(57)【要約】【課題】巻芯に線材を巻き付けてコイルを形成する巻線装置において、線材の浮き上がりを防止することで、線材と巻芯間や線材間の隙間をなくし、コイルの占積率を向上させると共に、線材の絶縁皮膜の損傷を防止する。【解決手段】断面多角形状の巻芯に線材を巻き付けてコイルを形成する巻線装置であって、前記巻芯を着脱自在に固定して、該巻芯を主軸回りに回転させる回転部材と、前記線材を前記巻芯へ供給する線材供給手段と、前記巻芯へ供給する線材に所要の張力を負荷する張力負荷手段と、前記巻芯の外方に、前記巻芯に対して近接・離反方向に移動される線材押圧部材と、を備え、前記巻芯の角部に前記線材を巻き始める時に、該線材押圧部材を巻芯側へ近接移動させて前記線材を巻芯の角部側に押し付け、前記巻芯の角部を巻き終わると、該線材押圧部材を巻芯側より離反移動させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面多角形状の巻芯に線材を巻き付けてコイルを形成する巻線装置であって、
前記巻芯を着脱自在に固定して、該巻芯を主軸回りに回転させる回転部材と、
前記線材を前記巻芯へ供給する線材供給手段と、
前記巻芯へ供給する線材に所要の張力を負荷する張力負荷手段と、
前記巻芯の外方に、前記巻芯に対して近接・離反方向に移動される線材押圧部材と、
を備え、
前記巻芯の角部に前記線材を巻き始める時に、該線材押圧部材を巻芯側へ近接移動させて前記線材を巻芯の角部側に押し付け、前記巻芯の角部を巻き終わると、該線材押圧部材を巻芯側より離反移動させることを特徴とする巻線装置。
【請求項２】
前記線材押圧部材は、前記巻芯の軸線方向に延在する断面円形のローラまたは巻芯側を円弧面とした断面半円形状のローラからなり、
前記線材押圧部材は、駆動手段により前記近接・離反方向に移動される請求項１に記載の巻線装置。
【請求項３】
前記巻芯は断面矩形状とされる一方、前記線材押圧部材として前記巻芯の４つの角部に対応した第１〜第４線材押圧部材が前記巻芯の周囲に沿って間隔をあけて配置され、該第１〜第４線材押圧部材が前記巻芯と共に回転しながら、前記巻芯の各角部の前記線材を前記巻芯側に押圧する請求項１または請求項２に記載の巻線装置。
【請求項４】
前記線材供給手段は、ボビンから繰り出される線材を前記巻芯に巻始める位置まで屈曲させずに直線に保持して供給している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の巻線装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載の巻線装置を用いて、前記巻芯に前記線材を巻き付ける巻線方法であって、
前記巻芯が回転して前記線材を巻き付けていき、前記巻芯の角部の手前位置に前記線材が接触すると、前記線材押圧部材を前記線材に近接させて前記巻芯に押し付け、前記巻芯の角部に前記線材を巻き付け終わり、前記巻芯の平面部に前記線材を巻き付け始めると、前記押圧部材を前記巻芯から離反させることを特徴とする巻線方法。
【請求項６】
前記巻芯への巻き付けは、１本または複数本の線材を同時に巻き付けている請求項５に記載の巻線方法。
【請求項７】
前記巻芯は、円環状に配置されたステータを構成する分割ステータのコアからなり、前記回転部材で前記コアを支持して回転させて、該コアの断面矩形状のティース部に前記線材を巻き付けてコイルを形成している請求項５または請求項６に記載の巻線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は巻線装置および該巻線装置を用いて巻芯に線材を巻き付ける巻線方法に関し、コイルの占積率を向上させると共に、線材の損傷を防止するものである。
【背景技術】
【０００２】
巻芯を回転させて線材を巻き付ける際に、巻芯が断面形状が多角形で平面部と角部を有する場合、線材を角部に巻き付けると、巻芯の平面部では線材に負荷された張力によって巻芯に沿って巻き付けられるが、角部では線材が屈曲されているため、付与される張力が小さく、図１０に示すように、巻芯１から線材２が浮き上がりやすく、線材２と巻芯１との間や線材２間に隙間が生じやすい。その結果、コイルが巻き太りし、コイルの占積率の低下を招きやすい問題がある。
【０００３】
従来より、線材を巻芯に沿わせて巻き付ける巻芯装置として、特許３３３６３７３号公報（特許文献１）で提供されている。
該特許文献１の巻線装置は、図１１（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、コイル線４を拘束ローラ５で巻枠３と反対方向の曲率を与え、拘束ローラ５でコイル線４を巻枠３に押し付けながら巻き付けている。巻枠３の平面部３ａにコイル線４を巻き付ける際には、図１１（Ｂ）に示すように、巻枠３を回転角度一定のまま上昇させると共に拘束ローラ５を右に移動させている。一方、コーナー部３ｂにコイル線４を巻き付ける際には、図１１（Ｃ）に示すように、巻枠３を回転させながら下降させていると共に拘束ローラ５を左に移動させ、コイル線４のパスラインを一定として巻枠３にコイル線４を巻き付けている。
【０００４】
【特許文献１】特許３３３６３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１の巻線装置では、拘束ローラ５により常に、コイル線４が押圧されて巻き付けられているため、コイル線４の絶縁被覆が拘束ローラ５により損傷を受けやすい問題がある。さらに、コイル線４は拘束ローラ５により巻枠３の曲率とは逆の曲げ成形が与えられた後に巻枠３に巻きつけられているため、コイル線４が何度も曲げられることになり、コイル線４が加工硬化を起こしやすい問題がある。
【０００６】
コイルがステータコアに巻き付けられるモータにおいて、コイルの占有率が低下するとモータ特性が低下するため、コイルを形成する巻線装置の改良が強く要望されている。
ロータの外周に配置されるステータは、巻き線のしやすさ等の理由から、リング状のステータを所定角度に分割した分割ステータとされ、該分割ステータを環状に配置して締結して構成される場合が多い。よって、分割ステータの場合、線材が巻き付けられる巻芯は分割ステータコアとなり、該分割ステータコアのティース部の外周面で、外周側のバックヨーク部と内周側の鍔部とからなる軸線方向両側の両側壁に囲まれた環状凹部（スロット部）に線材が整列巻きされることとなる。
該分割ステータコアのスロット部に線材を整列巻する際、ティース部の断面が矩形状となっている場合、該角部に線材を巻き付けられ、角部における巻太りを、線材に損傷や加工硬化を発生させずに、抑制する必要がある。
【０００７】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、巻芯に線材を巻き付けてコイルを形成する巻線装置において、線材の角部における浮き上がりを防止することで線材と巻芯間や線材間の隙間をなくし、コイルの占積率を向上させると共に、線材の絶縁皮膜の損傷を防止する巻線装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、断面多角形状の巻芯に線材を巻き付けてコイルを形成する巻線装置であって、
前記巻芯を着脱自在に固定して、該巻芯を主軸回りに回転させる回転部材と、
前記線材を前記巻芯へ供給する線材供給手段と、
前記巻芯へ供給する線材に所要の張力を負荷する張力負荷手段と、
前記巻芯の外方に、前記巻芯に対して近接・離反方向に移動される線材押圧部材と、
を備え、
前記巻芯の角部に前記線材を巻き始める時に、該線材押圧部材を巻芯側へ近接移動させて前記線材を巻芯の角部側に押し付け、前記巻芯の角部を巻き終わると、該線材押圧部材を巻芯側より離反移動させることを特徴とする巻線装置を提供している。
【０００９】
前記構成とすると、線材の浮き上がりが発生しやすい巻芯の角部において、線材押圧部材で線材を巻芯に押し付けているため、線材が巻芯から浮き上がることなく巻芯に巻き付けることができ、線材と巻芯間や線材間の隙間を無くすことができるため、コイルの占積率を向上させることができる。
前記巻線装置では、線材を角部に巻き付けている時にのみ線材を線材押圧部材で巻芯に押し付け、平面部に巻き付ける際には張力のみで線材を巻芯に巻き付けている。よって、常に線材が線材押圧部材で巻芯に押し付けられている状態ではないため、線材表面の絶縁樹脂層の損傷を低減することができる。巻芯に押し付ける線材押圧部材の押圧力は、巻芯の角部のアールや角度に応じて適正に調整するのが好ましい。
【００１０】
前記線材押圧部材は、前記巻芯の軸線方向に延在する断面円形のローラまたは巻芯側を円弧面とした断面半円形状のローラからなり、
前記線材押圧部材は、駆動手段により前記近接・離反方向に移動されることが好ましい。
【００１１】
前記構成とすると、線材押圧部材を円形ローラあるいは断面半円形のローラとすると線材と線材押圧部材との摩擦を低減することができ、線材の絶縁皮膜を損傷させることなく線材を巻芯に巻き付けることができる。
【００１２】
前記巻芯は断面矩形状とされる一方、前記線材押圧部材として前記巻芯の４つの角部に対応した第１〜第４線材押圧部材が前記巻芯の周囲に沿って間隔をあけて配置され、該第１〜第４線材押圧部材が前記巻芯と共に回転しながら、前記巻芯の各角部の前記線材を前記巻芯側に押圧することが好ましい。
第１〜第４線材押圧部材は回転方向に９０度の角度をあけて配置して、巻芯の各角部に対応させて設けている。該第１〜第４線材押圧部材は巻芯と共に回転させており、各線材押圧部材に対応している巻芯の角部に線材を巻き付ける際に、線材押圧部材を近接させて線材を押し付ける。
巻芯の各角部に対応した線材押圧部材を設けることで、４つの角部の線材を確実に巻芯に押圧して巻き付けることができるため、コイルの占積率を向上させることができる。
【００１３】
前記線材供給手段は、ボビンから繰り出される線材を前記巻芯に巻始める位置まで屈曲させずに直線に保持して供給しているのが好ましい。
前記構成とすると、巻芯と逆の曲率を与えられて線材を巻き付けている場合と比較して、線材を巻芯に巻き付けるまで屈曲させることがないため、線材の加工硬化を防ぐことができる。
【００１４】
前記巻線装置を用いて、前記巻芯に前記線材を巻き付ける巻線方法であって、
前記巻芯が回転して前記線材を巻き付けていき、前記巻芯の角部の手前位置に前記線材が接触すると、前記線材押圧部材を前記線材に近接させて前記巻芯に押し付け、前記巻芯の角部に前記線材を巻き付け終わり、前記巻芯の平面部に前記線材を巻き付け始めると、前記押圧部材を前記巻芯から離反させている。
【００１５】
前記巻線方法では、巻芯の角部の手前位置に巻き付ける線材を巻芯に押し付けることで、角部に線材を巻き付ける際に発生しやすい角部手前位置での線材の浮き上がりを防止することができ、巻芯と線材間や線材間の隙間をなくしてコイルの占積率を向上させることができる。
【００１６】
前記巻芯への巻き付けは、１本または複数本の線材を同時に巻き付けているのが好ましい。
線材を複数本同時に巻き付けると、線材をコイルに巻き付ける時間を短縮することができるため、作業工数を低減することができる。
【００１７】
本発明の巻線装置および巻線方法は、円環状に配置されたステータを構成する分割ステータのコアが巻芯となる場合に好適に用いられる。この場合、前記回転部材でコアを支持して回転させて、該コアの断面矩形状のティース部に前記線材を巻き付けてコイルを形成している。
本発明の巻線装置により、前記モータの分割ステータのコアに線材を巻き付けてコイルを形成すると、断面六角形等の異形電線を正確に整列巻きすることができ、コイルの占有率を高めることができ、モータ特性を向上させることができると共に、絶縁信頼性の高いモータを作製することができる。
【発明の効果】
【００１８】
前述したように、本発明によれば、線材の浮き上がりが発生しやすい巻芯の角部において、線材押圧部材で線材を巻芯に押し付けているため、線材が巻芯から浮き上がることなく巻芯に巻き付けることができ、線材と巻芯間や線材間の隙間を無くすことができるため、コイルの占積率を向上させることができる。
また、線材を角部に巻き付けている時にのみ線材押圧部材で巻芯に線材を押し付け、平面部に巻き付ける際には張力のみで線材を巻芯に巻き付けているため、常に線材が線材押圧部材で巻芯に押し付けられている状態とならず、線材表面の絶縁樹脂層の損傷を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図９に本発明の巻線装置の実施形態を示す。
本実施形態の巻線装置は、図１に示すモータの分割ステータ５０のステータコア５１（以下、コア５１と略称する）にローラ３０でコア５１に線材６０を押し付けながら巻き付けてコイル５２形成している。即ち、分割ステータコアを巻芯としている。なお、線材６０は本実施形態では１本であるが、複数本としてもよい。
【００２０】
まず、コイル５２が形成される分割ステータ５０を図１により説明する。
前記コア５１は、断面矩形状のティース部５１ａと、該ティース部５１ａの軸線方向の両端にバックヨーク部５１ｂと鍔部５１ｃが突設し、ティース部５１ａの外周面とバックヨーク部５１ｂと鍔部５１ｃに囲まれた環状凹部がコイル形成用のスロット部５５となり、該スロット部５５の表面を絶縁樹脂カバー５３で被覆している。ティース部５１ａの４つの角部は反時計回りに第１〜第４角部５１ｄ〜５１ｇとしていると共に、平面部も同様に第１〜第４平面部５１ｈ〜５１ｋとしている。
【００２１】
コイル５２を形成する線材６０は、本実施形態では断面正六角形状の六角線としており、図８に示すように、絶縁樹脂カバー５３には断面三角形状の線材嵌合溝５３ａを設けている。なお、線材６０の形状は特に限定されないが、整列巻時に上下層間での隙間を発生させない断面矩形の異形状が好ましい。
前記コイル５２を備えた分割ステータ５０を円環状に順次配置して締結して一体化している。
【００２２】
図２〜図５に前記コア５１に線材６０を巻き付けて、コイル５２を形成する巻線装置１０を示す。
【００２３】
全体構成を概略的に示す図２の平面図において、Ａはコア５１を着脱自在に固定して回転させる回転手段、Ｂはコア５１に対して近接・離反方向に移動され、コア５１の外方に配置している線材押圧部材、Ｃは線材６０をコア５１へと供給する線材供給手段、Ｄはコア５１へ供給する線材６０に所要の張力を負荷する張力負荷手段である。
【００２４】
前記回転手段Ａは、図２に示すように、コア５１を保持して回転させるセットブロック２０を備え、該セットブロック２０をセットホルダ２１で保持し、該セットホルダ２１から突出させた回転主軸２２を背面支持フレーム１１に回転自在支持したスプロケット２３に連結している。該スプロケット２３はモータ２６で回転駆動されるスプロケット２４によりベルト２５を介して回転している。回転主軸２２の回転で、セットブロック２０に着脱自在に固定するコア５１を軸線Ｌを中心としてＺ方向に回転させる構成としている。
前記スプロケット２３には、前記ローラ３０をコア５１に対して近接離反させるための駆動装置（図示せず）を設けている。
【００２５】
前記セットブロック２０は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように左右両側にコア狭持片２０ａ、２０ｂを備え、該コア狭持片２０ａと２０ｂとでコア５１のバックヨーク部５１ｂの周方向の両端を狭持している。一方のコア狭持片２０ｂはセットブロック２０から突設すると共に、他方のコア狭持片２０ａをネジ２８で固定し、該コア狭持片２０ａによる締結でコア５１のバックヨーク部５１ｂを着脱自在にセットブロック２０に狭持固定している。コア５１をセットブロック２０に固定した状態では、コア５１の第１平面部５１ｈが上面となっている。
【００２６】
前記線材押圧部材Ｂは、断面円形状の第１〜第４円形ローラ３１〜３４からなり、第１〜第４円形ローラ３１〜３４は軸線方向Ｘに突設した棒状の第１〜第４移動材４１〜４４の先端に設けている。該第１〜第４移動材４１〜４４は前記スプロケット２３に固定しており、コア５１と共に回転する。
【００２７】
第１〜第４円形ローラ３１〜３４はコア５１の外周の沿って設け、各第１〜第４円形ローラ３１〜３４のなす角度αを９０度として配置している。図４に示す位置にコア５１が位置する時、第１円形ローラ３１はコア５１の第１平面部５１ｈ側、第２円形ローラ３２はコア５１の第２平面部５１ｋ側として、第３、第４円形ローラ３３、３４を反時計回りに順に配置している。
第１〜第４移動材４１〜４４からコア５１側に突設させた中心軸４１ａ〜４４ａで軸線方向Ｘに延在させた第１〜第４円形ローラ３１〜３４を回転自在に保持し、図４に示すように、線材６０を第１〜第４円形ローラ３１〜３４を回転させながら、コア５１に押し付けることができる構成としている。
図９に線材押圧部材Ｂの変形例を示しており、線材押圧部材Ｂをコア５１側を円弧面とした断面半円形状の第１〜第４半円形ローラ３６〜３９としてもよい。
【００２８】
前記線材供給手段Ｃは、図２および図３に示すように、プーリ４０からなり、該プーリ４０は背面支持フレーム１１から軸線方向Ｘに突設した支持軸４１の先端に設けており、
断面五角形状の線材嵌合溝４０ａに沿わせて線材６０を一直線状に保持してコア５１へと供給している。
前記張力付加手段Ｄはバックテンション装置７０を備えており、図５の概略正面図に示すように、ボビン８０より繰り出す線材６０をバックテンション装置７０を通して張力を調整しプーリ４０へと線材６０を供給している。
【００２９】
次に、コア５１に線材６０を整列巻きしていく巻線方法について説明する。
【００３０】
まず、コア５１をセットブロック２０のコア狭持片２０ａ、２０ｂで狭持固定した後、ボビン８０から繰り出した線材６０を、バックテンション装置７０で張力を調整し、プーリ４０で一直線状に保持してコア５１に供給する。
ついで、バックヨーク側巻付端５２Ａから鍔部側巻付端５２Ｂに向けて線材６０を絶縁樹脂カバー５３の嵌合溝５３ａに沿わせて線材６０を巻き付けていく。
【００３１】
図６（Ａ）に示すように、線材６０を第１平面部５１ｈに巻き付け終わり、コア５１の第１角部５１ｄに線材６０を巻き付け始めると、図６（Ｂ）に示すように、第１円形ローラ３１を該第１角部５１ｄに近接移動させ、コア５１の第１角部５１ｄの手前位置で線材６０をコア５１に押し付ける。第１円形ローラ３１は、図６（Ｃ）に示すように、線材をコア５１に押し付けた状態でコア５１と共に回転する。第１角部５１ｄを巻き付け終わると、図７（Ａ）に示すように、第１移動材４１を制御して第１円形ローラ３１をコア５１から離反させる。
【００３２】
ついで、コア５１が回転して第２角部５１ｅに線材６０を巻き始めると、図７（Ａ）に示すように、第２円形ローラ３２を該第２角部５１ｅに近接移動させ、コア５１の第２角部５１ｅの手前位置で線材６０をコア５１に押し付ける。第２角部５１ｅを巻き付け終わると、図７（Ｄ）に示すように、第２移動材４２を制御して第２円形ローラ３２をコア５１から離反させる。
【００３３】
第３角部５１ｆ、第４角部５１ｇに線材を巻く際も同様に、コア５１の第３角部５１ｆ、第４角部５１ｇの手前位置で線材６０をコア５１に押し付けて、線材６０を巻き付けていき、第３角部５１ｆ、第４角部５１ｇに巻き終わったら、第３円形ローラ３３あるいは第４円形ローラ３４を第３角部、第４角部５１ｆ、５１ｇから離反させる。
【００３４】
このように、第１〜第４円形ローラ３１〜３４で線材６０をコア５１に押し付けながら線材６０を巻き付けていき、コア５１の平面部５１ｈ〜５１ｋに線材６０を巻き付ける際には、角部５１ｄ〜５１ｇを使って線材６０を折り曲げていく。
１周巻き終えたら列を変えながら鍔部側巻付端５２Ｂまで巻き付ける。鍔部側巻付端５２Ｂまで巻き付けたら層を上げて、鍔部側巻付端５２Ｂからバックヨーク側巻付端５２Ａに向けて巻き付けていく。これを繰り返すことで、図８に示すように、最上層まで線材６０を巻き付けてコイル５２を形成する。
【００３５】
前記構成とすると、線材６０を角部５１ｄ〜５１ｇに巻き付けている時にのみ第１〜第４円形ローラ３１〜３４でコア５１に線材６０を押し付け、平面部５１ｈ〜５１ｋに巻き付ける際には張力のみで線材６０をコア５１に巻き付けているため、常に第１〜第４円形ローラ３１〜３４で線材６０を押圧している状態とはならず、線材６０の表面の絶縁樹脂層の損傷を低減することができる。
さらに、ボビン８０から繰り出される線材６０をコア５１に巻始める位置まで屈曲させずに直線に保持してコア５１に供給しているため、線材６０をコア５１に巻き付けるまで屈曲させることがなく、線材６０の加工硬化を防止することができる。
【００３６】
なお、本発明の巻線装置はモータの分割ステータにコイルを形成する場合に限らず、他の用途のコイル形成にも好適に用いることができる。
本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の特許請求の範囲内の種々の形態が含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の巻線装置で形成するコイルを備えた分割ステータの斜視図である。
【図２】（Ａ）は巻線装置を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。
【図３】（Ａ）は巻線装置の正面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。
【図４】円形ローラで線材をコアに押し付ける概略図である。
【図５】巻線装置全体を示す概略図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）コアの回転と円形ローラの移動を示した概略図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）コアの回転と円形ローラの移動を示した概略図である。
【図８】コアへの配線の巻き付け状況を示す図である。
【図９】線材押圧部材の変形例を示す図である。
【図１０】巻芯への線材の巻き付けを示す従来の図である。
【図１１】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
３１〜３４  第１〜第４円形ローラ（第１〜第４線材押圧部材）
４１〜４４  第１〜第４移動材
５１  コア
５１ｄ〜５１ｇ  第１〜第４角部
５２  コイル
６０  線材
Ａ  回転手段
Ｂ  線材押圧部材
Ｃ  線材供給手段
Ｄ  張力負荷手段
【図１】
2009033865.tif 000003
【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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