JP2023071357A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により電圧特性を変化させる。【解決手段】磁性鋼板を軸方向Ｄａに積層して形成された励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと該励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａに設けられたスロットに収められた励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとから構成される励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側において、駆動源近接側に底面部３４ａＢが他端側である駆動源離隔側に開口部３４ａＡがそれぞれ形成されており周方向Ｄｃに沿う内周面３４ａＳｆが形成され回転軸１４に固定された励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと、該励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側に設けられた永久磁石３４ｂとから構成される磁極を備えた励磁用ＰＭＧ回転子３４と、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周側に設けられ、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生する電圧の特性を変化させる環状鋼板４０とを設ける。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機の回転子に関し、例えば回転子と固定子とを有する発電機に適用して好適なものである。

従来、固定子及び回転子を有するモータが広く知られている。このようなモータにおいては、固定子が、固定子鉄心と、該固定子鉄心の内周側のスロット内に収められた固定子巻線とにより構成されており、回転子が、固定子の内周側に設けられており、回転子鉄心と、回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石とにより構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。このようなモータにおいては、永久磁石によって形成される回転磁界が固定子巻線と鎖交することで電磁誘導が起こって固定子巻線に電圧が発生し、外部に設けられた自動電圧調整器へ交流電流を供給する。自動電圧調整器は、この交流電流を直流電流に変換する。

特許第６６６７０８４号

このようなモータにおいては、自動電圧調整器の要求電圧に合わせて固定子巻線に発生させる電圧特性を変化させることが求められている。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成により電圧特性を変化させ得る回転電機の回転子を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明の回転電機の回転子においては、磁性鋼板を軸方向に積層して形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、固定子の内周側において、軸方向の一端側に底部が他端側に開口部がそれぞれ形成されており周方向に沿う内周面が形成され回転軸に固定された回転子鉄心と、該回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石とから構成される磁極を備えた回転子と、回転子鉄心の内周側に設けられ、固定子巻線に発生する電圧の特性を変化させる電圧特性変化部材とを設けるようにした。

本発明は、回転子鉄心の内周側に存在する電圧特性変化部材の体積を変化させて磁束線が貫く電圧特性変化部材の面積を変化させることにより、固定子巻線に発生する電圧を変化させることができる。

本発明によれば、簡易な構成により電圧特性を変化させ得る回転電機の回転子を実現できる。

発電機の構成を示し、軸方向における断面図である。 第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧの構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、下半分が（Ａ）におけるＡ矢視外観図、上半分が励磁用ＰＭＧ固定子フレームの軸方向端面を透過した、（Ａ）におけるＡ矢視図である。 第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。 第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。 第３の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。

［１．第１の実施の形態］
［１－１．発電機の構成］
図１に示すように、発電機１は、主に、固定子１０と、回転子１２と、回転軸１４と、回転軸１４を支える２個の軸受１６とにより構成されている。原動機２は、エンジン、タービンや水車等であり、発電機１に回転力を与えて発電機１内の各機構を回転させることにより、発電を行う。なお、原動機２に近い側の軸受１６は省略される場合もある。

以下では、回転軸１４が沿う方向を軸方向Ｄａとし、回転子１２、励磁機回転子２２及び励磁用ＰＭＧ回転子３４が回転する方向を周方向Ｄｃ（図２）とする。また、軸方向Ｄａに関し、原動機２に近接する側を駆動源近接側とも呼び、原動機２から離隔する側を駆動源離隔側とも呼ぶ。さらに、軸方向Ｄａから見た際に回転軸１４の回転軸中心Ｒａへ近接する方向を内周方向とし、軸方向Ｄａから見た際に回転軸１４の回転軸中心Ｒａから離隔する方向を外周方向と呼ぶ。さらに軸方向Ｄａに直交し内周方向と外周方向とに沿う方向を径方向Ｄｄとも呼ぶ。さらに径方向Ｄｄに関し、回転軸１４の回転軸中心Ｒａに近接する側を内側又は内周側とも呼び、回転軸１４の回転軸中心Ｒａから離隔する側を外側又は外周側とも呼ぶ。

固定子１０は、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された固定子鉄心１０ａと、固定子鉄心１０ａの内周側のスロット内に収められた固定子巻線１０ｂとにより構成されている。回転子１２は、環状の固定子１０の内周側に設けられた突極型磁極であり、電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された回転子鉄心１２ａと、回転子鉄心１２ａに巻回する回転子巻線１２ｂとにより構成されている。

回転軸１４は、円柱形状であり軸方向Ｄａに沿って延設されており、中心である回転軸中心Ｒａを軸として周方向Ｄｃへ回転する。この回転軸１４は、駆動源近接側の端部が原動機２と直結しており、駆動源離隔側の端部に励磁用ＰＭＧ（Permanent Magnet Generator）３０が設けられている。

励磁機固定子２０は、固定子１０と、該固定子１０に対し励磁用ＰＭＧ３０側に位置する軸受１６（すなわち駆動源離隔側の軸受１６）との間に設けられている。この励磁機固定子２０は、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された励磁機固定子鉄心２０ａと、励磁機固定子鉄心２０ａの内周側のスロット内に収められた励磁機固定子巻線２０ｂとにより構成されている。励磁機回転子２２は、環状の励磁機固定子２０の内周側に設けられており、電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された励磁機回転子鉄心２２ａと、励磁機回転子鉄心２２ａの外周側のスロット内に収められた励磁機回転子巻線２２ｂとにより構成されている。

励磁用ＰＭＧ３０は、励磁用永久磁石発電機であり、回転軸１４において、回転子１２に対し原動機２とは逆側の端部（すなわち駆動源離隔側の端部）に設けられている。

［１－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図２に示すように励磁用ＰＭＧ３０は、励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ回転子３４と、励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６とにより構成されている回転電機である。

励磁用ＰＭＧ固定子３２は、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと、励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａの内周側のスロット内に収められた励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとにより構成されている。励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａは、励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６に焼嵌めで固定されている。励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６は、駆動源離隔側の端部が閉口し駆動源近接側の端部が開口する中空の円柱形状であり、励磁用ＰＭＧ固定子３２及び励磁用ＰＭＧ回転子３４を囲っており、一端部が軸受１６に固定されている。

［１－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子３４は、環状の励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側に設けられており、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａ（詳細は後述する）と、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側に設けられた永久磁石３４ｂと、テープ３４ｃとにより構成されている。永久磁石３４ｂは、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側の表面に吸着しており、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面との間に接着剤が塗布されることにより、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し吸着位置がずれることが防止されている。また永久磁石３４ｂの外周面を含む励磁用ＰＭＧ回転子３４の外周面には、励磁用ＰＭＧ回転子３４の外周面を覆うようにテープ３４ｃが巻き付けられている。これにより励磁用ＰＭＧ３０は、永久磁石３４ｂの表面を保護すると共に、永久磁石３４ｂ同士の反発力により励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し永久磁石３４ｂの吸着位置がずれることを防止している。

［１－４．励磁用ＰＭＧ回転子鉄心の構成］
図３に示すように、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、全体として、駆動源近接側の端部が閉口し駆動源離隔側の端部が開口する中空の円柱形状であり、いわゆる、椀形状となっている。この励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、底面部３４ａＢ及び側面部３４ａＳにより構成されており、底面部３４ａＢと側面部３４ａＳとにより囲まれた円柱形状の内部空間３４ａＰが形成されている。すなわち励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、中実の円柱形状の内側が、駆動源離隔側から駆動源近接側に向かって円柱形状に凹んだような形状となっている。

底面部３４ａＢは、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにおける駆動源近接側の端部に形成されており、略円盤形状である。また底面部３４ａＢは、駆動源近接側の端面が回転軸１４に固定されている。この底面部３４ａＢにおける駆動源離隔側の面には、内側底面３４ａＢｆが形成されている。内側底面３４ａＢｆは、軸方向Ｄａに直交する径方向Ｄｄに沿う円形状の平面である。

側面部３４ａＳは、底面部３４ａＢの外周部から駆動源離隔側に向かって延びており、筒形状である。この側面部３４ａＳにおける内周側の面には、内周面３４ａＳｆが形成されている。内周面３４ａＳｆは、側面部３４ａＳの駆動源近接側端部から駆動源離隔側端部までに亘って軸方向Ｄａに沿う面であり、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って形成されている。

また励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、駆動源離隔側の端部における側面部３４ａＳよりも内周側において、円形状の開口部３４ａＡが形成されている。

ここで、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの側面部３４ａＳにおける、径方向Ｄｄに沿う厚さを、厚さｔとする。

［１－５．環状鋼板の構成］
環状鋼板４０は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと同様の素材により形成された、径方向Ｄｄに沿った横断面が円形状である円筒形状で中実の部材であり、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周側に設けられている。この環状鋼板４０は、その外周面が励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周面３４ａＳｆに隙間なく当接した状態で、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにボルト締め等の方法で着脱可能に固定されている。

また環状鋼板４０は、内側底面３４ａＢｆから内周面３４ａＳｆの駆動源離隔側端面までに亘って連続的に設けられ、内周面３４ａＳｆから回転軸中心Ｒａに向かって突出している。さらに環状鋼板４０は、軸方向Ｄａに沿った断面（図３（Ａ））が四角形であるため、駆動源近接側端部から駆動源離隔側端部まで（すなわち、軸方向Ｄａの一端側端部から他端側端部まで）に亘って、径方向Ｄｄの厚さが一定となっている。さらに環状鋼板４０は、内周面３４ａＳｆにおいて周方向Ｄｃに沿って全周に亘って連続的に形成されている。

励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの厚さｔが薄く、自動電圧調整器の要求電圧に満たない場合は、環状鋼板４０が励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにボルト締めで固定される。ここで、電磁誘導により生じる電圧は、磁束が大きいほど高くなる。また磁束は、磁束線が貫通する、磁界と垂直な面積が大きいほど大きくなる。このため、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに環状鋼板４０が取り付けられた場合は、環状鋼板４０が取り付けられていない場合と比較して、磁束線が貫く面積が大きくなり、それに比例して磁束も大きくなるため、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生する電圧が上昇する。すなわち、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周側に存在する金属である環状鋼板４０の体積を増加させるほど、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生する電圧が上昇する。

このように環状鋼板４０は、要求電圧に応じた径方向Ｄｄの厚さの１個の環状鋼板４０が開口部３４ａＡから駆動源近接側に向かって内部空間３４ａＰへ入れ込まれることにより、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに発生する電圧を上昇させる。

［１－６．回転力から電力への変換］
かかる構成において、回転力を電力に変換する過程を説明する。初めに、原動機２が用いられ回転軸１４が回転される。この時、回転軸１４に設けられた励磁用ＰＭＧ回転子３４も同様に回転する。励磁用ＰＭＧ回転子３４には永久磁石３４ｂが設けられているため、回転磁界が形成される。この回転磁界が励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに電圧が発生し、交流電流が発電機１外部に供給される。このとき、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに環状鋼板４０が取り付けられた場合は、環状鋼板４０が取り付けられていない場合と比較して、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生する電圧が上昇する。

この交流電流は、外部の制御盤に内蔵された自動電圧調整器（図示せず）により直流電流に変換され、励磁機固定子巻線２０ｂに供給される。励磁機固定子巻線２０ｂに直流電流が流れることでアンペールの法則により磁界が形成される。この磁界が励磁機回転子巻線２２ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、励磁機回転子巻線２２ｂに電圧が発生して交流電流が流れる。

この交流電流は、回転軸１４に設けられた整流器（図示せず）により直流電流に変換され、回転子巻線１２ｂに供給される。回転子巻線１２ｂに直流電流が流れることでアンペールの法則により磁界が形成される。この磁界が固定子巻線１０ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、固定子巻線１０ｂに電圧が発生して交流電流が外部負荷に供給される。

［１－７．効果等］
以上の構成において発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａを、駆動源近接側の端部が閉口し駆動源離隔側の端部が開口する中空の円柱形状とし、側面部３４ａＳに囲まれる内部に内部空間３４ａＰを形成するようにした。このため発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面からだけでなく、内周面３４ａＳｆからも放熱させることができる。これにより発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが中実の略円柱形状である場合と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能を向上させることができる。

また発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周側に環状鋼板４０を取り付けるようにした。このため発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周側に存在する金属の体積を増加させて磁束線が貫く金属の面積を大きくすることにより、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生する電圧を上昇させることができる。

これにより発電機１は、自動電圧調整器の要求電圧に合わせた径方向Ｄｄの厚さの環状鋼板４０を励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに取り付けるだけで、自動電圧調整器の要求電圧に合わせた電圧を励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生させることができる。よって発電機１は、励磁用ＰＭＧ固定子３２及び励磁用ＰＭＧ回転子３４は共通のまま、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに取り付ける環状鋼板４０における径方向Ｄｄの厚さを変更するだけで、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生させる電圧を調整できる。かくして発電機１は、自動電圧調整器の要求電圧に合わせて励磁用ＰＭＧ３０をその都度設計する必要をなくすことができる。

また発電機１は、励磁用ＰＭＧ固定子３２及び励磁用ＰＭＧ回転子３４は共通のまま、様々な径方向Ｄｄの厚さで製作された環状鋼板４０が励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに取り付けられるだけで、励磁用ＰＭＧ３０の電圧特性が異なるラインナップを増やすことができる。

以上の構成によれば発電機１は、磁性鋼板を軸方向Ｄａに積層して形成された固定子鉄心としての励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと該励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａに設けられたスロットに収められた固定子巻線としての励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとから構成される励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側において、軸方向Ｄａの一端側である駆動源近接側に底面部３４ａＢが他端側である駆動源離隔側に開口部３４ａＡがそれぞれ形成されており周方向Ｄｃに沿う内周面３４ａＳｆが形成され回転軸１４に固定された回転子鉄心としての励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと、該励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側に設けられた永久磁石３４ｂとから構成される磁極を備えた励磁用ＰＭＧ回転子３４と、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周側に設けられ、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生する電圧の特性を変化させる環状鋼板４０とを設けるようにした。

このため発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周側に存在する金属である環状鋼板４０の体積を変化させて磁束線が貫く金属の面積を変化させることにより、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生する電圧を変化させることができる。

［２．第２の実施の形態］
［２－１．発電機の構成］
第２の実施の形態による発電機（図示せず）は、第１の実施の形態による発電機１と比較して、励磁用ＰＭＧ３０に代わる励磁用ＰＭＧ（図示せず）を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［２－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図３と対応する部材に同一符号を付した図４に示すように、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ３０と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子３４に代わる励磁用ＰＭＧ回転子１３４を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［２－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子１３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と比較して、１個の環状鋼板４０に代わる複数の環状鋼板１４０を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［２－４．環状鋼板の構成］
環状鋼板１４０は、環状鋼板４０と比較して、径方向Ｄｄに関し物理的に分割されており、例えば３個である複数個設けられている。このため環状鋼板１４０は、最も外周側に設けられた環状鋼板１４０から内周側に設けられた環状鋼板１４０に向かうに連れて、徐々にその外径が小さくなっている。それぞれの環状鋼板１４０は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと同様の素材により形成された、径方向Ｄｄに沿った横断面が円形状である円筒形状で中実の部材である。

最も外周側の環状鋼板１４０は、その外周面が励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周面３４ａＳｆに隙間なく当接した状態で、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにボルト締め等の方法で着脱可能に固定されている。また最も外周側の環状鋼板１４０よりも内周側の環状鋼板１４０は、その外周面が外周側に隣接する環状鋼板１４０の内周面に隙間なく当接した状態で、ボルト締め等の方法で着脱可能に固定されている。このように全ての環状鋼板１４０は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し着脱可能に固定されている。

この環状鋼板１４０は、内側底面３４ａＢｆから内周面３４ａＳｆの駆動源離隔側端面までに亘って、径方向Ｄｄに隣接する環状鋼板１４０同士が互いに隙間なく当接しつつ、全体として内周面３４ａＳｆから回転軸中心Ｒａに向かって突出している。それぞれの環状鋼板１４０は、互いに径方向Ｄｄの厚さが同一である。

またそれぞれの環状鋼板１４０は、径方向Ｄｄの厚さが薄い薄板状であり、軸方向Ｄａに沿った断面（図４（Ａ））が四角形であるため、駆動源近接側端部から駆動源離隔側端部までに亘って、径方向Ｄｄの厚さが一定となっている。さらにそれぞれの環状鋼板１４０は、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って連続的に形成されている。

この環状鋼板１４０は、内周面３４ａＳｆに当接する箇所から径方向Ｄｄに沿って積層するように、回転軸中心Ｒａ（すなわち内周側）に向かって、開口部３４ａＡから要求電圧に応じた所定個数だけ、徐々に外径が小さい環状鋼板１４０が順次内部空間３４ａＰへ入れ込まれる。すなわち環状鋼板１４０は、要求電圧が高いほど多くの個数が順次内部空間３４ａＰへ入れ込まれる。これにより環状鋼板１４０は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに発生する電圧を上昇させる。

このように励磁用ＰＭＧ回転子１３４は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに固定される環状鋼板１４０の個数が変更されることにより、自動電圧調整器の要求電圧に合わせて励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生させる電圧を微調整できる。

その他の点においても、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子１３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と同様の作用効果を奏し得る。

［３．第３の実施の形態］
［３－１．発電機の構成］
第３の実施の形態による発電機（図示せず）は、第１の実施の形態による発電機１と比較して、励磁用ＰＭＧ３０に代わる励磁用ＰＭＧ（図示せず）を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［３－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図３と対応する部材に同一符号を付した図５に示すように、第３の実施の形態による励磁用ＰＭＧは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ３０と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子３４に代わる励磁用ＰＭＧ回転子２３４を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［３－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子２３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と比較して、１個の環状鋼板４０に代わる複数の環状鋼板２４０を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。

［３－４．環状鋼板の構成］
環状鋼板２４０は、環状鋼板４０と比較して、軸方向Ｄａに関し物理的に分割されており、例えば８個である複数個設けられている。それぞれの環状鋼板２４０は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと同様の素材により形成された、径方向Ｄｄに沿った横断面が円形状であるリング形状で中実の部材である。

この環状鋼板２４０は、その外周面が励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周面３４ａＳｆに隙間なく当接した状態で、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにボルト締め等の方法で着脱可能に固定されている。またこれら環状鋼板２４０は、内側底面３４ａＢｆから内周面３４ａＳｆの駆動源離隔側端面までに亘って、軸方向Ｄａに隣接する環状鋼板２４０が互いに隙間なく当接しつつ、内周面３４ａＳｆから回転軸中心Ｒａに向かって突出している。また複数の環状鋼板２４０同士は、互いにボルト締め等では固定されない。このように全ての環状鋼板２４０は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し着脱可能に固定されている。それぞれの環状鋼板２４０は、互いに軸方向Ｄａの幅が同一である。

またそれぞれの環状鋼板２４０は、例えば軸方向Ｄａの幅よりも径方向Ｄｄの高さの方が高く、横断面（図５（Ａ））が四角形であるため、外周側端部から内周側端部まで（すなわち、径方向Ｄｄの一端側端部から他端側端部まで）に亘って、軸方向Ｄａの幅が一定となっている。さらにそれぞれの環状鋼板２４０は、内周面３４ａＳｆにおいて周方向Ｄｃに沿って全周に亘って連続的に形成されている。

この環状鋼板２４０は、内側底面３４ａＢｆに当接する箇所から軸方向Ｄａに沿って積層するように、駆動源離隔側に向かって、開口部３４ａＡから要求電圧に応じた所定個数だけ順次内部空間３４ａＰへ入れ込まれる。このとき、最も駆動源近接側に位置する環状鋼板２４０は内側底面３４ａＢｆに隙間なく当接した状態となると共に、軸方向Ｄａに隣接する環状鋼板２４０も、互いに隙間なく当接した状態となる。

環状鋼板２４０は、要求電圧が高いほど多くの個数が順次内部空間３４ａＰへ入れ込まれる。これにより環状鋼板２４０は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに発生する電圧を上昇させる。このため要求電圧によっては、環状鋼板２４０は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周面３４ａＳｆにおける駆動源近接側に設けられるものの駆動源離隔側には設けられないこととなり、内周面３４ａＳｆにおける軸方向Ｄａの一端側から他端側までに亘って設けられていない場合もある。

このように励磁用ＰＭＧ回転子２３４は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに固定される環状鋼板２４０の個数が変更されることにより、自動電圧調整器の要求電圧に合わせて励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生させる電圧を微調整できる。

その他の点においても、第３の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子２３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と同様の作用効果を奏し得る。

［４．他の実施の形態］
なお上述した第１の実施の形態においては、環状鋼板４０を内周面３４ａＳｆにおいて周方向Ｄｃに沿って全周に亘って連続的に形成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、環状鋼板４０を例えば軸方向Ｄａに沿って分割し、内周面３４ａＳｆにおいて周方向Ｄｃに関し一部分に切れ目が形成された状態で形成しても良い。この場合、切れ目の部分に隙間があると隙間部分に空気の層が形成されてしまい、想定していた電圧が発生しない可能性があるため、切れ目の部分には隙間がないことが好ましい。第２及び第３の実施の形態においても同様である。

また上述した第１の実施の形態においては、環状鋼板４０を内周面３４ａＳｆにおいて内側底面３４ａＢｆから内周面３４ａＳｆの駆動源離隔側端面までに亘って連続的に形成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、環状鋼板４０を例えば径方向Ｄｄに沿って分割し、内周面３４ａＳｆにおいて内側底面３４ａＢｆから内周面３４ａＳｆの駆動源離隔側端面までの間で一部分に切れ目が形成された状態で形成しても良い。この場合、切れ目の部分に隙間があると隙間部分に空気の層が形成されてしまい、想定していた電圧が発生しない可能性があるため、切れ目の部分には隙間がないことが好ましい。第２の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、環状鋼板４０を、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと同様の素材により形成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、他の種々の素材により形成しても良い。要は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周側に存在する金属の径方向Ｄｄの厚さ又は軸方向Ｄａの長さを変化させることにより、該金属の体積を変化させて磁束線が貫く金属の面積を変化させることにより、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに発生させる電圧を変化させる素材であれと良い。第２及び第３の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、環状鋼板４０を励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにボルト締めで着脱可能に固定する場合について述べた。本発明はこれに限らず、環状鋼板４０を焼嵌め等の他の種々の方法で励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに固定しても良い。その場合、環状鋼板４０が励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに着脱可能であると好ましい。第２及び第３の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第１の実施の形態においては、環状鋼板４０を内周面３４ａＳｆにおける軸方向Ｄａの一端側端部から他端側端部まで（すなわち、内側底面３４ａＢｆから内周面３４ａＳｆの駆動源離隔側端面まで）に亘って設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、環状鋼板４０を内周面３４ａＳｆにおける軸方向Ｄａの一端側端部から他端側端部までの間よりも狭い任意の範囲に亘って設けても良い。第２の実施の形態においても同様である。

さらに上述した第２の実施の形態においては、３個の環状鋼板１４０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、２個又は４個以上の任意の個数の環状鋼板１４０を設け、要求電圧に応じて環状鋼板１４０の数を増減させても良い。

さらに上述した第２の実施の形態においては、３個の環状鋼板１４０の径方向Ｄｄの厚さを互いに同一にする場合について述べた。本発明はこれに限らず、少なくとも１個の環状鋼板１４０の径方向Ｄｄの厚さを他の環状鋼板１４０と異なる厚さとしても良い。その場合、例えば、厚さが厚い環状鋼板１４０を励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに固定して電圧を大まかに調整してから、厚さが薄い環状鋼板１４０を厚さが厚い環状鋼板１４０に固定して電圧を微調整しても良い。

さらに上述した第３の実施の形態においては、８個の環状鋼板２４０を設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、２個～７個又は９個以上の任意の個数の環状鋼板２４０を設け、要求電圧に応じて環状鋼板２４０の数を増減させても良い。

さらに上述した第３の実施の形態においては、８個の環状鋼板２４０の軸方向Ｄａの幅さを互いに同一にする場合について述べた。本発明はこれに限らず、少なくとも１個の環状鋼板２４０の軸方向Ｄａの幅を他の環状鋼板２４０と異なる長さとしても良い。その場合、例えば、幅が広い環状鋼板２４０を励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに固定して電圧を大まかに調整してから、幅が狭い環状鋼板２４０を励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに固定して電圧を微調整しても良い。

さらに上述した第３の実施の形態においては、環状鋼板２４０が励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにボルト締めで固定されるものの、環状鋼板２４０同士はボルト締めにより固定されない場合について述べた。本発明はこれに限らず、環状鋼板２４０が励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにボルト締めで固定されつつ、環状鋼板２４０同士も例えばボルト締め等により固定されても良い。

さらに上述した第１の実施の形態においては、励磁用ＰＭＧ３０に本発明を適用する場合について述べた。本発明はこれに限らず、他の種々の回転電機に本発明を適用しても良い。第２及び第３の実施の形態においても同様である。

さらに本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施の形態と上述した他の実施の形態の一部又は全部を任意に組み合わせた実施の形態にも本発明の適用範囲が及ぶものである。また、本発明は、上述した各実施の形態及び上述した他の実施の形態のうち任意の実施の形態に記載された構成の一部を抽出し、上述した実施の形態及び他の実施の形態のうちの任意の実施の形態の構成の一部と置換・転用する場合や、該抽出された構成の一部を任意の実施の形態に追加する場合にも本発明の適用範囲が及ぶものである。例えば、第２の実施の形態と第３の実施の形態とを組み合わせ、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの内周面３４ａＳｆに所定個数の環状鋼板１４０を固定し、その環状鋼板１４０の内周面に所定個数の環状鋼板２４０を固定しても良い。また例えば、それぞれの環状鋼板２４０を、環状鋼板１４０のように径方向Ｄｄに関し物理的に分割させても良い。

さらに上述した第１の実施の形態においては、固定子としての励磁用ＰＭＧ固定子３２と、回転子としての励磁用ＰＭＧ回転子３４と、電圧特性変化部材としての環状鋼板４０によって、回転電機としての発電機１を構成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる固定子と、回転子と、電圧特性変化部材とによって、発電機を構成しても良い。第２及び第３の実施の形態においても同様である。

本発明は、回転子鉄心の外周側に永久磁石が設けられた発電機において利用できる。

１……発電機、２……原動機、１０……固定子、１０ａ……固定子鉄心、１０ｂ……固定子巻線、１２……回転子、１２ａ……回転子鉄心、１２ｂ……回転子巻線、１４……回転軸、１６……軸受、Ｒａ……回転軸中心、２０……励磁機固定子、２０ａ……励磁機固定子鉄心、２０ｂ……励磁機固定子巻線、２２……励磁機回転子、２２ａ……励磁機回転子鉄心、２２ｂ……励磁機回転子巻線、３０……励磁用ＰＭＧ、３２……励磁用ＰＭＧ固定子、３２ａ……励磁用ＰＭＧ固定子鉄心、３２ｂ……励磁用ＰＭＧ固定子巻線、３４、１３４、２３４……励磁用ＰＭＧ回転子、３４ａ……励磁用ＰＭＧ回転子鉄心、３４ａＢ……底面部、３４ａＳ……側面部、３４ａＢｆ……内側底面、３４ａＳｆ……内周面、３４ａＡ……開口部、３４ａＰ……内部空間、３４ｂ……永久磁石、３４ｃ……テープ、３６……励磁用ＰＭＧ固定子フレーム、４０、１４０、２４０……環状鋼板、Ｄａ……軸方向、Ｄｄ……径方向、Ｄｃ……周方向。

かかる課題を解決するため本発明の回転電機の回転子においては、磁性鋼板を軸方向に積層して形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、固定子の内周側において、軸方向の一端側に底部が他端側に開口部がそれぞれ形成されており周方向に沿う内周面が形成され回転軸に固定された回転子鉄心と、該回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石とから構成される磁極を備えた回転子と、回転子鉄心に対し着脱可能に設けられ、径方向に関し回転子鉄心における内周面のみに当接して該内周面から内周側に向かって突出し、回転子鉄心における軸方向の他端側よりも一端側に配置された状態で、固定子巻線に発生する電圧の特性を変化させる電圧特性変化部材とを設けるようにした。

Claims (17)

1. 磁性鋼板を軸方向に積層して形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、
   前記固定子の内周側において、前記軸方向の一端側に底部が他端側に開口部がそれぞれ形成されており周方向に沿う内周面が形成され回転軸に固定された回転子鉄心と、該回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石とから構成される磁極を備えた回転子と、
   前記回転子鉄心の内周側に設けられ、前記固定子巻線に発生する電圧の特性を変化させる電圧特性変化部材と
   を有することを特徴とする回転電機の回転子。
2. 前記電圧特性変化部材は、前記内周面において前記底部側から前記開口部側までに亘って設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 前記電圧特性変化部材は、前記固定子巻線に発生させる電圧の特性に応じた径方向の厚さに設定された１個が設けられる
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
4. 前記電圧特性変化部材は、前記固定子巻線に発生させる電圧が上がるほど、前記径方向の厚さが厚く設定される
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機の回転子。
5. 前記電圧特性変化部材は、前記固定子巻線に発生させる電圧の特性に応じ径方向に複数個に分割されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
6. 前記電圧特性変化部材は、前記固定子巻線に発生させる電圧が上がる程、前記径方向の外周側から内周側に向かって多くの個数が設けられる
   ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の回転子。
7. 複数の前記電圧特性変化部材は、前記径方向の厚さが互いに同様に形成されている
   ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機の回転子。
8. 複数の前記電圧特性変化部材は、前記径方向の厚さが異なるよう形成されたものを含む
   ことを特徴とする請求項６に記載の回転電機の回転子。
9. 前記電圧特性変化部材は、前記内周面における前記軸方向の一端側端部から他端側端部までに亘って設けられる
   ことを特徴とする請求項２乃至請求項８の何れかに記載の回転電機の回転子。
10. 前記電圧特性変化部材は、前記軸方向の一端側端部から他端側端部までに亘って隙間なく設けられる
    ことを特徴とする請求項２乃至請求項８の何れかに記載の回転電機の回転子。
11. 前記電圧特性変化部材は、前記固定子巻線に発生させる電圧の特性に応じ前記内周面において前記軸方向に複数個に分割されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
12. 前記電圧特性変化部材は、前記固定子巻線に発生させる電圧が上がる程、前記軸方向の一端側から他端側に向かって多くの個数が設けられる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の回転電機の回転子。
13. 複数の前記電圧特性変化部材は、前記軸方向の幅が互いに同様に形成されている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の回転電機の回転子。
14. 複数の前記電圧特性変化部材は、前記軸方向の幅が異なるよう形成されたものを含む
    ことを特徴とする請求項１２に記載の回転電機の回転子。
15. 前記電圧特性変化部材は、前記回転子鉄心に対し着脱可能に設けられる
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１４の何れかに記載の回転電機の回転子。
16. 前記電圧特性変化部材は、金属である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の回転電機の回転子。
17. 前記電圧特性変化部材は、前記回転子鉄心と同様の素材の環状鋼板である
    ことを特徴とする請求項１６に記載の回転電機の回転子。
    
    

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