JP2011187717A - 平角線の巻線装置、平角線の巻線装置向け成形駒、およびエッジワイズコイル - Google Patents

Abstract

【課題】平角線に縒れや皺などの無い、均一な傾斜で螺旋状に巻回されたエッジワイズコイルを製造可能な平角線の巻線装置、およびこれに用いる平角線の巻線装置向け成形駒を提供する。
【解決手段】巻き始めの平角線の一面側と接する成形面４２は、段差４４の上縁４４ａと下縁４４ｂとの間で略一定の傾斜角θで傾斜した傾斜面４５からなる。上縁４４ａと下縁４４ｂとの間隔である段差４４の高さＨは、例えば、平角線２１の厚みＴに相当する程度に形成されていれば良い。また、こうした段差４４の高さＨは、開口４３の周縁側４３ａと傾斜面４５の外縁側４５ａとで略同一に形成されていれば良い。このように、段差４４の高さＨを平角線２１の厚みＴに相当する程度にすることで、傾斜面４５は下縁４４ｂから上縁４４ａに向けて周回方向Ｒ２に沿って１周回すると平角線２１の厚みＴの１層分だけ上がるように形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、平角線の巻線装置、平角線の巻線装置向け成形駒、およびエッジワイズコイルに関し、詳しくは、電気的な特性に優れたエッジワイズコイルの形成技術に関する。

断面が長方形を成すリボン状の平角線は、例えばＣｕなどの導体にエナメル等の絶縁材をコーティングしたものからなる。こうした平角線の断面の短辺方向、すなわち厚み方向を巻回軸として巻くことにより形成した空芯のコイルは、一般的にエッジワイズコイルと称される。このエッジワイズコイルは、剛性のある平角線を用いることによって、断面が円形の柔軟な丸線を巻回させて形成したコイルと比較して、線を巻くボビン等が不要であり、また線の断面が矩形のため、コイルの単位面積あたりに占める導体面積を増加させることが可能である。これによって、丸線を用いたコイルと比較して、同程度のサイズのエッジワイズコイルは、インピーダンスを小さくすることができ、周波数特性を向上させることが可能になる。また、エッジワイズコイルは巻線数が少なく、かつ１層巻きでも良いため、放熱性に優れ、材料コストの削減にも寄与する。

このような平角線を用いたエッジワイズコイルを形成する際には、剛性の高い平角線を厚み方向を軸にして巻回させる巻線装置（以下、単に巻線装置と称することがある）を用いる。この巻線装置は、例えば、平角線の線幅方向の一面側に接する成形面を備えた成形駒と、この成形面に対面して形成され、平角線の線幅方向の他面側に接する押さえ面を備えた押さえ駒とを備え、この成形駒と押さえ駒との間に平角線を挟持させる。そして、成形駒を回転させて、成形駒および押さえ駒を貫通する巻芯に平角線を巻きつけることによって、エッジワイズコイルを形成する（例えば、特許文献１参照）。

図７（ａ）は、従来の成形駒の一例を示す外観斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の成形駒をＡ−Ａ線で切断して周回方向Ｒ１に沿って展開させたときの様子を示す説明図である。また、図８は従来の成形駒を用いて平角線をエッジワイズ巻きさせた時の様子を示す斜視図である。
巻線装置に従来から用いられている成形駒１００の成形面１０１は、平角線１１０を巻回させる際にこの平角線１１０の一方の面に接する平坦面１０２と、この平坦面１０２の一部を斜めに切り欠いた傾斜面１０３とから構成されている。この傾斜面１０３は、平角線１１０の始端１１０ａを成形面１０１の外側に出すとともに、傾斜面１０３に接する平角線１１０の巻き始め領域Ｅｓから、巻芯１０５を１周回してこの巻き始め領域Ｅｓに重なる領域Ｅａにおいて、周回違いで重なる平角線１１０どうしが干渉しないように形成されている。

特開２００２−１８４６３９号公報

しかしながら、図７、８に示した従来の成形駒１００では、成形面１０１が、互いに角度が異なる平坦面１０２と傾斜面１０３とから構成されているため、必然的にこの平坦面１０２と傾斜面１０３との境界を成す二面角１０４が生じてしまう。そして、平角線１１０の巻回時に、平角線１１０の巻き始め領域Ｅａが押さえ駒によって成形面１０１の二面角１０４に押し付けられると、この二面角１０４で平角線１１０が屈折する。そして、平角線１１０が巻芯回りを一周回してこの二面角１０４と重なる部分に達すると、上段の平角線１０４ｂは下段の平角線（巻き始め領域の平角線）１０４ａに急に乗り上げる状態となる。このため、図３に示すように、上段の平角線１０４ｂが下段の平角線１０４ａの巻き始め領域に重なる領域Ｅａでは、平角線１０４の厚み分の段差による折り癖（縒れ、皺）Ｑが生じる。

こうした平角線の一部に段差状の折り癖が形成されると、これよりも上段に重ねて巻回される平角線のうち、この折り癖と重なる位置の全てに、段差状の折り癖が転写されてしまう。これにより、形成されたエッジワイズコイルは中心軸方向に沿って一列に縒れ、皺が生じたものとなり、電気的特性、例えば周波数特性を劣化させる原因になるという課題があった。

また、こうした縒れや皺がエッジワイズコイルの中心軸側に生じた場合、平角線の巻回時に巻芯に対して巻き付く応力が過大となり、平角線が損傷する虞もあった。

本発明にかかるいくつかの態様は、上記事情に鑑みてなされたものであり、平角線に縒れや皺などの無い、均一な傾斜で螺旋状に巻回されたエッジワイズコイルを製造可能な平角線の巻線装置、およびこれに用いる平角線の巻線装置向け成形駒を提供することを目的とする。

また、平角線を均一な傾斜で縒れや皺などを生じさせること無く螺旋状に巻回させた、電気的特性に優れたエッジワイズコイルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような平角線の巻線装置、平角線の巻線装置向け成形駒、およびエッジワイズコイルを提供した。
すなわち、本発明の平角線の巻線装置は、平角線をエッジワイズ巻きで巻き付ける巻芯と、成形面および前記巻芯が貫通する開口を備え、前記中心軸回りで回転する成形駒と、前記成形面に対向する押さえ面を備え、前記平角線を前記成形面に向けて押し付ける押さえ駒とを有する平角線の巻線装置であって、
前記成形面は前記開口の周縁を取り巻くように一定の傾斜角で傾斜した傾斜面からなり、前記傾斜面の上縁と下縁とで形成される段差の高さは前記平角線の厚みと略同一であることを特徴とする。

前記段差の高さは、前記開口の周縁側と前記傾斜面の外縁側とで略同一であることが好ましい。
また、前記押さえ駒は、前記中心軸方向に沿って前記成形駒から離間する方向に移動する構成であればよい。

本発明の平角線の巻線装置向け成形駒は、平角線をエッジワイズ巻きで巻回してエッジワイズコイルを製造するための平角線の巻線装置を構成し、押さえ駒の押さえ面との間で前記平角線を挟む成形面を備え、中央部に巻芯を貫通させる開口が形成された平角線の巻線装置向け成形駒であって、
前記成形面は前記開口の周縁を取り巻くように一定の傾斜角で傾斜した傾斜面からなり、前記傾斜面の上縁と下縁とで形成される段差の高さは前記平角線の厚みと略同一であることを特徴とする。

前記成形駒は、前記平角線を前記巻芯回りで１周回させた際に、前記段差に接した巻き始め領域の前記平角線の上面と、前記段差の上端とが略同一の高さとなるように形成されていることが好ましい。

本発明のエッジワイズコイルは、平角線をエッジワイズ巻きで巻回させてなるエッジワイズコイルであって、
前記平角線は、巻き始め領域から、螺旋状に１周回して前記巻き始め領域と重なる領域に至るまで、前記平角線の厚みと同じか、それよりも大きくなるような高低差で、均一な角度で段差無く傾斜していることを特徴とする。

前記平角線は、前記巻き始め領域と重なる領域において、屈折部を形成させないことが好ましい。これによって、電気的特性、例えば周波数特性を高めたエッジワイズコイルを形成することが可能になる。

本発明の成形駒、および平角線の巻線装置によれば、成形駒の成形面を、成形駒の開口の周縁を取り巻くように略一定の傾斜角で傾斜した傾斜面で構成し、この傾斜面の上縁と下縁とで形成される段差の高さを平角線の厚みと略同一にした。これによって、平角線が巻き始め領域から巻芯に沿って傾斜面を１周回する間に、段差の高低差に相当する平角線１枚分の厚みだけ、巻芯の中心軸方向に変位する。

この時、平角線が押し付けられる傾斜面は、段差の上縁から下縁までの間を略均一の角度で傾斜しているので、巻き始め領域から１周回した平角線は急激な角度変化による縒れや皺が生じることなく、下段の（１周回前の位置にある）平角線に重ねることが可能になる。更に巻芯に沿って平角線を巻回し続けても、平角線に下段の縒れや皺が転写されることが無いので、略均一な角度で段差無く巻回されたエッジワイズコイルを得ることが可能になる。

また、本発明のエッジワイズコイルによれば、巻き始め領域から巻き終わり領域に至るまで、全体が中心軸に対して均一な角度で傾斜して巻回されている。これによってエッジワイズ巻きされた平角線に折り癖（縒れ、皺）などが生じないので、電気的特性、例えば周波数特性を高めたエッジワイズコイルを実現できる。

本発明の平角線の巻線装置を示す平面図である。 平角線の一例を示す斜視図である。 巻線装置の成形駒を保持する成形駒保持部を示す斜視図である。 本発明の成形駒を示す斜視図、展開断面図である。 本発明の成形駒を用いた平角線のエッジワイズ巻きの様子を示す説明図である。 本発明のエッジワイズコイルの一例を示す斜視図である。 従来の成形駒の一例を示す斜視図、展開断面図である。 従来の成形駒を用いた平角線のエッジワイズ巻きの様子を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る平角線の巻線装置、およびこれに用いる成形駒の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明に係る平角線の巻線装置の全体構成を示す概要図である。
平角線の巻線装置１０は、平角線２１を供給する供給部１１と、平角線２１を誘導する誘導部１２と、平角線２１を巻回させる巻線部１３とからなる。この巻線装置１０によってエッジワイズ巻きされる平角線２１は、図２に示すように、例えばＣｕからなる導体２２を絶縁体であるエナメル層２３で覆ったものである。こうした平角線２１は長手方向（延長方向）に直角な断面が長方形を成し、厚みＴが薄く幅Ｗが広いリボン状を成している。

供給部１１は、例えば、長尺の平角線２１を巻き取ったリール１１ａが回動自在に支持されてなる。こうしたリール１１ａから、平角線２１が誘導部１２に向けて順次繰り出される。
誘導部１２は、リール１１ａから繰り出された平角線２１を巻線部１３に向けて誘導するものであり、平角線２１を支持する複数の搬送ローラ１２ａ等から構成されている。

巻線部１３は、誘導部１２を経て供給される平角線２１をエッジワイズ巻きしてエッジワイズコイル２２を形成するものであり、成形駒３１と、この成形駒３１を保持する成形駒保持部３２と、この成形駒保持部３２を回転させるモータ３３を有する。また、成形駒３１に対面する押さえ駒３５と、この押さえ駒３５を保持する押さえ駒保持部３６と、押さえ駒保持部３６を水平方向Ｌに沿って移動させる移動装置３７と、押さえ駒３５と成形駒３１との間に支持される巻芯３８とを有する。

図３に示すように、成形駒保持部３２は、例えばドラム状に形成され、一方の端面側３２ａに成形駒３１を固定して保持する保持穴４１が形成されている。こうした保持穴４１に、成形面４２が露呈される形で成形駒３１が保持される。また、成形駒保持部３２には、成形駒３１の傾斜面４５の延長上にあって保持穴４１の外縁から成形駒保持部３２の外縁に向けて延びる溝３２ｂが形成されている。この溝３２ｂは、平角線をエッジワイズ巻きする際に、平角線の始端部分を成形駒保持部３２の外部に導出させるものである。

図４（ａ）は、本発明の成形駒の一例を示す外観斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の成形駒をＢ−Ｂ線で切断して周回方向Ｒ２に沿って展開させたときの様子を示す説明図である。本発明の成形駒３１は、一面側が成形面４２を成す略円筒形の部材であり、全体が例えばステンレスによって形成されている。成形面４２の中央には、開口４３が形成され、この開口４３に巻芯３８の一端側が挿入される。

巻き始めの平角線の一面側と接する成形面４２は、段差４４の上縁４４ａと下縁４４ｂとの間で略一定の傾斜角θで傾斜した傾斜面４５からなる。即ち、成形面４２は巻芯３８の中心軸の延長方向に対して略垂直に広がる面からなり、この略垂直に広がる面とは、巻芯３８の中心軸に対して垂直に広がる面から、巻芯３８の中心軸に対して傾斜角θで広がる面までを含むものとする。また、本発明において略一定の傾斜角θとは、数度程度の角度の変動を含むが、全体として均一に傾斜している概念を含む。

そして、この傾斜面４５の上縁４４ａと下縁４４ｂとの間隔である段差４４の高さＨは、平角線２１の厚みＴと略同一に形成されていれば良い。なお、本発明における平角線２１の厚みＴと略同一とは、平角線２１の高さと全く同じか、それよりも±数μｍ程度の範囲の厚み誤差を含むものとする。例えば、図２に示す平角線２１の厚みＴに相当する程度に形成されていれば良い。また、こうした段差４４の高さＨは、開口４３の周縁側４３ａと傾斜面４５の外縁側４５ａとで略同一に形成されていれば良い。このように、段差４４の高さＨを平角線２１の厚みＴに相当する程度にすることで、傾斜面４５は下縁４４ｂから上縁４４ａに向けて周回方向Ｒ２に沿って１周回すると平角線２１の厚みＴの１層分だけ上がるように形成されている。

以下、本発明の平角線の巻線装置を用いてエッジワイズコイルを形成する際の、本発明の成形駒の作用について、図１、図５を参照して説明する。図５は、本発明の成形駒を用いて平角線をエッジワイズ巻きする様子を示した斜視図である。
巻線装置１０を用いて平角線２１をエッジワイズ巻きする際には、まず、成形駒保持部３２の保持穴４１に成形駒３１を固定させるとともに、供給部１１のリール１１ａから平角線２１を繰出して、誘導部１２を介して巻線部１３に延ばす。

次に、平角線２１の一端２１ａを成形駒３１の傾斜面４５から成形駒保持部３２の溝３２ｂに沿わせ（図３参照）、平角線２１の端部を成形駒保持部３２の外側に出しておく。そして、押さえ駒保持部３６を水平方向Ｌに沿って成形駒保持部３２に接近させる方向に移動させ、巻芯３８の一端側を成形駒３１の開口４３に嵌合させる。そして、成形駒３１の成形面４２に沿って延びている平角線２１を挟み込むように押さえ駒３５を成形駒３１に押し付ける。

そして、巻線装置１０のモータ３３を作動させ、成形駒保持部３２に固定された成形駒３１を図５における反時計回り方向Ｑにゆっくりと回転させる。成形駒３１が反時計回り方向Ｃに回転すると、平角線２１の厚み方向に沿った一側面２１ｂが成形駒３１の段差４４に接するとともに、成形駒３１の傾斜面４５に沿って巻芯３８の回りに平角線２１が巻きつけられる。そして、平角線２１の一側面２１ｂが段差４４に接する巻き始め領域Ｅｓから巻芯３８を１周回して、巻回された平角線２１が段差４４の上縁４４ａを超えると、１周回領域Ｅａ１において巻き始め領域Ｅｓに重なり始める。

本発明の成形駒３１は、図４に示したように、平角線２１が押し付けられる傾斜面４５が、段差４４の下縁４４ｂから上縁４４ａに至るまで、全体が数度の誤差を含む範囲で均一な角度で傾斜している。しかも、段差４４の高さＨが平角線２１の厚みＴと略同一になるように形成されているので、周回方向Ｒ２に沿って傾斜面４５を１周回すると平角線２１の厚みＴの１層分だけ高さが上がる。このため、傾斜面４５に押し付けられた平角線２１が巻き始めから一周回すると、巻回された平角線２１の巻き始め領域Ｅｓと１周回領域Ｅａ１との間で急激な角度変化による屈曲が形成されず、巻き始め領域Ｅｓから１周回領域Ｅａ１に至るまで、傾斜面４５の傾斜に倣って均一な角度で傾斜するように巻芯３８の回りに巻きつけられる。

これによって、平角線２１は、巻き始め領域Ｅｓから均一な角度で１周回し、１周回領域Ｅａ１においてこの巻き始め領域Ｅｓに重なるので、１周回領域Ｅａ１に折り癖（縒れ、皺）が生じることが無い。１周回領域Ｅａ１に折り癖（縒れ、皺）が生じることが無いので、この１周回領域Ｅａ１から更にもう１周回した１周回領域Ｅａ２や、それ以降の周回領域Ｅａ３、Ｅａ４・・・にも、折り癖（縒れ、皺）が転写されてしまうことがない。

こうして、成形駒３１と押さえ駒３５との間で、巻芯３８回りに平角線をエッジワイズ巻きし、巻回回数の増加に応じて、押さえ駒３５を固定している押さえ駒保持部３６を移動装置３７によって成形駒３１から遠ざかる方向に移動させていく。そして、所定回数のエッジワイズ巻が完了すると、本発明のエッジワイズコイル５１を得ることができる。

図６は、本発明の成形駒を使用して形成した、本発明のエッジワイズコイルを示す斜視図である。
本発明のエッジワイズコイル５１は、巻線中心となる空芯５２の周りに、平角線２１がその断面の短辺方向、すなわち厚み方向を巻回軸として巻回されている。そして、エッジワイズコイル５１は、その巻き始め領域Ｅｓから均一な角度で１周回し、１周回領域Ｅａ１においてこの巻き始め領域Ｅｓに重なっており、この１周回領域Ｅａ１には折り癖（縒れ、皺）など、平角線２１が屈曲された屈曲部は形成されていない。

そして、巻き始め領域Ｅｓから巻き終わり領域Ｅｅに至るまで、全体が中心軸に対して均一な角度で傾斜して巻回されている。こうした本発明のエッジワイズコイル５１によれば、エッジワイズ巻きされた平角線に２１に折り癖（縒れ、皺）などが生じないので、電気的特性、例えば周波数特性を高めることが可能になる。

１０…巻線装置、２１…平角線、３１…成形駒、４２…成形面、４３…開口、４４…段差、４４ａ…上縁、４４ｂ…下縁、４５…傾斜面、５１…エッジワイズコイル。

Claims (7)

1. 平角線をエッジワイズ巻きで巻き付ける巻芯と、成形面および前記巻芯が貫通する開口を備え、前記中心軸回りで回転する成形駒と、前記成形面に対向する押さえ面を備え、前記平角線を前記成形面に向けて押し付ける押さえ駒とを有する平角線の巻線装置であって、
   前記成形面は前記開口の周縁を取り巻くように一定の傾斜角で傾斜した傾斜面からなり、
   前記傾斜面の上縁と下縁とで形成される段差の高さは前記平角線の厚みと略同一であることを特徴とする平角線の巻線装置。
2. 前記段差の高さは、前記開口の周縁側と前記傾斜面の外縁側とで略同一であることを特徴とする請求項１記載の平角線の巻線装置。
3. 前記押さえ駒は、前記中心軸方向に沿って前記成形駒から離間する方向に移動することを特徴とする請求項１または２記載の平角線の巻線装置。
4. 平角線をエッジワイズ巻きで巻回してエッジワイズコイルを製造するための平角線の巻線装置を構成し、押さえ駒の押さえ面との間で前記平角線を挟む成形面を備え、中央部に巻芯を貫通させる開口が形成された平角線の巻線装置向け成形駒であって、
   前記成形面は前記開口の周縁を取り巻くように一定の傾斜角で傾斜した傾斜面からなり、
   前記傾斜面の上縁と下縁とで形成される段差の高さは前記平角線の厚みと略同一であることを特徴とする平角線の巻線装置向け成形駒。
5. 前記成形駒は、前記平角線を前記巻芯回りで１周回させた際に、前記段差に接した巻き始め領域の前記平角線の上面と、前記段差の上端とが略同一の高さとなるように形成されていることを特徴とする請求項４記載の平角線の巻線装置向け成形駒。
6. 平角線をエッジワイズ巻きで巻回させてなるエッジワイズコイルであって、
   前記平角線は、巻き始め領域から、螺旋状に１周回して前記巻き始め領域と重なる領域に至るまで、前記平角線の厚みと同じか、それよりも大きくなるような高低差で、均一な傾斜で段差無く傾斜していることを特徴とするエッジワイズコイル。
7. 前記平角線は、前記巻き始め領域と重なる領域において、屈折部を形成させないことを特徴とする請求項６記載のエッジワイズコイル。
   

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