JP6798813B2 - 電機子巻線の型取り用治具及びその作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、直流電動機の電機子鉄心に組み付けられる電機子巻線（アーマチュアコイル）を所定の形状に成形するのに用いられる電機子巻線の型取り用治具及びその作製方法に関する。

製鉄所においては、例えば圧延機の圧延ロールの駆動源として、回転速度制御が容易である等の理由から直流電動機が使用される。

特開２００３−２６４９６７号公報

製鉄所で使用される直流電動機は、定期的に保守点検され、必要に応じて補修が行われる。直流電動機の補修の一つとして、その電機子鉄心に組み付けられる電機子巻線を交換することが行われる。
ここで、直流電動機においては、例えば図７に示すように、回転子側の円筒状の電機子鉄心２００にスロット２０１と呼ばれる溝を設け、予め所定の形状に成形された電機子巻線Ｃをスロット２０１に埋め込む構造が採用される（特許文献１等を参照のこと）。

電機子巻線Ｃを交換する場合、熟練技能者が現物の電機子鉄心２００等をスケッチして、電機子巻線Ｃの所定の形状に倣う形状部を有する木型（治具）を作製する。そして、この木型を用いて、新たな電機子巻線Ｃとなる巻線素材を所定の形状に成形する。
しかしながら、木型の作製には高度な技術と熟練した技能が必要であり、熟練技能者しか行えず、その後継者の育成も困難であるという実情がある。また、木材を削って木型としなければならず、その作製に時間がかかってしまう。しかも、木型ではその再現性が高いとはいえず、例えば木型の一部に変形や欠損が生じたとき、熟練技能者が同じ木型を作製しなおさなければならない。

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、電機子巻線の型取り用治具を、作製しやすく、再現性の高いものとすることを目的とする。

本発明の電機子巻線の型取り用治具は、直流電動機の電機子鉄心に組み付けられる電機子巻線を所定の形状に成形するのに用いられる電機子巻線の型取り用治具であって、板状のベースと、前記ベース上に設けられ、前記電機子巻線の所定の形状に倣う形状部を有し、少なくとも一部が樹脂製である型取り部とを備え、前記電機子巻線は波巻型であり、山形形状をなすエンド部と、前記エンド部の両端に連続して、相互に平行に延びる一対の直線部と、前記一対の直線部に連続して適宜な角度で延出する一対の延出部とを有し、前記型取り部は、前記エンド部に倣う形状部を有するエンド部用部品と、前記直線部に倣う形状部を有する直線部用部品と、前記延出部に倣う形状部を有する延出部用部品とに少なくとも分割して構成され、少なくとも前記エンド用部品及び前記延出部用部品が樹脂製であることを特徴とする。
本発明の他の電機子巻線の型取り用治具は、直流電動機の電機子鉄心に組み付けられる電機子巻線を所定の形状に成形するのに用いられる電機子巻線の型取り用治具であって、板状のベースと、前記ベース上に設けられ、前記電機子巻線の所定の形状に倣う形状部を有し、少なくとも一部が樹脂製である型取り部とを備え、前記電機子巻線は重ね巻型であり、山形形状をなすエンド部と、前記エンド部の両端に連続して、相互に平行に延びる一対の直線部と、前記一対の直線部に連続して、山形形状をなす一対の延出部とを有し、前記型取り部は、前記エンド部に倣う形状部を有するエンド部用部品と、前記直線部に倣う形状部を有する直線部用部品と、前記延出部に倣う形状部を有する延出部用部品とに少なくとも分割して構成され、少なくとも前記エンド用部品及び前記延出部用部品が樹脂製であることを特徴とする。
本発明の電機子巻線の型取り用治具の作製方法は、本発明の電機子巻線の型取り用治具を作製する方法であって、前記型取り部の樹脂製部を３Ｄプリンタにより造形することを特徴とする。

本発明によれば、電機子巻線の型取り用治具を、作製しやすく、再現性の高いものとすることができる。

第１の実施形態に係る電機子巻線の型取り用治具を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る電機子巻線の型取り用治具を用いて、電機子巻線を所定の形状に成形する手順を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る電機子巻線の型取り用治具の変形例を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る電機子巻線の型取り用治具を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る電機子巻線の型取り用治具を用いて、電機子巻線を所定の形状に成形する手順を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る電機子巻線の型取り用治具の変形例を示す斜視図である。 直流電動機における電機子鉄心及び電機子巻線の概略構成例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１及び図２を参照して、第１の実施形態に係る電機子巻線の型取り用治具１を説明する。電機子巻線の型取り用治具１は、直流電動機の電機子鉄心に組み付けられる電機子巻線１００を所定の形状に成形する、より詳しくは、電機子巻線１００を、回転子側の円筒状の電機子鉄心に設けられたスロットに埋め込むのに適した形状に成形するのに用いられる。

本実施形態で対象とする電機子巻線１００は波巻型であり、図２（Ｃ）に示すように、山形形状をなすエンド部１０１と、エンド部１０１の両端に連続して、相互に平行に延びる一対の直線部１０２Ｌ、１０２Ｒと、一対の直線部１０２Ｌ、１０２Ｒに連続して適宜な角度で延出する一対の延出部１０３Ｌ、１０３Ｒとを有する。電機子巻線１００は、例えば複数の板状導体を積層させ、それを絶縁体で被覆した矩形断面を有する。
このようにした電機子巻線１００は、一対の直線部１０２Ｌ、１０２Ｒが電機子鉄心のスロットに挿入され、一対の延出部１０３Ｌ、１０３Ｒが整流子に接続される。
なお、本実施形態でいう各方向は、図１に示すように型取り用治具１を平面に置いた状態で、一対の直線部１０２Ｌ、１０２Ｒ（一対の直線部用部品５Ｌ、５Ｒ）が配置される方向を左右とした方向とする。

型取り用治具１は、板状の木材製のベース２と、電機子巻線１００の形状に倣う凹凸や曲面等の形状部を有する樹脂製の型取り部３とを備え、型取り部３がベース２上に固定される。型取り部３は複数の部品に分割されており、エンド部１０１に倣う形状部を有する部品４（エンド部用部品と呼ぶ）と、直線部１０２Ｌに倣う形状部を有する部品５Ｌ（直線部用部品と呼ぶ）と、直線部１０２Ｒに倣う形状部を有する部品５Ｒ（直線部用部品と呼ぶ）と、延出部１０３Ｌに倣う形状部を有する部品６Ｌ（延出部用部品と呼ぶ）と、延出部１０３Ｒに倣う形状部を有する部品６Ｒ（延出部用部品と呼ぶ）とに分割されている。

図２を参照して、第１の実施形態に係る型取り用治具１を用いて、電機子巻線１００を所定の形状に成形する手順を説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、エンド部用部品４を利用して、電機子巻線１００のエンド部１０１を成形する。
エンド部用部品４は、左右から中央部に向かって曲面状に下がる傾斜面を有する。左右の傾斜面で傾斜の度合いが異なり、中央部に前後に延びる段差面９が形成される。電機子巻線１００となる１本の巻線素材を上下に重ねるようにして折り曲げて、その折り曲げ部１０４を段差面９に沿わせる。
また、エンド部用部品４は、傾斜面よりも一段高くなるように配置され、エンド部１０１の山形形状に倣う凸部１０を有する。折り曲げ部１０４を段差面９に沿わせた状態で、電機子巻線１００を凸部１０に沿わせるようにして左右に広げる。図２の例では、折り曲げ部１０４において上にある電機子巻線１００を左方向に、下にある電機子巻線１００を右方向に広げる。

次に、図２（Ｂ）に示すように、直線部用部品５Ｌ、５Ｒを利用して、電機子巻線１００の直線部１０２Ｌ、１０２Ｒを成形する。
直線部用部品５Ｌ、５Ｒは、前後にまっすぐに延びるように配置されており、エンド部用部品４を利用して左右に広げた電機子巻線１００を、直線部用部品５Ｌ、５Ｒに沿わせるようにしてまっすぐに延伸させる。直線部用部品５Ｌ、５Ｒは傾斜面を有しており、一対の直線部１０２Ｌ、１０２Ｒは八の字状に開いたかたちでまっすぐに延伸する。直線部１０２Ｌ、１０２Ｒを挿入するスロットは円筒状の電機子鉄心の中心に向かうように配置されるので、スロットに挿入できるように直線部１０２Ｌ、１０２Ｒに適度の角度を持たせるものである。

次に、図２（Ｃ）に示すように、延出部用部品６Ｌ、６Ｒを利用して、電機子巻線１００の延出部１０３Ｌ、１０３Ｒを成形する。
延出部用部品６Ｌ、６Ｒは、内面が湾曲面をなす壁状とされ、その内面の前方に、電機子巻線１００を上方向に曲げるための凸部１１が設けられている。直線部用部品５Ｌ、５Ｒに沿わせた電機子巻線１００を、凸部１１に沿わせるようにして上方向に曲げる。
また、延出部用部品６Ｌ、６Ｒの内面の上部には、電機子巻線１００を水平方向に折り曲げるための凸部１２が設けられている。凸部１１により上方向に曲げられた電機子巻線１００を、凸部１２に沿わせるようにして水平方向に曲げる。

以上により、電機子巻線１００を、エンド部１０１と、一対の直線部１０２Ｌ、１０２Ｒと、一対の延出部１０３Ｌ、１０３Ｒとを有する波巻型に成形することができる。
なお、エンド部用部品４及び一対の延出部用部品６Ｌ、６Ｒの適所には挿入穴７が形成されており、ピン８を挿入して電機子巻線１００が動かないように固定することができる。
また、電機子巻線１００を型取り部３の各部に沿わせるときには、電機子巻線１００を木槌等でたたきながら変形させればよい。

以上のように、型取り用治具１を、板状の木材製のベース２と、電機子巻線１００の形状に倣う形状部を有する樹脂製の型取り部３とに分けて構成するようにしたので、型取り用治具１を、作製しやすく、再現性の高いものとすることができる。
より詳細に述べれば、板状のベース２の作製には高度な技術や熟練した技能は必要とされず、熟練技能者でなくても簡単に作製することができる。
一方、型取り部３は、電機子巻線１００の形状に倣う凹凸や曲面等を持たせる必要があるので、その作製には高度な技術や熟練した技能が必要となる。本実施形態では、型取り部３を樹脂製とし、３Ｄプリンタにより造形する。この場合、３Ｄプリンタに与えるデータは、例えば熟練技能者が現物の電機子鉄心等の各種寸法を的確に把握したものをデータ化する必要があるが、データ化の後は、３Ｄプリンタにより簡単に型取り部３を造形することができる。しかも、型取り部３を複数の部品４、５Ｌ、５Ｒ、６Ｌ、６Ｒに分割して適宜なサイズとすることにより、汎用の３Ｄプリンタで各部品４、５Ｌ、５Ｒ、６Ｌ、６Ｒを短時間に造形することが可能となる。また、いったんデータ化しておけば、以降は同じ型取り部３を簡単に造形することができ、再現性が高い。例えば型取り部３を構成するいずれかの部品に変形や欠損が生じたときにも、その部品を３Ｄプリンタにより簡単に造形しなおすことができる。

なお、型取り部３の分割の仕方は限定されるものではない。例えば図３に示すように、エンド部用部品４をその中央部で左右にさらに細分化する（エンド部用部品４Ｌ、４Ｒ）等してもよい。

（第２の実施形態）
図４及び図５を参照して、第２の実施形態に係る電機子巻線の型取り用治具５１を説明する。電機子巻線の型取り用治具５１は、直流電動機の電機子鉄心に組み付けられる電機子巻線１５０を所定の形状に成形する、より詳しくは、電機子巻線１５０を、回転子側の円筒状の電機子鉄心に設けられたスロットに埋め込むのに適した形状に成形するのに用いられる。

本実施形態で対象とする電機子巻線１５０は重ね巻型であり、図５（Ｃ）に示すように、山形形状をなすエンド部１５１と、エンド部１５１の両端に連続して、相互に平行に延びる一対の直線部１５２Ｌ、１５２Ｒと、一対の直線部１５２Ｌ、１５２Ｒに連続して、エンド部１５１と同様の山形形状をなす一対の延出部１５３Ｌ、１５３Ｒとを有する。電機子巻線１５０は、例えば複数の板状導体を積層させ、それを絶縁体で被覆した矩形断面を有する。
このようにした電機子巻線１５０は、一対の直線部１５２Ｌ、１５２Ｒが電機子鉄心のスロットに挿入され、一対の延出部１５３Ｌ、１５３Ｒが整流子に接続される。
なお、本実施形態でいう各方向は、図４に示すように型取り用治具５１を平面に置いた状態で、一対の直線部１５２Ｌ、１５２Ｒ（一対の直線部用部品５５Ｌ、５５Ｒ）が配置される方向を左右とした方向とする。

型取り用治具５１は、板状の木材製のベース５２と、電機子巻線１５０の形状に倣う凹凸や曲面等の形状部を有する樹脂製の型取り部５３とを備え、型取り部５３がベース５２上に固定される。型取り部５３は複数の部品に分割されており、エンド部１５１に倣う形状部を有する部品５４（エンド部用部品と呼ぶ）と、直線部１５２Ｌに倣う形状部を有する部品５５Ｌ（直線部用部品と呼ぶ）と、直線部１５２Ｒに倣う形状部を有する部品５５Ｒ（直線部用部品と呼ぶ）と、延出部１５３Ｌ、１５３Ｒに倣う形状部を有する部品５６（延出部用部品と呼ぶ）とに分割されている。

図５を参照して、第２の実施形態に係る型取り用治具１を用いて、電機子巻線１５０を所定の形状に成形する手順を説明する。
まず図５（Ａ）に示すように、エンド部用部品５４を利用して、電機子巻線１５０のエンド部１５１を成形する。
エンド部用部品５４は、左右から中央部に向かって曲面状に下がる傾斜面を有する。左右の傾斜面で傾斜の度合いが異なり、中央部に前後に延びる段差面５９が形成される。電機子巻線１５０となる１本の巻線素材を上下に重ねるようにして折り曲げて、その折り曲げ部１５４を段差面５９に沿わせる。
また、エンド部用部品５４は、傾斜面よりも一段高くなるように配置され、エンド部１５１の山形形状に倣う凸部６０を有する。折り曲げ部１５４を段差面５９に沿わせた状態で、電機子巻線１５０を凸部６０に沿わせるようにして左右に広げる。図５の例では、折り曲げ部１５４において上にある電機子巻線１５０を右方向に、下にある電機子巻線１００を右方向に広げる。

次に、図５（Ｂ）に示すように、直線部用部品５５Ｌ、５５Ｒを利用して、電機子巻線１５０の直線部１５２Ｌ、１５２Ｒを成形する。
直線部用部品５５Ｌ、５５Ｒは、前後にまっすぐに延びるように配置されており、エンド部用部品５４を利用して左右に広げた電機子巻線１５０を、直線部用部品５５Ｌ、５５Ｒに沿わせるようにしてまっすぐに延伸させる。直線部用部品５５Ｌ、５５Ｒは傾斜面を有しており、一対の直線部１５２Ｌ、１５２Ｒは八の字状に開いたかたちでまっすぐに延伸する。直線部１５２Ｌ、１５２Ｒを挿入するスロットは円筒状の電機子鉄心の中心に向かうように配置されるので、スロットに挿入できるように直線部１５２Ｌ、１５２Ｒに適度の角度を持たせるものである。

次に、図５（Ｃ）に示すように、延出部用部品５６を利用して、電機子巻線１５０の延出部１５３Ｌ、１５３Ｒを成形する。
延出部用部品５６及びそれによる延出部１５３Ｌ、１５３Ｒの成形の仕方は、エンド部用部品５４及びそれによるエンド部１５１の成形の仕方と同様であり、ここではその説明を省略する。なお、エンド部１５１では、１本の巻線素材を上下に重ねるようにして折り曲げているが、延出部１５３Ｌ、１５３Ｒは相互に独立して整流子に接続される。

以上により、電機子巻線１５０を、エンド部１５１と、一対の直線部１５２Ｌ、１５２Ｒと、一対の延出部１５３Ｌ、１５３Ｒとを有する重ね巻型に成形することができる。
なお、第１の実施形態と同様、エンド部用部品５４及び延出部用部品５６の適所には挿入穴７が形成されており、ピン８を挿入して電機子巻線１５０が動かないように固定することができる。
また、電機子巻線１５０を型取り部５３の各部に沿わせるときには、電機子巻線１５０を木槌等でたたきながら変形させればよい。

以上のように、第２の実施形態でも第１の実施形態で説明したのと同様、型取り用治具５１を、板状の木材製のベース５２と、電機子巻線１５０の形状に倣う形状部を有する樹脂製の型取り部５３とに分けて構成するようにしたので、型取り用治具５１を、作製しやすく、再現性の高いものとすることができる。

なお、型取り部５３の分割の仕方は限定されるものではない。例えば図６に示すように、エンド部用部品５４及び延出部用部品５６をその中央部に左右にさらに細分化する（エンド部用部品５４Ｌ、５４Ｒ、延出部用部品５６Ｌ、５６Ｒ）等してもよい。

以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
上記実施形態では、板状のベースを木材製としたが、ベース上に、ベースとは別部材とした型取り部が設けられる構成であれば、ベースの材質は限定されるものではない。例えば板状のベースを樹脂製としてもかまわない。
また、型取り部はそのすべてを樹脂製とする必要はない。例えば直線部用部品５Ｌ、５Ｒ（５５Ｌ、５５Ｒ）は、他の部品（エンド部用部品４（５４）、延出部用部品６Ｌ、６Ｒ（５６））と比べて比較的簡易な形状であるので、直線部用部品５Ｌ、５Ｒ（５５Ｌ、５５Ｒ）は木材製としてもよい。

１、５１：型取り用治具
２、５２：ベース
３、５３：型取り部
４：エンド部用部品
５Ｌ、５Ｒ：直線部用部品
６Ｌ、６Ｒ：延出部用部品
５４：エンド部用部品
５５Ｌ、５５Ｒ：直線部用部品
５６：延出部用部品
１００、１５０：電機子巻線

Claims (3)

1. 直流電動機の電機子鉄心に組み付けられる電機子巻線を所定の形状に成形するのに用いられる電機子巻線の型取り用治具であって、
   板状のベースと、
   前記ベース上に設けられ、前記電機子巻線の所定の形状に倣う形状部を有し、少なくとも一部が樹脂製である型取り部とを備え、
   前記電機子巻線は波巻型であり、山形形状をなすエンド部と、前記エンド部の両端に連続して、相互に平行に延びる一対の直線部と、前記一対の直線部に連続して適宜な角度で延出する一対の延出部とを有し、
   前記型取り部は、前記エンド部に倣う形状部を有するエンド部用部品と、前記直線部に倣う形状部を有する直線部用部品と、前記延出部に倣う形状部を有する延出部用部品とに少なくとも分割して構成され、
   少なくとも前記エンド用部品及び前記延出部用部品が樹脂製であることを特徴とする電機子巻線の型取り用治具。
2. 直流電動機の電機子鉄心に組み付けられる電機子巻線を所定の形状に成形するのに用いられる電機子巻線の型取り用治具であって、
   板状のベースと、
   前記ベース上に設けられ、前記電機子巻線の所定の形状に倣う形状部を有し、少なくとも一部が樹脂製である型取り部とを備え、
   前記電機子巻線は重ね巻型であり、山形形状をなすエンド部と、前記エンド部の両端に連続して、相互に平行に延びる一対の直線部と、前記一対の直線部に連続して、山形形状をなす一対の延出部とを有し、
   前記型取り部は、前記エンド部に倣う形状部を有するエンド部用部品と、前記直線部に倣う形状部を有する直線部用部品と、前記延出部に倣う形状部を有する延出部用部品とに少なくとも分割して構成され、
   少なくとも前記エンド用部品及び前記延出部用部品が樹脂製であることを特徴とする電機子巻線の型取り用治具。
3. 請求項１又は２に記載の電機子巻線の型取り用治具を作製する方法であって、
   前記型取り部の樹脂製部を３Ｄプリンタにより造形することを特徴とする電機子巻線の型取り用治具の作製方法。

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