JP2017131075A - 突極形回転機の回転子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率を向上させることが可能な突極形回転機の回転子を提供する。
【解決手段】回転軸の外周に配設された複数の突極形磁極鉄心１と、突極形磁極鉄心１に巻回された界磁巻線２とを備える突極形回転機の回転子であって、回転子表面側において界磁巻線２が径方向に離間して巻回され、当該界磁巻線２間に軸方向に沿って空間７が形成されており、界磁巻線２は回転子表面側最終段において径方向に一巻き分離間している。
【選択図】図６

Description

本発明は、突極形回転機の回転子及びその製造方法に関する。

従来、界磁巻線の表面近くの巻線の断面積を、内部の巻線よりも小さくすることで、表面部分の温度上昇を内部に比べ抑えるようにした突極形回転機の界磁巻線が公知となっている（例えば、下記特許文献１参照）。

実開平０２−０８３６８４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された突極形回転機の界磁巻線の構成では、冷却風の直接当たる表面部分の巻線断面積は従来よりも小さくなっている（極間の通風面積は増加している）が、極間の熱伝達（放熱）面積が減少していることから、回転子コイルの冷却効率を確実に向上させることができるかどうかが不明であった。

このようなことから本発明は、冷却効率を向上させることが可能な突極形回転機の回転子及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る突極形回転機の回転子は、
回転軸の外周に配設された複数の突極形磁極鉄心と、前記突極形磁極鉄心に巻回された界磁巻線とを備える突極形回転機の回転子であって、
回転子表面側において前記界磁巻線が径方向に離間して巻回され、当該界磁巻線間に軸方向に沿って空間が形成されている
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る突極形回転機の回転子は、
前記界磁巻線は前記回転子表面側最終段において径方向に一巻き分離間している
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る突極形回転機の回転子は、
前記界磁巻線は、前記回転子表面側複数段において径方向に一巻き分離間している
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係る突極形回転機の回転子は、
前記界磁巻線は、前記回転子表面側最終段において径方向に複数巻き分離間している
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第５の発明に係る突極形回転機の回転子の製造方法は、
回転軸の外周に配設された複数の突極形磁極鉄心と、前記突極形磁極鉄心に巻回された界磁巻線とを備える突極形回転機の回転子の製造方法であって、
回転子表面側において径方向に隣り合う前記界磁巻線間に介在物を挿入して前記界磁巻線を巻回し、界磁最終段の前記界磁巻線を巻き終えた後に前記介在物を取り除くことにより、径方向に隣り合う前記界磁巻線間に軸方向に沿って空間を形成する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第６の発明に係る突極形回転機の回転子の製造方法は、
前記介在物は、前記回転子表面側最終段において前記界磁巻線が径方向に一巻き分離間するように径方向に隣り合う前記界磁巻線間に挿入される
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第７の発明に係る突極形回転機の回転子の製造方法は、
前記介在物は、前記回転子表面側複数段において前記界磁巻線が径方向に一巻き分離間するように径方向に隣り合う前記界磁巻線間に挿入される
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第８の発明に係る突極形回転機の回転子の製造方法は、
前記介在物は、前記回転子表面側最終段において前記界磁巻線が径方向に複数巻き分離間するように径方向に隣り合う前記界磁巻線間に挿入される
ことを特徴とする。

本発明に係る突極形回転機の回転子及びその製造方法によれば、極間に形成された、隣接する巻線間の軸方向に延びる空間により熱伝達が行われ、また巻線表面の放熱面積が増加することになり、回転子コイルの冷却効率が向上する。このように突極形回転機の回転子コイルの冷却効率が向上することでＧＡＰ面の冷却、さらには固定子コイルおよび鉄心の冷却も改善され、回転機全体の冷却効率の向上が図れる。

本発明の実施例１に係る界磁巻線の巻き始めの状態を模式的に示す要部斜視図である。 本発明の実施例１に係る界磁巻線の界磁一段目の状態を模式的に示す要部斜視図である。 本発明の実施例１に係る界磁巻線の界磁二段目以降の状態を模式的に示す要部斜視図である。 本発明の実施例１に係る界磁巻線の界磁最終段の状態を模式的に示す要部斜視図である。 本発明の実施例１に係る界磁巻線の界磁最終段の巻線と介在物との配置関係を示す説明図である。 本発明の実施例１に係る界磁巻線の界磁最終段の要部の状態を模式的に示す正面視断面図である。 本発明の実施例２に係る界磁巻線の界磁最終段の要部の状態を模式的に示す正面視断面図である。 本発明の実施例３に係る界磁巻線の界磁最終段の状態を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施例３に係る界磁巻線の界磁最終段の巻線と介在物との配置関係を模式的に示す説明図である。 本発明の実施例３に係る界磁巻線の界磁最終段の要部の状態を模式的に示す正面視断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る突極形回転機の回転子及びその製造方法について説明する。

図１から図６を用いて本発明の実施例１に係る突極形回転機の回転子の詳細を説明する。本実施例に係る突極形回転機の回転子は、図１から図６に示すように、突極形磁極鉄心（以下、磁極鉄心という）１と、当該磁極鉄心１に巻回される界磁巻線２とを備えている。
なお、磁極鉄心１は、図示しない回転軸の外周に複数配設されているものとする。また、図１から図４は界磁巻線２間に間隙を有する図となっているが、実際には界磁巻線２は隙間なく巻回されているものとする。これは図８についても同様である。

以下、図１〜図４を用いて本実施例における界磁巻線の巻き方について説明する。
本実施例では、まず、図１に示すように、磁極鉄心１の表面に沿って径方向外側から径方向内側へ向かって界磁一段目の界磁巻線２を螺旋状に巻いていく。図２に示すように界磁一段目を巻き終えたら、図３に示すように界磁二段目の界磁巻線２を径方向内側から径方向外側へ向かって螺旋状に巻いていき、以降、界磁三段目の界磁巻線２は径方向外側から径方向内側へ向かって螺旋状に巻き、続いて界磁四段目の界磁巻線２は径方向内側から径方向外側へ向かって螺旋状に巻くといったように、繰り返し界磁最終段の一段前まで界磁巻線２を巻いていく。

そして、図４に示すように、界磁最終段では径方向に隣り合う界磁巻線２間に介在物（絶縁物）３を挿入した状態で界磁巻線２を巻回する。これにより、界磁巻線２が一周おきに螺旋状に巻回される。なお、介在物３は、界磁巻線２と同一の太さに形成されているものとする。また、図５に示すように、介在物３には界磁巻線２を斜めに通すための間隔ｓを設けるものとする。

界磁最終段の界磁巻線２を巻き終えたら、最後に介在物３を取り除く。これにより、図６に示すように界磁巻線２からなる回転子コイル４の表面が径方向に沿って凹凸を有する状態、より詳しくは、界磁巻線２が回転子表面側の最終段において径方向に一巻き分ずつ離間した状態となる。
なお、図１から図６では極間の片側のみ図示しているが、上述した界磁巻線２の構造は極間の両方で同じ構造とする。

このように構成される本実施例に係る突極形回転機の回転子によれば、界磁巻線２の表面に形成された極間軸方向に延びる空間７により熱伝達が行われ、また、界磁巻線２表面の放熱面積が増加することにより、回転子コイルの冷却効率が向上する。
そして、回転子コイルの冷却効率が向上することでＧＡＰ面の冷却、さらには固定子コイルおよび鉄心の冷却も改善され、回転機全体の冷却効率の向上が図れる。

図７を用いて本発明の実施例２に係る突極形回転機の回転子の詳細を説明する。本実施例に係る回転機の回転子は、図１から図６に示し上述した実施例１に係る回転機の回転子に比較して、介在物３を挿入した状態で界磁巻線２を螺旋状に巻く段数を複数段にした点が異なる。

すなわち、本実施例では、図３に示すように界磁二段目の界磁巻線２を径方向内側から径方向外側へ向かって螺旋状に巻いていき、以降、界磁三段目の界磁巻線２は径方向外側から径方向内側へ向かって螺旋状に巻き、続いて界磁四段目の界磁巻線２は径方向内側から径方向外側へ向かって螺旋状に巻くといったように、繰り返し界磁最終段の複数段前（例えば、二段前）まで界磁巻線２を巻いていく。

そして、最後の複数段（例えば、二段）で、図４に示すように径方向に隣り合う界磁巻線２間に介在物３を挿入し、一周おきに界磁巻線２を螺旋状に巻いていく。介在物３には、界磁巻線２を斜めに通す間隔ｓを設ける。

界磁最終段の界磁巻線２を巻き終えたら、最後に介在物３を取り除く。これにより、図７に示すように界磁巻線２からなる回転子コイル５の表面が複数段（図７では二段）で一周おきに凹凸を有する状態、より詳しくは、界磁巻線２が回転子表面側の複数段において径方向に一巻き分ずつ離間した状態となる。
その他の構成は上述した実施例１と同様であり、重複する説明は省略する。

本実施例に係る突極形回転機の回転子によれば、実施例１と同様に、界磁巻線２の表面に形成された極間軸方向に延びる空間７により熱伝達が行われ、また、界磁巻線２表面の放熱面積が増加することにより、回転子コイルの冷却効率が向上する。
そして、回転子コイルの冷却効率が向上することでＧＡＰ面の冷却、さらには固定子コイルおよび鉄心の冷却も改善され、回転機全体の冷却効率の向上が図れる。

図８及び図９を用いて本発明の実施例３に係る突極形回転機の回転子の詳細を説明する。本実施例に係る突極形回転機の回転子は、図１から図６に示し上述した実施例１に係る突極形回転機の回転子に比較して、界磁最終段で複数周おきに介在物３を挿入した状態で界磁巻線２を螺旋状に巻く点が異なる。

すなわち、本実施例では、図３に示し実施例１で説明したように界磁二段目の界磁巻線２を径方向内側から径方向外側へ向かって螺旋状に巻いていき、以降、界磁三段目の界磁巻線２は径方向外側から径方向内側へ向かって螺旋状に巻き、続いて界磁四段目の界磁巻線２は径方向内側から径方向外側へ向かって螺旋状に巻くといったように、繰り返し界磁最終段の一段前まで界磁巻線２を巻いていく。

そして、図８に示すように、界磁最終段では径方向に隣り合う界磁巻線２間に複数本（図９では二本）の介在物３を挿入した状態で界磁巻線２を螺旋状に巻いていく。なお、介在物３は、界磁巻線２と同一の太さに形成されているものとする。また、図８に示すように介在物３には、界磁巻線２を斜めに通す間隔ｓを設ける。

界磁最終段の界磁巻線２を巻き終えたら、最後に介在物３を取り除く。これにより、図９に示すように界磁巻線２からなる回転子コイル６の表面が複数周おき（図９では二周おき）に凹凸を有する状態、より詳しくは、界磁巻線２が回転子表面側の最終段において径方向に複数巻き分ずつ離間した状態となる。
その他の構成は上述した実施例１と同様であり、重複する説明は省略する。

本実施例に係る突極形回転機の回転子によれば、実施例１と同様に、界磁巻線２の表面に形成された極間軸方向に延びる空間７により熱伝達が行われ、また、界磁巻線２表面の放熱面積が増加することにより、回転子コイルの冷却効率が向上する。
そして、回転子コイルの冷却効率が向上することでＧＡＰ面の冷却、さらには固定子コイルおよび鉄心の冷却も改善され、回転機全体の冷却効率の向上が図れる。

なお、本実施例では、介在物３を界磁巻線２と同一の太さに形成した例を示したが、介在物３の径方向の幅を複数本分の界磁巻線２と同一の太さに形成して回転子コイル６の表面が複数周おきに凹凸を有するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、突極形回転機の回転子に利用することができる。

１ 突極形磁極鉄心
２ 界磁巻線
３ 介在物（絶縁物）
４〜６ 回転子コイル
７ 空間
ｓ 間隔

Claims (8)

1. 回転軸の外周に配設された複数の突極形磁極鉄心と、前記突極形磁極鉄心に巻回された界磁巻線とを備える突極形回転機の回転子であって、
   回転子表面側において前記界磁巻線が径方向に離間して巻回され、当該界磁巻線間に軸方向に沿って空間が形成されている
   ことを特徴とする突極形回転機の回転子。
2. 前記界磁巻線は、前記回転子表面側最終段において径方向に一巻き分離間している
   ことを特徴とする請求項１記載の突極形回転機の回転子。
3. 前記界磁巻線は、前記回転子表面側複数段において径方向に一巻き分離間している
   ことを特徴とする請求項１記載の突極形回転機の回転子。
4. 前記界磁巻線は、前記回転子表面側最終段において径方向に複数巻き分離間している
   ことを特徴とする請求項１記載の突極形回転機の回転子。
5. 回転軸の外周に配設された複数の突極形磁極鉄心と、前記突極形磁極鉄心に巻回された界磁巻線とを備える突極形回転機の回転子の製造方法であって、
   回転子表面側において径方向に隣り合う前記界磁巻線間に介在物を挿入して前記界磁巻線を巻回し、界磁最終段の前記界磁巻線を巻き終えた後に前記介在物を取り除くことにより、径方向に隣り合う前記界磁巻線間に軸方向に沿って空間を形成する
   ことを特徴とする突極型回転機の回転子の製造方法。
6. 前記介在物は、前記回転子表面側最終段において前記界磁巻線が径方向に一巻き分離間するように径方向に隣り合う前記界磁巻線間に挿入される
   ことを特徴とする請求項５記載の突極形回転機の回転子の製造方法。
7. 前記介在物は、前記回転子表面側複数段において前記界磁巻線が径方向に一巻き分離間するように径方向に隣り合う前記界磁巻線間に挿入される
   ことを特徴とする請求項５記載の突極形回転機の回転子の製造方法。
8. 前記介在物は、前記回転子表面側最終段において前記界磁巻線が径方向に複数巻き分離間するように径方向に隣り合う前記界磁巻線間に挿入される
   ことを特徴とする請求項５記載の突極形回転機の回転子の製造方法。

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