JPS609415B2 - ギヤツプワインデング回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はギャップワインデング回転電機に係り、特にそ
の電機子巻線コイルの構成に関する。

〔発明の背景）一般に電機子巻線コイルを構成する素線
および秦線ブロック間の転位（撚りも含む。

以下同じ）は、密にして回数を多くすればする程、誘起
電圧のアンバランスによるコイル循環電流損を低減でき
るが、転位回数の増加は、製作工数の増大や、コイル内
部占積率の低下、素線長さの増大等の不具合を招くので
、制約を受ける。ところで、ギャップワインデング回転
電機とは、従来固定子鉄心スロット内に配置されている
電機子巻線コイルを、スロットレスの固定子鉄○と回転
子との間の空隙に直接配置する構造のものである。

したがって、回転子からの磁束が直接電機子巻線コイル
を切るようになる。従来の固定子鉄心スロット内に配置
された電機子巻線コイルでは、その導体を切って導体に
渦電流を発生させる磁束は、電機子巻線コイルに流れる
電流自身によって発生するスロット断面を横方向に通る
磁束がほとんどであるが、ギャップワインデング回転電
機では、このような電機子巻線コイルに流れる電流自身
による磁束のほかに、回転子からの磁束が電機子巻線コ
イルの導体を切るため、この導体を切る磁束の密度の大
きさは従来の固定子鉄心スロット内に配置された電機子
巻線コイルに比べて３〜６倍にもなる。一般にコイル導
体に発生する渦電流損は、導体を切る磁束密度の２案、
導体径の４案にそれぞれ比例して増大することが知られ
ており、ギャップワインデング回転電機の電機子巻線コ
イルの導体として従来の固定子鉄心スロット内に配置さ
れたコイルの導体と同じ寸法のものを用いると、磁束密
度の大きくなった分だけから概算しても、導体の渦電流
損は９〜３針音にも増大する。このような問題を解決す
るためには、コイル導体の細分化が一般に行なわれてい
るが、特にギャップワインデング回転電機では、コイル
の渦電流損低減のため、コイルの素線として、ほぼ直径
１脚程度の絶縁細線が用いられる。このような、コイル
導体の細分化によりコイル内部の総秦線数は数千本にも
達するが、この多数の泰線からなるコイルにおいて、全
秦線が完全に電気的にバランスするように、転位を施こ
すことは、上記の問題点が一層顕著になり、この種のコ
イルを制作する上でのネックとなっていた。〔発明の目
的〕 本発明はこの点に鑑みてなされたもので、その目的は、
電機子巻線コイルの循環電流損を増大することなくその
製作工数を低減し「かつコイル導体のコイル断面に対す
る占積率を向上し得るギャップワインデング回転電機を
提供するにある。

〔発明の概要〕この目的を達成するため、本発明は、複
数本の素線を束ねた素線ブロックの複数個を回転電機の
周方向にのみ転位して転位ブロックを構成し、この転位
ブロックの複数個を転位することなく単に回転電機の蚤
方向に積重ねて電機子巻線のコイルを構成したことを特
徴とする。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図はギャップワインデング回転電機の電機子コイル
の空隙位置およびコイル高さに対するコイルィンダクタ
ンスの変化を示す図で、電機子巻線コィルーは固定子鉄
心２および回転子３間の空隙４に配置されている。

ギャップワインデング回転電機は、このように、従来固
定子鉄心スロット内に配置されていた電機子巻線コイル
を空隙内に配置しているので、従来必要としていた鉄心
ティース部が不要となり、その分だけ周万向のコイル収
納スペースが増大する。

このため、コイル収納スペースの蚤方向寸法が少なくて
済み、回転電機の外径寸法を縮小することができる。そ
して、空隙内にこのコイル収納スペースを確保するため
に、その固定子鉄心内半径Ｒｓと回転子鉄心外半径Ｒｏ
の比ａ＝Ｒｏ／Ｒｓは０．６ミａミ０．９９塁度となる
。しかして、このようなギャップワインデング回転電機
のコイルィンダクタンスＬ‘ま、第１図に示すように、
空隙長、つまり前記比ａの微少変化で大きく変わるが、
所定空隙長では、特に比ａが大きくなる程、コイル位置
やコイル高さＲ，／Ｒ２（Ｒ，：コイル内半径、Ｒ２：
コイル外半径）を変化させても殆んど変化しないことが
実験により判明した。

例えば、第１図において固定子鉄心内半径Ｒｓ＝５０仇
肌「 回転子外半径Ｒｏ＝４０仇肋の空隙長が１００肌
（すなわちａごＲｏ／Ｒｓ＝０．８）の場合では、電機
子巻線コイルの内半径Ｒ，と外半径Ｒ２の比Ｒ，／Ｒ２
は、その幾何学的位置関係（ＲｏくＲ，くＲ２くＲｓ）
から０．槌よ上しかとり得ず、その範囲でコイル位置（
Ｒ，，Ｒ２）やコイル高さ（Ｒ２一Ｒ，）を変化させて
も、図示の斜線で囲んだ狭い範囲でしか、コイルのィン
ダクタンスが変化し得ないことが示されている。

図示の斜線で囲んだィンダクタンス範囲のうち、上限値
は磁性材から構成される固定子鉄心２や回転子鉄心３に
、コイルの一部が接したときに生じ、下限値はコイルが
固定子鉄心２と回転子鉄心３との間の空隙のほぼ径万向
中央部にあるときに生ずる。また一方、固定子鉄心内半
径ＲｓのみをＲｓ＝５７０肋（ａ＝０．７）と変えたと
きは、空隙長が１７物枕と増大するため、コイルのィン
ダクタンスは前記ａ＝０．８の場合と比較して大きく減
少するが、この空隙中の範囲内でＲ，とＲ２を変化させ
ても、コイルィンダクタンスはほとんど変らない。すな
わち、ギャップワインデング回転電機の電機子巻線コイ
ルにおいては、その秦線間および素線ブロック間の径方
向の転位は必ずしも行なう必要がないことが判った。

本発明はこの点に着目して、前述したように素線ブロッ
ク間における径万向の転位を省略し、周方向にのみ転位
して転位ブロックを構成し、さらにこれらの転位ブロッ
クを転位することなく単に径万向に積重ねたものである
。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明の一実施例を示すギャップワインデング
回転電機の要部断面図で、電機子巻線コィルーは固定子
鉄心２と回転子との間の空隙４内に、内方側よりコイル
を支える円筒状巻枠５やピン６、スベーサ７等で固定子
鉄心２に支持、固定されており、コイル１に働くトルク
はスベーサ７からピン６を介して固定子鉄Ｄ２に伝達さ
れる。

コイル１は、複数個の素線ブロック８を周方向にのみ転
位した転位ブロック９を転位することなく単に蚤方向に
複数個頚層し、その外周をコイル外絶縁１０で被覆する
ことによって構成されている。なお図中、１１はコイル
１と固定子鉄心２間のアース絶縁材、１２はコイル１間
の間隙を埋める介在物、１３は固定子鉄心２とピン６間
の間隙を埋める介在物、１４はコイル１内の転位空間で
ある。また、上記秦線ブロック８は第３図に示すように
、コイルを構成する最小要素である直径１肋程度の網線
からなる絶縁秦線１５を複数本撚るかあるいは単に束ね
たものを所定形状に整形し、外周部と内部に絶縁処理を
施こしたものである。

図中、１６はその外周部絶縁物を示す。この素線ブロッ
ク８の複数個を周方向に、例えば第４図に示すように、
３６００転位することによって転位ブロック９′が構成
され、この転位ブロック９′を第５図に示すように、相
互に重ね合せて転位ブロック９が構成される。このよう
に構成された転位ブロック９は、その外周が絶縁処理さ
れた後、前述のように、複数個（その実施例では３個）
転位することなく単に径万向に積層されて電機子巻線コ
イル１を構成する。

以上説明した実施例によれば、秦線ブロック８間におけ
る径万向転位を省略し、周方向にのみ転位して転位ブロ
ック９を構成し、さらにこれらの転位ブロック９を転位
することなく単に蓬方向に積重ねるだけであるから、転
位回数が減少し、製作工数を低減することができる。

また、電機子巻線コイル１を構成する最大の要素である
転位ブロック９間では転位を施こさず、この転位ブロッ
ク９を構成する小さな要素である素線ブロック８間で周
方向にのみ転位を施こすので、転位のために必要なダミ
ー空間が少なくて済み、コイル導体の断面に対する占蹟
率を向上することができる。さらに、前述のような最大
の要素である転位ブロック９間では転位を施こしていな
いので、転位ブロック９間のなじみが良好で、コイル断
面に生ずるボィドが減少してコイルの絶縁特性が向上す
るとともに、万一コイル断面で絶縁破壊が生じた場合で
も、転位ブロック９単位での解体が可能となり、コイル
全体を製作し直すことなく、転位ブロック９のみの補修
で済む。第６図は本発明の他の実施例を示す。

前述したように、周方向にのみ転位を施こす場合には、
径方向転位に要する空間分だけコイル空間を減少するこ
とができる。本実施例では、この空間を有効に利用して
、転位ブロック９間に冷却管１７を配設する。図中、１
８は転位ブロック外絶縁、１９は介在物である。したが
って、コイルの冷却を同し、その電流密度を大きくとる
ことができる。また、第７図ａ，ｂは本発明のさらに他
の実施例を示すもので、周方向位置がほぼ同じ上、下コ
イルｌａ，ｌｂを並列接続した例である。この場合、各
コイルｌａ，ｌｂの内部黍線が周方向にのみ転位されて
いれば、怪方向位置が異なっても、それにより循環電流
は殆ど増加しない。〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は、ギャップワインデング
回転電機のコイルィンダクタンスが空隙内における蓬方
向のコイル位置やコイル高さを変化させても殆んど変化
しないことを実験により見出し、この知見に基づいて、
素線ブロック間における蓬方向転位を省略し、周方向に
のみ転位して転位ブロックを構成し、さらにこれらの転
位ブロックを転位することなく単に歪方向に積重ねて電
機子巻線コイルを構成したので、このコイルの循環電流
を増大することなく転位回数を減少し、電機子巻線コイ
ルの製作工数を低減することができる。

また、電機子巻線コイルを構成する最大の要素である転
位ブロック間では転位を施こさず、この転位ブロックを
構成する小さな要素である素線ブロック間で周万向にの
み転位を施こすので、転位のために必要なダミー空間が
少なくて済み、コイル導体のコイル断面に対する占湊率
を向上することができる。

さらに、最大の要素である転位ブロック間では転位を施
こしていないので、転位ブロック間のなじみが良好で、
コイル断面に生ずるボィドが減少してコイルの絶縁特性
が向上するとともに、万一コイル断面で絶縁破壊が生じ
た場合でも、転位ブロック単位での解体が可能となり、
コイル全体を製作し直すことなく、転位ブロックのみの
補修で済む、という効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はギャップワインデング回転電機における電機子
巻線コイルの径方向によるィンダクタンス変化を説明す
るための説明図、第２図は本発明の一実施例を示すギャ
ップワインデング回転電機の要部断面図、第３図は素線
ブロックの詳細断面図、第４図および第５図は素線ブロ
ックを周方向に転位して転位ブロックを作る過程を示す
平面図、第６図は本発明の他の実施例を示すコイルの断
面図、第７図ａ，ｂは本発明のさらに他の実施例に係る
ギャップワインデング回転電機の菱部断面図および上下
コイルの接続状態を示す結線図である。 １・・・・・・電機子巻線コイル、ｌａ，ｌｂ・・・・
・・上、下コイル、２・・・・・・固定子鉄心、３・・
・・・・回転子、４・・・・・・空隙、８・・・・・・
素線ブロック、９・・・・・・転位ブロック、１５・・
・・・・絶縁素線、１７・・・・・・冷却管。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第Ｔ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定子と、回転子と、これらの間の空隙に配置され
   た電機子巻線とを備えたギヤツプワインデング回転電機
   において、複数本の素線を束ねた素線ブロツクの複数個
   を回転電機の周方向にのみ転位して転位ブロツクを構成
   し、この転位ブロツクの複数個を転位することなく回転
   電機の径方向に積重ねて前記電機子巻線のコイルを構成
   したことを特徴とするギヤツプワインデング回転電機。 ２ 前記積重ねられた転位ブロツク間に冷却管を配設し
   たことを特徴とする特許請求の範囲１に記載のギヤツプ
   ワインデング回転電機。