JPH08333053A - 張力調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 巻線時の電線の張力変動を小さくしてゆるみ
の少ないコイルを成形する。 【構成】 ダンサローラ組立体１５０を懸架したナイロ
ン糸バネ３５の一端をてこプレート３６に固定し、てこ
プレート３６を揺動運動させるモータ５１とモータ５１
の変位信号をモータドライバ１０２にフィードバックす
るため信号を発生させるポテンショメータ６１がある。
一方、フライヤ９の回転角θに基づいて信号を出すロー
タリエンコーダ１００とロータリエンコーダ１００の信
号を受信し、フライヤ９の回転位相ごとにモータ５１を
定めた位置に変位させるため、モータドライバ１０２に
変位指令信号を送信する変位指令信号発生器１０１と変
位指令信号位相設定器１０４がある。ダンサローラ２８
はシャトルプレート２９に回転可能に軸支され、シャト
ルプレート２９はガイドプレート３２に挟持され、往復
運動をする。静的な電線７のたるみを取るガイドローラ
３７を巻線時に固定するエアシリンダ４３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は巻線機により電動機の界
磁コイル、電機子コイル等を電線で巻線する時、電線の
張力変動を小さくするようにした張力調整装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のシリーズモータ用の巻線機の張力
調整装置を図１２に示す。ダンサローラ２００をプレー
ト２０２を介して金属製のコイルバネ２０１で懸架した
構造となっており、張力設定装置７１で電線７を挟持し
て適当な張力を与え、後述する巻線機のフライヤが電機
子に巻線すると電線７が繰り出され、電線７の張力が増
加するとコイルバネ２０１が伸びてダンサローラ２００
が上方に変位し、電線７を緩めて張力を緩和し、電線７
の張力が減少するとコイルバネ２０１が縮んでダンサロ
ーラ２００が下方に変位し、電線７を引張って電線７の
張力を増し、電線７の張力変動を小さくするものであっ
た。

【０００３】前記ダンサローラ２００に使用されている
金属製引張りコイルバネ２０１の一例をあげると、材料
はピアノ線、線径は１.２ｍｍ、コイル外径は１６ｍｍ
で総巻数は２２３ターンであり、バネ定数は３Ｋｇ／ｍ
となる。コイルバネ２０１の質量は９３ｇであり、コイ
ルバネ２０１が伸縮動作をする際、コイルバネ２０１の
自重により、コイルバネ２０１の一端に約３１ｇのおも
りが吊り下がったのと等価になる。ダンサローラ２００
の質量はプレート２０２の質量も含めて約１００ｇであ
るため、コイルバネ２０１に懸架されたダンサローラ２
００の固有振動数は約２．５Ｈｚとなる。

【０００４】シリーズモータの電機子に巻線をすると巻
き上がるコイルの形状は円形ではなくほぼ長方形とな
る。従って、巻線機のフライヤの回転速度が一定であっ
ても電機子に巻かれる電線７の巻線速度は周期的に変動
し、巻線途上の電線７の慣性質量、ダンサローラ２００
の追従性、電線７の繰り出し速度等により張力変動が発
生する。巻線時の電線７の張力を測定すると図１０に示
すように極大値と極小値が周期的に現れる。巻線機のフ
ライヤが電機子に巻線する際の電機子の外形形状と巻か
れる電線７の張力の関係をみると、電機子コアのスロッ
ト部に巻かれる時は電線７の張力が小さくなり、電線７
がスロットから出てコイルエンドの両端部に巻かれる時
に張力が大きくなる。すなわちフライヤが電機子の周り
を１回転する時に張力変動が２回発生し、フライヤの位
相により電線７の張力は極大値と極小値が周期的に現れ
る。

【０００５】シリーズモータ電機子の巻線機の巻線速度
は毎分１０００〜３０００回転であるから、巻線機のフ
ライヤの回転に伴う電線７の張力変動は数１０〜１００
Ｈｚにもなる。従って、前記金属製のコイルバネ２０１
で懸架したダンサローラ２００の固有振動数をはるかに
越えているので、巻線途上の電線７の張力変動にダンサ
ローラ２００が追従できなくなる。このため電線７の張
力が増えてコイルバネ２０１に負荷がかかった時、コイ
ルバネ２０１が縮んでダンサローラ２００が電線７を引
張り、電線７の張力が減ってコイルバネ２０１にかかる
負荷が減少した時、コイルバネ２０１が伸びてダンサロ
ーラ２００が電線７に緩みを与える運動になってしま
い、張力変動を減少させる機能を果たさなくなる。すな
わち、コイルバネ２０１に懸架した一つのダンサローラ
２００で電線装着時の静的な電線７のたるみをとり、更
に巻線時の電線７の張力変動をも小さくしようとしてい
るため、後者の機能が犠牲になっている。

【０００６】一方、ダンサローラ２００をアクチュエー
タに取付け、電線７の張力変動に連動させてダンサロー
ラ２００を変位させ、巻線時の電線７の張力変動を小さ
くしようとする試みがあるが、電線７の張力変動にダン
サローラ２００の変位運動を同期させることがむずかし
く満足な結果が得られていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の張力調整装置は
上記したように高速で巻線する時の電線の張力変動を低
減する効果がなかった。本発明の目的は、巻線時の張力
変動に対応して変位運動するダンサローラを備えた新規
な張力調整装置を提供し、電線の張力変動を低減するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】フライヤ巻線機でシリー
ズモータの電機子に巻線する時、フライヤの高速回転に
より周期的な電線の張力変動が発生し、張力変動の周期
はフライヤ回転周期の２倍となり、張力変動波形はほぼ
正弦波と見なすことができる。例えば、巻線速度を１５
００回転／分とすると電線の張力変動波形は５０Ｈｚの
正弦波と見なせる。軽量化したダンサローラを金属製の
引張りコイルバネの代わりにナイロン糸で懸架した構成
にすると、張力変動に対するダンサローラの追従性が改
善されることを実験により確認した。９ｇのダンサロー
ラを直径０．３３ｍｍのナイロン糸を２本束ねて懸架す
ると約８０Ｈｚの張力変動に追従させることができた。
ただし、ダンサローラをナイロン糸で懸架しただけの機
構では電線の張力変動が５０Ｈｚ以下の巻線に顕著な効
果を示すが、電線の張力変動が５０Ｈｚ以上では効果が
少ない。これは巻線速度が増したことにより、慣性等に
よって平均張力及び張力変動が大きくなり、一方ナイロ
ン糸によるバネは、一定以上の張力では張力と変位の比
例関係が損なわれるので、ナイロン糸が変形しにくくな
るためと考えられる。

【０００９】５０Ｈｚ以上の張力変動を小さくするため
に、ボイスコイルモータ等のアクチュエータを使用し
て、ナイロン糸で懸架したダンサローラを張力変動に合
わせ強制的に変位させ、張力変動を緩和する方法が有効
である。図１０に示すようにフライヤ巻線機で巻線する
時、張力変動は１周期２山の正弦波と見なせ、二つの山
すなわち正弦波の振幅の大きさはほぼ等しい。従って、
フライヤ１回転の位相ごとにボイスコイルモータの出力
軸の変位指令信号、例えば正弦波信号を前もって作成
し、巻線時にボイスコイルモータのドライバに送信し
て、張力変動に出力軸の変位を同期させて張力変動を緩
和させる方法が適している。若干の位相の違いはナイロ
ン糸バネが伸縮することを利用して位相を調整し、張力
変動の減少が得られ、大きな位相の違いは変位指令信号
の位相を電気的に修正することにより行う。

【００１０】ボイスコイルモータの駆動周波数が高くな
るとボイスコイルモータ自体の変位量が確保しにくくな
るため、てこを利用したボイスコイルモータの出力軸の
変位拡大機構を設けてダンサローラの強制変位量を確保
する手段を設けた。また、電線を電機子の整流子ライザ
部に装着した時、発生した静的なたるみをとる機能をも
つガイドローラを別個に設け、巻線時の張力変動を小さ
くするためのダンサローラと機能を分担させた。

【００１１】

【作用】上記のように構成された張力調整装置は、巻線
時の張力変動にダンサローラの変位運動を追随させるこ
とができ、張力変動を少なくすることができる。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図１１により説明
する。図２において、巻線機１の架台２の上に固定した
軸受ホルダ３に取付けられた軸受４で保持された軸５と
その内側に嵌合した軸６があり、軸６は中心に電線７が
通るための穴が設けられ、該穴の他端に電線７が出る窓
が設けられ、窓内にガイドローラ８が回転可能に軸支さ
れている。フライヤ９は軸６にフランジ１０を介して装
着され、軸６と一体となって回転し、軸６の先端には軸
受１１を介して巻線ガイド１２が回動可能に保持され
る。巻線ガイド１２は一対設けられ電機子１３を挟持す
る。フライヤ９にガイドローラ１４とガイドローラ１５
が回転可能に軸支され、電線７を電機子１３に導く。

【００１３】図１において、張力調整装置２０は、巻線
機１の架台２の端にベース２１を介して固定され、ベー
ス２１上に４本のステー２２でサブベース２３が固定さ
れる。サブベース２３上にプレート２４が垂直に固定さ
れ、プレート２４に垂直に軸２５が２本植立される。２
本の軸２５に夫々ガイドローラ２６とガイドローラ２７
が回転可能に軸支される。図５においてダンサローラ２
８はシャトルプレート２９に組み込まれた軸３０に軸受
３１を介して回転可能に軸支される。ダンサローラ２
８、シャトルプレート２９、軸３０、軸受３１はダンサ
ローラ組立体１５０を構成する。ダンサローラ組立体１
５の軽量化を図るため、ダンサローラ２８を厚さを薄く
したプラスチック製とし、シャトルプレート２９は厚さ
２ｍｍのアルミニウム製とし、かつ駄肉を減らした。軸
３０も中空のアルミニウム製とした。これらの工夫によ
りダンサローラ組立体１５０の質量を約９ｇとすること
ができた。なおナイロン糸バネ２５の質量は無視できる
程度の質量である。シャトルプレート２９はガイド溝を
持つ一対のガイドプレート３２により往復動のみ可能に
保持され、ガイドプレート３２は保持プレート３３によ
りサブベース２３に固定される。シャトルプレート２９
の下端中央に設けた穴３４にナイロン糸バネ３５の一端
が固定され、ナイロン糸バネ３５の他端はてこプレート
３６の右端に設けた穴に固定される。図６においてガイ
ドローラ３７はスライドバー３８の下端に支持枠３９を
介して回転可能に軸支され、スライドバー３８は、図１
に示す如く、プレート２４の上端に固定した支持プレー
ト４０に設けられた穴に往復動可能に保持される。スラ
イドバー３８の上方の端部付近ににフランジ４１が固定
され、フランジ４１と支持プレート４０の間に設けられ
たバネ４２によりスライドバー３８を宙吊り状態にす
る。スライドバー３８と直交する穴が支持プレート４０
に設けられ、この穴にゴムブッシュ４５が挿入される。
ゴムブッシュ４５をエアシリンダ４３のシリンダ軸４４
で圧縮できるように、プレート２４の上端にエアシリン
ダ４３が補助プレート４６を介して固定される。

【００１４】図４においてサブベース２３の下方に４本
のステー５０を介してボイスコイルモータ（以下単にモ
ータという）５１が固定され、モータ５１の出力軸５２
の上端にローラホルダ５３を介してローラ５４が回動可
能に保持される。ローラ５４はてこプレート３６に設け
た貫通窓５５に上下方向が隙間なくはめ込まれ、てこの
力点となる。モータ５１の出力軸５２の往復動をてこの
揺動運動に変換するために、貫通窓５５は左右に隙間が
設けられる。てこプレート３６の左端はモータ５１の上
面に固定したてこ軸受ブロック５６にてこ軸受５７を介
して回動可能に支持され、てこの支点となる。ナイロン
糸バネ３５を固定するてこプレート３６の右端付近に設
けた穴がてこの作用点になる。

【００１５】モータ５１の下端に凹形のメータ支持枠６
０が設けられ、メータ支持枠６０にポテンショメータ６
１が固定される。モータ５１の出力軸５２の下端にポテ
ンショメータ６１のスライド軸６２の上端が連結され、
スライド軸６１と出力軸５２は一体化される。

【００１６】図１に示す如く、前記ベース２１の右端付
近に懸垂軸７０が固定され、懸垂軸７０に電機子１３に
ゆるみのないコイルを巻線するために適当な電線張力を
与える張力設定装置７１と、電線７に付着した塵等を除
去する塵除去装置７２と、電線ボビン７４から電線７が
滞りなく繰り出されるように設けた電線ゲート７３が設
けられる。

【００１７】図９に示すロータリエンコーダ１００は、
図２に示す軸５とタイミングベルトで１対１の減速比で
回転が伝達される構造になっており、図８に示すフライ
ヤ９の回転角θの位相信号をロータリエンコーダ１００
で発生させ、図９に示すモータ５１の変位信号となる変
位指令信号発生器１０１に送ると、変位指令信号発生器
１０１から予め定められたフライヤ９の回転角θに対応
するモータ５１の変位信号が、モータドライバ１０２を
介してモータ５１に送られる。変位信号の位相を調整す
るために変位指令発生器１０１とモータドライバ１０２
の間に変位指令信号位相設定器１０４が設けられる。変
位指令信号によりモータドライバ１０２から駆動電流が
モータ５１に供給され、出力軸５２の変位信号がポテン
ショメータ６１からモータドライバ１０２にフィードバ
ックされ、モータ５１の出力軸５２が変位指令信号発生
器１０１の出力信号に対応して変位する。

【００１８】電線７は次に述べる経路をたどる。すなわ
ち、電線ボビン７４に巻かれた電線７は、電線ゲート７
３、塵除去装置７２を経て、張力設定装置７１で適当な
挟持力を受けて所定の静的な張力が与えられ、その後ガ
イドローラ３７、ダンサローラ２８、ガイドローラ２７
を半周し、更にガイドローラ２６を１／４周して巻線機
の軸６の穴に入り、ガイドローラ８で方向を変えられ、
軸６の窓から出てフライヤ９に向かう。次にフライヤ９
右端のガイドローラ１４を経てフライヤ９の上側を進み
フライヤ９先端のガイドローラ１５を約１／４周して電
機子１３に達する。

【００１９】上記した構成において、巻線機１が電機子
１３に巻線を行う時張力調整装置２０が動作し、電線７
の張力変動は以下のように低減される。フライヤ９が回
転すると、巻線ガイド１２で挟持した電機子１３の整流
子ライザ部に接続された電線７が電機子１３のコアに巻
き込まれる。すると、電線７は電線ボビン７４から引き
出されて電線ゲート７３、塵除去装置７２、張力設定装
置７１を経て各ガイドローラ３７、２８、２７、２６を
通過していく。この時、電機子１３に巻かれるコイルの
形状が円形でなくほぼ長方形のため、フライヤ９の回転
角θによる回転角速度が一定であっても電機子１３に巻
かれる電線７の張力は図１０に示すように周期的に変動
する。図７においてフライヤ軌跡１５５上をフライヤ９
が反時計方向に回転した時、電線７の巻線時の張力を測
定すると電機子１３のコアのスロット部１５２に巻かれ
る時は張力が小さくなり、電線７がスロットから出てコ
イルの両端部１５３に巻かれる時に張力が大きくなるこ
とが発明者等の実験により分かった。

【００２０】そこで電線張力が極大値を示すフライヤ９
の回転角において、出力軸５２の変位を上方に最大にな
るようにし、ナイロン糸バネ３５で懸架したダンサロー
ラ組立体１５０を上方に移動させて電線７に緩みを与え
て張力の緩和を図り、また張力が極小値を示すフライヤ
９の回転角の時、出力軸５２の変位を下方に最大にする
ことによりダンサローラ組立体１５０で電線７の緩みを
取って張力の低下を抑え、電線７の張力変動を少なくす
る。張力の変動は１周期２山の正弦波と見なせるのでモ
ータ５１の変位指令信号を１周期２山の正弦波とし、適
当な最大変位量に設定して変位指令信号発生器１０１か
ら変位指令信号位相設定器１０４に送信する。変位指令
信号位相設定器１０４は張力波形とモータの出力軸５２
の変位波形に位相の差異がある時、位相の差を電気的に
調整する。変位信号がモータドライバ１０２に送信され
るとモータドライバ１０２からモータ５１へ駆動電流が
供給され出力軸５２が変位する。出力軸５２の変位はポ
テンショメータ６１から位置信号がモータドライバ１０
２にフィードバックされるので、出力軸５２に設定した
変位を得ることができる。張力の変動と出力軸５２の変
位の若干の位相の差はナイロン糸バネ３５の伸縮により
調整され、電線７の張力変動とダンサローラ組立体１５
０の変位が同期し電線７の張力変動の低減が図られる。

【００２１】電線７がダンサローラ２８を通過していく
時、ダンサローラ２８通過前の位置の電線７の張力とダ
ンサローラ２８通過後の位置の電線７の張力が同じでは
ない。そのため、ダンサローラ組立体１５０はこの張力
の差により左右に揺動する力を受ける。揺動運動は電線
７の張力変動を軽減するためのダンサローラ組立体１５
０の往復運動を阻害する。そこで、ダンサローラ２８を
シャトルプレート２９に回転可能に軸支し、シャトルプ
レート２９をガイド溝を設けた一対のガイドプレート３
２で往復動のみ可能に保持した。

【００２２】モータ５１の出力軸５２の変位が不足する
場合に備えて、てこを利用した変位拡大機構をモータ５
１に設置した。力点であるローラ５４はローラホルダ５
３を介して出力軸５２により往復動され、てこプレート
３６はてこ軸受５７を支点として揺動運動する。従っ
て、ローラ５４がはまり込むてこプレート３６の窓は左
右に隙間を設ける。てこプレート３６の右端付近に設け
た穴にナイロン糸バネ３５の一端を固定する。てこ比は
２〜４が実施可能である。てこ比が大きいと出力軸５２
の負荷が大きくなり、モータ５１の推力不足となり駆動
不可能になる恐れがある。本実施例ではてこ比を２とし
た。

【００２３】ガイドローラ３７は電線７を電機子１３に
装着した時に生じる静的なたるみをとる働きをする。電
線７にたるみがあるとスライドバー３８に固定したフラ
ンジ４１をバネ４２が押し上げることにより、支持枠３
９を介してスライドバー３８に固定したガイドローラ３
７を上方に移動させ、電線７を緊張させてたるみをと
る。スライドバー３８の固定はエアシリンダ４３を動作
すると、シリンダ軸４４が左方に移動し、ゴムブッシュ
４５を圧縮してスライドバー３８を支持プレート４０の
穴の側壁に圧し摩擦力で固定する。巻線時にはガイドロ
ーラ３７は回転可能に軸支され往復動は行わない。往復
動するとダンサローラ組立体１５０の機能が発揮されな
いからである。

【００２４】図１１に本発明張力調整装置を使用して巻
線した時の電線張力、ダンサローラ２８の変位、モータ
５１の出力軸の変位及び変位指令信号を示す。図１０の
ような電線張力の変動が低減されていない張力波形にモ
ータ５１の出力軸の変位の波形が重なるように変位指令
信号の位相を変位指令信号位相調整器１０４で合わせ
る。すると、図１１に示すように変位指令信号で、モー
タ５１の出力軸５２の変位が生じ、てこプレート３６が
揺動し先端に取付たナイロン糸バネ３５で懸架したダン
サローラ２８が、変位指令信号波形と若干異なる変位を
示す運動をする。その結果、張力変動は半減する。

【００２５】本発明張力調整装置を有効に使用するため
以下のようにすべきである。ダンサローラ組立体１５０
を駆動するモータ５１等のアクチュエータの性能が優れ
ている時にはてこ機構は不要となる。ダンサローラ２８
に与える強制変動量は０〜６ｍｍの範囲である。ナイロ
ン糸バネ３５のみの変位でも５０Ｈｚ以下の張力変動を
低減できる。電線７の張力波形にアクチュエータの出力
軸の変位波形を同期させる時、位相の差は±１５°にす
る。ナイロン糸バネ３５の太さは０．２０５〜０．６ｍ
ｍである。細いナイロン糸を２〜４本に束ねて使用する
こともできる。ナイロン糸バネ３５の長さは４〜１６ｃ
ｍである。ダンサローラ組立体１５０はできるだけ質量
を軽くすることが重要である。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば巻線時の電線張力の変動
が少ないのでゆるみのない、伸びの変動が小さいコイル
を成形できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明張力調整装置の一実施例を示す一部断面
側面図。

【図２】本発明張力調整装置を装備したフライヤ巻線機
を示す一部断面側面図。

【図３】図１の右側面図

【図４】図１の張力調整装置の要部を示す拡大図。

【図５】図３の要部を示す拡大図。

【図６】ガイドローラ３７部を示側面図。

【図７】ガイドローラの軌跡と電機子、電線の位置関係
を示す説明用側面図。

【図８】フライヤの回転角θを示す略図。

【図９】モータ駆動系の一実施例を示すブロック図。

【図１０】従来の張力調整装置で巻線した時の電線張力
を示すグラフ。

【図１１】本発明張力調整装置で巻線した時の電線張
力、ダンサローラとモータの出力軸の変位及び変位指令
信号を示すグラフ。

【図１２】従来の張力調整装置の一例を示す一部断面側
面図。

【符号の説明】

２８はダンサローラ、２９はシャトルプレート、３２は
ガイドプレート、３５はナイロン糸バネ、３６はてこプ
レート、３７はガイドローラ、３８はスライドバー、４
３はエアシリンダ、５１はボイスコイルモータ、６１は
ポテンショメータ、１００はロータリエンコーダ、１０
１は変位指令信号発生器、１０２はモータドライバ、１
０４は変位指令信号位相設定器、１５０はダンサローラ
組立体である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のガイドローラによって電線の通路
   を形成し、電線の張力変動に応じてガイドローラの少な
   くとも一つを往復運動させて電線の張力変動を少なくす
   る張力調整装置であって、 前記電線の張力変動に応じて往復運動する前記ガイドロ
   ーラを線状あるいは帯状の高分子材からなるバネで懸架
   したことを特徴とする張力調整装置。
2. 【請求項２】 前記ガイドローラを懸架した方向のみに
   往復運動するようにガイドローラの運動方向を拘束する
   手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の張力調整
   装置。
3. 【請求項３】 複数のガイドローラによって電線の通路
   を形成し、電線の張力変動に応じてガイドローラの少な
   くとも一つを往復運動させて電線の張力変動を少なくす
   る張力調整装置であって、 前記ガイドローラを懸架した糸状あるいは帯状の高分子
   材からなるバネの他端を強制的に往復運動させるアクチ
   ュエータを設けたことを特徴とする張力調整装置。
4. 【請求項４】 巻線機のフライヤがコイルを一巻きする
   間にガイドローラを懸架した糸状あるいは帯状の高分子
   材からなるバネの他端を前記フライヤの回転位相に基づ
   き２往復運動させるアクチュエータを設けたことを特徴
   とする請求項３記載の張力調整装置。
5. 【請求項５】 前記アクチュエータにアクチュエータの
   変位指令信号の位相調整機能を設けたことを特徴とする
   請求項３記載の張力調整装置。
6. 【請求項６】 前記アクチュエータの出力軸の変位を拡
   大する機構を設けたことを特徴とする請求項３記載の張
   力調整装置。
7. 【請求項７】 複数のガイドローラによって電線の通路
   を形成し、電線の張力変動に応じてガイドローラの少な
   くとも一つを往復運動させて電線の張力変動を少なくす
   る張力調整装置であって、 巻線時に一つのガイドローラが往復運動する時他の往復
   運動可能なガイドローラを固定する手段を設けたことを
   特徴とする張力調整装置。