JP3603128B2 - 突極形回転子の巻線方法および突極形回転子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期発電機等の突極形回転子にエナメル丸線を直巻きする回転子への巻線方法および突極回転子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻する突極形回転子の回転子鉄心は、一体に成形された鉄材の薄板を積層して両側に銅材の短絡板を前記鉄材同様に積層し、更に両側にロートル押さえ板を設け、リベット、スタッド等で固定している。また、ロートル押さえ板を設けてリベット、スタッド等で固定する代わりに溶接により鉄材の薄板および銅材の短絡板を固定する方法も用いられている。
【０００３】
従来の突極形回転子の回転子鉄心の一例を図９を参照して説明する。
図９（ａ）の側面図に示すように、突極形回転子鉄心は、一体に成形された鉄材の薄板１を積層して、この薄板１の両側に銅材の短絡板２を薄板１と同様に積層している。ロートル押さえ板３は、図９（ａ）のＢ−Ｂ断面である図９（ｂ）に示すように、吸気側のみ風穴１６を設け、排気側のロートル押さえ板３には風穴１６は設けていない。従って、通風は、吸気側のロートル押さえ板３の風穴１６から、間隔片１７によって設けられたスペースを通り、ラジアル方向に風が流れる。当然、突極部間の軸方向にも風は流れる。風穴１６は、突極部の中央位置の内径側に設けられている。なお、同様の構造でも風穴１６および間隔片１７がなく、突極部間の軸方向のみに風が流れる場合もある。
【０００４】
また、従来の一体型鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻きする場合は、ノズル方式の巻線機にて整列巻きを行うことが多いが、コイルエンド部には、巻ガイド２１を取り付け、更に図１０の外観図に示すようにモールド成形された溝付きの絶縁物２２を巻ガイド２１の間に取り付けて整列に直巻きを行っていた。また、小型の突極形回転子では、図１１の外観図に示すように分割式のモールド成形された絶縁物２３を突極部にはめ込み、整列に直巻きを行っていた。
【０００５】
図１２は、従来の他の一体型鉄心の側面図であり、同図（ａ）はその側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
図に示すように、一体に形成された鉄材の薄板１を積層して、両側に銅材の短絡板２を鉄材の薄板１と同様に積層している。突極部には貫通してコイル押さえ板５が設けられている。この場合でも、突極部にエナメル丸線を整列に直巻きする場合は、上記従来例と同様、コイルエンド部に巻ガイド等の治具が必要であった。
【０００６】
図１３は、従来の他の複数個の突極磁極鉄心を継鉄の円周方向に配設する分割鉄心の断面図である。
図に示すように、突極磁極鉄心１３が継鉄１４の円周方向に配設されている。エナメル丸線を整列に直巻きする場合は、突極磁極鉄心１３が単体の時に行われ、一体型鉄心のような溝付きの整列巻線機用治具とノズル方式の巻線機を必要とせず、容易にエナメル丸線を整列に直巻きすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の一体型鉄心への巻線方法では、コイルエンド部に巻ガイド２１を取り付け、更にモールド成形された溝付きの絶縁物２２を取り付けて整列に直巻きを行う場合、モールド成形された溝付きの絶縁物２２を取り外すことができず、コイルエンド部の表面積が減少し、巻線の冷却性能が悪くなるという課題がある。このことにより、回転子巻線の電流密度を低減しなければならず、突極形回転子の大型化に繋がっていた。更に、モールド成形された溝付きの絶縁物の製作が毎回必要となることからも、コストアップに繋がっていた。
また、小型の突極形回転子に使われる分割式のモールド成形された絶縁物２３を突極部にはめ込み、整列に直巻きを行う方法でも、前記同様の課題がある。
【０００８】
本発明は、上記状況に対応するためになされたもので、その課題は、エナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子の回転子巻線の温度を低減し、小型化を図るための巻線方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、より小型化に優れたエナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、請求項１記載の発明は、回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻する突極形回転子の巻線方法において、回転子鉄心端部に、使用するエナメル丸線の外径寸法と同寸法の−０．０２〜＋０．１の範囲のピッチに溝を設けた溝付整列巻線用治具と、前記溝付整列巻線用治具と前記回転子鉄心との間に巻線完了後に前記溝付整列巻線用治具を取り外すためのスペーサを取り付けて巻線することを特徴とする。
【００１０】
請求項１記載の発明によると、エナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子の回転子巻線は、巻線作業後に整列巻線用治具を取り外すことができ、コイルエンド部の表面積が増加し、冷却性能を向上することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻する突極形回転子において、前記回転子鉄心は一体に成形された抜き板からなり、前記一体に成型された抜き板のポールチップ部が円周方向に出っ張った形状から更にコイルに接する側の部分のみ円周方向に出っ張った構造としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によると、隣接する磁極鉄心への漏れ磁束を増加させることなく、即ち回転子の損失を増加させることなく、回転子鉄心の突極部に、より多くのエナメル丸線を整列に直巻きすることができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の突極形回転子において、前記回転子鉄心は一体に成形された抜き板からなり、前記回転子鉄心の突極部を貫通したコイル押さえ板およびロートル押さえ板を設け、前記ロートル押さえ板の内径とシャフトとの間隔を所定間隔以下として、前記コイル押さえ板と前記ロートル抜き板を溶接し、ロートル押さえ板に有効な磁束を流す構造としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明によると、一体に成形された抜き板とロートル押さえ板の間に磁束が流れない銅材の短絡板を設けても、ロートル押さえ板にロートル抜き板同様、有効な磁束を流すことができる。即ちロートル押さえ板は、ロートル抜き板を押さえるだけでなく、ロートル抜き板と同様の役目を果たすことができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の突極形回転子において、ロートル押さえ板とシャフトを溶接し、ロートル押さえ板に有効な磁束を流す構造としたことを特徴とする。 請求項４記載の発明によると、ロートル押さえ板にロートル抜き板同様、より有効な磁束を流すことができる。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項２記載の突極形回転子において、前記回転子鉄心は一体に成形された抜き板からなり、前記回転子鉄心の突極部間の内径側に風穴と前記回転子鉄心の突極部を貫通したコイル押さえ板を設け、更に前記風穴の隣接する風穴間に回転子鉄心を固定するリベットを挟むように、間隔片を設けたことを特徴とする。
請求項５記載の発明によると、回転子巻線を冷却するのに優れた通風経路を成し、より有効に回転子巻線を冷却することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である整列巻線用治具と、巻線後整列巻線用治具を取り外すためのスペーサを取り付けた状態の突極形回転子の突極部であり、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図である。
【００１８】
図２は、前記整列巻線用治具および前記スペーサを取り付ける前の回転子鉄心の突極部であり、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、突極部にエナメル丸線を整列に直巻きする回転子鉄心は、一体に成形された鉄材の薄板１を積層して、その外側に銅材の短絡板２を鉄材の薄板１と同様に積層し、ロートル押さえ板３で押さえ、リベット４で固定した構造となっている。突極部の先端側には一体に成形された鉄材の薄板１および銅材の短絡材２を貫通してコイル押さえ板５が設けられている。
【００２０】
また、回転子鉄心は、極数が４極，６極，８極，１０極、エナメル丸線がφ１．６ｍｍ〜φ３．２ｍｍ、回転子鉄心は外径がφ３００ｍｍ〜φ８００ｍｍで、長さ３００ｍｍ〜７００ｍｍであり、かつ、一体に成形された抜き板から構成されている。
【００２１】
整列巻線用治具６は、整列巻線用具６Ａと巻線下側を支える整列巻線用具６Ｂで構成され、ネジ７で整列巻線用具６Ａと整列巻線用具６Ｂを固定している。整列巻線用治具を取り外すためのスペーサ８は、整列巻線用具６Ａの両側の側面側からそれぞれ挿入し、取り付けられている。
【００２２】
図３は、整列巻線用具６Ａであり、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）はその上面図、同図（ｃ）はその下面図、同図（ｄ）はその側面図、同図（ｅ）は同図（ｂ）のＡ部の拡大図である。整列巻線用具６Ａには、溝９が使用するエナメル丸線の外径寸法と同寸法の−０．０２〜＋０．１の範囲のピッチに、かつ寸法ｙが溝９の最大深さより大きくなるような位置に設けられている。
【００２３】
図４は、前記整列巻線用治具を取り外すためのスペーサ８の上面図である。
次に、本実施形態の作用について説明すると、整列巻線用具６Ａをコイル押さえ板５を挟むように取り付け、ネジ７で整列巻線用具６Ｂを取り付ける。次にスペーサ８を整列巻線用具６Ａの凹部１０に整列巻線用具６Ａの側面側から挿入し、取り付ける。次に巻線作業を行い、完了後、スペーサ８を整列巻線用具６Ａの側面側から取り外し、ネジ７を外す。整列巻線用具６Ａは、ロートル押さえ板３側に寄せた後、上方向に引き抜き、取り外す。
【００２４】
本実施形態によれば、エナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子の回転子巻線の巻線作業後に整列巻線用治具の取り外しが可能となり、コイルエンド部の表面積が増加し、巻線の冷却性能を向上でき、突極形回転子の小型化を図るための優れた巻線方法を提供することができる。
【００２５】
図５は、本発明の第２実施形態である一体に成形された抜き板であり、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）はその突極部の拡大図である。
【００２６】
図に示すように、一体に成形された抜き板１１は、ポールチップ部１２がコイル側のみ円周方向に出っ張った形状となっている。従って、回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻きする際、出っ張った形状のポールチップ部１２により、より多くのエナメル巻線を直巻きすることができる。
【００２７】
本実施形態によれば、隣接する磁極鉄心への漏れ磁束を増加させることなく、即ち回転子の損失を増加させることなく、より多くのエナメル丸線を整列に直巻きすることができるので、小型化に優れた突極形回転子を提供することができる。
【００２８】
図６は、本発明の第３実施形態である突極磁極鉄心と継鉄とに分割された回転子鉄心の正面図である。
図に示すように、分割された回転子鉄心は、突極磁極鉄心１３と継鉄１４から構成されており、ポールチップ部１２がコイル側のみ円周方向に出っ張った形状となっている。従って、回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻きする際、出っ張った形状のポールチップ部１２により、より多くのエナメル巻線を直巻きすることができる。
【００２９】
本実施形態によれば、隣接する磁極鉄心への漏れ磁束を増加させることなく、即ち回転子の損失を増加させることなく、より多くのエナメル丸線を整列に直巻きすることができるので、小型化に優れた突極形回転子を提供することができる。
【００３０】
図７は、本発明の第４実施形態である突極形回転子の側面図である。
図において、本実施形態では、突極部にエナメル丸線を整列に直巻きする回転子鉄心は、一体に成形された鉄材の薄板１を積層して、その外側に銅材の短絡板２を鉄材の薄板１と同様に積層し、ロートル押さえ板３で押さえ、リベット４で固定した構造となっている。このとき、ロートル押さえ板３の内径とシャフト１５との間隔を１ｍｍ以下として、更に突極部を貫通したコイル押さえ板５とロートル押さえ板３は溶接により固着している。このような構造により銅材の短絡板２は、磁束を通さないが、ロートル押さえ板３の内径とシャフト１５との間隔を１ｍｍ以下として、更に突極部を貫通したコイル押さえ板５とロートル押さえ板３を溶接したことにより、ロートル押さえ板３に有効な磁束を流すことができる。
【００３２】
本実施形態によれば、ロートル押さえ板３に有効な磁束を流すことができるので、ロートル押さえ板３にロートル抜き板１と同様の役目を果たし、小型化に優れたエナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子を提供することができる。
【００３３】
本実施形態の変形例として、更にロートル押さえ板３とシャフト１５を溶接する構成とする。このようにロートル押さえ板３とシャフト１５を溶接することにより、ロートル押さえ板３に、より有効な磁束を流すことができる。従って、本実施形態はロートル押さえ板３にロートル抜き板１と同様の役目を果たし、小型化に優れたエナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子を提供することができる。
【００３４】
図８は、本発明の第５実施形態である一体型鉄心であり、同図（ａ）はその側面図、同図（ｂ）はその同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図に示すように、本実施形態では一体に形成された鉄材の薄板１を積層して、両側に銅材の短絡板２を鉄材の薄板１と同様に積層している。そして、ロートル押さえ板３を両端に設け、リベット４で固定している。風穴１６は、突極部間の内径側に設け、風穴１６の隣接する風穴１６間にリベット４を挟むように、２本の間隔片１７を設けている。ロートル押さえ板３は、吸気側のみ風穴１６を設け、排気側のロートル押さえ板には風穴１６は、設けていない。
【００３５】
本実施形態は上記のように構成されているので、通風は、吸気側のロートル押さえ板３の風穴１６から、間隔片１７によって設けられたスペースを通り、ラジアル方向に風が流れるが、２本の間隔片１７の間には流れ難く、巻線１８背面のみに流れる。なお、隣接する巻線１８の間は絶縁物１９があり、風が流れないようになっている。
【００３６】
本実施形態によれば、回転子巻線を冷却するのに優れた通風経路を成し得て、有効に回転子巻線を冷却することができ、小型化に優れた突極形回転子を提供することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子の回転子巻線の温度を低減し、小型化を図るための巻線方法を提供することができる。
また、本発明によれば、小型化に優れたエナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である整列巻線用治具と巻線後に前記整列巻線用治具を取り外す
ためのスペーサを取り付けた状態の突極形回転子の突極部であり、同図（ａ）はその正面
図、同図（ｂ）はその側面図。
【図２】本発明の第１実施形態の記載の整列巻線用治具およびスペーサを取り付ける前の回転子
鉄心の突極部であり、同図（ａ）はその正面図、同図（ｂ）はその側面図。
【図３】本発明の第１実施形態の巻線方法に用いる整列巻線用治具であり、同図（ａ）はその正
面図、同図（ｂ）はその上面図、同図（ｃ）はその下面図、同図（ｄ）はその側面図、同
図（ｅ）は同図（ｂ）のＡ部の拡大図。
【図４】本発明の第１実施形態の巻線方法に用いる整列巻線用治具を取り外すためのスペーサの
平面図。
【図５】本発明の第２の実施形態である一体に成形された抜き板であり、同図（ａ）はその正面
図、同図（ｂ）はその突極部の拡大図。
【図６】本発明の第３実施形態である突極磁極鉄心と継鉄とに分割された回転子鉄心の正面図。
【図７】本発明の第４実施形態の突極形回転子の側面図。
【図８】本発明の第５実施形態である一体型鉄心であり、同図（ａ）はその側面図、同図（ｂ）
はその同図（ａ）のＡ−Ａ断面図。
【図９】従来例の一体型鉄心であり、同図（ａ）はその側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−
Ｂ断面図。
【図１０】従来のモールド成形された溝付きの絶縁物の外観図。
【図１１】従来の分割式のモールド成形された絶縁物の外観図。
【図１２】従来の他の一体型鉄心であり、同図（ａ）はその側面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＣ
−Ｃ断面図。
【図１３】従来の複数個の突極磁極鉄心を継鉄の円周方向に配設する分割鉄心の断面図。
【符号の説明】
１…鉄材の薄板、２…銅材の短絡板、３…ロートル押さえ板、４…リベット、５…コイル押さえ板、６…整列巻線用治具、６Ａ，６Ｂ…整列巻線用具、７…ネジ、８…スペーサ、９…溝、１０…凸部、１１…一体に成形された抜き板、１２…ポールチップ部、１３…突極磁極鉄心、１４…継鉄、１５…シャフト、１６…風穴、１７…間隔片、１８…巻線、１９…絶縁物、２０…スタッド、２１…巻ガイド、２２…モールド成形された溝付きの絶縁物、２３…分割式のモールド成形された絶縁物。

Claims (5)

1. 回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻する突極形回転子の巻線方法において、回転子鉄心端部に、使用するエナメル丸線の外径寸法と同寸法の−０．０２〜＋０．１の範囲のピッチに溝を設けた溝付整列巻線用治具と、前記溝付整列巻線用治具と前記回転子鉄心との間に巻線完了後に前記溝付整列巻線用治具を取り外すためのスペーサを取り付けて巻線することを特徴とする突極形回転子の巻線方法。
2. 回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻する突極形回転子において、前記回転子鉄心は一体に成形された抜き板からなり、前記一体に成型された抜き板のポールチップ部が円周方向に出っ張った形状から更にコイルに接する側の部分のみ円周方向に出っ張った構造としたことを特徴とする突極形回転子。
3. 請求項２記載の突極形回転子において、前記回転子鉄心は一体に成形された抜き板からなり、前記回転子鉄心の突極部を貫通したコイル押さえ板およびロートル押さえ板を設け、前記ロートル押さえ板の内径とシャフトとの間隔を所定間隔以下として、前記コイル押さえ板と前記ロートル抜き板を溶接し、ロートル押さえ板に有効な磁束を流す構造としたことを特徴とする突極形回転子。
4. 請求項３記載の突極形回転子において、ロートル押さえ板とシャフトを溶接し、ロートル押さえ板に有効な磁束を流す構造としたことを特徴とする突極形回転子。
5. 請求項２記載の突極形回転子において、前記回転子鉄心は一体に成形された抜き板からなり、前記回転子鉄心の突極部間の内径側に風穴と前記回転子鉄心の突極部を貫通したコイル押さえ板を設け、更に前記風穴の隣接する風穴間に回転子鉄心を固定するリベットを挟むように、間隔片を設けたことを特徴とする突極形回転子。

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