特許 7574717 巻線装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】巻線装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/04 20060101AFI20241022BHJP

   H01F 41/04 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

H02K15/04 B

H01F41/04 F

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021059899

(22)【出願日】2021-03-31

(65)【公開番号】P2022156298

(43)【公開日】2022-10-14

【審査請求日】2023-05-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】ニデック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149098

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149102

【弁理士】

【氏名又は名称】松山 習

(74)【代理人】

【識別番号】100136102

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 雅子

(72)【発明者】

【氏名】山端 達也

(72)【発明者】

【氏名】櫻田 丈史

(72)【発明者】

【氏名】橋本 歩

【審査官】谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０６４４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１９１７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１１９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３１９６２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １５／０４

Ｈ０１Ｆ ４１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心軸を中心に回転する複数の回転体を有し、
前記複数の回転体は、第１回転体と、
前記第1回転体と軸方向に積層される第２回転体と、
を含み、
単一の前記第１回転体に直接取り付けられる内巻芯と、
単一の前記第２回転体において前記中心軸に対して前記内巻芯よりも外側に直接取り付けられる外巻芯と、
を備え、
前記内巻芯と前記外巻芯は、前記中心軸方向に延びる複数の棒状の部材であり、
前記外巻芯は、前記第２回転体に、前記中心軸方向に移動可能に取り付けられる、巻線装置。

【請求項2】

前記複数の回転体を回転する駆動装置をさらに備える、請求項１に記載の巻線装置。

【請求項3】

前記外巻芯を軸方向に移動する移動機構をさらに備える、請求項１または２に記載の巻線装置。

【請求項4】

前記内巻芯は、前記第１回転体に、前記外巻芯は、前記第２回転体に、それぞれ前記中心軸方向と交差する方向に移動可能に取り付けられる、請求項１～３のいずれか１項に記載の巻線装置。

【請求項5】

前記第１回転体に取り付けられ、コイル線の一端部を係止する係止部と、
前記コイル線を供給するノズルと、
をさらに備え、
前記係止部は、前記コイル線の巻き終わりには、前記ノズルと同じ側に位置する、請求項１～４のいずれか１項に記載の巻線装置。

【請求項6】

前記中心軸方向において前記複数の回転体と対向する治具をさらに備え、
前記内巻芯の前記中心軸方向の一端部は、前記第１回転体に、前記外巻芯の前記中心軸方向の一端部は、前記第２回転体にそれぞれ取り付けられ、
前記内巻芯及び前記外巻芯の前記中心軸方向の他端部は、前記治具に取り付けられる、 請求項１～５のいずれか１項に記載の巻線装置。

【請求項7】

前記内巻芯は、前記第1回転体に、前記外巻芯は、前記第２回転体に対してそれぞれ着脱可能に構成される、請求項６に記載の巻線装置。

【請求項8】

前記内巻芯及び前記外巻芯の前記中心軸方向の他端部は、凸部または凹部を有し、
前記治具は、前記内巻芯及び前記外巻芯の前記凸部または凹部に嵌る凹部または凸部を有する、請求項６または７に記載の巻線装置。

【請求項9】

前記内巻芯及び前記外巻芯は、軸方向視において、互いに平行な短辺及び長辺と、前記短辺及び前記長辺を接続する脚と、を含む台形であり、
前記短辺は、前記中心軸方向と直交する方向の外側に位置し、前記長辺は、前記中心軸方向と直交する方向の内側に位置する、請求項１～８のいずれか１項に記載の巻線装置。

【請求項10】

前記短辺と前記脚との間の角部は、Ｒ形状を有する、請求項９に記載の巻線装置。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載の巻線装置を用いて、コイル線を環状に巻き付けてコイルを製造する方法であって、
前記内巻芯の前記中心軸方向位置と重ならないように、前記外巻芯を前記中心軸方向の一側から他側に移動する工程と、
前記第１回転体を回転させて、前記内巻芯に前記他側から前記一側に向けてコイル線を巻き付けることにより、内巻コイルを形成する工程と、
前記外巻芯を前記他側から前記一側に移動して、前記内巻コイルの外側に前記外巻芯を配置する工程と
前記第２回転体を回転させて、前記外巻芯に前記一側から前記他側に向けてコイル線を巻き付けることにより、外巻コイルを形成する工程と、
を備え、
前記第１回転体と前記第2回転体は、軸方向に積層される、コイルの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、巻線装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ステータコアのスロットに挿入され、形状が異なる２つのコイルを連続して作製する巻線装置が知られている。例えば、特許文献１には、線材を巻き取る巻芯が、内巻芯と、内巻芯を包囲する外巻芯と、を有する巻線装置が開示されている。特許文献１の内巻芯は、回転板に立設された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する。特許文献１の外巻芯は、内巻駒を覆う外巻駒を有する。外巻駒は、一対の掛け回し柱にそれぞれ移動可能に構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－６４４０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者は、上記特許文献１の巻線装置と異なる手段で、形状が異なる２つのコイルを連続して作製することを課題とした。

【0005】

すなわち、本発明は、形状が異なる２つのコイルを連続して作製する巻線装置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】

本開示の例示的な第１の観点からの巻線装置は、中心軸を中心に回転する回転体と、回転体に取り付けられる内巻芯と、回転体において中心軸に対して内巻芯よりも外側に取り付けられる外巻芯と、を備え、外巻芯は、回転体に、中心軸方向に移動可能に取り付けられる。

【発明の効果】

【0007】

本開示は、形状が異なる２つのコイルを連続して作製する巻線装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態のステータの軸方向に垂直な断面の模式図である。

【図2】図２は、実施形態のステータの斜視的な模式図である。

【図3】図３は、実施形態の巻線装置を側面から見たときの模式図である。

【図4】図４は、実施形態の巻線装置を側面から見たときの模式図である。

【図5】図５は、実施形態の巻線装置を側面から見たときの模式図である。

【図6】図６は、実施形態の巻線装置を側面から見たときの模式図である。

【図7】図７は、実施形態の巻線装置を軸方向上側から見たときの模式図である。

【図8】図８は、コイルの製造方法を示すフローチャートである。

【図9】図９は、実施形態のステータの一部を側面から見たときの内部の模式図である。

【図10】図１０は、変形例の巻線装置を側面から見たときの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面に基づいて本開示の例示的な実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

【0010】

（巻線装置）
本実施形態の巻線装置１００は、コイル線を巻き付けて、形状が異なる２つのコイル１０を連続して作製する装置である。詳細には、図１及び図２に示すように、コイル１０は、ステータ１のステータコア２０の軸方向に貫通する複数のスロット２１に挿入される。コイル１０は、環状の内巻コイル（小コイル）１１と、この内巻コイル１１を包含する環状の外巻コイル（大コイル）１２と、を含む。

【0011】

図３～図６に示すように、巻線装置１００は、回転体１１０と、駆動装置と、移動機構と、内巻芯１２０と、外巻芯１３０と、係止部１４０と、を備える。

【0012】

回転体１１０は、中心軸Ｃを中心に回転する。図３～図６では、中心軸Ｃ方向は、上下方向である。

【0013】

本実施形態の回転体１１０は、第１回転体１１１と、第２回転体１１２と、を含む。第１回転体１１１と第２回転体１１２とは、積層される。ここでは、第１回転体１１１の上に第２回転体１１２が配置される。第１回転体１１１及び第２回転体１１２は、回転テーブルである。

【0014】

駆動装置（図示せず）は、回転体１１０を回転させる。駆動装置は、例えばモータである。

【0015】

内巻芯１２０は、回転体１１０に取り付けられる。本実施形態では、内巻芯１２０は、第１回転体１１１に取り付けられる。ここでは、内巻芯１２０は、第１回転体１１１に直接連結される。

【0016】

内巻芯１２０には、コイル線が巻き付けられる。内巻芯１２０に巻き付けられるコイル線は、内巻コイル１１を形成する。

【0017】

外巻芯１３０は、回転体１１０に取り付けられる。外巻芯１３０は、回転体１１０において中心軸Ｃに対して内巻芯１２０よりも外側に取り付けられる。本実施形態では、外巻芯１３０は、第２回転体１１２に取り付けられる。ここでは、外巻芯１３０は、第２回転体１１２に直接連結される。

【0018】

内巻芯１２０及び外巻芯１３０は、中心軸Ｃを基準に、等間隔に配置される。内巻芯１２０及び外巻芯１３０のそれぞれは、中心軸Ｃ方向に延びる２つの棒状部材である。なお、これに限られず、内巻芯１２０及び外巻芯１３０のいずれか一方が中心軸Ｃを基準に等間隔に配置されていてもよい。また、内巻芯１２０及び外巻芯１３０が中心軸Ｃを基準に等間隔に配置されていなくてもよい。例えば、内巻芯１２０及び外巻芯１３０の中心軸Ｃに対する距離が全て異なるように配置されてもよい。

【0019】

外巻芯１３０には、コイル線が巻きつけられる。外巻芯１３０に巻き付けられるコイル線は、外巻コイル１２を形成する。

【0020】

外巻芯１３０は、回転体１１０に、中心軸Ｃ方向に移動可能に取り付けられる。このため、内巻芯１２０にコイル線を巻き付ける際には、図３に示すように、外巻芯１３０を内巻芯１２０の中心軸方向位置と重ならないように配置できる。また、外巻芯１３０にコイル線を巻き付ける際には、図４～図６に示すように、外巻芯１３０を内巻芯１２０の中心軸方向位置と重なるように配置できる。このように内巻芯１２０及び外巻芯１３０を配置することによって、内巻芯１２０にコイル線を巻き付けて内巻コイル１１を形成するとともに、外巻芯にコイル線を巻き付けて、内巻コイル１１よりも大きな外巻コイル１２を形成することができる。したがって、形状が異なる２つのコイル１０を連続して作製することができる。

【0021】

内巻芯１２０及び外巻芯１３０は、回転体１１０に、中心軸Ｃ方向と交差する方向に移動可能に取り付けられる。中心軸Ｃ方向と交差する方向に内巻芯１２０及び外巻芯１３０を移動することによって、内巻芯１２０及び外巻芯１３０にコイル線を巻き付けた環状のコイル１０を、巻線装置１００から容易に取り出すことができる。

【0022】

なお、上記「中心軸Ｃ方向と交差する方向」は、図３～図６において左右方向及び左右方向からずれた方向である。本実施形態では、内巻芯１２０及び外巻芯１３０は、回転体１１０に、中心軸Ｃ方向と直交する方向（図３～図６において左右方向）に移動可能に取り付けられる。具体的には、図６に示す内巻芯１２０及び外巻芯１３０の位置は、図５に示す内巻芯１２０及び外巻芯１３０よりも中央に位置する。図５に示す内巻芯１２０及び外巻芯１３０の位置と、図６に示す内巻芯１２０及び外巻芯１３０の位置とに、内巻芯１２０及び外巻芯１３０は移動可能である。

【0023】

図７に示すように、内巻芯１２０及び外巻芯１３０は、軸方向視において、互いに平行な短辺１２１、１３１及び長辺１２２、１３２と、短辺１２１、１３１及び長辺を１２２、１３２接続する脚１２３、１３３と、を含む台形である。短辺１２１、１３１は、中心軸Ｃ方向（図７において紙面を貫く方向）と直交する方向（図７において左右方向）の外側に位置し、長辺１２２、１３２は、中心軸Ｃ方向と直交する方向の内側に位置する。これにより、内巻芯１２０及び外巻芯１３０に巻き付けられたコイル１０をスロット２１に挿入する際に、ブレードに容易に設置することができる。また、短辺１２１、１３１と脚１２３、１３３との角部１２４、１３４をブレードに接触させるように設置することができる。

【0024】

短辺１２１、１３１と脚１２３、１３３との間の角部１２４、１３４は、Ｒ形状を有する。これにより、Ｒ形状に沿って内巻芯１２０及び外巻芯１３０にコイル線を巻き付けることができる。このように形成された環状のコイル１０がブレードを移動する際に、形状が乱れることを抑制できる。このため、スロット２１内において、コイル１０がウエッジからはみ出すことを抑制できる。

【0025】

内巻芯１２０及び外巻芯１３０において、コイル線と接触する部分は、Ｒ形状を有することが好ましい。ここでは、４つの角部１２４、１３４、すなわち、短辺１２１、１３１と脚１２３、１３３との間の２つの角部、及び、長辺１２２、１３２と脚１２３、１３３との２つの角部は、Ｒ形状を有する。

【0026】

移動機構（図示せず）は、外巻芯１３０を軸方向に移動する。内巻芯１２０にコイル線を巻き付ける際に、移動機構により、外巻芯１３０を内巻芯１２０の中心軸Ｃ方向位置と重ならないように容易に移動することができる。このため、内巻芯１２０にコイル線を巻き付けやすい。移動機構は、例えば、アクチュエータである。

【0027】

係止部１４０は、コイル線の巻き終わりには、コイル線を供給するノズルＮと同じ側に位置する。これにより、コイル線の巻き始めと巻き終わりとを、同じ側に位置できるので、渡り線を短くすることができる。本実施形態では、図３～図６に示すように、係止部１４０は、回転体１１０に取り付けられ、コイル線の一端部を係止する。回転体１１０側に係止部１４０が配置されることで、コイル線の巻き始めと巻き終わりとを、同じ側に位置できるので、渡り線を短くすることができる。

【0028】

なお、本実施形態の係止部１４０は、第１回転体１１１に取り付けられるが、これに限定されない。係止部１４０は、回転体１１０以外の場所にも、適宜配置される。

【0029】

図３～図６の係止部１４０は、リング形状を有するが、これに限定されず、フック形状等を有してもよい。

【0030】

（コイルの製造方法）
続いて、コイル１０の製造方法について説明する。本実施形態のコイル１０の製造方法は、上述した巻線装置１００を用いて、コイル線を環状に巻き付けてコイル１０を製造する方法である。

【0031】

まず、図３及び図８に示すように、内巻芯１２０の中心軸Ｃ方向位置と重ならないように、外巻芯１３０を中心軸Ｃ方向の一側から他側に移動する（ステップＳ１）。この工程（Ｓ１）では、例えば、移動機構により、外巻芯１３０を軸方向他側に移動する。

【0032】

次に、回転体１１０を回転させて、内巻芯１２０に他側から一側に向けてコイル線を巻き付けることにより、内巻コイル１１を形成する（ステップＳ２）。この工程（Ｓ２）では、例えば、以下のように実施する。

【0033】

図３に示すように、コイル線の一端部を係止部１４０に係止する。そして、駆動装置により回転体１１０を図３の矢印のように回転させながら、ノズルＮからコイル線を内巻芯１２０に供給する。ノズルＮは、軸方向他側から一側に移動する。これにより、内巻コイル１１を形成することができる。

【0034】

次に、図４に示すように、外巻芯１３０を他側から一側に移動して、内巻コイル１１の外側に外巻芯１３０を配置する（ステップＳ３）。この工程（Ｓ３）では、例えば、移動機構により、外巻芯１３０を軸方向一側（図４の矢印の方向）に移動する。

【0035】

次に、図５に示すように、回転体１１０を回転させて、外巻芯１３０に一側から他側に向けてコイル線を巻き付けることにより、外巻コイル１２を形成する（ステップＳ４）。この工程（Ｓ４）では、例えば以下のように実施する。

【0036】

駆動装置により回転体１１０を回転させながら、ノズルＮからコイル線を外巻芯１３０に供給する。ノズルＮは、図５の矢印のように、内巻芯１２０への巻き付けと反対方向、すなわち、軸方向一側から他側に移動する。これにより、外巻コイル１２を形成することができる。なお、図５及び図６に示すように、コイル線を巻き終わったときに、係止部１４０は、ノズルＮと同じ側に位置させる。

【0037】

以上の工程（Ｓ１～Ｓ４）を実施することにより、図９に示すように、内巻コイル１１のリード線（巻き始め部分１０ａ）及び外巻コイル１２のリード線（巻き終わり部分１０ｂ）が、ステータ１の径方向外側に位置するとともに、内巻コイル１１と外巻コイル１２との渡り線１０ｃが径方向内側に位置するコイル１０を製造できる。

【0038】

このように、本実施形態の巻線装置１００によれば、ステータ１において、渡り線１０ｃが径方向内側に延びるとともに、内巻コイル１１及び外巻コイル１２のリード線が径方向外側に配置されるコイル１０を製造することができる。このため、高占積率のコイル１０を備えるステータを製造することができる。

【0039】

また、本実施形態では、巻線装置１００を大型にしなくても、内巻芯１２０及び外巻芯１３０の中心軸Ｃ方向の幅を確保できる。このため、コイル線の巻き幅が大きい巻線装置１００を実現できる。

【0040】

製造された形状の異なる内巻コイル１１及び外巻コイル１２を含むコイル１０は、図６に示すように、内巻芯１２０及び外巻芯１３０を中心軸Ｃ方向と交差する方向に移動することによって、ブレードに設置する。なお、ブレードに設置されたコイル１０は、ステータコア２０のスロット２１に挿入されることで、ステータ１を構成する。

【0041】

（変形例）
図１０に示すように、本変形例の巻線装置は、中心軸Ｃ方向において回転体と対向する治具１５０をさらに備える点において異なる。

【0042】

具体的には、内巻芯１２０及び外巻芯１３０の中心軸Ｃ方向の一端部（図１０の他側端部）は、回転体１１０に取り付けられる。内巻芯１２０及び外巻芯１３０の中心軸Ｃ方向の他端部（図１０の一側端部）は、治具１５０に取り付けられる。このため、内巻芯１２０及び外巻芯１３０の両端部が支持される。したがって、内巻芯１２０及び外巻芯１３０の撓みを抑制できる。

【0043】

内巻芯１２０及び外巻芯１３０は、回転体１１０に対して着脱可能に構成される。これにより、内巻芯１２０及び外巻芯１３０を治具１５０で保持した状態で、回転体１１０から取り外すことができる。このため、内巻芯１２０及び外巻芯１３０に巻き付けられたコイル１０を、内巻芯１２０及び外巻芯１３０からブレードに容易に設置することができる。

【0044】

内巻芯１２０及び外巻芯１３０の中心軸Ｃ方向の他端部（図１０の一側端部）は、凸部または凹部を有する。治具１５０は、内巻芯１２０及び外巻芯１３０の凸部または凹部に嵌る凹部または凸部を有する。内巻芯１２０及び外巻芯１３０の凸部または凹部が、治具の凹部または凸部に嵌ることにより、内巻芯１２０及び外巻芯１３０は治具１５０により強固に保持される。

【0045】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した実施形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0046】

１ ：ステータ
１０ ：コイル
１１ ：内巻コイル
１２ ：外巻コイル
２０ ：ステータコア
２１ ：スロット
１００ ：巻線装置
１１０ ：回転体
１２０ ：内巻芯
１２１，１３１ ：短辺
１２２，１３２ ：長辺
１２３，１３３ ：脚
１２４，１３４ ：角部
１３０ ：外巻芯
１４０ ：係止部
１５０ ：治具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】