JP6282249B2 - 突極形回転子 - Google Patents

Description

本発明は、発電機などに用いるコイル（「巻線」と呼ぶ場合もある）にワニスを含浸させる技術に関する。

特許文献１には、ワニスを含浸させる技術として、インシュレータの突出部及びティースに巻回したコイルにワニスを塗布する処理を行う際に、スロット内のコイルに対してワニスを十分に浸透させることを目的とした固定子、モータ及び圧縮機の構造について開示されている。

また、特許文献２には、巻線ガイド絶縁部材により複数の冷却用通風路を形成して、界磁コイルおよび磁極鉄心を効率的に冷却し、かつ機械的強度の向上を図る巻線ガイド絶縁部材付き突極形回転子について開示されている。特許文献２の図１に示すように、突極形回転子の磁極部の長手方向の界磁巻線（巻線）はコイルサポータ（巻線押え部材）によって保持されている。また、特許文献２に示されていないが、巻線とコイルサポータとの間には絶縁紙が挟まれている。このような突極形回転子にも、絶縁の目的でワニスを含浸させる必要があることが多い。

特開２０１１−２０００５０号公報 実開平６−４１３６３号公報

回転させながら突極形回転子の巻線にワニスを滴下含浸させる際、滴下位置から巻線にワニスが浸透していくのに応じて、巻線間の空気がワニスに押されて抜けていく。しかし、コイルサポータが装着されている巻線部分については、ワニスを浸透させようとしてもコイルサポータおよび絶縁紙が表面を覆って邪魔してしまう。このため、当該巻線部分の巻線間の空気はワニスに押されても抜けきらず、巻線間に空気溜まりができてしまう。このような空気溜まりは、ワニス浸透不良および巻線の絶縁性の低下を招き、巻線の短絡を引き起こすおそれがある。コイルサポータに空気を抜く孔を設ける手段もあるが、コイルサポータ自体の強度の低下を招いてしまい、巻線を保持できなくなるおそれがある。特許文献１，２にはこれらの問題について何ら言及していない。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みて、突極形回転子の巻線にワニス含浸を行う際、巻線押え部材の強度の低下を防ぐとともに、巻線押え部材に覆われている巻線部分の絶縁性の低下を防ぐことを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、
磁極部に巻回されている巻線を押える巻線押え部材を備える突極形回転子であって、
ワニスの含浸により前記巻線間の空気を通過させる第１の孔を有する第１の絶縁体と、
前記第１の孔を通過した空気を外部に案内する第２の孔を有する第２の絶縁体と、
孔を有していない第３の絶縁体と、を備え、
前記第１の絶縁体、前記第２の絶縁体、および前記第３の絶縁体が、この順で巻線側から前記巻線押え部材側に向かって重ねて配置されている、
ことを特徴とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、突極形回転子の巻線にワニス含浸を行う際、巻線押え部材の強度の低下を防ぐとともに、巻線押え部材に覆われている巻線部分の絶縁性の低下を防ぐことができる。

本実施形態の突極形回転子の全体斜視図である。 コイルサポータの（ａ）斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）側面図である。 突極形回転子の正面図である。ただし、構成部材の一部の図示は省略している。 ３種類の絶縁体の形状を示す図である。 ３種類の絶縁体が使用される突極形回転子の断面図である。 ３種類の絶縁体とコイルサポータとの位置関係を示す図である。 巻線にワニスを滴下させる様子を示した突極形回転子の側面図である。ただし、構成部材の一部の図示は省略している。 ワニスの含浸により巻線から押し出された空気の移動を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の突極形回転子１は、例えば、回転界磁形同期発電機に使用されるものであり、鋼板を積層してブロック化してなる回転子鉄心２を有し、略円筒形状を呈している。回転子鉄心２は、軸近傍部３と、軸近傍部３から等間隔で放射状に突出した４個の磁極部５とから一体に形成されている。

突極形回転子１は、その正面および背面に巻線ガイド絶縁物９，１０を備えている。巻線ガイド絶縁物９，１０は側面視コ字状を呈しており、一端が磁極部５側に配置され、他端が軸近傍部３側に配置されている。一対の巻線ガイド絶縁物９，１０は、磁極部５に巻回されるコイル１３を、巻線ガイド絶縁物９の両端部の間、および、巻線ガイド絶縁物１０の両端部の間にガイドすることで、コイルエンドを形成することができる。なお、コイル１３が当接する巻線ガイド絶縁物９，１０の中央部には、巻回されるコイルを整列させるための溝（図示せず）が刻まれている。

巻線ガイド絶縁物９，１０の両端部には貫通孔（図示せず）が形成されている。また、この貫通孔に挿通されるコイル支持バー（図示せず）が磁極部５の正面および軸近傍部３の正面から軸方向に延在している。よって、巻線ガイド絶縁物９，１０は、軸方向に多段（図１では３段であるが、２段以下、４段以上にしてもよい。）に積層することができる。積層された、一対の巻線ガイド絶縁物９，１０の各々にコイル１３が巻回され、コイルエンドが形成される。巻線ガイド絶縁物９，１０の形状に起因して、形成されたコイルエンドの各々は離間しており、突極形回転子１回転時のコイル冷却用の通風路が各コイルエンド間に形成されている。

図１に示すように、突極形回転子１は、その側面に複数のコイルサポータ１２（巻線押え部材）を備えている。コイルサポータ１２は、磁極部５に巻回されているコイル１３の長手方向部分を、突極形回転子１の径方向外側から押圧することで、コイル１３を保持する。具体的には、コイルサポータ１２は、突極形回転子１が回転することでコイル１３に働く遠心力のためにコイル１３の長手方向部分が径方向外側に変位してしまうことを防ぐ。

図２に示すように、コイルサポータ１２は、長方形の板状体を、側面視く字状に曲げて加工されている。コイルサポータ１２は、例えば、みがき特殊帯鋼から構成されている。コイルサポータ１２の爪部１２ａ、１２ａは、突極形回転子１の所定の箇所（図１参照）に所定の冶具（図示せず）を用いてコイルサポータ１２を撓ませて取り付けるために、所定の冶具（図示せず）が引掛かる部位である。

図１に示すように、１つのコイルサポータ１２は、隣り合う磁極部５にそれぞれ巻回されているコイル１３に介在して、２つのコイル１３の長手方向部分を径方向外側から押圧している。図３に示すように、コイルサポータ１２は、４つの磁極部５のうち隣接する２つの磁極部５の間に、かつ、回転方向に等間隔となる４か所の空間に配置され、２つのコイル１３の長手方向部分を径方向外側から押圧している（図３では、突極形回転子１の図中下半分に存在するコイル１３の図示は省略している）。図３に示すように、磁極部５の回転方向両端部には、軸方向に延在している凹条部が形成されている。コイル１３の長手方向部分を押圧しているコイルサポータ１２は、その両端部が磁極部５の凹条部に係合することで突極形回転子１に対して固定されている。

また、図３に示すように、突極形回転子１は、コイルサポータ１２よりも径方向内側に、コイルサポータ２０を備えている。コイルサポータ２０は、磁極部５に巻回されているコイル１３の長手方向部分を、突極形回転子１の径方向内側から押圧することで、コイル１３を保持する。磁極部５と軸近傍部３の境界部分には、軸方向に延在している凹条部が形成されている。コイル１３の長手方向部分を押圧しているコイルサポータ２０は、その両端部が、磁極部５と軸近傍部３の境界部分に形成されている凹条部に係合することで突極形回転子１に対して固定されている。

突極形回転子１は、コイル１３の長手方向部分とコイルサポータ１２との間に、絶縁紙６（第１の絶縁体）、絶縁板７（第２の絶縁体）、絶縁紙８（第３の絶縁体）（図１参照）という３種類の絶縁体を備えている。絶縁紙６、絶縁板７、絶縁紙８は、コイル１３とコイルサポータ１２との接触を妨げ、コイル１３の短絡を防ぐ役割を持つ。

図４に示すように、絶縁紙６は、矩形状を呈しており、例えば、厚さ方向に貫通した３×３＝９個の丸孔６ａを有している。絶縁紙６は、例えば、耐熱性の多層ラミネート紙である。
絶縁板７は、矩形状を呈しており、絶縁紙６と略同等の外形を有する。絶縁板７は、例えば、厚さ方向に貫通した３個の長孔７ａを有している。絶縁板７は、例えば、ガラス布基材エポキシ樹脂積層板である。
絶縁紙８は、長手方向中央部に切り欠きがある（なくてもよい）矩形状を呈しており、コイルサポータ１２よりも一回り大きい面積を有する。絶縁紙８は、厚さ方向に貫通した孔を有していない。絶縁紙８は、例えば、耐熱性の多層ラミネート紙である。

丸孔６ａおよび長孔７ａについては、例えば、絶縁紙６の丸孔６ａを等間隔に３つ並べ、１行に並んだ３つの丸孔６ａの両端寸法を図４に示す符号Ｌ１とした場合、絶縁板７の長孔７ａの両端寸法（符号Ｌ２）を丸孔６ａの両端寸法（符号Ｌ１）より大きくし、長孔７ａの幅寸法を丸孔６ａの直径より大きくすればよい。また、例えば、図４に示すように、９個の丸孔６ａは、絶縁紙６の領域全体に散らばるように配置すればよい。丸孔６ａについてのこのような配置により、絶縁紙６に覆われているコイル１３部分のコイル間からの空気を満遍なく抜くことができる（詳細は後記）。

図５に示すように、絶縁紙６は、コイル１３の長手方向部分に当接して配置されている。また、絶縁紙８は、コイルサポータ１２の片面に貼設されている。絶縁板７は、絶縁紙６と絶縁紙８との間に配置されている。つまり、絶縁紙６、絶縁板７、絶縁紙８は、この順でコイル１３側からコイルサポータ１２側に向かって重ねて配置されている。絶縁板７の一部領域と、絶縁紙８の一部領域との間には、隙間ＣＬが形成されている。
なお、コイル１３の長手方向部分とコイルサポータ２０との間にも絶縁紙２１が配置されている。

図６に示すように、絶縁紙６および絶縁板７が、コイル１３の長手方向部分とコイルサポータ１２との間に配置されているとき、絶縁紙６の丸孔６ａと絶縁板７の長孔７ａとの位置合わせがなされている。具体的には、１行に並んだ３つの丸孔６ａの領域全体が、１つの長孔７ａの領域一部に重なるように、絶縁紙６および絶縁板７が配置されている。つまり、３つの長孔７ａすべてについて、３×３＝９個の丸孔６ａの領域全体が、３つの長孔７ａのいずれか１つの領域一部に重なっている。

（作用）
本実施形態の突極形回転子１について、ワニス含浸時の作用について説明する。
図７に示すように、周知のワニス含浸機（図示せず）を用いることで、回転中の突極形回転子１のコイル１３、つまり、コイルエンドおよびコイル１３の長手方向部分のコイルサポータ１２間のコイル露出部分に対して、ワニス（実線矢印）がワニス含浸機のノズル（図示せず）から滴下される。滴下したワニスは、コイル１３の長手方向部分のうちコイルサポータ１２に押圧されている部分（以下、「被押圧部分」と呼ぶ場合がある。）に浸透する。

コイル１３全体に亘って浸透したワニスは、コイル１３間の空気を外部に押し出す。ここで、図８に示すように、コイル１３の被押圧部分に浸透したワニスは、コイル１３の被押圧部分のコイル間１３ａ（巻線間）に存在する空気（破線矢印）を外部に押し出すことができる。具体的には、まず、コイル１３の被押圧部分のコイル間１３ａから押し出された空気は、コイル１３の被押圧部分に当接している絶縁紙６の丸孔６ａを通過する。絶縁紙６の丸孔６ａは、必要最小限の空気抜け性能を実現できるように、できるだけ少ない個数を設けるとともに、できるだけ小さいサイズとするように設計することが好ましい。このような丸孔６ａの設計により、絶縁紙６は、コイル１３に当接する面積を大きくすることができるため、充分な絶縁性を獲得することができる。

絶縁紙６の丸孔６ａを通過した空気は、絶縁板７の長孔７ａに案内される。ここで、絶縁紙６にコイルサポータ１２側から重なっている絶縁紙８は孔を有していない。また、絶縁板７の長孔７ａの一端（一部）が、絶縁紙８が貼設されているコイルサポータ１２と絶縁板７との間に形成されている隙間ＣＬに隣接している。また、空気が抜けた被押圧部分のコイル間１３ａおよび絶縁紙６の丸孔６ａには、含浸中に絶えることなくワニスが充填される。このため、絶縁板７の長孔７ａに案内された空気が絶縁紙６の丸孔６ａを介して被押圧部分に戻ることはない。したがって、絶縁板７の長孔７ａに案内された空気は、隙間ＣＬに一方的に案内され、外部に押し出される。その際、絶縁板７の長孔７ａには、含浸中に絶えることなくワニスが充填されるため、隙間ＣＬに案内された空気が絶縁板７の長孔７ａに戻ることはない。

以上の説明から、本実施形態によれば、絶縁紙６、絶縁板７、および絶縁紙８を用いることで、コイル１３の長手方向部分を覆ってしまうコイルサポータ１２に対して、絶縁紙６の丸孔６ａと、絶縁板７の長孔７ａと、孔を有しない絶縁紙８とによって外部へ案内される通気路を形成することができる。このため、ワニスの含浸により、コイルサポータ１２に覆われているコイル１３の長手方向部分のコイル間１３ａから押し出された空気は、当該通気路を経由させることで外部に放出される。その結果、コイルサポータ１２に覆われているコイル１３の長手方向部分のコイル間１３ａにて、空気溜まりが形成されることがなく、ワニスは当該長手方向部分のコイル間１３ａに確実に浸透されることになり、所望の絶縁性を達成することができる。このとき、コイルサポータ１２にて空気を抜く孔を形成する必要はない。
したがって、突極形回転子のコイル１３にワニス含浸を行う際、コイルサポータ１２の強度の低下を防ぐとともに、コイルサポータ１２に覆われているコイル１３の長手方向部分の絶縁性の低下を防ぐことができる。

コイル１３の長手方向部分に当接する絶縁紙６に対しては、必然的に高い絶縁性を要求することになる。このため、多少の空気抜け性能を実現する必要はあっても、絶縁紙６に設ける丸孔６ａの個数をできるだけ少なくしたり、丸孔６ａのサイズをできるだけ小さくしたりすることが好ましい。このような事情に対して、複数個の丸孔６ａに重なる長孔７ａを絶縁板７に設け通気路を確保することで、絶縁紙６の空気抜け性能を大幅に高めることができる。

ワニスの含浸が進行すれば、絶縁紙６の丸孔６ａおよび絶縁板７の長孔７ａにワニスが充填される。このため、結果的には、丸孔６ａを設けたことによる絶縁紙６の絶縁性の低下は回避されるとともに、長孔７ａを設けたことによる絶縁板７の絶縁性の低下も回避される。また、丸孔６ａを有する絶縁紙６、および、長孔７ａを有する絶縁板７に、孔を有しないことで大きな絶縁性を有する絶縁紙８を重ねて配置することで、上記の、絶縁紙６および絶縁板の絶縁性の低下をさらに回避することができる。

また、図６に示すように、絶縁紙６の丸孔６ａの領域全体が、絶縁板７の長孔７ａの領域一部に重なっているため、コイル１３の長手方向部分のコイル間１３ａから押し出され、丸孔６ａを通過した空気が確実に長孔７ａを通過することになり、空気抜けの効率を増大させることができる。

また、図８に示すように、絶縁板７の長孔７ａの一端が隙間ＣＬに隣接するように、長孔７ａを形成することで、絶縁紙６の丸孔６ａを通過した空気が確実に隙間ＣＬに放出される。このため、絶縁板７の空気抜け性能を大幅に高めることができる。

（変形例）
絶縁紙６が有する孔の個数は、本実施形態に示した９個よりも少なくしてもよいし、多くしてもよい。また、絶縁紙６が有する孔の形状は、本実施形態に示した丸孔に限らず、長孔、角孔、楕円孔などさまざまにすることができる。
また、絶縁板７が有する孔の個数は、本実施形態に示した３個よりも少なくしてもよいし、多くしてもよい。また、絶縁板７が有する孔の形状は、本実施形態に示した長孔に限らず、丸孔、角孔、楕円孔などさまざまにすることができる。
また、絶縁板７の１つの孔（長孔７ａ）に重なっている絶縁紙６の孔（丸孔６ａ）の個数は、本実施形態に示した３個よりも少なくしてもよいし、多くしてもよい。
また、丸孔６ａの位置は、絶縁紙６の任意の部分領域に形成することができ、例えば、コイル１３の空気溜まりが形成され易い箇所に近接する部分領域に形成することができる。その場合、長孔７ａの位置は、丸孔６ａの位置に対応して、絶縁板７に形成すればよい。

なお、本実施形態で説明した技術を組み合わせた技術を実現できる。
その他、本発明の装置を構成する部材の形状、配置などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。

１ 突極形回転子
２ 回転子鉄心
３ 軸近傍部
５ 磁極部
６ 絶縁紙（第１の絶縁体）
６ａ 丸孔（第１の孔）
７ 絶縁板（第２の絶縁体）
７ａ 長孔（第２の孔）
８ 絶縁紙（第３の絶縁体）
９，１０ 巻線ガイド絶縁物
１２ コイルサポータ（巻線押え部材）
１２ａ 爪部
１３ コイル（巻線）
１３ａ コイル間（巻線間）
２０ コイルサポータ

Claims (3)

1. 磁極部に巻回されている巻線を押える巻線押え部材を備える突極形回転子であって、
   ワニスの含浸により前記巻線間の空気を通過させる第１の孔を有する第１の絶縁体と、
   前記第１の孔を通過した空気を外部に案内する第２の孔を有する第２の絶縁体と、
   孔を有していない第３の絶縁体と、を備え、
   前記第１の絶縁体、前記第２の絶縁体、および前記第３の絶縁体が、この順で巻線側から前記巻線押え部材側に向かって重ねて配置されている、
   ことを特徴とする突極形回転子。
2. 前記第１の孔の領域全体が、前記第２の孔の領域一部に重なっている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の突極形回転子。
3. 前記第２の孔の一部が、前記第２の絶縁体と前記巻線押え部材との間に形成されている隙間に隣接している、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の突極形回転子。

Images