JP6894307B2 - 巻鉄心の製造装置、巻鉄心の製造方法 - Google Patents

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本発明の実施形態は、複数の鉄心材を環状に積層した巻鉄心を製造する巻鉄心の製造装置、巻鉄心の製造方法に関する。
従来、複数の鉄心材を環状に積層した巻鉄心が知られている。このとき、鉄心材は、一般的には帯状の鋼板を刃物で切断することにより形成されていることから、切断された際には、その幅方向が水平になっている。そのため、例えば特許文献1のように、巻鉄心は、鉄心材の幅方向が水平な状態で巻き取られて形成されている。
特開2002−25840号公報
しかしながら、特許文献1のような態様で鉄心材を巻き取ると、巻き取った鉄心材の全ての重量をベルト等によって支えなければならず、特に大型の巻鉄心を製作する場合には、強いテンションが必要となる。その結果、テンションによって角部が潰れてしまうおそれがある。また、強いテンションを有するベルトは、一般に厚みがあることから、例えば角部を直線状に形成した巻鉄心を形成する際、ベルトが角部になじまず、巻型や既に巻き取った鉄心材との間に隙間が生じて巻き取り位置がずれてしまうおそれもある。
そこで、角部がつぶれたり巻き取り位置がずれたりするおそれを低減することができる巻鉄心の製造装置、巻鉄心の製造方法を提供する。
実施形態の巻鉄心の製造装置は、磁石式のマグネットコンベアを有し、鉄心材の幅方向が鉛直方向となるように載置した状態で当該鉄心材を搬送する搬送機と、鉄心材を巻き取る巻型を水平に回転可能に支持しており、巻型を水平に回転させながら搬送機によって搬送された鉄心材を巻き取る巻き取り機と、を備える。
実施形態による巻鉄心の製造装置の概略を模式的に示す図 巻鉄心を模式的に示す図 従来のベルトにおいて角部に生じる隙間を模式的に示す図 巻鉄心の製造工程の流れを示す図 鉄心材を形成する切断加工および曲げ加工を模式的に示す図 鉄心材を搬送する搬送機を模式的に示す図 巻き取り位置が異なる鉄心材を模式的に示す図 鉄心材の巻き取り態様を模式的に示す図その1 鉄心材の巻き取り態様を模式的に示す図その2 鉄心材の巻き取り態様を模式的に示す図その3
以下、実施形態について図1から図10を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態の巻鉄心6(図2参照)の製造装置1は、加工切断機2、搬送機3、および巻き取り機4、および20等を備えている。これら加工切断機2、搬送機3、および巻き取り機4は、制御装置20によって後述する送り量や回転量等が制御されている。
加工切断機2は、詳細は後述するが、帯状の鋼板を1巻き毎の長さに応じて切断するとともに、所定の曲げ加工を施して鉄心材5を形成する。
搬送機3は、詳細は後述するが、複数のマグネットコンベア3a〜3dを備えており、加工切断機2によって加工および切断された鉄心材5を、その幅方向が鉛直方向となった状態で巻き取り機4に向けて搬送する。なお、鉛直方向となった状態には、鉛直方向から多少傾いた状態も含まれている。
巻き取り機4は、詳細は後述するが、ベース4a上に水平回転可能に支持されている巻型4bを有しており、搬送機3によって搬送されてくる鉄心材5を巻型4bにて巻き取る。この巻型4bは、外形が概ね矩形状であるとともに、その4隅がC面カットされた形状に形成されている。また、巻き取られた鉄心材5は、ベルト4dによってその外周側から押圧されることで、遠心力等による広がることが防止される。このベルト4dは、押圧部材に相当する。
そのため、本実施形態では、図2に示すように概ね環状であるとともに4隅の角部(R)が側面視にて直線状、つまりは、角部(R)が平面状に形成された巻鉄心6が最終的に製造される。この巻鉄心6は、1巻き毎の長さに切断された鉄心材5を巻き取って形成されていることから、鉄心材5の端部に相当するつなぎ目6aが形成される。
さて、ここで、従来技術における問題点について説明する。以下、本実施形態のように巻型4bを水平に設置した状態で鉄心材5を巻き取る手法を便宜的に水平巻きと称し、従来技術のように巻型4bを垂直に設置した状態で鉄心材5を巻き取る手法を便宜的に縦巻きと称する。
従来技術の縦巻きの場合、巻き取った鉄心材5の全ての重量を本実施形態のベルト4dに相当する押圧部材によって支える必要がある。このとき、巻型4b自体を垂直に支える必要もあることから、構造を強固にする必要があり、設備の大型化を招くという問題がある。
また、巻型4bに巻き取った鉄心材5が広がらないようにその外周側に押圧部材を密着させる必要がある。この場合、押圧部材は、鉄心材5の全ての重量を支える必要があるとともに、巻型4bを回転させた際の遠心力によって鉄心材5が広がることを防止しなければならない。そのため、特に大型の巻鉄心6を製造する場合には、強いテンションが必要となる。
その結果、押圧部材のテンションによって曲げ加工を施した角部が潰れてしまうおそれがある。また、強いテンションを有する押圧部材は、一般に厚みがあることから、角部を直線状に形成した巻鉄心6の場合には、図3に示すように、押圧部材が角部になじまず、巻型4bや既に巻き取った鉄心材5との間に隙間が生じてしまい、巻き取り位置のずれ、つまりは、各鉄心材5の先端位置に相当するつなぎ目6aの位置がずれてしまう。また、巻き取り位置がずれると、脚部等の厚みが変化してしまうおそれがある。
また、押圧部材のテンションは、最終的な巻鉄心6の重量を支える必要があることから、巻き取り回数が少ない時点では過剰なテンションが掛かるおそれがあり、鉄心材5そのものが破断してしまうおそれもある。特に、本実施形態のように予め曲げ加工が施されている鉄心材5を用いる場合には、折り目に局部的に強い力が掛かることを防ぐ必要がある。
さらには、押圧部材は基本的に鉄心材5の表面に接触しているため、所望の積層厚みを得るために多数の巻鉄心6を巻き取ると、角部(R)において何度も屈曲することになる。その場合、必要なテンションを得るために比較的厚い押圧部材を用いると、何度も屈曲することで押圧部材自体が破損するおそれもある。
そこで、本実施形態では、以下のようにして、巻鉄心6の角部がつぶれたり巻き取り位置がずれたりするおそれを低減している。
図4は、本実施形態に関わる巻鉄心6の製造工程、つまりは、巻鉄心6の製造方法を示している。この製造工程では、鋼板を曲げ加工および切断することにより、鉄心材5を形成する(S1)。このS1の工程は、曲げ加工工程および切断工程に相当する。
具体的には、切断加工機は、図5に示すように、切断部2aおよび加工部2bを有しており、コイル7から供給される帯状の鋼板に曲げ加工を施す加工機として機能するとともに、鉄心材5を所定の長さに切断する切断機としても機能する。なお、コイル7は、例えば帯状の磁性鋼板を巻回したものであり、支持部8によって引き出し可能に支持されている。
このとき、加工切断機2は、巻型4bに積層される位置に応じて、鋼板を切断する長さおよび曲げ加工を施す位置を自動的に調整しながら鉄心材5を形成する。なお、本実施形態では単独で曲げ加工と切断とを行うことができる切断加工機を想定しているが、鋼板を切断した後に曲げ加工を施す等、曲げ加工と切断とを別々の装置にて行うこともできる。
加工切断機2によって曲げ加工が施されて所定の長さに切断された鉄心材5は、搬送機3に載置される。搬送機3は、図5および図6に示すように、複数のマグネットコンベア3a〜3dを有している。各マグネットコンベア3a〜3dは、磁性を有しており、鉄心材5を磁力によってその表面に吸着した状態で搬送可能に構成されている。また、各マグネットコンベア3a〜3dは、それぞれが個別の送り速度で搬送可能に構成されている。
より具体的には、搬送機3は、図6に示すように鉄心材5の長手方向に延びて設けられている本体部3eと、その周囲の4面に設けられているマグネットコンベア3a〜3dを有している。この本体部3eは、鉄心材5の長手方向に延びる回転軸(J)を中心に回転可能に構成されている。つまり、このマグネットコンベア3aの表面が、鉄心材5を載置する載置面に相当する。
そして、切断加工機から例えばマグネットコンベア3aに鉄心材5が載置された状態で回転軸(J)を中心に図示時計回りに90度回転させると、マグネットコンベア3aが本体部3eの側面側にことにより、マグネットコンベア3aに載置されている鉄心材5の幅方向が鉛直方向に沿った状態になる。
そして、搬送機3の上面には、鉄心材5が載置されていないマグネットコンベア3dが位置することになる。そして、上記したように各マグネットコンベア3aは単独で搬送可能であることから、マグネットコンベア3aに載置されている鉄心材5を巻型4bで巻き取っている最中に、他の鉄心材5をマグネットコンベア3dに載置することができる。そして、マグネットコンベア3aに載置されている鉄心材5を巻型4bで巻き取った後には、本体部3eをさらに回転させることで、マグネットコンベア3dに載置されている鉄心材5の幅方向が鉛直方向になり、次の巻き取り対象とすることができる。
このように、搬送機3は、巻き取りの最中に次に巻き取る鉄心材5を貯留しておくためのバッファとして機能する。これにより、鉄心材5の形成と巻き取りとを並列で作業することが可能となるとともに、鉄心材5を連続的に供給することが可能となり、鉄心材5を巻き取った後に次の鉄心材5を用意する場合に比べて作業工程を大きく短縮および効率化することができる。なお、本実施形態では4つのマグネットコンベア3aを設けた例を示したが、マグネットコンベア3aの数はこれに限定されない。
ところで、上記したように、鉄心材5は、巻型4bに積層される位置に応じて切断する長さおよび曲げ加工を施す位置が調整される。具体的には、加工切断機2は、巻鉄心6の外周側になる鉄心材5ほど、全長が長くなるように切断する。また、加工切断機2は、巻鉄心6の外周側になる鉄心材5ほど、曲げ加工を施す間隔、および曲げ加工の形状を大きくする。
そのため、図7に示すように、最初に巻型4bに巻き取る鉄心材5の全長がL1、曲げ加工を施した部位間の間隔がW1、曲げ加工が施された部位の幅がH1、また、n番目に巻き取る鉄心材5の全長がLn、曲げ加工を施した部位間の間隔がWn、曲げ加工が施された部位の幅がHnであるとすると、Ln>L1、Wn>W1、Hn>H1の関係となる。
そして、この鉄心材5は、図示左方側の先端がつなぎ目6aに対応する位置に位置合わせされた状態で、巻型4bによって巻き取られる。このとき、鉄心材5の先端から曲げ加工が施された部位までの距離を先端距離とすると、最初に巻き取る鉄心材5の先端距離はL1s、n番目に巻き取る鉄心材5の先端距離はLnsとなり、且つ、Lns>L1sの関係となる。
この場合、鉄心材5の先端の位置(以下、先端位置と称する)を適切に位置決めしないと、つなぎ目6aの位置がずれてしまう。ただし、上記したように搬送機3は、鉄心材5の幅方向を鉛直方向に向けるために回転することから、巻型4bに近接する位置に配置することは難しい。かといって、鉄心材5の先端側がマグネットコンベア3aから外れると、比較的薄い鉄心材5が垂れてしまい、先端位置の位置決めが困難になる。
そのため、本実施形態の製造装置1は、図8に平面視にて示すように、搬送機3と巻き取り機4との間に補助搬送機11を備えている。この補助搬送機11は、搬送機3よりも小型のマグネットコンベア11aにより構成されており、搬送機3から巻き取り機4側に突出した鉄心材5の先端側を吸着して搬送することで、巻き取り機4との間において鉄心材5を橋渡しする。これにより、鉄心材5が垂れてしまうことを防止できる。
また、巻き取り機4には、カメラや図示しない光センサ等により、先端位置の正確な検出が行われている。このカメラは、巻型4bに巻き取られた鉄心材5の状態を検出するためにも用いられている。これら補助搬送機11、カメラ等のセンサを用いて、図4に示すように、鉄心材5の先端位置の調整が行われる(S3)。このS3は、先端位置調整工程に相当する。先端位置の調整が完了すると、続いて鉄心材5の送り量と巻型4bの回転量とを同期させながら鉄心材5を巻き取る(S4)。このS4は、巻き取り工程に相当する。
上記したように鉄心材5の全長は積層される位置によって変化するとともに、鉄心材5が積層されるほど、1回の巻型4bの回転に伴う周長が長くなる。そのため、製造装置1は、鉄心材5が積層される位置に応じて、搬送機3の送り量と巻型4bの回転量を調整しながら、鉄心材5を巻き取る。
このとき、ベルト4dは、ベース4a上に設けられている複数のガイドローラ4cによって、巻型4bあるいは既に巻き取られている鉄心材5の表面に密に接触した状態で、鉄心材5を、その長手方向において巻型4bの中心に向けて押圧する。具体的には、複数のガイドローラ4cのうち、可動式のガイドローラ4c1およびガイドローラ4c2の位置を巻型4bの回転に同期して変化させることにより(図8から図10参照)、ベルト4dを巻型4bあるいは既に巻き取られている鉄心材5の表面に密に接触させる。
これにより、巻型4bが回転する際に鉄心材5がずれることが防止される。そして、巻型4bは設置面に対して水平に回転することから、巻き取った鉄心材5を抑えるベルト4dは、鉄心材5の全ての重量を支える必要はなく、鉄心材5が自身で広がろうとする力と、遠心力によって広がろうとする力とを抑えることができればよい。そのため、従来の押圧部材に比べると、ベルト4dから鉄心材5に加わる力を抑制することができる。
また、従来の押圧部材ほどの強度を必要としないことから、ベルト4dの厚みを薄くすることができる。さらに、ベルト4dの厚みが薄いことから屈曲性が高くなり、角部(R)になじむようになり、型崩れや角部が過度に大きくなってしまう寸法ずれ等を抑制することができる。
さて、ベルト4dは、従来のものに比べて屈曲性が高いとはいえ、後述するように1巻に要する時間が数秒程度の回転速度で巻型4bが回転することから、遠心力による鉄心材5の広がりを防止するためにある程度の強度は有している。そのため、角部(R)にぴったりとなじませることは難しい。
そのため、製造装置1は、特に角部(R)において鉄心材5を巻型4bあるいは既に巻き取られている他の鉄心材5の表面に密に接触させるために、補助押圧部材に相当する横抑え10を備えている。この横抑え10は、図8に平面視にて示すように、角部(R)以外の位置を巻き取っている際には巻型4bから離間した退避位置に位置している一方、図9に平面視にて示すように、角部(R)を巻き取る際には移動して鉄心材5を巻型4b側に押圧し、角部(R)が過ぎると図10に平面視にて示すように退避位置まで移動する。
これにより、角部(R)においても、鉄心材5を密に積層することが可能となる。また、上記したように可動式のガイドローラ4c1およびガイドローラ4c2の位置が変化することにより、鉄心材5は、長手方向において巻型4b側に押圧されている。このとき、1巻に要する時間は、数秒程度である。
そのため、所定の積層厚みを得るために多数の鉄心材5を巻き取る必要がある製造工程において、1つの巻鉄心6を製造するために要する製造時間を大きく短縮することができる。なお、切断加工機は、切断および曲げ加工を自動的に行うため、1つの鉄心材5を形成するために要する時間は、1回の巻き取りに要する時間よりも短くなっている。
1巻分の鉄心材5の巻き取りが行われると、図4に示すように、所定枚数の鉄心材5の巻き取りが完了するまでは(S5:NO)、S2〜S4を繰り返す。なお、上記したように搬送機3がバッファとして機能し、鉄心材5の形成(S1)は巻き取りと並行して行われているため、図4では鉄心材5の配置から繰り返す流れを示している。
そして、所定枚数の鉄心材5の巻き取りが完了すると(S5:YES)、次工程に移行する。この次工程では、巻鉄心6を緊縛部材で緊縛して焼鈍する焼鈍工程、図示しない巻線を組み付ける組み付け工程等が行われる。
このように、製造装置1は、鉄心材5を幅方向が鉛直となるように配置し、水平回転する巻型4bにより鉄心材5を巻き取ることにより、巻鉄心6を製造する。
以上説明した巻鉄心6の製造装置1、製造方法によれば、次のような効果を得ることができる。
製造装置1は、磁石式のマグネットコンベア3aを有し、鉄心材5の幅方向が鉛直方向となるように載置した状態で当該鉄心材5を搬送する搬送機3と、鉄心材5を巻き取る巻型4bを水平に回転可能に支持しており、巻型4bを水平に回転させながら搬送機3によって搬送された鉄心材5を巻き取る巻き取り機4と、を備える。
この場合、巻型4bは設置面に対して水平に回転することから、巻き取った鉄心材5を抑えるベルト4dは、鉄心材5の全ての重量を支える必要はなく、鉄心材5が自身で広がろうとする力と、遠心力によって広がろうとする力とを抑えることができればよい。そのため、従来の押圧部材に比べると、ベルト4dから鉄心材5に加わる力を抑制することができる。したがって、例えば角部がつぶれたり鉄心材5自体が破断したりするおそれを低減することができる。
また、ベルト4dは、従来の押圧部材ほどの強度を必要としないことから、その厚みを薄くすることができ、また、厚みが薄くなることから屈曲性を高くすることができる。これにより、巻き取り位置がずれたりするおそれを低減することができる。
巻鉄心6は、角部(R)が矩形状に形成されるものであり、鉄心材5に、角部に対応する位置に曲げ加工を施す切断加工機(加工機)を備える。つまり、それぞれの鉄心材5は、巻型4bで巻き取られる前に、予め曲げ加工が施され、角部の形状に沿うように折り目を付けられている。これにより、角部(R)が曲面状に巻き取られたものに後から角部を形成する場合に比べて、角部を形成する際に加える力を弱めることができ、鉄心材5自体が破断するおそれを低減することができる。これは、角部が曲面状に形成されるものについても同様である。
このとき、本実施形態の手法であれば、折り目を付けた鉄心材5を巻き取るため、従来のように環状に巻いた後に推力の大きい成形機を用いて矩形に成形する手法と比べると、鉄心材5自体およびその折り目に加わる力を小さくすることが可能となり、鉄心材5や角部が変形あるいは破損するおそれを低減することができる。
巻き取り機4は、曲げ加工が施された部位を巻型4bの角部に押圧する横抑え10(補助押圧部材)を備える型崩れや寸法ずれ等を抑制することができる。これにより、ベルト4dがなじみにくい角部において、鉄心材5を密に積層することができ、型崩れや寸法ずれ等を抑制することができる。また、ベルト4dと横抑え10とにより鉄心材5を密に積奏させることができることから、積層されたそれぞれの鉄心材5のつなぎ目6aの位置を正確に合わせることができる。
搬送機3は、鉄心材5を載置するマグネットコンベア3a(載置面)が当該鉄心材5の送り方向に沿った回転軸(J)を中心に回転可能であり、回転した状態において載置面に載置されている鉄心材5の幅方向が鉛直方向に沿った状態で当該鉄心材5を搬送する。これにより、鉄心材5の幅方向を鉛直方向に配置する作業を容易かつ連続的に行うことができる。そして、幅方向が鉛直方向に配置された鉄心材5を巻型4bの回転方向に沿って連続的に供給することが可能となることから、巻型4bの垂直方向から供給する場合に比べて、生産性を大きく向上させることができる。
また、搬送機3は、巻き取っている最中の鉄心材5とは異なる他の鉄心材5を載置しておく複数のマグネットコンベア3a(載置面)が、回転軸(J)の周囲に複数個設けられている。これにより、加工切断機2により鉄心材5を形成する工程と、巻き取り機4により鉄心材5を巻き取る工程とを並行して行うことができ、作業の効率化および製造時間の短縮化を図ることができる。
また、搬送機3と巻型4bとの間において鉄心材5をコンベア式に搬送する補助搬送機11を備える。これにより、搬送機3と巻型4bとの間において鉄心材5が垂れたりすることを防止でき、鉄心材5の先端位置を正確に位置決めすることができる。また、本実施形態のように回転する本体部3eを有することから巻型4bに近接させることが難しい条件であっても、鉄心材5の先端位置を正確に位置決めすることができる。
鋼板を切断して鉄心材5を形成する加工切断機2(切断機)を備え、搬送機3は、切断機により切断された鉄心片を連続的に巻き取り機4に搬送する。これにより、作業の効率化を図ることができる。また、上記したように搬送機3をバッファとして機能させることにより、更なる作業の効率化を図ることができる。
また、帯状の鋼板を切断して形成した鉄心材5を、当該鉄心材5の幅方向が鉛直方向に沿うように配置してコンベア式に搬送し、巻き取り機4に水平に回転可能に支持されている巻型4bに鉄心材5を巻き付けることにより巻鉄心6を製造する製造方法によっても、ベルト4dから鉄心材5に加わる力を抑制することができることから例えば角部がつぶれたり鉄心材5自体が破断したりするおそれを低減することができるとともに、ベルト4dの厚みを薄くすることができ、屈曲性を高くすることができることから、巻き取り位置がずれたりするおそれを低減することができる等、上記した製造装置1と同様の効果を得ることができる。
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。
図面中、1は製造装置(巻鉄心の製造装置)、2は加工切断機(加工機、切断機)、3は搬送機、3a〜3dはマグネットコンベア(搬送機)、4は巻き取り機、4bは巻型、4dはベルト(押圧部材)、5は鉄心材、6は巻鉄心、10は横抑え(補助押圧部材)、11は補助搬送機、11aはマグネットコンベア(補助搬送機)を示す。

Claims (6)

  1. 複数の鉄心材を環状に積層した巻鉄心を製造する巻鉄心の製造装置であって、
    鋼板を切断して前記鉄心材を形成する切断機と、
    磁石式のマグネットコンベアを有し、前記鉄心材の幅方向が鉛直方向となるように載置した状態で当該鉄心材を搬送する搬送機と、
    前記鉄心材を巻き取る巻型を水平に回転可能に支持しており、前記巻型を水平に回転させながら前記搬送機によって搬送された前記鉄心材を巻き取る巻き取り装置と、を備え、
    前記搬送機は、前記鉄心材を載置する載置面が当該鉄心材の送り方向に沿った回転軸を中心に回転可能であり、前記切断機で切断されて前記載置面に載置された前記鉄心材を、当該載置面を前記回転軸を中心に回転させることによって幅方向が鉛直方向に沿った状態にし、前記巻き取り装置に搬送する巻鉄心の製造装置。
  2. 当該巻鉄心は、角部が矩形状に形成されるものであり、
    前記鉄心材に、前記角部に対応する位置に曲げ加工を施す加工機を備える請求項1記載の巻鉄心の製造装置。
  3. 前記巻き取り装置は、前記曲げ加工が施された部位を前記巻型の角部に押圧する補助押圧部材を備える請求項2記載の巻鉄心の製造装置。
  4. 前記搬送機は、巻き取っている最中の前記鉄心材とは異なる他の鉄心材を載置しておく複数の前記載置面が、前記回転軸の周囲に複数個設けられている請求項1から3のいずれか一項記載の巻鉄心の製造装置。
  5. 前記搬送機と前記巻型との間において前記鉄心材をコンベア式に搬送する補助搬送機を備える請求項1から4のいずれか一項記載の巻鉄心の製造装置。
  6. 複数の鉄心材を環状に積層した巻鉄心を製造する巻鉄心の製造方法であって、
    帯状の鋼板を切断してマグネットコンベアの載置面に載置された鉄心材を、当該載置面を搬送方向に沿った中心軸を中心にして回転させることで幅方向が鉛直方向に沿った状態にし、
    当該幅方向が鉛直方向に沿った状態の前記鉄心材を巻き取り装置に搬送し、
    巻き取り装置に水平に回転可能に支持されている巻型に、幅方向が鉛直方向に沿った状態で搬送された前記鉄心材を巻き付けることにより巻鉄心を製造する巻鉄心の製造方法。
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