JP3639956B2 - 突極形回転子の巻線装置とその巻線方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は同期発電機の突極形回転子にエナメル丸線を直巻する突極形回転子の巻線装置とその巻線方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、同期発電機の回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻する従来例としては、例えば特開昭61−4443号、特開昭51−77802号等に記載のノズル方式の巻線機が挙げられるが、これら巻線機の基本構成は、磁極周辺をエナメル丸線を繰り出しながら動くノズルと、このノズルを支持する架台と、この架台を動かす制御装置と、エナメル丸線の供給装置とから構成されている。この場合、エナメル丸線の供給装置は、巻線作業前に使用するエナメル丸線のサイズにより決められた張力に設定されている。
【0003】
また、その巻線方法は、エナメル丸線の線サイズによって決められた所定の張力に設定し、1本のエナメル丸線を繰り出しながらノズルが磁極周辺を整列巻きになるように周回することにより巻線作業が行われる。その時のノズル形状は、開口部が円形状又は楕円形状で、その内壁はエナメル丸線に傷を付け難くするためにテーパ状に広がっている。
【0004】
従来の開口部が円形状のノズルの場合及び楕円形状のノズルの場合について図8及び図9を参照して説明する。
図8は従来の開口部が円形状のノズル3Aの正面図であり、その開口部は円形状でテーパ状に広がっている。また、図9は従来の開口部が楕円形状のノズル3Bであり、同図(a)はその開口部の幅の狭い方からみた正面図、同図(b)はその開口部の幅の広い方からみた正面図である。この楕円形状の開口部は内壁がテーパ状に広がっており、その幅の広い方は内壁の内径が大きくなっている。隣接する磁極との間隔が狭く、また一般的にエナメル丸線の線サイズがφ1.5mm以上で大きな張力を必要とする場合には、開口部が円形状のノズルよりも楕円形状のノズルが用いられる。
【0005】
次に、上記ノズルの動作及び従来のエナメル丸線を整列に直巻きする突極形回転子について図10及び図11を参照して説明する。
図10は従来の突極形回転子鉄心であり、同図(a)はその断面図、同図(b)はその突極部の側面図である。回転子鉄心には一体に成形された鉄心11とその両端部に溝付きの整列巻き線用治具13が取り付けられている。図示の如く回転子鉄心にノズル3から1本のエナメル丸線2を繰り出しながら、所定回数巻き廻すことにより回転子が形成される。
【0006】
図11は前記ノズルの動作を説明するための図であり、ノズル3はエナメル丸線2を繰り出しながら鉄心の突極部1に平行に矢印の方向に進むことで、突極部1への巻線が実施される。
【0007】
次に、従来のノズルを用いた巻線装置について説明すると、従来のノズルを用いた巻線装置では、突極形回転子に複数本のエナメル丸線を同時に整列に直巻きできる機構のものはなかった。また、エナメル丸線はφ3.2mmのものまでしか標準品として市販されていないため、φ3.2mm以下のエナメル丸線を用いてシングル巻しかできなかった。したがって、発電機が大型になるほど、エナメル丸線を多く巻かねばならず、多く巻くほど界磁電圧が高くなり過ぎる傾向になるため、他の電気部品、例えば整流素子等の耐電圧特性上から界磁電圧を適正範囲に選定しなければならなかった。
【0008】
そこで、従来方法では、例えば、500kVA以上の発電機では、極間の接続方法を並列に接続することにより調整していた。しかし、この方法では以下に説明するように回転機の電気的な設計をする上で自由度を少なくしていた。
【0009】
例えば、10極の場合のロータコイルの接続方法を図12に示す。図において、同図(a)はそのロータコイルの10シリースの直列接続図、同図(b)はそのロータコイルの2並列の5シリースの接続図、同図(c)はそのロータコイルの5並列の2シリースの接続図であり、この例ではこの3通りの接続しか考えられない。14は1極分のコイルである。
【0010】
ところで、発電機が大型になるほど1極に巻くコイル数が多くなるため、従来のシングル巻の場合、市販されているエナメル丸線がφ3.2mm以下しかないことと、許容される界磁電圧にしなければならないことから、図12(b)の2並列の5シリースの接続か、あるいは図12(c)の5並列の2シリースの接続が採用されていた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した突極回転子の巻線装置により、φ1.5mm以上のエナメル丸線を、開口部が楕円形状のノズルを用いて巻く場合、隣接する極間の直線部ではエナメル丸線が前記ノズルの内壁の内径が大きい方から繰り出されるため、エナメル丸線のエナメル皮膜に与える影響は少ないが、巻線コーナ部では内壁の内径が小さい方から繰り出されるため、エナメル丸線のエナメル皮膜に傷を与える可能性があった。
【0012】
本発明(請求項1乃至請求項3対応)は、上記状況に鑑みてなされたもので、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品質の安定化を図るための巻線装置及び巻線方法を提供することにある。
【0013】
ところで、従来のノズルを用いた巻線装置では、突極形回転子に複数本のエナメル丸線を同時に整列に直巻きできる機構のものはなかった。それに、エナメル丸線はφ3.2mmのものまでしか市販されていないため、φ3.2mm以下のエナメル丸線を用いてシングル巻しかできなかった。したがって、発電機が大型になるほど、回転機の電気的な設計をする上で自由度が少なく、そのため最適設計ができず、回転機の大型化に繋がっていた。またノズル形状では、隣接する磁極との間隔が狭く、かつ大きな張力が必要な太いエナメル丸線を巻線する場合、ノズル自身に両壁があることと所定の強度を維持するための大きさが必要であることから、ノズル自身の大型化に繋がり、突極部の基部側の最も狭い部分を通過させる時にエナメル丸線に傷を与える可能性があった。また、従来技術ではシングル巻にしかできなかったため、作業効率を向上させることは困難であった。
【0014】
本発明(請求項4乃至請求項5対応)は、上記状況に対処するためになされたもので、エナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子の品質の安定化を図るための巻線装置を提供することにある。
【0015】
【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の周りに沿って周回し、この突極部にエナメル丸線を整列に直巻するノズルを備えた突極形回転子の巻線装置において、巻線コーナ部を巻くときに前記エナメル丸線の張力を低下させる張力可変装置と前記張力可変装置を制御する張力制御装置を備えていることを特徴とする。
【0016】
請求項1記載の発明によると、巻線コーナ部でノズルの内壁の内径が小さい方から繰り出される際に適した張力に調整することができ、エナメル皮膜に与えるストレスを減少させることが可能となるので、エナメル皮膜に傷を与えることなく、鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻することができる。
【0017】
請求項2記載の発明は、回転子鉄心の突極部にノズルから繰り出される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、前記ノズルは前記突極部の周りを周回し、該ノズルから繰り出されるエナメル丸線の張力を巻線コーナ部を巻くときのみ、所定の張力より弱くして前記突極部に直巻することを特徴とする。
【0018】
請求項2記載の発明によると、巻線コーナ部でノズルの内壁の内径が小さい方から繰り出される際にエナメル丸線の張力を減少させることにより、エナメル皮膜に与えるストレスを減少させることが可能となるので、エナメル皮膜に傷を与えることなく、鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻することができる。
【0019】
請求項3記載の発明は、請求項2記載の突極形回転子の巻線方法において、ノズルの進行方向に対して前向きに傾斜させた状態で、突極部を周回し、エナメル丸線を直巻することを特徴とする。
【0020】
請求項3記載の発明によると、エナメル丸線がノズルから繰り出される角度がより緩やかになり、よりエナメル皮膜に与えるストレスを減少させることが可能となるので、エナメル皮膜に傷を与えることなく、鉄心の突極部にエナメル丸線を整列に直巻することができる。
【0021】
請求項4記載の発明は、回転子鉄心の突極部にノズルから繰り出されるエナメル丸線を整列に直巻する突極形回転子の巻線装置において、前記ノズルから前記エナメル丸線が繰り出される開口部をU字形状とし、そのU字形状の深さを((巻き廻すエナメル丸線の本数)×(エナメル丸線の外径)−(エナメル丸線の外径の半分))以上として、その内壁をテーパ状に広がるようにしたことを特徴とする。
【0022】
請求項4記載の発明によると、同時に複数本のエナメル丸線を整列に直巻することができる。
【0023】
請求項5記載の発明は、回転子鉄心の突極部にノズルから繰り出されるエナメル丸線を整列に直巻する突極形回転子の巻線装置において、前記ノズルから前記エナメル丸線が繰り出される開口部をL字形状とし、そのL字形状の長辺側の長さを((エナメル丸線の本数)×(エナメル丸線の外径)−(エナメル丸線の外径の半分))以上として、その内壁をテーパ状に広がるようにしたことを特徴とする。
【0024】
請求項5記載の発明によると、同時に複数本のエナメル丸線を整列に直巻することができ、また隣接する磁極との間隔が狭い場合でも、突極部の基部側の最も狭い部分を容易に通過させることができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態(請求項1対応)である突極形回転子の巻線装置の概略図である。
同図に示すように、本実施例の突極形回転子の巻線装置は、鉄心の突極部1周辺をエナメル丸線2を繰り出しながら動くノズル3と、エナメル丸線2に張力を与える張力可変装置4と、張力可変装置4を巻線中に可変制御する張力制御装置5と、ノズル3を支持する架台6と、架台6を制御する制御装置7と、エナメル丸線2を供給する供給装置8とから構成されている。
【0028】
ノズル3は、エナメル丸線2を繰り出す開口部が楕円形状で内壁がテーパ状に広がっており、楕円形状の幅の広い方は、内壁の内径が大きくなっている。図では張力可変装置4が3点の位置の移動により張力を可変にすることを図示しているが、パウダーブレーキ等からなる張力可変装置を用いることができる。
【0029】
次に、本実施形態の作用について説明する。
巻線は、エナメル丸線の供給装置8から供給されたエナメル丸線2に張力可変装置4によりそれぞれ位置毎に所定の張力が与えられ、ノズル3がエナメル丸線2を繰り出しながら鉄心の突極部1周辺を動き、整列に直巻きを行う。この際あらかじめ張力制御装置5に鉄心の突極部1周辺の位置毎でそれぞれ必要な張力を設定しておく。
【0030】
本実施形態によれば、巻線コーナ部でノズル3の内壁の内径が小さい方からエナメル丸線2が繰り出される際に適した張力に調整することができ、エナメル皮膜に与えるストレスを減少させ、エナメル皮膜に傷を与えることなく、鉄心の突極部1にエナメル丸線2を整列に直巻することができるので、エナメル丸線を整列に直巻きしてなる突極形回転子の品質の安定化を図るための巻線装置を提供することができる。
【0031】
図2は本発明の第2実施形態(請求項2対応)である突極形回転子の巻線方法を説明するための概略図である。
同図に示すように、本実施形態の突極形回転子の巻線方法は、鉄心の突極部1周辺をエナメル丸線2を繰り出しながらノズル3が動いている。そして、ノズル3の位置が図示したA→B→Cの位置(巻線コーナ部)の時に所定の張力より弱くして鉄心の突極部にエナメル丸線2を整列に直巻きを行う。その際の張力は所定の張力の30〜70%が望ましい。
【0032】
次に、本実施形態の作用について説明すると、ノズル3の内壁の内径が小さい方からエナメル丸線2が繰り出される際に適した張力で巻くので、エナメル皮膜に与えるストレスを減少させ、エナメル皮膜に傷を与えることなくすることができる。
【0033】
本実施形態によれば、エナメル皮膜に傷を与えずに整列に直巻きすることができるので、エナメル丸線2を整列に直巻きしてなる突極形回転子の品質の安定化を図るための巻線方法を提供することができる。
【0034】
図3は本発明の第2実施形態(請求項2対応)である突極形回転子の巻線方法の変形例を説明するための概略図である。
同図に示すように、本実施形態の突極形回転子の巻線方法は、鉄心の突極部1周辺をエナメル丸線2を繰り出しながらノズル3が動いている。そして、ノズル3の位置が図示したDの位置からEの位置(巻線コーナ部)の時に所定の張力より弱くして鉄心の突極部にエナメル丸線2を整列に直巻きを行う。その際の張力は所定の張力の30〜70%が望ましい。
【0035】
本実施形態は図2の第2実施形態と同様に、エナメル皮膜に傷を与えずに整列に直巻きすることができるので、エナメル丸線2を整列に直巻きしてなる突極形回転子の品質の安定化を図るための巻線方法を提供することができる。
【0036】
図4は本発明の第3実施形態(請求項3対応)である突極形回転子の巻線方法を説明するための概略図である。
同図に示すように、本実施形態の突極形回転子の巻線方法は、鉄心の突極部1周辺をエナメル丸線2を繰り出しながらノズル3が進行方向に対して前向きに傾斜した状態で動いている。
【0037】
次に、本実施形態の作用について説明すると、エナメル丸線2は、ノズル3の内壁の内径より大きい径で繰り出されるので、エナメル皮膜に与えるストレスを減少させ、エナメル皮膜に傷を与えることなくすることができる。
【0038】
本実施形態によれば、エナメル皮膜に傷を与えずに整列に直巻きすることができるので、エナメル丸線2を整列に直巻きしてなる突極形回転子の品質の安定化を図るための巻線方法を提供することができる。
【0039】
図5は本発明の第4実施形態(請求項4対応)である巻線装置のU字形ノズルであり、同図(a)はその外観図、同図(b)はその正面図である。
同図に示すように、本実施形態であるU字形ノズル9は、エナメル丸線2を繰り出す開口部がU字形状となっており、その深さは((巻き廻すエナメル丸線の本数)×(エナメル丸線の外径)−(エナメル丸線の外径の半分))以上として、その内壁はテーパ状に広がるように構成されている。なお、図では2本のエナメル丸線2は、U字形ノズル9の開口部から並んだ状態で繰り出す場合を示している。
本実施形態によれば、同時に複数本のエナメル丸線2を整列に直巻きすることができる巻線機を提供することができる。
【0040】
図6は本発明の第5実施形態(請求項5対応)である巻線装置のL字形ノズルであり、同図(a)はその外観図、同図(b)はその正面図である。
同図に示すように、本実施形態であるL字形ノズル10は、エナメル丸線2を繰り出す開口部がL字形状となっており、その深さは((巻き廻すエナメル丸線の本数)×(エナメル丸線の外径)−(エナメル丸線の外径の半分))以上として、その内壁はテーパ状に広がるように構成されている。
【0041】
なお、図ではL字形ノズル10の長辺側を巻線を行う鉄心の突極部1に向いた状態で、複数本のエナメル丸線2はL字形ノズル10の開口部から並んだ状態で繰り出される。複数本のエナメル丸線2はL字形ノズル10長辺側に力が働いているので、エナメル丸線2が崩れることはない。
【0042】
本実施形態によれば、同時に複数本のエナメル丸線2を整列に直巻きすることができ、また隣接する磁極との間隔が狭い場合でも突極部の基部側の最も狭い部分を容易に通過させることができる巻線機を提供することができる。
【0043】
図7は本発明の第6実施形態である同時に2本のエナメル丸線を整列に直巻きした場合の突極形回転子を示したもので、同図(a)はその断面図、同図(b)はその側面図である。
【0044】
同図に示すように、本実施形態では、一体に成形された鉄心11に絶縁物12が取り付けられ、その上から同時に2本のエナメル丸線2が巻き廻されていく。一体に成形された鉄心11の端部には1段目の所定のエナメル丸線2に必要な溝を設けた整列巻線用治具13が取り付けられている。当然、整列巻線用治具13の溝数は、2本のエナメル丸線2を巻き廻す場合、2の倍数となっている。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φ1.5mm〜φ3.2mm、回転子鉄心の外径がφ300mm〜φ1000mmで、長さ300mm〜700mmである。
【0045】
本実施形態によれば、エナメル丸線2のサイズの選定および接続等、電気的な設計の自由度が増し、最適な設計ができ、小形化に優れた突極形回転子を提供することができる。また、製造上においても、同時に複数本のエナメル丸線2を整列に直巻きするので、巻線時間の短縮等、作業効率が良い突極形回転子を提供することができる。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明(請求項1乃至請求項3対応)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品質の安定化を図るための巻線装置および巻線方法を提供することができる。
【0047】
また、本発明(請求項4乃至請求項5対応)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品質の安定化を図るための巻線装置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実施形態である突極形回転子の巻線装置の概略図。
【図2】本発明の第2実施形態である突極形回転子の巻線方法の概略図。
【図3】本発明の第2実施形態の変形例である突極形回転子の巻線方法の概略図。
【図4】本発明の第3実施形態である突極形回転子の巻線方法の概略図。
【図5】本発明の第4実施形態である巻線装置のノズルであり、同図(a)はその外観図、同図(b)はその正面図。
【図6】本発明の第5実施形態である巻線装置のL字形ノズルであり、同図(a)はその外観図、同図(b)はその正面図。
【図7】本発明の第6実施形態である同時に2本のエナメル丸線を整列に直巻きした場合の突極形回転子の状態を示したもので、同図(a)はその断面図、同図(b)はその側面図。
【図8】従来の開口部が円形状のノズルの正面図。
【図9】従来の開口部が楕円形状のノズルであり、同図(a)はその幅の狭い方からみた正面図、同図(b)はその幅の広い方からみた正面図。
【図10】従来の突極形回転子鉄心であり、同図(a)はその断面図、同図(b)はその突極部の側面図。
【図11】従来のノズルの動作説明図。
【図12】ロータコイルの接続図であり、同図(a)はそのロータコイルの10シリースの直列接続の接続図、同図(b)はそのロータコイルの2並列の5シリースの接続図、同図(c)はそのロータコイルの5並列の2シリースの接続図。
【符号の説明】
1…鉄心の突極部、2…エナメル丸線、3,3A,3B…ノズル、4…張力可変装置、5…張力制御装置、6…架台、7…制御装置、8…エナメル丸線の供給装置、9…U字形ノズル、10…L字形ノズル、11…一体に成形された鉄心、12…絶縁物、13…溝付きの整列巻線用治具、14…1極分のコイル。
Claims (5)
- 回転子鉄心の突極部の周りに沿って周回し、この突極部にエナメル丸線を整列に直巻するノズルを備えた突極形回転子の巻線装置において、巻線コーナ部を巻くときに前記エナメル丸線の張力を低下させる張力可変装置と前記張力可変装置を制御する張力制御装置を備えていることを特徴とする突極形回転子の巻線装置。
- 回転子鉄心の突極部にノズルから繰り出される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、前記ノズルは前記突極部の周りを周回し、該ノズルから繰り出される前記エナメル丸線の張力を巻線コーナ部を巻くときのみ、所定の張力より弱くして前記突極部に直巻することを特徴とする突極形回転子の巻線方法。
- 請求項2記載の突極形回転子の巻線方法において、ノズルの進行方向に対して前向きに傾斜させた状態で、突極部を周回し、エナメル丸線を直巻することを特徴とする突極形回転子の巻線方法。
- 回転子鉄心の突極部にノズルから繰り出されるエナメル丸線を整列に直巻する突極形回転子の巻線装置において、前記ノズルから前記エナメル丸線が繰り出される開口部をU字形状とし、そのU字形状の深さを((巻き廻すエナメル丸線の本数)×(エナメル丸線の外径)−(エナメル丸線の外径の半分))以上として、その内壁をテーパ状に広がるようにしたことを特徴とする突極形回転子の巻線装置。
- 回転子鉄心の突極部にノズルから繰り出されるエナメル丸線を整列に直巻する突極形回転子の巻線装置において、前記ノズルから前記エナメル丸線が繰り出される開口部をL字形状とし、そのL字形状の長辺側の長さを((エナメル丸線の本数)×(エナメル丸線の外径)−(エナメル丸線の外径の半分))以上として、その内壁をテーパ状に広がるようにしたことを特徴とする突極形回転子の巻線装置。
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