JP2011125194A - 可変速発電電動機の回転子コイルの交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変速発電電動機の回転子コイルの交換を容易に短期間でする。
【解決手段】 回転子コア１の両端部付近のバインド材４を除去し、バインド材除去部５ａ及び５ｂで上口コイルのコイルエンド部２ｄ及び２ｅを切断し、スロット内の上口コイル２ｆを抜き、バインド材除去部５ａ及び５ｂで下口コイル２ｃのコイルエンド部２ａ及び２ｂを切断し、スロット内の下口コイル２ｃを抜き、抜き取った下口コイル２ｃと同程度の長さに切断した新下口コイル６ａをスロット内に挿入後、新下口コイル６ａの導体と既存コイルエンド部２ａ及び２ｂの導体を接続し、接続箇所及びその近傍に絶縁を施工後、抜き取った上口コイル２ｆと同程度の長さに切断した新上口コイル６ｂをスロット内に挿入後、新上口コイル６ｂの導体と既存コイルエンド部２ｄ及び２ｅの導体を接続し、接続箇所及びその近傍に絶縁を施工後、バインド材除去部５ａ及び５ｂに再びバインド材７ａ及び７ｂを巻き付ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、可変速発電電動機の回転子コイルの交換方法に関するものである。

従来の可変速発電電動機の回転子は、薄板鋼板の積層体からなる回転子コアと、回転子コアの外周に設けられたスロット内に形成されるとともにスロットから軸方向の外側に出るコイルエンド部を有する回転子コイルと、回転子コイルのコイルエンド部を支持するバックアップリングと、回転子コイルのコイルエンド部をバックアップリングに固定するためのバインド材とで構成されている。
スロット内に格納される回転子コイルは、通常ハーフコイルの２層巻き構造となっているため、内径側の下口コイルと、外径側の上口コイルとで構成され、下口コイルと上口コイルの間にセンタスペーサを挟み、回転子コイルの外径側にウェッジを挿入し、ウェッジを回転子の溝に契合することで、遠心力に対する保持を行っている。一方、回転子コイルのコイルエンド部は、内径側にあるバックアップリングを外径側から張力をかけてバインド材を巻き付けることにより、コイルエンド部をバックアップリングに押さえつけ遠心力に対する保持を行っている。

また、バインド材の構造は、下口コイルをスロット内に挿入してから下口コイルのコイルエンド部の軸方向下側及び軸方向上側にバインド材を施工する。その後、上口コイルをスロット内に挿入し、下口コイルと上口コイルの接続を行ってから、上口コイルのコイルエンド部の軸方向下側及び軸方向上側にバインド材を施工する構造となっている（例えば、特許文献１を参照）。

回転子コイルの１本が事故等により地絡して交換する必要がある場合、回転子コイルのコイルエンド部の軸方向下側及び軸方向上側のバインド材を分解しないと回転子コイルを取り出すことが出来ず、分解する範囲が広く、工事期間が長くなる問題点があった。
特許文献２には、分解する範囲を小さくする固定子コイルの交換方法が示されており、
固定子鉄心から露出する固定子コイルのコイルエンド部を固定しているバインド線を外し、コイルエンド部の切り離し部を切断し、この切り離し部にて切断された固定子コイルを新たな固定子コイルと交換し、スロット内に納まる新たな固定子コイルのスロット側の導体と切断されたコイルエンド部側の導体とを接続手段により再接続し、この接続手段により接続される導体を絶縁手段により絶縁した上で、バインド線で固定子コイルのコイルエンド部を固定するものがある。

特開２００６−１４１１０３号公報（第６頁、図２〜３） 特開平８−１９２００号公報（第３〜４頁、図１〜３、図８）

従来技術の固定子コイルの交換方法では、固定子コイルを固定しているバインド線を個別に外して、コイルエンド部の切り離し部を切断することで、スロット内の固定子コイルを個別に交換することができたが、回転子コイルのバインド材は、バックアップリングの円周上にある回転子コイルのコイルエンド部をまとめて巻き付けることで固定しているので、１本の回転子コイルを交換する場合でも、全てのバインド材を外す必要があり、分解する範囲が広くなる問題点があった。

この発明は、回転子コイルのバインド材を分解する範囲を小さくすることができ、容易に短期間で回転子コイルの交換を可能とすることを目的とする。

この発明は、回転子コアの両端部付近のバインド材を除去し、バインド材除去部で回転子コイルのコイルエンド部を切断し、スロット内の回転子コイルを抜き、抜き取ったコイルと同程度の長さに切断した新コイルをスロット内に挿入後、新コイルの導体と既存コイルエンド部の導体を接続し、接続箇所及びその近傍に絶縁を施工後、バインド材除去部に再びバインド材を巻き付けるものである。

この発明は、回転子コアの両端部付近のバインド材を除去し、バインド材除去部で回転子コイルのコイルエンド部を切断し、スロット内の回転子コイルを抜き、抜き取ったコイルと同程度の長さに切断した新コイルをスロット内に挿入後、新コイルの導体と既存コイルエンド部の導体を接続し、接続箇所及びその近傍に絶縁を施工後、バインド材除去部に再びバインド材を巻き付けることで、回転子コイルのバインド材を分解する範囲を小さくすることができ、容易に短期間で回転子コイルの交換が可能になる。

この発明の実施の形態１を示す可変速発電電動機の回転子の軸方向の断面図。 可変速発電電動機の回転子コア部の径方向の断面図（スロット部分）。 この発明の実施の形態２を示す可変速発電電動機の回転子の軸方向の断面図。 この発明の実施の形態３を示す可変速発電電動機の回転子コイル素線の拡大図。 レーベル転位が施された可変速発電電動機の回転子コイル素線の模式図。 この発明の実施の形態３を示す可変速発電電動機の回転子コイル素線の模式図。 この発明の実施の形態１又は実施の形態２で各素線を一括で接続させた場合の回転子コイル素線の模式図。 この発明の実施の形態４を示す可変速発電電動機の回転子コイル素線の拡大図。 従来の可変速発電電動機の回転子コイルのコイルエンド部のバインド材巻線を示す図。 この発明の実施の形態５による可変速発電電動機の回転子コイルのコイルエンド部のバインド材巻線を示す図。 この発明の実施の形態６による可変速発電電動機の回転子コイルのコイルエンド部のバインド材巻線を示す図。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１を示す可変速発電電動機の回転子の軸方向の断面図で、下口コイルの交換方法を表しており、（ａ）から（ｄ）は、順に交換方法における経過を示している。
図２は、可変速発電電動機の回転子コア部の径方向の断面図（スロット部分）である。
図１において、１は回転子コア、２（２ａ〜２ｆ）は回転子コイル、３ａは下部バックアップリング、３ｂは上部バックアップリング、４（４ａ〜４ｄ）はバインド材、５ａは上口コイルの下側バインド材４ｃの除去部分、５ｂは上口コイルの上側バインド材４ｄの除去部分、６ａは新下口コイル、６ｂは新上口コイル、７ａは上口コイルの下側バインド材の再巻き付け箇所、７ｂは上口コイルの上側バインド材の再巻き付け箇所である。図２において、８はウェッジ、９はセンタスペーサである。

図１をもとに、下口コイルの交換方法について説明する。
図１（ａ）において、上口コイルの下側バインド材４ｃの回転子コア端部付近５ａと上口コイルの上側バインド材４ｄの回転子コア端部付近５ｂを除去する。除去する範囲は、作業に支障の無い範囲で、軸方向下側及び上側のそれぞれ例えば３００ｍｍ程度とする。
次に、図１（ｂ）において、バインド材を除去した箇所から上口コイルのコイルエンド部（軸方向下側）２ｄ、及び上口コイルのコイルエンド部（軸方向上側）２ｅを切断し、スロット内のウェッジ８（図示せず）を分解し、切断した上口コイル（スロット部）２ｆ、センタスペーサ９（図示せず）を取り出す。その後、バインド材を除去した箇所から下口コイルのコイルエンド部（軸方向下側）２ａ、及び下口コイルのコイルエンド部（軸方向上側）２ｂを切断し、スロット内から切断した下口コイル（スロット部）２ｃを取り出す。

次に、図１（ｃ）において、図１（ｂ）にて取り出した下口コイル２ｃとほぼ同じ長さに切断した新しい下口コイル６ａをスロット内に挿入し、新下口コイル６ａの導体と下口コイルのコイルエンド部（軸方向下側）２ａの導体、及び新下口コイル６ａの導体と下口コイルのコイルエンド部（軸方向上側）２ｂの導体をそれぞれ接続し、接続箇所及びその近傍に絶縁を施す。なお、接続方法の一例としては、ロウ付けがある。その後、センタスペーサ９（図示せず）をスロット内に納め、図１（ｂ）にて取り出した上口コイル２ｆとほぼ同じ長さに切断した新しい上口コイル６ｂをスロット内に挿入し、新上口コイル６ｂの導体と上口コイルのコイルエンド部（軸方向下側）２ｄの導体、及び新上口コイル６ｂの導体と上口コイルのコイルエンド部（軸方向上側）２ｅの導体をそれぞれロウ付け等の方法により接続し、接続箇所及びその近傍に絶縁を施し、ウェッジ８（図示せず）を挿入する。
次に、図１（ｄ）において、図１（ａ）にてバインド材を除去した上口コイルの下側バインド材の再巻き付け箇所７ａ、及び上口コイルの上側バインド材の再巻き付け箇所７ｂにバインド材を巻き付ける。その後、必要に応じてバインド材のキュア等を行うが、これらの作業は通常の作業であり、実施の形態１特有のものではないので説明は省略する。

特許文献１の従来技術において、下口コイル１本を交換する場合、上口コイルの下側及び上側バインド材を全て分解し、全ての上口コイルをスロット内から抜いた後に、下口コイルの下側及び上側バインド材を全て分解し、交換する下口コイルをスロット内から抜く必要がある。
実施の形態１によれば、前記のように、上口コイルの下側及び上側バインド材を一部分解（除去）し、交換する下口コイルの上にある上口コイルのバインド材除去部でコイルエンド部を切断して、１本の上口コイルをスロット内から抜いた後に、下口コイルのコイルエンド部を切断して、交換する下口コイルをスロット内から抜くことができるので、回転子コイルのバインド材を分解する範囲を小さくすることができ、スロット内から抜く上口コイルの本数を少なくすることで、分解・組立工程の短縮が図れ、容易に短期間で回転子コイルの交換が可能になる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２を示す可変速発電電動機の回転子の軸方向の断面図である。
実施の形態２のコイルの切断位置は、図３に示すように、下口コイルの切断位置を、上口コイルの切断位置より回転子コア側の位置とする。
実施の形態１において、下口コイルのコイルエンド部を切断する場合、バインド材除去部から内径側に向かって作業を行うため、非常に狭いスペースでの作業となるとともに、残っている上口コイルのコイルエンド部が作業の障害となる。また、下口コイルのロウ付け時や絶縁施工時も、同様に、上口コイルのコイルエンド部が作業の障害となる。
実施の形態２によれば、前記のように、下口コイルの切断位置を上口コイルの切断位置より回転子コア側の位置とすることで、作業スペースを確保でき、作業性が向上する。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３を示す可変速発電電動機の回転子コイル素線の拡大図である。図５は、レーベル転位が施された可変速発電電動機の回転子コイル素線の模式図である。図６は、実施の形態３を示す可変速発電電動機の回転子コイル素線の模式図である。図７は、実施の形態１又は実施の形態２で各素線を一括で接続させた場合の回転子コイル素線の模式図である。
図４において、１０は回転子コイルの素線、１１はロウ付け箇所である。
実施の形態３の導体の接続は、図４に示すように、新コイルの素線とコイルエンド部の素線を１本ずつ突合せロウ付け接続を行い、ロウ付け完了後に各素線間に絶縁シート（図示せず）を挿入し絶縁する。

次に、実施の形態３の動作について、図５、図６、図７をもとに説明する。
通常、回転子コイルは、コイル導体で発生する渦電流損出を低減するため、絶縁された素線を複数束ねて１つのコイルを形成している。一方、回転子コイルのコイルエンド部の両端では、通常、上口コイルの素線群と下口コイルの素線群を接続銅板にロウ付けすることにより各コイルを接続し巻線を形成する。ここで、各ハーフコイルは、コイルエンド部の両端で各素線が短絡された状態となっていることから、コイルに交流磁界が鎖交することにより素線間に循環電流が流れ、循環電流損失が発生する。この循環電流損失を低減するため、各素線には、レーベル転位が施されることがある。
図５において、各実線が１本の素線を表し、各素線は、コイルエンド部の両端で短絡され、回転子コア部でレーベル転位が施されている。

実施の形態１又は実施の形態２の導体の接続は、図７に示すように、新コイルの素線とコイルエンド部の素線との接続を、各素線毎に行わず、一括で接続する。従って、一括接続箇所（素線間短絡）からコイルエンド部の先端までの間は、転位が施されないことになり、この箇所に交流磁界が印加されると各素線間に循環電流が流れ、損出が発生する。
実施の形態３によれば、前記のように、素線を１本ずつ接続し、素線間は絶縁を施すことで、図６のような素線の接続状態の模式図となり、図５と同様になるので、コイルエンド部における未転位部が発生せず、循環電流による損失の増加を抑制できる。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４を示す可変速発電電動機の回転子コイル素線の拡大図である。
実施の形態４の導体の接続は、図８に示すように、新コイルの素線とコイルエンド部の素線において、各素線の切断位置が長いものと短いものを交互に配置し、２素線を契合させて２素線間をロウ付けし、ロウ付け完了後に接続した各２素線と他の２素線の間に絶縁シート（図示せず）を挿入し絶縁する。
実施の形態４によれば、実施の形態３のように素線を１本ずつ突合せロウ付けする必要がなく、ロウ付け作業が容易になる。
また、前記のように、各素線の切断位置が長いものと短いものを契合させて２素線毎にロウ付けする場合、実施の形態３の突合せロウ付けと比べ、ロウ付け面積が拡大することで、ロウ付け作業が容易になるだけでなく、接続部での機械的強度も向上する。

実施の形態５．
図９は、従来の可変速発電電動機の回転子コイルのコイルエンド部のバインド材巻線を示す図である。図１０は、実施の形態５による可変速発電電動機の回転子コイルのコイルエンド部のバインド材巻線を示す図である。
図９において、１２は通常の上口コイルのバインド材巻き付け範囲である。図１０において、１３は回転子コイル交換時にバインド材を除去する範囲、１４は回転子コイル交換時にバインド材を除去しない範囲である。

次に、実施の形態５の動作について、図９と図１０をもとに説明する。
通常、回転子コイルのコイルエンド部のバインド材巻線作業は、回転子をターンテーブル等の回転台に乗せて、バインド材に張力を与えた状態で、回転子を低速に回転させて、バインド材を巻き付ける。従来の可変速発電電動機の回転子では、図９に示すように、回転子コア端部から回転子コイルのコイルエンド部の先端にかけて、バインド材を連続して巻き付ける。
実施の形態５によるバインド材巻線作業は、図１０に示すように、バインド材の除去範囲１３、及びバインド材を除去しない範囲１４のそれぞれでバインド材を折り返して巻き付ける。
実施の形態５によれば、前記のように、バインド材の除去範囲と除去しない範囲とで、バインド材が分離されているので、回転子コイルの交換時に、バインド材を除去する際の作業性が向上することで、更に短期間で回転子コイルの交換が可能になる。

実施の形態６．
図１１は、実施の形態６による可変速発電電動機の回転子コイルのコイルエンド部のバインド材巻線を示す図である。
図１１において、１５はバインド材の巻き付け張力を他の部位より下げて巻き付けた範囲である。

次に、実施の形態６の動作について、説明する。
実施の形態５のバインド材巻線作業をした回転子コイルを交換する場合、上口コイルの下側バインド材の除去部分５ａと、上口コイルの上側バインド材の除去部分５ｂを除去する際、当該部のバインド材が高い張力で巻き付けられていると、バインド材切断時に保持されていた高い張力が急激に開放されることにより、バインド材が破裂し、作業者に危険が及ぶ恐れがある。
一方、バインド材の巻き付け張力は、回転子の回転時に作用する遠心力等により決まるため、一律にバインド材の巻き付け張力を低減すると、回転時の回転子コイルに強度的な問題が生じる。
実施の形態６によれば、図１１に示すように、バインド材を除去する範囲のみ張力を他の部位より低く巻き付けておくことにより、回転子コイルに必要な強度を確保した上で、回転子コイルの交換時に、バインド材分解時の安全性、及び作業性が向上する。

１...回転子コア
２（２ａ〜２ｆ）...回転子コイル
２ａ...下口コイルのコイルエンド部（軸方向下側）
２ｂ...下口コイルのコイルエンド部（軸方向上側）
２ｃ...下口コイル（スロット部）
２ｄ...上口コイルのコイルエンド部（軸方向下側）
２ｅ...上口コイルのコイルエンド部（軸方向上側）
２ｆ...上口コイル（スロット部）
３ａ...下部バックアップリング
３ｂ...上部バックアップリング
４（４ａ〜４ｄ）...バインド材
４ａ...下口コイルの下側バインド材
４ｂ...下口コイルの上側バインド材
４ｃ...上口コイルの下側バインド材
４ｄ...上口コイルの上側バインド材
５ａ...上口コイルの下側バインド材４ｃの除去部分
５ｂ...上口コイルの上側バインド材４ｄの除去部分
６ａ...新下口コイル
６ｂ...新上口コイル
７ａ...上口コイルの下側バインド材の再巻き付け箇所
７ｂ...上口コイルの上側バインド材の再巻き付け箇所
８...ウェッジ
９...センタスペーサ
１０...回転子コイルの素線
１１...ロウ付け箇所
１２...通常の上口コイルのバインド材巻き付け範囲
１３...回転子コイル交換時にバインド材を除去する範囲
１４...回転子コイル交換時にバインド材を除去しない範囲
１５...バインド材の巻き付け張力を他の部位より下げて巻き付けた範囲

Claims (6)

1. 軸方向に沿って形成されるスロットを有する回転子コアと、前記スロットに格納されるとともに前記スロットから軸方向の外側に出るコイルエンド部を有する回転子コイルと、前記回転子コイルのコイルエンド部の外径側に巻き付けられるバインド材とを備えた可変速発電電動機の回転子コイルの交換方法において、
   回転子コアの両端部付近のバインド材を除去し、前記バインド材除去部で回転子コイルのコイルエンド部を切断し、スロット内の回転子コイルを抜き、抜き取った前記回転子コイルと同程度の長さに切断した新コイルをスロット内に挿入後、前記新コイルの導体と前記コイルエンド部の導体を接続し、接続箇所及びその近傍に絶縁を施工後、前記バインド材除去部にバインド材を巻き付けることを特徴とする回転子コイルの交換方法。
2. 前記スロットに格納される回転子コイルが、外径側の上口コイルと、内径側の下口コイルとで構成される２層巻き構造であって、
   下口コイルを交換する際、下口コイルの切断位置を上口コイルの切断位置より回転子コア側にすることを特徴とする請求項１記載の回転子コイルの交換方法。
3. 前記新コイルと前記コイルエンド部の導体の接続は、
   回転子コイルの素線を１本ずつ接続し、接続した各素線間を絶縁することを特徴とする請求項１記載の回転子コイルの交換方法。
4. 前記新コイルと前記コイルエンド部の導体の接続は、
   回転子コイルの素線を２本ずつ接続し、接続した２素線と他の２素線間を絶縁することを特徴とする請求項１記載の回転子コイルの交換方法。
5. 前記バインド材が、回転子コイルを交換する際にバインド材を除去する範囲と、バインド材を除去しない範囲を予め決めておき、それぞれの範囲でバインド材を巻き付ける構造である、
   請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の回転子コイルの交換方法。
6. 前記バインド材が、回転子コイルを交換する際にバインド材を除去する範囲のバインド材は予め他の部位より低い張力で巻き付ける構造である、
   請求項５記載の回転子コイルの交換方法。

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