DE19905747B4

DE19905747B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit rechteckigem Draht

Info

Publication number: DE19905747B4
Application number: DE19905747A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Toyota Nakamura; Yasutomo Toyota Kawabata; Masahiro Toyota Nishioka; Yasuhiko Toyota Ishimaru; Tetsuya Toyota Miura; Katsuhisa Toyota Endo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1999-02-11
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: DE19905747A1; US6553650B2; US20010005934A1; JP2000082628A; JP3613994B2; US6216513B1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39), das die folgenden Schritte aufweist:
einen Zuführschritt zum Anliefern von Drahtmaterial,
einen Rechteckformschritt, wodurch das Drahtmaterial (3), das durch eine Zuführvorrichtung bereitgestellt wird, deformiert wird, um einen rechteckigen Draht (9) mit einem rechteckigen Querschnitt zu erzeugen, und
einen Spulenerzeugungsschritt, in dem der rechteckige Draht (9) mittels eines Wicklungsformmotors (29) auf eine Wicklungsform (25) aufgewickelt wird, um eine Spule mit einem rechteckigen Draht (39) zu erzeugen; wobei das Erzeugen des rechteckigen Drahts (9) und das Wickeln auf die Wicklungsform (25) in einer Sequenz von aneinanderhängenden Prozessen ausgeführt wird und wobei der rechteckige Draht durch ein Drehen der Wicklungsform unter Verwendung der von dem Wicklungsformmotor (29) erzeugten Drehkraft gezogen und um die Wicklungsform (25) gewickelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Steuerungsschritt zur Steuerung des Wicklungsformmotors (29) durchgeführt wird, wobei die Drehzahl des Wicklungsformmotors (29) in Abhängigkeit von...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Spule aus einem rechteckigen Draht und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein einfaches Verfahren zur einfachen und kostengünstigen Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht.
Die Entwicklung von Elektro- und Hybridfahrzeugen wurde herausgestellt als ein Weg, der Notwendigkeit zu begegnen, die Verschmutzung mit Partikeln und die Belastung durch Lärm zu reduzieren. Die Entwicklung eines Hochleistungsmotors, der in ein solches Fahrzeug, das vorstehend beschrieben wurde, eingebaut werden soll, wurde ferner vorangetrieben. Als Spulen für solche Motoren, sind sowohl solche, die einen lackisolierten Draht mit kreisförmigem Querschnitt verwenden, als auch solche, die einen rechteckigen, lackisolierten, emaillierten Draht verwenden, wohlbekannt.
Der lackisolierte Draht mit kreisförmigem Querschnitt hat den Vorteil, dass einerseits ein Rohmaterial für den Draht kostengünstig ist, aber es hat andererseits den Nachteil, dass der Füllgrad eines Motors begrenzt ist, wobei der Füllgrad eines Motors das Verhältnis einer 'Gesamtsumme von Querschnittsflächen aller Spulendrähte in einem Schlitz' zu 'einer Querschnittsfläche eines Schlitzes in einen Motorkörper' ist. Die Motorleistung sollte ansteigen, wenn der Motor-Füllgrad erhöht wird.
Der rechteckige lackisolierte Draht ist ein lackisolierter Draht, der eine rechteckige Querschnittsform hat. Die Verwendung des rechteckigen lackisolierten Drahtes reduziert das Spiel zwischen dem lackisolierten Draht in einem Schlitz eines Motors, so dass es möglich wird, den Füllgrad eines Motors zu erhöhen und die Motorleistung zu verbessern. Aus einem praktischen Gesichtspunkt beträgt der Füllgrad des rechteckigen lackisolierten Drahts im allgemeinen 70 bis 80%, im Gegensatz zu demjenigen des lackisolierten Drahts mit kreisförmigem Querschnitt, der 30 bis 50% beträgt.
Eine Vorrichtung zur Herstellung einer Spule, die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 07-183152 A gezeigt ist, besteht z.B. aus einer Haspel, auf der ein rechteckiger Draht aufgewickelt ist, einer Reduzierungswalze, um eine Torsinn zu korrigieren, mit der der rechteckige Draht behaftet ist, und eine Wicklungsform, um den korrigierten rechteckigen Draht aufzunehmen, wobei eine Spule durch Wickeln des rechteckigen Drahts auf die Wicklungsform erzeugt wird.
Durch die Verwendung einer Spule mit rechteckigem Draht wird es, wie vorstehend beschrieben, möglich, den Füllgrad eines Motors zu verbessern. Jedoch ergibt sich dabei das Problem, dass die Kosten eines Motors hoch werden, da die Kosten eines rechteckigen lackisolierten Drahts, der das Rohmaterial der Spule mit dem rechteckigen Draht ist, hoch ist. Die hohen Kosten eines solchen Drahts beruhen hauptsächlich auf Faktoren wie dem, dass dessen Herstellungsprozess komplizierter ist als derjenige eines lackisolierten Drahts mit kreisförmigem Querschnitt, dass das gleichmäßige Beschichten von Harz um den Draht, der im Querschnitt rechteckig ausgeformt ist, schwierig ist oder dgl. Die Kosten eines rechteckigen lackisolierten Drahts sind derzeit tatsächlich doppelt oder mehrfach zu demjenigen eines lackisolierten Drahts mit kreisförmigem Querschnitt.
Es wurden Versuche unternommen, eine Haspel vorzubereiten, die von dem rechteckigen Draht umwickelt ist, und eine Spule zu erzeugen, die den rechteckigen Draht verwendet, der aus der Haspel gezogen wird, wie in der vorstehend erwähnten japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 07-183152 A gezeigt ist. Eine Torsionsverformung tritt jedoch auf, wenn der rechteckige Draht auf der Haspel aufgewickelt wird. Die verbleibende Torsionsverformung führt dazu, dass die Gestalt der fertiggestellten Spule weniger genau ist, der rechteckige Draht mit einer Torsinn behaftet ist und einen Spielraum zwischen dem rechteckigen Draht erzeugt. Es ist deshalb im Stand der Technik, der vorstehend beschrieben wurde, notwendig, eine Reduktionswalze zur Beseitigung der Torsionsverformung vorzusehen. Eine solche Konstruktion verkompliziert den Herstellungsprozess und die Vorrichtung und führt zu einer Erhöhung der Motorkosten.
Die deutsche Offenlegungsschrift 1613565 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Wicklungen für Kleintransformatoren, bei dem eine Walzeinrichtung (2) mit einem Antrieb versehen ist, um dem stärkeren Wickelzug beim Aufwickeln von stärkeren Drähten und bei Mehrfachwicklungen zu begegnen. Außerdem ist eine mögliche Ausführung mit mechanischen Antrieben und Schlupfkupplungen erwähnt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit rechteckigem Draht zu schaffen, wobei eine Korrektur einer Torsionsverformung des rechteckigen Drahts nicht erforderlich ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht gemäß Anspruch 1 gelöst.
Es ist darüber hinaus ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, Spulen von einer oder von mehreren Bauarten herzustellen, die sich in den Querschnittsformen des rechteckigen Drahts, der gewickelt werden soll, unterscheiden, mittels eines einzigen Gerätes, so dass dadurch die Produktivität weiter verbessert wird.

(1) Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spule aus einem rechteckigen Draht weist eine Zuführvorrichtung zur Anlieferung des Drahtmaterials auf, eine Vorrichtung zur rechteckigen Formung, wodurch das Drahtmaterial, das durch die Zuführvorrichtung bereitgestellt wird, deformiert wird, um einen rechteckigen Draht zu erzeugen, dessen Querschnitt rechteckig geformt ist, und eine Vorrichtung zur Erzeugung der Spule, wodurch der rechteckige Draht auf eine Wicklungsform aufgewickelt wird, um eine Spule mit einem rechteckigen Draht zu erzeugen, wobei das Formen des rechteckigen Drahts und das Wickeln auf die Wicklungsform in einer Sequenz von aneinander gereihten Prozessen erfolgen.

Der Draht, der als Rohmaterial zur Herstellung einer Spule dieser Erfindung verwendet wird, kann ein billiger Leiter mit einer kreisförmigen oder einer anders geformten Querschnittsgestalt sein. Ein Verfahren zur Erzeugung des rechteckigen Drahts aus dem Drahtmaterial und ein Verfahren zur Aufnahme des rechteckigen Drahts auf eine Wicklungsform und zur Formung einer Spule werden in einer Sequenz von aneinander hängenden Prozessen ausgeführt. Da das Auftreten einer Torsionsverformung, die durch das Aufnehmen des rechteckigen Drahts auf eine Haspel hervorgerufen wird, dadurch verhindert wird, kann eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beseitigung einer solchen Torsionsverformung weggelassen werden. Das Drahtmaterial hat eine Torsionsverformung, jedoch wird diese Torsionsverformung bei dem Prozess zur Erzeugung des rechteckigen Drahts durch Deformieren des Drahtmaterials unwillkürlich entfernt. Auf diese Weise erlaubt diese Erfindung, dass eine Spule mit einem rechteckigen Draht durch eine einfache und kostengünstige Vorrichtung unter Verwendung eines billigen Drahts als Rohmaterial hergestellt werden kann. Folglich wird es möglich, einen Hochleistungsmotor kostengünstig zu schaffen.
Zusätzlich ist es von Vorteil, das Drahtmaterial vorher mit einem Isolationsharz (Isolationslack etc.) zu bedecken, dessen Elastizität hoch ist. Als Folge davon wird die gleichmäßige Isolationsbeschichtung unwillkürlich auf einem Umfang des fertiggestellten rechteckigen Drahts aufgebracht, wenn dieser aus dem Drahtmaterial erzeugt wird. In dieser Hinsicht läßt die Erfindung zu, dass die Spule mit dem rechteckigen Draht einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.

(2) Es kann für die Rechteckformvorrichtung von Vorteil sein, Rechteckformwalzen zu enthalten, zur plastischen Deformation des Drahtmaterials, und einen Wicklungsformmotor für die Spulenerzeugungsvorrichtung zur Drehung der Wicklungsform. Durch Drehen der Wicklungsform unter Verwendung der Drehkraft, die durch den Wicklungsformmotor erzeugt wird, wird der rechteckige Draht gezogen, um einen rechteckigen Draht zu schaffen, bei dem die Spannung, die erforderlich ist, um das Drahtmaterial aus den Rechteckformwalzen zu entfernen und ebenso um den rechteckigen Draht auf die Wicklungsform aufzuwickeln, vorliegt. Gemäß diesem Aspekt dient die Drehkraft des Wicklungsformmotors dazu, den rechteckigen Draht zu formen und eine Spule zu erzeugen. Eine Vorrichtung zur Herstellung einer Spule kann dadurch vereinfacht werden.
(3) Eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht gemäß einem Aspekt dieser Erfindung kann eine Wicklungsformmotor-Steuervorrichtung aufweisen, zur Steuerung des Wicklungsformmotors, um eine Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform zu verändern. Wenn bspw. der rechteckige Draht auf einem Krümmungsabschnitt der Wicklungsform aufgewickelt wird, ist ein zuverlässiges Formen des Krümmungsabschnittes notwendig. Deshalb verringert der Wicklungsformmotor an diesem Punkt vorzugsweise die Geschwindigkeit. Wenn der rechteckige Draht auf einen flachen Abschnitt der Wicklungsform aufgewickelt wird, wird die Spule zuverlässig erzeugt, im Vergleich zu der Zeit der Wicklung auf den gekrümmten Abschnitt, sogar wenn Wicklungsformmotor seine Geschwindigkeit erhöht. Gemäß diesem Aspekt erlaubt die Steuerung entsprechend jedem Drehwinkel auf diese Weise, dass die Geschwindigkeit des Motors erhöht wird, während die Zuverlässigkeit der Spulenerzeugung aufrecht erhalten bleibt und deshalb wird es möglich, die Spulenerzeugungsgeschwindigkeit zu erhöhen.
(4) Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Zuführvorrichtung eine drehbare Drahtmaterialrolle, auf der das Drahtmaterial aufgewickelt ist, und eine Rückspannungserzeugungsvorrichtung, um das Auftreten einer Durchhängung zu verhindern, in dem eine Rückspannung auf einen Teil des Drahtmaterials zwischen der Drahtmaterialrolle und den Rechteckformungswalzen aufgebracht wird. In dieser Hinsicht bringt die Rückspannungserzeugungsvorrichtung eine Rückspannung auf das Drahtmaterial auf, basierend auf einer Differenz zwischen einer Drehzahl der Wicklungsform und derjenigen der Drahtmaterialrolle, und ändert die Rückspannung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Wicklungsformmotors und in Verbindung mit der Wicklungsformmotor-Steuervorrichtung.

Wenn das Drahtmaterial durch die Rechteckformungswalzen gepresst wird, streckt sich der Ausgangsdraht und dessen Querschnittsfläche verringert sich. Eine Drehgeschwindigkeit der Wicklungsform ist deshalb unterschiedlich zu derjenigen der Drahtmaterialrolle. In dieser Hinsicht kann das Auftreten eines unerwünschten Durchhängens zuverlässig verhindert werden, weil die Rückspannung, die für das Drahtmaterial vorgesehen ist, dem Unterschied der Drehzahlen entspricht. Insbesondere ändert die Steuerung, die mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Wicklungsformmotors kooperiert, die Rückspannung in Reaktion auf eine Veränderung der Geschwindigkeit des Wicklungsformmotors in diesem Aspekt. Ein ungeeignetes Durchhängen des Drahtmaterials kann deshalb korrekt und zuverlässig verhindert werden.

(5) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Spulenerzeugungsvorrichtung eine Presswalze zum Pressen des rechteckigen Drahtes, um ihn in engen Kontakt mit der Wicklungsform zu bringen, und eine Vorrichtung zur Steuerung der Walzenpresskraft, die die Walzenpresskraft, die von der Presswalze gemäß einem Drehungswinkel des Wicklungsmotor erzeugt wird, zu steuern, wobei die Vorrichtung zur Steuerung der Walzenpresskraft die Walzenpresskraft verringert, wenn die Presswalze sich auf dem flachen Abschnitt der Wicklungsform befindet, und die Walzenpresskraft erhöht, wenn sich die Presswalze auf dem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform befindet.

Der rechteckige Draht neigt dazu, einen Spielraum zwischen der Wicklungsform und sich selbst durch seine eigene Elastizität zu erzeugen, wenn er auf die Wicklungsform aufgewickelt wird, und ferner erzeugt er in ähnlicher Weise einen Spielraum zwischen der unteren Schicht des rechteckigen Drahtes und sich selbst, wenn er in mehreren Schichten aufgewickelt wird. Dieses Phänomen ist als „Rückfederung" bekannt. In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Rückfedern durch die befestigte Presswalze verhindert. Die Walzenpresskraft wird vorzugsweise erhöht, um eine saubere R-Form des rechteckigen Drahtes zu arrangieren, insbesondere wenn sich die Presswalze auf dem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform befindet. Bei diesem Aspekt erlaubt es die Steuerung der Walzenpresskraft gemäß einem Drehwinkel der Presskraft, in einer effizienten Art und Weise zu funktionieren, so dass der rechteckige Draht zuverlässig auf die Wicklungsform aufgewickelt wird. Es ist dadurch möglich, die Qualität der daraus hervorgehenden Spule zu verbessern.

(6) Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Spulenerzeugungsvorrichtung ein Biegewerkzeug, um einen Abschnitt des rechteckigen Drahtes, der sich am Rand befindet, um auf die Wicklungsform aufgewickelt zu werden, mit einem anderen Abschnitt, der bereits aufgewickelt wurde, in Kontakt zu pressen, um diese miteinander in Kontakt zu bringen. Ferner ist eine Steuervorrichtung für die Biegewerkzeugpresskraft enthalten, die die Biegewerkzeugpresskraft durch das Biegewerkzeug in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform verändert, wobei die Steuervorrichtung für die Biegewerkzeugpresskraft die Biegewerkzeugpresskraft verringert, wenn sich das Biegewerkzeug auf dem flachen Abschnitt der Wicklungsform befindet, und die Biegewerkzeugpresskraft erhöht, wenn sich das Biegewerkzeug auf dem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform befindet.

Gemäß diesem Aspekt wird ferner die Spulenqualität verbessert, wie es auch im Fall von (5) oben war. Das Befestigen des Biegewerkzeugs verhindert, dass der rechteckige Draht beim Wickeln von einem angrenzenden Teil des rechteckigen Drahtes getrennt wird. Wenn sich das Biegewerkzeug auf dem gekrümmten Abschnitt befindet, kann der rechteckige Draht vorzugsweise durch Erhöhen der Biegewerkzeugpresskraft angeordnet werden. Gemäß diesem Aspekt erlaubt die Steuerung der Biegewerkzeugpresskraft in Abhängigkeit von dem Drehwinkel, dass die Presskraft in einer effizienten Art und Weise arbeitet, so dass der rechteckige Draht zuverlässig auf die Wicklungsform aufgewickelt wird.

(7) Eine Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht, die vorzugsweise einen Aspekt dieser Erfindung verkörpert, kann eine Rechteckformungs-Steuervorrichtung zur Steuerung der Rechteckformungsvorrichtung gemäß Sollformungsabmessungen des rechteckigen Drahtes aufweisen, wobei Spulen aus mehreren unterschiedlichen Querschnittformen hergestellt werden können. Es ist von Vorteil, wenn die Rechteckformungsteuervorrichtung die Querschnittgestalten des rechteckigen Drahtes durch Steuerung der Spannung des rechteckigen Drahtes einstellt.

Gemäß diesem Aspekt kann die Querschnittgestalt des rechteckigen Drahtes durch Steuerung der Rechteckformungsvorrichtung variabel sein. Eine Vielzahl an rechteckigen Drähten, die sich in ihrer Querschnittgestalt unterscheiden, kann aus einem Drahtmaterial einer einzigen Art hergestellt werden, während eine Vielzahl an Spulentypen mit rechteckigem Draht durch eine einzige Vorrichtung hergestellt werden kann. Es wird dadurch unnötig, separate Anlagen für Spulen unterschiedlicher Bauarten bereitzustellen und die Kosten der Anlagen können reduziert werden. Da zusätzlich nur ein Drahtmaterial eines einzigen Typs verwendet wird, um Spulen von einer oder mehreren Bauarten zu erzeugen, führt die wirtschaftliche Massenproduktion zu einer Reduzierung der Materialkosten. Auf diese Weise kann diese Erfindung zu einer größeren Verbesserung der Produktivität und der Kostenreduzierung zur Herstellung einer Spule mit rechteckigem Draht beitragen.

(8) Bei einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spule mit rechteckigem Draht, die vorzugsweise einen Aspekt dieser Erfindung verkörpert, ist eine Isolationsklebevorrichtung zur Aufbringung eines Isolationsmaterials auf den rechteckigen Draht an der Rechteckformungsvorrichtung oder zwischen der Rechteckformungsvorrichtung und der Spulenerzeugungsvorrichtung vorgesehen.

Gemäß diesem Aspekt kann ein Isolationsmaterial einen Spielraum zwischen dem rechteckigen Draht einer Spule durch Anbringen des Isolationsmaterials an dem rechteckigen Draht vor der Spulenerzeugung überbrücken. Deshalb kann die thermische Leitfähigkeit durch diese einfache Konstruktion verbessert werden. Zusätzlich erhöht die Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit die Leistungsfähigkeit eines Motors, der mit einer Spule aus einem rechteckigen Draht versehen ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Frontansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Draufsicht der Vorrichtung aus 1.
3 ist eine Darstellung, die das Drahtmaterial mit einem kreisförmigen Querschnitt zeigt.
4 ist eine Schnittansicht aus 2 entlang der Linie A-A, die Rechteckformungswalzen zeigt.
5 zeigt einen rechteckigen Draht, der aus einem kreisförmigen Drahtmaterial erzeugt wird.
6 ist eine Schnittansicht aus 2 entlang der Linie B-B, die eine Wicklungspositionseinstelleinheit zeigt.
7 erläutert ein Messinstrument zur Qualitätsprüfung.
8 stellt das Verfahren des Wickelns des rechteckigen Drahtes auf eine Wicklungsform dar.
9 zeigt die Steuerung eines Wicklungsformmotors.
10 zeigt das zweite Beispiel der Steuerung eines Wicklungsformmotors.
11 zeigt die Steuerung eines Walzenpresskraftgenerators.
12 zeigt die Steuerung eines Biegewerkzeugpresskraftgenerators.
13 zeigt die Konstruktion des zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht.
14A ist eine Draufsicht und 14B ist eine Frontansicht der Vorrichtung aus 13.
15 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise der Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
16 zeigt einen Bereich von formbaren Querschnittformen des rechteckigen Drahtes.
17 zeigt eine Tabelle, die für das Verfahren aus 15 verwendet wird.
18 zeigt ein Verhältnis zwischen einem Deformationsumfang des rechteckigen Drahtes und einem oberen Grenzwert der Spannung.
19 zeigt die Konstruktion des dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
(Ausführungsbeispiel 1)
Im folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Frontansicht und 2 ist eine Draufsicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein kreisförmiges Drahtmaterial 3 wird um eine Haspel eines Spulenrades 1 herumgewickelt. Das kreisförmige Drahtmaterial 3 hat einen kreisförmigen Querschnitt, wie in 3 dargestellt ist, und einen leitfähigen Teil 3a, der mit einer Kunstharzbeschichtung 3b, wie beispielsweise einem Isolationslack, abgedeckt ist. Die Dicke der Kunstharzbeschichtung 3b liegt im Bereich von einigen wenigen 10 Mikrometern. Das Spulenrad 1 ist drehbar und mit einem Drehwiderstandsgenerator 5 ausgerüstet, der die Drehwiderstandskraft (Drehmoment Tr) des Spulenrades 1 erzeugt, wenn das kreisförmige Drahtmaterial 3 herausgezogen wird. Die Widerstandskraft erzeugt eine Rückspannung an dem kreisförmigen Drahtmaterial 3. Dies verhindert, dass ein Durchhängen an dem kreisförmigen Drahtmaterial 3 auftritt.
Das kreisförmige Drahtmaterial 3, das aus dem Spulenrad 1 gezogen wird, läuft durch Rechteckformungswalzen 7. 4 ist eine Schnittansicht von 2 entlang der Linie A-A. Die in 4 dargestellten Rechteckformungswalzen enthalten Walzen 7a und 7b, die in einer vorlaufenden Stufe zur Pressung des Drahtmaterials 3 nach oben und unten eingebaut sind, und Walzen 7c und 7d, die in einer nachfolgenden Stufe zur Aufbringung eines seitlichen Drucks eingebaut sind. Jede dieser Walzen ist drehbar. Folglich wird das kreisförmige Drahtmaterial 3 plastisch deformiert, wenn es durch die Rechteckformungswalzen 7 läuft. Anschließend wird der rechteckige Draht 9 ausgebildet. Die plastische Deformation erlaubt es, dass eine Torsionsverformung an dem kreisförmigen Drahtmaterial 3 beseitigt wird. D.h., die Rechteckformungswalzen 7 sorgen für zwei Fähigkeiten: das Erzeugen des rechteckigen Drahtes und das Beseitigen der Torsionsverformung.
5 zeigt den rechteckig ausgebildeten Draht 9, der einen rechteckigen Querschnitt hat, und das Leiterteil 9a, das mit einer Harzbeschichtung 9b bedeckt ist. Die Harzbeschichtung 9b bedeckt den rechteckigen Draht 9 mit einer gleichmäßigen Dicke, weil das kreisförmige Drahtmaterial 3 mit einer hochelastischen Harzbeschichtung 3b bedeckt ist. Wie aus der 4 entnommen werden kann, vermindert sich eine Querschnittsfläche des Ausgangsmaterials während dem Prozess der Erzeugung des rechteckigen Drahtes 9 von dem kreisförmigen Drahtmaterial 3. Das Drahtausgangsmaterial längt sich entsprechend, wenn der rechteckige Draht 9 erzeugt wird.
Eine Wicklungspositionseinstelleinheit 11 mit der Fähigkeit der Führung des rechteckigen Drahtes 9 in eine gewünschte Richtung, ist an der nachfolgenden Stufe der Rechteckformungswalzen 7 vorgesehen. Ein Paar Wicklungspositionseinstellwalzen 13 sind an der Wicklungspositionseinstelleinheit 11 befestigt und der rechteckige Draht 9 wird zwischen die oberen und unteren Walzen des Walzenpaars eingeführt. 6 ist eine Schnittansicht aus 2 entlang der Linie B-B. Jede der Wicklungspositionseinstellwalzen 13 hat eine Führungsrandzone 19, die mit einem Flansch an ihrem Rand ausgebildet ist, wie in 6 dargestellt ist. Der rechteckige Draht 9 wird seitlich zwischen die Führungsrandzonen 19 eingeführt, um ihn daran zu hindern, aus den Walzen herauszuschlüpfen.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, sind ein erster Wicklungspositionseinstellmotor 15 zur vertikalen Bewegung der Wicklungspositionseinstelleinheit 11 und ein zweiter Wicklungspositionseinstellmotor zur seitlichen Bewegung enthalten. Beide Motoren verschieben die Wicklungspositionseinstelleinheit 11 in Abhängigkeit von einem Drehwinkel einer Wicklungsform 25 in einer nachfolgenden Stufe. Folglich wird der rechteckige Draht 9 in die geeignete Richtung geführt, d.h. in die Richtung, in der die Führungskante des rechteckigen Drahts 9 an jeder Position an der Wicklungsform 25 anliegen kann, während eine ungeeignete Torsinn verhindert wird. Die Führungskante des rechteckigen Drahts 9 bezieht sich auf einen Abschnitt, der um die Wicklungsform 25 herum gewickelt werden soll (der Teil, der als Teil einer Spule ausgebildet werden soll). Der rechteckige Draht 9 wird in einem stapelähnlichen Muster aufgenommen, wie in der Figur gezeigt ist, indem die Wicklungspositionseinstelleinheit 11 vertikal verschoben wird und den Draht in die gewünschte Richtung führt, in Abhängigkeit von der Drehung der Wicklungsform 25, durch seitliches Verschieben der Wicklungspositionseinstelleinheit 11. Die Rechteckformungswalzen 7 werden vorzugsweise in Verbindung mit der Wicklungspositionseinstelleinheit 11 verschoben, was nicht dargestellt ist.
Ein Messinstrument zur Qualitätsprüfung 21, das Defekte im rechteckigen Draht 9 erfasst und insbesondere prüft, ob die Harzbeschichtung 9b nicht beschädigt oder fehlerhaft ist, ist in einer nachfolgenden Stufe der Wicklungspositionseinstelleinheit 11 befestigt. Das Messinstrument 21 kann entweder von der Kontaktbauart oder von der kontaktlosen Bauart sein. Ein Impulswellenform-Messinstrument wird in diesem Ausführungsbeispiel angewandt, wie in 7 dargestellt ist, um Defekte in dem rechteckigen Draht 9 durch Veränderungen am Ausgang der Wellenformen zu erfassen.
Eine Spulenerzeugungsvorrichtung 23 ist in einer nachfolgenden Stufe des Messinstruments zur Qualitätsprüfung 25 befestigt. Die drehbare Wicklungsform (eine größere Form) 25 mit einem abgerundeten rechteckigen Querschnitt, wie in 2 dargestellt ist, ist als Spulenwicklungsaufspannvorrichtung auf der Spulenerzeugungsvorrichtung 23 befestigt. Die Teile, die den längeren Seiten eines Rechtecks entsprechen, sind flach, und die Teile, die den kürzeren Seiten entsprechen, sind abgerundet (zylindrisch geformte Oberfläche) und werden als gekrümmte Abschnitte bezeichnet. Die Wicklungsform 25 hat Wicklungsformflansche 27 sowohl auf ihrer Ober- als auch ihrer Unterseite, wie in 1 dargestellt ist.
Ein Wicklungsformmotor 29 ist mit der Wicklungsform 25 verbunden, um die Wicklungsform 25 zu drehen. Der rechteckige Draht 9 wird auf die Wicklungsform 25 aufgenommen, wenn sich der Wicklungsformmotor 29 dreht. Folglich wird eine Spule 39 erzeugt. Zusätzlich dreht die Drehkraft des Wicklungsformmotors 29 die Wicklungsform 25 und zieht dadurch den rechteckigen Draht 9. Die Kraft, die den rechteckigen Draht 9 zieht, bewirkt, dass das kreisförmige Drahtmaterial durch die Rechteckformwalzen 7 geht und aus der Spulenrolle 1 herausgezogen wird.
8 zeigt, wie der rechteckige Draht 9 auf die Wicklungsform 9 aufgewickelt wird. Die Startposition X befindet sich an der unteren Mitte des Krümmungsabschnitts, wie in der Figur dargestellt ist. Der rechteckige Draht 9 wird vom Boden der Wicklungsform 25 in einer stapelförmigen Art und Weise gewickelt. Wenn der rechteckige Draht 9 die Oberseite der Wicklungsform 25 erreicht, wird er auf zweiten und dritten Schichten aufgewickelt. Auf diese Weise wird eine Spule mit rechteckigem Draht 39, bspw. eine Wicklung eines rechteckigen Drahts mit 30 Windungen, erzeugt.
Wie in 8 dargestellt ist, wird der rechteckige Draht 9 in dem gekrümmten Abschnitt diagonal gewickelt und in dem flachen Abschnitt horizontal gewickelt (auf einer Ebene, die senkrecht zur Achse der Wicklungsform steht). Dieses Wickelverfahren hat die folgenden Vorteile. Wenn die Spule aus dem rechteckigen Draht 39 dieses Ausführungsbeispiels in einen Stator eines Motors eingebaut wird, sind die flachen Abschnitte der Spule in Schlitzen des Stators untergebracht und die gekrümmten Abschnitte stehen von jedem Ende des Stators vor. Wenn der rechteckige Draht 9 in den flachen Abschnitten auf der Schräge gewickelt wird, wird an diesem Punkt ein Spielraum zwischen einer Endseite der Spule und einer inneren Wand des Schlitzes erzeugt. Folglich vermindert sich der Füllgrad. Wenn der rechteckige Draht 9 in den flachen Abschnitten horizontal gewickelt wird, wird ein Spielraum zwischen der Endseite der Spule und der inneren Wand des Schlitzes verhindert. Auf diese Weise wird der Füllgrad erhöht.
Unter erneutem Bezug auf die 1 und 2 ist eine Presswalze 31 an der Spulenerzeugungsvorrichtung 23 vorgesehen. Der rechteckige Draht 9 neigt dazu, einen Spielraum zwischen der Wicklungsform 25 und sich selbst aufgrund seiner Eigenelastizität zu erzeugen, wenn er auf die Wicklungsform aufgewickelt wird (Rückfederung). Die Presswalze 31 verhindert ein Rückfedern durch Pressen des rechteckigen Drahtes 9 auf die Wicklungsform 25. Ein Walzenpresskraftgenerator erzeugt eine Walzenpresskraft, um die Presswalze 31 auf den rechteckigen Draht 9 zu pressen und ist in der Lage, diesen Walzenpresskraft zu variieren.
Der Walzenpresskraftgenerator verschiebt ferner die Presswalze 31 in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform 25, wodurch ein fixierter Abstand zwischen der Presswalze 31 und einer äußeren Begrenzung der Wicklungsform 25 (entsprechend einer Breite des rechteckigen Drahtes 9) aufrechterhalten wird.
Ein Biegewerkzeug 35, das den rechteckigen Draht 9 nach unten presst, ist an der Spulenerzeugungsvorrichtung 23 befestigt. Ein Generator der Biegewerkzeugpresskraft 37 erzeugt eine Biegewerkzeugpresskraft, um das Biegewerkzeug 35 auf den rechteckigen Draht 9 zu pressen. Das Pressen des rechteckigen Drahtes 9 durch das Biegewerkzeug 35 ermöglicht es einem Teil des rechteckigen Drahtes 9, in engen Kontakt mit dem nächsten Teil des darunter gewickelten Drahtes gebracht zu werden. Der Generator der Biegewerkzeugpresskraft 37 ist in der Lage, eine Änderung der Biegewerkzeugpresskraft zu erzielen und verschiebt das Biegewerkzeug 35 in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform 25. Ein konstanter Abstand zwischen dem Biegewerkzeug 35 und einer äußeren Begrenzung der Wicklungsform 25 wird aufrecht erhalten und das Biegewerkzeug 35 wird nach oben verschoben, wenn der rechteckige Draht 9 gewickelt wird.
Die Konfiguration der Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht dieses Ausführungsbeispiels wurde vorstehend erläutert. Die Funktion dieser Vorrichtung wird als nächstes im nachfolgenden erläutert.
Zuerst wird die Führungskante des rechteckigen Drahtes 9 auf die Wicklungsform 25 gehängt und der Wicklungsformmotor 29 beginnt sich zu drehen. Während der rechteckige Draht 9 durch Drehung (im Uhrzeigersinn in 2) der Wicklungsform 25 auf die Wicklungsform 25 aufgenommen wird, wird der Abschnitt des rechteckigen Drahtes 9, der noch nicht gewickelt ist, gezogen. Die Zugkraft wird über den rechteckigen Draht 9 und das kreisförmige Drahtmaterial 3 auf das Spulenrad 1 übertragen, in Vorbereitung zur Deformation. Dies dreht das Spulenrad 1 im Uhrzeigersinn und zieht das kreisförmige Drahtmaterial 3 heraus. Zu dieser Zeit sorgt der Drehwiderstandsgenerator 5 für einen Drehwiderstand (Drehmoment: Tr) des Spulenrades 1 (in Gegenuhrzeigerrichtung). Deshalb wird das Auftreten des ungeeigneten Durchhängens an dem kreisförmigen Drahtmaterial 3 verhindert.
Wenn das kreisförmige Drahtmaterial 3, das aus dem Spulenrad 1 herausgezogen wurde, durch die Rechteckformwalzen 7 geht, wird das kreisförmige Drahtmaterial 3 durch Walzen vertikal und seitlich gepresst, um den rechteckigen Draht 9 zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt wird das kreisförmige Drahtmaterial 3 plastisch deformiert und verlängert sich in seiner Längsrichtung, während seine Querschnittsfläche kleiner wird. Um dafür zu sorgen, dass das kreisförmige Drahtmaterial 3 durch einen Spalt zwischen den Walzen geht, während es deformiert wird, ist es notwendig, dass das rechteckige Drahtmaterial mit großer Kraft gezogen wird. Deshalb erzeugt der Wicklungsformmotor 29 ein Motordrehmoment mit einer solchen Amplitude, die erforderlich ist, um den rechteckigen Draht 9 zu ziehen.
Der rechteckige Draht 9 wird durch die Wicklungspositionseinstelleinheit 11 in eine geeignete Richtung geführt, nachdem er die Rechteckformwalzen 7 passiert hat. Der rechteckige Draht 9 geht anschließend durch ein Messinstrument zur Qualitätsprüfung 21, wo geprüft wird, dass der rechteckige Draht 9 keine Defekte hat. Der Draht wird anschließend auf die Wicklungsform 25 aufgenommen. Als Konsequenz wird die Spule mit dem rechteckigen Draht 39 in einer solchen Art und Weise erzeugt, dass der rechteckige Draht 9 vom Boden aus gestapelt und gewickelt wird und in einer Vielzahl von Schichten aufgerollt wird. Die Presswalze 31 und das Biegewerkzeug 35 pressen den rechteckigen Draht 9 wie vorstehend beschrieben wurde, so dass der rechteckige Draht 9 so gewickelt wird, dass er in einem engen Kontakt mit der Wicklungsform 25 und mit sich selbst steht.
Eine Spule wird dann fertig, wenn die Wicklungsform 25 um eine vorbestimmte Anzahl gedreht wurde. Die vollendete Spule wird von einem restlichen Teil des rechteckigen Drahts 9, der noch nicht gewickelt wurde, isoliert, von der Wicklungsform 25 entfernt und zu einem Montageprozess eines Motors geleitet. Anschließend wird die Führungskante des rechteckigen Drahtes 9, die abgerissen wurde, auf die Wicklungsform 25 aufgelegt, um die Herstellung der nächsten Spule in der gleichen Art und Weise zu beginnen.
Eine gemäß diesem Ausführungsbeispiel hergestellte Spule kann vorzugsweise als eine Wendepolwicklungsspule verwendet werden. Eine Wendepolwicklungsspule bezieht sich auf eine Spule, bei der zwei flache Abschnitte einer Spule in jeweiligen Schlitzen untergebracht sind, die über Zähne eines Motorstators aneinander angrenzen. Selbstverständlich kann eine Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels auf die Herstellung von Spulen anderer Bauarten angewendet werden.
Bis hierher wurde ein Verfahren zur Herstellung einer Spule gemäß dieser Vorrichtung erläutert. Jede Komponente, wie bspw. der Wicklungsformmotor 29 kann, wie nachstehend erläutert wird, vorzugsweise gesteuert werden.
(Steuerung des Wicklungsformmotors)
Der rechteckige Draht 9 wird durch Drehung der Wicklungsform 25 auf die Wicklungsform 25 aufgenommen. Deshalb muss der Wicklungsformmotor 29 ein Drehmoment mit ausreichender Größe erzeugen, um den rechteckigen Draht 9 zu ziehen. Der rechteckige Draht 9 wird ferner durch die Drehung der Wicklungsform 25 gezogen. Diese Zugkraft wird übertragen und macht das kreisförmige Drahtmaterial 3 zu dem rechteckigen Draht 9. Anschließend wird der Wicklungsformmotor 29 ferner benötigt, um ein Drehmoment mit ausreichender Größe zu erzeugen, um das kreisförmige Drahtmaterial 3 aus einem Spalt zwischen den Walzen der rechteckigen Formwalzen 7 herauszuziehen. Auf diese Weise erzeugt der Wicklungsformmotor 29 das erforderliche Drehmoment für die Prozesse der Spulenerzeugung und der Rechteckformung. Dies erlaubt es, dass die Vorrichtung vereinfacht wird.
Insbesondere in diesem Ausführungsbeispiel wird eine Drehgeschwindigkeit des Wicklungsformmotors 29 in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform 25 gesteuert, wie in 9 gezeigt ist. Ein Drehwinkel der Wicklungsform Θ der Abszisse stellt einen Drehwinkel der Wicklungsform 25 dar. Der Winkel Θ beträgt Null, wenn sich die Wicklungsform 25 in einem Zustand befindet, wie er in dem rechten Abschnitt in 9 gezeigt ist (und wie er in 2 gezeigt ist). Der Winkel nimmt mit der Drehung der Wicklungsform 25 im Uhrzeigersinn zu und kehrt wieder zu Null zurück, wenn die Wicklungsform 25 eine Umdrehung dreht.
Wenn der Drehwinkel der Wicklungsform Θa (= 0) beträgt, berührt die Führungskante des rechteckigen Drahtes 9 die Position (a) der Wicklungsform 25. Die Führungskante des rechteckigen Drahts 9 bezieht sich, wie vorstehend definiert wurde, auf jenen Abschnitt des Drahtes, der um die Wicklungsform 25 gewickelt werden soll. Auf ähnliche Weise beträgt ein Drehwinkel der Wicklungsform Θb, wenn die Führungskante die Position (b) berührt. Wenn die Führungskante die Position (c) erreicht, beträgt der Drehwinkel der Wicklungsform Θc usw. Aus dem vorstehenden geht hervor, dass der rechteckige Draht 9 auf dem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform 25 gewickelt wird, wenn der Drehwinkel in den Bereichen Θa ≤ Θ ≤ Θc oder Θd ≤ Θ ≤ Θf liegt, und dass er auf den Flachabschnitt der Wicklungsform 25 gewickelt wird, wenn der Drehwinkel in den Bereichen Θc < Θ < Θd oder Θf < Θ < Θa liegt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl des Motors verringert, wenn der Drehwinkel in dem Bereich Θa ≤ Θ ≤ Θc oder Θd ≤ Θ ≤ Θf liegt, wie in 9 gezeigt ist, um das Erzeugen des gekrümmten Abschnitts zu gewährleisten. Die Drehzahl des Motors wird erhöht, wenn der Drehwinkel in dem Bereich Θc < Θ < Θd oder Θf < Θ < Θa liegt. Während der Wicklung auf dem flachen Abschnitt kann die Spulenerzeugung zuverlässiger durchgeführt werden, als im Vergleich dazu, wenn die Wicklung auf dem gekrümmten Abschnitt stattfindet, sogar wenn der Motor die Geschwindigkeit erhöht. Die Drehzahl wird durch Steuern des Motordrehmoments gesteuert.
Eine solche Motorsteuerung erlaubt es, die Motordrehzahl zu erhöhen, während die zuverlässige Spulenerzeugung aufrecht erhalten wird. Dies ermöglicht es, die Spulenerzeugungsgeschwindigkeit und die Effizienz zu erhöhen.
10 zeigt eine bevorzugte Steuerung des Wicklungsformmotors unter Verwendung einer Wicklungsform, die eine Querschnittsgestalt hat, die sich von derjenigen, die in 1 gezeigt ist, unterscheidet. Die Wicklungsform dieses Beispiels hat vier flache und vier gekrümmte Abschnitte im Umfang. Der Motor erhöht und vermindert die Geschwindigkeiten während einer Umdrehung der Wicklungsform viermal, jeweils in Abhängigkeit von der Gestalt der Wicklungsform.
(Steuerung des Drehwiderstandsgenerators)
Wenn das kreisförmige Drahtmaterial 3 durch die Rechteckformwalzen 7 gepresst wird, streckt sich das Drahtausgangsmaterial und dessen Querschnittsfläche vermindert sich. Die Drehgeschwindigkeit der Wicklungsform 25 ist deshalb unterschiedlich zu jener des Spulenrades 1. Deshalb erzeugt der Drehwiderstandsgenerator 5 eine Drehwiderstandskraft (Drehmoment: Tr), um unter Berücksichtigung einer Differenz der Drehgeschwindigkeiten zwischen der Wicklungsform 25 und dem Spulenrad 1 ein geeignetes Niveau an Rückspannung für den kreisförmigen Draht 3 zu schaffen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Drehzahl des Wicklungsformmotors 29 in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform 25, wie vorstehend beschrieben wurde, gesteuert. Eine Zuführgeschwindigkeit des kreisförmigen Drahtmaterials 3 variiert mit einer Änderung der Drehzahl. Der Drehwiderstandsgenerator 5 ändert die Kraft des Drehwiderstands gemäß einer Veränderung der Zuführgeschwindigkeit in einer solchen Art und Weise, dass die Kraft des Drehwiderstands zunimmt, wenn die Motordrehzahl relativ hoch ist, und die vermindert wird, wenn die Motordrehzahl niedrig ist. Die Rückspannung, die für das kreisförmige Drahtmaterial 3, das sich zwischen dem Spulenrad 1 und den Rechteckformwalzen 7 befindet, vorgesehen ist, wird immer in einer geeigneten Größe aufrecht erhalten, indem die Widerstandskraft in Verbindung mit der Motorsteuerung gesteuert wird. Folglich kann das Auftreten der Durchhängung oder des Schleifens in dem kreisförmigen Drahtmaterial 3 vorzugsweise verhindert werden.
(Steuerung eines Walzenpresskraftgenerators)
Der Walzenpresskraftgenerator 33 verhindert die Erzeugung von Spielräumen zwischen dem rechteckigen Draht 9 und der Wicklungsform 25 (Rückfederung), indem er den rechteckigen Draht 9 unter Verwendung der Presswalze 31 auf die Wicklungsform 25 presst. Der rechteckige Draht 9 wird in diesem Ausführungsbeispiel in einer Vielzahl an Schichten erzeugt. Die Presswalze 31 verhindert ferner, dass ein Spielraum zwischen jeder der Schichten erzeugt wird. Die Walzenpresskraft wird, wie in 11 gezeigt, gesteuert.
In 11 stellt eine Abszisse einen Drehwinkel der Wicklungsform dar. Die Kriterien des Winkels θ unterscheiden sich von dem Winkel θ, der in 9 beschrieben wurde. Die Presswalze 31 berührt den rechteckigen Draht 9 an der Position (a) der Wicklungsform 25, wenn der Drehwinkel der Wicklungsform Øa beträgt; sie berührt den rechteckigen Draht an der Position (b) der Wicklungsform 25, wenn der Drehwinkel der Wicklungsform Øb ist, usw.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Walzenpresskraft vermindert, wenn der Drehwinkel in dem Bereich Øc < Ø < Ød oder Øf < Ø < Øa liegt, wie in 11 dargestellt ist. Diese Konfiguration erzeugt eine ausreichende Presskraft, um das Auftreten eines Rückfederns zu verhindern, wenn sich die Presswalze 31 auf dem flachen Abschnitt der Wicklungsform 25 befindet. Die Walzenpresskraft wird erhöht, wenn sich der Drehwinkel in dem Bereich Øa ≤ Ø ≤ Øc oder Ød ≤ Ø ≤ Øf befindet. Dies erlaubt es dem rechteckigen Draht 9, zuverlässig erzeugt zu werden, wenn sich die Presswalze 31 auf dem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform 25 befindet.
Die Steuerung der Walzenpresskraft, wie sie vorstehend beschrieben wurde, erlaubt es der erforderlichen Presskraft, in einer effizienten Art und Weise zu wirken und den rechteckigen Draht zuverlässig um die Wicklungsform zu wickeln. Dadurch ist es möglich, die Spulenqualität zu verbessern. Es kann ferner von Vorteil sein, die Steuerung zu modifizieren, wie in dem Fall, der mit 10 beschrieben wurde, in Abhängigkeit von der Querschnittsgestalt der Wicklungsform und den den Umständen entsprechenden Anforderungen.
(Steuerung der Biegewerkzeugpresskraft)
Der Generator der Biegewerkzeugpresskraft 37 verhindert, dass ein Spielraum zwischen dem rechteckigen Draht 9 erzeugt wird, indem jener Abschnitt des rechteckigen Drahtes 9, der um einen angrenzenden Abschnitt von jenem Draht, der bereits gewickelt wurde, gewickelt wird, unter Verwendung des Biegewerkzeugs 35 gepresst wird. Die Biegewerkzeugpresskraft wird, wie in 12 dargestellt, gesteuert.
In 12 stellt eine Abszisse einen Drehwinkel der Wicklungsform ψ dar. Die Kriterien des Winkels ψ unterscheiden sich von demjenigen des Winkels θ, der in 9 beschrieben wurde. Das Biegewerkzeug 36 berührt den rechteckigen Draht 9 an der Position (a) der Wicklungsform 25, wenn der Drehwinkel der Wicklungsform ψa beträgt; es berührt den rechteckigen Draht an der Position (b) der Wicklungsform 25, wenn der Drehwinkel der Wicklungsform ψb ist, usw.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Biegewerkzeugpresskraft vermindert, wenn der Drehwinkel in dem Bereich ψc < ψ < ψd oder ψf < ψ < ψa liegt, wie in 12 dargestellt ist, und sie wird erhöht, wenn der Drehwinkel in dem Bereich ψa ≤ ψ ≤ ψc oder ψd ≤ ψ ≤ ψf liegt. Dies erlaubt es dem rechteckigen Draht 9, zuverlässig erzeugt zu werden, wenn sich das Biegewerkzeug 35 auf dem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform 25 befindet.
Die Steuerung der Biegewerkzeugpresskraft wie sie vorstehend beschrieben wurde, erlaubt es der erforderlichen Presskraft, in einer effizienten Art und Weise zu wirken und den rechteckigen Draht zuverlässig um die Wicklungsform zu wickeln. Dadurch ist es möglich, die Spulenqualität zu verbessern. Es kann ferner von Vorteil sein, die Steuerung zu modifizieren, wie es in dem Fall der Konfiguration, die in 10 beschrieben ist, war, in Abhängigkeit von der Querschnittsgestalt der Wicklungsform und den den Umständen entsprechenden Anforderungen.
Gemäß diesem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Drahtausgangsmaterial, das zur Herstellung einer Spule erforderlich ist, ein harzbeschichteter Leiter mit einem kreisförmigen Querschnitt sein (das kreisförmige Drahtmaterial 3), wie er herkömmlicher weise zur Herstellung einer Spule mit einem kreisförmigen Draht verwendet wird. Ein solcher Leiter kann bei relativ geringen Kosten bezogen und hergestellt werden. Das kreisförmige Drahtmaterial 3 wird aus der Haspel herausgezogen, mit einem Walzenzerteiler verarbeitet und zu dem rechteckigen Draht 9 gemacht, der kontinuierlich und direkt an die Wicklungsform 25 geleitet wird, um eine Spule mit rechteckigem Draht 39 zu erzeugen. Die Rechteckdrahtbildung und das Erzeugen der Wicklungsform werden in einer Sequenz von aneinander hängenden Prozessen ausgeführt. Eine Torsionsverformung, die durch Aufnehmen des rechteckigen Drahtes auf die Haspel hervorgerufen wird, wird deshalb verhindert und eine Vorrichtung oder ein Verfahren zur Beseitigung der Torsionsverformung wird unnötig. Folglich kann dies zur verbesserten Qualität beitragen. Zusätzlich wird die Torsionsverformung in dem Verfahren zur Erzeugung des rechteckigen Drahtes unwillkürlich beseitigt, wenn das Drahtmaterial 3 eine solche Torsionsverformung enthält.
Auf diese Weise ermöglicht es die Erfindung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, eine Spule mit einem rechteckigen Draht unter Verwendung eines kostengünstigen Ausgangsdrahtmaterials, durch eine einfache und kostengünstige Vorrichtung und in einer kurzen Zeit, herzustellen. Folglich wird es möglich, die Qualität und die Produktivität zu verbessern und den erforderlichen Produktionsanlagenraum und Arbeit zu reduzieren. Folglich wird es möglich, einen Hochleistungsmotor mit geringen Kosten zu erzeugen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der rechteckige Draht zuverlässig auf die Wicklungsform aufgewickelt und die Spule mit dem rechteckigen Draht wird präzise erzeugt, indem jede Komponente wie der Wicklungsformmotor 29 in der oben beschriebenen Art und Weise gesteuert wird. Ferner wird es möglich, zusätzliche Verbesserungen der Qualität und Produktivität weiterzuverfolgen.
(Ausführungsbeispiel 2)
In dem bisher erläuterten ersten Ausführungsbeispiel ist die Längungsrate bei der Erzeugung des rechteckigen Drahtes aus dem Drahtmaterial fest und es wird nur eine Art von rechteckigem Draht mit einer gleichmäßigen Querschnittsform gebildet. Es ist anschließend erforderlich, eine neue Ausrüstung gemäß anderen Spezifikationen zur Herstellung von Spulen zu konstruieren, die sich in den Querschnittsformen des rechteckigen Drahtes unterscheiden.
In der Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ein Einstellungsmechanismus zur Änderung der Längungsrate bei der Erzeugung des rechteckigen Drahtes enthalten. Der Einstellungsmechanismus erlaubt dieselbe Ausrüstung zur Herstellung der Spulen, die sich in den Querschnittsformen des rechteckigen Drahtes unterscheiden. Eine Steuerung der Längungsrate wird durch Einstellung der Spielraumbreite zwischen den Rechteckformwalzen und der Spannung, die auf den rechteckigen Draht wirkt, durchgeführt, wie nachstehend erläutert werden wird.
13, 14A und 14B zeigen eine Konstruktion einer Vorrichtung zur Herstellung einer Spule gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel sind die X-, Y- und Z-Achsen, wie in 13 dargestellt, definiert. Die X-Richtung entspricht der seitwärts gerichteten Richtung des ersten Ausführungsbeispiels, die Y-Richtung der Richtung nach oben und nach unten und die Z-Richtung entspricht der Zuführrichtung. Die 14A ist eine Draufsicht aus der Z-Richtung und die 14B ist eine Frontansicht aus der Y-Richtung der Vorrichtung aus 13.
Rechteckformwalzen zum Pressen eines kreisförmigen Drahtmaterials 50 arbeiten wie im ersten Ausführungsbeispiel, um den rechteckigen Draht 52 zu erzeugen. Ein Paar Walzen 54a und 54b zur Deformation in der X-Richtung und ein Paar Walzen 56a und 56b zur Deformation in der Y-Richtung sind so eingebaut, dass sie rechtwinklig zueinander stehen.
Ein Statorblock 72 wird als Wicklungsform zur Spulenerzeugung in einer Spulenerzeugungsvorrichtung 70 des zweiten Ausführungsbeispiels verwendet. Der Statorblock 72 ist aus einem elektromagnetischen Stahl laminiert und in der Gestalt von Stücken ausgebildet, die durch Teilen eines Motorstators viele Stücke hergestellt werden. Eine Wendepolwicklungsspule ist infolge der Fertigstellung der Spulenerzeugung in diesem Aufbau auf dem Statorblock 72 befestigt. Der Stator wird durch Plazieren der Vielzahl von Blöcken in einem Kreis und durch eine Verbindung dieser fertiggestellt. Die Produktivität kann durch Anwenden des Statorblocks 72 als Wicklungsform verbessert werden.
Ein Spannfutter 76, das auf einem Tisch 74 befestigt ist und in der Lage ist, eine Öffnungs- und Schließfunktion zu erfüllen, hält den Statorblock 72. Der Tisch 74 wird durch einen Motor zur Drehung des Stators 78 gedreht und ferner gemäß einer Wicklungssteigung des rechteckigen Drahts 52 durch eine Tischbetätigungsvorrichtung 79, die als Zuführmechanismus dient, hin- und herbewegt. Durch die Drehung und die hin- und hergehende Bewegung in der Y-Richtung des Statorblocks 72 wird der rechteckige Draht 52 auf die Polzähne 72a des Statorblocks 72 gewickelt und eine Spule wird erzeugt.
Eine Walze für eine inverse Verwölbung 60 ist zwischen der Spulenerzeugungsvorrichtung 70 und den Formwalzen 54 und 56 vorgesehen. Die Walze für die inverse Verwölbung 60 bringt eine Verwölbung in der entgegengesetzten Richtung zu der Wicklungsform vor dem Wickeln auf den rechteckigen Draht 52 auf. Diese inverse Verwölbung verhindert, dass der rechteckige Draht 52 verbogen wird, was oft dazu führt, dass der rechteckige Draht 52 während der nachfolgenden Prozesse von dem Statorblock 72 getrennt wird. Folglich ist der rechteckige Draht 52 enger um den Statorblock 72 gewickelt. Eine Betätigungsvorrichtung für die Walze zur inversen Verwölbung 62 bewegt die Walze zur inversen Verwölbung 60 in der X-Richtung gemäß der Wicklung des rechteckigen Drahts 52 hin und her.
Das zweite Ausführungsbeispiel ist wie folgt gekennzeichnet. Die Rechteckformwalzen 54a und 54b für die Deformation in der X-Richtung sind mit einer Betätigungseinrichtung für eine Walzenbewegung 57 ausgestattet, die diese Walzen in die X-Richtung bewegt, um diese in der gewünschten Position zu positionieren. Die Rechteckformwalzen 56a und 56b für die Deformation in der Y-Richtung sind mit einer ähnlichen Betätigungseinrichtung ausgestattet (nicht dargestellt). Diese Betätigungseinrichtungen stellen einen Spielraum zwischen den Walzen ein.
Ferner sind die Rechteckformwalzen 54a und 54b für die Deformation in der X-Richtung mit einem Motor zur Drehung der Formwalze 58 verbunden. Eine Spannung, die zwischen den Formwalzen und dem Statorblock auf den Abschnitt des rechteckigen Drahtes 52 wirkt, wird in Abhängigkeit von dem Ausgangsdrehmoment bestimmt, das sowohl durch den Motor zur Drehung der Formwalze 58 als auch den Motor zur Drehung des Stators 78 erzeugt wird.
Unmittelbar nach der Deformation durch die Rechteckformwalzen hat der rechteckige Draht 52 die gleiche Querschnittsgestalt wie der Spalt zwischen den Walzen. Der rechteckige Draht wird nach dem Passieren durch die Formwalzen durch die Wirkung der Spannung gestreckt. Deshalb sind die endgültigen Abmessungen (X und Y) des rechteckigen Drahtes, der auf dem Statorblock 72 abgelegt wird, kleiner als die Dimensionen des Drahts, der durch die Walzen geht. Dies bedeutet, dass die Querschnittsgestalt des rechteckigen Drahtes 52 durch Steuerung der Spannung, die auf den rechteckigen Draht 52 wirkt, verändert werden kann.
Der Motor zur Drehung der Formwalze 58 sorgt über einen Übertragungsriemen für eine Drehkraft (Drehmoment) für die zwei Formwalzen 54a und 54b. Die Drehkraft wird, wie beim Leiten des rechteckigen Drahtes 52 in der umgekehrten Richtung (Umkehrrichtung), auf beide Walzen übertragen. Obwohl die Drehkraft, die durch den Motor 58 erzeugt wird, als Widerstandskraft wirkt, um den rechteckigen Draht 52 zu ziehen, überschreitet die Drehkraft nicht die Kraft zum Ziehen des rechteckigen Drahtes 52 in der Zuführrichtung. Folglich drehen sich die Walzen in der Zuführrichtung des rechteckigen Drahts 52, wie in der Figur dargestellt ist.
Zusätzlich ist eine optische Drahtlehre 64 kurz vor der Spulenerzeugungsvorrichtung 70 vorgesehen, wie in 13 dargestellt ist. Die Drahtlehre 64 misst die letzten Abmessungen (X und Y) des rechteckigen Drahts 52 unmittelbar vor der Wicklung und überträgt die Messergebnisse anschließend an eine Steuerung 80.
Wie in 14 gezeigt ist, steuert die Steuerung 80 die Spulenerzeugungsvorrichtung insgesamt und insbesondere steuert sie Walzenbewegungsbetätigungseinrichtung 57, den Motor zur Drehung der Formwalze 58, die Betätigungseinrichtung für die inverse Verwölbungswalze 62, den Motor zur Drehung des Stators 78 und die Tischbetätigungseinrichtung 79. Die Steuerung 80 erzeugt durch die Steuerung eine Spule, die durch den rechteckigen Draht, der eine Sollquerschnittsgeschwindigkeit hat, gewickelt wird, im einzelnen durch Steuerung: (i) der Spielraumbreite zwischen den Formwalzen und (ii) der Spannung, die auf den rechteckigen Draht wirkt. Die Steuerung der Spannung wird, wie bereits festgestellt, durch Steuerung des von den Motoren erzeugten Drehmoments verkörpert.
15 ist ein Ablaufdiagramm eines Steuerungsprozesses der Steuerung 80 und zeigt die Vorgänge der Herstellungsvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels. Zuerst stellt die Steuerung 80 fest, ob der rechteckige Draht in den Solldimensionen formbar ist, nachdem die Sollabmessungen des rechteckigen Drahtes hergestellt werden (S10). Die Steuerung 80 vollzieht diese Feststellung auf der Grundlage von gespeicherten Daten, in denen Durchmesser des kreisförmigen Drahtmaterials mit Abmessungen des formbaren rechteckigen Drahtes verbunden werden.
Beispiele von formbaren Abmessungen für den rechteckigen Draht sind in 16 gezeigt. Die Abszisse stellt die endgültigen Abmessungen in der X-Richtung dar, während die Ordinate diejenigen in Y-Richtung darstellt. Dies sind die Abmessungen des rechteckigen Drahtes bei der Wicklung um den Statorblock, nachdem sie durch die Walzen gegangen sind. Ein kreisförmiges Drahtmaterial mit einem Durchmesser D kann in einer Spule verarbeitet werden, die durch Wickeln des rechteckigen Drahts erzeugt wird, der Abmessungen hat, die in dem Bereich liegen, der in der Figur dargestellt ist. Die Spannung bei der Deformation erhöht sich in der Reihenfolge einer Kugel A, B und C.
Die Verarbeitung wird beendet, wenn bei S10 festgestellt wird, dass der Draht der Sollabmessungen nicht formbar ist. Wenn bei S10 festgestellt wird, dass die Formung möglich ist, werden als nächstes das Motordrehmoment und die Spielraumbreite zwischen den Walzen ermittelt (S12). Die Steuerung 80 führt zu diesem Zeitpunkt eine Verarbeitung unter Bezugnahme auf die in 17 gezeigte Tabelle durch.
In 17 stellt die Abszisse die Spielraumbreiten zwischen den Formwalzen in der X-Richtung dar, während die Ordinate die letzten X-Abmessungen des rechteckigen Drahts darstellt. Der Graph zeigt das Verhältnis zwischen den letzten Y-Abmessungen und den Spielraumbreiten zwischen den Walzen in der Y-Richtung. Die Breite des rechteckigen Drahts unmittelbar nach dem Passieren durch die Formwalzen ist äquivalent zu einer Spielraumbreite zwischen den Walzen, wie sie durch die strichpunktierte Linie gezeigt ist. Da jedoch der rechteckige Draht unmittelbar nach dem Passieren durch die Walzen gestreckt wird, sind die letzten Abmessungen des rechteckigen Drahts kleiner als die Spielraumbreite der Walzen. Die letzten Abmessungen werden kleiner, wenn die Spannung wächst. Die letzten Abmessungen des rechteckigen Drahts werden durch die Spannung bestimmt. D.h., die Gestalt des rechteckigen Drahts variiert mit der Steuerung der Spannung.
Die Spannung des rechteckigen Drahts muss innerhalb der Bereiche gesteuert werden, die durch die diagonal schraffierten Flächen in 17 dargestellt sind. Eine untere Grenze der geeigneten Spannung wird bei einem korrekten Wert ermittelt, so dass kein ungeeignetes Durchhängen in dem Abschnitt des rechteckigen Drahts zwischen den Formwalzen und der Wicklungsform auftritt und ein günstiges Finishing erreicht werden kann. Eine obere Grenze davon wird bei einem Wert ermittelt, so dass der Spulendraht und insbesondere die Isolationsbeschichtung (Isolationslack, etc.) nicht beschädigt wird. 18 zeigt ein Verhältnis zwischen den Deformationsumfängen eines Drahtausgangsmaterials und einer aufbringbaren Spannung. Der Deformationsumfang ist eine Differenz der Formen zwischen der Form des kreisförmigen Drahtmaterials und der Form des rechteckigen Drahts und wird als Deformationsumfang = ΔX + ΔY (ΔX ist der halbe Betrag der X-Abmessung und ΔY ist derjenige der Y-Abmessung) definiert, wie dargestellt ist. Die obere Grenze der Spannung, die in der Lage ist, eine Beschädigung der Isolationsbeschichtung zu vermeiden, wird geringer, wenn der Deformationsumfang wächst. Die geeignete Spannungsfläche in 17 wird so ermittelt, dass sie die obere Grenze der Spannung, die in 18 gezeigt ist, nicht überschreitet.
In 15 bestimmt die Steuerung 80 folgendes: (1) die Spielraumbreite zwischen den Rechteckformwalzen 54a und 54b in X-Richtung, (2) die Spielraumbreite zwischen den Rechteckformwalzen 56a und 56b in Y-Richtung, und (3) eine Spannung des rechteckigen Drahts 52 unter Bezugnahme auf die Tabelle von 17, um die Sollabmessungen (endgültige Abmessungen) des rechteckigen Drahtes bei S12 zu erzielen. Bspw. wird eine konstante Spannungslinie (Linie, die die Punkte verbindet, die der ermittelten gleichen Spannung entsprechen: die ermittelte Spannung wird in der Nähe des mittleren Wertes einer geeigneten Spannung festgelegt), die durch die gestrichelte Linie (m) in der Figur dargestellt ist, für eine Vielfalt an Einstellungen verwendet. Für einen Punkt, der den letzten X- und Y-Abmessungen eines Ziels auf der gestrichelten Linie (m) entspricht, drücken die Koordinaten einer Abszisse den erreichten Punkt einer geeigneten Spielraumbreite zwischen den Walzen aus.
Die Steuerung 80 beginnt mit der Spulenerzeugung gemäß den Einstellungen von S12 (S14). Die Steuerung 80 steuert die Walzenbewegungsbetätigungseinrichtung (in den X- und Y-Richtungen), um die Spielraumbreite zwischen den Walzen, wie ermittelt, anzuordnen. Die Steuerung 80 bestimmt das jeweilige Ausgangsdrehmoment, das durch den Motor zur Drehung des Stators 78 erzeugt werden soll, und das durch den Motor zur Drehung der Walzen 57 erzeugt werden soll, auf der Grundlage der Spannung, die bei S12 bestimmt wurde, und steuert die Motoren anschließend. Die Tischbetätigungseinrichtung 79 bewegt sich gemäß der Drehung des Motors zur Drehung des Stators 78 hin und her.
Die Rechteckformwalzen 54 und 56 pressen das kreisförmige Drahtmaterial 50, um den rechteckigen Draht 52 zu erzeugen, wie vorstehend beschrieben wurde, und der rechteckige Draht 52 erreicht den Statorblock 72 mit einer entsprechenden Wölbung. An diesem Punkt wird der rechteckige Draht mit der Spannung einer vorbeschriebenen Größe gestreckt, so dass er die Sollquerschnittsgestalt und die Sollabmessungen erhält. Dieser rechteckige Draht wird auf den Statorblock 72 aufgenommen, um die Spule mit dem rechteckigen Draht zu erzeugen.
Nach der Erzeugung führt die Drahtlehre 64 eine Messung der tatsächlichen Abmessungen des rechteckigen Drahts durch und gibt die gemessenen Daten an die Steuerung 80 ein (S16). Die Steuerung 80 umfasst das jeweilige Ausgangsdrehmoment eines jeden Motors, des Motors zur Drehung des Stators 78 und des Motors zur Drehung der Walzen 57 auf der Grundlage des erfassten Wertes des derzeit fließenden Stroms in beiden Motoren und berechnet unter Verwendung des Ausgangsdrehmoments einen Wert einer momentanen Spannung, die auf den rechteckigen Draht 52 wirkt (S18).
Die Steuerung 80 stellt eine Konformität zu den Abmessungen hinsichtlich des gemessenen Wertes der Abmessungen fest (S20). Wenn sich der gemessene Wert von dem Sollwert unterscheidet, stellt die Steuerung 80 Spielraumbreiten zwischen den Walzen und das Motordrehmoment ein, damit sich die gemessenen Abmessungen des rechteckigen Drahtes den Sollabmessungen annähern (S24). Selbstverständlich wird eine Einstellung eines Motordrehmoments ausgeführt, um die Spannung, die auf den rechteckigen Draht wirkt, zu ändern. Wenn bspw. eine Querschnittgestalt kleiner als eine Sollquerschnittgestalt ist, stellt die Steuerung 80 die Spielraumbreiten zwischen den Walzen wie benötigt ein, zusätzlich zur Reduzierung der Spannung, um eine Breite des rechteckigen Drahts zu erhöhen. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt zur Festlegung einer Änderung auf die Tabelle in 17 entsprechend den den Umständen entsprechenden Anforderungen Bezug genommen.
Wenn bei S20 die Sollabmessungen erzielt werden, entscheidet die Steuerung 80, ob die Spannung, die bei S18 erhalten wird, geeignet ist (S22). Hier wird beurteilt, ob die Spannung innerhalb des Bereichs liegt, der als diagonal schraffierte Fläche in der 17 gezeigt ist, oder ob die Spannung die obere Grenzspannung aus 18 überschreitet. Wenn festgestellt wird, dass die Spannung nicht geeignet ist, schreitet die Steuerung 80 zu S22 und stellt Spielraumbreiten der Walzen und das Motordrehmoment ein (S24). Wie aus 17 entnommen werden kann, kann der rechteckige Draht in denselben Abmessungen, wie er nun ist, durch Einstellen der Spielraumbreite zwischen den Walzen erzeugt werden, obwohl die Spannung verändert wird.
Wenn festgestellt wird, dass die Spannung eine geeignete Spannung ist, oder nachdem sie bei S24 eingestellt worden war, beurteilt die Steuerung 80, ob die Spulenerzeugung vollständig ist oder nicht (S26). Es wird bestimmt, dass die Spulenerzeugung noch nicht vollendet ist, bis eine bestimmte Anzahl an Wicklungen des rechteckigen Drahts 52 um den Statorblock 72 gewickelt wurde, d.h. der Statorblock dreht sich um eine vorbestimmte Anzahl. In diesem Fall verbleibt die Spulenerzeugung in der Produktion unter Rückkehr auf S16. Der Prozess wird beendet, wenn bei S26 festgestellt wird, dass die Spulenerzeugung vollendet ist.
Bis zu diesem Zeitpunkt wurde eine Vorrichtung zur Herstellung einer Spule des zweiten Ausführungsbeispiel erläutert. Das kreisförmige Drahtmaterial, das für die Vorrichtung der 13 verwendet wird, hat bspw. 2,7 mm im Durchmesser und die Abmessungen des rechteckigen Drahtes, der aus dem kreisförmigen Drahtmaterial erzeugt wird, betragen bspw. annähernd 3,2 mm × 1,8 mm.
In diesem Ausführungsbeispiel kann eine Querschnittgestalt des rechteckigen Drahtes variabel werden, weil die Spielraumbreite zwischen den Walzen und die Spannung des rechteckigen Drahtes gesteuert werden können. Auf diese Weise ist es unnötig, jedes mal eine neue Anlage bereitzustellen, wenn die Querschnittgestalt des rechteckigen Drahtes verändert wird. Folglich können die Produktionsanlagen reduziert werden. Zusätzlich, wenn ein Drahtmaterial eines einzigen Typs verwendet wird, um Spulen von einer oder mehreren Bauarten zu erzeugen, führt die wirtschaftliche Massenproduktion zu einer Reduzierung der Materialkosten. Auf diese Weise kann die Erfindung zur Verbesserung der Produktivität der Herstellung von Spulen mit rechteckigem Draht beitragen.
Des Weiteren führen gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel die Überwachung und Einstellung der Spielraumbreiten zwischen den Walzen und die Spannung des rechteckigen Drahtes während der Spulenerzeugung zu einer Verbesserung der Präzision einer Querschnittgestalt des rechteckigen Drahtes.
Obwohl die vorstehende Beschreibung der Vorrichtung zur Herstellung einer Spule gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das Biegewerkzeug und die Presswalzen nicht enthält, wie sie im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, können diese Komponenten selbstverständlich im zweiten Ausführungsbeispiel dazugefügt werden. Zusätzlich kann eine bevorzugte Steuerung einer jeden Komponente an der Vorrichtung zur Herstellung einer Spule des zweiten Ausführungsbeispiels angewandt werden.
(Ausführungsbeispiel 3)
Ein Spielraum zwischen dem Spulendraht verringert sich, wenn ein rechteckiger Draht verwendet wird. Jedoch tritt nach wie vor noch ein bestimmter Grad an Spielraum auf. Jeglicher Spielraum zwischen dem Spulendraht unterdrückt die gesamte thermische Leitfähigkeit einer Spule, da die thermische Leitfähigkeit von Luft niedrig ist. In Anbetracht der Motorleistungsfähigkeit ist es wünschenswert, die thermische Leitfähigkeit durch Beseitigung des Spielraums durch Aussperren von Luft zu erhöhen. Um dies zu ermöglichen, kann daran gedacht werden, eine fertiggestellte Spule mit einer Harzformvorbehandlung zu behandeln. Jedoch wird dies zu erhöhten Herstellungskosten führen, weil eine zusätzliche teure Ausrüstung erforderlich ist.
Um die Umstände, die vorstehend beschrieben wurden, zuzulassen, ermöglicht ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit der Spule mit dem rechteckigen Draht, wie im folgenden beschrieben wird.
19 zeigt die Konfiguration einer Spulenherstellungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Vorrichtung ist im Prinzip durch die Verwendung eines Statorblocks 72 als Wicklungsform sehr ähnlich zu jener des zweiten Ausführungsbeispiels. In 19 sind denjenigen Elementen, die gleich zu den Elementen des zweiten Ausführungsbeispiels in den 13 und 14 sind, die gleichen Bezugszeichen gegeben und deren Erläuterung wird nicht wiederholt.
Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist wie folgt gekennzeichnet. Ein Isolationsmaterial, auf das ein Klebstoff auf Silikonbasis angewandt wird, wird auf den rechteckigen Draht an dem Teil der Rechteckformwalzen aufgebracht. Der Klebstoff wird in einer Klebstoffzuführvorrichtung 90 gespeichert und fließt aus einem Zuführrohr 92. Eine Zuführung für körniges Aluminiumoxid 94, die in etwa in der Mitte des Zuführrohrs 72 vorgesehen ist, gießt Aluminiumoxid in einem körnigen Zustand in das Rohr. Der Klebstoff auf Silikonbasis, der mit dem Aluminiumoxid vermischt wird, wird von einem Auslass 96 des Zuführrohrs 92 an eine Umfangsoberfläche der Rechteckformwalzen geliefert. Der Klebstoff wird in einer ähnlichen Art und Weise an die Walzen 54a, 54b, 56a, 56b in den X- und Y-Richtungen geliefert und anschließend mit der Drehung der Walzen getragen, obwohl dies nicht in 19 dargestellt ist. Der Klebstoff erreicht das Drahtausgangsmaterial in einem Abschnitt eines Spielraums zwischen den Walzen, d.h. der Klebstoff wird dort aufgebracht, wo das kreisförmige Drahtmaterial zum rechteckigen Draht deformiert wird. Der rechteckige Draht 52 wird auf diese Weise in einen mit Klebstoff beschichteten Zustand zu dem Walzenteil gebracht.
Der rechteckige Draht 52, der mit dem Klebstoff bedeckt ist, wird anschließend über die Walze für die inverse Verwölbung 60 geführt und um den Statorblock 72 herum gewickelt. Zu dieser Zeit wird der Klebstoff in die Zwischenräume zwischen aneinander angrenzenden rechteckigen Drähten 52 eingeführt. Deshalb überbrückt ein Klebstoff auf Siliziumbasis, der mit einem körnigen Aluminium-Oxid aus isolierendem Material, dessen thermische Leitfähigkeit hoch ist, vermischt wird, den Zwischenraum. Folglich wird die thermische Leitfähigkeit einer Spule hoch und die Leistungsfähigkeit eines Motors, der mit der Spule ausgerüstet ist, kann verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird es möglich, den Zwischenraum zwischen dem rechteckigen Draht einer Spule durch Anwenden eines Isolationsklebstoffmittels zu überbrücken. Eine verbesserte Spulenleitfähigkeit wird mit einfachen Mitteln erreicht.
Genauer gesagt wird im dritten Ausführungsbeispiel ein Isolationsmaterial (ein Klebstoff) durch die Verwendung der Rechteckformwalzen geliefert. Die Ausrüstung ist deshalb einfach, weil der Erwärmungswert, der der Deformation eigen ist, reduziert wird, weil ein Isolationsmaterial dorthin geliefert wird, wo das kreisförmige Drahtmaterial zu dem rechteckigen Draht deformiert wird. Dies verhindert, dass eine Isolationsbeschichtung (Isolationslack oder dgl.), die um den Draht gehüllt ist, in ihrer Lebensdauer verkürzt wird und die Lebensdauer der Spule wird erhöht. Die Verwendung der Rechteckformwalzen hat somit Vorteile bei der Herstellung einer Spule, wobei eine hohe thermische Leistungsfähigkeit mit geringen Kosten erreicht wird und die Lebensdauer einer Spule erhöht wird.
Eine Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels kann wie folgt vorgenommen werden. Obwohl ein Klebstoff auf Silikonbasis, der mit Aluminiumoxid vermischt ist, in der vorgenannten Vorrichtung als Isolationsmaterial verwendet wird, können im Schutzbereich dieser Erfindung Isolationsmaterialien anderer Typen verwendet werden.
Die Isolationsklebevorrichtung kann zwischen den Formwalzen und der Wicklungsform (zwischen der Rechteckformvorrichtung und der Spulenerzeugungsvorrichtung) vorgesehen werden, während sie in der oben beschriebenen Vorrichtung auf dem Abschnitt der Formwalzen befestigt wird. In diesem Fall wird der Vorrichtung aus 19 eine Walze zur Aufbringung von Isolationsmaterial hinzugefügt.
Darüber hinaus kann das Isolationsmaterial durch die Verwendung anderer Elemente als der Walze auf den rechteckigen Draht aufgebracht werden, oder von einem Rohr direkt an den rechteckigen Draht geliefert werden.
Ferner ist es offensichtlich, dass dies auch auf das erste Ausführungsbeispiel angewandt werden kann, obwohl das Isolationsklebemittel an der Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zugefügt wird.
Selbstverständlich kann diese Erfindung in der Lage sein, für die Herstellung von anderen Spulen als derjenigen für einen Motor angewandt zu werden.
Ein kreisförmiger Draht 3 mit einem kreisförmigen Querschnitt ist auf einem Spulenrad 1 aufgewickelt. Wenn ein Wicklungsformmotor 29 eine Wicklungsform 25 dreht, wird der kreisförmige Draht 3 von dem Spulenrad 1 gezogen. Rechteckformwalzen 7 pressen den kreisförmigen Draht 3 so, dass ein rechteckiger Draht 9 mit einem rechteckigen Querschnitt erzeugt wird. Der rechteckige Draht 9 wird direkt auf die Wicklungsform 25 aufgewickelt, um eine Spule mit rechteckigem Draht 39 zu erzeugen. Weil das Formen des rechteckigen Drahts 9 und das Wickeln auf die Wicklungsform 25 in einer Sequenz von aneinander hängenden Prozessen ausgeführt wird, ist ein separater Prozess für die Entfernung der Torsionsverformung des rechteckigen Drahts unnötig. Die Spule mit dem rechteckigen Draht 39 kann durch eine einfache und kostengünstige Vorrichtung aus einem billigen kreisförmigen Drahtmaterial erzeugt werden. Es ist ferner möglich und vorteilhaft, Abmessungen und eine Form des rechteckigen Drahts durch Steuerung der Zwischenraumbreiten zwischen den Formwalzen 7 und der Spannung, die auf den rechteckigen Draht wirkt, der durch die Walzen gegangen ist, zu variieren.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39), das die folgenden Schritte aufweist: einen Zuführschritt zum Anliefern von Drahtmaterial, einen Rechteckformschritt, wodurch das Drahtmaterial (3), das durch eine Zuführvorrichtung bereitgestellt wird, deformiert wird, um einen rechteckigen Draht (9) mit einem rechteckigen Querschnitt zu erzeugen, und einen Spulenerzeugungsschritt, in dem der rechteckige Draht (9) mittels eines Wicklungsformmotors (29) auf eine Wicklungsform (25) aufgewickelt wird, um eine Spule mit einem rechteckigen Draht (39) zu erzeugen; wobei das Erzeugen des rechteckigen Drahts (9) und das Wickeln auf die Wicklungsform (25) in einer Sequenz von aneinanderhängenden Prozessen ausgeführt wird und wobei der rechteckige Draht durch ein Drehen der Wicklungsform unter Verwendung der von dem Wicklungsformmotor (29) erzeugten Drehkraft gezogen und um die Wicklungsform (25) gewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerungsschritt zur Steuerung des Wicklungsformmotors (29) durchgeführt wird, wobei die Drehzahl des Wicklungsformmotors (29) in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Wicklungsform (25) verändert wird, um das gleichmäßige Aufwickeln von Draht auf einer Spule zu ermöglichen, welche einen gekrümmten Abschnitt und einen flachen Abschnitt aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) nach Anspruch 1, wobei zum Erzeugen des rechteckigen Drahts (9) Rechteckformwalzen zur Deformierung des Drahtmaterials verwendet werden, und der rechteckige Draht durch Drehen der Wicklungsform unter Verwendung der durch den Wicklungsformmotor (29) erzeugten Drehkraft gezogen wird, um die für das Herausziehen des Drahtmaterials aus den Rechteckformwalzen (7) und zur Wicklung um die Wicklungsformen (25) erforderliche Spannung zu schaffen.
Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) nach Anspruch 2, wobei die Geschwindigkeit des Wicklungsformmotors (29) durch die Wicklungsformmotor-Steuervorrichtung reduziert wird, wenn der rechteckige Draht (9) um einen gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform (25) gewickelt wird, und die Geschwindigkeit des Wicklungsformmotors (29) durch die Wicklungsformmotor-Steuervorrichtung erhöht wird, wenn der rechteckige Draht (9) auf den flachen Abschnitt der Wicklungsform (25) gewickelt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) nach Anspruch 3, wobei die Zuführvorrichtung ein drehbares Drahtmaterialrad (1) enthält, auf dem das Drahtmaterial gewickelt ist, und eine Rückspannungserzeugungsvorrichtung ein Durchhängen durch Aufbringen einer Rückspannung auf einen Abschnitt des Drahtmaterials zwischen dem Drahtmaterialrad (1) und den Rechteckformwalzen (7) verhindert, wobei eine Rückspannung im Verhältnis zu einer Differenz zwischen einer Drehzahl der Wicklungsform (25) und derjenigen des Drahtmaterialrades (1) durch die Rückspannungserzeugungsvorrichtung aufgebracht wird, und die Rückspannung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Wicklungsformmotors (29) in Verbindung mit der Wicklungsformmotor-Steuervorrichtung durch die Rückspannungserzeugungsvorrichtung geändert wird.
Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine in einer Spulenerzeugungsvorrichtung enthaltene Presswalze (31) den rechteckigen Draht (9) in einen engen Kontakt mit der Wicklungsform (25) presst, und eine Vorrichtung die durch die Presswalze (31) erzeugte Walzenpresskraft durch Änderung der Walzenpresskraft in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform (25) steuert, und die Walzenpresskraft durch die Vorrichtung zur Steuerung der Walzenpresskraft verringert wird, wenn sich die Presswalze (31) auf einem flachen Abschnitt der Wicklungsform (25) befindet, und die Walzenpresskraft durch die Vorrichtung zur Steuerung der Walzenpresskraft erhöht wird, wenn sich die Presswalze (31) auf einem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform (25) befindet.
Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Abschnitt des im die Wicklungsform (25) zu wickelnden rechteckigen Drahts (9) durch ein in der Spulenerzeugungsvorrichtung enthaltenes Biegewerkzeug gepresst wird, so dass er in einem engen Kontakt mit einem anderen Abschnitt steht, der bereits gewickelt wurde, und eine Vorrichtung zur Steuerung der Biegewerkzeugpresskraft, die eine von dem Biegewerkzeug in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform (25) ausgeübte Biegewerkzeugpresskraft steuert, und wobei die Biegewerkzeugpresskraft durch die Vorrichtung zur Steuerung der Biegewerkzeugpresskraft verringert wird, wenn sich das Biegewerkzeug auf einem flachen Abschnitt der Wicklungsform (25) befindet, und die Biegewerkzeugpresskraft durch die Vorrichtung zur Steuerung der Biegewerkzeugpresskraft erhöht wird, wenn sich das Biegewerkzeug auf dem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform (25) befindet.
Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) nach Anspruch 1, wobei eine Rechteckformvorrichtung in Abhängigkeit von Sollformabmessungen des rechteckigen Drahts durch eine Rechteckformsteuervorrichtung gesteuert wird, wodurch Spulen mit unterschiedlichen Querschnittgestalten herstellbar sind.
Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) nach Anspruch 7, wobei die Querschnittgestalten des rechteckigen Drahts (9) durch Steuerung der Spannung des rechteckigen Drahts durch die Rechteckformsteuervorrichtung eingestellt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) nach Anspruch 8, wobei eine an der Rechteckformvorrichtung oder zwischen der Rechteckformvorrichtung und der Spulenerzeugungsvorrichtung vorgesehene Isolationsklebevorrichtung auf den rechteckigen Draht ein Isolationsmaterial aufbringt.
Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39), die die folgenden Bauteile aufweist: eine Zuführvorrichtung zur Lieferung eines Drahtmaterials (3), eine Rechteckformvorrichtung, die Rechteckformwalzen (7) enthält, wodurch das Drahtmaterial, das durch die Zuführvorrichtung bereitgestellt wurde, deformiert wird, um den Draht mit einem rechteckigen Querschnitt (9) zu erzeugen, und eine Spulenerzeugungsvorrichtung, die einen Wicklungsformmotor (29) zum Aufwickeln des rechteckigen Drahts (9) auf eine Wicklungsform (25) enthält, um die Spule mit einem rechteckigen Draht (39) zu erzeugen, und das Formen des rechteckigen Drahtes und das Wickeln auf die Wicklungsform (25) in einer Sequenz von aneinanderhängenden Prozessen ausgeführt wird, und die Wicklungsform (25) vorgesehen ist, den rechteckigen Draht durch ein Drehen unter Verwendung der von dem Wicklungsformmotor (29) erzeugten Drehkraft zu ziehen und um die Wicklungsform zu wickeln, gekennzeichnet durch, eine Steuerung zum Steuern des Wicklungsformmotors (29), die in der Lage ist die Drehzahl des Wicklungsformmotors (29) in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Wicklungsform zu ändern, und dadurch ein Draht gleichmäßig auf eine Spule aufwickelbar ist, welche einen gekrümmten Abschnitt und einen flachen Abschnitt aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechteckformvorrichtung Rechteckformwalzen (7) zur Deformierung des Drahtmaterials enthält, und der rechteckige Draht durch Drehen der Wicklungsform unter Verwendung der Drehkraft, die durch den Wicklungsformmotor (29) erzeugt wird, gezogen wird, um die für das Herausziehen des Drahtmaterials aus den Rechteckformwalzen (7) und zur Wicklung um die Wicklungsformen (25) erforderliche Spannung zu schaffen.
Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsformmotor-Steuervorrichtung die Geschwindigkeit des Wicklungsformmotors (29) reduziert, wenn der rechteckige Draht (9) um einen gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform (25) gewickelt wird, und die Geschwindigkeit des Wicklungsformmotors (29) erhöht, wenn der rechteckige Draht (9) auf den flachen Abschnitt der Wicklungsform (25) gewickelt wird.
Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung ein drehbares Drahtmaterialrad (1) enthält, auf dem das Drahtmaterial gewickelt ist, und eine Rückspannungserzeugungsvorrichtung zur Verhinderung eines Durchhängens durch Aufbringen einer Rückspannung auf einen Abschnitt des Drahtmaterials zwischen dem Drahtmaterialrad (1) und den Rechteckformwalzen (7), wobei die Rückspannungserzeugungsvorrichtung eine Rückspannung im Verhältnis zu einer Differenz zwischen einer Drehzahl der Wicklungsform (25) und derjenigen des Drahtmaterialrades (1) aufbringt, und die Rückspannung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Wicklungsformmotors (29) in Verbindung mit der Wicklungsformmotor-Steuervorrichtung ändert.
Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenerzeugungsvorrichtung eine Presswalze (31) enthält zum Pressen des rechteckigen Drahtes (9) in einem engen Kontakt mit der Wicklungsform (25), und eine Vorrichtung zur Steuerung der Walzenpresskraft durch Änderung der Walzenpresskraft, die durch die Presswalze erzeugt wird, in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform (25), und dass die Vorrichtung zur Steuerung der Walzenpresskraft die Walzenpresskraft verringert, wenn sich die Presswalze (31) auf einem flachen Abschnitt der Wicklungsform (25) befindet, und die Walzenpresskraft erhöht, wenn sich die Presswalze (31) auf einem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform (25) befindet.
Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenerzeugungsvorrichtung ein Biegewerkzeug zum Pressen eines Abschnitts des rechteckigen Drahts (9), der um die Wicklungsform (25) gewickelt werden soll, enthält, so dass er in einem engen Kontakt mit einem anderen Abschnitt, der bereits gewickelt wurde, steht, und eine Vorrichtung zur Steuerung der Biegewerkzeugpresskraft, die von dem Biegewerkzeug in Abhängigkeit von einem Drehwinkel der Wicklungsform (25) ausgeübt wird, und wobei die Vorrichtung zur Steuerung der Biegewerkzeugpresskraft die Biegewerkzeugpresskraft verringert, wenn sich das Biegewerkzeug auf einem flachen Abschnitt der Wicklungsform (25) befindet, und die Biegewerkzeugpresskraft erhöht, wenn sich das Biegewerkzeug auf dem gekrümmten Abschnitt der Wicklungsform (25) befindet.
Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Rechteckformsteuervorrichtung zur Steuerung der Rechteckformvorrichtung in Abhängigkeit von Sollformabmessungen des rechteckigen Drahts, wodurch Spulen mit unterschiedlichen Querschnittgestalten hergestellt werden können.
Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechteckformsteuervorrichtung die Querschnittgestalten des rechteckigen Drahts (9) durch Steuerung der Spannung des rechteckigen Drahts einstellt.
Vorrichtung zur Herstellung einer Spule mit einem rechteckigen Draht (39) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsklebevorrichtung zur Aufbringung eines Isolationsmaterials auf den rechteckigen Draht (9) an der Rechteckformvorrichtung oder zwischen der Rechteckformvorrichtung und der Spulenerzeugungsvorrichtung vorgesehen ist.