JP2000166192A - 電動機のコイル形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】全自動化した一つの装置によって、導線をステ
ーターに精確に直巻きしてコイルを形成するコイル直巻
き装置を提供する。 【解決手段】シャフト２をケーシング５に装着したジグ
７の内周面に沿ってステーター６の中心軸部分を貫通さ
せた状態で前記ガイドピン９ａにより導線１を係合して
ステーター６の１つの溝６ａに導線１を嵌合させた後、
ステーター６を所定角度１方向に回転してステーター６
の外側で導線をジグ７の周面に沿って巻回し、前記ガイ
ドピン９ａと導線１との係合を解除し、シャフト２を前
記中心軸部分から退避した状態でガイドピン９ａと導線
１とを係合して、もう１つの溝６ａに導線１を嵌合させ
た後、ステーター６を前記とは逆方向に所定角度回転し
て溝６ａと溝６ａとの間に導線１を１巻きし、かかる動
作を繰り返すことにより、溝６ａと溝６ａとの間にコイ
ルを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機のコイル形
成装置に関し、特に、モーターのステーターに直接導線
を巻き、コイルを形成する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の汎用モーターのステーターにコイ
ルを装着する方法としては、ステーターにリングを作成
し、該コイルを所定の溝に強引に嵌挿させる方法が一般
的である。なお、モーターカバーにモーターを収納でき
るように、ステーターからはみ出たコイルをハンマー等
で下方に屈曲形成してモーターを完成させる。

【０００３】このため、ステーターの溝の寸法に略合致
するように、導線を巻いてコイルを形成する工程と、該
コイルをステーターの溝に嵌め込む工程を必要とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステー
ターの溝の開口部の幅が導線の径の２倍程度であるた
め、あらかじめ外部で形成したコイルをステーターの溝
に嵌挿させる際には、必要以上に長い周長のリング状の
コイルを作成しなければならず、また、溝に沿って斜め
に摺動させながら挿入するために、導線の絶縁被膜の剥
離が生じるという問題がある。

【０００５】また、コイルが必要以上に長いためにステ
ーター外部で位相の異なるコイルが接触し、そのため別
工程で外部コイルの成形処理や絶線処理を必要とすると
いう問題がある。

【０００６】さらに、いくつかの工程に分けて自動化す
る方法では、工程が多く煩雑であるため一つのモーター
を完成させるのに、直接手で巻く方法よりも時間がかか
ってしまい、却って生産効率の悪化を招くという問題も
ある。

【０００７】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたもので、全自動化した一つの装置によって、導
線をステーターに精確に直巻きしてコイルを形成するコ
イル直巻き装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
ステーターの内周面に形成された溝と溝との間に導線を
巻回してコイルを形成する装置であって、ステーターを
中心軸回り回転自由に、ステーターの外周面を保持する
ケーシングと、前記ケーシングをステーターと共に中心
軸回り正逆方向に回転駆動させる回転駆動手段と、前記
導線が巻回されるステーターの溝と溝との間でステータ
ーの内周面及び外側側面に係合する扇型のジグと、前記
ジグの内周面に沿ってステーターの中心軸部分を貫通自
由であって、中心軸部に形成された貫通孔に、一端がク
ランプされた導線を一定の張力を持たせつつ貫通させた
シャフトと、前記シャフトの先端から導出された導線と
係合して該係合部を所定の位置にセット自由なガイドピ
ンと、を含んで構成され、前記シャフトをケーシングに
装着したジグの内周面に沿ってステーターの中心軸部分
を貫通させた状態で前記ガイドピンにより導線を係合し
てステーターの１つの溝に導線を嵌合させた後、ステー
ターを所定角度１方向に回転してステーターの外側で導
線をジグの周面に沿って巻回し、前記ガイドピンと導線
との係合を解除し、シャフトを前記中心軸部分から退避
した状態でガイドピンと導線とを係合して、もう１つの
溝に導線を嵌合させた後、ステーターを前記とは逆方向
に所定角度回転して溝と溝との間に導線を1 巻きし、か
かる動作を繰り返すことにより、溝と溝との間にコイル
を形成することを特徴とする。

【０００９】請求項２に係る発明は、ステーターに導線
が嵌合する溝には、絶縁紙が装着され、該絶縁紙の溝の
外側に突出する端部の外側に近接する押さえ板を、１つ
のジグに対して複数個配設し、該押さえ板の外側で導線
がジグの周面に巻回されるようにしたことを特徴とす
る。

【００１０】請求項３に係る発明は、電動機は複数相の
コイルが装着され、各相毎に導線のジグの周面に巻回さ
れる部分の、ステーターの溝からのはみ出し量をかえる
ことにより、各相のコイル相互の干渉を防止するように
したことを特徴とする。

【００１１】請求項４に係る発明は、電動機は同一の相
について導線が嵌合する溝と溝との回転角が相対的に大
きい大コイルと相対的に小さい小コイルとが装着され、
大コイルと小コイルとで導線のジグの周面に巻回される
部分の、ステーター中心軸からの距離を変えることによ
り、大コイルと小コイルとの干渉を防止するようにした
ことを特徴とする

【００１２】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、簡単な一
定動作の繰り返しにより、コイルをステーターの溝に短
時間で形成することができるので、生産コストの大幅な
削減を図ることができる。また、ジグの形状に沿ってコ
イルが屈曲成形されるので、設計寸法の通り精確にコイ
ルを形成でき、相互のコイルが接触して起こるモーター
の電流破壊を防止できる。

【００１３】請求項２に係る発明によれば、絶縁紙の溝
の外側に突出する端部の外側に近接する押さえ板を、１
つのジグに対して複数個配設し、該押さえ板の外側で導
線がジグの周面に巻回されるようにしたことにより、ス
テーターの溝から外部にはみ出した絶縁紙を押さえ板に
より押さえられるので、ステーターに導線を巻く際にこ
のはみ出した絶縁紙と導線との接触による双方の損傷を
防止できる。

【００１４】請求項３に係る発明によれば、各相毎に導
線のジグの周面に巻回される部分の、ステーターの溝か
らのはみ出し量をかえることにより、各相のコイル相互
の干渉を防止できる。

【００１５】請求項４に係る発明によれば、大コイルと
小コイルとで導線のジグの周面に巻回される部分の、ス
テーター中心軸からの距離を変えることにより、大コイ
ルと小コイルとの干渉を防止できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る電
動機のコイル形成装置の全体構成図であり、図２は，図
１のＡ−Ａ’断面図である。

【００１７】まず、かかる装置の構成を以下に具体的に
説明する。導線送り出し機構１ｂから出た導線１は、シ
ャフト２の中心軸に沿って形成された軸孔２ａを貫通し
た状態で配設され、その先端部分を、コイルクランプ１
ａにより固定される。該シャフト２は中心軸方向に往復
動自由に構成されている。なお、導線１がたるまないよ
うにするために、導線送り出し機構１ｂにはパウダーク
ラッチ制御部１３により自動制御することが可能なパウ
ダークラッチ１３ａが装着され、常に一定の張力を導線
１にかけている。

【００１８】前記導線１を直巻きされてコイルを装着さ
れるステーター６が環状のケーシング５の内周側に嵌挿
して固定され、その中心軸が前記シャフト２の中心軸と
一致するようにケーシング５の外周面は、周方向等間隔
毎に３以上のローラー４と接して保持されており、複数
の中の１個のローラー４の駆動回転により、ステーター
６の中心軸回りに正逆転自由に回転できるようになって
いる。

【００１９】ここで、前記ステーター６と中心軸を共有
してガイドロッド８が配設されている。該ガイドロッド
８は前記シャフト２と同径に形成され、シャフト２と選
択的にステーター６の中心軸部を貫通自由に往復動する
ように構成されている。

【００２０】ステーター６の中心軸部にガイドロッド８
を貫通させた状態で、ステーター６の導線が巻回される
一対の溝６ａの間の側面内周縁部を扇形の側板部で覆う
ジグ７が、前記側板部の扇形の要部分から軸方向に延び
る分割円筒部の外周面がステーター６の内周面と係合
し、内周面がシャフト２又はガイドロッド８の外周面と
係合するように装着され、ジグ７の離脱防止になってい
る。

【００２１】前記ジグ７の側板部は、ステーター６の側
面内周縁部との係合部と、該係合部から軸方向に延びる
ステーター６内周の径より少し径の大きい導線巻回部７
ｃと、該導線巻回部７ｃより大径のフランジ部７ｂとを
備えている。

【００２２】また、側面（側板部表面）は、図２に示す
ようなＵ’，Ｖ’，Ｗ’コイル巻回用の７０°又は、
Ｕ，Ｖ，Ｗコイル巻回用の９０°の扇形であり、矢印方
向に移動可能な一つ以上のジグ回転止め機構７ａを有
し、ジグ７がステーター６に装着された際には、該ジグ
回転止め機構７ａはステーター６の溝６ａの開口部６ｂ
から浅い位置（例えば、約２ｍｍ程）に嵌合して、ジグ
７を回り止めする。

【００２３】なお、本実施の形態では、ステーター６の
対角線方向の２箇所で同時に導線１を直巻きしてコイル
を形成するため、前記ジグ７は、同一箇所で両側に２個
のものが２箇所で計４個装着される。

【００２４】これらのジグ７は、コイル形成前に図示し
ない自動装着装置によって装着される。また、コイル形
成時に、シャフト２、ガイドロッド８がジグ７の内周側
を駆動挿入する際には、少なくともこれらの先端側のジ
グ７が摺動抵抗により外れることを防止するためにジグ
７の側板を押圧するシリンダ部１２ａを備えたジグ固定
機構部１２が配設されている。なお、シリンダ部１２ａ
は、シャフト２、ガイドロッド８が駆動完了後、コイル
を巻くのを妨げないようにシャフト２の駆動方向と平行
方向に一旦引き込み、コイルを巻き終わった後にジグ７
の側板を再度押圧する。

【００２５】また、前記各ジグ７の側板部表面に隣接し
て、３本の押さえ板３が配設されている。該３本の押さ
え板３は、図２に示すように夫々長手方向に移動し、か
つ、両側の２本は、前記７０°又は９０°の扇形のジグ
７の装着に対応して相互に７０°又は９０°の角度をな
すようにステーター６の周方向に移動する。

【００２６】そして、該押さえ板３の先端部が導線１の
巻回時には、ステーター６の内周側に形成された溝６ａ
から外部にはみ出した絶縁紙１１を外側から押さえる位
置にセットされ、該押さえ板３の外側で導線巻回部７ｃ
に沿って導線１が巻回されつつ、コイルが形成されるの
で、はみ出した絶縁紙１１と導線１との接触を防止する
ことができる。

【００２７】一方、図１でケーシング５より左側の前記
ジグ固定機構部１２及び押さえ板３は、ベアリング１４
を介してガイドロッド８の周りを回転自由に支持された
円筒状のハウジング１５に夫々連結されており、かつ、
該ハウジング１５は前記ケーシング５と同期して回転さ
れるように図示しない駆動源に連結されている。また、
図１でケーシング５より右側のジグ固定機構部及び押さ
え板も図示しないが、同様にケーシング５に同期して回
転するハウジング１５に連結されている。

【００２８】さらに、送り出されてきた導線１をステー
ター６の溝６ａに案内すると同時に、ジグ７のフランジ
部７ｂとの干渉を避けて導線巻回部７ａに巻回するよう
に、導線１の一部に係合するためのガイドピン９ａが、
その位置を自動制御により３次元方向に任意の位置に変
えることができる３次元駆動装置９に連係されている。

【００２９】なお、図１ではケーシング５の左側にある
ものを示したが、同様のガイドピン９ａ及び３次元駆動
装置９がケーシング５の左側にも対称的に配置されてい
る。次に、かかる構成を有した装置によるコイルの形式
動作を図３〜図７に従って順次説明する。なお、図３〜
図７において（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ’断面図である。
図には、側面が９０°の扇形のジグ７を用いた際の実施
例を示す。なお、７０°のジグ７を用いた場合も、動作
原理は同様である。

【００３０】導線１が上記の状態のまま、シャフト２は
ガイドロッド８に摺動し、図１、図２に示されたコイル
形成動作に入る前の初期状態からガイドロッドが図１で
左側に退出するのに、同期してシャフト２が図で左側に
移動し、ステーター６及びジグ７を貫通する。

【００３１】図３は、シャフト２がステーター６及びジ
グ７を貫通した状態で、ジグ７の扇形を挟む両側面Ｂ、
ＣのうちＢ面が垂直状態となる。この時、導線１は、ガ
イドロッド８の下方に位置して、ジグ７のＢ面に沿って
伸び、ステーター６のコイルクランプ１ａ側の溝６ａに
入り、押さえ板３のエッジ部分で屈曲し、ジグ７の外周
面と押さえ板３との間を抜けて、コイルクランプ１ａに
至っている。

【００３２】次に、ガイドピン９ａがシャフト２端部近
傍の導線１を引っかけ、下方向に引っ張ると、導線１は
Ｂ面側の溝６ａ全体に格納される。この状態で、ローラ
ー４によって、ケーシング５、ステーター６及びジグ７
を図４（ａ）で９０°時計回り（矢印方向）に回転させ
ると、同図に示すようにジグ７の扇型を挟む両側面Ｂ，
ＣのうちＣ面が垂直となり、左右の押さえ板３の外側で
それぞれ導線１は、フランジ部７ｃと押さえ板３の間の
導線巻回部７ｃに巻回される。

【００３３】次に、前記ガイドピン９ａと導線１との係
合を外すと、コイルクランプ１ａと反対側では、導線１
は導線巻回部７ｃに沿って完全に巻回される（図５
（ａ）参照）。ここで、導線１はステーター６を半周だ
け巻回されたことになる。

【００３４】そのまま、シャフト２を初期の位置まで戻
すことにより、導線１は、コイルクランプ１ａから離れ
た方のステーター６の溝６ａの側面端部において屈曲し
て、ジグ７のＣ面に沿って伸び、ステーター６とジグ７
との間隙を通り、シャフト２の軸孔２ａに至っている。

【００３５】次に、コイルクランプ１ａ側のガイドピン
９ａにより、前記同様に導線１を引っかけ、下方に引張
ることで、図６に示すように導線１はＣ面の溝６ａ全体
に格納される。

【００３６】次に、導線１がコイルクランプ１ａ寄りの
ガイドピン９ａによって引っ張られたまま、ローラー４
によって、ケーシング５、ステーター６及びジグ７を図
７（ａ）で９０°反時計回り（矢印方向）に回転させる
と、導線１がステーター６の両外側でジグ７の導線巻回
部７ｃに巻回される。

【００３７】次に、前記コイルクランプ１ａ側のガイド
ピン９ａと係合する導線１を外すことで、コイルクラン
プ１ａ側でも導線１は導線巻回部７ｃに完全に巻回され
る。以上の工程により、導線１はステーター６の２つの
溝６ａの間に１周巻回されたことになる。

【００３８】その後、シャフト２を再び図３のように移
動させることによって、導線１は図７に示すジグ７の扇
型を挟む両側面Ｂ，ＣのうちＢ面に沿って移動する。そ
の後の工程は図４以降の工程と同様である。

【００３９】以上のように、シャフト２及びガイドロッ
ド８の往復動とジグ７の正逆回転という簡単な動作を繰
り返すことにより、コイルをステーター６の溝６ａに短
時間で形成することができる。また、導線巻回部７ｃ、
フランジ部７ｂ及び押さえ板３によって、コイルが設計
寸法の通り精確に屈曲成形されるので、相互のコイルが
接触して起こるモーターの電流破壊を防止することがで
きる。

【００４０】また、図８は、導線１の巻かれる様子を示
した概略工程図である。図８（Ａ）は、シャフト２が矢
印方向に進むことによって、導線１がステーター６を貫
通した状態を示した図であり、図３の導線１の状態を示
している。

【００４１】図８（Ｂ）は、ジグ７が９０°時計回りに
回転（導線１は下向きの矢印方向に屈曲成形される。）
し、シャフト２が元の位置に戻ったときの導線１の状態
を示した図であり、図５の導線１の状態を示している。
このとき、導線１はステーター６について半周巻かれた
ことになる。

【００４２】図８（Ｃ）は、ジグ７が９０°反時計回り
に回転（導線１は上向きの矢印方向に屈曲成形され
る。）したときの導線１の状態を示した図であり、図７
の導線１の状態を示している。このとき、導線１はステ
ーター６について１周巻かれたことになる。

【００４３】図８（Ｄ）は、図８（Ｃ）の状態のまま、
図８（Ａ）と同様に、シャフト２が矢印方向に進むこと
によって、導線１がステーター６を貫通した状態を示し
た図である。

【００４４】図８（Ｅ）は、図８（Ｂ）と同様に、ジグ
７が再び９０°時計回りに回転（導線１は下向きの矢印
方向に屈曲成形される。）し、シャフト２が元の位置に
戻ったときの導線１の状態を示した図である。このと
き、導線１はステーター６について１周半巻かれたこと
になる。

【００４５】次に、図９は、ステーター６に形成された
コイルを示した全体図であり、（ａ）はその平面図、
（ｂ）は、その側面断面図である。なお、各コイルは位
相電流の種類に応じて用いられ、大コイル２０をＵ相用
コイル、Ｖ相用コイル、Ｗ相用コイルとし、コイルが嵌
挿する溝６ａは互いに９０°の角度を有しており、Ｕ相
用コイル、Ｖ相用コイル、Ｗ相用コイルの順に、ステー
ター６からはみ出す長さが大きくなり、これによってこ
れらコイル間の干渉を防止することを特徴とする。同様
に、小コイル３０をＵ’相用コイル、Ｖ’相用コイル、
Ｗ’相用コイルとし、コイルが嵌挿する溝６ａは互いに
７０°の角度を有しており、Ｕ’相用コイル、Ｖ’相用
コイル、Ｗ’相用コイルの順に、ステーター６からはみ
出す長さが大きくなっており、その長さはＵ相用コイ
ル、Ｖ相用コイル、Ｗ相用コイルとそれぞれ等しくなっ
ている。

【００４６】一方、各相の大コイル２０と小コイル３０
（ＵとＵ’，ＶとＶ’，ＷとＷ’）とでは、ステーター
６の外側で、ジグ７の導線巻回部７ｃに巻回される部分
のステーター６の中心からの距離を変えており、これに
より大コイル２０と小コイル３０との干渉を防止するよ
うにしている。

【００４７】なお、各相の大コイル２０及び小コイル３
０は図９（ａ）に示す位置に形成されることを特徴と
し、大コイル２０については、原点を点対称とした溝６
ａに同相の大コイル２０がそれぞれもう１つずつ形成さ
れる。また、コイルを構成する導線１は約４０回巻回さ
れる。また、図１０は、各相用コイルを形成するジグ７
の形状を示した側面図である。

【００４８】次に、図１１は、本発明に係るコイルの直
巻き工程のフローチャートを示した図である。前述した
ように、各相用コイルを形成するジグ７の形状は、いず
れも異なるため、まず、１本の導線１でＵ相用コイルを
２つ形成した後、Ｕ’相用コイルを４つ形成する。同様
に、Ｖ相用コイル、Ｖ’相用コイル及びＷ相用コイル、
Ｗ’相用コイルをそれぞれ１本の導線で同様に形成して
いき、全ての相のコイルを形成した後、同じ相のコイル
を構成する導線１どうしを合成樹脂等で接着し、違う相
のコイルどうしが万一接触しないように表面処理を施
し、モーターの製造を完了する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコイル直巻き装置の全体構成図

【図２】図１のＡ−Ａ’断面図

【図３】本発明に係るコイルの直巻き工程図（第１段
階）（ａ）側面断面図（ｂ）正面断面図

【図４】本発明に係るコイルの直巻き工程図（第２段
階）（ａ）側面断面図（ｂ）正面断面図

【図５】本発明に係るコイルの直巻き工程図（第３段
階）（ａ）側面断面図（ｂ）正面断面図

【図６】本発明に係るコイルの直巻き工程図（第４段
階）（ａ）側面断面図（ｂ）正面断面図

【図７】本発明に係るコイルの直巻き工程図（第５段
階）（ａ）側面断面図（ｂ）正面断面図

【図８】導線の巻かれる様子を示した簡略工程図

【図９】（ａ）ステーターに形成されたコイルを示した
全体平面図（ｂ）側面断面図

【図１０】各相用コイルを形成するジグの形状を示した
側面図（Ａ）Ｕ層・Ｕ’層用ジグ（Ｂ）Ｖ層・Ｖ’層用
ジグ（Ｃ）Ｗ層・Ｗ’層用ジグ

【図１１】本発明に係るコイルの直巻き工程のフローチ
ャート

【符号の説明】

１ 導線 ７ａ ジグ回転止め
機構 ２ シャフト ７ｂ フランジ部 ２ａ 軸孔 ７ｃ 導線巻回部 ３ 押さえ板 ８ ガイドロッド ５ ケーシング ９ａ ガイドピン ６ ステーター １１ 絶縁紙 ７ ジグ １２ ジグ固定機構
部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステーターの内周面に形成された溝と溝と
   の間に導線を巻回してコイルを形成する装置であって、 ステーターを中心軸回り回転自由に、ステーターの外周
   面を保持するケーシングと、 前記ケーシングをステーターと共に中心軸回り正逆方向
   に回転駆動させる回転駆動手段と、 前記導線が巻回されるステーターの溝と溝との間でステ
   ーターの内周面及び外側側面に係合する扇型のジグと、 前記ジグの内周面に沿ってステーターの中心軸部分を貫
   通自由であって、中心軸部に形成された貫通孔に、一端
   がクランプされた導線を一定の張力を持たせつつ貫通さ
   せたシャフトと、 前記シャフトの先端から導出された導線と係合して該係
   合部を所定の位置にセット自由なガイドピンと、 を含んで構成され、 前記シャフトをケーシングに装着したジグの内周面に沿
   ってステーターの中心軸部分を貫通させた状態で前記ガ
   イドピンにより導線を係合してステーターの１つの溝に
   導線を嵌合させた後、ステーターを所定角度１方向に回
   転してステーターの外側で導線をジグの周面に沿って巻
   回し、前記ガイドピンと導線との係合を解除し、シャフ
   トを前記中心軸部分から退避した状態でガイドピンと導
   線とを係合して、もう１つの溝に導線を嵌合させた後、
   ステーターを前記とは逆方向に所定角度回転して溝と溝
   との間に導線を1 巻きし、かかる動作を繰り返すことに
   より、溝と溝との間にコイルを形成することを特徴とす
   る電動機のコイル形成装置。
2. 【請求項２】ステーターに導線が嵌合する溝には、絶縁
   紙が装着され、該絶縁紙の溝の外側に突出する端部の外
   側に近接する押さえ板を、１つのジグに対して複数個配
   設し、該押さえ板の外側で導線がジグの周面に巻回され
   るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電動機
   のコイル形成装置。
3. 【請求項３】電動機は複数相のコイルが装着され、各相
   毎に導線のジグの周面に巻回される部分の、ステーター
   の溝からのはみ出し量をかえることにより、各相のコイ
   ル相互の干渉を防止するようにしたことを特徴とする請
   求項１又は請求項２に記載の電動機のコイル形成装置。
4. 【請求項４】電動機は同一の相について導線が嵌合する
   溝と溝との回転角が相対的に大きい大コイルと相対的に
   小さい小コイルとが装着され、大コイルと小コイルとで
   導線のジグの周面に巻回される部分の、ステーター中心
   軸からの距離を変えることにより、大コイルと小コイル
   との干渉を防止するようにしたことを特徴とする請求項
   １〜請求項３のいずれか１つに記載の電動機のコイル形
   成装置。