JP2003264968A - 突極形回転子の巻線装置とその巻線方法及び突極形回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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った巻線装置および巻線方法を
提供し、小型化に優れ、製造上の作業効率の良い突極形
回転子を提供する。 【解決手段】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装置において、巻線中に
エナメル丸線の張力を変動させる張力可変装置とこの張
力可変装置を制御する張力制御装置を備えているので、
エナメル丸線を繰り出すノズルがエナメル皮膜に与える
ストレスを減少させ、品質の安定化を図るった巻線装置
および巻線方法を提供できる。また複数本のエナメル丸
線を同時に整列直巻きすることにより小型化に優れ、製
造上の作業効率の良い突極形回転子を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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
置とその巻線方法および突極形回転子に関する。

【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。隣接する磁場との間隔が狭く、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、５００ｋ
ＶＡ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６対応）は、
上記状況に対処するためになされたもので、その課題は
小形化に優れ、製造上の作業効率の良い突極形回転子を
提供することにあり、更に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、巻線中に前記エナメル丸線の張力
を変動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。

【００２５】請求項６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してなる突極形回転子に
おいて、１つの前記突極部に前記エナメル丸線を同時に
２本以上巻き廻した巻線を備えていることを特徴とす
る。

【００２６】請求項６記載の発明によると、エナメル丸
線のサイズの選定および接続等、突極形回転子の電気的
な設計の自由度が増し、最適な設計ができる。また、製
造上においても、同時に複数本のエナメル丸線を直巻き
するので、巻線時間の短縮等、作業効率を良くすること
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（請求項６対
応）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１
３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〜φ
３．２ｍｍ、回転子鉄心の外径がφ３００ｍｍ〜φ１０
００ｍｍ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６対
応）によれば、小形化に優れ、製造上の作業効率の良い
突極形回転子を提供することができ、更にエナメル丸線
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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整
   列に直巻するノズルを備えた突極形回転子の巻線装置に
   おいて、巻線中に前記エナメル丸線の張力を変動させる
   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。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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。
5. 【請求項５】 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。
6. 【請求項６】 回転子鉄心の突極部にエナメル丸線を整
   列に直巻してなる突極形回転子において、１つの前記突
   極部に前記エナメル丸線を同時に２本以上巻き廻した巻
   線を備えていることを特徴とする突極形回転子。