JP2014197921A - 突極形回転子の巻線方法及びその巻線方法を用いた突極形回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】整列巻線が容易に行え、かつ冷却性能の優れた突極形回転子の巻線方法及び突極形回転子を得る。【解決手段】複数の突極を有する回転子鉄心と、突極の胴部にワイヤを巻回して形成されたコイルとを有する突極形回転子の巻線方法であって、巻回するワイヤのピッチに合わせた溝３ｂが形成された絶縁物３を、回転子鉄心１の軸方向両端部の突極の胴部に装着し、内ガイド６と外ガイド７，８と隙間空け棒９とを有する巻枠治具の、内ガイド６と外ガイド７，８を絶縁物３の両側面に組み合わせ、絶縁物３の溝３ｂに沿ってワイヤを巻回し、巻回の途中で内ガイド６と外ガイド７，８の間に隙間空け棒９を挿入し、更に隙間空け棒９の上からワイヤの巻回を続けて所定のコイルに形成し、巻線完了後に巻枠治具を取り外すようにした。【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機の突極形回転子の巻線方法と、その巻線方法で製作された突極形回転子に関するものである。

突極形回転子において、巻線の整列性を高め、かつコイルの冷却性能を向上させるためにさまざまな工夫がなされてきた。
このような突極形回転子の従来の技術として、例えば、薄板を積層してなる回転子鉄心の突極部を貫通してコイル押さえ板が設けられ、コイルエンド部において、コイル押さえ板を利用してエナメル線の外形と略同寸法のピッチで溝を有する整列巻線用治具を取り付けて巻線作業を行い、巻線完了後に整列巻線用治具を取り外すようにした突極形回転子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１１６２３８号公報（第３頁−４頁、図１−図４）

特許文献１に示すような突極形回転子では、整列巻線用治具が溝を有するために巻線の整列性が高められ、より多くの巻線を巻き込むことができる。しかし、巻線後に整列巻線用治具を取り外す際に、コイルが溝に入り込んでいるために、取り外しにくいという課題があった。
また、コイル押さえ板は薄板を積層した回転子鉄心の長さ（例えば、３００〜７００ｍｍ）以上必要となり、材料使用量が多い上、回転子のラジアル方向に風が通り抜けることをコイル押さえ板で減少させてしまうため、更に冷却性能を向上させるためには別の手段が必要になるという課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、整列巻線が容易に行え、かつ冷却性能の優れた突極形回転子の巻線方法及び突極形回転子を得ることを目的とする。

この発明に係る突極形回転子の巻線方法は、回転子鉄心の突極の胴部にワイヤを巻回してコイルを形成する突極形回転子の巻線方法において、巻回するワイヤのピッチに合わせた溝を有する絶縁物を回転子鉄心の軸方向両端部の突極の胴部に装着し、内ガイドと外ガイドと隙間空け棒とを有する巻枠治具の内ガイドと外ガイドを絶縁物の両側面に組み合わせ、絶縁物の溝に沿って所定数だけワイヤを巻回した後、内ガイドと外ガイドの間に隙間空け棒を挿入し、更に隙間空け棒の上からワイヤを巻回して所定のコイルに形成し、巻線完了後に巻枠治具を取り外すようにしたものである。

また、この発明に係る突極形回転子は、複数の突極を有する回転子鉄心と、突極の胴部にワイヤを巻回して形成したコイルとを有する突極形回転子において、巻回するワイヤのピッチに合わせた溝を有する絶縁物が、回転子鉄心の軸方向両端部の突極の胴部に装着され、ワイヤが絶縁物の溝に沿って整列して巻回されていると共に、絶縁物に着脱可能な巻枠治具によってコイルエンド部に冷却用の隙間が形成されているものである。

この発明の突極形回転子の巻線方法によれば、巻回するワイヤのピッチに合わせた溝を有する絶縁物を回転子鉄心の軸方向両端部の突極の胴部に装着し、巻枠治具の内ガイドと外ガイドを絶縁物の両側面に組み合わせ、絶縁物の溝に沿ってワイヤを巻回し、巻回の途中で内ガイドと外ガイドの間に隙間空け棒を挿入して更にその上からワイヤを巻回して所定のコイルに形成し、巻線完了後に巻枠治具を取り外すようにしたので、コイルのワイヤは巻線後に製品となる絶縁物の溝に沿って整列して巻回され、また、巻回後には巻枠治具が取り外されてコイルエンド部に冷却用の隙間が形成されるため、コイルの冷却性能を向上させることができる。

また、この発明の突極形回転子によれば、巻回するワイヤのピッチに合わせた溝を有する絶縁物が、回転子鉄心の軸方向両端部の突極の胴部に装着され、ワイヤが絶縁物の溝に沿って整列して巻回されていると共に、絶縁物に着脱可能な巻枠治具によってコイルエンド部に冷却用の隙間が形成されているので、コイルの冷却性能の優れた突極形回転子を容易に得ることができる。

この発明の実施の形態１による突極形回転子に巻枠治具を取り付けた状態を示す斜視図である。 図１の突極形回転子の絶縁物を示す斜視図である。 図１の突極形回転子の巻枠治具の内ガイドを示す斜視図である。 図１の突極形回転子の巻枠治具の外ガイドを示す斜視図である。 図１の突極形回転子の巻枠治具の外ガイドベースを示す平面図である。

実施の形態１．
以下図に基づいて説明する。図１は、実施の形態１による突極形回転子に、巻枠治具を取り付けた状態を示す斜視図であり、図２は図１の突極形回転子のコイルエンド部に設けられる絶縁物の斜視図である。また、図３は巻線治具の内ガイドの斜視図、図４は巻線治具の外ガイドの斜視図、図５は外ガイドを固定する外ガイドベースの平面図である。

図１において、回転子本体の回転子鉄心１は、薄板が積層されて構成されており、積層方向の両端面には、薄板の形状と略同じ形状の短絡板２を有し、その外側の突極の胴部に絶縁物３が設けられている。絶縁物３の形状と機能に関しては後述する。回転子鉄心１と短絡板２は回転子鉄心１を貫通して設けられた外周側固定ボルト４、及び内周側固定ボルト５により固定されている。なお、図では中心にある回転軸部の図示は省略している。
巻線時に巻線のガイドとなる巻枠治具として、内ガイド６と、外ガイド７及び外ガイド８と、内ガイド６と外ガイド７，８とを繋ぐ隙間空け棒９と、外ガイド７，８を一体に取り付ける外ガイドベース１０とを備えている。
なお、図１において網掛けで示す部分は、回転子鉄心１の突極の胴部に巻回されるコイルを示しており、絶縁物３が見えるようにコイルエンド部は省略している。

次に、短絡板２の外側に設けられる絶縁物３の形状について説明する。
図２は絶縁物３の詳細図である。絶縁物３の短絡板２に面する側は、短絡板２に嵌合する嵌合部３ａとなっている。すなわち、嵌合部３ａは、回転子鉄心１の軸方向両端部の突極の胴部において、胴部の位置にある短絡板２の部分に嵌合する凹部である。
嵌合部３ａの反対面はコイルが巻かれる側であり、その巻方向の肩部には、巻回されるワイヤのピッチ（すなわち、略ワイヤの外径寸法）に合わせたピッチで複数の溝３ｂが形成されている。
また、絶縁物３の側面には、内ガイド６と外ガイド７，８とを取り付ける取付穴３ｃが、溝３ｂの方向と直交する方向に形成されている。この取付穴３ｃを有する面が、内ガイド６及び外ガイド７，８と当接する絶縁物３側の位置決め面３ｄである。
また、絶縁物３の溝面側（嵌合部３ａの反対側）の溝方向中央部には、コイルが巻回されたとき、コイルに対して冷却用の隙間となる凹部３ｅが形成されている。凹部３ｅを設けることで、巻線作業終了後にコイルをワニスに含浸させる場合、この隙間を通してコイル内にワニスが入りやすくなるという利点もある。
また、溝３ｂのピッチ方向の両側に壁面を有し、回転子鉄心中心側の壁面の内側には、回転子鉄心１の突極の中心側に向けて薄くなる傾斜を有する導入溝３ｇが形成されている。導入溝３ｇは、凹部３ｅで隔てられた左右の壁面のそれぞれに設けられている。
更に、絶縁物３の凹部３ｅには、巻線時に外周側固定ボルト４とコイルとの干渉を防止するカバー部３ｆが設けられている。

次に、巻枠治具の各部品の形状について説明する。
図３は、内ガイド６の詳細図であり、図１に見える方向の反対側から見た斜視図である。図で下部側には、絶縁物３側の位置決め面３ｄが嵌め合わされる凹部が形成され、この分が内ガイド６の位置決め面６ａであり、位置決め面６ａには取付穴６ｂが設けられている。また、上部側は大きくＵ字状に切り欠かれており、切り欠かれたＵ字状部の対向面から外側に向けて、図で横方向に貫通する２個の貫通穴６ｃを有している。Ｕ字状部及び貫通穴６ｃは、隙間空け棒９を取り付けるための空間とその取付穴である。更に、Ｕ字状部の底面中央に内ガイド６を固定するための固定穴６ｄが設けられている。

図４は、外ガイドの詳細図であり、図１に示す外ガイド７，８のうちの左側の外ガイド７を示している。なお、外ガイド８は、外ガイド７と対称形なので、以下では外ガイド７で説明するが外ガイド８も同等である。
上方から見た形状はＬ字状をしており、図で下部側には、絶縁物３の位置決め面３ｄが嵌め合わされる凹部を有し、この凹部が外ガイド７の位置決め面７ａとなる。その面に取付穴７ｂが設けられている。なお、取付穴７ｂは切欠穴としているが丸穴でも良い。
また、もう一方の外ガイド８との対向面となる側面には、隙間空け棒９を取り付けるための２個の貫通穴７ｃが、内ガイド６の貫通穴６ｃに対応して設けられている。
更に、図で上下方向に貫通する固定穴７ｄと連結穴７ｅが設けられている。固定穴７ｄは外ガイドベース１０へ固定するため穴であり、固定ボルトが短くてすむように座ぐり穴としているがストレート穴でも良い。連結穴７ｅは、巻枠治具の組立時に、回転子鉄心１の両端に取り付ける外ガイド同士を連結する外ガイド連結ボルト１１（図１参照）を挿通するための穴である。

図５は、外ガイドベース１０の平面図である。外ガイド７の固定穴７ｄに対応する位置に雌ねじ１０ａが形成されており、また外ガイド７の連結穴７ｅに対応して貫通穴１０ｂが形成されている。外ガイド８に対応する側も同様である。なお、外ガイドベース１０は、巻枠治具の組立の作業性を良くするものであり、必ずしも必要ではない。
隙間空け棒９は、詳細図は省略するが、図１に示すように、内ガイド６と外ガイド７又は８を繋ぐ棒状部と、その両端部近傍に棒状部から直角方向に突出した嵌合部を有し、全体がコの字状をしている。嵌合部は、内ガイド６の貫通穴６ｃと外ガイド７の貫通穴７ｃとに抜き差し自在に嵌合する。

次に、巻枠治具の組立方法とコイル巻作業について説明する。
先ず、短絡板２を設けた回転子鉄心１の両端面の突極の胴部において、その部分の短絡板２に、絶縁物３の底面の嵌合部３ａを嵌め合わせて絶縁物３を位置決めする。次に、絶縁物３の回転子鉄心中心側の位置決め面３ｄに内ガイド６の位置決め面６ａを合わせて位置決めする。
外ガイド７，８は、予め外ガイドベース１０に取り付けて一体化しておき、絶縁物３のもう一方の位置決め面３ｄに外ガイド７の位置決め面７ａを合わせて位置決めする（外ガイド８側も同様）。
なお、内ガイド６の回転子鉄心１への固定は、回転子鉄心１を締め付けている内周側固定ボルト５を利用するので、その部分のナットを外して、内ガイド６の固定穴６ｄを内周側固定ボルト５に挿入する。
次に、絶縁物３と内ガイド６と外ガイド７，８のそれぞれの取付穴にガイド取付ボルト１２（図１参照）を挿通し、ナットで固定する。

次に、内ガイド６の中央部の固定穴６ｄに挿通した内周側固定ボルト５に、外しておいたナットを締め付けることで、内ガイド６が回転子鉄心１に固定される。
上記の内ガイド６と外ガイド７，８の回転子鉄心１の端面への組み付けを、回転子鉄心１の両端面に同じように行なった後、両端面の外ガイド７同士の連結穴７ｅに外ガイド連結ボルト１１を挿通し、ナットでそれぞれを固定する。外ガイド８同士も同様に固定する。これにより両端面に巻枠治具が強固に固定される。

この状態でコイル巻作業を行う。コイル巻作業は、先ず、巻始め線を絶縁物３の導入溝３ｇに沿わせた後、次に絶縁物３の溝３ｂに沿わせてワイヤを巻回して行き、所定数巻回すれば一旦巻回をやめ、隙間空け棒９を内ガイド６の下側の貫通穴６ｃと外ガイド７の下側の貫通穴７ｃへ挿入し（外ガイド８側も同様）、その上から巻線作業を続ける。更にその巻線作業の途中で別の隙間空け棒９を各ガイドの上側の貫通穴に挿入してその上から巻線を続け所定のコイルに仕上げる。こうすることで、コイルエンドに隙間空け棒９の直径以上のコイル隙間が二つ形成される。これにより、コイルの冷却性能を向上させることができる。
なお、内ガイド６と外ガイド７，８にそれぞれ２個の貫通穴を設けて隙間空け棒９を２段に挿入しコイルエンドに二つの隙間を形成したが、隙間空け棒９は、２段に限定するものではなく、冷却性能に応じて１段や３段としても良い。

巻線作業が終了すれば、外ガイド連結ボルト１１とガイド取付ボルト１２を外し、また、内ガイド６を固定している内周側固定ボルト５のナットを緩めて外せば、内ガイド６と外ガイド７，８及び隙間空け棒９を解体して容易に取り外すことができる。
絶縁物３は、巻線作業時の治具の役目をすると共に、巻線作業後は取り外す必要は無く、コイルエンドのスペーサの役目をする。このように、コイルエンドにコイル隙間を容易に設けることができ、コイルの冷却性能を向上することができる。

また、本願によれば、先行技術文献の項で示した特許文献１のようなコイル押さえ板がないので、ラジアル方向に通り抜ける風をさえぎるものがないため、コイルの冷却性能を向上させることが可能となる。図１では突極の頭部に外周側固定ボルト４を設けているが、この場合でもボルトは丸形状であり、特許文献１のような四角形状よりも一般的にラジアル方向の投影面積が小さく、ラジアル方向の風を有効に利用できる。

また、絶縁物３に対して、巻枠治具の内ガイド６、外ガイド７，８を位置決めするようにしたので、コイルを巻く絶縁物３に対して容易に位置決めができるため、位置決め誤差を小さくでき、自動巻線装置での整列巻線作業が容易に行える。
更に、絶縁物３と内ガイド６及び外ガイド７，８に取付穴を設けてボルト締めするようにしたので、強固に固定でき、且つ、ボルトを外すだけで簡単に解体することができるため、巻枠治具の着脱が容易である。
また、絶縁物３に設けた凹部３ｅにより、冷却用の風が入ることや、巻線作業終了後にコイルをワニスに含侵させる場合、この隙間を通してコイル内にワニスが入りやすいという利点がある。
また、絶縁物３に導入溝３ｇを設けたために、コイルの巻始め線を内ガイド６の上部側に設けたＵ字状の切り欠き部に対して巻始め線を配置することができる。これにより、巻始め線とその後に巻回されるコイルとの干渉がなくなり、巻線の整列性を良くすることができる。また、導入溝３ｇの傾斜によってコイルの巻始め線が不用意に巻き膨れないようにすることができ、さらにコイルの整列性を高める効果がある。
更に、絶縁物３に設けたカバー部３ｆは、巻線中に外周側固定ボルト４とコイルとの干渉を防止する効果がある。

以上のように、実施の形態１の突極形回転子の巻線方法によれば、回転子鉄心の突極の胴部にワイヤを巻回してコイルを形成する突極形回転子の巻線方法において、巻回するワイヤのピッチに合わせた溝を有する絶縁物を回転子鉄心の軸方向両端部の突極の胴部に装着し、内ガイドと外ガイドと隙間空け棒とを有する巻枠治具の内ガイドと外ガイドを絶縁物の両側面に組み合わせ、絶縁物の溝に沿って所定数だけワイヤを巻回した後、内ガイドと外ガイドの間に隙間空け棒を挿入し、更に隙間空け棒の上からワイヤを巻回して所定のコイルに形成し、巻線完了後に巻枠治具を取り外すようにしたので、コイルのワイヤは巻線後に製品となる絶縁物の溝に沿って整列して巻回され、また、巻回後には巻枠治具が取り外されてコイルエンド部に冷却用の隙間が形成されるため、コイルの冷却性能を向上させることができる。

また、絶縁物の両側面と、内ガイド及び外ガイドとは、それぞれに設けた位置決め面を合わせ、ボルトにより一体に組み合わすようにしたので、巻枠治具の着脱が容易であると共に、コイルを巻く絶縁物に対して位置決めができるため、位置決め誤差を小さくでき、自動巻線装置での整列巻線作業が容易に行える。

また、内ガイドは、回転子鉄心に面する側の反対側の面がＵ字状に切り欠かれ、Ｕ字状の対向面から外側に向けて貫通する貫通穴を有し、外ガイドは、内ガイドのＵ字状の対向面に対応する面と、内ガイドの貫通穴に対応する貫通穴とを有し、隙間空け棒は、内ガイドと外ガイドを繋ぐ棒状部と、棒状部の両端部近傍に棒状部から直角方向に突出した嵌合部を有しており、嵌合部を内ガイドの貫通穴と外ガイドの貫通穴とに挿入して組み合わせるようにしたので、隙間空け棒の着脱を容易にして、コイルエンド部に冷却用の隙間を容易に形成することができる。

また、実施の形態１の突極形回転子によれば、複数の突極を有する回転子鉄心と、突極の胴部にワイヤを巻回して形成されたコイルとを有する突極形回転子において、巻回するワイヤのピッチに合わせた溝を有する絶縁物が、回転子鉄心の軸方向両端部の突極の胴部に装着され、ワイヤが絶縁物の溝に沿って整列して巻回されていると共に、絶縁物に着脱可能な巻枠治具によってコイルエンド部に冷却用の隙間が形成されているので、コイルの冷却性能の優れた突極形回転子を容易に得ることができる。

更に、絶縁物は、溝面側の溝方向中央部に凹部を有すると共に、溝のピッチ方向の両側に壁面を有し、回転子鉄心中心側の壁面の内側には、突極の中心側に向けて薄くなる傾斜を有する導入溝が形成されているので、巻線の整列性を高めることができ、また、コイルの冷却性能を向上させることができる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。

１ 回転子鉄心、２ 短絡板、３ 絶縁物、３ａ 嵌合部、３ｂ 溝、３ｃ 取付穴、３ｄ 位置決め面、３ｅ 凹部、３ｆ カバー部、３ｇ 導入溝、４ 外周側固定ボルト、５ 内周側固定ボルト、６ 内ガイド、６ａ 位置決め面、６ｂ 取付穴、６ｃ 貫通穴、６ｄ 固定穴、７ 外ガイド、７ａ 位置決め面、７ｂ 取付穴、７ｃ 貫通穴、７ｄ 固定穴、７ｅ 連結穴、８ 外ガイド、９ 隙間空け棒、１０ 外ガイドベース、１０ａ 雌ねじ、１０ｂ 貫通穴、１１ 外ガイド連結ボルト、１２ ガイド取付ボルト。

Claims (5)

1. 回転子鉄心の突極の胴部にワイヤを巻回してコイルを形成する突極形回転子の巻線方法において、
   巻回する前記ワイヤのピッチに合わせた溝を有する絶縁物を前記回転子鉄心の軸方向両端部の前記突極の胴部に装着し、内ガイドと外ガイドと隙間空け棒とを有する巻枠治具の前記内ガイドと前記外ガイドを前記絶縁物の両側面に組み合わせ、前記絶縁物の前記溝に沿って所定数だけ前記ワイヤを巻回した後、前記内ガイドと前記外ガイドの間に前記隙間空け棒を挿入し、更に前記隙間空け棒の上から前記ワイヤを巻回して所定のコイルに形成し、巻線完了後に前記巻枠治具を取り外すようにしたことを特徴とする突極形回転子の巻線方法。
2. 請求項１記載の突極形回転子の巻線方法において、
   前記絶縁物の前記両側面と、前記内ガイド及び前記外ガイドとは、それぞれに設けた位置決め面を合わせてボルトにより一体に組み合わすようにしたことを特徴とする突極形回転子の巻線方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の突極形回転子の巻線方法において、
   前記内ガイドは、前記回転子鉄心に面する側の反対側の面がＵ字状に切り欠かれ、前記Ｕ字状の対向面から外側に向けて貫通する貫通穴を有し、
   前記外ガイドは、前記内ガイドの前記Ｕ字状の対向面に対応する面と、前記内ガイドの貫通穴に対応する貫通穴とを有し、
   前記隙間空け棒は、前記内ガイドと前記外ガイドを繋ぐ棒状部と、前記棒状部の両端部近傍に前記棒状部から直角方向に突出した嵌合部を有しており、前記嵌合部を前記内ガイドの貫通穴と前記外ガイドの貫通穴とに挿入して組み合わせるようにしたことを特徴とする突極形回転子の巻線方法。
4. 複数の突極を有する回転子鉄心と、前記突極の胴部にワイヤを巻回して形成されたコイルとを有する突極形回転子において、
   巻回する前記ワイヤのピッチに合わせた溝を有する絶縁物が、前記回転子鉄心の軸方向両端部の前記突極の胴部に装着され、前記ワイヤが前記絶縁物の前記溝に沿って整列して巻回されていると共に、前記絶縁物に着脱可能な巻枠治具によってコイルエンド部に冷却用の隙間が形成されていることを特徴とする突極形回転子。
5. 請求項４に記載の突極形回転子において、
   前記絶縁物は、溝面側の溝方向中央部に凹部を有すると共に、前記溝のピッチ方向の両側に壁面を有し、回転子鉄心中心側の前記壁面の内側には、前記突極の中心側に向けて薄くなる傾斜を有する導入溝が形成されていることを特徴とする突極形回転子。

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