JP2020188637A - 巻線界磁型同期機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】組み立て作業の容易化を図って製造コストの上昇を大きく抑制できる巻線界磁型同期機のロータを提供する。【解決手段】回転可能に支持された回転軸１３０と、回転軸１３０に同軸をなして嵌合するロータコア１１０と、ロータコア１１０に装着された界磁巻線１２０とを備える巻線界磁型同期機のロータ１００において、ロータコア１１０が、環状をなす外周部１１１と、外周部１１１の内面に径方向内側へ向けて突出すると共に外周部１１１の周方向にわたって規定の間隔で外周部１１１と一体的に複数形成されて界磁巻線１２０をそれぞれ装着されるティース部１１２と、ティース部１１２に一体的に形成された凸状をなすキー１１３とからなり、回転軸１３０が、ロータコア１１０のキー１１３と係合するキー溝１３１を具えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、巻線界磁型同期機のロータに関する。

回転軸にロータコアを設けて界磁巻線を装着したロータを備えた巻線界磁型同期機（ＷＦＳＭ）は、ロータの界磁巻線に電気を流して励磁させることから、動作領域に対応して界磁電流を調整できるので、永久磁石を装着したロータを備えた同期機（ＰＭＳＭ）よりも、低トルク域での効率向上や、高速域での出力や効率の向上を図ることができる。

このようなＷＦＳＭにおいては、ロータが高速域で回転すると、遠心力によって、界磁巻線が巻き崩れを起こして飛散してしまうおそれがある。このため、下記特許文献１では、ロータの界磁巻線を装着するティース部の隣り合う間の径方向外側を覆う界磁巻線保持部を設けることにより、界磁巻線の巻き崩れを防止することを提案しているものの、当該ティース部にＵ字型の素線を挟むように差し込んで端部を溶接して接続しなければ当該ティース部に界磁巻線を設けられないことから、組み立て作業に非常に手間がかかってしまい、製造コストの上昇を招いてしまっている。

そこで、例えば、下記特許文献２では、ロータの環状のヨーク部と環状の界磁巻線保持部とを複数の凸状部で連結した一体構造にすると共に、隣り合う凸状部の間で当該ヨーク部と当該界磁巻線保持部との間を繋ぐように取付可能なティース部を有することにより、当該ティース部の取り付け前に、当該ティース部に界磁巻線を容易に装着できるようにすることを提案している。

特開２０１３−０３８８６２号公報 特開２０１７−２０４９２２号公報

しかしながら、前記特許文献２の提案においては、界磁巻線を装着した複数のティース部をヨーク部と界磁巻線保持部との間にそれぞれ取り付けなければならないため、組み立て作業に非常に手間がかかってしまい、製造コストの上昇を招いてしまっていた。

このようなことから、本発明は、組み立て作業の容易化を図って製造コストの上昇を大きく抑制できる巻線界磁型同期機のロータを提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、本発明に係る巻線界磁型同期機のロータは、回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に同軸をなして嵌合するロータコアと、前記ロータコアに装着された界磁巻線とを備える巻線界磁型同期機のロータにおいて、前記ロータコアが、環状をなす外周部と、前記外周部の内面に径方向内側へ向けて突出すると共に当該外周部の周方向にわたって規定の間隔で当該外周部と一体的に複数形成されて前記界磁巻線をそれぞれ装着されるティース部と、前記ティース部に一体的に形成されたティース係合部とからなり、前記回転軸が、前記ロータコアの前記ティース係合部と係合する回転軸係合部を具えていることを特徴とする。

また、本発明に係る巻線界磁型同期機のロータは、上述した巻線界磁型同期機のロータにおいて、前記ロータコアの前記ティース係合部が、凸状をなすキーであり、前記回転軸の前記回転軸係合部が、凹状をなすキー溝であることを特徴とする。

また、本発明に係る巻線界磁型同期機のロータは、上述した巻線界磁型同期機のロータにおいて、前記回転軸が、軸方向に沿って内部に形成されて冷却液を流通させる軸方向流路と、前記ロータコアの隣り合う前記ティース部の間と前記軸方向流路との間を連通させるように径方向に沿って内部に複数形成された径方向流路とを有していることを特徴とする。

本発明に係る界磁巻線型同期機のロータによれば、ロータコアの径方向内側から各ティース部に界磁巻線をそれぞれ装着することが容易にできると共に、一体構造をなしているロータコアを回転軸に嵌合することにより、容易に得ることができるので、組み立て作業を非常に容易に行うことができ、製造コストの上昇を大きく抑制することができる。

本発明に係る界磁巻線型同期機のロータの第一番目の実施形態の概略構成図である。 本発明に係る界磁巻線型同型機のロータの第二番目の実施形態の概略構成図である。 図２のIII‐III線断面矢線視図である。

本発明に係る界磁巻線型同期機のロータの実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

〈第一番目の実施形態〉
本発明に係る界磁巻線型同期機のロータの第一番目の実施形態を図１に基づいて説明する。

図１に示すように、環状をなす外周部１１１の内面には、径方向内側へ向けて突出するティース部１１２が周方向にわたって規定の間隔で複数形成されている。前記ティース部１１２の径方向内側の端部には、ティース係合部である凸状をなすキー１１３が径方向内側へ向けて突出するようにそれぞれ形成されている。このような外周部１１１、ティース部１１２、キー１１３によって、本実施形態では電磁鋼板等で一体的に形成されたロータコア１１０を構成している。

前記ロータコア１１０の前記ティース部１１２には、界磁巻線１２０がそれぞれ装着されている。前記ロータコア１１０の軸心上には、前記キー１１３と係合する回転軸係合部である凹状をなすキー溝１３１を当該キー１１３に対応するように外周に複数形成した回転軸１３０が同軸をなして配設されている。すなわち、前記ロータコア１１０は、回転可能に支持された前記回転軸１３０の前記キー溝１３１に前記キー１１３を差し込まれるようにして当該回転軸１３０に嵌合することにより、当該回転軸１３０と一体的に回転できるようになっているのである。そして、前記回転軸１３０は、前記ロータコア１１０の透磁率と近似する透磁率を有する鋼材からなっている。

このような構造をなす本実施形態に係るロータ１００においては、電磁鋼板を打ち抜いて積層した前記ロータコア１１０の前記ティース部１１２に対して、ボビン等に巻回した前記界磁巻線１２０を当該ロータコア１１０の径方向内側から嵌め込んで装着した後、前記回転軸１３０を当該ロータコア１１０に差し込んで嵌合することにより、容易に組み立てることができる。

そして、円筒形をなすステータの内部に前記ロータ１００を差し込んで回転自在に支持し、前記界磁巻線１２０に電気を流して励磁させることにより、当該ロータ１００を回転させることができる。

このとき、前記ロータ１００が高速域で回転して、前記界磁巻線１２０に遠心力が作用しても、当該ロータ１００の径方向外側に設けた前記外周部１１１が当該界磁巻線１２０の巻き崩れを防止するようになる。

つまり、本実施形態に係るロータ１００は、環状をなす外周部１１１の内面にティース部１１２を一体的に突設することにより、隣り合うティース部１１２の間の空間（スロット）をロータコア１１０の径方向内側に開口させ、当該ティース部１１２の前記径方向内側の端部にキー１１３を設けると共に回転軸１３０の外周にキー溝１３１を設けることにより、ロータコア１１０にヨーク部を設けることなく当該ロータコア１１０を回転軸１３０に嵌合できるようにしたのである。

このため、本実施形態に係るロータ１００においては、ロータコア１１０の径方向内側から各ティース部１１２に界磁巻線１２０をそれぞれ装着することが容易にできると共に、一体構造をなしている当該ロータコア１１０を回転軸１３０に嵌合することにより、容易に得ることができる。

したがって、本実施形態に係るロータ１００によれば、高速域での回転による界磁巻線１２０の巻き崩れを防止できるのはもちろんのこと、組み立て作業を非常に容易に行うことができ、製造コストの上昇を大きく抑制することができる。

なお、ロータコア１１０は、ヨーク部がない、言い換えると、ヨーク部の機能が回転軸１３０に具えられていることから、ヨーク部での鋼板の積層による渦電流低減効果が失われるものの、外周付近と違って、元々、空間高周波による交番磁界がほとんど存在しないため、鉄損が増加することはない。また、同様の理由により、積層した鋼板同士が回転軸１３０で短絡することによる渦電流損も発生しない。

〈第二番目の実施形態〉
本発明に係る界磁巻線型同期機のロータの第二番目の実施形態を図２，３に基づいて説明する。ただし、前述した実施形態の場合と同様な部分については、前述した実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した実施形態での説明と重複する説明を省略する。

図２，３に示すように、回転軸２３０の内部には、冷却液１を流通させる軸方向流路２３２が同軸上に軸方向全長にわたって形成されている。さらに、回転軸２３０の内部には、前記ロータコア１１０の隣り合う前記ティース部１１２の間（スロット）と前記軸方向流路２３２との間を当該回転軸２３０の径方向に沿って連通させる径方向流路２３３が当該回転軸２３０の周方向及び軸方向に沿って規定の間隔ごとに複数形成されている。

このような本実施形態に係るロータ２００においては、前記回転軸２３０の一端側から前記軸方向流路２３２に冷却液１を供給すると、当該冷却液１が当該軸方向流路２３２内を流通して前記径方向流路２３３内に流入し、当該回転軸２３０の外周面から噴出して界磁巻線１２０に供給されることにより、当該界磁巻線１２０を冷却した後、ロータコア１１０の両端側から流出するようになる。

つまり、前述した実施形態に係るロータ１００では、ロータコア１１０の軸方向両端側から前記界磁巻線１２０へ冷却液１を噴き掛けることにより、当該界磁巻線１２０を冷却するのに対し、本実施形態に係るロータ２００では、ロータコア１１０の径方向内側から前記界磁巻線１２０へ冷却液１を噴き掛けることにより、当該界磁巻線１２０を冷却するようにしたのである。

このため、本実施形態に係るロータ２００においては、界磁巻線１２０へロータコア１１０の軸方向全長にわたって冷却液１を噴き掛けることが容易にできる。

したがって、本実施形態に係るロータ２００によれば、前述した実施形態に係るロータ１００と同様な作用効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した実施形態に係るロータ１００よりも界磁巻線１２０を効率よく冷却することができる。

また、積層した鋼板からなる前記ロータコア１１０にヨーク部がない、言い換えると、一体成形体の回転軸２３０にヨーク部の機能を具えたことから、当該ロータコア１１０の隣り合う前記ティース部１１２の間（スロット）へ冷却液１を送給する径方向流路２３３を非常に容易に形成することができる。

なぜなら、従来のように、積層した鋼板からなるロータコアにヨーク部がある場合、隣り合うティース部の間へ冷却液１を送給する径方向の流路を形成すると、鋼板が分割されてしまうことから、鋼板同士を保持するための構造が必要になってしまうからである。

〈他の実施形態〉
なお、前述した実施形態においては、前記ロータコア１１０の前記ティース部１１２に凸状をなす前記キー１１３を設け、前記回転軸１３０の外周に凹状をなす前記キー溝１３１を設けるようにしたが、他の実施形態として、例えば、ロータコアのティース部にティース係合部である凹状をなすキー溝を設け、回転軸の外周に回転軸係合部である凸状をなすキーを設けるようにすることも可能であり、ティース係合部と回転軸係合部とは、互いに係合してロータコアと回転軸とを一体的に回転させ得る形状や構造であれば、適用可能である。

しかしながら、前述した実施形態のように、前記ロータコア１１０の前記ティース部１１２に凸状をなす前記キー１１３を設け、前記回転軸１３０の外周に凹状をなす前記キー溝１３１を設けるようにすると、非常に製造しやすくなるので、特に好ましい。

本発明に係る界磁巻線型同期機のロータは、組み立て作業を非常に容易に行うことができ、製造コストの上昇を大きく抑制することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。

１ 冷却液
１００ ロータ
１１０ ロータコア
１１１ 外周部
１１２ ティース部
１１３ キー
１２０ 界磁巻線
１３０ 回転軸
１３１ キー溝
２００ ロータ
２３０ 回転軸
２３２ 軸方向流路
２３３ 径方向流路

Claims (3)

1. 回転可能に支持された回転軸と、
   前記回転軸に同軸をなして嵌合するロータコアと、
   前記ロータコアに装着された界磁巻線と
   を備える巻線界磁型同期機のロータにおいて、
   前記ロータコアが、
   環状をなす外周部と、
   前記外周部の内面に径方向内側へ向けて突出すると共に当該外周部の周方向にわたって規定の間隔で当該外周部と一体的に複数形成されて前記界磁巻線をそれぞれ装着されるティース部と、
   前記ティース部に一体的に形成されたティース係合部と
   からなり、
   前記回転軸が、前記ロータコアの前記ティース係合部と係合する回転軸係合部を具えている
   ことを特徴とする巻線界磁型同期機のロータ。
2. 請求項１に記載の巻線界磁型同期機のロータにおいて、
   前記ロータコアの前記ティース係合部が、凸状をなすキーであり、
   前記回転軸の前記回転軸係合部が、凹状をなすキー溝である
   ことを特徴とする巻線界磁型同期機のロータ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の巻線界磁型同期機のロータにおいて、
   前記回転軸が、
   軸方向に沿って内部に形成されて冷却液を流通させる軸方向流路と、
   前記ロータコアの隣り合う前記ティース部の間と前記軸方向流路との間を連通させるように径方向に沿って内部に複数形成された径方向流路と
   を有していることを特徴とする巻線界磁型同期機のロータ。

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