JP2010010429A - 巻線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型で大容量・大径の供給ボビンを用いて、線材を巻枠に整列させながら高速で巻回してコイルを生成する際に生じるテンション変動を高精度に抑制する巻線装置を提供する。
【解決手段】巻枠３０側で巻き取られる線材１２の巻取量と、供給ボビン１４から繰り出される線材１２の繰出量との差に基づき、コイル１８の回転に対する供給ボビン１４の回転（回転数と、タイミング）を、巻取量と繰出量とが時々刻々一致するように制御することで、コイル１８と供給ボビン１４とのイナーシャ・径に大きな差があっても、テンション変動を高精度に抑制することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、供給ボビンから供給される線材にテンションをかけながら巻枠に巻回してコイルを生成する巻線装置に関する。

例えば、ＤＣブラシレスモータにおいては、円弧状のヨーク部と、前記ヨーク部から径方向内側に延びるポール部とを有する略Ｔ字形状のコアを環状に組み付けて構成されるステータが採用されている。

この種のステータは、前記コアの前記ヨーク部をクランプしてスピンドル軸を回転させ、供給ボビンから供給される線材をノズルで案内しながら前記ポール部（巻枠）の軸方向（スピンドル軸方向）に往復動作させることで前記ポール部へ多層巻線のコイルを生成することで作製される。

コイルを生成する巻線装置は、一般には、線材を供給する供給ボビンと、巻枠（コア）に線材を巻回してコイルを生成するコイル生成部と、前記供給ボビンと前記コイル生成部との間に配設され前記線材の前記巻枠への巻回により生じるテンション変動を緩和するテンション機構とを備えている。

巻枠に線材を巻回する際に、テンションが高すぎると線材が伸びてしまい、低すぎると弛みが生じてしまうため、テンションを適値に維持することは重要である。

このテンション機構としては、バネやダンパを利用してテンション変動を吸収する機構、あるいはブレーキローラに線材を巻かけ線材長から推定したテンションに応じて前記ブレーキローラのブレーキ力を調整する機構等が採用されている。

しかし、バネやダンパを利用したテンション機構では、バネ定数によってテンション調整範囲が一意に決定されてしまうためテンション変動に対する抑制力が低い。一方、ブレーキローラ機構は、ローラに線材を複数回又は交差させて掛け渡しているため、供給ボビンを交換しようとする際の再設定、メンテナンスに時間がかかる。

特許文献１には、線材を繰り出すスプール（線材源）と、この線材が巻回される巻枠を保持するスピンドルと、このスピンドルを回転駆動するスピンドルモータとを備えた巻線装置において、前記巻枠への前記線材の供給量を検出する検出手段と、この検出手段により検出された前記巻枠への前記線材の供給量と前記線材源からの線材繰り出し量が一致するように前記線材源からの線材の繰り出し速度を制御する制御手段とを備えた巻線装置が開示されている。

この特許文献１に開示された技術では、前記スプールに配した繰り出しモータで、線材の繰り出し量を制御することでテンション変動を緩衝し、テンション機構が簡素化できる。ブレーキローラ機構のようなテンション機構を用いなくても精度よくテンション変動を抑制できる。

特開平１１−２２２３５７号公報

上記のように、生産性を向上させるため、巻枠への線材の巻回の際に発生するテンション変動を抑制し、かつ巻枠へ線材を高速に巻回する技術開発が進められている。

ところで、コイル生成の生産性を向上させるために、大量の線材を巻いておくことの可能な大容量の供給ボビンを利用することで、供給ボビン交換のメンテナンス時間（段取時間）を短縮する改善が考えられる。

しかしながら、大容量の供給ボビンを用いる場合には、巻枠（コア、ボビン及び巻き型コイル等）と供給ボビンとでイナーシャ及び径の差が増大することを原因としてテンション変動が増加する。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、大型で大容量・大径の供給ボビンを用いて、線材を巻枠に整列させながら高速で巻回してコイルを生成する際に生じるテンション変動を高精度に抑制することを可能とする巻線装置を提供することを目的とする。

この発明に係る巻線装置は、線材を供給する供給ボビンを回転させるボビン回転機構と、前記供給ボビンから供給される前記線材をノズルを介して巻枠に整列させながら巻回してコイルを生成するコイル回転機構と、前記ボビン回転機構及び前記コイル回転機構の回転数を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、一定速度のコイル回転数を設定するコイル回転数設定部と、前記コイル回転数、前記コイル径、及び前記供給ボビン径に基づいてボビン回転数目標値を算出するボビン回転数目標値算出部と、前記コイルの実回転数及び前記コイル径から前記コイルとして前記巻枠に巻き取られる前記線材の巻取量を算出する巻取量算出部と、前記供給ボビンの実回転数及び前記供給ボビン径から前記供給ボビンから繰り出される前記線材の繰出量を算出する繰出量算出部と、算出された前記巻取量及び算出された前記繰出量から算出される前記供給ボビンの繰出遅れ時間に基づいて、前記ボビン回転数目標値で前記ボビン回転機構を回転開始させるタイミングを設定するタイミング設定手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、巻枠側で巻き取られる線材の巻取量と、供給ボビンから繰り出される前記線材の繰出量との差に基づき、コイルの回転に対する供給ボビンの回転を、巻取量と繰出量とが時々刻々一致するように制御することにより、コイルと供給ボビンとのイナーシャ・径に大きな差があっても、テンション変動を高精度に抑制することができる。

例えば、コイル回転数は、１０００［ｒｐｍ］程度一定とされ、ボビン回転数は、その１／１０〜１／２０程度の範囲とされる（コイル回転数＞＞ボビン回転数）。この発明によれば、テンション変動を高精度に抑制しながら短時間でコイルを生産することができる。

この場合、前記制御装置は、前記巻枠に巻き付けられる前記コイルの層数に応じて、各層の前記ボビン回転数目標値を算出し、前記各層の前記ボビン回転開始又は回転数切り替えのタイミングを設定する。このようにすれば、整列巻コイルにおいて、巻層（コイルの層数）に応じてコイルの外径が大きくなってコイルの１回転当たりの巻取量が増加することに対応させて、実ボビン回転数が大きくなるように制御したので、さらに高精度にテンション変動を抑制することができる。

また、前記供給ボビンと前記巻枠との間の線材繰出経路に前記線材を前記巻枠に巻き付ける際に発生するテンション変動を緩衝する前記線材が巻き掛けられるテンション機構を設けることが好ましい。コイルによる線材の巻取量（コイル巻取量）とボビンからの線材の繰出量（ボビン繰出量）との差が少なくなるため、テンション機構のプーリの変位量が小さくなり、テンション機構を小型・簡素化することができる。その結果、テンション変動抑制のためのブレーキローラ機構を使用する等の大掛かりで複雑な機構を採用する必要がなく、例えば、構成の簡素なリニアテンショナによるテンション機構のみを用いることができる。

この場合、リニアテンショナによるテンション機構を設けた場合、前記制御装置は、次回の巻線時のコイル巻取量とボビン繰出量との偏差である総繰出量誤差がなくなるように、前記リニアテンショナの位置ずれ量と今回巻線時の線材の総繰出量に基づいて、次回のボビン回転数目標値を算出するボビン回転数目標値補正部をさらに備えることで、１コイルの累積巻線ずれをなくすることができる。

この発明に係る巻線装置によれば、大型で大容量・大径の供給ボビンを用いて、線材を巻枠に整列させながら高速で巻回してコイルを生成する際に生じるテンション変動を高精度に抑制することができる。

また、線材を巻き取るコイル側の回転数を一定回転数としているので生産時間を短縮することができる。

さらに、供給ボビンから巻枠までの線材の引き回し機構が簡素化されるので、メンテナンス性が向上する。

以下、この発明に係る巻線装置について実施形態を挙げ、添付の図１〜図８を参照しながら説明する。

図１に示すように、この実施形態に係る巻線装置１０は、線材１２（導線）が巻回されており該線材１２を供給する（繰り出す）供給ボビン１４と、供給された線材１２を巻枠３０に巻回してコイル１８を生成するコイル生成部２０と、供給ボビン１４とコイル生成部２０との間に設けられ線材１２の巻回により生じるテンション変動を緩和するテンション機構２２と、巻線装置１０の全体的な制御を行う制御装置２３とを有する。線材１２は、例えばエナメル被膜やポリウレタン被膜を有する銅線である。

図２及び図３に示すように、コイル１８は、プレスにより打ち抜いた略Ｔ字状の鋼板を複数枚かしめて一体化した積層鋼板（コア）２４と、積層鋼板２４を絶縁するインシュレータ２６、２８と、インシュレータ２６、２８を介して積層鋼板２４に巻回される線材１２と、金属製のターミナル３３、３４とを有する。インシュレータ２６、２８は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）で形成されており、線材１２が巻回される巻枠（コイル巻回部）３０（３０Ａ、３０ｂ）を有する。インシュレータ２６、２８は、それぞれ一部が重なり合って結合され、積層鋼板２４と線材１２とが電気的に絶縁される。

線材１２の巻始め端部１２ａは、ターミナル３３にカシメ及びカットされてこのターミナル３３に固定されるとともに、線材１２の巻終わり端部１２ｂは、ターミナル３４にカシメ及びカットされてこのターミナル３４に固定される。

図１に戻り、コイル生成部２０は、インシュレータ２６、２８を装着した積層鋼板２４を回転自在に保持するクランプ治具４０と、該クランプ治具４０を回転させるスピンドル４２と、線材１２の供給向きを安定させるノズル４４と、該ノズル４４の上下方向（矢印Ａ方向）の位置を調整して線材１２を多層に整列させる直交軸型ロボット４６とを有する。スピンドル４２はモータ（スピンドルモータ）４８（コイル回転機構）に軸支されスピンドルモータ４８の回転作用下に一定速度で回転する。直交軸型ロボット４６はリニアモータによる高速動作が可能である。

コイル生成部２０とテンション機構２２との間には、線材１２のテンションを計測するテンション計測部４９が設けられており、リアルタイムで計測をしたテンションを制御装置２３に供給する。

供給ボビン１４は、開閉式のボックス５０内に軸支されて設けられており、複数の室内プーリ５２を介して線材１２の供給を行う。供給ボビン１４は、ボビンモータ１５（ボビン回転機構）の軸に軸支され制御装置２３の制御下に回転速度を調整可能である。

テンション機構２２は、ボックス５０の上部に配置されたベース板６０上に各軸が平行に設けられたプーリ５６、６２、６４、６８とテンションローラ７０と、ベース板６０の裏面に設けられたリニアテンショナとしてのリニアモータ７６とから構成される。

テンションローラ７０は、ベース板６０に水平方向に設けられたスリット８０を介してリニアモータ７６に接続されており、リニアモータ７６に回転自在に軸支されている。リニアモータ７６は、テンションローラ７０を水平方向（矢印Ｂ方向）に移動する。

ボックス５０から繰り出された線材１２は、プーリ５６、６２、６４、６８を経てテンションローラ７０に巻き掛けられた後、テンション計測部４９、ノズル４４を通じてコイル生成部２０まで引き出される。

制御装置２３によりリニアモータ７６を介してテンションローラ７０を水平方向（矢印Ｂ方向）に移動させることで、線材１２に対するテンションが調整される。

次に、このように構成される巻線装置１０において、線材１２を掛け回す手順について説明する。

先ず、制御装置２３はリニアモータ７６を駆動してテンションローラ７０をスリット８０に沿って水平方向（矢印Ｂ方向）左端（テンション計測部４９側）の待機位置（原点）まで移動しておく。

次に、線材１２を供給ボビン１４から引き出し、室内プーリ５２、５２、５２を介してベース板６０のプーリ５６に対して図示の経路で線材１２を巻き掛ける。

さらに、プーリ５６からプーリ６２、６４、６８を介してテンションローラ７０に対して図示の経路で線材１２を巻き掛ける。

線材１２は、テンションローラ７０からさらにテンション計測部４９を介してコイル生成部２０まで引き出して巻枠３０に止める。このような線材１２の引き回しは所定の自動機により自動的に行ってもよく、人手によって行ってもよい。

次に、リニアモータ７６によりテンションローラ７０をスリット８０の略中間位置にまで移動させる。これによりテンションローラ７０は、待機位置から作用側に移り線材１２にテンションが掛けられる。テンションローラ７０は、スリット８０の略中間位置に配置されることから、線材１２に対するテンションの調整代を大きくすることができる。

以上のようにして、線材１２が供給ボビン１４から積層鋼板２４（巻枠３０）まで所定のテンションを持った状態で掛け回される。

次に、巻線工程を開始する。つまり、ボビンモータ１５が回転開始されると、供給ボビン１４から線材１２が繰り出される一方、コイル生成部２０のスピンドル４２をスピンドルモータ４８により回転させ線材１２を巻き取って巻枠３０（図２も参照）に巻回し、コイル１８を生成する。このとき、テンション機構２２では、線材１２のテンションが適値となるように、テンション計測部４９で計測されたテンションが適値のテンションとなるように、制御装置２３の作用下にリアルタイムにリニアモータ７６をフィードバック制御（ＰＩＤ制御）する。

この巻線工程を実行する制御装置２３の構成と作用を以下に説明する。

最初に、制御装置２３の構成と基本的な作用について説明する。制御装置２３は、コンピュータ及びＤＳＰ等により構成され、ＣＰＵが各種入力に基づきＲＯＭ等のメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能実現部（機能実現手段）として動作する。

図４に示すように、この実施形態において、制御装置２３は、演算部１００と、この演算部１００よりコイル（巻枠又はコア）回転指令を受けるコイル回転数制御部１０２と、演算部１００よりボビン回転指令（回転数とタイミング）を受けるボビン回転数制御部１０４と、演算部１００よりタイミング指令（原点、層切替）を受けるテンション制御部１０６として機能する。

コイル回転数制御部１０２は、演算部１００からコイル回転指令を受けてコイル回転数目標値Ｎｃｔａｒ（この実施形態では、例えば１０００［ｒｐｍ］一定値）でスピンドルモータ４８を回転させることで巻枠３０を回転させコイル１８を生成する。

スピンドルモータ４８にはエンコーダ１０８が設けられ、エンコーダ１０８により検出されたコイル実回転数Ｎｃｅが、コイル回転数制御部１０２に供給されることでコイル回転数制御部１０２はスピンドルモータ４８のコイル実回転数Ｎｃｅがコイル回転数目標値Ｎｃｔａｒとなるようにフィードバック制御する。コイル実回転数Ｎｃｅは、演算部１００にも供給される。なお、実際上、コイル実回転数Ｎｃｅは、エンコーダ１０８からのパルスをコイル回転数制御部１０２及び演算部１００でカウントすることで算出される。

その一方、ボビン回転数制御部１０４は、演算部１００からボビン回転指令（回転数とタイミング）を受けて、より具体的には、コイル１８の層毎に異なるボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒとその切替タイミングを演算部１００より受けてボビンモータ１５を回転させる。

ボビンモータ１５には、エンコーダ１１０が設けられ、エンコーダ１１０により検出されたボビン実回転数Ｎｂｅが、ボビン回転数制御部１０４に供給されることでボビン回転数制御部１０４はボビンモータ１５のボビン実回転数Ｎｂｅがボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒとなるようにフィードバック制御する。ボビン実回転数Ｎｂｅは、演算部１００にも供給される。この場合にも、実際上、ボビン実回転数Ｎｂｅは、エンコーダ１１０からのパルスをボビン回転数制御部１０４及び演算部１００でカウントすることで算出される。

供給ボビン１４のボビン外径φＤ（図１参照）は、供給ボビン１４から線材１２が繰り出されることで減少するが、このボビン外径φＤは、供給ボビン１４の近傍に配設された近接センサ１１２により検出（測定）され演算部１００に供給される。

ボビン外径φＤは、コイル１８の外径φｄに比較して、きわめて大きいので、１個のコイル１８（線材多層整列コイル）の生成中には、ボビンφＤは、φＤ＝一定とみなせる。

図４において、テンション制御部１０６には、テンション計測部４９により計測されるテンション（張力）検出値Ｔｆ［Ｎ］が供給され、テンション制御部１０６は、演算部１００からの層切替（コイル１８の巻層の切替）タイミング指令に応じて、このテンション検出値Ｔｆが層切替に係わらず適値（所定値）であるテンション目標値Ｔｆｔａｒとなるようにリニアモータ７６を駆動してテンションローラ７０を移動し、テンションをフィードバック制御する。

次に、基本的には、以上のように構成されかつ作用する制御装置２３の詳しい作用について図５のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ１において制御装置２３の演算部１００は、図示しない上位装置あるいは入力装置から巻線開始指令を受けると、ステップＳ２において、演算部１００は、コイル回転数制御部１０２、ボビン回転数制御部１０４、及びテンション制御部１０６に初期設定を行うよう指令を送る。

このステップＳ２における初期設定では、コイル回転数制御部１０２は、コイル回転数目標値Ｎｃｔａｒを自身の設定メモリに設定するとともに、テンション制御部１０６は、テンション目標値Ｔｆｔａｒを自身の設定メモリに設定する。ボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの初期値（コイル１８の１層目のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒ）は、演算部１００からボビン回転数制御部１０４の設定メモリに設定される。

この場合、コイル１８の１層目のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒは、演算部１００において、コイル回転数目標値Ｎｃｔａｒと、予め記憶している巻枠３０の外周長（長方形）の円の直径換算値である外径φｄ（１層目）と近接センサ１１２により測定したボビン外径φＤの比から算出される（Ｎｂｔａｒ＝Ｎｃｔａｒ×φｄ／φＤ）。

ここで、ステップＳ３以降の処理を説明する前に、この実施形態に係る処理の意義を理解し易くするため、比較例の処理による不都合について説明しながら、図５のフローチャートによる処理の要点（特徴）を説明する。

図６Ａは、比較例に係る時間の経過とボビン回転数Ｎｂ［ｒｐｍ］との関係を示している。時間軸は１目盛間隔が１［ｓ］である。

時点Ｔｃ１でボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの指令値をボビンモータ１５に出力すると、供給ボビン１４のイナーシャのために、ボビン実回転数ＮｂｅはＳ字曲線で遅延しながら回転数が上昇し、時点ｔｃ１でボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒとボビン実回転数Ｎｂｅが一致する。

一方、コイル回転数目標値Ｎｃｔａｒの指令値は時点Ｔｃ１で同時にスピンドルモータ４８に出力されるが、スピンドル４２のイナーシャが小さいので、略その時点Ｔｃ１からコイル実回転数Ｎｃｅが、コイル回転数目標値Ｎｃｔａｒと一致する（図６Ａ中、上側参照）。

時点Ｔｃ１から時点Ｔｃ２までの間は、コイル１８の１層目（最下層）の巻線が巻枠３０に巻回されている時間である。

同様に、時点Ｔｃ２でコイル１８の２層目ボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒ（図６Ａに示すように、２層目ボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒは、コイル１８の外径φｄが大きくなって一定時間当たりの巻取量が増加する分に対応して増加させている。）を出力すると、この場合にも供給ボビン１４のイナーシャのために、ボビン実回転数ＮｂｅはＳ字曲線で遅延して回転数が上昇し、時点ｔｃ２でボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒとボビン実回転数Ｎｂｅが一致する。

以下、１つのコイル１８の最外層の６層目の巻き終了時点Ｔｃ７まで同様に推移する。

この場合、図７Ａに示す比較例に係る供給ボビン１４からの線材１２の繰出量Ｌｒと、巻枠３０への巻取量Ｌｗの関係に示すように、コイル１８の巻取量Ｌｗ［ｍ］に対し供給ボビン１４からの繰りだし量Ｌｒ［ｍ］は、遅延時間｛コイル軸（の回転）に対するボビン軸（の回転）の遅延時間又は、単にボビン軸遅延時間ともいう。｝Δｔｄの経過時点で同一値となる。

しかしながら、この図６Ａ、図７Ａに示す比較例に係る巻線方案でスピンドルモータ４８とボビンモータ１５を回転制御するためには、コイル１８と供給ボビン１４ではイナーシャの差及び外径φｄ、φＤの差が大きいためテンション機構に過大な負荷がかかる。すなわち、テンション機構が、図示しないブレーキローラ等が必要なものとなって大掛かりなものとなりかつ複雑になる。

以上の処理が比較例の処理とその不都合の説明である。

この出願の発明者は、比較例の処理において、図７Ａに示す供給ボビン１４の繰出量Ｌｒとコイル１８の巻取量Ｌｗの差分ΔＬに係わる遅延時間Δｔｄは、図６Ａに示す階段状の指令であるボビン回転数目標値ＮｂｔａｒとＳ字曲線となるボビン実回転数Ｎｂｅとで形成されるハッチング部分の積分値に相当すると考えた。

そこで、この実施形態では、図６Ｂに示すように、スピンドルモータ４８の回転開始時点Ｔｃ１に先立つ時点Ｔｃ１´で１層目ボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの指令をボビン回転数制御部１０４からボビンモータ１３に送るようにした。

スピンドルモータ４８の回転開始時点Ｔｃ１（図６Ａと同一時点であることに留意する。）に先立つボビンモータ１５の１層目の回転開始時点Ｔｃ１´は、図６Ａに示した１層目ボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒと１層目実回転数Ｎｂｅが一致する時点ｔｃ１を考慮し、次の（１）式により決定することができる。
Ｔｃ１´＝Ｔｃ１−Δｔｄ≒Ｔｃ１−（ｔｃ１−Ｔｃ１）／２ …（１）

同様に、２層目のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの指令時点Ｔｃ２´は、次の（２）式により決定できることが分かる。
Ｔｃ２´＝Ｔｃ２−Δｔｄ−２層目の遅延時間分
≒Ｔｃ２−Δｔｄ−（ｔｃ２−Ｔｃ２）／２ …（２）

一般的に、２層目以降ｎ層目のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの指令時点Ｔｃｎ´は、次の（３）式により決定できることが分かる。
Ｔｃｎ´＝Ｔｃｎ−Δｔｄ−ｎ層目までの遅延時間分の累積値
≒Ｔｃｎ−Δｔｄ−Σ（ｔｃｎ−Ｔｃｎ）／２ …（３）

なお（３）式において、ｎは、ｎ≧２である。

このように、次回の巻線工程においては、コイル１８の各層において、ボビン遅延時間Δｔｄの概ね１／２の時間｛１層目はΔｔｄ／２、２層目以降は、このΔｔｄ／２に内層（前に巻回した層）と外層（今から巻回しようとする層）の回転数差に基づく供給ボビン１４のイナーシャを原因とする遅延時間を更に考慮した上記（３）式による計算される時間。｝だけボビンモータ１５の回転開始時点を早めるように制御することにより、図７Ｂに示すように、スピンドルモータ４８のコイル１８の１層目の巻回開始時点Ｔｃ１からコイル１８の６層目の巻回開始時点Ｔｃ６´までの各巻回開始時点Ｔｃ１、Ｔｃ２´〜Ｔｃ６´におけるコイル１８の巻取量Ｌｗと供給ボビン１４の繰出量Ｌｒを時々刻々略一致させることができる。

このため、この実施形態では、テンション機構を図１に示したリニアモータ７６とテンションローラ７０を利用した、ブレーキローラ等を使用しない簡素な構成のテンション機構２２を採用することができる。

なお、スピンドルモータ４８の回転開始時点Ｔｃ１に先立つ時点Ｔｃ１´は、遅延時間Δｔｄに依存し、この遅延時間Δｔｄは、ボビン回転数Ｎｂと供給ボビン１４のイナーシャに依存することから、予めボビン回転数Ｎｂとボビン外径φＤとを変数とし遅延時間Δｔｄを関数｛Δｔｄ＝ｆ（Ｎｂ，φＤ）}とした時点Ｔｃ１´の表（テーブル、マップ）を作成し、演算部１００のメモリ（ＲＯＭ）に記憶させておくようにする。

図７Ｂに示したように、上述した新方案の巻取・繰出制御を行うことにより巻取量Ｌｗと繰出量Ｌｒとの差分ΔＬ（図７Ａ参照）を解消することができるが、この新方案の巻取・繰出制御を行っても、図７Ｂの制御終了時点Ｔｃ７´以降の繰出量Ｌｗと巻取量Ｌｒとの間に差分である総繰出量誤差ΔＬｔ［ｍ］が発生する。次に、この総繰出量誤差ΔＬｔをゼロにする方案について説明する。

総繰出量誤差ΔＬｔ［ｍ］は、図８に示すように、テンションローラ７０の矢印Ｂ方向の基準位置Ｘ０からの位置ずれ量ｘの２倍になることが分かる。
ΔＬｔ＝２×ｘ …（４）

この位置ずれ量ｘは、テンション機構２２で線材１２にテンションを適値にかけるために発生するものであり、一般にゼロ値とすることはコスト的にきわめて難しい。

そこで、この位置ずれ量ｘを許容しながらも、総繰出量誤差ΔＬｔ［ｍ］をゼロ値とするために、可変することが（変更することが）可能なボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒを次回の巻回時に補正する。なお、スピンドルモータ４８のコイル回転数Ｎｃは一定であるので補正しない。

この場合、次回の巻線時の繰出量補正係数Ｋ´を今回の繰出量補正係数Ｋから次の（５）式により算出する。
Ｋ´＝Ｋ×（ΔＬｔ−Ｌ）／Ｌ …（５）
ここで、Ｋ´：次回の巻線時の繰出量補正係数
Ｋ：今回の巻線時の繰出量補正係数
ΔＬｔ：今回の巻線時の総繰出量誤差
Ｌ：基準総繰出量

この繰出量補正係数Ｋ´を利用して、次回のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒ´を今回のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒに対して、次の（６）式により補正することができる。
Ｎｂｔａｒ´＝Ｎｂｔａｒ×Ｋ´
＝Ｎｂｔａｒ×Ｋ×（ΔＬｔ−Ｌ）／Ｌ …（６）

ここで、基準総繰出長Ｌは、次の（７）式により算出することができる。
Ｌ＝ΣπＤ×Ｎｂｅ×Δｔ …（７）

ただし、Σの範囲は、巻線開始時点ｔ＝０から制御処理時間Δｔ毎に繰出長を計算する巻線時間ｔｅｎｄまでの範囲である。この巻線時間ｔｅｎｄは、１つのコイル１８の巻線時間（図６Ｂに示す時点Ｔｃ１´から時点Ｔｃ７´までの時間）であり、Σの計算回数は、ｔｅｎｄ／Δｔとなる。

（７）式において、πは円周率、Ｄはボビン外径、Ｎｂｅはボビン実回転数である。Δｔは制御処理時間であり、ラダープログラムを使用するシーケンサに模して説明すると、いわゆるラダー実行間隔に対応する。例えば、Δｔ＝０．００４［ｓ］に選択される。

このように次回のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒ´を補正することで、図９に示すように、コイル１８の巻取量Ｌｗ（実線）と供給ボビン１４の繰出量Ｌｒ（点線）との総繰出量誤差ΔＬｔを略ゼロ値にすることができる。

以上の説明が、比較例の処理の不具合に対比させて説明したこの実施形態に係る図４に示す、これから説明しようとするフローチャートによる処理の要点の説明である。

そこで、ステップＳ３において、ステップＳ２で設定されたボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの初期値によりボビンモータ１５の回転を開始させることで供給ボビン１４の回転を開始させる（ボビン軸回転開始ともいう。）。

次に、ステップＳ３の処理（ボビン軸回転開始時点）と同時にステップＳ４において、演算部１００は、コイル１８のｎ（ｎは２〜６）層目を巻くための２層目以降のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの指令の出力時点Ｔｃｎ´｛上記（３）式｝を決定するための計時を、タイマ（２層目以降のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒ指令の出力時点決定用計時部）１０１により開始する。

また、ステップＳ３の処理（ボビン軸回転開始時点）と同時に、ステップＳ５において、ボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒとボビン軸イナーシャの吸収のための、いわゆるＳ字曲線加減速制御によりボビン回転数指令値Ｎｂｃｏｍを算出し回転制御を開始する。なお、このボビン回転数指令値Ｎｂｃｏｍにより制御することで、図６Ｂに示すように、ボビン回転数指令値Ｎｂｃｏｍがボビン実回転数Ｎｂｅに略等しくなる。

また、ステップＳ３の処理と同時に、ステップ６において、スピンドルモータ４８の回転開始を待機させる（コイル軸の回転開始を待機又はコイル軸回転待機ともいう。）。このコイル軸回転開始待機時間は、ボビン遅延時間Δｔｄ＝Ｔｃ１´−Ｔｃ１に等しい（図６Ａ、図７Ａ参照）。

次いで、ステップＳ７において、タイマ１０１によるボビン遅延時間Δｔｄの経過時点Ｔｃ１（図６Ｂ参照）でスピンドルモータ４８の回転を開始させ（コイル軸回転開始ともいう。）、巻枠３０にコイル１８の１層目の線材１２の巻回を開始させる。

次に、ステップＳ８において、２層目以降のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの指令の出力時点Ｔｃｎ´までのタイマ１０１による計時が終了したかどうかが判定され、計時が終了していない場合には、ステップＳ８において、演算部１００は、エンコーダ１０８の出力のコイル実回転数Ｎｃｅ（実際にはパルス）から巻回数カウンタ１０３（計数部）をカウントアップする。

次いで、ステップＳ１０において、巻回数カウンタ１０３の計数値（カウント値）から巻層数が増加したかどうかを判定する。この巻層数の増加は、予めコイル回転数制御部１０２及び演算部１００に記憶されている、コイル軸の巻回回数がｙ１回まで１層目、ｙ２回までが２層目、…、ｙｎ回までがｎ層目とのテーブル（マップ）を参照して演算部１００が判断する。

次いで、ステップＳ１１において、巻回数カウンタ１０３の計数値が１個のコイル１８分、すなわち１ワーク分終了値になったかどうかが判断される。

１ワーク終了値になっていないとき、ステップＳ８にもどり、タイマ１０１による計時が、２層目以降のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの指令の出力時点Ｔｃｎ´｛上記（３）式｝に達したとき、ステップＳ１２において、該当する２層目以降のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒの指令を出力し、ボビン回転数制御部１０４を通じてボビンモータ１５を回転させる。

ステップＳ９において、さらに、巻回数カウンタ１０３がカウントアップされ、ステップＳ１０において、巻層数が増加したと判定されたとき、ステップＳ１３において、層数ｎが１層分加算され（ｎ←ｎ＋１）、ステップＳ１４において、ステップＳ５と同様に、２層目以降のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒとボビン軸イナーシャの吸収のための、いわゆるＳ字曲線加減速制御によりボビン回転数指令値Ｎｂｃｏｍを算出し回転制御、この場合２層目以降の回転制御を開始する。

このようにして制御を繰り返し、ステップＳ１１において、巻回数カウンタ１０３の計数値が１ワーク分終了値になったときに、ステップＳ１５において、近接センサ１１２によりボビン径φＤが計測され、テーブルを参照して次回の新たなコイル１８生成のための１層目のボビンモータ１５の回転開始時点Ｔｃｎ´が算出されてメモリに保存され、次回のステップＳ１の巻線開始指令の受領時にステップＳ３で読み出される。

また、ステップＳ１６において、今回の繰出量補正係数Ｋから次回の巻線時の繰出量補正係数Ｋ´を上記（５）式により算出し、算出した繰出量補正係数Ｋ´を利用して、次回のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒ´を今回のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒに対して、上記（６）式により補正して算出しておき、次のステップＳ２において、ボビン回転数制御部１０４の設定メモリに設定する。

なお、ステップＳ３においてボビン軸（ボビンモータ１５と供給ボビン１４）が回転開始したとき、ステップＳ２１において演算部１００からの開始指令によりテンション機構２２が作動を開始し、テンション計測部４９で計測したテンション値Ｔｆが適値（テンション目標値Ｔｆｔａｒ）となるように、リニアモータ７６を通じてテンションローラ７０をＰＩＤフィードバック制御する。このテンション機構２２の作動は、１つのコイル１８の巻回が終了したとき（ステップＳ１１成立時）に演算部１００からテンション制御部１０６に対して停止指令が送出され、テンション制御部１０６は、ステップＳ２２においてテンション機構２２を司るリニアモータ７６の作動を停止させる。

以上説明したように上述した実施形態に係る巻線装置１０は、線材１２を供給する供給ボビン１４を回転させるボビン回転機構としてのボビンモータ１５と、供給ボビン１４から供給される線材１２をノズル４４を介して巻枠３０に整列させながら巻回してコイル１８を生成するコイル回転機構としてのスピンドルモータ４８と、ボビンモータ１５及びスピンドルモータ４８の回転数Ｎｂ、Ｎｃを制御する制御装置２３と、を備える。

制御装置２３は、一定速度のコイル回転数目標値Ｎｃｔａｒを設定するコイル回転数設定部としてのコイル回転数制御部１０２と、コイル回転数目標値Ｎｃｔａｒ、コイル径φｄ、及び供給ボビン径φＤに基づいてボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒを算出するボビン回転数目標値算出部としての演算部１００と、コイル１８のコイル実回転数Ｎｃｅ及びコイル径φＤからコイル１８として巻枠３０に巻き取られる線材１２の巻取量Ｌｗを算出する巻取量算出部としての演算部１００と、供給ボビン１４を回転するボビンモータ１５からボビン実回転数Ｎｂｅ及び供給ボビン径φＤから供給ボビン１４から繰り出される線材１２の繰出量Ｌｒを算出する繰出量算出部としての演算部１００と、算出された巻取量Ｌｗ及び算出された繰出量Ｌｒから算出される供給ボビン１４の繰出遅れ時間Δｔｄに基づいて、ボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒでボビンモータ１５を回転開始させるタイミング（図６Ｂに示した、回転開始時点Ｔｃ１´、Ｔｃ２´・・・Ｔｃ６´）をボビン回転数制御部１０４を通じてボビンモータ１５に設定するタイミング設定手段としての演算部１００と、を備える。

すなわち、巻枠３０側で巻き取られる線材１２の巻取量Ｌｗと、供給ボビン１４から繰り出される線材１２の繰出量Ｌｒとの差に基づき、コイル１８の回転に対する供給ボビン１４の回転（回転数と、回転数変更のタイミング）を、コイル１８の線材１２の巻取量Ｌｗと供給ボビン１４の線材１２の繰出量Ｌｒとが時々刻々一致するように制御しているので、コイル１８と供給ボビン１４とのイナーシャ・径に大きな差があっても、テンション変動を高精度に抑制することができる。

例えば、コイル回転数は、１０００［ｒｐｍ］程度一定とされ、ボビン回転数は、その１／１０〜１／２０程度の範囲とされる（コイル回転数＞＞ボビン回転数）。この発明によれば、テンション変動を高精度に抑制しながら短時間で線材１２が多層に整列されたコイル１８を生産（量産）することができる。

この場合、制御装置２３は、巻枠３０に巻き付けられるコイル１８の層数に応じて、各層のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒを算出し、前記各層のボビン回転開始又は回転数切り替えのタイミングを設定する。このようにすれば、コイル１８のような整列巻コイルにおいて、巻層（コイル１８の層数）に応じてコイル１８の外径φｄが大きくなってコイル１８の１回転当たりの巻取量が増加することに対応させて、実ボビン回転数Ｎｂｅが大きくなるように制御したので、さらに高精度にテンション変動を抑制することができる。

また、供給ボビン１４と巻枠３０との間の線材繰出経路に線材１２を巻枠３０に巻き付ける際に発生するテンション変動を緩衝する線材１２が巻き掛けられるテンション機構２２を設けているが、この実施形態では、コイル１８による線材１２の巻取量（コイル巻取量）Ｌｗと供給ボビン１４からの線材１２の繰出量（ボビン繰出量）Ｌｒとの差が少なくなるため、テンション機構２２のプーリであるテンションローラ７０の変位量ｘが小さくなり、テンション機構２２を小型・簡素化することができる。その結果、テンション変動抑制のためのブレーキローラ機構を使用する等の大掛かりで複雑な機構を採用する必要がなく、例えば、構成の簡素なリニアテンショナ、この実施形態ではリニアモータ７６によるテンション機構２２のみを用いることができる。

この場合、制御装置２３の演算部１００は、次回の巻線時のコイル巻取量Ｌｗとボビン繰出量Ｌｒとの偏差である総繰出量誤差ΔＬｔがなくなるように、リニアモータ７６の位置ずれ量ｘと今回巻線時の線材の総繰出量である基準総繰出長Ｌに基づいて、次回のボビン回転数目標値Ｎｂｔａｒ´を算出するボビン回転数目標値補正部をさらに備えることで、１コイルの累積巻線ずれである総繰出量誤差ΔＬｔをなくすることができる。

この発明に係る巻線装置は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この実施の形態に係る巻線装置の側面図である。 コイルの分解斜視図である。 コイルの斜視図である。 巻線装置の制御装置の機能ブロック図である。 巻線装置の制御装置の動作説明に供されるフローチャートである。 図６Ａは、比較例のボビン回転開始タイミングに対するボビン回転数目標値・ボビン実回転数の関係説明図である。図６Ｂは、この実施形態に係るボビン回転開始タイミングに対するボビン回転数目標値・ボビン実回転数の関係説明図である。 図７Ａは、比較例に係るコイル巻取量とボビン繰出量の差の説明図である。図７Ｂは、この実施形態に係るコイル巻取量とボビン繰出量の差の説明図である。 テンション機構の位置ずれ量の説明図である。 コイル総巻取量とボビン総繰出量の差がなくなることを示した説明図である。

符号の説明

１０…巻線装置 １２…線材
１４…供給ボビン １５…ボビンモータ
１８…コイル ２２…テンション機構
２３…制御部 ３０…巻枠
４４…ノズル ４８…スピンドルモータ
４９…テンション計測部 ７０…テンションローラ
７６…リニアモータ １００…演算部
１０２…コイル回転数制御部 １０４…ボビン回転数制御部
１０６…テンション制御部 １０８、１１０…エンコーダ
１１２…近接センサ

Claims (4)

1. 線材を供給する供給ボビンを回転させるボビン回転機構と、
   前記供給ボビンから供給される前記線材をノズルを介して巻枠に整列させながら巻回してコイルを生成するコイル回転機構と、
   前記ボビン回転機構及び前記コイル回転機構の回転数を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   一定速度のコイル回転数を設定するコイル回転数設定部と、
   前記コイル回転数、前記コイル径、及び前記供給ボビン径に基づいてボビン回転数目標値を算出するボビン回転数目標値算出部と、
   前記コイルの実回転数及び前記コイル径から前記コイルとして前記巻枠に巻き取られる前記線材の巻取量を算出する巻取量算出部と、
   前記供給ボビンの実回転数及び前記供給ボビン径から前記供給ボビンから繰り出される前記線材の繰出量を算出する繰出量算出部と、
   算出された前記巻取量及び算出された前記繰出量から算出される前記供給ボビンの繰出遅れ時間に基づいて、前記ボビン回転数目標値で前記ボビン回転機構を回転開始させるタイミングを設定するタイミング設定手段と、
   を備えることを特徴とする巻線装置。
2. 請求項１記載の巻線装置において、
   前記制御装置は、
   前記巻枠に巻き付けられる前記コイルの層数に応じて、各層の前記ボビン回転数目標値を算出し、前記各層の前記ボビン回転開始又は回転数切り替えのタイミングを設定することを特徴とする巻線装置。
3. 請求項１又は２に記載の巻線装置において、
   前記供給ボビンと前記巻枠との間の線材繰出経路に前記線材を前記巻枠に巻き付ける際に発生するテンション変動を緩衝する前記線材が巻き掛けられるテンション機構を設ける
   ことを特徴とする巻線装置。
4. 請求項３記載の巻線装置において、
   前記テンション機構をリニアテンショナとし、
   前記制御装置は、次回の巻線時のコイル巻取量とボビン繰出量との偏差である総繰出量誤差がなくなるように、前記リニアテンショナの位置ずれ量と今回巻線時の線材の総繰出量に基づいて、次回のボビン回転数目標値を算出するボビン回転数目標値補正部をさらに備える
   ことを特徴とする巻線装置。

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