JP4905538B2

JP4905538B2 - 回転子の巻線装置

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Publication number: JP4905538B2
Application number: JP2009254023A
Authority: JP
Inventors: 康司大橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: US20110101149A1; US8434708B2; JP2011101488A

Description

本発明は、回転電機、特に直流電動機、誘導電動機等の回転このコアに、線材をフライヤで巻き付ける巻線装置に関する。

回転電機の回転子のコアに線材を巻き付けるための巻線装置として、フライヤを備えるタイプのフライヤ式巻線装置は、例えば、特許文献１などが知られている。このタイプの巻線装置は、フライヤを回転子軸心（Ｘ軸）に直交するフライヤ回転軸線（Ｙ軸）回りに回転させながら、フライヤの先端に設けたノズルから線材を送出し（ノズル回転式という）、線材をガイド部によって回転子のコアの所定の複数のスロットに案内して、スロットを含む経路に沿って巻回するものである。図１は、フライヤ式巻線装置で巻線を巻きつけた一例である。

このようなフライヤ式巻線装置で、１８０度程度対向するコア２３のスロット間に巻線を巻きつけると、コイル端面の巻線形状が、軸方向に山のように膨れ上がり、所望の形状を得ることができず（積上げ寸法ｈが大きくなり、許容高さｈ₀をオーバー）、ＮＧとなってしまうことがあった（図１参照）。
すなわち、各層に分けて巻きとると中央が重なりあうので、どうしても山型に膨れ上がる。各層において決められた位置にコイルが巻かれていない場合には、次の層で巻かれるコイルが安定した位置に巻かれないので、許容高さを超えてしまうことがある。このため、製品仕様サイズ（小型化）及び製品能力（線積率又は占積率、巻線が可能な面積に対し実際に巻いている線材の面積の割合をさす）を満足できないという問題が生じていた。

特開２００８−２７８５８７号公報

本発明は、上記問題に鑑み、回転電機、特に直流電動機、誘導電動機等の回転子におけるコアにフライヤで巻き付ける巻線装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、回転子（２）のコア（２３）の複数のスロット（２２）に、線材（１）をフライヤ（５）の先端に設けたノズル（９）から送出して巻き付けるための巻線装置であって、該巻線装置は、前記線材（１）を前記スロット（２２）に案内して巻回するための、フォーマ（６）、固定ガイド（４）、及び、可変ガイド（３）と、前記固定ガイド（４）内に設けられて、前記回転子（２）の一方のシャフト端部（２１ａ）を把持するクランパ（７）とを具備しており、前記可変ガイド（３）は、前記回転子（２）の他方のシャフト端部（２１）と係合して、前記コア（２３）の軸心方向に移動可能に構成され、前記可変ガイド（３）は、フラットな中央部分（３−１）とテーパ部（３−２）からなる切頭円錐状形状であることを特徴とする巻線装置である。

これにより、コイル端面の巻線形状を許容高さに規制することができ、コイルを安定した位置で巻くことが出来、線積率を上げることができるので、製品仕様サイズの小型化及び製品能力をアップすることができる。また、当初はコア端面の中心部に線材が集まるように設定し、次の層以降の巻回においてはコア２３端面の外周部に前記線材１が集まるように巻回することができる。すなわち、各層ごとでコイル高さとコイル位置バラツキを抑えることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記線材（１）が、１８０度対向した前記スロット（２２）に巻回することを特徴とする。これにより、１８０度程度対向するコアのスロット間に巻線を巻きつけても、コイル端面の巻線形状が、軸方向に山のように膨れ上がることがなくなり、所望の形状を得ることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記線材（１）を前記スロット（２２）に複数層巻回する際に、前記可変ガイド（３）と前記他方のシャフト端部（２１）側の前記コア（２３）の端面との距離を、最初の層の巻回においては前記コア（２３）端面の中心部に前記線材（１）が集まるように設定し、次の層以降の巻回においては前記コア（２３）端面の外周部に前記線材（１）が集まるように設定することを特徴とする。これにより、コイル端面の巻線形状が、軸方向に山のように膨れ上がることがなくなり、所望の形状を得ることができる。各層ごとでコイル高さとコイル位置バラツキを抑え、かつ、可変ガイドを各層ごとで適正位置に変更することができる。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

フライヤ式巻線装置で巻線を巻きつけた一例である。本発明の一実施形態において、巻線の対象となる回転子の斜視図である。（ａ）は、本発明の一実施形態のフライヤ回転軸線と回転子との関係を模式的に表す斜視概略図である。（ｂ）は、フライヤの巻き取り回転軌跡を示す概略図である。（ａ）は、本発明の一実施形態の要部を示す断面図である。（ｂ）は、可動ガイドに規制された収納可能範囲Ｃを示す図である。本発明の一実施形態の作動を説明する概略図である。（ａ−１）、（ａ−２）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｃ−１）、（ｃ−２）、（ｄ−１）、（ｄ−２）は、それぞれ、１層巻き、２層巻き、３層巻き、４層巻きの状態を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。

図２は、本発明の一実施形態において、巻線１の対象となる回転子２の斜視図である。本発明の一実施形態においては、４相の直流電動機の回転子２について、１８０度程度対向するコア２３のスロット２２（８スロット２２ａ、・・・、２２ｈの２２ａと２２ｅ等）に巻線１を巻きつけた場合で説明するが、これに限るものではない。４相の直流電動機の回転子に限らず、何相であってもよく、スロット数も８スロットに限らず、１０スロットであっても良く、また何スロットであっても良い（巻付けスロットの個数は製品により変わる）。巻き付けるスロットは、１８０度対向するスロットに巻き付けたが、どのような巻き付け方であっても本発明に含まれる。さらに、誘導電動機などその他の回転機にも本発明は適用できるものである。

巻線装置を説明する前に、ワークである回転子２について説明する。図２は、本発明の一実施形態の巻線装置の対象品である回転子２を示しており、この回転子２は、シャフト２１、２１ａと、軸方向の８個のスロット２２（２２ａ、・・・、２２ｈ）が形成された略円筒状のコア２３と、コア２３よりも小さな直径を有する略円筒状の整流子２４とを、シャフト２１上に具備している。整流子２４はスロット２２と同数の複数のコイルフック２５を備えており、このコイルフック２５には線材１が巻き掛けられる。図２にはスロット２２間に巻装された線材は示されていないが、本実施形態における回転子２では、一例として、図のスロット２２ａと２２ｅ或いはスロット２２ｂと２２ｆのように、１８０度対向した一対のスロット２２が巻線対象スロットとされる。

図３の（ａ）は、本発明の一実施形態のフライヤ回転軸線と回転子との関係を模式的に表す斜視概略図である。（ｂ）は、フライヤの巻き取り回転軌跡Ａを示す概略図である。図４の（ａ）は、本発明の一実施形態の要部を示す断面図である。（ｂ）は、可動ガイドに規制された収納可能範囲Ｃを示す図である。図５は、本発明の一実施形態の作動を説明する概略図である。（ａ−１）、（ａ−２）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｃ−１）、（ｃ−２）、（ｄ−１）、（ｄ−２）は、それぞれ、１層巻き、２層巻き、３層巻き、４層巻きの状態を示す説明図である。

図３〜５を参照して、本実施形態の巻線装置を説明する。
図３においては、一方のフライヤ５のみが表示されているが、Ｙ軸の矢印側に、Ｘ−Ｚ軸面に対称に同様に別のフライヤ５’が存在している。ただし、フライヤ５とフライヤ５’は回転位相が１８０度ずれて回転している。１８０度の位相ずれで回転するので、両者は干渉しない。また、別のフライヤ５’は、１８０度の位相ずれ以外は全く同じような構成であるので、以下の説明ではフライヤ５のみを説明する。
巻線装置の各フライヤ５（５’）は、回転子２の回転軸心Ｘに直交する共通のフライヤ回転軸線Ｙを中心に回転し、その結果フライヤ５（５’）の先端はフライヤ回転軸線Ｙに直交する平面内で円軌道に従って旋回する。図３（ｂ）は、Ｙ軸からみた回転軌跡（フライヤ先端の円軌道）Ａを示している。この場合は、コア２３の中心がＹ軸に対して偏芯しているがこれに限定されるものではない。

このフライヤ５の先端の旋回によってこの先端のノズル９から線材１が引き出され、引き出された線材１がフォーマ４によって巻線対象の一組のスロット２２ａ及び２２ｅ（１８０度離間）へ案内される。フォーマ４は、線材１を所定のスロット２２へ案内するように斜面を有するブロック状の部材として形作られて、フライヤ５の先端の前記円軌道Ａの内側に配置されている。また、フォーマ４は、回転子２の外径に応じてフライヤ回転軸線Ｙと平行な方向で進退可能に構成されている。

クランパ７は、回転子２の整流子側のシャフト端部２１ａを、クランプ又はチャック（以下、両者を含めてクランプという）することにより回転子２を巻線装置に対して固定すると共に、巻線すべきスロット２２を巻線位置に配置するために把持したシャフト２１を所定の角度（一例として４５度）だけ回転させることができるように構成されている。このため、クランパ７は、クランプした回転子２のシャフト２１ａを、前進、後退、回転、及び、クランプ作動させる駆動部を具備している。クランパ７の外周には固定ガイド４が設けられており、整流子２４を覆うように形成されている。固定ガイド４は、巻取り中の線材１が整流子に接触して傷が付かないように設けられたものであり、整流子を覆うように線材１ガイドする。固定ガイド４の外形輪郭は、巻線加工時において線材１が干渉しないように、先細のテーパが付けられた円筒状に形作られている。

回転子２の整流子と反対側のシャフト端部２１は、可変ガイド３の摺動孔８に係合して摺動する。可変ガイド３は、回転子２に対して、Ｘ軸方向（軸心方向）に移動して適宜位置で停止し、位置決めされる。位置決めの状況については、図５により後述する。可変ガイド３が移動することで、図４（ｂ）に示すように、巻線１が、可動ガイドに規制された収納可能範囲Ｃに限定されて、回転子２に巻き取ることができる。
可変ガイド３の形状については、収納可能範囲Ｃは外周から中央に向って許容高さが低くなるので、可変ガイドの形状をこの収納範囲Ｃに合わせる形状にする。つまり、図４（ａ）のように、先端の中央部分３−１がフラット面で、中央部分から外周に向けて勾配あるテーパ部３−２で結ぶ切頭円錐状形状となっており、その途中に段差３−３がある形状にする。

次に、本実施形態の作動について、図３〜５を参照して、８個のスロット２２（２２ａ、・・・、２２ｈ）が形成された一例で説明する。
フライヤ５の先端の旋回によってこの先端から線材１が引き出され、引き出された線材１がフォーマ４のＺ軸方向の傾斜面、及び、固定ガイド４によって、巻線対象の一組のスロット２２ａ及び２２ｅ（１８０度離間）へ案内される。フライヤ５の回転に伴い、入斜角が変化していき、図４（ａ）に見られるように、角度Ｂ内で線材の入射角は変動する。フォーマは、回転子２の所定の巻き付けスロット２２に線材が入っていくように、他のスロットや製品外径に乗り上げたりしないように線材をガイドする。また、回転子２の巻き付けスロット２２のエッジに線材が当り、傷が付いたりしないように防止する機能も有している。そのため、ガイド、フォーマの形状は製品形状、巻取り能力により形状が異なる。

図５に見られるように、１層巻きから４層巻きまでの手順を説明する。
（１）ワークである回転子２を巻取り装置にセットする。
（２）フライヤ５（ノズル式）を回転させて、１層目の線材１（銅線）を巻き付ける（スロット２２ａ及び２２ｅ）。巻付け中は、回転子２のコア２３は回転しない。
（３）１層目の巻き付けが終了後（フライヤ停止後）、コア２３を４５°回転させ、可変ガイド３を前進させる。
（４）再度フライヤ５を回転させて、２層目の線材１を巻きつける（スロット２２ｂ及び２２ｆ）。
（５）２層目の巻きつけが終了後（フライヤ停止後）、コア２３を４５°回転し可変ガイド３を前進させる。
（６）再度フライヤ５を回転させて、３層目の線材１を巻きつける（スロット２２ｃ及び２２ｇ）。
（７）３層目の巻きつけが終了後（フライヤ停止後）、コアが４５°回し、可変ガイド３を再前進する。
（８）再度フライヤ５を回転させて、４層目の線材１を巻きつける（スロット２２ｄ及び２２ｈ）。
（９）最後に、巻きつけ終了後、可変ガイド３を後退させて、ワークを取出す。

可変ガイド位置の可変方法については、一例として、可変ガイドの位置を各層ごとで次のように変えていく。
（１）１層巻き
可変ガイド３の先端の中央部分３−１で、２層巻き以降のコイルが重なり合わないよう中央付近を規制する。コイルが極端に高さ方向に大きくはみ出ないように（少なくとも許容高さ以内）、比較的隙間を大きくした位置に配置する。

（２）２層、３層巻き
１層巻き時の位置からガイドを０．５ｍｍ前進させた位置に配置する。１層巻きと同様、可変ガイド３の先端の中央部分３−１で３層巻き以降のコイルが重なり合わないように中央付近を規制する。３層巻きで外周付近のコイルがはみ出ないように可変ガイドの外周部のテーパ部３−２で規制する。
（３）４層巻き
２〜３層巻き時の位置から、更に可変ガイド３を０．５ｍｍ前進させ、収納可能範囲Ｃ近くの位置に配置して、４層巻きでの中央部分３−１及び外周付近のコイルが収納可能範囲Ｃを超えないようにする。

ここで、２層と３層巻きの「０．５ｍｍ前進させた位置」とは、０．５ｍｍに限定されるものではなく、製品寸法、線材径によって変ってくる。この場合の技術思想としては、コイルの高さ方向の規制に合わせてガイドを移動させていく。
すなわち、１層目のコイルは、できるだけ中心にコイルを集めるように、可変ガイド３の位置は、中央部分３−１とコア２３の端面との間に比較的隙間を多くした位置に、配置する。このため、線材１は中心に集まって巻かれて行く。ただ、中心でも製品上のコイルの高さの規制があるので、規制値を越えない位置でガイドする必要がある。２層と３層巻きでは、コイルの高さ方向の規制に合わせて可変ガイド３を移動させていく。４層目においては、押し付けまではしていない状態で、ガイドとしての役割が果たせる位置に、可変ガイド３を位置決めする。

以上の説明では、本実施形態における回転子２では、図のスロット２２ａと２２ｅ或いはスロット２２ｂと２２ｄのように、１８０度対向した一対のスロット２２が巻線対象スロットであったが、特許文献１にみられるように、３個のティースを巻回する場合や、単一ティースを巻回する場合であっても、本発明が適用できることは言うまでもない。可変ガイドが巻線１をガイドして、コア２３の端面に対してコイルを許容高さ以内に規制することができる。巻き付けるスロットは、１８０度対向するスロットに巻き付けたが、どのような巻き付け方であっても本発明に含まれる。さらに、誘導電動機などその他の回転機にも本発明は適用できるものである。

１線材
２回転子
３可変ガイド
４固定ガイド
５フライヤ
６フォーマ
７クランパ
２２スロット
２３コア
２４整流子

Claims

回転子（２）のコア（２３）の複数のスロット（２２）に、線材（１）をフライヤ（５）の先端に設けたノズル（９）から送出して巻き付けるための巻線装置であって、該巻線装置は、
前記線材（１）を前記スロット（２２）に案内して巻回するための、フォーマ（６）、固定ガイド（４）、及び、可変ガイド（３）と、
前記固定ガイド（４）内に設けられて、前記回転子（２）の一方のシャフト端部（２１ａ）を把持するクランパ（７）とを具備しており、
前記可変ガイド（３）は、前記回転子（２）の他方のシャフト端部（２１）と係合して、前記コア（２３）の軸心方向に移動可能に構成され、
前記可変ガイド（３）は、フラットな中央部分（３−１）とテーパ部（３−２）からなる切頭円錐状形状であることを特徴とする巻線装置。
前記線材（１）が、１８０度対向した前記スロット（２２）に巻回することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
前記線材（１）を前記スロット（２２）に複数層巻回する際に、前記可変ガイド（３）と前記他方のシャフト端部（２１）側の前記コア（２３）の端面との距離を、最初の層の巻回においては前記コア（２３）端面の中心部に前記線材（１）が集まるように設定し、次の層以降の巻回においては前記コア（２３）端面の外周部に前記線材（１）が集まるように設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の巻線装置。