JP3904613B2 - 電気機械のための波巻線を作製するための方法および装置 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、合衆国特許第４８５７７８７号明細書に記載の電気機械のための波巻線を作製するための方法および装置から出発する。ここでは三相交流発電機の各々の相の巻線は最初に円筒形または多角形に所要の巻き数で巻き取られて星状に成形される。その後で巻線が２つの半部に分割されて両半部が相並ぶ。その後で両半部を旋回させて、一方の巻線半部の星状のループもしくは波の隙間にそれぞれ他方の巻線半部のループが位置するようにする。その後で、こうして準備された１つの相の波巻線が、公知の仕方で軸方向で固定子積層鉄心のスロット内に導入される。同様に、次に三相交流発電機の第２の相および第３の相の巻線が順次予備成形され、分割され、互いにずらされて上下に旋回させられ、固定子積層鉄心内に導入される。
この方法では相巻線をそれぞれ２つの部分に分割すること、および相対して旋回させることが比較的厄介であり、大量生産用の自動処理装置によって、故障しやすい多数の製造工程によってしか実現できない。
本解決手段により、互いにずらされた波を有する２分割された波巻線の自動大量生産を単純化し、改善しようとする。
発明の利点
請求項１および請求項３に記載された本発明による方法およびそのために設けられた互いにずらされた波巻線半部を作製するための装置は、次のような利点を有している。すなわち、すでに巻き鐘上で連続して相前後して巻かれた両巻線半部が互いに反対の巻き方向に巻かれて星状に成形される。次いで、両巻線半部の間で成形された巻きループを介して、両巻線半部が相反的に左または右に向かって極ピッチだけずらされ、それから両巻線半部の星状に形成された波が互いに極ピッチだけずらされている。次に、このように予備成形された波巻線は公知の仕方で発電機の固定子積層鉄心内に導入される。同様に三相交流発電機の３つすべての相巻線が波巻線として個々に作製され、順次固定子積層鉄心内に導入される。このようにすることによって、互いにずらされた巻線半部を有する波巻線は巻きステーションにおいて簡単かつ確実に少ない作業工程で作製され、導入ステーションに引き渡される。
図面
以下に、本発明の詳細を実施例において図面に示し、詳しく説明する。第１図は、第１のコイル半部の概要図を示しており、第２図は、巻き方向を逆にしたループの巻きを示しており、第３図は、第２の巻線半部の巻きを示しており、第４図は、巻き装置とその下に配置された導入工具を示しており、第５図は、星状に予備成形された波巻線を示しており、第６図は、一方の半部が導入工具内にかき落とされている波巻線を示しており、第７図は、上側巻線半部の回動を示しており、第８図は、導入工具内の完成した波巻線を示しており、第９図は、波巻線を導入した後の導入工具の縦断面図を示しており、第１０図は、分割された波巻線を有する固定子積層鉄心を示しており、第１１図は、３つの相巻線を有する完成した固定子を示している。
実施例の説明
第１１図に示す三相波巻線１１を有する固定子１０を製造するために、互いにずらされた巻線半部１２ａおよび１２ｂを有する３つの相巻線１２の各々が第４図に示す巻き装置１３上で予備作製される。第１図〜第３図は第１０図に基づくそのような波巻線１２の作製を概略的に示している。ワイヤクランプ１４は第１図ｂに示す巻線ワイヤ１５の端部１５ａを成形ジョー１６の下側端部に固持する。第１図ａに従い６個のこのような成形ジョーが巻き装置１３内に星状に配置されている。この際に、巻線ワイヤ１５はワイヤノズル１７を通して貯蔵ドラム（図示しない）から抜き取られる。成形ジョー１６は第４図に示す巻き装置１３の巻き鐘１８内に半径方向で可動に配置されている。第１の巻線半部１２ａを作製するために、成形ジョー１６が巻き鐘１８により時計方向に回転され、その結果として４本の完全な巻線を有する第１の巻半部１２ａが多角形で生じる。
ここで巻き装置が停止されるが、このとき成形ジョー１６ａはワイヤノズル１７の高さに留まっている。第２図から、成形ジョー１６ａがその前側の範囲にセグメント状の切欠１９を有していて、この切欠内に軸方向に延びたウェブ状のループ通し２０が留まっていることが判る。このときワイヤノズル１７がこのループ通しに引き寄せられ、巻線ワイヤ１５がワイヤノズル１７から出てループ通し２０を巡って下方から上方に案内され、その際に成形ジョー１６および１６ａは巻き鐘１８と一緒に軸方向で下方に移動される。
このとき巻き鐘１８は時計と反対方向にさらに回転され、ワイヤノズル１７は再び外側の位置に戻される。第２図ｂに見られるように、このときノズル通し２０に巻きループ２１が生じる。
第３図に従い、次に第２の巻線半部１２ｂが反対の巻き方向で巻き鐘１８の相応の回転数によって作製される。
第４図は、波巻線１２を作製するための巻き装置１３の斜視図を示している。ここでは、巻き鐘１８の下側に６個の成形ジョー１６が多角形配置において、半径方向内側に向かって延びている軸２２上で移動可能に配置されていることが判る。この場合、駆動装置１６ｂは空気圧、ボーデンケーブルまたはその他の手段によって作動される。成形ジョー１６の間には、それぞれ成形レバー２３が配置されており、これらの成形レバーも同様にそれぞれ１つの駆動装置２３ａを介して半径方向に配置された軸２４に沿って空気圧、ボーデンケーブルなどにより移動可能である。第４図には、６個の成形レバー２３がそれらの外側の位置で内側に向かい上方旋回させられた状態で示されており、これらの成形レバー２３は第１の巻線半部１２ａおよび第２の巻線半部１２ｂを巻く際に巻き範囲内に突入できない。成形ジョー１６の裏側では、それぞれ一方のかき落とし部材２５が軸方向に移動可能に配置されており、第１の巻線半部１２ａの上方ではかき落としアーム２５ａで、また第２の巻線半部１２ｂの上方では他方のかき落としアーム２５ｂで突出しているが、これは第１図ｂ〜第３図ｂでも判る。巻き鐘１８は駆動装置２６により矢印の方向で両回転方向に回転可能であり、かつまた軸方向に移動可能である。
巻き鐘１８の下方には、受容冠２８とこれに対して半径方向内側に位置する導入ニードル２９（第８図に示す）とを有する導入工具２７がある。導入ニードル２９の間で受容冠２８には長手方向スリット３０が設けられている。導入工具２７は旋回可能な工具盤３１上に載っているが、これは場合によって高さ調節も可能である。
その後の方法ステップにおいて、上側巻線半部１２ａと下側巻線半部１２ｂとが第５図に従い同時に星状に成形されるが、このことは６個の成形ジョー２３が最初に駆動装置２３ａによって垂直方向にフラップ式に開き出され、次に第５図に矢印で略示されているように軸２４に沿って半径方向内側に動かされることによってなされる。この場合、同時に成形ジョー１６が追従して軸２２に沿って半径方向内側に移動されるが、これも同様に第５図に相応の矢印で示されている。このとき両巻線半部１２ａおよび１２ｂは互いに上下に間隔を置いて成形ジョー１６および成形レバー２３上に星状に載っている。
その後のステップでは、成形ジョー１６が第５図に示す矢印方向に３ｍｍ動かされ、コイル１２の緊張が低減され、ワイヤクランプ１４が開かれ、それから第６図に従いかき落とし部材２５で下側巻線半部１２ａが成形ジョー１６からかき落とされて、その星状の脚辺部で導入工具２７の受容冠１８の長手方向スリット３０内に保持される。この際に、上側の巻線半部１２ｂは同様にかき落とし部材２５ｂによって下方に移動されるが、まだ成形ジョーの下側範囲に留まっている。このとき上側巻線半部１２ａと下側巻線半部１２ｂとは、巻線ループ２１を介して互いに接続されている。
次の方法ステップでは、巻き鐘１８が１２極の波巻線１２の極ピッチｐ、すなわち３０°だけ矢印の方向で左方向に回し戻され、その結果として両巻線半部１２ａおよび１２ｂの星状に形成された波は互いにずらされている。この場合、巻線ループ２１は左に向かって倒されて、同様に上側巻線半部１２ｂの経過に従う。
その後の方法ステップでは、上側巻線半部１２ｂもかき落とし部材２５で成形ジョー１６からかき落とされ、導入工具の受容冠２８に設けた長手方向スリット３０内に導入される。第８図に示すように、このとき両巻線半部１２ａおよび１２ｂの波は互いに対称的にずらされて受容冠２８の長手方向スリット３０内に位置している。この状態でかき落とし部材２５が再び持ち上げられる。成形レバーは再び外側の位置に戻されて、第４図に示す初期位置に後退旋回し、巻き鐘１８は上方に移動する。受容冠２８の上側部分２８ａ（第４図）に固定子積層鉄心３２が固定される。次に工具盤３１が第９図に概略的に示された導入ステーション３４に向かって旋回する。ここでは予備成形された波巻線１２が公知の仕方で導入ラム３３によって固定子積層鉄心３２のスロット内に導入され、上側の巻きヘッド１２ｃが後押しジョー３５によって第１０図から見て取れる位置に半径方向外側に向かって押される。さらにこのステーションでスロット閉鎖も行われる。このような仕方で、これらの両巻線半部によって両側に固定子積層鉄心３２の外周にわたって交互する巻きヘッド１２ｃが形成される。この際に固定子積層鉄心３２は積層緊定リング３６により受容冠２８上に保持される。
上述の仕方で第４図に従う巻き装置で別の波巻線が作製され、星状に成形される。次いで、両巻線半部は上述のように極ピッチだけ相反的に回動され、次に導入工具によって受容されて、最後に固定子積層鉄心内に第１の波巻線と並んで専用に設けられたスロット内に導入される。同様に第３の波巻線の作製および導入も行われるので、最後に第１１図に従い三相波巻線１１を有する完成した固定子が出現した。ここでは三相交流波巻線の３相の始端部と終端部はＵ、Ｖ、ＷおよびＸ、Ｙ、Ｚで示されている。
それぞれ互いに反対方向にずらされた波巻線半部を有するこれらの波巻線において、固定子積層鉄心３２内のスロット占積率は１部分からなる波巻線に比べて最大１０％高められる。比較的大きい出力を有する発電機では、さらに比較的大きい断面積の１本の巻線ワイヤの代わりに、相応に小さい断面積の２本またはそれ以上の巻線ワイヤが互いに平行に巻かれ、接続されることによってもスロット占積率が高められる。
第４図に示す巻き装置で両巻線半部１２ａおよび１２ｂを相反的に旋回させることは、同様に上側巻線半部１２ｂを下側巻線半部１２ａに対して右側に向かって回動させることによっても行うことができる。この場合、巻きループ２１は第７図に示すように上側巻線半部１２ｂに向かって反転せずに、下側巻線半部１２ａに向かって反転するであろう。この場合に下側巻線半部１２ａがより長くなり、上側巻線半部１２ｂがより短くなることのないように、下側巻線半部１２ｂの巻線始端部と上側巻線半部１２ａの巻線終端部とは相応に位置決めされなければならない。同様に両巻線半部１２ａおよび１２ｂが交互に反対の巻き方向で（つまり第１の半部は右回り、第２の半部は左回りに）成形ジョーに巻き取られることもできる。この場合、ループ通しは成形ジョー１６ａの右側に配置されなければならない。成形ジョー１６ａの中央にループ通し２１を配置すると、巻き装置は両巻き方向に使用できる。
この場合、３０°、すなわち極ピッチだけ回動することにより積層鉄心のスロット内部における両巻線半部の巻線区分の電流の流れは常に等しい。
スロット出口で波巻線は両方向で２つの半部に分割されるので、コイルヘッドで３本の巻線ストランドは常に隣接する相巻線の導線の半分の数でしか交差しない。その結果として、分割されない巻線に対してより扁平で、均一なワイヤ案内、電流雑音低下およびより良好な冷却を伴う巻きヘッドが提供される。

Claims (5)

1. 電気機械、特に三相交流発電機の固定子のための波巻線を作製するための方法であって、３つの巻線相（１２）の各々を２つの半部（１２ａ、１２ｂ）に分割された波巻線（１２）から形成し、この波巻線を少なくとも１つの連続する巻線ワイヤ（１５）から円形もしくは多角形に巻いて波状星形に成形し、この際に両巻半部（１２ａ，１２ｂ）を互いに極ピッチ（ｐ）だけずらし、最後に固定子積層鉄心（３２）のスロット内に一緒に通し、そうすることによって積層鉄心の両側にその外周にわたって両巻線半部の交互する巻きヘッド（１２ｃ）を形成する形式の方法において、
   最初に第１の巻線半部（１２ａ）を第１の巻き方向に円形もしくは多角形に巻き、次いで連続する巻線ワイヤ（１５）を巻きループ（２１）を介して反対の巻き方向に移行し、次に第２の巻線半部（１２ｂ）を反対方向に巻き、さらに両巻線半部（１２ａと１２ｂ）を有利には同時に同様に星形に成形し、最後に両巻線半部を相反的に極ピッチ（ｐ）だけ回動させ、その際に両巻線半部（１２ａと１２ｂ）の間の巻きループ（２１）を共に星形内に移行させることを特徴とする、電気機械のための波巻線を作製するための方法。
2. 外周に配設された半径方向に可動な成形ジョー（１６）を有する両回転方向に駆動可能な巻き鐘（１８）上で、最初に第１の巻線半部（１２）を成形ジョー（１６）に巻き、次いで巻線ワイヤ（１５）を有利には成形ジョー（１６ａ）に配置されたループ通し（２０）を介して反対の巻き方向のための接続ループ（２１）を成すように成形し、次いで軸方向でずらして第２の巻線半部（１２ｂ）を回転方向を変えて成形ジョー（１６）に巻き、それから両巻線半部を同時に外側から半径方向内側に向かって動かされる成形レバー（２３）を用いて同時に、かつ同様に波状星形に成形し、その後で一方の巻線半部（１２ａ）を巻き鐘（１８）から収容器、有利には導入工具（２７）に収容し、このとき残っている他方の巻線半部（１２ｂ）を有する巻き鐘（１８）を有利には第１の回転方向に極ピッチ（ｐ）だけ回動し、最後にこの巻線半部（１２ｂ）も巻き鐘（１８）からかき落として、受容器内で第１の巻線半部（１２ａ）の上方に収容する、請求項１記載の方法。
3. 請求項１記載の方法により電気機械、特に三相交流発電機の固定子のための波巻線を作製するための装置において、
   外周に配設された半径方向に可動な成形ジョー（１６）を有する、両回転方向に駆動可能な巻き鐘（１８）上で、第１の巻線半部（１２ａ）が巻取り可能であり、さらにループ通し（２０）が設けられていて、このループ通し（２０）を介して巻線ワイヤ（１５）は第１の巻線半部（１２ａ）の端部で巻きループ（２１）を介して第２の巻線半部（１２ｂ）に移行可能であり、その後で反対方向で成形ジョー（１６）に巻取り可能であり、さらに成形ジョー（１６）の間にそれぞれ半径方向で外側から内側に移動可能な成形体、特に成形レバーが配置されていて、この成形レバーを用いて両巻線半部が有利には同時に星形に成形されることを特徴とする、電気機械のための波巻線を作製するための装置。
4. 成形ジョー（１６）の範囲に両巻線半部（１２ａと１２ｂ）のためにかき落とし部材（２５）が軸方向に移動可能に配置されており、これらのかき落とし部材（２５）により最初に下側の巻線半部（１２ａ）がかき落とされ、この巻線半部（１２ａ）を上側の巻線半部（１２ｂ）に対して極ピッチ（ｐ）だけ回動して、巻きループ（２１）が共に星形に移行するようにした、請求項３記載の装置。
5. 少なくとも１つの成形ジョー（１６）に、成形ジョー（１６ａ）の前側に設けたセグメント状の切欠（１９）内の軸方向ウェブとして形成されたループ通し装置（２０）が配置されている、請求項３または４記載の装置。

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