JP5896284B2 - 巻線フッキング装置および巻線フッキング方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の巻線端末をコンミテータの爪にフッキングする装置および方法に関する。

従来、回転電機すなわちモータや発電機の製造時において巻線をコアに巻回するとき、巻線端末を爪にフッキングして加締める装置が知られている。
例えば特許文献１には、モータ回転子の巻線において、始線部および終線部の爪（ライザ）からはみ出した部分を切除する装置が開示されている。

特開２００１−２１１６１２号公報

特許文献１の装置では、コアへの巻線の巻回が終了した後、終線部を始線部に「重ねるように」してライザに係合し、始線部および終線部を、共にライザに加締めて固定している。そのため、始線部と終線部とが交差した部分に加締め荷重が集中し、線が潰されることとなる。その結果、モータの回転振動等によって断線等の不具合が発生するおそれがある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転電機の巻線のフッキングにおいて、巻始め部と巻終り部とが交差した状態で潰されることによる断線等の不具合の発生を防止する巻線フッキング装置および巻線フッキング方法を提供することにある。

本発明に係る巻線フッキング装置は、巻線が巻回されるコア、及びコアの軸方向端部に設けられるコンミテータを備える回転電機の製造に用いられ、コンミテータの外壁から径外方向に突出し、コンミテータの外壁との間に巻線の巻始め部および巻終り部が挟まれた爪をコンミテータの外壁に向けて加締めることが可能な装置である。
この巻線フッキング装置は、巻線ガイド、加締め手段、及び線押え手段を備える。

巻線ガイドは、コンミテータの爪に対し径外方向から前進又は後退可能に設けられ、前端面、後方案内面、案内段部、及び貫通孔を有する。
前端面は、爪のコンミテータの外壁との間の内根元部をコンミテータの軸方向の範囲に含みつつ爪の外面に対向する。
後方案内面は、前端面の後方で爪の外面に対向し、巻終り部を後方から案内可能である。
案内段部は、前端面と後方案内面とを接続しており、コンミテータの軸方向に、巻終り部を巻始め部と離間させるように案内可能である。
貫通孔は、前端面の反対側の後端面から前端面に貫通し、前端面側の開口に爪を収容可能である。
また、加締め手段は、巻線ガイドの貫通孔に前進後退可能に挿入され、巻線ガイドが前進した状態でさらに前進し爪を加締めることが可能である。
線押え手段は、爪の内根元部に挟まれた巻始め部を押さえて保持可能である。

以上の構成によると、巻線の巻始め部と巻終り部とは、巻線ガイドの案内段部を境として、コンミテータの軸方向に互いに離間するように保持される。すなわち、巻始め部は爪の内根元部側に保持され、巻終り部は爪の開放側に保持される。そして、この状態を維持したまま、巻線ガイドの貫通孔に挿入された加締め手段が前進し、爪を加締める。
したがって、巻始め部と巻終り部とが交差した状態で加締められることを回避することができ、よって、断線等の不具合の発生を防止することができる。

また、本発明に係る巻線フッキング方法は、巻線が巻回されるコア、及びコアの軸方向端部に設けられるコンミテータを備える回転電機の製造に用いられ、コンミテータの外壁と当該外壁から径外方向に突出する爪との間に巻線の巻始め部および巻終り部をフッキングした後、爪をコンミテータの外壁に向けて加締める方法であって、以下の４つの段階を含む。
（１）巻線の巻始め部を爪のコンミテータの外壁との間の内根元部にフッキングする段階、
（２）爪の内根元部にフッキングされた巻始め部を線押え手段が押さえて保持する段階、
（３）「コンミテータの爪に対し径外方向から前進又は後退可能に設けられ、爪の内根元部をコンミテータの軸方向の範囲に含みつつ爪の外面に対向する前端面、前端面の後方で爪の外面に対向し巻終り部を後方から案内する後方案内面、前端面と後方案内面とを接続しコンミテータの軸方向に巻終り部を巻始め部と離間させるように案内する案内段部、及び、前端面の反対側の後端面から前端面に貫通し前端面側の開口に爪を収容可能な貫通孔を有する巻線ガイド」を用い、巻線をコアに巻回した後、巻線ガイドをコンミテータ側に前進させ、巻線ガイドの案内段部によって巻線の巻終り部を巻始め部とコンミテータの軸方向に離間させつつ爪にフッキングする段階、
（４）巻線ガイドの貫通孔に前進後退可能に挿入された加締め手段を、巻線ガイドが前進した状態でさらにコンミテータ側に前進させ、爪を加締める段階。
これにより、上記の巻線フッキング装置に係る発明と同様の効果を奏する。

本発明の一実施形態による巻線フッキング装置の概略平面図である。 図１のＩＩ方向矢視図である。 本発明の一実施形態による巻線フッキング装置のワークであるモータ回転子の外観図である。 図３のＩＶ部拡大図である。 本発明の一実施形態による巻線フッキング装置の巻線ガイドの（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）（ｂ）のｃ方向矢視図である。 本発明の一実施形態による巻線フッキング方法の初期状態を示す模式図である。 同上の巻線フッキング方法の第１工程を示す模式図である。 同上の巻線フッキング方法の第２工程を示す模式図である。 同上の巻線フッキング方法の第３工程を示す模式図である。 同上の巻線フッキング方法の第４工程を示す模式図である。 同上の巻線フッキング方法の第５工程を示す模式図である。 同上の巻線フッキング方法の第６工程を示す模式図である。 図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。 比較例の巻線フッキング装置の巻線ガイドの（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）（ｂ）のｃ方向矢視図である。 比較例の巻線フッキング方法の工程を示す模式図である。 比較例の巻線フッキング方法の工程を示す模式図である。 比較例の巻線フッキング方法の工程を示す模式図である。 図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図である。 比較例の巻線フッキング方法の工程を示す模式図である。 図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による巻線フッキング装置は、回転電機としてのモータの製造に用いられ、コアに巻回される巻線の巻始め部および巻終り部をコンミテータの爪にフッキングする装置である。

図１及び図２に示すように、巻線フッキング装置９は、装置ベース９１の中央にワークであるモータ回転子１がセットされる。本実施形態では、モータ回転子１の軸Ｚが水平方向を向くように、装置ベース９１が設置されている。
装置ベース９１には、外壁９１０からモータ回転子１に向かって切り欠かれたＶ字状の凹部９１１、９１２が形成されている。凹部９１１、９１２は、巻線フッキング装置９に併設されたフライヤー機９７による巻線巻回時に巻線を案内する。
なお、フライヤー機９７は、巻始め部および巻終り部のフッキングの途中に行われる巻線巻回工程のための装置であり、本発明の巻線フッキング装置を構成するものではない。

巻線フッキング装置９は、モータ回転子１の軸Ｚに対して両側に、巻線ガイド３および加締め手段４等からなる構成が２組設けられている。２組の構成は実質的に同一であるので、以下、一方の構成について説明する。
巻線ガイド３は、モータ回転子１の外壁に対向しており、巻線ガイド３のモータ回転子１に対して後方に加締め手段４が設けられている。また、加締め手段４の後方には、巻線ガイド３および加締め手段４を移動軸Ｘに沿ってモータ回転子１に対して前進後退させる巻線ガイド駆動手段９３が設けられている。巻線ガイド３の移動軸Ｘに対して両側には、巻線ガイド３のスライド部３８を案内するスライドガイド９２が設けられている。
巻線ガイド３および加締め手段４の詳しい構成については後述する。

さらに、巻線フッキング装置９は、モータ回転子１を軸Ｚ中心に所定角度回転させるための回転手段９４が設けられている。
加えて、巻線フッキング装置９は、線押え手段６をモータ回転子１の軸方向と平行に駆動する線押え駆動手段９６が設けられている。

ここで、ワークであるモータ回転子１の概略構成について、図３、図４を参照して説明する。モータ回転子１は、ＤＣブラシ付きモータに適用され、永久磁石を含む図示しない固定子に対してシャフト１５を中心に回転する。モータ回転子１は、４極対、計８個のコア１１にそれぞれ巻線２の巻回部２２が巻回されている。また、コア１１の軸方向の一方には、図示しないブラシに接触して電流の方向を切り替えるコンミテータ１６が設けられている。コンミテータ１６の外壁１６１からは、コア１１に対応し周方向に８個の爪１７が径外方向に突出している。爪１７は、巻線２の巻始め部２１および巻終り部２３が巻き掛けられた状態で加締められる。
この「爪への巻線の巻き掛け」を「フッキング」という。本実施形態の巻線フッキング装置９は、この巻線２のフッキングおよび爪１７の加締め工程を行う装置である。

本実施形態の巻線フッキング装置９は、特に巻線ガイド３および加締め手段４の構成に特徴を有する。
図５に示すように、巻線ガイド３は、移動軸Ｘの両側に設けられたスライド部３８がベース９１上のスライドガイド９２に案内されることで、前進後退が可能である。
巻線ガイド３は、前端面３１、後方案内面３２、案内段部３３および貫通孔３４等を有している。前端面３１は、移動軸Ｘにほぼ直交する平坦面である。後方案内面３２は、前端面３１に対し、巻線２の線径よりも少し大きい程度の距離を隔てて後方に形成されている。案内段部３３は、前端面３１と後方案内面３２とを接続している。

貫通孔３４は、巻線ガイド３の後端面３６から前端面３１に貫通している。詳しくは、貫通孔３４の前端面３１側は、断面が四角形状であり、後述するようにコンミテータ１６の爪１７を収容する開口として機能する。一方、貫通孔３４の後端面３６側は、断面が円形状であり、加締め手段４の摺動孔３５として機能する。

貫通孔３４には棒状の加締め手段４が挿入される。加締め手段４は、貫通孔３４の断面形状に対応して、前部に角柱部４２を有し、後部に円柱部４３を有している。また、加締め手段４の後端は、巻線ガイド駆動手段９３からの押し加重を受けるフランジ部４５となっている。フランジ部４５の前側の環状面と巻線ガイド３の後端面３６との間には、加締め手段４を後退側に付勢するスプリング５が設けられている。

続いて、図６〜図１３を参照して、巻線フッキング装置９を用いた巻線フッキング方法について説明する。ここでは、便宜上、図７〜図１２に対応する各工程を第１工程〜第６工程という。ただし、これらの工程は、現実の製造時における作業単位に対応するものではない。例えば、説明中の複数の工程が一連に行われる場合もある。或いは、第３工程と第４工程との間に実行されるフライヤー巻きの工程のように、ここで説明する工程以外の工程が間に実行される場合もあり得る。
なお、本実施形態では、コンミテータ１６の軸Ｚに対称に配置された２組の巻線ガイド３および加締め手段４等の構成によって、以下の工程が１８０°方向で同時に行われる。

（初期状態）
図６に示すように、巻線ガイド３は、コンミテータ１６の爪１７の外面１７２に対向するようにセットされる。詳しくは、巻線ガイド３の前端面３１は、爪１７の内根元部１７１をコンミテータ１６の軸方向の範囲に含むように爪１７の外面１７２に対向している。また、巻線ガイド３の後方案内面３２は、前端面３１に対し爪１７の開放側に位置している。さらに、線押え手段６は、爪１７の内根元部１７１から軸方向に離れた位置で内根元部１７１に対向している。

（第１工程）
図７に示すように、巻線ガイド３がコンミテータ１６の外壁１６１に向かって前進し、外壁１６１と前端面３１との距離を巻始め部２１の案内に適した間隔にまで近接させる。このとき、爪１７は、巻線ガイド３の貫通孔３４内に収容される。
（第２工程）
図８に示すように、巻線ガイド３の前端面３１を案内として巻始め部２１を爪１７の内根元部１７１に誘導し、フッキングする。

（第３工程）
図９に示すように、巻線ガイド３が後退するとともに、線押え手段６が爪１７の内根元部１７１に向かって前進し、巻始め部２１を押さえて保持する。
この後、巻線２の巻回部２２がコア１１に巻回される。なお、本実施形態では、コンミテータ１６の軸に対称に配置された２台のフライヤー機９７によって、１８０°方向で巻回が同時に行われる。

（第４工程）
巻回部２２の巻回が完了すると、図１０に示すように、線押え手段６が後退し、巻線ガイド３がコンミテータ１６の外壁１６１に向かって再び前進する。このとき、前端面３１が外壁１６１の直近まで近接し、かつ、加締め手段４の端面４１が爪１７の外面１７２に近接または軽く当接する。
（第５工程）
図１１に示すように、コンミテータ１６の外壁１６１と巻線ガイド３の後方案内面３２との間に巻終り部２３を誘導し、案内段部３３に当接させるようにフッキングする。
このとき、巻始め部２１と巻終り部２３とは、案内段部３３を境として、コンミテータ１６の軸方向に互いに離間するように保持される。すなわち、巻始め部２１は爪１７の内根元部１７１側に保持され、巻終り部２３は爪１７の開放側に保持される。

（第６工程）
巻始め部２１と巻終り部２３とがこの状態を維持したまま、図１２に示すように、加締め手段４が前進し、外面１７２を押圧して爪１７を加締める。これにより、図１３に示すように、巻始め部２１と巻終り部２３とは、コンミテータ１６の軸方向に互いに離間した状態で固定される。ここで、貫通孔３４の周方向の幅は、爪１７の幅に対して余裕を持って設定されるため、コンミテータ１６の外壁１６１と前端面３１との間に、巻始め部２１の曲がり部分を挟むことが防止される。

以上で、１つの爪１７に対応する巻線２のフッキング、及び爪１７の加締め工程が完了する。ここで、第１および第２工程が、特許請求の範囲に記載の「巻線の巻始め部を爪の内根元部にフッキングする段階」に相当する。同じく第３工程が「線押え手段が巻始め部を押さえて保持する段階」に相当する。また、第４および第５工程が「巻線をコアに巻回した後、巻線ガイドをコンミテータ側に前進させ、巻線ガイドの案内段部によって巻線の巻終り部を巻始め部とコンミテータの軸方向に離間させつつ爪にフッキングする段階」に相当し、第６工程が「加締め手段をコンミテータ側に前進させ、爪を加締める段階」に相当する。

さらに本実施形態では、回転手段９４がモータ回転子１を軸中心に所定角度回転させ、隣接する爪１７を巻線ガイド３の前端面３１に順次対向させて同様の工程を行う。例えば本実施形態では、４５°の回転を３回繰り返すことで、２組の巻線ガイド３および加締め手段４からなる構成により計８個の爪１７についての上記工程を完遂する。

次に、本実施形態の巻線フッキング方法の効果について比較例と対比しつつ説明する。
比較例の巻線ガイドの構成および巻線フッキング方法について図１４〜図２０を参照して説明する。図１４に示すように、比較例の巻線ガイド８は、本実施形態のような後方案内面および案内段部を有していない。また、前端面８１は、移動軸Ｘに対して一方に開口部８２が形成されており、移動軸Ｘに対して他方には前端面３１の一部が加締め部８３を構成している。なお、スライド部８８は、本実施形態のスライド部３８に相当する。

この巻線ガイド８を用いた巻線フッキング方法において、巻始め部２１のフッキングについては、本実施形態の第１〜第３工程と同様であるので説明を省略する。
巻回部２２の巻回後、図１５に示すように、線押え手段６が巻始め部２１を保持した状態で巻線ガイド８が前進する。このとき、爪１７は、巻線ガイド８の開口部８２内に収容される。続いて図１６に示すように、コンミテータ１６の外壁１６１と巻線ガイド８の前端面８１との間に巻終り部２３を誘導する。そして、図１７に示すように、線押え手段６が後退すると、巻始め部２１と巻終り部２３とは、爪１７の内根元部１７１で互いに離間されることなく隣接して並ぶ。すなわち、図１８に示すように、巻始め部２１と巻終り部２３とは、径外方向から見て重なった状態となる。

次に、巻線ガイド８は一旦後退して周方向にシフトし、爪１７に対向する部位を開口部８２から加締め部８３に変更する。そして、図１９に示すように巻線ガイド８が前進し、加締め部８３が外面１７２を押圧して爪１７を加締める。すると、図２０に示すように、巻始め部２１と巻終り部２３とが重なった状態で加締められる。そのため、線が交差した部分に加締め荷重が集中し、線が潰されることとなる。その結果、モータの回転振動等によって断線等の不具合が発生するおそれがある。また、巻線ガイド８が一旦後退したとき巻始め部２１および巻終り部２３の位置がずれるおそれがある。

これに対し本実施形態では、上述のように、巻線ガイド３の案内段部３３を境として、巻始め部２１と巻終り部２３とがコンミテータ１６の軸方向に互いに離間した状態で固定される。したがって、巻始め部２１と巻終り部２３とが交差した状態で加締められることを回避することができ、よって、断線等の不具合の発生を防止することができる。
また、加締めの前に巻線ガイド３が一旦後退することがないので、巻始め部２１および巻終り部２３の位置ずれを防止することができる。

以上、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施することができる。例えば、上記実施形態ではワークとなる回転電機をモータ回転子として説明したが、回転電機は発電機であってもよい。
また、上記実施形態では、モータ回転子１の軸が水平方向を向くように装置ベース９１が鉛直方向に設置されているが、装置ベース９１を水平に配置し、モータ回転子１の軸方向を鉛直方向として構成してもよい。

１ ・・・モータ回転子、
１１ ・・・コア、
１６ ・・・コンミテータ、 １６１・・・外壁、
１７ ・・・爪、 １７１・・・内根元部、 １７２・・・外面、
２ ・・・巻線、 ２１ ・・・巻始め部、 ２３ ・・・巻終り部、
３ ・・・巻線ガイド、
３１ ・・・前端面、 ３２ ・・・後方案内面、
３３ ・・・案内段部、 ３４ ・・・貫通孔、 ３６ ・・・後端面、
４ ・・・加締め手段、 ６ ・・・線押え手段、
９ ・・・巻線フッキング装置。

Claims (4)

1. 巻線（２）が巻回されるコア（１１）、及び前記コアの軸方向端部に設けられるコンミテータ（１６）を備える回転電機の製造に用いられ、前記コンミテータの外壁（１６１）から径外方向に突出し、前記コンミテータの外壁との間に前記巻線の巻始め部（２１）および巻終り部（２３）が挟まれた爪（１７）を前記コンミテータの外壁に向けて加締めることが可能な巻線フッキング装置であって、
   前記コンミテータの前記爪に対し径外方向から前進又は後退可能に設けられ、前記爪の前記コンミテータの外壁との間の内根元部（１７１）を前記コンミテータの軸方向の範囲に含みつつ前記爪の外面（１７２）に対向する前端面（３１）、前記前端面の後方で前記爪の外面に対向し前記巻終り部を後方から案内可能な後方案内面（３２）、前記前端面と前記後方案内面とを接続しており前記コンミテータの軸方向に前記巻終り部を前記巻始め部と離間させるように案内可能な案内段部（３３）、及び、前記前端面の反対側の後端面（３６）から前記前端面に貫通し前記前端面側の開口に前記爪を収容可能な貫通孔（３４）を有する巻線ガイド（３）と、
   前記巻線ガイドの前記貫通孔に前進後退可能に挿入され、前記巻線ガイドが前進した状態でさらに前進し前記爪を加締めることが可能な加締め手段（４）と、
   前記爪の前記内根元部に挟まれた前記巻始め部を押さえて保持可能な線押え手段（６）と、
   を備えることを特徴とする巻線フッキング装置（９）。
2. 前記コンミテータの周方向に複数設けられる前記爪を前記巻線ガイドの前記前端面に順次対向させるように、前記コンミテータを軸中心に所定角度回転させることが可能な回転手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の巻線フッキング装置。
3. 巻線（２）が巻回されるコア（１１）、及び前記コアの軸方向端部に設けられるコンミテータ（１６）を備える回転電機の製造に用いられ、前記コンミテータの外壁（１６１）と当該外壁から径外方向に突出する爪（１７）との間に前記巻線の巻始め部（２１）および巻終り部（２３）をフッキングした後、前記爪を前記コンミテータの外壁に向けて加締める巻線フッキング方法であって、
   前記巻線の巻始め部を前記爪の前記コンミテータの外壁との間の内根元部（１７１）にフッキングする段階と、
   前記爪の前記内根元部にフッキングされた前記巻始め部を線押え手段（６）が押さえて保持する段階と、
   前記コンミテータの前記爪に対し径外方向から前進又は後退可能に設けられ、前記爪の前記内根元部を前記コンミテータの軸方向の範囲に含みつつ前記爪の外面（１７２）に対向する前端面（３１）、前記前端面の後方で前記爪の外面に対向し前記巻終り部を後方から案内する後方案内面（３２）、前記前端面と前記後方案内面とを接続し前記コンミテータの軸方向に前記巻終り部を前記巻始め部と離間させるように案内する案内段部（３３）、及び、前記前端面の反対側の後端面（３６）から前記前端面に貫通し前記前端面側の開口に前記爪を収容可能な貫通孔（３４）を有する巻線ガイド（３）を用い、前記巻線をコアに巻回した後、前記巻線ガイドを前記コンミテータ側に前進させ、前記巻線ガイドの前記案内段部によって前記巻線の巻終り部を前記巻始め部と前記コンミテータの軸方向に離間させつつ前記爪にフッキングする段階と、
   前記巻線ガイドの前記貫通孔に前進後退可能に挿入された加締め手段（４）を、前記巻線ガイドが前進した状態でさらにコンミテータ側に前進させ、前記爪を加締める段階と、
   を含むことを特徴とする巻線フッキング方法。
4. 請求項３に記載の巻線フッキング方法を、前記コンミテータの周方向に複数設けられる前記爪に対し、前記コンミテータを軸中心に所定角度回転させつつ、前記爪毎に実施することを特徴とする巻線フッキング方法。

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