(57)【要約】  本発明は、スロット付巻回コア（５０）を製造する方法及び装置を提供する。この装置は、長い材料（１２ａ）に穿孔するよう構成されたパンチ機構（１６）と、穿孔された材料を受けるマンドレル（２２）と、制御手段と、マンドレル回転手段とを具える。パンチ機構とマンドレルの位置は固定されており、マンドレル（２２）は前記パンチ機構の動作ごとにマンドレル回転手段により回転されることにより前記マンドレル（２２）上に穿孔された材料のロールが形成される。このマンドレル（２２）は前記制御手段により決定された量だけ回転される。この制御手段が回転量を決定し、これにより長い材料における任意の穿孔が当該材料（１２ａ）がマンドレル（２２）上に巻回された場合に互いに整列し、この整列した穿孔がコア（５０）における所望の構成の各スロット（５２）を形成する。【選択図】図２
2007520986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロット付巻回コアを製造するための穿孔／巻回装置において、当該装置が長い材料に穿孔するよう構成されたパンチ機構と、穿孔された材料を受けるマンドレルと、制御手段と、マンドレル回転手段とを具え、前記パンチ機構と前記マンドレルの位置が固定されており、前記マンドレルが前記パンチ機構の動作ごとに前記マンドレル回転手段により回転されることにより前記マンドレル上に穿孔された材料のロールが形成され、前記マンドレルは前記制御手段により決定された量だけ回転され、前記制御手段がこの回転量を決定し、これにより長い材料における選択された穿孔が当該材料がマンドレル上に巻回された場合に互いに整列し、この整列した穿孔がコアにおける所望の構成の各スロットを形成することを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の穿孔／巻回装置において、前記スロットの所望形状は真っ直ぐかつ放射状に延在することを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の穿孔／巻回装置において、前記マンドレル回転手段は前記マンドレルの回転量を調節しながら回転することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の穿孔／巻回装置において、前記コアに形成されるスロットは、前記材料のロールにおいて放射状に延在し、ほぼ直線的な両側壁を有することを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の穿孔／巻回装置がさらに、前記マンドレル上の穿孔された材料のロールの寸法を測定するロール測定手段を具えることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の穿孔／巻回装置において、前記測定された寸法は、前記制御手段への入力として供給されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の穿孔／巻回装置において、穿孔された材料のロールの測定寸法は、前記マンドレル上の穿孔された材料ロールの半径であることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項５乃至７に記載の穿孔／巻回装置において、前記ロール測定手段は、線形可変差動変成器（ＬＶＤＴ）を具えることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項５乃至８に記載の穿孔／巻回装置において、前記制御手段は、アルゴリズムと、前記マンドレル上の穿孔された材料ロールの測定された寸法とを用いて回転量を決定するよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９に記載の穿孔／巻回装置がさらに、当該穿孔／巻回装置の動作中に長い材料に所望の張力を維持するよう構成された第１のロール手段を具えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の穿孔／巻回装置において、前記第１のロール手段により、穿孔／巻回装置の予送り動作において、長い材料の最初の部分の予送りが正確に行われることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の穿孔／巻回装置において、前記第１のロール手段は、サーボ制御で駆動されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２に記載の穿孔／巻回装置がさらに、穿孔された材料を前記マンドレルに案内するよう構成された第２のロール手段を具えることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の穿孔／巻回装置において、前記第２のロール手段は、これから穿孔される材料を前記パンチ機構に対して直角に維持するよう作用することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の穿孔／巻回装置において、前記第２のロール手段は、自由回転する一対のローラを具えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の穿孔／巻回装置において、前記第２のロール手段は、単一の回転ローラを具え、ロールを完全に巻回する際に、前記ローラを離れる材料の角度が水平面と交差しないようにしていることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６に記載の穿孔／巻回装置において、前記マンドレルは、前記予送りした材料の先端を前記マンドレルに取り付けるための一時固定手段を具えることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の穿孔／巻回装置において、前記固定手段は、前記マンドレルに形成され前記材料の先端を収容する放射方向のスロットカットを具えることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８に記載の穿孔／巻回装置がさらに、前記材料を切り離す切断手段を具えることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の穿孔／巻回装置において、前記切断手段は、前記パンチ機構と組み合わされる着脱可能なアタッチメントとして構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１乃至２０に記載の穿孔／巻回装置がさらに、完成形のコアの切断端部または自由端部を、完成したコアにスポット溶接あるいは接着剤で固着する溶接手段および／または接着剤供給手段を具えることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１乃至２１に記載の穿孔／巻回装置がさらに、コアが完成したら自動的に脱着するコア脱着手段を具えることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項７に記載の穿孔／巻回装置において、前記制御手段は、前記マンドレル上の穿孔された材料の半径の値をリードするよう構成されたデジタルコンピュータ部品を具えることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の穿孔／巻回装置において、前記デジタルコンピュータ部品はさらに、前記長い材料における任意の穿孔が前記マンドレル上に巻回された際に互いに整列して前記コアの各スロットを形成するように、前記マンドレルの角度の変更量を算出するよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項１乃至２４に記載の穿孔／巻回装置において、前記制御手段は、前記マンドレル上の材料のロールの半径を判定し、前記マンドレル回転手段を駆動して前記マンドレルを算出した指示角度だけ回転させ、前記マンドレル上に形成された材料のロールの周りにさらに材料を引き込み、前記パンチ機構を動作させて長い材料に穿孔を形成し、このプロセスを前記マンドレル上に所望の材料半径が得られるまで繰り返し行うことを特徴とする装置。
【請求項２６】
角度αだけ離れて隣接する放射状のスロットを具える磁気伝導コアを形成する方法であって、当該方法は：
（ａ）材料を長さ方向に繰り出してパンチ機構に通してから、当該材料の端部をマンドレルに取り付けるステップと；
（ｂ）前記材料における第１の地点Ｂと第２の地点Ｃ間の長さＢＣを算出するステップであって、ここでＢ地点は前記パンチ機構のパンチの中心と前記材料との間のインターセプト点であり、前記第２の地点Ｃは前記マンドレルに巻回された材料とロール半径測定手段とが接触する点であるステップと；
（ｃ）材料に次の穿孔をパンチする位置Ａを決定するステップであって、当該位置Ａは：
III  前記マンドレルの中心から地点Ｃまで延びる半径と、マンドレル上の材料のロールの円周に対して横にした場合に地点Ａの穿孔が延びてなるスロットの中心線を形成する半径との間の角度θを決定するステップと；
IV  材料における第１の地点Ａと第２の地点Ｃ間の長さＡＣを、下記の式により決定するステップと；
2007520986.tif 000006
ここで、ｒはＣにおいてロール半径測定手段により測定したロールの半径であり、ｔは穿孔される材料の厚さであり；
III  第１の地点Ａと第３の地点Ｂとの間の長さＡＢを、下記の式により算出するステップと；
ＡＢ＝ＡＣ−ＢＣ
（ｄ）繰り出し長さＡＢを得るのに要するマンドレルの回転角度γを算出するステップと；
（ｅ）前記マンドレルを回転角度γだけ回転させるステップと；
（ｆ）前記パンチ機構を用いて前記材料に穿孔するステップと；
（ｇ）所望のコア半径となるまでステップ（ｂ）から（ｆ）までを繰り返すステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載のスロット付巻回コアを形成する方法において、前記回転角度γは式
2007520986.tif 000007
により算出されることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６または２７に記載の方法がさらに、前記材料を前記マンドレルに接触するまで繰り出し、マンドレル取付手段に供給する最初の予送り工程を具えることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２６乃至２８に記載の方法において、前記マンドレルを１回完全に回転させた後、永久固定手段により前記マンドレル上の材料の第１の層を第２の層に貼りつけ、これにより前記マンドレルから取り外したときに前記材料のロールの内径がほどけないようにすることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２６乃至２９に記載の方法において、前記マンドレル上の材料のロールが所望の外径となったら、切断手段により材料を所望の箇所で切断し、取付手段により恒久的に切断した端部を材料のロールに固定してほどけないようにすることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２６乃至３０に記載の方法がさらに、完成したロールを自動的に脱着するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２６乃至３１に記載の方法がさらに、前記ロールの長い材料の最初の穿孔していない部分を切り取って、当該材料の穿孔により形成されるスロットを前記ロールの外周から中心まで延在させるステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項２６乃至３２に記載の方法において、前記ロールの端部を固定して、前記ロールが不用意にほどけないようにするステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項２６乃至３３に記載の方法において、前記ステップ（ａ）と（ｂ）の間において、前記マンドレルを回転させるのではなく、前記第１のロール手段を用いて、前記材料の適切な位置に穿孔し、その後マンドレル固定手段に材料が到達するまで送りプロセスを再開することにより、最初の繰り出しプロセスを開始および終了することを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項２６乃至３４のいずれかに記載の方法により製造された巻回コア。
【請求項３６】
請求項３５に記載の巻回コアにおいて、磁気的に伝導性であることを特徴とする巻回コア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長い材料を穿孔し巻回することにより、スロット付巻回製品を製造する自動装置に関する。限定するものではないが、この装置は特に、電気モータやその類似物で見られる種類のコアの製造に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
電気モータ、発電機、変圧器などの装置は、広く「ステータ」として知られている磁気伝導ベースを具えている。このステータはコアと巻き線を具える。通常この巻き線は銅の巻き線であり、コアに形成されたスロット内に配置される。
【０００３】
ステータは、一般に２つの基本構造に適合可能である。第１の構造は「放射磁束（radial flux）」として知られており、第２の構造は「軸磁束（axial flux）」として知られている。「放射磁束」構造を有するステータでは、トルクを生成する磁束は、回転軸と直交する方向に流れる。「軸磁束」構造を有するステータでは、トルクを生成する磁束は、回転軸と平行する方向に流れる。
【０００４】
「軸磁束」構造に適合するステータを有する装置は、その扁平で丸い形状から、「パンケーキ」デバイスと呼ばれている。他方、「放射磁束」構造に適合する装置は通常ドラム型となる。
【０００５】
一般に「軸磁束」構造に適合する装置の方が優れていると考えられている。しかしながら、このような装置の磁気コアの製造は容易ではないことも理解されている。
【０００６】
米国特許２３５６９７２は、電気デバイス用の積層コアの製造装置を開示している。図１は、米国特許２３５６９７２に開示された装置デザインを示す図である。コアは穿孔と巻回プロセスにより形成され、すなわちコア形成材料に穿孔がパンチされ、その後ロール２上に巻回される。プロセスを開始するにあたり、コア形成材料の自由端部を９０°の角度に折り曲げ、ロール２の位置決めスロット４内に収める。その後ロール２全体を所望の回転角（すなわち、コアにおける連続するスロット間の角度）になるまで回転させ、それ自身の外周に材料を巻き取る。その後、パンチ／ダイ配置具６により材料に穿孔が開けられる。この工程が、所望のロールサイズとなるまで繰り返される。
【０００７】
図１に示すように、ロール２全体がリニアスライダ７上に搭載されており、ロール２が垂直方向に自由に動くようになっている。ローラ１０は、ロール２の頂部が常に設定した高さに維持されるように作用し、したがってロール２の半径が増大するとスプリング９が圧縮される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
当業者には予測可能であるが、この形状のコアを製造する際に難しいのは、所望の「直線状の（strait sided）」放射スロットが形成されるために正確に整列するよう材料を穿孔することである。これらの穿孔が等間隔で開けられた場合、「直線状の」スロットとはならない。この問題に取り組むべく、米国特許２３５６９７２に記載の装置はランプ１１を具えている。このランプ１１はロール２側に押圧されており、ロール２の半径が増大するに伴い、パンチ／ダイ配置具６をロール２から離れるよう水平方向に移動させる。スプリング１２により、確実にランプ１１が連続的にロール２に押しつけられるようにしている。ブレーキ１４とガイドローラ１３により、確実に材料がパンチ／ダイ配置具６に制御された方法で供給される。パンチ／ダイ配置具６を水平方向に移動させると、それが正しく行われれば、コアに所望の「直線状の」放射スロットが形成される。しかしながら、パンチ／ダイ配置具６およびロール２と材料を水平に保つのが困難であるため、常にうまくいくものではない。
【０００９】
また、米国特許２３５６９７２の装置のパンチ変位部材が摩耗すると、パンチ／ダイ配置具６による穿孔の位置決め精度が低くなり、生産されたコアのスロット不良が生じることが予測される。
【００１０】
「直線状の」放射状スロットを具えるコアを製造すべく他の形態の装置も開発されているが、これらも穿孔の位置決めの観点で精度に欠けるものである。
【００１１】
本発明は、穿孔と巻回の改良した装置を探求したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様により、スロット付巻回コアを製造するための穿孔／巻回装置が提供され、当該装置は長い材料に複数の穿孔を開けるよう構成されたパンチ機構と、穿孔された材料を受け取るマンドレルと、制御手段と、マンドレル回転手段とを具え、前記パンチ機構とマンドレルの位置が固定されており、前記マンドレルが、前記パンチ機構の動作ごとに前記マンドレル回転手段により回転され、これにより穿孔された材料のロールが前記マンドレル上に形成され、前記マンドレルが前記制御手段により決定された量だけ回転され、前記制御手段はこの回転量を決定し、これにより材料がマンドレル上に巻かれた場合に前記長さ方向に設けられた穿孔が互いに整列し、この整列した穿孔がそれぞれコアにおける所望形状のスロットを構成することを特徴とする。
【００１３】
好適には、前記スロットの所望形状は「直線的に」かつ放射状に延在することを特徴とする。
【００１４】
好適には、前記マンドレルは、マンドレル回転手段により細かく量が調整可能に回転されることを特徴とする。
【００１５】
好適には、前記コアに形成されるスロットは、前記材料のロールにおいて放射状に延在し、ほぼ直線的な両側壁を有する。しかしながら、この装置で様々なスロット構造あるいは構造の組み合わせを製造してもよい。
【００１６】
好適には、前記穿孔／巻回装置はまた、穿孔された材料のマンドレル上のロールの大きさを測定するロール測定手段を具える。このロール測定手段は線形可変作動変成器（ＬＶＤＴ）またはこれに類するものを具えてもよい。測定された寸法は、好適には制御手段への入力として供給される。ここで測定される穿孔された材料のロールの寸法は、好適にはマンドレル上の穿孔された材料ロールの半径である。
【００１７】
好適には、前記制御手段は、アルゴリズムと、マンドレル上の穿孔された材料ロールの測定された寸法とを用いて回転量を決定するよう構成されている。
【００１８】
好適には、前記穿孔／巻回装置はまた、当該穿孔／巻回装置の動作中に長い材料に所望の張力を維持するよう構成された第１のロール手段を具える。この第１のロール手段はまた、穿孔／巻回装置の予送り動作において、長い材料の最初の部分の繰り出しを正確に行う役割を果たす。第１のロール手段は、好適には、サーボ制御で駆動されている。
【００１９】
好適には、前記穿孔／巻回装置はまた、穿孔された材料をマンドレルに案内するよう構成された第２のロール手段を具える。本発明の好適な実施例によると、穿孔された材料をマンドレルに案内するのに加えて、この第２のロール手段は、これから穿孔される材料をパンチ機構に対して直角に維持するよう作用する。
【００２０】
好適には、第２のロール手段は、自由回転する一対のローラとして構成される。本発明の別の実施例では、単一の回転ローラを用いて、ロールを完全に巻回する際に、ローラを離れる材料の角度が決して水平面と交差しないようにしてもよい。
【００２１】
好適には、前記マンドレルは、予送りした材料の先端をマンドレルに取り付けるための一時固定手段を具えてもよい。この固定手段は、マンドレルに形成され材料の先端を収容する放射方向のスロットカットであることが好ましい。
【００２２】
コアを完成させて一つの自立構造として取り外せるようにするには、材料を切断してその自由端を完成したコアに恒久的に固着させる必要がある。好適には、パンチ機構に選択的に着脱しうる切断出段が設けられる。切断された材料の自由端部は、完成したコアにスポット溶接あるいは接着剤で固着されることが好ましい。この装置は、溶接手段および／または接着剤供給手段を具えることが好ましい。
【００２３】
前記マンドレルに、コア脱着手段が設けられていることが好ましい。このコア脱着手段は、コアが完成したら自動的に脱着するよう構成される。
【００２４】
前記制御手段は、前記ロール測定手段で計測されたマンドレル上の材料の半径の値をリードするよう構成されたデジタルコンピュータ部品を具えることが好ましい。このデジタルコンピュータ部品はさらに、長い材料における任意の穿孔が前記マンドレル上に巻回された際に互いに整列してコアの各スロットを形成するように、マンドレルの角度の変更量を算出するよう構成されていることが好ましい。
【００２５】
前記制御手段は、前記マンドレル上の材料のロールの半径を判定し、マンドレル回転手段を動作させてマンドレルを算出した角度だけ回転させ、マンドレル上に形成された材料のロールの周りにさらに材料を引き込み、パンチ機構を駆動して長い材料に穿孔を形成し、このプロセスをマンドレル上に所望の材料半径が得られるまで繰り返し行うことが好ましい。
【００２６】
この制御手段は、マンドレル回転手段を非常に精密に制御するよう構成されている。これにより、マンドレル上の材料のロールに形成されるスロットの精度が向上する。また、穿孔／巻回装置の物理的構成や拘束を変化させることなく、制御手段の機能動作を変更して、マンドレル上の材料のロールに形成されるスロットの形状を変化させるようにしてもよい。
【００２７】
本発明の第２の態様は、角度αだけ離れて隣接する放射状のスロットを具える磁気伝導コアを形成する方法を提供することにあり、この方法は：
（ａ）長い材料を繰り出してパンチ機構に通してから、当該材料の端部をマンドレルに取り付けるステップと；
（ｂ）前記材料における第１の地点Ｂと第２の地点Ｃ間の長さＢＣを算出するステップであって、ここでＢ地点は前記パンチ機構のパンチの中心と前記材料との間のインターセプト点であり、前記第２の地点Ｃは前記マンドレルに巻回された材料とロール半径測定手段とが接触する点であるステップと；
（ｃ）材料に次の穿孔をパンチする位置Ａを決定するステップであって、当該位置Ａは：
I  マンドレルの中心から地点Ｃまで延びる半径と、マンドレル上の材料のロールの円周に対して横にした場合に地点Ａの穿孔が延びてなるスロットの中心線を形成する半径との間の角度θを決定するステップと；
II  材料における第１の地点Ａと第２の地点Ｃ間の長さＡＣを、下記の式１により決定するステップと；
2007520986.tif 000003
ここで、ｒはＣにおいてロール半径測定手段により測定したロールの半径であり、ｔは穿孔される材料の厚さであり；
III  第１の地点Ａと第３の地点Ｂとの間の長さＡＢを、下記の式により算出するステップと；
ＡＢ＝ＡＣ−ＢＣ
（ｄ）繰り出し長さＡＢを得るのに要するマンドレルの回転指示角度γを、下記の式２により算出するステップと：
2007520986.tif 000004
（ｅ）前記マンドレルを指示角度γだけ回転させるステップと；
（ｆ）前記パンチ機構を用いて前記材料に穿孔するステップと；
（ｇ）所望のコア半径となるまでステップ（ｂ）から（ｆ）までを繰り返すステップとを具えることを特徴とする。
【００２８】
式２は、例えば、マンドレル上の材料のロールの渦巻き構造に起因する路長（path length）の変化により、必要な回転角の概算に過ぎない場合がある。この概算を修正するために、ステップｄ）は、式２に合体する二分探索アルゴリズムといったより厳密な反復の数値計算に置き換えられてもよい。
【００２９】
好適には、最初の予送り工程において、材料はマンドレルに接触するまで繰り出され、マンドレル取付手段に供給される。このマンドレル固定手段は、典型例では、マンドレルに形成された放射状のスロットを具える。マンドレルに最初に供給する際、スロットに近い材料を折り曲げて、当該材料をマンドレルに取り付けるようにする。
【００３０】
好適には、マンドレルを１回完全に回転させた後、永久固定手段によりマンドレル上の材料の第１の層を第２の層に貼りつけ、これによりマンドレルから取り外したときに材料のロールの内径がほどけないようにする。
【００３１】
好適には、マンドレル上の材料のロールが所望の外径となったら、切断手段により材料を所望の箇所で切断し、取付手段により恒久的に切断した端部を材料のロールに固定してほどけないようにする。
【００３２】
好適には、完成したロールは自動的に脱着される。
【００３３】
好適には、上記プロセスのステップはすべて自動で行われ、このプロセスは人間の作用なしに実行される。
【００３４】
本発明の好適な実施例によると、所望のコア半径となったら、ロールはマンドレルから脱着される。ロール上の長い材料の最初の箇所で（これは、材料が穿孔されていない箇所である）、ロールから切り離される。これにより、材料の穿孔により形成されたスロットが、ロールの外側から中心へ向かって延在する。
【００３５】
固定手段を用いてロール端部を固定し、ロールが不用意にほどけないようにしてもよい。
【００３６】
好適には、ステップ（ａ）と（ｂ）の間で、最初の繰り出しプロセスを、マンドレルを回転するのではなく、第１のロール手段を用いて駆動および停止するようにしてもよい。
【００３７】
穿孔は材料の適切な位置にパンチされ、その後マンドレル固定手段に材料が到達するまで送りプロセスが再開される。これにより、材料のロールがマンドレルから脱着された後に長い材料の最初の部分を除去する必要がなくなる。
【００３８】
本発明はまた、本発明の第２の態様により製造された巻回コアを提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の実施例を、単なる例示として、添付の図面を参照しながら以下に説明する。
【００４０】
図２は、本発明の一実施例にかかる穿孔／巻回装置２５を示す図である。この装置２５は、材料スプールマウント１２と、テンションローラセット１４と、パンチ・ダイ機構１６と、一対の安定ローラ１８と、ビルドローラ２０と、マンドレル２２とを具えている。
【００４１】
スプールマウント１２は材料１２ａのロールを受けるよう構成されており、この材料がパンチ・ダイ機構１６により穿孔されマンドレル２２に巻かれた場合に「軸磁束」構成を有するコア５０を形成する。換言すれば、コア５０（図５）に、複数の「直線状の」スロット５２が形成される。
【００４２】
パンチ・ダイ機構１６は、パンチ１６ａとダイ１６ｂと、フライホイール１６ｃと、スプリング付勢されたプッシュロッド１６ｄとを具えている。フライホイール１６ｃはドライブベルト１６ｅとドライブプーリ１６ｆにより駆動される。カム２３によりスプリング付勢されたプッシュロッド１６ｄの動作が開始され、パンチ１６ａがダイ１６ｂの方に駆動される。これにより、材料１２ａに穿孔が形成される。
【００４３】
この装置２５は、スプールマウント１２から繰り出された材料１２ａが、テンションローラセット１４を回り、パンチ・ダイ機構１６を通るよう構成されている。材料１２ａはその後、対の安定ローラ１８を通ってからビルドローラ２０に接触し、ここでマンドレル２２に巻回される。
【００４４】
材料１２ａの先端は、予送り工程によりマンドレルのスロット２２ａに挿入されることにより、マンドレル２２に固定される。この予送り工程の一部において、マンドレル２２を僅かに回転させると、スロット２２ａの開口部の近くの材料１２ａが約９０°の角度に折れ曲がり、これにより材料１２ａの先端がマンドレル２２に有効に固定されるようにしている。
【００４５】
ビルドローラ２０はリニアベアリング機構２４に搭載されており、これによりマンドレル上に形成される材料のロール半径が増大するにしたがいこれに沿って移動可能である。センサ２０ａがビルドローラ２０に取り付けられており、マンドレル上の材料のロールの半径を測定するよう構成されている。
【００４６】
装置２５の予送り工程が完了したら、コア製造工程が開始される。予送り工程と同様に、コア製造工程は、プログラム可能な装置制御部（図示せず）により制御される。この制御部は、マンドレル２２上の材料１２ａの半径の測定をセンサ２０ａに指示する。この制御部（他のデバイスを含んでもよいが）はその後、パンチ１６ａが材料１２ａに設ける次の穿孔が、別の穿孔と整列して後にマンドレル２２上の材料１２ａのロール（すなわち形成されたコア）に放射状に延びる所望のスロット５２を形成するように、マンドレル２２の回転量を算出する。マンドレル２２は、マンドレル回転手段（図示せず）により回転（index）される。このマンドレル回転手段は、サーボ制御された電気駆動装置の形態であってもよい。
【００４７】
マンドレル２２は角度γだけ回転され、このγは以下の式で決定される。
2007520986.tif 000005
（式３）
ここで、
γ＝ロール測定手段の角度に対応する回転角度
ｒ＝センサ２０ａが測定した半径
ｔ＝材料の厚さ
ｄ＝パンチ箇所Ｂとビルドローラ２０の接触箇所Ｃとの間の距離
である。
【００４８】
図３は、様々な接触箇所や式１に含まれるパラメータを示している。
【００４９】
式３に含まれる様々なパラメータは、適切な電子デバイスにより決定されることが望ましい。しかしながら、必要なパラメータの測定は、他の適切なデバイスにより行われてもよい。例えば材料の厚さｔなどの実質的に変化しないいくつかのパラメータは、装置を動作させる前に制御部にマニュアル入力されてもよく、あるいは精度を高めるべく動作中に測定されてもよい。
【００５０】
材料１２ａに形成される穿孔を所望の形態で整列させるべく、材料１２ａがコア５０に巻回された後は、センサ２０ａによるロール半径ｒの測定は非常に厳密でなければならない。同様に、マンドレル回転手段によるマンドレル２２の角度γの各回転も非常に正確でなければならない。
【００５１】
テンションローラセット１４は、電子サーボドライブにより駆動されることが望ましく、これによりトルクを固定することができ、テンションローラセット１４と安定ローラ１８間を通過する材料１２のテンションを制御することができる。
【００５２】
マンドレル２２上の材料１２ａの半径が所望の寸法（すなわち、所望のコア５０の寸法）に到達したら、材料１２ａを切断し、これにより生じた自由端部はスポットあるいはＴＩＧ溶接技術によりコア５０に取り付けることが好ましい。これにより、コア５０の材料１２ａがほどけるのが防止される。コア５０はその後マンドレル２２から脱着される。この切断および取付工程は、所望のコアサイズに達したら装置２５により自動的に行われることが望ましい。これらの工程を実行するデバイスは、単純化のため図２および図３では省略している。
【００５３】
図６は、コア５０を製造する際の制御部のプロセスを説明するフローチャートである。
【００５４】
当業者であれば、上述した装置２５の予送り工程では正確にロールを構成しテンションを制御するのは困難であり、マンドレル２２上に巻回される材料１２ａの最初の部分に正確に穿孔するのは不可能であることを理解するであろう。これは、通常マンドレル２２の回転による位置精度に欠けるからである。したがって、コアに形成されたスロットがロールの外側端縁からロールの内側端縁あるいは中心へと延在できるように、この材料の最初の部分は、装置２５から取り外された後にコア５０から除去する必要がある。
【００５５】
マンドレル２２上の材料ロールとパンチ装置２０間の穿孔された材料１２ａは、材料が穿孔済みであり断面積が減少しているため、引っ張りすぎとなりやすい。この問題は、この範囲の材料のテンションを制御する手段を設けることにより改善できる。好適には、テンションローラセット１４が通常動作時にテンションを制御するサーボ駆動を行い、マンドレルの駆動モータにも同様にテンション制御を行えばさらに改善する。材料のテンションを制御するために、テンションローラセット１４に取り付けられたテンション制御部は通常は「トルク制御」モードで駆動され、これによりサーボドライブモータが発生するトルクが調整される。
【００５６】
好適には、ロールから材料１２ａの最初の部分を除去する必要をなくすために、装置２５の通常動作中のテンション制御のために設けられテンションローラセット１４に取り付けられたサーボドライブは、代わりに予送り工程における精密な送り機構として用いることができる。これは、材料がマンドレル駆動装置により引っ張られるまではテンション制御が必要とならないため、シャフト位置がシャフトトルクではなく制御部により制御されるモードにおいてサーボ駆動を用いることにより実現することができる。これにより、マンドレルに取り付ける前に材料１２ａを繰り出し、穿孔工程のために停止させることができる。その結果、穿孔が好適な間隔で設けられ、材料１２ａの最初の部分を除去する必要がなくなる。この材料の位置決め工程で得られる精度レベルは、通常動作における精密フィードで通常得られるものよりはるかに低くなるが、材料１２に設けられる穿孔の数は少なく、精密度の必要もまた少ない。マンドレル２２の材料１２ａの最初の一巻きにおいて穿孔のほんの僅かなずれがあっても、パンチされていないロールの最も内側部分を除去しなくてはならない場合よりも小さな問題である。
【００５７】
テンションローラセット１４に取り付けられたサーボドライブは、一般に精密なテンション制御を行うために設けられるシャフトエンコーダといった精密なシャフト位置測定装置を必要とするため、同じ位置測定装置を用いて追加の費用をかけずに予送り工程における精密な位置制御を行うことが可能である。
【００５８】
図２において、安定ローラ１８とビルドローラ２０間の材料１２ａがほぼ水平方向に延在している。しかしながら、材料１２ａが通過する角度は、マンドレル２２の材料の半径が増大するにしたがい変化する。図４は、ビルドローラ２０のセンサ２０ａで測定した半径の変化により生じうる材料の通過範囲４０の一例を示す。図３から図４にかけて、距離ＢＣは計算が複雑であり、材料１２ａと安定ローラ１８の接点と半径ｒの判定を伴う。この計算は、二分探索アルゴリズムを用いて反復して行われることが好ましい。ただし、他にも多くの方法が考えられる。
【００５９】
上記説明から明らかなように、本発明にかかる装置は、（パンチやマンドレルといった）構成要素や米国特許２３５６９７２号に開示された種類のランプの移動を伴わないという利点がある。本発明の実施例では、マンドレルやパンチ装置の位置が固定されている。これにより、支持構造、線形ベアリング、液圧移動装置、バネ、ダンパ等の必要がないため装置の製造コストが低減される。これらの要素を取り去ることにより、さらにメンテナンスコストが低減するという利点もある。さらに、移動手段を除去すると、材料に穿孔を設ける精度が向上する。これは摩耗やスリップ、振動といったエラー要素が減少するためである。材料における穿孔の位置精度が向上すると、得られるスロットの縁の精度が向上し、この装置を用いて製造するコアの品質が向上する。
【００６０】
本発明では、移動する部品がないため装置を高速に駆動することができる。駆動速度を増大させると、製造時間が短縮し、各コアの製造コストが低減する。
【００６１】
制御アルゴリズムのソフトウェアの特性もまた、柔軟性を向上させている。従来技術の構成は、物理的なパーツを使用する機械的制御システムを用いてきた。これは往々にして、各パーツの寸法や機能により、装置の機能に限界があった。本発明の実施例ではこのような制限はない。例えば、従来技術の構成においてコアのスロット数を管理するためにラチェット機構を用いるのに対し、本発明ではプログラミングによりスロット数を調整することができ、機械設備の変更は不要である。本発明は容易に「直線状の」スロットを有するコアを製造することができるが、本発明ではさらに他の構成のスロットを有するコアも提供することができる。
【００６２】
さらに、本発明の実施例では様々なセンサを設けて精密な測定を行っており、これをさらに機械加工における摩耗レベルの把握に用いて、故障の予測を行いさらに予防するメンテナンスを行うことができる。これらの故障の予測は、機械の通常の制御と並行して同じ処理装置で行うことができる。
【００６３】
上記の説明は、スロット付巻回コアを製造する穿孔／巻回装置に関する。しかしながら、「コア」の語は、ステータに用いる種類のコアに限定されるものではない。
【００６４】
上記の発明の背景に関する説明は、本発明の内容の説明も含んでいる。ただし、参照したすべての要素が、本発明の最先の優先日においてオーストラリアや他の国で公開され、共通の普遍的な知識の一部をなすものとみるべきではない。
【００６５】
上述した実施例は、単なる例示としてみるべきであり、本発明の意図や範囲内で変形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、米国特許２３５６９７２に開示されたコア製造装置の側面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施例にかかる装置の斜視図である。
【図３】図３は、図２に示す装置に関する一対の斜視図であり、６つの連続する穿孔をパンチする前後において、重要な接触箇所や式に用いるパラメータを詳述する図である。
【図４】図４は、コアが形成されるにしたがい材料が延在する位置範囲を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例に係る装置により製造される磁気伝導コアの斜視図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例に係る磁気伝導コアの製造プロセスを説明するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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