コア１６に線材１２を巻回させる際に生じるテンション変動を抑制するためのテンション調整部２０とを有する。
【００２３】
線材供給部１４は、線材１２を繰り出す線材源２２と、線材源２２から繰り出された線材１２を後段のテンション調整部２０に供給する繰り出しローラ２４と、繰り出しローラ２４から繰り出された線材１２に対して静的なテンションをかけるためのブレーキ２６とを有する。
【００２４】
線材源２２は、側板２８に設けられた回転軸３０を中心に回転する供給ボビン３２を有し、供給ボビン３２には、線材１２が巻回されている。供給ボビン３２は、質量が３０ｋｇ〜２００ｋｇと重いため、サーボモータの駆動によって線材１２の繰り出しを行うようになっている。線材１２の繰り出し量は、繰り出しローラ２４の移動量から計算される。
【００２５】
繰り出しローラ２４は、テンション調整部２０の後述するバックテンションローラ３４の移動量に応じた分だけ上方に移動し、このとき、線材源２２からの線材１２が繰り出しローラ２４を介してテンション調整部２０に供給されることになる。その後、供給ボビン３２のサーボモータの回転駆動によって、テンション調整部２０に供給された量に見合う線材１２が繰り出され、この線材１２の繰り出しによって、繰り出しローラ２４が再び下方に移動することとなる。この動作を繰り返すことによって、線材源２２から線材１２が繰り出しローラ２４を介して連続的にテンション調整部２０に向けて繰り出されることになる。
【００２６】
なお、ブレーキ２６は、繰り出しローラ２４とテンション調整部２０との間に設置されたフリクションを有するローラ３６にて構成される。このブレーキ２６は、繰り出しローラ２４を介して繰り出された線材１２に対して静的（一定）なテンションを掛けるようになっている。
【００２７】
テンション調整部２０は、原理的には、分割コア１６の形状、すなわち、角形状に起因するテンション変動をバックテンションローラ３４（滑車）とばね３８で抑制する構造を有する。
【００２８】
コア回転部１８は、分割コア１６が取り付けられるスピンドル４０と、該スピンドル４０を一方向に回転駆動するモータ４２とを有する。コア回転部１８は、基台４４上に固定されている。また、テンション調整部２０から引き出された線材１２はノズル部４６を介してコア回転部１８に供給されるようになっている。ノズル部４６は、例えば図２に示すように、分割コア１６の中心位置（スピンドル４０の位置）から一方向に分割コア１６の短辺４８の１／２に相当する距離だけ離れた位置に設置されている。
【００２９】
次に、比較例に係る巻線装置２００の動作、特に、分割コア１６に線材１２を巻き付ける動作について図２〜図４を参照しながら説明する。図２〜図４に示す例は、分割コア１６を半回転させた場合の線材１２のまき付け状態を示す動作概念である。
【００３０】
先ず、図２に示すように、スピンドル４０の角度が０度のとき、分割コア１６は初期状態に位置し、分割コア１６の１つの頂点Ｃａがノズル部４６と対向する位置関係、すなわち、ノズル部４６から引き出される線材１２の送出方向（初期の送出方向）に延びる仮想線ｍに、分割コア１６の１つの長辺５０が接触する位置関係となる。
【００３１】
そして、図２及び図３に示すように、スピンドル４０が例えば時計方向に０度〜９０度回転するまでに、頂点Ｃａが線材１２を巻き取る形となる。スピンドル４０の位置が固定とされているため、線材１２の送出方向がスピンドル４０の回転角に応じて変化する。すなわち、初期の送出方向とのなす角θｃが、スピンドル４０の回転角に応じて変化することになる。スピンドル４０が５０度〜６０度回転する間に線材１２の巻取り速度（線材１２の引き出し速度）が増加する。
【００３２】
その後、スピンドル４０が９０度回転する直前で、線材１２が分割コア１６の１つの短辺４８に接触し、それ以降、すなわち、図３及び図４に示すように、スピンドル４０が１８０度回転するまで、頂点Ｃｂが線材１２を巻き取る形となる。この場合も、線材１２の送出方向がスピンドル４０の回転角に応じて変化する。スピンドル４０の回転角が７０度付近から線材１２が短辺４８に接触するまでの間において、線材１２の巻取り速度が低下する。そして、頂点Ｃｂで線材１２を巻き取るようになった時点から再び巻取り速度が増加し、スピンドル４０の回転角が１２０度〜１３０度において巻き取り速度は最大となる。スピンドル４０の回転角が１３０度〜１８０度において、再び巻き取り速度は低下する。
【００３３】
１つの例として、スピンドル４０の回転数Ｎを１０００ｒｐｍ、スピンドル４０の角速度ωを１０４．７ｒａｄ／ｓｅｃ、スピンドル４０からノズル部４６までの距離Ｌを３００ｍｍ、分割コア１６の短辺４８の長さを２０ｍｍ、分割コア１６の長辺５０の長さを４０ｍｍとしたとき、スピンドル４０の回転角に対する線材１２の引き出し速度の変化を測定したところ、図５に示すように、大幅な変化があった。すなわち、スピンドル４０の回転角が０度と１８０度付近では引き出し速度が最も遅く、回転角が６４度付近で最大速度となる。回転角９０度付近で一旦、引き出し速度は低下し、回転角１１６度付近で再び最大速度となる。
【００３４】
このように、比較例に係る巻線装置２００においては、線材１２の引き出し速度（分割コア１６での巻取り速度）が変動することから、この変動に応じてテンションも変動することになる。そのため、スピンドル４０の回転速度を高めて高速の巻取りを実現させようとすると、テンション変動が大きくなり、しかも、周波数も大きくなるため、テンション調整部２０での調整が追従できなくなる。
【００３５】
次に、本実施の形態に係る巻線装置１０について図６〜図２８Ｃを参照しながら説明する。
【００３６】
本実施の形態に係る巻線装置１０は、図６に示すように、線材１２（例えばマグネットワイヤ）を供給する線材供給部１４と、例えば長方形状の分割コア１６を回転駆動するコア回転部１８とを有する。本実施の形態では、分割コア１６に線材１２を巻回させる際に生じるテンション変動を抑制するためのテンション調整部２０（図１参照）は存在しない。もちろん、微小なテンション変動を抑制して高精度の巻取りを実現させたい場合は、小型化した例えば機械式のテンション調整部を設置してもよい。
【００３７】
線材供給部１４は、線材１２を繰り出す線材源２２と、線材源２２から繰り出された線材１２に対して静的なテンションをかけるためのブレーキ２６とを有する。
【００３８】
線材源２２は、側板２８に設けられた回転軸３０を中心に回転する供給ボビン３２を有し、供給ボビン３２には、線材１２が巻回されている。供給ボビン３２は、質量が３０ｋｇ〜２００ｋｇと重いため、サーボモータの駆動によって線材１２の繰り出しを行うようになっている。
【００３９】
ブレーキ２６は、線材源２２とコア回転部１８との間に設置されたフリクションを有するローラ３６にて構成される。このブレーキ２６は、線材源２２から繰り出された線材１２に対して静的（一定）なテンションを掛けるようになっている。また、このブレーキ２６は、線材１２の繰り出し量をローラ３６の回転数から読み取り、読み取った情報を供給ボビン３２のサーボモータに供給されるようになっている。従って、線材１２の繰り出し量は、ブレーキ２６を構成するローラ３６の回転数から計算されることとなる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、線材源２２から繰り出された線材１２をブレーキ２６に供給するための繰り出しローラ２４（図１参照）は存在しない。
【００４１】
コア回転部１８は、分割コア１６が取り付けられるスピンドル４０と、該スピンドル４０を一方向に回転駆動するモータ４２と、回転するスピンドル４０の中心軌跡が略ハート形５１になるようにスピンドル４０を位置調整する回転位置調整部５２とを有する。
【００４２】
回転位置調整部５２は、モータ４２を二次元的に移動するＸＹテーブル５４を有する。ＸＹテーブル５４は、モータ４２（すなわちスピンドル４０）をＸ方向に移動させるための第１移動機構５６と、モータ４２（すなわちスピンドル４０）をＹ方向に移動させるための第２移動機構５８とを有する。第１移動機構５６は、例えばＸ軸用ボールネジ６０と該Ｘ軸用ボールネジ６０を回転駆動するＸ軸用サーボモータ６２（又はＸ軸用リニアサーボモータ）で構成することができ、第２移動機構５８は、例えばＹ軸用ボールネジ６４と該Ｙ軸用ボールネジ６４を回転駆動するＹ軸用サーボモータ６６（又はＹ軸用リニアサーボモータ）で構成することができる。
【００４３】
なお、線材供給部１４から引き出された線材１２はノズル部４６を介してコア回転部１８に供給されるようになっている。ノズル部４６は、例えば図７に示すように、分割コア１６の中心位置（スピンドル４０の位置）から一方向に分割コア１６の短辺４８の１／２に相当する距離だけ離れた位置に設置されている。
【００４４】
次に、本実施の形態に係る巻線装置１０の動作、特に、分割コア１６に線材１２を巻き付ける動作について図７〜図９を参照しながら説明する。図７〜図９に示す例は、分割コア１６を半回転させた場合の線材１２の巻き付け状態を、比較例に係る巻線装置２００の動作と共に示す動作概念である。
【００４５】
先ず、図７に示すように、スピンドル４０の角度が０度のとき、分割コア１６は初期状態に位置し、分割コア１６の１つの頂点Ｃａがノズル部４６と対向する位置関係、すなわち、ノズル部４６から引き出される線材１２の送出方向（初期の送出方向）に延びる仮想線ｍに、分割コア１６の１つの長辺５０が接触する位置関係となる。
【００４６】
そして、スピンドル４０が時計方向に例えば１０度回転したとき、回転位置調整部５２の駆動によってスピンドル４０がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動し、分割コア１６の頂点Ｃａの位置が線材１２の初期の送出方向に略一致することとなる。さらに、スピンドル４０が時計方向に例えば２０度回転したとき、回転位置調整部５２の駆動によってさらにスピンドル４０がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動し、分割コア１６の頂点Ｃａの位置が線材１２の初期の送出方向に略一致することとなる。
【００４７】
同様にして、図７及び図８に示すように、スピンドル４０が例えば時計方向に９０度回転するまでに、頂点Ｃａが線材１２を巻き取る形となる。このとき、スピンドル４０は、回転位置調整部５２によって、頂点Ｃａの位置が線材１２の初期の送出方向に略一致するように二次元的に移動することとなる。この間、線材１２の送出方向が初期の送出方向を維持することから、スピンドル４０を等角速度回転させることによって、線材１２を等速で送出することができる。
【００４８】
その後、スピンドル４０が９０度回転した時点で線材１２が分割コアの１つの短辺４８に接触し、それ以降、すなわち、図８及び図９に示すように、スピンドル４０が１８０度回転するまで、頂点Ｃｂが線材１２を巻き取る形となる。この場合も、スピンドル４０は、回転位置調整部５２によって、頂点Ｃｂの位置が線材１２の初期の送出方向に略一致するように二次元的に移動することとなる。この間、線材１２の送出方向が初期の送出方向を維持することから、スピンドル４０を等角速度回転させることによって、線材１２を等速で送出することができる。
【００４９】
このように、本実施の形態に係る巻線装置１０においては、スピンドル４０を等角速度回転で回転駆動することによって、分割コア１６が１８０度回転する間に、スピンドル４０を回転位置調整部５２によってスピンドル４０の中心軌跡が略ハート形となるように二次元的に移動させることで、線材１２を等速で送出することができる。例えば図１０に示すように、単位時間当たりのスピンドル４０の回転角を一定（例えば１０度）にしたとき、スピンドル４０の回転角が９０度から１８０度に回転する間に、頂点Ｃｂの位置は、単位時間当たり等間隔に移動しており、線材１２が等速で引き出されていることがわかる。なお、図１０において、略ハート形はスピンドル４０の中心軌跡を示す。
【００５０】
従って、本実施の形態に係る巻線装置１０においては、線材１２の引き出し速度（分割コア１６での巻取り速度）が等速になることから、スピンドル４０の回転速度を高めても、テンション変動はほとんど生じない。すなわち、線材１２の送出方向に対して直交する方向への変位の変動、且つ、線材の送出方向の変位の変動もないため、線材１２の引き出し速度を一定にすることができ、そのため、線材１２の引き出し加速度の変動も抑えることができ、これにより、テンションの変動を抑えることができる。このようなことから、分割コア１６に対する線材１２の高速巻取りが実現できる。また、線材１２の被膜の剥がれを防止することができ、しかも、線材１２の巻き乱れや巻き太りがなく、品質の向上を図ることができる。
【００５１】
さらに、図６にも示すように、本実施の形態に係る巻線装置１０は、比較例に係る巻線装置２００において必要であった繰り出しローラ２４やテンション調整部２０を不要にすることができ、構造の簡単化、設置空間の省スペース化を図ることができる。テンション調整部２０を用いるとしても、高価なサーボ式テンション装置でなく、機械式テンション装置で十分になるため、コストの低廉化に有利になる。
【００５２】
次に、本実施の形態に係る巻線装置１０の好ましい態様について図１１〜図２８Ｃを参照しながら説明する。
【００５３】
最初に、分割コア１６に線材１２を巻き付ける動作を数学的に検証すると以下の通りである。
【００５４】
先ず、スピンドル４０の回転角θが０≦θ＜π／２におけるスピンドル４０のＸ軸方向の動作及びＹ軸方向の動作を図１１を参照しながら説明する。図１１において、横方向をＸ軸方向、上下方向をＹ軸方向とする。
【００５５】
スピンドル４０の回転角θが０からπ／２となる間に、分割コア１６は、頂点Ｃａを含む長辺５０が線材１２の送出方向に延びる仮想線ｍに接触する状態（頂点Ｃａが地点Ｐ１に位置する状態）から、頂点Ｃａを含む短辺４８が線材１２の送出方向に延びる仮想線ｍに接触する状態（頂点Ｃａが地点Ｐ２に位置する状態）に回転することになる。その間、頂点Ｃａは等速で地点Ｐ１から地点Ｐ２に移動することとなる。分割コア１６の短辺４８を２ａ、長辺５０を２ｂとしたとき、地点Ｐ１から地点Ｐ２までの距離はａ＋ｂとなる。
【００５６】
従って、頂点Ｃａの移動速度（等速度）をｖとし、スピンドルの回転角が０からπ／２となる時間をｔ１としたとき、
ｂ＋ａ＝ｖｔ１                  ……（１）
となり、等速度ｖは、
ｖ＝（ａ＋ｂ）／ｔ１            ……（２）
となる。
【００５７】
また、頂点Ｃａからスピンドルの中心に向かうベクトルｒを考えたとき、スピンドル４０の中心から頂点Ｃａまでの距離、すなわち、ベクトルｒの大きさは、
ｒ＝√（ａ2＋ｂ2）            ……（３）
であり、
ベクトルｒのＹ軸方向とのなす角θａは、
θａ＝ｔａｎ-1（ａ／ｂ）        ……（４）
である。
【００５８】
また、スピンドル４０の角速度をωとしたとき、スピンドル４０は等角速度で回転することから、その回転角をθとしたとき、
θ＝ω・ｔ                      ……（５）
となる。
【００５９】
このとき、スピンドル４０は、時間ｔ１の間にπ／２だけ回転することから、
π／２＝ωｔ１                  ……（６）
である。
【００６０】
上述した式（２）及び式（６）より、
ｖ＝（ａ＋ｂ）／ｔ１
＝２（ａ＋ｂ）ω／π          ……（７）
となる。
【００６１】
そして、スピンドル４０のＸ軸方向への移動成分ｘnは、ベクトルｒが角度θａから回転が開始され、ベクトルｒのＸ軸成分への投影となることから、
ｘn＝ｒｓｉｎ（θａ＋θ）＋Δｒ（ｎ−１）    ……（８）
で表される。ここで、ｎは分割コア１６への線材１２の巻層の層数を示し、Δｒは線材１２の厚みを示す。つまり、ｎ＝２以降は、線材１２の厚み分を考慮してスピンドル４０をＸ軸方向に移動させる必要があり、Δｒ（ｎ−１）はそのことを示す補正項である。
【００６２】
一方、スピンドル４０のＹ軸方向への移動成分ｙは、ベクトルｒが角度θａから回転が開始され、ベクトルｒのＹ軸成分への投影となる。また、頂点Ｃａは、Ｙ軸方向に一定速度ｖで移動することから、距離成分をｖｔを考慮する必要がある。従って、スピンドル４０のＹ軸方向への移動成分ｙは、
ｙ＝ｒｃｏｓ（θａ＋θ）＋ｖｔ      ……（９）
となり、式（５）から
ｔ＝θ／ω                          ……（１０）
であるから、式（７）と式（１０）により、式（９）は、
ｙ＝ｒｃｏｓ（θａ＋θ）＋２（ａ＋ｂ）θ／π    ……（１１）
と書き換えることができる。なお、ｎ＝２以降は、層数に応じて巻層の厚みが増えるが、頂点Ｃａの位置のＹ軸成分は、層数に影響されないため、式（８）で示したような補正項は立てる必要がない。
【００６３】
次に、スピンドル４０の回転角θがπ／２≦θ＜πにおけるスピンドル４０のＸ軸方向の動作及びＹ軸方向の動作を図１２を参照しながら説明する。
【００６４】
スピンドル４０の回転角θがπ／２からπとなる間に、分割コア１６は、頂点Ｃｂを含む短辺４８が線材１２の送出方向に延びる仮想線ｍに接触する状態（頂点Ｃｂが地点Ｐ３に位置する状態）から、頂点Ｃｂを含む長辺５０が線材１２の送出方向に延びる仮想線ｍに接触する状態（頂点Ｃｂが地点Ｐ４に位置する状態）に回転することになる。その間、頂点Ｃｂは等速で地点Ｐ３から地点Ｐ４に移動することとなる。
【００６５】
従って、上述したスピンドル４０の回転角θが０≦θ＜π／２におけるスピンドル４０のＸ軸方向の動作及びＹ軸方向の動作の場合と同様に考えることができ、スピンドル４０のＸ軸方向への移動成分ｘnは、ベクトルｒが角度θｂから回転が開始され、ベクトルｒのＸ軸成分への投影となることから、
θ→θ−π／２
θｂ＝ｔａｎ-1（ｂ／ａ）
を考慮すれば、
ｘn＝ｒｓｉｎ（θａ＋θ−π／２）＋Δｒ（ｎ−１）
……（１２）
となる。
【００６６】
また、スピンドル４０のＹ軸方向への移動成分Ｙは、ベクトルｒが角度θａから回転が開始され、ベクトルｒのＹ軸成分への投影となる。また、頂点Ｃｂは、Ｙ軸方向に一定速度ｖで移動することから、距離成分をｖｔを考慮する必要がある。さらに、スタート時点で頂点Ｃｂは、（ｂ−ａ）だけＹ軸方向にずれた位置にあるため、オフセット成分（ｂ−ａ）として考慮する必要がある。従って、スピンドル４０のＹ軸方向への移動成分Ｙは、
Ｙ＝ｒｃｏｓ（θａ＋θ−π／２）
＋２（ａ＋ｂ）（θ−π／２）／π＋（ｂ−ａ）  ……（１３）
となる。
【００６７】
１つの例として、図１３に示す条件を上述した式（８）、（１１）、（１２）、（１３）に入れてシミュレーションし（ｎ＝１）、スピンドル４０を半回転、すなわち、スピンドル４０の回転角θを０≦θ≦πとしたときのスピンドル４０の軌跡と分割コア１６の頂点Ｃａ及びＣｂの軌跡を計算で求めたところ、図１４〜図１７に示す特性となった。
【００６８】
図１４は、横軸にＸ軸方向、縦軸にＹ軸方向をとってスピンドル４０の中心軌跡をプロットしたものであり、図１５は、スピンドル４０の回転角θに対するスピンドル４０のＸ軸方向の変位量（曲線Ｌａ参照）とＹ軸方向の変位量（曲線Ｌｂ参照）をプロットしたものである。
【００６９】
図１６は、横軸にＸ軸方向、縦軸にＹ軸方向をとって、スピンドル４０の回転角θが０≦θ＜π／２のときの頂点Ｃａの軌跡と、回転角θがπ／２≦θ≦πのときの頂点Ｃｂの軌跡をプロットしたものであり、図１７は、スピンドル４０の回転角に対する頂点ＣａとＣｂのＸ軸方向の変位量（曲線Ｌｃ参照）とＹ軸方向の変位量（曲線Ｌｄ参照）をプロットしたものである。
【００７０】
図１４からスピンドル４０の中心軌跡は略ハート形を描くことがわかる。図１５からスピンドル４０のＸ軸方向の変位量の変化は滑らかではなく、スピンドル４０のＹ軸方向の変位量の変化はほぼｓｉｎ曲線に近い滑らかな曲線となっている。図１８に拡大して示すように、Ｘ軸方向の変位量は、スピンドル４０の回転角θが６４度と１１６度で最大となり、回転角９０度を境に変化量の増減が変化している。なお、Ｙ軸方向の変位量の変化は、回転角３２度で山、回転角１４８度で谷となるほぼｓｉｎ曲線を描く。
【００７１】
また、図１６から分割コア１６の頂点Ｃａ及びＣｂは、線材１２の送出方向（初期の送出方向）に延びる仮想線ｍ上を移動していることがわかる。図１７から分割コア１６の頂点Ｃａ及びＣｂの変位が線形に増加していることから、線材１２の巻取り量が一定であることがわかる。
【００７２】
図１５（図１８）の結果からスピンドル４０の速度成分と加速度成分を計算にて求めてみた。説明を簡単にするために、層数を１層とした場合を考えたとき、スピンドル４０の回転角θが０≦θ＜π／２におけるスピンドル４０のＸ軸方向の速度成分ｄｘ／ｄｔ及び加速度成分ｄ2ｘ／ｄｔ2、並びにスピンドル４０のＹ軸方向の速度成分ｄｙ／ｄｔ及び加速度成分ｄ2ｙ／ｄｔ2は、図１９に示す関係式となる。
【００７３】
同様に、スピンドルの回転角θがπ／２≦θ＜πにおけるスピンドルのＸ軸方向の速度成分ｄｘ／ｄｔ及び加速度成分ｄ2ｘ／ｄｔ2、並びにスピンドルのＹ軸方向の速度成分ｄｙ／ｄｔ及び加速度成分ｄ2ｙ／ｄｔ2は、図２０に示す関係式となる。
【００７４】
なお、図１９及び図２０に示す関係式において、角速度ω＝一定で、しかも、θ＝ωｔの関係にあることから、
ｄω／ｄｔ＝ｄ2θ／ｄｔ2＝０
が成立する。
【００７５】
そして、これら速度成分の式と加速度成分の式に、図１３に示す条件を入れてシミュレーションし（ｎ＝１）、スピンドル４０を半回転、すなわち、スピンドル４０の回転角θを０≦θ≦πとしたときのスピンドル４０の移動速度と移動加速度を計算で求めたところ、図２１及び図２２に示す特性となった。
【００７６】
図２１は、スピンドル４０の回転角θに対するスピンドル４０のＸ軸方向の速度成分（曲線Ｌｅ参照）とＹ軸方向の速度成分（曲線Ｌｆ参照）をプロットしたものである。
【００７７】
図２２は、スピンドル４０の回転角θに対するスピンドル４０のＸ軸方向の加速度成分（曲線Ｌｇ参照）とＹ軸方向の加速度成分（曲線Ｌｈ参照）をプロットしたものである。
【００７８】
図２１からスピンドル４０のＸ軸方向及びＹ軸方向の速度成分は回転角９０度にて不連続になっていることがわかる。同様に、図２２からスピンドル４０のＸ軸方向及びＹ軸方向の加速度成分は回転角９０度にて不連続になっていることがわかる。
【００７９】
以上のことから、スピンドル４０の中心軌跡を、図１４に示すような略ハート形になるように制御することは容易ではないことがわかる。
【００８０】
そこで、本実施の形態の好ましい態様では、少なくとも楕円式と補正項を加えた近似関数で、スピンドル４０を二次元的に移動させることで、スピンドル４０の中心軌跡を略ハート形に近似させることが好ましい。
【００８１】
例えば、スピンドル４０の回転角をφとしたとき、楕円式としては、
ｘ＝Ａｃｏｓ（２φ）              ……（１４）
ｙ＝−Ｂｓｉｎ（２φ）              ……（１５）
を採用することができる。ここで、Ａ及びＢは任意の係数である。一例として、Ａ＝６、Ｂ＝３としてもよい。
【００８２】
上述の楕円式によって、図２３に示すように、原点０を中心としたＸ軸方向を長軸、Ｙ軸方向を短軸とする楕円６８を得ることができる。
【００８３】
そして、上述の楕円式に以下の補正項を加えて近似関数とする。一例として、Ｒ＝３、Ｅ＝１が挙げられる。
【００８４】
ｘ＝Ａｃｏｓ（２φ）−Ｒｃｏｓ（４φ）        ……（１６）
ｙ＝−Ｂｓｉｎ（２φ）＋Ｅｓｉｎ（２φ）      ……（１７）
この近似関数によって、図２３に示すように、楕円６８を略ハート形に近似した形状７０に変形させることができる。
【００８５】
上述の例は、原点０を中心とした楕円６８を基本としたが、原点をずらしたい場合は、以下に示す座標移動項を付加すればよい。
【００８６】
ｘ＝Ａｃｏｓ（２φ）−Ｒｃｏｓ（４φ）＋Ｘｍ        ……（１８）
ｙ＝−Ｂｓｉｎ（２φ）＋Ｅｓｉｎ（２φ）＋Ｙｍ      ……（１９）
ここで、式（１６）及び（１７）の近似関数をシミュレーションして、スピンドル４０を１回転、すなわち、スピンドル４０の回転角φを０≦φ≦２πとしたときのスピンドル４０の中心軌跡を計算で求めたところ、図２４に示す特性となった。図２４は、スピンドル４０の回転角θに対するスピンドル４０のＸ軸方向の変位量（曲線Ｌｉ参照）とＹ軸方向の変位量（曲線Ｌｊ参照）をプロットしたものである。
【００８７】
この図２４の特性から、回転角９０度〜２７０度の区間をみたとき、図１５に示す特性に近似し、且つ、連続した軌跡になっていることがわかる。
【００８８】
同様に、式（１６）及び（１７）の近似関数から、スピンドル４０のＸ軸方向の速度成分ｄｘ／ｄｔ及び加速度成分ｄ2ｘ／ｄｔ2、並びにスピンドル４０のＹ軸方向の速度成分ｄｙ／ｄｔ及び加速度成分ｄ2ｙ／ｄｔ2は、図２５に示す関係式となる。
【００８９】
なお、図２５に示す関係式において、角速度ω＝一定で、しかも、θ＝ωｔの関係にあることから、
ｄω／ｄｔ＝ｄ2θ／ｄｔ2＝０
が成立する。
【００９０】
これら速度成分の式と加速度成分の式をシミュレーションし、スピンドル４０を１回転、すなわち、スピンドル４０の回転角φを０≦φ≦２πとしたときのスピンドル４０の移動速度と移動加速度を計算で求めたところ、図２６及び図２７に示す特性となった。
【００９１】
図２６は、スピンドル４０の回転角φに対するスピンドル４０のＸ軸方向の速度成分（曲線Ｌｋ参照）とＹ軸方向の速度成分（曲線Ｌｌ参照）をプロットしたものである。
【００９２】
図２７は、スピンドル４０の回転角φに対するスピンドル４０のＸ軸方向の加速度成分（曲線Ｌｍ参照）とＹ軸方向の加速度成分（曲線Ｌｎ参照）をプロットしたものである。
【００９３】
図２６の特性から、回転角９０度〜２７０度の区間をみたとき、図２１に示す特性に近似し、且つ、連続した軌跡になっていることがわかる。同様に、図２７の特性から、回転角９０度〜２７０度の区間をみたとき、図２２に示す特性に近似し、且つ、連続した軌跡になっていることがわかる。
【００９４】
従って、上述した式（１６）及び式（１７）や式（１８）及び式（１９）に示すように、少なくとも楕円式に補正項を加えた近似関数でスピンドル４０の中心軌跡を制御することによって、スピンドル４０の回転角φに対するスピンドル４０の移動速度と移動加速度を連続した特性曲線に基づいて制御することができ、高速で、且つ、自然（スムーズ）な位置制御が可能となる。
【００９５】
次に、他の好ましい態様としては、線材１２の巻層の層数を考慮してスピンドル４０の位置制御を行うことである。
【００９６】
例えば図２８Ａに示す分割コア１６に線材１２の巻層を考慮し、２層目を巻回する場合を想定したとき、図２８Ａに示すように、各頂点Ｃａ〜Ｃｄに円形を４分割した扇形７２が付加され、扇形７２の径（すなわち、線材１２の径）に相当する厚みだけ短辺４８と長辺５０に付加された形状となる。
【００９７】
ここで、図２８Ｂに示すように、４つの頂点Ｃａ〜Ｃｄに付加された４つの扇形７２を分割コア１６の中心に集めた場合、扇形７２の径Δｒを半径とする１つの小円形７４が構成される。そして、中心の角速度を一定にしたとき、小円形７４の円周の線速度（接線速度）は等速Δｖとなる。
【００９８】
つまり、図２８Ｃに示すように、分割コア１６を１回転させた場合を考えたとき、分割コア１６のベクトルｒの大きさを半径ｒとする円形７６の外周に扇形７２の径Δｒを幅とするリング７８が付加され、ベクトルｒの大きさ（半径ｒ）と扇形７２の径Δｒを加算した長さ（ｒ＋Δｒ）を半径とする大円形８０が構成されることになる。そして、この大円形８０が一定の角速度ωで回転することによって、大円形８０の接線速度（外周の線速度：線材１２の引き出し速度）は、円形７６の等速ｖに小円形７４の等速Δｖ（図２８Ｂ参照）を加えた速度（ｖ＋Δｖ）となる。
【００９９】
３層目を巻回する場合も同様であり、２層目の頂点から分割コア１６の中心に向かうベクトルをベクトルｒとしたとき、３層目によって構成される大円形８０の接線速度（線材１２の引き出し速度）は、２層目によって構成される円形７６の等速ｖに、上述した小円形７４の等速Δｖを加えた速度となる。
【０１００】
すなわち、分割コア１６の頂点Ｃａから分割コア１６の中心（スピンドル４０）までの径をｒ、スピンドル４０の角速度をω、線材１２の厚みをΔｒとしたとき、分割コア１６に１層目を巻回する際の線材１２の引き出し速度ｖは、
ｖ＝ｒω
であるから、２層目を巻回する際の線材１２の引き出し速度ｖ＋Δｖは、
ｖ＋Δｖ＝（ｒ＋Δｒ）ω
となり、１層増える毎に、線材１２の引き出し速度がΔｖ＝Δｒωだけ増加することになる。従って、スピンドル４０の角速度ωが一定の場合、巻層が増える毎に線材１２の引き出し速度は小円形７４の等速Δｖだけ増加し、この等速Δｖだけ増加するたびにテンション変動が発生することになる。
【０１０１】
ここで、図１３の条件でΔｖによる影響を考えると、図１３の条件によりｒ＝２２．４ｍｍ、またΔｒ＝０．９２ｍｍとすると、
ｒ：Δｒ＝１：０．０４１
となる。このように、実際には、径ｒ（ベクトルｒの大きさ）に対するΔｒの比率は小さいことから、１層増える毎のテンション変動はわずかであり、ほとんど無視できる程度ではあるが、高精度に線材を分割コア１６に巻回したい場合は、層数が１つ増加する毎にΔｒωだけ線材１２の引き出し速度が大きくなることから、層数が１つ増加する毎に、スピンドル４０の角速度ωをΔｒωだけ減速するようにすればよい。本実施の形態は、線材１２の引き出し速度を等速にすることができるため、分割コア１６への線材１２の巻層の層数も考慮した制御をスピンドル４０の角速度ωの減速制御という簡単な手法で実現でき、分割コア１６への線材１２の巻線を高精度に、且つ、高品質に行うことができる。
【０１０２】
なお、本発明に係る巻線装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】比較例に係る巻線装置を示す構成図である。
【図２】比較例に係る巻線装置の動作、特に、分割コアに線材を巻き付ける動作であって、スピンドルの回転角が０度〜５０度での巻き付け動作を示す動作概念図である。
【図３】スピンドルの回転角が６０度〜１１０度での巻き付け動作を示す動作概念図である。
【図４】スピンドルの回転角が１２０度〜１７０度での巻き付け動作を示す動作概念図である。
【図５】比較例に係る巻線装置において、スピンドルの回転角に対する線材の引き出し速度の変化を示す特性図である。
【図６】本実施の形態に係る巻線装置を示す構成図である。
【図７】本実施の形態に係る巻線装置の動作、特に、分割コアに線材を巻き付ける動作であって、スピンドルの回転角が０度〜５０度での巻き付け動作を示す動作概念図である。
【図８】スピンドルの回転角が６０度〜１１０度での巻き付け動作を示す動作概念図である。
【図９】スピンドルの回転角が１２０度〜１７０度での巻き付け動作を示す動作概念図である。
【図１０】単位時間当たりのスピンドルの回転角を一定（例えば１０度）にしたときに、頂点Ｃｂが単位時間当たり等間隔に移動していることを示す説明図である。
【図１１】スピンドルの回転角が０からπ／２となる間の動作を数学的に説明するための図である。
【図１２】スピンドルの回転角がπ／２からπとなる間の動作を数学的に説明するための図である。
【図１３】シミュレーションで用いた１つの条件を示す表図である。
【図１４】横軸にＸ軸方向、縦軸にＹ軸方向をとってスピンドルの中心軌跡をプロットして示す特性図である。
【図１５】スピンドルの回転角に対するスピンドルのＸ軸方向の変位量とＹ軸方向の変位量をプロットして示す特性図である。
【図１６】横軸にＸ軸方向、縦軸にＹ軸方向をとって、スピンドルの回転角θが０≦θ＜π／２のときの頂点Ｃａの軌跡と、回転角θがπ／２≦θ≦πのときの頂点Ｃｂの軌跡をプロットして示す特性図である。
【図１７】スピンドルの回転角に対する頂点ＣａとＣｂのＸ軸方向の変位量とＹ軸方向の変位量をプロットして示す特性図である。
【図１８】図１５の特性を拡大して示す特性図である。
【図１９】スピンドルの回転角θが０≦θ＜π／２におけるスピンドルのＸ軸方向の速度成分及び加速度成分、並びにスピンドルのＹ軸方向の速度成分及び加速度成分を示す関係式である。
【図２０】スピンドルの回転角θがπ／２≦θ＜πにおけるスピンドルのＸ軸方向の速度成分及び加速度成分、並びにスピンドルのＹ軸方向の速度成分及び加速度成分を示す関係式である。
【図２１】スピンドルの回転角に対するスピンドルのＸ軸方向の速度成分とＹ軸方向の速度成分をプロットして示す特性図である。
【図２２】スピンドルの回転角に対するスピンドルのＸ軸方向の加速度成分とＹ軸方向の加速度成分をプロットして示す特性図である。
【図２３】楕円式で示される楕円と、補正項を加えることによって略ハート形に近似させた形状を示す説明図である。
【図２４】スピンドルの回転角に対するスピンドルのＸ軸方向の変位量とＹ軸方向の変位量をプロットして示す特性図である。
【図２５】近似関数に基づくスピンドルのＸ軸方向の速度成分及び加速度成分、並びにスピンドルのＹ軸方向の速度成分及び加速度成分を示す関係式である。
【図２６】近似関数に基づくスピンドルの回転角に対するスピンドルのＸ軸方向の速度成分とＹ軸方向の速度成分をプロットして示す特性図である。
【図２７】近似関数に基づくスピンドルの回転角に対するスピンドルのＸ軸方向の加速度成分とＹ軸方向の加速度成分をプロットして示す特性図である。
【図２８】図２８Ａ〜図２８Ｃは、線材の巻層の層数が１層増える毎に、線材の引き出し速度がΔｖ＝Δｒωだけ増加することを示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０…巻線装置                          １２…線材
１４…線材供給部                        １６…分割コア
１８…コア回転部                        ２２…線材源
４０…スピンドル                        ４２…モータ
４６…ノズル部                          ４８…短辺
５０…長辺                              ５１…略ハート形
５２…回転位置調整部                    ５４…ＸＹテーブル
５６…第１移動機構                      ５８…第２移動機構
６８…楕円                              ７０…略ハート形に近似した形状
７２…扇形
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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