JP2014023372A - 型巻コイルの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電線を巻枠に沿って確実に巻くことができるとともに、安定した形状を有する型巻コイルを製造することができる型巻コイルの製造装置を提供する。
【解決手段】巻線ドラム１ａに巻回されて収納された電線１を巻枠２１で巻き取る際、巻枠２１を回転させながら巻き取るものであり、巻枠２１の回転角度に応じて押圧装置２２ａ〜２２ｄを巻枠２１に対して前進、後退させ、押圧装置２２ａ〜２２ｄを前進させた場合には、押圧装置２２ａ〜２２ｄを電線１に押し付けることにより、巻きつけられた電線１が浮き上がることを防止することができ、これにより電線１を巻枠２１に沿って確実に巻くことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は平角線を巻枠に巻きつけて製造する型巻きコイルの製造装置に関するものである。

従来の型巻きコイルの製造装置としては、巻回された平角電線を収納したドラムを配置し、ドラムにトルクを加えることにより平角電線に張力を付与し、ドラムから解き放された平角電線を巻型に所定回数巻回して行き、巻型を解体して略小判形コイル形状の巻コイルを形成するようにしたものがあった（特許文献１参照）。

又複数のティースにインシュレータ（巻枠）を装着し、コイルを集中巻により巻線して、その後コイルを成形するためのコイル成形治具を用いて、各ティースに巻線されたコイルを、コイルとインシュレータとの間の隙間が無くなる方向に加圧成形する装置もあった（特許文献２参照）。

特開平１１−０６９６８７号公報 特開２００９−２２５５９７号公報

しかしながら、特許文献１の装置では巻型に対して平角電線に張力を付与しながら巻きつけるため、非常に大きな張力を与えなれば、半径の小さい半円を持つ巻型に平角電線を沿わせることが出来ないという問題点があった。又平角電線に張力を付与することで平角電線が延び、導体断面積が小さくなり抵抗が増加するという問題点があった。更に皮膜が薄くなることで絶縁が劣化し、耐圧性能が低くなるという問題点もあった。

また、上記特許文献２の装置では、全体の巻線後に巻枠に対して加圧するため、押圧することでコイルの膨らみを減らすことは出来るが、押圧した方向に対し垂直な向きにコイルは伸びてしまい、コイルを巻枠に沿わせることが出来なくなるという問題点があった。又全体をまとめて押圧するため、スプリングバックが大きく、膨らみは抑制されるもののコイルを巻枠に沿わせることは難しいという問題点があった。更に加圧工程が必要になることから工数が増加するという問題点もあった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電線を巻枠に沿って確実に巻くことができ、安定した形状を有する型巻コイルを製造することができる型巻コイルの製造装置を提供することを目的とする。

この発明に係る型巻コイルの製造装置は、電線を収納する巻線ドラムと、回転することによって巻線ドラムに収納された電線を巻き取る巻枠とを有するものであって、巻枠とともに回転し、巻枠の回転角度に応じて巻枠に対して前進、後退することができるとともに、前進した場合には電線を押し付けることができる押圧装置を設け、押圧装置によって電線を押し付けながら電線を巻枠に巻き取るものである。

この発明に係る型巻コイルの製造装置によれば、電線を収納する巻線ドラムと、回転することによって巻線ドラムに収納された電線を巻き取る巻枠とを有するものであって、巻枠とともに回転し、巻枠の回転角度に応じて巻枠に対して前進、後退することができるとともに、前進した場合には電線を押し付けることができる押圧装置を設け、押圧装置によって電線を押し付けながら電線を巻枠に巻き取るようにしたので、電線を巻枠に沿って確実に巻くことができ、安定した形状を有する型巻コイルを製造することができる。

長円形コイルを示す概略図である。 台形形状コイルを示す概略図である。 実施の形態１による型巻きコイルの製造装置全体を示す構成図である。 押圧装置の制御システムを示す構成図である。 巻き始め時の型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。 巻枠が約４５度回転した型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。 巻枠が約１８０度回転した型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。 巻枠が約１８０度回転した後に第３と４の押圧装置が前進した状態の型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。 巻枠が約１８０度回転した後に第１と２の押圧装置が退避した状態の型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。 駆動機構を示す概略構成図である。 他の形態による型巻きコイルの製造装置全体を示す構成図である。 駆動機構の他の例を示す概略構成図である。 実施の形態１による型巻きコイルの製造装置の動作タイミングを示すグラフである。

実施の形態１．
一般的に回転電機を高電圧で使用する高電圧電動機の電磁コイルとしては、表面に絶縁を施した平角電線を所定回数整列して巻きつけて型巻コイルを作り、この型巻コイル１０を成形機で亀甲型に整形することにより形成される亀甲型コイルが多く用いられる。亀甲型コイルに成形する前後で絶縁テープを巻き付けることにより絶縁を施し、更に鉄心に挿入し、所定の結線をすることで回転電機を構成する。このような亀甲型コイルを製造するにあたり、型巻コイル１０として図１に示す長円形コイル、もしくは図２に示す台形形状のコイルが用いられる。

本実施の形態においては、型巻コイル１０の巻線中に巻枠２１に対して押圧装置を押し付けることにより、巻線中の型巻コイル１０を押さえながら巻線するものである。図３は実施の形態１による型巻きコイルの製造装置全体を示す構成図、図４は押圧装置の制御システムを示す構成図である。図３において、巻線ドラム１ａには電線１が巻回されて収納されており、電線１の巻線中に巻枠２１に対して押圧装置２２ａ〜２２ｄを押し付けながら巻線していくものである。又図４において、巻枠２１には回転検出センサ２３が取り付けられており、回転検出センサ２３の出力信号が入力装置３２にパルス信号として入力される。そして制御装置３１の指令に従い、出力装置３３からの電気信号は巻枠２１に取り付けられたバルブ２５ａ〜２５ｄに入力され、指令に従って第１のバルブ２５ａ〜第４のバルブ２５ｄを開閉させることによって、駆動装置２４ａ〜２４ｄにおけるシリンダ内のピストンを前後させることにより押圧装置２２ａ〜２２ｄを駆動させる。

次に押圧装置２２ａ〜２２ｄを押し付けるタイミングを図１３を参照しながら説明する。図５は巻き始め時の型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。巻線開始時における巻枠２１の角度を０度とする。このとき第１の押圧装置２２ａと第２の押圧装置２２ｂは電線１を押さえている状態とする。第３の押圧装置２２ｃと第４の押圧装置２２ｄは電線１を押さえておらず、電線１から離れている。

巻枠２１が時計回りに回転し始め、電線１を巻枠２１に巻き取っていく。巻枠２１の角度に関しては巻枠２１に取り付けられた回転検出センサ２３の出力信号が入力装置３２にパルス信号として入力されることにより検出することができる。図６は巻枠２１が約４５度回転した型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。巻枠２１が半回転（１８０度回転）すると、巻枠２１の巻き始め線１１が無い側に電線１が接触する（図１３の位置Ａ）。図７は巻枠２１が約１８０度回転した型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。この後、第３の押圧装置２２ｃと第４の押圧装置２２ｄは前進（巻枠２１方向へ移動）し、巻枠２１に対して電線１を押付け、電線１を巻枠２１に沿わせる（図１３のＢ位置）。図８はＢの位置における型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。図８においては、巻枠２１が１８０度の状態にあるように開示されているが、実際には１８０度の位置から時計回りにわずかに回転した位置（図１３のＢ位置、例えばＢの位置は１８１度程度であっても構わない）にあるものである。

第３の押圧装置２２ｃと第４の押圧装置２２ｄが巻枠２１を押付けた後、第１の押圧装置２２ａと第２の押圧装置２２ｂで押していた電線１の上部に２層目の電線１が巻きつけられる。この際押圧装置２２ａ、２２ｂは巻き付ける際の障害となるため、退避動作（巻枠２１から離れる）を行う（図１３のＣ位置）。図９はＣとＤの間の位置における型巻きコイルの製造装置を示す概略図である。図９においては、巻枠２１が１８０度の状態にあるように開示されているが、実際には１８０度の位置からわずかに時計回りに回転した位置（図１３のＣとＤの間の位置、例えばＣとＤの間の位置は１８１度〜１８２度程度であっても構わない）にあるものである。押圧装置２２ａ〜２２ｄの前進、後退は図４に示す制御装置３１の指令に従い、出力装置３３からの電気信号によって実行される。

電気信号はスリップリングや無線を介して巻枠２１に取り付けられたバルブ２５ａ〜２５ｄに入力され、指令に従って第１のバルブ２５ａ〜第４のバルブ２５ｄを開閉させることによって、駆動装置２４ａ〜２４ｄにおけるシリンダ内のピストンを前後させることにより押圧装置２２ａ〜２２ｄを駆動させる。これにより、巻枠２１の回転に同期して押圧装置２２ａ〜２２ｄを駆動させることが出来る。

電線１と第１の押圧装置２２ａおよび第２の押圧装置２２ｂの接触を防ぐため、退避動作は巻枠２１の角度が略２７０度になるまでに完了しておく必要がある。電線１が巻枠２１における巻始め線１１の存在する側面に接触し、巻枠２１の回転に伴って電線１が巻き取られ、巻枠２１は約３６０度回転した状態となる。その後、第１の押圧装置２２ａと第２の押圧装置２２ｂで電線１を巻枠２１に押付ける（図１３のＥ位置）。押付け動作が完了した後（図１３のＦ位置）、第３の押圧装置２２ｃ及び第４の押圧装置２２ｄと電線１との接触を防ぐため、第３の押圧装置２２ｃと第４の押圧装置２２ｄを退避させる。上記のように本実施形態によれば、巻枠２１の一方の側面に配置された第１の押圧装置２２ａおよび第２の押圧装置２２ｂと他方の側面に配置された第３の押圧装置２２ｃ及び第４の押圧装置２２ｄを巻枠２１の回転に伴って交互に前進、後退を繰り返すようにしたものである。

このように押圧装置２２ａ〜２２ｄの前進、退避移動を巻枠２１の回転に伴って繰り返すことにより、電線１を所定の巻数だけ巻回させる。巻線が完了すると所定長さ分だけ巻き終わり線１２を切断することで型巻コイル１０が完成する。本実施の形態によれば、巻線中に電線１を押さえるので、電線１が曲げられる際に反力が生じても、巻きつけられた電線１が浮き上がることを防止することができる。これにより電線１を巻枠２１に沿って確実に巻くことができ、安定した形状を有する型巻コイルを製造することが出来る。また巻線工程と押付け工程を同時に行うので、全体として工程数を増加させる必要がなく、生産性を向上させることができる。更に巻線中の電線１に付与する張力を小さくすることが出来るので、電線１の断面積が減少することを防ぐとともに、電線１の絶縁の劣化を防ぐことができる。又押圧装置２２ａ〜２２ｄを電線１に押し付ける場合は、押圧装置２２ａ〜２２ｄを巻枠２１に対して垂直な方向から押し付けることが効果的である。これにより押し付け動作時に電線１のずれを抑制することができる。

次に、押圧装置２２ａ〜２２ｄの駆動機構に関して説明する。押圧装置２２ａ〜２２ｄは巻枠２１に対して近づく方向、ならびに電線１との干渉を避けるために巻枠２１から遠ざかる方向に駆動できる必要がある。図１０はこの駆動機構を示す概略構成図であり、巻枠２１に基台３０が取り付けられ、この基台３０は巻枠２１とともに回転する。そしてこの基台３０に設けられたカム溝２６に沿って押圧装置２２に取り付けられたフォロア２７が移動する。押圧装置２２ａ〜２２ｄを前進させる場合は、出力装置３３からの電気信号によって第１のバルブ２５ａ〜第４のバルブ２５ｄが開くことにより、駆動装置２４ａ〜２４ｄにおけるピストンが前進し、これに伴いフォロア２７もカム溝２６に沿って移動し、この移動に伴って押圧装置２２ａ〜２２ｄは図１０の矢印に示すように移動し、巻枠２１方向に近づく。尚図１０では図示していないが、この基台３０に第１のバルブ２５ａ〜第４のバルブ２５ｄ等の押圧装置２２ａ〜２２ｄの駆動機構も取り付けられており、これらの駆動機構も巻枠２１とともに回転することになる。更には基台３０に押圧装置２２ａ〜２２ｄも取り付けられているので、押圧装置２２ａ〜２２ｄ、駆動装置２４ａ〜２４ｄも巻枠２１と同時に回転する。

様々な電動機に対応して巻枠２１の形状も多様であり、さまざまなコイル形状に対応するため、巻枠２１の間隔（長さ）を変えられるようにしているものがある。この場合、常に巻枠２１の角部近傍を押すのが効果的であり、これにより電線１の浮き上がりを更に小さくすることができる。巻枠２１の長さの変化に対応するために本実施形態では押圧装置を４つ設けた場合を示した。

次に押圧装置２２ａ〜２２ｄの動作タイミングについて説明する。上記においては、第１の押圧装置２２ａと第２の押圧装置２２ｂを同時に駆動させる場合について説明したが、駆動タイミングを少しずらすことも可能である。第１の押圧装置２２ａ（図６において巻線ドラム１ａに近い位置にある押圧装置）が第２の押圧装置２２ｂ（図６において巻線ドラム１ａに対し遠い位置にある押圧装置）より先に押圧した場合、第１の押圧装置２２ａと第２の押圧装置２２ｂとの間で電線１が撓むことがある。従って、第２の押圧装置２２ｂが第１の押圧装置２２ａより先に押圧することが望ましい。同様に第３の押圧装置２２ｃと第４の押圧装置２２ｄでは、第４の押圧装置２２ｄ（図８において巻線ドラム１ａに対し遠い位置にある押圧装置）を先に動作させ、その後第３の押圧装置２２ｃ（図８において巻線ドラム１ａに対し近い位置にある押圧装置）を動作させることが望ましい。このように押圧装置２２ａ〜２２ｄをそれぞれ独立して駆動させることにより、電線１の撓みを有効に防止することができる。

本実施形態では長円形の型巻コイルを製作する場合について説明したが、図１１に示すような四角形の型巻コイルを製作することもでき、長円形以外の形状の巻枠２１に対して電線１を巻きつけることもできる。四角形の型巻コイルでは角部が４箇所あり、その角部の周囲に対して押圧装置２２を押付けることにより巻枠２１に沿った型巻コイルを製作することが出来る。

又複数本の電線１を同時に巻線する場合、電線１の厚さにばらつきがあると、全ての電線１を押さえることが出来ず、厚い電線１のみを押さえてしまうこともある。このような事態を防ぐため、図１２に示すように押圧装置２２の電線１と接触する面にゴムなどからなる弾性体２８を配置してもよい。更にこのように弾性体２８を設けることにより、電線１の絶縁被膜として樹脂が使われているような場合でも、絶縁被膜の割れが発生しにくくなるという利点もある。

尚本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１ 電線、１ａ 巻線ドラム、２１ 巻枠、２２ａ〜２２ｄ 押圧装置、
２８ 弾性体。

Claims (6)

1. 電線を収納する巻線ドラムと、回転することによって上記巻線ドラムに収納された上記電線を巻き取る巻枠とを有する型巻コイルの製造装置であって、上記巻枠とともに回転し、上記巻枠の回転角度に応じて上記巻枠に対して前進、後退することができるとともに、前進した場合には上記電線を押し付けることができる押圧装置を設け、上記押圧装置によって上記電線を押し付けながら上記電線を上記巻枠に巻き取ることを特徴とする型巻コイルの製造装置。
2. 上記巻枠の一方の側面に配置された上記押圧装置と他方の側面に配置された上記押圧装置を上記巻枠の回転に伴って交互に前進、後退を繰り返すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の型巻コイルの製造装置。
3. 上記巻枠の角部近傍に上記押圧装置を設置したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の型巻コイルの製造装置。
4. 上記押圧装置を複数設けるとともに、上記複数の押圧装置をそれぞれ独立に駆動させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の型巻コイルの製造装置。
5. 上記押圧装置を上記電線に対して垂直な方向から押し付けることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の型巻コイルの製造装置。
6. 上記押圧装置の上記電線と接触する面に弾性体を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の型巻コイルの製造装置。

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