JP3996005B2 - 多段コイル製作装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段コイル製作装置であり、変圧器等の受電製品の主要部品である、平角電線を用いた多段コイルを製作する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、平角電線41(以下「電線」と称する)を巻回し、コイルを製作する場合、該当コイルの内径と同形状の巻型61なる物を用意し、これに電線41を添わせ電線41が重ならないように巻型61もしくは電線41を電線幅に応じてスライドBさせながら巻型61を回転Aさせて巻き付けている。まずはこの動作により、1段のコイルが完成する(図9参照)。さらに巻線が多段必要な場合は、1段目の巻線を終えたところでその上段に電線41を段上がりさせ、既巻段に絶縁層間紙62を巻き付けた後C、前段と逆方向B´に巻線していく。これらの工程を必要なだけ繰り返して多段コイルを製作していることが最も一般的である。また、電線41の巻き付け向きとしては、図9に示す様に、電線41が倒れたり、ねじれたりしないように、長辺側42を巻型61に当てる方向にすることが大半である(図10参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、製品機種ごとにコイルの内径や形状が異なるため、巻型61はコイルの内側形状数だけ用意する必要があり、その製作費、保管場所、巻型段取り工数が多大に必要である。また、先述の通り、現状の多段コイルでは各段差間の電圧差が大きくなる構造のため、そこに絶縁層間紙62を巻き付けて絶縁を図る必要があり、絶縁層間紙62の購入、及び巻き付け工数が必要となる。またコイルを多段にする時に既巻段からその上段に電線41を上げるための段上がり技術は製作装置の自動化を図る上で非常に困難であるため、人間の手で補助する必要がある。
【0004】
本発明は、前述の様な従来技術の問題点を解決するものであり、材料費的にも作業工数的にも無駄無く効率的に、さらに多段コイル製作の更なる自動化を図ることにより安価なコイルを製作する装置及び多段コイル並びに変圧器を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平角電線を矩形状に巻き付け、多段コイルを製作する多段コイル製作装置において、前記平角電線の板厚方向に互いに向かい合い、前記平角電線を圧延するよう挟み込む1対の圧延ローラと、圧延した平角電線を受ける受板を有するストック部と、前記圧延ローラの挟み込み角度を制御する圧延ローラ制御部と、前記受板の位置を制御する受板制御部と、を備え、角の曲線部と辺の直線部の繰り返しを行って矩形状に巻き付け、前記曲線部は、前記平角電線を内周側から外周側に巻き付ける時は曲率半径を徐々に大きくし、外周側から内周側に巻き付ける時は曲率半径を徐々に小さくし、前記直線部は、前記曲線部から該直線部に入る瞬間に前記圧延ローラを平行にして平行圧延し、前記直線部の断面積を最内周曲線部の断面積とほぼ等しくすることを特徴とする多段コイル製作装置である。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の多段電線コイル製作装置及び多段コイル並びに変圧器について、図1〜8を用いて説明する。図1は、実施例1の多段コイル製作装置の平面図である。図2は、実施例1の多段コイル製作装置の正面図である。図3は、実施例1の多段コイル製作装置における圧延ローラ部の正面図である。図4は、実施例1の多段コイル製作装置における圧延ローラ部の側面図である。図5は、実施例1の多段コイル製作装置により製作された円形コイルの説明図である。図6は、図5の円形コイルの断面図である。図7は、実施例2で製作された矩形コイルの説明図である。図8は、図7の矩形コイルの曲線部と直線部の断面形状の説明図である。
【0014】
本発明の多段電線コイル製作装置においては、電線41をコイルの内周側から外周側へまたは外周側から内周側へ渦巻き状に巻線後、これと反対側へ同じく渦巻き状に巻線していくという繰り返しによりコイル製作する方法を行う。言い換えれば、従来(図9、10参照)のように最初に最内周の巻線を終わらせた後、次にその上段から更に上段へと徐々に外周方向にコイルを太らせていき完成させるものではなく、内側から外側へ、続いて外側から内側へと1列ずつ巻いていく方法である(図5、6参照)。これは、コイルの素材電線41が巻かれているボビン52から、必要な長さを適切なスピードで送り出す送出部51と、電線41を送り出しながら必要とする屈曲を圧延成形する圧延部11と、圧延後の電線41を積み重ねて製品形状していくストック部21と、これらを総合的に制御する制御部3を有する多段コイル製作装置によって達成される(図1、2参照)。
【0015】
実施例1を説明する。本実施例の多段コイル製作装置は、平角電線の板厚方向に互いに向かい合い、平角電線を圧延するよう挟み込む1対の圧延部11と、圧延した平角電線を受けるストック部21と、制御部3とを備えている。圧延部11には、押当部材14、15であるローラを有する。ストック部21は、受板22を有する。制御部3には、押当部材14、15の挟み込み角度を制御する押当部材制御部及び受板22の位置を制御する受板制御部を有する。ローラ14、15の角度は変化するが、その位置を動かす必要はない。
【0016】
本実施例の多段コイル製作装置による他段コイルの製作について、図1〜図4を用いて説明する。最初に素材電線の巻かれているボビンから、例えば幅5mm、厚さ2mmでアルミニウム又は銅からなる電線41を送り出すための送出部にボビン52をセットする。このボビン52の回転スピードは圧延部11での電線圧延スピードに合致して電線41を引き出さないと電線41のたるみ、または過剰テンションが発生してしまうので、ボビン回転軸53の駆動にはサーボモータ54を使用して圧延ローラ14、15の成形スピードに追従して回転するように制御している。送り出された電線41は、圧延部11に入り電線41の圧延(成形)を行う。この圧延部11は従来のように巻型61を横にして電線41を縦に巻いていく形態ではなく、その後工程でコイル形状に電線41を積み上げていくことを考慮して、電線41を横方向に繰り出して成形する形態をとっている(図1、2参照)。実施例1では、コイル形状が円形の巻線方法を採用しており、以下、具体的に説明する。圧延ローラ部11では、電線41を内周側から外周側へ、またはその逆方向に渦巻き状に巻き付けるため、電線41の曲率半径を任意に可変させる機構を有している。この機構は、電線断面の長辺側42の両側にサーボモータ12、13駆動による圧延ローラ14、15を設置し、それが電線41の断面寸法で最適な圧延スピードで回転しながら電線41に対して互いの押当て角度を圧延すべき曲率半径に合わせて可変させるシステムである。この押当て角度も曲率半径の大きさを決定する重要な要素であるため、サーボモータ16、17を用いて精度良く行っている。つまり、電線41を円形になるように圧延するには、この2個の圧延ローラ14、15を電線41の断面において曲がりの外周側に相当する部分のローラ距離を近づけて押し当てると、電線41の外周側と内周側に圧延差が設けられ、ある曲率半径を持った円形に成形される(図5参照)。例えば、電線41を内周側から外周側に巻き付ける時は、曲率半径を徐々に大きくしなければならないため、圧延ローラ14、15の押当て角度αを必要に応じて小さくしていくように制御し、反対に外周側から内周側にする時は曲率半径を徐々小さくするため、圧延ローラ14、15の押当て角度αを必要に応じて大きくなるように制御するのである。圧延ローラ14、15の押当て角度は内周側のα1から外周側のα2、α3、α4へ向かうにつれて小さくしている(図6参照)。また、最内周は必要とする曲率半径で圧延し、第2周目から外周側へ向かう曲率半径は単純に電線幅分だけ大きくするのではなくて、それより若干小さくすることによって段ごとの内側にテンションをかけて巻線時の形状安定化を図るのが好ましい。最外周から内周側に向けて巻線する場合は前述と逆で、最外周は必要とする曲率半径で圧延し、第2周目から内側へ向かう時は若干曲率半径を小さくし段の外側にテンションをかけるようにするのが好ましい。次に、圧延した電線41をコイル形状に積み上げていくストック部21の説明をする。電線41の曲げ強度と製作するコイルの質量を勘案したときに、積み上げ量が少なく質量が軽い巻線初期段階では、電線41を圧延成形する送り出し力によって、成形部が受板22に擦りながらコイル状に積みあがっていくが、それが徐々に増していくと摩擦力が電線強度を上まった時点で電線41が折れ曲がり積み上げ不可能となってしまう。そこで本実施例のストック部21は電線41を乗せる受板22がθ(回転)またはX(左右)、Y(前後)、Z(上下)方向に可動することによりコイルの形状通りに圧延される電線41に負荷をかけることなく積み上げていくものとしている。θ、X、Yはコイルの形状に合致させて動かし、Zはコイルの巻列分、すなわち積み上げ高さに応じて上昇端から徐々に下降させていく。これらθ、X、Y、Zの駆動においてもサーボモータ23、24、25、26を用いて精度良く行っている(図1、2参照)。
【0017】
実施例2を説明する。本実施例においては、コイル形状が矩形の場合である。矩形状の巻き付けは、角の曲線部43と辺の直線部44の繰り返しとなり、曲線部43は円形状の時と同様に圧延ローラ14、15によって電線41を圧延し必要な曲率半径を持たせる。その後、直線部44に入る瞬間に圧延ローラ14、15の互いの押当て角度を「0」、言わばローラを平行にすることにより、電線41は曲率半径を持って圧延されていたものを、平行的な圧延に切り替えることによって直線部44を作り出すようにしている。この直線部44の圧延量は最内周曲線部の断面積と等しくするのが好ましい。なぜなら、曲線部が圧延によって素材断面積より小さくなってしまい、直線部44がそれ以上の断面積を有していても電気的効率は向上しないことから、直線部44においても断面積が最小である部分と同面積になるように平行圧延を施すことで電線41の使用量を必要最小限にするためである。つまり曲線部の断面積δ1<δ2<δ3<δ4であり、直線部の断面積δ1´、δ2´、δ3´、δ4´はいずれも最内周曲線部の断面積δ1に等しい(図5、6参照)。この直線部44の平行圧延においては直線部44が短い製品で材料費削減の効果が小さい場合など、状況によっては圧延ローラ14、15を電線41から離すなどして、圧延を行わず素材のまま使用することとしても良い。この圧延ローラ14、15の押し当て、および解除するためには押し当て力を可変することができるサーボモータか油圧シリンダをアクチェータ18、19に用いるのが好ましい。
【0018】
次に圧延した電線21をコイル形状に積み上げていくストック部61の説明をする。実施例2においては、実施例1と同様であるが、実施例2では、矩形コイルであるため、直線部及び曲線部を形成する必要がある点で相違するが、受板22をθ(回転)またはX(左右)、Y(前後)、Z(上下)方向に可動することによりコイルの形状通りに圧延される電線21に負荷をかけることなく積み上げることができる。
【0019】
本発明によれば、電線を高精度に全自動圧延成形することで電線使用量を必要最小限にし、製作手段として従来使用していた巻型を使わずに、かつ製品としては、隣接部分との電圧差が低くなって絶縁層間紙を不要としたコイルを製作することができた。すなわち、コイル製作費、電線材料費の低減、さらに巻型製作費、層間紙費を削減することにより、電線コイルの原価低減、引いてはそれを使用した変圧器を安価に提供できる。
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、材料費的にも作業工数的にも無駄無く効率的に、さらに多段コイル製作の更なる自動化を図ることにより安価なコイルを製作する装置及び多段コイル並びに変圧器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の多段コイル製作装置の平面図。
【図2】実施例1の多段コイル製作装置の正面図。
【図3】実施例1の多段コイル製作装置における圧延ローラ部の正面図。
【図4】実施例1の多段コイル製作装置における圧延ローラ部の側面図。
【図5】実施例1の多段コイル製作装置により製作された円形コイルの説明図。
【図6】図5の円形コイルの断面図。
【図7】実施例2で製作された矩形コイルの説明図。
【図8】図7の矩形コイルの曲線部と直線部の断面形状の説明図。
【図9】従来例の巻線方法の説明図。
【図10】従来例の多段巻線方法の説明図。
【符号の説明】
11 圧延部
12 圧延ローラ回転用サーボモータ1
13 圧延ローラ回転用サーボモータ2
14 圧延ローラ1
15 圧延ローラ2
16 圧延ローラ押当て角度可変用サーボモータ1
17 圧延ローラ押当て角度可変用サーボモータ2
18 圧延ローラ押当て・解除用サーボモータ1
19 圧延ローラ押当て・解除用サーボモータ2
21 ストック部
22 受板
23 θ軸用サーボモータ
24 X軸用サーボモータ
25 Y軸用サーボモータ
26 Z軸用サーボモータ
3 制御部
41 電線
42 電線の長辺側
43 電線の曲線部
44 電線の直線部
51 送り出し部
52 ボビン
53 ボビン回転軸
54 ボビン回転用サーボモータ
61 巻型
62 絶縁層間紙
A 芯金の回転する方向
B 1段目の電線を巻線する方向
B´ 2段目の電線を巻線する方向
C 層間紙の巻き付け方向
D 圧延ローラ1の回転する方向
E 圧延ローラ2の回転する方向
F 電線を巻線していく順序
θ ストック部の回転する方向
X ストック部の左右に可動する方向
Y ストック部の前後に可動する方向
Z ストック部の上下に可動する方向
α 圧延ローラ押当て角度
α1 最内周の圧延ローラ押当て角度
α2 α1の外周側の圧延ローラ押当て角度
α3 α2の外周側の圧延ローラ押当て角度
α4 最外周の圧延ローラの押当て角度
δ1 最内周曲線部の電線断面積
δ2 δ1の外周側の電線断面積
δ3 δ2の外周側の電線断面積
δ4 最外周曲線部の電線断面積
δ1´ 最内周直線部の電線断面積
δ2´ δ1´の外周側の電線断面積
δ3´ δ2´の外周側の電線断面積
δ4´ 最外周直線部の電線断面積
Claims (1)
- 平角電線を矩形状に巻き付け、多段コイルを製作する多段コイル製作装置において、
前記平角電線の板厚方向に互いに向かい合い、前記平角電線を圧延するよう挟み込む1対の圧延ローラと、
圧延した平角電線を受ける受板を有するストック部と、
前記圧延ローラの挟み込み角度を制御する圧延ローラ制御部と、
前記受板の位置を制御する受板制御部と、
を備え、
角の曲線部と辺の直線部の繰り返しを行って矩形状に巻き付け、
前記曲線部は、前記平角電線を内周側から外周側に巻き付ける時は曲率半径を徐々に大きくし、外周側から内周側に巻き付ける時は曲率半径を徐々に小さくし、
前記直線部は、前記曲線部から該直線部に入る瞬間に前記圧延ローラを平行にして平行圧延し、前記直線部の断面積を最内周曲線部の断面積とほぼ等しくする
ことを特徴とする多段コイル製作装置。
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