JPH03501200A

JPH03501200A - トロイダル状巻線を有する発電機又は発動機

Info

Publication number: JPH03501200A
Application number: JP1500238A
Authority: JP
Inventors: ガルブランドソン、ウイリアム・イー; オマリー、ギャリー・ビー
Original assignee: オーナン・コーポレーション
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1991-03-14
Also published as: AU2804889A; EP0389540A1; WO1989005538A1; AU616455B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】号；４　ｊｌ：ｌ　Ｅ、、’ トロイダル状巻線を有する発電機又は発動機ｌ匪立光１本発明は電気機械的な装置のための電機子及び界磁巻線に関し、特に巻線の巻き付は方法及びトロイダル状の巻線を有する電機子及び界磁のための装置に関する。

発明の背景発動機及び発電機等の電気機械的装置は、巻線が巻き付けられて固定されたステータとしての磁心と巻線が巻籾付けられて回転可能なロータとしての磁心を有する。

典型的なＡＣ機城では、巻線が巻各付けられた固定磁心は電機子である。典型的な発電機又は発動機は第２図に示すような円環状又はドーナツツ形状ステータを使用する。ロータはこのステータ巻線のボアの中心に挿入される。

第２図には巻線を有する従来技術のステータ１０を示す。このステータは内面１４、外面１６、第１側面１８及び（第２図では見えない）第２側面２０を有する磁心１２を有する。また、ステータ巻線心１２は、その内面１４上に、スロット２２，２４．２６及び２８を画成している。此等スロットは、好適には、１つ以上の導体を保持することができる。

最新のステータ磁心の巻線では、導体３０等の導体を、第２図に示すように、スロット２２等のスロットに通し、ステータ磁心の第１側面１８を横切らせ、スロット２８等の第２スロツトに通し、ステータ磁心の第２側面２０を横切らせ、上記と同一のスロット２２又はスロット２４等の異なるスロットに通し、ステータ磁心の第１側面１８を横切らせる等々をなして巻ぎ付けている。

典型的なステータ磁心では、該ステータ磁心の各側面１８及び２０上に太きながさばりを伴なりて、各スロットに複数の導体巻線を有することになる。このような巻線のかさばり量を最小限とすべく且つ該巻線を適正な形状にするため、此等巻線に対して手を使っての打ち付け、整形、締め付は作業等がしばしば行なわれる。更には、スロット外の巻線はその機械の性能に何等寄与することはなく、余剰部材であり、効率を低下するばかりである。

一般に、電気ｍ械的装置のための磁心のトロイダル状巻線は、ダラム型巻線（Ｇｒａｍｍａ　Ｔｙｐｅ　Ｗｉｎｄｉｎｇ　）として米国特許第２１８，５２０号等によって公知である。ダラム型巻線において、そのステータ磁心は、第１図に示す巻線のステータ磁心よりも、更にロータから遠ざけられている。ダラム型巻線は主に直流（ＤＣ）電力方面の用途で使用されるものであるが、ＤＣ電力用途でさえも第２図に示されように巻回された装置によって取って代わられてきている。

更には、このような先行技術に係るトロイダル状＠線においては、多数の薄板を積層して相当な厚みを有する巻線巻回用磁心の角部において、巻線に過度の応力が作用という短所を有する。

久泗Δ１１月本発明は巻線用磁心への巻線巻き付は方法を提供するものであり、当該巻回方法は磁心の内側縁の全周辺上の多数箇所にその内径に沿って細長い穴をあけてスロットを形成することを含む。本発明に係る方法は、磁心回りに導体を巻ぎ付ける際に、所望の性能のために必要な数の巻線が該磁心の各スロットに挿入されるように、当該磁心にトロイダル状に導体を巻き付けること含む。また、内側ｌフに沿ってスロットが形成された磁心と、各スロットに多数の巻線が挿入されるように当該磁心回りにトロイダル状に巻き付けられた導体と、を含むトロイダル状巻線を有するステータ用又はロータ用の磁心も開示されている。好適実施例では、上記巻線用磁心は２極装置となる。更には、キャップを示し、当該キャップは一側において略々平坦であり、巻線に露出する側では湾曲形状となっている。このキャップは更に上記磁心のスロットに対応する突起と巻線用端子とを備える。

図面の簡単な脱Ｂ第１図は本発明に係るトロイダル状巻線を有するスロット付きステータを示す斜視図、第２図は電気機械的装置への一般的用途がある従来技術に係る巻線を有するステータの斜視図、第３図は本発明に係る電気機械的装置の拡大図、第４図は本発明に係る径方向スロットが形成されたキャップを有する磁心の正面図、第５図は第４図の５−５°線に沿う本発明に係るキャップを有する磁心の部分的横断面図、第６図はは第４図の５−５°線に沿う本発明に係るキャップを有する磁心の部分的横断面図である。

図面の簡単な脱Ｂ第１図には本発明に係る電気機械的装置のためのステータ用の巻線を示す０巻線が巻き付けられたステータ４０は円環状或はドーナッツ状のステータ磁心４４を備えている。この磁心は、内面４６、外面６２、前面６゜及び（図示されない）背面６４を有する。好適な磁心としては、略々同様なトロイダル形状を有する複数の薄板を連続的に積層して構成されている。そして、各面４６．６Ｑ、６２及び６４が可能な限りに滑らかで平坦となるように、また、（スロット５０．５２及び５４を含む）スロット４８が適正に画成されるように、複数の薄板は相互に合致させられている。ステータ磁心の内面４６はロータが内装されるボアを画成している。この内面４６は、スロット５０．５２及び５４を含む多数のスロットを、そのステータ磁心の内周に沿フて画成している。ステータ磁心のその内側縁に形成される得るスロットの典型的な個数としては６６個であり、その内の４４個ハ２ｇ１１Ｎ置における一次巻線を収容するために使用され得る。スロット個数は変更可能であり、６６とは例示的目的のためのみの個数である。

第１図に示すステータ磁心への巻き付けは以下の如くに行なわれる。導体巻線７０は、例えばスロット５０のような磁心前面上に位厘する１つのスロットを通って、第１図のステータ磁心の背面６４、ステータ磁心の外面６２、ステータ磁心の前面６０をそれぞれ順に巡って、１つの内面スロットへ戻されるべく巻き付けられる。この導体は、スロット５０のような、既に巻き付けられ済みの同一スロットを通して巻き付けられても良いし、スロット５２のような、隣接スロットに通して巻き付けられても良い。第１図及び第３図に示す実施例において、各導体巻線は、好適には、ステータ磁心の各面４６゜６０．６２及び６４に沿って略々平行とされている。また、此等スロットは、本発明の精神から逸脱することなく、径方向から傾斜する配置とすることができる。第１図に示す好適実施例においては、２極装置のために、２つの導体７０及び７２がステータ磁心４４の最大部分に巻き付けられている。この図示例においては、２つの追加的な導体７６及び７Ｂがステータ磁心の相互に対向する小部分に、例えば二次動力源を提供すべく巻き付けられている。以上のような巻線手法や前述したものはトロイダル状巻線と言われる。

第１図に示すように、導体７０及び７２がステータ磁心の外面６２を巡って巻き付けられることによって、導体は空気中に露出されることになる。第２図に示される巻き方に使用されるワイヤの長さに反して、第１図に必要とされるワイヤの長さがより短いことは此等２つの図面の比較より明らかである。第２図において、２極装置のために、いくつかの巻線は例えばスロット３２からスロット３４へとステータ磁心を巡って約１８０度にまで及ぶ。此等２つのスロットを通過する１つのループは、ｒをステータ磁心の内周の半径、ｄをステータ磁心の前面から背面までの距離とすれば、約（２＊ｒ）＋　（２＊ｄ）の長さの導体を必要とする。これどは対照的に、本発明に係る巻線の１巻回はステータ磁心の各面４６゜６０．６２及び６４の長さの合計値と略々等しい長さになる。

殆どのステータ磁心において、前面６０及び背面６４の長さはステータ磁心の内周半径の２倍よりも略々小さくなっており、２極装置に必要とされる導体長における実質的な削減が達成されている。また、より短い導体の使用はより小さい抵抗損失をもたらすことにもなる。こうして、装置としては、より少ない材料で、より高い効率が得られることになる。こうした意味での効率の改善は減少するものの、効率は２極より多い極数を有する装置によっても達成可能である。上述したここでの２８ｉ用巻線は例示的目的のためだけのものである。

第４図、第５図及び第６図は、本発明の変更実施例に係る巻線用磁心４０’であり、第１図における前面６０に対応する面上にはキャップ１００を備えている。

この磁心は、好適には、（不図示）上記面６４に対応する反対面上にも同等のキャップを備える。このキャップの好適例としては、図示する形状に成形可能なプラスチック又は他の材料で構成されている。このキャップの底面１０２は積層された巻線用磁心と接触する略々平坦面を提供するものである。キャップは積層磁心の概略トロイダル形状部と対応する概略トロイダル形状の部分１１０を含んでいる。キャップのこのトロイダル形状部分１１０は該キャップ円環の中心に向って突出する複数の突起１１４を有する。此等突起１１４の各々は積層磁心の突起（例えば第１図及び第３図に示す５６及び５８）にそれぞれ合致すべく配置している。第４図はスロット２１２内に導体７０が５巻回２１０されて挿入された磁心の一部分を示している。

第４図には、好適実施例として、磁心に巻き付けられる巻線の前端と後端に隣接する磁心部分に対応する部位に、端子機構１２０，１３０，１３２及び１３４が示されている。此等前端点及び後端点は積層磁心の突起８０′、８２°、８４゛及び８６′に隣接する領域に通常は対応している。此等端子機構１２０，１３２及び１３４の各々は、好適には、突起８０′から突起８６゜に延びる巻線の一端を受ける端子１２２と、突起８２゜から突起８０°に延びる第１巻線の一端を受ける第２端子１２４と、突起８２°から突起８０°に延びる第２巻線の一端を受ける第３端子１２６と、を含む。

巻線用磁心と共に使用される上記２つのキャップの一方における端子１２２及び１２４等の端子は、好適には、巻線を発電機又は発動機回路、或は電力又は印加回路等の他の種々の回路に電気的に接続するための金属接触子を収容している。

巻線用磁心のための他方のキャップは、好適には、金属接触子を備えず、端子自体が、その磁心を、巻線の有無に拘らず、ある平坦面上に保持するスペーサとして使用されることによって、磁心回りの如何なる巻線もその平坦面とは直接的に接触させないようにして、巻線への如何なる損害をも回避している。端子機構１３０，１３２及び１３４は端子機構１２０と同様である。

第４図に示す好適実施例において、各端子機構１２０．１３０，１３２及び１３４は、それぞれ、巻線端部における突起１４０，１４２．１４４及び１４６と隣接して配置されている。此等突起は突起１１４とは、該突起１４０，１４２，１４４及び１４６内に形成されたスロットがスロット１１４よりも幅広く且つ浅いことで異なっている。巻線は端部用突起１４０，１４２゜１４４及び１４６の近傍で終了するので、スロット１１４のような狭く深いスロットは不必要なのである。

積層された巻線用磁心は、上記キャップの該積層磁心への合致を促進すべく、端部用突起１４０．！４２゜１４４及び１４６に対応する部位では比較的に浅いスロットを有する。

第５図及び第６図は第４図における５−５゛線及び６−６′線に沿う横断面図を示す。第５図の左側には、積層磁心１５０と略々平坦面接触可能な面１０２を有するキャップ１００が示されている。キャップ１００は、該キャップ１００と一体的で且つ該キャップを積層磁心１５０に固定する面１６２を有する三角形状突起１６０のような固定手段を介して、第６図に示すように、積層磁心１５０に固定されている。そのような突起状固定部　。

材は多重して使用される。好適実施例において、端部用突起部材１４２，１４４及び１４６は、好適には、此等固定手段の上に配置されている。第６図に示される突起を有する固定手段によって、キャップは積層磁心に食い付くことになる。

また第５図は、突起１１４と該突起１１４の一側におけるスロット内側面１７２とを示している。突起１１４は、好適には、逆Ｖ型の形状である。この逆Ｖ形状突起はキャップによって形成されたスロット内及び積層磁心のこれに対応するスロット内への巻線のガイドを補助している。第６図は前述した端子１２２及び１２４の断面図である。積層磁心１５０の端部用突起１４０は部分的に内側突起１９０と端部用突起の内面１８０とで境界が定められている。

第６図に示されるキャップ側スロットに対応する積層磁心側スロットは突起１９０゛及び内側面１８０゛とから形成されている。面１７２でスロット全幅が示されているのに対して】８０でキャップの端部用突起面が示される如く、第４図に示すように、キャップ側スロットの内側面１８０は面１７２より短い。

第４図には、５回巻回された巻線２１０が積層磁心及びキャップによって形成されたスロット２１２内に示されている。この巻回はキャップ上部のトロイダル部分１１０回りになされている。このキャップ上部１１０の湾曲形状部は、一般的には当該キャップ上面では重なることがない巻線への応力緩和の補助をなしている。

また、キャップ１００は積層磁心側突起８０″。

８２°、８４′及び８６′に合致する凹部２１２゜２１４．２１６及び２１８を有する。此等凹部は積層磁心側突起の形状と同一である。此等凹部は当該磁心な巻き付は機械に締結するに適した形状となりている。各凹部は、巻線になされたレジン塗布が磁心側突起８０”。

８２’　、８４’及び８６°と接触しないように防止するための、湾曲フェンス部分を有している。

商［ｒ３Ｍ　スコッチキャスト　５２３０　（３Ｍ　５ｃｏｔｃｈｃａｓｔ５２３０）　Ｊの粉体塗料等の絶縁コーテング２２０が金属積層磁心に塗布さている。この粉体塗料は紙又は他の絶縁部材に好ま′シ＜、塗膜が他の代替品よりも相当により薄くなるために、比較的に狭いスロット（例えば第４図の１１４）への使用を可能としている。比較的に狭く、細長いスロットの使用によって、巻線が第４図の２１０で示す配置、即ち円環の半径に対応する径方向に略々沿って配置することになる。径方向の巻線を伴なう比較的に狭いスロットを比較的に多数使用することは、導体面がより多く磁心に接触することによってより多くの熱を消費する助けとなるように、導体の冷却を改善することになる。スロットは、好適には、当該スロット内に巻き付けられる導体の幅よりも大きい幅であり、導体幅の２倍以下として、径方向の巻回を促進している。

第３図及び第４図に示すように、スロットはその底部が丸められているが、この丸みは略々長方形と言う用語に含まれ得る意味合いである。スロットを介しての突起（例えば第３図の５６及び５８、第４図の１１４）によって、ステータ磁心と巻線を有する該ステータに組合わせられて使用されるロータとの間のエアギャップは最小とされている。装置の効率はこれによって改善される。

第３図に示されるように、導体７０，７２．７６及び７８の各巻線は、ステータ磁心回り及びステータ円環の径方向に沿って、実質上向−の巻回パターンとなっている。同一パターンは第４図の２１０で示されている。巻線の巻回方法は、例えばディジタル巻き付は機械の使用等による巻回方法等によって、容易に自動化できる。好適には、一方極のための巻線は反対極のための巻線の方向とは反対である。

ここで例示したトロイダル状巻線は、ステータ用として述べられたが、ロータ用にも使用され得ることは開示された装置の精神の内にあると考慮されるべきである。

ＦＩＧ、４ＦＩＧ、　５　ＦＩＧ、　６補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平ｒ＆２年　５月３０日２、発明の名称トロイダル状巻線を有する発電機又は発動機３、特許出願人住　所　アメリカ合衆国　５５４３２　ミネソタ、ミネアポリス、セブンティサードｅアベニュ會ノース・イースト　１４００名　称　オーナンーコーポレーション代表者４、代理人東京都港区麻布台２丁目４番５号〒１０６　メソニック３９森ビル２階５、補正書の提出年月日１９８９年　５月２５日（２５，０５，８９）請求の範囲１、少なくとも２つの極を有する１電気機械的装置用の磁心への巻線巻籾付は方法において、その内径に平行して配置する突起及びスロットを多数有し、該スロットは略々長方形状であることから成る円環状磁心な形成する工程と、上記極の各々に対して少なくとも１つの導体を上記磁心の横断面回りで且つ該磁心の径方向に平行するように該磁心にトロイダル状に巻き付けることによって、該導体による巻線の多重巻回を土豪円環状磁心に形成されたスロットの内の１つに挿入させて、該スロット内の巻回を１つの放射線上に略々配置させる工程と、を含む巻き付は方法。

２、く削除）３、（削除）４、上記スロット各々の幅は該スロットに挿入される上記導体の幅と略々同一であることから成る請求項１に記載の巻き付は方法。

５、上記円環状磁心に形成された多数の突起及びスロットの各々からなる対よりて包含される周辺上の円弧は約宝際譚査報告＋ｍ１ｎｖ、ｅＭ＋　Ａｌｌｋｍ１１＋１ｓ　Ｎ。ＰＣＴ／υＳ　８８１０４２３２　−２−５Ａ　２５６０１

Claims

【特許請求の範囲】

１．少なくとも２つの極を有する電気機械的装置用の磁心への巻線巻き付け方法において、その内径に平行して配置する突起及びスロットを多数有する円環状磁心を形成する工程と、上記極の各々に対して少なくとも１つの導体を上記磁心の横断面回りで且つ該磁心の径方向に平行するように該磁心にトロイダル状に巻き付けることによって、該導体による巻線の多重巻回を上記円環状磁心に形成されたスロットの内の１つに挿入させて、該スロット内の巻回を１つの放射線上に略々配置させる工程と、を含む巻き付け方法。
２．上記導体各々の連続的な巻線の少なくとも幾分かは上記磁心のスロット形成面とは反対側の磁心面上で重ならぬように、上記導体を上記円環状磁心にトロイダル状に巻き付けることから成る請求項１に記載の巻き付け方法。
３．上記円環状磁心のスロットは略々長方形の形状になるように形成されていることから成る請求項１に記載の巻き付け方法。
４．上記スロット各々の幅は該スロットに挿入される上記導体の幅と略々同一であることから成る請求項１に記載の巻き付け方法。
５．上記円環状磁心に形成された多数の突起及びスロットのそれぞれによって包含される周辺上の円弧は約５．５度であることから成る請求項１に記載の巻き付け方法。
６．上記円環状磁心を形成する上記工程は、各々が多数のスロットを有する磁心用薄板を多数を合せて、該合致した複数薄板を結合することを含むことから成る請求項１に記載の巻き付け方法。
７．上記トロイダル状巻線の一部は他のトロイダル状巻線とは反対方向に巻き付けられていることから成る請求項１に記載の巻き付け方法。
８．少なくとも１つの導体をトロイダル状に巻き付る上記工程は、他のスロット内に巻回が移る前に、１つのスロット内で巻回を繰り返す工程を含むことから成る請求項１に記載の巻き付け方法。
９．少なくとも２つの極を有する電気機械的装置用の磁心への巻線巻き付け方法において、円環状磁心の内径に平行してスロットを形成することによって、略々長方形状の放射状突起及びスロットを多数形成し、該スロット各々の幅を該スロット内に挿入される導体の幅と略々同一とする工程と、上記極の各々に対して少なくとも１つの導体を上記磁心の横断面回りで且つ該磁心の径方向に略々平行させてトロイダル状に巻き付けることによって、上記導体による巻線を上記磁心によって形成されたスロットの各々に挿入させて１つの放射線上に略々配置させる工程と、を含むことから成る巻き付け方法。
１０．少なくとも１つの導体をトロイダル状に巻き付る上記工程は、上記導体を１つの極のためのスロット各々に通して巻き付け、再度、該導体を該極のスロット各々に通して巻き付ることを含むことから成る請求項９に記載の巻き付け方法。
１１．少なくとも２つの極を有する電気機械的装置用の巻線を有する磁心において、その径方向に略々平行する多数の突起及びスロットを画成する円環状磁心であって、該突起及びスロットは該磁心の内面上に配置されており、当該スロットはその内に挿入される導体の幅に略々等しい幅を有することから成る円環状磁心と、上記円環状磁心の半径に略々平行する方向に巻回され、各巻回が該磁心に形成されたスロットの１つに配置されるように、上記極の各々ために、当該磁心にトロイダル状に巻回された少なくとも１つの導体と、を備えて成る巻線を有する磁心。
１２．上記円環状磁心に形成された各スロットは約５つの巻線ループを有することから成る請求項１１に記載の巻線を有する磁心。
１３．上記導体各々はその巻線が上記磁心の外面上で重ならぬように巻回されていることから成る請求項１１に記載の巻線を有する磁心。
１４．上記導体各々による巻線の表面領域における実質的な部分が上記磁心外面上を取り囲む環境に露出するように、上記磁心は巻線で巷回されていることから成る請求項１１に記載の巻線を有する磁心。
１５．上記磁心の内面上に形成された上記スロットは略々長方形状であることから成る請求項１１に記載の巻線を有する磁心。
１６．上記磁心の内面上に形成された上記スロットは上記導体の幅より大きく且つ該導体幅の２倍よりも小さい幅を有することから成る請求項１５に記載の巻線を有する磁心。
１７．上記円環状磁心はスロット形成された複数の磁心用薄板から成る請求項１１に記載の巻線を有する磁心。
１８．上記円環状磁心に形成されたスロット数は約６６個であり、その内の約４４個が略々同数のスロットに対向していることから成る請求項１１に記載の巻線を有する磁心。
１９．上記トロイダル状に巻回された導体の少なくとも１つは、他の少なくとも１つのトロイダル状に巻回された導体とは反対方向に巻回されていることから成る請求項１１に記載の巻線を有する磁心。
２０．少なくとも２つの極を有する電気機械的装置用の磁心への巻線巻き付け方法において、多数の突起及びスロットを有する円環状磁心であって、該スロットを該磁心の内径に平行して配置させてあることによって、上記突起及びスロットが上記磁心の径方向に略々平行していることから成る円環状磁心を形成する工程と、トロイダル状キャップであって、上記円環状磁心の側面に略々平面接触可能な第１面と該第１面に対向する概略湾曲状部分を有する第２面とを有して、上記円環状磁心のその内径に沿って配置された突起に対応すべく内径に沿った放射状突起を有するトロイダル状キャップを、上記円環状磁心の両側面の各々に結合する工程と、上記円環状磁心の第１スロットと該第１スロットに対応する上記トロイダル状キャップ側の第１スロットとに通過させ、上記第１キャップの湾曲部分を巡らせ、上記円環状磁心の外周面部を巡らせ、上記第２キャップの湾曲部分を巡らせ、そして、上記円環状磁心の第１スロットに対応する上記第２キャップ側のスロットに通過させるように、上記極の各々のための少なくとも１つの導体をトロイダル状に巻き付ける工程と、上記導体を上記円環状磁心と上記第１及び第２キャップとの第１スロットに通過させてトロイダル状に巻き付けることと同様に、上記円環状磁心と第１及び第２キャップとによって形成された連続的な複数のスロットに通過させて上記導体をトロイダル状に巻き付る工程と、を含む巻き付け方法。
２１．上記円環状磁心と第１及び第２キャップとに形成されたスロットは上記導体の幅と略々等しい幅を有することから成る請求項２０に記載の巻き付け方法。
２２．第１スロットに通過させて導体をトロイダル状に巻き付る上記工程は、当該第１スロットに多重回通過させて巻き付けることを含み、各スロット内での当該多重巻線を１つの放射線上に略々配置させることを含むことから成る請求項２０に記載の巻き付け方法。
２３．上記円環状磁心と第１及び第２キャップとに形成された突起及びスロットのそれぞれによって包含される周辺上の円弧は当該スロット内に巻回される上記導体の幅と略々等しいことから成る請求項２０に記載の巻き付け方法。
２４．上記スロットの各々内の巻回数は約５回であることから成る請求項２２に記載の巻き付け方法。
２５．上記トロイダル状キャップに形成された突起は上記円環状磁心に境を接する面側が、当該面側と対向する面側よりも拡張されていることから成る請求項２０に記載の巻き付け方法。
２６．少なくとも２つの極を有する電気機械的装置用の巻線を有する磁心において、その内面上に配置し且つその径方向に略々平行する多数の突起及びスロットを画成している円環状磁心と、それぞれが、上記円環状磁心と平面的に境を接すると共に該円環状磁心の突起及びスロットに略々対応する突起及びスロットを有し、上記円環状磁心と結合された際に当該突起及びスロットが該円環状磁心の突起及びスロットと合致する、当該円環状磁心の両側にそれぞれ結合された第１及び第２トロイダル状キャップと、を備えて成る巻線を有する磁心。