JP2005310955A - 巻線方法および巻線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 導線間の干渉による導線と被覆の損傷を防ぎながら、両端にフランジがあるコイルボビンに被覆も含めた断面形状が必ずしも一定でない導線を複数層に密巻きし、線材間ギャップを無くし通電性能低下を防ぐ巻線装置を提供する。
【解決手段】 導線８を両端にフランジがあるコイルボビン２に供給するガイドプーリ１０と、コイルボビン２上に巻かれた導線８をフランジ方向に端面で押圧する押圧ローラ９と、導線８の素材，断面形状，被覆の材料などの特性に応じて押圧ローラ９と導線８のガイドプーリ１０とのコイルボビン軸方向の相対位置を設定し導線８とコイルボビン２との接触開始点までの導線８の斜め導入方向を初期設定する押圧ローラ９の支持手段１６と、接触開始点の位置を検出する軸方向位置検出器１５と、コイルボビン２の回転手段４と、コイル巻き開始後は斜め導入方向を保つように接触開始点の軸方向位置にコイルボビン２を倣わせるコイルボビン２の移動手段６とを備えた巻線装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、巻線方法および巻線装置に係り、特に、両端にフランジがあるコイルボビンに被覆も含めた断面形状が必ずしも一定でない導線を複数層に密巻きする手段に関する。

導線をコイルボビンに巻いてコイルを製造する巻線方法において、隣り合う導線間にギャップが生じると、磁力を受けた場合に動き、摩擦熱が生じて巻線が加熱される。その結果、コイルの温度が上昇し、通電性能を低下させ、例えば超電導コイルでは、クエンチ(超電導破壊)に至る場合もある。

このギャップを無くするために、既に巻き終えたコイルの側に導線を押し付けながら巻く方式を採用した場合、ガラス繊維のように脆い材質で被覆されている超電導線（例えばＮｂ_３Ｓｎ超電導線）では、被覆も含めた実際の断面形状が必ずしも一定でないので、押圧ローラが被覆や超電導線そのものに乗り上げたり、前列導線との干渉により、被覆や超電導線をせん断してしまうことがあった。

そこで、コイルボビン側の巻き取り位置に合わせて超電導線材供給側のボビンを上下または左右に動かし、既に巻いたコイルに平行に超電導線を進入させ、既に巻いたコイル側すなわちコイルボビンの軸方向に押圧ローラの周面で超電導線を押圧する方法が提案されている(例えば特許文献１参照)。

また、段差がある押圧ローラの短径部分の周面でコイルボビンの軸に向かって超電導線を押し付けながら長径部分の側面でコイルボビンの軸方向に超電導線を押圧する方法も提案されている(例えば特許文献２参照)。

さらに、導線が既に巻いた前列導線と干渉しないように、これらの間にすき間を確保しながら超電導線を供給し、別の押圧ローラの周面で押して密巻きする方式が提案されている(例えば特許文献３参照)。
特開平６−５４１６号公報(第３〜４頁、図１〜図４) 特開昭６０−１７３８０７号公報(第２頁、図１，図２) 特開２００３−２０９０２３号公報(第３〜４頁，図１)

特許文献１では、コイルボビン側の巻き取り位置に合わせて超電導線材供給側のボビンを上下または左右に動かすとしている。しかし、コイルボビン側の巻き取り位置をどのようにして検出するかは何も示されていない。

もし、目視で調節すると、正確な位置調整は困難であり、オペレータにかなりのストレスが加わる。一方、ＮＣ装置を用いて自動送りする場合は、装置コストが非常に高くなる上に、既に述べた通り、ガラス繊維のように脆い材質で被覆されている超電導線では、被覆も含めた実際の断面形状が必ずしも一定でないので、押圧ローラが被覆や超電導線そのものに乗り上げるおそれを完全には解消できていない。

ＮＣ装置を用いる場合、断面形状に合わせていくつものプログラムを開発する必要があり、必ずしも一定でない被覆も含めた実際の断面形状に合わせて補正することは、事実上不可能であった。したがって、コイルボビンが長くなればなるほど、プログラムの誤差が大きくなるという問題があった。

また、コイルボビンの軸と平行に回転する押圧ローラの周面で超電導線を押圧するので、両側にフランジがある複数層巻線用コイルボビンでは、フランジとの干渉が生じて使えない。

特許文献２では、段差がある押圧ローラの長径部分の側面でコイルボビンの軸方向に超電導線を一定の力で押し付けるとしている。しかし、被覆も含めた実際の断面形状が必ずしも一定でないので、一定の力で押し付けるには相対位置の正確な検出と押し付け力の制御が必要であるのに、引っ張り方向を示す矢印があるだけで、具体的な記載が何もない。

特許文献３では、コイルボビン端面側から押圧ローラの周面を用いて押圧しており、押圧側にフランジが無い構造を前提にしているので、複数層を巻くために両端にフランジがあるコイルボビンには適用できない。

本発明の目的は、導線間の干渉による導線および被覆の損傷を防止しながら、両端にフランジがあるコイルボビンに被覆も含めた断面形状が必ずしも一定でない導線を複数層に密巻きし、線材間のギャップを無くして通電性能の低下を防ぐ巻線方法および巻線装置を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、両端にフランジがあるコイルボビンに導線を複数層巻いてコイルを製造する巻線方法において、導線とコイルボビンとの接触開始点までの導線の斜め導入方向を初期設定し、コイル巻き開始後は斜め導入方向を保つように接触開始点の軸方向位置にコイルボビンを倣わせ、押圧ローラの端面でコイルボビン上に巻かれた導線をフランジ方向に押圧し、密巻きコイルを製造する巻線方法を提案する。

導線の斜め導入方向の初期設定は、導線の素材，断面形状，被覆の材料などの特性に応じた押圧ローラと導線のガイドプーリとのコイルボビン軸方向の相対位置の設定によりなされる。

押圧ローラは、導線とコイルボビンとの接触開始点以後の位置で導線を押圧する。

導線は、例えば超電導線であり、被覆は、例えば被覆も含めた実際の断面形状が必ずしも一定でない絶縁繊維からなる。

本発明は、また、上記目的を達成するために、両端にフランジがあるコイルボビンに導線を複数層巻いて密巻きコイルを製造する巻線装置において、導線をコイルボビンに供給するガイドプーリと、コイルボビン上に巻かれた導線をフランジ方向に端面で押圧する押圧ローラと、導線の素材，断面形状，被覆の材料などの特性に応じて押圧ローラと導線のガイドプーリとのコイルボビン軸方向の相対位置を設定し導線とコイルボビンとの接触開始点までの導線の斜め導入方向を初期設定する押圧ローラの支持手段と、接触開始点の位置を検出する軸方向位置検出器と、コイルボビンの回転手段と、コイル巻き開始後は斜め導入方向を保つように接触開始点の軸方向位置にコイルボビンを倣わせるコイルボビンの移動手段とを備えた巻線装置を提案する。

押圧ローラは、導線とコイルボビンとの接触開始点以後の位置で導線を押圧する。

押圧ローラの回転軸は、コイルボビンの軸方向に対して傾けて設定してもよく、この場合は、押圧ローラの端面と周面とがコイルボビンの径方向およびフランジ方向に導線を押圧することになる。

コイルの通電性能を高めるには、導線の損傷を無くしながら、密に巻くことが必要である。

本発明によれば、コイルボビンに供給される導線の位置をガイドプーリにより軸方向にずらすことで、巻き終わった前列の導線との間にすき間を確保でき、線材同士の干渉による導線および被覆の損傷を防止する一方で、押圧ローラが導線とコイルボビンとの接触開始点以後に配置されて、導線の接触開始点または接触開始点下流の導線を軸方向に押圧するので、確実に密巻きできる。

したがって、巻く時に導線に損傷を与えることがなく、またコイル製造後に磁力を受けた場合に巻かれた導線が動き、摩擦熱が生じて巻線が加熱されることもない。すなわち、コイルの通電性能が高められる。

また、コイルボビンに巻かれる導線の軸方向位置を検出し、導線の巻きに合せてコイルボビンの軸方向位置を移動させるので、ＮＣ装置では必須であったコイルボビンの軸方向位置を制御するプログラムが不必要となる。

次に、図１〜図４を参照して、本発明による巻線方法および巻線装置の実施形態を説明する。

図１は、本発明による巻線装置の一実施形態の構造を示す平面図および側面図である。

表面に導線８を巻いてコイル１とするコイルボビン２は、回転手段４に連結された回転軸３に取り付けられている。ここでは、他の部材との関係を見やすくするために図示を省略してあるが、コイルボビン２は、コイル１を複数層に巻く場合は、回転軸両端方向で巻き崩れが生じないように、両端部にフランジを形成してある。

回転軸３と回転手段４とは、架台５により支持されている。架台５は、軸方向移動ガイド７上に搭載され、移動手段６により駆動され、軸方向移動ガイド７上を回転軸３方向に移動可能となっている。

コイルボビン２の外周には、押圧ローラ９が配置されている。押圧ローラ９は、支持板１６により支持されている。支持板１６は、軸方向移動ガイド１３を介して支持板１７に搭載されている。支持板１６は、押圧手段１１により軸方向移動ガイド１３方向すなわち回転軸３方向で移動可能である。支持板１６および押圧ローラ９の回転軸３方向における位置は、支持板１６に設置した軸方向位置検出器１５により計測される。押圧ローラ９の位置を計測すると、押圧ローラ９が押圧している導線８の軸方向位置が分かる。

支持板１７は、径方向移動ガイド１４を介して架台１８に搭載されている。支持板１７は、径方向移動手段１２により回転軸３に直交する方向で移動可能であり、押圧ローラ９から導線８に対するコイルボビン２への径方向押圧力を調整する。

押圧ローラ９の下方で、ガイドプーリ１０は、架台１８に固定され、コイルボビン２に巻かれる導線８をガイドする。コイル１を形成する導線８は、図示しない供給源からガイドプーリ１０を通り、コイルボビン２上に連続的に供給される。

図２は、本発明による巻線装置における導線８のガイドプーリ１０とコイルボビン２上の押圧ローラ９との相対位置を示す平面図である。

押圧ローラ９の軸方向位置は、押圧手段１１により軸方向で調整できるようになっており、コイルボビン２の外周に配置されている押圧ローラ９の軸方向位置は、コイルボビン２の外周に配置されているガイドプーリ１０の軸方向位置に対して、巻き終わった前列のコイルに近い位置に調整される。したがって、コイルボビン２に供給される導線８は、巻き終わった前列の導線との間にすき間を確保した状態で巻き位置に到達する。

図３は、本発明による巻線装置の巻き位置制御系統の構成を示すブロック図である。

まず、導線８の素材，断面形状，被覆の材料などの特性に応じて、押圧ローラ９とガイドプーリ１０との軸方向相対位置を設定し、導線８とコイルボビン２との接触開始点までの導線８の斜め導入方向を初期設定する。

コイルボビン２の回転指令を与えると、回転手段４がコイルボビン２を回転させ、巻きを開始する。コイルボビン２に導線８が巻かれると、その幅に応じて軸方向巻き位置がずれてくる。

同一条件で巻くには、押圧ローラ９，ガイドプーリ１０，巻き位置の相対的位置を一定に保つ必要がある。
本発明では、コイルボビンの軸方向位置を固定し超電導線材供給側のボビンを上下または左右に動かす特許文献１の方式とは逆に、導線８の軸方向巻き位置を押圧ローラ９の軸方向位置で検出し、その位置関係が一定になるように、コイルボビン２の軸方向の位置を倣い制御する。

すなわち、コイルボビン２の外周に配置されている押圧ローラ９の軸方向位置は、コイルボビン２の外周に配置されているガイドプーリ１０の軸方向位置に対して、軸方向にずれた位置に配置されるので、押圧ローラ９が押圧している導線８の軸方向位置を軸方向位置検出器１５により検出し、導線８の軸方向位置が常に一定の位置になるように、コイルボビン２を支持している架台５を移動させて倣い制御する。

したがって、コイルボビン２に巻かれる導線８の巻きに合せてコイルボビン２の軸方向位置が移動するので、ＮＣ装置では必須であったコイルボビン２の軸方向位置を制御するプログラムが不必要となる。

また、コイルの仕様に合わせて種々の断面形状の導線８を取り扱う場合にも、ＮＣ装置のようにプログラムを変える必要が無く、コイルボビン２を支持している架台５を倣い制御で移動させ、ギャップのない密巻きコイルを製造できる。

さらに、押圧ローラ９とガイドプーリ１０との軸方向相対位置は常に一定の距離を保った状態で巻くことが可能である。

押圧ローラ９とガイドプーリ１０の軸方向相対位置のずれにより、巻き終わった前列との間にすき間が確保された導線８は、導線とコイルボビンとの接触開始点または接触開始点下流において、押圧ローラ９により軸方向に押圧されながら整列して巻かれる。導線とコイルボビンとの接触開始点上流すなわち接触開始点よりもガイドプーリ１０に近い位置で押圧ローラ９を導線８に接触させて押圧を開始してしまうと、巻終わった前列のコイルに対してコイルボビンの径方向および軸方向における導線８の位置関係が安定しないので、完成したコイルでのギャップを最小にできないおそれがある。

そこで、本発明においては、押圧ローラ９とガイドプーリ１０の軸方向相対位置のずれにより、巻き終わった前列との間にすき間を確保する一方で、導線８とコイルボビン２との接触開始点以後に押圧ローラ９を配置し、コイルボビン２上では密巻きとなるように十分に押圧する。

図４は、本発明による巻線装置の別の実施形態における押圧ローラの形状を示す図である。

本実施形態においては、押圧ローラ９を支持している軸１９が傾斜しているので、押圧ローラ９は、導線８の側面８ａを転がりながら軸方向に押圧する。外周に溝を形成した押圧ローラ９は、導線８の側面８ａを回転軸３方向で前列のコイル１に押し付ける。その結果、導線８が押圧ローラ９によってせん断されることがなくなる。

本実施形態の場合は、図２の基本的実施形態の押圧ローラ９と比較して、軸１９が傾斜しているので、右側の(図示しない)フランジとの干渉位置に数ターン分早く達してしまうが、図２の押圧ローラ９の場合も、最後は右側の(図示しない)フランジとの干渉を避けるために自動送りはできなくなるから、この部分を除けば、左端からこの位置までは、ギャップの解消に関して十分な押圧効果が得られる。

本発明によれば、コイルボビン２に供給される導線８の位置をガイドプーリ１０により軸方向にずらすことで、巻き終わった前列の導線との間にすき間を確保でき、線材同士の干渉による導線および被覆の損傷を防止する一方で、押圧ローラ９が導線とコイルボビンとの接触開始点以後に配置されて、導線の接触開始点または接触開始点下流の導線８を軸方向に押圧するので、確実に密巻きできる。

したがって、巻く時に導線８に損傷を与えることがなく、またコイル製造後に磁力を受けた場合に巻かれた導線が動き、摩擦熱が生じて巻線が加熱されることもない。すなわち、コイルの通電性能が高められる。

また、コイルボビン２に巻かれる導線８の軸方向位置を検出し、導線８の巻きに合せてコイルボビン２の軸方向位置を移動させるので、ＮＣ装置では必須であったコイルボビン２の軸方向位置を制御するプログラムが不必要となる。

本発明による巻線装置の一実施形態の構造を示す平面図および側面図である。 本発明による巻線装置における導線のガイドプーリとコイルボビン上の押圧ローラとの相対位置を示す平面図である。 本発明による巻線装置の巻き位置制御系統の構成を示すブロック図である。 本発明による巻線装置の別の実施形態における押圧ローラの形状を示す図である。

符号の説明

１ コイル
２ コイルボビン
３ 回転軸
４ 回転手段
５ 架台
６ 軸方向移動手段
７ 軸方向移動ガイド
８ 導線
９ 押圧ローラ
１０ ガイドプーリ
１１ 軸方向押圧手段
１２ 径方向移動手段
１３ 軸方向移動ガイド
１４ 径方向移動ガイド
１５ 軸方向位置検出器
１６ 支持板
１７ 支持板
１８ 架台
１９ 軸

Claims (8)

1. 両端にフランジがあるコイルボビンに導線を複数層巻いてコイルを製造する巻線方法において、
   前記導線と前記コイルボビンとの接触開始点までの前記導線の斜め導入方向を初期設定し、
   コイル巻き開始後は前記斜め導入方向を保つように前記接触開始点の軸方向位置に前記コイルボビンを倣わせ、
   押圧ローラの端面で前記コイルボビン上に巻かれた導線を前記フランジ方向に押圧し、
   密巻きコイルを製造する巻線方法。
2. 請求項１に記載の巻線方法において、
   前記導線の斜め導入方向の初期設定が、前記導線の素材，断面形状，被覆の材料などの特性に応じた前記押圧ローラと前記導線のガイドプーリとの前記コイルボビン軸方向の相対位置の設定によりなされることを特徴とする巻線方法。
3. 請求項１または２に記載の巻線方法において、
   前記押圧ローラが、前記導線と前記コイルボビンとの接触開始点以後の位置で前記導線を押圧することを特徴とする巻線方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の巻線方法において、
   前記導線が超電導線であり、前記被覆が絶縁繊維からなることを特徴とする巻線方法。
5. 両端にフランジがあるコイルボビンに導線を複数層巻いて密巻きコイルを製造する巻線装置において、
   前記導線を前記コイルボビンに供給するガイドプーリと、
   前記コイルボビン上に巻かれた導線を前記フランジ方向に端面で押圧する押圧ローラと、
   前記導線の素材，断面形状，被覆の材料などの特性に応じて前記押圧ローラと前記導線のガイドプーリとの前記コイルボビン軸方向の相対位置を設定し前記導線と前記コイルボビンとの接触開始点までの前記導線の斜め導入方向を初期設定する前記押圧ローラの支持手段と、
   前記接触開始点の位置を検出する軸方向位置検出器と、
   前記コイルボビンの回転手段と、
   コイル巻き開始後は前記斜め導入方向を保つように前記接触開始点の軸方向位置に前記コイルボビンを倣わせる前記コイルボビンの移動手段とを備えたことを特徴とする巻線装置。
6. 請求項５に記載の巻線装置において、
   前記押圧ローラが、前記導線と前記コイルボビンとの接触開始点以後の位置で前記導線を押圧することを特徴とする巻線装置。
7. 請求項５または６に記載の巻線装置において、
   前記導線が超電導線であり、前記被覆が絶縁繊維からなることを特徴とする巻線装置。
8. 請求項５ないし７のいずれか一項に記載の巻線方法において、
   前記押圧ローラの回転軸が前記コイルボビンの軸方向に対して傾いており、
   前記押圧ローラの端面と周面とが前記コイルボビンの径方向および前記フランジ方向に前記導線を押圧することを特徴とする巻線方法。
   

Images