JP2016072314A

JP2016072314A - 巻線装置

Info

Publication number: JP2016072314A
Application number: JP2014197715A
Authority: JP
Inventors: 満男海老澤; Mitsuo Ebisawa
Original assignee: And Co Ltd
Current assignee: And Co Ltd
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-05-09
Anticipated expiration: 2034-09-29
Also published as: JP6476465B2

Abstract

【課題】簡単な構成で矩形コイルなどの非円形コイルを高速で巻回する装置を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明の巻線装置は、コイル線材を送出および把持する線材供給手段と、線材供給手段側に設けられた曲げガイドと、曲げガイドにコイル線材を当接させて曲折しコイルを形成する曲げ手段とを備え、曲げガイドの線材を曲げ始める部分の近傍に前記非円形コイルと接触させるコイルガイドを配置し、コイルの曲折時に発生するコイルの揺動を抑えて高速でコイルを製造する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイル巻線装置に関するものである。

近年、回転機の小型で高性能化のため、コイルの断面を平角にして、長方形に近い非円形の形状に巻回することが行われている。

図１３は特許文献１の構成を示し、平角線を矩形状コイルにする製造方法を示したもので、線材１０２を送り巻線１０３全体を回動させつつ線材１０２をクランプ１０４と曲げ治具１０５によりエッジワイズ曲げ加工することで曲げ部を形成し、曲げ部と短辺１０１ａと長辺１０１ｂとを含む非円形エッジワイズ巻線を形成する。巻線１０３の長辺１０１ｂの側面を長辺用支持具１０６、短辺用支持具１０７等の側面支持具により支持し、線材の高速エッジワイズ曲げ加工に伴って発生する慣性力によって生じる巻線の型くずれを抑えようとするものである。

特開２００９−１５８７１４号公報

特許文献１の巻線装置においては、長辺用支持具１０６を巻線に伴って移動させるため次の折り曲げ時にはこの長辺用支持具１０６を所定の位置に復帰させなければならない。また長辺用支持具１０６と短辺用支持具１０７の２つの支持具を必要とし、それぞれを前述のように移動させたり対比させたりしなければならず、装置が複雑な構成となり高価なものとなっていた。

本発明は、上述の課題を解決するもので、簡単な構成で矩形コイルを高速で巻回する装置を得ることを目的とする。

本発明に係る巻線装置は、コイル線材を送出および把持する線材供給手段と、線材供給手段側に設けられた曲げガイドと、曲げガイドにコイル線材を当接させて曲折し非円形コイルを形成する曲げ手段と、曲げガイドの線材を曲げ始める部分の近傍に設けられたコイルガイドとを備え、巻回された非円形コイルの側面を前記コイルガイド接触させ、コイル線材を曲折する際に発生する非円形コイルの揺動をコイルガイドに当接させて、制動させるものである。

上記構成としてより具体的には、コイルガイドを曲げガイドの円周の接線上に配置して、非円形コイルの側面部に当接させるものである。
また、コイルガイドは線材供給手段によって供給されるコイル線材とほぼ平行な位置に配置され、非円形コイルの側面と当接させるものである。
また本発明の巻線装置は、非円形コイルの重力を支える位置に配置され、非円形コイルの重量を支持するものである。

また、本発明の巻線装置は、コイルガイドとは別に、重力の方向に積層した前記非円形コイルの重力を支えるコイル支持体を設けたものである。
また、本発明の巻線装置は、コイルガイドは前記非円形コイルの曲折部をと当接するガイド曲線部を備え、コイル線材を送出する際に発生する揺動を、ガイド曲線部と非円形コイルの曲折部を当接させて制動させるものである。

また、本発明の巻線装置は、コイル線材の端部を積層コイルの積層方法に折り曲げるコイル端部曲げ手段を備え、コイルの制動を行うコイルの構成で外部への端子の取り出しを行うものであり、コイル端部の曲折部を非円形コイル曲折部に設けて、コイル端部の曲折部においてもコイルを制動するものである。

また本発明の巻線装置は、コイルガイドを曲げガイドと同軸に設け前記非円形コイルの曲折部内周をガイドするものである。
また本発明の巻線装置は、曲げ手段としてコイル線材が巻回して形成するコイルの外側に回転中心を有する回転機構を備え、連続回転により非円形コイルを製造するものである。

本発明に係る巻線装置によれば、線材供給手段側に設けられた曲げガイドにコイル線材を当接させて曲折し非円形コイルを形成する曲げ手段と、曲げガイドの線材を曲げ始める部分の近傍に設けられたコイルガイドとを備え、巻回された非円形コイルの側面を前記コイルガイドに接触させ制動させたので、可動部のない簡単な構成で非円形コイルの揺動をすばやく除去でき、高速でコイルを巻回することができる。
また、曲げ手段をコイル線材が巻回して形成するコイルの外側に回転中心を有する回転機構で構成したので、連続回転で高速に非円形コイルを製造することができる。

本発明の実施例１に係る巻線装置を示す斜視図。本発明の実施例１に係る巻線装置のコイル製造状態を示す斜視図。本発明の実施例１に係る巻線装置の動作を示す説明図。本発明の実施例１に係る巻線装置の動作を示す説明図。本発明の実施例１に係る巻線装置のコイルガイドの動作を示す説明図。本発明の実施例２に係る巻線装置を示す斜視図。本発明の実施例３に係る巻線装置を示す斜視図。本発明の実施例３に係る巻線装置のコイルガイドの動作を示す説明図。本発明の実施例４に係る巻線装置を示す斜視図。本発明の実施例５に係る巻線装置を示す斜視図。本発明の実施例５に係る巻線装置を示す斜視図。本発明の実施例６に係る巻線装置を示す斜視図およびコイルガイドの構成図。従来の巻線装置の構成図。

本発明の実施形態について、実施例１から実施例６の各々を例に挙げ、図面を参照しながら以下に説明する。なお、本発明の内容はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。

本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。図１は、実施例１に係る巻線装置Ａの斜視図である。なお、コイルガイドは曲げ手段の説明の都合上図には示していない。線材供給手段Ｂは断面形状が平角であるコイル線材２を送出又は停止させて把持するものであり、ボビン（図示せず）に巻かれたコイル線材２を図の矢印Ｊの方向に送出するものである。線材供給手段Ｂは、モータと駆動ローラの組み合わせた駆動機構を２セット配している。すなわち第１モータ３と第1モータ３の回転を伝達する第１駆動ローラ４と、第1駆動ローラ４と受動的に回転する第１受動ローラ５とでコイル線材２を挟み込む第１の駆動機構と、第２モータ６と第２駆動ローラ７と、受動的に回転する第２受動ローラ８とによってもコイル線材２を挟み込む第２の駆動機構とがあり、駆動ローラと受動ローラをそれぞれ矢印Ｋ１、矢印Ｋ２、矢印Ｋ３、矢印Ｋ４の方向に回転させることによりコイル線材２を送出する。コイル線材２はまず第１駆動ローラ４と第１受動ローラ５とにより送られ、線材ガイド９ａで案内され、第２駆動ローラ７と第２受動ローラ８でさらに駆動されて線材ガイド９ｂに達する。線材ガイド９ｂの端部には後述するように曲げガイド９ｂａが設けられている（図３参照）。また各モータの回転を停止することでコイル線材２を把持する。
それぞれのモータは、回転数を適正にするために減速器を備えることができ、またモータの回転を発停する制御装置(図示せず)を有する。
なお、第1モータ３と第1駆動ローラ4と第１受動ローラ５との組み合わせ、あるいは第２モータ６と第２駆動ローラ７と第２受動ローラ８との組み合わせによる線材供給手段の代わりに、モータとねじによる直線運動変換機構を用いても良い。

曲げ手段Ｃは回転機構である曲げモータ１０の回転軸１１にレバー１２を介して回転自由な曲げローラ１３を備え、矢印Ｌ方向に回転し、図１においてはコイル線材２に当接して後述する曲げガイド９ｂａを支点としてコイル線材２を図の上方向に折り曲げる。積層ガイド２１は線材ガイド９ｂ側に固定されており、コイル線材２がコイル状になって曲折した際にこの積層ガイド２１に案内されて順次積層される。

曲げ手段Ｃが幾度か回転してコイル線材２を折り曲げることによって図２に示すように積層されたコイル１４を形成する。曲げ手段Ｃの曲げローラ１３がコイル線材２を折り曲げる位置でのコイルの中心線をＺ１とし、このとき曲げ手段Ｃの回転軸１１の中心線をＺ２とすると、中心線Ｚ２は、コイル１４の外周面よりも外側に位置している。

巻回されたコイル１４は、コイルガイド１５の接触部１５ａ上に置かれ、コイル１４の重量を支えられている。コイルガイド１５の動作については後述する。

本発明の巻線装置の巻回の過程を矩形コイルの製作を例にして、図３〜図４に模式図にて示す。なお、図３から図４の図面は図１に示すＸ−Ｘ方向からの図である。図３（a）はステップ１を示したもので、コイル線材２が巻回を始める前の状態を示しており、回転軸１１と曲げローラ１３は停止しており、コイル線材２は矢印Ｊの方向に送られ、線材ガイド９Ｂから突出する。なお円形の２点鎖線は曲げローラ１３の回転軌跡を示す。さらにコイル線材２が送られて、図３（b）のステップ２に示すように矩形コイルの一辺の長さに到達すると、線材供給手段Ｂは回転を停止し、コイル線材２を把持する。このコイル線材２の送出長さの制御は線材供給手段Ｂのモータの回転数で行われる。コイル線材２が所定長さ送られたことに同期して曲げローラ１３が矢印Ｌ方向に回転を開始し、コイル線材２に曲げローラ１３が当接しコイル線材２を線材ガイド９ｂの端部にある曲面形状の曲げガイド９ｂａを中心に折り曲げを開始する。

図３（ｃ）はステップ３を示し、コイル線材２が曲線部２ａを経てほぼ９０度に折り曲げられた状態を示している。この状態で曲げローラ１３は時計方向に回転しほぼ左端の位置に移動した状態にあり、コイル線材２を反時計方向に約９０度、場合によってはスプリングバックの影響を考慮して９０度以上の鋭角に曲げる。さらに曲げローラ１３が時計方向に回転を継続するとコイル線材２より離れていくことになる。図３（ｄ）のステップ４では曲げローラ１３がさらに回転し、コイル線材２を折り曲げた後、コイル線材２よりしだいに離れていく。図３（ｂ）から（ｃ）までの間コイル線材２は移動せずにその位置を保っているが、この後線材供給手段Ｂによってコイル線材２の供給が開始される。このとき曲げローラ１３も回転を継続しており、曲げローラ１３の移動の方が速く行われるので、図３（ｄ）に示すようにコイル線材２の直線部２ｂが曲げローラ１３に接触することはない。なお、コイル線材２を送出するタイミングは安全を期すなら、曲げローラ１３が相当の距離離れてから行わせてもよい。
矩形コイルの他の辺の長さ分だけコイル線材２が送出されると図４（ａ）のステップ５に示すように線材供給手段Ｂはコイル線材２の送出を停止し把持する。曲げローラ１３は継続して回転を行っておりコイル線材２に近づいていく。このとき曲げローラ１３にかかる駆動負荷は小さいので速度を上げて時間を節約することが可能である。特に矩形形状の一辺が短いときに無駄な時間をなくすことができる。

図４（ｂ）はステップ６を示しており、曲げローラ１３がコイル線材２に当接し曲げガイド９ｂの端部９ｂａを中心として曲げ加工が開始され、図４（ｃ）のステップ７で２回目の曲げ加工が完了する。このときは曲げローラ１３には比較的大きな負荷がかかるので回転速度を下げてモータトルクを上げて曲げ加工を行う。さらに同様の動作により図４（ｄ）のステップ８で３回目の曲げ加工が行われる。以上の動作を繰り返すことにより図２に示すように積層された矩形のコイル１４が製造される。
図４（ｄ）に示すようにかげ手段Ｃの曲げローラ１３によってコイル線材２の曲げ加工が行われ、積層ガイド２１に乗り上げるようにして案内されてコイル状に積層される。コイル１４が形成されたときのコイルの中心Ｚ１と回転軸１１の中心Ｚ２とは位置が異なっており、Ｚ２はコイル１４の外周よりもさらに外側に位置している。

曲げローラ１３とコイル線材２とは図３〜図４に示したように曲げ加工のとき以外は接触することがなく、曲げローラ１３を逆回転させたり、コイルの積層方向に移動させる必要がないことがわかる。また曲げローラ１３は加工が開始されると中心軸を軸方向に移動させることなく連続回転を行えばよいので曲げモータ１０の制御は容易であり、高速に回転することが可能である。曲げモータ１０は一般にサーボモータと称される誘導モータ、同期モータ、ステッピングモータなどが使用され、モータの回転位置を検出する位置検出器を備えていても良い。

なお本実施例では、４つの曲げ部とその間を接続する直線の非曲げ部とからなる正方形に近い矩形の積層コイルを示したが、長辺と短辺との寸法差がある場合にも線材供給手段Ｂの送り量を調節することで適用できる。また４つの曲げ部とその間を連絡する直線部とからなる４角形状の積層コイルばかりでなく他の多角形のコイルも適用可能である。

上述のステップを繰り返して図２に示すようにコイル１４が生成される。製造時間を短縮するためにコイルを高速で送り、高速で曲げることが必要であるが、速度を高めるとコイル１４は慣性によって揺動を起こす。この揺動の大きさはコイル積層の高さやコイル線材２の強度やコイル１４の重量によっても変わり、揺動が大きくまた揺動時間が長くなると曲げ加工が適切に行われなくなりコイル１４の寸法に生じたり、あるいは揺動が停止して安定するまでの時間が必要となってコイルの製作時間がかかることになる。この揺動を未然に防止するためコイルガイド１５を曲げガイド９ｂａの近傍に配置している。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）にコイルガイドの動作について示す。図５（ａ）はコイル線材２が供給されて、曲げ加工が行われる前の状態を示し、図５（ｂ）は曲げローラ１３がコイル線材２を曲げガイド９ｂａに沿って曲げ加工を行っている状態を示し、図５（ｃ）は前期の曲げ加工が終了した状態を示す。コイルガイド１５は図５（ａ）または（ｂ）に示すように、接触部１５ａがコイル１４の一辺と曲げ加工の開始前あるいは曲げ加工の終了時において接触するように配置している。図５（a）ではコイル線材２が線材供給手段Ｂによって図の右方向に供給された状態にあり、コイル１４の一辺１４ａがコイルガイド１５の接触部１５ａと接触しながら移動し、このときコイル線材２の移動によるコイル１４の揺動は抑制される。図５（ｂ）では曲げローラ１３が曲げローラ９ｂａと接触し、コイル線材２を曲折している状態である。そして図５（ｃ）において曲げ加工が終了しコイル１４の一辺１４ｂが接触部１５ａに接触し、曲げ加工時に発生する揺動を抑制する。

図２に示すように、コイル１４は曲げ手段Ｃの方向と反対方向に積層され、コイル１４はコイルガイド１５上に設置されている。コイルガイド１５の接触部１５ａは曲げガイド９ｂａの接線方向と同じ方向になり、コイル線材２と平行して配置されている。本実施例ではコイル１４の曲げ終了時にはコイル１４の一辺は供給されるコイル線材２と平行になるように設計されている。その結果、コイル線材２の供給時あるいは矩形のコイル１４の曲げ加工の終了時にコイル１４の一辺が曲げガイド１５に接触し、コイルコイル１４の揺動を抑制する。本発明の構成によれば矩形のコイル１４の長辺と短辺の比率が異なっても揺動を抑制することが可能であり、さらに四角形状に限らず他の多角形コイルでも同様の効果を有する。

図６に本発明の実施例２の構成をあらわす斜視図を示し、図６（ａ）はコイルの巻き始めの状態を示し、図６（ｂ）はコイルを所定回数巻いた状態を示したものである。実施例１との相違点は巻線装置Ａ全体の向きを変えたことである。このことによりコイル１４が重力に対して水平に回転して曲げられ、コイル１４が重力の方向に積層され、水平に設置されたコイル支持体２０によりコイル１４の重力を支える。コイル１４を水平に設置することによりコイル１４が多層に渡って積層された場合にコイル１４の重力による振れが小さくなり、コイルガイド１５との相乗効果により揺動がよりいっそう少なくなるという効果を有する。

図７に本発明の実施例３の構成をあらわす斜視図を示す。実施例１との相違点はコイルガイド１５にガイド曲線部１５ｂを設けた点にある。このガイド曲線部１５ｂはコイル１４の曲折部１４ｃの形状とほぼ同程度または大きいコーナー部寸法を有する。

図８は実施例３の動作を説明した図であり、図８（ａ）は折り曲げが完了したコイル１４の状態を示し、図８（ｂ）は線材供給手段Ｂによりコイル線材２を図の右方向に移動させ、コイル１４の次の曲折部を曲げガイド９ｂａの位置まで送った状態を示す。このときコイル線材２が高速で送られる際に発生するコイル１４の揺動をコイル１４の曲折部１４ｃとコイルガイド１５のガイド曲線部１５ｂとを接触させることで揺動を吸収させる。辺の長さが異なる矩形コイルの場合には、コイルガイド１５を駆動装置（図示せず）でコイル線材２の必要な移動量に応じて調節することも可能である。

図９に本発明の実施例４の構成の斜視図を示す。実施例１との相違点はコイル１４の先端をあらかじめ積層する軸方向に曲折した点にある。図９（ａ）はコイル線材２の先端を曲折する動作を示すもので、図９（ｂ）はコイル線材２をコイルとして巻始めるときの動作を示し、図９（ｃ）はコイル１４を形成するときの動作を示したものである。図９（ａ）において、コイル線材２の先端２ａを端部曲げ手段１６を用いてコイルの積層方向（図の上方向）に曲折するものである。線材供給手段Ｂにより線材が供給され、所定長さコイル線材２が送られると、端部曲げ手段１６を矢印Ｍ方向に移動させる駆動手段（図示せず）により先端を曲折する。先端２ａは巻回されるコイル１４の内側に向けて曲折され、この曲げ長さは、コイルを電気的に接続するための端子を設けるに必要な長さに設定する。しかる後コイル線材２が供給され、図９（ｂ）に示すように曲げ手段Ｃによって図９（ｃ）に示すように非円形のコイル１４を形成する。コイル線材２の先端部２ａはコイル端部曲折部１４ｄとなってリード線（図示せず）を配線することができる。端部曲げ手段１６の駆動手段として、ねじ機構を有するモータや電磁ソレノイドや空圧駆動のプランジャなどの直線機構が用いられる。
コイル端部曲折部１４ｄをコイル１４上に直角に曲げることにより、コイルガイド１５に部分的に接触させることができ、特定の曲げ動作のときに制動の効果を高めることができる。

図１０に本発明の実施例５の構成の斜視図を示す。実施例１との相違点はコイルガイド１５とは別に内案内コイルガイド１７をコイル１４の内部に設けた点にある。図１０（ａ）はコイルの巻始めの動作を示したもので、図１０（ｂ）はコイル１４を形成したときの動作を示すものである。図１０（ａ）において、線材ガイド９ｂの先端部に円筒状の内案内コイルガイド１７をコイル１４の積層方向に設けている。コイル線材２は曲げガイド９ｂａで曲折されてコイルを形成するので、内案内コイルガイド１７は図１０（ｂ）に示すようにコイル１４の内側でコイル１４と接触し、コイル曲折時に発生する揺動を抑制する。内案内コイルガイド１７の円筒形状はコイル１４の曲折部の形状に近似させ、長さはコイル１４の積層長さより長くする。なお、内案内コイルガイド１７はコイル線材２の幅寸法ほど移動させるための線材ガイド９ｂにコイル線材２の方向と平行して長孔１８を有する。
図１１は、図１０の構成からコイルガイド１５を取り除いたもので、コイル１４の揺動の影響が小さいときに簡略的に用いることができる。

図１２に本発明の実施例６の構成の斜視図を示す。実施例２との相違点はコイルガイドを斜めに構成した点にある。図１２（ａ）に示したコイルガイド２０はコイルの当接部２０ａが上に向かって直線的に傾斜している。図１２（ｂ）はコイル１９を製造しているときＰ矢視の図である。コイル１９は台形状にすることで、より巻回時の揺動は小さくなるが、さらに揺動を小さくするためにコイル１９の形状に適合するようにコイルガイド１８の接触部１８ａに傾斜をもたせたものである。台形状のコイル１９は線材供給手段をＢの供給量を変化させることで製造が可能である。この台形の傾斜と接触部１８ａの傾斜とをほぼ一致させることで巻回ごとに適切な制動を行うことができる。なお接触部１８ａは図に示すものは直線的な傾斜であるが、階段状に構成しても良い。

なおコイルガイド１５は、コイル１４と接触する際にコイル１４を傷つけないように表面をなめらかに加工し、かつ滑りの良い材料を使用することが好ましく、ローラーのような回転体を用いて摩擦を低減することも可能である。また当接時の衝撃を吸収するために弾性体や柔らかな材料を使用しても良い。
また実施例ではコイルガイド１５を直方体の形状で構成したが、板状のものを折り曲げてＬ字型に構成しても良い。
コイルガイド１５の接触部１５ａの位置はコイル線材２と平行に設置されているので、コイル形状が変化しても位置を変更する必要はないが、制動の程度を調節するためにその位置を微調節する目的で、コイルガイド１５の位置を変更するための調節手段を設けることができる。

Ａ巻線装置
Ｂ線材供給手段
Ｃ曲げ手段
２コイル線材
９ｂａ曲げガイド
１４コイル
１５コイルガイド
１５ｂガイド曲線部
１６端部曲げ手段
２０コイル支持体

Claims

曲げ部と非曲げ部とを有する非円形コイルの製造装置において、コイル線材を送出および把持する線材供給手段と、前記線材供給手段側に設けられた曲げガイドと、前記曲げガイドに前記コイル線材を当接させて曲折しコイルを形成する曲げ手段と、前記曲げガイドの線材を曲げ始める部分の近傍に設けられたコイルガイドとを備え、巻回された前記非円形コイルの側面を前記コイルガイドに接触させることを特徴とする巻線装置。
前記コイルガイドは、前記曲げガイドの円周の接線上に配置することを特徴とする請求項1記載の巻線装置。
前記コイルガイドは、線材供給手段によって供給されるコイル線材とほぼ平行な位置に配置された請求項１又は２に記載の巻線装置。
前記コイルガイドは、前記非円形コイルの重力を支える位置に配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の巻線装置。
前記非円形コイルを重力の方向に積層し、前記非円形コイルの重力を支えるコイル支持体を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか1項に記載の巻線装置。
前記コイルガイドは、前記非円形コイルの曲折部をガイドするガイド曲線部を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の巻線装置。
前記コイル線材の端部を前記積層コイルの積層方法に折り曲げる端部曲げ手段を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか1項に記載の巻線装置。
曲げ部と非曲げ部とを有する非円形コイルの製造装置において、コイル線材を送出および把持する線材供給手段と、前記線材供給手段側に設けられた曲げガイドと、前記曲げガイドに前記コイル線材を当接させて曲折しコイルを形成する曲げ手段と、前記曲げガイドの線材を曲折部分の内側に設けられたコイルガイドとを備え、巻回された前記非円形コイルの曲折部の内側を前記コイルガイドに接触させることを特徴とする巻線装置。
前記曲げ手段は、コイル線材が巻回して形成するコイルの外側に回転中心を有する回転機構からなる請求項１から９のいずれか１項記載の巻線装置。