JP4409259B2 - トロイダルコアの巻線装置 - Google Patents

Description

本発明は、トロイダルコアにコイル用の線材をらせん状に巻線を行い、トロイダルコイルを製作するのに用いられるトロイダルコアの巻線装置に関するものである。

従来のトロイダルコアにコイル用の線材をらせん状に巻線を行うトロイダルコアの巻線装置として、回転自在な巻線リングと、巻線リングに隣接し巻線リングの回転軸と同軸に回転する貯線リングを有する構成のトロイダル巻線機が使用されていた。

巻線リング及び貯線リングは、リングの一箇所で開閉することによってトロイダルコアのリング部を内径側に配置させることができる。

貯線リングは、外周部に断面がコの字形状の溝を有し、巻線リングは線材をガイドするワイヤガイドとガイドローラを有する。

巻線に先立ち、貯線リングの溝に所定の長さ分の線材を巻き込んで貯線した後、線材を、巻線リング上のワイヤガイドとガイドローラでガイドしながらトロイダルコアまで導き出し、巻線リングを貯線時と逆方向に回転させることで、線材をトロイダルコアに巻回する。

この巻線時、線材に所定の張力を与えるために、貯線リングの回転に対してパウダーブレーキ、トルクモータ等のトルク発生装置によりブレーキ力を加える。そのため、巻線時には、巻線リング上のガイドローラとトロイダルコアの巻付部との間に線材の長さの変動が発生する。この線材の長さの変動に対しては、巻線リングを減速して巻線している。

この装置では、貯線リングの回転に対してトルク発生装置のブレーキ力により線材に張力を与えているため、巻線リング上のガイドローラとトロイダルコアとの間に発生する線材の長さの変動に対して、貯線リングの慣性力に対する制御量が大きくなりすぎるため、巻線の回転数を高速化することができないという問題がある。

また、巻線リングの回転中心に対してトロイダルコアの巻付部が大きく偏心している場合、線材の弛み量が大きくて、巻線できない場合があるという問題がある。

さらに、トロイダルコアにガイドローラが挿通する際に、線材に大きな負荷がかかり、トロイダルコアの内径側と外径側では巻き付け力に大きな差が発生し、線径によっては巻線中に切断することもあるという問題がある。

これらの問題に対して、張力を一定にして巻線を行うための対策として、貯線リングを巻線リングの内側に設け全体として一つのリングを形成し、巻線時に貯線リングと巻線リングを独立に回転させ、その貯線リングと巻線リングの回転の差分がトロイダルコアに巻き付けられる線材の長さとし、さらに巻線時に巻線リングに設けた張力センサーからの線材の張力と、貯線リングのトルクをフィードバックする制御機構を設けることで線材の張力を一定に保っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２４３６４２号公報（第３−４頁、図１、図４−図１９）

しかし、上記特許文献１の装置の場合、巻線時に貯線リングと巻線リングを独立に回転させるため、同期するモータが２台必要で、制御も回転体から信号を取る等、不安定かつ複雑となるため装置費用が割高となり、トロイダルコアとの偏心が大きい場合には、貯線リングの慣性力に対する制御する量が大きくなりすぎるため、高速化に限界があるという問題があった。

また、巻線リングの線材を巻線する放線上にカンティレバー式等のガイドローラを設けた方式もあるが、この場合はストロークが短く、線材の伸びや弛み対策に対して効果が限定されているという問題があった。

この発明は上記のような問題点を解決するものであり、安価で簡便な方法で線材の伸びや弛みを防止することができ、また、巻線時の回転数を高速化しても線材に大きな張力をかけることなく、さらに、トロイダルコアの断面形状やサイズに影響されず高速回転可能で、高整列度、高密度の巻線を行うことができるトロイダルコアの巻線装置を提供することを目的とする。

本発明に係るトロイダルコアの巻線装置は、トロイダルコアと鎖交して回転する巻線リングと、上記トロイダルコアと鎖交して上記巻線リングに隣接し、上記巻線リングの回転軸と同軸に回転し、上記トロイダルコアに巻回する線材を貯える貯線リングと、上記貯線リングの回転にブレーキを加えるトルク発生装置とを有するトロイダルコアの巻線装置において、
上記巻線リング上に、上記貯線リングから引き出された線材をガイドするガイドローラと、上記ガイドローラからの線材をガイドして上記トロイダルコアに導く巻き付けローラと、上記トロイダルコアの巻線部と上記巻き付けローラとの間の線材に張力を与えるためのスライダーと、上記スライダーを上記巻線リングの周に沿って所定の区間往復移動させて上記張力を調整可能とする駆動機構とを備え、
上記駆動機構が、上記巻線リング上に設けた上記巻線リングの径とほぼ同寸法の円弧形状の棒材に通したコイルバネであり、上記コイルバネ末端に上記スライダーを配置し、上記スライダーを上記棒材に沿って上記所定の区間往復移動させるようにし、
上記ガイドローラから巻き付けローラへ上記線材をガイドするアイドルローラが設けられ、上記アイドルローラが上記スライダーに設けられ、
上記ガイドローラ及び巻き付けローラが、ともに上記スライダーに設けられているものである。

本発明の上記トロイダルコアの巻線装置によれば、安価で簡便な方法で線材の伸びや弛みを防止し、張力を安定化した状態で、かつ、高速回転で巻線することが可能となる。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は、トロイダルコア５に螺旋状にコイル（線材）４を巻き付けたトロイダルコイルを示す斜視図であり、一部切り欠いて断面を示している。

図２は、本発明における実施の形態１のトロイダルコアの巻線装置を示す斜視図であり、図３は、図２における巻線部の拡大斜視図、図４は、図２における巻線部の各部材を分解して示す斜視図である。

図２及び図３に示したように、本実施の形態におけるトロイダルコアの巻線装置は、回転自在な巻線リング２と巻線リング２に隣接し、巻線リング２の回転軸と同軸に回転する貯線リング１を有する構成である。

巻線リング２及び貯線リング１はリングの一箇所で開閉し、巻線時に、貯線リング１とトロイダルコア５とは鎖状に交差（鎖交）する。

貯線リング１は、外周部に断面がコの字形状の円周溝１Ａを有し、円周溝１Ａにトロイダルコア５に巻線する所要長さの線材が巻き付けられる。また、巻線時に、貯線リング１に対してブレーキ力を与えるパウダーブレーキやモータ等のトルク発生装置７を有する。

巻線リング２は、貯線リング１に巻き付けて貯線された線材をトロイダルコア５にガイドするガイドローラ９と、アイドルローラ１０を具備するダンサーローラ部もしくはアイドルローラ１０及びスライダー１２で構成されるダンサーローラ部と、巻き付けローラ１１とを有する。

また、巻線リング２を回転させるモータ８を備え、モータ８の駆動力は巻線リング２内周側に設けられたギアに伝達される。

図４の斜視図に示したように、ガイドローラ９及び巻き付けローラ１１は、巻線リング２に、回転できるように取り付けられる。アイドルローラ１０は、スライダー１２に回転できるように取り付けられる。スライダー１２は心棒１３に触れないようにＵ溝形状のバネ受け部を有する。

コイルバネ１５は複数個用意され、必要とするバネ力に応じた個数を心棒１３に座金１６とともに挿入する。心棒１３は、巻線リング２の径とほぼ同じ径を有する。スライダー１２は、座金１６を介してコイルバネ１５により押圧力を受けるように心棒１３に嵌め込まれる。また、バネ力が不足している場合は、心棒１３に固定できるストッパ１９でバネ全長を変えるか、またはバネ力を発生させるバネの数を変えてバネ力を変更する。

図３に示したように、巻線リング２の側面の周に沿って、コイルバネ１５、座金１６をセットした心棒１３がホルダー１４Ａ、１４Ｂによって固定される。スライダー１２は、線材の張力及び弛みに対して片側をスライダー１２に支持されたコイルバネ１５のバネ力が駆動機構となって心棒１３に沿って往復移動する。アイドルローラ１０は、スライダー１２の往復移動とともに、巻線リング２の周に沿って往復移動する。

次に、本実施の形態におけるトロイダルコアの巻線装置の動作を説明する。
まず、図２において、巻線リング２に貯線リング１を図示していない連結部で連結し、モータ８を駆動して巻線リング２に連結した貯線リング１を回転させ、図示していない巻枠の線材を所定長さ、貯線リング１の溝１Ａに巻き取って貯線し、巻き取り終了後は連結部を切り離す。

図５は、貯線リング１に貯線された線材を巻線リング２の各ローラに巻き付けた状態を示す平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

図５に示したように、貯線リング１から線材４を巻線リング２上のガイドローラ９、アイドルローラ１０、巻き付けローラ１１の順に通しトロイダルコア５まで導く。モータ８を貯線時とは逆方向に回転させて巻線リング２を回転駆動することによって、線材４をトロイダルコア５に巻回する。この時、アイドルローラ１０の位置は、トルク発生装置７により加えられたブレーキ力と、スライダー１２の駆動用であるコイルバネ１５のバネ力によって、線材４に過大な張力が発生せず、また、線材４に弛みが生じないように巻線リング２の周に沿って往復移動する。

図６はその往復移動の状態を示し、巻線時に巻線リング２がトロイダルコア５の巻線部を一周する間のガイドローラ９、アイドルローラ１０及び巻き付けローラ１１からなるダンサーローラ部と線材４の動作状態を示した図である。

巻線リング２の回転軸とトロイダルコア５の巻線部が距離Eだけ偏心した場合、巻線リング２の回転により線材４の供給位置とトロイダルコア５の巻線部までの距離が常時変化するが、張り側では、スライダー１２上のアイドルローラ１０は線材４の引っ張り力によりコイルバネ１５を圧縮する方向に移動し、弛み側では、コイルバネ１５の押圧バネ力によりスライダー１２上のアイドルローラ１０は線材４の弛みを吸収するように移動するため、線材４の急激な張りや弛みが発生せず、安定した線材４の張力で、かつ、高速で巻線することができる。

スライダー１２を駆動するコイルバネ１５は、線材４の巻線時における張力の大きさに対応したバネ力に調整する必要があり、図４に示したように、巻線リング２からホルダー１４Ａ、１４Ｂの締結部より分離し、片側端のホルダー１４Ｂのネジ２２を緩めて心棒１３から取り外した後、コイルバネ１５を交換する作業が発生する。そのため、心棒１３、ホルダー１４Ａ、１４Ｂと座金１６及びコイルバネ１５の組み合わせを複数セットあらかじめ準備しておくことで、短時間、かつ、簡便に、線材４の大きな張力範囲に対応した交換作業を行うことができる。

コイルバネ１５のバネ力は、スライダー１２を駆動するバネ力と貯線リングのブレーキ力が作用した時に、巻線開始時にアイドルローラ１０がスライダー１２の移動できる範囲の中間付近に来るように調整する。この調整により、スライダー１２の移動量を有効に使用することができ、線材４の引き出し量や張力の調整裕度を確保することができる。

また、図５に示したように、巻線リング２の周方向にガイドローラ９、巻き付けローラ１１、アイドルローラ１０の順に、または巻き付けローラ１１、ガイドローラ９、アイドルローラ１０の順に配置することによって、種々な形状、複雑な形状のトロイダルコア５に対して、あるいは広いサイズ範囲のトロイダルコア５に対して、アイドルローラ１０の移動量を長く確保できる。

線材４を貯線リング１から引出すダンサーローラ部によって調整量を大きな範囲とするのが、線材４の張力及び弛みを吸収する上で、また、トロイダルコア５の種々の大きさ、形状に対応する上で有利である。図５の場合、線材４はアイドルローラ１０を真中の支点としたU字状の経路を通過する。従って、ガイドローラ９とアイドルローラ１０の距離をＹ、巻き付けローラ１１とアイドルローラ１０の距離をＸとし、アイドルローラ１０の移動量をα、移動量αに伴うＹ及びＸの変数をｙ及びｘとしたときに、Ｙ＝ｙ＋α、Ｘ＝ｘ＋α、Ｙ＋Ｘ＝ｙ＋ｘ＋２αで、線材４の引き出し調整量は２αとなる。すなわち、線材４の引き出し調整量はアイドルローラ１０が周方向に移動する量の約２倍まで確保することができる。しかも、線材４の引出量に対する心棒１３の長さの比を小さくすることができ、ダンサーローラ部の形状を小さくすることができる。

ダンサーローラ部は、線材４の長さ変動により生じる貯線リング１の回転慣性力による線材４の張力への影響を除き、ダンサーローラ部の極めて小さな慣性のみとすることができるので、線材４に対する急激な張力変動が抑制される。

また、アイドルローラ１０を搭載しているスライダー１２は、巻線リング２の周方向に凹溝に沿って移動するため、全ストローク中の移動精度や再現性を確保することができる。

また、線材４の張力は直接アイドルローラ１０の位置移動で調整され、巻き付けローラ１１は移動しないので、精度良く整列した状態に巻線することができる。

また、ガイドローラ９、巻き付けローラ１１、アイドルローラ１０等は、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂等の樹脂材料等の低摩擦係数の材料を使用することで、ローラ表面の摩擦係数を低下させることができ、軽量化されて慣性が低減され、線材４の伸びが低減される。また、ウレタンゴム等の柔軟な材料を使用することで、線材４に対する衝撃力が緩和されるので、極めて細い線材の巻線も可能になる。

実施の形態２．
図７は、本発明における実施の形態２のトロイダルコアの巻線装置における巻線部を示す斜視図であり、図８は、ローラ部を分解して示す斜視図である。図７において、巻線リングを回転させるモータ及び貯線リングにブレーキを掛けるためのトルク発生装置は、図１と同様の構成とすることができる。

図７に示したように、本実施の形態では、ダンサーローラ部のローラが、貯線リングに巻かれた線材をトロイダルコアへ導くためのガイドローラ１７と巻き付けローラ１８で構成されている。

また、巻線リング２の側面の周に沿って設けられた心棒１３にコイルバネ１５が挿入され、ガイドローラ１７及び巻き付けローラ１８は、スライダー１２に回転できるように取り付けられ、スライダー１２がコイルバネ１５によって押圧力を受け、スライダー１２は、線材の張力及び弛みに対してコイルバネ１５（駆動機構）によって心棒１３に沿って往復移動する。

図８の斜視図に示したように、ガイドローラ１７及び巻き付けローラ１８が取り付けられたスライダー１２は心棒１３に触れないようにＵ溝形状のバネ受け部を有する。

また、バネ１５は複数個用意され、必要とするバネ力に応じた個数を心棒１３に座金１６とともに挿入する。スライダー１２は、座金１６を介してバネ力を受けるように、Ｕ溝を心棒１３に嵌め込む。バネ１５、座金１６がセットされた心棒１３は、ホルダー１４Ａ、１４Ｂによって巻線リング２の側面に固定される。

本実施の形態では、張り側ではガイドローラ１７及び巻き付けローラ１８は線材４の引っ張り力によりコイルバネ１５が圧縮される方向に移動し、弛み側ではガイドローラ１７及び巻き付けローラ１８は線材の弛みを吸収するようにコイルバネ１５の押圧バネ力によって移動するため、線材４の急激な張りや弛みが発生せず、安定した張力で巻線することができる。

ダンサーローラ部は、線材４の長さ変動により生じる貯線リング１の回転慣性力による線材４の張力への影響を除き、ダンサーローラ部の極めて小さな慣性のみとすることができるので、線材４に対する急激な張力変動が抑制される。

また、ガイドローラ１７及び巻き付けローラ１８を搭載しているスライダー１２は、巻線リング２の周方向に凹溝に沿って移動するため、全ストローク中の移動精度や再現性を確保することができる。

また、線材４の張力は、ガイドローラ１７及び巻き付けローラ１８の位置移動で調整され、精度良く整列した状態に巻線することができる。

また、ガイドローラ１７、巻き付けローラ１８等は、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂等の樹脂材料等の低摩擦係数の材料を使用することで、ローラ表面の摩擦係数を低下させることができ、軽量化されて慣性が低減され、線材４の伸びが低減される。また、ウレタンゴム等の柔軟な材料を使用することで、線材４に対する衝撃力が緩和されるので、極めて細い線材の巻線も可能になる。

また、ガイドローラ１７を滑りガイドにすることで、線材４の伸びやダメージを低減することができる。この場合、図７において、バネ１５は、スライダー１２とホルダー１４Ｂとの間に設ける。

本発明のトロイダルコアの巻線装置は、貫流型変流器の鉄心（トロイダルコア）等にコイルを巻き付ける自動巻線装置として利用される。

トロイダルコイルを、一部切り欠いて示す斜視図である。 本発明における実施の形態１のトロイダルコアの巻線装置を示す斜視図である。 図２における巻線部の拡大斜視図である。 図２における巻線部の各部材を分解して示す斜視図である。 貯線リングに巻き取られた線材を巻線リングの各ローラに巻き付けた状態を示す平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 巻線時に巻線リングがトロイダルコアの巻線部を一周する間のガイドローラ、アイドルローラ及び巻き付けローラからなるダンサーローラ部と線材の動作状態を示した図である。 本発明における実施の形態２のトロイダルコアの巻線装置における巻線部を示す斜視図である。 図７におけるローラ部を分解して示す斜視図である。

符号の説明

１ 貯線リング、１Ａ 円周溝、２ 巻線リング、４ 線材、５ トロイダルコア、
７ トルク発生装置、８ モータ、９ ガイドローラ、１０ アイドルローラ、
１１ 巻き付けローラ、１２ スライダー、１３ 心棒、１４Ａ，１４Ｂ ホルダー、
１５ コイルバネ、１６ 座金、１７ ガイドローラ、１８ 巻き付けローラ、
１９ ストッパ、２２ ネジ。

Claims (4)

1. トロイダルコアと鎖交して回転する巻線リングと、上記トロイダルコアと鎖交して上記巻線リングに隣接し、上記巻線リングの回転軸と同軸に回転し、上記トロイダルコアに巻回する線材を貯える貯線リングと、上記貯線リングの回転にブレーキを加えるトルク発生装置とを有するトロイダルコアの巻線装置において、
   上記巻線リング上に、上記貯線リングから引き出された線材をガイドするガイドローラと、上記ガイドローラからの線材をガイドして上記トロイダルコアに導く巻き付けローラと、上記トロイダルコアの巻線部と上記巻き付けローラとの間の線材に張力を与えるためのスライダーと、上記スライダーを上記巻線リングの周に沿って所定の区間往復移動させて上記張力を調整可能とする駆動機構とを備え、
   上記駆動機構が、上記巻線リング上に設けた上記巻線リングの径とほぼ同寸法の円弧形状の棒材に通したコイルバネであり、上記コイルバネ末端に上記スライダーを配置し、上記スライダーを上記棒材に沿って上記所定の区間往復移動させるようにし、
   上記ガイドローラから巻き付けローラへ上記線材をガイドするアイドルローラが設けられ、上記アイドルローラが上記スライダーに設けられ、
   上記ガイドローラ及び巻き付けローラが、ともに上記スライダーに設けられていることを特徴とするトロイダルコアの巻線装置。
2. 上記コイルバネが複数個のコイルバネで構成されていることを特徴とする請求項１記載のトロイダルコアの巻線装置。
3. 上記ガイドローラが、滑りガイド式であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のトロイダルコアの巻線装置。
4. 上記コイルバネのバネ全長を調整するストッパを備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のトロイダルコアの巻線装置。

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