JP5490186B2 - コイルの巻線方法及び変圧器 - Google Patents

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Description

本発明は、複数のコイル層からなるコイルの巻線方法、並びにこの様なコイルを用いた変圧器に関するものである。
従来、図１１に示す如く、導線(94)を渦巻き状に巻回してなる単位コイル部(９)が巻軸方向に繰り返し並んだコイルが知られている。
そして、この様なコイルの製造方法として、図１２(ａ)の如く、導線を渦巻き状に巻回することにより、互いに異なる内周長を有する第１単位巻部(91)、第２単位巻部(92)及び第３単位巻部(93)を、巻軸方向に連続して形成すると共に、これら複数の単位巻部(91)(92)(93)からなる単位コイル部を、巻軸方向に連続して形成して、空芯コイルの中間製品を作製した後、該中間製品を巻軸方向に圧縮して、図１２(ｂ)の如く、第３単位巻部(93)の内側に第２単位巻部(92)の少なくとも一部を押し込み、該第２単位巻部(92)の内側に第１単位巻部(91)の少なくとも一部を押し込むことにより、複数のコイル層(図示する例では３層)からなる空芯コイルの完成品を得る方法が知られている(特許文献１)。
ところで、大電力、高電圧用の変圧器(トランス)においては、従来より、図１０に示す如く、表面が被覆された断面矩形の導線を多層に巻回してなる大形のコイル(８)や、薄い樹脂フィルムと幅広の金属薄板とを多層に重ね巻きして一列当たりの巻数を更に多くしてなる大形コイル(図示省略)が、一次巻線若しくは二次巻線として用いられている。
この様なコイルの製造工程においては、先ず、図１０に示す様に内周側から外周側へ向かって渦巻き状に巻回されたコイルユニット(81)を多数作製した後、これらのコイルユニット(81)を巻軸方向に配列し、隣接するコイルユニット(81)(81)どうしを渡り線(図示省略)によって互いに直列に接続することが行なわれている。
特開２００３−８６４３８号公報
ところが、図１０に示すコイル(８)においては、多数のコイルユニット(81)の相互間に、渡り線を用いた接続のために必要なギャップＧが形成されるので、軸方向の長さＬ′が大きくなる問題があった。この問題を解決するためには、各コイルユニット(81)の巻数を増大させればよいが、これによってコイル(８)の外径が大きくなる問題が生じる。
そこで、図１２(ａ)(ｂ)に示す巻線方法を用いることによって、図１１及び図１２(ｂ)に示すコイル(９)と同様の巻線構造を有するコイルを作製することが考えられる。
この様なコイルによれば、多数の単位コイル部を連続的に形成することが出来るので、渡り線を用いた接続のためのギャップは不要となり、これによってコイルの小型化が可能となる。
しかしながら、特に大形のコイル(８)の場合、例えば巻数が３００回を越えることとなるため、図１２(ａ)(ｂ)の巻線方法では、３００を越える単位巻部を互いに密着させた状態で整然と配列させることが困難である。
又、コイル(８)の巻数が３００回以上で、単位コイル部が例えば６層の場合、単位コイル部の配列数が５０を越えることになるため、図１２(ａ)(ｂ)に示す如く中間製品を巻軸方向に圧縮したときの弾性反発力が大きくなり、図１２(ｂ)の如く単位コイル部どうしが互いに接触した構造を維持するためには、コイルを圧縮状態に維持するための強固な拘持手段が必要となる。
そこで本発明の目的は、少なくとも１本の導線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻軸方向に繰り返し並んでおり、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部が侵入しているコイルの製造方法であって、複数の単位巻部を整然と配列させ、比較的小さな拘束力で複数の単位コイル部を互いに接触させた状態に維持することが出来る、コイルの巻線方法を提供することである。
又、本発明の他の目的は、小形化及び低損失化を実現することが出来る変圧器を提供することである。
本発明に係るコイルの巻線方法は、少なくとも１本の導線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻軸方向に繰り返し並んでおり、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部が侵入しているコイルの製造方法であって、
内周側から外周側へ向かって導線を渦巻き状に巻回して、巻軸と直交する面に沿って積層された複数の単位巻部からなる外向き巻回単位コイル部を形成する外向き巻回単位コイル部形成工程と、
外周側から内周側へ向かって導線を渦巻き状に巻回して、巻軸と直交する面に沿って積層された複数の単位巻部からなる内向き巻回単位コイル部を形成する内向き巻回単位コイル部形成工程
とを交互に繰り返すことによって、巻軸に沿って外向き巻回単位コイル部と内向き巻回単位コイル部とを交互に並べ、
前記外向き巻回単位コイル部形成工程では、内周側の単位巻部の外周面に重ねて外周側の単位巻部を形成する工程を、内周側から外周側へ向かって繰り返し、
前記内向き巻回単位コイル部形成工程では、直前に形成された外向き巻回単位コイル部の側面に接触する最外周の単位巻部を形成した後、該外向き巻回単位コイル部の側面から少なくとも導線の幅寸法だけ離れた位置にて単位巻部を形成し、該単位巻部を前記外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで巻軸方向に沿って押し込む工程を、外周側から内周側へ向かって繰り返すことを特徴とする。
尚、前記外向き巻回単位コイル部形成工程と内向き巻回単位コイル部形成工程の繰り返しにおいては、先ず外向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、内向き巻回単位コイル部形成工程で終了する方法、先ず外向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、外向き巻回単位コイル部形成工程で終了する方法、先ず内向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、内向き巻回単位コイル部形成工程で終了する方法、或いは、先ず内向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、外向き巻回単位コイル部形成工程で終了する方法を採用することが出来る。
上記コイルの巻線方法によれば、外向き巻回単位コイル部形成工程と内向き巻回単位コイル部形成工程の内、内向き巻回単位コイル部形成工程では、既に形成されている外向き巻回単位コイル部の側面から離れた位置にて単位巻部を形成した後、該単位巻部を外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで巻軸方向に沿って押し込む工程で、単位巻部からは巻軸方向に平行な弾性反発力を受けることになるが、外向き巻回単位コイル部形成工程では、巻軸と直交する面に沿って内周側から外周側へ導線を渦巻き状に巻回して、単位巻部を積層していくので、単位巻部からは巻軸方向に平行な弾性反発力を受けることはない。従って、従来の様に外向き巻回単位コイル部と内向き巻回単位コイル部の両方を巻軸方向に圧縮する巻線方法と比較して、コイル完成状態で単位コイル部どうしを互いに接触させた状態に維持するために必要な拘束力は、より小さくなる。
又、外向き巻回単位コイル部形成工程で積層される複数の単位巻部は、巻軸方向に位置がばらつくことなく、巻軸に垂直な面に揃うことになるので、その後の内向き巻回単位コイル部形成工程では、既に形成されている外向き巻回単位コイル部の側面から離れた位置にて単位巻部を形成した後、該単位巻部を外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで巻軸方向に沿って押し込むことによって、内向き巻回単位コイル部を構成する複数の単位巻部も、巻軸方向に位置がばらつくことなく、巻軸に垂直な面に揃うことになる。この結果、コイルを構成する複数の単位巻部は整然と配列されることになる。
具体的な態様において、前記外向き巻回単位コイル部形成工程では、巻付けベース部材を巻軸回りに回転させることによって、該巻付けベース部材の周囲に複数層の単位巻部を形成する。
これによって、複数の単位巻部が、巻軸と直交する面に沿って内周側から外周側へ順次、積層されることになる。
又、具体的な態様において、前記内向き巻回単位コイル部形成工程では、導線巻付け制御機構を巻軸回りに回転させることによって複数の単位巻部を形成し、該導線巻付け制御機構は、巻軸と直交する方向に重なる複数の巻付け部材と、各巻付け部材を巻軸に沿って往復移動させる往復駆動装置とを具え、該往復駆動装置の動作により、前記複数の巻付け部材の内、１つの巻付け部材の外周面を露出させた状態で、導線巻付け制御機構を回転させることにより、該巻付け部材の外周面に導線を巻き付けて、該巻付け部材の外形に応じた内周長の単位巻部を形成する。
これによって、内向き巻回単位コイル部を構成する複数の単位巻部はそれぞれ、正確な形状と内周長に形成されることになる。
又、前記内向き巻回単位コイル部形成工程では、１つの巻付け部材の外周面に導線を巻回して１つの単位巻部を形成した後、該巻付け部材の外周側に配置されている巻付け部材を巻軸方向に前進させることによって、該単位巻部を前記外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで押し込む。
これによって、外周側の単位巻部の内周面に接触して、内周側の単位巻部が形成され、複数の単位巻部が巻軸と直交する面に揃うことになる。
又、具体的な態様において、前記巻付け部材の前進によって前記単位巻部を押し込んだ後、該巻付け部材の内周側に配置されている巻付け部材を、該巻付け部材よりも外周側に位置する１或いは複数の巻付け部材と共に後退させることにより、次に導線を巻回すべき内周側の巻付け部材の外周面を露出させる。
又、具体的な態様において、前記導線巻付け制御機構には、前記外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで押し込まれた単位巻部を前記巻付け部材の後退後も支持する支持部材が装備されている。
該具体的態様によれば、１つの巻付け部材に巻き付けられている単位巻部は、該巻付け部材の後退後も支持部材によって支持されるので、巻線形状が崩れることはない。
又、具体的な態様において、外向き巻回単位コイル部又は内向き巻回単位コイル部の形成後、導線巻付け制御機構の全ての巻付け部材を前進させることによって、既に形成されている全ての単位コイル部を導線の幅寸法だけ巻軸方向に移動させる。
これによって、複数の単位コイル部が次々と形成されつつ、巻軸方向へ送り出されることになる。
又、具体的な態様において、前記巻付け部材の前進によって前記単位巻部を押し込む過程で、最初に形成された外向き巻回単位コイル部の、巻付け部材とは反対側の側面に、ガイド板を当接させることによって、前記巻付け部材の前進による押圧力を受け止める。
該具体的態様によれば、内向き巻回単位コイル部の形成過程で生じる押圧力がガイド板によって受け止められるので、内向き巻回単位コイル部を構成する複数の単位巻部を外向き巻回単位コイル部に対して確実に押圧して、巻回単位コイル部の側面に接触させることが出来る。
又、具体的な態様において、外向き巻回単位コイル部の形成後、内向き巻回単位コイル部を形成する際、導線には、外向き巻回単位コイル部の最外周の単位巻部から内向き巻回単位コイル部の最外周の単位巻部へ渡る渡り線を形成すると共に、内向き巻回単位コイル部の形成後、外向き巻回単位コイル部を形成する際、導線には、内向き巻回単位コイル部の最内周の単位巻部から外向き巻回単位コイル部の最内周の単位巻部へ渡る渡り線を形成する。
更に具体的な態様において、前記渡り線は、隣接する単位コイル部間で導線をＳ字状に屈曲させることによって形成する。
本発明に係る変圧器において、一次巻線及び二次巻線の何れか一方若しくは両方を構成するコイルは、
内周側から外周側へ向かって導線を渦巻き状に巻回して形成され、巻軸と直交する面に沿って積層された複数の単位巻部からなる外向き巻回単位コイル部と、
外周側から内周側へ向かって導線を渦巻き状に巻回して形成され、巻軸と直交する面に沿って積層された複数の単位巻部からなる内向き巻回単位コイル部
とが巻軸に沿って交互に並んでおり、互いに隣接する外向き巻回単位コイル部と内向き巻回単位コイル部は、最外周の単位巻部どうし若しくは最内周の単位巻部どうしで互いに繋がっている。
前記変圧器の具体的態様において、前記外向き巻回単位コイル部は、内周側の単位巻部の外周面に重ねて外周側の単位巻部を形成する工程を、内周側から外周側へ向かって繰り返すことにより作製され、前記内向き巻回単位コイル部は、直前に形成された外向き巻回単位コイル部の側面から離れた位置にて単位巻部を形成し、該単位巻部を前記外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで巻軸方向に沿って押し込む工程を、外周側から内周側へ向かって繰り返すことにより作製される。
本発明に係るコイルの巻線方法によれば、複数の単位巻部を整然と配列させ、比較的小さな拘束力で複数の単位コイル部を互いに接触させた状態に維持することが出来る。
又、本発明に係る変圧器によれば、コイルを構成する複数の単位コイル部が互いに接触して密に配列されることになるので、コイルの小形化、ひいては変圧器の小形化を実現することが可能であり、然もコイルの小形化に伴うコアの小形化によって鉄損を低減させることが出来るので、変圧器の低損失化を実現することが可能である。
又、本発明に係る変圧器によれば、複数のコイル層の隙間を無くしたことにより、このスペースを利用して更に幅広の導体(太線)を巻回することが可能であり、これによってコイルの電気抵抗を下げて、銅損を低減させることが出来る。
更に、本発明に係る変圧器によれば、複数の単位コイル部を分割せずに連続巻きしているので、単位コイル部を互いに接続するための材料や接続工程を省略することが出来る。
図１は、本発明に係るコイルの巻線方法を実施するための巻線機の一部破断正面図である。 図２は、該巻線機の要部を示す斜視図である。 図３は、本発明に係るコイルの巻線方法の第１工程〜第３工程を示す図である。 図４は、本発明に係るコイルの巻線方法の第４工程〜第７工程を示す図である。 図５は、本発明に係るコイルの巻線方法の第８工程〜第１１工程を示す図である。 図６は、本発明に係るコイルの巻線方法の第１２工程〜第１４工程を示す図である。 図７は、本発明に係るコイルの巻線方法の第１５工程、第１６工程及び次の第１工程を示す図である。 図８は、本発明に係るコイルの巻線方法により作製したコイルの斜視図である。 図９は、本発明の巻線方法により作製したコイルの巻線順序を示す図である。 図１０は、従来の巻線方法により作製したコイルの巻線順序を示す図である。 図１１は、従来のコイルの斜視図である。 図１２は、図１１に示すコイルの製造工程を示す図である。 図１３は、本発明に係る変圧器の構成を模式的に示す図である。
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図８は、本発明の巻線方法によって作製すべきコイル(１)を示しており、該コイル(１)は、表面が絶縁被覆された断面矩形の扁平な導線(11)を渦巻き状に巻回して形成され、全体が略角筒状を呈している。コイル(１)の両端からは巻き始め部(12)と巻き終わり部(13)が引き出されている。
又、コイル(１)の四隅において導線(11)は円弧状に屈曲し、半径方向に積層された内側の円弧線部の外周面と外側の円弧線部の内周面とは、同じ曲率半径を有して、互いに接触している。
図９は、該コイル(１)の巻線順序を示している。該コイル(１)においては、巻軸に直交する面に沿って内周側から外周側へ向かって複数の単位巻部を積層してなる外向き巻回単位コイル部(14)と、巻軸に直交する面に沿って外周側から内周側へ向かって複数の単位巻部を積層してなる内向き巻回単位コイル部(15)とが、巻軸方向に沿って繰り返し交互に配列されている。
ここで、隣接する外向き巻回単位コイル部(14)と内向き巻回単位コイル部(15)とは互いに接触し、外向き巻回単位コイル部(14)及び内向き巻回単位コイル部(15)のそれぞれを構成する複数の単位巻部は積層方向に互いに接触している。
又、互いに接触する外向き巻回単位コイル部(14)と内向き巻回単位コイル部(15)は、最内周の単位巻部どうし、或いは最外周の単位巻部どうしが、渡り線(図示省略)を介して互いに繋がっている。
図８に示す如く、最外周の単位巻部どうしを互いに繋ぐ渡り線(16)は、隣接する単位コイル部間で導線をＳ字状に屈曲させることによって形成される。最内周の単位巻部どうしを互いに繋ぐ渡り線も同様に形成される。
従って、図１０に示す従来のコイル(８)の様に互いに隣接するコイルユニット(81)(81)の間にギャップＧが形成されて、巻軸方向の長さＬ′が大きくなっていたものと比較して、図９に示すコイル(１)によれば、巻軸方向の長さＬを小さくすることが出来る。
図１は、外向き巻回単位コイル部(14)及び内向き巻回単位コイル部(15)がそれぞれ６層の単位巻部からなるコイル(１)を作製するための巻線機(２)を示している。該巻線機(２)においては、機台(21)上のフレーム(22)によって、導線巻取り装置(24)が水平の回転軸(23)を中心して回転自由に支持され、図示省略するモータによって回転駆動することが可能となっている。
導線巻取り装置(24)は、回転軸(23)を中心とする略矩形の四隅にそれぞれ導線巻付け部(３)を具えており、４つの導線巻付け部(３)〜(３)を同時に回転させることにより、これらの導線巻付け部(３)〜(３)の周囲に導線(11)を巻き付けて、図８に示すコイル(１)を作製するものである。
導線巻付け部(３)は、図２に示す如く、外周面が円弧面の巻付けベース部材(31)と、導線巻付け制御機構(４)と、該導線巻付け制御機構(４)に繋がった往復駆動装置(６)とを具えている。
導線巻付け制御機構(４)は、それぞれ９０度の角度範囲に亘る円弧片状の第１巻付け部材(41)、第２巻付け部材(42)、第３巻付け部材(43)、第４巻付け部材(44)、第５巻付け部材(45)及び第６巻付け部材(46)を、前記回転軸(23)と直交する方向へ積み重ねて構成され、これらの巻付け部(41)〜(46)はそれぞれ、前記回転軸(23)と平行な円弧面の外周面と、前記回転軸(23)と直交する側面を有している。
又、第２巻付け部材(42)、第３巻付け部材(43)、第４巻付け部材(44)、第５巻付け部材(45)及び第６巻付け部材(46)は、往復駆動装置(６)によってそれぞれ独立に、前記回転軸(23)に沿う方向へ往復駆動される。
ここで、第２巻付け部材(42)、第３巻付け部材(43)、第４巻付け部材(44)、第５巻付け部材(45)、第６巻付け部材(46)及び巻付けベース部材(31)の外周面は、図８に示すコイル(１)の四隅のそれぞれにおいて積層された６つの単位巻部の内周面とそれぞれ同じ曲率半径を有している。
又、第２巻付け部材(42)、第３巻付け部材(43)、第４巻付け部材(44)、第５巻付け部材(45)及び第６巻付け部材(46)の厚さは、コイル(１)を形成する導線の厚さと略一致している。
又、導線巻付け部(３)は、前記回転軸(23)と直交する方向に昇降する昇降板(５)と、該昇降板(５)上に立設された３本の支持ピン(51)(51)(51)とを具え、第２巻付け部材(42)、第３巻付け部材(43)、第４巻付け部材(44)、第５巻付け部材(45)及び第６巻付け部材(46)には、３本の支持ピン(51)(51)(51)がそれぞれ侵入可能な３つの溝(47)(47)(47)が開設されている。
更に、導線巻取り装置(24)には、前記回転軸(23)と直交するガイド板(７)が、前記回転軸(23)に沿う方向に往復移動可能に配備されている。
図３〜図７は、上記巻線機(２)を用いたコイル(１)の巻線方法を示している。
先ず、図３の第１工程Ｐ１では、導線巻付け制御機構(４)を構成する第１巻付け部材(41)、第２巻付け部材(42)、第３巻付け部材(43)、第４巻付け部材(44)、第５巻付け部材(45)及び第６巻付け部材(46)によって、前記回転軸(23)に直交する１つの側面(4a)を形成する。
そして、導線巻取り装置(24)を１回転させることによって、４つの巻付けベース部材(31)に導線を巻き付けて、第１層の単位巻部を形成する。
尚、第１層の単位巻部の形成に際し、図１に示す導線(11)の先端部は導線巻取り装置(24)上に係止する。この状態で、導線巻取り装置(24)を回転させることによって、導線(11)にはある程度のテンションが作用することになる。
次に、図３の第２工程Ｐ２では、導線巻取り装置(24)を更に５回転させることによって、第１層の単位巻部の上に、第２層、第３層、第４層、第５層及び第６層の単位巻部を積層し、外向き巻回単位コイル部(14)を形成する。
外向き巻回単位コイル部(14)は、導線巻付け制御機構(４)の側面(4a)に沿って形成されるので、６層の単位巻部は、巻軸方向にばらつくことなく、垂直に積層されることになる。
尚、第１工程Ｐ１及び第２工程Ｐ２においては、図２に示すガイド板(７)によって、外向き巻回単位コイル部(14)の形成を導線巻付け制御機構(４)の側面(4a)とは反対側からガイドすることにより、外向き巻回単位コイル部(14)をより精度良く形成することが可能である。
次に、図３の第３工程Ｐ３では、導線巻付け制御機構(４)を前記回転軸(23)に沿って巻付けベース部材(31)側へ前進させ、外向き巻回単位コイル部(14)を巻線の幅に応じた１ピッチ分だけ移動させる。
この過程で、導線巻付け制御機構(４)の溝(47)の内部に支持ピン(51)が収容されることになる。
次に、図４に示す第４工程Ｐ４では、第１巻付け部材(41)を導線の幅に応じた距離だけ後退させ、第２巻付け部材(42)の外周面を露出させる。
次に、第５工程Ｐ５では、導線巻取り装置(24)を１回転させることにより、４つの第２巻付け部材(42)の外周面に導線を巻き付けて、第７層の単位巻部を形成する。ここで、第７層の単位巻部は、第１巻付け部材(41)の側面(41a)に沿うと共に第６層の単位巻部と接触して形成されることになる。
尚、第４工程Ｐ４から第５工程Ｐ５への移行においては、第６層の単位コイル部と第７層の単位コイル部との間に、図８に示す渡り線(16)を形成する。
次に、第６工程Ｐ６では、第１巻付け部材(41)を導線の幅に応じた距離だけ後退させる共に、第２巻付け部材(42)を導線の幅の２倍に応じた距離だけ後退させて、第３巻付け部材(43)の外周面を露出させる。
ここで、第２巻付け部材(42)を後退させたとしても、第７層の単位コイル部は支持ピン(51)によって支持されているので、巻線形状が崩れることはない。
次に、第７工程Ｐ７では、導線巻取り装置(24)を１回転させることにより、４つの第３巻付け部材(43)の外周面に導線を巻き付けて、第８層の単位巻部を形成する。ここで、第８層の単位巻部は、第２巻付け部材(42)の側面(42a)に沿って形成されることになる。
次に、図５の第８工程Ｐ８では、第１巻付け部材(41)及び第２巻付け部材(42)を導線の幅に応じた距離だけ前進させて、第８層の単位巻部を第７層の単位巻部の内側へ押し込むと同時に、支持ピン(51)を巻線の厚さ分だけ降下させる。
これによって、第９工程Ｐ９の如く、第８層の単位巻部は、第５層の単位巻部の側面と接触すると共に、第７層の単位巻部の内周面と接触することになる。
尚、第８工程Ｐ８では、第８層の単位巻部を押し込む過程で、前記ガイド板(７)によって外向き巻回単位コイル部(14)を受け止めることが有効である。
これによって、第８層の単位巻部を第５層の単位巻部に対してより確実に押し付けることが可能である。
次に、第１０工程Ｐ１０では、第１巻付け部材(41)及び第２巻付け部材(42)を導線の幅に応じた距離だけ後退させると共に、第３巻付け部材(43)を導線の幅の２倍に応じた距離だけ後退させて、第４巻付け部材(44)の外周面を露出させる。
ここで、第３巻付け部材(43)を後退させたとしても、第８層の単位コイル部は支持ピン(51)によって支持されているので、巻線形状が崩れることはない。
次に、第１１工程Ｐ１１では、導線巻取り装置(24)を１回転させることにより、４つの第４巻付け部材(44)の外周面に導線を巻き付けて、第９層の単位巻部を形成する。ここで、第９層の単位巻部は、第３巻付け部材(43)の側面(43a)に沿って形成されることになる。
次に、図６に示す第１２工程Ｐ１２では、第１巻付け部材(41)、第２巻付け部材(42)及び第３巻付け部材(43)を導線の幅に応じた距離だけ前進させて、第９層の単位巻部を第８層の単位巻部の内側へ押し込むと同時に、支持ピン(51)を巻線の厚さ分だけ降下させる。
これによって、第１３工程Ｐ１３の如く、第９層の単位巻部は、第４層の単位巻部の側面と接触すると共に、第８層の単位巻部の内周面と接触することになる。
尚、第１２工程Ｐ１２では、第９層の単位巻部を押し込む過程で、前記ガイド板(７)によって外向き巻回単位コイル部(14)を受け止めることが有効である。
これによって、第９層の単位巻部を第４層の単位巻部に対してより確実に押し付けることが可能である。
その後、第１０工程Ｐ１０〜第１３工程Ｐ１３と同様の工程を繰り返すことによって、第１４工程Ｐ１４に示す様に、第１０層〜第１２層の単位巻部を形成する。
この結果、内向き巻回単位コイル部(15)が形成されることになる。
内向き巻回単位コイル部(15)は、既に形成されている外向き巻回単位コイル部(14)の側面に接触して形成されるので、６層の単位巻部は、巻軸方向にばらつくことなく、垂直に積層されることになる。
次に、図７に示す第１５工程Ｐ１５では、導線巻付け制御機構(４)を前記回転軸(23)に沿って巻付けベース部材(31)側へ前進させ、外向き巻回単位コイル部(14)及び内向き巻回単位コイル部(15)を導線の幅に応じた１ピッチ分だけ移動させる。
次に、第１６工程Ｐ１６では、導線巻付け制御機構(４)を導線の幅に応じた距離だけ後退させる。これによって、導線巻付け制御機構(４)の側面(４ａ)に沿って次の外向き巻回単位コイル部(14)を形成することが可能な状態となる。
即ち、次の第１工程Ｐ１′では、導線巻取り装置(24)を１回転させることによって、４つの巻付けベース部材(31)に導線を巻き付けて、第１３層の単位巻部を形成する。
尚、第１６工程Ｐ１６から次の第１工程Ｐ１′への移行においては、第１２層の単位コイル部と第１３層の単位コイル部との間に渡り線を形成する。
以後、同様の工程を繰り返すことによって、図８に示す如く向き巻回単位コイル部(14)と内向き巻回単位コイル部(15)とが交互に繰り返し形成されたコイル(１)が完成する。
上記コイルの巻線方法によれば、内向き巻回単位コイル部(15)の形成工程では、例えば図５の第８工程Ｐ８や第６図の第１２工程Ｐ１２に示す様に、内向き巻回単位コイル部(15)を構成する単位巻部を、既に形成されている外向き巻回単位コイル部(14)の側面に接触するまで巻軸方向に沿って押し込む工程で、単位巻部からは巻軸方向に平行な弾性反発力を受けることになるが、外向き巻回単位コイル部(14)の形成工程では、例えば図３の第１工程Ｐ１〜第２工程Ｐ２に示す様に、巻軸と直交する面に沿って内周側から外周側へ導線を渦巻き状に巻回して、単位巻部を積層していくので、単位巻部からは巻軸方向に平行な弾性反発力を受けることはない。
従って、従来の様に外向き巻回単位コイル部と内向き巻回単位コイル部の両方を巻軸方向に圧縮する巻線方法と比較して、コイル完成状態で単位コイル部どうしを互いに接触させた状態に維持するために必要な拘束力は、半減する。
このため、図１に示すコイル(１)においては、例えば絶縁テープ等の簡易な手段によって単位巻部の束を縛ることにより、全ての単位巻部を互いに接触させた状態に維持することが出来る。
又、外向き巻回単位コイル部(14)の形成工程で積層される複数の単位巻部は、巻軸方向に位置がばらつくことなく、巻軸に垂直な面に揃うことになるので、その後の内向き巻回単位コイル部(15)の形成工程では、単位巻部を外向き巻回単位コイル部(14)の側面に接触するまで巻軸方向に沿って押し込むことによって、内向き巻回単位コイル部(14)を構成する複数の単位巻部も、巻軸方向に位置がばらつくことなく、巻軸に垂直な面に揃うことになる。
この結果、コイル(１)を構成する複数の単位巻部は整然と配列されることになる。
図１３は、本発明に係る変圧器の構成を示しており、筐体(100)の内部に、３相用の３つのコイルアセンブリ(101)(102)(103)と、これらのコイルアセンブリ(101)(102)(103)を貫通して磁路を形成すべきコア(104)とが収容されている。
そして、３つのコイルアセンブリ(101)(102)(103)はそれぞれ、一次巻線(105)と二次巻線(106)とを同軸上に具え、一次巻線(105)として、図８に示す上述のコイル(１)が採用されている。
この様な変圧器においては、一次巻線(105)の巻数が例えば３００回を越えるため、一次巻線(105)を構成するコイルの大きさが変圧器の大きさを決定することになる。
本発明に係る変圧器によれば、一次巻線(105)を構成するコイル(１)において複数の単位巻部(14)(15)が互いに接触して密に配列されることになるので、コイル(１)の小形化、ひいては変圧器の小形化を実現することが可能である。
然も、コイル(１)の小形化に伴うコア(104)の小形化によって鉄損を低減させることが出来るので、変圧器の低損失化を実現することが可能である。
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、巻線機(２)の回転軸(23)は、水平に限らず、鉛直に配備することも可能である。この場合、コイル(１)は鉛直の巻軸を中心として渦巻き状に巻回されることになる。
又、導線の材質や断面形状によっては、図２に示すガイド板(７)による押圧力の受け止めは省略することが可能である。外向き巻回単位コイル部(14)の形成工程におけるガイド板(７)によるガイドも、必ずしも必須ではない。
又、本発明のコイルの巻線方法は、断面矩形の平角線から形成されるコイル(１)の作製において特に大きな効果が得られるが、これに限らず、丸線や楕円線等の種々の導線から形成されるコイルの作製に用いることも可能である。
尚、断面矩形の平角線の場合、横長の矩形断面に限らず、縦長の矩形断面であってもよい。
又、上記実施の形態では、外向き巻回単位コイル部形成工程と内向き巻回単位コイル部形成工程の繰り返しにおいて、先ず外向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、外向き巻回単位コイル部形成工程で終了しているが、これに限らず、先ず外向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、内向き巻回単位コイル部形成工程で終了する方法や、先ず内向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、内向き巻回単位コイル部形成工程で終了する方法、或いは、先ず内向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、外向き巻回単位コイル部形成工程で終了する方法を採用することが出来る。
例えば、先ず内向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、外向き巻回単位コイル部形成工程で終了する方法によれば、一対の引出し線となる巻き始め部(12)及び巻き終わり部(13)を、コイル(１)の最外周の単位巻部から引き出すことが出来るので、最内周部から外部へ引出し線を引き出す場合に必要となるスペースが不要となり、これによってコイルが小形化される。又、隣接するコイル等の外部回路との接続も容易となる。
尚、巻き始め部(12)及び巻き終わり部(13)は、両端の単位コイル部の最外周の単位巻部や最内周の単位巻部から引き出す構成に限らず、中間の単位巻部から引き出すことも可能である。
又、本発明に係る変圧器は、一次巻線(105)を本発明のコイル(１)によって形成する構成に限らず、二次巻線(106)を本発明のコイル(１)によって形成する構成や、一次巻線(105)及び二次巻線(106)のそれぞれを本発明のコイル(１)によって形成することも可能である。
更に又、本発明に係る変圧器は、大電力、高電圧用の変圧器に限らず、小電力、低高電圧用の変成器やトランスを含む種々の用途の変圧器に実施することが可能である。
(１) コイル
(14) 外向き巻回単位コイル部
(15) 内向き巻回単位コイル部
(16) 渡り線
(２) 巻線機
(３) 導線巻付け部
(31) 巻付けベース部材
(４) 導線巻付け制御機構
(41) 第１巻付け部材
(42) 第２巻付け部材
(43) 第３巻付け部材
(44) 第４巻付け部材
(45) 第５巻付け部材
(46) 第６巻付け部材
(47) 溝
(51) 支持ピン
(６) 往復駆動装置
(７) ガイド板
(105) 一次巻線
(106) 二次巻線
(104) コア

Claims (16)

  1. 少なくとも１本の導線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻軸方向に繰り返し並んでおり、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部が侵入しているコイルの製造方法において、
    内周側から外周側へ向かって導線を渦巻き状に巻回して、巻軸と直交する面に沿って積層された複数の単位巻部からなる外向き巻回単位コイル部を形成する外向き巻回単位コイル部形成工程と、
    外周側から内周側へ向かって導線を渦巻き状に巻回して、巻軸と直交する面に沿って積層された複数の単位巻部からなる内向き巻回単位コイル部を形成する内向き巻回単位コイル部形成工程
    とを交互に繰り返すことによって、巻軸に沿って外向き巻回単位コイル部と内向き巻回単位コイル部とを交互に並べ、
    前記外向き巻回単位コイル部形成工程では、内周側の単位巻部の外周面に重ねて外周側の単位巻部を形成する工程を、内周側から外周側へ向かって繰り返し、
    前記内向き巻回単位コイル部形成工程では、内向き巻回単位コイル部の形成位置から離れた位置にて単位巻部を形成し、該単位巻部を内向き巻回単位コイル部の形成位置まで巻軸方向に沿って押し込む工程を、外周側から内周側へ向かって繰り返すことを特徴とするコイルの巻線方法。
  2. 前記外向き巻回単位コイル部形成工程と内向き巻回単位コイル部形成工程の繰り返しにおいて、先ず外向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、内向き巻回単位コイル部形成工程で終了する、請求項１に記載の巻線方法。
  3. 前記外向き巻回単位コイル部形成工程と内向き巻回単位コイル部形成工程の繰り返しにおいて、先ず外向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、外向き巻回単位コイル部形成工程で終了する、請求項１に記載の巻線方法。
  4. 前記外向き巻回単位コイル部形成工程と内向き巻回単位コイル部形成工程の繰り返しにおいて、先ず内向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、内向き巻回単位コイル部形成工程で終了する、請求項１に記載の巻線方法。
  5. 前記外向き巻回単位コイル部形成工程と内向き巻回単位コイル部形成工程の繰り返しにおいて、先ず内向き巻回単位コイル部形成工程から開始し、外向き巻回単位コイル部形成工程で終了する、請求項１に記載の巻線方法。
  6. 少なくとも１本の導線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻軸方向に繰り返し並んでおり、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部が侵入しているコイルの製造方法において、
    内周側から外周側へ向かって導線を渦巻き状に巻回して、巻軸と直交する面に沿って積層された複数の単位巻部からなる外向き巻回単位コイル部を形成する外向き巻回単位コイル部形成工程と、
    外周側から内周側へ向かって導線を渦巻き状に巻回して、巻軸と直交する面に沿って積層された複数の単位巻部からなる内向き巻回単位コイル部を形成する内向き巻回単位コイル部形成工程
    とを交互に繰り返すことによって、巻軸に沿って外向き巻回単位コイル部と内向き巻回単位コイル部とを交互に並べ、
    前記外向き巻回単位コイル部形成工程では、内周側の単位巻部の外周面に重ねて外周側の単位巻部を形成する工程を、内周側から外周側へ向かって繰り返し、
    前記内向き巻回単位コイル部形成工程では、直前に形成された外向き巻回単位コイル部の側面から離れた位置にて単位巻部を形成し、該単位巻部を前記外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで巻軸方向に沿って押し込む工程を、外周側から内周側へ向かって繰り返すことを特徴とするコイルの巻線方法。
  7. 前記内向き巻回単位コイル部形成工程では、直前に形成された外向き巻回単位コイル部の側面に接触する最外周の単位巻部を形成した後、該外向き巻回単位コイル部の側面から少なくとも導線の幅寸法だけ離れた位置にて単位巻部を形成し、該単位巻部を前記外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで巻軸方向に沿って押し込む工程を、外周側から内周側へ向かって繰り返す請求項６に記載の巻線方法。
  8. 前記外向き巻回単位コイル部形成工程では、巻付けベース部材を巻軸回りに回転させることによって、該巻付けベース部材の周囲に複数層の単位巻部を積層する請求項１乃至請求項７の何れかに記載の巻線方法。
  9. 前記内向き巻回単位コイル部形成工程では、導線巻付け制御機構を巻軸回りに回転させることによって複数の単位巻部を形成し、該導線巻付け制御機構は、巻軸と直交する方向に重なる複数の巻付け部材と、各巻付け部材を巻軸に沿って往復移動させる往復駆動装置とを具え、該往復駆動装置の動作により、前記複数の巻付け部材の内、１つの巻付け部材の外周面を露出させた状態で、導線巻付け制御機構を回転させることにより、該巻付け部材の外周面に導線を巻き付けて、該巻付け部材の外形に応じた内周長の単位巻部を形成する請求項１乃至請求項８の何れかに記載の巻線方法。
  10. 前記内向き巻回単位コイル部形成工程では、１つの巻付け部材の外周面に導線を巻回して１つの単位巻部を形成した後、該巻付け部材の外周側に配置されている巻付け部材を巻軸方向に前進させることによって、該単位巻部を前記外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで押し込む請求項９に記載の巻線方法。
  11. 前記巻付け部材の前進によって前記単位巻部を押し込んだ後、該巻付け部材の内周側に配置されている巻付け部材を、該巻付け部材よりも外周側に位置する１或いは複数の巻付け部材と共に後退させることにより、次に導線を巻回すべき内周側の巻付け部材の外周面を露出させる請求項１０に記載の巻線方法。
  12. 前記導線巻付け制御機構には、前記外向き巻回単位コイル部の側面に接触するまで押し込まれた単位巻部を前記巻付け部材の後退後も支持する支持部材が装備されている請求項１１に記載の巻線方法。
  13. 外向き巻回単位コイル部又は内向き巻回単位コイル部の形成後、導線巻付け制御機構の全ての巻付け部材を前進させることによって、既に形成されている全ての単位コイル部を導線の幅寸法だけ巻軸方向に移動させる請求項９乃至請求項１２の何れかに記載の巻線方法。
  14. 前記巻付け部材の前進によって前記単位巻部を押し込む過程で、最初に形成された外向き巻回単位コイル部の側面にガイド板を当接させることによって、前記巻付け部材の前進による押圧力を受け止める請求項９乃至請求項１３の何れかに記載の巻線方法。
  15. 外向き巻回単位コイル部の形成後、内向き巻回単位コイル部を形成する際、導線には、外向き巻回単位コイル部の最外周の単位巻部から内向き巻回単位コイル部の最外周の単位巻部へ渡る渡り線を形成すると共に、内向き巻回単位コイル部の形成後、外向き巻回単位コイル部を形成する際、導線には、内向き巻回単位コイル部の最内周の単位巻部から外向き巻回単位コイル部の最内周の単位巻部へ渡る渡り線を形成する請求項１乃至請求項１４の何れかに記載の巻線方法。
  16. 前記渡り線は、隣接する単位コイル部間で導線をＳ字状に屈曲させることによって形成する請求項１５に記載の巻線方法。
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