JP3621079B2 - 多極電機子の巻線方法及び巻線装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多極電機子の巻線方法及び巻線装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステータ等の多極電機子の各ティースに複数本の線材を束にして巻回する巻線方法があった。複数本の細い線材を巻回することにより、１本の 太い線材を巻くことに比べて、交流電流が導体の表面近くを流れようとする表皮効果による抵抗の増加を抑えられるとともに、巻線の占積率（密度）を高めてモータの性能向上がはかられる。
【０００３】
この巻線方法については、本出願人により特願２００１−３２５９０３号として既に出願されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各ティースに複数本の線材を束にして巻回し、この線材の長さが相違する複数の層を備える多極電機子にあっては、径方向について内側に巻回される層と、径方向について外側に巻回される層との間で巻線の長さが相違し、抵抗値に差ができてしまい、モータの特性等に影響するという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、各層の抵抗値を均一化する多極電機子の巻線方法及び巻線装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、各ティースの間にスロットが開口するコアに対して複数本の線材を束にして巻回し、この線材の長さが相違する複数の層を形成する多極電機子の巻線方法に適用する。
【０００７】
そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する各線材をそれぞれ繰り出す３個のノズルと、各ノズルを三次元方向に動かすノズル移動機構と、各ティースに巻回された各線材をスロットに押し込む押し込み装置とを用い、ノズル移動機構が各ノズルを移動させて各線材を各ティースを縫うようにして波状に巻回し、コアに対して各層を構成する各線材が径方向に並ぶ構成とし、各層の線材の長さに応じた抵抗値の差を減らすように各層の線材の線径の合計値を相違させることを特徴とするものとした。
【０００８】
第２の発明は、各ティースの間にスロットが開口するコアに対して複数本の線材を束にして巻回し、この線材の長さが相違する複数の層を形成する多極電機子の巻線装置に適用する。
【０００９】
そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する各線材をそれぞれ繰り出す３個のノズルと、各ノズルを三次元方向に動かすノズル移動機構と、各ティースに巻回された各線材をスロットに押し込む押し込み装置とを備え、ノズル移動機構が各ノズルを移動させて各線材を各ティースを縫うようにして波状に巻回し、コアに対して各層を構成する各線材が径方向に並ぶ構成とし、各層の線材の長さに応じた抵抗値の差を減らすように各層の線材の線径の合計値を相違させる構成としたことを特徴とするものとした。
第３の発明は、第２の発明において、各ティースに巻回された各線材をスロットに押し込む押し込み装置を備えたことを特徴とする請求項２に記載の多極電機子の巻線装置。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを移動するノズル移動機構と、このノズル移動機構にノズルを交換可能に支持するチャック機構とを備え、ノズルをこれに供給される線材とともに交換する構成としたことを特徴とするものとした。
【００１１】
第４の発明は、各ティースの間にスロットが開口するコアに対して複数本の線材を束にして巻回し、この線材の長さが相違する複数の層を形成する多極電機子の巻線装置に適用する。
そして、複数本の線材を繰り出すノズルと、各線材をノズルへ送るローラとを備え、このローラを個別に駆動してノズルに送られる線材の本数を変える構成とし、各層の線材の長さに応じた抵抗値の差を減らすように各層の線材の線径の合計値を相違させる構成としたことを特徴とするものとした。
【００１２】
【発明の作用および効果】
第１、第２の発明によると、スロットにて各層の線材の束が径方向に並ぶため、各層の間で巻線の長さが相違するが、これに応じて各層の線材の線径の合計値を相違させることにより、各層の抵抗値を均一化することができ、例えばモータの性能向上がはかられる。
【００１３】
第３の発明によると、ノズルをこれに供給される線材とともに交換することにより、各層の線材の線径の合計値を相違させられる。
【００１４】
第４の発明によると、ローラを個別に駆動してノズルに送られる線材の本数を変えることにより、各層の線材の線径の合計値を相違させられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１において、１は３相交流モータのステータ（多極電機子）を構成するコア８に巻線を自動的に行う巻線装置である。
【００１７】
このコア８は複数（例えば２４個）のティース（磁極）９が円環状のヨークの内側に突出し、各ティース９の間に同数のスロット６が内側に向けて開口するインナロータ式モータのステータを構成するものである。各ティース９はヨークと分割されており、図１に示すように巻線治具３にコの字形固定具４を介して保持された状態で巻線が行われる。この巻線時、各ティース９は周方向に所定の間隔をもって並び、各ティース９間のスロット６がコア８の外側に向いて開口している。そして各ティース９に巻線が終了した後に、各ティース９の外周に環状のヨークが嵌められる。
【００１８】
以下、巻線装置１の構成について説明する。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平前後方向、Ｙ軸が略水平横方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとして説明する。
【００１９】
巻線装置１は、架台２に対してコア８をその中心軸回りに回動させるインデックス機構１１と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各線材５をそれぞれ繰り出す３つのノズル１０と、各ノズル１０を三次元方向に動かす３つのノズル移動機構３５と、ティース９に巻かれた線材５をスロット６に押し込む押し込み装置１６とを備え、各ノズル１０を各ティース９の回りを移動させて各ティース９に巻線を行うようになっている。
【００２０】
インデックス機構１１は、架台２に対してＺ軸回りに回転可能に支持されるインデックス台１２と、このインデックス台１２を回転駆動するサーボモータ（図示せず）とを備える。巻線治具３は駆動シリンダ２９によって押圧部材２８を介してインデックス台１２上に押し付け固定され、インデックス台１２と共に同軸上で回転する。
【００２１】
ノズル移動機構３５は、架台２に対してサーボモータ３６によりＸ軸方向に移動する縦移動台３７と、この縦移動台３７に対してサーボモータ３３によりＹ軸方向に移動する横移動台３４と、この横移動台３４に対してサーボモータ３８によりＺ軸方向に移動するベース３９とを備え、このベース３９にチャック機構４０を介してノズル１０が取り付けられている。
【００２２】
図２にも示すように、ノズル１０はティース９間のスロット６を挿通する板状に形成され、各線材５が挿通する複数のガイド穴１４が形成される。各ガイド穴１４は所定の間隔をもって一列に並んで開口している。複数本の線材５はノズル１０から互いに所定の間隔を持って繰り出されるため、線材５どうしが互いに接することなく円滑に繰り出され、摩擦によって絡み合うことが防止される。
【００２３】
なお、ノズル１０を２個の部材に分割し、各部材の接合面に各ガイド穴１４を構成する溝をそれぞれ形成しても良い。
【００２４】
各ノズル１０には図示しない線材供給装置から複数本の線材５が供給され、各ノズル１０が複数本の線材５を繰り出しながらティース９の回りを移動することにより、複数本の線材５が束となってティース９に巻回される。
【００２５】
このように、複数本の細い線材５を巻回することにより、１本の太い線材を巻くことに比べて、交流電流が導体の表面近くを流れようとする表皮効果による抵抗の増加を抑えられるとともに、巻線の占積率（密度）を高めてモータの性能向上がはかられる。
【００２６】
ノズル移動機構３５が各ノズル１０を線材５を繰り出しながらスロット６を通って上下動させるとともに、インデックス機構１１がコア８を回動させることにより、各ノズル１０が各ティース９のまわりに回動し、各ティース９に巻線が行われる。
【００２７】
本実施の形態では、コア８にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各線材５が内層、中層、外層と３層に分けて巻回される。内層、中層、外層の線材５はそれぞれコア８を１周して巻回され、各スロット６には内層、中層、外層の線材５が径方向内側から外側へと順に並ぶ。
【００２８】
内層、中層、外層の各線材５は、複数のティース９を縫うようにして波状に巻回されてコア８を１周する。なお、内層、中層、外層の各線材５はコア８を２周以上に渡って巻回しても良い。また、内層、中層、外層の各線材５は、複数のティース９のまわりに周回しながらコア８を１周するように巻回しても良い。
【００２９】
内層、中層、外層の線材５はそれぞれの両端部を束ねて引き出し、リード端子とする。これらのリード端子を介して内層、中層、外層の線材５が並列に接続される。
【００３０】
ところで、各スロット６には内層、中層、外層の各線材５が径方向について内側から外側へと並ぶ構成としたため、径方向について内側に巻回される層と、径方向について外側に巻回される層との間で巻線の長さが相違し、抵抗値に差ができてしまう。
【００３１】
本発明はこれに対処して、内層、中層、外層の線材５の長さに応じた抵抗値の差を減らすように、内層、中層、外層の線材５の線径の合計値を相違させる構成とする。
【００３２】
本実施の形態では、図２の（ａ），（ｂ），（ｃ）図に示すように、内層、中層、外層の線材５を繰り出すノズル１０が個別に用意される。図２の（ａ）図に示すように、内層の巻線に用いられるノズル１０には、大きい線径Ｒ１の線材５が２本、小さい線径Ｒ２の線材５が４本供給される。図２の（ｂ）図に示すように、中層の巻線に用いられるノズル１０には、大きい線径Ｒ１の線材５が３本、小さい線径Ｒ２の線材５が３本供給される。図２の（ｃ）図に示すように、外層の巻線に用いられるノズル１０には、大きい線径Ｒ１の線材５が４本、小さい線径Ｒ２の線材５が２本供給される。
【００３３】
巻線装置１は、架台２上に待機中のノズル１０が置かれるストック台２１と、このストック台２１の前方に各ノズル１０から延びる線材５の先端部を係止するクランプ２２を備える。
【００３４】
ノズル移動機構３５は、ベース３９にノズル１０を交換可能に支持するチャック機構４０を備える。各層の巻線時にベース３９に取り付けられるノズル１０がチャック機構４０を介して交換される構成とする。
【００３５】
次に、コア８に巻線を行う動作について説明する。
【００３６】
▲１▼内層の各ノズル１０がＵ相、Ｖ相、Ｗ相毎に各チャック機構４０を介してノズル移動機構３５に取り付けられる。ノズル移動機構１５が各ノズル１０をそれぞれのガイド穴１４から複数本の線材５を繰り出しながら移動することにより、各線材５を束にして図示しない所定の絡げ棒に巻き付け、複数のティース９を縫うようにして波状に巻回してコア８を１周させ、別の絡げ棒に巻き付け、図示しないカッタを介して切断する。その後、各ノズル１０が各チャック機構４０を介してノズル移動機構３５から外され、ストック台２１に置かれる。
【００３７】
▲２▼同様に、中層の各ノズル１０が各チャック機構４０を介してノズル移動機構３５に取り付けられ、各ノズル１０から繰り出される複数本の線材５を束にしてコア８に巻回した後、各ノズル１０が各チャック機構４０を介してノズル移動機構３５から外され、ストック台２１に置かれる。
【００３８】
▲３▼同様に、外層の各ノズル１０が各チャック機構４０を介してノズル移動機構３５に取り付けられ、各ノズル１０から繰り出される複数本の線材５を束にしてコア８に巻回した後、各ノズル１０が各チャック機構４０を介してノズル移動機構３５から外され、ストック台２１に置かれる。
【００３９】
以上のように構成され、各スロット６にて内層、中層、外層の各線材５が径方向について内側から外側へと並んで巻回されるため、これらの間で巻線の長さが相違するが、これに応じて内層、中層、外層の線材５の線径の合計値を相違させることにより、内層、中層、外層の抵抗値を均一化してモータの性能向上がはかられる。
【００４０】
他の実施の形態として、図３に示すように、ノズル移動機構３５は、各線材５をノズル１０へと送るローラ５０を備える。ローラ５０はモータ５１によって個別に駆動される。ローラ５０を選択的に作動させてノズル１０に送られる線材５の本数を制御することにより、内層、中層、外層を構成する線材５の本数を相違させてそれぞれの抵抗値を均一化する。
【００４１】
図４の（ａ）図に示すように、内層の巻線時、２個のローラ５０が停止され、４個のローラ５０が作動し、４本の線材５が各ローラ５０を介してノズル１０に供給される。図４の（ｂ）図に示すように、中層の巻線時、１個のローラ５０が停止され、５個のローラ５０が作動し、５本の線材５が各ローラ５０を介してノズル１０に供給される。図４の（ｃ）図に示すように、外層の巻線時、全てのローラ５０が作動し、６本の線材５が各ローラ５０を介してノズル１０に供給される。
【００４２】
この場合も、内層、中層、外層の間で巻線の長さが相違することに応じて内層、中層、外層を構成する線材５の本数を相違させることにより、内層、中層、外層の抵抗値を均一化してモータの性能向上がはかられる。
【００４３】
線材５はローラ５０に送られることにより、太い線材５でもノズル１０に円滑に供給される。
【００４４】
ノズル１０に供給される各線材５の線径を全て等しくしているが、異なる線径の線材５を用いるとともに、ノズル１０に供給される各線材５の本数を変えて、内層、中層、外層の抵抗値を均一化しても良い。
【００４５】
また、本発明は上記インナロータ式のモータを構成するステータに限らず、アウタロータ式のモータを構成するステータの巻線に適用することもできる。
【００４６】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す巻線装置の斜視図。
【図２】同じくノズルに供給される線材等の斜視図。
【図３】他の実施の形態を示す巻線装置の斜視図。
【図４】同じくノズルに供給される線材及びローラ等の斜視図。
【符号の説明】
１ 巻線装置
５ 線材
６ スロット
８ コア
９ ティース
１０ ノズル
１１ インデックス機構
２１ ストック台
３５ ノズル移動機構
４０ チャック機構
５０ ローラ
５１ モータ

Claims (4)

1. 各ティースの間にスロットが開口するコアに対して複数本の線材を束にして巻回し、この線材の長さが相違する複数の層を形成する多極電機子の巻線方法において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する各線材をそれぞれ繰り出す３個のノズルと、各ノズルを三次元方向に動かすノズル移動機構と、各ティースに巻回された各線材をスロットに押し込む押し込み装置とを用い、ノズル移動機構が各ノズルを移動させて各線材を各ティースを縫うようにして波状に巻回し、コアに対して各層を構成する各線材が径方向に並ぶ構成とし、各層の線材の長さに応じた抵抗値の差を減らすように各層の線材の線径の合計値を相違させることを特徴とする多極電機子の巻線方法。
2. 各ティースの間にスロットが開口するコアに対して複数本の線材を束にして巻回し、この線材の長さが相違する複数の層を形成する多極電機子の巻線装置において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を構成する各線材をそれぞれ繰り出す３個のノズルと、各ノズルを三次元方向に動かすノズル移動機構と、各ティースに巻回された各線材をスロットに押し込む押し込み装置とを備え、ノズル移動機構が各ノズルを移動させて各線材を各ティースを縫うようにして波状に巻回し、コアに対して各層を構成する各線材が径方向に並ぶ構成とし、各層の線材の長さに応じた抵抗値の差を減らすように各層の線材の線径の合計値を相違させる構成としたことを特徴とする多極電機子の巻線装置。
3. 複数本の線材を繰り出すノズルと、このノズルを移動するノズル移動機構と、このノズル移動機構にノズルを交換可能に支持するチャック機構とを備え、ノズルをこれに供給される線材とともに交換する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の多極電機子の巻線装置。
4. 各ティースの間にスロットが開口するコアに対して複数本の線材を束にして巻回し、この線材の長さが相違する複数の層を形成する多極電機子の巻線装置において、複数本の線材を繰り出すノズルと、各線材をノズルへ送るローラとを備え、このローラを個別に駆動してノズルに送られる線材の本数を変える構成とし、各層の線材の長さに応じた抵抗値の差を減らすように各層の線材の線径の合計値を相違させる構成としたことを特徴とする多極電機子の巻線装置。

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