(57)【要約】【課題】電機子の小型化に併せ、コアの巻線率の向上および磁気収束作用域の拡張が図れるようにする。【解決手段】コア１のポール２ａと、コイル３をポール２ａに隣接するスロット４ａ内にまで導き供給するコイル供給ガイド５との、軸線６まわりの相対回転により、コイル３をポール２ａに巻付けまたはおよび巻取り、巻線を行うのに、コイル供給ガイド５とポール２ａとの、スロット４ａの開口４ｂ部にほぼ位置する揺動支点Ｐを有した相対揺動を複合させたときの、コイル供給ガイド５のガイド端５ａの前記ポール２ａに対する動きで、前記巻線に供するコイル３を前記軸線６の方向にトラバースさせながら巻線を行わせるようにして、上記の目的を達成する。【選択図】  図１
2004297885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの巻線対象とする外向きのポールと、コイルをこのポールに隣接するスロット内にまで導き供給するコイル供給ガイドとの、前記ポールの軸線まわりの相対回転により、前記コイル供給ガイドからのコイルをポールに巻付けまたはおよび巻取り、巻線を行うコイルの巻線方法において、
前記コイル供給ガイドとポールとの相対回転に、これらコイル供給ガイドとポールとの、ポール配列平面上で見た前記スロットの開口部にほぼ位置する揺動支点を有した相対揺動を複合させ、この相対揺動によるコイル供給ガイドのガイド端の前記ポールに対する動きで、前記ポールへの巻付けまたはおよび巻取りに供するコイルを前記ポールの軸線方向にトラバースさせながら前記巻線を行わせることを特徴とするコイルの巻線方法。
【請求項２】
前記相対回転および相対揺動共に、コイル供給ガイド側の回転および揺動によって行う請求項１に記載のコイルの巻線方法。
【請求項３】
前記相対回転と相対揺動に併せ、コイル供給ガイドのガイド端と前記ポールとに、このポールの周方向の相対移動を行わせることを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載のコイルの巻線方法。
【請求項４】
コアをその巻線対象となる外向きのポールに隣接するスロットがコア外まわりに開放するように支持して巻線に供するコア支持手段と、コイルを前記コア支持手段に支持されるコアの巻線対象となるポールに隣接するスロット内にまで導き前記ポールへの巻線に供するコイル供給ガイドと、前記コア支持手段に支持されるコアとコイル供給ガイドとを、前記巻線対象となるポールの軸線まわりに相対回転させる相対回転手段と、前記コア支持手段に支持したコアとコイル供給ガイドとを、コアのポール配列平面上で見て前記ポールに隣接するスロットの開口部にほぼ位置する揺動支点を有した相対揺動を行わせて、この相対揺動によるコイル供給ガイドのガイド端の前記ポールに対する動きで、前記巻付けまたはおよび巻取りに供するコイルを前記ポールの軸線方向にトラバースさせる相対揺動手段とを備えたことを特徴とするコイルの巻線装置。
【請求項５】
コアをその巻線対象となる外向きのポールに隣接するスロットが前記コアの外まわりに開放するように支持して前記巻線に供するコア支持手段と、コイルをコア支持手段に支持されるコアの巻線対象となるポールに隣接するスロット内にまで導き前記巻線に供するように支持したコイル供給ガイドと、前記コア支持手段に支持されるコアの巻線対象となるポールの軸線まわりに前記コイル供給ガイドを回転させて前記ポールに対し相対回転させる回転手段と、この回転手段上で、前記コイル供給ガイドを前記コア支持手段に支持されるコアのポール配列面上で見て巻線対象となるポールに隣接するスロットの開口部にほぼ位置する揺動支点を有した揺動を行わせて前記コアに対し相対揺動させ、この相対揺動によるコイル供給ガイドのガイド端の前記ポールに対する動きで、前記巻付けまたはおよび巻取りに供するコイルを前記ポールの軸線方向にトラバースさせる揺動手段とを備えたことを特徴とするコイルの巻線装置。
【請求項６】
前記コイル供給ガイドのガイド端と前記ポールとを、このポールの周方向に相対移動させる相対移動手段を備えた請求項４、５のいずれか１項に記載のコイルの巻線装置。
【請求項７】
前記相対回転手段または回転手段は、前記コイル供給ガイドを、コア支持手段およびこれに支持されたコアまわりでの相互干渉域を外れて支持して、前記ポールの軸線まわりに回転させる回転部材を有し、前記相対揺動手段または揺動手段は、前記回転部材に揺動軸にて連結された揺動部材を有し、この揺動部材に支持した前記コイル供給ガイド上に設定した揺動支点位置を前記揺動軸の軸線が通るようにした請求項４〜６のいずれか１項に記載のコイルの巻線装置。
【請求項８】
前記相対揺動手段または揺動手段は、前記回転部材に進退できるように嵌め合わされて前記揺動部材と連結された進退部材を有し、この進退部材の進退動作により揺動部材を揺動軸まわりに揺動させる請求項７に記載のコイルの巻線装置。
【請求項９】
進退部材はその先端部が揺動部材とリンクを介して連結されている請求項８に記載のコイルの巻線装置。
【請求項１０】
進退部材はその後端側から先端側にコイルを通して供給するコイル供給通路を有し、進退部材の先端部と、前記リンクの途中と、前記揺動部材におけるコイル供給ガイドの後端近傍とに、供給するコイルを進退部材とコイル供給ガイドとの間で案内するガイドローラを備えた請求項９に記載のコイルの巻線装置。
【請求項１１】
相対回転手段または回転手段の回転軸線は、前記巻線対象となるポールの軸線とほぼ一致している請求項４〜１０のいずれか１項に記載のコイルの巻線装置。
【請求項１２】
コイル供給ガイドはノズルである請求項４〜１１のいずれか１項に記載のコイルの巻線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルの巻線方法と装置に関し、詳しくは主としてコアの外向きのポールに巻線を行うコイルの巻線方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような巻線を行うのに、センタフォーマとサイドフォーマとの組み合わせにより供給するコイルをスロット内にまで導きトラバースさせながら、巻線対象とするポールに整列状態に巻付けたり巻取ったりして巻線する第１の方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
この第１の方法では図７（ｂ）に示すように、供給するコイルａをノズルｄによってコアｂのスロットｃの外まで案内して前記ポールｅに送り付けた後、このノズルｄのポール軸線ｆまわりの回転によってコイルａを繰り出しながらそのポールｅに巻付けるか、前記ポールｅの軸線ｆまわりの回転によって前記ノズルｄからコイルａを引き出しながら巻取らせる一般的な第１のコイル供給方式を採用している。
【０００４】
このような第１のコイル供給方式では、ポールｅに巻付け、または巻取るコイルａは、張力によってポールｅとノズルｄとの間の最短距離となる状態に落ちつこうとして、図７に一点鎖線で示すようにノズルｄの先端位置からポールｅの軸線ｆと直角になる位置および姿勢に安定しようとする。このため、ポールｅ上のコイルａの自然な巻線位置は、ノズルｄの先端位置および巻線を可能にするスロットｃの開口ｃ１の位置とで規制され、その規制位置に過剰に巻線される。この結果、特定位置に集中した巻線によって盛り上がった巻線束上をコイルａが他の部分の側に滑り落ちたり、巻線束の盛り上がりが他の部分の側に巻き崩れたり、巻線済コイルａ１を他の部分の側に押しやったりすることでしか、ポールｅの他の部分へのコイルａの巻付け、または巻取りは進行しない。
【０００５】
図７（ｂ）に以上のような第１のコイル供給方式により行った巻線での巻線束をほぼ一重巻き程度にまで巻き戻した状態を示している。その巻戻し過程で本発明者等が巻線状態を確認したところ、巻線済コイルａ１は表層部から下層部に至るまで乱れ、多くの隙間ができていること、また、巻線済コイルａ１どうしが図７（ｂ）で一部見られるように上下層間で複雑にクロスしていることが認められた。
【０００６】
ここで、前記第１の巻線方法は、前記センタフォーマをこのようなことに対応できるものとして用いている。具体的には、図７（ｂ）に模式的に示しているようにセンタフォーマｈを開口ｃ１を通じてスロットｃ内で進退させる。これにより、センタフォーマｈは、前記一点鎖線の位置および姿勢に安定しようとするコイルａの一点を、図７（ｂ）に仮想線で示すようにポールｅの基部まで押し込んだ後、その押し込みを解除することを繰り返す。このとき、コイルａはその張力によって緩むことなくセンタフォーマｈの押動点ｈ１の進退動作に追従してリバースされ、押動点ｈ１の各移動位置からポールｅの軸線に対してほぼ直角となる位置および姿勢にて、ポールｅに巻付け、または巻取られる。この結果、コイルａはポールｅの軸線ｆの方向の必要範囲に整列して巻線される。
【０００７】
しかし、センタフォーマｈによるこのようなコイルａのトラバース方式では、コアｂとノズルｄとの相対回転に伴い直進するセンタフォーマｈがコイルａをスロットｃ内へ押し込んでいくのに、コイルａはその張力によってノズルｄとセンタフォーマｈによる押動点ｈ１との間で真っ直ぐになろうとして、前記ポールｅに隣接するポールｅ１に引っ掛かって巻線ができない。
【０００８】
そこで、第１の巻線方法はさらに、前記サイドフォーマをこのようなことに対応できるものとして用いている。具体的には、図７（ｂ）に仮想線で示すように、巻線対象となるポールｅに隣接するポールｅ１の外端面をスロット開口ｃ１の開口縁から前記ポールｅとは反対の側に向けて覆うようにサイドフォーマｉが設けられる。これによってサイドフォーマｉは、ノズルｄ、ｇからポールｅに至るコイルａがセンタフォーマｈによってスロットｃ内に押し込まれていきながらその途中でポールｅ１に引っ掛かろうとする部分をポールｅ１に代わる面にて引っ掛かりなく滑らかに相対移動できるように案内する。この結果、コイルａはコアｂとノズルｄとの前記軸線ｆまわりの相対回転とセンタフォーマｈによるトラバースとにスムーズに追従しながら整列して巻線される。
【０００９】
また、別に、巻線対象とするポールに隣接したスロット内で自身の軸線上で進退するノズルを用いた第２のコイル供給方式にてコイルを供給し、前記ポールの軸線まわりの回転により前記ノズルからのコイルをその時々のノズル位置にてポールに巻取り、巻線を行う第２の巻線方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
この第２の巻線方法は、図７（ｂ）に破線で示す前記スロットｃの位置に対応して配したノズルｇを破線矢印の方向に進退させることで、供給するコイルａを前記ポールｅの軸線ｆの方向にトラバースさせて、ポールｅに整列状態に巻線できるようにする。ノズルｇの進退方向はコアｂと干渉しないように、ポールｅの軸線ｆに対するスロットｃの傾き角に合わせる。特許文献２には、ノズルｇの進退方向を前記傾き角に一致させる調節のために、ノズルｇの支持機構全体の傾斜角を調整したり、コアｂの支持機構全体の傾斜角を調整したり、コアｂをポールｅの軸線ｆまわりに回転させるスピンドルの１８０°反転軸を利用してスピンドルの傾斜角を調節したりして対応することが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−２９８９１８号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平０５−１１５１５９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各種装置や機器の小型化、軽量化に伴い薄型化、小型化した、いわゆる薄型ＤＣモータなど各種のマイクロモータが開発され、提供されている。近時では、薄型化、小型化がさらに進む中、電機子とケーシングとの隙間など構成部材間が極限状態にまで狭められている。また、このような軽量化、小型化に併せ、必要な特性を保証するために、電機子の巻線効率や磁気収束作用の向上が求められている。このような事情は、トランス、発電機、磁気ヘッドなどの巻線が必要なワーク全体に共通している。
【００１４】
上記第１のコイル供給方法にてコイルを供給しコイルのトラバースなしで巻線する一般的な巻線方法では、巻線コイルの乱れから巻線束内に空隙が多くできるので巻線密度が低く、図８（ｂ）に示すように外部に大きく膨らむ。そこで、必要回数の巻線をした後巻線束をプレスすることにより、巻線密度を高めてかさ低くするとともに、扁平化などの整形も行って対応している。しかし、巻線後にこのようなプレス作業をすると、その分製品コストが上昇する。
【００１５】
しかも、プレス作業後の製品は断線や短絡の欠陥が多発し製品の歩留まりが低い。また、断線や短絡は全数につき通電しないと検査できない上、短絡は検査時に発生せず製品使用時に設計寿命を満足しない比較的早期に発生して信頼を損なう原因にもなる。これにつき本発明者等が種々に実験をし検討を重ねたところ、巻線済コイルａ１どうしのクロス部が前記プレス作業時の応力の集中や加工硬化が原因して断線することが判明した。また、このような断線がなく通電できたとしても、巻線済コイルａ１のクロス部分において生じた被覆の傷や疲労が原因して前記短絡が早期に生じることも判明した。
【００１６】
これに対し、上記従来の第１、第２の巻線方法は前記のような整列巻きによりこのような問題を解消している。しかし、第１の巻線方法では、コアの形状や寸法に適合するセンタフォーマやサイドフォーマを製作しなければならない上、コアの種類毎にフォーマを製作し交換する必要があるので、製品コストが上昇する。
【００１７】
また、第２の巻線方法では、ノズルの単純な進退動作によってコイルをトラバースさせられるので、第１の巻線方法のような特別なフォーマは要らないが、第１の巻線方法と共に、電機子の小型化に伴いコアの巻線効率や磁気収束作用のさらなる向上の要求には、まだ十分に対応できない。
【００１８】
具体的には、そのような要求に応えようとすると、コアの小型化と、巻線域および磁気収束作用域の拡張という相容れない対応が必要となる。例えば、図７（ｂ）に示すようにコアｂにおけるポールｅの外端両側に張り出させるアームｂ１の張り出し量ｌ１を大きくすると、コアｂの外径を大きくすることなく磁気収束作用域を拡張することができる。また、ポールｅの外端側を前記アームｂ１の基部内側に前記ノズルｄ、ｇからの開口ｃ１を通じた前記ポールｅの軸線ｆに対して直角な１点鎖線で示すコイルａのラインを越えてできるだけ食い込ませると、コアｂの外径を大きくすることなく巻線域ｌ２を拡張することができる。つまり、前記巻線域ｌ２は巻線域ｌ４から前記食い込み分に相当するｌ３だけ拡張し、かつこの拡張域ｌ３をアームｂ１との間で鋭角Ｒをなすなど適当な形状にてスロットｃ側に開放し、巻線できるようになる。
【００１９】
しかし、上記第１、第２の巻線方法では、センタフォーマｈやノズルｇの動きによるコイルａのトラバース域を前記巻線域ｌ４から拡張域ｌ３にまで及ぶようにすると、コイルａは前記アームｂ１の張り出し端と干渉するので、コイルａを巻線域ｌ２の外端側一杯までトラバースさせられない。このため、コイルａがアームｂ１と干渉する拡張域ｌ３はコイルａをトラバースさせるときの死角となり整列巻きに対するデッドスペースとなる。
【００２０】
もっとも、コイルａをアームｂ１と干渉する直前までトラバースさせた位置での巻線を過剰に行うことによって、拡張域ｌ３側への既述したような巻線済コイルａ１の巻崩れや押しやり、コイルａの滑り落ちなどを図って拡張域ｌ３にも巻線することはできる。しかし、これでは、前記第１の供給方法による場合のような巻線済コイルａ１の乱れや浮き上がりに伴うプレス作業の必要、プレスによる巻線済コイルａ１のクロス部での断線や短絡の問題が解消できない。
【００２１】
また、コアｂのアームｂ１の張り出し量ｌ１の拡張は、スロットｃの開口ｃ１の狭小化につながり、コイルａを巻線域ｌ２の全域にトラバースさせて整列巻きする妨げになるので、コアを小型化するのに併せ、巻線域および磁気収束作用域を十分に確保する、という相容れない要求に応えにくく、これを十分に満足する技術はまだ提供されていない。
【００２２】
本発明の目的は、電機子の小型化に併せ、コアの巻線率の向上および磁気収束作用域の拡張が図れるコイルの巻線方法と装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明のコイルの巻線方法は、コアの巻線対象とする外向きのポールと、コイルをこのポールに隣接するスロット内にまで導き供給するコイル供給ガイドとの、前記ポールの軸線まわりの相対回転により、前記コイル供給ガイドからのコイルをポールに巻付けまたはおよび巻取り、巻線を行うコイルの巻線方法において、前記コイル供給ガイドとポールとの相対回転に、これらコイル供給ガイドとポールとの、ポール配列平面上で見た前記スロットの開口部にほぼ位置する揺動支点を有した相対揺動を複合させ、この相対揺動によるコイル供給ガイドのガイド端の前記ポールに対する動きで、前記ポールへの巻付けまたはおよび巻取りに供するコイルを前記ポールの軸線方向にトラバースさせながら前記巻線を行わせることを１つの特徴としている。
【００２４】
このような方法を達成するコイルの巻線装置としては、コアをその巻線対象となる外向きのポールに隣接するスロットがコア外まわりに開放するように支持して巻線に供するコア支持手段と、コイルを前記コア支持手段に支持されるコアの巻線対象となるポールに隣接するスロット内にまで導き前記ポールへの巻線に供するコイル供給ガイドと、前記コア支持手段に支持されるコアとコイル供給ガイドとを、前記巻線対象となるポールの軸線まわりに相対回転させる相対回転手段と、前記コア支持手段に支持したコアとコイル供給ガイドとを、コアのポール配列平面上で見て前記ポールに隣接するスロットの開口部にほぼ位置する揺動支点を有した相対揺動を行わせて、この相対揺動によるコイル供給ガイドのガイド端の前記ポールに対する動きで、前記巻付けまたはおよび巻取りに供するコイルを前記ポールの軸線方向にトラバースさせる相対揺動手段とを備えたことを１つの特徴とするものでよい。
【００２５】
このような構成では、コアの巻線対象とする外向きのポールと、コイルをそのポールに隣接するスロット内にまで導き供給するくコイル供給ガイドとの、前記ポールの軸線まわりの相対回転により、前記コイル供給ガイドからのコイルをポールに巻付けまたはおよび巻取り、巻線を行う従来通りの動作に、前記コイル供給ガイド側とポール側との、コアのポール配列平面上で見た前記スロットの開口部にほぼ位置する揺動支点を有した相対揺動を複合させることにより、コイル供給ガイドのガイド端の前記揺動支点を中心としたスロット内での振れ動きによって、コアとの干渉を避けた位置関係を確保しながら、前記巻付けまたは巻取りに供するコイルを従来の第１、第２の巻線方法では死角となる巻線域まで整列巻きさせることができる。従って、コアの小型化と、巻線率の向上と磁気収束作用域の拡張とが実現し電機子のさらなる軽量化、小型化に対応できる。また、巻線束のプレスや整形の作業が不要であるし、それによって巻線済コイルに断線や短絡が生じるようなことも解消でき、製品の歩留まりと信頼性が向上し、製品の低コスト化も図れる。
【００２６】
ここで、前記相対回転および相対揺動は、コアとコイル供給ガイドとのどちらかのみの回転および揺動によっても、双方の回転および揺動によっても行なえるし、回転と揺動とを互いに分担し合うこともできる。しかし、コイル供給ガイド側の回転および揺動によって行う、さらなる構成では、
コア側はこれを着脱できるように支持してその支持状態のまま巻線に供すればよく、コアを支持する側の機器構成が簡略化するし、コアの支持位置を安定させやすい利点がある。これに対し、コイル供給ガイドを支持する機器側は、前記コアの安定した支持位置との単純な位置関係のもとに、前記回転および揺動の動作を独自の位置関係を保って共存、共用する部材により行って、機器構成の簡略化と、コアに対するコイル供給ガイドの正確な回転と揺動とを実現することができる。
【００２７】
このような、方法を実現する装置としては、コアをその巻線対象となる外向きのポールに隣接するスロットが前記コアの外まわりに開放するように支持して前記巻線に供するコア支持手段と、コイルをコア支持手段に支持されるコアの巻線対象となるポールに隣接するスロット内にまで導き前記巻線に供するように支持したコイル供給ガイドと、前記コア支持手段に支持されるコアの巻線対象となるポールの軸線まわりに前記コイル供給ガイドを回転させて前記ポールに対し相対回転させる回転手段と、この回転手段上で、前記コイル供給ガイドを前記コア支持手段に支持されるコアのポール配列面上で見て巻線対象となるポールに隣接するスロットの開口部にほぼ位置する揺動支点を有した揺動を行わせて前記コアに対し相対揺動させ、この相対揺動によるコイル供給ガイドのガイド端の前記ポールに対する動きで、前記巻付けまたはおよび巻取りに供するコイルを前記ポールの軸線方向にトラバースさせる揺動手段とを備えたことを別の特徴とする装置でよい。
【００２８】
また、前記相対回転と相対揺動に併せ、コイル供給ガイドのガイド端と前記ポールとに、このポールの周方向の相対移動を行わせる、さらなる構成では、
軸線まわりに回転するポールの幅寸法がコアの厚みを越える大きなものに対しても、コイル供給ガイドのガイド端をポールに対する干渉域から逃がしながら、ポールまわりにコイルを必要に応じて沿わせながら馴染み性よく、かさ低く整列巻きさせられる。
【００２９】
このような方法を達成する装置としては、前記コイル供給ガイドのガイド端と前記ポールとを、このポールの周方向に相対移動させる相対移動手段を備えた、さらなる構成のコイルの巻線装置であればよい。
【００３０】
なお、コイル供給ガイドの揺動支点はスロットの開口部にほぼ位置する揺動軸によって与えることもできる。しかし、前記相対回転手段または回転手段は、前記コイル供給ガイドを、コア支持手段およびこれに支持されたコアまわりでの相互干渉域を外れて支持して、前記ポールの軸線まわりに回転させる回転部材を有し、前記相対揺動手段または揺動手段は、前記回転部材に揺動軸にて連結された揺動部材を有し、この揺動部材に支持した前記コイル供給ガイド上に設定した揺動支点位置を前記揺動軸の軸線が通るようにした、さらなる構成では、
前記相対回転手段または回転手段に設けた回転部材上に、コイル供給ガイドを支持した揺動部材を、揺動軸にて連結するだけの簡単な構成で、前記コア支持手段およびこれに支持されたコアまわりでの相互干渉域を外れてコイル供給ガイドを、前記回転部材による回転を受けながら揺動できるように支持することができ、前記揺動軸の軸線が前記揺動部材に支持したコイル供給ガイド上に設定する前記揺動支点を通ることによって、その位置に揺動軸のない揺動支点を実現するので、スロットの開口が狭小化してもより干渉しにくい利点がある。
【００３１】
また、前記相対揺動手段または揺動手段が、前記回転部材に進退できるように嵌め合わされて前記揺動部材と連結された進退部材を有し、この進退部材の進退動作により前記揺動部材を揺動軸まわりに揺動させる、さらなる構成では、
相対揺動手段または揺動手段が、前記回転部材上でその回転に伴いコイル供給ガイドを揺動させるのに、回転部材の回転域における進退部材の進退によって、回転部材の回転を邪魔したりまわりに邪魔されたりすることなく、コイル供給ガイドを進退部材を介し確実に揺動動作させられる。
【００３２】
前記進退部材の先端部が揺動部材とリンクを介して連結されている、さらなる構成では、
進退部材の進退動作をリンクを介し揺動部材に無理なく、また前記相対揺動、相対回転を邪魔したり邪魔されたりすることなく、かつ確実に伝達して揺動させられる。
【００３３】
進退部材が、その後端側から先端側にコイルを通して供給するコイル供給通路を有し、進退部材の先端部と、前記リンクの途中と、前記揺動部材におけるコイル供給ガイドの後端近傍とに、供給するコイルを進退部材とコイル供給ガイドとの間で案内するガイドローラを備えた、さらなる構成では、
前記回転部材の回転域にある進退部材内のコイル供給通路を通じて、進退部材が揺動部材との連結を図る先端部までコイルを案内し、この先端部から回転部材に揺動部材を介し支持したコイル供給ガイドにまで供給するので、コイルの回転部材の回転域まわりでの振り回し域が、コイルが進退部材の先端部から出て以降コイル供給ガイドに至るまでの少しの範囲に抑えられ、他の邪魔になったり邪魔されたりしにくい利点がある。また、進退部材とコイル供給ガイドとの間のコイルは、進退部材の先端部と、前記リンク途中と、前記揺動部材におけるコイル供給ガイドの後端近傍とに設けたガイドローラによって案内するので、揺動部材の揺動および回動に伴う各部材の移動にかかわらず、コイルが極度に緊張したり緩んだりするのを防止しながら、前記振り回し域が小さいことと相俟ってコイルが案内経路から外れて供給状態が不能になったり、他に引っ掛かるような問題を防止することができる。
【００３４】
回転手段の回転軸線が、前記巻線対象となるポールの軸線とほぼ一致している、さらなる構成では、
相互の相対回転に対し回転軸線がほとんどずれないことにより、コアとコイル供給ガイドとの間の隙間が小さくても互いに干渉するようなことを防止しやすく、コアの小型化及びスロット開口の狭小化に対応しやすい。
【００３５】
コイル供給ガイドは、所々に有したコイルガイド部にコイルを引っ掛けたり通したりして所定の経路で案内できるものでもよいが、ノズルである、さらなる構成では、
特に、コイルを通して案内するだけの細く単純な形態のものとしてコアとの干渉や引っ掛かりを避けやすくしながら、それが形成する閉経路にコイルを拘束してまわりから隔絶し、安定かつ確実に供給することができる。
【００３６】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面の記載によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて、種々な組合せで複合して採用することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るコイルの巻線方法と装置につき、図１〜図８を参照しながら詳細に説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明は本発明の具体例であって、特許請求の範囲の記載を限定するものではない。
【００３８】
図１、図２に本発明の実施の形態に係るコイルの巻線方法と装置の１つの例を示し、コア１の巻線対象とする外向きのポール２ａと、コイル３をポール２ａに隣接するスロット４ａ内にまで導き供給するコイル供給ガイド５とを、前記ポール２ａの軸線６のまわりに相対回転させることにより、コイル供給ガイド５からのコイル３を図１、図２に示す巻線開始状態から図３、図４に示すような一重巻き状態を経てポール２ａに多重に、例えば６段〜８段程度にまで巻付けまたはおよび巻取り、巻線を行う。図示する例ではコア１は薄型ＤＣモータの電機子としてのロータのものであり、ポール２ａがコア１の外周に外向きに複数設けられていて、その両側に隣接するポール２ａとの間にスロット４ａを有している。このスロット４ａは開口４ｂによってコア１の外まわりに開放されているのを利用して、前記のような巻線が行える。
【００３９】
具体的には、コア１の巻線対象となるポール２ａとその両側のスロット４ａおよび開口４ｂは軸線６を境にした対称形である。これにより、図１に軸線６の上の部分で示しているように、コア１におけるポール２ａの配列平面上で見たスロット４ａ内にその開口４ｂを通じ入り込んだコイル供給ガイド５と、コア１とに、互いに干渉し合わない位置関係を設定すると、軸線６のまわりの回転によってポール２ａの両側のスロット４ａおよび開口４ｂが描く包絡面と、軸線６まわりの回転によってコイル供給ガイド５が描く包絡面との間には、どの回転位置にても前記位置関係が確保され、どの回転位置にても干渉し合うことはない。
【００４０】
そこで、本実施の形態の巻線方法は、前記コア１とコイル供給ガイド５との巻線対象とするポール２ａの軸線６まわりの相対回転に、これらコイル供給ガイド５とポール２ａとの、コア１のポール配列平面上で見た前記スロット４ａの開口４ｂ部にほぼ位置する揺動支点Ｐを有した相対揺動を複合させる。この相対揺動時のコイル供給ガイド５のガイド端５ａの前記ポール２ａに対する図６に矢印Ｑで示すような軸線６の方向の動きで、前記相対回転によるポール２ａへの巻付けまたはおよび巻取りに供するコイル３を軸線６の方向にトラバースさせながら前記巻線を行わせる。
【００４１】
これを行うのに、本実施の形態のコイルの巻線装置は、コア１をその巻線対象となる外向きのポール２ａに隣接するスロット４ａがコア１まわりに開放するように支持して前記の巻線に供するコア支持手段１１と、コイル３をコア支持手段１１に支持されたコア１の巻線対象となるポール２ａに隣接するスロット４ａ内にまで導き供給するコイル供給ガイド５と、コア支持手段１１に支持されるコア１とコイル供給ガイド５とを前記軸線６のまわりに相対回転させる相対回転手段１２と、コア支持手段１１に支持されるコア１とコイル供給ガイド５とをコア１のポール配列平面上で見て前記ポール２ａに隣接するスロット４ａの開口４ｂ部にほぼ位置する揺動支点Ｐを持った相対揺動を行わせて、この相対揺動によるコイル供給ガイド５のガイド端５ａの動きで、前記巻付けまたはおよび巻取りに供するコイル３を前記ポール２ａの軸線６の方向にトラバースさせる相対揺動手段１３と、を基本構成として備えている。
【００４２】
このように、本実施の形態においても、コア１の巻線対象とする外向きのポール２ａと、コイル３をポール２ａに隣接するスロット４ａ内にまで導き供給するコイル供給ガイド５との、前記ポール２ａの軸線６まわりの相対回転によるコイル３のポール２ａへの巻付けまたはおよび巻取る、従来通りの巻線方式を一応採用している。しかし、この相対回転による巻線動作に、コイル供給ガイド５とポール２ａとのポール２ａの配列平面上で見た前記スロット４ａの開口４ｂ部にほぼ位置する揺動支点Ｐを有した相互が干渉し合わない相対揺動を複合させたときの、コイル供給ガイド５のガイド端５ａの前記揺動支点Ｐを中心としたスロット内での振れ動きにより、コア１との干渉を避けた位置関係を確保しながら、前記巻付けまたは巻取りに供するコイル３を既述した従来の第１、第２の巻線方法では、図７（ｂ）に示すポール２ａの外端からｌ１張り出したアーム２ｂの形状との関係から死角となっていた巻線域ｌ３にも整列巻きさせることができる。これによって、整列巻きできる巻線域が、従来図７（ｂ）に示す巻線域ｌ４であったのが前記巻線域ｌ３の分だけ拡張した巻線域ｌ２の全域に広がり、密度高くかつ隙間やクロス部分なくかさ低く巻線することができる。実験によれば図７（ａ）に示すように巻線域ｌ２のほぼ一杯にコイル３を整列巻きすることができた。また、これによって、最終の巻線状態は図８（ａ）に示すようにかさ低くなり、図８（ｂ）に示す従来の巻線状態に比し大きく改善された。
【００４３】
この結果、コア１の小型化と、巻線率の向上と磁気収束作用域の拡張とが実現し電機子のさらなる軽量化、小型化に対応できる。また、巻線束のプレスや整形の作業が不要であるし、それによって巻線済コイルに断線や短絡が生じるようなことも解消でき、製品の歩留まりと信頼性が向上する。
【００４４】
ここで、前記相対回転および相対揺動は、コア１とコイル供給ガイド５とのどちらかのみの回転および揺動によっても、双方の回転および揺動によっても行なえるし、回転と揺動とを互いに分担し合うこともでき、いずれの場合も、前記のような特徴ある巻線が保証できる。また、巻線対象となるポール２ａは本実施の形態のようにロータのコア１のものに限られることはなく、ステータのコアであっても外向きのポールがあれば同様に巻線ができる。また、トランス、発電機、磁気ヘッドなどの巻線が必要な各種コアで、ポールの巻線域にガイド端５ａが臨んでポールの軸線方向に振れ動くようにコイル供給ガイド５との相対揺動、および前記軸線まわりの相対回転ができる、単なる棒状コアを含む全てのものに、スロットの有無やその形状にかかわらず適用できる。
【００４５】
本実施の形態では、前記相対回転手段１２および相対揺動手段１３において、コイル供給ガイド５のみを回転および揺動させて、コア１との相対回転および相対揺動を満足し前記巻線を行うようにしている。これにより、コア１側はこれをコア支持手段１１にて着脱できるように支持し、その支持状態のまま巻線に供すればよい。従って、コア１を支持するコア支持手段１１の機器構成が簡略化するし、コア１の支持位置を安定させやすい利点がある。これに対し、コイル供給ガイド５を前記回転および揺動のための機構を有して支持するガイド支持手段１６側の機器は、前記コア１の安定した支持位置との単純な位置関係のもとに、前記回転および揺動の動作を独自の位置関係を保って共存、共用する各種部材により行って、機器構成の簡略化と、コア１に対するコイル供給ガイド５の精度よい回転と揺動とが実現する。これによって、コア１の小型化およびスロット４ａの開口４ｂの狭小化にも容易に対応することができる。
【００４６】
これを実現するのにガイド支持手段１６は、コイル供給ガイド５を、コア支持手段１１に支持されたコア１における巻線対象となるポール２ａの軸線６のまわりに回転させる回転手段１４と、この回転手段１４上で、前記コイル供給ガイド５を前記コア支持手段１１に支持されたコア１のポール配列面上で見た巻線対象となるポール２ａに隣接するスロット４ａの開口４ｂ部にほぼ位置する揺動支点Ｐを持った相対揺動を行わせる揺動手段１５とを備えている。回転手段１４は静止しているコア１に対し、コイル供給ガイド５を軸線６のまわりに回転させることにより、コア支持手段１１とで前記相対回転手段１２を構成し、揺動手段１５は静止しているコア１に対し、コイル供給ガイド５を前記揺動支点Ｐまわりに揺動させることにより、コア支持手段１１とで前記相対揺動手段１３を構成している。
【００４７】
ここで、コイル供給ガイド５のガイド端５ａの振れ動き時の移動軌跡は、図６に矢印Ｑにて示した揺動支点Ｐを中心とした円弧軌跡である。従って、ポール２ａの軸線６の方向にコイル３を軸線６の方向にトラバースさせる速度は不等速になる。しかし、それによりコイル３の巻きピッチが変動しても、最小となる巻ピッチがコイル３にその半径を上まわる重なりが生じない範囲を上回るように設定すれば、前の巻線済コイル３ａに対して後のコイル３が巻進み側に滑る作用をも含めて重なりなく整列させられる。もっとも、全く重なりのないような最小巻ピッチを設定しておけば重なりの問題は全くなくなる。
【００４８】
もし、このときの不等速が原因でコイル３の巻線に問題があれば、等速化する機構や駆動制御を採用して是正することができる。例えば、コイル供給ガイド５を前記のような定位置に設定した揺動支点Ｐに対してスライドさせる動きを加味してコア１との相対揺動を行うことで補正することができる。
【００４９】
また、図示しないが、前記相対回転と相対揺動に併せ、コイル供給ガイド５のガイド端５ａと前記ポール２ａとに、このポール２ａの周方向の相対移動を行わせる構成とすることもできる。これによりポール２ａの幅寸法がコア１の厚みを越える大きなものに対しても、コイル供給ガイド５のガイド端５ａをポール２ａに対する干渉域から逃がしながら、ポール２ａまわりにコイル３を必要に応じて沿わせながら馴染み性よく、かさ低く整列巻きさせられる。このような方法を達成する装置としては、コイル供給ガイド５のガイド端５ａとポール２ａとに、このポール２ａの断面形状に沿った向きの相対移動を行わせる相対移動手段を備えればよい。この相対移動も、コア１とコイル供給ガイド５とのどちらかのみの移動によっても、双方の移動によっても行なえる。
【００５０】
さらに、前記相対回転手段１２および回転手段１４は、コイル供給ガイド５を、コア支持手段１１およびこれに支持されたコア１まわりでの相互干渉域を外れて支持して、前記ポール２ａの軸線６のまわりに回転させる回転部材２１を有し、前記相対揺動手段１３および揺動手段１５は、前記回転部材２１に揺動軸２２にて連結された揺動部材２３を有している。そして、揺動部材２３に支持したコイル供給ガイド５上に設定した揺動支点Ｐの位置を図２、図４に示すように前記揺動軸２２の軸線２２ａが通るようにしている。
【００５１】
これにより、前記相対回転手段１２および回転手段１４に設けた回転部材２１上に、コイル供給ガイド５を支持した揺動部材２３を、揺動軸２２にて連結するだけの簡単な構成で、前記コア支持手段１１およびこれに支持されるコア１まわりでの相互干渉域を外れてコイル供給ガイド５を、前記回転部材２１による回転を受けながら揺動できるように支持することができる。また、前記揺動軸２２の軸線２２ａが前記揺動部材２３に支持したコイル供給ガイド５上に設定する前記揺動支点Ｐを通ることによって、その位置に揺動軸２２のない揺動支点Ｐを実現するので、スロット４ａの開口４ｂが狭小化してもより干渉しにくい利点がある。これは、コイル供給ガイド５の上に設定される揺動支点Ｐが擬制的ないしは仮想的に存在するように設定されて、実際の揺動支点軸がないことによる。
【００５２】
これを達成するのに、回転部材２１は図２、図４に示すように前記コア支持手段１１およびこれに支持されるコア１まわりでの相互干渉域を外れて位置する二股のアーム２１ａを有し、この各アーム２１ａの先端部にこれに対応するように設けた揺動部材２３の二股の脚部２３ａを前記揺動軸２２により連結し、揺動部材２３はこれら脚部２３ａのほぼ中央に位置するようにコイル供給ガイド５を支持している。
【００５３】
また、前記相対揺動手段１３および揺動手段１５は、前記回転部材２１に進退できるように嵌め合わされて前記揺動部材２３と連結された進退部材２４を有し、この進退部材２４の進退動作により揺動部材２３を揺動軸２２のまわりに揺動させるようにしてある。これにより、相対揺動手段１３および揺動手段１５は、回転部材２１上でその回転に伴いコイル供給ガイド５を揺動させるのに、回転部材２１の回転域における進退部材２４の進退によって、回転部材２１の回転を邪魔したりまわりに邪魔されたりすることなく、コイル供給ガイド５を進退部材２４を介し確実に揺動動作させられる。
【００５４】
この揺動動作を実現するのに図示する例では、前記進退部材２４の先端を揺動部材２３に対し図１〜図４に示すリンク２６を介して連結してあり、進退部材２４の進退動作をリンク２６を介し揺動部材２３に無理なく、また前記相対揺動、相対回転を邪魔したり邪魔されたりすることなく、かつ確実に伝達して揺動させられる。
【００５５】
また、前記進退部材２４は図１、図３、図５に示すように、その後端側から先端側にコイル３を通して供給するコイル供給通路２７を有し、進退部材２４の先端部と、前記リンク２６の途中と、前記揺動部材２３におけるコイル供給ガイド５の後端近傍とに、供給するコイル３を進退部材２４とコイル供給ガイド５との間で案内するガイドローラ２８、２９、３０を備えている。これにより、回転部材２１の回転域にある進退部材２４内のコイル供給通路２７を通じて、進退部材２４が揺動部材２３との連結を図る先端部までコイル３を案内し、この先端部から回転部材２１に揺動部材２３を介し支持したコイル供給ガイド５にまで供給するので、コイル３の回転部材２１の回転域まわりでの振り回し域が、コイル３が進退部材２４の先端部から出て以降コイル供給ガイド５に至るまでの少しの範囲に抑えられ、他の邪魔になったり邪魔されたりしにくい利点がある。
【００５６】
また、進退部材２４とコイル供給ガイド５との間のコイル３は、進退部材２４の先端部と、前記リンク２６途中と、前記揺動部材２３におけるコイル供給ガイド５の後端近傍とに設けたガイドローラ２８〜３０によって案内するので、揺動部材２３の前記揺動および回動に伴う各部材の移動にかかわらず、コイル３が極度に緊張したり緩んだりするのを防止しながら、前記振り回し域が小さいことと相俟ってコイル３が案内経路から外れて供給状態が不能になったり、他に引っ掛かるような問題を防止することができる。
【００５７】
また、回転手段１４の回転軸線１４ａが、図１、図３に示すように前記巻線対象となるポール２ａの軸線６とほぼ一致、好ましくは一致していて、相互の相対回転に対し回転軸線１４ａが軸線６からほとんど、または全くずれない。これにより、コア１とコイル供給ガイド５との間の隙間が小さくても互いに干渉するようなことを防止しやすく、コア１の小型化及びスロット４ａの開口４ｂの狭小化に対応しやすい。
【００５８】
また、コイル供給ガイドは、所々に有したコイルガイド部にコイルを引っ掛けたり通したりして所定の経路で案内できるものでもよいが、図示する例ではノズルである。これにより、コイル供給ガイド５はコイルを通して案内するだけの細く単純な形態のものとしてコア１との干渉や引っ掛かりを避けやすくしながら、それが形成する閉経路にコイル３を拘束してまわりから隔絶し、安定かつ確実に供給することができる。
【００５９】
なお、ノズルなどとするコイル供給ガイド５は図示の場合、コイル３を直線経路で案内する直線状に形成している。しかし、これに限られることはなく、図１、図３に一点鎖線位置と破線位置とで示したガイド端５ａ側の揺動範囲に対し、後端側をそれらの間の例えば二点鎖線で示す中央位置などとすることにより、ガイド端５ａが図１の破線位置となるときの、コイル供給ガイド５における後端側のスロット４ａの開口４ｂの縁に接近する度合を軽減して、コア１とコイル供給ガイド５とが干渉しにくく、ガイド端５ａの振れ角を大きくしてさらに広域に巻線できるようにすることができる。
【００６０】
各手段および機構につきさらに詳述すると、コア支持手段１１は図２、図５に示すように、コア１をその回転軸３１の下側と嵌り合って支持する支持部材３２と、この支持部材３２に支持されたコア１の回転軸３１の上側に嵌まり合って支持部材３２との間でクランプするクランパ３３とで構成され、コア１をその巻線対象となるポール２ａが所定の位置および向きに静止した状態で、前記回転手段１４および揺動手段１５に対向させる。これにより、コア支持手段１１は回転手段１４との間で相対回転手段１２を構成し、揺動手段１５との間で相対揺動手段１３を構成して前記ポール２ａに対する巻線が回転手段１４および揺動手段１５によるコイル供給ガイド５の回転と揺動とにより行われるようにする。巻線後はクランパ３３によるクランプを解除してコア１を取り出し、次のものと交換する。しかし、コア１はどのように支持し、交換できるようにしてもよい。
【００６１】
ガイド支持手段１６は、基台３５上に設けた軸受ブロック３６に前記回転部材２１をアンギュラ型ボール軸受３７にて支持し、サーボモータ２５によってタイミングベルト３８を介し回転部材２１を高精度に回転制御できる回転手段１４を構成している。また、回転部材２１には前記進退部材２４がスプライン嵌合して回転部材２１と遊びやガタツキなく一体に回転しながら進退できるようにしてある。ガイド支持手段１６は、また、前記進退部材２４の後端部側に、サーボモータ４０と、直線ガイド４１によって案内されて進退部材２４の進退方向に進退できるように支持したスライダ４２とを有し、サーボモータ４０とスライダ４２とをボールねじ４３により連結して直線ガイド４１に沿い進退駆動し、この進退駆動がアンギュラ型ボール軸受４４を介したスライダ４２と進退部材２４との軸線方向に遊びやガタツキなく、回転が自由な連結によって、進退部材２４に伝達して前記揺動部材２３を高精度に揺動させる前記揺動手段１５を構成している。しかし、ガイド支持手段１６およびその回転手段１４、揺動手段１５は、相対回転手段１２および相対揺動手段１３とともにどのように構成されてもよい。
【００６２】
図６において進退部材２４とリンク２６との連結軸ｐは位置ｐ１から位置ｐ２まで速度ｖｘにて進出してコイル供給ガイド５とリンク２６との連結軸ｏを位置ｏ１から位置ｏ２まで速度ｖ１にて弧回動させてコイル３に必要なトラバース距離を得る。このときのガイド端５ａの移動速度はｖ２として、これによるコイル３の軸線６方向のトラバース速度は不等速になる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明のコイルの巻線方法と装置によれば、コアの巻線対象とする外向きのポールと、コイルをそのポールに隣接するスロット内にまで導き供給するコイル供給ガイドとの、前記ポールの軸線まわりの相対回転により、前記コイル供給ガイドからのコイルをポールに巻付けまたはおよび巻取り、巻線を行う従来通りの動作に、前記コイル供給ガイド側とポール側との、コアのポール配列平面上で見た前記スロットの開口部にほぼ位置する揺動支点を有した相対揺動を複合させることにより、コイル供給ガイドのガイド端の前記揺動支点を中心としたスロット内での振れ動きによって、コアとの干渉を避けた位置関係を確保しながら、前記巻付けまたは巻取りに供するコイルを従来の第１、第２の巻線方法では死角となる巻線域まで整列巻きさせることががきる。従って、コアの小型化と、巻線率の向上と磁気収束作用域の拡張とが実現し電機子のさらなる軽量化、小型化に対応できる。また、巻線束のプレスや整形の作業が不要であるし、それによって巻線済コイルに断線や短絡が生じるようなことも解消でき、製品の歩留まりと信頼性が向上し、製品の低コスト化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るコイルの巻線装置の巻線開始状態を示す要部の断面図。
【図２】図１の装置の斜視図。
【図３】図１の装置の一重巻き終わり状態を示す要部の断面図。
【図４】図３の装置の斜視図。
【図５】図１〜図４の装置の全体構成を示す斜視図。
【図６】図５の装置におけるコイル供給ガイドの揺動動作の説明図。
【図７】本実施の形態と従来例との巻線状態を示し、その（ａ）は本実施の形態の巻線状態の平面図、その（ｂ）は従来例での巻線状態の平面図。
【図８】本実施の形態と従来例との巻線状態を示し、その（ａ）は本実施の形態の巻線状態の側面図、その（ｂ）は従来例での巻線の側面図。
【符号の説明】
Ｐ  揺動支点
１  コア
２ａ  ポール
２ｂ  アーム
３  コイル
３ａ  巻線済コイル
４ａ  スロット
４ｂ  開口
５  コイル供給ガイド
５ａ  ガイド端
６  軸線
１１  コア支持手段
１２  相対回転手段
１３  相対揺動手段
１４  回転手段
１４ａ  軸線
１５  揺動手段
１６  ガイド支持手段
２１  回転部材
２２  揺動軸
２２ａ  軸線
２３  揺動部材
２４  進退部材
２６  リンク
２７  コイル供給通路
２８〜３０  ガイドローラ
２５、４０  サーボモータ
４３  ボールねじ
【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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