巻線装置及び巻線方法
【課題】コイル始端の長さを調整して、整線時に線材屑が発生しないコイルを製造する巻線装置を提供する。
【解決手段】回転可能に設けられた巻枠２２に、供給機構から線材５０が供給される。前記巻枠２２の外周に、始端クランプ２３が巻枠と同軸に回転可能に設けられ、線材５０の始端を把持する。巻枠２２、供給機構、始端クランプ２３は駆動機構により駆動される。巻線開始前、始端クランプ２３を固定して巻枠２２のみを回転し、線材５０の巻き始め位置に対する始端クランプ２３の位置を、相対的に変更する。その後巻き始め位置に対する始端クランプ２３の位置を固定して、巻枠２２と始端クランプ２３とを回転させ、巻枠２２に線材５０を巻回させる。
【解決手段】回転可能に設けられた巻枠２２に、供給機構から線材５０が供給される。前記巻枠２２の外周に、始端クランプ２３が巻枠と同軸に回転可能に設けられ、線材５０の始端を把持する。巻枠２２、供給機構、始端クランプ２３は駆動機構により駆動される。巻線開始前、始端クランプ２３を固定して巻枠２２のみを回転し、線材５０の巻き始め位置に対する始端クランプ２３の位置を、相対的に変更する。その後巻き始め位置に対する始端クランプ２３の位置を固定して、巻枠２２と始端クランプ２３とを回転させ、巻枠２２に線材５０を巻回させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、コイルを製造する巻線装置及び巻線方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン発電機等において、固定子コイルが用いられている。固定子コイルは、固定子とコイルからなり、コイルの始端及び終端を電動機の極数に応じた固定子のスロットに挿入して接続することにより構成される。コイルはワイヤを渦巻状に巻回したものであり、このコイルを製造する巻線装置としては、従来から種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、コイル製造に伴う線材屑の発生を防止することができる巻線装置が提案されている。この装置では、回転部材に柱状の巻枠が取り付けられている。巻枠の先端には縦断溝が設けられており、ワイヤの始端をこの溝に導入し、回転部材を回転してワイヤを巻回する。
【０００４】
ここで、ワイヤの供給量を必要量より少なく制御して予備的な巻線作業を行うことにより、溝に挿入されている始端が滑り出し、所望の量まで短くなる。これによって、コイルの始端の余分な線材を切断する作業は不要となり、切断で生じる線材屑の発生を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０４６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、製造したコイルを固定子の各スロットに挿入する場合、固定子のスロット位置と、他のコイルと接続する整線位置とにより、それぞれのコイルの始端および終端に必要な長さが異なってくる。ここで、特許文献１に記載された巻線装置では、コイル終端の長さは、終端のカット位置によってある程度は調整できる。
【０００７】
これに対して、コイル始端の長さは溝から滑り出すワイヤの量によって決定される。そのため、溝の長さの範囲でしか長さを変えられず、さらに滑り出す量をワイヤ供給量で調整することは容易ではない。すなわち、特許文献１に記載の巻線装置で製造したコイルは、固定子にコイルを挿入して整線する際に異なる長さに対応させるために余分な始端を切断する必要があり、結局は線材屑が発生することが問題となる。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものである。その目的は、コイルの始端の長さの調整を可能とすることにより、固定子にコイルを挿入して整線する際に線材屑が発生しないコイルを製造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】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の巻線装置は、以下の（ａ）〜（ｅ）の構成を有する。
（ａ）回転可能に設けられた巻枠
（ｂ）前記巻枠に線材を供給する供給機構
（ｃ）前記巻枠を回転して前記線材を巻枠に巻回する巻線機構
（ｄ）前記巻枠の円周方向外方に、前記巻枠と同軸に回転可能に設けられ、前記巻枠に巻回される線材の始端を把持する始端クランプ
（ｅ）前記供給機構、前記巻線機構、及び前記始端クランプを駆動する駆動機構
（ｆ）前記巻線機構に備えられた、前記巻枠における前記線材の巻き始め位置に対する前記始端クランプの位置を相対的に変更する位置変更機構
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の巻線装置の前方斜視図である。
【図２】（ａ）は始端クランプ２３の拡大斜視図である。（ｂ）はクランプストッパー２５の拡大斜視図である。
【図３】巻線装置の後方斜視図である。
【図４】巻線装置の平面図で、ワイヤを巻回した状態を示す。
【図５】実施形態のワイヤ始端受渡し工程を示すフローチャートである。
【図６】ワイヤ始端受渡し工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の正面模式図である。
【図７】ワイヤ始端受渡し工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の平面模式図である。
【図８】実施形態のコイル始端長さ調整工程を示すフローチャートである。
【図９】コイル始端長さ調整工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の正面模式図である。
【図１０】コイル始端長さ調整工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の平面模式図である。
【図１１】実施形態のコイル終端長さ調整工程を示すフローチャートである。
【図１２】コイル終端長さ調整工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の正面模式図である。
【図１３】コイル終端長さ調整工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
（１．実施形態の構成）
まず、本実施形態の巻線装置の構成について、図１〜４を参照して説明する。各図において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が装置幅方向、Ｙ軸が装置長手方向、Ｚ軸が装置高さ方向に延びるものとする。
【００１３】
（１−１．全体構成）
図１に示すように、巻線装置は、架台１に、ワイヤを巻回してコイルを形成する巻線部２と、巻線部２にワイヤを供給するワイヤ供給部３と、巻線部２及びワイヤ供給部３を駆動及び制御する駆動部４が設置されたものである。
以下、各部の構成について詳述する。
【００１４】
（１−２．巻線部の構成）
巻線部２は、大別すると、以下のものから構成される。
（ａ）ワイヤが巻回される巻枠部材２２
（ｂ）ワイヤ供給部３から供給されるワイヤの始端を把持する始端クランプ２３
（ｃ）円盤２１等から構成され、巻枠部材２２にワイヤを巻回してコイルを形成する巻線機構
なお、巻線機構は、巻枠部材２２と始端クランプ２３との位置を相対的に変更して位置変更機構も備えている。
【００１５】
巻枠部材２２は、円盤２１の表面上に突設されている。円盤２１は、円盤面の中心を通り円盤面に直交する回転軸２９に接続され回転可能となっている。巻枠部材２２は、第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂとの一対の巻枠から構成される。第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂは四角柱であり、それぞれ円盤面に対してＹ軸方向に延びるように突設している。双方の巻枠は円盤面の円中心Ｏから等距離に離隔して対向している。
【００１６】
第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂは断面が長方形である。本実施形態ではそれぞれの巻枠の、短尺の２つの面を側面とし、長尺の面のうち互いに向かい合う面を底面とし、底面と反対側の長尺の面を頂面とする。頂面は面取り加工されている。
【００１７】
ワイヤは、それぞれの巻枠の間を、側面から頂面に掛け渡されるように巻回される。形成されるコイルは横断方向断面が略長方形となる。
【００１８】
第１の巻枠２２ａは、円盤面側の基部から先端まで同一寸法である。これに対して、第２の巻枠２２ｂは、円盤面側の基部から先端に向かうにつれて側面が拡張し、全体として厚みが増す形状となっている。これは、巻線後に取り外したコイルを一束にまとめたときにワイヤが整然と高密度に整ったコイルを得るためである。
【００１９】
第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂは、ガイドレール２６を介して円盤２１に取り付けられている。ガイドレール２６は円盤２１の表面に敷設された一対のレールで、円盤面の円中心Ｏを通る垂直線に対してそれぞれが平行に延びる。第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂの基部は、それぞれガイドレール２６上に取り付けられている。本実施形態では、第１の巻枠２２ａがガイドレール２６上を、Ｚ軸方向に移動可能に構成されている。この移動は、通常、円盤面に設けられた巻枠ブレーキ２８で抑止されている。開閉機構２７により、この巻枠ブレーキ２８は解除できる。
【００２０】
円盤２１の外周部には、巻枠部材２２を取り囲むように、リング状のレール２４が設けられている。始端クランプ２３は、このレール上を走行可能に設置されている。図２（ａ）に示すように、始端クランプ２３の正面側には把持部２３ａが設けられている。把持部２３ａは、ワイヤ供給部３から供給されるワイヤの始端を把持する。背面側には、嵌入孔２３ｂ、係合部２３ｃが設けられている。嵌入孔２３ｂが設けられている部分は、円盤の外周部から円周方向に外方へ突出している。
【００２１】
係合部２３ｃは、レール２４に係合する凹状の部材である。係合部２３ｃは、例えば圧縮バネの付勢力によりクランプ駆動されるバネ式クランプによって構成され、空気の出し入れによってバネ力を制御する。空気を抜いた状態では、バネ力がレール２４に付勢され、係合部２３ｃとレール２４との間に生じた摩擦力によって始端クランプ２３はレール２４上に固定保持される。反対に、空気を入れた状態ではバネが開放され、始端クランプ２３はレール２４上を走行可能となる。
【００２２】
円盤２１の外周部近傍に、クランプストッパー２５が設けられている。クランプストッパー２５は、図２（ｂ）に示すように、Ｌ字形状の支持具であり、架台１に載置される底面と架台１から垂直方向に立設する垂直面から構成される。垂直面の端部に垂直面に対して直角に延びるピン２５ａが設けられている。ピン２５ａは、図示しない空気圧操作機構によりＹ軸方向に伸縮する。始端クランプ２３が、円盤２１の円中心Ｏを通る水平線と交わる位置にあるとき、ピン２５ａをＹ軸方向に伸ばすと、ピン２５ａは始端クランプ２３の嵌入孔２３ｂに嵌入する。
【００２３】
（１−３．ワイヤ供給部の構成）
ワイヤ供給部３は、クランプカット部材３１、ワイヤ送りローラ３３、テンション機構３２から構成される。ワイヤ供給部３全体は、Ｙ軸ガイド３５上に設置されている。Ｙ軸ガイド３５は、Ｙ軸方向に延びるレール３５ａとモータ３５ｂとから構成され、ワイヤ供給部３をＹ軸方向に移動させる。
【００２４】
Ｙ軸ガイド３５上において、巻線部２に近い方から、クランプカット部材３１、ワイヤ送りローラ３３、テンション機構３２が、円盤２１の円中心Ｏからの水平な位置に配置される。テンション機構３２、ワイヤ送りローラ３３は、図示しない繰り出し装置から繰り出されたワイヤを支持及び運搬し、クランプカット部材３１に受け渡す。
【００２５】
クランプカット部材３１はクランプカッタ３１ａと、前後機構３１ｂと、ローラ３１ｃとから構成される。クランプカッタ３１ａは、ワイヤを把持する把持機構とワイヤを切断するカッターを兼ね備える。前後機構３１ｂは、クランプカッタ３１ａをＹ軸方向に少量移動させる機構で、巻線時に、クランプカッタ３１ａがワイヤを傷付けないようにワイヤ供給ライン上からクランプカッタ３１ａを退避させる。ローラ３１ｃは、巻線部２に供給されるワイヤを支持する。
【００２６】
クランプカット部材３１は、Ｘ軸ガイド３４上に設けられている。Ｘ軸ガイド３４は、Ｘ軸方向に延在するレール３４ａとモータ３４ｂとから構成され、クランプカット部材３１をＸ軸方向に移動させる。
【００２７】
（１−４．駆動部の構成）
駆動部４は、巻線部２及びワイヤ供給部３を駆動する駆動機構とその駆動機構を制御する制御装置４７とで構成される。
【００２８】
まず、駆動機構について説明する。回転支持機構４１は、円盤２１の背面側に設けられ、回転軸２９を回転駆動する。回転力は、サーボモータ４２から、駆動プーリ４３、タイミングベルト４４、従動プーリ４５を介して、回転支持機構４１に伝達される。サーボモータ４２は、回転支持機構４１の回転量や速度等を適宜制御可能である。回転支持機構４１の制御により、巻枠部材２２の回転量を制御し、コイルの巻量を設定することができる。
【００２９】
図示しないが、駆動部４は、空気圧供給機構を備える。この空気圧供給機構により始端クランプ２３、クランプカッタ３１ａ、クランプストッパー２５、開閉機構２７及び巻枠ブレーキ２８が駆動される。空気圧は、従動プーリ４５に係合されたロータリジョイント４６により、回転支持機構４１を介して各部材へ供給される。これにより、円盤２１が回転しても各部材に空気圧を供給することができる。
【００３０】
制御装置４７は、架台１内に設けられている。制御装置４７は、各機器との入出力インターフェースを有するプログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）とマンマシンインターフェースであるタッチスクリーンパネルから構成される。制御装置４７は、巻線装置の起動／停止指令や各種パラメータ設定等を行う。制御装置４７は、ＰＬＣとタッチスクリーンパネルの組み合わせ以外に、ＣＰＵ、記憶部、インターフェース、表示部、入力部、機構制御部、通信部などを有する通常のコンピュータでも良い。制御装置４７は、ＣＰＵがプログラムに基づいて実施する機能として、駆動機構を制御する機能や、表示部、入力部により各種パラメータ設定等を行う機能等を有する。
【００３１】
制御装置４７は、例えば、コイルの巻線量に応じて算出された巻枠部材２２の回転数に応じて、サーボモータ４２の回転量を制御する。なお、モータの駆動電源や制御装置４７用の制御電源等は図示していないが、外部機器等により適宜供給される。
【００３２】
（２．本実施形態の作用）
次に、本発明の実施形態の作用について、図５〜１３を参照して説明する。
本実施形態の巻線装置でコイルを形成する工程は、大別して以下の３つの工程からなる。
（１）ワイヤ始端受け渡し
（２）コイル始端長調整（巻線開始）
（３）コイル終端長調整（巻線終了）
以下、各工程について詳細に説明する。
【００３３】
（２−１．ワイヤ始端受け渡し）
図５に、ワイヤ供給部３から巻線部２へのワイヤ始端受け渡し工程のフローチャートを示す。さらに、図６及び図７において、この工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の位置関係を模式的に示す。なお、図７においては、巻枠部材２２は（ａ）のみに図示し、（ｂ）〜（ｅ）においては図示を省略している。
【００３４】
（ステップＳ０１：図６（ａ），図７（ａ））
図示しない繰り出し装置から繰り出されたワイヤ５０は、テンション機構３２及びワイヤガイド２３によって運搬され、その始端をクランプカット部材３１のクランプカッタ３１ａに把持される。図７（ａ）に示すように、始端クランプ２３は係合部２１ｃの駆動により円盤２１のレール２４に固定保持されており、（Ｘ１，Ｙ２）に位置している。クランプカッタ３１ａは（Ｘ１，Ｙ１）に位置する。また、第１の巻枠２２ａ及び第２の巻枠２２ｂは円盤２１の円中心Ｏに直交する垂直線上に位置している。
【００３５】
（ステップＳ０２：図６（ｂ），図７（ｂ）〜（ｄ））
ワイヤ５０の始端を把持したクランプカット部材３１は、下記（ａ）〜（ｃ）に示すように移動される。移動はＹ軸ガイド３５及びＸ軸ガイド３４によってなされる。
（ａ）Ｙ軸方向に、円盤２１の円盤面から遠ざかるように移動し、（Ｘ２，Ｙ１）の位置で停止する（図７（ｂ））。
（ｂ）Ｘ軸方向に、円盤２１の円中心Ｏに近づくように移動し、（Ｘ２，Ｙ３）の位置で停止する（図７（ｃ））。
（ｃ）Ｙ軸方向に、円盤２１の円盤面へ近づくように移動し、（Ｘ１，Ｙ３）の位置で停止する（図７（ｄ））。
【００３６】
上記移動によって、始端クランプ２３を跨ぐように移動して円盤２１の円中心Ｏに近づく。かかる移動の結果、図６（ｂ）に示すように、クランプカット部材３１に把持されているワイヤ５０は、始端クランプ２３の把持部２３ａ内に挿通された状態となる。
【００３７】
（ステップＳ０３：図６（ｂ），図７（ｄ））
ここで把持部２３ａを駆動することにより、ワイヤ５０は始端クランプ２３に把持される。同時に、クランプカット部材３１のクランプカッタ３１ａを解除してクランプカット部材３１からワイヤ５０を解放する。これによって、ワイヤ５０の始端はクランプカット部材３１から始端クランプ２３へ受け渡しされる。
【００３８】
（ステップＳ０４：図６（ｃ），図７（ｅ））
上記ステップＳ０２の（ａ）〜（ｃ）の移動を、逆の順序で行う。すなわち、クランプカット部材は、始端クランプ２３を跨ぐように、円盤２１の円中心Ｏから離れる方向に移動する。これによって、クランプカット部材３１は受け渡し工程開始位置の（Ｘ１，Ｙ１）に戻り、受け渡し工程が完了する。なお、クランプカット部材３１のクランプカッタ３１ａは前後機構３１ｂによってＹ軸方向に移動され、ワイヤ５０に接触しないように退避される。
【００３９】
（２−３．コイル始端長調整（巻線開始））
図８に、コイルの始端となる部分の長さを調整して巻線を開始する工程のフローチャートを示す。さらに、図９及び図１０において、この工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の位置関係を模式的に示す。なお、上述したように巻枠２２ｂは基部から先端にかけて厚みが増す形状となっているため、正面及び平面から見た際に巻枠２２ａと同一形状とはならないが、説明の便宜上、図９及び図１０においては同一形状に表示している。
【００４０】
（ステップＳ０５）
クランプストッパー２５を駆動し、ピン２５ａを伸ばして始端クランプ２３の嵌入孔２３ｂに嵌入する。これにより、始端クランプ２３はクランプストッパー２５に係止される。続いて、始端クランプ２３の係合部２３ｃを解除して、レール２４への固定保持を解除する。
【００４１】
（ステップＳ０６：図９（ａ），図１０（ａ））
サーボモータ４２を駆動し、回転支持機構４１を回転する。その回転は回転軸２９を介して円盤２１に伝達される。上述したように、始端クランプ２３はレール２４への固定保持を解除されかつクランプストッパー２５で係止されている。そのため、レール２４は始端クランプ２３の係合部２３ｃ内を摺動するのみで、始端クランプ２３は回転しない。図９（ａ）に示すように、巻枠部材２２のみが回転して、円中心Ｏの垂直線上にあった元の位置から角度α回転した位置で停止する。これによって、巻枠部材２２に対する始端クランプ２３の位置が相対的に変更された状態となる。
【００４２】
（ステップＳ０７）
始端クランプ２３の係合部２３ｃを再び駆動して、始端クランプ２３をレール２４に係合固定させる。続いて、クランプストッパー２５のピン２５ａを始端クランプ２３の嵌入孔２３ｂから引き抜く。これにより、始端クランプ２３は回転抑止状態を解除され、巻枠部材２２と共に回転可能な状態となる。さらにステップＳ０６で変更された巻枠部材２２に対する位置が固定される。
【００４３】
（ステップＳ０８：図９（ｂ），図１０（ｂ））
サーボモータ４２を再び駆動し、巻線を開始する。円盤２１の回転に従って、始端クランプ２３が円周方向に移動する。この移動により、始端クランプ２３に始端を把持されたワイヤ５０が引き出され、巻枠２２ｂの頂面の面取りされた角部に接触する。この接触位置がワイヤ５０の巻き始め位置となる。その後さらに回転を進めると、図９（ｂ）に示すように、ワイヤ５０は巻枠２２ｂの頂面から側面へ、巻枠２２ａの側面から頂面へ掛け渡されるように巻回されていく。ワイヤ５０の、始端クランプ２３から巻き始め位置までの部分がコイル始端Ｌ１となる。
【００４４】
図９（ｃ）に示すように、コイル始端Ｌ１の長さは、巻始め位置と始端クランプ２３までの距離である。この距離は以下の二つの要素で決定される。
（ａ）巻始め位置…図９（ｃ）に示すように、巻枠部材２２の回転方向からみて、巻枠２２ａ及び２２ｂのそれぞれの側面から頂面に入る角部と、頂面から側面に入る角部のどちらが巻始め位置となるかによって、始端Ｌ１の最長・最短の長さの範囲が決定される。
（ｂ）始端クランプ２３の位置…巻始め位置に対して始端クランプ２３を変化させることによって、（ａ）で定められた始端Ｌ１の長さの範囲内で、コイル始端Ｌ１の長さが決定される。
【００４５】
必要とされるコイル始端Ｌ１の長さに応じて、上記（ａ）及び（ｂ）の要素を決定し、これらの要素から巻枠部材２２の回転角度αを算出する。この回転角度αを制御装置４７に予め設定しておくことによって、コイル始端Ｌ１の長さを調整し、所望の長さとすることができる。
【００４６】
（２−４．コイル終端長調整（巻線終了））
図１１に、巻線終了後、コイル終端長を調整して切断する工程のフローチャートを示す。さらに、図１２及び図１３において、この工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の位置関係を模式的に示す。なお、図１２及び図１３においても、説明の便宜上、第１の巻枠２２ａ及び第２の巻枠２２ｂを同一形状に図示している。
【００４７】
（ステップＳ０９：図１２（ａ），図１３（ａ））
ワイヤ５０が巻枠部材２２に巻回されるに従って、ワイヤ供給部３は円盤２１の円盤面から遠ざかるように、Ｙ軸方向に移動していく。それによって、図１３（ａ）に示すように、ワイヤ５０は重なり合うことなく螺旋を描いて巻枠部材２２に巻回され、コイルを形成する。
【００４８】
サーボモータ４２と、ワイヤ供給部３を移動するＹ軸ガイド３５を停止することによって巻線は終了する。巻枠部材２２に巻かれたワイヤ５０は、図１２（ａ）に示すように、巻枠２２ｂの角部において巻枠部材２２から離れる。このワイヤ５０が離れる位置がワイヤの巻き終わり位置となる。
【００４９】
この巻き終わり位置からカットクランプ部材３１のローラ３１ｃまでの長さは、巻枠部材２２の停止位置によって変化する。巻枠部材２２の停止位置は、巻枠部材２２の回転角度によって変更することができる。
【００５０】
例えば、図１２（ａ）においては、巻枠部材２２の停止位置は、円中心Ｏの垂直線から角度β回転した位置である。この位置で巻枠部材２２を停止させるための、巻線開始から終了までの巻枠部材２２の回転角度θは、以下の式で求められる。
θ（deg.）＝３６０×Ｎ（回転数）＋β
【００５１】
（ステップＳ１０：図１２（ｂ），図１３（ｂ））
巻線終了時、図１３（ａ）に示すように、クランプカット部材３１はＹ軸ガイド３５によって（Ｘ３，Ｙ１）の位置に移動している。このクランプカット部材３１を、Ｘ軸ガイド３４によって、円盤２１の円中心Ｏに近づくように、Ｘ軸方向に移動する。クランプカット部材３１のローラ３１ｃが、間に支持したワイヤ５０を扱きながら移動する。クランプカット部材３１は（Ｘ３，Ｙ２）の位置で停止する。
【００５２】
（ステップＳ１１：図１２（ｃ），図１３（ｃ））
前後機構３１ｂを駆動し、退避していたクランプカット部材３１のクランプカッタ３１ａ内に、ワイヤ５０を挿通させる。クランプカッタ３１ａを駆動し、ワイヤ５０を切断する。切断されたワイヤ５０の、ワイヤ供給部３側の端部はクランプカッタ３１ａに把持され、次に形成するコイルの始端となる。
【００５３】
ワイヤ５０の、巻枠部材２２における巻き終わり位置から、切断位置までの部分が、コイル終端Ｌ２となる。このコイル終端Ｌ２の長さは、上述のステップＳ０９での、巻枠部材２２の停止位置によって変化する。言い替えれば、巻枠部材２２における巻き終わり位置に対するクランプカット部材３１の位置を相対的に変更することで、コイル終端Ｌ２の長さを調整することができ、所望の長さとすることができる。
【００５４】
この後、次のコイルの始端を把持したワイヤ供給部３は円盤２１の円中心Ｏから離れるようにＸ軸方向に移動し、完成したコイルの取り出しの邪魔にならない位置に後退する。そして、開閉機構２７によって巻枠ブレーキ２８を解除し、第１の巻枠２２ａを第２の巻枠２２ｂに向かって移動し、作業者がコイルを巻枠部材２２から取り外す。
【００５５】
（３．本実施形態の効果）
以上述べた実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）巻線開始前に、始端クランプ２３の位置を保持したまま、巻枠部材２２を回転することによって、コイル始端Ｌ１の長さを変更することができる。すなわち、巻枠部材２２におけるワイヤ５０の巻き始め位置に対する始端クランプ２３の位置を、相対的に変更することで、始端の長さを調節することができる。巻枠部材２２の回転角度は予め設定しておくことができるので、始端長の調節は容易に行うことができる。異なる始端長のコイルを一つの巻線装置で製造する場合でも、コイル毎に必要な巻枠部材２２の回転角度をプログラミングしておくことにより、そのようなコイルを自動的に製造することができる。巻枠の付け替えや手作業での調整が不要であるため、作業効率が向上する。さらに、このように始端長さを適宜変更したコイルは、固定子に挿入して整線する際の線材屑の発生を防ぐことができる。これにより、作業効率を向上し、かつ線材の無駄な消費や、線材屑廃棄のコストを減少させることができる。
【００５６】
（２）さらに、巻線終了時に、巻枠部材２２の停止位置を変更することによって、コイル終端Ｌ２の長さも変更することができる。すなわち、巻枠部材２２におけるワイヤ５０の巻き終わり位置に対する始端クランプ２３の位置を、相対的に変更することで、終端の長さ調節が可能である。クランプカッタ３１ａをＸ軸方向に移動させることで、終端の長さはある程度調整することはできる。しかしながら、巻枠部材２２の停止位置の変更は、巻枠部材の回転量の設定を変更するだけなので、より簡単に、より広い範囲で終端の調節ができる。コイル始端長Ｌ１と同様に、予めプログラミングしておくことで、１つの巻線装置で始端長の異なるコイルを容易に製造可能である。
【００５７】
（４．他の実施形態）
本発明は、図示の実施形態に限定されるものではなく、下記の様な他の実施形態も包含する。
（１）上記実施形態においては、前記実施形態は、巻枠部材２２を設けた円盤２１の外周部にリング状のレール２４を設け、このレール２４に始端クランプ２３を係合させた。しかしながら、この構成に変えて、円盤２１ａと別個の回転体、例えば円盤２１ａより大径の円盤の外周部に始端クランプ２３を設ける構成としてもよい。その場合、小径の円盤２１ａと大径の円盤とを重ね合わせ、これら２枚の円盤を係合する係合部材を設け、これらが一体的または別個に回転するように切り替えるようにしてもよい。
【００５８】
（２）上記実施形態においては、円盤の回転と始端クランプの係合・位置保持を組み合わせて巻枠部材２２と始端クランプ２３の相対的な位置を変更させる機構としたが、巻枠部材２２と始端クランプ２３のそれぞれにモータやギアなどの駆動機構を設けることもできる。例えば、上記（１）と同様に、始端クランプ２３は、円盤２１ａと別個の回転体、例えば円盤２１ａより大径の円盤の外周部に設ける。この大径の円盤の外周に歯部を設けて歯車状とし、この円盤に、モータに接続された他の歯車を噛合させる構成とする。ワイヤ５０の巻き始めは、巻枠部材２２又は始端クランプ２３をその駆動機構で移動させた後、双方の夫々の駆動機構で同期して回転させてもよいし、両者をブレーキ機構で一体化した後にいずれかの駆動機構で両者を回転させてもよい。
【００５９】
（３）上記実施形態においては、巻枠として断面が長方形の四角柱を使用したが、巻枠の形状はこれに限定されない。製造するコイルの巻回形状に合わせて、断面が矩形や、その他の多角形や長円形などのものを使用できる。ただし、真円形のものは、線材の巻き始め箇所を特定することが難しいことから、好適とはいえない。
【００６０】
（４）巻枠部材２２は、必ずしも、２分割された巻枠からなるものを使用する必要はない。分割数は自由であり、また、１本の回転する柱の周囲に内外周に出没する複数の枠を形成し、巻き取った巻線を取り外す場合に、これらの枠を柱内に引き込んで巻枠の径を縮小するものも使用できる。
【００６１】
（５）本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１ 架台
２ 巻線部
３ ワイヤ供給部
４ 駆動部
２１ 円盤
２２ 巻枠部材
２２ａ 第１の巻枠
２２ｂ 第２の巻枠
２３ 始端クランプ
２３ａ 把持部
２３ｂ 嵌入孔
２３ｃ 係合部
２４ レール
２５ クランプストッパー
２５ａ ピン
２６ ガイドレール
２７ 開閉機構
２８ 巻枠ブレーキ
２９ 回転軸
３１ クランプカット部材
３１ａ クランプカッタ
３１ｂ 前後機構
３１ｃ ローラ
３２ テンション機構
３３ ワイヤ送りローラ
３４ Ｘ軸ガイド
３５ Ｙ軸ガイド
４１ 回転支持機構
４２ サーボモータ
４３ 駆動プーリ
４４ タイミングベルト
４５ 従動プーリ
４６ ロータリジョイント
４７ 制御装置
５０ ワイヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、コイルを製造する巻線装置及び巻線方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン発電機等において、固定子コイルが用いられている。固定子コイルは、固定子とコイルからなり、コイルの始端及び終端を電動機の極数に応じた固定子のスロットに挿入して接続することにより構成される。コイルはワイヤを渦巻状に巻回したものであり、このコイルを製造する巻線装置としては、従来から種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、コイル製造に伴う線材屑の発生を防止することができる巻線装置が提案されている。この装置では、回転部材に柱状の巻枠が取り付けられている。巻枠の先端には縦断溝が設けられており、ワイヤの始端をこの溝に導入し、回転部材を回転してワイヤを巻回する。
【０００４】
ここで、ワイヤの供給量を必要量より少なく制御して予備的な巻線作業を行うことにより、溝に挿入されている始端が滑り出し、所望の量まで短くなる。これによって、コイルの始端の余分な線材を切断する作業は不要となり、切断で生じる線材屑の発生を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０４６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、製造したコイルを固定子の各スロットに挿入する場合、固定子のスロット位置と、他のコイルと接続する整線位置とにより、それぞれのコイルの始端および終端に必要な長さが異なってくる。ここで、特許文献１に記載された巻線装置では、コイル終端の長さは、終端のカット位置によってある程度は調整できる。
【０００７】
これに対して、コイル始端の長さは溝から滑り出すワイヤの量によって決定される。そのため、溝の長さの範囲でしか長さを変えられず、さらに滑り出す量をワイヤ供給量で調整することは容易ではない。すなわち、特許文献１に記載の巻線装置で製造したコイルは、固定子にコイルを挿入して整線する際に異なる長さに対応させるために余分な始端を切断する必要があり、結局は線材屑が発生することが問題となる。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものである。その目的は、コイルの始端の長さの調整を可能とすることにより、固定子にコイルを挿入して整線する際に線材屑が発生しないコイルを製造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】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明の巻線装置は、以下の（ａ）〜（ｅ）の構成を有する。
（ａ）回転可能に設けられた巻枠
（ｂ）前記巻枠に線材を供給する供給機構
（ｃ）前記巻枠を回転して前記線材を巻枠に巻回する巻線機構
（ｄ）前記巻枠の円周方向外方に、前記巻枠と同軸に回転可能に設けられ、前記巻枠に巻回される線材の始端を把持する始端クランプ
（ｅ）前記供給機構、前記巻線機構、及び前記始端クランプを駆動する駆動機構
（ｆ）前記巻線機構に備えられた、前記巻枠における前記線材の巻き始め位置に対する前記始端クランプの位置を相対的に変更する位置変更機構
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の巻線装置の前方斜視図である。
【図２】（ａ）は始端クランプ２３の拡大斜視図である。（ｂ）はクランプストッパー２５の拡大斜視図である。
【図３】巻線装置の後方斜視図である。
【図４】巻線装置の平面図で、ワイヤを巻回した状態を示す。
【図５】実施形態のワイヤ始端受渡し工程を示すフローチャートである。
【図６】ワイヤ始端受渡し工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の正面模式図である。
【図７】ワイヤ始端受渡し工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の平面模式図である。
【図８】実施形態のコイル始端長さ調整工程を示すフローチャートである。
【図９】コイル始端長さ調整工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の正面模式図である。
【図１０】コイル始端長さ調整工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の平面模式図である。
【図１１】実施形態のコイル終端長さ調整工程を示すフローチャートである。
【図１２】コイル終端長さ調整工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の正面模式図である。
【図１３】コイル終端長さ調整工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
（１．実施形態の構成）
まず、本実施形態の巻線装置の構成について、図１〜４を参照して説明する。各図において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が装置幅方向、Ｙ軸が装置長手方向、Ｚ軸が装置高さ方向に延びるものとする。
【００１３】
（１−１．全体構成）
図１に示すように、巻線装置は、架台１に、ワイヤを巻回してコイルを形成する巻線部２と、巻線部２にワイヤを供給するワイヤ供給部３と、巻線部２及びワイヤ供給部３を駆動及び制御する駆動部４が設置されたものである。
以下、各部の構成について詳述する。
【００１４】
（１−２．巻線部の構成）
巻線部２は、大別すると、以下のものから構成される。
（ａ）ワイヤが巻回される巻枠部材２２
（ｂ）ワイヤ供給部３から供給されるワイヤの始端を把持する始端クランプ２３
（ｃ）円盤２１等から構成され、巻枠部材２２にワイヤを巻回してコイルを形成する巻線機構
なお、巻線機構は、巻枠部材２２と始端クランプ２３との位置を相対的に変更して位置変更機構も備えている。
【００１５】
巻枠部材２２は、円盤２１の表面上に突設されている。円盤２１は、円盤面の中心を通り円盤面に直交する回転軸２９に接続され回転可能となっている。巻枠部材２２は、第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂとの一対の巻枠から構成される。第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂは四角柱であり、それぞれ円盤面に対してＹ軸方向に延びるように突設している。双方の巻枠は円盤面の円中心Ｏから等距離に離隔して対向している。
【００１６】
第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂは断面が長方形である。本実施形態ではそれぞれの巻枠の、短尺の２つの面を側面とし、長尺の面のうち互いに向かい合う面を底面とし、底面と反対側の長尺の面を頂面とする。頂面は面取り加工されている。
【００１７】
ワイヤは、それぞれの巻枠の間を、側面から頂面に掛け渡されるように巻回される。形成されるコイルは横断方向断面が略長方形となる。
【００１８】
第１の巻枠２２ａは、円盤面側の基部から先端まで同一寸法である。これに対して、第２の巻枠２２ｂは、円盤面側の基部から先端に向かうにつれて側面が拡張し、全体として厚みが増す形状となっている。これは、巻線後に取り外したコイルを一束にまとめたときにワイヤが整然と高密度に整ったコイルを得るためである。
【００１９】
第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂは、ガイドレール２６を介して円盤２１に取り付けられている。ガイドレール２６は円盤２１の表面に敷設された一対のレールで、円盤面の円中心Ｏを通る垂直線に対してそれぞれが平行に延びる。第１の巻枠２２ａと第２の巻枠２２ｂの基部は、それぞれガイドレール２６上に取り付けられている。本実施形態では、第１の巻枠２２ａがガイドレール２６上を、Ｚ軸方向に移動可能に構成されている。この移動は、通常、円盤面に設けられた巻枠ブレーキ２８で抑止されている。開閉機構２７により、この巻枠ブレーキ２８は解除できる。
【００２０】
円盤２１の外周部には、巻枠部材２２を取り囲むように、リング状のレール２４が設けられている。始端クランプ２３は、このレール上を走行可能に設置されている。図２（ａ）に示すように、始端クランプ２３の正面側には把持部２３ａが設けられている。把持部２３ａは、ワイヤ供給部３から供給されるワイヤの始端を把持する。背面側には、嵌入孔２３ｂ、係合部２３ｃが設けられている。嵌入孔２３ｂが設けられている部分は、円盤の外周部から円周方向に外方へ突出している。
【００２１】
係合部２３ｃは、レール２４に係合する凹状の部材である。係合部２３ｃは、例えば圧縮バネの付勢力によりクランプ駆動されるバネ式クランプによって構成され、空気の出し入れによってバネ力を制御する。空気を抜いた状態では、バネ力がレール２４に付勢され、係合部２３ｃとレール２４との間に生じた摩擦力によって始端クランプ２３はレール２４上に固定保持される。反対に、空気を入れた状態ではバネが開放され、始端クランプ２３はレール２４上を走行可能となる。
【００２２】
円盤２１の外周部近傍に、クランプストッパー２５が設けられている。クランプストッパー２５は、図２（ｂ）に示すように、Ｌ字形状の支持具であり、架台１に載置される底面と架台１から垂直方向に立設する垂直面から構成される。垂直面の端部に垂直面に対して直角に延びるピン２５ａが設けられている。ピン２５ａは、図示しない空気圧操作機構によりＹ軸方向に伸縮する。始端クランプ２３が、円盤２１の円中心Ｏを通る水平線と交わる位置にあるとき、ピン２５ａをＹ軸方向に伸ばすと、ピン２５ａは始端クランプ２３の嵌入孔２３ｂに嵌入する。
【００２３】
（１−３．ワイヤ供給部の構成）
ワイヤ供給部３は、クランプカット部材３１、ワイヤ送りローラ３３、テンション機構３２から構成される。ワイヤ供給部３全体は、Ｙ軸ガイド３５上に設置されている。Ｙ軸ガイド３５は、Ｙ軸方向に延びるレール３５ａとモータ３５ｂとから構成され、ワイヤ供給部３をＹ軸方向に移動させる。
【００２４】
Ｙ軸ガイド３５上において、巻線部２に近い方から、クランプカット部材３１、ワイヤ送りローラ３３、テンション機構３２が、円盤２１の円中心Ｏからの水平な位置に配置される。テンション機構３２、ワイヤ送りローラ３３は、図示しない繰り出し装置から繰り出されたワイヤを支持及び運搬し、クランプカット部材３１に受け渡す。
【００２５】
クランプカット部材３１はクランプカッタ３１ａと、前後機構３１ｂと、ローラ３１ｃとから構成される。クランプカッタ３１ａは、ワイヤを把持する把持機構とワイヤを切断するカッターを兼ね備える。前後機構３１ｂは、クランプカッタ３１ａをＹ軸方向に少量移動させる機構で、巻線時に、クランプカッタ３１ａがワイヤを傷付けないようにワイヤ供給ライン上からクランプカッタ３１ａを退避させる。ローラ３１ｃは、巻線部２に供給されるワイヤを支持する。
【００２６】
クランプカット部材３１は、Ｘ軸ガイド３４上に設けられている。Ｘ軸ガイド３４は、Ｘ軸方向に延在するレール３４ａとモータ３４ｂとから構成され、クランプカット部材３１をＸ軸方向に移動させる。
【００２７】
（１−４．駆動部の構成）
駆動部４は、巻線部２及びワイヤ供給部３を駆動する駆動機構とその駆動機構を制御する制御装置４７とで構成される。
【００２８】
まず、駆動機構について説明する。回転支持機構４１は、円盤２１の背面側に設けられ、回転軸２９を回転駆動する。回転力は、サーボモータ４２から、駆動プーリ４３、タイミングベルト４４、従動プーリ４５を介して、回転支持機構４１に伝達される。サーボモータ４２は、回転支持機構４１の回転量や速度等を適宜制御可能である。回転支持機構４１の制御により、巻枠部材２２の回転量を制御し、コイルの巻量を設定することができる。
【００２９】
図示しないが、駆動部４は、空気圧供給機構を備える。この空気圧供給機構により始端クランプ２３、クランプカッタ３１ａ、クランプストッパー２５、開閉機構２７及び巻枠ブレーキ２８が駆動される。空気圧は、従動プーリ４５に係合されたロータリジョイント４６により、回転支持機構４１を介して各部材へ供給される。これにより、円盤２１が回転しても各部材に空気圧を供給することができる。
【００３０】
制御装置４７は、架台１内に設けられている。制御装置４７は、各機器との入出力インターフェースを有するプログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）とマンマシンインターフェースであるタッチスクリーンパネルから構成される。制御装置４７は、巻線装置の起動／停止指令や各種パラメータ設定等を行う。制御装置４７は、ＰＬＣとタッチスクリーンパネルの組み合わせ以外に、ＣＰＵ、記憶部、インターフェース、表示部、入力部、機構制御部、通信部などを有する通常のコンピュータでも良い。制御装置４７は、ＣＰＵがプログラムに基づいて実施する機能として、駆動機構を制御する機能や、表示部、入力部により各種パラメータ設定等を行う機能等を有する。
【００３１】
制御装置４７は、例えば、コイルの巻線量に応じて算出された巻枠部材２２の回転数に応じて、サーボモータ４２の回転量を制御する。なお、モータの駆動電源や制御装置４７用の制御電源等は図示していないが、外部機器等により適宜供給される。
【００３２】
（２．本実施形態の作用）
次に、本発明の実施形態の作用について、図５〜１３を参照して説明する。
本実施形態の巻線装置でコイルを形成する工程は、大別して以下の３つの工程からなる。
（１）ワイヤ始端受け渡し
（２）コイル始端長調整（巻線開始）
（３）コイル終端長調整（巻線終了）
以下、各工程について詳細に説明する。
【００３３】
（２−１．ワイヤ始端受け渡し）
図５に、ワイヤ供給部３から巻線部２へのワイヤ始端受け渡し工程のフローチャートを示す。さらに、図６及び図７において、この工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の位置関係を模式的に示す。なお、図７においては、巻枠部材２２は（ａ）のみに図示し、（ｂ）〜（ｅ）においては図示を省略している。
【００３４】
（ステップＳ０１：図６（ａ），図７（ａ））
図示しない繰り出し装置から繰り出されたワイヤ５０は、テンション機構３２及びワイヤガイド２３によって運搬され、その始端をクランプカット部材３１のクランプカッタ３１ａに把持される。図７（ａ）に示すように、始端クランプ２３は係合部２１ｃの駆動により円盤２１のレール２４に固定保持されており、（Ｘ１，Ｙ２）に位置している。クランプカッタ３１ａは（Ｘ１，Ｙ１）に位置する。また、第１の巻枠２２ａ及び第２の巻枠２２ｂは円盤２１の円中心Ｏに直交する垂直線上に位置している。
【００３５】
（ステップＳ０２：図６（ｂ），図７（ｂ）〜（ｄ））
ワイヤ５０の始端を把持したクランプカット部材３１は、下記（ａ）〜（ｃ）に示すように移動される。移動はＹ軸ガイド３５及びＸ軸ガイド３４によってなされる。
（ａ）Ｙ軸方向に、円盤２１の円盤面から遠ざかるように移動し、（Ｘ２，Ｙ１）の位置で停止する（図７（ｂ））。
（ｂ）Ｘ軸方向に、円盤２１の円中心Ｏに近づくように移動し、（Ｘ２，Ｙ３）の位置で停止する（図７（ｃ））。
（ｃ）Ｙ軸方向に、円盤２１の円盤面へ近づくように移動し、（Ｘ１，Ｙ３）の位置で停止する（図７（ｄ））。
【００３６】
上記移動によって、始端クランプ２３を跨ぐように移動して円盤２１の円中心Ｏに近づく。かかる移動の結果、図６（ｂ）に示すように、クランプカット部材３１に把持されているワイヤ５０は、始端クランプ２３の把持部２３ａ内に挿通された状態となる。
【００３７】
（ステップＳ０３：図６（ｂ），図７（ｄ））
ここで把持部２３ａを駆動することにより、ワイヤ５０は始端クランプ２３に把持される。同時に、クランプカット部材３１のクランプカッタ３１ａを解除してクランプカット部材３１からワイヤ５０を解放する。これによって、ワイヤ５０の始端はクランプカット部材３１から始端クランプ２３へ受け渡しされる。
【００３８】
（ステップＳ０４：図６（ｃ），図７（ｅ））
上記ステップＳ０２の（ａ）〜（ｃ）の移動を、逆の順序で行う。すなわち、クランプカット部材は、始端クランプ２３を跨ぐように、円盤２１の円中心Ｏから離れる方向に移動する。これによって、クランプカット部材３１は受け渡し工程開始位置の（Ｘ１，Ｙ１）に戻り、受け渡し工程が完了する。なお、クランプカット部材３１のクランプカッタ３１ａは前後機構３１ｂによってＹ軸方向に移動され、ワイヤ５０に接触しないように退避される。
【００３９】
（２−３．コイル始端長調整（巻線開始））
図８に、コイルの始端となる部分の長さを調整して巻線を開始する工程のフローチャートを示す。さらに、図９及び図１０において、この工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の位置関係を模式的に示す。なお、上述したように巻枠２２ｂは基部から先端にかけて厚みが増す形状となっているため、正面及び平面から見た際に巻枠２２ａと同一形状とはならないが、説明の便宜上、図９及び図１０においては同一形状に表示している。
【００４０】
（ステップＳ０５）
クランプストッパー２５を駆動し、ピン２５ａを伸ばして始端クランプ２３の嵌入孔２３ｂに嵌入する。これにより、始端クランプ２３はクランプストッパー２５に係止される。続いて、始端クランプ２３の係合部２３ｃを解除して、レール２４への固定保持を解除する。
【００４１】
（ステップＳ０６：図９（ａ），図１０（ａ））
サーボモータ４２を駆動し、回転支持機構４１を回転する。その回転は回転軸２９を介して円盤２１に伝達される。上述したように、始端クランプ２３はレール２４への固定保持を解除されかつクランプストッパー２５で係止されている。そのため、レール２４は始端クランプ２３の係合部２３ｃ内を摺動するのみで、始端クランプ２３は回転しない。図９（ａ）に示すように、巻枠部材２２のみが回転して、円中心Ｏの垂直線上にあった元の位置から角度α回転した位置で停止する。これによって、巻枠部材２２に対する始端クランプ２３の位置が相対的に変更された状態となる。
【００４２】
（ステップＳ０７）
始端クランプ２３の係合部２３ｃを再び駆動して、始端クランプ２３をレール２４に係合固定させる。続いて、クランプストッパー２５のピン２５ａを始端クランプ２３の嵌入孔２３ｂから引き抜く。これにより、始端クランプ２３は回転抑止状態を解除され、巻枠部材２２と共に回転可能な状態となる。さらにステップＳ０６で変更された巻枠部材２２に対する位置が固定される。
【００４３】
（ステップＳ０８：図９（ｂ），図１０（ｂ））
サーボモータ４２を再び駆動し、巻線を開始する。円盤２１の回転に従って、始端クランプ２３が円周方向に移動する。この移動により、始端クランプ２３に始端を把持されたワイヤ５０が引き出され、巻枠２２ｂの頂面の面取りされた角部に接触する。この接触位置がワイヤ５０の巻き始め位置となる。その後さらに回転を進めると、図９（ｂ）に示すように、ワイヤ５０は巻枠２２ｂの頂面から側面へ、巻枠２２ａの側面から頂面へ掛け渡されるように巻回されていく。ワイヤ５０の、始端クランプ２３から巻き始め位置までの部分がコイル始端Ｌ１となる。
【００４４】
図９（ｃ）に示すように、コイル始端Ｌ１の長さは、巻始め位置と始端クランプ２３までの距離である。この距離は以下の二つの要素で決定される。
（ａ）巻始め位置…図９（ｃ）に示すように、巻枠部材２２の回転方向からみて、巻枠２２ａ及び２２ｂのそれぞれの側面から頂面に入る角部と、頂面から側面に入る角部のどちらが巻始め位置となるかによって、始端Ｌ１の最長・最短の長さの範囲が決定される。
（ｂ）始端クランプ２３の位置…巻始め位置に対して始端クランプ２３を変化させることによって、（ａ）で定められた始端Ｌ１の長さの範囲内で、コイル始端Ｌ１の長さが決定される。
【００４５】
必要とされるコイル始端Ｌ１の長さに応じて、上記（ａ）及び（ｂ）の要素を決定し、これらの要素から巻枠部材２２の回転角度αを算出する。この回転角度αを制御装置４７に予め設定しておくことによって、コイル始端Ｌ１の長さを調整し、所望の長さとすることができる。
【００４６】
（２−４．コイル終端長調整（巻線終了））
図１１に、巻線終了後、コイル終端長を調整して切断する工程のフローチャートを示す。さらに、図１２及び図１３において、この工程における巻線部２及びワイヤ供給部３の位置関係を模式的に示す。なお、図１２及び図１３においても、説明の便宜上、第１の巻枠２２ａ及び第２の巻枠２２ｂを同一形状に図示している。
【００４７】
（ステップＳ０９：図１２（ａ），図１３（ａ））
ワイヤ５０が巻枠部材２２に巻回されるに従って、ワイヤ供給部３は円盤２１の円盤面から遠ざかるように、Ｙ軸方向に移動していく。それによって、図１３（ａ）に示すように、ワイヤ５０は重なり合うことなく螺旋を描いて巻枠部材２２に巻回され、コイルを形成する。
【００４８】
サーボモータ４２と、ワイヤ供給部３を移動するＹ軸ガイド３５を停止することによって巻線は終了する。巻枠部材２２に巻かれたワイヤ５０は、図１２（ａ）に示すように、巻枠２２ｂの角部において巻枠部材２２から離れる。このワイヤ５０が離れる位置がワイヤの巻き終わり位置となる。
【００４９】
この巻き終わり位置からカットクランプ部材３１のローラ３１ｃまでの長さは、巻枠部材２２の停止位置によって変化する。巻枠部材２２の停止位置は、巻枠部材２２の回転角度によって変更することができる。
【００５０】
例えば、図１２（ａ）においては、巻枠部材２２の停止位置は、円中心Ｏの垂直線から角度β回転した位置である。この位置で巻枠部材２２を停止させるための、巻線開始から終了までの巻枠部材２２の回転角度θは、以下の式で求められる。
θ（deg.）＝３６０×Ｎ（回転数）＋β
【００５１】
（ステップＳ１０：図１２（ｂ），図１３（ｂ））
巻線終了時、図１３（ａ）に示すように、クランプカット部材３１はＹ軸ガイド３５によって（Ｘ３，Ｙ１）の位置に移動している。このクランプカット部材３１を、Ｘ軸ガイド３４によって、円盤２１の円中心Ｏに近づくように、Ｘ軸方向に移動する。クランプカット部材３１のローラ３１ｃが、間に支持したワイヤ５０を扱きながら移動する。クランプカット部材３１は（Ｘ３，Ｙ２）の位置で停止する。
【００５２】
（ステップＳ１１：図１２（ｃ），図１３（ｃ））
前後機構３１ｂを駆動し、退避していたクランプカット部材３１のクランプカッタ３１ａ内に、ワイヤ５０を挿通させる。クランプカッタ３１ａを駆動し、ワイヤ５０を切断する。切断されたワイヤ５０の、ワイヤ供給部３側の端部はクランプカッタ３１ａに把持され、次に形成するコイルの始端となる。
【００５３】
ワイヤ５０の、巻枠部材２２における巻き終わり位置から、切断位置までの部分が、コイル終端Ｌ２となる。このコイル終端Ｌ２の長さは、上述のステップＳ０９での、巻枠部材２２の停止位置によって変化する。言い替えれば、巻枠部材２２における巻き終わり位置に対するクランプカット部材３１の位置を相対的に変更することで、コイル終端Ｌ２の長さを調整することができ、所望の長さとすることができる。
【００５４】
この後、次のコイルの始端を把持したワイヤ供給部３は円盤２１の円中心Ｏから離れるようにＸ軸方向に移動し、完成したコイルの取り出しの邪魔にならない位置に後退する。そして、開閉機構２７によって巻枠ブレーキ２８を解除し、第１の巻枠２２ａを第２の巻枠２２ｂに向かって移動し、作業者がコイルを巻枠部材２２から取り外す。
【００５５】
（３．本実施形態の効果）
以上述べた実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）巻線開始前に、始端クランプ２３の位置を保持したまま、巻枠部材２２を回転することによって、コイル始端Ｌ１の長さを変更することができる。すなわち、巻枠部材２２におけるワイヤ５０の巻き始め位置に対する始端クランプ２３の位置を、相対的に変更することで、始端の長さを調節することができる。巻枠部材２２の回転角度は予め設定しておくことができるので、始端長の調節は容易に行うことができる。異なる始端長のコイルを一つの巻線装置で製造する場合でも、コイル毎に必要な巻枠部材２２の回転角度をプログラミングしておくことにより、そのようなコイルを自動的に製造することができる。巻枠の付け替えや手作業での調整が不要であるため、作業効率が向上する。さらに、このように始端長さを適宜変更したコイルは、固定子に挿入して整線する際の線材屑の発生を防ぐことができる。これにより、作業効率を向上し、かつ線材の無駄な消費や、線材屑廃棄のコストを減少させることができる。
【００５６】
（２）さらに、巻線終了時に、巻枠部材２２の停止位置を変更することによって、コイル終端Ｌ２の長さも変更することができる。すなわち、巻枠部材２２におけるワイヤ５０の巻き終わり位置に対する始端クランプ２３の位置を、相対的に変更することで、終端の長さ調節が可能である。クランプカッタ３１ａをＸ軸方向に移動させることで、終端の長さはある程度調整することはできる。しかしながら、巻枠部材２２の停止位置の変更は、巻枠部材の回転量の設定を変更するだけなので、より簡単に、より広い範囲で終端の調節ができる。コイル始端長Ｌ１と同様に、予めプログラミングしておくことで、１つの巻線装置で始端長の異なるコイルを容易に製造可能である。
【００５７】
（４．他の実施形態）
本発明は、図示の実施形態に限定されるものではなく、下記の様な他の実施形態も包含する。
（１）上記実施形態においては、前記実施形態は、巻枠部材２２を設けた円盤２１の外周部にリング状のレール２４を設け、このレール２４に始端クランプ２３を係合させた。しかしながら、この構成に変えて、円盤２１ａと別個の回転体、例えば円盤２１ａより大径の円盤の外周部に始端クランプ２３を設ける構成としてもよい。その場合、小径の円盤２１ａと大径の円盤とを重ね合わせ、これら２枚の円盤を係合する係合部材を設け、これらが一体的または別個に回転するように切り替えるようにしてもよい。
【００５８】
（２）上記実施形態においては、円盤の回転と始端クランプの係合・位置保持を組み合わせて巻枠部材２２と始端クランプ２３の相対的な位置を変更させる機構としたが、巻枠部材２２と始端クランプ２３のそれぞれにモータやギアなどの駆動機構を設けることもできる。例えば、上記（１）と同様に、始端クランプ２３は、円盤２１ａと別個の回転体、例えば円盤２１ａより大径の円盤の外周部に設ける。この大径の円盤の外周に歯部を設けて歯車状とし、この円盤に、モータに接続された他の歯車を噛合させる構成とする。ワイヤ５０の巻き始めは、巻枠部材２２又は始端クランプ２３をその駆動機構で移動させた後、双方の夫々の駆動機構で同期して回転させてもよいし、両者をブレーキ機構で一体化した後にいずれかの駆動機構で両者を回転させてもよい。
【００５９】
（３）上記実施形態においては、巻枠として断面が長方形の四角柱を使用したが、巻枠の形状はこれに限定されない。製造するコイルの巻回形状に合わせて、断面が矩形や、その他の多角形や長円形などのものを使用できる。ただし、真円形のものは、線材の巻き始め箇所を特定することが難しいことから、好適とはいえない。
【００６０】
（４）巻枠部材２２は、必ずしも、２分割された巻枠からなるものを使用する必要はない。分割数は自由であり、また、１本の回転する柱の周囲に内外周に出没する複数の枠を形成し、巻き取った巻線を取り外す場合に、これらの枠を柱内に引き込んで巻枠の径を縮小するものも使用できる。
【００６１】
（５）本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１ 架台
２ 巻線部
３ ワイヤ供給部
４ 駆動部
２１ 円盤
２２ 巻枠部材
２２ａ 第１の巻枠
２２ｂ 第２の巻枠
２３ 始端クランプ
２３ａ 把持部
２３ｂ 嵌入孔
２３ｃ 係合部
２４ レール
２５ クランプストッパー
２５ａ ピン
２６ ガイドレール
２７ 開閉機構
２８ 巻枠ブレーキ
２９ 回転軸
３１ クランプカット部材
３１ａ クランプカッタ
３１ｂ 前後機構
３１ｃ ローラ
３２ テンション機構
３３ ワイヤ送りローラ
３４ Ｘ軸ガイド
３５ Ｙ軸ガイド
４１ 回転支持機構
４２ サーボモータ
４３ 駆動プーリ
４４ タイミングベルト
４５ 従動プーリ
４６ ロータリジョイント
４７ 制御装置
５０ ワイヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に設けられた巻枠と、
前記巻枠に線材を供給する供給機構と、
前記巻枠を回転して前記線材を巻枠に巻回する巻線機構と、
前記巻枠の円周方向外方に、前記巻枠と同軸に回転可能に設けられ、前記巻枠に巻回される線材の始端を把持する始端クランプと、
前記供給機構、前記巻線機構、及び前記始端クランプを駆動する駆動機構と、を有し、
前記巻線機構が、前記巻枠における前記線材の巻き始め位置に対する前記始端クランプの位置を相対的に変更する位置変更機構を備えることを特徴とする巻線装置。
【請求項２】
前記供給機構は、前記線材の始端を把持して前記始端クランプに受け渡し、前記巻枠に巻回された線材の終端を切断するクランプカッタを備え、
前記位置変更機構は、前記巻枠における線材の巻き終わり位置に対する前記クランプカッタの位置を相対的に変更することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
【請求項３】
前記位置変更機構は、
回転可能に設けられた円盤と、
前記円盤の外周部に設けられたリング状のレールとを備え、
前記円盤の表面に巻枠が設けられ、
前記始端クランプは前記リング状のレールに沿って移動可能に且つ前記レールの所定位置に固定可能に設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の巻線装置。
【請求項４】
前記位置変更機構は、
回転可能に設けられた円盤と、
前記円盤の外周部に設けられた回転体とを備え、
前記円盤の表面に巻枠が設けられ、
前記回転体の外周に前記始端クランプが設けられ、
前記円盤と回転体とは、一体に又は別体に回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻線装置。
【請求項５】
前記位置変更機構は、
回転可能に設けられた円盤と、
前記円盤の外周部に設けられた回転体とを備え、
前記円盤の表面に巻枠が設けられ、
前記回転体の外周に前記始端クランプが設けられ、
前記円盤と前記回転体とに別個に設けられた回転機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻線装置。
【請求項７】
回転可能に設けられた巻枠に線材を巻回する巻線方法において、
前記巻枠の円周方向外方に、前記巻枠と同軸に回転可能に設けられた始端クランプに、前記線材を供給し、前記線材の始端を把持させるステップと、
前記巻枠における線材の巻き始め位置に対する前記始端クランプの位置を、相対的に変更して、前記線材の始端長を調整するステップと、
前記巻枠と前記始端クランプとを回転させ、前記始端クランプに始端を把持された線材を巻枠に巻回させるステップと、
を有することを特徴とする巻線方法。
【請求項８】
前記巻枠における線材の巻き終わり位置に対して、前記線材の終端を切断するクランプカッタの相対的な位置を変更した後に、前記クランプカッタにより前記線材の終端を切断することで、前記線材の終端長を調整するステップを更に有することを特徴とする請求項７に記載の巻線方法。
【請求項１】
回転可能に設けられた巻枠と、
前記巻枠に線材を供給する供給機構と、
前記巻枠を回転して前記線材を巻枠に巻回する巻線機構と、
前記巻枠の円周方向外方に、前記巻枠と同軸に回転可能に設けられ、前記巻枠に巻回される線材の始端を把持する始端クランプと、
前記供給機構、前記巻線機構、及び前記始端クランプを駆動する駆動機構と、を有し、
前記巻線機構が、前記巻枠における前記線材の巻き始め位置に対する前記始端クランプの位置を相対的に変更する位置変更機構を備えることを特徴とする巻線装置。
【請求項２】
前記供給機構は、前記線材の始端を把持して前記始端クランプに受け渡し、前記巻枠に巻回された線材の終端を切断するクランプカッタを備え、
前記位置変更機構は、前記巻枠における線材の巻き終わり位置に対する前記クランプカッタの位置を相対的に変更することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
【請求項３】
前記位置変更機構は、
回転可能に設けられた円盤と、
前記円盤の外周部に設けられたリング状のレールとを備え、
前記円盤の表面に巻枠が設けられ、
前記始端クランプは前記リング状のレールに沿って移動可能に且つ前記レールの所定位置に固定可能に設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の巻線装置。
【請求項４】
前記位置変更機構は、
回転可能に設けられた円盤と、
前記円盤の外周部に設けられた回転体とを備え、
前記円盤の表面に巻枠が設けられ、
前記回転体の外周に前記始端クランプが設けられ、
前記円盤と回転体とは、一体に又は別体に回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻線装置。
【請求項５】
前記位置変更機構は、
回転可能に設けられた円盤と、
前記円盤の外周部に設けられた回転体とを備え、
前記円盤の表面に巻枠が設けられ、
前記回転体の外周に前記始端クランプが設けられ、
前記円盤と前記回転体とに別個に設けられた回転機構を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の巻線装置。
【請求項７】
回転可能に設けられた巻枠に線材を巻回する巻線方法において、
前記巻枠の円周方向外方に、前記巻枠と同軸に回転可能に設けられた始端クランプに、前記線材を供給し、前記線材の始端を把持させるステップと、
前記巻枠における線材の巻き始め位置に対する前記始端クランプの位置を、相対的に変更して、前記線材の始端長を調整するステップと、
前記巻枠と前記始端クランプとを回転させ、前記始端クランプに始端を把持された線材を巻枠に巻回させるステップと、
を有することを特徴とする巻線方法。
【請求項８】
前記巻枠における線材の巻き終わり位置に対して、前記線材の終端を切断するクランプカッタの相対的な位置を変更した後に、前記クランプカッタにより前記線材の終端を切断することで、前記線材の終端長を調整するステップを更に有することを特徴とする請求項７に記載の巻線方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１０５７９５（Ｐ２０１３−１０５７９５Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６９４３（Ｐ２０１１−２４６９４３）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【出願人】（５００４１４８００）東芝産業機器製造株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（３９１０１７５４０）東芝ＩＴコントロールシステム株式会社 (107)
【出願人】（５００４１４８００）東芝産業機器製造株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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