JP6785528B2 - 巻線装置及び巻線方法 - Google Patents

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Description

本発明は、発電機やモータ等のステータコアのスロットに挿入されるコイルを作製するための巻線装置及び巻線方法に関する。更に詳しくは、それら複数のスロットに重ね巻きされるコイルを作製するのに適した巻線装置及び巻線方法に関するものである。
従来、発電機やモータの固定子は、放射状に並んで内径方向に突出する複数のティース（磁極）及びその間に開口する複数のスロットを有する円筒状のステータコアと、そのスロットにコイル辺部を納めることによりそのコアに組み付けられたステータコイルとを備える。このステータコイルの組み付けに関しては、ステータコイルをステータコアと別に予め作製し、その後に、このコイルをコアの各スロットに収容するいわゆるインサータ方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このインサータ方法に用いられるコイルにあっては、線材を環状に巻回してトラック状とし、両側における直線部分をステータコアのスロットに納めるようにすることが知られている。そして、スロットに挿入されたステータコイルは、スロットに納められた部分がコイル辺部となり、コイルのスロットに挿入されずにステータコアの端面から突出した残りの部分がコイルエンド部となる。
特開２０００−２４５１２０号公報
ここで、発電機やモータの高効率化や小型化などを図るためには、巻線の占積率を向上させることが有効である。このため、図１２に示すように、１つの巻線層を形成するステータコイル１２の各コイル辺部１３ａ，１４ａをそれぞれ複数のスロット１１ｂ（図では２つのスロット１１ｂ）に挿通させることがある。
このように、ステータコイル１２における両側のコイル辺部１３ａ，１４ａをそれぞれ複数のスロット１１ｂに納める場合、このステータコイル１２は、両側におけるコイル辺部１３ａを所定の間隔を開けたスロット１１ｂに納めた内コイル１３と、その内コイル１３が納められたスロット１１ｂの外側に隣接するスロット１１ｂにコイル辺部１４ａが納められた外コイル１４を備えるものとなる。
この内コイル１３と外コイル１４では、それらのコイル辺部１３ａ，１４ａ間の長さＬ１，Ｌ２が異なることになり、それら内コイル１３と外コイル１４を別々に作製すると、コイル作製時間が倍になると共に、後工程において内コイル１３と外コイル１４を電気的に接続させる工程も必要となり、製造工程が増加して得られた固定子の単価を押し上げる不具合がある。
一方、単一形状に巻回された線材から成るコイルにおける両側のコイル辺部１３ａ，１４ａをそれぞれ２つのスロット１１ｂに納めると、図１５に示すように、内コイル１３と外コイル１４では、それらのコイル辺部１３ａ，１４ａ間の長さＬ１，Ｌ２が異なることから、外コイル１４のコイルエンド部１４ｂを超えて、内コイル１３のコイルエンド部１３ｂがコア１１の端面から突出することに成り、その内コイル１３のコイルエンド部１３ｂが外コイル１４のコイルエンド部１４ｂと径方向に重合して、それらコイルエンド部１３ｂ，１４ｂの成形が困難になると共に、発電機やモータの外形が大型化し、発電機やモータの効率が悪化する不具合を生じさせる。
本発明の目的は、内コイルと外コイルのように、コイルエンド部となる線材の長さが異なる複数のコイルを連続して作製し得る巻線装置及び巻線方法を提供することにある。
本発明は、回転手段により回転する巻芯に線材を巻取る巻線装置の改良である。
その特徴ある構成は、巻芯が、回転手段により回転する内巻芯と、内巻芯を包囲して内巻芯とともに回転する外巻芯を有するところにある。
回転手段が、駆動手段により回転する回転板と、回転板に回転中心を挟むように立設された一対の掛け回し柱とを備える場合、内巻芯が、一対の掛け回し柱の先端の回転半径外側にそれぞれ取付けられた内巻駒を有し、外巻芯が、一対の掛け回し柱にそれぞれ設けられ内巻駒を所定の隙間を空けて覆う外巻駒を有することが好ましい。
この場合、外巻駒を一対の掛け回し柱にそれぞれ移動可能に設け、内巻駒を覆う巻位置と内巻駒から回転板の回転軸方向にずれた待機位置との間で外巻駒をそれぞれ往復移動させる巻芯移動手段を備えることができ、一対の掛け回し柱のいずれか一方又は双方を回転板の回転中心を通過する直線上に移動可能に立設し、一対の掛け回し柱の間隔を所定の値に保つ保持手段を備えることもできる。
また、回転板と同軸であってかつ回転板とともに回転可能に設けられ線材の端部を把持する線材クリップが設けられた回転テーブルと、回転テーブルが一対の掛け回し柱の端部に当接又は接近する近接位置と、一対の掛け回し柱の端部から離間した離間位置との間で回転テーブルを移動させるテーブル移動手段とを備えることもできる。
別の本発明は、回転手段により内巻芯を回転させて線材操出部材から繰出される線材を内巻芯の周囲に巻回させて内コイルを作製する内巻工程と、内コイルとともに内巻芯を外巻芯により包囲する包囲工程と、内巻芯とともに外巻芯を回転させて線材操出部材から繰出される線材を外巻芯の周囲に巻回させて外コイルを作製する外巻工程とを含む巻線方法である。
この巻線方法では、内巻工程において外巻芯を内巻芯から回転軸方向にずれた待機位置に位置させ、包囲工程において外巻芯を待機位置から移動させて内コイルを包囲する包囲位置にまで移動させることが好ましい。
また、回転中心を挟んで離間する一対の掛け回し柱を有する回転手段と、一対の掛け回し柱のそれぞれの先端の回転半径外側にそれぞれ取付けられた内巻駒を有する内巻芯と、内巻駒を所定の隙間を空けて覆うように一対の掛け回し柱にそれぞれ設けられた外巻駒を有する外巻芯を用いる場合、内巻工程において、内巻駒に掛け回される線材から成るコイルエンド部と、一対の掛け回し柱との間に掛け渡される線材から成るコイル辺部を有するトラック状の内コイルを作製し、包囲工程において、内コイルのコイルエンド部を覆うように外巻駒を設け、外巻工程において、外巻駒に掛け回される線材から成るコイルエンド部と、一対の掛け回し柱との間に掛け渡される線材から成るコイル辺部を有するトラック状の外コイルを作製することが更に好ましい。
本発明の巻線装置では巻芯が内巻芯と外巻芯を有し、その巻線方法では、内巻芯に線材を巻回させて内コイルを作製する内巻工程と、その線材を外巻芯の周囲に巻回させて外コイルを作製する外巻工程とを含むので、コイルエンド部となる線材の長さが異なる複数のコイルを連続して作製し得るものとなる。
そして、内巻芯が、一対の掛け回し柱の先端の回転半径外側にそれぞれ取付けられた内巻駒を有し、外巻芯が、その内巻駒を所定の隙間を空けて覆う外巻駒を有するようなものであれば、トラック形状の内コイルと外コイルを容易に得ることができる。
この場合、外巻駒を一対の掛け回し柱にそれぞれ移動可能に設ければ、それを巻位置と待機位置との間で往復移動させることにより、巻線方法における包囲工程が容易となり、一対の掛け回し柱のいずれか一方又は双方を回転板の回転中心を通過する直線上に移動可能に立設すれば、得られるトラック形状の内コイルと外コイルにおけるコイル辺部の長さを容易に変更することができる。
本発明実施形態における巻線装置の正面図である。 図１の巻芯部の拡大図である。 図２のＥ−Ｅ線断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 その外巻駒が内巻駒を包囲した状態を示す図２に対応する図である。 図５のＢ−Ｂ線断面図である。 その線材の端部を線材クリップに把持させた巻初めの状態を示す図１に対応する図である。 その線材が内巻芯に巻回されて内コイルが作製された状態を示す図１に対応する図である。 その線材が外巻芯に巻回されて外コイルが作製された状態を示す図１に対応する図である。 図８のＣ−Ｃ線断面図である。 図９のＤ−Ｄ線断面図である。 内コイルと外コイルを有するステータコイルのコイル辺部が複数のスロットに挿通されたコアを内側から見た図である。 内コイルと外コイルを有する単一のステータコイルがスロットに挿入された固定子の拡大上面図である。 ステータコアに複数のステータコイルが装着された固定子を示す上面図である。 従来の単一の大きさのステータコイルを複数のスロットに挿通した図１２に対応する図である。
次に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の巻線装置２０を示す。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの三軸を設定し、Ｘ軸が水平横方向、Ｙ軸が水平前後方向、Ｚ軸が垂直方向に延びるものとして本発明の巻線装置２０について説明する。
図１３〜図１４に示すように、発電機やモータの固定子１０は、放射状に並んで内径方向に突出する複数のティース１１ａ（磁極）及びその間に開口する複数のスロット１１ｂを有する円筒状のステータコア１１と、そのステータコア１１に組み付けられたステータコイル１２とを備える。
この実施の形態における巻線装置２０は、巻線の対象が三相交流発電機の固定子１０（図１４)に使用されるステータコイル１２を作製するものであって、図１３に示すように、それらのコイル辺部１３ａ，１４ａを２つのスロット１１ｂにそれぞれ挿通させる場合に有効なステータコイル１２を作製するに適した巻線装置２０である場合を示す。
このステータコイル１２は、１つの巻線層を形成するものではあるものの、図１２に示すように、それらのコイル辺部１３ａ，１４ａを隣接する２つのスロット１１ｂにそれぞれ挿通させるものであることから、コイル辺部１３ａ、１４ａ間の間隔Ｌ１，Ｌ２が異なる大小２つの連続するトラック状のコイル１３，１４から成るものとなる。
図１に戻って、このようなステータコイル１２を得る本発明の巻線装置２０は、鉛直方向に延びる複数の支柱２１と、それら複数の支柱２１の上部に略水平に設けられた上部テーブル２２と、それら複数の支柱２１の中間部に略水平に設けられた下部テーブル２３とを備え、回転手段２５により回転して、線材操出部材３１から操出される線材１６を巻取る巻芯３６，３７を備える。
この実施の形態における線材１６は被覆導線であって、断面が円形を成すいわゆる丸線が用いられるものとする。なお、この線材１６は断面が方形を成すいわゆる角線であっても良い。そして、この実施の形態における線材操出部材３１は、単一の線材１６を繰出すものとして説明するけれども、線材操出部材３１は、複数の線材１６を並列にした状態で繰出すようなものであっても良い。
図示しないが、線材１６はスプールに巻回されてそのスプールに貯線され、スプールから引出された線材１６は図示しない伸張機により真っ直ぐにされ、その後に線材操出部材３１にまで案内されるものとする。線材操出部材３１が複数の線材１６を繰出すようなものである場合、複数の線材１６は別々のスプールに巻回されて貯線され、複数のスプールから別々に線材１６を引出して伸張機によりそれぞれを真っ直ぐにし、そのように真っ直ぐにされた複数の線材１６が線材操出部材３１にまで案内されるものとする。
この実施の形態における線材操出部材３１は、単一の線材１６を通過させる断面丸孔が形成された棒状部材であって、この線材操出部材３１は、この線材操出部材３１を３軸方向に移動可能な線材操出部材移動手段３２を介して下部テーブル２３に取付けられる。
ここで、線材操出部材３１が複数の線材１６を繰出すようなものである場合には、複数の線材１６を並列に密着させた状態で通過させる断面長孔が形成された棒状部材を用いることが好ましい。
この実施の形態における線材操出部材移動手段３２は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向伸縮アクチュエータ３３〜３５の組み合わせにより構成される。各伸縮アクチュエータ３３〜３５は、サーボモータ３３ａ〜３５ａによって回動駆動されるボールネジ３３ｂ〜３５ｂと、このボールネジ３３ｂ〜３５ｂに螺合して平行移動する従動子３３ｃ〜３５ｃを備える。
Ｚ軸方向伸縮アクチュエータ３５は、従動子３５ｃが鉛直方向に移動可能に、そのハウジング３５ｄがＸ軸方向伸縮アクチュエータ３３の従動子３３ｃに取付けられ、Ｘ軸方向伸縮アクチュエータ３３は、従動子３３ｃがＸ軸方向に移動可能に、そのハウジング３３ｄがＹ軸方向伸縮アクチュエータ３４の従動子３４ｃに取付けられる。そして、Ｙ軸方向伸縮アクチュエータ３４は、従動子３４ｃがＹ軸方向に移動可能に、そのハウジング３４ｄがＹ軸方向に延びて下部テーブル２３に取付けられる。
そして、Ｚ軸方向伸縮アクチュエータ３５の従動子３５ｃに線材操出部材３１がＸ軸方向に延びて取付けられる。
なお、図示しないが、線材操出部材３１には、線材操出部材３１から操出された線材１６を咬持する咬持機構が設けられるものとする。
一方、巻芯３６，３７を回転させる回転手段２５は、駆動手段となる電動モータ２６を含み、巻芯は、回転手段２５により回転して巻回される線材１６によりトラック状の内コイル１３（図１０）を得る内巻芯３６と、その内巻芯３６を包囲してその内巻芯３６とともに回転し、巻回される線材１６によりトラック状の外コイル１４（図１１）を得る外巻芯３７を有する。
図２に詳しく示すように、この実施の形態における回転手段２５は、駆動手段である電動モータ２６の回転軸２６ａに設けられて水平面内で回転する回転板２７と、その回転板２７に回転中心を挟むように立設された一対の掛け回し柱２８，２９とを備える。即ち、一対の掛け回し柱２８，２９は、回転板２７に回転中心から偏倚して下方に向かって立設された一方の掛け回し柱２８と、その一方の掛け回し柱２８とともに回転板２７に回転中心を挟むように回転板２７に下方に向かって立設された他方の掛け回し柱２９とを備える。
回転板２７には、他方の掛け回し柱２９が、回転板２７の回転中心を通過する直線上に移動可能に立設される。この実施の形態における回転板２７は円板状を成し、水平状態の中央が電動モータ２６の回転軸２６ａに取付けられる。
回転板２７には、回転中心から偏倚して一方の掛け回し柱２８が立設され、一方の掛け回し柱２８と回転中心を挟む反対側には、その一方の掛け回し柱２８と回転中心の双方を通過する直線上、即ち一方の掛け回し柱２８を通過する直径方向にレール４１が取付けられる。
一方、他方の掛け回し柱２９の上部には、レール４１に係合してレール４１の長手方向に往復移動可能な移動ブロック４２が取付けられ、その移動ブロック４２をレール４１に移動可能に係止させることにより、他方の掛け回し柱２９は、回転板２７の回転中心を通過する直線上に移動可能に立設される。
図２及び図３に示すように、この巻線装置２０には、他方の掛け回し柱２９と一方の掛け回し柱２８と間隔を所定の値に保つ保持手段４３が備えられる。この実施の形態における保持手段４３は、他方の掛け回し柱２９に設けられた板カム４４と、一方の掛け回し柱２８に上下動可能に設けられた接触子４６と、他方の掛け回し柱２９を一方の掛け回し柱２８に近づける方向に付勢して板カム４４を接触子４６に接触させるコイルスプリング４５と、上部テーブル２２に設けられてその接触子４６を上下動させるアクチュエータ４７とを備える。
他方の掛け回し柱２９の一方の掛け回し柱２８に臨む面には鉛直方向に延びて板カム４４が設けられ、その板カム４４に接触する接触子４６であるローラが可動台４８に枢支される。一方の掛け回し柱２８の板カム４４に臨む面には鉛直方向にレール４９が設けられ、このレール４９に可動台４８が上下動可能に設けられる。
可動台４８の上端には回転板２７の直径方向に延びる横材５０ａが設けられ、横材５０ａの両端には回転板２７を移動可能に貫通する縦材５０ｂの下端が取付けられる。回転板２７の上方に突出する縦材５０ｂの上端には、回転軸２６ａを包囲するドーナツ状の第一円板５１が回転軸２６ａと同軸になるように取付けられる。
図２に示すように、上部テーブル２２の上面にはアクチュエータである流体圧シリンダ４７が、その出没ロッド４７ａを下方にして設けられ、その出没ロッド４７ａの下端には、第一円板５１の周囲に係合する係合部材５２が設けられる。そして、流体圧シリンダ４７が出没ロッド４７ａを出没させると、その下端に設けられた係合部材５２を介してドーナツ状の第一円板５１を可動台４８及びローラ４６と共に昇降させ、ローラ４６が接触する板カム４４の傾斜面に従って他方の掛け回し柱２９を回転板２７の直径方向に移動させる。
このため、アクチュエータである流体圧シリンダ４７が出没ロッド４７ａを出没させると、一方の掛け回し柱２８と他方の掛け回し柱２８との間隔は変化し、その昇降を停止させると、他方の掛け回し柱２８の移動は停止し、一対の掛け回し柱２８，２９の間隔を所定の値に保つように構成される。
また、係合部材５２はドーナツ状の第一円板５１の周囲に係合して、その第一円板５１の独立した昇降を禁止するけれども、その第一円板５１の回転を許容するように構成され、その第一円板５１と共に回転板２７が回転することを許容するように構成される。
内巻芯３６は、一対の掛け回し柱２８，２９の先端の回転半径外側にそれぞれ取付けられた内巻駒３６ａを有する。即ち、一方の掛け回し柱２８と他方の掛け回し柱２９のそれぞれの下部には、線材１６が掛け回される内巻駒３６ａが回転板２７の回転半径外側にそれぞれ取付けられる。
図３に示すように、それらの内巻駒３６ａの線材１６が掛け回される外面は、そこに掛け回される線材１６を緩やかに折り返して、略円弧状を形成するように回転半径外側に膨出して形成される。
このため、一方の掛け回し柱２８と他方の掛け回し柱２９を内巻芯３６とともに回転させて、それらの内巻芯３６に線材１６を巻回させると、図１０に示すように、一方の掛け回し柱２８と他方の掛け回し柱２９におけるそれぞれの内巻駒３６ａに掛け回されて円弧状に湾曲する線材１６がコイルエンド部１３ｂを形成し、一方の掛け回し柱２８と他方の掛け回し柱２９との間に掛け渡される線材１６がコイル辺部１３ａを形成するトラック状の内コイル１３を形成することになる。
一方、トラック状の外コイル１４（図１１及び図１２）を得る外巻芯３７は、内巻駒３６ａを所定の隙間を空けて覆う外巻駒３７ａを有する。図２に示すように、この実施の形態では、外巻芯３７が一対の掛け回し柱２８，２９に移動可能に設けられる場合を示し、一対の掛け回し柱２８，２９の内巻駒３６ａより上方には、回転板２７の回転軸と平行に鉛直方向に延びてレール５３がそれぞれ設けられる。外巻芯３７は、そのレール４１に昇降可能に取付けられた可動体３７ｂを備え、外巻駒３７ａは、その可動体３７ｂの下部に下方に突出して設けられる。
可動体３７ｂは外巻駒３７ａと共に昇降し、図５及び図６に示すように、下降した状態で外巻駒３７ａが内巻芯３６における内巻駒３６ａを回転半径外側から所定の間隔を開けて覆う巻位置に至り、図３及び図４に示すように、上昇した状態で内巻駒３６ａの回転半径外側を解放する待機位置との間を往復移動可能に構成される。
図２に示すように、巻線装置２０は、この外巻芯３７を巻位置と待機位置との間を往復移動させる巻芯移動手段５５を備える。この外巻芯３７を往復移動させる巻芯移動手段５５は、回転板２７の上方に位置して外巻芯３７に連結されたドーナツ状の外円板５６と、上部テーブル２２の上面に出没ロッド５７ａを下方にして設けられたアクチュエータである流体圧シリンダ５７とを備える。
外巻芯３７の回転半径外側の回転板２７には鉛直方向に延びる一対の昇降棒５８が貫通して設けられ、一方の昇降棒５８の下端は、連結横棒５９を介して一方の可動体３７ｂに取付けられる。
図２〜図４に示すように、他方の昇降棒５８の下端には、他方の可動体３７ｂを回転板２７の回転方向から挟む一対の挟持板６０が取付けられ、一対の挟持板６０には回転板２７の半径方向に延びる長孔６０ａ（図２）がそれぞれ形成される。他方の可動体３７ｂには長孔６０ａに進入可能な丸ピン３７ｃが設けられ、この他方の可動体３７ｂを含む外巻芯３７が一対の挟持板６０と別に独立した昇降を禁止すると共に、この外巻芯３７が他方の掛け回し柱２９と共に、回転板２７の回転半径方向への移動を許容するように構成される。
一対の昇降棒５８の上端には回転軸２６ａ及びドーナツ状の第一円板５１を同軸に包囲するドーナツ状の第二円板５６が取付けられ、流体圧シリンダ５７の出没ロッドの５７ａ下端には、第二円板５６の周囲に係合する係合部材６１が設けられる。
そして、流体圧シリンダ５７が出没ロッド５７ａを出没させると、その下端に設けられた係合部材６１を介して第二円板５６を外巻芯３７と共に昇降させ、外巻芯３７を図５に示す巻位置と図２に示す待機位置との間を往復移動可能に構成される。
また、係合部材６１はドーナツ状の第二円板５６の周囲に係合して、その第二円板５６の独立した昇降を禁止するけれども、その第二円板５６の回転を許容するように構成され、その第二円板５６と共に回転板２７が回転することを許容するように構成される。
このため、図９に示すように、巻位置における外巻駒３７ａは、回転手段２５である電動モータ２６が駆動して回転板２７が回転すると、その回転板２７に立設された一対の掛け回し柱２８，２９と共に回転して、内巻駒３６ａを覆うそれらの外巻駒３７ａに線材１６が巻回されることに成る。
図３に示すように、外巻駒３７ａは、その内面が内巻駒３６ａに掛回された線材１６を所定の間隔を開けて覆うように湾曲して形成される。また、この外巻駒３７ａの線材１６が掛け回される外面は、そこに掛け回される線材１６を緩やかに折り返して、略円弧状を形成するように回転半径外側に膨出して形成される。そして、図４に示すように、他方の掛け回し柱２９における外巻駒３７ａには、内巻駒３６ａに掛回された線材１６が通過する切り欠き３７ｄが形成される。
このため、図１１に示すように、巻位置におけるそれぞれの外巻駒３７ａに線材１６を巻回させると、その外巻駒３７ａに掛け回されて円弧状に湾曲する線材１６がコイルエンド部１４ｂを形成し、一方の掛け回し柱２８と他方の掛け回し柱２９との間に掛け渡される線材１６がコイル辺部１４ａを形成するトラック状の外コイル１４を形成するように構成される。
図１に戻って、下部テーブル２３は、上部テーブル２２と共に内巻芯３６及び外巻芯３７を上下から挟むように支柱２１に設けられ、この下部テーブル２３には、出没軸７１ａを上方に向けた流体圧シリンダ７１が設けられる。流体圧シリンダ７１の出没軸７１ａの上端には基台７２が取付けられ、この基台７２には回転軸７７ａを上方に向けた電動モータ７７が設けられる。
電動モータ７７は、その回転軸７７ａが回転手段２５を構成する電動モータ２６の回転軸２６ａと同軸になるように基台７２に設けられ、その回転軸７７ａには回転テーブル７３が水平面内で回転するように取付けられる。そして、回転テーブル７３には、線材操出部材３１から繰出される線材１６の端部を把持する線材クリップ７４が設けられる。
この線材クリップ７４は、回転テーブル７３の外周近傍の上面に取付けられ、線材１６が上方から進入可能なスリット７４ａが形成される。このスリット７４ａは、上端に開口して形成され、そのスリット７４ａに進入した線材１６を拘持する図示しない拘持部材が内蔵される。
この線材クリップ７４には、その拘持部材を操作して、そのスリット７４ａに侵入した線材１６を拘持する拘持状態と、そのスリット７４ａに侵入した線材１６を拘持せずに解放する解放状態のいずれかに操作する操作レバー７５が設けられる。そして、下部テーブル２３には、この操作レバー７５を操作するアクチュエータ７６が設けられる。
一方、流体圧シリンダ７１は、この回転テーブル７３をＺ軸方向に昇降可能である点でテーブル移動手段を構成し、このテーブル移動手段である流体圧シリンダ７１は、図５に示すように、その回転テーブル７３が上昇した状態で一対の掛け回し柱２８，２９の下端に上面が当接又は接近する近接位置と、図２に示すように、下降した状態で一対の掛け回し柱２８，２９の下端との間に隙間を生じさせる離間位置との間で、その回転テーブル７３を昇降可能に構成される。
一対の掛け回し柱２８，２９の下端面には下方に突出する突起２８ａ，２９ａが形成され、回転テーブル７３の上面には、それらの突起２８ａ，２９ａが進入可能な穴７３ａが形成される。このため、回転テーブル７３が近接位置であると、この突起２８ａ，２９ａが穴７３ａに侵入して、一対の掛け回し柱２８，２９と別に独立した回転テーブル７３の回転を禁止し、回転板２７の回転とともに、その回転テーブル７３を回転させるように構成される。
このため、回転手段２５における電動モータ２６は内巻芯３６や外巻芯３７を回転させ、下部テーブル２３における電動モータ７７は、内巻芯３６や外巻芯３７とともに、このような線材クリップ７４が設けられた回転テーブル７３を同期して回転させる。これにより線材操出部材３１から繰出される線材１６を内巻芯３６や外巻芯３７の周囲に巻取るように構成される。そして、線材操出部材移動手段３２は、内巻芯３６や外巻芯３７の回転とともに線材操出部材３１を回転板２７の軸方向に移動させて、線材操出部材３１から繰出される線材１６を、内巻芯３６や外巻芯３７に螺旋状に巻回させるように構成される。
次に、本発明の巻線方法について説明する。
本発明の巻線方法は、回転手段２５により内巻芯３６を回転させて線材操出部材３１から繰出される線材１６を内巻芯３６の周囲に巻回させて内コイル１３を作製する内巻工程と、内コイル１３とともに内巻芯３６を外巻芯３７により包囲する包囲工程と、内巻芯３６とともに外巻芯３７を回転させて線材操出部材３１から繰出される線材１６を外巻芯３７の周囲に巻回させて外コイル１４を作製する外巻工程とを含む。
この実施の形態では、上記巻線装置２０を用い、その巻線装置２０における動作は、図示しないコントローラによって自動制御されるものとする。
以下に各工程を詳説する。
＜内巻工程＞
この内巻工程にあっては、回転手段２５により内巻芯３６を回転させて線材操出部材３１から繰出される線材１６を内巻芯３６の周囲に巻回させて内コイル１３を作製する。このため、先ず、線材１６を線材操出部材３１から繰出させる。
具体的には、スプールに巻回されて貯線された線材１６を準備し、そのスプールから線材１６を引出し、図示しない伸張機により真っ直ぐにさせた線材１６を線材操出部材３１に挿通させ、図示しない咬持機構により咬持させる。
図７に示すように、下部テーブル２３に設けられた電動モータ７７にあっては、回転テーブル７３を回転させ、その外周近傍に取付けられた線材クリップ７４を線材操出部材３１に対峙させる。そして、線材操出部材移動手段３２により線材操出部材３１を移動させ、そこから突出する線材１６の端部を線材クリップ７４におけるスリット７４ａ（図１０）に進入させ、そこに内蔵された図示しない拘持部材により拘持させる。
また、流体圧シリンダ７１にあっては、回転テーブル７３を上昇させ、一対の掛け回し柱２８，２９の下端面に形成された突起２８ａ，２９ａを回転テーブル７３の上面に形成された穴７３ａに進入させ、一対の掛け回し柱２８，２９と別に独立した回転テーブル７３の回転を禁止させる。
一方、保持手段４３にあっては、そのアクチュエータである流体圧シリンダ４７の出没ロッド４７ａを出没させ、一方の掛け回し柱２８と他方の掛け回し柱２８との間隔を変化させ、所望の間隔とさせた状態でその昇降を停止させ、一対の掛け回し柱２８，２９の間隔を所定の値に保つ。
更に、移動手段５５にあっては、その流体圧シリンダ５７における出没ロッド５７ａを没入させて、外巻芯３７を上昇させ、内巻駒３６ａの回転半径外側を解放する待機位置に維持させる。
その後、線材操出部材３１の咬持機構により線材１６の咬持を解消させ、回転手段２５における電動モータ２６を駆動して、回転板２７と共に内巻芯３６を所定の回数回転させる。それとともに、下部テーブル２３に設けられた電動モータ７７を駆動して、線材１６の端部を拘持する線材クリップ７４が設けられた回転テーブル７３も同期して同方向に同じ速度で所定の回数回転させる。
図８に示すように、これにより線材操出部材３１から繰出される線材１６を内巻芯３６の周囲に所定の回数において巻取る。そして、線材操出部材移動手段３２は、内巻芯３６の回転とともに線材操出部材３１を回転板２７の軸方向に移動させて、線材操出部材３１から繰出される線材１６を、内巻芯３６に螺旋状に巻回させる。
このようにして、図１０に示すように、この内巻工程において、内巻駒３６ａに掛け回される線材１６から成るコイルエンド部１３ｂと、一対の掛け回し柱２８，２９との間に掛け渡される線材１６から成るコイル辺部１３ａを有するトラック状の内コイル１３を作製する。
＜包囲工程＞
この工程では、内コイル１３とともに内巻芯３６を外巻芯３７により包囲する。外巻芯３７を移動可能に構成した上記巻線装置２０を用いるこの実施の形態では、移動手段５５における流体圧シリンダ５７から出没ロッド５７ａを突出させて、外巻芯３７を図２に示す待機位置から下方に移動させて、図５に示すように、内コイル１３を包囲する包囲位置にまで移動させる。そして、その外巻駒３７ａにより内コイル１３のコイルエンド部１３ｂを覆う。
この時、図６に示すように、内コイル１３から線材操出部材３１に延びる線材１６が、他方の掛け回し柱２９における外巻駒３７ａに形成された切り欠き２７ｄに進入するように、線材操出部材３１の位置を線材操出部材移動手段３２により調整する。このようにして、線材１６を内コイル１３から外巻駒３７ａの外面にまで案内する。
＜外巻工程＞
この工程にあっては、内巻芯３６とともに外巻芯３７を回転させて線材操出部材３１から繰出される線材１６を外巻芯３７の周囲に巻回させて外コイル１４を作製する。
即ち、図９に示すように、停止していた回転手段２５における電動モータ２６を再び駆動して、回転板２７と共に外巻芯３７を更に所定の回数回転させる。それとともに、下部テーブル２３に設けられた電動モータ７７を駆動して、線材１６の端部を拘持する線材クリップ７４が設けられた回転テーブル７３も同期して同方向に同じ速度で所定の回数回転させ、これにより線材操出部材３１から繰出される線材１６を外巻芯３７における外巻駒３７ａの周囲に所定の回数において巻取る。
そして、線材操出部材移動手段３２は、外巻芯３７の回転とともに線材操出部材３１を回転板２７の軸方向に移動させて、線材操出部材３１から繰出される線材１６を、外巻芯３６に螺旋状に巻回させる。
このようにして、図１１に示すように、この外巻工程において、外巻駒３７ａに掛け回される線材１６から成るコイルエンド部１４ｂと、一対の掛け回し柱２８，２９との間に掛け渡される線材１６から成るコイル辺部１４ａを有するトラック状の外コイル１４を作製する。
ここで、外巻芯３７における外巻駒３７ａは、内コイル１３のコイルエンド部１３ｂを外側から覆うように構成されているので、この外巻駒３７ａに掛け回された線材１６から成る外コイル１４は、所定の隙間を空けて内コイル１３を外側から包囲するような大きさのものとなり、内コイル１３と外コイル１４の大きさは異なることになる。よって、本発明の巻線装置２０及び巻線方法では、コイルエンド部１３ｂ，１４ｂとなる線材１６の長さが異なる２つのトラック状の内及び外コイル１３，１４を連続して作製し得るものとなる。
なお、内コイル１３と外コイル１４を作製した後には、これらを内巻芯３６及び外巻芯３７から離脱させて搬送し、その後の工程において、従来から用いられているインサータ方法を用いて、それらのコイル辺部１３ａ，１４ｂをコア１１（図１３及び図１４）のスロット１１ｂに挿入することになる。
本発明における外コイル１４は、所定の隙間を空けて内コイル１３を外側から包囲するような大きさのものとなるので、それらが整列巻線されていれば、その状態のままでコイル１２を受け渡すことにより、整列状態のコイル辺部１３ａ，１４ｂをコア１１（図１３及び図１４）のスロット１１ｂに挿入することが可能になる。
また、本発明で得られた内コイル１３と外コイル１４は、それらのコイル辺部１３ａ，１４ａ間の長さＬ１，Ｌ２が異なるので、図１２に示すように、それらのコイル辺部１３ａ，１４ｂを別々のスロット１１ｂに挿入しても、外コイル１４のコイルエンド部１４ｂを超えて、内コイル１３のコイルエンド部１３ｂがコア１１の端面から突出するようなことはなく、その内コイル１３のコイルエンド部１３ｂが外コイル１４のコイルエンド部１４ｂと重合して、それらコイルエンド部１３ｂ，１４ｂの成形が困難になる様な事態を回避することができる。この結果、得られる発電機やモータの高効率化や小型化などを図ることが可能になる。
更に、本発明では、このような内コイル１３と外コイル１４を連続して作製するので、このような内コイル１３と外コイル１４を別々に作製した場合に必要となる工程、即ち、内コイル１３と外コイル１４を電気的に接続させる工程も不要となり、製造工程が増加するような事態を回避することもできる。
ここで、内コイル１３と外コイル１４を内巻芯３６及び外巻芯３７から離脱させる手順を説明すると、先ず、線材操出部材３１における図示しない咬持機構により線材１６を咬持させ、線材操出部材３１から新たに線材１６が繰出されることを禁止する。
内巻芯３６及び外巻芯３７に形成された内コイル１３と外コイル１４を図示しない形状維持具により把持し、それらの形状を維持させた状態で、線材操出部材から外コイル１４に延びる線材１６を切断装置等により切断する。これにより内コイル１３と外コイル１４を線材操出部材３１から独立させる。
流体圧シリンダ７１にあっては、回転テーブル７３を下降させ、一対の掛け回し柱２８，２９の下端面より下方を解放させる。そして、図示しない形状維持具により把持され、形状が維持された内コイル１３と外コイル１４を、その形状維持具と共に下方に移動して、一対の掛け回し柱２８，２９の解放された下端面より下方に抜き出す。
このように、内コイル１３と外コイル１４を内巻芯３６及び外巻芯３７から離脱させるけれども、その際に、保持手段４３にあっては、そのアクチュエータである流体圧シリンダ４７の出没ロッド４７ａを出没させ、一方の掛け回し柱２８と他方の掛け回し柱２８との間隔を減少させて、それらに設けられた内巻駒３６ａと外巻駒３７ａ間の間隔を減少させる。これにより、内巻駒３６ａと外巻駒３７ａに掛け回された線材１６から成る内コイル１３と外コイル１４は緩み、内巻芯３６及び外巻芯３７から内コイル１３と外コイル１４を離脱させることが容易となる。
また、内コイル１３と外コイル１４を内巻芯３６及び外巻芯３７から離脱させた後には、上述した内巻工程を再開することができる。これにより生産性を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態では、線材操出部材３１が単一の線材１６を通過させる場合を説明したけれども、この線材操出部材３１は、複数の線材１６を並列に密着させた状態で通過させるようなものであっても良い。
また、上述した実施の形態では、他方の掛け回し柱２９における外巻駒３７ａに、内巻駒３６ａに掛回された線材１６が通過する切り欠き３７ｄが形成される場合を説明したけれども、一方の掛け回し柱２８における外巻駒３７ａに、内巻駒３６ａに掛回された線材１６が通過する切り欠き３７ｄを形成しても良く、内巻駒３６ａに掛回された線材１６を外巻駒３７ａの外面に案内しうる場合には、そのような切り欠き３７ｄを形成することを必要としない。
更に、上述した実施の形態では、回転テーブル７３をＺ軸方向に昇降させるテーブル移動手段が流体圧シリンダ７１である場合を説明したけれども、近接位置と離間位置との間で回転テーブル７３を移動させ得る限り、テーブル移動手段は流体圧シリンダに限定されず、例えば、サーボモータにより回転テーブル７３を移動させるようにしても良い。
１３ 内コイル
１３ａ コイル辺部
１３ｂ コイルエンド部
１４ 外コイル
１４ａ コイル辺部
１４ｂ コイルエンド部
１６ 線材
２０ 巻線装置
２５ 回転手段
２６ 電動モータ（駆動手段）
２７ 回転板
２８ 一方の掛け回し柱
２９ 他方の掛け回し柱
３１ 線材操出部材
３６ 内巻芯
３６ａ 内巻駒
３７ 外巻芯
３７ａ 外巻駒
４３ 保持手段
５５ 巻芯移動手段
７１ テーブル移動手段
７３ 回転テーブル
７４ 線材クリップ

Claims (6)

  1. 回転手段(25)により回転する巻芯に線材(16)を巻取る巻線装置において、
    前記巻芯が、前記回転手段(25)により回転する内巻芯(36)と、前記内巻芯(36)を包囲して前記内巻芯(36)とともに回転する外巻芯(37)を有し、
    前記回転手段(25)が、駆動手段(26)により回転する回転板(27)と、前記回転板(27)に回転中心を挟むように立設された一対の掛け回し柱(28,29)とを備え、
    前記内巻芯(36)が、前記一対の掛け回し柱(28,29)の先端の回転半径外側にそれぞれ取付けられた内巻駒(36a)を有し、
    前記外巻芯(37)が、前記一対の掛け回し柱(28,29)にそれぞれ設けられ前記内巻駒(36a)を所定の隙間を空けて覆う外巻駒(37a)を有する
    ことを特徴とする巻線装置。
  2. 外巻駒(37a)が一対の掛け回し柱(28,29)にそれぞれ移動可能に設けられ、
    内巻駒(36a)を覆う巻位置と内巻駒(36a)から回転板(27)の回転軸方向にずれた待機位置との間で前記外巻駒(37a)をそれぞれ往復移動させる巻芯移動手段(55)を備えた
    請求項１記載の巻線装置。
  3. 一対の掛け回し柱(28,29)のいずれか一方又は双方が回転板(27)の回転中心を通過する直線上に移動可能に立設され、
    前記一対の掛け回し柱(28,29)の間隔を所定の値に保つ保持手段(43)を備えた
    請求項１又は２記載の巻線装置。
  4. 回転板(27)と同軸であってかつ前記回転板(27)とともに回転可能に設けられ線材(16)の端部を把持する線材クリップ(74)が設けられた回転テーブル(73)と、
    前記回転テーブル(73)が一対の掛け回し柱(28,29)の端部に当接又は接近する近接位置と、前記一対の掛け回し柱(28,29)の端部から離間した離間位置との間で前記回転テーブル(73)を移動させるテーブル移動手段(71)と
    を備えた請求項１ないし３いずれか１項に記載の巻線装置。
  5. 回転手段(25)により内巻芯(36)を回転させて線材操出部材(31)から繰出される線材(16)を前記内巻芯(36)の周囲に巻回させて内コイル(13)を作製する内巻工程と、
    前記内コイル(13)とともに前記内巻芯(36)を外巻芯(37)により包囲する包囲工程と、
    前記内巻芯(36)とともに前記外巻芯(37)を回転させて前記線材操出部材(31)から繰出される線材(16)を前記外巻芯(37)の周囲に巻回させて外コイル(14)を作製する外巻工程と
    を含む巻線方法において、
    回転中心を挟んで離間する一対の掛け回し柱(28,29)を有する回転手段(25)と、前記一対の掛け回し柱(28,29)のそれぞれの先端の回転半径外側にそれぞれ取付けられた内巻駒(36a)を有する内巻芯(36)と、前記内巻駒(36a)を所定の隙間を空けて覆うように前記一対の掛け回し柱(28,29)にそれぞれ設けられた外巻駒(37a)を有する外巻芯(37)を用い、
    前記内巻工程において、前記内巻駒(36a)に掛け回される線材(16)から成るコイルエンド部(13b)と、前記一対の掛け回し柱(28,29)との間に掛け渡される線材(16)から成るコイル辺部(13a)を有するトラック状の内コイル(13)を作製し、
    前記包囲工程において、前記内コイル(13)の前記コイルエンド部(13b)を覆うように外巻駒(36a)を設け、
    前記外巻工程において、前記外巻駒(37a)に掛け回される線材(16)から成るコイルエンド部(14b)と、前記一対の掛け回し柱(28,29)との間に掛け渡される線材(16)から成るコイル辺部を(14a)有するトラック状の外コイル(14)を作製する
    ことを特徴とする巻線方法。
  6. 内巻工程において外巻芯(37)を内巻芯(36)から回転軸方向にずれた待機位置に位置させ、包囲工程において前記外巻芯(37)を待機位置から移動させて内コイル(13)を包囲する包囲位置にまで移動させる請求項５記載の巻線方法。
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