(57)【要約】【課題】３本以上の線材を同時に巻き回し、種々の巻き方に対応可能とした巻線装置を提供すること。【解決手段】巻線装置１１は、それぞれ２本の線材２を繰り出す第１及び第２のノズル１２，１３と、各ノズル１２，１３を互いに平行に保持するノズルホルダ１４とを備え、各ノズル１２，１３から合計４本の線材２を繰り出してボビン３に整列に巻き回すようになっている。各ノズル１２，１３と略平行な軸周りにノズルホルダ１４を回転させるための第１モータ２１、被動ギア１４ａ及び駆動ギア１６を備える。ノズルホルダ１４において各ノズル１２，１３はその軸周りに回転可能に保持される。各ノズル１２，１３をその軸周りに回転させるための第２及び第３モータ２２，２３、被動ギア１２ａ，１３ａ及び駆動ギア１７，１８を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材を繰り出す複数のノズルと、前記複数のノズルを保持するノズルホルダとを備え、前記複数のノズルから前記線材を繰り出してボビンに整列に巻き回すようにした巻線装置であって、
前記複数のノズルと略平行な軸周りに前記ノズルホルダを回転させるための第１の回転手段を備え、前記複数のノズルのうち少なくとも一つが複数本の線材を繰り出す複線材ノズルであり、前記ノズルホルダにて前記複線材ノズルがその軸周りに回転可能に保持され、前記複線材ノズルをその軸周りに回転させるための第２の回転手段を備えたことを特徴とする巻線装置。
【請求項２】
前記複数のノズルの全てが前記複線材ノズルであり、前記複数の複線材ノズルのそれぞれが前記第２の回転手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
【請求項３】
前記複線材ノズルを２つ備え、前記２つの複線材ノズルがそれぞれ２本の線材を繰り出すことを特徴とする請求項２に記載の巻線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コイルを形成するためにボビンに複数の線材を整列に巻き回すようにした巻線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の巻線装置として、下記の特許文献１乃至４に記載された装置が知られている。この中で、例えば、特許文献１には、線材を繰り出す２本又は３本のノズルを回転可能に構成し、多段コイルと並列コイルの両方に対応できる巻線装置が記載されている。ここで、２本又は３本のノズルは、回転可能なノズルホルダに保持される。そして、各ノズルから線材を繰り出してボビンを回転させることでボビンに線材を巻き回すとと共に、ノズルホルダを回転させることで２本又は３本のノズルを所定の回転中心の周りで回転させ、２本又は３本の線材をボビンの外周に多段又は並列に同時に巻き回すようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１９９２２号公報
【特許文献２】特許第３１４０７２９号公報
【特許文献３】特開２０００−３２８９６２号公報
【特許文献４】特開２０００−３４８９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の巻線装置では、２本又は３本の線材を同時に巻き回すことについての記載はあるが、３本以上の線材を同時に巻き回すことについては開示も示唆もない。ここで、ボビンに線材を巻き回すことで製造されるコイルを高出力化するには、コイル断面積をできるだけ小さくする必要がある。また、コイルの生産性の観点からは、３本以上の線材を同時にボビンに巻き回しできることが望ましい。加えて、コイルの小型化の観点からは、種々の巻き方に対応できることが望ましい。
【０００５】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、３本以上の線材を同時に巻き回すことを可能とし、種々の巻き方に対応可能とした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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、線材を繰り出す複数のノズルと、複数のノズルを保持するノズルホルダとを備え、複数のノズルから線材を繰り出してボビンに整列に巻き回すようにした巻線装置であって、複数のノズルと略平行な軸周りにノズルホルダを回転させるための第１の回転手段を備え、複数のノズルのうち少なくとも一つが複数本の線材を繰り出す複線材ノズルであり、ノズルホルダにて複線材ノズルがその軸周りに回転可能に保持され、複線材ノズルをその軸周りに回転させるための第２の回転手段を備えたことを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、第１の回転手段と第２の回転手段をそれぞれ制御することにより、ノズルホルダと複線材ノズルの回転角度がそれぞれ個別に変えられ、各ノズルから繰り出される線材のボビンに対する相対位置が変えられる。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、複数のノズルの全てが複線材ノズルであり、複数の複線材ノズルのそれぞれが第２の回転手段を備えることを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、第１の回転手段と第２の回転手段をそれぞれ制御することにより、ノズルホルダと複数の複数ノズルの回転角度がそれぞれ個別に変えられ、複数の複数ノズルから繰り出される線材のボビンに対する相対位置が変えられる。
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、複線材ノズルを２つ備え、２つの複線材ノズルがそれぞれ２本の線材を繰り出すことを趣旨とする。
【００１１】
上記発明の構成によれば、第１の回転手段と第２の回転手段をそれぞれ制御することにより、ノズルホルダと２つの複数ノズルの回転角度がそれぞれ個別に変えられ、２つの複数ノズルから繰り出される一組の２本の線材と他の一組２本の線材のボビンに対する相対位置が変えられる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、３本以上の線材を同時に巻き回すことができ、線材のレーンチェンジ等の違いを工夫した種々の巻き方に対応することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、４本以上の線材を同時に巻き回すことができ、線材のレーンチェンジ等の違いを工夫した種々の巻き方に対応することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、４本の線材を同時に巻き回すことができ、線材のレーンチェンジ等の違いを工夫した種々の巻き方に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の巻線装置を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、矩形コイルを製造するために、ボビンに４本の線材を同時に整列に巻き回すようにした巻線装置について説明する。
【００１６】
ここで、巻線装置の説明に先立ち巻線装置により製造される矩形コイルについて説明する。図５に、本実施形態の矩形コイル１を斜視図により示す。図６に、矩形コイル１を背面図により示す。図７に、矩形コイル１の第１鍔部を省略して正面図により示す。この実施形態の矩形コイル１は、矩形断面を有するボビン３の外周の４面に４本の線材２を同時に整列に巻き回すことで製造される。この矩形コイル１は、複数個がステータコアの内周に形成された複数のティースに組み付けられることでステータを構成し、そのステータにロータが組み付けられることでモータが製造されるようになっている。
【００１７】
ボビン３は、矩形断面をなす筒部３ａと、筒部３ａの両端に形成された第１鍔部３ｂ及び第２鍔部３ｃとを含む。ボビン３は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの合成樹脂材から形成されて絶縁性を有する。後側の第１鍔部３ｂは、略長方形状をなす前側の第２鍔部３ｃに比べて特徴的な形状を有する。すなわち、第１鍔部３ｂは、上下に形成された肉欠き部３ｄ，３ｅと、上側の肉欠き部３ｄに突設された絶縁壁３ｆと、上部に形成された巻留め部３ｇとを含む。筒部３ａは中空部３ｈを含む。絶縁壁３ｆと肉欠き部３ｄとの間には、隙間が形成される。筒部３ａには、４本の線材２が同時に整列に巻き回されて矩形のコイル４が形成される。絶縁壁３ｆと巻留め部３ｇには、４本の線材２の両端部分の一部が掛け留めされる。この実施形態では、モータの小型高出力化を図るために、比較的太い線材２が使用される。線材２は、銅線をエナメル絶縁被膜で覆うことで構成される。
【００１８】
上記した矩形コイル１において、４本の線材２は、絶縁壁３ｆと肉欠き部３ｄとの隙間にて案内されて第１鍔部３ｂの内側に挿入される。挿入された４本の線材２は、第１鍔部３ｂから第２鍔部３ｃの間を筒部３ａ上に順次列状に巻き回されることでコイル４の第１段目が形成される。その後、第２鍔部３ｃで折り返され、第２鍔部３ｃから第１鍔部３ｂまでの第１段上に４本の線材２が順次列状に巻き回されることでコイル４の第２段目が形成される。このように筒部３ａの軸線方向に沿って４本の線材２が往復して整列に巻き回されることにより、複数列及び複数段のコイル４が形成される。巻き終えた４本の線材２の端部は、巻留め部３ｇに差し込んで留められる。以上のようにして巻き回されたコイル４の断面が矩形をなす矩形コイル１が製造される。
【００１９】
図８に、ボビン３におけるコイル４を側面図により示す。図９に、ボビン３におけるコイル４を背面図により示す。図１０（ａ）〜（ｃ）に、図８におけるＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図をそれぞれ示す。図１１に、ボビン３におけるコイル４の配列を模式的に示す。図８〜１１に示すように、この実施形態では、ボビン３の筒部３ａの外周の４面のうち一対をなす平行面としての上面及び下面のうち下面側にて線材２の２本分のレーンチェンジを行い、上面側にて線材２の２本分のレーンチェンジを行うように４本の線材２の整列巻き回しを行っている（以下、この巻線方法を「２−２チェンジ」と言う。）。これにより、ボビン３の上下で４本分のレーンチェンジを行うようになっている。
【００２０】
すなわち、図８及び図９、並びに図１０（ａ）に「１」で示すように、上部から巻き始めた４本の線材２は、左部にて第１鍔部３ｂに沿って垂直に巻かれ下部に至る。次に、下部にて図１０（ｂ）に「１」で示すように、線材２の２本分だけ斜めにレーンチェンジが行われ、右部にて垂直に巻かれて上部に至る。次に、上部にて図１０（ａ）に「１」及び「２」で示すように、線材２の２本分だけ斜めにレーンチェンジが行われ、再び左部にて垂直に巻かれて下部に至る。その後、上記と同様に下部及び上部でレーンチェンジが繰り返されることにより、コイル４の第１段目が形成される（図１０（ａ）,（ｂ）において第１段目は、「１〜３」の数字で示される。）。第１段目の巻き回しが終わると、巻き始め位置の反対側にて折り返し、図１０（ｂ）に示すように、下部では第１段目とは逆向きに線材２の２本分だけレーンチェンジが行われ、図１０（ａ）に示すように、上部では第１段目とは逆向きに線材２の２本分だけレーンチェンジが行われる。この巻線方法では、巻き回しの折り返し部分で、４本の線材２を９０°捻ることとなり、これによって図１０（ｂ）に示す斜線部分で、図１０（ｄ）に示すように線材２が交差して重なる。また、図１１に示すように、ボビン３の端部を巻き終わり位置としたときに、その位置にて４本の線材２のうち２本の巻き余りが生じる。
【００２１】
次に、上記した「２−２チェンジ」の巻線方法を実施することができる巻線装置について説明する。図１に、巻線装置１１の概略構成図を示す。この巻線装置１１は、それぞれ２本の線材２を繰り出す２つのノズル（第１ノズル１２及び第２ノズル１３）と、２つのノズル１２，１３を互いに平行に保持する円柱形状のノズルホルダ１４とを備え、２つのノズル１２，１３から合計４本の線材２を繰り出してボビン３に巻き回すことでコイル４を形成するようになっている。２つのノズル１２，１３の軸線とノズルホルダ１４の軸線とは相互に略平行をなしている。２つのノズル１２，１３は、ノズルホルダ１４を貫通して設けられ、ノズルホルダ１４に対して回転可能に支持される。各ノズル１２，１３から繰り出される各線材２は、それぞれ異なる線材ドラム１５から供給されるようになっている。この実施形態で、ダイアフラム１及び第２のノズル１２，１３は、本発明の複線材ノズルに相当する。
【００２２】
ノズルホルダ１４の外周には被動ギア１４ａが一体に設けられ、その被動ギア１４ａには第１モータ２１の出力軸２１ａに設けられた駆動ギア１６が連結される。そして、第１モータ２１を駆動させることで駆動ギア１６及び被動ギア１４ａを介してノズルホルダ１４を２つのノズル１２，１３と略平行な軸周りに回転させるようになっている。この実施形態では、被動ギア１４ａ、駆動ギア１６及び第１モータ２１により、本発明の第１の回転手段が構成される。ノズルホルダ１４の回転角度ＨＡは、第１回転角センサ３１により検出される。
【００２３】
２つのノズル１２，１３の基端部外周には、それぞれ被動ギア１２ａ，１３ａが一体に設けられ、それら被動ギア１２ａ，１３ａには、第２モータ２２と第３モータ２３の出力軸２２ａ，２３ａに設けられた駆動ギア１７，１８がそれぞれ連結される。そして、第２モータ２２を駆動させることで駆動ギア１７及び被動ギア１２ａを介して第１ノズル１２をその軸周りに回転させるようになっている。同様に、第３モータ２３を駆動させることで駆動ギア１８及び被動ギア１３ａを介して第２ノズル１３をその軸周りに回転させるようになっている。この実施形態では、各被動ギア１２ａ，１３ａ、各駆動ギア１７，１８及び第２及び第３のモータ２２，２３により、本発明の第２の回転手段が構成される。第１ノズル１２の回転角度Ｎ１Ａは、第２回転角センサ３２により検出され、第２ノズル１３の回転角度Ｎ２Ａは、第３回転角センサ３３により検出される。
【００２４】
図２に、ノズルホルダ１４と各ノズル１２，１３の概略構成を斜視図により示す。図３（ａ）,（ｂ）に、ノズルホルダ１４の先端を平面図により示す。図２、図３（ａ）に示すように、ノズルホルダ１４と各ノズル１２，１３は、それぞれ個別に回転可能である。そして、ノズルホルダ１４を回転させることで、２つのノズル１２，１３の配列方向が変えられる。例えば、図３（ａ）,（ｂ）に示すように２つのノズル１２，１３を水平方向に配列したり、垂直方向に配列したり、斜めに配列したりすることができる。また、各ノズル１２，１３を回転させることで、２本の線材２の配列方向が変えられる。例えば、図３（ａ）に示すように２本の線材２を水平方向に配列したり、垂直方向に配列したり、図３（ｂ）に示すように斜めに配列したりすることができる。
【００２５】
図１に示すように、ボビン３は、ボビンホルダ１９の可動軸１９ａに着脱可能に取り付けられる。この可動軸１９ａは、ボビン３をその軸周りに回転させると共にその軸方向へスライドさせるように構成される。また、ボビンホルダ１９には、ボビン３を回転させるために可動軸１９ａを回転させる第４モータ２４及び回転機構（図示略）と、ボビン３をスライドさせるために可動軸１９ａをスライドさせる第５モータ２５及びスライド機構（図示略）が設けられる。ボビン３の回転角度は、ボビンホルダ１９に設けられた第４回転角センサ３４により検出される。ボビン３のスライド位置は、ボビンホルダ１９に設けられた位置センサ３５により検出される。
【００２６】
図１に示すように、各モータ２１〜２５及び各センサ３１〜３５はそれぞれコントローラ４０に電気的に接続される。コントローラ４０は、各モータ２１〜２３をそれぞれ制御することにより、ノズルホルダ１４と２つのノズル１２，１３の回転角度ＨＡ，Ｎ１Ａ，Ｎ２Ａをそれぞれ個別に変えるようになっている。また、コントローラ４０は、各センサ３１〜３３の検出信号に基づいて、ノズルホルダ１４及び各ノズル１２，１３の回転角度ＨＡ，Ｎ１Ａ，Ｎ２Ａを確認するようになっている。これと同時に、コントローラ４０は、各モータ２４，２５をそれぞれ制御することにより、ボビン３を回転させると共にスライドさせるようになっている。また、コントローラ４０は、各センサ３４，３５の検出信号に基づいて、ボビン３の回転角度及びスライド位置を確認するようになっている。
【００２７】
ここで、上記した「２−２チェンジ」の巻線方法を実施するためにコントローラ４０が実行する各ノズル１２，１３等の制御内容を図４にタイムチャートにより示す。図４（ａ）の枠には、ボビン３の回転角度の変化を９０°毎に順次示す。図４（ｂ）の３つの枠には、ノズルホルダ１４の回転角度ＨＡの変化、第１ノズル１２の回転角度Ｎ１Ａの変化及び第２ノズル１３の回転角度Ｎ２Ａの変化を対応させて示す。各枠の縦軸は、各回転角度ＨＡ，Ｎ１Ａ，Ｎ２Ａを「０〜１８０°」の範囲で示す。各枠の横軸は、ボビン３が１回転する回数を示し、ここでは「１〜１５」の範囲でその回数を示す。各枠中の折れ線は各回転角度ＨＡ，Ｎ１Ａ，Ｎ２Ａの変化を示し、斜め上向きは反時計回りへの変化を示し、斜め下向きは時計回りへの変化を示す。図４（ｃ）には、ノズルホルダ１４及び各ノズル１２，１３の先端視図を示す。ノズルホルダ１４及び各ノズル１２，１３の中に示す三角印はそれぞれ基準位置を示す。これらの制御は、コントローラ４０が各モータ２１〜２５の回転を制御することで達成される。
【００２８】
図４に示すように、ボビン３の回転回数が「１〜４の９０°前」の間で、ノズルホルダ１４も各ノズル１２，１３も停止して原位置状態を保つ。その後、ボビン３の回転回数が「４の９０°前」から「４の４５°前」までの間でノズルホルダ１４が反時計回りに「６７．５°」回転し、これと同時に第１ノズル１２が反時計回りに「１１２．５°」回転すると共に第２ノズル１３が時計回りに「６７．５°」回転する。その後、ボビン３の回転回数が「４」になってからボビン３が「１３５°」回転すると、「１８０°」回転するまでの間で、ノズルホルダ１４が反時計回りに「１１２．５°」回転し、これと同時に第１ノズル１２が時計回りに「１１２．５°」回転すると共に第２ノズル１３が反時計回りに「６７．５°」回転する。これによって、ノズルホルダ１４及び各ノズル１２，１３は、原位置状態を「１８０°」回転させた状態となる。これらノズルホルダ１４及び各ノズル１２，１３の回転は、線材２の巻き回しがボビン３の端部に達したときの、すなわち巻き回しの折り返しのときに行われる。この制御により、各ノズル１２，１３から繰り出される２本の線材２毎に捻りが付与されるようになっている。
【００２９】
その後、ボビン３の回転回数が「７の９０°前」まで、ノズルホルダ１４も各ノズル１２，１３も停止して原位置状態を「１８０°」回転させた状態を保つ。その後、ボビン３の回転回数が「７の９０°前」から「７の４５°前」までの間でノズルホルダ１４が時計回りに「６７．５°」回転し、これと同時に第１ノズル１２が反時計回りに「１１２．５°」回転すると共に第２ノズル１３が時計回りに「６７．５°」回転する。その後、ボビン３の回転回数が「７」になってからボビン３が「１３５°」回転すると、「１８０°」回転するまでの間で、ノズルホルダ１４が時計回りに「１１２．５°」回転し、これと同時に第１ノズル１２が時計回りに「１１２．５°」回転すると共に第２ノズル１３が反時計回りに「６７．５°」回転する。これによって、ノズルホルダ１４及び各ノズル１２，１３は、原位置状態に戻る。これらノズルホルダ１４及び各ノズル１２，１３の回転は、線材２の巻き回しがボビン３の端部に達したときの巻き回しの折り返しのときに行われる。この制御により、各ノズル１２，１３から繰り出される２本の線材２毎に捻りが付与されるようになっている。その後、ボビン３の回転回数が「１５」になるまでの間で上記と同様の制御が繰り返される。
【００３０】
以上説明したこの実施形態の巻線装置１１によれば、第１〜３のモータ２１〜２３をそれぞれ制御することにより、ノズルホルダ１４と第１及び第２のノズル１２，１３の回転角度がそれぞれ個別に変えられ、第１及び第２のノズル１２，１３から繰り出される一組の２本の線材２と他の一組２本の線材２のボビン３に対する相対位置が変えられる。特に、この実施形態では、線材２の巻き回しの折り返し部分にて、各ノズル１２，１３から繰り出される２本の線材２毎に捻りが付与され、「２−２チェンジ」の巻線方法により折り返し部分におけるレーンチェンジが好適に行われる。このため、合計４本の線材２を同時にボビン３に巻き回すことができると共に、その巻き回しの折り返し部分にて各ノズル１２，１３から繰り出される合計４本の線材２を好適に処理することができる。また、ノズルホルダ１４の回転と、各ノズル１２，１３の回転のタイミングや角度を適宜変更して組み合わせることにより、上記した「２−２チェンジ」以外の他の巻き方にも対応することができる。
【００３１】
更に、この実施形態の巻線装置１１を使用して製造された矩形コイル１は、４本の線材２をボビン３に対して同時に整列に巻き回しているので、コイル断面積を極力小さくすることができ、矩形コイル１としての渦電流損を低減することができ、モータに使用されることでモータの高出力化に寄与することができる。加えて、４本の線材２を同時に巻き回しているので、３本以下の線材を巻き回す場合に比べて矩形コイル１の生産性を向上させることができる。
【００３２】
尚、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
【００３３】
例えば、前記実施形態では、第１及び第２のノズル１２，１３からそれぞれ２本の線材２（合計４本の戦時２）を繰り出すように構成したが、例えば、第１ノズルから２本の線材を繰り出し、第２ノズルから１本の線材（合計３本の線材）を繰り出すように構成してもよい。
【００３４】
また、前記実施形態では、ノズルホルダ１４に２つのノズル１２，１３を設けたが、ノズルホルダに３つのノズルを設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】巻線装置を示す概略構成図。
【図２】ノズルホルダと各ノズルの概略構成を示す斜視図。
【図３】（ａ）,（ｂ）は、ノズルホルダの先端を示す平面図。
【図４】各ノズル等の制御内容示すタイムチャート。
【図５】矩形コイルを示す斜視図。
【図６】矩形コイルを示す背面図。
【図７】矩形コイルの第１鍔部を省略して示す正面図。
【図８】ボビンにおけるコイルを示す側面図。
【図９】ボビンにおけるコイルを示す背面図。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、図８におけるＡ視図、Ｂ視図、Ｃ視図及びＤ視図。
【図１１】ボビンにおけるコイルの配列を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００３６】
２    線材
３    ボビン
４    コイル
１１    巻線装置
１２    第１ノズル
１２ａ    被動ギア（第２の回転手段）
１３    第２ノズル
１３ａ    被動ギア（第２の回転手段）
１４    ノズルホルダ
１４ａ    被動ギア（第１の回転手段）
１６    駆動ギア（第１の回転手段）
１７    駆動ギア（第２の回転手段）
１８    駆動ギア（第２の回転手段）
２１    第１モータ（第１の回転手段）
２２    第２モータ（第２の回転手段）
【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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