JP6352286B2 - 電気機械用コアを製造する方法および装置 - Google Patents
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Description
マンドレルに成型ストリップ(shaped strip)を巻き付けてらせん巻きを形成し,ここで上記ストリップの面(the plane of the strip)を上記らせん巻きの軸に対して実質的に垂直とし,
上記マンドレルが上記巻き(the winding)の内側にあるときに,上記マンドレルの直径を第1の所定量だけ拡大して上記らせん巻きのコイル(coils of the helical winding)に引っ張り緊張(引っ張り張力,引っ張り歪み,tensile strain)を付与し,
上記緊張したらせん巻きの各ターンを,一または複数の隣り合うターン(its adjacent turn or turns)に対して固定して積層コアを形成し,
上記第1の所定量よりも大きい第2の所定量だけ上記マンドレルの直径を縮小して上記積層コアを緩め(relax),
上記積層コアを上記マンドレルから取り除く,
ステップを備えている。
上記マンドレルの直径を,第1の中間の直径,上記第1の直径よりも大きな第2の直径,および上記第1の直径よりも小さな第3の直径の間で調整する調整手段,
成型ストリップを,上記成型ストリップの面を上記マンドレル軸と実質的に垂直にして,上記マンドレルに巻き付けてコア巻きを形成する巻き付け手段,
上記コア巻きを上記マンドレルに把持する把持手段,
上記コア巻きのコイルを一体に固定して積層コアを形成する固定手段,
上記積層コアを上記マンドレルから取り外す排出手段,ならびに
上記調整手段,上記巻き付け手段,上記把持手段,上記固定手段および上記排出手段の動作を制御する制御手段を備えている。
図1はこの発明による固定子コア(固定子心,stator core)を形成する方法および装置の概略図である。この工程は平坦な(無地の)ストリップ状の金属2のコイルを備える供給ステーション1からスタートする。上記平坦金属ストリップ2はプレス機(打ち抜き機,stamping machine)3に向けて供給され,上記ストリップが上記プレス機に段階的に供給されることで,上記ストリップ2は2つのギザギザのストリップ(two castellated strips)4aおよび4bに形付けられる。上記プレス機は実質的に連続工程で上記ギザギザのストリップ4aおよび4bを製造する。
供給ステーション1では,平坦な金属ストリップ2のコイルがリールまたはドラムといった供給装置に保持されており,上記コイルの自由端が上記プレス機3の入り口に送られる。上記供給ステーション1は好ましくは充分に長い金属ストリップ2のコイルを収納し,長時間,場合によっては数時間にわたる連続動作を上記プレス機に提供する。上記リールまたはドラムを回転駆動するか,または上記プレス機における供給機構によって生成される上記ストリップにおける張力を用いるかのいずれかによって,上記平坦な金属ストリップ2は上記リールまたはドラムから繰り出されて上記プレス機に供給される。
上記プレス機3は一対の型(ダイ)の間に上記ストリップを供給する従来型の往復プレス機(conventional reciprocating stamping machine)であって,上記平坦な金属ストリップ2から2つの噛み合い型(櫛型)のギザギザのストリップ(two interdigitated castellated strips)4a,4bを形成する。図2は上記プレス機3によって製造されたストリップ4aおよび4bの一例を示している。図示例では,各ギザギザのストリップは,横並びに結合された,本質的に複数のU字型要素E(“U” shaped elements E)の形態を持つ。各要素Eは,上記ストリップの直線状の縁部41に沿ってのびる基部40と,上記基部40の各端部において上記基部40に対して横向きにのびる一対の指部42を有している。上記要素Eは,直線状の縁部41と上記基部40の各端部における円形開口44の間の狭い橋架材(narrow bridge of material)43によって結合されている。
上記ストリップ4aは上記プレス機3によって実質的に連続して生成されるが,上記巻き付けステーション12aでは間欠的にだけ必要とされる。好ましくは,上記プレス機3および巻き付けステーション12aの動作速度は,上記巻き付けステーション12aにおいてコアがマンドレルに巻き付けられているとき,上記ストリップ4aが上記プレス機3によって生成されるよりも速くマンドレルに巻き付けられるように調整される。明らかであるが,ストリップ4aが切断された後であって,かつ上記マンドレルが周回して回転位置決めされる間,上記巻き付けステーション12aにおける上記ストリップ4aは静止する(stationary)。
上記コア形成ステーション10は,中央軸21の周りを回転可能なターンテーブル11を備えている。この実施例の上記ターンテーブルには3つの同一のマンドレル22が取り付けられており,これらは上記中心軸21に平行な軸周りを上記ターンテーブル11に対して回転可能に取り付けられており,これらは直径方向に可変でもある。図示する実施態様では,各マンドレル22の外面は,上記マンドレルの有効直径を可変にするために,上記マンドレルの回転軸に対して半径方向に移動するように取り付けられる6つのセグメント(割体)23によって形成されている。
巻き付けステーション12aにおいて,上記マンドレル22は,その外径が,製造されるコアの公称直径(nominal diameter)に依存する所定寸法D1に設定されるように調整される。典型的には,D1は,完成コアの公称内径よりも最大で約5%小さい。いくつかの実施態様では,D1は,完成コアの公称内径よりも3から5ミリメートル小さくすることができる。直径が調整されるマンドレルの機構は図5を参照して後述する。
仕上げおよび固定ステーション12bにおいて,上記マンドレル22は,図4Bに示すように,その外径が所定寸法D2に設定されるように調整される。上記直径D2も製造されるコアの直径および巻付けられるストリップの金属特性に依存する。典型的には,D2は完成コアの公称内径よりも最大で5%大きい。いくつかの実施例では,D2は,完成コアの公称内径よりも3から5ミリメートル大きくすることができる。このマンドレルの拡張は,巻き付けられたストリップに対して小さな引張り緊張(張力)(small tensile strain)を与え,上記巻きつけられたストリップ4a中の引張応力(tensile stress)を増加させ,上記マンドレルの小さな動きによって,指部42が上記コア巻のコイルを整列させるためのそれぞれのリブ26に対してしっかりと保持されることを保証する。上記コア巻のコイルを互いに動かないように据えて(settle),必要な直径D2に保持された均一に巻かれたコアを製造するために,上記マンドレルを,複数回にわたって直径D1とD2の間で拡縮して,所定直径D2への拡張で終えるようにしてもよい。
排出ステーション12cにおいて,図4Cに示すように,上記マンドレル22は縮小された直径D3に縮められ,上記マンドレルと上記固定子コアの間の係合(engagement)が解かれる(releasing)。上記マンドレル22が縮められると,上記積層コアは,上記コアのコイルにおける緊張(張力)が解かれるために「緩まり」(“relaxes”),完成固定子コアの直径が所要公称直径に縮まる(shrink)。
図5A,図5Bおよび図5Cは,巻き付け,固定および排出のそれぞれのポジションにおける,一実施態様の上記マンドレル22の内部構造を,径方向断面で示している。
上述したマンドレルには6つのセグメント(割体)23が形成されているが,別の数のセグメントを使用することもできる。たとえば最大で約250mmの公称直径の巻き付け固定子用の小さい直径のマンドレルには3個から10個のセグメントを持たせることができ,大きな直径のマンドレルであれば最大で20個ないしそれ以上のセグメントを持たせることができる。好ましくは,マンドレルは,マンドレルの直径の拡縮が,完成した固定子コアの「丸み」に悪影響を及ぼさないようにするために,少なくとも4個の,最も好ましくは6個ないしそれ以上のセグメントを有する。
Claims (20)
- 直線状縁部およびギザギザ縁部を有する成型ストリップ(4a,4b)を巻き付けステーションに受け入れ,
マンドレルに上記成型ストリップを巻き付けてらせん巻きを形成し,ここで上記ストリップの面を上記らせん巻きの軸に対して実質的に垂直とする電気機械用積層コアを製造する方法であって,
上記マンドレルが上記らせん巻きの内側にあるときに,上記マンドレルの直径を第1の所定量だけ拡大して上記らせん巻きのコイルに引っ張り緊張を付与し,
上記緊張したらせん巻きの各コイルを,一または複数の隣り合うターンに対して固定して積層コアを形成し,
上記第1の所定量よりも大きな第2の所定量だけ上記マンドレルの直径を縮小して上記積層コアを緩め,
上記積層コアを上記マンドレルから取り除くことを特徴とする,
電気機械用積層コアを製造する方法。 - 上記積層コアが所定の公称内径を有しており,
上記巻き付けステップが上記積層コアの公称内径よりも最大5%小さい上記マンドレルの直径(D1)を用いて実行され,
上記固定ステップが上記積層コアの公称内径よりも最大5%大きい上記マンドレルの直径(D2)を用いて実行される,請求項1に記載の方法。 - 上記マンドレルが,巻き付けステーション,仕上げステーションおよび排出ステーションの間で移動するように取り付けられており,上記巻き付けステップが上記巻き付けステーションにおいて実行され,上記コイルの固定が上記仕上げステーションにおいて実行され,上記マンドレルからの上記積層コアの取り外しが上記排出ステーションにおいて実行される,請求項1または2に記載の方法。
- 上記マンドレルが上記巻き付けステーションから上記仕上げステーションに移動する間に上記マンドレルの直径を拡大するステップが実行され,上記マンドレルが上記仕上げステーションから上記排出ステーションに移動する間に上記マンドレルの直径を縮小するステップが実行される,請求項3に記載の方法。
- 上記マンドレルが上記仕上げステーションにある間に上記マンドレルの直径を広げるステップが実行され,上記マンドレルが上記排出ステーションにある間に上記マンドレルの直径を縮小するステップが実行される,請求項3に記載の方法。
- 上記らせん巻きのターンが,上記巻きの外面に沿って長手方向にのびる溶接線によって互いに固定されている,請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- 上記マンドレルに上記成型ストリップを巻き付けるステップが,上記成型ストリップの上記ギザギザ縁部を上記マンドレルに面して配置することを含む,請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- 上記マンドレルに上記成型ストリップを巻き付けるステップが,上記成型ストリップの上記直線状縁部を上記マンドレルに面して配置することを含む,請求項1から6のいずれかに記載の方法。
- プレス機(3)を用いて平坦金属ストリップを直線状縁部およびギザギザ縁部を有する成型ストリップ(4a,4b)に形成し,
上記成形ストリップを上記巻き付けステーションに供給する,
請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。 - 直径が調整可能な円筒状マンドレル(22),
成型ストリップを上記マンドレルに巻き付けてらせん巻きを形成し,ここで上記ストリップの面が上記らせん巻きの軸に対して実質的に垂直である,巻き付け手段,
上記らせん巻きをマンドレルに把持する把持手段,
上記らせん巻きのコイルを一体に固定して積層コアを形成する固定手段,
上記積層コアを上記マンドレルから取り外す排出手段,
を備える電気機械用積層コアを製造する装置であって,
上記マンドレルの直径を,第1の直径(D1),上記第1の直径(D1)よりも大きな第2の直径(D2),または上記第1の直径(D1)よりも小さな第3の直径(D3)に選択的に設定する調整手段(23,202,203,204),ならびに
上記調整手段,上記巻き付け手段,上記把持手段,上記固定手段および上記排出手段の動作を制御する制御手段(100)をさらに備え,
第1フェーズにおいて,
上記巻き付け手段が上記成型ストリップを上記マンドレルに巻き付けてらせん巻きを形成しているときに,上記調整手段が上記マンドレルを第1の直径に設定し,
第2フェーズにおいて,
上記マンドレルが上記らせん巻きの内側にあるときに上記調整手段が上記マンドレルを上記第2の直径に拡大して上記らせん巻きのターンに引っ張り緊張を付与し,
上記固定手段が上記ターンを互いに固定して積層コアを形成するときに上記把持手段が上記らせん巻きのターンを緊張位置に保持し,
第3フェーズにおいて,
上記調整手段が上記マンドレルを第3の直径に縮小して上記積層コアを緩め,
上記排出手段が上記積層コアを上記マンドレルから取り外す,
ことを特徴とする,
電気機械用積層コアを製造する装置。 - 複数の調整可能なマンドレル(22)が設けられ,各マンドレルが,成型ストリップが上記マンドレルに巻き付けられてらせん巻を形成する巻き付けステーションと,上記らせん巻きが把持されかつ固定されて積層コアを形成する仕上げおよび固定ステーションと,上記積層コアが上記マンドレルから取り外される排出ステーションとの間で移動可能である,請求項10に記載の装置。
- 3つのマンドレルが,上記巻き付けステーション,上記仕上げおよび固定ステーション,ならびに上記排出ステーションの間で周回移動するように取り付けられている,請求項11に記載の装置。
- 上記装置が,平坦な金属ストリップを受け付け,それをプレスして直線状縁部とギザギザ縁部とを有する,マンドレルに巻き付けるためのストリップ・ブランク(4a,4b)を形成するプレス・ステーション(3)をさらに含む,請求項10から12のいずれかに記載の装置。
- 上記プレス・ステーションからストリップ・ブランクを受け付け,上記ストリップ・ブランクを断続的に上記巻き付けステーションに搬送するバッファリング・ステーション(5)をさらに含む,請求項13に記載の装置。
- 上記バッファリング・ステーション(5)は,上記ストリップ・ブランクが周囲に掛けられる2つのプーリ(6b,7)を備え,一方のプーリ(7)が上記バッファリング・ステーションに入るストリップ・ブランクの走行長を増減するために他方に対して可動である,
請求項14に記載の装置。 - 上記マンドレル(22)が,
管状本体の軸周りに回転するように支持部材に取り付けられた管状本体(201),
上記本体と同軸でありかつ上記本体に対して軸方向に移動可能な,広端部および狭端部を有する内部錐体(202),ならびに
上記本体に対して半径方向に動くように上記本体に取り付けられる複数の外側セグメントであって,上記本体に対する上記内部錐体の軸方向の移動によって上記外側セグメントの対応する半径方向の移動が生じる外側セグメント(23),
を備えている,請求項10から15のいずれかに記載の装置。 - 上記マンドレルがさらに,
上記内部錐体の広端部に係合可能な圧力板(203),
上記圧力板に取り付けられ,上記管状本体の軸方向に移動可能であり,上記本体に対して軸方向に上記圧力板および内部錐体を動かす制御ロッド(204),ならびに
上記本体に対して軸方向に上記制御ロッドを選択的に動かすアクチュエータ,
をさらに備えている,請求項16に記載の装置。 - 上記マンドレルがさらに,
上記外側セグメントと上記本体(201)の間に取り付けられ,上記本体に向けて半径方向内向きに上記外側セグメントを付勢する弾性張力部材(233)をさらに備えている,請求項16または17に記載の装置。 - 請求項1から9のいずれかの方法を用いて積層コアを製造し,
上記積層コアに電気コイルを取り付ける,
電気機械用の回転子または固定子を製造する方法。 - 請求項1から9のいずれかの方法を用いて積層コアを製造し,
上記積層コアに電気コイルを取り付け,
上記積層コアおよび電気コイルを電気機械に組み込む,
電気機械を製造する方法。
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