JP6400404B2 - 巻き線装置、巻き線方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、巻き線用の型に線材を巻回して巻き線を形成する巻き線装置と、巻き線用の型に線材を巻回して巻き線を形成する巻き線方法とに関する。
巻き線を形成する巻き線装置が提案されている。巻き線装置は、材料供給部から供給される線材が巻回される型と、型を回転する電動モータ等の駆動部とを有している。線材を供給する材料供給部としては、例えば、ボビンがある。ボビンは、例えば筒状の芯を有しており、この芯に線材が巻き付けられることによって構成されている。ボビンは、その軸線回りの一方向に抵抗を有して回転駆動軸に支持されている。
線材の一端は、巻き線用の型に固定されている。電動モータによって型が回転されると、この回転によって線材が型に巻回されるとともに、ボビンから線材が繰り出される。ボビンは、上記の一方向が、線材が繰り出される方向となるように配置されている。また、ボビンが回転するときの抵抗によって線材に所定の張力が作用する。
特開平4−253535号公報
課題は、巻き線用の型に巻回された巻き線形状の乱れである。そのため、巻き線用の型に巻回された巻き線の形状が乱れることを防止することができる巻き線装置を提供することが必要である。
実施形態によれば、巻線装置は、巻き線用の型と、前記巻き線用の型を前記巻き線用の型の中心線回りに回転する駆動部と、線材の供給部から供給される線材を前記巻き線用の型に向かって押さえつける押さえ部と、前記駆動部の動作を制御する制御部であって、前記線材を前記巻き線用の型に巻き込むときの巻き込み速度を所定値に維持する角速度で前記巻き線用の型を回転させる制御部と、を備える。
前記巻き線用の型は、前記中心線から前記押さえ部までの距離が前記巻き線用の型の回転に伴い減少する第1の範囲と、前記中心線から前記押さえ部までの距離が前記巻き線用の型の回転に伴い増加する第2の範囲と、が交互に並ぶ形状を有する。
前記押さえ部が、前記第1の範囲上の前記線材の最上層、前記第1の範囲及び前記第2の範囲の境上の前記線材の最上層、または、前記巻き線用の型の頂点上の前記線材の最上層にあるときは、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置前記線材において前記押さえ部が押し付けられる位置となる。
前記押さえ部が、前記第2の範囲の前記線材の最上層にあるときは、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置は、前記押さえ部が押し付けられる位置に対して前記巻き線用の型の回転方向の後方の頂点またはこの頂点上の前記線材の最上層となる。
前記制御部は、前記巻き線用の型の回転角度に基づいて、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置が前記押さえ部が押し付けられる位置であると判断すると、前記巻き線用の型の回転角度の関数であって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を所定値とする角速度を算出する第1の関数によって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする前記角速度を算出し、前記巻き線用の型の回転角度に基づいて、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置が、前記押さえ部が押し付けられる位置に対して前記巻き線用の型の回転方向の後方の頂点またはこの頂点上に巻回された前記線材上であると判断すると、前記巻き線用の型の回転角度の関数であって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする角速度を算出する第2の関数によって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする前記角速度を算出し、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする前記角速度で前記巻き線用の型を回転するよう前記駆動部を駆動する。
一実施形態に係る巻き線装置を示す正面図。 同巻き線装置の型を示す正面図。 同巻き線装置のローラが第1の範囲に押し付けられている状態を示す正面図。 同ローラが第2の範囲に押し付けられている状態を示す正面図。 同ローラが同型の頂点に押し付けられている状態を示す正面図。 線材の巻数が2となった状態の同型を示す正面図。 同型の他の例を示す正面図。 同型の他の例を示す正面図。 同型の他の例を示す正面図。 同型の他の例を示す正面図。
一実施形態の巻き線装置10を、図1〜10を用いて説明する。図1は、巻き線装置10を示す正面図である。巻き線装置10は、ボビン5から供給される線材7から巻き線8を形成可能に構成されている。巻き線8は、後述される型20に巻回された線材7である。ボビン5は、芯6と、芯6に巻回される線材7とを有している。ボビン5は、線材7を供給する供給部の一例である。
図1に示すように、巻き線装置10は、線材7が巻回される巻き線用の型20と、型20を回転可能に形成される電動モータ30と、型20の周面21または型20に巻回された巻き線8に押し付けられる押さえ部40と、電動モータ30の動作を制御可能に構成される制御装置50とを有している。
型20は、求められる巻き線8の形状に応じて、形状が決定される。本実施形態では、型20は、その中心線Cに直交する面が、中心線Cのいずれの位置においても同一の略正三角形となる、三角柱形状である。中心線Cに直交する面とは、両端面及びこれら端面間の断面である。このため、図に示すように、型20は、3つの面を有する。なお、型20は、断面が略正三角形となる筒形状であってもよい。
型20とボビン5とは、型20の中心線Cとボビン5の芯6軸線Bとが平行となるように設置されている。ボビン5は、型20側に線材を繰り出す方向に、所定の抵抗を有して回転可能である。一例としては、ボビン5は、所定の抵抗を有して回転可能となるように、支持部等で支持されている。
線材7の一端は、型20の周面に固定されている。このため、型20が回転すると、線材7が型20に巻回される。電動モータ30は、例えば型20の一端に設けられており、型20をその中心線C回りの一方向に回転する。
押さえ部40は、ローラ41と、ローラ41を回転自由に支持するとともにローラ41を型20に押し付ける方向及びこの方向に対して逆方向に移動可能な支持部42と、支持部42を型20に向かって付勢する加圧機構43とを有している。
加圧機構43が支持部42を型20に向かって付勢することによって、ローラ41は、型20が回転しても、型20の周面または型20に巻回された巻き線8に押し付けられる。
ローラ41は、その回転軸が型20の回転軸つまり中心線Cと平行となるように設置されている。
制御装置50は、線材7の巻き込み速度が所定の一定の値となるように、電動モータ30の回転数を制御する。言い換えると、制御装置50は、型20において、線材7を巻き込む巻き込み位置Pの周速が一定となるように、電動モータ30の回転数を制御する。線材7の巻き込み位置Pの周速は、巻き込み速度を示す。電動モータ30の回転数が制御されることによって、型20の角速度ωが制御される。さらに言い換えると、制御装置50は、巻き込み位置Pの速度が一定となるように型20の角速度ωを制御すべく、電動モータ30の回転数を制御する。
巻き込み速度は、型20の中心線Cから線材7の巻き込み位置Pまでの距離Dと、型20の角速度ωとによって求めることができる。巻き込み位置Pは、線材7が型20に巻き込まれる位置である。
巻き込み位置Pまでの距離Dは、型20の回転角度θと、線材7の巻回数とによって求めることができる。線材7の巻回数は、型20に対する線材7の積層数である。巻き込み位置Pは、型20または型20に巻回された巻き線8にローラ41が押さえ付けられる位置P1と、型20の頂点とのうちの一方となる。
具体的には、型20の回転に伴い中心線Cからローラ41までの距離が減少する第1の範囲R1にローラ41が押し付けられている場合は、線材7の巻き込み位置Pは、ローラ41が押し付けられる位置P1となる。
型20の回転に伴い中心線Cからローラ41までの距離が減少から増加に転じる位置にローラ41が押し付けられている場合は、線材7の巻き込み位置Pは、ローラ41が押し付けられる位置P1となる。
型20の回転に伴い中心線Cからローラ41までの距離が増加する第2の範囲R2にローラ41が押し付けられている場合は、線材7の巻き込み位置Pは、ローラ41が押し付けられている位置P1に対して型20の回転方向後方に位置する頂点となる。ローラ41が頂点に押し付けられている場合は、巻き込み位置Pは、ローラ41が押し付けられる位置Pとなる。
第1の範囲R1と第2の範囲R2とについて具体的に説明する。図2は、型20の端面を示す正面図である。図2に示すように、型20の頂点を、それぞれ、型20の回転方向に沿って順番に、第1の頂点61、第2の頂点62、第3の頂点63とする。
第1の頂点61と第2の頂点62とを結ぶ面を第1の面71とする。第2の頂点62と第3の頂点63とを結ぶ面を第2の面72とする。第3の頂点63と第1の頂点61とを結ぶ面を第3の面73とする。
第1の面71の中心を通り型20の中心線Cに平行な線を第1の中間線L1とする。第2の面72の中心を通り型20の中心線Cに平行な線を第2の中間線L2とする。第3の面73の中心を通り型20の中心線Cに平行な線を第3の中間線L3とする。
第1の面71において第1の頂点61から第1の中間線L1までの範囲は、第1の範囲R1となる。第1の面71において第1の中間線L1から第2の頂点62までの範囲は、第2の範囲R2となる。
第2の面72において第2の頂点62から第2の中間線L2までの範囲は、第1の範囲R1となる。第2の面72において第2の中間線L2から第3の頂点63までの範囲は、第2の範囲R2となる。
第3の面73において第3の頂点63から第3の中間線L3までの範囲は、第1の範囲R1となる。第3の面73において第3の中間線L3から第1の頂点61までの範囲は、第2の範囲R2となる。
また、中間線L1,L2,L3は、型20の回転に伴い中心線Cからローラ41までの距離が減少から増加に転じる位置となる。
制御装置50は、型20の中心線Cから線材7の巻き込み位置Pまでの距離Dを、型20の回転角度θによって求める。この点について、具体的に説明する。
制御装置50には、例えば、型20の形状の情報が入力されている。制御装置50は、この情報に基づいて、回転角度θのときの型20の姿勢を求める。制御装置50は、型20の姿勢が求められると、ローラ41が型20または巻回された巻き線8のどの範囲に押し付けられているかを求める。なお、ローラ41が押し付けられる位置P1は、支持部42の位置、ローラ41の大きさ、型20の回転角度θなどの情報から求めることができる。
制御装置50は、ローラ41が押し付けられる位置P1に基づいて、巻き込み位置Pを求める。図3は、ローラ41が第1の範囲R1に押し付けられている状態を示す正面図である。図3に示すように、ローラ41が第1の範囲R1に押し付けられている場合は、巻き込み位置Pは、上述したように、ローラ41が押し付けられる位置P1となる。
図4は、ローラ41が第2の範囲R2に押し付けられている状態を示す正面図である。図4に示すように、ローラ41が第2の範囲R2に押し付けられている場合は、巻き込み位置Pは、頂点となる。図5は、ローラ41が頂点に押し付けられている状態を示す正面図である。図5に示すように、ローラ41が頂点に押し付けられている場合も巻き込み位置Pは、押し付けられる位置P1となり、つまり頂点となる。
制御装置50は、巻き込み位置Pが求められると、型20の中心線Cから巻き込み位置Pまでの距離Dを算出する。中心線Cから巻き込み位置Pまでの距離Dは、巻き込み位置P、型20の形状、ローラ41が押し付けられる位置P1、型20に対する線材7の巻数によって決定される。
図6は、線材7の巻数が2となった状態、つまり型20に対する線材7の積層数が2となった状態の型20を示す正面図である。図6に示すように、巻数が増加することによって、線材7の厚みにより、中心線Cから巻き込み位置Pまでの距離が増加する。
型20に対する線材7の巻数は、型20の回転角度θによって求めることができる。また、上述のように、巻き込み位置Pは、型20の回転角度θによって求めることができる。型20の形状の情報は、予め入力されている。
このため、中心線Cから巻き込み位置Pまでの距離は、型20の回転角度θの関数となる。具体的には、巻き込み位置Pが、ローラ41が押さえ付けられる位置P1である場合は、中心線Cから巻き込み位置Pまでの距離Dは、回転角度θの関数であるA(θ)として求められる。
また、巻き込み位置Pが型20の頂点となる場合の中心線Cから巻き込み位置Pまでの距離Dは、回転角度θの関数であるB(θ)として求められる。関数A(θ)と関数B(θ)とは、互いに異なる。
線材7の巻き込み速度は、予め設定される一定の値である。そして、上述のように、型20の中心線Cから巻き込み位置Pまでの距離が、A(θ)またはB(θ)で求められる。このため、型20の角速度ωは、回転角度θの関数として求められる。
具体的には、巻き込み位置Pが、押さえローラ41が押し付けられる位置P1となる場合では、型20の角速度は、α(θ)として求められる。巻き込み位置Pが型20または巻回された巻き線8の頂点となる場合では、型20の角速度は、β(θ)として求められる。
この関数α(θ)と関数β(θ)とは、制御装置50に予め入力されている。制御装置50は、型20の回転角度θから、巻き込み位置Pを求め、巻き込み位置Pに応じて型20の角速度ωを算出する関数α(θ)またはβ(θ)を選択し、選択した関数によって角速度ωを求める。そして、電動モータ30の回転数を、型20の角速度が求めたωとなるように制御する。
次に、巻き線装置10の動作を説明する。まず、型20に線材7の一端を固定する。また、作業者は、制御装置50に、型20の形状の情報と関数α(θ)、β(θ)を入力する。これら作業が完了すると、型20を回転させる。型20を回転するために、一例として、作業員が動作開始スイッチを操作する。
型20の回転が開始されると、制御装置50は、回転角度θに基づいて、線材7の巻き込み位置Pを求める。そして、巻き込み位置Pに基づいて、関数α(θ)または関数β(θ)を選択し、選択した関数を用いて、型20の角速度ωを算出する。制御装置50は、型20の角速度ωが算出されると、型20の角速度をωとすべく、電動モータ30の回転数を制御する。
このように構成される巻き線装置10では、線材7の巻き込み速度を一定にすることができる。このため、型20に巻回された巻き線8の形状が乱れることを防止することができる。この点について具体的に説明する。
ボビン5は、線材7が引き出されることによって回転する。ボビン5は、その自身の重さによって、慣性により、回転数を維持しようとする。このため、巻き込み速度が減少すると、ボビン5の回転によって型20側に繰り出される線材7の繰り出し速度が、線材7の巻き込み速度よりも大きくなる。ボビン5の回転によって繰り出される線材7の繰り出し速度が、線材7の巻き込み速度よりも大きくなることによって、線材7に作用する張力が減少し、それゆえ、線材7にたるみが生じる。このたるみによって、型20に巻回された巻き線8の形状が乱れてしまう。
しかしながら、本実施形態の巻き線装置10は、線材7の巻き込み速度を一定にすることができる。このため、ボビン5の回転に伴う線材7の繰り出し速度が、巻き込み速度より大きくなることがないので、型20に巻回される巻き線8の形状が乱れることを防止することができる。
また、型20の角速度ωは、型20の中心線Cから巻き込み位置Pまでの距離に基づいて決定されるため、適切な角速度ωが求められる。また、型20の角速度ωは、型20に対する線材7の巻数、つまり型20に対する線材7の積層数に基づいて決定されるため、適切な角速度ωが求められる。
なお、本実施形態では、型20の形状は、一例として、中心線に直交する面の形状が略正三角形となる三角柱、または、筒である。型20は、中心線に直交する面の形状が正三角形となる三角柱、または、筒であってもよい。または、型20の形状は、一例として、中心線に直交する面の形状が略三角形となる三角柱、または、筒であってもよい。または、型20の形状は、一例として、中心線に直交する面の形状が三角形となる三角柱、または、筒であってもよい。
また、型20は、他の例として、図7に示すように、中心線に直交する面の形状が楕円となる柱形状、または、筒形状であってもよい。または、図8に示すように、型20は、他の例として、中心線に直交する面の形状が略長方形となる四角柱または筒形状であってもよい。または、型20は、他の例として、中心線に直交する面の形状が長方形となる四角柱または筒形状であってもよい。または、型20の形状は、一例として、中心線に直交する面の形状が略四角形となる四角柱、または、筒であってもよい。または、型20の形状は、一例として、中心線に直交する面の形状が四角形となる四角柱、または、筒であってもよい。
または、図9に示すように、型20は、他の例として、中心線に直交する面の形状が略正方形となる四角柱または筒形状であってもよい。型20は、他の例として、中心線に直交する面の形状が正方形となる四角柱または筒形状であってもよい。
または、図10に示すように、型20は、他の例として、中心線に直交する面の形状が略正6角形となる6角柱または筒形状であってもよい。または、図10に示すように、型20は、他の例として、中心線に直交する面の形状が正6角形となる6角柱または筒形状であってもよい。または、型20の形状は、一例として、中心線に直交する面の形状が略六角形となる六角柱、または、筒であってもよい。または、型20の形状は、一例として、中心線に直交する面の形状が六角形となる三角柱、または、筒であってもよい。
このように、回転中心に直交する面の形状が、回転に伴い回転中心Cからローラ41までの距離が減少する第1の範囲R1と、型の回転に伴い回転中心Cからローラ41までの距離が増加する第2の範囲R2が周方向に並ぶ形状となる型20に対して、巻き込み速度を一定にすることによって、本願と同様の効果が得られる。
なお、図7〜10に示した形状は、中心線Cに直交する面の形状が、回転に伴い回転中心Cからローラ41までの距離が減少する第1の範囲R1と、型の回転に伴い回転中心からローラ41までの距離が増加する第2の範囲R2が交互に並ぶ形状となる型の一例である。さらに他の例としては、多角形や、略多角形等がある。
さらに、回転中心に直交する面の形状が非円であって凹部がない形状の型に対しても、本実施形態と同様に巻き込み速度を一定にすることによって、本実施形態と同様の効果が得られる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求範囲に記載された発明を付記する。
[1]
巻き線用の型と、
前記巻き線用の型を回転する駆動部と、
線材の供給部から供給される線材を前記巻き線用の型に向かって押さえつける押さえ部と、
前記駆動部の動作を制御する制御部であって、前記線材を前記巻き線用の型に巻き込むときの巻き込み速度を所定値に維持する角速度で前記巻き線用の型を回転させる制御部と、
を具備することを特徴とする巻き線装置。
[2]
前記制御部は、前記巻き線用の型の回転中心から前記巻き線用の型において前記線材を巻き込む位置までの距離に基づいて前記角速度を決定する
ことを特徴とする[1]に記載の巻き線装置。
[3]
前記制御部は、前記巻き線用の型に対する前記線材の巻回数に基づいて前記角速度を決定する
ことを特徴とする[1]または[2]に記載の巻き線装置。
[4]
線材を巻き線用の型に巻き込むときの巻き込み速度を所定値に維持する角速度を算出し、
算出された前記角速度で前記巻き線用の型を回転する
ことを特徴とする巻き線方法。
[5]
前記巻き線用の型の回転中心から前記巻き線用の型において前記線材を巻き込む位置までの距離に基づいて前記角速度を算出する
ことを特徴とする[4]に記載の巻き線方法。
[6]
前記巻き線用の型に対する前記線材の巻回数に基づいて前記角速度を算出する
ことを特徴とする[4]または[5]に記載の巻き線方法。
5…ボビン、7…線材、8、巻き線、10…巻き線装置、20…型、30…電動モータ(駆動部)、40…押さえ部、50…制御装置(制御部)、P…巻き込む位置。

Claims (2)

  1. 巻き線用の型と、
    前記巻き線用の型を前記巻き線用の型の中心線回りに回転する駆動部と、
    線材の供給部から供給される線材を前記巻き線用の型に向かって押さえつける押さえ部と、
    前記駆動部の動作を制御する制御部であって、前記線材を前記巻き線用の型に巻き込むときの巻き込み速度を所定値に維持する角速度で前記巻き線用の型を回転させる制御部と、
    を具備し、
    前記巻き線用の型は、前記中心線から前記押さえ部までの距離が前記巻き線用の型の回転に伴い減少する第1の範囲と、前記中心線から前記押さえ部までの距離が前記巻き線用の型の回転に伴い増加する第2の範囲と、が交互に並ぶ形状を有し、
    前記押さえ部が、前記第1の範囲上の前記線材の最上層、前記第1の範囲及び前記第2の範囲の境上の前記線材の最上層、または、前記型の頂点上の前記線材の最上層にあるときは、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置前記線材において前記押さえ部が押し付けられる位置となり、
    前記押さえ部が、前記第2の範囲の前記線材の最上層にあるときは、前記型への前記線材の巻き込み位置は、前記押さえ部が押し付けられる位置に対して前記型の回転方向の後方の頂点またはこの頂点上の前記線材の最上層となり、
    前記制御部は、
    前記巻き線用の型の回転角度に基づいて、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置が前記押さえ部が押し付けられる位置であると判断すると、前記巻き線用の型の回転角度の関数であって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする角速度を算出する第1の関数によって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする角速度を算出し、
    前記巻き線用の型の回転角度に基づいて、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置が、前記押さえ部が押し付けられる位置に対して前記巻き線用の型の回転方向の後方の頂点またはこの頂点上に巻回された前記線材上であると判断すると、前記巻き線用の型の回転角度の関数であって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする角速度を算出する第2の関数によって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする前記角速度を算出し、
    前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする前記角速度で前記巻き線用の型を回転するよう前記駆動部を駆動する
    ことを特徴とする巻き線装置。
  2. 押さえ部により線材を、中心線から前記押さえ部までの距離が回転に伴い減少する第1の範囲、及び前記中心線から前記押さえ部までの距離が回転に伴い増加する第2の範囲が交互に並ぶ形状を有する巻き線用の型に押さえつけた状態で前記巻き線用の型を回転することにより巻線する巻線方法であって、
    前記押さえ部が、前記第1の範囲上の前記線材の最上層、前記第1の範囲及び前記第2の範囲の境上の前記線材の最上層、または、前記巻き線用の型の頂点上の前記線材の最上層にあるときは前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置は前記線材において前記押さえ部が押し付けられる位置であると判断し、
    前記押さえ部が、前記第2の範囲上の前記線材の最上層にあるときは、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置は、前記押さえ部が押し付けられる位置に対して前記巻き線用の型の回転方向の後方の頂点またはこの頂点上の前記線材の最上層であると判断し、
    前記巻き線用の型の回転角度に基づいて、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置が前記押さえ部が押し付けられる位置であると判断すると、前記巻き線用の型の回転角度の関数であって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を所定値とする角速度を算出する第1の関数によって、前記線材の巻き込み速度を所定値に維持する前記巻き線用の型の角速度を算出し、
    前記巻き線用の型の回転角度に基づいて、前記巻き線用の型への前記線材の巻き込み位置が、前記押さえ部が押し付けられる位置に対して前記巻き線用の型の回転方向の後方の頂点またはこの頂点上に巻回された前記線材上であると判断すると、前記巻き線用の型の回転角度の関数であって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする角速度を算出する第2の関数によって、前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする前記角速度を算出し、
    前記巻き込み位置での前記線材の巻き込み速度を前記所定値とする前記角速度で前記巻き線用の型を回転する
    ことを特徴とする巻き線方法。
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