JPS62262637A - 界磁コイルの巻回方法および界磁コイル - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、丸い断面を平坦化した平らなワイヤで界磁コ
イルを巻いていく方法及びこれにより形成された界磁コ
イルに関する。

（従来技術） 電ｆａ誘導現象を利用して機械エネルギを電気エネルギ
に又は電気エネルギを機械エネルギに変換する回転電気
機械（以下、不明４１１書では、発電電動機という）に
典型的に用いられる回転する主界磁部のための主界磁コ
イルを巻いていくために多数の色々な形式のワイヤが一
般に使用されている。典型的には、断面の丸いワイヤが
使用され、ワイヤがリールから引き出される時に多数の
巻回で１枚の層を形成しそして多数の層で１つの巻線を
形成するように主界磁部に巻いていくことにより主界磁
部の磁極のまわりにワイヤが巻き付けられる。各磁極は
、一般に、その側部に沿って正方形又は長方形断面のワ
イヤチャンネル即ちトラフを有しており、ワイヤは、磁
極に巻き付けられる時にこのトラフ内に配置される。典
型的に、各層は、トラフの一方の側壁から延びてトラフ
を満たし、他方の側壁付近にワイヤの直径サイズの約半
分のスペースが残されて、ワイヤを逆方向に巻く時に次
ぎの層の第１巻回を最後の巻回と側壁との間でネスト状
にすることができ、第２の層の巻回がその下の層の隣接
を同量に形成されたクレードル内に嵌入される。この精
密な巻き付け技術は公知であり、ワイヤが装填されない
空間即ちギャップを形成し、これは、ワイヤ直径のぼり
半分に等しいスペースを各層の側部に含む。もちろん、
これらの空間は、空気絶縁体のポケットを表わし、これ
は、巻線の放熱特性を低下させ、ひいては、その容量ｔ
、減少させろ傾向がある。更に、空間は非導電性である
から、巻線、ひいては、装置の電磁容量が、これらエア
ギャップに銅が装填された場合以上に減少される。

（発明が解決しようとする問題点） 丸いワイヤに優る改良として、方形のワイヤが約２５％
高いコストで入手でき、方形のワイヤは、側壁から側壁
まで実質上完全にトラフを満たすように布設して空間の
多くをなくすことができる。しかしながら、正方形又は
長方形のワイヤはそのコストがかなり高く、これは、方
形ワイヤを形成するための製造経費が高いことによるも
のである。それ故、方形ワイヤは、このような高い経費
でも装置の容量を最大にすることが要求もしくは所望さ
れるような特定の用途を除けば、典型的に使用されない
。

丸い断面を平坦化した平らなワイヤ、即ち、一対の被駆
動ピンチローラ間に送られた丸いワイヤは、変成器の特
定のスペースに巻かれる銅の量を増加するように使用で
きることが知られている。

典型的に、これらの変成器は方形のボビンを有しており
、このボビン及び被駆動ピンチローラは。

速度を容易に同期させて必要な平坦さを得ると共に、絶
縁フィルムにダメージを及ぼすようなワイヤの張力の問
題をなくすことができる。しかしながら、平坦化したワ
イヤを使用する場合には、発電電動機の一般的に長方形
の主界磁コイルを巻くことができないと考えられている
。というのは、回転する長方形の主界磁コイルをワイヤ
で巻いていく時のワイヤの所要速度と被駆動ピンチロー
ラとを同期させる問題が生じるためである。明らかなよ
うに、ワイヤの速度は、長方形の主界磁部が回転する時
に急激に変動し、交互に加速及び減速し、これにより、
被駆動ローラと主界磁コイルの速度とを同期させる上で
重大な問題を招く。

被駆動ローラの速度と主界磁コイルの巻き付け速度とを
同期させる問題に加えて１巻き付け方法の段階に追加段
階を受は入れるために更に別の同期を得なければならな
い。典型的に、一連の鋭角のブーりが使用されて、銅の
ワイヤに「逆の曲げ」が与えられると共に、柔軟な銅の
ワイヤが硬化されて、主界磁コイルを巻く時に、銅のワ
イヤが積層体の隅にぴったりと入り１巻き付けられたコ
イルとｌｉ！極との間の嵌合を改善することができる。

この一連のプーリは、大きな張力を与え、成る限定され
た量でワイヤを伸張させ且つワイヤを硬化させる傾向が
あり、これらは全て、回転する主界磁コイルの周りにワ
イヤを巻き付ける時のワイヤと被駆動ピンチローラとの
同期の問題を更に複雑化するように作用する。それ故、
平坦化したワイヤで長方形の主界磁コイルを巻いていく
ように意図されてはいるが、その他の点でこの長い間の
要望を満たせないような重大な問題が存在すると考えら
れている。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は、これらの公知の様々な問題に取り組み、ワ
イヤがリールから送り出されて来る時にワイヤに逆の曲
げを与える一連のプーリを通過する前にワイヤを平坦化
する非駆動のピンチローラを使用して丸いワイヤを平坦
化する方法を開発した。非駆動のピンチローラを使用す
ることにより、それらの速度と、主界磁コイルを形成す
る時のワイヤの速度とを同期させる問題が完全に解消さ
れる。更に、銅のワイヤに逆の曲げを与えるに必要な張
力は、ピンチローラを通して丸いワイヤを引き出すに充
分なものであることが分かった。

その結果、ピンチローラによるワイヤの加工によって得
られる銅ワイヤの付加的な強度により、実際には、ワイ
ヤが逆の曲げを増して積層体にぴったりと入る傾向が強
くなるために、巻線の形成が改善される。本発明の方法
では、主界磁コイルを巻く時に実質上経費を高くするこ
となく丸いワイヤを平坦化することができる。人手によ
る付加的な作業時間は必要とされず、特殊な設定は必要
とされず、更に、付加的な巻き付け時間も不要である。

平坦化プロセスは、ワイヤがリールから送り出される時
に行なわれ１巻き付け機のオペレータにとって明確なも
のである。

本発明によって主界磁コイルの巻線を形成する際には、
ワイヤが平坦化された時にワイヤの短い辺の曲率半径が
長くなることが分かったので、実質上長方形の断面を有
するワイヤとなるようにワイヤの平坦化の程度が予め決
定される。これは。

各層内に隣接巻回を容易に接近して配置できるようにし
、各層に対する銅の密度を改善する。トラフの寸法が分
かることにより、層が一方の側壁から他方の側壁まで延
びるような巾を得るようにワイヤを平坦化して、丸いワ
イヤを巻き付ける際に必要とされたワイヤ間隔の半分の
間隔をなくすことができる。本発明者は、ワイヤにも絶
縁フィル１１にもダメージを及ぼすことなく、丸いワイ
ヤをその元の直径の約６０％まで平坦化した。更に、こ
の平坦化プロセスで平らな辺が得られるので、次々の層
の巻回を垂直方向に整列させることができる。これは、
巻線の発熱傾向を増してその容量を低下させるような絶
縁体として働くエアポケットを排除するだけでなく、次
々の層間に著しい表面接触が得られるようにして巻線を
通る熱の伝達を改善させ１巻線の定格を高くできるよう
にする。

熱の影響を更に少なくするために、コイルヘットは、本
出願人の米国特許第４，５５４，４７５号及び米国特許
出願筒５４７，５７６号に開示されたように、通気口を
設けるようにして巻き付けられる。

平坦化したワイヤを用いた場合には、丸いワイヤの巻線
よりも実質上コス１−を増加することなく、著しい商業
上の効果が得られることが明らかである。主界磁部は、
発電電動機の容量を決定する上で限定要素となるので、
各界磁コイルに巻かれる銅の密度を高くすると、機械の
容量が急激に増加する。例えば１本発明者は、既存の１
２５ＫＷ容量の発電機の主界磁積層体を取り上げ、これ
に平坦化したワイヤを巻いて、１５０ＫＷ定格の主界磁
コイルを形成した。同様に、３００ＫＷの主界磁積層体
に平坦化したワイヤを巻き、３５０ＫＷの定格を得た。

第３の例は、６２０　ＫＷの主界磁積層体であり、これ
に平坦化したワイヤを巻いて７００ＫＷの定格を得た。

これらの増加した容量は、丸いワイヤが巻かれた発電電
動機に対し。

追加の銅ワイヤのコストが最小限がＮる以外は、実質上
経費を増やすことなく、約１４％の増加が得られたこと
を表わしている。この技術では１本発明の譲受人により
製造販売されている各発電機の容量定格を１ネマ（Ｎｅ
ｍａ）段階増加できると考えられる。これは、既存のＭ
）ｆ４サイズを用いてこれらの増加した定格を得ること
ができるという更に別の理由で顕著なものである。良く
知られているように、積層体のサイズは一般的に所定の
ものであり、積層体のサイズを変更する場合には著しい
経費がか）る。本発明では、既存の積層体を使用するこ
とができる。積層体のサイズ変更に伴う経費により、多
くの発電電動機は、現在、主界磁コイルを精密に巻くこ
とが一般的になってきたにも拘らず、主界磁コイルのラ
ンダムな巻線を受は入れる大きさにされた積層体を用い
ている。従って、本発明は、多大な経費を伴う積層体の
サイズの再設計を必要とせずに、既存設計での容量増加
に著しい進歩をもたらす。

以上の説明は１本発明の主たる効果及び特徴の幾つかを
簡単に説明したものであるが、添付図面を参照した好ま
しい実施例の以下の詳細な説明によって本発明を更に完
全に理解することができよう。

（実施例） 丸いワイヤを用いた公知の巻線の断面図が第５図に示さ
れている。図示されたように、ワイヤトラフ２０は、一
般的に長方形の断面を有しており（トラフ２０の片側し
か示されていないが）、巻回２２．２４及び２６がトラ
フ２０の底に布設されていて、第１の層を形成している
。巻回２８及び３０で構成された次ぎの層は、第１の層
の隣接巻回２２．２４．２６間に形成された間隙３２に
布設されろ。この精密な巻き付けを達成すると共に、ワ
イヤ巻回の間隙３２内に次々の層をネスト状に積み上げ
ていくためには、ワイヤの直径の約半分のエアギャップ
３４が各層において浪費さ１しる、この技術は、従来一
般に利用されており、主界磁コイルを丸いワイヤで精密
にさいていくための典型的な巻き付けパターンを表わし
ている。

第２図ないし第４図に最も良く示されているように、±
ＷｆｉＩ部！３６は、複数の主界磁コイル３８を有し、
各主界磁コイル３８のヘッド４２にエアギャップ４０が
形成される。第３図及び第４図に詳細に示されているよ
うに、各磁極４４は、その側部に沿ってワイヤボックス
即ちトラフ４６を有しており、その中に主界磁コイル３
８が巻き付けられる。１つ以上のクランプ手段４８を用
いて主界磁コイル３８をトラフ４６内に圧縮し、主界磁
コイルが発電電動機内で回転される時の振動等を最小に
することができる。第４図に示されたように、各層５０
は、平坦化したワイヤ５２の複数の巻回で構成され、次
々の層が垂直に整列されて積層され、各トラフ４６内に
配置されるワイヤ５２の密度が最大にされると共に１巻
線３８の次々の層５０間の熱伝達特性が改善される。ワ
イヤ５２の巻回は、安定性を増すためにそれらの長辺が
トラフ４６の底に当接するようにしてトラフ１１６に布
設される。

第１図に最も良く示されたように、平坦化したワイヤで
主界磁コイルを巻いていく方法は、丸いワイヤ５４をリ
ール５６から一対のピンチローラ５８を経て引き出し、
偏心シャフト等によってピンチローラ５８を調整して、
丸いワイヤ５４を引き出す時にこれに与える平坦化の程
度を調整することによって実施される。ブレーキ５９を
使用して、ワイヤを巻く時のワイヤにかＮる張力を調整
することができる。ワイヤを平坦化した後、この平らな
ワイヤ６０は、一連の３つの鋭角プーリ６２を通して送
られ、これらのプーリは、第１図に６４で概略的に示し
たように、平らなワイヤ６０に逆方向の曲げを与える。

ワイヤをプーリ５８及び６２に通すことにより、主界磁
部６６の回転中に該界磁部の周りにコイルを形成する上
で助けとなるような強度が与えられる。

以上１本発明の詳細な説明したが、本発明の範囲内で多
数の変更や修正がなされ得ることが明らかであろう。し
かしながら、これらの変更や修正は全て本発明の特許請
求の範囲内に包含されることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明の実施例を示すもので。 第１図は１本発明により断面が丸いワイヤを平坦化して
主界磁コイルを巻いていくための装置を示す概略図。 第２図は、主界磁部の断面図。 第３図は、第２図の３−３ｔＪＡに沿った断面図で、ト
ラフに巻き付けられた主界磁コイルを詳細に示す図。 第４回は、第３図に示した巻線の部分断面図で１次々の
層の垂直方向の整列状態を詳細に示す図、そして 第５図は、断面の丸いワイヤを用いた公知の巻線の部分
断面図である。 ２０・・・巻線トラフ ２２．２４．２Ｇ、２８．３０・・・巻回３２・・・間
隙 ３４．４０・・・エアギャップ ３６・・・主界磁部　　３８・・・主界磁コイル４４・
・・磁極　　　　４６・・・トラフ５０・・・層 ５２．６０・・・平坦化したワイヤ ５４・・・断面の丸いワイヤ ５６・・・リール　　　５８・・・ピンチローラ５９・
・・ブレーキ　　６２・・・鋭角なプーリ特許出願人　
　センチユリ−エレク１−リツクインコーボレイテノド

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一対の磁極を有する回転する主界磁部
   を具備した発電電動機において、各々の上記磁極の周り
   に巻かれた界磁コイルは、丸い断面を平坦化した平らな
   ワイヤの複数の巻回で構成され、上記各磁極は、それに
   関連した界磁コイルを巻くための一般的に長方形のトラ
   フを上記磁極の側部に形成する手段を有し、上記トラフ
   は、平らな底部と、２つの一般的に垂直な側壁とを有す
   る断面形状をしており、上記平坦化されたワイヤは、上
   記トラフに巻き付ける時に、各巻回の平らな面が上記ト
   ラフの底部と平行になるように巻き付けられたことを特
   徴とする発電電動機。
2. （２）上記界磁コイルは複数の層で構成され、各層は複
   数の巻回より成り、次々の巻回は互いに隣接して実質的
   にトラフの一方の壁から他方の壁まで延在し、上記複数
   の層は互いに上下に巻き付けられ、上層の各巻回は実質
   的に下層の巻回の上にくるようにされた特許請求の範囲
   第１項に記載の発電電動機。
3. （３）各々の上記界磁コイルは、その各端にヘッドを有
   し、このコイルヘッドに通気口を形成する手段を更に備
   えた特許請求の範囲第２項に記載の発電電動機。
4. （４）上記ワイヤは、これがスプールから引き出される
   時であって、主界磁部に巻き付けられる前に、一対のピ
   ンチローラによって平坦化され、ワイヤが平坦化された
   後であって且つ主界磁部に巻き付けられる前にワイヤに
   逆の曲げが与えられる特許請求の範囲第１項に記載の発
   電電動機。
5. （５）発電電動機のための少なくとも一対の磁極を有す
   る回転する主磁界部において、各磁極は、その側部に沿
   って形成されたトラフを有し、更に、各磁極は、上記ト
   ラフに布設するように上記磁極の周りに巻かれた複数の
   ワイヤ巻回より成る界磁コイルを有し、上記ワイヤは、
   断面の丸いワイヤを上記磁極に巻き付ける前に平坦化し
   たものであることを特徴とする回転する主界磁部。
6. （６）上記断面の丸いワイヤは、一対の非駆動ピンチロ
   ーラ間で引っ張ることにより平坦化される特許請求の範
   囲第５項に記載の回転する主界磁部。
7. （７）上記ワイヤは、上記トラフ内で精密に層に巻かれ
   、上記ワイヤは、各層がトラフの側面間の巾を実質的に
   満たすようなサイズにされ且つ平坦化され、次々の層は
   、その手前の層の巻回と実質的に整列された巻回を有す
   る特許請求の範囲第６項に記載の回転する主界磁部。
8. （８）発電電動機のための主界磁コイルを巻いていく方
   法において、断面が丸いワイヤを一対の非駆動ローラを
   通して引っ張ることにより平坦化し、この平坦化したワ
   イヤを上記主界磁コイルの磁極の周りに巻き付けるとい
   う段階を具備したことを特徴とする方法。
9. （９）ワイヤを磁極に巻き付ける前に、張力をかけて複
   数のプーリに通すことによりワイヤに逆の曲げを与える
   段階を更に具備した特許請求の範囲第８項に記載の方法
   。
10. （１０）断面の丸いワイヤをワイヤリールから平らなロ
    ーラへと引き出す段階を更に具備し、上記巻き付け段階
    は、平坦化されたワイヤを磁極の周りに精密に巻き付け
    ることを含む特許請求の範囲第９項に記載の方法。