JP6937234B2 - 回転電機コイル - Google Patents
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Description
実施形態における回転電機コイルは、導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、を有する回転電機コイルにおいて、コイル直線部と、前記コイル直線部に対して分離可能で、かつ電気的に接続可能なコイルエンド部と、を備え、前記コイル直線部と前記コイルエンド部との境界部分である電界集中部位に電界緩和層が設けられ、前記コイル直線部は、複数の素線で成るコイル直線部であり、当該コイル直線部の前記複数の素線は、1つ以上の素線を含む複数の素線ブロックで区分され、前記コイルエンド部は、複数の素線で成るコイルエンド部であり、当該コイルエンド部の前記複数の素線は、1つ以上の素線を含む複数の素線ブロックで区分され、前記コイル直線部の素線のうち、1つの前記素線ブロックに含まれる素線と、前記コイルエンド部の素線のうち、1つの前記素線ブロックに含まれる素線とが、1つの接合部により電気的に接合され、前記コイル直線部の複数の素線ブロックのうち第1の素線ブロックに含まれる素線、および前記コイルエンド部の複数の素線ブロックのうち第1の素線ブロックに含まれる素線を接続する接合部の位置と、前記コイル直線部の前記第1の素線ブロックに隣接する第2の素線ブロックに含まれる素線、および前記コイルエンド部の前記第1の素線ブロックに隣接する第2の素線ブロックに含まれる素線を接続する接合部の位置とがコイルの長手方向で異なる。
実施形態における回転電機コイルは、導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、を有する回転電機コイルにおいて、コイル直線部と、前記コイル直線部に対して分離可能で、かつ電気的に接続可能なコイルエンド部と、を備え、前記コイル直線部と前記コイルエンド部との境界部分である電界集中部位に電界緩和層が設けられ、前記コイル直線部は、複数の素線で成るコイル直線部であり、当該コイル直線部の前記複数の素線は、1つ以上の素線を含む複数の素線ブロックで区分され、前記コイルエンド部は、複数の素線で成るコイルエンド部であり、当該コイルエンド部の前記複数の素線は、1つ以上の素線を含む複数の素線ブロックで区分され、前記コイル直線部の素線のうち1つの前記素線ブロックに含まれる素線と、前記コイルエンド部の素線のうち1つの前記素線ブロックに含まれる素線とが、1つの接合部により電気的に接合され、前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とのうち、少なくとも前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数が1より多い。
まず、第1の実施形態について説明する。この第1の実施形態および後述する各実施形態は、例えば誘導電動機や発電機などの高電圧回転電機の鉄心の外周側のスロットに収納可能であって、楔によりスロットに固定可能である固定子コイルに関する。
第1の実施形態における固定子コイルは、例えば水車発電機やタービン発電機用の発電機コイルとして適用することができ、定格電圧は特に制限されない。図2に示すように、第1の実施形態における固定子コイルのコイル直線部20は、従来の固定子コイルのコイル直線部10と同様の部材の一端部(コイルエンド部23側を向く端部)から、導体である銅の素線束24aを露出させた構造とする。この銅の素線束24aの端部は、固定子コイルの組立作業に至る前に、導電性を有する接続用部材である第1のアダプタ21の一端部(コイル直線部20側を向く端部)に電気的に接続することができる。つまり、第1の実施形態では、固定子コイルは、コイル直線部20に対してコイルエンド部23を分離可能、かつ電気的に接続可能な構造を有する。
ソケットとしては、例えば、耐熱温度:150[℃]、通電定格電流値46[A]、接触抵抗180〜200[μΩ]のソケットなどを用いることができる。
また、第1のアダプタ21と第2のアダプタ22との間の接続を着脱式とする際には、一方のアダプタのソケットの内側に、金メッキや銀メッキなど通電性能を向上させるメッキを施したバネ(バネコネクタ)を封入し、ソケットに他方のアダプタの雄型端子を挿入したときに、この端子にバネが押し付けられて双方のアダプタが電気的に接触する構成とすることができる。なおメッキは、金メッキや銀メッキを代表的なものとして例示したが、これらのみに限られるものではない。
このようにして、第1の実施形態における固定子コイルを製造することができる。
図8に示すように、1つのコイル直線部70の一端部の面(露出する銅の素線束(図示せず))を複数のアダプタ71の一端部と電気的に接続し、複数のコイルエンド部72として用いる柔軟性のあるケーブルを、導電性を有する複数のアダプタ71の他端部と1対1で電気的に接続することができる。
コイルエンド部として用いるケーブルとしては、高耐熱・高耐電圧であって柔軟性を有するケーブル、例えばCVケーブル(架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブル)などを用いることができる。
図9(b)は、2芯のCVケーブルの断面の一例を示し、図9(c)は、2芯のCVケーブルを2段に重ねた状態の断面の一例を示す。
上記のように、コイルエンド部として高耐熱・高耐電圧であって柔軟性を有するケーブルを用いることで、固定子コイルにおけるコイルエンド部の製造が容易となる。
本実施形態では、固定子コイルのコイル直線部20、40、または70として、従来の固定子コイルと同様のコイル直線部の一端部から銅の素線を露出させる。
コイルエンド部は、柔軟性を有するCVケーブルなどを使用する。
最後に、コイル直線部とアダプタとの接続部の周囲、および、コイルエンド部とアダプタとの接続部の周囲に電界緩和層を設ける。
本実施形態では、上記の構成とすることで、複雑な形状を有するコイルエンド部を製番毎に製作する必要がなくなるため、固定子コイルの製造工程を大幅に短縮できる。
また、コイルエンド部に柔軟性のあるCVケーブルを用いることで、コイルエンド部の形状の自由度が増大する。
さらに、上記の構成とすることで、いわゆる上げコイルとしての作業が不要となり、作業性を大幅に向上させることができる。
次に、第2の実施形態について説明する。この第2の実施形態では、第1の実施形態で説明した部分と同様の部分の説明は省略する。
図10は、第2の実施形態における固定子コイルの要素が互いに接続された後の形態の一例について模式的に示す図である。
図10に示すように、第2の実施形態では、コイル直線部120aに対してコイルエンド部としてのフレキシブル部材(例えばフレキシブルかた巻き構造)123を分離可能、かつ電気的に接続可能な構造を有する。
具体的には、コイル直線部120a、第1のアダプタ121a、第2のアダプタ122a、フレキシブル部材123、第2のアダプタ122b、第1のアダプタ121b、コイル直線部120bの順で電気的に接続される。ここでは、フレキシブル部材は、コイルエンド部としての、導電性を有する部材である。また、このフレキシブル部材は、例えば人の力により曲げられる程度の柔軟性を有する、つまり弾性変形により屈曲可能な部材である。
同様に、コイル直線部120b側では、第1のアダプタ121bの他端部と第2のアダプタ122bの他端部とを、上記の組立作業として電気的に接続することで、コイル直線部120bとコイルエンド部としてのフレキシブル部材123とを電気的に接続できる。
ピンとソケットとしては、例えば、耐熱温度:150[℃]、通電定格電流値46[A]、接触抵抗180〜200[μΩ]のピンとソケットなどを用いることができる。
また、ソケットとピンとの間の接続を着脱式とする際には、ソケットの内側に銀メッキしたバネ(バネコネクタ)を封入し、このソケットにピンを挿入したときに、このピンにバネが押し付けられて、ソケットとピンが電気的に接触する構成とすることができる。
図11に示すように、部材130の長手方向に沿った一端からみた半分を、第1のアダプタ121aの一端部の面に設けられた複数の空隙121a1のいずれかに挿入し、部材130の長手方向に沿った他端からみた半分を、例えば前述の第2のアダプタ122aの一端部の面に設けられた空隙に挿入することが可能である。この部材130は、ピン131と、当該ピン131を挿入可能なソケット132とからなる。なお、図11に示すように、アダプタの一端部の面には複数の空隙が形成されており、これらの空隙に部材130をそれぞれ挿入してもよい。
このようにして、各アダプタを電気的に接続することができる。第1のアダプタ121bと第2のアダプタ122bとの電気的な接続や、第1の実施形態で説明した第1のアダプタ21と第2のアダプタ22との電気的な接続についても同様である。
また、図11に示した例では、アダプタの一端部の面が円状である例について説明したが、例えば角状であってもよい。
図12は、第2の実施形態における、固定子コイルに取り付けられた印(mark)の一例について模式的に示す図である。
固定子コイルの製造方法について、コイル直線部(例えばコイル直線部120a)と、第1のアダプタ(例えば第1のアダプタ121a)と、第2のアダプタ(例えば第2のアダプタ122a)と、コイルエンド部(例えばフレキシブル部材123)とを電気的に接続する作業を、図示しない自動制御機器(例えばコンピューターにより自動で制御された、固定子コイルの組み立て機器)により行なうことが可能である。
この接続にあたり、図12に示すように、コイル直線部120aにおける第1のアダプタ(例えば第1のアダプタ121a)との接続部分の近傍に、電気的な接続のための位置合わせの箇所を示した印140(例えば白色長方形状)のテープあるいはマーカーを、このコイル直線部120aを作製する際に、事前に貼付あるいは塗布しておく。第1のアダプタの一端部、他端部、第2のアダプタ(例えば第2のアダプタ122a)の一端部、他端部、コイルエンド部(例えばフレキシブル部材123)における第2のアダプタとの接続部分の近傍についても同様である。
第2の実施形態では、第1の実施形態で説明したように、固定子コイルのコイル直線部として、従来の固定子コイルと同様のコイル直線部の一端部から銅の素線を露出させる。そして、第1の実施形態と異なり、コイルエンド部は、柔軟性を有するフレキシブル部材を使用する。
次に、コイル直線部とアダプタとの接続部の周囲、および、コイルエンド部とアダプタとの接続部の周囲に電界緩和層を設ける。
最後に、アダプタの外表面に電界緩和層を設ける。
第2の実施形態では、上記の構成とすることで、第1の実施形態と同様に、複雑な形状を有するコイルエンド部を製番毎に製作する必要がなくなるため、固定子コイルの製造工程を大幅に短縮できる。
また、コイルエンド部に柔軟性のあるフレキシブル部材を用いることで、第1の実施形態と比較して、コイルエンド部の形状の自由度が増大する。
さらに、上記の構成とすることで、第1の実施形態と同様に、いわゆる上げコイルとしての作業が不要となり、作業性を大幅に向上させることができる。
次に、第3の実施形態について説明する。
図13は、回転電機用のコイルの一部を模式的に示す図である。図13(a)は、コイル201のコイル直線部211とコイルエンド部212との境界近傍を示す模式図であり、図13(b)は、図12に示したコイルのA−A´面に沿う矢視断面図である。
この図15では、2列×8段の素線223で構成されたコイル直線部211と、2列×8段の素線224で構成されたコイルエンド部212とが別々に形成された後に、コイル直線部211とコイルエンド部212とを接合部204により電気的に接合した構成について模式的に示す。
また、接合部204は、コイル直線部211の素線223のうち2列目1段目の素線と、コイルエンド部212の素線224のうち2列目1段目の素線との接合部204cを含み、コイル直線部211の素線223のうち2列目2段目の素線と、コイルエンド部212の素線224のうち2列目2段目の素線との接合部204dを含む。
上記の、接合する素線が、コイル直線部211の素線223のうち1列目1段目の素線223aと、コイルエンド部212の素線224のうち1列目1段目の素線224aであるときは、これらの素線にかかる接合部は接合部204aである。
そして、これらの素線に隣接する素線にかかる接合部は、接合部204b、接合部204c、接合部204dであり、接合部204aの位置と、接合部204bの位置と、接合部204cの位置と、接合部204dの位置は長手方向で互いに異なる。
次に、第4の実施形態について説明する。以下の各実施形態において、第3の実施形態と重複する部分の説明は省略する
図16は、第4の実施形態のコイル直線部211とコイルエンド部212の接合の一例について模式的に示す図である。
この図16では、図15と同様に、2列×8段の素線223で構成されたコイル直線部211と、2列×8段の素線224で構成されたコイルエンド部212とが別々に形成された後に、コイル直線部211とコイルエンド部212を接合部204により電気的に接合した構成について模式的に示す。
なお、図16では、上記の3段目の素線が視認しやすいように、1段目の接合部204aを介して接合される素線、および、接合部204cを介して接合される素線を点線で示している。
そして、これらの素線ブロックに隣接する素線ブロックにかかる接合部は、接合部204b、接合部204c、接合部204dであり、接合部204aの位置と、接合部204bの位置と、接合部204cの位置と、接合部204dの位置は、長手方向で互いに異なる。
次に、第5の実施形態について説明する。
図17は、第5の実施形態のコイル直線部211とコイルエンド部212の接合の一例について模式的に示す図である。
この図17では、2列×8段の素線223で構成されたコイル直線部211と、2列×4段の素線224で構成されたコイルエンド部212とが別々に形成された後に、コイル直線部211の素線223とコイルエンド部212の素線224とを接合部204により電気的に接合した構成について模式的に示す。ここでは、コイルエンド部212の素線224の寸法は、コイル直線部211の素線223の2本分の寸法であるとする。
上記の、コイル直線部211の素線223のうち1列目1段目の素線223aと、コイル直線部211の素線223のうち1列目2段目の素線でなる素線ブロックをコイル直線部211の素線ブロックとし、コイルエンド部212の素線224のうち1列目1段目の素線224aとでなる素線ブロックをコイルエンド部212の素線ブロックとしたときは、これらの素線ブロックにかかる接合部は接合部204aである。
次に、第6の実施形態について説明する。
図18は、第6の実施形態のコイル直線部211とコイルエンド部212の接合の一例について模式的に示す図である。
第7の実施形態について説明する。
図19は、第7の実施形態のコイル直線部211とコイルエンド部212の接合の一例について模式的に示す図である。
Claims (17)
- 導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、を有する回転電機コイルにおいて、
コイル直線部と、
前記コイル直線部に対して分離可能で、かつ電気的に接続可能なコイルエンド部と、
を備え、
前記コイルエンド部は、
導電性を有するアダプタを介して前記コイル直線部と電気的に接続することが可能であり、
前記コイル直線部と前記アダプタの一端との電気的な接続箇所および前記コイルエンド部と前記アダプタの他端との電気的な接続箇所の少なくとも一方における電界集中箇所に電界緩和層が設けられる
回転電機コイル。 - 前記コイル直線部の一端部から導体が露出し、
前記コイルエンド部の一端部から導体が露出し、
前記コイル直線部の一端部から露出する導体は、前記アダプタの一端と電気的に接続可能であり、
前記コイルエンド部の一端部から露出する導体は、前記アダプタの他端と電気的に接続可能である
請求項1に記載の回転電機コイル。 - 前記導体と前記絶縁層との間に内部コロナシールドが配置され、前記導体と前記内部コロナシールドとの間に熱応力緩和層が配置される
請求項1に記載の回転電機コイル。 - 前記アダプタは、
一端を前記コイル直線部と電気的に接続することが可能である第1のアダプタと、
一端を前記コイルエンド部と電気的に接続することが可能である第2のアダプタとを含み、
前記第1のアダプタの他端と前記第2のアダプタの他端とを、ピンと、前記ピンを挿入可能なソケットとで成る部材を介して電気的に脱着することが可能であり、
前記電界緩和層は、前記コイル直線部と前記第1のアダプタとの接続部の周囲、前記コイルエンド部と前記第2のアダプタとの接続部の周囲、ならびに前記第1および第2のアダプタの外表面に設けられる
請求項1に記載の回転電機コイル。 - 前記コイル直線部と前記アダプタの一端との接続方式、および前記コイルエンド部と前記アダプタの他端との接続方式は、ろう接、融接、圧接のいずれかである
請求項1に記載の回転電機コイル。 - 前記コイルエンド部は、架橋ポリエチレン絶縁ビニルシースケーブルである
請求項1に記載の回転電機コイル。 - 前記コイルエンド部は、弾性変形により屈曲可能な部材である
請求項4に記載の回転電機コイル。 - 前記アダプタの外表面に電界緩和層が設けられた
請求項1に記載の回転電機コイル。 - 導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、を有する回転電機コイルにおいて、
コイル直線部と、
前記コイル直線部に対して分離可能で、かつ電気的に接続可能なコイルエンド部と、を備え、
前記コイル直線部と前記コイルエンド部との境界部分である電界集中部位に電界緩和層が設けられ、
前記コイル直線部は、複数の素線で成るコイル直線部であり、当該コイル直線部の前記複数の素線は、1つ以上の素線を含む複数の素線ブロックで区分され、
前記コイルエンド部は、複数の素線で成るコイルエンド部であり、当該コイルエンド部の前記複数の素線は、1つ以上の素線を含む複数の素線ブロックで区分され、
前記コイル直線部の素線のうち、1つの前記素線ブロックに含まれる素線と、前記コイルエンド部の素線のうち、1つの前記素線ブロックに含まれる素線とが、1つの接合部により電気的に接合され、
前記コイル直線部の複数の素線ブロックのうち第1の素線ブロックに含まれる素線、および前記コイルエンド部の複数の素線ブロックのうち第1の素線ブロックに含まれる素線を接続する接合部の位置と、前記コイル直線部の前記第1の素線ブロックに隣接する第2の素線ブロックに含まれる素線、および前記コイルエンド部の前記第1の素線ブロックに隣接する第2の素線ブロックに含まれる素線を接続する接合部の位置とがコイルの長手方向で異なる
回転電機コイル。 - 前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とが同一であり、
前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数がともに単数である
請求項9に記載の回転電機コイル。 - 前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とが同一であり、
前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とがともに複数である
請求項9に記載の回転電機コイル。 - 前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数が、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数より多い
請求項9に記載の回転電機コイル。 - 前記接合部が、絶縁層を有しない
請求項9乃至12のいずれか1項に記載の回転電機コイル。 - 導体と、前記導体の周囲に被覆される絶縁層と、を有する回転電機コイルにおいて、
コイル直線部と、
前記コイル直線部に対して分離可能で、かつ電気的に接続可能なコイルエンド部と、を備え、
前記コイル直線部と前記コイルエンド部との境界部分である電界集中部位に電界緩和層が設けられ、
前記コイル直線部は、複数の素線で成るコイル直線部であり、当該コイル直線部の前記複数の素線は、1つ以上の素線を含む複数の素線ブロックで区分され、
前記コイルエンド部は、複数の素線で成るコイルエンド部であり、当該コイルエンド部の前記複数の素線は、1つ以上の素線を含む複数の素線ブロックで区分され、
前記コイル直線部の素線のうち1つの前記素線ブロックに含まれる素線と、前記コイルエンド部の素線のうち1つの前記素線ブロックに含まれる素線とが、1つの接合部により電気的に接合され、
前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とのうち、少なくとも前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数が1より多い
回転電機コイル。 - 前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とが同一であり、
前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とがともに複数である
請求項14に記載の回転電機コイル。 - 前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とが異なり、
前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数が複数であって、
前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数が単数である
請求項14に記載の回転電機コイル。 - 前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とが異なり、
前記コイル直線部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数と、前記コイルエンド部の1つの前記素線ブロックに含まれる素線の数とがともに複数である
請求項14に記載の回転電機コイル。
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