JP2014239117A - 巻線装置及び巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平角線をエッジワイズ巻きで長方形に巻回した空芯のコイルにおいて、コイルから延出する平角線の先端部の位置をコイルの内側の基準面に対して正確に位置出しする。
【解決手段】平角線２を送りユニット９によって送り、曲げユニット１１によって折り曲げてエッジワイズ巻きで長方形に巻回して空芯のコイル１を形成する。平角線２を更に送ってコイル１を位置出しユニット１２のスライドテーブル１９上に載置する。コイル１に位置出しレバー２０を挿入する。位置出しレバー２０を送り方向に移動させ、コイル１の内側の基準面１Ｃに位置出しレバー２０の突き当て基準面２４を当接させて、コイル１を所定の位置まで移動させる。この状態で、切断ユニット１３によって平角線２を切断する。これにより、コイル１から延出する平角線２の先端部の位置をコイル１の基準面１Ｃに対して正確に位置出しすることができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、平角線をエッジワイズ巻きで長方形に巻回して空芯のコイルを形成する巻線装置及び巻線方法に関するものである。

電動モータ、発電機等の電気機器に使用されるコイルとして、図９及び図１０に示すような空芯のコイル１がある。コイル１は、線材として長方形断面の平角線２をその短辺を内側及び外側に向けたエッジワイズ巻きで、長辺１Ａ及び短辺１Ｂを有する長方形に巻回して、ボビンを持たない空芯コイルとしたものである。コイル１の長辺１Ａに沿って延出された平角線２の両端部の先端部には、表面の絶縁層が剥離された剥離部２Ａが設けられている。このように平角線２を長方形にエッジワイズ巻きした空芯のコイル１を用いることにより、占面積率及び放熱性を高めて電気機器の高効率化及び小型化を図ることができる。

この種のコイルを製造するための先行技術として、例えば特許文献１には、コイルを高速で巻回できるようにした巻線装置が開示されている。この巻線装置は、平角線の一定量の送り、曲げを交互に繰返すことにより、平角線をエッジワイズ巻きで長方形に巻回して長方形の空芯コイルを高速で製造する。

図９及び図１０に示すコイル１は、電動モータ、発電機等の電気機器に組込まれる際、内部にコア３（図１０参照）が挿入され、平角線２の端部の剥離部２Ａが同相のコイル、リード線、バスバー等にハンダ付け等の結線手段によって接続される。このとき、コイル１は、一方の短辺１Ｂの内面を基準面１Ｃとしてコア３の端部に突き当てて位置決めされる。したがって、基準面１Ｃを基準として、平角線２の剥離部２Ａの先端部までの長さＬの精度を高めることにより、コイル１の結線を精度よく円滑かつ確実に行うことが可能になる。

そこで、従来は、コイル１を製造する際、コイル１から延出する平角線２の長さがＬになるように、巻線の完了後、平角線２を一定量だけ送り、所定の位置で切断するようにしている。

特開２００９−１３５２２２号公報

しかしながら、実際には、巻線時の平角線２の曲げ位置の公差等により、平角線２の巻線位置にはバラツキがあり、基準面１Ｃは、平坦にはならず、凹凸が生じることになる。このため、コア３は、基準面１Ｃにおいて、最も突出した平角線２´（図１０参照）に当接することになる。その結果、コイル１にコア３を挿入した状態で、コイル１から延出する平角線２の先端部の位置にバラツキが生じて、コイル１の結線の精度を低下させる原因となっている。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、平角線をエッジワイズ巻きで長方形に巻回した空芯のコイルにおいて、コイルから延出する平角線の先端部の位置をコイルの内側の基準面に対して正確に位置出しすることができる巻線装置及び巻線方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る巻線装置は、平角線を送る送り手段と、平角線を折曲し、エッジワイズ巻きで長方形に巻回して空芯のコイルを形成する曲げ手段と、平角線を切断して前記コイルを分離する切断手段と、前記コイルの内側の基準面と前記コイルから延びる平角線の切断端との間の長さを調整する位置出し手段とを備えた巻線装置であって、
前記位置出し手段は、前記コイル内に挿入されて前記基準面に当接する突き当て基準面を有し前記平角線の送り方向に沿って移動可能な位置出しレバーを備え、
巻回された前記コイルに前記位置出しレバーを挿入し、該位置出しレバーを送り方向に移動させ、前記突き当て基準面を前記基準面に当接させて前記コイルを所定の位置まで移動させ、前記切断手段によって前記平角線を切断することを特徴とする。
また、本発明に係る巻線方法は、平角線を折曲し、エッジワイズ巻きで長方形に巻回して空芯のコイルを形成する巻線方法において、
巻回された前記コイルに位置出しレバーを挿入し、該位置出しレバーを移動させて前記コイルの内側の基準面に出しレバーの突き当て基準面を当接させて前記コイルを所定の位置まで移動させ、前記平角線を切断することを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）乃至（６）の内容が請求項１乃至６に対応する。
（１）平角線を送る送り手段と、平角線を折曲し、エッジワイズ巻きで長方形に巻回して空芯のコイルを形成する曲げ手段と、平角線を切断して前記コイルを分離する切断手段と、前記コイルの内側の基準面と前記コイルから延びる平角線の切断端との間の長さを調整する位置出し手段とを備えた巻線装置であって、
前記位置出し手段は、前記コイル内に挿入されて前記基準面に当接する突き当て基準面を有し前記平角線の送り方向に沿って移動可能な位置出しレバーを備え、
巻回された前記コイルに前記位置出しレバーを挿入し、該位置出しレバーを送り方向に移動させ、前記突き当て基準面を前記基準面に当接させて前記コイルを所定の位置まで移動させ、前記切断手段によって前記平角線を切断することを特徴とする巻線装置。
（２）（１）において、前記位置出しレバーによって前記コイルを移動させる際、前記送り手段によって前記平角線に送り方向の推力を付与することを特徴とする巻線装置。
（３）（１）又は（２）において、前記切断手段によって前記平角線を切断する際、前記平角線を固定し、前記位置出し手段によって前記平角線に張力を付与した状態で、前記平角線を切断することを特徴とする巻線装置。
（４）平角線を折曲し、エッジワイズ巻きで長方形に巻回して空芯のコイルを形成する巻線方法において、
巻回された前記コイルに位置出しレバーを挿入し、該位置出しレバーを移動させて前記コイルの内側の基準面に前記位置出しレバーの突き当て基準面を当接させて前記コイルを所定の位置まで移動させ、前記平角線を切断することを特徴とする巻線方法。
（５）（４）において、前記位置出しレバーによって前記コイルを移動させる際、前記平角線に送り方向の推力を付与することを特徴とする巻線方法。
（６）（４）又は（５）において、前記平角線を切断する際、前記平角線を固定し、前記位置出しレバーによって前記平角線に張力を付与した状態で、前記平角線を切断することを特徴とする巻線方法。
（１）及び（４）によれば、巻回されたコイルの基準面に位置出しレバーの突き当て基準面を当接させ、この突き当て基準面の位置に基づいて、平角線の切断位置を決定することにより、コイルから延出する平角線の先端部の位置をコイルの基準面に対して正確に位置出しすることができる。
（２）及び（５）によれば、位置出しレバーによってコイルを移動させる際、平角線の送りに対して作用する抵抗力を軽減することができ、コイルの変形を防止することができる。
（３）及び（６）によれば、切断時に平角線に張力をかけることにより、切断部の端部が切断手段のから逃げるので、切断部の変形を防止して円滑に切断を行うことができる。

本発明に係る巻線装置及び巻線方法によれば、平角線をエッジワイズ巻きで長方形に巻回した空芯のコイルにおいて、コイルから延出する平角線の先端部の位置をコイルの内側の基準面に対して正確に位置出しすることができる。

本発明の一実施形態に係る巻線装置の側面図である。 図１に示す装置の概略構成を示す説明図である。 図１に示す装置の曲げユニットの斜視図である。 図１に示す装置の位置出しユニットの斜視図である。 図４に示す位置出しユニットの側面図である。 図３の曲げユニットによって平角線を長方形に巻回す送り工程を示す図である。 図４の位置出しユニットによる位置出し工程を示す図である。 図４の位置出しユニットによる位置出し工程を示す図である。 平角線をエッジワイズ巻きで長方形に巻回した空芯のコイルの斜視図である。 図９に示すコイルの縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る巻線装置４は、図９及び図１０に示す平角線をエッジワイズ巻きで長方形に巻回した空芯のコイル１を製造するための装置である。巻線装置４は、コイルボビン５に巻かれた線材である平角線２を供給する供給ユニット６と、供給ユニット６から供給された平角線２の巻き癖を除去するストレートナ７と、平角線２の表面の絶縁層を剥離して剥離部２Ａを形成する剥離ユニット８と、平角線２を各ユニットを通して送るための送りユニット９（送り手段）と、平角線を固定するクランプユニット１０と、平角線２を巻回してコイル１を形成する曲げユニット１１（曲げ手段）と、巻回されたコイル１の位置出しを行う位置出しユニット１２（位置出し手段）と、平角線２を切断する切断ユニット１３（切断手段）とを備えている。

供給ユニット６は、ボビン５に巻かれた線材である平角線２を引き出して、送りユニット９の送りにより、平角線２を各ユニットを通して連続的に供給する。供給ユニット６から引き出された平角線２は、長方形断面の長辺が水平方向になるように送られる。

ストレートナ７は、供給ユニット６から引き出された平角線２を所定の角度で配置された複数のローラ間を通過させて扱くことにより、巻き癖を除去して、直線状になるように矯正するものである。

剥離ユニット７は、縦方向剥離部８Ａ及び横方向剥離部８Ｂとからなり、縦方向剥離部８Ａにより、平角線２の両側面（長方形断面の短辺）の絶縁層を剥離し、横方向剥離部８Ｂにより平角線２の上下両面（長方形断面の長辺）の絶縁層を剥離する。剥離ユニット７は、これを通して送られる平角線２に対して、所定のタイミングで所定長さだけ絶縁層を剥離することにより、巻回されるコイル１の両端部に相当する位置に剥離部２Ａを形成することができる。

送りユニット９は、送りクランプ１４によって平角線２をクランプし、送りモータにより推力を付与して、送り方向及び戻し方向に送ることができ、また、送り量を検知して、送り量を制御できるようになっている。更に、送りモータの出力を調整して、推力の制御が可能となっている。

クランプユニット１０は、固定クランプ１０Ａ及び可動クランプ１０Ｂによって平角線２をクランプすることにより、各ユニットを通る平角線２を固定するようになっている。

曲げユニット１１は、図３に示すように、送りユニット９によって送られる平角線２を案内する案内溝１５と、案内溝１５に案内される平角線２の側部に配置された曲げ軸１６と、曲げ軸１６が挿入され、平角線２の下面を支持する曲げクランプ１７と、曲げ軸１６の回りを回動に設けられた曲げコマ１８とを備えている。曲げ軸１６は、案内溝１５に案内される平角線２の側面（長方形断面の短辺）に接触して鉛直方向に延びる軸部１６Ａと、軸部１６の上端部に形成された大径のフランジ状の押えクランプ部１６Ｂとを有し、上下方向に移動可能に設けられている。曲げ軸１６は、下降して、押えクランプ部１６Ｂと曲げクランプ１７との間で平角線２の上下面を押えてクランプする曲げ位置と、上昇して平角線２を解放する送り位置（図２参照）とを選択的に移動可能になっている。

曲げユニット１１によってコイル１を巻回する工程について、主に図６を参照して説明する。
図６（Ａ）を参照して、曲げ軸１６を上昇させて送り位置とし、送りユニット９によって平角線２を案内溝１５に沿って曲げ軸１６の側部の所定位置まで送る。図６（Ｂ）を参照して、曲げ軸１６を下降させ、曲げ位置として平角線２をクランプし、曲げコマ１７を回転させて平角線２を曲げ軸１６の軸部１６Ａに沿って直角に折り曲げる。このとき、平角線２の上下面を押えクランプ部１６Ｂと曲げクランプ１７とで押えることにより、平角線２の曲げによる膨らみを防止する。図６（Ｃ）を参照して、曲げコマ１７を原位置に戻し、曲げ軸１６を上昇させて送り位置とし、送りユニット９によって平角線２をコイル１の短辺又は長辺（図６（Ｃ）では短辺）に相当する所定量だけ送る。そして、曲げ軸１６を曲げ位置まで下降して平角線２をクランプする。図６（Ｄ）を参照して、曲げコマ１７を回転させて、平角線２を曲げ軸１６の軸部１６Ａに沿って直角に折り曲げる。このようにして、平角線２に対して、コイル１の長方形の短辺及び長辺に相当する送り量の送り、及び、直角の折り曲げを適宜繰り返えすことにより、平角線２を長方形にエッジワイズ巻きして、空芯のコイル１を形成する。

ここで、上述の平角線２の曲げコマ１７による折り曲げの間の送り量を適宜調整することにより、コイル１の形状を設定することができ、例えば、角錐台とし、また、多重巻きとすることが可能になる。

位置出しユニット１２は、図４及び図５に示すように、曲げユニット１１によって巻回されたコイル１を載置して送り方向に沿って移動可能に案内するスライドテーブル１９と、スライドテーブル１９上に載置されたコイル１に挿入可能な位置出しレバー２０と、スライドテーブル１９上に載置されたコイル１の送り方向前方に配置されたクランププレート２１と、スライドテーブル１９上に載置されたコイル１を上方から押圧する押えプレート２２とを備えている。

位置出しレバー２０は、エアシリンダ２３によって上下方向に移動可能であり、コイル１の内側の基準面１Ｃに当接する突き当て基準面２４を有している。突き当て基準面２４は、コイル１が取付けられるコア３のコイル１の基準面１Ｃとの当接面と同様の形状に形成されている。また、位置出しレバー２０は、位置出しモータ２５によって平角線２の送り方向に沿って移動可能であり、位置センサ等の検出に基づき、移動位置を制御可能となっている。

クランププレート２１は、エアシリンダ２６により、位置出しレバー２０に対して進退動可能となっており、位置出しレバー２０との間でコイル１を挟持するようになっている。押えプレート２２は、スライドテーブル１９上に載置されたコイル１の上面に対向して、上下方向に移動可能に弾性的に保持されている。そして、位置出しレバー２０を下降させてスライドテーブル１９上のコイル１内に挿入したとき、押えプレート２２がコイル１を上面から弾性的に押えて、巻回されたコイル１の平角線２間の隙間を詰めて保持する。クランププレート２１及び押えプレート２２は、平角線２の送り方向に沿って移動可能に支持されており、コイル１をクランプした状態では、位置出しレバー２０及びコイル１と共に移動する。

切断ユニット１３は、曲げユニット１１と位置出しユニット１２との間に固定配置され、エアシリンダ２７によって駆動される一対の切断刃２８によって平角線２を切断（せん断）するようになっている。

巻線装置４には、供給ユニット６、剥離ユニット８、送りユニット９、クランプユニット１０、曲げユニット１１、位置出しユニット１２及び切断ユニット１３の作動を制御する制御装置（図示せず）が設けられている。
制御装置は、各ユニットの作動を制御して以下の工程を実行する。

送りユニット９を作動させ、供給ユニット６から引き出された平角線２を各ユニットを通して送る。平角線２は、ストレートナ７で巻き癖が除去され、直線状に矯正される。送りユニット１０による送り量を制御し、各ユニットに対して、平角線２の送り及び位置決めを行い、適宜、クランプユニット１０を作動させて平角線２をクランプして固定する。

剥離ユニット８を作動させ、平角線２のコイル１の両端部に相当する位置の絶縁層を剥離して剥離部２Ａを形成する。

曲げユニット１１を作動させ、上述のように、図６（Ａ）〜（Ｄ）に示す平角線２の送り及び折曲を繰り返えして、平角線２をエッジワイズ巻きで長方形に巻回して空芯のコイル１を形成する。

次に、位置出しユニット１２において、コイル１から延出する平角線２の先端部の位置出しを行う工程について、主に図７及び図８を参照して説明する。

図７（Ａ）を参照して、送りユニット９を作動させて、曲げユニット１１によって巻回されたコイル１を位置出しユニット１２のスライドテーブル１９上に送る。このとき、送りユニット９の送りクランプ１４は、クランプ状態、クランプユニット１０の可動クランプ１０Ｂは、解放状態、曲げユニット１１の曲げ軸１６は、送り位置として、平角線２の送りを可能にする。スライドテーブル１９上のコイル１の送り位置は、最終的に決定される切断ユニット１３による平角線２の切断位置（位置出し点）に対して、やや（本実施形態では６ｍｍ程度）手前になるようにする。

図７（Ｂ）を参照して、エアシリンダ２３を作動させて位置出しレバー２０を下降させ、押えプレート２２をコイル１の上面に当接させ、押圧して、コイル１の巻回時の膨らみを押える。このとき、位置出しレバー２０の平角線２の送り方向の位置は、コイル１の基準面１Ｃと位置出しレバー２０の突き当て基準面２４との間に、適当な（本実施形態では２ｍｍ程度の）隙間Ｃが生じる位置とする。

図７（Ｃ）を参照して、位置出しモータ２５を作動させ、位置出しレバー２０を送り方向に適当量（本実施形態では４ｍｍ程度）だけ移動させる。これにより、位置出しレバー２０の突き当て基準面２４をコイル１の基準面１Ｃに当接させ、コイル１を送り方向に適当量（本実施形態では２ｍｍ程度）移動させて、最終的な位置出し点のやや手前に配置する。このとき、送りユニット９を推力制御に切換えて、ストレートナ７の抵抗力と釣合う送り方向の推力を平角線２に付与することにより、コイル１の変形を防止してコイル１を円滑に移動することができる。

図８（Ａ）を参照して、位置出しレバー２０を固定し、エアシリンダ２６によりクランププレート２１を前進させて、コイル１の短辺１Ｂの外側に当接させ、クランププレート２１と、コイル１の基準面１Ｃに当接した位置出しレバー２０の突き当て基準面２４との間でコイル１の短辺１Ｂをクランプする。このとき、送りユニット９は、モータを停止させて、平角線２Ａが後退できるようにし、クランププレート２１の押圧力により、位置出しレバー２１が後退した場合に、平角線２Ａが弛むのを防止する。

コイル１の基準面１Ｃに位置出しレバー２０の突き当て基準面２４が当接する際、基準面１Ｃから最も突出した平角線２´（図１０参照）が突き当て基準面２４に当接することになるので、位置出しレバー２０の突き当て基準面２４の位置により、実際にコイル１がコア３に取付けられる際のコイル１の基準面１Ｃの位置出しを正確に行うことができる。

図８（Ｂ）を参照して、位置出しモータ２５を作動させて位置出しレバー２０を送り方向に移動させ、突き当て基準面２４と切断ユニット１３の切断刃２８との間の距離がコイル１の基準面１Ｃから平角線２の先端部まで規定の長さＬになるようにする。このとき、送りユニット９を再度、推力制御に切換えて、ストレートナ７の抵抗力と釣合う送り方向の推力を平角線２に付与することにより、コイル１の変形を防止してコイル１を円滑に移動させることができる。

図８（Ｃ）を参照して、クランプユニット１０の可動クランプ１０Ｂをクランプ位置に移動させると共に、曲げユニット１１の曲げ軸１６を曲げ位置に移動させて平角線２を固定する。このとき、送りユニット９では、モータを停止し、送りクランプ１４のクランプを解除する。そして、位置出しモータ２５により位置出しレバー２０に送り方向の推力を付与して平角線２に適度な張力をかける。この状態で、切断ユニット１３のエアシリンダ２７を作動させて切断刃２８により平角線２を切断する。このとき、突き当て基準面２４と切断ユニット１３の切断刃２８との間の距離がコイル１の基準面１Ｃから平角線２の先端部まで規定の長さＬとなっているので、平角線２は、剥離部２Ａの中央部で切断されることになる。切断時に平角線２に張力をかけることにより、切断部の端部が切断刃２８から逃げるので、切断部の変形を防止して円滑に切断を行うことができる。

その後、位置出しレバー２０及びクランププレート２１によるクランプを解除し、位置出しレバー２０及び押えプレート２２を上昇させて、完成したコイル１を払い出す。
このようにして、コイル１から延出した平角線２の先端部を実際にコア３に当接する基準面１Ｃを基準として正確に位置出しすることができる。

１…コイル、１Ｃ…基準面、２…平角線、４…巻線装置、９…送りユニット（送り手段）、１１…曲げユニット（曲げ手段）、１２…位置出しユニット（位置出し手段）、１３…切断ユニット（切断手段）、２０…位置出しレバー、２４…突き当て基準面

Claims (6)

1. 平角線を送る送り手段と、平角線を折曲し、エッジワイズ巻きで長方形に巻回して空芯のコイルを形成する曲げ手段と、平角線を切断して前記コイルを分離する切断手段と、前記コイルの内側の基準面と前記コイルから延びる平角線の切断端との間の長さを調整する位置出し手段とを備えた巻線装置であって、
   前記位置出し手段は、前記コイル内に挿入されて前記基準面に当接する突き当て基準面を有し前記平角線の送り方向に沿って移動可能な位置出しレバーを備え、
   巻回された前記コイルに前記位置出しレバーを挿入し、該位置出しレバーを送り方向に移動させ、前記突き当て基準面を前記基準面に当接させて前記コイルを所定の位置まで移動させ、前記切断手段によって前記平角線を切断することを特徴とする巻線装置。
2. 前記位置出しレバーによって前記コイルを移動させる際、前記送り手段によって前記平角線に送り方向の推力を付与することを特徴とする請求項１に記載の巻線装置。
3. 前記切断手段によって前記平角線を切断する際、前記平角線を固定し、前記位置出し手段によって前記平角線に張力を付与した状態で、前記平角線を切断することを特徴とする請求項１又は２に記載の巻線装置。
4. 平角線を折曲し、エッジワイズ巻きで長方形に巻回して空芯のコイルを形成する巻線方法において、
   巻回された前記コイルに位置出しレバーを挿入し、該位置出しレバーを移動させて前記コイルの内側の基準面に前記位置出しレバーの突き当て基準面を当接させて前記コイルを所定の位置まで移動させ、前記平角線を切断することを特徴とする巻線方法。
5. 前記位置出しレバーによって前記コイルを移動させる際、前記平角線に送り方向の推力を付与することを特徴とする請求項４に記載の巻線方法。
6. 前記平角線を切断する際、前記平角線を固定し、前記位置出しレバーによって前記平角線に張力を付与した状態で、前記平角線を切断することを特徴とする請求項４又は５に記載の巻線方法。

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