特開 2023-181586 回転電機の巻線機および回転電機の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181586

(43)【公開日】2023-12-25

(54)【発明の名称】回転電機の巻線機および回転電機の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/085 20060101AFI20231218BHJP

【ＦＩ】

H02K15/085

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022094796

(22)【出願日】2022-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】八木 勇士

(72)【発明者】

【氏名】中上 匠

(72)【発明者】

【氏名】仲 興起

(72)【発明者】

【氏名】原田 和也

【テーマコード（参考）】

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H615AA01

5H615PP01

5H615PP13

5H615QQ02

5H615QQ19

5H615SS11

(57)【要約】

【課題】ノズルを動かすノズル駆動方式の巻線機において、高速で巻線でき、かつノズル位置の変更を容易に行える回転電機の巻線機および回転電機の製造方法を提供する。
【解決手段】回転電機を構成するステータ１のコア２に対してノズル３を経由して線材４を巻線する回転電機の巻線機であって、ノズル３をステータ１のコア２の軸方向に沿って移動させる縦方向移動機構１２と、縦方向移動機構１２とは独立してコア２を周方向に回転かつ揺動する回転揺動機構１３とを備える。そして、この回転電機の巻線機を用いて、コア２に線材４を巻線して回転電機を製造する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機を構成するステータのコアに対してノズルを経由して線材を巻線する回転電機の巻線機であって、
前記ノズルを前記コアの軸方向に沿って移動させる縦方向移動機構と、
前記縦方向移動機構とは独立して前記コアを周方向に回転かつ揺動する回転揺動機構と、を備えた回転電機の巻線機。

【請求項2】

前記縦方向移動機構は、リニアサーボモータを備えてなる、請求項１に記載の回転電機の巻線機。

【請求項3】

前記回転揺動機構は、前記コアを把持するコア把持機構、前記コア把持機構に取り付けられた主シャフトに固定された出力側ギヤ、前記出力側ギヤに歯合された入力側ギヤ、前記入力側ギヤを補助シャフトを介して駆動する補助駆動モータ、前記主シャフトおよび前記補助シャフトに共に遊嵌されたリンクバー、前記リンクバーを前記主シャフトを中心として揺動駆動するカム、および前記カムを駆動するカム駆動モータを有する、請求項１または請求項２に記載の回転電機の巻線機。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の回転電機の巻線機を用いて、前記コアに線材を巻線して前記回転電機を製造する回転電機の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、回転電機の巻線機および回転電機の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、回転電機の巻線機においては、線材を供給するノズルをステータコア（以下、単にコアという）に対して円状に回転させてティースに巻線するのではなくて、コアのティース形状に添ってノズルを動かして巻回する、いわゆるノズル巻き方式のものがある（例えば、下記の特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５５３０２４３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記の従来技術では、コアのティース形状に添ってノズルを動かすためには、ノズルを動かすためのモータの加減速が頻繁に必要となる。すなわち、このノズル巻き方式においては、ノズルをサーボモータで動かしているが、サーボモータの加減速を高速に行うには自ずと限界があり、高速で巻線ができないという課題がある。特に、ノズルをコアの円周方向に沿って揺動するには、サーボモータを正転および逆転を交互に行い、かつ、その切り替の時点で加減速を行う必要があるため、高速での巻線は困難である。

【0005】

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、ノズルを動かすノズル駆動方式の巻線機において、高速で巻線でき、かつノズル位置の変更を容易に行える回転電機の巻線機および回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願に開示される回転電機の巻線機は、
回転電機を構成するステータのコアに対してノズルを経由して線材を巻線する回転電機の巻線機であって、
前記ノズルを前記コアの軸方向に沿って移動させる縦方向移動機構と、
前記縦方向移動機構とは独立して前記コアを周方向に回転かつ揺動する回転揺動機構と、を備えたものである。
また、本願に開示される回転電機の製造方法は、前記回転電機の巻線機を用いて、前記コアに線材を巻線して前記回転電機を製造するものである。

【発明の効果】

【0007】

本願に開示される回転電機の巻線機によれば、ノズルを動かすノズル駆動方式の巻線機において、高速で巻線可能となり、かつノズル位置の変更を容易に行える。
また、本願に開示される回転電機の製造方法によれば、製造費用を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】回転電機のステータを構成するコアの斜視図である。

【図2】実施の形態１による回転電機の巻線機の全体構成を示す斜視図である。

【図3】実施の形態１による巻線機が備える回転揺動機構の詳細な構成を示す正面図である。

【図4】実施の形態１による巻線機のコアに対するノズルの動きを示す説明図である。

【図5】実施の形態１による巻線機の動作制御用のコントローラの概略構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

実施の形態１．
図１は回転電機のステータを構成するコアの斜視図、図２は実施の形態１による回転電機の巻線機の全体構成を示す斜視図、図３は実施の形態１による巻線機の駆動部の詳細な構成を示す正面図、図４は実施の形態１による巻線機のノズルの動きを示す説明図、図５は、実施の形態１による巻線機の動作制御用のコントローラの概略構成を示すブロック図である。

【0010】

この実施の形態１におけるノズル巻き方式の巻線機は、図１に示すように、回転電機のステータ１を構成するコア２の各々のスロット２ａの間に形成されたティース２ｂに巻線供給用のノズル３を経由して巻線を施すものである。なお、ここでは、コア２の軸方向に沿った図の上下方向をＺ方向、コア２の軸方向（Ｚ方向）と直交する図の左右の方向をＸ方向、コア２の周方向をθ方向と称するものとする。

【0011】

この実施の形態１のノズル巻き方式の巻線機は、図２に示すように、ノズル３をコア２のＸ方向に動かす機構１１（以下、横方向移動機構１１と呼ぶ）と、ノズル３をコア２のＺ方向に動かす機構１２（以下、縦方向移動機構１２と呼ぶ）と、コア２を周方向に回転かつ揺動する機構１３（以下、回転揺動機構１３と呼ぶ）とを備える。そして、上記の横方向移動機構１１、縦方向移動機構１２、回転揺動機構１３の動作は、コントローラ１００により制御される。

【0012】

縦方向移動機構１２の先端部には、銅線などの線材４が通るノズル３が設けられている。すなわち、このノズル３には、線材４を通すための穴が形成されており、この穴を線材４が通過してコア２のティース２ｂに線材４が巻線される。

【0013】

線材４は、線材供給用のボビン５からテンショナユニット６を経由してノズル３につながっている。この場合のテンショナユニット６としては、サーボテンショナ加圧方式など、様々なテンショナ方式が存在するが、この実施の形態１では特に限定されるものではなく、どの方式のものでもよい。

【0014】

横方向移動機構１１は、ノズル３をＺ方向に動かす縦方向移動機構１２の１／１０程度の加減速を行うため、一般的に使われるサーボモータとボールねじの組み合せでも可能である。

【0015】

一方、縦方向移動機構１２は、コア２に対してノズル３をＺ方向に沿って移動させるものであって、この実施の形態１の場合、高加速が要求されるために、リニアサーボモータが採用されている。なお、一般的に使われるサーボモータとボールねじとを組み合わせた機構では、最大で５Ｇ程度の加速度しか発生できない。このため、高速で線材４が通るノズル３の動きを、これに合わせて高速化することができない。

【0016】

この実施の形態１におけるノズル巻き方式の巻線機では、図１に示すように、ノズル３をＸ方向に動かす横方向移動機構１１に対して、ノズル３をＺ方向に動かす縦方向移動機構１２が取り付けられている。このような構造とすれば、縦方向移動機構１２に加わる慣性力が小さくなるので、ノズル３の高加減速を実現することができ都合が良い。

【0017】

これに対して、縦方向移動機構１２に対して横方向移動機構１１を取り付け、この横方向移動機構１１の先端部にノズル３を取り付ける構成が考えられる。この構成であっても、ノズル方式の巻線機としては設備構造的には成立する。しかし、高加減速を必要とする縦方向移動機構１２の慣性力がノズル３を左右に動かす横方向移動機構１１の重量分だけ増えてしまうので、ノズル３を高速で動かすには不向きである。

【0018】

図３は、この実施の形態１における巻線機が備える回転揺動機構の詳細な構成を示す正面図である。

【0019】

ステータ１を構成するコア２は、コア把持機構２０によって固定されている。このコア把持機構２０は、主シャフト２１の一端側に一体連結されている。主シャフト２１の他端側には、リンクバー２２が遊嵌されている。すなわち、このリンクバー２２は、主シャフト２１との芯合わせができるように、主シャフト２１が回る回転方向には固定されておらず、回転自在に設けられている。

【0020】

主シャフト２１のコア把持機構２０とリンクバー２２との間に位置する箇所には、太陽歯車としての出力側ギヤ２３が主シャフト２１と一体的に固定されている。そして、出力側ギヤ２３には遊星歯車としての入力側ギヤ２４が歯合されている。これにより、入力側ギヤ２４が自転すると出力側ギヤ２３が回転し、これに伴い、主シャフト２１が回り、コア把持機構２０で把持されたコア２が回転する。

【0021】

コア２をθ方向に駆動する駆動源には、カム駆動モータ２５、および補助駆動モータ２６が存在する。

【0022】

ここに、カム駆動モータ２５にはカム２７が連結されている。このカム２７の外周面は、コア把持機構２０に把持されたコア２をθ方向に揺動する働きをするカム曲線が形成されている。そして、カム２７は、リンクバー２２と当接している。これにより、カム２７の位相に沿って、リンクバー２２が動き、リンクバー２２の芯２２ａを揺動中心として、入力側ギヤ２４が出力側ギヤ２３の周りを公転する。これにより、コア２がθ方向に搖動する範囲Ｌθ（図４参照）が規定される。

【0023】

従来のノズル巻き方式の巻線機においては、ノズル３の駆動用のサーボモータが主シャフト２１に直接連結されており、サーボモータでθ方向の搖動をする必要がある。このため、ノズル３をθ方向の移動端で停止した後は、逆方向に回す必要があり、急激な加減速が必要となる。サーボモータの加減速には限界があるので、一定以上に高速巻線をすると、サーボモータが追従できず、最悪の場合、ノズル３がコア２に接触する恐れがある。

【0024】

これに対して、この実施の形態１では、カム２７が搖動の動きをするため、カム駆動モータ２５は、一方向に回転するのみでよく、停止および逆方向の回転がないため、加減速を必要としない。そのため、高速でコア２をθ方向に搖動できるので、高速での巻線が可能になる。

【0025】

補助駆動モータ２６には、補助入力側ギヤ２８が一体連結されており、この補助入力側ギヤ２８には、補助出力側ギヤ２９が歯合されている。補助出力側ギヤ２９は、補助シャフト３０の一端部に固定され、この補助シャフト３０の他端部に前述の入力側ギヤ２４が固定されている。また、補助シャフト３０には、補助出力側ギヤ２９と入力側ギヤ２４との間の中間位置において、前述のリンクバー２２が遊嵌されている。すなわち、リンクバー２２と補助シャフト３０とは、互いに固定されておらず、補助シャフト３０は、自在に回転するようになっている。

【0026】

これにより、カム駆動モータ２５が停止している場合には、補助駆動モータ２６を駆動しても、これに伴ってリンクバー２２が回転することはなく、入力側ギヤ２４のみが回転することで、コア２がθ方向に回転する。

【0027】

また、補助駆動モータ２６が停止している場合には、カム駆動モータ２５を駆動すると、リンクバー２２がその芯２２ａを中心に揺動するだけで、入力側ギヤ２４自体は自転せず、入力側ギヤ２４は、リンクバー２２の主シャフト２１が貫通する芯２２ａを中心として出力側ギヤ２３の外周に沿ってθ方向の一定の範囲Ｌθ内で揺動する。

【0028】

カム駆動モータ２５と補助駆動モータ２６が共に駆動される場合には、入力側ギヤ２４は、補助駆動モータ２６、補助入力側ギヤ２８、および補助出力側ギヤ２９により自転されるとともに、カム駆動モータ２５、カム２７、およびリンクバー２２の作用により出力側ギヤ２３の外周に沿って一定の範囲Ｌθ内で公転する。したがって、コントローラ１００により、カム駆動モータ２５と補助駆動モータ２６を同期して駆動制御することで、その合算値でコア１６をθ方向の一定の範囲Ｌθ内において回転かつ揺動させることができる。

【0029】

図４は、この実施の形態１におけるコアに対するノズルの動きを示す説明図である。
縦方向移動機構１２は、ノズル３を一定範囲Ｌｚ内でＺ方向に移動させる動きを担当する。
回転揺動機構１３を構成するカム駆動モータ２５、カム２７、およびリンクバー２２は、図４において、同一巻線内でコア２がθ方向に搖動する範囲Ｌθを規定する。
また、回転揺動機構１３を構成する補助駆動モータ２６、補助入力側ギヤ２８、および補助出力側ギヤ２９は、図４において、ノズル３による一つティース２ｂに対する巻線開始位置となる移動端Ｐ１の位置の調整、および次のティースへの巻線の移動を担当する。
これにより、高速に巻線可能で、かつ巻線位置を微調整可能なコア２の巻線機が構成される。

【0030】

次に、この実施の形態１におけるノズル方式の巻線機を使用した巻線方法について説明する。

【0031】

最初に線材４をテンショナユニット６を経由してノズル３まで通す。次に、コア２をコア把持機構２０にセットする。コア把持機構２０によるコア２の把持力は、線材４の巻線時にかかる力以上に設定する必要がある。

【0032】

次に、線材４の巻始めの開始位置を調整する。それには、縦方向移動機構１２によりノズル３をＺ方向に移動するととともに、カム駆動モータ２５および補助駆動モータ２６を駆動して、コア２をθ方向に移動させ、ノズル３が図４の移動端Ｐ１に到達するように位置調整する。

【0033】

ここに、ノズル３の移動端Ｐ１のＺ方向の位置調整については、縦方向移動機構１２を構成するリニアサーボモータを制御することで調整可能である。また、ノズル３の移動端Ｐ１のθ方向の位置調整については、補助駆動モータ２６を駆動して補助出力側ギヤ２９、入力側ギヤ２４、および出力側ギヤ２３を経由してコア２を回転させ、これにより、ノズル３のθ方向の位置が移動端Ｐ１に来るように調整する。なお、カム駆動モータ２５を単独で駆動しても、カム２７の動きにより入力側ギヤ２４が出力側ギヤ２３の周りを公転するだけであって、ノズル３のθ方向の位置を調整することができない。このようにして、この一つのティース２ｂについての線材４の巻始めの開始位置である移動端Ｐ１の位置をコントローラ１００に記憶する。

【0034】

次に、縦方向移動機構１２によりノズル３をＺ方向に駆動して、ノズル３を次の移動端Ｐ２まで移動させる。ノズル３の移動端Ｐ２のＺ方向の位置は、縦方向移動機構１２を構成するリニアサーボモータを制御することで調整可能である。そして、この移動端Ｐ２の位置をコントローラ１００に記憶する。

【0035】

仮に、ノズル３のＺ方向の動きの途中で、ノズル３の移動方向を変更したい場合には、移動方向を変更したい位置で、補助駆動モータ２６を駆動し、その変更位置をコントローラ１００に記憶させることによって、ノズル３の移動端Ｐ２のθ方向の位置を変更することができる。

【0036】

次に、カム駆動モータ２５を駆動するとともに、これに同期して補助駆動モータ２６を駆動して、ノズル３をθ方向に動かして次の移動端Ｐ３まで移動させる。ノズル３の移動端Ｐ３のθ方向の位置調整は、補助駆動モータ２６の回転駆動量を制御することで調整可能である。そして、この移動端Ｐ３の位置をコントローラ１００に記憶する。

【0037】

仮に、ノズル３のθ方向の動きの途中で、ノズル３の移動方向を変更したい場合には、移動方向を変更したい位置で、縦方向移動機構１２を駆動し、その変更位置をコントローラ１００に記憶させることで、ノズル３の移動端Ｐ３のＺ方向の位置を変更することができる。

【0038】

次に、同様にして、縦方向移動機構１２によりノズル３をＺ方向に駆動して、ノズル３を次の移動端Ｐ４まで移動させる。ノズル３の移動端Ｐ４のＺ方向の位置調整は、縦方向移動機構１２を構成するリニアサーボモータを制御することで調整可能である。そして、この移動端Ｐ４の位置をコントローラ１００に記憶する。

【0039】

仮に、ノズル３のＺ方向の動きの途中で、ノズル３の移動方向を変更したい場合は、移動方向を変更したい位置で、補助駆動モータ２６を駆動し、その変更位置をコントローラ１００に記憶させることで、ノズル３の移動端Ｐ４のθ方向の位置を変更することができる。

【0040】

これにより、線材４を巻線する際、１ターン内で重要なノズル３が方向転換する移動端の位置（以下、方向転換位置という）、すなわち、ノズル３の４つの移動端Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の各位置を、カム２７の形状を変更することなく、任意に調整することが可能になる。

【0041】

コア２に対する１ターン分の方向転換位置の調整が終わったら、縦方向移動機構１２を駆動してノズル３を上下方向（Ｚ方向）に動かすことで、次のターンに移動させて、その方向転換位置をコントローラ１００に記憶させる。

【0042】

次に、上述した方法と同様にして、コア２に対して１ターン分を巻線する際に必要となるノズル３の方向転換位置Ｐ１～Ｐ４をコントローラ１００に記憶させる。これを、一つのティース２ｂについて巻線するのに必要なターン数だけ繰り返すことで、モータ制御に必要な巻線時の全ターンの方向転換位置をコントローラ１００に記憶させる。

【0043】

このようにして、一つのティース２ｂについて巻線をするのに必要なターン数分の方向転換位置Ｐ１～Ｐ４をコントローラ１００に記憶させたなら、補助駆動モータ２６を駆動して、ティース２ｂの１ピッチ分だけコア２を回転してノズル３をθ方向に移動させる。そして、この次のティース２ｂについても、巻線するのに必要なターン数だけ繰り返す。

【0044】

このようにして、コア２を構成する全てのティース２ｂについて、各方向転換位置Ｐ１～Ｐ４をコントローラ１００に記憶させる。なお、コア２を構成する全てのティース２ｂについての方向転換位置Ｐ１～Ｐ４の情報をコントローラ１００に一度記憶させれば、同じ形状においては、再度記憶させる必要はない。

【0045】

上記作業が完了すると、その情報に基づいてコア２への線材４の巻線を実施してステータ１を完成させる。その後は、コア把持機構２０を取り外してステータ１を取り出す。

【0046】

以上のように、この実施の形態１の回転電機の巻線機によれば、コア２を軸方向に沿って移動させる縦方向移動機構１２と、この縦方向移動機構１２とは独立してコア２を周方向に回転かつ揺動する回転揺動機構１３とを備えた構成とし、回転揺動機構１３では、カム２７とリンクバー２２を用いたカム機構を利用してコア２をノズル３に対して周方向に沿って揺動するため、カム駆動モータ２５の加減速がなくなる。また、カム機構単独ではコア２に対するノズル３の位置決めが困難であるが、補助駆動モータ２６により入力側ギヤ２４を自転させることで、ノズル３の位置調整が可能となる。これにより、高速で巻線可能となり、かつ、回転電機の製造費用も低減できる。

【0047】

なお、上記の実施の形態１において、コントローラ１００は、例えば図５に示すように、プロセッサ１０１と記憶装置１０２とからなるハードウェアで構成される。記憶装置１０２は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスク装置などの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１０１は、記憶装置１０２から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１０１にプログラムが入力される。また、プロセッサ１０１は、演算結果等のデータを記憶装置１２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

【0048】

また、本願は、例示的な実施の形態１が記載されているが、この実施の形態１に記載された様々な特徴、態様、および機能は、特定の実施の形態の適用に限られるものではなく、単独で、または様々な組み合わせにより実施の形態１に適用可能である。

【0049】

したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも一つの構成要素を変形する場合、追加する場合、または省略する場合が含まれものとする。

【0050】

以下には、本開示の諸態様を付記として記載する。
（付記１）
回転電機を構成するステータのコアに対してノズルを経由して線材を巻線する回転電機の巻線機であって、
前記ノズルを前記コアの軸方向に沿って移動させる縦方向移動機構と、
前記縦方向移動機構とは独立して前記コアを周方向に回転かつ揺動する回転揺動機構と、を備えた回転電機の巻線機。
（付記２）
前記縦方向移動機構は、リニアサーボモータを備えてなる、付記１に記載の回転電機の巻線機。
（付記３）
前記回転揺動機構は、前記コアを把持するコア把持機構、前記コア把持機構に取り付けられた主シャフトに固定された出力側ギヤ、前記出力側ギヤに歯合された入力側ギヤ、前記入力側ギヤを補助シャフトを介して駆動する補助駆動モータ、前記主シャフトおよび前記補助シャフトに共に遊嵌されたリンクバー、前記リンクバーを前記主シャフトを中心として揺動駆動するカム、および前記カムを駆動するカム駆動モータを有する、付記１または付記２に記載の回転電機の巻線機。
（付記４）
付記１から付記３のいずれか１項に記載の回転電機の巻線機を用いて、前記コアに線材を巻線して前記回転電機を製造する回転電機の製造方法。

【符号の説明】

【0051】

１ ステータ、２ コア、３ ノズル、４ 線材、１１ 横方向移動機構、
１２ 縦方向移動機構、１３ 回転揺動機構、２０ コア把持機構、２１ 主シャフト、２２ リンクバー、２３ 出力側ギヤ、２４ 入力側ギヤ、２５ カム駆動モータ、
２６ 補助駆動モータ、２７ カム、３０ 補助シャフト。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】