JP2015211486A - 突極形回転子および突極形回転子の製造方法 - Google Patents

突極形回転子および突極形回転子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】この発明は、簡易な構造で界磁巻線のコイルエンドが遠心力に耐える機械的強度と放熱性能を共に確保できる突極形回転子を提供することである。
【解決手段】界磁鉄心１の突極部に巻装された界磁巻線４のコイルエンド４ｂには冷却風の通路となる隙間４ｃが形成されており、界磁鉄心１を貫通してコイルエンド４ｂの外周側に設置された支持棒７に、絶縁部材８を介在させてコイルエンド４ｂを固縛したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば回転界磁形同期発電機などに使用される突極形回転子に関するものである。
一般に、回転界磁形同期発電機などに用いられる突極形回転子は、界磁鉄心の周方向に複数個配置された突極部に界磁巻線が巻装されており、界磁巻線を界磁電流により励磁した状態で例えばエンジン等の外部動力により回転する。このため界磁巻線は突極形回転子が回転した際に生じる外周方向の力（遠心力）を受ける。特に界磁鉄心の突極部の軸方向両端部から突出した界磁巻線のコイルエンドは、遠心力によって外周側に変形する方向の力を受ける。この遠心力によるコイルエンドの変形を抑制するため、コイルエンドの外周側に高剛性の支えを設ける必要がある。また、界磁巻線は界磁電流により発熱して温度が上昇する。界磁巻線の温度が上昇するとコイル抵抗の増加による機能の低下や絶縁素材の劣化による品質の低下が生じるため、製品の機能や品質に悪影響を及ぼすことになる。このため遠心力に耐える機械的強度と放熱性を両立する突極形回転子の界磁巻線のコイルエンド部分の構造が従来から考えられており、例えば、界磁鉄心にコイル支持バーを貫通固定して、該コイル支持バーに案内されて側面コ字形の巻線ガイド絶縁部材を装着して界磁コイルを巻回した後、さらに巻線ガイド絶縁部材を積み重ねて、界磁コイルに所定の間隔を持たせて分割巻きする構造が提案されている。（例えば、特許文献１）
実開平６−４１３６３号公報
従来の突極形回転子においては、巻線ガイド絶縁部材を積み重ねて界磁巻線のコイルエンドに所定の間隔を持たせて分割巻きする構造であるため、巻線ガイド絶縁部材のある部分での放熱面積が減少して界磁巻線の放熱性能が悪化する。このため、例えば発電機の出力が制限されるなど、性能や信頼性が低下してしまうという課題があった。また、巻線ガイド絶縁部材を複数個必要とするため、コストが上昇するものであった。
この発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、簡易な構造で界磁巻線のコイルエンドが遠心力に耐える機械的強度と放熱性能を共に確保できる突極形回転子を提供することを目的とする。
この発明に係る突極形回転子は、径方向に突出する胴部を有する突極部が周方向に複数個配置された界磁鉄心と、前記胴部に巻装されるとともに前記界磁鉄心の軸方向両端部から突出し冷却風の通路となる隙間が形成されたコイルエンドを有する界磁巻線とを備えた突極形回転子であって、前記界磁鉄心に支持されるとともに前記コイルエンドを外周側から支持する支持棒と、前記コイルエンドと前記支持棒との間に配置され前記支持棒に嵌め込まれる窪みを有した絶縁部材と、前記コイルエンドと前記支持棒および前記絶縁部材とを一体に固縛する絶縁性の固縛部材とを備えていることを特徴とするものである。
この発明の突極形回転子によれば、界磁鉄心に支持されるとともに冷却風の通路となる隙間が形成されたコイルエンドを外周側から支持する支持棒と、前記コイルエンドと前記支持棒との間に配置され前記支持棒に嵌め込まれる窪みを有した絶縁部材と、前記コイルエンドと前記支持棒および前記絶縁部材とを一体に固縛する絶縁性の固縛部材とを備えているため、コイルエンドに形成された冷却風の通路となる隙間を確保した状態で支持棒によりコイルエンドを支持できることとなり、簡易な構造で界磁巻線のコイルエンドが遠心力に耐える機械的強度と放熱性能を共に確保できる突極形回転子を得ることができる効果がある。
この発明の実施の形態１における突極形回転子の概略構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子を示す断面正面図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子を示す断面側面図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁鉄心の軸方向両端部に取り付けられる巻線ガイドを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の支持棒とコイルエンドとの間に配置される絶縁部材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンド部分を示す部分詳細図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンド部分を示す部分詳細図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンドの形成方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンドの形成方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンドの形成方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンドの形成方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンドの形成方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンドの形成方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の支持棒と絶縁部材の設置方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の支持棒と絶縁部材の設置方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１における突極形回転子の支持棒と絶縁部材の設置方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態２における突極形回転子の概略構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２における突極形回転子の巻線ガイドと絶縁部材を一体に形成した場合を示す内周側から見た斜視図である。 この発明の実施の形態２における突極形回転子の巻線ガイドと絶縁部材を一体に形成した場合を示す外周側から見た斜視図である。 この発明の実施の形態３における突極形回転子の概略構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３における突極形回転子の支持棒とコイルエンドとの間に配置される絶縁部材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４における突極形回転子の概略構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンド部分を示す部分詳細図である。 この発明の実施の形態４における突極形回転子の界磁鉄心の軸方向両端部に取り付けられる巻線ガイドを示す斜視図である。
以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における突極形回転子の概略構成を示す斜視図、図２はこの発明の実施の形態１における突極形回転子を示す断面正面図、図３はこの発明の実施の形態１における突極形回転子を示す断面側面図、図４はこの発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁鉄心の軸方向両端部に取り付けられる巻線ガイドを示す斜視図、図５はこの発明の実施の形態１における突極形回転子の支持棒とコイルエンドとの間に配置される絶縁部材を示す斜視図、図６ａおよび図６ｂはこの発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンド部分を示す部分詳細図、図７ａから図７ｆはこの発明の実施の形態１における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンドの形成方法を説明する説明図、図８ａから図８ｃはこの発明の実施の形態１における突極形回転子の支持棒と絶縁部材の設置方法を説明する説明図である。
図１および図２に示すように、突極形回転子は、周方向に４個の突極部が配置された薄鋼板を軸方向に複数枚積層して構成された界磁鉄心１と、界磁鉄心１の突極部の軸方向両端部に取り付けられる巻線ガイド２と、表面に絶縁が施された線状の導体であるコイル材３を巻線ガイド２を介して界磁鉄心１の突極部に巻装して形成された界磁巻線４とを備えている。
界磁鉄心１は、図３に示すように径方向に突出する４個の突極部を備えており、突極部は、巻線ガイド２が取り付けられコイル材３が巻装される胴部１ａと、胴部１ａよりも周方向幅が広い先端部１ｂで構成されている。また、界磁鉄心１には、ボルト６が貫通する貫通穴１ｄと、支持棒７が貫通する貫通穴１ｅが設けられている。さらに、界磁鉄心１の中央にはシャフト（図示せず）を貫通させる貫通穴１ｃが設けられている。
界磁巻線４は、界磁鉄心１の突極部間の隙間に挿入される収納部４ａと、収納部４ａ同士を連結し界磁鉄心１の軸方向両端面から軸線方向にそれぞれ伸びるコイルエンド４ｂとで構成されている。コイルエンド４ｂには冷却風路となる隙間４ｃが形成されている。また、界磁巻線４はワニスを含浸することで絶縁性能を確保するとともにコイルエンド４ｂの剛性を向上させている。さらに、巻装されたコイル材３同士の隙間や界磁鉄心１の突極部と界磁巻線４の隙間をワニスで埋めることにより伝熱性能を向上させている。なお、界磁鉄心１の突極部と界磁巻線４の隙間には紙またはシートもしくはフィルム等の薄形絶縁材（図示せず）が保持されており、この薄形絶縁材により界磁鉄心１と界磁巻線４の絶縁を確保している。
絶縁物で成形された巻線ガイド２は、図４に示すようにコイル材３が巻装される際に径方向端部位置を矯正する内周側ガイド２ａおよび外周側ガイド２ｂと、巻装されるコイル材３のピッチ（外形寸法）に合わせた溝２ｃとを巻方向の両端部に備えている。また、支持棒７を通過させる切欠き２ｄが設けられている。このように形成された巻線ガイド２を使用して、内周側ガイド２ａおよび外周側ガイド２ｂと溝２ｃに沿ってコイル材３を巻装することで、巻装作業時のコイル材３のずれやみだれを抑制して界磁巻線４を高密度化できる。なお、外周側ガイド２ｂの高さはコイル材３の線径よりも低くなっている。これは、巻装作業時にコイル材３のずれや乱れを抑制する機能と、突極形回転子が回転した際にコイルエンド４ｂを形成するベースとなる最下層が遠心力で動いてコイルエンド４ｂ全体が崩れることを防止するとともに、後述する絶縁部材８とコイルエンド４ｂを確実に接触させるためである。また、巻線ガイド２は溝２ｃが形成された両端部に対して中央がへこんだ凹形状をしている。この凹形状により巻装作業終了後にコイルエンド４ｂと巻線ガイド２の間に冷却風路となる隙間が形成される。
界磁鉄心１には界磁巻線４の収納部４ａをガイドするＬ字形状のプレートであるコイルガイド９が取り付けられる。界磁巻線４の収納部４ａは、界磁鉄心１の胴部１ａと先端部１ｂとによって２面を囲まれるが、残り２面はこれを支えるものがなく、巻装作業後に界磁巻線４の収納部４ａに巻装されたコイル材３が崩れる懸念がある。このためコイルガイド９を取り付けて界磁巻線４の収納部４ａを支えることにより、巻き崩れを防止している。なお、界磁巻線４の収納部４ａの全域にわたりコイルガイド９を配置すると、界磁巻線４の収納部４ａの放熱を妨げるため、コイルガイド９は軸方向に数箇所のみ局所配置している。また、界磁巻線４とコイルガイド９の間には、紙またはシートもしくはフィルム等の薄形絶縁材（図示せず）が保持されており、これにより絶縁を確保している。
界磁鉄心１のシャフト用の貫通穴１ｃの周囲に配置されるボルト６は、積層された薄鋼板および界磁鉄心１と略同形状で界磁鉄心１の軸方向両端面に配設される短絡板５をナット６ａにより締結固定している。
一般に突極形回転子が回転すると、界磁巻線４のコイルエンド４ｂは遠心力により外周側（突極部の先端部１ｂ側）方向に力を受ける。この際に界磁鉄心１の先端部１ｂの角部にて界磁巻線４を傷つけ絶縁性能が低下する懸念がある。このため図６ａに示すように、絶縁板１１によってこれを保護する。界磁鉄心１の先端部１ｂと界磁巻線４の収納部４ａとの隙間全域に絶縁板１１を設けると、界磁巻線４と先端部１ｂとの間の熱抵抗が悪化する。そこで、界磁鉄心１の先端部１ｂの軸方向両端部にのみ絶縁板１１を配置し、かつ、軸方向両端部に配置された絶縁板１１の間を絶縁板１１と略同一厚みで例えば材質がステンレス鋼などの非磁性の金属板１２で埋めることにより熱抵抗を低減している。絶縁板１１と金属板１２は両面テープまたは接着剤を使用して先端部１ｂに固定される。なお、界磁巻線４と金属板１２の間には紙またはシートもしくはフィルム等の薄形絶縁素材（図示せず）が保持されており、これにより絶縁を確保している。
界磁鉄心１の突極部を貫通して設置された支持棒７は、例えば鉄材で作られた金属製の棒であり、貫通穴１ｅに挿入されることにより界磁鉄心１に支持されている。貫通穴１ｅは１か所の突極部に対して２か所設けられており、本実施の形態では合計８本の支持棒７が挿入されている。支持棒７の長さは、界磁鉄心１の軸方向長さよりも長くなっており、界磁鉄心１の軸方向両端面から支持棒７の両端部を突出させている。支持棒７の軸方向両端部には、絶縁樹脂等で形成され中央に支持棒７を嵌め込む窪みを設けた絶縁部材８が設置されており、さらに、支持棒７と絶縁部材８および界磁巻線４のコイルエンド４ｂとが絶縁性の紐またはテープ等の固縛部材１０により固縛されている。突極形回転子が回転すると、界磁巻線４のコイルエンド４ｂは遠心力により外周にたわむ方向の力を受けるが、支持棒７にて絶縁部材８を介してコイルエンド４ｂを支持することで、絶縁性能を確保しつつコイルエンド４ｂの変形を防いでいる。
絶縁部材８の構造を図５にもとづき説明する。絶縁部材８は、例えば樹脂またはゴム等の絶縁材料で形成されており、円筒を半割りした略半円形状となっている。中央には支持棒７が嵌め込まれる窪み８ａが設けられている。また、絶縁部材８の軸方向端部の一方には、窪み８ａの端部を塞ぎ支持棒７の軸方向の位置決め機能を持つ天板部８ｂを備えており、他方には巻線ガイド２と接触して絶縁部材８の回転移動防止機能を持つ回転止め突起部８ｃが２か所設けられている。さらに、絶縁部材８の半円形状端面からは、後述する紐またはテープあるいは結束バンド等の固縛部材１０の位置決め機能を持つ位置決め突起部８ｄを４か所備えている。
絶縁部材８の周辺構造を図６ａおよび図６ｂにもとづき説明する。絶縁部材８は略半円形状の外側がコイルエンド４ｂの外周側と対向し、内側の窪み８ａが支持棒７に嵌め込まれるように配置される。これによりコイルエンド４ｂと支持棒７の間に絶縁部材８が介在されるため、絶縁性を確保できる。また、絶縁部材８の軸方向端部には支持棒７の先端面と対向する位置に樹脂壁による天板部８ｂを有しているため、支持棒７の軸方向先端面の絶縁性も確保できる。なお、天板部８ｂは絶縁部材８の強度を向上する機能も備えている。さらに、回転止め突起部８ｃが設けられているため、絶縁部材８が支持棒７の周りを回転移動して支持棒７のコイルエンド４ｂ側が露出することを抑制できる。
絶縁部材８は略半円形状となっており、コイルエンド４ｂには冷却風の通路となる隙間４ｃが形成されているため、支持棒７と絶縁部材８およびコイルエンド４ｂを、例えば紐やテープまたは結束バンド等の絶縁性の固縛部材１０により一体に固縛できる。これにより支持棒７にて絶縁部材８を介してコイルエンド４ｂを確実に支持することが可能となり、遠心力によるコイルエンド４ｂの外周方向への変形を抑制することができる。また、図６ａに示すように位置決め突起部８ｄを利用して固縛箇所の位置を決めたり、図６ｂに示すように位置決め突起部８ｄに固縛部材１０を引っ掛けることにより、固縛部材１０の位置ずれを抑制することもできるため、固縛作業の作業性を改善することができる。さらに、支持棒７と絶縁部材８およびコイルエンド４ｂを固縛部材１０で一体に固縛することにより、支持棒７や絶縁部材８の固定手段を固縛部材１０にて兼ねることが可能となり、例えば支持棒７を固定するための固定部材が不要となる。また、コイルエンド４ｂに形成された隙間４ｃには固縛部材１０が通されるのみであるため、隙間４ｃによるコイルエンド４ｂの冷却面積を広く確保できる。
次に、界磁巻線４のコイルエンド４ｂに冷却風の通路となる隙間４ｃを形成する巻装作業方法（製造方法）について、図７ａから図７ｆにもとづき説明する。図７ａにおいて、界磁鉄心１の胴部１ａの軸方向両端部に巻線ガイド２を装着する工程と、巻線ガイド２の内周側ガイド２ａに合わせて巻枠治具の内ガイド治具１３を固定するとともに、巻線ガイド２の外周側ガイド２ｂに合わせて巻枠治具の外ガイド治具１４を固定する工程とが示されている。（以下、各図で示す作業工程に対する「工程と」の記述は省略する）内ガイド治具１３および外ガイド治具１４には後述する隙間空け棒１５を挿入する挿入孔１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが設けられている。なお、内ガイド治具１３と外ガイド治具１４および隙間空け棒１５により巻枠治具が構成されている。
図７ｂにおいて、内ガイド治具１３と外ガイド治具との間の巻線ガイド２上に所定数だけコイル材３を巻装してコイルエンド４ｂの一部を形成する。図７ｃにおいて、内ガイド治具１３の挿入孔１３ａと外ガイド治具１４の挿入孔１４ａに隙間空け棒１５を挿入する。図７ｄにおいて、内ガイド治具１３と外ガイド治具との間の隙間空け棒１５上に所定数だけコイル材３を巻装した後、内ガイド治具１３の挿入孔１３ｂと外ガイド治具１４の挿入孔１４ｂに隙間空け棒１５を挿入する。図７ｅにおいて、内ガイド治具１３と外ガイド治具１４との間の隙間空け棒１５上に所定数だけコイル材３を巻装してコイルエンド４ｂの残部を形成する。図７ｆにおいて、内ガイド治具１３と外ガイド治具１４および隙間空け棒１５で構成された巻枠治具を取り外すことで、隙間４ｃを設けたコイルエンド４ｂが形成され、界磁巻線４の巻装作業が完了する。
図８ａから図８ｃにもとづき、支持棒７および絶縁部材８の取付作業方法について説明する。図８ａにおいて、界磁巻線４の巻装作業を終えた状態の界磁鉄心１を水平方向に横たえて置いた状態で、界磁鉄心１の貫通穴１ｅに支持棒７を挿入する。図８ｂにおいて、支持棒７の一端に絶縁部材８の窪み８ａを嵌め込み取付ける。この際、支持棒７の軸方向端部と天板部８ｂを接触させた状態で、絶縁部材８を界磁鉄心１の方向に端面が短絡板５に当接するまでコイルエンド４ｂの間に押し込むことで、絶縁部材８と支持棒７の位置が決まる。また、回転止め突起部８ｃを巻線ガイド２に接触させることで、絶縁部材８の回転移動を抑制できる。図８ｃにおいて、他方の絶縁部材８を支持棒７とコイルエンド４ｂとの間に挿入する。なお、他方の絶縁部材８の天板部８ｂと支持棒７の端部には若干の隙間ができるように支持棒７の長さを調整している。このため、他方に設置の絶縁部材８の端面を確実に短絡板５に当接させることが可能になるとともに、絶縁部材８を複数種類用意する必要もなくなる。なお、固縛部材１０による固縛作業については、片側の絶縁部材８を挿入した都度実施してもよいし、全ての絶縁部材８を設置してから固縛作業を実施してもよい。また、界磁巻線４の収納部４ａに対するコイルガイド９の取付作業もこれらの作業と一緒に実施される。
コイルガイド９の取付作業やコイルエンド４ｂの固縛作業がすべて完了すると、突極形回転子にワニスを含浸する。ワニスを含浸することにより、絶縁性能を確保しつつコイルエンド４ｂの剛性を向上させている。また、固縛部がワニスで固められるため、遠心力によるコイルエンド４ｂの変形をより確実に抑制することができる。さらに、界磁巻線４を形成しているコイル材３同士の隙間や界磁鉄心１の突極部と界磁巻線４の収納部４ａとの間の隙間をワニスで埋めることにより伝熱性能を向上させている。
以上説明した実施の形態１の効果について、以下に纏めて記入する。
界磁巻線４のコイルエンド４ｂに冷却風路となる隙間４ｃが形成されており、隙間４ｃには固縛部材１０が通されるのみであるため、隙間４ｃによるコイルエンド４ｂの冷却面積を広く確保できるため、コイルエンド４ｂの冷却性能が向上し、突極形回転子の性能および品質が向上する。
界磁鉄心１により支持された金属製の支持棒７とコイルエンド４ｂが絶縁部材８を介して固縛部材１０により固縛されており、コイルエンド４ｂを絶縁部材８を介して確実に支持棒７で支えることができるため、コイルエンド４ｂの絶縁性を確保しつつ遠心力による外周方向への変形を抑制することが可能となり、突極形回転子の品質および信頼性が向上する。さらに、支持棒７を固定するための固定部品が不要となり、部品点数が低減するため、突極形回転子の生産性が向上するとともにコストが低減する。
絶縁部材８は円筒を半割りした略半円形状となっているため、絶縁部材８を形成するための材料使用量を削減でき、突極形回転子のコストが低減する。
絶縁部材８には支持棒７が嵌め込まれる窪み８ａが設けられているため、絶縁部材８と支持棒７の組み付けが容易となり、突極形回転子の生産性が向上する。
絶縁部材８の端部には窪み８ａを塞ぐ天板部８ｂが設けられているため、絶縁部材８の強度が向上し、突極形回転子の品質および信頼性が向上する。また、天板部８ｂに支持棒７の軸方向端部を当てることで支持棒７の位置が決まるため、突極形回転子の生産性が向上する。さらに、天板部８ｂによりコイルエンド４ｂと支持棒７の軸方向端部の絶縁性も確保できるため、突極形回転子の品質および信頼性が向上する。
絶縁部材８の天板部８ｂと反対側の軸方向端部には回転止め突起部８ｃが設けられており、巻線ガイド２に回転止め突起部８ｃを接触させることで、絶縁部材８が支持棒７の周りを回転移動して支持棒７のコイルエンド４ｂ側が露出するのを防止できるため、突極形回転子の品質および信頼性が向上する。
絶縁部材８の半円形状端面には、固縛部材１０による固縛箇所の位置決め機能を持つ位置決め突起部８ｄを備えているため、固縛箇所の位置を決めることができる。さらに、位置決め突起部８ｄに固縛部材１０を引っ掛けることにより、固縛部材１０の位置ずれを抑制し固縛作業の作業性を改善することができるため、突極形回転子の生産性が向上する。
界磁鉄心１の胴部１ａの軸方向両端部に装着される巻線ガイド２には、コイル材３が巻装される際に径方向端部位置を矯正する内周側ガイド２ａおよび外周側ガイド２ｂと、巻装されるコイル材３のピッチ（外形寸法）に合わせた溝２ｃとが形成されており、巻装作業時のコイル材３のずれやみだれを抑制して界磁巻線４を高密度化できるため、コイルエンド４ｂの剛性が向上するとともにコイル材３同士間の熱抵抗が低減して、突極形回転子の性能および品質が向上する。
巻線ガイド２の外周側ガイド２ｂの高さはコイル材３の線径よりも低くなっているため、コイルエンド４ｂを絶縁部材８を介して支持棒７で確実に支持できるとともに、コイル材３の巻装乱れを抑制することができるため、突極形回転子の品質および信頼性が向上する。
巻線ガイド２は溝２ｃが形成された両端部に対して中央がへこんだ凹形状をしており、巻装作業終了後にコイルエンド４ｂと巻線ガイド２の間に冷却風路となる隙間が形成されるため、コイルエンド４ｂの冷却性能が向上し、突極形回転子の性能および品質が向上する。
内ガイド治具１３と外ガイド治具１４を設置して巻装作業を実施することで、巻装作業時のコイルエンド４ｂの巻乱れを抑制できるため、突極形回転子の品質および信頼性が向上する。
界磁巻線４の収納部４ａにコイルガイド９を軸方向に複数個配置してガイドしているため、収納部４ａの冷却性能を確保したうえで巻き崩れを防止できるため、突極形回転子の性能および品質が向上する。
界磁鉄心１の先端部１ｂと界磁巻線４の収納部４ａとの間には、軸方向両端部に設置された絶縁板１１、および、その間に金属板１２を併用して配置しているため、遠心力による界磁巻線４の絶縁破壊を抑制しつつ伝熱性能を確保しているため、突極形回転子の性能および品質が向上する。
金属板１２は非磁性の材質のものを使用しているため渦電流の発生が抑制され、突極形回転子の性能および品質が向上する。
界磁巻線４にワニスを含浸することにより、界磁巻線４の剛性を向上させるとともに絶縁性能を確保し、さらに、コイル材３同士間の隙間およびコイル材３と界磁鉄心１間の隙間をワニスで埋めて伝熱性能を向上させることができるため、突極形回転子の性能および品質が向上する。
なお、上記実施の形態１では界磁鉄心１の突極部の数が４極の場合について説明したが、突極部の数はこれに限定されるものではない。また、界磁巻線４のコイル材３のコイル径や巻数は適宜設定されるものであり、これに限定されるものではない。また、コイルエンド４ｂに冷却風の通路となる隙間４ｃを２か所設けているが、隙間の数はこれに限定されるものではない。また、全てのコイルエンド４ｂに隙間４ｃを設ける必要はなく、例えば、軸方向のどちらか一方にのみ隙間４ｃを設けてもよい。また、支持棒７の数を２か所としているが、支持棒７の数はこれに限定されるものではない。また、支持棒７の位置も本実施の形態に限定されるものではない。また、固縛部材１０による固縛部の位置や固縛形状および固縛箇所についても、本実施の形態に限定されるものではない。また、絶縁部材８の形状を略半円形状としたが、絶縁部材８の形状はこれに限定されるものではなく、例えば四角形状(コの字形状)であっても問題はない。
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２における突極形回転子の概略構成を示す斜視図、図１０ａおよび図１０ｂはこの発明の実施の形態２における突極形回転子の巻線ガイドと絶縁部材を一体に形成した場合を示す内周側および外周側から見た斜視図である。上記実施の形態１では、巻線ガイド２と絶縁部材８がそれぞれ個別に形成されている場合について説明したが、実施の形態２では、図１０ａおよび図１０ｂに示すように、巻線ガイド２と絶縁部材８を一体成形して形成した場合について説明する。なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
図１０ａおよび図１０ｂにおいて、巻線ガイド２と絶縁部材８は絶縁物を一体成形した構成としている。このように構成することで、図９に示すように界磁鉄心１に支持棒７を挿入してから界磁鉄心１の胴部１ａの軸方向両端に、一体の巻線ガイド２と絶縁部材８を設置した後、界磁巻線４の巻線作業を実施する。このため巻線作業時に絶縁部材８がガイドとなり、コイルエンド４ｂを形成しているコイル材３の位置ずれや乱れを抑制することが可能であり、突極形回転子の品質および信頼性が向上する。また、このように巻線ガイド２と絶縁部材８を一体に成形することで、部品点数が減少して組立工数が削減できるため、突極形回転子の生産性が向上してコストも低減できる。
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３における突極形回転子の概略構成を示す斜視図、図１２はこの発明の実施の形態３における突極形回転子の支持棒とコイルエンドとの間に配置される絶縁部材を示す斜視図である。上記実施の形態１では、積層された薄鋼板の界磁鉄心１とその軸方向両端面に配設された短絡板５とをボルト６およびナット６ａにより締結固定した場合について説明したが、実施の形態３では、図１１に示すように界磁鉄心１と短絡板５とを支持棒７とナット７ａで締結固定している。この場合には絶縁部材８は図１２に示すように窪み８ａの入口端にナット７ａに当たらないように広い窪み８ｅを設けている。なお、当然のことではあるが、支持棒７の少なくとも両端部分にはナット７ａを締結するネジが施されている。また、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
このように界磁鉄心１と短絡板５とを支持棒７とナット７ａで締結固定することにより、界磁鉄心１のシャフト用の貫通穴１ｃの周囲に配置されていた貫通穴１ｄとボルト６およびナット６ａが不要となり、部品点数および組立工数が削減されるため、突極形回転子の生産性が向上してコストも低減できる。また、貫通穴１ｄによって生じていた磁気抵抗が低減するため、突極形回転子の性能が向上する。
支持棒７はナット７ａによって界磁鉄心１に固定されるため、支持棒７を固縛にて位置保持する必要はない。このため絶縁部材８を例えば円筒や四角形などの筒状の形状にしてコイルエンド４ｂと絶縁部材８のみを固縛しても問題ない。
実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４における突極形回転子の概略構成を示す斜視図、図１４はこの発明の実施の形態４における突極形回転子の界磁巻線のコイルエンド部分を示す部分詳細図、図１５はこの発明の実施の形態４における突極形回転子の界磁鉄心の軸方向両端部に取り付けられる巻線ガイドを示す斜視図である。上記実施の形態１では、界磁鉄心１の突極部の軸方向両端部に巻線ガイド２を取り付け、巻線ガイド２を介してコイル材３を界磁鉄心１の突極部に巻装して界磁巻線４を形成する場合について説明したが、巻線ガイド２は、巻装作業でコイル材が巻かれると、両端から締め付けられて圧縮荷重を受ける。また、巻装作業後にワニスを硬化させるために高温環境下に放置すると、界磁鉄心１やコイル材３の熱膨張による荷重を受ける。これらの荷重により、巻線ガイド２はたわみもしくは破損する可能性がある。このため実施の形態４では、図１３から図１５に示すように巻線ガイド２の略中央部分に突起部２ｅを設けている。このように、巻線ガイド２の中央部に突起部２ｅを設けたことにより、巻線ガイド２の強度が向上するため、圧縮力や熱膨張などによる巻線ガイド２の変形や破損を抑制できて、突極形回転子の品質が向上する。なお、他の部分については上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１ 界磁鉄心、２ 巻線ガイド、３ コイル材、４ 界磁巻線、５ 短絡板、６ ボルト、７ 支持棒、８ 絶縁部材、９ コイルガイド、１０ 固縛部材、１１ 絶縁板、１２ 金属板

Claims (12)

  1. 径方向に突出する胴部を有する突極部が周方向に複数個配置された界磁鉄心と、前記胴部に巻装されるとともに前記界磁鉄心の軸方向両端部から突出し冷却風の通路となる隙間が形成されたコイルエンドを有する界磁巻線とを備えた突極形回転子であって、前記界磁鉄心に支持されるとともに前記コイルエンドを外周側から支持する支持棒と、前記コイルエンドと前記支持棒との間に配置され前記支持棒に嵌め込まれる窪みを有した絶縁部材と、前記コイルエンドと前記支持棒および前記絶縁部材とを一体に固縛する絶縁性の固縛部材とを備えていることを特徴とする突極形回転子。
  2. 前記絶縁部材には軸方向端部に前記支持棒の先端面と対向する樹脂壁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の突極形回転子。
  3. 前記絶縁部材は前記固縛部材による固縛位置を決める突起部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の突極形回転子。
  4. 前記界磁鉄心の胴部の軸方向両端部に装着され前記界磁巻線が巻装される巻線ガイドと、前記巻線ガイドと接触することにより前記支持棒の周りを回転移動するのを抑制する突起部を有する前記絶縁部材とを備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の突極形回転子。
  5. 前記絶縁部材は前記界磁鉄心の胴部の軸方向両端部に装着され前記界磁巻線が巻装される巻線ガイドと一体に成形されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の突極形回転子。
  6. 前記巻線ガイドには前記界磁巻線の材料であるコイル材の巻装ピッチに合わせた溝が形成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の突極形回転子。
  7. 前記巻線ガイドには前記界磁巻線の巻装位置を決めるガイドが形成されていることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の突極形回転子。
  8. 前記巻線ガイドには中央部に強度を向上させる突起部が形成されていることを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載の突極形回転子。
  9. 前記支持棒にはネジ加工が施されており、前記界磁鉄心を貫通してナットにより締結固定されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の突極形回転子。
  10. 前記突極部の先端には前記胴部よりも周方向の幅が広い先端部を有しており、前記界磁巻線と前記先端部との間の軸方向両端部に配置された絶縁板と、両端部に配置された前記絶縁板の間に配置され前記界磁巻線と前記先端部との間の隙間を埋める金属板とを備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の突極形回転子。
  11. 前記界磁巻線はワニスを含浸して形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の突極形回転子。
  12. 径方向に突出する胴部を有する突極部が周方向に複数個配置された界磁鉄心と、前記胴部にコイル材が巻装されて形成されるとともに前記界磁鉄心の軸方向両端部から突出し冷却風の通路となる隙間が形成されたコイルエンドを有する界磁巻線と、前記界磁鉄心の胴部の軸方向両端部に装着され前記コイル材が巻装される巻線ガイドとを備えた突極形回転子の製造方法であって、前記巻線ガイドを前記界磁鉄心の胴部の軸方向両端部に装着する工程と、内ガイドと外ガイドを貫通する隙間空け棒を有する巻枠治具のうち、前記内ガイドを前記巻線ガイドの内周側に固定するとともに前記外ガイドを前記巻線ガイドの外周側に固定する工程と、前記内ガイドと前記外ガイドの間の前記巻線ガイドに前記コイル材を所定回数巻回して前記界磁巻線のコイルエンドの一部を形成する工程と、前記内ガイドと前記外ガイドを貫通して前記巻枠治具に前記隙間空け棒を取付ける工程と、前記内ガイドと前記外ガイドの間の前記隙間空け棒上に前記コイル材を所定回数巻回して前記界磁巻線のコイルエンドの残部を形成する工程と、前記界磁巻線の巻装作業完了後に前記巻枠治具を取り外す工程とを備えていることを特徴とする突極形回転子の製造方法。
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