JP3621676B2 - 電気コイルの巻線加工装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気コイルの巻線加工装置に係り、特に、回転機構により導電性線材を巻回して電気コイルを形成する電気コイルの巻線加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、直線駆動するためのリニアモータに用いられるボイスコイルモータの駆動コイルや、高周波誘導で加熱するための誘導加熱コイルを巻線状態に形成するために、巻線加工装置が用いられている。
【０００３】
この巻線加工装置は図５に示すように、導電性線材ＣＷが巻回されたボビン５１が回動自在に取り付けられる線材供給部５２と、導電性線材ＣＷを巻き付けるためのコイル巻線金型５３が取り付けられ当該コイル巻線金型５３を回転駆動させる金型回転部５４とを備えている。なお、コイル巻線金型５３が有する巻線部位５３０に巻き付けられる導電性線材ＣＷは、巻き付けやすいように、一般的には平角化されている。
【０００４】
このような巻線加工装置５０の金型回転部５４でコイル巻線金型５３を回転させると、線材供給部５２に取り付けられたボビン５１に巻回されている導電性線材ＣＷが当該コイル巻線金型５３の巻線部位５３０に巻き付けられるので、巻線状態の電気コイルを形成させることができる。
【０００５】
なお、ボイスコイルモータ用駆動コイルや誘導加熱コイルの形状は長方形や長円形のものが多いので、金型回転部５４に取り付けられるコイル巻線金型５３の巻線部位５３０を、その長方形や長円形に加工できるような形状に形成し、この長方形や長円形の巻線部位５３０を有するコイル巻線金型５３を金型回転部５４で回転させることにより、長方形や長円形の電気コイルを得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような巻線加工装置５０では、長方形や長円形に形成された巻線部位５３０を有するコイル巻線金型５３を金型回転部５４で回転させると、線材供給部５２から供給される導電性線材ＣＷが、図５中においてＡ位置→Ａ′位置→Ａ″位置に移動する、即ち、線材供給部５２から供給される導電性線材ＣＷのＡ位置からの移動距離が長くなることから巻線部位５３０の短辺部５３０ａでは張力が大きく付加され、長辺部５３０ｂでは線材供給部５２から供給される導電性線材ＣＷのＡ位置からの移動距離が短いことから張力が小さく付加されるので、巻線部位５３０の長辺部５３０ｂでは巻き付けが甘くなる難点があった。
【０００７】
これにより、図６（ａ）に示すように、巻線部位５３０に対して巻線ＷＩが短辺部５３０ａでは締まっているが、長辺部５３０ｂでは緩んで当該巻線部位５３０と隙間が空いてしまうことになるので、浮きや変形を生じ正確な寸法精度で巻回できなくなる虞があった。
【０００８】
なお、図６（ｂ）に示すように、巻線部位５３０の長辺部５３０ｂに向かって巻線ＷＩを圧延（プレス成形）すると、この長辺部５３０ｂで発生する隙間を防ぐことができるが、短辺部５３０ａにおいては巻線ＷＩが伸び出すので、寸法精度が悪くなる。
【０００９】
本発明は、このような従来の難点を解決するためになされたもので、浮きや変形を生じさせることなく正確な寸法で巻回することができる電気コイルの巻線加工装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の電気コイルの巻線加工装置は、線材供給部から供給される導電性線材を、所定長さの直線部を有する形状に形成された巻線部位を有するコイル巻線金型を回転させて巻き付け、所望のコイル巻形状の電気コイルに加工する電気コイルの巻線加工装置において、コイル巻線金型が固定され当該コイル巻線金型の導電性線材を巻き付ける巻線部位が所定長さの直線部の場合には、当該コイル巻線金型を線材供給部から離反する方向に当該所定長さの直線部の長さに応じた距離だけ直線移動させて導電性線材に所定張力を付加する直線移動機構と、直線移動機構を固定させる回転ベースを有しコイル巻線金型の導電性線材を巻き付ける巻線部位が角部や所定長さの直線部とは異なる部位の場合には、直線移動機構が固定された回転ベースを回転させる回転機構と、導電性線材をコイル巻線金型の巻線部位に巻き付ける際、当該導電性線材を当該コイル巻線金型に向かって圧延する加圧ローラとを備えたものである。
【００１１】
このような電気コイルの巻線加工装置によれば、コイル巻線金型に導電性線材を巻き付けるにあたり、コイル巻線金型の巻き付ける巻線部位が所定長さの直線部では直線移動機構で当該コイル巻線金型を所定長さの直線部の長さに応じた距離だけ直線移動させ、この巻線部位が角部や所定長さの直線部とは異なる部位では回転機構で当該角部や所定長さの直線部とは異なる部位に応じた回転角度で回転ベースを回転させることから、線材供給部から供給される導電性線材の巻き付け位置が当該線材供給部から変動することを防ぐことができるので、コイル巻線金型の巻線部位の巻き付け箇所によって導電性線材に付加される張力が変化することを防ぐことができる。また、導電性線材をコイル巻線金型に向かって圧延する加圧ローラを備えているので、導電性線材を安定した状態でコイル巻線金型の巻線部位に巻き付けることができ、電気コイルを均一に巻くことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気コイルの巻線加工装置における好ましい実施の一形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
本発明の電気コイルの巻線加工装置は図１に示すように、リッツ線などの導電性線材ＣＷが巻回されたボビン２が回動自在に取り付けられる線材供給部３から供給される当該導電性線材ＣＷを、所定長さの直線部を有する形状、例えば長方形に形成された巻線部位を有するコイル巻線金型４を回転させて巻き付け、長方形のコイル巻形状の電気コイルに加工するものである。なお、コイル巻線金型４の巻線部位に巻き付けられる導電性線材ＣＷは、巻き付けやすいように、一般的には平角化されている。
【００１４】
この巻線加工装置の好ましい実施の一形態は、例えば図２に示すように、コイル巻線金型４が固定され当該コイル巻線金型４の導電性線材ＣＷを巻き付ける巻線部位４０が長辺部４０ａの場合には、当該コイル巻線金型４を線材供給部３（図１）から離反する方向Ｄに当該所定長さの直線部４０ａの長さに応じた距離だけ直線移動させて導電性線材ＣＷに所定張力を付加する直線移動機構５と、直線移動機構５を固定させる回転ベース６を有しコイル巻線金型４の導電性線材ＣＷを巻き付ける巻線部位４０が短辺部４０ｂの場合には直線移動機構５が固定された回転ベース６を回転させる回転機構７とを備えている。
【００１５】
直線移動機構５は、固定されるコイル巻線金型４を直線移動させることができる、例えば、図示したリニアモータ、あるいはボールねじと回転モータの組み合わせユニット、エアシリンダなどが考えられる。なお、移動位置決めには、リミットスイッチなどの位置決め手段が用いられる。また、リニアモータは多極ブラシレスモータやボイスコイルモータなどが、回転モータはステッピングモータ、ＤＣサーボモータ、ＡＣサーボモータなどが好適である。なお、リニアモータやエアシリンダによりコイル巻線金型４を直線移動させる際、高精度な直線案内ができるように、ボールねじなどの直線ガイドを並設させるとよい。
【００１６】
回転機構７は、上述した回転モータとギアボックスの組み合わせユニットや、高分解能検出器により回転角を決定するダイレクトドライブモータなどが好適で、これらに固定された回転ベース６を回転駆動することによりコイル巻線金型４を回転させることになる。
【００１７】
また、導電性線材ＣＷをコイル巻線金型４の巻き付け部位４０に巻き付ける際、導電性線材ＣＷを当該コイル巻線金型４に向かって圧延する加圧ローラ８を備えている。
【００１８】
このように構成された巻線加工装置１によって、例えば長方形のコイル巻形状の電気コイルに加工するには、まず、長方形に形成されたコイル巻線金型４が有する巻線部位４０の一方の長辺部４０ａ（図１（ａ）中、コイル巻線金型４が有する巻線部位４０の上側の長辺部４０ａ）に巻き付けるようにするために、直線移動機構５で当該コイル巻線金型４を線材供給部３側に移動させ、スタート位置にセットする（図１（ａ））。この状態で、線材供給部３のボビン２に巻回された導電性線材ＣＷを、図１（ａ）中、コイル巻線金型４の右端に固定させ、巻線加工を開始する。
【００１９】
具体的には、直線移動機構５でコイル巻線金型４を線材供給部３から離反する方向Ｄ（図１（ａ）中、右方向）に、コイル巻線金型４が有する巻線部位４０の長辺部４０ａの長さに応じた距離だけ直線移動させて導電性線材ＣＷに所定張力を付加する（図１（ａ）、（ｂ））。この所定張力は、導電性線材ＣＷを巻回後、コイル巻線金型４が有する巻線部位４０の長辺部４０ａから巻回された導電性線材ＣＷが浮かないような値に設定される。直線移動後、コイル巻線金型４が有する巻線部位４０の一方の短辺部４０ｂ（図１（ｂ）中、コイル巻線金型４が有する巻線部位４０の左側の短辺部４０ｂ）に導電性線材ＣＷを巻き付けるために、直線移動機構５が固定された回転ベース６を回転機構７で、図１（ｂ）中、時計回りに１／４回転、図１（ｃ）中、時計回りに１／４回転、合計で１／２回転させる（図１（ｂ）、（ｃ））。回転移動後、導電性線材ＣＷをコイル巻線金型４が有する巻線部位４０の他方の長辺部４０ａに巻き付けるために、直線移動機構５でコイル巻線金型４を線材供給部３から離反する方向Ｄ（図１（ｄ）中、右方向）に、コイル巻線金型４が有する巻線部位４０の長辺部４０ａの長さに応じた距離だけ直線移動させて導電性線材ＣＷに所定張力を付加する（図１（ｄ）、（ｅ））。直線移動後、コイル巻線金型４が有する巻線部位４０の他方の短辺部４０ｂに導電性線材ＣＷを巻き付けるために、直線移動機構５が固定された回転ベース６を回転機構７で、図１（ｅ）中、時計回りに１／４回転、図１（ｆ）中、時計回りに１／４回転、合計で１／２回転させる（図１（ｅ）、（ｆ））。ここまでの巻線工程で、一巻きとなり、コイル巻線金型４は、スタート位置に戻る（図１（ｇ））。
【００２０】
なお、各工程においては、導電性線材ＣＷをコイル巻線金型４が有する巻線部位４０に巻き付ける際、加圧ローラ８によって、常時、導電性線材ＣＷを当該コイル巻線金型４に向かって圧延しているので（図１（ｈ））、導電性線材ＣＷを安定した状態でコイル巻線金型４の巻線部位４０に巻き付けることができる。したがって、電気コイルを均一に巻くことができるようになる。
【００２１】
以後、導電性線材ＣＷの巻数に応じて、上述した巻線工程を繰返せば、所望の巻線状態の電気コイルを形成させることができる。
【００２２】
このように、コイル巻線金型４の巻線部位４０が長辺部４０ａでは、線材供給部３から離反する方向Ｄに直線移動機構５で当該コイル巻線金型４を長辺部４０ａの長さに応じた距離だけ直線移動させ、この巻線部位４０が短辺部４０ｂでは、回転機構７で当該短辺部４０ｂに応じた回転角度で回転ベース６を回転させることができるので、線材供給部３から供給される導電性線材ＣＷの巻き付け位置が当該線材供給部３から変動することを防ぐことができる。したがって、コイル巻線金型４の巻線部位４０の巻き付け箇所によって導電性線材ＣＷに付加される張力が変化することを防ぐことができるので、占積率の高い電気コイルを提供できる。
【００２３】
なお、上述した本発明の好ましい実施の一形態においては、コイル巻線金型の巻線部位の形状が長方形であったが、これに限らず、どのような多角形でもよく、また、長円形でもよい。なお、長円形の場合は、長辺部と半円部とから構成されるので、半円部を長方形の短辺部と同じ巻線工程、即ちコイル巻線金型を１／２回転すれば、所望の巻線状態の電気コイルを形成させることができる。
【００２４】
一方、コイル巻線金型の巻線部位の形状が、例えば六角形の場合は図３（ａ）に示すように、このコイル巻線金型４′を直線移動可能に直線移動機構５に固定させ、この直線移動機構５を回転機構７の回転ベース６に固定させる。
【００２５】
このような巻線加工装置１′では、コイル巻線金型４′の巻き付ける巻線部位４０′が直線部４０′ａでは、線材供給部３（図１）から離反する方向Ｄに直線移動機構５で当該コイル巻線金型４′を直線部４０′ａの長さに応じた距離だけ直線移動させて導電性線材ＣＷに所定張力を付加し、この巻線部位４０′が角部４０′ｂでは、回転機構７で当該角部４０′ｂの内角に応じた回転角度で回転ベース６を回転させる。これにより、線材供給部３から供給される導電性線材ＣＷの巻き付け位置が当該線材供給部３から変動することを防ぐことができる。したがって、コイル巻線金型４′の巻線部位４０′の巻き付け箇所によって導電性線材ＣＷに付加される張力が変化することを防ぐことができるので、図３（ｂ）に示すように、占積率の高い六角形の電気コイルＥＣを提供できる。
【００２６】
【実施例】
このような本発明の実施の一形態に記述した電気コイルの巻線加工装置を用いて、以下のような実験を行った。
【００２７】
形成される電気コイルは、直径が０．２５mmの２種ＥＩＷ線（被膜種別が２種のポリエステルイミド銅線）を１００本撚りで外径が３．２mmのリッツ線を１次圧延して、幅８．５ｍｍに平角化したものを、図４（ａ）、（ｂ）に示すような長方形に巻回するために、コイル巻線金型が有する巻線部位４０に巻き付けながら加圧ローラで２次圧延したものである。
【００２８】
このコイル巻線金型の巻線部位４０は、高さＨが８．５ｍｍ、幅Ｗが２０ｍｍ、長さＬが３５０ｍｍである。
【００２９】
また、巻線加工装置の直線移動機構は、直線駆動ストロークが最大４００ｍｍ、その際の移動スピードが１．５秒以内、回転機構は回転半径が最大４００ｍｍ、その際の回転スピードが２．０秒以内である。さらに、加圧ローラの加圧力は、１０Ｋｇｆである。
【００３０】
このような条件で、幅８．５ｍｍに平角化されたリッツ線を巻いたところ、リッツ線が全く浮くことなく、１０回巻きの電気コイルを６５秒間で正確に仕上げることができた。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の電気コイルの巻線加工装置によれば、コイル巻線金型が有する巻線部位の所定長さの直線部に導電性線材を巻き付ける場合に、当該コイル巻線金型を線材供給部から離反する方向に直線移動させて導電性線材に所定張力を付加することができるので、浮きや変形を生じさせることなく正確な寸法で巻回することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気コイルの巻線加工装置による好ましい実施の一形態を示す説明図。
【図２】本発明の電気コイルの巻線加工装置による好ましい実施の一形態を示す図で、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はコイル巻線金型の巻線部位の詳細図。
【図３】本発明の電気コイルの巻線加工装置による好ましい他の実施の一形態を示す全体斜視図。
【図４】本発明の電気コイルの巻線加工装置に用いられるコイル巻線金型の巻線部位と、そのコイル巻線金型で形成される電気コイルを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図。
【図５】従来の電気コイルの巻線加工装置を示す説明図。
【図６】従来の電気コイルの巻線加工装置で電気コイルを巻回した場合の図で、（ａ）はコイル巻線金型の巻線部位と巻線との状態を示す説明図、（ｂ）はさらにプレス成形したときのコイル巻線金型の巻線部位と巻線との状態を示す説明図。
【符号の説明】
１・・・・・巻線加工装置
３・・・・・線材供給部
４・・・・・コイル巻線金型
４０・・・・・巻線部位
４０ａ・・・・・長辺部（所定長さの直線部）
４０ｂ・・・・・短辺部（所定長さの直線部とは異なる部位）
５・・・・・直線移動機構
６・・・・・回転ベース
７・・・・・回転機構
８・・・・・加圧ローラ
Ｄ・・・・・線材供給部から離反する方向
ＣＷ・・・・・導電性線材

Claims (2)

  1. 線材供給部から供給される導電性線材を、所定長さの直線部を有する形状に形成された巻線部位を有するコイル巻線金型を回転させて巻き付け、所望のコイル巻形状の電気コイルに加工する電気コイルの巻線加工装置において、
    前記コイル巻線金型が固定され当該コイル巻線金型の前記導電性線材を巻き付ける前記巻線部位が前記所定長さの直線部の場合には、当該コイル巻線金型を前記線材供給部から離反する方向に当該所定長さの直線部の長さに応じた距離だけ直線移動させて前記導電性線材に所定張力を付加する直線移動機構と、前記直線移動機構を固定させる回転ベースを有し前記コイル巻線金型の前記導電性線材を巻き付ける前記巻線部位が角部や前記所定長さの直線部とは異なる部位の場合には、前記直線移動機構が固定された前記回転ベースを回転させる回転機構と、前記導電性線材を前記コイル巻線金型の前記巻線部位に巻き付ける際、当該導電性線材を当該コイル巻線金型に向かって圧延する加圧ローラとを備えたことを特徴とする電気コイルの巻線加工装置。
  2. 前記導電性線材は、圧延されたリッツ線であることを特徴とする請求項５記載の電気コイルの巻線加工装置。
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