(57)【要約】【課題】材料費的にも作業工数的にも無駄無く効率的に、さらに多段コイル製作の更なる自動化を図ることにより安価なコイルを製作する装置及び多段コイル並びに変圧器を提供する。【解決手段】平角電線４１を巻線した多段コイルを製作する装置において、平角電線４１の板厚方向に互いに向かい合い、平角電線を圧延するよう挟み込む１対の押当部材１４、１５を有する圧延部１１と、圧延した平角電線を受ける受板２２を有するストック部２１と、押当部材１４、１５の挟み込み角度を制御する押当部材制御部３と、受板２２の位置を制御する受板制御部とを備える。圧延部の押当部材１４、１５は、ローラである。【選択図】　　　　図１
2004055714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平角電線を巻線した多段コイルを製作する装置において、
平角電線の板厚方向に互いに向かい合い、平角電線を圧延するよう挟み込む１対の押当部材を有する圧延部と、圧延した平角電線を受ける受板を有するストック部と、押当部材の挟み込み角度を制御する押当部材制御部と、受板の位置を制御する受板制御部とを備えることを特徴とする多段コイル製作装置。
【請求項２】
請求項１記載の多段コイル製作装置において、
上記圧延部の押当部材は、ローラであることを特徴とする多段コイル製作装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の多段コイル製作装置において、
上記圧延部は、巻線する平角電線に直線部及び曲線部を形成し、かつ、直線部の電線断面積をコイル最内周の曲線部の断面積とほぼ同一とするよう圧延することを特徴とする多段コイル製作装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の多段コイル製作装置において、
コイルの内周側から外周側への渦巻き状の１列巻線部分と外周側から内周側への１列巻線部分とが交互に有するよう巻線して１列巻線部分をコイル軸方向に多段有する構造の多段コイルとすることを特徴とする多段コイル製作装置。
【請求項５】
平角電線を巻線した渦巻き状の１列巻線部分をコイル軸方向に多段有し、かつ、隣接する１列巻線部分とは、コイル内周又は外周で接続することを特徴とする多段コイル。
【請求項６】
請求項５記載の多段コイルにおいて、
巻線した平角電線の断面は、短辺がコイル外周方向にある台形であることを特徴とする多段コイル。
【請求項７】
請求項５記載の多段コイルにおいて、
上記１列巻線部分は直線部及び曲線部からなり、かつ、該直線部の電線断面積がコイル最内周の曲線部の断面積とほぼ同一であることを特徴とする多段コイル。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の多段コイルを有する変圧器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段コイル製作装置及び多段コイル並びに変圧器であり、変圧器等の受電製品の主要部品である、平角電線を用いた多段コイルを製作する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平角電線４１（以下「電線」と称する）を巻回し、コイルを製作する場合、該当コイルの内径と同形状の巻型６１なる物を用意し、これに電線４１を添わせ電線４１が重ならないように巻型６１もしくは電線４１を電線幅に応じてスライドＢさせながら巻型６１を回転Ａさせて巻き付けている。まずはこの動作により、１段のコイルが完成する（図９参照）。さらに巻線が多段必要な場合は、１段目の巻線を終えたところでその上段に電線４１を段上がりさせ、既巻段に絶縁層間紙６２を巻き付けた後Ｃ、前段と逆方向Ｂ´に巻線していく。これらの工程を必要なだけ繰り返して多段コイルを製作していることが最も一般的である。また、電線４１の巻き付け向きとしては、図９に示す様に、電線４１が倒れたり、ねじれたりしないように、長辺側４２を巻型６１に当てる方向にすることが大半である（図１０参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、製品機種ごとにコイルの内径や形状が異なるため、巻型６１はコイルの内側形状数だけ用意する必要があり、その製作費、保管場所、巻型段取り工数が多大に必要である。また、先述の通り、現状の多段コイルでは各段差間の電圧差が大きくなる構造のため、そこに絶縁層間紙６２を巻き付けて絶縁を図る必要があり、絶縁層間紙６２の購入、及び巻き付け工数が必要となる。またコイルを多段にする時に既巻段からその上段に電線４１を上げるための段上がり技術は製作装置の自動化を図る上で非常に困難であるため、人間の手で補助する必要がある。
【０００４】
本発明は、前述の様な従来技術の問題点を解決するものであり、材料費的にも作業工数的にも無駄無く効率的に、さらに多段コイル製作の更なる自動化を図ることにより安価なコイルを製作する装置及び多段コイル並びに変圧器を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平角電線を巻線した多段コイルを製作する装置において、平角電線の板厚方向に互いに向かい合い、平角電線を圧延するよう挟み込む１対の押当部材を有する圧延部と、圧延した平角電線を受ける受板を有するストック部と、押当部材の挟み込み角度を制御する押当部材制御部と、受板の位置を制御する受板制御部とを備える多段コイル製作装置である。
【０００６】
また、本発明は、上記圧延部の押当部材は、ローラである多段コイル製作装置である。
【０００７】
そして、本発明は、上記圧延部は、巻線する平角電線に直線部及び曲線部を形成し、かつ、直線部の電線断面積をコイル最内周の曲線部の断面積とほぼ同一とするよう圧延する多段コイル製作装置である。
【０００８】
更に、本発明は、コイルの内周側から外周側への渦巻き状の１列巻線部分と外周側から内周側への１列巻線部分とが交互に有するよう巻線して１列巻線部分をコイル軸方向に多段有する構造の多段コイルとする多段コイル製作装置である。
【０００９】
また、本発明は、平角電線を巻線した渦巻き状の１列巻線部分をコイル軸方向に多段有し、かつ、隣接する１列巻線部分とは、コイル内周又は外周で接続する多段コイルである。
【００１０】
そして、本発明は、巻線した平角電線の断面は、短辺がコイル外周方向にある台形である多段コイルである。
【００１１】
更に、本発明は、上記１列巻線部分は直線部及び曲線部からなり、かつ、該直線部の電線断面積がコイル最内周の曲線部の断面積とほぼ同一である多段コイルである。
【００１２】
また、本発明は、上記の多段コイルを有する変圧器である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する。
本発明の多段電線コイル製作装置及び多段コイル並びに変圧器について、図１〜８を用いて説明する。図１は、実施例１の多段コイル製作装置の平面図である。図２は、実施例１の多段コイル製作装置の正面図である。図３は、実施例１の多段コイル製作装置における圧延ローラ部の正面図である。図４は、実施例１の多段コイル製作装置における圧延ローラ部の側面図である。図５は、実施例１の多段コイル製作装置により製作された円形コイルの説明図である。図６は、図５の円形コイルの断面図である。図７は、実施例２で製作された矩形コイルの説明図である。図８は、図７の矩形コイルの曲線部と直線部の断面形状の説明図である。
【００１４】
本発明の多段電線コイル製作装置においては、電線４１をコイルの内周側から外周側へまたは外周側から内周側へ渦巻き状に巻線後、これと反対側へ同じく渦巻き状に巻線していくという繰り返しによりコイル製作する方法を行う。言い換えれば、従来（図９、１０参照）のように最初に最内周の巻線を終わらせた後、次にその上段から更に上段へと徐々に外周方向にコイルを太らせていき完成させるものではなく、内側から外側へ、続いて外側から内側へと１列ずつ巻いていく方法である（図５、６参照）。これは、コイルの素材電線４１が巻かれているボビン５２から、必要な長さを適切なスピードで送り出す送出部５１と、電線４１を送り出しながら必要とする屈曲を圧延成形する圧延部１１と、圧延後の電線４１を積み重ねて製品形状していくストック部２１と、これらを総合的に制御する制御部３を有する多段コイル製作装置によって達成される（図１、２参照）。
【００１５】
実施例１を説明する。本実施例の多段コイル製作装置は、平角電線の板厚方向に互いに向かい合い、平角電線を圧延するよう挟み込む１対の圧延部１１と、圧延した平角電線を受けるストック部２１と、制御部３とを備えている。圧延部１１には、押当部材１４、１５であるローラを有する。ストック部２１は、受板２２を有する。制御部３には、押当部材１４、１５の挟み込み角度を制御する押当部材制御部及び受板２２の位置を制御する受板制御部を有する。ローラ１４、１５の角度は変化するが、その位置を動かす必要はない。
【００１６】
本実施例の多段コイル製作装置による他段コイルの製作について、図１〜図４を用いて説明する。最初に素材電線の巻かれているボビンから、例えば幅５ｍｍ、厚さ２ｍｍでアルミニウム又は銅からなる電線４１を送り出すための送出部にボビン５２をセットする。このボビン５２の回転スピードは圧延部１１での電線圧延スピードに合致して電線４１を引き出さないと電線４１のたるみ、または過剰テンションが発生してしまうので、ボビン回転軸５３の駆動にはサーボモータ５４を使用して圧延ローラ１４、１５の成形スピードに追従して回転するように制御している。送り出された電線４１は、圧延部１１に入り電線４１の圧延（成形）を行う。この圧延部１１は従来のように巻型６１を横にして電線４１を縦に巻いていく形態ではなく、その後工程でコイル形状に電線４１を積み上げていくことを考慮して、電線４１を横方向に繰り出して成形する形態をとっている（図１、２参照）。実施例１では、コイル形状が円形の巻線方法を採用しており、以下、具体的に説明する。圧延ローラ部１１では、電線４１を内周側から外周側へ、またはその逆方向に渦巻き状に巻き付けるため、電線４１の曲率半径を任意に可変させる機構を有している。この機構は、電線断面の長辺側４２の両側にサーボモータ１２、１３駆動による圧延ローラ１４、１５を設置し、それが電線４１の断面寸法で最適な圧延スピードで回転しながら電線４１に対して互いの押当て角度を圧延すべき曲率半径に合わせて可変させるシステムである。この押当て角度も曲率半径の大きさを決定する重要な要素であるため、サーボモータ１６、１７を用いて精度良く行っている。つまり、電線４１を円形になるように圧延するには、この２個の圧延ローラ１４、１５を電線４１の断面において曲がりの外周側に相当する部分のローラ距離を近づけて押し当てると、電線４１の外周側と内周側に圧延差が設けられ、ある曲率半径を持った円形に成形される（図５参照）。例えば、電線４１を内周側から外周側に巻き付ける時は、曲率半径を徐々に大きくしなければならないため、圧延ローラ１４、１５の押当て角度αを必要に応じて小さくしていくように制御し、反対に外周側から内周側にする時は曲率半径を徐々小さくするため、圧延ローラ１４、１５の押当て角度αを必要に応じて大きくなるように制御するのである。圧延ローラ１４、１５の押当て角度は内周側のα１から外周側のα２、α３、α４へ向かうにつれて小さくしている（図６参照）。また、最内周は必要とする曲率半径で圧延し、第２周目から外周側へ向かう曲率半径は単純に電線幅分だけ大きくするのではなくて、それより若干小さくすることによって段ごとの内側にテンションをかけて巻線時の形状安定化を図るのが好ましい。最外周から内周側に向けて巻線する場合は前述と逆で、最外周は必要とする曲率半径で圧延し、第２周目から内側へ向かう時は若干曲率半径を小さくし段の外側にテンションをかけるようにするのが好ましい。次に、圧延した電線４１をコイル形状に積み上げていくストック部２１の説明をする。電線４１の曲げ強度と製作するコイルの質量を勘案したときに、積み上げ量が少なく質量が軽い巻線初期段階では、電線４１を圧延成形する送り出し力によって、成形部が受板２２に擦りながらコイル状に積みあがっていくが、それが徐々に増していくと摩擦力が電線強度を上まった時点で電線４１が折れ曲がり積み上げ不可能となってしまう。そこで本実施例のストック部２１は電線４１を乗せる受板２２がθ（回転）またはＸ（左右）、Ｙ（前後）、Ｚ（上下）方向に可動することによりコイルの形状通りに圧延される電線４１に負荷をかけることなく積み上げていくものとしている。θ、Ｘ、Ｙはコイルの形状に合致させて動かし、Ｚはコイルの巻列分、すなわち積み上げ高さに応じて上昇端から徐々に下降させていく。これらθ、Ｘ、Ｙ、Ｚの駆動においてもサーボモータ２３、２４、２５、２６を用いて精度良く行っている（図１、２参照）。
【００１７】
実施例２を説明する。本実施例においては、コイル形状が矩形の場合である。矩形状の巻き付けは、角の曲線部４３と辺の直線部４４の繰り返しとなり、曲線部４３は円形状の時と同様に圧延ローラ１４、１５によって電線４１を圧延し必要な曲率半径を持たせる。その後、直線部４４に入る瞬間に圧延ローラ１４、１５の互いの押当て角度を「０」、言わばローラを平行にすることにより、電線４１は曲率半径を持って圧延されていたものを、平行的な圧延に切り替えることによって直線部４４を作り出すようにしている。この直線部４４の圧延量は最内周曲線部の断面積と等しくするのが好ましい。なぜなら、曲線部が圧延によって素材断面積より小さくなってしまい、直線部４４がそれ以上の断面積を有していても電気的効率は向上しないことから、直線部４４においても断面積が最小である部分と同面積になるように平行圧延を施すことで電線４１の使用量を必要最小限にするためである。つまり曲線部の断面積δ１＜δ２＜δ３＜δ４であり、直線部の断面積δ１´、δ２´、δ３´、δ４´はいずれも最内周曲線部の断面積δ１に等しい（図５、６参照）。この直線部４４の平行圧延においては直線部４４が短い製品で材料費削減の効果が小さい場合など、状況によっては圧延ローラ１４、１５を電線４１から離すなどして、圧延を行わず素材のまま使用することとしても良い。この圧延ローラ１４、１５の押し当て、および解除するためには押し当て力を可変することができるサーボモータか油圧シリンダをアクチェータ１８、１９に用いるのが好ましい。
【００１８】
次に圧延した電線２１をコイル形状に積み上げていくストック部６１の説明をする。実施例２においては、実施例１と同様であるが、実施例２では、矩形コイルであるため、直線部及び曲線部を形成する必要がある点で相違するが、受板２２をθ（回転）またはＸ（左右）、Ｙ（前後）、Ｚ（上下）方向に可動することによりコイルの形状通りに圧延される電線２１に負荷をかけることなく積み上げることができる。
【００１９】
本発明によれば、電線を高精度に全自動圧延成形することで電線使用量を必要最小限にし、製作手段として従来使用していた巻型を使わずに、かつ製品としては、隣接部分との電圧差が低くなって絶縁層間紙を不要としたコイルを製作することができた。すなわち、コイル製作費、電線材料費の低減、さらに巻型製作費、層間紙費を削減することにより、電線コイルの原価低減、引いてはそれを使用した変圧器を安価に提供できる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、材料費的にも作業工数的にも無駄無く効率的に、さらに多段コイル製作の更なる自動化を図ることにより安価なコイルを製作する装置及び多段コイル並びに変圧器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の多段コイル製作装置の平面図。
【図２】実施例１の多段コイル製作装置の正面図。
【図３】実施例１の多段コイル製作装置における圧延ローラ部の正面図。
【図４】実施例１の多段コイル製作装置における圧延ローラ部の側面図。
【図５】実施例１の多段コイル製作装置により製作された円形コイルの説明図。
【図６】図５の円形コイルの断面図。
【図７】実施例２で製作された矩形コイルの説明図。
【図８】図７の矩形コイルの曲線部と直線部の断面形状の説明図。
【図９】従来例の巻線方法の説明図。
【図１０】従来例の多段巻線方法の説明図。
【符号の説明】
１１　圧延部
１２　圧延ローラ回転用サーボモータ１
１３　圧延ローラ回転用サーボモータ２
１４　圧延ローラ１
１５　圧延ローラ２
１６　圧延ローラ押当て角度可変用サーボモータ１
１７　圧延ローラ押当て角度可変用サーボモータ２
１８　圧延ローラ押当て・解除用サーボモータ１
１９　圧延ローラ押当て・解除用サーボモータ２
２１　ストック部
２２　受板
２３　θ軸用サーボモータ
２４　Ｘ軸用サーボモータ
２５　Ｙ軸用サーボモータ
２６　Ｚ軸用サーボモータ
３　制御部
４１　電線
４２　電線の長辺側
４３　電線の曲線部
４４　電線の直線部
５１　送り出し部
５２　ボビン
５３　ボビン回転軸
５４　ボビン回転用サーボモータ
６１　巻型
６２　絶縁層間紙
Ａ　芯金の回転する方向
Ｂ　１段目の電線を巻線する方向
Ｂ´　２段目の電線を巻線する方向
Ｃ　層間紙の巻き付け方向
Ｄ　圧延ローラ１の回転する方向
Ｅ　圧延ローラ２の回転する方向
Ｆ　電線を巻線していく順序
θ　ストック部の回転する方向
Ｘ　ストック部の左右に可動する方向
Ｙ　ストック部の前後に可動する方向
Ｚ　ストック部の上下に可動する方向
α　圧延ローラ押当て角度
α１　最内周の圧延ローラ押当て角度
α２　α１の外周側の圧延ローラ押当て角度
α３　α２の外周側の圧延ローラ押当て角度
α４　最外周の圧延ローラの押当て角度
δ１　最内周曲線部の電線断面積
δ２　δ１の外周側の電線断面積
δ３　δ２の外周側の電線断面積
δ４　最外周曲線部の電線断面積
δ１´　最内周直線部の電線断面積
δ２´　δ１´の外周側の電線断面積
δ３´　δ２´の外周側の電線断面積
δ４´　最外周直線部の電線断面積
【図１】
2004055714.tif 000003
【図２】
2004055714.tif 000004
【図３】
2004055714.tif 000005
【図４】
2004055714.tif 000006
【図５】
2004055714.tif 000007
【図６】
2004055714.tif 000008
【図７】
2004055714.tif 000009
【図８】
2004055714.tif 000010
【図９】
2004055714.tif 000011
【図１０】
2004055714.tif 000012