JP2003501824A - 電気変圧器の連続巻装方法と装置 - Google Patents

電気変圧器の連続巻装方法と装置

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JP2003501824A JP2001502125A JP2001502125A JP2003501824A JP 2003501824 A JP2003501824 A JP 2003501824A JP 2001502125 A JP2001502125 A JP 2001502125A JP 2001502125 A JP2001502125 A JP 2001502125A JP 2003501824 A JP2003501824 A JP 2003501824A
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ラーラナガ，ジャビエル・イグナシオ
クリニティ，ジョセフ
キャンベル，トーマス・アール
アタリアン，ファーシッド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気材料を連続的に巻装して電気変圧器の巻装鉄芯を形成する。 【解決手段】 巻装治具の中に形成された空所の中に１対の巻枠（１２、１４）を挿入し、磁気材料（２４）を巻装治具に送込んで、磁気材料が円形巻装動作に送りこまれて、１対の巻枠に形成された開口（２２）の中に磁気材料の前縁が連続的に通されて巻装変圧器鉄芯を形成するようにし、磁気材料を切断して後縁（２６）を形成し、前記後縁をその下にある巻装変圧器鉄芯材料に固定し、巻装変圧器鉄芯を所定の形に整形する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は全般的に電気変圧器、さらに具体的に言えば、予め巻装されたコイ
ルの巻枠の中に磁気鉄芯ストリップを連続的に巻装する方法と装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
公知のように、電子産業では、印刷配線板及び回路遮断装置を持つ電気変圧器
を使うことを含めて、電気変圧器、例えば変流器が多方面の用途に屡々使われて
いる。電気変圧器は回路板に電力を供給することができるとともに、回路板の１
次回路の電流を感知することが出来る。電気変圧器が回路板に適切な電力を供給
するために、変圧器は高い透磁率の鉄芯を持ち、変圧器のコイルは必要な電圧を
発生するためのワイヤ・ターンを有する。ごく普通の１つの従来の変圧器はトロ
イダル形巻装変圧器である。トロイダル形巻装変圧器に伴う欠点は、製造及び巻
装の過程が非常に時間がかかって、コストがかかることである。
【０００３】 最近、関連する電子業界は、一層小型の変圧器の連続積層鉄芯または閉じた磁
気鉄芯の周りにコイルを巻装するようになった。現在、大抵の電気変圧器製造方
法は、用途に必要な鉄芯装置を作るために積層磁気材料を使うことを必要として
いる。積層鉄芯過程は、回路遮断装置、例えば、遮断器、継電器等に使われる電
気変圧器に対する業界基準になっているが、この方法は本質的に複雑であり、労
働集約形で故障しがちである。
【０００４】 従って、上に述べた全ての変圧器巻装方法は労働集約形の方法であってコスト
がかかる。そのため、電気変圧器を作るのに、それほど労働集約形ではなく、全
体的に自動化された方法があれば望ましい。
【０００５】
【発明の概要】
この発明は電気変圧器を作るのに使われる連続鉄芯巻装方法及び巻装装置を対
象とする。組立てられた状態では、好ましい電気変圧器は第１及び第２の巻枠を
持つ２重コイル変圧器で構成される。電気変圧器は第１の巻枠を持つ単一コイル
変圧器の形にしてもよい。第１及び第２の巻枠の各々の周りにはワイヤ・ターン
が配置されている。ワイヤ・ターンの間で電気接続を施して、互いに電気接続す
る。各々の巻枠が中心開口を持ち、その中に磁気材料ストリップを連続的に巻装
して、巻装変圧器鉄芯を形成する。
【０００６】 実施例では、装置が第１のステーション、第２のステーション及び第３のステ
ーションを有する。第１のステーションでは、原磁気材料ストリップを原料リー
ルから繰出し、磁気材料ストリップが巻装機構に輸送されるとき、所定量の原磁
気材料ストリップを送込んで測定する。巻装機構では、磁気材料ストリップを各
々の巻枠の開口の中に連続的に巻装して、巻装変圧器鉄芯を形成する。所定量の
磁気材料ストリップを巻枠の中に巻装した後、磁気材料ストリップを所定の測定
された場所で切断して、材料の後縁を作る。第２のステーションでは、後縁を適
当な方法、例えば後縁をその下にあるコイルにプラズマ溶接することにより、そ
の下にあるコイルに固定する。第３のステーションでは、磁気材料の巻装鉄芯を
全体的に方形というような所望の形に圧印加工(coining) する。
【０００７】 この発明の装置はマイクロプロセッサによって制御することが好ましく、これ
によって装置の全ての機械的及び電気的な部品が好ましくは一体化されて、最適
品質の製品を達成するとともに最適の製造サイクルを達成する。この発明の装置
を使って、巻枠に磁気材料ストリップを巻装するこの発明の方法は、従来に比べ
て、かかる時間がより短い方法になる。
【０００８】 この発明の上記並びにその他の特徴及び利点は、以下詳しく説明するところ並
びに図面から当業者によく理解されよう。
【０００９】 図面全体にわたり、同様な部分には同じ参照数字を用いている。
【００１０】
【発明の詳しい説明】
図１には、この発明の方法及び装置に従って作られる一例の電気変圧器が全体
を１０で示されている。この実施例では、電気変圧器１０が第１の巻枠１２及び
第２の巻枠１４を持つ２重コイル変圧器を構成している。第１及び第２の巻枠１
２及び１４の各々の周りにはワイヤ・ターン（図に示してない）が配置されてい
るが、これを使うことは公知である。ワイヤの間で電気接続がほどこされる。典
型的には、この電気接続は少なくとも１つの電気ワイヤ１６によって形成される
。図示の実施例では、各々の巻枠１２及び１４には１対のスロット１８が形成さ
れている。スロット１８が、各々の巻枠１２及び１４の回りに配置されたワイヤ
・ターンの間を伸びる１対の電気ワイヤ１６に対するアクセス場所になる。１対
の電気ワイヤ１６の各々が電気突起１７に終端し、これが電気変圧器１０を別の
装置に電気接続する手段になる。公知のように、巻枠を取巻いていて、ターン・
ワイヤが巻きつけられた巻枠はコイルと呼ぶのが普通である。さらに各々の巻枠
１２及び１４が、その側面から外向きに伸びる耳２０を持っている。耳２０は、
道具装置に対して変圧器集成体を中心合わせするように設計されている。中心開
口２２が各々の巻枠１２及び１４に形成されている。この実施例では、中心開口
が全体として方形であるが、中心開口２２が種々の形を持っていてよいことを承
知されたい。
【００１１】 電気変圧器１０が磁気材料２４の巻装鉄芯を持っており、図示の実施例では、
これが第１及び第２の巻枠１２及び１４の中心開口２２に通されている。磁気材
料２４は、開口１２を通って第１及び第２の巻枠１２及び１４の回りに連続的に
巻装されて巻装変圧器鉄芯を形成する磁気材料ストリップの形であることが好ま
しい。磁気材料２４を夫々第１及び第２の巻枠１２及び１４の回りに所定の厚さ
まで巻装した後、それを所定の場所で切断して、磁気材料２４の後縁２６を形成
する。後縁２６をその下にある磁気材料２４のコイル部分に溶接することにより
、後縁２６が磁気材料２４の残りの部分に固定される。電気変圧器１０が、開口
２２がその中に形成された単一巻枠１２を持っていて、磁気材料２４が単一巻枠
１２の開口２２を通るように巻装されても、この発明の範囲内である。
【００１２】 図１の電気変圧器１０は、種々の状況で使うことができ、好ましい実施例では
、電気変圧器１０が回路遮断装置、例えば、遮断器、継電器等に使われる。電気
変圧器１０は特にこういう装置内の電流を感知する装置として使われる。
【００１３】 図１、並びに電気変圧器１０の１つまたはさらに多くの巻枠１２、１４の回り
に磁気材料鉄芯２４を巻装する一例の連続巻装方法及び装置を示した図２−７を
参照する。この例の装置３０は、広く、複数個のステーションを持つものとみな
すことができ、各ステーションでは少なくとも１つの特定のタスクが実施される
。例えば、装置３０が所定量の原磁気材料２４がリールから繰出される第１段、
磁気材料２４が送込まれて測定される第２段、磁気材料２４が１つまたはさらに
多くの巻枠１２、１４に巻装される第３段、磁気材料２４の１端（後縁２６）が
切断され、その下にあるコイル状磁気材料２４に当ててしっかりと保持される第
４段を含む第１のステーション３２を含む。第２のステーション３４が設けられ
て、後縁２６をその下にある磁気材料２４のコイル状部分にしっかりと結合して
、磁気材料２４が１つまたはさらに多くの巻枠１２，１４の回りにしっかりと巻
付けられるようにする。第３のステーション３６で、磁気材料２４を全体的に方
形のような所望の所定の形に圧印加工することが好ましい。
【００１４】 上に述べた種々のタスクは、装置３０の複数個のステーションまたは部分の間
で異なる形で割振ることができることが出来ることを承知されたい。上に述べた
ステーションは、例として述べたものであり、この発明の範囲を制限するもので
はない。言い換えれば、例として、切断機の能力を第１のステーション３２の中
に取り入れる代りに、磁気材料２４を切断する別個のステーションを装置３０に
設計することができる。図示のように、装置３０の部品が支持ベンチ３３に取付
けられる。
【００１５】 図１及び３について説明すると、磁気材料２４は種々の寸法で利用することが
でき、特に磁気材料２４はある範囲の幅及び厚さで利用し得る。電気変圧器１０
を製造するとき、巻枠１２及び１４の回りの磁気材料２４のコイル・ターンの数
（磁気材料２４の総量）は装置３０に送込まれる磁気材料２４の厚さに関係する
。
【００１６】 次に第１のステーション３２の第１段及び第２段について説明すると、普通の
送込み装置を使って、磁気材料２４を装置３０に供給することができる。実施例
では、磁気材料２４が、リール４０に設けられた磁気材料ストリップとして供給
される。全体を４２で示した繰出し集成体を設けて、リール４０から磁気材料２
４を巻解く。繰出し集成体４２は、磁気材料２４を容易に且つ正しく装置３０に
送込まれるように、モータ式にしてもしなくてもよい。
【００１７】 モータ式繰出し集成体４２が、リール４０から磁気材料２４を巻解くように作
用するモータ４７を使うことを含めた種々の手段によって駆動される。さらに好
ましい実施例は、磁気材料２４を第１のステーション３２へ駆動するように作用
する１対のピンチ・ローラ５４及び５６を駆動するように作用するサーボモータ
４１を含む。サーボモータ４１は、所定量の磁気材料２４を装置３０の第１のス
テーション３２に送込むことができるようにする符号化器４３を含むことが好ま
しい。符号化器４３が、サーボモータ４１の駆動作用によって送込まれる材料の
量を測定する。
【００１８】 電気変圧器の分野で公知のように、積層された、またはこの発明の場合は連続
的なコイル（巻付けられる磁気材料鉄芯２４）の磁気材料２４の量（表面積）は
、変圧器の電流出力に関係する。第２段では、装置３０は、第１及び第２の巻枠
１１２及び１４の回りに巻付けるべき磁気材料ストリップ２４の正しい量を送込
んで、正確に測定する手段を持っている。１実施例では、約１１０吋の磁気材料
２４がステーション３２に送込まれ、これからさらに詳しく説明するように、そ
の中に配置された巻枠１２及び１４の回りに巻付けられる。第１のステーション
３２に送込むのに、磁気材料２４の所望量がいくらになるかを決定するとき、符
号化器４３が送込まれる磁気材料２４の長さを連続的に測定して、第１のステー
ション２４に送込むべき磁気材料２４の正しい量を容易に決定することができる
ようにする。この代りに、送込む磁気材料２４の長さは、サーボモータ４１では
なく、正規のモータによって決定することもでき、この場合、正規のモータは材
料の長さを測定するレゾルバを含んでいる。
【００１９】 随意選択により、さらに装置３０が、装置３０の第１のステーション３２に送
込まれる磁気材料２４の量をやはり測定する外部の符号化器（図に示してない）
を含んでいる。これは、サーボモータ４１の内部に含まれている符号化器４３に
対する支援装置として作用して、所望の適正な量の磁気材料が第１のステーショ
ン３２に送込まれるようにする。この発明の装置３０と組合せて、この他の公知
の符号化装置を使うことができる。
【００２０】 全ての送込み及び測定装置が、装置に対する特定の電気変圧器１０に対する所
望の長さを定めるＰＣまたはＰＬＣベースのプロセッサと協働する。磁気材料ス
トリップ２４の厚さの変動（許容公差）が考えられるため、少なくとも１つの厚
さ測定装置５９が、磁気材料２４が厚さ測定装置５９に到達する前の磁気材料ス
トリップ２４の厚さを絶えず測定し、電気変圧器１０の磁気材料２４の正しい量
を達成するために、この厚さで必要な正確な長さを補間するための情報を装置に
供給する。厚さ測定装置５９は、接触型または非接触型装置で構成され、実施例
では、厚さ測定装置５９は、ピンチ・ローラ５４及び５６より前の磁気材料２４
の厚さを測定するように作用する少なくとも１つのローラを有する。別の実施例
では、厚さ測定装置５９は厚さ測定ゲージまたはレーザ装置で構成される。さら
に、レゾルバを使って、磁気材料２４の厚さを測定することができる。厚さ測定
装置５９を、磁気材料２４がピンチ・ローラ５４及び５６を通過するときより前
またはその後のいづれかで、磁気材料２４の厚さを装置５９が測定するように位
置決めしても、この発明の範囲内である。装置は、送込まれる材料の分量につい
てサーボモータ４１を絶えず更新する。こういうレベルの測定は、材料の偏差に
よってこの発明の方法で変動が起こらないことを保証する。
【００２１】 １実施例では、磁気材料ストリップ２４の測定は、サーボモータ４１からのデ
ータを、ピンチ・ローラ集成体に取付けたレゾルバ６１から供給されるデータと
比較することによって行うことが望ましい。このデータの相関により、装置１０
の巻装機構６０（巻装治具）に送込まれる磁気材料ストリップ２４の正確な測定
が得られる。さらに、磁気材料ストリップ２４の測定は、単独でまたは他と一緒
に作用する１つまたはさらに多くの装置の装置１０内での相互作用によって行う
こともできる。考えられる測定手段のいくつかを挙げれば、これに限らないが、
レーザ・センサ、超音波センサ、赤外線センサ、符号化器等がある。
【００２２】 磁気材料２４の厚さが、所定の厚さ許容範囲内の許容公差の小さい点にある場
合、磁気材料２４の鉄芯の全体的な厚さが所定の限界の範囲内になるように、第
１及び第２の巻枠１２及び１４の回りに追加のコイル・ターンが必要になる。逆
に、磁気材料２４の厚さが、許容公差が大きい点にある場合、第１及び第２の巻
枠１２及び１４の回りのコイル・ターンの数を減らすことができる。このため、
繰出し動作により、この発明の送込み装置が、リール４０から原磁気材料２４を
実際に引張り出すのではなく、丁度弛んだ磁気材料ストリップ２４を引張るだけ
で、力を抽出しなくてもよいように、常に磁気材料２４のある量を主材料コイル
（リール４０）から自由にしておくことができる。この繰出しは、磁気材料スト
リップ２４がぴんと張り始めた時にトリガされるスイッチの相互作用により、こ
の発明の方法の作用全体にわたって行われる。言い換えると、このスイッチがモ
ータ４７のオン/オフ・サイクルを制御し、スイッチがオンでモータ４７が同じ
ようにオン位置にあるとき、磁気材料２４の弛みを作って、磁気材料２４が装置
３０に駆動されるようにゆるい状態で利用できるようにする。このため、このス
イッチは、繰出し集成体４２のモータ４７が、スイッチが再び状態を変えて磁気
材料２４が積極的に巻解かれなくなるまで、磁気材料２４を解放することができ
るようにし、こうして、磁気材料２４が装置３０の中に駆動されるとき、それが
装置３０内に引張られる時に磁気材料２４に張力が生じるようにする。一旦張力
が所定の点に達したら、スイッチが再び状態を変え、磁気材料２４がモータ４７
によってリール４０から巻解かれる。
【００２３】 随意選択により、少なくとも１つのローラ４４を設けて、リール３０からの磁
気材料ストリップを装置３０の取込みポート４６に差向けることができる。取込
みポート４６は、磁気材料ストリップ２４を受入れる寸法の、装置３０に設けら
れたスロットであることが好ましい。さらに、取込みポート４６の近くに、磁気
材料ストリップ２４が第１のステーション３２に送込まれて、第１及び第２の巻
枠１２及び１４の回りに巻付けられるとき、磁気材料２４の上面の上に少量の潤
滑剤を分散させる潤滑装置（図に示してない）を設けることが好ましい。磁気材
料２４が、夫々第１及び第２の巻枠１２及び１４の回りに巻装されて、それ自体
の上に連続的に巻かれる巻装過程の間、ある量の抵抗（抗力及び摩擦）が発生す
る。この抵抗は、磁気材料ストリップ２４が連続的に巻装されるにつれて増加す
る。こういうレベルの抵抗を減らして、磁気材料ストリップ２４がさらに容易に
第１のステーション３２の中に送込まれるようにするため、その上面の上に潤滑
剤を分散する。この潤滑剤は色々な種類であってよく、例えば、油をベースとし
た潤滑剤であってよいし、あるいは石けんをベースとした混合物であってもよい
。潤滑剤を適用するのに任意の普通の潤滑装置を使うことができるが、ある実施
例では、給油装置がワイパ機構に油の滴をたらし、このワイパ機構が、第１のス
テーション３２内のさらに奥に進み、磁気材料ストリップ２４が第３段で巻装さ
れる前に、磁気材料ストリップ２４の上面に油を適用する。潤滑剤は、若干の例
を挙げれば、吹付け、滴たり落とし、ブラシがけによって適用することもできる
。
【００２４】 磁気材料ストリップ２４を装置１０、さらに具体的に言えば、巻装機構６０の
中に送込むことは、磁気材料ストリップ２４に調節自在の力で圧接するとともに
、サーボモータの力で回転する１対のピンチ・ローラ５４、５６によって行うこ
とが好ましい。ピンチ・ローラ５４及び５６が、磁気材料２４が潤滑された後、
但し巻装機構６０に入る前の所に配置されている。実施例では、ピンチ・ローラ
５４が不動のピンチ・ローラであり、ピンチ・ローラ５６は可動のピンチ・ロー
ラである。１対のピンチ・ローラ５４及び５６によって加えられる力は、種々の
方法で、即ち、空気圧式に、機械的に、電気的にまたは流体圧手段によって発生
することができる。ピンチ・ローラ緊張装置５７を使って、ピンチ・ローラ５６
から加えられる力を調節することができる。ピンチ・ローラ５４、５６に対する
回転力も、サーボモータ以外の手段によって加えることができる。例えば、この
回転力を発生するために、ステップ・モータ、標準的なモータ、空気動力装置な
どを使うことができる。
【００２５】 図１及び３−５について説明すると、第１のステーション３２の第３段は、磁
気材料２４の巻装が行われる区域である。主導体（バーまたはワイヤ）がその間
を伸びている、個別にあらかじめ巻装された第１及び第２の巻枠１２及び１４が
、あらかじめ巻装された巻枠集成体３１を形成し、それが手で、または自動的に
、巻装機構６０の中に配置される。あらかじめ巻装された巻枠集成体３１の配置
は、人間であるオペレータ、ロボットまたはハードの自動化装置を利用すること
によって行うことができる。一旦所定位置に配置されると、あらかじめ巻装され
た巻枠集成体３１は、磁気材料２４がその回りに巻装されて電気変圧器１０を形
成する本体になる。巻装機構６０が、単一の巻枠または２つの巻枠を巻装するよ
うに設定されても、この発明の範囲内である。単一の巻枠（第１及び第２の巻枠
１２及び１４の内の１つ）が巻装集成体６０の中に配置されるとき、第１及び第
２のダイス６２及び６４は、その中に形成された弓形面により、磁気材料２４が
開口２２を介して巻枠１２または１４の回りに巻装されるように変更される。
【００２６】 図４及び５に一番よく示されているように、図示の実施例では、巻装機構６０
が第１のダイス６２及び第２のダイス６４を含む分割ダイスの設計になっている
。第１のダイス６２が、下面６５から第２のダイス６４に向かって下向きに伸び
る第１の端６６の近くに第１の案内舌片６７を持っている。第１及び第２のダイ
ス６２、６４が閉じた位置にあるとき、第１のダイス６２及び第２のダイス６４
の間にスロット６９が形成される。スロット６９が、磁気材料ストリップ２４を
受入れ、このストリップが、巻装機構６０に磁気材料２４が送込まれる間、第１
の案内舌片６７に向かってスロット６９内を移動する。
【００２７】 第２のダイス６４の中に空所７０が形成されており、実施例では、空所７０が
全体的に円形である。さらに具体的に言うと、第２のダイス６４は、第１の面７
４がその中に形成された上側部分７２を有する。第１の面７４が第１の凹面であ
ることが好ましい。さらに上側部分７２が、第１及び第２のダイス６２、６４が
閉じた位置にあるとき、第１の案内舌片６７の近くにある第１の端７６を有する
。空所７０は第２の面７８によっても構成されており、第２の面７８は、第２の
ダイス６４の下側部分８０に形成されていて、第２の凹面であることが好ましい
。第２の凹面７８の一端で、下側部分８０に案内肩８２が形成され、第２の凹面
７８の反対側の端で下側部分８０に段形肩８４が形成される。この反対側の端は
、段形肩８４まで傾斜して上昇し、この肩が第２の凹面７８から遠ざかる向きに
伸びて、巻枠１２及び１４のうちの１つを受入れる。さらに第２のダイス６４に
は、案内肩８２に隣接して凹部８６が形成されていて、巻枠１２及び１４の内の
他方を受入れる。
【００２８】 上側部分７２で、案内面８８が第１の凹面７４と向合っている。案内面８８は
第１のダイス６２の下面６５の方を向いていて、スロットの一部分を定めている
。実施例では、磁気材料ストリップ２４が、少なくとも１つの案内ローラ８９に
より、第１及び第２のダイス６２及び６４の間で案内面８８を横切って駆動され
る。さらに、案内ピン９０を案内面８８に設けて、磁気材料２４を正しく位置決
めするとともに、案内面８８を横切って第１のダイス６２の第１の案内舌片６７
に向けて案内することができる。磁気材料ストリップ２４が案内面８８に送込ま
れると、それは第１のダイス６２の下面６５の輪郭に従う。第１の案内舌片６７
が弓形の湾曲した曲がりで構成されているから、これによって磁気材料２４が第
２のダイス６４の空所７０に向かって下向きに移動する。
【００２９】 図１−５について、この発明の巻装方法をさらに詳しく説明すれば、次の通り
である。図４及び５に詳しく示した一例の巻装機構６０は、２つの巻枠、即ち、
第１及び第２の予め巻装された巻枠集成体３１を受入れて巻装するようになって
いる。第１の巻枠１２は空所７０内に受入れられて、第１の巻枠１２の１端が段
形肩８４に座着するようになっていることが好ましい。第２の巻枠１４は、その
１端が凹部８６内に受入れられ、第２の巻枠１４の一部分が第２の案内舌片８２
の上にのっかるように空所７０内に配置される。
【００３０】 第２の凹面７８が、基面９２及び膨張面９４を含んでおり、この膨張面は、後
退位置では基面９２の上にのっかる。膨張面９４が基面９２と同じ弓形を持つこ
とが好ましいが、膨張面９４の幅は下側にある基面９２の約１/２であることが
好ましい点が異なる。このため、後退位置にあるとき、基面９２の半分が膨張面
９４によって覆われる。膨張面９４は案内突片９８を持ち、これが磁気材料スト
リップ２４を位置決めして、案内面８８から膨張面９４まで下向きに案内するよ
うに作用する。図５に一番よく示されているように、膨張位置にあるとき、膨張
面９４が基面９２に対して上側に配置されている。膨張面９４は、第１及び第２
の凹面７４及び７８と同様に、凹面であって、これからさらに詳しく説明するよ
うに、この発明の巻装方法の間、磁気材料ストリップ２４が予め巻装された巻枠
集成体３１に巻装されることを促進することが好ましい。
【００３１】 アクチュエータ１００によって膨張面９４を移動させて、膨張面９４を後退位
置から膨張位置へ、並びにその逆に移動することは、公知の手段によって行うこ
とができる。例えば、実施例では、ばね荷重の空気圧作動の後退シリンダー装置
１００を使って、膨張面９４に所定の力を加えて膨張面９４を基面９２から遠ざ
かる向きに膨張位置まで移動させる。膨張面９４は最初は後退位置に位置決めさ
れていて、予め巻装された巻枠集成体３１を空所７０に挿入することができるよ
うにする。あらかじめ巻装された巻枠集成体３１を巻装機構６０の空所７０に挿
入した後、膨張面９４を第１の凹面７４に向かう方向に膨張位置まで移動させる
。
【００３２】 膨張面９４が膨張位置にあるとき、空所７０の全体的な面積が減少して、巻装
が行われる表面積が小さくなるために、磁気材料ストリップ２４はあらかじめ巻
装された巻枠集成体３１の回りにさらにぴったりと巻装される。さらに、膨張面
９４の作動により、案内突片９８が基面９２から遠ざかる向きに移動し、この移
動の結果、案内突片９８と案内面８８の間に隙間９３が形成され、磁気材料スト
リップ２４は隙間９３を通って膨張面９４の弓形面（内径）に沿って送込まれる
。
【００３３】 言い換えれば、送込み及び巻装動作の間、巻装機構６０は、後退位置でも伸出
し位置でも、磁気材料ストリップを案内面８８に沿った直線運動で膨張面９４の
回りの円形の巻装動作に強制する機械的な手段となる。この方向変化は、磁気材
料ストリップ２４の前縁に方向の除々の変化を持たせ、この動きを機械的に案内
して、前縁が第１及び第２の巻枠１２及び１４の中心開口２２の中に通されるよ
うにすることによって達成される。一旦磁気材料ストリップ２４の前縁が巻装機
構６０に到着すると、第１のダイス１２が、磁気材料ストリップ１４が第１の巻
枠１２内の開口２２に入りこむように促進し、一旦第１の巻枠１２を通り越すと
、第２のダイス１４内の開口２２を見つけるように材料の方向を定める。後退位
置にある膨張面９４が弓形で第２の面１４に接することにより、磁気材料ストリ
ップ２４が第２の巻枠１４の開口２２の方向に向けられるとともにその中を通さ
れ、そのとき第２のダイス１４の上側部分７２の第１の凹面７４が磁気材料スト
リップ２４を第１の巻枠１２内の開口２２に差向ける。一旦最初の一回転が巻装
機構６０の内側で巻枠１２及び１４の開口２２内で行われると、磁気材料ストリ
ップ２４は残りの磁気材料ストリップ２４が巻装されるとき、夫々第１及び第２
の巻枠１２及び１４の壁の内側に前縁を進めるように強制的に連続的に送込まれ
る。
【００３４】 磁気材料ストリップ２４が第１及び第２の巻枠１２及び１４の回りに所定の回
転数だけ巻装されると、アクチュエータ１００が膨張面９４を後退位置から膨張
位置へ移動させ、その結果第１及び第２の巻枠１２及び１４に沿って磁気材料ス
トリップ２４を巻装する表面積が一層小さくなる。好ましい実施例では、アクチ
ュエータ１００はばね荷重の空気圧シリンダーで構成され、磁気材料ストリップ
２４が連続的に巻装されるとき、このシリンダーが、膨張面９４を膨張位置に保
つ所定の大きさの圧力を加える。空気圧シリンダー１００によって加えられる力
は調節自在であり、このため、装置１００の空気圧力を制御することにより、発
生される抵抗も同じように制御される。磁気材料ストリップ２４が予め巻装され
た巻枠集成体３１の回りに連続的に巻装されるとき、コイル（磁気材料ストリッ
プ２４）の直径が連続的に増加する。装置１０が分割ダイスの設計になっている
ため、第２のダイス１４の膨張面９４及び第１の弓形面７４は、同じｘ軸中心線
上に保たれるが、膨張面９４はコイル（磁気材料ストリップ２４）が巻装されて
直径が増加するとき、ｚ軸方向に移動することが許される。そのため、膨張面９
４の内径の中心線は、磁気材料ストリップ２４の中心線と中心合わせされていて
、巻装過程が滑らかに均一に進むようにすることが好ましい。
【００３５】 従って、コイルの膨張が巻装機構６０の力で荷重された膨張面９４によって吸
収される。言換えると、磁気材料ストリップ２４で形成されたコイルの直径が増
加するにつれて、アクチュエータ１００によって発生される力と反対の向きの力
が発生される。ある点で、この反対の向きの力がアクチュエータ１００の調節自
在の力に打ち勝ち、膨張面９４を第２のダイス６４の基面９２に向かう方向に移
動させる。アクチュエータ１００によって加えられる力は、空所７０、即ち第２
のダイス１４の膨張面９４及び第１の凹面７４内で巻装されるときの磁気材料ス
トリップ２４に対する抵抗を一層大きくしたり小さくしたりできるように、変え
ることができる。こういう作用は、公知のように、プロセッサによって容易に制
御することができる。
【００３６】 第１のステーション３２の第４段では、図４に最もよく示されているように、
一旦所定の所望量の磁気材料ストリップ２４が第１及び第２の巻枠１２及び１４
の開口２２内に巻装されたら、カッタ集成体１２０を作動して所定の場所で切れ
目を入れ、磁気材料ストリップ２４の正確な長さを保つ。図４に示すように、カ
ッタ集成体１２０は第１のダイス１２及び第２のダイス１４の案内面８８（図５
）の中に設計されていて、案内面８８の長さに沿って、第１の案内舌片６７に近
い切断位置で磁気材料ストリップ２４が切断されるようにすることが好ましい。
カッタ集成体１２０は任意の適当な数の切断装置で構成される。図４に示す実施
例では、カッタ集成体１２０が一端にヘッド１２２を持つ打撃シリンダーで構成
され、カッタ集成体１２０を作動するとき、このヘッドが下向きに駆動されて、
磁気材料ストリップ２４を切断する。カッタ集成体１２０は、切断された後の磁
気材料ストリップ２４を機械的に保持して、ストリップがほぐれるのを防止する
か、または後縁２６（図１）が張力を失わないようにすることが好ましい。これ
は、種々の保持機構を用いて達成することができる。
【００３７】 図３及び６について説明すると、装置３０は、巻装機構６０内で予め巻装され
た巻枠集成体３１を位置決めするのに役立つストッパ・ゲート装置９１を持つこ
とが好ましい。図示の実施例では、ストッパ・ゲート装置９１がストッパ・ゲー
ト９３を持ち、これは、第１の作動位置では、巻装機構６０に隣接していて、第
１のステーション３２及び第２のステーション３４の間を伸びる平面状の面９５
から上向きに伸び、そのため、予め巻装された巻枠集成体３１が巻装機構６０内
に配置されると、それが第１のステーション３２内に位置決めされ、第２のステ
ーション３４へのアクセスが防止される。ストッパ・ゲート装置９１は任意の数
の公知のストッパ装置で構成することができ、この実施例では、ストッパ・ゲー
ト装置９１は空気圧シリンダで構成されていて、作動されたとき、ストッパ・ゲ
ート９３を平面状の面９５内の開口内にある後退位置から図６に示す第１の作動
位置へと移動させる。図３に示すように、リンク機構９７が一端ではストッパ・
ゲート装置９１の第１の端に接続され、反対側の端ではストッパ・ゲート９３に
接続される。このため、ストッパゲート９３が予め巻装された巻枠集成体３１を
ｙ軸方向に位置決めするように作用する。図３及び６に示したストッパ・ゲート
装置９１が例にすぎず、この発明の範囲を制限するものではないことを承知され
たい。
【００３８】 図２−５について説明すると、巻装過程の間、予め巻装された巻枠集成体３１
を巻装機構６０の空所７０内に位置決めするストッパ・ゲート９３が後退させら
れ、こうして第２のステーション３４へのアクセスが許される。磁気材料ストリ
ップ２４を巻装した予め巻装された巻枠集成体を第１のステーション３２から第
２のステーションへ移送するため、普通の駆動装置１４０を使うことができる。
図２に一番よく示されているように、この発明の実施例では、駆動装置１４０は
伸出し可能な第１の端１４２を持つ空気圧シリンダー１４１を含み、第１の端１
４２は、駆動装置１４０が作動されたとき、巻装された第１及び第２の巻枠１２
及び１４に接触して、それを第１のステーション３２から第２のステーション３
４へ物理的に移動させる。公知のように、駆動装置１４０は、駆動装置１４０の
第１の端１４２が空所７０に向かってその中まで伸び、巻装された第１及び第２
の巻枠１２及び１４を第１のステーション３２から離して第２のステーション３
４へ駆動するように駆動装置１４０をプログラムすることができるようにするマ
イクロプロセッサ制御を含むことが好ましい。このため、第１の端１４２が円形
であって、空所７０に対して相補的な形で、第１の端１４２をその中に受入れ且
つその中で駆動できるようにすることが好ましい。駆動装置１４０がプログラム
されているから、巻装された第１及び第２の巻枠１２及び１４は、巻枠１２及び
１４を第２のステーション３４の中心部分の中に正しく位置決めするための所定
の距離だけ駆動される。この駆動動作の間、磁気材料ストリップ２４の後縁２６
は所定位置に保持されていて、それがほどけるのを防止している。
【００３９】 巻装された第１及び第２の巻枠１２及び１４を第２のステーション３４内に位
置決めした後、第１の端１４２を空所７０の外に後退させ、第２の予め巻装され
た巻枠集成体３１を空所７０の中に挿入して、巻装過程をもう１度開始すること
ができるようにする。さらに、この第２の予め巻装された巻枠集成体３１を空所
７２に挿入する前に、膨張面９４も同じように後退させる。
【００４０】 図６は第２のステーション３４をさらに詳しく示しており、ここで図１の電気
変圧器１０がさらに製造される。巻装された第１及び第２の巻枠１２及び１４を
第２のステーション３４の中に移送した後、磁気材料ストリップ２４の後縁２６
がその下にあるコイルに固定される。後縁２６は、テール・クランプ集成体１５
０により、その下にあるコイルに当ててしっかりと保持されている。実施例では
、テール・クランプ集成体１５０が、後縁２６に所定の力を加えて、後縁２６を
その下にあるコイルにしっかりと保持する空気圧テール・クランプ・シリンダで
構成される。後縁２６をこの位置にしっかりと保持するために、この他の押え手
段を使うことができる。
【００４１】 その後、磁気材料ストリップ２４で構成されたコイルが、任意の適当な方法に
より、互いに固定される。１実施例では、後縁２６の所定の場所を、装置１６０
によってその下にあるコイルに溶接して、固着のコイル集成体を形成する。１例
の溶接過程は、プラズマ溶接機１６０内でアルゴン・ガスを使うプラズマ溶接過
程である。これに限らないが、レーザ溶接、抵抗溶接、ケース溶接、接着、機械
的な打抜きまたはかしめつけ、コイルの直径の紐による束ね及びワイヤ・ラップ
を使うことを含めて、この他の固着手段を使うことができることを承知されたい
。固着過程が完了したら、後縁２６がその下にあるコイルに固着され、きつくま
かれたコイルを形成する。
【００４２】 この発明の装置１０では、第１及び第２の巻枠１２及び１４は、後縁２６が固
着された後、第２のステーション３４内に位置決めされたままでいる。テール・
クランプ集成体１５０を後退させ、巻装された第１及び第２の巻枠１２及び１４
が第３のステーション３６（図７）へ自由に移送されるようにする。この発明で
は、第１のステーション３４からの別の巻装された第１及び第２の巻枠集成体が
第２の手段３６に送込まれ、こうして第２のステーション３４内に配置された巻
装された第１及び第２の巻枠集成体をどけるまで巻装された第１及び第２の巻枠
１２及び１４は第２のステーション３４内に自由に位置決めされたままの状態で
いる。このため、第１のステーション３２からの巻枠集成体の駆動作用が、第２
のステーション３４にある巻枠集成体を第３のステーション３６へ押出す。巻枠
集成体を第２のステーション３４から第３のステーション３６へ駆動するために
この他の駆動機構を使ってもこの発明の範囲内であることを承知されたい。
【００４３】 次に図１及び７について説明する。第３のステーション３６が図７に示されて
おり、全体として、磁気材料２４の巻装コイルの成形又は整形を行う圧印加工過
程を含む。磁気材料２４の巻装コイルは、コイルを製品（電気変圧１０）の設計
にはまる形状に圧印加工または整形することが好ましい。実施例では、第３のス
テーション３６が第１の成形ダイス１７０及び第２の成形ダイス１７２を含む。
第１の成形ダイス１７０が第１のアクチュエータ１７４によって駆動され、この
実施例では、このアクチュエータは磁気材料２４の巻装コイルの上面に第１の方
向の力を加える第１の空気圧シリンダで構成される。第２の成形ダイス１７２が
第２のアクチュエータ１７８によって駆動される。第２のアクチュエータ１７８
は、磁気材料２４の巻装コイルの下面に第２の方向に力を加える第２の空気圧シ
リンダーで構成されることが好ましい。第１及び第２の方向は、全体的に互いに
向合っていて、両者の作動によって、第１及び第２の成形ダイス１７０及び１７
２の間で巻装コイルを圧縮または圧印加工するものと承知されたい。公知のよう
に、電気変圧器１０の圧印加工される形は、第１及び第２のダイス１７０及び１
７２の形を変えることによって容易に変更することができる。
【００４４】 一旦磁気材料２４の巻装コイルが圧印加工されて電気変圧器１０を形成したら
、第１及び第２の成形ダイス１７０及び１７２を後退させ、第２のステーション
３４からの別の巻装コイル集成体が第３のステーション３６に送込まれ、その結
果電気変圧器１０が第３のステーション３６からどけられるまで、電気変圧器１
０は第３のステーション３６内の所定位置にとどまる。承口（図に示してない）
に通じるシュート（図に示してない）を設け、この承口が、完全に組立てられた
状態で第３のステーション３６から押出された電気変圧器１０を捕捉することが
できる。第１及び第２の成形ダイス１７０及び１７２が互いに後退した後、第３
のステーション３６から組立てられた電気変圧器１０を機械的に移送して、取り
出すために駆動装置（図に示してない）を設けてもよいことを承知されたい。
【００４５】 この発明の装置３０及び電気変圧器１０を形成する方法は、マイクロプロセッ
サ（図に示してない）によって制御することが好ましい。装置３０の全ての電気
的及び機械的な部品が一体化されて、全ての所定の仕様を満たす最善の品質の製
品を達成するとともに、最も最適の製造サイクルを達成する。この発明は、組立
てのあらゆる面が監視され、厳密に制御される完全に一体化した方法及び装置３
０を提供することにより、従来の欠点を解決した。
【００４６】 この発明の好ましい実施例を図面に示して説明したが、この発明の範囲を逸脱
せずに、この実施例に種々の変更及び置換を行うことができる。従ってこの発明
は例として述べたのであって、この説明がこの発明を制約するものではないこと
を承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の方法に従って形成された電気変圧器の正面図。
【図２】 この発明による電気変圧器の連続鉄芯巻装装置の側面図。
【図３】 図２の装置の第１のステーションの側面図。
【図４】 図３の第１のステーションの一部分の拡大図。
【図５】 第１のステーションの巻装装置に使う巻装面の斜視図。
【図６】 図２の装置の第２のステーションの側面図。
【図７】 図２の装置の第３のステーションの側面図。
【符号の説明】
１０ 電気変圧器 １２ 第１の巻枠 １４ 第２の巻枠 １６ １対の電気ワイヤ １７ 電気突起 １８ スロット ２０ 耳 ２２ 中心開口 ２４ 磁気材料 ２６ 後縁 ３０ 連続巻装装置 ３２ 第１のステーション ３４ 第２のステーション ３６ 第３のステーション
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キャンベル，トーマス・アール アメリカ合衆国、06793、コネチカット州、 ワシントン、プラム・ヒル・ロード、21番 (72)発明者 アタリアン，ファーシッド アメリカ合衆国、06022、コネチカット州、 コリンスビル、ウエスト・マウンテン・ロ ード、108番 Ｆターム(参考） 5E062 AB02 AB11 AB17 【要約の続き】

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １対の巻枠に形成された開口の中に磁気材料を連続的に巻装
    して電気変圧器の巻装鉄芯を形成する方法であって、 巻装治具の中に形成された空所の中に前記１対の巻枠を挿入する工程と、 磁気材料を前記巻装治具に送込んで、磁気材料が円形巻装動作に送りこまれて
    、磁気材料の前縁が前記１対の巻枠に形成された開口の中に連続的に通されて巻
    装変圧器鉄芯を形成するようにする工程と、 前記磁気材料を切断して後縁を形成する工程と、 前記後縁をその下にある巻装変圧器鉄芯材料に固定する工程と、 前記巻装変圧器鉄芯を所定の形に整形する工程と、 を含む方法。
  2. 【請求項２】 前記巻装治具が、第１のダイス及び第２のダイスを含む分割
    ダイス集成体で構成され、前記第１及び第２のダイスの間には、前記磁気材料が
    前記転送治具に送りこまれる時に磁気材料を受け入れるスロットが形成されてお
    り、前記第１及び第２のダイスは何れも前記磁気材料を前記第１及び第２の巻枠
    の開口の中に差向ける凹面を有する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記送込む工程が、前記磁気材料を第１のダイスの第１の弓
    形面に沿って送込むことを含み、前記第１のダイスの第１の弓形面は前記磁気材
    料を前記第１の巻枠に形成された開口の中に差向けて、前記磁気材料が第２のダ
    イスの第１の凹面に沿って送られるようにし、前記第２のダイスの第１の凹面は
    、前記磁気材料を前記第２の巻枠に形成された開口の中に差向け、前記磁気材料
    は前記第１及び第２の巻枠に形成された開口の中に連続的に送込まれて巻装鉄芯
    を形成する請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 さらに、前記磁気材料を、前記第１の凹面と向い合って前記
    第２のダイスに形成された第２の凹面に送込むことを含み、前記第２の凹面は前
    記磁気材料を前記第２の巻枠に形成された開口に差向けるとともに、該磁気材料
    を向い合った前記第１の凹面に差向ける請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記後縁を固定する工程が、後縁の所定の場所をその下にあ
    る巻装変圧器鉄芯材料に溶接することを含む請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記後縁の溶接がプラズマ溶接で行われる請求項５記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記第１の凹面がばね荷重されていて、前記磁気材料は、前
    記第１及び第２の凹面が膨張状態にあるときに最初に巻装治具の中に送込まれ、
    前記磁気材料が前記第１及び第２の巻枠の周りに連続的に巻装されるにつれて、
    前記第１の凹面が前記第２の凹面から遠ざかる向きに強制的に動かされて、前記
    第１及び第２の凹面の間に磁気材料を収容するようになっている請求項３記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 前記巻装変圧器鉄芯を所定の形に整形する工程が、第１の整
    形ダイスを用いて前記巻装変圧器鉄芯の上面を圧縮し、第２の整形ダイスを用い
    て前記巻装変圧器鉄芯の下面を圧縮することを含む請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 少なくとも１つの巻枠に形成された開口の中に磁気材料を連
    続的に巻装して電気変圧器の巻装鉄芯を形成する方法であって、 巻装治具の中に形成された空所の中に少なくとも１つの巻枠を挿入する工程と
    、 前記磁気材料を前記巻装治具の中に送込んで、該磁気材料が円形巻装動作で送
    込まれて、磁気材料の前縁が前記少なくとも１つの巻枠に形成された開口の中に
    連続的に通されて巻装変圧器鉄芯を形成するようする工程と、 前記磁気材料を切断して、後縁を形成する工程と、 前記後縁をその下にある巻装変圧器鉄芯材料に固定する工程と、 前記巻装変圧器鉄芯を所定の形に整形する工程と、 を含む方法。
  10. 【請求項１０】 少なくとも１つの巻枠を持つ電気変圧器の変圧器鉄芯を連
    続的に巻装する装置であって、 磁気材料がその中に形成された開口を介して前記少なくとも１つの巻枠に沿っ
    て配置される複数個の巻装コイルを形成するように、前記少なくとも１つの巻枠
    に形成された開口を通して磁気材料を連続的に巻装する巻装治具と、 前記磁気材料を前記巻装治具に輸送する送込み集成体と、 前記磁気材料を所定の点で切断して後縁を形成する切断装置と、 前記後縁をその下にある磁気材料の巻装コイルに固定して巻装変圧器鉄芯を形
    成する押え装置と、 前記巻装変圧器鉄芯を所定の形に整形する圧印加工装置と、 を有する装置。
  11. 【請求項１１】 前記少なくとも１つの巻枠が１対の巻枠で構成されている
    請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記巻装治具が第１のダイス及び第２のダイスを含み、該
    第１のダイスは前記磁気材料を第１の巻枠に形成された開口の中に差向ける第１
    の弓形面を含み、前記第２のダイスは前記第１の弓形面からの磁気材料を受け取
    って該磁気材料を第２の巻枠に形成された開口に差向ける第１の凹面を含む請求
    項１０記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１及び第２のダイスの各々がばね荷重されている
    請求項１２記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記送込み集成体が、前記磁気材料を前記巻装治具へ強
    制的に移送する１対のピンチ・ローラで構成され、該１対のピンチ・ローラは相
    対的に調節自在である請求項１０記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記押え装置がプラズマ溶接機で構成される請求項１０
    記載の装置。
  16. 【請求項１６】 さらに、前記１対の巻枠に巻装すべき所定量の磁気材料
    を測定する測定装置を有する請求項１０記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記圧印加工装置が、第１の成形ダイス及び第２の成形
    ダイスで構成され、該第１の成形ダイスが巻装変圧器鉄芯の第１の面を圧縮し、
    前記第２の成形ダイスが巻装変圧器鉄芯の第２の面を所定の形に圧縮する請求項
    １０記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記第２のダイスが、前記第１の凹面の方を向いて、前
    記１対の巻枠を受け入れる空所を形成する向い合った第２の凹面を含み、該第２
    の凹面は前記磁気材料を前記第１の巻枠に形成された開口に差向け、前記第１の
    凹面は伸出し位置及び後退位置の間で可動であり、膨張位置にあるとき、前記第
    １の凹面は、前記後退位置にあるときよりも、前記第２の凹面に一層接近してお
    り、前記第１の凹面が巻装動作の間、前記磁気材料を前記第２の凹面へ差向ける
    請求項１２記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記第１の凹面の移動がアクチュエータによって行われ
    る請求項１８記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記アクチュエータが空気圧シリンダーで構成され、該
    シリンダーは、作動された時、前記第１の凹面を膨張位置へ移動させるとともに
    、前記第１の凹面に第１の力を加えて、前記第１の凹面を膨張位置に保持し、前
    記磁気材料が連続的に巻装されるにつれて、前記第１の凹面が前記第２の凹面か
    ら遠ざかる向きに移動する請求項１９記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記第１の弓形面が、前記第１のダイスから前記第２の
    ダイスまで下向きに伸びる弓形舌片を有し、該弓形舌片は、前記磁気材料が前記
    第１の巻枠の開口を通って前記第２のダイスの第１の凹面に差向けられるように
    位置決めされている請求項１２記載の装置。
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