JPH08115841A - 巻線機とこの巻線機を用いたコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】最小のスペースで導体に無理な変形を与えずに
コイルを安全で高精度に製造することにある。 【構成】リング状のベース１と、このベースの中空部の
中心に垂直に旋回可能に設けられた旋回ポール３と、こ
の旋回ポールの上部に旋回可能に取付けられ且つダブル
パンケーキコイル成形分の導体４が巻付けられたドラム
５と、旋回ポールの下部にアームを介して回転自在に取
付けられドラムより繰出される導体を所定の曲率に曲げ
成形する複数個のベンディングローラ８と、ベース上に
適宜の間隔を存して取付けられベンディングローラを通
して繰出される１パンケーキコイル分ずつの導体を仮置
きする導体仮置き台11と、ベース上に設けられ導体仮置
き台に仮置きされた１パンケーキコイル分毎に導体を下
側パンケーキコイル及び上側パンケーキコイルとして順
に巻線を行うための巻芯10とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、核融合装置、超伝導エ
ネルギー貯蔵装置等に用いられる例えば超伝導コイルを
製造するための巻線機及びこの巻線機を用いたコイル製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】核融合、超伝導エネルギー貯蔵等の装置
において、超伝導コイルを用いることにより、装置自身
の発生ロスを減らし、効率よくエネルギを発生又は貯蔵
することが可能となるが、そのためには安定で信頼性の
高い超伝導コイルを製作する必要がある。

【０００３】ところが、超伝導コイルが大型化すると、
コイルにかかる電磁力は強大なものとなり、その機械的
な支持が問題となる。また、高精度の磁場を発生する必
要があるトカマク型、ヘリカル型、あるいはミラー型等
の磁気閉込め型核融合装置では、単にコイルが電磁力に
耐えるだけでなく、コイル通電中においてコイルの変形
が小さくなるように、十分な剛性をコイル自身に持たせ
る必要がある。

【０００４】そこで、最近ではコイル自身の剛性を高
め、変形しにくいコイルを実現するために、金属性のコ
ンジットの中に多数の細い超伝導線を収納し、コンジッ
ト内に超臨界ヘリウム等の冷媒を強制的に流すようにし
た強制冷却方式の導体が開発され、その適用例が増えて
きている。

【０００５】このような強制冷却導体を用いて超伝導コ
イルを作る場合、ダブルパンケーキコイルを単位として
これを１つまたは複数個組合せる構成が多く採用され
る。ここで、ダブルパンケーキコイルとは、パンケーキ
コイル（蚊取り線香型に巻かれたコイルの形からそう呼
ばれる）を、最初から２枚分が一緒に作られたコイル
で、導体を１パンケーキコイル分ドラムに巻取った上
で、中心部を巻枠に当てて片方を左巻きに巻いてパンケ
ーキコイルを作り、残りを一段違えて右巻に巻いてパン
ケーキコイルを作り、一つのダブルパンケーキコイルを
完成させている。このようにすると、コイルの内径側で
導体を接続しないことから、特性の優れたコイルを作る
ことができる。

【０００６】図１３は、強制冷却型超伝導導体でダブル
パンケーキコイルを製作する従来の巻線機の構成例を示
すものである。図１３において、２１はターンテーブ
ル、２２はこのターンテーブル２１の上に旋回軸を挿通
させて載置された巻芯、２３は旋回軸の上部に着脱自在
に取付けられた仮巻きドラムである。また、２４は導体
２５が巻回されたドラム、２６はターンテーブル２１と
ドラム２４との間に設けられた引張り治具で、この引張
り治具２６はドラム２４より引出された導体２５を引張
りながら巻芯２２及び仮巻きドラム２３に送込むもので
ある。

【０００７】このような構成の巻取機において、２パン
ケーキコイル分の長さを持つ導体２５はその長さ方向の
中心部から巻線を行うためにターンテーブル２１を回転
させて仮巻きドラム２３に１パンケーキコイル分だけ仮
巻きしておき、ドラム２４に残った導体２５をターンテ
ーブル２１を回転させて巻芯２２に巻付けて行く。この
時、導体２５を巻芯２２にしっかりと巻付けるために、
引張り治具２６によって導体２５を引張っておく。

【０００８】次にドラム２４の導体２５の巻線が完了し
た後、仮巻きドラム２３を旋回軸より取外してドラム２
４の位置に移動し、もう一つのパンケーキコイルの巻線
を前述同様に行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようなダブルパン
ケーキコイルを製作する従来の巻線機では、導体２５を
引張り治具２６により直線状に伸ばして巻線を行う必要
があり、曲げ成形された導体２５を直線状に成形し、巻
芯２２に巻き付けるところで再度曲げ成形を行うことに
なるため、導体２５に塑性変形を何回も与えることにな
り、品質確保の上で好ましくない。

【００１０】また、ドラム２４の直径と巻芯２２の直径
の差が大きい場合、導体２５を巻芯２２に無理やり押付
けることになるため、巻き付けた導体間に隙間が発生し
やすく、精度の高い巻線を行うことができない。

【００１１】特に強制冷却方式の導体は、金属製のコン
ジットを有しているために剛性が高く、巻芯２２に導体
を固定したり、導体に引張り治具２６を取付けることや
仮巻きドラム２３をドラム２４の位置に移動するときは
困難で危険な作業となり、導体を損傷する可能性も高
い。

【００１２】さらに、図１３に示すような構成の巻線機
では、巻芯２２、ドラム２４、引張り治具２６を配置す
るスペースが必要となるため、大型の超伝導コイルの製
作においては広いスペースが要求される。

【００１３】本発明は上記のような点を考慮し、最小の
スペースで導体に無理な変形を与えずにコイルを安全で
高精度に製造することができる巻線機とこの巻線機を用
いたコイルの製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により巻線機とこの巻線機
を用いたコイルの製造方法を提供するものである。請求
項１に対応する発明は、ベースと、このベースに垂直に
旋回可能に設けられた旋回ポールと、この旋回ポールの
上部に独立して旋回可能に取付けられ且つダブルパンケ
ーキコイル成形分の導体が巻付けられたドラムと、前記
旋回ポールの下部にアームを介して回転自在に取付けら
れ前記ドラムより繰出される前記導体を所定の曲率に曲
げ成形する複数個のベンディングローラと、前記ベース
上に適宜の間隔を存して取付けられ前記ベンディングロ
ーラを通して繰出される１パンケーキコイル分ずつの導
体を仮置きする複数個の導体仮置き台と、前記ベース上
に設けられ前記導体仮置き台に仮置きされた１パンケー
キコイル分毎に導体を下側パンケーキコイル及び上側パ
ンケーキコイルとして順に巻線を行うための巻芯とを備
えたものである。

【００１５】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のドラム、旋回ポール及びベンディングロー
ラを回転駆動するモータをそれぞれ有し、且つ前記ドラ
ムより１パンケーキコイル分ずつの導体をベンディング
ローラを通して導体仮置き台に仮置きするとき前記各モ
ータを同期制御する制御手段を設けたものである。

【００１６】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のベンディングローラにより所定の曲率に曲
げ成形されて前記導体仮置き台に送込まれる導体をその
弾性限度内で保持する保持手段を設けたものである。

【００１７】請求項４に対応する発明は、ベースと、こ
のベースに垂直に旋回可能に設けられた旋回ポールと、
この旋回ポールの上部に独立して旋回可能に取付けられ
且つダブルパンケーキコイル成形分の導体が巻付けられ
たドラムと、前記旋回ポールの下部にアームを介して回
転自在に取付けられ前記ドラムより繰出される前記導体
を所定の曲率に曲げ成形する複数個のベンディングロー
ラと、前記ベース上に設けられた円環状の巻芯と、前記
ベース上に適宜の間隔を存して取付けられ前記ベンディ
ングローラを通して繰出される１パンケーキコイル分の
導体を仮置きする複数個の導体仮置き台とを備え、前記
ドラムより繰出した導体を前記ベンディングローラによ
り曲げ成形しながら前記導体仮置き台に１パンケーキコ
イル分を仮置きした後、下側パンケーキコイルと上側パ
ンケーキコイルの内径側渡り部を成形すると共にこの内
径側渡り部を前記巻芯に固定し、しかる後前記導体仮置
き台に仮置きされた導体を下側パンケーキコイルとして
前記巻芯に巻線を行い、次に下側パンケーキコイルの巻
線が終了すると前記ドラムより残りの導体を繰出して前
記ベンディングローラにより曲げ成形しながら前記導体
仮置き台に仮置きし、その後この仮置きされた導体を前
記巻芯に巻付けられた下側パンケーキコイル上に上側パ
ンケーキコイルとして巻線を行ってダブルパンケーキを
製造するものである。

【００１８】

【作用】上記請求項１に対応する発明の巻線機にあって
は、導体が巻かれたドラム、下側及び上側パンケーキコ
イルとするための導体仮置き台及びダブルパンケーキコ
イルとして巻線される巻芯を垂直方向に立体的に組立て
られているので、巻線作業を安全に行うことができ、し
かも全体がコンパクトになると共に、設置スペースの縮
小化を図ることができる。

【００１９】また、請求項２に対応する発明の巻線機に
あっては、ドラム、ベンディングローラ及び旋回ポール
を同期させて回転させることにより、導体を正規の曲率
に曲げ成形しながら導体仮置き台に送込んで１パンケー
キコイル分の導体を仮置きした後、巻芯に下側及び上側
パンケーキコイルの巻線を行うので、導体に何回も塑性
変形を与えることがなく、精度の高い巻線を行うことが
できる。

【００２０】さらに、請求項３に対応する発明の巻線機
にあっては、ベンディングローラにより所定の曲率に曲
げ成形されて導体仮置き台に送込まれる導体をその弾性
限度内で保持することにより、導体に撓みなどによる変
形がなく、安定した状態で導体仮置き台に仮置きするこ
とができる。

【００２１】請求項４に対応する発明の巻線機を用いた
コイルの製造方法にあっては、旋回ポール、ドラム及び
ベンディングローラの回転により導体を曲げ成形しなが
ら導体仮置き台に１パンケーキコイル分を仮置きした
後、導体仮置き台の導体を巻芯側に落下させて下側パン
ケーキコイルの巻線を行い、次いでドラムより残りの導
体を繰出して同様に導体仮置き台に仮置きした後、この
仮置きされた導体を巻芯側に落下させて下側パンケーキ
コイル上に上側パンケーキコイルの巻線を行うようにし
たので、巻芯に対して仮置き台に仮置きされた導体の巻
線を行う場合、導体の引張り治具等を何等使用すること
なく、しかも導体を損傷することなく安全且つ容易にダ
ブルパンケーキを得ることができる。

【００２２】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明による巻線機の構成例を示す斜視
図、図２は同巻線機の構成例を示す側面図である。

【００２３】図１及び図２において、１はリング状に形
成されたベースで、このベース１の中空部の中心位置に
支柱２を介して旋回ポール３が旋回可能に支持されてい
る。この旋回ポール３の上部に外周面に導体４を巻付け
たドラム５が旋回ポール２の旋回とは独立して旋回可能
に支持機構６を介して取付けられている。

【００２４】また、旋回ポール３の下部には水平方向に
伸びるアーム７が取付けられ、このアーム７上の先端部
に導体を正規の曲率に曲げ成形する複数個のベンディン
グローラ８が回転自在に取付けられている。

【００２５】さらに、アーム７と同一高さでアーム７と
は反対側の位置の旋回ポール３に導体サポート９が取付
けられている。一方、ベース１上の内周側に円環状の巻
芯１０が取付けられ、その外周側にドラム５よりベンデ
ィングローラ８を介して引出される導体４の約半分を仮
置きして巻線を行うための複数個の導体仮置き台１１が
等間隔を存してそれぞれ取付けられている。これら各導
体仮置き台１１は、ベース１の半径方向に水平移動する
移動部材１１ａを備えている。

【００２６】また、旋回ポール３、ドラム５及びベンデ
ィングローラ８は、図示しないモータによりそれぞれ駆
動され、且つこれら各モータは図示しない制御装置によ
り同期制御できるようになっている。

【００２７】次に上記のように構成された超伝導コイル
の巻線機の作用を図３乃至図１０を参照しながら述べ
る。いま、図３に示すように導体４を巻付けたドラム５
が旋回ポール３の上部に取付けられた状態にあるものと
する。この状態からドラム５を旋回させながら導体４を
繰出して図４に示すようにベンディングローラ８を通し
てその先端を導体仮置き台１１の移動部材１１ａ上に仮
止めする。

【００２８】次にドラム５、ベンディングローラ８及び
旋回ポール３を同期させて回転させると、導体４はベン
ディングローラ８により正規の曲率を持つように曲げ成
形されながら図５に示すように導体仮置き台１１に送込
まれ、この導体仮置き台１１に１パンケーキコイル分の
長さの導体４が仮置きされる。この場合、導体４はベン
ディングローラ８から導体仮置き台１１に至る導体４の
経路に設けられた導体サポート９により保持された状態
で移動するので、撓みなどによる変形がなく、安定した
状態で移動する。

【００２９】そして、導体仮置き台１１に仮置きされた
１パンケーキコイル分の導体４の仮置きが終わると、ド
ラム５、ベンディングローラ８及び旋回ポール３の回転
を停止し、仮置きされた導体４の内径側の導体部分を治
具によりＳ字形に曲げて図６に示すように下側パンケー
キコイルと上側パンケーキコイルの渡り部１２を成形
し、この渡り部１２を図７に示すように巻芯１０に固定
する。

【００３０】この状態で図８に示すように導体仮置き台
１１の移動部材１１ａをベース１の中心から離れる方向
に水平方向に移動させると導体仮置き台１１に巻かれた
導体４がその内径側から１ターンずつ巻芯１０側に順次
落下する。そして、巻芯１０側に落下した導体に適宜張
力を与えて下側パンケーキコイルの巻線を行う。

【００３１】次に下側パンケーキコイルの巻線が完了す
ると、再びドラム５、ベンディングローラ８及び旋回ポ
ール３を同期させて回転させ、図９に示すようにドラム
５に巻かれている残り半分の導体４を前述同様に導体仮
置き台１１に上側パンケーキコイル用の導体４を仮置き
する。

【００３２】そして、導体仮置き台１１に上側パンケー
キコイル用の導体４の仮置きが終了すると、ドラム５、
ベンディングローラ８及び旋回ポール３の回転を停止
し、図１０に示すように導体仮置き台１１の移動部材１
１ａを前述同様に移動することにより、導体仮置き台１
１に巻かれた上側パンケーキコイル用の導体４がその内
径側から１ターンずつ巻芯１０側に順次落下し、既に巻
芯１０に巻かれた下側パンケーキコイル上に上側パンケ
ーキコイルの巻線を行う。

【００３３】このように本実施例では、リング状のベー
ス１の中空部の中心に垂直に取付けられた支柱２に旋回
ポール３を旋回可能に取付け、その上部に導体４が巻か
れたドラム５を独立して旋回可能に取付け、また旋回ポ
ール３の下部にアーム７を取付けると共に，このアーム
７上に導体を正規の曲率に曲げ成形する複数個のベンデ
ィングローラ８が回転自在に取付け、さらにベース１の
内周側に円環状の巻芯１０、その外周側に複数個の導体
仮置き台１１を等間隔を存してそれぞれ取付ける構成と
して、導体仮置き台１１にドラム５よりベンディングロ
ーラ８を介して引出される導体４の半分ずつを仮置きし
て下側パンケーキコイル分と上側パンケーキコイル分を
順次巻芯１０に巻線を行い、ダブルパンケーキコイルを
製作するようにしたものである。

【００３４】従って、導体４が巻かれたドラム５、下側
及び上側パンケーキコイルとするための導体仮置き台１
１及びダブルパンケーキコイルとして巻線される巻芯１
０を垂直方向に立体的に組立てられているので、巻線作
業を安全に行うことができ、しかも全体がコンパクトに
なると共に、設置スペースの縮小化を図ることができ
る。

【００３５】また、複数個のベンディングローラ８によ
り導体を正規の曲率に曲げ成形しながら導体仮置き台１
１に送込んで１パンケーキコイル分の導体を仮置きした
後、巻芯１０に下側及び上側パンケーキコイルの巻線が
行われるので、導体４に何回も塑性変形を与えることが
なく、精度の高い巻線を行うことができる。

【００３６】上記実施例では、巻芯１０と旋回ポール３
の中心軸が同一線上にある場合について説明したが、巻
芯１０の大きさがドラム５の大きさに比べて非常に大き
い場合には、図１１及び図１２に示すように巻芯１０の
中心軸上にセンターポール１３を設け、このセンターポ
ール１３に隣接して旋回ポール３を設けてその相互間を
連結し、且つ巻芯１０及び導体仮置き台１１より上方に
位置する旋回ポール３に取付けられれたアーム７にベン
ディングローラ８を取付けることにより、前述した実施
例と同様の作用効果を得ることができる。

【００３７】また、上記実施例では超伝導コイルとして
核融合、超伝導エネルギ貯蔵等で使用される円環状のダ
ブルパンケーキコイルを例に述べたが、１パンケーキコ
イルの製作やそれ以外の例えば加速器などで使われる超
伝導コイル、あるいは超伝導以外のコイルの製作にも前
述同様の作用効果を得ることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、最小
のスペースで導体に無理な変形を与えずに超伝導コイル
を安全で高精度に製造することができる巻線機とこの巻
線機を用いたコイルの製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による巻線機の一実施例におけるコイル
製作状況を示す斜視図。

【図２】同実施例の巻線機の全体構成を示す側面図。

【図３】同実施例において、導体を巻付けたドラムを旋
回ポールの上部に取付けた状態を示す図。

【図４】同実施例において、ドラムより繰出した導体を
ベンディングローラに通した状態を示す図。

【図５】同実施例において、導体仮置き台に１パンケー
キコイル分の導体を仮置きした状態を示す図。

【図６】同実施例において、下側パンケーキコイルと上
側パンケーキコイルの内径側渡り部を成形する状態を示
す図。

【図７】同実施例において、内径側渡り部を巻芯に固定
する状態を示す図。

【図８】同実施例において、下側パンケーキコイルの巻
線を行う状態を示す図。

【図９】同実施例において、下側パンケーキコイルの巻
線が完了した後、上側パンケーキコイル用の導体を導体
仮置き台に置いた状態を示す図。

【図１０】同実施例において、上側パンケーキコイルの
巻線を行っている状態を示す図。

【図１１】本発明の他の実施例におけるコイル製造状況
を示す斜視図。

【図１２】同実施例の巻線機の全体を上面と側面から見
た構成図。

【図１３】従来の巻線機の構成例を示す斜視図。

【符号の説明】

１……ベース、２……支柱、３……旋回ポール、４……
導体、５……ドラム、６……支持機構、７……アーム、
８……ベンディングローラ、９……導体サポート、１０
……巻芯、１１……導体仮置き台、１２……渡り部、１
３……センターポール。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースと、このベースに垂直に旋回可能
   に設けられた旋回ポールと、この旋回ポールの上部に独
   立して旋回可能に取付けられ且つダブルパンケーキコイ
   ル成形分の導体が巻付けられたドラムと、前記旋回ポー
   ルの下部にアームを介して回転自在に取付けられ前記ド
   ラムより繰出される前記導体を所定の曲率に曲げ成形す
   る複数個のベンディングローラと、前記ベース上に適宜
   の間隔を存して取付けられ前記ベンディングローラを通
   して繰出される１パンケーキコイル分ずつの導体を仮置
   きする複数個の導体仮置き台と、前記ベース上に設けら
   れ前記導体仮置き台に仮置きされた１パンケーキコイル
   分毎に導体を下側パンケーキコイル及び上側パンケーキ
   コイルとして順に巻線を行うための巻芯とを備えたこと
   を特徴とする巻線機。
2. 【請求項２】 前記ドラム、旋回ポール及びベンディン
   グローラを回転駆動するモータをそれぞれ有し、且つ前
   記ドラムより１パンケーキコイル分ずつの導体をベンデ
   ィングローラを通して導体仮置き台に仮置きするとき前
   記各モータを同期制御する制御手段を設けたことを特徴
   とする請求項１記載の巻線機。
3. 【請求項３】 前記ベンディングローラにより所定の曲
   率に曲げ成形されて前記導体仮置き台に送込まれる導体
   をその弾性限度内で保持する保持手段を設けたことを特
   徴とする請求項１記載の巻線機。
4. 【請求項４】 ベースと、このベースに垂直に旋回可能
   に設けられた旋回ポールと、この旋回ポールの上部に独
   立して旋回可能に取付けられ且つダブルパンケーキコイ
   ル成形分の導体が巻付けられたドラムと、前記旋回ポー
   ルの下部にアームを介して回転自在に取付けられ前記ド
   ラムより繰出される前記導体を所定の曲率に曲げ成形す
   る複数個のベンディングローラと、前記ベース上に設け
   られた円環状の巻芯と、前記ベース上に適宜の間隔を存
   して取付けられ前記ベンディングローラを通して繰出さ
   れる１パンケーキコイル分の導体を仮置きする複数個の
   導体仮置き台とを備え、前記ドラムより繰出した導体を
   前記ベンディングローラにより曲げ成形しながら前記導
   体仮置き台に１パンケーキコイル分を仮置きした後、下
   側パンケーキコイルと上側パンケーキコイルの内径側渡
   り部を成形すると共にこの内径側渡り部を前記巻芯に固
   定し、しかる後前記導体仮置き台に仮置きされた導体を
   下側パンケーキコイルとして前記巻芯に巻線を行い、次
   に下側パンケーキコイルの巻線が終了すると前記ドラム
   より残りの導体を繰出して前記ベンディングローラによ
   り曲げ成形しながら前記導体仮置き台に仮置きし、その
   後この仮置きされた導体を前記巻芯に巻付けられた下側
   パンケーキコイル上に上側パンケーキコイルとして巻線
   を行ってダブルパンケーキを製造することを特徴とする
   コイルの製造方法。