JP2019134637A - コイル成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの寸法精度を高めることのできるコイル成形装置を提供する。【解決手段】コイル成形装置１０は、巻芯５の周囲に線材Ｍが斜めに巻き付けられたコイル１を成形するコイル成形装置１０であって、前記コイル１が巻き付けられた前記巻芯５を支持する巻芯支持部１１と、前記巻芯支持部１１に支持された前記巻芯５の前記コイル１を挟持可能なコイル成形型２０と、前記コイル成形型２０を加熱するヒータ１６Ａ、１６Ｂと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、コイル成形装置に関する。

コアレスモータは、円筒状のコイルを備えたロータと、ロータの径方向外側または内側に配置された永久磁石を備えたステータと、を備える。コアレスモータは、コイルに電流を流すことで発生した磁界と、永久磁石による磁界との相互作用によって、ロータが回転する。

このようなコアレスモータ用のコイルは、巻線装置によって、巻芯に線材を巻き付けることで、円筒状に設けられる。コアレスモータの小型化を図るには、コイルの外径および内径に高い寸法精度が要求される。このため、例えば、特許文献１には、巻線装置で巻芯に巻き付けた線材を、コイルの外形に略等しい凹面が設けられた押し付け部材で成形する構成が記載される。また、特許文献１には、コイルの外周の曲率半径に略等しい凹溝が外周に設けられたローラを用い、巻芯に巻き付けた線材を成形する構成も記載される。

特開２０１５−１８８２８８号公報

上記のような押し付け部材やローラを用いてコイルを成形する場合、押し付け部材やローラを、巻芯に巻き付けた線材に対して径方向外側から圧接させる。しかし、押し付け部材やローラで径方向内側に押圧された線材は、押し付け部材やローラが径方向外側に退避して押圧が解除された後に、線材が有する弾性によって、いわゆるスプリングバックが生じ、径方向外側に僅かに変位する場合がある。その結果、押し付け部材やローラで成形した後に、コイルの外形寸法が僅かに大きくなってしまう。したがって、コイルの寸法精度には、さらに向上させる余地がある。

本発明は、上記事情に鑑みて、コイルの寸法精度を高めることのできるコイル成形装置を提供することを目的の一つとする。

本発明のコイル成形装置の一つの態様は、巻芯の周囲に線材が斜めに巻き付けられたコイルを成形するコイル成形装置であって、前記コイルが巻き付けられた前記巻芯を支持する巻芯支持部と、前記巻芯支持部に支持された前記巻芯の前記コイルを挟持可能なコイル成形型と、前記コイル成形型を加熱するヒータと、を備える。

本発明の一つの態様によれば、コイルの寸法精度を高めることのできるコイル成形装置が提供される。

図１は、一実施形態のコイル成形装置を示す斜視図である。 図２は、一実施形態のコイル成形装置において、下部成形型に設けられた凹部と上部成形型に設けられた凹部との間に、巻芯に設けられたコイルを挟持した状態を示す断面図である。 図３は、一実施形態におけるコイル成形装置において、下部成形型と上部成形型との間に、コイルが設けられた巻芯を配置した状態を示す斜視図である。 図４は、一実施形態におけるコイル成形装置において、下部成形型と上部成形型とで、巻芯に設けられたコイルを成形する状態を示す斜視図である。 図５は、一実施形態におけるコイル成形装置において、下部成形型と上部成形型との間で、コイルが設けられた巻芯を回転させる状態を示す斜視図である。

図１は、一実施形態のコイル成形装置を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態のコイル成形装置１０は、円筒状のコイル１を成形する。コイル１は、巻線装置（図示無し）によって、巻芯５の周囲に線材Ｍが斜めに巻き付けられ、全体として円筒状に設けられる。コイル成形装置１０は、巻芯支持部１１と、コイル成形型２０と、ヒータ１６Ａ、１６Ｂと、を備える。

巻芯支持部１１は、コイル１が巻き付けられた巻芯５を支持する。巻芯支持部１１は、支持部材１２と、回転機構１３と、を備える。

支持部材１２は、巻芯５の中心軸Ｃに沿った長さ方向（以下、これを中心軸Ｃ方向と称する）の少なくとも一方の端部を支持する。支持部材１２は、コイル成形型２０に対し、巻芯５の中心軸Ｃ方向の一方の側に配置される。支持部材１２に対し、コイル成形型２０を挟んだ反対側には、受け部材１５が設けられる。受け部材１５は、二個一対のローラ１５ａからなり、巻芯５の長さ方向の他方の端部を下方から回転自在に支持する。
支持部材１２と受け部材１５とは、昇降機構１７によって、上下方向に昇降可能に設けられる。これにより、支持部材１２と受け部材１５とで支持する巻芯５を、上下方向に昇降可能である。

回転機構１３は、支持部材１２を、巻芯５の長さ方向に沿う軸の周りに回転駆動させる。回転機構１３は、モータ１３ｍと、コントローラ（図示無し）とを備える。コントローラは、モータ１３ｍの回転を制御する。

コイル成形型２０は、下部成形型（第１の成形型）２１と上部成形型（第２の成形型）２２とを含んでいる。下部成形型２１は、下部型支持部材２７の上面に支持される。上部成形型２２は、上部型支持部材２８の下面に支持される。下部型支持部材２７と上部型支持部材２８とは、鉛直上下方向において互いに対向する。コイル成形型２０を構成する下部成形型２１と上部成形型２２とは、コイル１が巻き付けられた巻芯５を挟んで上方と下方とに設けられる。ここで、本実施形態において、巻芯５は、その中心軸Ｃが水平方向に延びるように配置される。

下部型支持部材２７と上部型支持部材２８とは、上下方向に延びる複数本の支柱２９により、上下方向に相対移動可能に設けられる。下部型支持部材２７および上部型支持部材２８の少なくとも一方は、エアシリンダ、油圧シリンダ等を用いた型開閉機構（図示無し）により、鉛直上下方向に昇降駆動される。これにより、下部成形型２１と上部成形型２２とは、鉛直上下方向に接離可能とされる。コイル成形型２０は、下部成形型２１の上面２１ｔと上部成形型２２の下面２２ｂとが互いに突き当たることで、「型閉」状態となる。コイル成形型２０は、下部成形型２１の上面２１ｔと上部成形型２２の下面２２ｂとが、上下方向に間隔をあけて配置されることで、「型開」状態となる。

ヒータ１６Ａは、下部型支持部材２７と下部成形型２１との間に設けられる。ヒータ１６Ａ、下部成形型２１を加熱する。
ヒータ１６Ｂは、上部型支持部材２８と上部成形型２２との間に設けられる。ヒータ１６Ｂは、上部成形型２２を加熱する。

図２は、一実施形態のコイル成形装置において、下部成形型に設けられた凹部と上部成形型に設けられた凹部との間に、巻芯に設けられたコイルを挟持した状態を示す断面図である。
図１、図２に示すように、下部成形型２１は、その上面２１ｔに、凹部２３Ａが設けられる。凹部２３Ａは、下部成形型２１の上面２１ｔから下方に窪み、巻芯５の中心軸Ｃ方向に連続して設けられる。凹部２３Ａは、中心軸Ｃに直交する断面形状が略半円状で、コイル１の外周面に突き当たる内周面２３ｆが設けられる。

上部成形型２２は、その下面２２ｂに、凹部２３Ｂが設けられる。凹部２３Ｂは、上部成形型２２の下面２２ｂから上方に窪み、巻芯５の中心軸Ｃ方向に連続して設けられる。凹部２３Ｂは、中心軸Ｃに直交する断面形状が略半円状で、コイル１の外周面に突き当たる内周面２３ｇが設けられる。

図２に示すように、コイル成形型２０は、下部成形型２１の上面２１ｔと上部成形型２２の下面２２ｂとが互いに突き当たった状態で、凹部２３Ａの内周面２３ｆと、凹部２３Ｂの内周面２３ｇとの間に、巻芯５に設けられたコイル１を挟持する。

下部成形型２１の上面２１ｔには、逃げ溝２４Ａが設けられる。逃げ溝２４Ａは、凹部２３Ａを挟んで、中心軸Ｃに直交する方向の両側に、それぞれ設けられる。逃げ溝２４Ａは、下部成形型２１の上面２１ｔから下方に窪み、中心軸Ｃ方向に連続して設けられる。

上部成形型２２の下面２２ｂには、逃げ溝２４Ｂが設けられる。逃げ溝２４Ｂは、凹部２３Ｂを挟んで、中心軸Ｃに直交する方向の両側に、それぞれ設けられる。逃げ溝２４Ｂは、上部成形型２２の下面２２ｂから上方に窪み、中心軸Ｃ方向に連続して設けられる。

コイル成形型２０は、下部成形型２１の上面２１ｔと上部成形型２２の下面２２ｂとが互いに突き当たった状態で、下部成形型２１の逃げ溝２４Ａと上部成形型２２の逃げ溝２４Ｂとの間に、逃げ隙間２４Ｓが設けられる。逃げ隙間２４Ｓは、下部成形型２１の凹部２３Ａと上部成形型２２の凹部２３Ｂとの間にコイル１を挟持した状態で、コイル１の線材Ｍの一部が径方向外側に変形した場合に、線材Ｍを逃がす（収容する）。ここで、逃げ隙間２４Ｓの上下方向の高さ（深さ）ｈ（逃げ溝２４Ａと逃げ溝２４Ｂとの合計の深さ）は、例えば、コイル１の線材Ｍの線径の１倍以上とするのが好ましい。逃げ隙間２４Ｓの高さｈのさらに好ましい範囲は、線材Ｍの線径の２倍以上である。また、逃げ隙間２４Ｓの高さｈは、コイル１の半径の１／２０以下とするのが好ましい。

下部成形型２１は、凹部２３Ａの中心軸Ｃ周りの周方向両端部の開口端２３ｃに、面取り部２５Ａが設けられる。面取り部２５Ａは、凹部２３Ａの内周面２３ｆと、逃げ溝２４Ａの溝底面２４ｃとにそれぞれ交差するよう、面取り加工（あるいは丸め加工）がなされることで設けられる。

上部成形型２２は、凹部２３Ｂの中心軸Ｃ周りの周方向両端部の開口端２３ｄに、面取り部２５Ｂが設けられる。面取り部２５Ｂは、凹部２３Ｂの内周面２３ｇと、逃げ溝２４Ｂの溝底面２４ｄとにそれぞれ交差するよう、丸め加工（あるいは面取り加工）がなされることで設けられる。
面取り部２５Ａ、２５Ｂは、例えば、曲率半径Ｒが、０．５ｍｍ程度となるように形成するのが好ましい。

次に、上記したようなコイル成形装置１０におけるコイル１の成形方法について説明する。
図３は、一実施形態におけるコイル成形装置において、下部成形型と上部成形型との間に、コイルが設けられた巻芯を配置した状態を示す斜視図である。
図１に示すように、コイル１を成形するには、まず、コイル成形型２０の下部成形型２１と上部成形型２２とを、上下方向に間隔をあけた「型開」状態とする。

次に、図３に示すように、線材Ｍが巻き付けられることで形成されたコイル１が設けられた巻芯５を、下部成形型２１と上部成形型２２との間に挿入する。巻芯５の一方の端部は、巻芯支持部１１の支持部材１２に取り付ける。巻芯５の他方の端部は、受け部材１５の二個一対のローラ１５ａ上に載せる。これにより、コイル１が設けられた巻芯５が、巻芯支持部１１に支持される。
次いで、昇降機構１７により、巻芯支持部１１の支持部材１２と受け部材１５とを上下方向の下方に移動させ、巻芯５に設けられたコイル１を、下部成形型２１の凹部２３Ａ内に収容する。

図４は、一実施形態におけるコイル成形装置において、下部成形型と上部成形型とで、巻芯に設けられたコイルを成形した状態を示す斜視図である。
次に、図４に示すように、型開閉機構（図示無し）により、下部型支持部材２７と上部型支持部材２８とを互いに接近させる。下部成形型２１の上面２１ｔと上部成形型２２の下面２２ｂとが互いに突き当たることで、コイル成形型２０は「型閉」状態となる。これにより、巻芯５に設けられたコイル１は、下部成形型２１の凹部２３Ａの内周面２３ｆと、上部成形型２２の凹部２３Ｂの内周面２３ｇとによって挟持される。

この状態で、型開閉機構（図示無し）により、下部成形型２１と上部成形型２２とを、予め定められた圧力で、上下方向に加圧する。これにより、下部成形型２１の凹部２３Ａの内周面２３ｆと、上部成形型２２の凹部２３Ｂの内周面２３ｇとによって挟持されたコイル１は、径方向に加圧される。
また、ヒータ１６Ａ，１６Ｂにより、下部成形型２１と上部成形型２２とを加熱する。これにより、コイル１は加熱される。ヒータ１６Ａ、１６Ｂによる加熱は、コイル１を形成する線材Ｍの被覆の表面が僅かに溶ける程度の温度となるように行う。
これにより、コイル１は、型開閉機構（図示無し）による加圧によって径方向に成形される。また、ヒータ１６Ａ、１６Ｂによる加熱によって、コイル１において、互いに接触する線材Ｍ同士は、線材Ｍの被覆を介して一体化する。

ところで、図２に示すように、コイル１を加圧したときに、コイル１を構成する線材Ｍに余裕があると、凹部２３Ａの開口端２３ｃと凹部２３Ｂの開口端２３ｄとの間で、線材Ｍの一部がコイル１から径方向外側に広がるように変位することがある。この場合、径方向外側に変位した線材Ｍは、逃げ溝２４Ａと逃げ溝２４Ｂとの間に設けられた逃げ隙間２４Ｓに入り込む。これにより、コイル１から径方向外側に変位した線材Ｍが、下部成形型２１と上部成形型２２との間に挟み込まれて押し潰されることを抑える。

また、線材Ｍの一部が逃げ隙間２４Ｓに入り込むときに、下部成形型２１、上部成形型２２の凹部２３Ａ、２３Ｂの周方向両端部の開口端２３ｃ，２３ｄに接触する場合がある。この開口端２３ｃ、２３ｄには、面取り部２５Ａ、２５Ｂが形成されるので、開口端２３ｃ、２３ｄとの接触によって、線材Ｍにダメージが及ぶことが抑えられる。

図５は、一実施形態におけるコイル成形装置において、下部成形型と上部成形型との間で、コイルが設けられた巻芯を回転させる状態を示す斜視図である。

予め定めた圧力、温度でのコイル１の成形を、予め定めた時間継続した後、図５に示すように、型開閉機構（図示無し）により、下部型支持部材２７と上部型支持部材２８とを互いに離間させ、型開状態とする。

次いで、昇降機構１７により、巻芯支持部１１の支持部材１２と受け部材１５とを上下方向の上方に移動させ、巻芯５に設けられたコイル１を、下部成形型２１の凹部２３Ａから上方に離間させる。

続いて、巻芯支持部１１のモータ１３ｍを作動させ、支持部材１２に支持された巻芯５を、中心軸Ｃ周りに、所定角度（例えば９０°）回転させる。ここで、巻芯５を回転させる角度は、９０°に限らない。例えば３０°、４５°、６０°等、他の角度としてもよい。

巻芯５の回転後、型開閉機構（図示無し）により、図３に示すように、下部型支持部材２７と上部型支持部材２８とを互いに接近させ、型閉状態とする。この状態で、図４に示したように、巻芯５に設けられたコイル１を、下部成形型２１の凹部２３Ａの内周面２３ｆと上部成形型２２の凹部２３Ｂの内周面２３ｇとによって挟持し、上下方向に加圧する。また、ヒータ１６Ａ，１６Ｂにより、下部成形型２１の凹部２３Ａの内周面２３ｆと上部成形型２２の凹部２３Ｂの内周面２３ｇとによって挟持されたコイル１を加熱する。

上記したような、コイル１の加圧および加熱による成形工程と、巻芯５の回転工程とは、予め定めた回数、順次繰り返して行われる。これにより、コイル１は、中心軸Ｃ周りの複数の方向から成形される。また、コイル１は、ヒータ１６Ａ，１６Ｂによる加熱によってコイル１を構成する線材Ｍの被覆の表面が溶けた後、成形工程後に、線材Ｍの被覆が硬化する。これにより、コイル１は、コイル成形型２０によって成形された状態を維持する。

本実施形態によれば、コイル成形装置１０は、コイル１を挟持可能なコイル成形型２０と、コイル成形型２０を加熱するヒータ１６Ａ、１６Ｂと、を備える。これにより、コイル１をコイル成形型２０で加圧しつつ、ヒータ１６Ａ、１６Ｂで加熱することによって、コイル１を成形することができる。
成形後のコイル１は、ヒータ１６Ａ、１６Ｂで加熱することによって溶融した線材Ｍの被覆が硬化するので、コイル成形型２０で成形したコイル１の線材Ｍがスプリングバックによって緩み、コイル１が膨らむのを抑えることができる。したがって、コイル１の寸法精度を高めることが可能となる。

本実施形態によれば、巻芯支持部１１により、巻芯５を中心軸Ｃ周りに回転可能である。これにより、巻芯５を回転させることで、巻芯５に対し、周方向の複数方向からコイル成形型２０による加圧、およびヒータ１６Ａ、１６Ｂによる加熱を行うことができる。これにより、コイル１を周方向で均一に成形することができ、その寸法精度を高めることができる。

本実施形態によれば、下部成形型２１及び上部成形型２２の凹部２３Ａ、２３Ｂの開口端２３ｃ，２３ｄには、面取り部２５Ａ、２５Ｂが設けられる。これにより、線材Ｍが凹部２３Ａの開口端２３ｃと凹部２３Ｂの開口端２３ｄとの間に挟まれた場合でも、面取り部２５Ａ、２５Ｂにより、線材Ｍにダメージが及ぶのを抑えることができる。

本実施形態によれば、下部成形型２１の凹部２３Ａと上部成形型２２の凹部２３Ｂとの間にコイル１を挟持した状態で、コイル１の線材Ｍの一部を逃がす逃げ溝２４Ａ，２４Ｂが設けられる。

これにより、コイル成形型２０の凹部２３Ａ、２３Ｂでコイル１を加圧したときに、凹部２３Ａ、２３Ｂの内周面２３ｆ、２３ｇに接触しない部分で径方向外側に変形した線材Ｍを、逃げ隙間２４Ｓに逃がすことができる。このようにして、径方向外側に変形した線材Ｍを下部成形型２１と上部成形型２２とで押し潰すのを抑えつつ、コイル１の成形を円滑に行うことができる。

本実施形態によれば、逃げ隙間２４Ｓの高さ（逃げ溝２４Ａ，２４Ｂの合計の深さ）は、線材Ｍの線径以上であるようにした。これにより、径方向外側に変形した逃げ隙間２４Ｓに入り込んだ線材Ｍを押し潰してしまうのを抑えることができる。

本実施形態によれば、逃げ溝２４Ａ，２４Ｂは、下部成形型２１及び上部成形型２２の両方に設けられる。これにより、逃げ溝２４Ａと逃げ溝２４Ｂとの間に逃げ隙間２４Ｓを形成し、径方向外側に変形した線材Ｍを逃げ隙間２４Ｓに逃がすことができる。

また、逃げ溝２４Ａ、２４Ｂを、下部成形型２１及び上部成形型２２の両方に設けることで、下部成形型２１と上部成形型２２とを同一形状とすることが可能となる。これにより、下部成形型２１、上部成形型２２の製作を効率良く行うことが可能となる。

以上に、本発明の一実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

例えば、上述した実施形態に示したコイル１の用途は、特に限定されない。

また、上述の実施形態において、逃げ溝２４Ａ、２４Ｂを、下部成形型２１及び上部成形型２２のそれぞれに設けるようにしたが、これに限らない。下部成形型２１及び上部成形型２２の一方にのみ、逃げ溝を形成するようにしても良い。

また、上述の実施形態において、ヒータ１６Ａ、１６Ｂによる加熱は、コイル成形型２０でコイル１の成形を、巻芯５を所定角度ずつ回転させて繰り返し行う間、継続的に行ってもよい。また、ヒータ１６Ａ、１６Ｂにペルチェ素子等の応答性の高いものを採用する場合、コイル成形型２０の下部成形型２１と上部成形型２２との間でコイル１を加圧している間のみ、コイル１を加熱するようにしても良い。

１…コイル、５…巻芯、１０…コイル成形装置、１１…巻芯支持部、１６Ａ、１６Ｂ…ヒータ、２０…コイル成形型、２１…下部成形型（第１の成形型）、２２…上部成形型（第２の成形型）、２３Ａ、２３Ｂ…凹部、２３ｃ、２３ｄ…開口端、２４Ａ、２４Ｂ…逃げ溝、２５Ａ、２５Ｂ…面取り部、Ｃ…中心軸（軸）、Ｍ…線材、ｈ…高さ（深さ）。

Claims (6)

1. 巻芯の周囲に線材が斜めに巻き付けられたコイルを成形するコイル成形装置であって、
   前記コイルが巻き付けられた前記巻芯を支持する巻芯支持部と、
   前記巻芯支持部に支持された前記巻芯の前記コイルを挟持可能なコイル成形型と、
   前記コイル成形型を加熱するヒータと、を備える
   コイル成形装置。
2. 前記巻芯支持部は、前記巻芯の長さ方向に沿う軸の回りに前記巻芯を回転可能である
   請求項１に記載のコイル成形装置。
3. 前記コイル成形型は、第１の成形型と第２の成形型とを含み、
   前記第１の成形型及び前記第２の成形型の各々には、半円状の断面を有する凹部が設けられ、
   前記凹部の開口端には、面取り部が形成される
   請求項１又は２に記載のコイル成形装置。
4. 前記第１の成形型及び前記第２の成形型の少なくとも一方には、前記第１の成形型の前記凹部と前記第２の成形型の前記凹部との間に前記コイルを挟持した状態で、前記コイルの前記線材の一部を逃がす逃げ溝が設けられる
   請求項３に記載のコイル成形装置。
5. 前記逃げ溝によって前記第１の成形型と前記第２の成形型との間に形成される逃げ隙間の深さは、前記線材の線径以上である
   請求項４に記載のコイル成形装置。
6. 前記逃げ溝は、前記第１の成形型及び前記第２の成形型の両方に設けられる
   請求項４又は５に記載のコイル成形装置。

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