JP2008283737A - 突極型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、大掛かりな手段を用いずに、コイルブラケットの押圧面と接触する界磁コイルの温度上昇を抑制し得る突極型回転電機を提供することにある。
【解決手段】本発明は、コイルブラケット８の界磁コイル５に対向する面に、界磁コイル５の積層方向に沿って通風溝１１Ａ，１１Ｂを形成すると共に、この通風溝１１Ａ，１１Ｂ内に突極型回転子の回転に伴って冷却風を流通させる自己通風手段を設けたのである。
このように構成することで、本来の軸方向に流通させていた冷却風による冷却に頼らず独自に冷却を行うことができ、その結果、大掛かりな手段を用いずにコイルブラケット８の押圧面１０と接触する界磁コイル５の温度上昇を抑制することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は突極型回転子を備えた発電機や電動機等の突極型回転電機に係り、特に、隣接する界磁コイルを押える共通のコイルブラケットを備えた突極型回転電機に関する。

突極型回転電機の隣接する界磁コイルを共通のコイルブラケットで押える構成は、例えば特許文献１に示すように、既に周知である。そして、このコイルブラケットは、界磁コイルの絶縁物に応力が集中して損傷させることがないように、軸方向に特定の寸法を有する押圧面が形成されている。

特開平７−１６３０７８号公報

上記特許文献１に開示されている技術によれば、軸方向に特定の寸法を有する押圧面が形成されたコイルブラケットを用いているので、このコイルブラケットの押圧面と接する界磁コイルが冷却されず、周辺に較べて温度が高くなる問題がある。このように、界磁コイルの一部に温度が高い部分があると、そこの温度を基準に界磁コイルの絶縁物の耐熱温度が設計されるので、機器の小型化あるいは大容量化を妨げることになる。

本発明の目的は、大掛かりな手段を用いずに、コイルブラケットの押圧面と接触する界磁コイルの温度上昇を抑制し得る突極型回転電機を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、コイルブラケットの界磁コイルに対向する面に、界磁コイルの積層方向に沿って通風溝を形成すると共に、この通風溝内に突極型回転子の回転に伴って冷却風を流通させる自己通風手段を構成したのである。

このように、コイルブラケットに形成した通風溝内に自己通風手段による冷却風を流通させることで、本来の軸方向に流通させていた冷却風による冷却に頼らず独自に冷却を行うことができ、その結果、大掛かりな手段を用いずにコイルブラケットの押圧面と接触する界磁コイルの温度上昇を抑制することができる。

以上説明したように本発明によれば、大掛かりな手段を用いずに、コイルブラケットの押圧面と接触する界磁コイルの温度上昇を抑制し得る突極型回転電機を得ることができる。

以下本発明による突極型回転電機の第１の実施の形態を、図１〜図４に基づいて説明する。

突極型回転電機は、大きくは、回転軸１と、この回転軸１の外周に形成された回転子２と、この回転子２の外周に隙間を介して設置された固定子６と、前記回転軸１の回転子２を挟む位置に設けられた軸流ファン７Ａ，７Ｂとを備えている。

前記回転子２は、前記回転軸１と一体的あるいは別体的に形成された継鉄部３と、この継鉄部３の外周に鳩尾状結合等で取付けられ外周部に磁極頭部４Ｈを形成した突極鉄心４と、この突極鉄心４に装着された界磁コイル５とを有する。そして、突極鉄心４は、珪素鋼板を積層して構成されており、継鉄部３に対して周方向に等間隔となるように複数取付けられている。界磁コイル５は、素線絶縁された平角導体を幅曲げ法によって螺旋状に巻回されて積層されており、巻回積層した状態で突極鉄心４に装着することで、突極磁極を形成している。また、固定子６は、詳細は省略するも、環状に形成された固定子（電機子）鉄心と、この固定子鉄心に装着された固定子（電機子）コイルとから構成されている。

さらに、以上のように構成された突極型回転電機の隣接する界磁コイル５を、共通のコイルブラケット８を継鉄部３にボルト９で締結することで、押えている。

このコイルブラケット８は、隣接する界磁コイル５と対向するように、ほぼ逆台形状に形成されており、その中心部には前記ボルト９を遊貫するボルト孔８Ｂが設けられている。また、界磁コイル５の絶縁物に応力が集中して損傷させることがないように、軸方向に特定の寸法を有する押圧面１０が前記ボルト孔８Ｂを挟んだ両側に形成されており、これら両側の押圧面１０に、押圧面１０の傾斜と同じ傾斜で、云い代えれば、前記界磁コイル５の平角導体積層方向に沿って一対の通風溝１１Ａ，１１Ｂが形成されている。

このように形成されたコイルブラケット８を隣接界磁コイル５間に跨るように接触させ、ボルト９で締結することで、界磁コイル５の変位を抑制することができる。

ところで、図４に示すように、回転子２が矢印Ｒ方向に回転すると、回転子２から見た空気の相対的な流れは、矢印ａ，ｂで示すように、回転子の回転方向とは逆方向になる。この場合、固定子６の内周面の曲率半径に対して磁極鉄心４の磁極頭部４Ｈの曲率半径を小さくなるように形成することで、これら曲率半径の差異から、磁極頭部４Ｈの回転方向後端側、云い代えれば、コイルブラケット８の回転方向前端側の空間では、空気流の剥離による死水領域が生じて圧力が低下して低圧部が形成され、磁極頭部４Ｈの回転方向前端側、云い代えれば、コイルブラケット８の回転方向後端側の空間では、空気流が行き先を狭められて動圧が静圧に変換されるので圧力が上昇して高圧部が形成される。

このように、コイルブラケット８の回転方向前端側の低圧部と回転方向後端側の高圧部との空気流の圧力差を利用し、これら低圧部と高圧部に通風溝１１Ａ，１１Ｂの開口を望ませることで、コイルブラケット８の回転方向前端側の低圧部に開口する通風溝１１Ｂには矢印に示すように内径側から外径側に流れる空気流が発生し、コイルブラケット８の回転方向後端側の高圧部に開口する通風溝１１Ａには矢印に示すように外径側から内径側に流れる逆方向の空気流が発生する。

その結果、界磁コイル５の通風溝１１Ａ，１１Ｂに面する部分は効率よく冷却されるので、界磁コイル５の通風溝がない押圧面１０と接触する部分との温度勾配が大きくなり、界磁コイル５の押圧面１０と接触する部分からの熱を通風溝１１Ａ，１１Ｂ側に効率よく伝達して冷却することができる。

このように本実施の形態によれば、大掛かりな手段を用いずに、コイルブラケット８の押圧面１０と接触する界磁コイル５の温度上昇を抑制することができる。

以上のように、固定子６の内周面の曲率半径に対して磁極鉄心４の磁極頭部４Ｈの曲率半径を小さく形成して通風溝１１Ａ，１１Ｂ内に互いに逆向きの冷却風を流す構成が、本発明による自己通風手段となる。

ところで、前記実施の形態は、軸流ファン７Ａ，７Ｂによる冷却風が継鉄部３と界磁コイル５とコイルブラケット８で囲まれた空間Ａに流入し、軸方向に設置した複数のコイルブラケット８間から外径方向に流通させることで、コイルブラケット８が設置されていない部分の界磁コイル５の表面を冷却している。

しかし、この軸方向の冷却風の流れが、通風溝１１Ａ，１１Ｂを流通する冷却風を乱して冷却効率を低下させることも考えられる。

そこで、図５及び図６のコイルブラケット８の第１変形例に示すように、前記通風溝１１Ａ，１１Ｂの内径側に連通溝１１Ｃを形成し、この連通溝１１Ｃを隔離部材１２で覆って前記空間Ａ内を軸方向に流通する冷却風と隔離し、通風溝１１Ａ，１１Ｂ内を流通する冷却風への軸方向冷却風の混入を防止するようにしたのである。尚、図１〜図４と同一符号は同一構成部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。

本変形例によれば、軸方向に流通する冷却風の混入を防止することで、通風溝１１Ａ，１１Ｂ内を流通する冷却風は乱れが生じることなく、安定した冷却を行うことができる。

尚、上記第１の変形例は、コイルブラケット８以外に隔離部材１２を必要とするために、部品数が増える問題がある。このように僅かでも部品数が増えるのを嫌う場合、図７に示す第２の変形例のように構成すればよい。図７において、図５及び図６と同一符号は同一構成部品を示すので、再度の説明は省略する。

即ち、通風溝１１Ａ，１１Ｂの内径側を貫通させずに連通孔１３で連通して、通風溝１１Ａ，１１Ｂ内の冷却風が、矢印で示すように、互いに逆向きに流れるようにしたもので、第１の変形例と同じ効果を奏することができる。

図８は、本発明による突極型回転電機の第２の実施の形態を示すもので、基本構成は第１の実施の形態と同じであるので、要部のみ説明する。

本実施の形態においては、通風溝１１Ａ，１１Ｂの外径側の開口近傍にフローガイド１４Ａ，１４Ｂを設けると共に、このフローガイド１４Ａ，１４Ｂを固定子６内径側に接近させて固定子６との隙間を、磁極鉄心４の磁極頭部４Ｈの周方向両端部における固定子６との隙間よりも狭くしたのである。

このように構成することで、自己通風手段が構成される。即ち、磁極頭部４Ｈの回転方向後端側を通過した冷却風（矢印ａ）は、通風溝１１Ｂ側のフローガイド１４Ｂによって方向を通溝１１Ｂ側に変更されると共に、フローガイド１４Ｂによって固定子６との間の通路を狭められているので圧力が上昇して高圧部が形成され、その結果、通風溝１１Ｂ内に空気流が強制的に導入され内径側に向って流れる。他方、通風溝１１Ａ側のフローガイド１４Ａと固定子６との隙間を通ってきた冷却風（矢印ｂ）は通路を急に拡張されるので、流れが剥離して通風溝１１Ａの外径側開口近傍の圧力が低下して低圧部が形成される。このために、回転方向後端側となる通風溝１１Ａ内の冷却風は、矢印で示すように、通風溝１１Ｂ内の冷却風とは逆向きの外径方向に流れる。ここで、前記フローガイド１１Ａが本発明の低圧発生部材となり、フローガイド１１Ｂが本発明の高圧発生部材となる。

このように、本実施の形態によれば、第１の実施の形態とは逆向きの冷却風の流れが通風溝１１Ａ，１１Ｂ内に発生するが、冷却風の流れによる効果は第１の実施の形態と同じである。

図９は、突極磁極数が多数設置されている本発明による突極型回転電機の第３の実施の形態を示すものであり、前記実施の形態と同符号は同一構成部品を示すので、再度の説明は省略する。

突極磁極数が多数設置されている突極型回転電機においては、隣接する突極磁極間隔が狭くなり、当然ながら隣接界磁コイル５の間隔も狭くなるので、コイルブラケット８は、押圧面１０で挟まれた角度も狭くなる。したがって、そこに形成された通風溝１１Ａ，１１Ｂは、回転子２の半径方向に接近する傾斜となる。その結果、通風溝１１Ａ，１１Ｂ内の冷却風に作用する遠心力成分が大きくなり、たとえ、第１及び第２の実施の形態に示す自己通風手段を講じたとしても、通風溝１１Ａ，１１Ｂ内を内径側に流れる冷却風に打ち勝って冷却風を外径側に流す。

そのために、通風溝１１Ａ，１１Ｂ内の冷却風は、共に内径側から外径方向に向って流れる。しかしながら、通風溝１１Ａ，１１Ｂ内に冷却風の流れを生じさせることができるので、コイルブラケット８に接する界磁コイル５の温度上昇を抑えることができる。このように、通風溝１１Ａ，１１Ｂの傾斜を半径方向に近付けることで、自己通風手段が構成される。

ところで以上の各説明は、コイルブラケット８の一押圧面１０に対して一つの通風溝１１Ａ又は１１Ｂを設けたものであるが、一押圧面１０に対して複数の通風溝を形成してもよい。その場合には、押圧面１０による応力が界磁コイル５に集中しないように必要最小限の押圧面積を確保する必要がある。

また、一押圧面１０に対して一つの通風溝１１Ａ又は１１Ｂを設けたコイルブラケット８と、一押圧面１０に対して複数の通風溝を形成したコイルブラケットとを混在させて用いてもよい。例えば、軸流ファン７Ａ，７Ｂに接近するコイルブラケット８には一押圧面１０に対して一つの通風溝１１Ａ又は１１Ｂを設け、軸流ファン７Ａ，７Ｂから離れた位置に設置されるコイルブラケットには一押圧面１０に対して複数の通風溝を形成して冷却バランスを均一化するようにすることが望ましい。

本発明による突極型回転電機の第１の実施の形態を示す概略側面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。 図２のＰ部のコイルブラケットを示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は底面図。 図２のＰ部の拡大図。 コイルブラケットの第１の変形例を示す図４相当図。 図５のコイルブラケットと隔離部材を示す縦断側面図。 コイルブラケットの第２の変形例を示す図６相当図。 本発明による突極型回転電機の第２の実施の形態を示図４相当図。 本発明による突極型回転電機の第３の実施の形態を示図４相当図。

符号の説明

１…回転軸、２…回転子、３…継鉄部、４…突極鉄心、４Ｈ…磁極頭部、５…界磁コイル、６…固定子、７Ａ，７Ｂ…軸流ファン、８…コイルブラケット、９…ボルト、１０…押圧面、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ…通風溝、１２…隔離部材、１３…通風孔、１４Ａ，１４Ｂ…フローガイド。

Claims (11)

1. 回転軸の周囲に形成された継鉄部に固定された複数の突極鉄心と、これら突極鉄心に夫々装着された界磁コイルと、これら界磁コイルの隣接する対向面を押える共通のコイルブラケットとを備えた突極型回転子を備え、この突極型回転子の外周に隙間を介して設置された固定子とを有する突極型回転電機において、前記コイルブラケットと前記界磁コイル間に、前記突極型回転子の回転に伴って界磁コイルの積層方向に冷却風を流通させる自己通風手段を構成したことを特徴とする突極型回転電機。
2. 回転軸の周囲に形成された継鉄部に固定された複数の突極鉄心と、これら突極鉄心に夫々装着された界磁コイルと、これら界磁コイルの隣接する対向面を押える共通のコイルブラケットとを備えた突極型回転子を備え、この突極型回転子の外周に隙間を介して設置された固定子とを有する突極型回転電機において、前記コイルブラケットの前記界磁コイルに対向する面に、界磁コイルの積層方向に沿って一対の通風溝を形成すると共に、この通風溝内に前記突極型回転子の回転に伴って冷却風を流通させる自己通風手段を構成したことを特徴とする突極型回転電機。
3. 前記自己通風手段は、遠心力作用によって冷却風を内径側から外径側に流通させる手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の突極型回転電機。
4. 回転軸の周囲に形成された継鉄部に固定された複数の突極鉄心と、これら突極鉄心に夫々装着された界磁コイルと、これら界磁コイルの隣接する対向面を押える共通のコイルブラケットとを備えた突極型回転子を備え、この突極型回転子の外周に隙間を介して設置された固定子とを有する突極型回転電機において、前記コイルブラケットの前記界磁コイルに対向する両面に、夫々界磁コイルの積層方向に沿って一対の通風溝を形成すると共に、これら一対の通風溝内に前記突極型回転子の回転に伴って冷却風を互いに逆向きに流通させる自己通風手段を構成したことを特徴とする突極型回転電機。
5. 回転軸の周囲に形成された継鉄部に固定された複数の突極鉄心と、これら突極鉄心に夫々装着された界磁コイルと、これら界磁コイルの隣接する対向面を押える共通のコイルブラケットとを備えた突極型回転子を備え、この突極型回転子の外周に隙間を介して設置された固定子とを有する突極型回転電機において、前記コイルブラケットの前記界磁コイルに対向する両面に、夫々界磁コイルの積層方向に沿って一対の通風溝を形成すると共に、これら一対の通風溝の内径側を軸方向に流通する冷却風から隔離する隔離部材を設け、かつ、前記一対の通風溝内に前記突極型回転子の回転に伴って冷却風を互いに逆向きに流通させる自己通風手段を構成したことを特徴とする突極型回転電機。
6. 前記自己通風手段は、前記コイルブラケットの回転方向前端側に生じる低圧部と回転方向後端側に生じる高圧部による差圧を利用して前記一対の通風溝内に冷却風を互いに逆向きに流通させる手段であることを特徴とする請求項４又は５記載の突極型回転電機。
7. 前記自己通風手段は、前記コイルブラケットの外周側で回転方向前端側に高圧発生部材を設けると共に、回転方向後端側に低圧発生部材を設けて前記一対の通風溝内に冷却風を互いに逆向きに流通させるように構成したことを特徴とする請求項４又は５記載の突極型回転電機。
8. 前記コイルブラケットに設けた通風溝は、軸方向に複数設けられていることを特徴とする請求項２，３，４，５，６又は７記載の突極型回転電機。
9. 前記コイルブラケットは、軸方向に複数設けられており、これらのコイルブラケットには前記通風溝が軸方向に複数設けられていることを特徴とする請求項２，３，４，５，６又は７記載の突極型回転電機。
10. 前記コイルブラケットは、軸方向に複数設けられており、これらのコイルブラケットには、前記通風溝が軸方向に複数設けられているコイルブラケットが混在していることを特徴とする請求項２，３，４，５，６又は７記載の突極型回転電機。
11. 前記複数の通風溝が設けられたコイルブラケットは、軸方向に流通する冷却風の供給側から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項１０記載の突極型回転電機。

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