JP2017050926A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル押さえ部材の剛性を確保しつつ、界磁巻線に対する冷却効果を向上させることができる回転電機を提供する。【解決手段】円筒状をなす固定子１１と、固定子１１の径方向内側において回転可能に支持され、径方向外側に向けて突出した複数の突部２２ａが周方向に沿って配置される磁極鉄心２２と、突部２２ａの外周部に巻き付けられる界磁巻線２４と、周方向において隣接した界磁巻線２４間に設けられ、それらの界磁巻線２４を周方向外側から押さえ付けるコイル押さえ部材３０と、コイル押さえ部材３０を径方向に貫通し、当該コイル押さえ部材３０を径方向内側に向けて締め付け固定するボルト４２が挿入されるボルト孔３２と、コイル押さえ部材３０を軸方向に貫通すると共に、幅方向外側端部３１とボルト孔３２との間に形成される通風孔３３とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、磁極鉄心に巻き付けられた界磁巻線に対する冷却効果を向上させるようにした回転電機に関する。

従来から、回転電機の１つとして、突極形回転子構造を備えた回転電機が提供されている。このような、回転電機の突極形回転子構造においては、回転子の中心部を構成する磁極鉄心の外周部に、径方向外側に向けて突出する突部を、周方向において一定の間隔で複数配置し、それらの突部に界磁巻線を巻き付けるようにしている。

このとき、周方向において隣接した界磁巻線間には、コイル押さえ部材が介在されている。このコイル押さえ部材は、幅方向両端部が各界磁巻線の側面（外周面）に対接した状態で、磁極鉄心に対して、ボルトによって締め付け固定されている。これにより、隣接した界磁巻線の各側面は、コイル押さえ部材によって、周方向外側から押さえ付けられることになるため、回転子の回転によって、界磁巻線に遠心力が作用しても、当該界磁巻線の変形（巻きずれ）を防止することができる。

また、周方向において隣接した界磁巻線間（突部間）の空間は、回転子の回転時において、冷却風を軸方向に流すための通風路となっている。そして、界磁巻線間に形成される通風路内に冷却風を流すことにより、その冷却風が界磁巻線の側面に接触するため、励磁電流が流されることによって発熱した界磁巻線を、冷却することができる。

しかしながら、冷却風が通り抜ける通風路内には、コイル押さえ部材が設けられているため、このコイル押さえ部材は、通風路内を流れる冷却風の抵抗となってしまう。この結果、界磁巻線に対する冷却効果を低下させてしまうおそれがある。

そこで、従来の回転電機においては、コイル押さえ部材に、当該コイル押さえ部材を軸方向に貫通する通風孔を形成するようにしていた。これにより、コイル押さえ部材を通風路内に配置しても、冷却風がその通風孔を通り抜けることができるため、界磁巻線に対する冷却効果を向上させることができる。

そして、上述したような、従来の回転電機としては、例えば、特許文献１，２に開示されている。

特開２００２−５８１８８号公報 実開昭５７−３１０５３号公報

ここで、上記従来の回転電機においては、通風孔がコイル押さえ部材全体に対して、非常に大きな貫通孔となっているため、コイル押さえ部材における剛性の低下を招いてしまう。これにより、コイル押さえ部材をボルトによって固定する際に、そのボルトの締め付け力の大きさによっては、コイル押さえ部材が、変形したり、破損したりするおそれがある。これに対して、コイル押さえ部材の剛性に応じて、ボルトの締め付け力を小さくすると、界磁巻線をコイル押さえ部材によって十分に押さえ付けることができないため、回転子の回転時において、界磁巻線が変形してしまうおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、コイル押さえ部材の剛性を確保しつつ、界磁巻線に対する冷却効果を向上させることができる回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る回転電機は、
筒状をなす固定子と、
前記固定子の径方向内側において回転可能に支持され、径方向外側に向けて突出した複数の突部が、周方向に沿って配置される磁極鉄心と、
前記突部の外周部に巻き付けられる界磁巻線と、
周方向において隣接した前記界磁巻線間に設けられ、それらの前記界磁巻線を周方向外側から幅方向外側端部によってそれぞれ押さえ付けるコイル押さえ部材と、
前記コイル押さえ部材を径方向に貫通し、前記コイル押さえ部材を径方向内側に向けて締め付け固定するボルトが挿入されるボルト孔と、
前記コイル押さえ部材を軸方向に貫通すると共に、前記幅方向外側端部と前記ボルト孔との間に形成される通風孔とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る回転電機は、
前記通風孔は、前記ボルト孔の幅方向両側に配置される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る回転電機は、
前記通風孔は、径方向外側から径方向内側に向かうに従って、漸次小さくなる
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る回転電機によれば、コイル押さえ部材において、その幅方向外側端部とボルト孔との間に、軸方向に貫通する通風孔を形成することにより、コイル押さえ部材の剛性を確保しつつ、界磁巻線に対する冷却効果を向上させることができる。

本発明に係る回転電機を軸方向外側から見た正面図である。 図１のＡ矢視図である。 図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。

以下、本発明に係る回転電機について、図面を用いて詳細に説明する。なお、図２及び図３に示した２点鎖線の矢印は、冷却風の流れを示している。

図１に示すように、回転電機１には、筒状をなす固定子１１と、この固定子１１の径方向内側に配置される突極形回転子１２とが、設けられている。固定子１１は、図示しないフレームに固定されている。一方、突極形回転子１２は、軸方向両端部が軸受を介して前記フレームに回転可能に支持されており、回転軸２１、磁極鉄心２２、磁極頭部２３、及び、界磁巻線（コイル）２４等から構成されている。

つまり、突極形回転子１２は、回転軸２１を回転中心として、回転するものとなっており、その回転軸２１は、磁極鉄心２２の中心孔に嵌め込まれている。

また、磁極鉄心２２は、回転軸方向と直交する横断面が十字状となるように加工されている。これにより、磁極鉄心２２の外周部には、複数の（４つ）の突部２２ａが、径方向外側に向けて突出すると共に、周方向において等角度間隔で配置されている。そして、それらの突部２２ａは、磁極鉄心２２の軸方向全域に亘って軸方向に延在しており、当該突部２２ａの軸方向長さは、固定子１１の軸方向長さと同じ長さになっている。

更に、突部２２ａの外周部には、界磁巻線２４が巻き付けられている。これに対して、突部２２ａの径方向外側端面（頂面）には、磁極頭部２３がボルトによって固定されている。この磁極頭部２３の径方向外側端面（頂面）は、円弧状をなしており、固定子１１の内周面と径方向において対向している。

そして、磁極頭部２３の外周部は、突部２２ａの外周面よりも軸方向外側及び周方向外側に向けて張り出しており、その張り出した部分は、界磁巻線２４の巻軸方向外側端面２４ａを径方向外側から覆うように、これと接触している。つまり、磁極頭部２３は、突部２２ａに巻き付けられた界磁巻線２４を、径方向外側から径方向内側に向けて押さえ付けており、界磁巻線２４が、突極形回転子１２の回転による遠心力によって、突部２２ａから径方向外側に向けて逸脱することを、防止している。

以上より、磁極鉄心２２の突部２２ａ、磁極頭部２３、及び、界磁巻線２４によって、磁極２５が形成されることになり、筒状に巻かれた界磁巻線２４に励磁電流を流すことによって、当該界磁巻線２４の内側に磁界が発生する。そして、固定子１１側において発生した磁界（回転磁界）と、突極形回転子１２側において発生した上記磁界との間における、反発力及び吸引力を利用することにより、突極形回転子１２を固定子１１に対して回転させることができる。

ここで、図１乃至図３に示すように、周方向において隣接した界磁巻線２４間には、複数のコイル押さえ部材３０が、軸方向に沿って設けられている。このコイル押さえ部材３０の幅方向外側端部（周方向外側端部）３１は、界磁巻線２４の側面（外周面）２４ｂと対向しており、幅方向外側端部３１と側面２４ｂとの間には、絶縁板４１が介在されている。

また、コイル押さえ部材３０の幅方向中央部には、２つのボルト孔３２が軸方向に沿って配置されており、これらのボルト孔３２は、コイル押さえ部材３０を径方向に貫通している。そして、ボルト孔３２には、ボルト４２が、径方向外側から径方向内側に向けて挿入されており、そのボルト孔３２に挿入されたボルト４２の先端は、磁極鉄心２２に挿入されている。

つまり、コイル押さえ部材３０は、幅方向外側端部３１が、周方向において隣接した界磁巻線２４の各側面２４ｂに対向した状態で、ボルト４２によって径方向外側から径方向内側に向けて締め付け固定されている。このように、楔状をなすコイル押さえ部材３０をボルト４２によって磁極鉄心２２に固定すると、ボルト４２の締め付け力は、コイル押さえ部材３０に作用した後、周方向において隣接した各側面２４ｂに対して、押圧力として働く。即ち、周方向において隣接した各側面２４ｂは、幅方向外側端部３１によって、周方向外側から押さえ付けられる。

これにより、回転軸２１の回転によって、界磁巻線２４に遠心力が作用しても、その界磁巻線２４の側面２４ｂは、コイル押さえ部材３０によって押さえ付けられているため、上記遠心力の分力による界磁巻線２４の変形（巻きずれ）を防止することができる。

更に、コイル押さえ部材３０の幅方向両側部には、三角状に開口する通風孔３３が形成されている。これらの通風孔３３は、コイル押さえ部材３０を軸方向に貫通すると共に、幅方向外側端部３１とボルト孔３２との間に形成されている。即ち、通風孔３３は、ボルト孔３２を幅方向両側（周方向両側）から挟み込むように配置されており、そのボルト孔３２とは接触することなく、コイル押さえ部材３０を軸方向に貫通している。

このとき、通風孔３３においては、その孔形状（開口形状）を、径方向外側から径方向内側に向かうに従って、漸次小さくすることにより、通風孔３３における界磁巻線２４の側面２４ｂに対する対向面積を可能な限り大きくしている。なお、通風孔３３の孔形状を、三角形としているが、矩形や台形としても構わない。

このように、通風孔３３を、ボルト孔３２に接触させることなく、形成することにより、コイル押さえ部材３０における剛性の低下を防止することができる。また、通風孔３３を軸方向に形成することにより、複数のコイル押さえ部材３０を、周方向において隣接した界磁巻線２４間に、軸方向に沿って設けるようにしても、冷却風を、それらの界磁巻線２４間において、コイル押さえ部材３０の通風孔３３を通過させながら、軸方向に流すことができる。これにより、冷却風を界磁巻線２４の側面に接触させることができるため、励磁電流が流されることによって発熱した界磁巻線２４を、冷却することができる。

以上より、界磁巻線２４に励磁電流が流されると、突極形回転子１２が固定子１１に対して回転することになり、これに伴って、回転軸２１の軸方向一方側端部にこれと同軸状に設けられたファン（図示省略）が、その回転軸２１の回転と共に回転駆動する。これにより、ファンの回転によって発生した冷却風は、周方向において隣接した界磁巻線２４間に対して、軸方向一方側から進入する。

次いで、周方向において隣接した界磁巻線２４間に進入した冷却風は、それらの間を軸方向他方側に向けて流れる。このとき、周方向において隣接した各界磁巻線２４間には、複数のコイル押さえ部材３０が、それぞれ配置されているが、それらのコイル押さえ部材３０に、軸方向に貫通する通風孔３３を形成させているため、冷却風は、それらの通風孔３３を通過して、軸方向他方側に向けて流れる。これにより、冷却風に対するコイル押さえ部材３０の抵抗を抑制することができるので、界磁巻線２４の側面２４ｂには、多量の冷却風が接触することになり、当該界磁巻線２４は十分に冷却される。

なお、上述した実施形態においては、周方向において隣接した界磁巻線２４間に、複数のコイル押さえ部材３０を設けるようにしているが、コイル押さえ部材３０を設ける際には、軸方向に貫通する通風孔３３がボルト孔３２に接触していなければ良く、コイル押さえ部材３０の数量や、通風孔３３の数量、孔形状、孔位置については、冷却風の流速や流量、界磁巻線２４の巻数（側面の面積）や軸方向長さに応じて、適宜設定すれば良い。

従って、本発明に係る回転電機１によれば、周方向において隣接した界磁巻線２４を押さえ付けるコイル押さえ部材３０に、軸方向に貫通する通風孔３３を、ボルト孔３２に接触させることなく、形成するようにしている。これにより、コイル押さえ部材３０における剛性の低下を防止することができる。また、周方向において隣接した界磁巻線２４間に供給した冷却風を、界磁巻線２４の側面２４ｂに対して、十分に接触させることができる。よって、コイル押さえ部材３０の剛性を確保しつつ、界磁巻線２４に対する冷却効果を向上させることができる。

そして、通風孔３３を、ボルト孔３２の幅方向両側に配置すると共に、径方向外側から径方向内側に向かうに従って漸次小さくすることにより、当該通風孔３３を、界磁巻線２４の側面２４ｂに沿って形成させることができる。これにより、通風孔３３における界磁巻線２４の側面２４ｂに対する対向面積を大きくすることができので、界磁巻線２４に対する冷却効果を更に向上させることができる。

１ 回転電機
１１ 固定子
１２ 突極形回転子
２１ 回転軸
２２ 磁極鉄心
２２ａ 突部
２３ 磁極頭部
２４ 界磁巻線
２４ａ 巻軸方向外側端面
２４ｂ 側面
２５ 磁極
３０ コイル押さえ部材
３１ 幅方向外側端部
３２ ボルト孔
３３ 通風孔
４１ 絶縁板
４２ ボルト

Claims (3)

1. 筒状をなす固定子と、
   前記固定子の径方向内側において回転可能に支持され、径方向外側に向けて突出した複数の突部が、周方向に沿って配置される磁極鉄心と、
   前記突部の外周部に巻き付けられる界磁巻線と、
   周方向において隣接した前記界磁巻線間に設けられ、それらの前記界磁巻線を周方向外側から幅方向外側端部によってそれぞれ押さえ付けるコイル押さえ部材と、
   前記コイル押さえ部材を径方向に貫通し、前記コイル押さえ部材を径方向内側に向けて締め付け固定するボルトが挿入されるボルト孔と、
   前記コイル押さえ部材を軸方向に貫通すると共に、前記幅方向外側端部と前記ボルト孔との間に形成される通風孔とを備える
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記通風孔は、前記ボルト孔の幅方向両側に配置される
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機において、
   前記通風孔は、径方向外側から径方向内側に向かうに従って、漸次小さくなる
   ことを特徴とする回転電機。

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