JP2007221945A - テンション装置，巻線巻回装置および巻線巻回方法 - Google Patents

Abstract

【課題】急激な線材速度の加減速に追従可能であり、広い設定範囲で線材に所定のテンションを付与することができるテンション装置，巻線巻回装置，巻線巻回方法を提供する。
【解決手段】線材３をワーク側へ送り出す線材送出手段は、線材３を送り出す送りプーリ１１と、これを回動させる送り速度制御用モータ１２と、その回動速度を制御する速度制御部４３を有し、線材３のテンションを所定値に制御するテンション制御手段は、シャトルプーリ１３を移動させて線材３の移動経路長を変更するスライド用モータ１５と、シャトルプーリ１３の位置を検出する絶対値エンコーダ１６と、線材３に掛かるテンションを検出するトルクセンサ１７と、テンションを所定値に保持するように送り速度制御用モータ１２を制御するテンション制御部４２を有し、速度制御部４３はシャトルプーリ１３の位置に基づき送り速度制御用モータ１２の回動速度を制御する。
【選択図】図７

Description

本発明はテンション装置，巻線巻回装置および巻線巻回方法に係り、特に巻線巻回時に線材に所定のテンションを付与するためのテンション装置，巻線巻回装置および巻線巻回方法に関する。

従来、電機子コア等の巻芯に巻線（線材）を巻回する巻線巻回装置には、巻回時に線材に所定の張力（テンション）を付与するためのテンション装置が備えられている。
例えば、特許文献１に記載のテンション装置では、線材源から供給される線材をテンションプーリに巻付けて、テンションプーリを介して巻線ノズル側へ送り出す構成である。このテンションプーリには、サーボモータ（テンション用モータ）が連結されている。テンション用モータは、線材に所定のテンションが掛かるように、送出し方向とは逆方向にテンションプーリのトルク制御を行う。これにより、線材には、所定のテンションが付与される。

また、特許文献２のテンション装置では、線材源から供給される線材を送りプーリに巻付け、送りプーリからテンションバーの先端部を経由して、巻線ノズル側へ送り出す構成である。送りプーリには、サーボモータが連結されている。また、テンションバーは、回動可能に保持されており、テンションバーには線材にテンションを掛けるべく、弾性部材（バネ等）によって所定の回動方向に付勢力が与えられている。
線材のテンションに変動があると、テンションバーがその変動に追従して回動すると共に、サーボモータがテンションバーの回動位置を元の位置に戻すように速度制御を行うため、線材には過剰なテンションが掛からないようになっている。

特開平８−３３２９２号公報（第３−４頁、図１） 特開２０００−１２８４３３号公報（第３−４頁、図１−２）

しかしながら、特許文献１に記載のテンション装置では、線材の供給時にテンションプーリをテンション用モータによって回転させる構成であり、巻始め時にはトルク設定を０としてもテンション用モータやテンションプーリといった大きな慣性負荷によって、テンションが比較的大きくなってしまう。このため、線材に細線を用いる場合や、急激な加速を行う場合には、線材に掛かるテンションが過大となり、断線のおそれがあった。
また、特許文献１に記載のテンション装置では、テンションプーリと線材に少しでもすべりが発生すると、正確にテンションを掛けることができなくなるという問題があった。

また、特許文献２に記載のテンション装置では、テンションバーに掛かる回動方向の付勢力により線材にテンションを付与する構成であり、テンション変動時に一定位置までテンションバーが回動するまでの間は、設定したテンションを線材に掛けることができず緩みが発生し、断線してしまうおそれがあった。
また、特許文献２に記載のテンション装置では、弾性部材によってテンションバーに付勢力を付与するため、テンションの設定範囲が狭かったり、初期設定時に弾性部材を手動で付け替えなくてはならなかったりするという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、巻始め時等の急激な線材速度の加減速に追従可能であると共に、広い設定範囲で線材に所定のテンションを付与することができるテンション装置およびこのテンション装置を用いた巻線巻回装置ならびに巻線巻回方法を提供することにある。

本発明は、巻芯に線材を巻回する巻線巻回装置に備えられるテンション装置であって、線材源から供給される線材を巻芯側へ送り出す線材送出手段と、該線材送出手段から送り出された線材に掛かるテンションを所定値に制御するテンション制御手段と、を備え、前記テンション制御手段は、線材との当接部を移動させて巻芯と前記線材送出手段との間の線材の移動経路長を変更する移動経路長変更部と、前記当接部を介して線材に掛かるテンションを検出するテンション検出部と、該テンション検出部によって検出されたテンションを所定値に保持するように前記移動経路長変更部を制御するテンション制御部と、を有し、前記線材送出手段は、線材を送り出す送りプーリと、該送りプーリを回動させる送り速度制御用モータと、前記当接部の位置を検出する位置検出部と、前記送り速度制御用モータの回動速度を制御するモータ速度制御部と、を有し、前記モータ速度制御部は、前記位置検出部によって検出された前記当接部の位置に基づいて前記送り速度制御用モータの回動速度を制御することを特徴とする。

このように、本発明では、線材源から巻芯側へ線材を送り出す線材送出手段と、線材のテンションを所定値に制御するテンション制御手段とを備えている。そして、テンション制御手段は、線材のテンションを検出しており、その変動に応じて線材との当接部を移動させることにより、線材の移動経路長を変更して線材のテンションを所定値に保持することが可能である。さらに、本発明では、線材送出手段は、線材との当接部の移動位置に基づいて線材の送り速度を制御するので、巻芯側の線材移動速度と線材源側の線材移動速度が等しくなると、当接部の移動が停止する。このように、本発明では、テンション制御装置による線材のテンション保持を補償するように、線材送出手段が設けられているので、巻芯の形状等よって巻芯側と線材源側の線材の移動速度に差が生じたり、巻始めに慣性負荷等によって線材のテンションに変動が生じたりするような場合であっても、変動に追従して確実に線材のテンションを所定値に保持することが可能となる。
また、テンション制御手段は、弾性部材によって線材に所定のテンションを付与する構成ではなく、テンション変動に応じて当接部を移動させてテンションを所定値に維持する構成であるので、線分に付与するテンションを広い設定範囲で設定することが可能となる。

また、前記モータ速度制御部は、前記位置検出部によって検出された前記当接部の位置に基づいて、該当接部の基準位置からの変動量を算出し、算出された変動量の大きさに応じて前記送り速度制御用モータの回動速度を制御する構成とすることができる。このように、当接部の基準位置からの変動量の大きさに応じて送り速度制御用モータの回動速度を制御すると、変動量の大きさに対応させて線材のテンション変動をすばやく吸収させることができる。

また、具体的には、前記移動経路長変更部は、線材と当接するシャトルプーリと、該シャトルプーリを摺動可能に保持するレール機構と、前記シャトルプーリを前記レール機構に沿ってスライドさせるスライド用モータと、を備える構成とすることができる。

また、具体的には、前記移動経路長変更部は、線材と当接するシャトルプーリと、該シャトルプーリが先端部に取着されると共に基端部が回動軸を中心に所定角度範囲で回動可能なダンサーアームと、該ダンサーアームを回動させる回動用モータと、を備える構成とすることができる。

また、本発明は、上記テンション装置を、巻芯に線材を巻回するための巻線巻回装置に適用したことを特徴とする。

また、本発明は、線材源から移動経路に沿って巻芯まで案内した線材を巻芯に巻回する巻線巻回方法であって、巻芯に線材を巻回する際に、線材のテンションの変動を検出して、線材のテンションが所定値を保持するように線材の移動経路長を変更すると共に、前記移動経路長の変動量を検出して、該変動量に応じて線材源から巻芯側への線材の送り速度を変更することを特徴とする。

このように巻線巻回時に、線材のテンション変動を検出してこの検出されたテンションを所定値に保持するように線分移動経路長を変更するフィードバック制御を行うことに加えて、移動経路長の変動量に応じて線材の送り速度を可変とすれば、巻芯の形状等よって巻芯側と線材源側の線材の移動速度に差が生じたり、巻始めに慣性負荷等によって線材のテンションに変動が生じたりするような場合であっても、変動に追従して確実に線材のテンションを所定値に保持することが可能となる。

また、上記方法を用いて前記巻芯を回転電機の電機子コアとするとよい。これにより、電機子コアに巻線を略所定のテンションで安定して巻回することができる。

本発明によれば、巻線巻回時に、線材のテンション変動を検出してこの検出されたテンションを所定値に保持するように線分移動経路長を変更すると共に、移動経路長の変動量に応じて線材の送り速度を可変としたので、巻始め時等の急激な線材速度の加減速に追従可能となると共に、広い設定範囲で線材に所定のテンションを付与することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図１〜図８は本発明の一実施形態を示すものであり、図１は巻線巻回装置の説明図、図２は図１の巻線巻回装置の電気構成図、図３はモータの断面説明図、図４は図３のモータの電機子およびロータの説明図、図５は図３のモータの電機子製造工程の説明図、図６はワークへの線分巻回動作の説明図、図７は図１の巻線巻回装置のテンション制御機構の正面説明図、図８は図１の巻線巻回装置のテンション制御機構の側面説明図である。
図９〜図１１は改変例に係るものであり、図９はテンション制御機構の正面説明図、図１０は図９のテンション制御機構の背面説明図、図１１は図９のテンション制御機構の側面説明図である。

本発明をモータの電機子コアに巻線を巻回するための巻線巻回装置１（以下、「装置１」という）に適用した一実施形態を示す。
図１，図２に示すように、本例の装置１は、線材源としての巻線パック２から供給される線材３のテンションを所定値に保持するテンション制御機構（テンション装置）１０と、テンション制御機構１０から送り出された線材３を、巻線ノズル３３を用いて巻芯であるワーク（本例では電機子コア６１）に巻回する巻線巻回機構３０と、これらを制御するコントローラ４０とを主要構成要素としている。

本例の巻線巻回機構３０は、公知の構成であり、巻線ノズル３３を巻回動作に合わせて移動させるノズル移動部３１と、ワークを保持すると共に巻線動作に合わせてワークを移動させるワーク移動部３５等を備えている。また、巻線巻回機構３０は、線材３の端部を保持する線材保持部や、線材を切断する線材切断部等（不図示）を有している。ノズル移動部３１は駆動源としてノズル移動用モータ３２を有しており、ワーク移動部３５は駆動源としてワーク移動用モータ３６を有している。

ここで、図３，図４に基づいて、本例の装置１を用いて製造される電機子（ステータ）６０を備えたモータＭについて概略説明する。本例では、モータＭが有する電機子６０は、装置１によって電機子コア６１に線材３が巻回されることにより製造される。
本例のモータＭは、図３に示すように、電機子６０と、ロータ６５と、これらを収容するハウジング６６ａおよびエンドプレート６６ｂと、回転制御基板６８等から構成される。

図４に示すように、電機子６０は、電機子コア６１と、電機子コア６１に巻回された巻線６４とを備えている。電機子コア６１は、インナーコア６２と、アウターコア６３とが嵌着されて構成されている。インナーコア６２とアウターコア６３は、それぞれケイ素鋼板等の薄肉の磁性材料からなるコアシートを積層して形成されている。
インナーコア６２は、放射状に配設された複数（本例では１２つ）の突極部６２ａと、その径方向内側端部を周状に連結する橋絡部６２ｂによって構成されている。アウターコア６３は環状の部材であり、内周面に突極部６２ａの径方向外側端部（ダブテール部）を嵌着させるための取付部が形成されている。
巻線６４は、線材３が各突極部６２ａに整列した状態で巻回され、端部が接続処理されたものである。

ロータ６５は、シャフト６５ａと、シャフト６５ａが挿入固定された略円筒形状のマグネット支持部材６５ｂと、その外周面に配設されたリング状のマグネット６５ｃから構成されている。シャフト６５ａの両端部は、ハウジング６６ａおよびエンドプレート６６ｂに配設された軸受６７ａ，６７ｂによって回転可能に支承されている。

回転制御基板６８は、ハウジング６６ａの開口側に取付けられた環状の基板であり、ロータ６５の回転位置をホール素子（不図示）によって検出し、図外の駆動電源から供給される駆動電流を、各突極部６２ａに巻回された巻線６４に順次に切換えて供給する。これにより電機子６０には回転磁界が発生し、この回転磁界とマグネット６５ｃとの磁気作用によって、内部のロータ６５は所定回転速度で回転する。
エンドプレート６６ｂは、ハウジング６６ａの開口を塞いだ状態に取付けられ、これらはネジ等の締結部材６９によって一体に固定される。

本例のモータＭの組付け工程では、まず、シャフト６５ａ，マグネット支持部材６５ｂ，マグネット６５ｃを組付けてロータ６５を形成すると共に、ハウジング６６ａおよびエンドプレート６６ｂにそれぞれ軸受６７ａ，６７ｂを取付け、ハウジング６６ａの内周面に電機子６０を圧入固定する。
その後、ハウジング６６ａにロータ６５および回転制御基板６８を配設する。そして、エンドプレート６６ｂでハウジング６６ａの開口を塞ぎ、締結部材６９でハウジング６６ａとエンドプレート６６ｂを一体に固定する。これにより、モータＭが組付けられる。

図５に示すように、ハウジング６６ａの内周面に固定される電機子６０を製造するには、まず、所定形状のコアシートを一体に積層してインナーコア６２を形成する（図５（Ａ））。そして、次工程では、このインナーコア６２を装置１の巻線巻回機構３０にセットし、装置１によって線材３を各突極部６２ａに巻回して、巻線６４を取付ける（図５（Ｂ））。その後、巻線６４が取付けられたインナーコア６２に、別途形成したアウターコア６３を圧入固定する（図５（Ｃ））。これにより、電機子６０が形成される。

図６は、装置１によって線材３を突極部６２ａに巻回している動作を表している。図６に示すように、突極部６２ａは断面略矩形状であり、その断面は長辺と短辺を有している。突極部６２ａに線材３を巻回するために巻線ノズル３３（図６では不図示）が突極部６２ａを周回すると、巻線ノズル３３の方向変換毎に突極部６２ａに巻付く線材３の巻付き速度（移動速度）が変動する。すなわち、巻線ノズル３３が突極部６２ａを周回すると、線材３の巻付き速度が規則的に増減速される。この線材３の移動速度変動は、線材３のテンションの変動要因となる。
本例の装置１では、テンション制御機構１０によって、このような巻線巻回動作時の巻付き速度変動や、巻始め時の慣性負荷等によって、線材３のテンションが変動しないように構成されている。

次に、このような線材３のテンション制御を行う装置１のテンション制御機構１０と、これを制御するコントローラ４０について説明する。
図７，図８に示すように、本例のテンション制御機構１０は、巻線パック２から供給された線材３が巻付けられた送りプーリ１１と、この送りプーリ１１に出力軸１２ａがカップリングを介して連結された送り速度制御用モータ（サーボモータ）１２と、送りプーリ１１よりも巻線ノズル３３側に配設されたシャトルプーリ１３と、このシャトルプーリ１３をスライド可能に保持するスライド機構１４と、シャトルプーリ１３をスライド機構１４に沿ってスライドさせるスライド用モータ（サーボモータ）１５と、スライド用モータ１５の出力軸１５ａの回転位置を検出する絶対値エンコーダ１６と、スライド用モータ１５の出力軸１５ａに掛かるトルクを検出するトルクセンサ１７を主要構成要素としている。

送り速度制御用モータ１２，スライド機構１４，スライド用モータ１５は、取付板１０ａに固定されている。また、取付板１０ａには、上記構成要素以外に、線材３を所定方向へ案内するガイドプーリ１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆが配設されている。
送りプーリ１１には線材３が滑らないように巻付けられており、送り速度制御用モータ１２は、送りプーリ１１を送出方向（図中矢印方向）へ所定回動速度で駆動することにより、線材３をワーク側（巻線ノズル３３側，シャトルプーリ１３側）へ送出している。
シャトルプーリ１３は、スライド機構１４に案内されるスライド部１３ａを有しており、スライド部１３ａがスライド機構１４によって摺動保持されることにより、スライド機構１４の延出方向に沿って所定範囲（図７の範囲ｘ）内を移動可能となっている。

線材３の移動経路において、シャトルプーリ１３の前後にはガイドプーリ１０ｅ，１０ｆが配設されており、線材３はガイドプーリ１０ｅで移動方向が変更され、シャトルプーリ１３で折り返されて、ガイドプーリ１０ｆへ導かれている。ガイドプーリ１０ｅ，１０ｆは、ともにスライド機構１４の一端外側（右端外側）に配設されているので、シャトルプーリ１３がスライド機構１４に沿って移動すると、線材３の折り返し長さが変更される。
このように本例では、当接部としてのシャトルプーリ１３が、スライド機構１４に沿って移動することにより、巻線ノズル３３（または電機子コア６１）と送りプーリ１１との間の線材３の移動経路長が変更されるようになっている。本例では、移動経路長は最大で範囲ｘの２倍程度の長さ分変更可能となっている。

スライド用モータ１５の出力軸１５ａには、プーリ１５ｂが取付けられている。このプーリ１５ｂには制御用ワイヤ１５ｃの一端が固着されており、制御用ワイヤ１５ｃの他端はシャトルプーリ１３のスライド部１３ａに取付けられている。
巻線巻回動作時、シャトルプーリ１３には、線材３に掛かるテンションによって、図中右方向（巻線ノズル３３側）への引張力が掛かる。スライド用モータ１５は、この引張力につり合わせるように、プーリ１５ｂに連結された制御用ワイヤ１５ｃを介してシャトルプーリ１３に図中左方向へ引張力を掛けている。そして、スライド用モータ１５は、シャトルプーリ１３を右方向へスライドさせる場合には、制御用ワイヤ１５ｃを繰り出す方向へプーリ１５ｂを回動させ、シャトルプーリ１３を左方向スライドさせる場合には、制御用ワイヤ１５ｃを巻き取る方向へプーリ１５ｂを回動させる。
このように移動経路長変更部としてのスライド用モータ１５は、プーリ１５ｂを回動させてシャトルプーリ１３をスライド機構１４に沿ってスライドさせることによって、巻線ノズル３３と送りプーリ１１との間の線材３の移動経路長を変更するものである。

位置検出部としての絶対値エンコーダ１６は、出力軸１５ａの回転位置を検出しており、この回転位置信号をコントローラ４０へ出力している。後述するように、コントローラ４０は、出力軸１５ａの回転位置からスライド機構１４のスライド範囲内でのシャトルプーリ１３の位置を算出している。詳しくは、コントローラ４０は、シャトルプーリ１３の基準位置からの移動量を算出している。
なお、本例では、絶対値エンコーダ１６からの回転位置信号を用いて間接的にシャトルプーリ１３の位置を算出しているが、これに限らず、他の検出手段によってシャトルプーリ１３のスライド範囲内の位置を検出するようにしてもよい。例えば、スライド機構１４に位置検出センサを配設して、スライド部１３ａの位置を検出し、この検出信号をコントローラ４０へ出力するように構成してもよい。

トルクセンサ１７はスライド用モータ１５に内蔵されている。トルクセンサ１７は、出力軸１５ａに掛かるトルクを検出して、検出したトルク信号をコントローラ４０へ出力している。コントローラ４０は、トルク信号からシャトルプーリ１３または線材３に掛かるテンションを算出している。トルクセンサ１７およびコントローラ４０は、テンション検出部として機能する。

本例のコントローラ４０は、ノズル移動用モータ３２やワーク移動用モータ３６等を所定制御パターンにしたがって駆動制御して、電機子コア６１に線材３を巻回させる巻回制御部４１と、スライド用モータ１５を駆動制御するテンション制御部４２と、送り速度制御用モータ１２を駆動制御する送り速度制御部４３を備えて構成されている。
巻回制御部４１は、ノズル移動用モータ３２を駆動して、巻線ノズル３３を電機子コア６１の突極部に周回させて線材３を巻回する。また、巻回制御部４１は、ワーク移動用モータ３６を駆動して、電機子コア６１の突極部を順に巻線ノズル３３の巻線巻回動作位置に臨ませるように電機子コア６１を周方向に回動させたり、巻線ノズル３３の動きに合わせて電機子コア６１を巻線ノズル３３に対して上下左右に移動させたりする。

テンション制御部４２は、トルクセンサ１７からのトルク信号を受けて、このトルク信号が予め設定された設定トルク値に等しくなるように、スライド用モータ１５をフィードバック制御する。本例では、テンション制御部４２は予め設定された設定トルク値を無段階で調整可能となっている。つまり、不図示のテンション設定手段によって設定したいトルク値を入力し、テンション制御部４２に読み込ませることができる。これにより、変更した線材３の線径に合わせて、テンションを設定可能となる。
また、本例のテンション制御部４２では、巻線動作中の動作パターンに合わせてテンションパターンを設定することも可能である。例えば、設定テンション値を一定値とするのではなく、巻回時の巻線ノズル３３の突極部６２ａに対する位置に応じて、設定テンション値を連動させて変化させるように設定することも可能である。

線材３に掛かるテンションが設定テンションよりもわずかに大きくなると、シャトルプーリ１３を右方向へ引っ張る引張力が設定値よりも大きくなるから、これによりトルク信号で表されるトルク値が設定トルク値よりも大きくなる。このときテンション制御部４２は、スライド用モータ１５によって制御用ワイヤ１５ｃを緩める方向（つまり、制御用ワイヤ１５ｃを繰り出す方向）へプーリ１５ｂを回動させる。制御用ワイヤ１５ｃが繰り出されることにより、シャトルプーリ１３は、線材３のテンションに引っ張られてスライド機構１４に沿って右方向へ移動し、線材３の移動経路長が長くなる。これにより、線材３のテンションは設定テンションと等しくなるまで減少する。

一方、線材３に掛かるテンションが設定テンションよりもわずかに小さくなると、シャトルプーリ１３を右方向へ引っ張る引張力が設定値よりも小さくなるから、これによりトルク信号で表されるトルク値が設定トルク値よりも小さくなる。このときテンション制御部４２は、スライド用モータ１５によって制御用ワイヤ１５ｃを巻き取る方向へプーリ１５ｂを回動させる。制御用ワイヤ１５ｃが巻き取られることにより、シャトルプーリ１３は、スライド機構１４に沿って左方向へ移動し、線材３の移動経路長が短くなる。これにより、線材３のテンションは設定テンションと等しくなるまで増大する。

このように、本例では、コントローラ４０（テンション制御部４２）は、スライド機構１４に沿ってシャトルプーリ１３を移動させることにより、送りプーリ１１と巻線ノズル３３（またはワーク）との間の線材３の移動経路長を変更して、線材３に掛かるテンションをフィードバック制御により設定テンションに保持することができる。
シャトルプーリ１３と、スライド機構１４と、スライド用モータ１５と、トルクセンサ１７と、テンション制御部４２は、本発明のテンション制御手段を構成する。

モータ速度制御部としての送り速度制御部４３は、絶対値エンコーダ１６からの回転位置信号を受けて、この回転位置信号によってシャトルプーリ１３の位置を算出している。詳しくは、送り速度制御部４３は、シャトルプーリ１３の基準位置からの変動量（変動距離、またはこれに対応する移動経路長の変動量）を算出している。そして、この変動量に基づいて、送り速度制御用モータ１２を駆動制御している。
すなわち、線材３に掛かるテンションが設定テンション値よりもわずかに大きくなると、テンション制御部４２の制御によってシャトルプーリ１３が基準位置から右方向へ移動して変動量が正方向に変化するが、このとき、送り速度制御部４３は、送り速度制御用モータ１２の回転速度を基準回転速度よりも増速して送りプーリ１１からの送出速度を大きくする。
本例では、変動量に略比例して増速分が設定されている。このように設定すると、変動量の大きさに対応して線材３のテンション変動をすばやく吸収させることができる。

一方、送り速度制御用モータ１２の回転速度が基準回転速度よりも増速され送りプーリ１１からの送出速度が大きくなった後、線材３のテンションを増大させる要因がなくなると、送りプーリ１１の回転速度が増速されているため、線材３のテンションは、設定テンション値よりも小さくなろうとする。
このとき、本例では、線材３のテンションの減少傾向に対応して、テンション制御部４２はスライド用モータ１５を駆動して、シャトルプーリ１３を左方向へ移動させ始める（すなわち、シャトルプーリ１３は基準位置方向へ戻り始める）。これにより、シャトルプーリ１３の変動量が小さくなるので、送り速度制御部４３は、送り速度制御用モータ１２の回転速度を減速していく。このようにして、最終的にシャトルプーリ１３は基準位置に戻り、送り速度制御用モータ１２の回転速度は基準回転速度に戻る。

このように、本例の装置１では、線材３のテンションが変動しようとすると、これに伴ってテンション制御部４２の制御によってシャトルプーリ１３が移動し、送り速度制御部４３は、シャトルプーリ１３の変動量に応じて送り速度制御用モータ１２の回転速度を増減速して送りプーリ１１からの送出速度を変化させる。
送りプーリ１１と、送り速度制御用モータ１２と、絶対値エンコーダ１６と、送り速度制御部４３は、本発明の線材送出手段を構成する。

巻始め時を例にとって説明すると、巻始め時は、テンション制御部４２に設定された線材３のテンションよりも、シャトルプーリ１３から巻線パック２までの経路抵抗の方が大きくなる。このとき、テンション制御部４２は、線材３のテンションを設定テンション値に保持するため、スライド用モータ１５を回転駆動してシャトルプーリ１３を右方向へ移動させる。

シャトルプーリ１３の移動（またはスライド用モータ１５の回動）に伴い、送り速度制御部４３は、絶対値エンコーダ１６からの回転位置信号に基づいてシャトルプーリ１３の位置（または移動経路長の変動量）を算出する。送り速度制御部４３は、算出したシャトルプーリ１３の位置（または移動経路長の変動量）に基づいて送り速度制御用モータ１２の回転速度を増速する。
送り速度制御用モータ１２の回転速度増速により、送りプーリ１１の線材３の送出速度と、ワーク側での線材３の移動速度とが等しくなると、シャトルプーリ１３はスライド機構１４に沿ったスライド動作を停止する。

そして、本例では、テンション制御部４２によって、常に線材３のテンションが設定テンション値になるようにトルク制御されているから、シャトルプーリ１３のスライド動作中および送りプーリ１１の回転速度変化中も、線材３のテンションは設定テンションに保持される。
また、安定的に線材３が移動し始めてテンション増大要因がなくなると、上述のように、シャトルプーリ１３はもとの位置に戻り、送りプーリ１１は基準回転速度に戻る。

このように本例の装置１では、上述のように巻線ノズル３３の周回動作に起因する線材３のテンション変動や巻始め時の大きな慣性負荷によるテンション変動を、テンション制御機構１０で吸収し、線材３のテンションを設定テンション値に保持することが可能である。すなわち、本例では、テンション制御部４２によるテンション制御に加えて、送り速度制御部４３による送出速度の制御を行うことによって、巻線巻回動作開始時等に線材３に掛かる大きな慣性負荷にも対応して、線材３のテンションを設定テンション値に安定的に保持することができる。
つまり、本例の装置１では、テンション制御部４２によるテンション制御の他に、速度制御部４３による線材３の送り速度制御により、テンション制御部４２によるテンション制御を補償して、外的な変動要因の大きさにかかわらず確実に設定テンション値に追従させることが可能である。
このように、本例の装置１では、経路抵抗や慣性負荷等の線材３のテンション変動要因を排除できるので、線材３のテンションを安定的に保持することができるため、高速な巻線巻回加工が可能となる。

本例では、テンション制御部４２および速度制御部４３による線材３のテンション制御が、従来のように弾性部材による制御ではないので、設定テンション値を変更する際に、弾性部材を交換する手間が不要であり、線材３の設定テンション値の変更および設定範囲を拡げることが容易である。
なお、絶対値エンコーダ１６からの回転位置信号が所定範囲値を超えた場合には、送り速度制御部４３は、線材３の断線と判断して、作動を自動停止すると共に、巻回制御部４１やテンション制御部４２へ自動停止信号を出力するように構成されている。

次に、上記実施形態のテンション制御機構１０の改変例について説明する。なお、上記実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
本例のテンション制御機構１００は、巻線パック２から供給された線材３が巻付けられた送りプーリ１１１と、この送りプーリ１１１に出力軸１１２ａがカップリングを介して連結された送り速度制御用モータ（サーボモータ）１１２と、送りプーリ１１１よりも巻線ノズル３３側に配設されたシャトルプーリ１１３と、このシャトルプーリ１１３が先端部に取付けられると共に基端部が回動軸１１４ａを中心に所定角度範囲で回動可能なダンサーアーム１１４と、ダンサーアーム１１４を回動軸１１４ａを中心に回動させる回動用モータ（サーボモータ）１１５と、回動用モータ１１５の出力軸１１５ａの回転位置を検出する絶対値エンコーダ１１６と、回動用モータ１１５の出力軸１１５ａに掛かるトルクを検出するトルクセンサ１１７を主要構成要素としている。

ダンサーアーム１１４の回動軸１１４ａ，送りプーリ１１１は、取付板１００ａに回動可能に取付けられている。また、送り速度制御用モータ１１２，回動用モータ１１５は、取付板１００ａに取付けられた取付枠１００ｂに固定されている。また、取付板１００ａには、上記構成要素以外に、線材３を所定方向へ案内するガイドプーリ１００ｃ，１００ｄが配設されている。
また、回動軸１１４ａにはプーリ１１４ｂが取付けられ、出力軸１１５ａにはプーリ１１５ｂが取付けられている。そして、これらプーリ１１４ｂ，１１５ｂには、制御用ワイヤ１１５ｃの端部がそれぞれ取付けられており、回動用モータ１１５が回動すると、制御用ワイヤ１１５ｃがプーリ１１５ｂに巻取られ、またはプーリ１１５ｂから繰り出されて、プーリ１１４ｂに連結されたダンサーアーム１１４が回動するようになっている。

以上のように、本例の装置１００は、上記実施形態のスライド用モータ１５，スライド機構１４等を回動用モータ１１５，ダンサーアーム１１４等に変更した構成である。したがって、本例の送り速度制御用モータ１１２，送りプーリ１１１の動作は、上記実施形態の送り速度制御用モータ１２，送りプーリ１１の動作とそれぞれ同じであるので説明を省略する。また、コントローラ４０は図２で示した構成と同じ構成とすることができる。ただし、本例では、図２において、スライド用モータ１５，絶対値エンコーダ１６，トルクセンサ１７が、それぞれ回動用モータ１１５，絶対値エンコーダ１１６，トルクセンサ１１７に置き換えられた構成となる。

本例では、シャトルプーリ１１３が送りプーリ１１１と巻線ノズル３３（またはワーク）とを結ぶ線分よりも図９，図１０の左側で移動するように、ダンサーアーム１１４が回動可能となっている。
すなわち、送りプーリ１１１からダンサーアーム１１４の先端部に取付けられたシャトルプーリ１１３を経由して巻線ノズル３３側へ導かれる線材３のテンションによって、ダンサーアーム１１４には、図中、Ｒ１方向の回動力が付与される。
そして、回動用モータ１１５は、ダンサーアーム１１４に掛かるＲ１方向の回動力とつり合わせるように、ダンサーアーム１１４に逆方向（Ｒ２方向）の同じ大きさの回動力を付与すべく、プーリ１１５ｂに所定のトルクを付与している。

すなわち、ダンサーアーム１１４に掛かるＲ１方向の回動力によって、プーリ１１４ｂ，制御用ワイヤ１１５ｃ，プーリ１１５ｂを介して、回動用モータ１１５の出力軸１１５ａにはトルクが掛かるが、テンション制御部４２は、トルクセンサ１１７によって検知されたトルク値が、予め設定された設定トルク値と等しくなるように回動用モータ１１５をフィードバック制御する。
線材３のテンションが設定テンション値に対して大きくなるように変動しようとすると、テンション制御部４２は、トルクセンサ１１７によって検知されたトルク値が、予め設定された設定トルク値と等しくなるように回動用モータ１１５をフィードバック制御して、ダンサーアーム１１４をＲ１方向に回動させる。これにより、線材３の移動経路長が短くなる。

このとき、絶対値エンコーダ１１６は、ダンサーアーム１１４の回動角度（出力軸１１５ａの回動角度）を検出して、回動角度検出信号を送り速度制御部４３へ送出する。送り速度制御部４３は、回動角度検出信号からダンサーアーム１１４の基準角度からの回動角度（またはシャトルプーリ１１３の基準位置からの移動量）を算出して、この算出量に応じて送り速度制御用モータ１１２の回転速度を増速する。これにより、ワーク側の線速度と、送りプーリ１１１の送出速度が等しくなった段階で、ダンサーアーム１１４の回動が停止する。

このように、本例の装置１００では、シャトルプーリ１１３をスライドさせるのではなく、ダンサーアーム１１４によって円周軌道上を回動させ、送りプーリ１１１とワーク間の線材３の移動経路長を変更する構成としており、このような構成としても上記実施形態と同様に、線材３のテンションを安定的に保持することができる。

本発明の一実施形態に係る巻線巻回装置の説明図である。 図１の巻線巻回装置の電気構成図である。 モータの断面説明図である。 図３のモータの電機子およびロータの説明図である。 図３のモータの電機子製造工程の説明図である。 ワークへの線分巻回動作の説明図である。 図１の巻線巻回装置のテンション制御機構の正面説明図である。 図１の巻線巻回装置のテンション制御機構の側面説明図である。 改変例に係るテンション制御機構の正面説明図である。 図９のテンション制御機構の背面説明図である。 図９のテンション制御機構の側面説明図である。

符号の説明

１‥巻線巻回装置、２‥巻線パック、３‥線材、１０‥テンション制御機構、
１０ａ‥取付板、１０ｂ〜１０ｆ‥ガイドプーリ、１１‥送りプーリ、
１２‥送り速度制御用モータ、１２ａ‥出力軸、１３‥シャトルプーリ（当接部）、
１３ａ‥スライド部、１４‥スライド機構、１５‥スライド用モータ、
１５ａ‥出力軸、１５ｂ‥プーリ、１５ｃ‥制御用ワイヤ、
１６‥絶対値エンコーダ、１７‥トルクセンサ、３０‥巻線巻回機構、
３１‥ノズル移動部、３２‥ノズル移動用モータ、３３‥巻線ノズル、
３５‥ワーク移動部、３６‥ワーク移動用モータ、４０‥コントローラ、
４１‥巻回制御部、４２‥テンション制御部、４３‥送り速度制御部、
６０‥電機子、６１‥電機子コア、６２‥インナーコア、６２ａ‥突極部、
６２ｂ‥橋絡部、６３‥アウターコア、６４‥巻線、６５‥ロータ、
６５ａ‥シャフト、６５ｂ‥マグネット支持部材、６５ｃ‥マグネット、
６６ａ‥ハウジング、６６ｂ‥エンドプレート、６７ａ，６７ｂ‥軸受、
６８‥回転制御基板、６９‥締結部材、
１００‥テンション制御機構、１００ａ‥取付板、１００ｂ‥取付枠、
１００ｃ，１００ｄ‥ガイドプーリ、１１１‥送りプーリ、
１１２‥速度制御用モータ、１１２ａ‥出力軸、１１３‥シャトルプーリ（当接部）、
１１４‥ダンサーアーム、１１４ａ‥回動軸、１１４ｂ‥プーリ、
１１５‥回動用モータ、１１５ａ‥出力軸、１１５ｂ‥プーリ、
１１５ｃ‥制御用ワイヤ、１１６‥絶対値エンコーダ、１１７‥トルクセンサ、
Ｍ‥モータ

Claims (7)

1. 巻芯に線材を巻回する巻線巻回装置に備えられるテンション装置であって、
   線材源から供給される線材を巻芯側へ送り出す線材送出手段と、
   該線材送出手段から送り出された線材に掛かるテンションを所定値に制御するテンション制御手段と、を備え、
   前記テンション制御手段は、
   線材との当接部を移動させて巻芯と前記線材送出手段との間の線材の移動経路長を変更する移動経路長変更部と、
   前記当接部を介して線材に掛かるテンションを検出するテンション検出部と、
   該テンション検出部によって検出されたテンションを所定値に保持するように前記移動経路長変更部を制御するテンション制御部と、を有し、
   前記線材送出手段は、線材を送り出す送りプーリと、該送りプーリを回動させる送り速度制御用モータと、前記当接部の位置を検出する位置検出部と、前記送り速度制御用モータの回動速度を制御するモータ速度制御部と、を有し、
   前記モータ速度制御部は、前記位置検出部によって検出された前記当接部の位置に基づいて前記送り速度制御用モータの回動速度を制御することを特徴とするテンション装置。
2. 前記モータ速度制御部は、前記位置検出部によって検出された前記当接部の位置に基づいて、該当接部の基準位置からの変動量を算出し、算出された変動量の大きさに応じて前記送り速度制御用モータの回動速度を制御することを特徴とする請求項１に記載のテンション装置。
3. 前記移動経路長変更部は、線材と当接するシャトルプーリと、該シャトルプーリを摺動可能に保持するレール機構と、前記シャトルプーリを前記レール機構に沿ってスライドさせるスライド用モータと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のテンション装置。
4. 前記移動経路長変更部は、線材と当接するシャトルプーリと、該シャトルプーリが先端部に取着されると共に基端部が回動軸を中心に所定角度範囲で回動可能なダンサーアームと、該ダンサーアームを回動させる回動用モータと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のテンション装置。
5. 巻芯に線材を巻回するための巻線巻回装置であって、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のテンション装置を備えたことを特徴とする巻線巻回装置。
6. 線材源から移動経路に沿って巻芯まで案内した線材を巻芯に巻回する巻線巻回方法であって、
   巻芯に線材を巻回する際に、線材のテンションの変動を検出して、線材のテンションが所定値を保持するように線材の移動経路長を変更すると共に、前記移動経路長の変動量を検出して、該変動量に応じて線材源から巻芯側への線材の送り速度を変更することを特徴とする巻線巻回方法。
7. 前記巻芯は、回転電機の電機子コアであることを特徴とする請求項６に記載の巻線巻回方法。

Images