ラップ巻きとウェーブ巻きの違い

絶縁導体がアーマチュアのスロット内に組み込まれたものはアーマチュア巻線と呼ばれます。この重要なコンポーネントは、電力変換が行われる場所です。発電機では、アーマチュア巻線は機械的な力を電気エネルギーに変換する役割を果たします。一方、電動機では、電気エネルギーを機械的な力に変換し、両方の電気機器の動作において中心的な役割を果たします。

アーマチュア巻線は主に2つの異なるタイプに分類されます：ラップ巻線とウェーブ巻線。これら2つの間の最も顕著な違いはコイル端子の接続方法にあります。ラップ巻線では、各コイルの端子は隣接するコムセグメントに接続されます。一方、ウェーブ巻線では、アーマチュアコイルの端子は互いに離れたコムセグメントに接続されます。

内容：ラップ巻線対ウェーブ巻線

• 比較チャート

• 定義

• 主要な違い

比較チャート

ラップ巻線の定義

ラップ巻線では、連続するコイルが重なるように配置されます。一つのコイルの終端は特定のコムセグメントに接続され、次のコイルの始端（隣接する磁極の影響下にある反対の極性を持つ）も同じコムセグメントに接続されます。この構成は並列パス構造を作り出し、各コイルの接続が隣接するセグメントに「戻る」ため、「ラップ巻線」と呼ばれています。この配置により複数の並列電流パスが可能となり、高電流容量と低電圧出力が必要な用途に適しています。

ラップ巻線の構成

ラップ巻線では、導体が相互に接続され、並列パス（a）の数が機械の極（P）の数に対応します。P個の極とZ個のアーマチュア導体を持つ機械の場合、P個の並列パスがあり、それぞれZ/P個の導体が直列に接続されます。必要なブラシの数は並列パスの数と同じで、その半分が正極端子、残りの半分が負極端子となります。

ラップ巻線はさらに2つのサブタイプに分類されます：

• シンプレックスラップ巻線：a = Pであり、並列パスの数が極の数と同じです。

• デュプレックスラップ巻線：a = 2Pであり、並列パスの数が極の数の2倍です。

ウェーブ巻線の定義

ウェーブ巻線では、一つのコイルの一端が同じ磁極を持つ別のコイルの始端に接続されます。この配置は連続的で波のようなパターンを作り出し、巻線の名前が付けられています。ウェーブ巻線の導体は2つの並列パスに分割され、それぞれZ/2個の導体が直列に接続されます。したがって、ウェーブ巻線は2つのブラシ（正極と負極）のみが必要で、これは2つの並列パスに対応しています。

この構成により、ウェーブ巻線は高電圧、低電流の用途に特に適しており、導体の直列接続により誘導電圧が増加し、並列パスを通じて管理可能な電流を維持することができます。

ラップ巻線とウェーブ巻線の主要な違い

コイルの配置

ラップ巻線では、各コイルが次のコイルに重なり合うように配置され、オーバーラップパターンを作ります。一方、ウェーブ巻線では、コイルが波状に接続され、特徴的な連続的な形状を作ります。

コムセグメントへの接続

ラップ巻線では、アーマチュアコイルの端子は隣接するコムセグメントに接続されます。一方、ウェーブ巻線では、アーマチュアコイルの端子は互いに離れたコムセグメントに接続され、異なる電気接続パターンを作ります。

並列パスの数

ラップ巻線では、並列パスの数は機械の極の総数と等しくなります。例えば、機械がP個の極を持つ場合、P個の並列パスがあります。ウェーブ巻線では、極の数に関係なく、並列パスの数は常に2つです。

接続タイプ

ラップ巻線は、並列に接続されたコイルにより複数の電流パスを持ち、平行巻線とも呼ばれます。一方、ウェーブ巻線では、コイルが直列に接続され、シリーズ巻線とも呼ばれます。この接続タイプの違いは、両巻線方法の電気特性に大きな影響を与えます。

起電力（EMF）

ラップ巻線で生成されるEMFは、ウェーブ巻線と比較して一般的に低いです。これは異なる電気構成と各巻線タイプの直列接続された導体の数による直接的な結果です。

追加部品の必要性

ラップ巻線では、より良い整流のためにイコライザーが必要なことが多いです。これはコイル内で誘導された交流（AC）を出力での直流（DC）に変換するプロセスです。一方、ウェーブ巻線では、アーマチュアの機械的なバランスを確保するためにダミーコイルが必要です。これにより、機械の滑らかな動作が保証されます。

ブラシの数

ラップ巻線では、ブラシの数は並列パスの数と同じで、極の数によって変動します。ウェーブ巻線では、ブラシの数は常に2つで、2つの並列パスに対応しています。

効率

ウェーブ巻線は通常、ラップ巻線よりも高い効率を示します。これは、電気損失が少ないことや、ウェーブ巻線の直列接続されたコイルにおけるより最適化された電流流れパターンによるものです。

サブタイプ

ラップ巻線にはシンプレックスとデュプレックスなどのサブタイプがあります。シンプレックス巻線では並列パスの数が極の数と同じですが、デュプレックス巻線では並列パスの数が極の数の2倍です。一方、ウェーブ巻線には進行型と逆行型などのサブタイプがあり、これらの違いは波状パターンでのコイル接続の方向によって決まります。

コスト

ラップ巻線のコストは一般にウェーブ巻線よりも高いです。これは、ラップ巻線が並列コイル構成のためにより多くの導体を必要とするためであり、それに伴う追加の接続と部品が必要となるからです。

適用範囲

ラップ巻線は低電圧、高電流の電気機器、例えばバッテリー充電用の大規模な直流発電機や一部の電気牽引モーターなどに広く使用されます。一方、ウェーブ巻線は高電圧、低電流の機器、例えば送電システムで使用される特定の直流発電機などに適しています。

ウェーブ巻線では、ダミーコイルは単にアーマチュアの機械的なバランスを提供するために組み込まれており、機械の滑らかかつ安定した動作を確保します。アクティブコイルとは異なり、ダミーコイルは電気回路に参加せず、コムセグメントにも接続されず、起電力（EMF）を生成することはありません。その主な機能は、巻線構成によって引き起こされる不均衡を相殺することです。通常、コイルの数が極ピッチと完全に一致しない場合、アーマチュアコアに未使用のスロットが生じます。これらのスロットにダミーコイルを挿入することで、アーマチュアの回転対称性が維持され、動作中の振動と摩耗が最小限に抑えられます。