WO2012128123A2 - 自動巻線機、空芯コイル及びその巻線方法 - Google Patents

自動巻線機、空芯コイル及びその巻線方法 Download PDF

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    • H01F41/06—Coil winding
    • H01F41/098—Mandrels; Formers

Definitions

  • the present invention relates to an automatic winding machine for producing an air-core coil that can be inserted into a core equipped in a rectifier circuit, a noise prevention circuit, a resonance circuit, etc. in various AC devices.
  • the present invention also relates to an air-core coil comprising a plurality of coil layers and a winding method thereof.
  • Coil devices installed in AC device rectifier circuits, noise prevention circuits, resonance circuits, etc. are formed by winding a coil around a core.
  • Patent Document 1 a method of manufacturing a coil device by inserting an air-core coil wound in advance in a spiral shape into a core having a gap opened in a tangential direction from the gap.
  • the automatic winding machine disclosed in Patent Document 1 includes a pair of core members having a substantially rectangular cross section that rotate integrally with a rotation drive mechanism, and rotates while changing the interval between the core members, so that the winding member directly By winding the conducting wire, air core coils having different inner peripheral lengths on the inner peripheral side of the core and outer peripheral lengths on the outer peripheral side of the core are produced.
  • Patent Document 2 As a method of producing air core coils having different inner and outer peripheral lengths, a method using a stepped winding jig corresponding to the cavity shape of the air core coil (Patent Document 2), There is known an automatic winding machine that winds a conductive wire around the core member while changing the form of the core member for each winding process (Patent Document 3).
  • the conductor wire on the inner peripheral side of the core can be partially overlapped in the radial direction and the conductor wire can be tightly wound.
  • an air-core coil (200) in which unit coil portions (23) formed by winding a conducting wire (22) in a spiral shape are repeatedly arranged in the winding axis direction.
  • a winding method of such an air core coil (200) as shown in FIG.
  • a first unit winding portion (25) having different inner peripheral lengths by winding a conducting wire in a spiral shape
  • the second unit winding part (26) and the third unit winding part (27) are continuously formed in the winding axis direction
  • a unit coil part comprising the plurality of unit winding parts (25) (26) (27) Are formed continuously in the winding axis direction to produce an intermediate product of an air-core coil, and then the intermediate product is compressed in the winding axis direction, as shown in FIG.
  • Patent Document 2 A method for obtaining a finished product of an air-core coil composed of a plurality of coil layers (three layers in the illustrated example) is known (Patent Document 2).
  • the starting end of the conducting wire constituting the air-core coil is attached to the rotation drive mechanism side of the winding core member, and the winding is sequentially wound in a direction away from the rotation drive mechanism. For this reason, after an air-core coil is produced, the operation
  • the air-core coil produced by the automatic winding machine not only has a different inner peripheral length, but also changes the outer peripheral length according to the inner peripheral length. Accordingly, when the coil is wound around the core, the coil outer peripheral side conductor may not be in close contact with the coil and the sagging may occur.
  • the first object of the present invention is to provide an automatic winding machine capable of producing an air-core coil having unit winding portions having different inner peripheral lengths but the same outer peripheral length.
  • the bent portions (25c), (26c), and (27c) of the plurality of unit winding portions (25), (26), and (27) that constitute the above-described air-core coil are formed. Since the plurality of bent portions (25c) (26c) (27c) to be formed by the corner portion (30a) have an arc shape with the same radius of curvature, the bent portions of the inner and outer unit winding portions A gap G is generated between them. As a result, there has been a problem that the space factor of the conductive wire in the air-core coil is reduced.
  • the first unit winding (25), the second unit winding (26) and the third unit winding are provided at each corner (23c) of the air-core coil.
  • the bent portions (25c), (26c) and (27c) of (27) are formed in an arc shape having the same curvature center S and having a radius of curvature that increases by the diameter of the conducting wire from the inner peripheral side toward the outer peripheral side. Can be considered.
  • the bent portions of the unit winding portions on the inner peripheral side and the outer peripheral side are in close contact with each other, and the space factor of the conducting wire is increased.
  • a second object of the present invention is to provide an air-core coil that can increase the space factor of the conductive wire as compared with the conventional one, and a winding method that can easily manufacture such an air-core coil. It is.
  • the automatic winding machine of the present invention is: Unit coil portions formed by spirally winding at least one conducting wire are repeatedly arranged in the winding axis direction, and each unit coil portion is formed from a plurality of unit winding portions having different inner circumferential lengths.
  • This is an automatic winding machine for producing an air-core coil in which at least a part of a unit winding with a small inner peripheral length is pushed inside a unit winding with a large inner peripheral length when inserted into a core having a gap.
  • a rotation drive mechanism Projecting from the rotational drive mechanism, rotating integrally with the rotational center of the rotational drive mechanism, and having an axis of four core shafts parallel to the rotational center; A first position where the axis of the core axis is a substantially rectangular apex position where the axis of the core axis surrounds the rotation center, and two opposite sides connecting between the core axes are an inner circumference length and an outer circumference length; and A reciprocating mechanism that reciprocally moves the core shaft between a first position and a second position that is the same as the outer peripheral length and a substantially trapezoidal apex position having a long inner peripheral length; At least one presser roller biased in a direction approaching the rotation transition path of the core shaft from the outer peripheral side; A conductor supply mechanism for continuously supplying a conductor between the winding core shaft and the presser roller; Have
  • the conductor wire supplied from the conductor supply mechanism is disposed closer to the front side in the rotational direction than the position where the conductor wire shaft first comes into contact with any one of the core shafts, and the conductor wound around the core shaft is provided. It is desirable to provide a pusher member that pushes to the free end side of the core shaft.
  • unit coil portions formed by winding at least one conductive wire in a spiral shape are repeatedly arranged in the winding axis direction, Each unit coil portion is formed of a plurality of unit winding portions having different inner peripheral lengths, and at least a part of the unit winding portion having a smaller inner peripheral length is pushed inside the unit winding portion having a larger inner peripheral length.
  • each of the plurality of unit winding portions forming each unit coil portion has a polygonal shape having a plurality of corner portions, and each of the plurality of corner portions has a plurality of bent portions obtained by bending the conducting wire to an obtuse angle, and It is comprised from 1 or several connection part which connects adjacent bending parts.
  • the plurality of bent portions that overlap each other at the same phase position are arranged on a single straight line extending from the inside to the outside of the unit coil portion.
  • the air-core coil is not limited to a coil that does not have a core in the space in the center of the coil as a final product, and a coil in a core that has a core in the space in the center of the coil (coil device) as a final product It is a concept that includes.
  • each corner portion a straight line formed by a plurality of unit winding portions and overlapping a plurality of bent portions at the first phase position is formed, and a plurality of unit winding portions are formed by a plurality of unit winding portions.
  • a single straight line in which a plurality of bent portions overlapping at two phase positions are arranged intersects at one point inside the unit coil portion.
  • the air core coil winding method of the present invention is the air core coil winding method of the present invention described above, and coincides with the number of corners of the polygonal shape around the rotating shaft serving as the winding shaft.
  • a plurality of core mechanisms that are rotationally driven around the rotating shaft, and each core mechanism is equipped with a plurality of core pieces that can be driven to reciprocate in a direction crossing the winding shaft,
  • the plurality of unit winding portions constituting one unit coil portion are formed by repeating the positions of the plurality of winding core pieces while changing the position in the direction away from the rotation shaft or in the opposite direction.
  • the unit winding portion is connected to a plurality of core pieces by a conductive wire that becomes the second unit winding portion.
  • the second unit winding portion is formed by winding the conductive wire serving as the second unit winding portion around the outer peripheral surface of the plurality of core pieces while extruding from the outer peripheral surface.
  • the coil portion having the unit coil portion composed of the unit winding portions having different inner peripheral lengths can be continuously produced. Can do.
  • the coil portion produced by the automatic winding machine of the present invention can form a substantially trapezoidal unit winding portion with a changed inner peripheral length while keeping the outer peripheral length the same as the substantially rectangular unit winding portion,
  • the obtained coil part is inserted into a core with a gap, not only can a part of the conducting wire be overlapped on the inner peripheral surface of the core, but the outer peripheral length is the same, so that the outer periphery of the core is denser than before.
  • the conductor can be wound around.
  • the produced unit winding part is sequentially pushed out to the free end side of the core shaft by the pusher member, so that the automatic winding machine is stopped and the coil part is removed and the conductor is automatically wound again as before.
  • the work to attach to the machine can be omitted.
  • the air-core coil of the present invention is an ideal structure in which each corner has an arc shape with a plurality of bent portions of a plurality of unit winding portions, and the arc shape is approximated by a polygonal shape (a polygonal line). Therefore, the gap between the bent portions at each corner becomes smaller than the conventional one, and the space factor of the conducting wire becomes large.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a main part of an automatic winding machine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which a plurality of core shafts are moved and rotated from the state of FIG. 1 in the automatic winding machine.
  • FIG. 3 is a front view showing a main part of the automatic winding machine. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 5 is a series of front views showing a winding process using the automatic winding machine.
  • FIG. 6 is a front view of an air-core coil manufactured by the automatic winding machine.
  • FIG. 7 is a sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 8A to 8C are cross-sectional views taken along lines aa, bb, and cc of FIG. 7, respectively.
  • FIG. 9 is an explanatory view showing a state where an air-core coil is inserted into the core.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a main part of the coil device.
  • FIG. 11 is a front view of an air-core coil according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a front view showing the main structure of an automatic winding machine for manufacturing an air core coil according to the second embodiment of the present invention and the operation of a plurality of core pieces.
  • FIG. 13 is a diagram showing gaps formed between bent portions of a plurality of unit winding portions in a conventional air-core coil.
  • FIG. 14 is a diagram showing a close state in an ideal structure in which bent portions of a plurality of unit winding portions are formed in a plurality of arcs having different radii of curvature.
  • FIG. 15 is a perspective view of a conventional air-core coil.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a compression process of the air-core coil.
  • FIG. 1 and 2 a first enlarged perspective view showing a main part of an automatic winding machine (10) which is an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 an automatic winding machine (10)
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the automatic winding machine (10) has a central base shaft (20) that rotates counterclockwise as shown by the arrow in FIG. 1 by a rotational drive mechanism (not shown) such as a motor.
  • Four core shafts (31), (32), (33), and (34) that rotate integrally with the central base shaft (20) are arranged around (20).
  • the core shafts (31), (32), (33), and (34) are arranged so as to be rotatable integrally with the central base shaft (20), and slide blocks (41) that slide toward and away from the central base shaft (20). ) (42) (43) (44). More specifically, the core shaft (31) (32) (33) (34) is attached to the corner of the slide block (41) (42) (43) (44) on the central base shaft (20) side. The tip protrudes from the slide blocks (41) (42) (43) (44).
  • the core shafts (31), (32), (33), and (34) can be prisms with the central base shaft (20) side cut out, and as will be described later, slide blocks (41), (42), (43) ( The core shafts (31), (32), (33) and (34) can be moved toward and away from each other by sliding the shaft 44 in parallel with the central base shaft (20).
  • the tip of the core shaft (31) (32) (33) (34) is slightly smaller than the diameter of the conductor (70) from the tip surface (45) of the slide block (41) (42) (43) (44). It protrudes to become longer.
  • the projecting length of the core shafts (31), (32), (33) and (34) is preferably 1 to 3 mm longer than the diameter of the conductor (70), and specifically the projecting length is 2 to 2 mm. It is desirable to be about 5 mm.
  • presser rollers (51) (52) (53) are arranged on the outer periphery of the rotation transition path of the core shafts (31) (32) (33) (34).
  • three presser rollers (51), (52) and (53) are provided every 90 ° on the upper and lower sides and on the left side of the central base shaft (20). It is urged from a non-rotating casing (not shown) by a biasing means such as a spring in a direction approaching the rotation transition path of the core shafts (31) (32) (33) (34).
  • the presser rollers (51) (52) (53) are thin cylindrical presser body portions on the slide blocks (41) (42) (43) (44) side. (55) and a disc-shaped presser plate (56) formed on the front side of the presser body part (55) and having a diameter larger than that of the presser body part (55). It is desirable that the width of the presser body portion (55) is substantially the same as the protruding length of the core shafts (31), (32), (33), and (34).
  • the presser body portion (55) and the presser plate (56) can be integrally formed, and the presser body portion (55) and the presser plate (56) are provided with a shaft hole (57) penetrating through the center.
  • An urging means for urging the shaft hole (57) in a direction approaching the rotation transition path is connected to the shaft hole (57).
  • a lead wire (70) forming an air-core coil is supplied from the upstream side in the rotation direction of the core shaft (31).
  • the conducting wire (70) can be supplied by a conducting wire supply mechanism (not shown), and the conducting wire supply mechanism passes the plurality of guide rollers (not shown) through the plurality of guide rollers (not shown), and the presser roller whose tip is on the upper side.
  • a configuration in which a cylindrical guide (76) that opens between the shaft 51 (51) and the rotation transition path of the core shafts (31), (32), (33), and (34) is sequentially supplied can be exemplified.
  • the lead wire (70) wound around the core shaft (31) (32) (33) (34) is connected to the core shaft (31 ) (32), (33), and a pusher member (77) pushed out to the free end side of (34).
  • the pusher member (77) is disposed in a non-rotating casing (not shown) of the automatic winding machine (10), and approaches the rotation transition path of the core shafts (31) (32) (33) (34). Deployed.
  • the urging means or the like urges the core shafts (31), (32), (33), and (34) to approach the rotation transition path. It is desirable to keep it.
  • a winding auxiliary member (21) into which the unit winding portions pushed out by the pusher member (77) are sequentially inserted is detachably fitted to the central base shaft (20).
  • the winding auxiliary member (21) can be exemplified by a resin, and the cross-sectional shape can be exemplified by a substantially cross-sectional rectangular shape to which the unit winding portion to be formed fits with a margin.
  • the winding auxiliary member (21) can be about 30 cm in length.
  • the automatic winding machine (10) configured as described above has a reciprocating mechanism constituted by a cam mechanism or the like, and the rotating slide blocks (41) (42) (43) (44) are wound around the core shaft (31) ( 32) It is slidable in the approach and separation directions within the plane orthogonal to the axis of (33) and (34). More specifically, as shown in FIG. 5 (a), the reciprocating mechanism has a state in which the core shafts (31), (32), (33), and (34) are positioned at the vertices of a rectangle, and FIG. ), While the core shaft (31) (32) (33) (34) is located at the apex of the trapezoid, the slide block (41) (42) (43) (44) is made slidable.
  • the lead wire supply mechanism (not shown) is manually operated by the user with the core shafts (31), (32), (33) and (34) positioned in advance at the vertices of the rectangle.
  • the lead wire (70) is pulled out from the lead wire, and the tip of the lead wire (70) is bent into a U-shape and hooked on the outer periphery of the core shaft (31) (32) (33) (34).
  • the lead wire (70) is connected to the leading end surfaces (31), (32), (33), and (34) of the core shafts (41), (42), (43), and (44). 45) and the presser body (55) and presser plate (56) of the presser rollers (51), (52) and (53) are surrounded by the presser rollers (51), (52) and (53) and will not fall off.
  • the winding core shaft (31) (32) (33) (34) rotates about 270 ° from the beginning of winding of the conducting wire (70), as shown in FIG. 5 (b), the conducting wire (70) becomes the pusher member (77). At this time, it is pushed out to the free end side of the core shafts (31), (32), (33) and (34) and inserted into the winding auxiliary member (21) (see FIG. 4).
  • the conductive wire (70) becomes a substantially rectangular unit winding portion (80) (81) that is rotated twice.
  • the core shaft (31) that matches the vertex of one of the long sides of the rectangle is set as the central base axis.
  • the core shafts (31), (32), (33) and (34) are rotated while being moved away from (20).
  • the core shafts (31), (32), (33), and (34) are moved at positions that oppose the guide (76) that supplies the conducting wire (70). The reason is that if the core shaft around which the conducting wire (70) is wound is moved, the conducting wire (70) may be pulled and cut.
  • the lead wire (70) is also moved by the pusher member (77) for the core shaft (34) on the other long side as shown in FIG. 5 (d). Extruded and moved away from the central base axis (20). Similarly, as shown in FIG. 5 (e), the core shafts (31), (32), (33), and (34) at the apexes of the long sides of the other side of the rectangle. , While being rotated, is moved in a direction away from the central base shaft (20), although the distance is shorter than the core shaft (31) (34). Note that the position of the core shaft (31) (32) (33) (34) at this time is referred to as an intermediate position.
  • the core shaft (31) (32) (33) (34) is further away from the central base shaft (20) from the intermediate position.
  • the core shaft (31) (32) (33) (34) is moved to the position that is the apex of the substantially trapezoidal shape while moving the core shaft (31) (32) (33) (34).
  • the lead wire (70) forms a substantially trapezoidal unit winding portion (83) (84) having an outer peripheral length and an inner peripheral length longer than the intermediate position. .
  • the lead wire (70) has a substantially trapezoidal two-turn unit winding portion (83) (84). Become.
  • the core shafts (31), (32), (33), and (34) are rotated while sequentially returning to the intermediate position, and the core shafts (31), (32), (33), (34) are further rotated as described above.
  • a unit coil part (79) in which (80) (81) (82) (83) (84) is continuous is wound around the winding auxiliary member (21) to form an air-core coil.
  • the automatic winding machine (10) is once stopped, and the lead wire (70) can be cut on the winding auxiliary member (21) to obtain an air core coil. .
  • the air core coil is continuously produced by operating the automatic winding machine (10) again.
  • the air-core coil has three unit winding portions (80) (82) having different inner peripheral lengths located on the inner peripheral side of the core (87) and different outer peripheral lengths located on the outer peripheral side of the core (87). ) (83), the substantially rectangular unit winding part (80) (81) has two rounds, the substantially trapezoidal unit winding part (83) (84) has two rounds, and the unit winding part is formed at an intermediate position. (82) has a shape that is wound by one turn between (81) and (83) and between (82) and (80) of both unit winding portions.
  • the produced air-core coil is inserted from the gap (86) into the core (87) having the gap (86) opened in the connecting direction as shown in FIG.
  • the air-core coil is formed of unit winding portions (80), (82) and (83) having different inner peripheral lengths, as shown in FIG. 10, the unit winding portions (83) and (84) having a long inner peripheral length.
  • the unit winding portions (83) and (84) having a long inner peripheral length.
  • FIG. 11 shows an air-core coil (2) according to the present invention.
  • the air-core coil (2) according to the present invention has basically the same winding structure as that of the air-core coil (200) shown in FIG. 15, and a single conductor (22) is wound as shown in FIG.
  • a unit coil portion (23) formed by spirally winding along a plane orthogonal to the axis is formed continuously in the direction of the winding axis, thereby forming an air-core coil composed of three coil layers. ing.
  • each unit coil portion (23) has a substantially rectangular shape having four corner portions (23a) (23a) (23a) (23a) as a whole.
  • the first unit winding portion (25) is pushed into the second unit winding portion (26) by the substantially entire length thereof, and the second unit winding portion (26) has a substantially entire length of the third unit. It is pushed inside the winding part (27).
  • the first unit winding portion (25) has two bending portions (25a) (25a), and the second unit winding portion (26) has two bending portions.
  • the third unit winding portion (27) has two bent portions (27a) and (27a), and the bent angle of each bent portion is set to 45 degrees.
  • each corner portion (23a) the two bent portions (25a) and (25a) of the first unit winding portion (25) are connected to each other by a linear connecting portion (25b), and the second unit winding portion (26) is connected.
  • the two bent portions (26a) and (26a) are connected to each other by a linear connecting portion (26b), and the two bent portions (27a) and (27a) of the third unit winding portion (27) are linear connecting portions ( They are connected to each other by 27b).
  • each corner portion (23a) the lead wire of the first unit winding portion (25) and the lead wire of the second unit winding portion (26) are in contact with each other over substantially the entire length, and the second unit winding portion.
  • the lead wire (26) and the lead wire of the third unit winding portion (27) are in contact with each other over substantially the entire length.
  • the corner portion (23a) of the air-core coil (2) according to the present invention includes the first unit winding portion (25), the second unit winding portion (26), and the third unit winding portion (shown in FIG. This corresponds to an approximation of the arc shape of the three bent portions (25c), (26c) and (27c) of (27) by two or more polygonal shapes (polygonal lines).
  • the air-core coil (2) according to the present invention has an intermediate configuration between the conventional air-core coil (200) shown in FIG. 13 and the ideal air-core coil shown in FIG. The gap between the bends at the corners is smaller than in the prior art.
  • the air-core coil (2) according to the present invention has a larger space factor than the conventional air-core coil (200) shown in FIG.
  • the air-core coil (2) according to the present invention can be easily manufactured by using a modification of the automatic winding machine (10) used in the first embodiment shown in FIGS. .
  • the air-core coil produced using the automatic winding machine (10) of the first embodiment has a first unit winding part (25), a second unit winding part (26) and a third unit as shown in FIG. A gap G is generated between the bent portions of the winding portion (27).
  • the automatic winding machine (1) shown in FIG. instead of the automatic winding machine (10) having the core shafts (31), (32), (33) and (34) shown in FIG. 1, the automatic winding machine (1) shown in FIG. ).
  • the automatic winding machine (1) is rotationally driven in a counterclockwise direction as indicated by an arrow in the drawing by a motor (not shown), and has four core mechanisms (11) ( 12) (13) (14) are deployed.
  • the first core mechanism (11) is a first core piece that is reciprocated along a straight line A1 extending outward from one point S1 on the center base shaft (20) side. (61) and a second core piece (62) reciprocally driven along a straight line A2 extending outward from the one point S1, and the first core piece (61) and the second core piece (62) are The function corresponding to the first core shaft (31) of the first embodiment is exhibited.
  • the second core mechanism (12) includes a first core piece (63) reciprocatingly driven along a straight line A3 extending outward from one point S2 on the central base shaft (20) side, and outward from the one point S2.
  • a second core piece (64) reciprocally driven along the extending straight line A4, and the first core piece (63) and the second core piece (64) are the second core shaft of the first embodiment ( Exhibit the function corresponding to 32).
  • the third core mechanism (13) includes a first core piece (65) reciprocally driven along a straight line A5 extending outward from one point S3 on the central base shaft (20) side, and outward from the one point S3.
  • a second core piece (66) that is reciprocally driven along the extending straight line A6, and the first core piece (65) and the second core piece (66) are the third core shaft of the first embodiment ( Exhibits the function corresponding to 33).
  • the fourth core mechanism (14) includes a first core piece (67) reciprocally driven along a straight line A7 extending outward from one point S4 on the central base shaft (20) side, and outward from the one point S3.
  • a second core piece (68) reciprocally driven along the extending straight line A8, and the first core piece (67) and the second core piece (68) are the fourth core shaft of the first embodiment ( Exhibit functions corresponding to 34).
  • the reciprocating drive of the above eight core pieces (61) to (68) can be performed, for example, by equipping each core mechanism with a reciprocating drive mechanism such as a solenoid for each core piece.
  • Each of the eight core pieces (61) to (68) has a chevron with a vertex angle of 135 degrees on the surface on which the conductive wire (22) is wound. Therefore, when the conducting wire (22) is wound around two pairs of winding core pieces, two bends of the first unit winding portion (25) to form each corner of the air core coil (2) shown in FIG. Parts (25a) (25a), two bent parts (26a) (26a) of the second unit winding part (26), and two bent parts (27a) (27a) of the third unit winding part (27), Will be formed.
  • the loop shape defined by the surfaces of the eight core pieces (61) to (68) is the loop of each unit winding part (25) (26) (27) of the air core coil (2) shown in FIG. It corresponds to the shape.
  • the other configuration of the automatic winding machine (1) of the air-core coil (2) according to the second embodiment is the same as that of the automatic winding machine (10) of the first embodiment shown in FIGS. It is.
  • the conducting wire (22) of the unit winding part is replaced by the conducting wire (22) serving as the second unit winding part. While extruding from the outer peripheral surface of the eight core pieces (61) to (68), the conductor (22) as the second unit winding portion is wound around the outer peripheral surface of the eight core pieces (61) to (68). A second unit winding is formed.
  • an air core coil intermediate product shown in FIG. 11 is obtained.
  • the intermediate product is compressed in the direction of the winding axis so that the second unit winding portion 26 is pushed inside the third unit winding portion 27 and the second unit winding portion 26 is pushed.
  • the first unit winding part (25) is pushed into the inside of the two unit winding part (26) to obtain a completed product of the air-core coil (2) shown in FIG.
  • the air-core coil (2) obtained in this way has a conductor of the first unit winding (25) and a conductor of the second unit winding (26) at each corner (23a).
  • the conductors of the second unit winding part (26) and the conductors of the third unit winding part (27) are in contact with each other over substantially the entire length. Accordingly, the air-core coil (2) has a larger space factor than the conventional air-core coil (200) shown in FIG.
  • each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation
  • the type of unit winding part and the number of windings are of course not limited to the above.
  • the unit winding portion can be set in various ways such as two types of the above-described substantially rectangular shape and substantially trapezoidal shape, and the number of windings can be one round, two rounds, and three rounds.
  • the number of bending portions of each unit winding portion at each corner of the air-core coil is not limited to two, and may be three or more.
  • the conducting wire (22) is not limited to a round wire with a circular cross section, but may be a square wire with a rectangular cross section.

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Abstract

　内周長が異なるが、外周長は同じである単位巻部を有する空芯コイルを作製するようにする。自動巻線機10であって、回転駆動機構と、回転駆動機構から突設され、回転駆動機構の回転中心と一体に回転し、軸心が前記回転中心と平行な４本の巻芯軸31,32,33,34を有し、巻芯軸31,32,33,34を巻芯軸の軸心が前記回転中心を囲む略矩形の頂点位置となり、巻芯軸31,32,33,34間を結ぶ対向する２辺が内周長及び外周長となる第１位置と、該第１位置と外周長は同じで、内周長の長い略台形の頂点位置となる第２位置と、の間で巻芯軸31,32,33,34を往復移動させる往復移動機構と、外周側から巻芯軸31,32,33,34の回転移行路に接近する方向に付勢された少なくとも１つの押えローラ51と、巻芯軸31,32,33,34と押えローラ51との間に導線70を連続供給する導線供給機構とを有するようにした。

Description

自動巻線機、空芯コイル及びその巻線方法
　本発明は、各種交流機器における整流回路、雑音防止回路、共振回路等に装備されるコアに挿入可能な空芯コイルを作製する自動巻線機に関するものである。本発明はまた、複数のコイル層からなる空芯コイル及びその巻線方法に関するものである。
　交流機器の整流回路、雑音防止回路、共振回路等に装備されるコイル装置は、コアの周囲にコイルを巻装して形成される。
　出願人は、予め螺旋状に巻回された空芯コイルを、接線方向にギャップの開設されたコアに、ギャップから挿入し、コイル装置を作製する方法を提案している(例えば、特許文献１参照)。
　上記特許文献１の自動巻線機は、回転駆動機構により一体に回転する断面略矩形の一対の巻芯部材を具え、該巻芯部材どうしの間隔を変えながら回転させて、巻線部材に直接導線を巻き付けることで、コアの内周側となる内周長及びコアの外周側となる外周長の異なる空芯コイルを作製している。
　内周長及び外周長の異なる空芯コイルを作製する方法としては、該空芯コイルの空洞形状に応じた段付きの巻線治具を用いる方法(特許文献２)や、各単位巻部の巻線工程毎に巻芯部材の形態を変化させつつ該巻芯部材の周囲に導線を巻回する自動巻線機が知られている(特許文献３)。
　上記特許文献２又は３の自動巻線機により作製される空芯コイルをコアに装着したときに、コアの内周側となる導線を一部半径方向に重ねて、導線を密に巻回できる。
　また、図１５に示す如く、導線(22)を渦巻き状に巻回してなる単位コイル部(23)が巻き軸方向に繰り返し並んだ空芯コイル(200)を得ることができる。
　このような空芯コイル(200)の巻線方法として、図１６(ａ)の如く、導線を渦巻き状に巻回することにより、互いに異なる内周長を有する第１単位巻部(25)、第２単位巻部(26)及び第３単位巻部(27)を、巻き軸方向に連続して形成すると共に、これら複数の単位巻部(25)(26)(27)からなる単位コイル部を、巻き軸方向に連続して形成して、空芯コイルの中間製品を作製した後、該中間製品を巻き軸方向に圧縮して、図１６(ｂ)の如く、第３単位巻部(27)の内側に第２単位巻部(26)の少なくとも一部を押し込むと共に、該第２単位巻部(26)の内側に第１単位巻部(25)の少なくとも一部を押し込むことにより、複数のコイル層(図示する例では３層)からなる空芯コイルの完成品を得る方法が知られている(特許文献２)。
特開２０００－２７７３３７号公報 特開２００３－８６４３８号公報 特開２００６－３３９４０７号公報
　空芯コイルを構成する導線の始端は、巻芯部材の回転駆動機構側に取り付けられ、巻線は回転駆動機構から離れる方向に順次巻回されていく。このため、空芯コイルが作製された後、巻線部材から空芯コイルを取り外し、再度導線の始端を巻芯部材に装着する作業を要する。これら作業は、所定長さの空芯コイルが作製される毎に要求され、また、自動巻線機を一旦止める必要があるため、作業効率の向上を図ることのできる自動巻線機への要請がある。
　また、上記自動巻線機により作製される空芯コイルは、内周長が異なるだけでなく、外周長も内周長に合わせて変化する。従って、コアに巻回したときに、コイル外周側の導線は、外周長の長い部分がコイルに密着せず、たるみの生ずる虞がある。
　本発明の第１の目的は、内周長が異なるが、外周長は同じである単位巻部を有する空芯コイルを作製することのできる自動巻線機を提供することである。
　また、従来の複数のコイル層からなる空芯コイルの巻線方法においては、図１３に示す如く巻芯片(30)の角部(30a)を利用して導線を約９０度屈曲変形させる工程を繰り返すことにより、前述の空芯コイルを構成する複数の単位巻部(25)(26)(27)の屈曲部(25c)(26c)(27c)を形成するが、同じ巻芯片(30)の角部(30a)によって形成されることとなる複数の屈曲部(25c)(26c)(27c)は、同じ曲率半径の円弧状を呈するため、内周側と外周側の単位巻部の屈曲部間に隙間Ｇが生じる。
　これによって、空芯コイルにおける導線の占積率が低下する問題があった。
　この問題を解決するために、図１４に示すように、空芯コイルの各角部(23c)において、第１単位巻部(25)、第２単位巻部(26)及び第３単位巻部(27)の屈曲部(25c)(26c)(27c)を、同じ曲率中心Ｓを有して、内周側から外周側に向かって導線の直径だけ曲率半径が増大する円弧状に形成することが考えられる。
　これによって、内周側と外周側の単位巻部の屈曲部どうしが密接し、導線の占積率が増大する。
　しかしながら、単位巻部毎に角部の円弧形状を変えるためには、図１３に示す巻芯片(30)を用いた巻線工程において、角部(30a)の外周面の曲率半径が異なる複数種類の巻芯片(30)を用意し、単位巻部毎に巻芯片(30)を交換する必要があり、このような巻線工程を自動化することは極めて困難である。
　そこで本発明の第２の目的は、導線の占積率を従来よりも増大させることができる空芯コイル、並びにそのような空芯コイルを容易に製造することができる巻線方法を提供することである。
　上記第１の課題を解決するために、本発明の自動巻線機は、
　少なくとも１本の導線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻き軸方向に繰り返し並んでおり、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、ギャップを有するコアに挿入したときに、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部が押し込まれる空芯コイルを作製するための自動巻線機であって、
　回転駆動機構と、
　該回転駆動機構から突設され、回転駆動機構の回転中心と一体に回転し、軸心が前記回転中心と平行な４本の巻芯軸を有し、
　巻芯軸を、該巻芯軸の軸心が前記回転中心を囲む略矩形の頂点位置となり、巻芯軸間を結ぶ対向する２辺が内周長及び外周長となる第１位置と、該第１位置と外周長は同じで、内周長の長い略台形の頂点位置となる第２位置と、の間で巻芯軸を往復移動させる往復移動機構と、
　外周側から巻芯軸の回転移行路に接近する方向に付勢された少なくとも１つの押えローラと、
　巻芯軸と押えローラとの間に導線を連続供給する導線供給機構と、
　を有する。
　具体的実施形態として、導線供給機構から供給される導線が何れかの巻芯軸に最初に当接する位置よりも回転方向手前側に近接して配備され、巻芯軸に巻回された導線を巻芯軸の自由端側に押し出すプッシャー部材を具えることが望ましい。
　さらに、上記第２の課題を解決するために、本発明の空芯コイルは、少なくとも１本の導線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻き軸方向に繰り返し並んでおり、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部が押し込まれている。
　ここで、各単位コイル部を形成する複数の単位巻部はそれぞれ、複数の角部を有する多角形状を呈し、該複数の角部はそれぞれ、導線を鈍角に屈曲させた複数の屈曲部と、隣接する屈曲部どうしを繋ぐ１又は複数の連絡部とから構成される。
　各単位コイルを構成する複数の単位巻部の角部において、同じ位相位置で互いに重なる複数の屈曲部は、単位コイル部の内側から外側へ向けて延びる１本の直線上に並んでいる。
　なお、本発明において空芯コイルとは、最終製品としてコイル中央部の空間にコアが存在しないコイルに限らず、最終製品としてコイル中央部の空間にコアが存在するもの(コイル装置)におけるコイルも含む概念である。
　具体的には、各角部において、複数の単位巻部に形成されて第１の位相位置で重なる複数の屈曲部が並んでいる１本の直線と、複数の単位巻部に形成されて第２の位相位置で重なる複数の屈曲部が並んでいる１本の直線とは、単位コイル部の内側の１点で交わっている。
　また、本発明の空芯コイルの巻線方法は、上記本発明の空芯コイルの巻線方法であって、前記巻き軸となる回転軸の周囲に、前記多角形状の角部の数に一致する複数の巻芯機構を、前記回転軸を中心として回転駆動可能に配備し、各巻芯機構には、前記巻き軸と交叉する方向に往復駆動可能な複数の巻芯片を装備し、
　各巻芯機構の複数の巻芯片を所定位置に設定する第１工程と、
　前記複数の巻芯片が所定位置に設定された状態で、前記複数の巻芯機構を回転させることにより、これらの巻芯機構を構成する複数の巻芯片の周囲に導線を巻き付ける第２工程
とを、複数の巻芯片の位置を前記回転軸から離間する方向若しくはその逆方向へ変更しつつ繰り返すことにより、１つの単位コイル部を構成する複数の単位巻部を形成する。
　具体的には、連続する第１及び第２の単位巻部の形成において、第１の単位巻部の形成後、該単位巻部を、第２の単位巻部となる導線によって複数の巻芯片の外周面から押し出しつつ、第２の単位巻部となる導線を複数の巻芯片の外周面に巻き付けて、第２の単位巻部を形成する。
　さらに具体的には、前記第１工程と第２工程を繰り返すことによって複数の単位コイル部を形成した後、これらの単位コイル部を巻き軸方向に圧縮することにより、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部を押し込んで、複数のコイル層からなる空芯コイルを完成する。
　本発明の自動巻線機によれば、巻芯軸を往復移動させつつ一体に回転させることにより、内周長の異なる単位巻部からなる単位コイル部を有するコイル部を連続して作製することができる。
　本発明の自動巻線機により作製されるコイル部は、略矩形の単位巻部と外周長を同じくしたまま、内周長を変えた略台形形状の単位巻部を形成することができるから、得られたコイル部をギャップのあるコアに挿入したときに、コアの内周面で導線の一部を重ねることができるだけでなく、外周長は同じであるから、コアの外周に従来よりも密に導線を巻回でききる。
　作製された単位巻部は、プッシャー部材により順次巻芯軸の自由端側に押し出されるから、従来のように、自動巻線機を停止し、コイル部を取り外した後、導線を再度自動巻線機に取り付ける作業を省略できる。
　さらに、本発明の空芯コイルは、各角部が、複数の単位巻部の複数の屈曲部を円弧形状に形成した理想的な構造においてその円弧形状を多角形状(折れ線)により近似したものに相当するので、各角部における屈曲部間のギャップが従来よりも小さくなり、導線の占積率が大きなものとなる。
図１は、本発明の第１の実施例に係る自動巻線機の要部を示す斜視図である。 図２は、該自動巻線機において、図１の状態から複数の巻芯軸を移動且つ回転させた状態を示す斜視図である。 図３は該自動巻線機の要部を示す正面図である。 図４は図３のＡ―Ａ線に沿う断面図である。 図５は、該自動巻線機を用いた巻線工程を示す一連の正面図である。 図６は、該自動巻線機により作製された空芯コイルの正面図である。 図７は、図６の線Ｂ－Ｂに沿う断面図である。 図８(ａ)～(ｃ)は、夫々図７の線ａ－ａ、ｂ－ｂ、ｃ－ｃに沿う断面図である。 図９はコアに空芯コイルを挿入している状態を示す説明図である。 図１０は、コイル装置の要部拡大図である。 図１１は、本発明の第２の実施例に係る空芯コイルの正面図である。 図１２は、本発明の第２の実施例に係る空芯コイルを製造するための自動巻線機の要部構造と複数の巻芯片の動作を表わす正面図である。 図１３は、従来の空芯コイルにおいて複数の単位巻部の屈曲部間に形成されるギャップを示す図である。 図１４は、複数の単位巻部の屈曲部を曲率半径の異なる複数の円弧状に形成した理想構造における密接状態を示す図である。 図１５は、従来の空芯コイルの斜視図である。 図１６は、空芯コイルの圧縮工程を示す図である。
　以下、本発明の２つの自動巻線機の実施例に基づき、図面に沿って具体的に説明する。
第１実施例
　図１及び図２は、本発明の第１の実施例である自動巻線機(10)の要部を拡大して示す斜視図、図３は、自動巻線機(10)の平面図、図４は、図３の線Ａ－Ａに沿う断面図である。
　自動巻線機(10)は、モータ等の回転駆動機構(図示せず)により図１中矢印方向で示すように反時計回りに回転する中心基軸(20)を有しており、該中心基軸(20)の周囲には、中心基軸(20)と一体に回転する４本の巻芯軸(31)(32)(33)(34)が配備されている。
　巻芯軸(31)(32)(33)(34)は、中心基軸(20)と一体に回転可能に配備され且つ中心基軸(20)に対して接近、離間可能にスライドするスライドブロック(41)(42)(43)(44)に装着されている。
　より具体的には、巻芯軸(31)(32)(33)(34)は、スライドブロック(41)(42)(43)(44)の中心基軸(20)側の角に取り付けられており、先端がスライドブロック(41)(42)(43)(44)から臨出している。
　巻芯軸(31)(32)(33)(34)は、中心基軸(20)側が切り欠かれた角柱とすることができ、後述するとおり、スライドブロック(41)(42)(43)(44)を中心基軸(20)に対して平行にスライドさせることにより、巻芯軸(31)(32)(33)(34)は、互いに接近、離間可能となっている。
　巻芯軸(31)(32)(33)(34)の先端は、スライドブロック(41)(42)(43)(44)の先端面(45)から、導線(70)の直径よりも僅かに長くなるよう突出している。巻芯軸(31)(32)(33)(34)の突出長さは、導線(70)の直径よりも１～３ｍｍ長くすることが好適であり、具体的には突出長さは２～５ｍｍ程度とすることが望ましい。
　巻芯軸(31)(32)(33)(34)の回転移行路の外周には、１又は複数の押えローラ(51)(52)(53)が配備される。本実施例では図３に示すように押えローラ(51)(52)(53)は中心基軸(20)の上下及び左側９０°毎に３つ配備されており、自動巻線機(10)の回転しないケーシング(図示せず)からバネ等の付勢手段により、巻芯軸(31)(32)(33)(34)の回転移行路に接近する方向に付勢されている。
　より具体的には、図４に示すように、押えローラ(51)(52)(53)は、スライドブロック(41)(42)(43)(44)側となる薄肉円柱状の押え胴部(55)と、該押え胴部(55)の手前側に形成され、押え胴部(55)よりも直径の大きい円板状の押え板(56)を有する構成とすることができる。押え胴部(55)の幅は、巻芯軸(31)(32)(33)(34)の突出長さと略一致させることが望ましい。
　押え胴部(55)と押え板(56)は一体に形成することができ、押え胴部(55)と押え板(56)には中心に軸孔(57)が貫通開設されており、該軸孔(57)に、回転移行路に接近する方向へ付勢する付勢手段が連繋されている。
　上側の押えローラ(51)と巻芯軸(32)の回転移行路との間に、巻芯軸(31)の回転方向上流側から空芯コイルを形成する導線(70)が供給される。導線(70)は、導線供給機構(図示せず)により供給することができ、導線供給機構は、導線(70)を複数のガイドローラ(図示せず)を経由し、先端が上側の押えローラ(51)と巻芯軸(31)(32)(33)(34)の回転移行路との間で開口する筒状のガイド(76)から順次供給する構成を例示できる。
　ガイド(76)の開口よりも下側、即ち、回転方向上流側には、巻芯軸(31)(32)(33)(34)に巻回された導線(70)を巻芯軸(31)(32)(33)(34)の自由端側に押し出すプッシャー部材(77)を具える。プッシャー部材(77)は、自動巻線機(10)の回転しないケーシング(図示せず)に配置され、巻芯軸(31)(32)(33)(34)の回転移行路に接近して配備される。なお、上記押えローラ(51)(52)(53)と同様、付勢手段等によって、巻芯軸(31)(32)(33)(34)の回転移行路に接近する方向に付勢しておくことが望ましい。
　中心基軸(20)には、さらに、図４に示すように、プッシャー部材(77)により押し出された単位巻部が順次挿通される巻線補助部材(21)が着脱可能に嵌められる。巻線補助部材(21)は、樹脂製のものを例示することができ、断面形状は、形成される単位巻部が余裕をもって嵌まる程度の略断面矩形形状を例示できる。巻線補助部材(21)は、長さを約３０ｃｍ程度とすることができる。
　上記構成の自動巻線機(10)は、カム機構等により構成される往復移動機構を有し、回転するスライドブロック(41)(42)(43)(44)を巻芯軸(31)(32)(33)(34)の軸心と直交する面内で接近、離間方向にスライド可能となっている。
　より具体的には、往復移動機構は、図５(a)に示すように、巻芯軸(31)(32)(33)(34)が長方形の頂点に位置する状態と、図５(f)に示すように、巻芯軸(31)(32)(33)(34)が台形の頂点に位置する状態との間を中心基軸(20)周りに一体回転させつつ、スライドブロック(41)(42)(43)(44)をスライド可能としている。
　以下、本発明の自動巻線機(10)の導線(70)の巻き行程について説明する。
　まず、図５(ａ)に示すように、予め巻芯軸(31)(32)(33)(34)が長方形の頂点に位置する状態で、ユーザにより手動で導線供給機構(図示せず)から導線(70)を引き出し、導線(70)の先端をコ字状に曲げて、巻芯軸(31)(32)(33)(34)の外周に引っ掛ける。
　このとき、導線(70)は、図４に示すように、巻芯軸(31)(32)(33)(34)とスライドブロック(41)(42)(43)(44)の先端面(45)、押えローラ(51)(52)(53)の押え胴部(55)及び押え板(56)により周りを囲まれており、脱落することはない。
　この状態から、回転駆動機構を作動させると共に、往復移動機構を作動させて、導線(70)の巻きを開始する。
　図５(ａ)に示す状態から図５(ｂ)に示すように巻芯軸(31)(32)(33)(34)を回転させると、巻芯軸(31)(32)(33)(34)に導線(70)が巻回される。さらに巻芯軸(31)(32)(33)(34)を回転させると、導線(70)は、押えローラ(51)(52)(53)の押え胴部(55)に押されつつ、屈曲して巻芯軸(31)(32)(33)(34)の形状である長方形の単位巻部(80)が形成される。
　導線(70)の巻き初めから約２７０°巻芯軸(31)(32)(33)(34)が回転すると、図５(b)に示すように、導線(70)はプッシャー部材(77)に当たり、巻芯軸(31)(32)(33)(34)の自由端側に押し出され、巻線補助部材(21)(図４参照)に挿入されていく。
　巻芯軸(31)(32)(33)(34)を所定回数回転、例えば２周させることで、導線(70)は、略長方形の２周した単位巻部(80)(81)となる。
　次に、回転駆動機構を作動させつつ、往復移動機構を作動させることにより、図５(ｃ)に示すように、長方形の一方の長辺の頂点に合った巻芯軸(31)を中心基軸(20)から遠ざかる方向に移動させながら、巻芯軸(31)(32)(33)(34)を回転させる。
　なお、巻芯軸(31)(32)(33)(34)は、導線(70)を供給するガイド(76)に対向する位置にあるものを移動させる。この理由は、既に導線(70)が巻回されている巻芯軸を移動させると、導線(70)が引っ張られて切断等することがあるからである。
　上記の後、回転駆動機構を回転させることで、他方の長辺にあった巻芯軸(34)についても、図５(ｄ)に示すように、導線(70)をプッシャー部材(77)により押し出され、中心基軸(20)から遠ざかる方向に移動させる。長方形の他辺の長辺の頂点にある巻芯軸(32)(33)も同様にして、図５(ｅ)に示すように、巻芯軸(31)(32)(33)(34)を回転させながら、前記巻芯軸(31)(34)よりは短い距離ではあるが、中心基軸(20)から遠ざかる方向に移動させる。なお、このときの巻芯軸(31)(32)(33)(34)の位置を中間位置と称する。
　この状態で、巻芯軸(31)(32)(33)(34)を回転させることで、前記長方形よりもわずかに内周長、外周長の長い単位巻部(82)が形成される。
　さらに、巻芯軸(31)(32)(33)(34)を回転させながら、中間位置からさらに巻芯軸(31)(32)(33)(34)を中心基軸(20)から離れる方向に順次移動させて、略台形形状の頂点となる位置まで巻芯軸(31)(32)(33)(34)を移動させつつ、巻芯軸(31)(32)(33)(34)を回転させることで、導線(70)は、図５(ｆ)に示すように、中間位置よりも外周長、内周長の長い略台形形状の単位巻部(83)(84)を形成する。巻芯軸(31)(32)(33)(34)を所定回数回転、例えば２周させることで、導線(70)は、略台形形状の２周した単位巻部(83)(84)となる。
　次に、前記した中間位置まで巻芯軸(31)(32)(33)(34)を順次戻しつつ回転させて、さらに前記したように巻芯軸(31)(32)(33)(34)が略長方形の頂点となる位置まで巻芯軸(31)(32)(33)(34)を戻し、所定回数回転する動作を繰り返すことで、図６乃至図７に示すような単位巻部(80)(81)(82)(83)(84)が連続した単位コイル部(79)が巻線補助部材(21)に巻回されて、空芯コイルとなる。
　所定長さの空芯コイルが形成されると、一旦自動巻線機(10)を止めて、導線(70)を巻線補助部材(21)上で切断し、空芯コイルを得ることができる。再度、自動巻線機(10)を作動させることで、空芯コイルの作製は継続される。
　図６乃至図８は、作製された空芯コイルを示している。図に示すように、空芯コイルはコア(87)の内周側に位置する内周長と、コア(87)の外周側に位置する外周長の異なる３つの単位巻部(80)(82)(83)を有し、略長方形の単位巻部(80)(81)は２周、略台形形状の単位巻部(83)(84)は２周、中間位置で形成された単位巻部(82)が、両単位巻部の(81)(83)間、(82)(80)間に夫々１周ずつ巻回された形状となっている。
　作製された空芯コイルは、図９に示すように接続方向にギャップ(86)の開設されたコア(87)に、前記ギャップ(86)から挿入される。
　空芯コイルは、内周長の異なる単位巻部(80)(82)(83)から形成されているから、図１０に示すように、内周長の長い単位巻部(83)(84)が内周長の短い単位巻部(80)(81)の内周側に覆い被さって、従来に比して、密にコア(87)に巻回されたコイル装置(88)を得ることができる。
第２実施例
　次に、本発明の第２の実施例である自動巻線機(１)につき、図面に沿って具体的に説明する。図１１は、本発明に係る空芯コイル(２)を示している。
　本発明に係る空芯コイル(２)は、図１５に示す空芯コイル(200)と基本的に同一の巻線構造を有しており、図１５の如く１本の導線(22)を巻き軸と直交する面に沿って渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部(23)が、巻き軸方向に連続して形成され、これによって３層のコイル層からなる空芯コイルが構成されている。
　図１１に示す如く、本発明に係る空芯コイル(２)において、各単位コイル部(23)は、その全体が４つの角部(23a)(23a)(23a)(23a)を有する略四角形に形成され、第１単位巻部(25)は、その略全長が第２単位巻部(26)の内側に押し込まれると共に、第２単位巻部(26)は、その略全長が第３単位巻部(27)の内側に押し込まれている。
　空芯コイル(２)の各角部(23a)において、第１単位巻部(25)は２つの屈曲部(25a)(25a)を有し、第２単位巻部(26)は２つの屈曲部(26a)(26a)を有し、第３単位巻部(27)は２つの屈曲部(27a)(27a)を有し、各屈曲部の屈曲角度は４５度に設定されている。
　各角部(23a)において、第１単位巻部(25)の２つの屈曲部(25a)(25a)は直線状の連絡部(25b)によって互いに繋がれ、第２単位巻部(26)の２つの屈曲部(26a)(26a)は直線状の連絡部(26b)によって互いに繋がれ、第３単位巻部(27)の２つの屈曲部(27a)(27a)は直線状の連絡部(27b)によって互いに繋がれている。
　そして、各角部(23a)において、３つの単位巻部(25)(26)(27)の対応する位置関係、即ち同じ位相位置の３つの屈曲部(25a)(26a)(27a)は、一点Ｐから延びる直線上に一列に並んでいる。
　この結果、各角部(23a)において、第１単位巻部(25)の導線と第２単位巻部(26)の導線とは、略全長に亘って互いに接触すると共に、第２単位巻部(26)の導線と第３単位巻部(27)の導線とは、略全長に亘って互いに接触している。
　換言すれば、本発明に係る空芯コイル(２)の角部(23a)は、図１４に示す第１単位巻部(25)、第２単位巻部(26)及び第３単位巻部(27)の３つの屈曲部(25c)(26c)(27c)の円弧形状を、２以上の多角形状(折れ線)により近似したものに相当する。これによって、本発明に係る空芯コイル(２)は、図１３に示す従来の空芯コイル(200)と図１４に示す理想的な空芯コイルとの中間的な構成を有することとなり、各角部における屈曲部間のギャップが従来よりも小さくなる。
　この結果、本発明に係る空芯コイル(２)は、図１５に示す従来の空芯コイル(200)よりも導線の占積率が大きくなる。
　本発明に係る空芯コイル(２)は、図１～図４に示す先の第１の実施例で用いた自動巻線機(10)を改造したものを用いて容易に製造することができる。
　第１の実施例の自動巻線機(10)を用いて作製される空芯コイルは、図１３に示す如く第１単位巻部(25)、第２単位巻部(26)及び第３単位巻部(27)の屈曲部間に隙間Ｇが生じることになる。
　そこで本実施例においては、図１に示す巻芯軸(31)(32)(33)(34)を具えた自動巻線機(10)に替えて、図１２に示す自動巻線機(１)を採用する。
　該自動巻線機(１)は、図示省略するモータによって図中の矢印で示すように反時計方向に回転駆動されるものであって、その四隅には、４つの巻芯機構(11)(12)(13)(14)が配備されている。
　これら４つの巻芯機構(11)(12)(13)(14)は、図１に示す４つの巻芯軸(31)(32)(33)(34)と同様に、中心基軸(20)から離間する方向と中心基軸(20)へ接近する方向へ往復移動が可能である。
　図１２(ａ)(ｂ)に示す如く、第１の巻芯機構(11)は、中心基軸(20)側の一点Ｓ１から外向きに延びる直線Ａ１に沿って往復駆動される第１巻芯片(61)と、該一点Ｓ１から外向きに延びる直線Ａ２に沿って往復駆動される第２巻芯片(62)とを具え、第１巻芯片(61)と第２巻芯片(62)が第１の実施例の第１の巻芯軸(31)に対応する機能を発揮する。
　第２の巻芯機構(12)は、中心基軸(20)側の一点Ｓ２から外向きに延びる直線Ａ３に沿って往復駆動される第１巻芯片(63)と、該一点Ｓ２から外向きに延びる直線Ａ４に沿って往復駆動される第２巻芯片(64)とを具え、第１巻芯片(63)と第２巻芯片(64)が第１の実施例の第２の巻芯軸(32)に対応する機能を発揮する。
　第３の巻芯機構(13)は、中心基軸(20)側の一点Ｓ３から外向きに延びる直線Ａ５に沿って往復駆動される第１巻芯片(65)と、該一点Ｓ３から外向きに延びる直線Ａ６に沿って往復駆動される第２巻芯片(66)とを具え、第１巻芯片(65)と第２巻芯片(66)が第１の実施例の第３の巻芯軸(33)に対応する機能を発揮する。
　第４の巻芯機構(14)は、中心基軸(20)側の一点Ｓ４から外向きに延びる直線Ａ７に沿って往復駆動される第１巻芯片(67)と、該一点Ｓ３から外向きに延びる直線Ａ８に沿って往復駆動される第２巻芯片(68)とを具え、第１巻芯片(67)と第２巻芯片(68)が第１の実施例の第４の巻芯軸(34)に対応する機能を発揮する。
　上記の８つの巻芯片(61)～(68)の往復駆動は、例えば各巻芯機構に対し、巻芯片毎にソレノイド等の往復駆動機構を装備することによって行なうことができる。
　上記の８つの巻芯片(61)～(68)はそれぞれ、導線(22)が巻き付けられる表面が頂角１３５度の山形を呈している。従って、一対となる２つの巻芯片に導線(22)が巻き付けられることにより、図１１に示す空芯コイル(２)の各角部を形成すべき第１単位巻部(25)の２つの屈曲部(25a)(25a)と、第２単位巻部(26)の２つの屈曲部(26a)(26a)と、第３単位巻部(27)の２つの屈曲部(27a)(27a)とが形成されることになる。
　この結果、８つの巻芯片(61)～(68)の表面によって規定されるループ形状は、図１１に示す空芯コイル(２)の各単位巻部(25)(26)(27)のループ形状に対応することになる。
　第２の実施例に係る空芯コイル(２)の自動巻線機(１)の上記以外の構成は、図１～図４に示す第１の実施例の自動巻線機(10)と同じである。
　図１２に示す自動巻線機(１)による空芯コイルの巻線工程では、各単位コイル部(23)の巻回工程において、第１単位巻部(25)を巻回するときは、図１２(ａ)の如く全ての巻芯片(61)～(68)を最内周位置に固定し、自動巻線機(１)を回転させることによって、これらの巻芯片(61)～(68)の周囲に導線(22)を巻き付ける。
　８つの巻芯片(61)～(68)の各表面に導線(22)が順次巻き付けられることによって、第２単位巻部(26)の８つの屈曲部(26a)～(26a)が順次形成され、各屈曲部の屈曲角度が４５度に規定されることになる。
　次に第２単位巻部(26)を巻回するときは、図１２(ｂ)の如く全ての巻芯片(61)～(68)を導線(22)の線径分だけ外周側へ移動させ、その状態で自動巻線機(１)を回転させることによって、これらの巻芯片(61)～(68)の周囲に導線(22)を巻き付ける。
　８つの巻芯片(61)～(68)の各表面に導線(22)が順次巻き付けられることによって、第２単位巻部(26)の８つの屈曲部(26a)～(26a)が順次形成され、各屈曲部の屈曲角度が４５度に規定されることになる。
　その後、第３単位巻部(27)を巻回するときは、全ての巻芯片(61)～(68)を導線(22)の線径分だけさらに外周側へ移動させ、その状態で自動巻線機(１)を回転させることによって、これらの巻芯片(61)～(68)の周囲に導線(22)を巻き付ける。
　８つの巻芯片(61)～(68)の各表面に導線(22)が順次巻き付けられることによって、第３単位巻部(27)の８つの屈曲部(27a)～(27a)が順次形成され、各屈曲部の屈曲角度が４５度に規定されることになる。
　次の単位コイル部(23)の巻回工程では、全ての巻芯片(61)～(68)を導線(22)の線径分だけ内周側へ徐々に移動させつつ、自動巻線機(１)を回転させることによって、これらの巻芯片(61)～(68)の周囲に導線(22)を巻き付ける。
　なお、連続する２つの単位巻部の形成においては、１つ目の単位巻部の形成後、該単位巻部の導線(22)を、２つ目の単位巻部となる導線(22)によって８つの巻芯片(61)～(68)の外周面から押し出しつつ、２つ目の単位巻部となる導線(22)を８つの巻芯片(61)～(68)の外周面に巻き付けて、２つ目の単位巻部を形成する。
　以上の動作を繰り返すことによって、図１１に示す空芯コイルの中間製品を得る。そして、図１６(ａ)(ｂ)の如く該中間製品を巻き軸方向に圧縮することにより、第３単位巻部(27)の内側に第２単位巻部(26)を押し込むと共に、該第２単位巻部(26)の内側に第１単位巻部(25)を押し込んで、図１１に示す空芯コイル(２)の完成品を得るのである。
　このようにして得られた空芯コイル(２)は、図１１に示す如く各角部(23a)において、第１単位巻部(25)の導線と第２単位巻部(26)の導線とが、略全長に亘って互いに接触すると共に、第２単位巻部(26)の導線と第３単位巻部(27)の導線とが、略全長に亘って互いに接触している。
　従って、該空芯コイル(２)は、図１５に示す従来の空芯コイル(200)よりも導線の占積率が大きくなる。
　なお、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、単位巻部の種類、巻き回数は上記に限定されるものではないことは勿論である。また、単位巻部は、前記した略長方形と略台形形状の２種としたり巻き回数を１周ずつ、２周ずつ、３周ずつなど、種々設定できることは、理解されるべきである。また、空芯コイルの各角部における各単位巻部の屈曲部は２つに限らず、３つ以上の複数であってもよい。
　また、導線(22)は断面円形の丸線に限らず、断面矩形の角線であってもよい。
(１)(10)　　　　　自動巻線機
(２)(60)　　　　　空芯コイル
(11)-(14)　　　　 巻芯機構
(20)　　　　　　　中心基軸
(21)　　　　　　　巻線補助部材
(23)　　　　　　　単位コイル部
(31)-(34)　　　　 巻芯軸
(41)-(44)　　　　 スライドロック
(51)-(53)　　　　 押えローラ
(55)　　　　　　　押え胴部
(56)　　　　　　　押え板
(57)　　　　　　　軸孔
(61)(63)(65)(67)　第１巻芯片
(62)(64)(66)(68)　第２巻芯片
(70)　　　　　　　導線
(76)　　　　　　　ガイド
(77)　　　　　　　プッシャー部材
(80)-(84)　　　　 単位巻部

Claims (11)

  1. 　少なくとも１本の導線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻き軸方向に繰り返し並んでおり、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、ギャップを有するコアに挿入したときに、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部が押し込まれる空芯コイルを作製するための自動巻線機であって、
    　回転駆動機構と、
    　該回転駆動機構から突設され、回転駆動機構の回転中心と一体に回転し、軸心が前記回転中心と平行な４本の巻芯軸を有し、
    　巻芯軸を、該巻芯軸の軸心が前記回転中心を囲む略矩形の頂点位置となり、巻芯軸間を結ぶ対向する２辺が内周長及び外周長となる第１位置と、該第１位置と外周長は同じで、内周長の長い略台形の頂点位置となる第２位置と、の間で巻芯軸を往復移動させる往復移動機構と、
    　外周側から巻芯軸の回転移行路に接近する方向に付勢された少なくとも１つの押えローラと、
    　巻芯軸と押えローラとの間に導線を連続供給する導線供給機構と、
    　を有することを特徴とする自動巻線機。
  2. 　導線供給機構から供給される導線が何れかの巻芯軸に最初に当接する位置よりも回転方向手前側に近接して配備され、巻芯軸に巻回された導線を巻芯軸の自由端側に押し出すプッシャー部材を具える請求項１に記載の自動巻線機。
  3. 　回転駆動機構の回転中心には、巻芯軸より突出して中心基軸が形成されており、該中心基軸は、断面略矩形の巻線補助部材が着脱可能に嵌められる請求項１又は請求項２に記載の自動巻線機。
  4. 　少なくとも１本の導線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻き軸方向に繰り返し並んでおり、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部が押し込まれている空芯コイルにおいて、
    　各単位コイル部を形成する複数の単位巻部はそれぞれ、複数の角部を有する多角形状を呈し、該複数の角部はそれぞれ、導線を鈍角に屈曲させた複数の屈曲部と、隣接する屈曲部どうしを繋ぐ１又は複数の連絡部とから構成され、
    　各単位コイルを構成する複数の単位巻部の角部において、同じ位相位置で互いに重なる複数の屈曲部は、単位コイル部の内側から外側へ向けて延びる１本の直線上に並んでいることを特徴とする空芯コイル。
  5. 　各角部において、複数の単位巻部に形成されて第１の位相位置で重なる複数の屈曲部が並んでいる１本の直線と、複数の単位巻部に形成されて第２の位相位置で重なる複数の屈曲部が並んでいる１本の直線とは、単位コイル部の内側の１点で交わっている請求項４に記載の空芯コイル。
  6. 　各角部において、複数の単位巻部はそれぞれ、前記１点を中心とする円弧を２以上の多角形状によって近似した経路に沿って延びている請求項５に記載の空芯コイル。
  7. 　前記連絡部は、直線状若しくは円弧状に形成される請求項４乃至請求項６の何れかに記載の空芯コイル。
  8. 　少なくとも１本の導線を渦巻き状に巻回して形成される単位コイル部が、巻き軸方向に繰り返し並んでおり、各単位コイル部は、互いに内周長の異なる複数の単位巻部から形成され、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部が押し込まれており、各単位コイル部を形成する複数の単位巻部はそれぞれ、複数の角部を有する多角形状を呈している空芯コイルの巻線方法において、
    　前記巻き軸となる回転軸の周囲に、前記多角形状の角部の数に一致する複数の巻芯機構を、前記回転軸を中心として回転駆動可能に配備し、各巻芯機構には、前記巻き軸と交叉する方向に往復駆動可能な複数の巻芯片を装備し、
    　各巻芯機構の複数の巻芯片を所定位置に設定する第１工程と、
    　前記複数の巻芯片が所定位置に設定された状態で、前記複数の巻芯機構を回転させることにより、これらの巻芯機構を構成する複数の巻芯片の周囲に導線を巻き付ける第２工程
    とを有し、複数の巻芯片の位置を前記回転軸から離間する方向若しくはその逆方向へ変更しつつ第１工程と第２工程を繰り返すことにより、１つの単位コイル部を構成する複数の単位巻部を形成することを特徴とする空芯コイルの巻線方法。
  9. 　連続する第１及び第２の単位巻部の形成においては、第１の単位巻部の形成後、該単位巻部を、第２の単位巻部となる導線によって複数の巻芯片の外周面から押し出しつつ、第２の単位巻部となる導線を複数の巻芯片の外周面に巻き付けて、第２の単位巻部を形成する請求項８に記載の空芯コイルの巻線方法。
  10. 　前記第１工程と第２工程を繰り返すことによって複数の単位コイル部を形成した後、これらの単位コイル部を巻き軸方向に圧縮することにより、内周長の大きな単位巻部の内側に内周長の小さな単位巻部の少なくとも一部を押し込んで、複数のコイル層からなる空芯コイルを完成する請求項８又は請求項９に記載の空芯コイルの巻線方法。
  11. 　各巻芯片の導線が巻き付けられるべき表面は、鈍角の頂角を有する山形に形成されている請求項８乃至請求項１０の何れかに記載の空芯コイルの巻線方法。
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