(57)【要約】【課題】巻線の占積率を高められる多極電機子の巻線方法及び巻線装置を提供する。【解決手段】ボビン３を装着するスピンドル軸３１と、このスピンドル軸３１を回転させるスピンドル機構３０と、複数本の線材４を繰り出すノズル１０と、このノズル１０を移動するノズル移動機構２５とを用い、ノズル１０から繰り出される線材４を回転する各ボビン３に巻回してコイル５を形成する多極電機子の巻線方法において、各線材４を挿通させる複数のノズル穴１１が開口したノズル１０を用い、各ノズル穴１１から繰り出される複数本の線材５を束にしてボビン３に巻回する。【選択図】    図１
2004328962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンを装着するスピンドル軸と、このスピンドル軸を回転させるスピンドル機構と、複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを移動するノズル移動機構とを用い、ノズルから繰り出される線材を回転する各ボビンに巻回してコイルを形成する多極電機子の巻線方法において、
各線材を挿通させる複数のノズル穴が開口したノズルを用い、この各ノズル穴から繰り出される複数本の線材を束にしてボビンに巻回することを特徴とする多極電機子の巻線方法。
【請求項２】
ボビンを装着するスピンドル軸と、このスピンドル軸を回転させるスピンドル機構と、複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを移動するノズル移動機構とを備え、ノズルから繰り出される線材を回転する各ボビンに巻回してコイルを形成する多極電機子の巻線装置において、
各線材を挿通させる複数のノズル穴が開口したノズルを備え、この各ノズル穴から繰り出される複数本の線材を束にしてボビンに巻回する構成としたことを特徴とする多極電機子の巻線装置。
【請求項３】
前記ノズルに供給される各線材毎に独立して張力を調節するテンション機構を備えたことを特徴とする請求項２に記載の多極電機子の巻線装置。
【請求項４】
前記ノズルをノズル穴が延びる軸周りに回動させるノズル回動機構を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載の多極電機子の巻線装置。
【請求項５】
前記スピンドル軸の軸方向に複数の前記ボビンを並んで装着し、隣り合うボビンの間にスペーサを介装し、このスペーサに隣り合うボビン間で延びる渡り線を案内するガイド溝を形成したことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の多極電機子の巻線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分割した各ボビンに線材を連続して巻回する多極電機子の巻線方法及び巻線装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の多極電機子としてモータ等に用いられるステータは、分割された各ボビンを回転させて各ボビンに線材を巻回した後、各ボビンを円環状に並べて連結し、ステータを組み立てるようになっている。
【０００３】
また、太い線材に代えて複数本の細い線材を巻回することにより、巻線の占積率（密度）を高められることが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５８１８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の多極電機子の巻線方法にあっては、分割された各ボビンを回転させ、ノズルから繰り出される複数本の線材を束にして各ボビンに巻回しようとすると、線材どうしの摩擦によって線材間に空隙部が生じやすく、巻線の占積率を高められないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、巻線の占積率を高められる多極電機子の巻線方法及び巻線装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、ボビンを装着するスピンドル軸と、このスピンドル軸を回転させるスピンドル機構と、複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを移動するノズル移動機構とを用い、ノズルから繰り出される線材を回転する各ボビンに巻回してコイルを形成する多極電機子の巻線方法に適用する。
【０００８】
そして、各線材を挿通させる複数のノズル穴が開口したノズルを用い、この各ノズル穴から繰り出される複数本の線材を束にしてボビンに巻回することを特徴とするものとした。
【０００９】
第２の発明は、ボビンを装着するスピンドル軸と、このスピンドル軸を回転させるスピンドル機構と、複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを移動するノズル移動機構とを備え、ノズルから繰り出される線材を回転する各ボビンに巻回してコイルを形成する多極電機子の巻線装置に適用する。
【００１０】
そして、各線材を挿通させる複数のノズル穴が開口したノズルを備え、この各ノズル穴から繰り出される複数本の線材を束にしてボビンに巻回する構成としたことを特徴とするものとした。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、ノズルに供給される各線材毎に独立して張力を調節するテンション機構を備えたことを特徴とするものとした。
【００１２】
第４の発明は、第２または第３の発明において、ノズルをノズル穴が延びる軸周りに回動させるノズル回動機構を備えたことを特徴とするものとした。
【００１３】
第５の発明は、第２から第４のいずれか一つの発明において、スピンドル軸の軸方向に複数のボビンを並んで装着し、隣り合うボビンの間にスペーサを介装し、このスペーサに隣り合うボビン間で延びる渡り線を案内するガイド溝を形成したことを特徴とするものとした。
【００１４】
【発明の作用および効果】
第１及び第２の発明によると、スピンドル機構がボビンを回転させることにより、ノズルの各ノズル穴から繰り出される線材が束になって各ボビンに巻回される。
【００１５】
このとき、束になって巻回される各線材はノズルから互いに所定の間隔を持って繰り出されるため、線材どうしが摩擦によって絡み合うことなく各ノズル穴から円滑に繰り出され、巻き乱れが生じることを防止できる。
【００１６】
線材が各ノズル穴から円滑に繰り出されてその移動軌跡が安定することにより、ボビンに巻回される上層と下層の線材が交差するクロス部が所定位置に形成されて整列させることが可能となり、巻線の占積率を高めてモータの性能向上がはかられる。
【００１７】
第３の発明によると、テンション機構がノズルに供給される各線材毎に独立して張力を調節することにより、各線材が均一な張力を持ってボビンに巻回され、線材間に空隙部が生じることを抑えられ、巻線の占積率を高めてモータの性能向上がはかられる。
【００１８】
第４の発明によると、コイルの断面が略台形になるように線材をボビンに巻回する際、ノズルをノズル穴が延びる軸周りに回動させてコイルの台形断面に沿って傾斜させることにより、各ノズル穴から線材が円滑に繰り出され、巻き乱れが生じることを防止できる。
【００１９】
第５の発明によると、複数のボビンをスペーサを介してスピンドル軸の軸方向に並んで装着することにより、線材を各ボビンに連続して巻回することが可能となる。隣り合うボビン間で延びる渡り線がスペーサのガイド溝に沿って形成されることにより、コイル及び渡り線を所定位置に精度良く形成することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図７において、ステータ１はインナロータ式の３相交流モータを構成する多極電機子であり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の磁極２を５個づつ有し、合計１５個の磁極２が内側に向いて円環状に並んでいる。各磁極２は互いに分割されたボビン３と、このボビン３に線材４を巻回して形成されたコイル５とによって構成される。互いに分離した状態で各ボビン３にコイル５を巻回した後、各ボビン３を円環状に並べて連結し、ステータ１を組み立てるようになっている。
【００２２】
なお、ステータ１の磁極２の数はこれに限らず、例えば磁極２の数を９個に設定し、巻線装置９によって３個のボビン３に線材４を連続して巻回する構成としても良い。
【００２３】
図５に示すように、ボビン３は線材４が巻回される巻芯部３７と、この巻芯部３７を挟むようにして拡がる大小つば部３８，３９を有する。ボビン３に巻回される線材４の巻き数は、小つば部３９から大つば部３８へと次第に多くなり、ボビン３に巻回されるコイル５の断面は略台形になる。これにより、図７に示すように、各ボビン３がステータ１に組み付けられた状態で、隣り合うボビン３に巻回されたコイル５どうしがつくるスロットの間隙を小さくして、線材４の占積率（密度）を高めるようになっている。
【００２４】
図１において、巻線装置９は５個のボビン３に線材４を自動的に巻回するものである。以下、巻線装置９の構成について説明する。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｙ軸が略水平前後方向、Ｘ軸が略水平横方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとして説明する。
【００２５】
巻線装置９は、ボビン３を装着するスピンドル軸３１と、架台８に対してこのスピンドル軸３１をボビン３の中心軸回りに回動させるスピンドル機構３０と、複数本の線材４を繰り出すノズル１０と、このノズル１０を三次元方向に移動するノズル移動機構２５とを備え、ノズル１０から繰り出される線材４を回転する各ボビン３に巻回してコイル５を形成するようになっている。
【００２６】
スピンドル機構３０は、架台８に対してＺ軸回りに回転可能に支持されるスピンドル軸３１と、このスピンドル軸３１を回転駆動するサーボモータ３２とを備える。
【００２７】
スピンドル軸３１には５個のボビン３が軸方向に並んで装着される。スピンドル軸３１は各ボビン３を貫通し、各ボビン３をＺ軸上に支持する。各ボビン３の間にスペーサ３５が介装され、各ボビン３の位置決めが行われる。
【００２８】
サーボモータ３２によって回転駆動されるテーブル３３の上には最下段のスペーサ３５が置かれ、その上にボビン３とスペーサ３５が交互に積み重ねられ、最上段のボビン３の上にスペーサ３５が置かれる。各ボビン３はその小つば部３９が大つば部３８の上方に来るように積み重ねて装着される。
【００２９】
スペーサ３５はスピンドル軸３１を挿入させる穴を有した筒状に形成し、スピンドル軸３１に嵌合するように装着される。これに限らず、スペーサ３５を半割状に形成し、スピンドル軸３１を挟むように装着しても良い。
【００３０】
スピンドル軸３１の上端部には線材４を絡げる絡げ棒３６が設けられる。本実施の形態では、この絡げ棒３６から延びる線材４がまず最上段のボビン３に巻回され、その後順に下段のボビン３へと巻回される。
【００３１】
上下に並ぶ各ボビン３に対して線材４の巻回方向が交互に逆転するように構成される。つまり、上方から見て線材４は、最上段のボビン３に対して反時計回り方向（ＣＣＷ）に巻回され、上から２段のボビン３に対して時計回り方向（ＣＷ）に巻回され、上から３段のボビン３に対して反時計回り方向（ＣＣＷ）に巻回され、上から４段のボビン３に対して時計回り方向（ＣＷ）に巻回され、最下段のボビン３に対して反時計回り方向（ＣＣＷ）に巻回される。
【００３２】
図２に示すように、スペーサ３５には上段のボビン３から下段のボビン３へと延びて渡り線６となる線材４を案内するガイド溝４５が設けられる。このガイド溝４５はボビン３の大つば部３８より外側に突出するガイド壁４６と、このガイド壁４６に対峙するガイド壁４７によって形成される。ガイド壁４６は軸方向に対して傾斜した傾斜部４８が形成され、これに案内される線材４が曲折することを抑えるようになっている。
【００３３】
上下に並ぶ各ボビン３に対して線材４の巻回方向が交互に逆転することに対応して、上下に並ぶ各スペーサ３５に対してこのガイド壁４６及び傾斜部４８が形成される側が交互に異なるように構成され、これに案内される線材４が曲折することを抑えるようになっている。
【００３４】
ノズル移動機構２５は、架台８に対してサーボモータ１６によりＹ軸方向に移動する前後移動台１７と、この前後移動台１７に対してサーボモータ１８によりＸ軸方向に移動する横移動台１９と、この横移動台１９に対してサーボモータ２０によりＺ軸方向に移動する昇降台２１とを備え、この昇降台２１によってノズル１０が支持される。各サーボモータ１６，１８，２０はボールネジを回転駆動し、このボールネジに螺合する従動子をボールネジの軸方向に平行移動させるようになっている。
【００３５】
ノズル１０には線材供給機構４０から複数本の線材４が供給される。スピンドル軸３１に装着されたボビン３が回転することにより、ノズル１０から繰り出される複数本の線材４が束となってボビン３に巻回される。このように、太い線材に代えて複数本の細い線材４を巻回することにより、線材４の占積率を高めてモータの性能向上がはかられる。
【００３６】
なお、図示したノズル１０から繰り出される線材４の本数は、便宜上実際よりも少なくしてあるが、実際には例えば数１０本を超える本数となる。
【００３７】
図３、図４に示すように、ノズル１０は円柱形に形成され、各線材４が挿通する複数のノズル穴１１がその軸方向に貫通して形成される。各ノズル穴１１は所定の間隔をもって開口している。
【００３８】
ノズル１０は支持スリーブ２２を介して昇降台２１に支持される。各線材４は中空の支持スリーブ２２内を通してノズル１０の各ノズル穴１１へと送られる。
【００３９】
ノズル１０をノズル穴１１が延びるＹ軸周りに回動させるノズル回動機構６０を備える。このノズル回動機構６０はノズル１０を支持スリーブ２２に対して回転可能に支持するベアリング１２と、ノズル１０を回転駆動するサーボモータ１３とを備える。サーボモータ１３の回転軸にはギア１４が連結され、ノズル１０の外周部にはこのギア１４に噛み合うギヤ１５が固定される。
【００４０】
ノズル１０は支持スリーブ２２に対してベアリング１２を介して回転可能に支持され、サーボモータ１３によって回転駆動される。サーボモータ１３の回転軸にはギア１４が連結され、ノズル１０の外周部にはこのギア１４に噛み合うギヤ１５が固定される。
【００４１】
巻線装置９は各サーボモータ１３，１６，１８，２０の作動を制御するコントローラ８０を備える。
【００４２】
線材供給機構４０はノズル１０に供給される各線材４毎に独立して張力を調節するテンション機構４１を備える。架台４８には線材４の本数と同数のテンション機構４１が並んで設けられる。
【００４３】
このテンション機構４１においては、線材源４２からの線材４は、テンション付加用のプーリ４３に巻回された後、テンションバー４４先端のガイドプーリ４５に案内され、ガイドローラ４６を介してノズル１０へと送られる。
【００４４】
また、テンションバー４４は支点を中心に回動可能となっており、線材４の張力の変動はこのテンションバー４４の回動により吸収される。
【００４５】
テンションバー４４の回動角度は図示しないポテンショメータによりフィードバックされ、図示しないコントローラ及びアクチュエータを介してテンションバー４４に与えるトルクを制御し、テンションバー４４の角度が目標位置に戻るように調整する。これにより、線材４にかかる慣性負荷が少なく、線材４の張力が過渡的に変化することをスムーズに吸収することができる。
【００４６】
なお、このテンション機構４１の構造については、特開２０００−１２８４３３号公報に開示されている。
【００４７】
また、テンション機構４１はこれに限らず、特開平６−２５５８８４号公報に開示されているように、プーリ４３の回転を電磁ブレーキにより制動し、この制動力により線材４には所定の張力が付与される構造としても良い。
【００４８】
巻線装置１は以上のように構成され、ボビン３に線材４が次の手順で巻回される。ステータ７は次の手順で形成される。
・スピンドル軸３１に５個のボビン３を各スペーサ３５を介して装着する。
・ノズル１０から繰り出される線材４を図示しないクランプに保持させる。
・ノズル１０から繰り出される線材４を絡げ棒３６に絡げる。
・ノズル１０を最上段のボビン３の近傍の所定位置に移動し、保持する。
・線材４をクランプと絡げ棒３６の間で図示しないカッタにより切断する。
・スピンドル軸３１に装着されたボビン３を回転し、このボビン３にノズル１０から繰り出される複数本の線材４が束となって巻回されるのに連動してノズル１０をＺ軸方向に移動するとともに、ノズル１０をＹ軸周りに回動させる。これにより、線材４はコイル５の断面が略台形になるように巻回される。
・こうして一つのボビン３に対する線材４の巻回が終了したら、ノズル１０をガイド溝４５に沿って移動し、下段のボビン３に線材４を巻回する。
・こうして全てのボビン３に対する線材４の巻回が終了したら、線材４を図示しないクランプに保持させる。
・線材４を最下段のボビン３とクランプの間で図示しないカッタにより切断する。
・スピンドル軸３１から５個のボビン３及び各スペーサ３５を抜き取る。
【００４９】
このようにして線材４が連続して巻回された５個のボビン３を形成した後、各ボビン３を円環状に並べて連結し、ステータ１を組み立てる。
【００５０】
以上のように構成されて、スピンドル機構３０がボビン３を回転させることにより、ノズル１０の各ノズル穴１１から繰り出される線材４が束になって各ボビン３に巻回される。
【００５１】
このとき、複数本の線材４はノズル１０から互いに所定の間隔を持って繰り出されるため、線材４どうしが摩擦によって絡み合うことなく各ノズル穴１１から円滑に繰り出され、巻き乱れが生じることを防止できる。
【００５２】
そして、各テンション機構４１がノズル１０に供給される各線材４毎に独立して張力を調節することにより、各線材４が均一な張力を持ってボビン３に巻回され、線材４間に空隙部が生じることを抑えられ、巻線の占積率を高めてモータの性能向上がはかられる。
【００５３】
これについて詳述すると、図５に示すように、ノズル移動機構２５がノズル１０の移動方向をＺ軸方向について反転させるのに伴って、ボビン３に巻回される上層の線材４が下層の線材４に乗り上げる部位にクロス部が生じ、このクロス部の近傍にも線材４が巻回されない空隙部ができる。
【００５４】
各ノズル穴１１から繰り出される各線材４が一定の張力を持ってボビン３に巻回されることにより、各線材４がボビン３に対して所定位置に巻回され、図５に示すように、クロス部が所定位置でＺ軸方向に並んで形成される。こうしてクロス部が所定位置に集中して形成されると、各クロス部の線材４どうしがそれぞれの空隙部を埋め合うように分布し、巻線の占積率を高められる。
【００５５】
これに対して、従来装置の場合、ノズル１０から繰り出される各線材４間に働く摩擦力によって各線材４の張力が一定にならないため、図６に示すように、クロス部をＺ軸方向に整列させることができず、各クロス部が広い範囲に散在し、各クロス部の近傍に形成される空隙部によって巻線の占積率が低下する。
【００５６】
さらに、コイル５の断面が略台形になるように線材４をボビン３に巻回する際、ノズル１０をノズル穴１１が延びるＹ軸周りに回動させてコイル５の台形断面に沿って傾斜させることにより、各ノズル穴１１から線材４が円滑に繰り出され、巻き乱れが生じることを防止できる。
【００５７】
すなわち、コイル５に対する線材４の繰り出し量は台形断面の上部に巻回されるものより台形断面の下部に巻回されるものの方が長くなるが、各ノズル穴１１から繰り出される線材４の張力が独立して調整され、かつノズル１０をコイル５の台形断面に沿って傾斜させることにより、各線材４が互いに交差することなく整列して巻回され、巻線の占積率を高められる。
【００５８】
複数のボビン３をスペーサ３５を介してスピンドル軸３１の軸方向に並んで装着することにより、線材４を各ボビン３に連続して巻回する。隣り合うボビン３間で延びる渡り線６がスペーサ３５に形成されたガイド溝４５に沿って形成されることにより、コイル５及び渡り線６を所定位置に精度良く形成することができる。
【００５９】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す巻線装置の斜視図。
【図２】同じくスピンドル機構の正面図。
【図３】同じくノズルの斜視図。
【図４】同じくノズルの断面図。
【図５】同じくコイルの概略断面図。
【図６】比較例を示すコイルの概略断面図。
【図７】同じく本発明の実施の形態を示すステータの概略断面図。
【符号の説明】
１  ステータ
３  ボビン
４  線材
５  コイル
６  渡り線
９  巻線装置
１０  ノズル
１１  ノズル穴
２５  ノズル移動機構
３０  スピンドル機構
３１  スピンドル軸
３５  スペーサ
４１  テンション機構
４５  ガイド溝
【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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