(57)【要約】【課題】ノズルのステータコアとの接触を軽減し、ワイヤの傷の発生を少なくした巻線機および巻線方法を提供する。【解決手段】ノズルから電線を繰り出してステータコアに巻線する巻線機において、前記ノズルを複数軸方向に駆動する複数のノズル駆動部と、前記ステータコアをインデックス駆動するステータコア駆動部と、内蔵する駆動プログラムにより各駆動部を制御する制御部を備え、前記制御部は、巻線時に前記ノズルとステータコアの接触を検知したとき、前記ノズルの実際位置と前記ノズル駆動部への指令信号に基づいて前記駆動プログラムを修正するプログラム修正部を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから電線を繰り出してステータコアに巻線する巻線機において、
前記ノズルを複数軸方向に駆動するサーボモータからなる複数のノズル駆動部と、
前記ステータコアをインデックス駆動するステータコア駆動部と、
前記各駆動部に指令信号を供給する駆動回路と、
内蔵する駆動プログラムにより各駆動回路を制御する制御部を備え、
前記制御部は、巻線時に前記ノズルとステータコアの接触を検知したとき、前記ノズルの実際位置と前記ノズル駆動部への指令信号に基づいて前記駆動プログラムを修正するプログラム修正部を有することを特徴とする巻線機。
【請求項２】
請求項１に記載の巻線機において、
前記制御部は、前記各サーボモータのエンコーダの示す位置信号と前記駆動回路の指令信号の差に基づいて前記ノズルとステータコアの接触を検知すると共に、前記プログラム修正部により内蔵する駆動プログラムを修正することを特徴とする巻線機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の巻線機において、
前記制御部は、電線の最初の１ターンの巻線時に前記ノズルとステータコアの接触を検知したとき、前記プログラム修正部により内蔵する駆動プログラムを修正し、修正された駆動プログラムに基づいて前記ノズルを継続して駆動することを特徴とする巻線機。
【請求項４】
ノズルから電線を繰り出してステータコアに巻線する巻線方法において、
サーボモータからなる複数のノズル駆動部により前記ノズルを複数軸方向に駆動してステータコアに巻線し、
ステータコアへの巻線に応じてステータコア駆動部により前記ステータコアをインデックス駆動し、
制御部によりノズルの駆動プログラムに基づいて前記ノズルを駆動制御すると共に、巻線時に前記ノズルとステータコアの接触を検知したとき、前記ノズルの実際位置と前記ノズル駆動部への指令信号に基づいてノズルの駆動プログラムを修正することを特徴とする巻線方法。
【請求項５】
請求項４に記載の巻線方法において、前記制御部により、前記各サーボモータのエンコーダの示す位置信号と前記駆動回路の指令信号の差に基づいて前記ノズルとステータコアの接触を検知すると共に、内蔵する駆動プログラムを修正し、修正された駆動プログラムに基づいて前記ノズルを継続して駆動することを特徴とする巻線方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の巻線方法において、前記制御部により電線の最初の１ターンの巻線時に前記ノズルとステータコアの接触を検知したとき、内蔵する駆動プログラムを修正し、修正された駆動プログラムに基づいて前記ノズルを継続して駆動することを特徴とする巻線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機や発電機として使用される回転電機のステータコアに集中巻されるコイルを、直接ステータコアに巻線して界磁コイルを形成する巻線機および巻線方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に、ノズルを３軸方向に駆動可能とし、ステータコアを回転させるインデックス機構を有する巻線機が記載されている。ステータコアに絶縁物を介してノズルから繰り出されるワイヤを、直接巻線して界磁コイルが形成される。しかし、ノズルからワイヤを繰り出しているので、時間経過と共にワイヤとの摩擦でノズル先端にエッジができ、このエッジによりワイヤに傷をつけてしまう。このため、ワイヤーとステータが短絡してしまい、また、コイル間でのレアショートが発生してしまう問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、特許文献２にはクランクとカムを用いて巻線する巻線機に、ワイヤと巻線機の間の短絡を検出するセンサ装置を備え、アラームを発生させる構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２７１７７４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３６０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２においては、ワイヤ（電線）の傷を発見することは可能であるが、この傷の発生を事前に防止することはできない。したがって、ワイヤの傷が検出されると装置を停止させて対策が必要となり、装置の稼働率を低下させてしまう。傷の発生する原因は上述以外にも色々考えられ、巻線中にステータコアの狭いスロットを通過するノズルが、ステータコアに接触することでノズルの表面にバリが発生し、そのバリによって巻線済のワイヤの表面に傷をつけてしまうことがある。
【０００６】
そして、巻線機のノズルとステータコアが接触する原因のひとつとして、ステータコアを形成する際の積層板の積上げ精度が悪く、倒れやねじれが生じたまま積上げられることが考えられる。倒れやねじれの状態で積上げられるとスロットも傾いてしまうので、巻線時にノズルが傾いたスロットを通過する際にステータコアと接触することになる。すなわち、ノズルはスロットに傾きがないことを想定して駆動プログラムが設定されているからである。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、ノズルのステータコアとの接触を軽減し、ワイヤの傷の発生を少なくした巻線機および巻線方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するため、ノズルから電線を繰り出してステータコアに巻線する巻線機において、
前記ノズルを複数軸方向に駆動するサーボモータからなる複数のノズル駆動部と、
前記ステータコアをインデックス駆動するステータコア駆動部と、
前記各駆動部に指令信号を供給する駆動回路と、
内蔵する駆動プログラムにより各駆動回路を制御する制御部を備え、
前記制御部は、電線の巻線時に前記ノズルとステータコアの接触を検知したとき、前記ノズルの実際位置と前記駆動部への指令信号に基づいて前記駆動プログラムを修正するプログラム修正部を有することを特徴とする。
【０００９】
また、上記に記載の巻線機において、前記制御部は、前記各サーボモータのエンコーダの示す位置信号と前記駆動回路の指令信号の差に基づいて前記ノズルとステータコアの接触を検知すると共に、前記プログラム修正部により内蔵する駆動プログラムを修正することを特徴とする。
【００１０】
また、上記に記載の巻線機において、前記制御部は、電線の最初の１ターンの巻線時に前記ノズルとステータコアの接触を検知したとき、前記プログラム修正部により内蔵する駆動プログラムを修正し、修正された駆動プログラムに基づいて前記ノズルを継続して駆動することを特徴とする。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するため、ノズルから電線を繰り出してステータコアに巻線する巻線方法において、
サーボモータからなる複数のノズル駆動部により前記ノズルを複数軸方向に駆動してステータコアに巻線し、ステータコアへの巻線に応じてステータコア駆動部により前記ステータコアをインデックス駆動し、制御部によりノズルの駆動プログラムに基づいて前記ノズルを駆動制御すると共に、巻線時に前記ノズルとステータコアの接触を検知したとき、前記ノズルの実際位置と前記ノズル駆動部への指令信号に基づいてノズルの駆動プログラムを修正することを特徴とする。
【００１２】
また、上記に記載の巻線方法において、前記制御部により、前記各サーボモータのエンコーダの示す位置信号と前記駆動回路の指令信号の差に基づいて前記ノズルとステータコアの接触を検知すると共に、内蔵する駆動プログラムを修正し、修正された駆動プログラムに基づいて前記ノズルを継続して駆動することを特徴とする。
【００１３】
また、上記に記載の巻線方法において、前記制御部により電線の最初の１ターンの巻線時に前記ノズルとステータコアの接触を検知したとき、内蔵する駆動プログラムを修正し、修正された駆動プログラムに基づいて前記ノズルを継続して駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ノズルとコアの接触を少なくすることによりワイヤの傷の発生を防止することができ、モータの品質を高めることができる。また、ステータコアの積上げ精度を過剰に高めることなく巻線できると共に、装置の稼働率を高めることができるので、モータのコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明実施形態の制御系のブロックを示す構成図である。
【図２】コイルが巻線されたステータの構成を示す図である。
【図３】ステータコアにワイヤを巻線する手順を示す図である。
【図４】ステータコアの精度を示す図である。
【図５】内歯とノズルの軌跡を示す図である。
【図６】本実施形態に係る巻線動作の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１において、１はインナーロータ型の電動機や発電機の回転電機のステータで、電磁鋼板が積層されたステータコア１１で構成さる。ステータコア１１の内側には、突出した多数の内歯１１ａが形成され、この内歯１１ａに絶縁物（後述）を介してワイヤ（電線）２が直接巻回されて、界磁コイルが形成される。
【００１７】
ワイヤ２は貯線部４から引出されて、中心に孔を有するノズル３を通じて繰り出され、内歯１１ａに巻回される。ワイヤ２の巻回は、ノズル３の先端を内歯１１ａの両側のスロット１１ｂに挿入して、内歯１１ａの外周に回転することにより行われる。２０はステータコア１１を載せてインデックス回転（間欠回転）するターンテーブル状の駆動機構である。ノズル３により１個の内歯１１ａの巻回が終了すると、内歯の１ピッチ分だけ駆動機構を回転することによりステータコア１１を、隣の内歯のワイヤの巻回に備える。
【００１８】
２１、２２、２３は、サーボモータからなるノズル駆動部で、それぞれノズル３を３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向に駆動する。２１ａ、２２ａ、２３ａは、それぞれサーボモータ２１、２２、２３のエンコーダ（ＥＮＣ）であり、ノズル３の先端の実際位置を出力する。エンコーダの代わりにレゾルバを用いてもよい。２４は、サーボモータからなるステータコア駆動部で、前記駆動機構２０を１軸（θ軸）方向にインデックス回転する。２４ａはエンコーダであり、インデックス回転によるステータコアの実際位置を出力する。
【００１９】
２５、２６、２７、２８はそれぞれ、サーボモータ２１、２２、２３、２４に各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θ軸）方向の駆動指令信号を供給する駆動回路（ＡＭＰ）である。
【００２０】
２９は、内蔵する駆動プログラム２９ａにより各駆動回路２５〜２８を制御する制御部で、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）で構成される。制御部２９は、前記内蔵する駆動プログラム２９ａを修正するプログラム修正部２９ｂを有する。駆動プログラム２９ａは、前記ノズル３を３軸のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に駆動するプログラムＰ３と、前記駆動機構２０をθ軸方向に間欠回転する駆動プログラＰ２０によって構成される。
【００２１】
前記各駆動回路２７〜２８は、駆動プログラム２９ａに基づいて対応する制御信号を制御部２９から受け、それぞれ対応する各サーボモータ２１〜２４に指令信号を供給する。また、各駆動回路２７〜２８は、指令信号による動作に基づいて各サーボモータのエンコーダ２１ａ〜２４ａから出力されるノズル３の実際位置と、ステータコア１１の実際位置の信号を受信する。
【００２２】
図１に示される各部によって巻線機が構成され、また、各サーボモータと、ノズル３及び駆動機構２０の間の駆動力の伝達機構を破線で示している。
【００２３】
図２は、ワイヤ２の巻回済のステータ１の構成を示している。ステータ１は、電磁鋼板を積層することにより形成されたステータコア１１と、その内歯１１ａに、絶縁物１３を介してワイヤ２を複数ターン巻回して形成されたコイル１２から構成される。
【００２４】
次にワイヤ２の巻回手順を図３を用いて説明する。説明の簡便のため絶縁物１３は図示していない。図３（ａ）、（ｄ）はステータコアの平面図で、図３（ｂ）、（ｃ）はステータコアの側面図を示す。
【００２５】
先ず、図３（ａ）（ｂ）に示すように、中心にワイヤ２を通す孔を有するノズル３を、隣り合う内歯１１ａの間のスロット１１ｂを通し、スロット１１ｂにワイヤ２を導きながら矢印で示すモータ軸であるＺ軸方向に移動させる。
【００２６】
次に図３（ｃ）に示すように、ノズル３が内歯１１ａの間のスロット１１ｂからＺ軸の上方に抜け出た後に、図３（ｄ）に示すように、時計方向にインデックス回転することにより、ステータコア１１をθ軸にインデックス回転（時計方向）する。この状態では、図３（ｄ）に示すように、ノズル３が隣のスロットの上方に位置している。次いで、ノズル３を隣のスロットに挿入するようにＺ軸方向の下方に移動させ、スロットから下方に抜け出た後、ステータコア１１をθ軸の上記と逆方向にインデックス回転（反時計方向）し、図３（ａ）の状態となる。
【００２７】
上記で示した、ノズル３のＺ軸の上下動作と、駆動機構２０のθ軸の時計方向と反時計方向の動作とで１ターンを形成し、これを所定回数繰返すことにより、１か所の内歯１１ａの巻回コイル１２を形成する。ステータコア１１の全ての内歯１１ａにコイルを形成することで、ステータコア１１の巻線が完了する。
【００２８】
ワイヤの券線では、前記駆動プログラムＰ３に基づくＸ、Ｙ、Ｚ軸の指令信号によるサーボモータ２１〜２３の動作によって、ノズル３が駆動される。そして、前記駆動プログラムＰ２０に基づくθ軸の指令信号によるサーボモータ２４の動作によって、ステータコア１１が駆動される。
【００２９】
ステータコア１１の電磁鋼板の積層精度が高い場合は、上記ノズル３はＺ軸の上下動作時に内歯１１ａとの接触はないが、積層精度が低い場合は接触の可能性が高くなる。図４は、ステータコアの積層精度の低い例を示す図である。図４（ａ）は、電磁鋼板がモータ軸の周りに矢印で示すように、回転してずれて積層されてねじれが生じた例を示し、内歯１１ａ、スロット１１ｂに傾斜を生じる。また、図４（ｂ）は、電磁鋼板が矢印で示す直線方向にずれながら積層された例で、上記と同様に内歯１１ａ、スロット１１ｂに傾斜を生じる。
【００３０】
ノズル３の駆動プログラムＰ３は、内歯１１ａ、スロット１１ｂ共に傾斜がないことを想定して予め作成されるため、上記傾斜がある程度大きくなるとノズル３が内歯１１ａに接触することになる。
【００３１】
図５（ａ）により、内歯１１ａ、ノズル３、およびプログラムされたノズルの軌跡１４の関係で接触の状況を説明する。軌跡１４は略長方形をしており、軌跡すべてをノズル３の軌跡として駆動プログラムＰ３に設定するか、または、縦（Ｚ軸）の軌跡を駆動プログラムＰ３に設定し、上下端の横の軌跡を駆動機構２０のθ軸の往復回転で構成するように駆動プログラムＰ２０に設定する。
【００３２】
図５（ａ）において、ノズル３は駆動プルグラムに従って、スロット１１ｂ内を矢印の縦方向（Ｚ軸）に進むと、ステータコア１１が傾斜しているため、内歯１１ａの上部の点１４ａ付近で接触する。接触が発生すると、ノズル３には図面右方向に、ステータコア１１には図面左方向に力が加わるが、エンコーダによる実際位置と駆動回路の指令信号の間にずれが生じるので、駆動回路はトルクを発生させ、あらかじめプログラムされたノズル３の軌跡１４の通りに駆動しようとする。
【００３３】
本発明の実施例では、巻線を始める１ターン駆動時に、ノズル３と内歯１１ａの接触の有無を、エンコーダによる実際位置と駆動回路からの指令信号とのずれ発生の有無により検出している。そして、接触があった場合は、図５（ａ）に示す概平行四辺形の形をしたノズル３の軌跡１４を、ステータコア１１の傾斜に合わせて、図５（ｂ）に示す傾斜させた軌跡１４ｂとなるように駆動プログラムを修正する。修正された軌跡が１４ｂに従って残りの所定ターン数を巻線するが、ステータコア１１の内歯１１ａとノズル３の接触がない状態で巻線される。
【００３４】
なお、ノズル３と内歯１１ａの接触の検出は、巻線を始める１ターン駆動時のみでなく巻線途中の各ターンで検出してもよく、検出後は修正された駆動プログラムに従って内歯１１ａとノズル３の接触がない状態で継続して巻線される。
【００３５】
各エンコーダ２１ａ〜２４ａは、常時、ノズル３の実際位置とステータコア１１の実際位置を出力しており、この実際位置と対応するサーボモータ２１〜２４の指令信号とのずれ（差）を求め、ずれ量と方向（＋、−）を駆動回路２５〜２８を介して制御部２９に送信する。制御部２９は、上記ずれ量とずれ方向に基づいて、プログラム修正部２９ａによって駆動プログラム２９ａ（Ｐ３及びＰ２０）を修正する。
【００３６】
次に巻線機の巻線動作を、図６のフローチャートに従って説明する。先ず、ステップ（Ｓ）１００でステータコア１１を巻線機の駆動機構２０にセットする。このセットでは、例えば、ノズル３の位置をステータコア１１の内歯１１ａの巻き始めの位置を合わせる。そして、この位置を各軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ）の初期値になるように設定する。
【００３７】
次のＳ１０１で、予め設定記憶された駆動プログラム２９ａによって、ノズル３からワイヤを繰り出した状態で、ノズル３とステータコア１１を各軸について駆動し、ステータコア１１の最初の内歯１１ａについて１ターンの巻線動作を行わせる。
【００３８】
次のＳ１０２で、上記１ターンの巻線動作中に、ノズル３がステータコア１１に接触しなかったかをチェックする。前述したように、各エンコーダによる実際位置と各駆動回路からの指令信号とのずれ発生の有無により接触をチェックする。
【００３９】
このチェックの結果、接触があった場合Ｓ１０３に移り、前記ずれのずれ量と方向（＋、−）に基づいて、制御部２９内でプログラム修正部２９ａによって駆動プログラム２９ａ（Ｐ３及びＰ２０）を修正する。
【００４０】
次いで、Ｓ１０１で上記ステップ１０３で修正されたプログラムに基づいて、再度１ターンの巻線動作を行わせる。次にＳ１０２で再度ノズル３とステータコア１１との接触をチェックし、接触があった場合Ｓ１０３に移って、駆動プログラム２９ａを修正する。このように接触があった場合、Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３→Ｓ１０１を繰り返してその都度、駆動プログラムを修正しながら１ターン動作を繰返す。
【００４１】
接触によって修正されるのはノズル３の軌跡であるため、駆動プログラム２９ａのうち、主にノズルの駆動プログラムＰ３が修正される。しかしノズル３の軌跡の修正に際し、ステータコアのインデックス回転の角度に修正が必要な場合は、駆動プログラムＰ２０も修正されることになる。
【００４２】
Ｓ１０２で、巻線動作で接触がない場合、Ｓ１０４に移り、該当の内歯１１ａの残りの所定ターン数を巻線する。
【００４３】
該当の内歯１１ａについて、残りの所定ターン数の巻線が終わると、Ｓ１０５に移ってステータコア１１の全ての内歯にワイヤが巻線されたか否かをチェックする。巻線すべき内歯が残っていれば、Ｓ１０６に移り、駆動機構２０をステータコア１１の１スロット分インデックス回転する。巻線すべき内歯はインデックス回転により、ノズル３に対向する位置に移動し、Ｓ１０１に戻って上記巻線動作を繰返す。
【００４４】
ステータコア１１の全ての内歯１１ａにワイヤが巻線されると、図２に示すようにワイヤ２の巻回が完成し、Ｓ１０７で巻線されたステータコア１１を駆動機構２０から取り外す。
【００４５】
上記説明では、巻線の最初の１ターンでノズル３と内歯１１ａの接触の有無を検出しているが、これは、ステータコア１１の積層ずれは、通常各内歯に均等に表れるので、最初の１ターンの接触有無で全体のずれ傾向が検出できるものである。また、本実施例では、図６のフローチャートで示すように、最初の１ターンで接触がなく、その後の巻線途中において接触を検出した場合でも、Ｓ１０５→Ｓ１０６→Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３のフローで駆動プログラムを修正できるので、仮にステータコア１１に複雑な積層ずれがあっても対応できる。
【００４６】
本実施例では、ノズルとコアの接触を検知したとき、ノズルの駆動プログラムを接触しないプログラムに修正するので、全体としてノズルとコアの接触を少なくすることができる。従って、巻線するワイヤの傷の発生を防止することで、モータの品質を高めることができる。また、ステータコアの積上げ精度が多少低くても、ノズルとコアを接触させないで巻線できるので、装置の稼働率を高めることができ、モータのコストを低減することができる。
【００４７】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ステータ、２…ワイヤ、３…ノズル、１１…ステータコア、１１ａ…内歯、１１ｂ…スロット、１２…コイル、１３…絶縁物、１４…ノズルの軌跡、１４ｂ…修正された軌跡（傾斜させた軌跡、２０…駆動機構、２１〜２３…ノズル駆動部、２４…ステータコア駆動部、２１ａ〜２４ａ…エンコーダ（ＥＮＣ）、２５〜２８…駆動回路、２９…制御部（ＰＬＣ）、２９ａ…駆動プログラム、Ｐ３…ノズルを駆動するプログラム、Ｐ２０…駆動機構を間欠回転する駆動プログラム、２９ｂ…プログラム修正部。
【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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