JP6499033B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、突極形回転子を有する回転電機に関する。 Embodiments described herein relate generally to a rotating electrical machine having a salient pole rotor.
同期電動機のような回転電機には、突極形回転子を有するものがある。突極形回転子は、周知のように、回転軸の外周に放射状に配置された複数個のポールボディを有する。これらポールボディは、それぞれ回転軸の軸方向に沿って形成され、その周囲にはコイルがそれぞれ巻回されている。また、ポールボディの放射方向の上面にはポールヘッドが設けられている。このポールヘッドは、ポールボディの上面の周辺部から外方に突出する周縁部を有し、ポールボディの周囲に巻回されたコイルを上方から抑えて、運転時の遠心力により、コイルがポールボディから抜け出ないように機能する。 Some rotating electrical machines such as synchronous motors have salient pole rotors. As is well known, the salient pole rotor has a plurality of pole bodies arranged radially on the outer periphery of the rotating shaft. Each of these pole bodies is formed along the axial direction of the rotation shaft, and a coil is wound around each of the pole bodies. A pole head is provided on the upper surface of the pole body in the radial direction. This pole head has a peripheral edge projecting outward from the periphery of the top surface of the pole body. The coil wound around the pole body is suppressed from above, and the coil is poled by centrifugal force during operation. It functions so as not to escape from the body.
このポールヘッドには鋼板などの導電体が用いられている。周知のように、同期電動機の始動時には、固定子側から加わる回転磁界により、停止状態のポールヘッドに渦電流が流れる。この渦電流がつくる磁極が回転磁界についていくことにより回転が開始する。この渦電流は、回転子の回転速度が上昇し、コイルへの通電による主極界磁と回転磁界とが同期することによりなくなる。 A conductor such as a steel plate is used for this pole head. As is well known, when starting the synchronous motor, an eddy current flows through the pole head in a stopped state due to the rotating magnetic field applied from the stator side. Rotation starts when the magnetic pole generated by the eddy current follows the rotating magnetic field. This eddy current disappears when the rotational speed of the rotor increases and the main pole field and the rotating magnetic field generated by energizing the coil are synchronized.
すなわち、渦電流時は始動時のみ流れるが、この渦電流によりポールヘッドは発熱する。このため、始動時間が長くかかるような場合は、その発熱も大きくなり、ポールヘッドが熱膨張する。ポールヘッドはポールボディに、ボルト締めなどで強固に固定されているが、熱膨張によりアンバランスが生じ、回転に振動が伴うなどの問題が生じる。 That is, the eddy current flows only at the start, but the pole head generates heat due to the eddy current. For this reason, when it takes a long start-up time, the heat generation also increases and the pole head expands thermally. The pole head is firmly fixed to the pole body by bolting or the like, but unbalance occurs due to thermal expansion, causing problems such as vibration during rotation.
このような問題を解決するため、従来は、ポールヘッドを長さ方向に分割し、これら分割された各部分を互いに間隔を持って配置し、さらに、これら分割部分は相互に導体で接続して、渦電流がポールヘッド全体に流れるように構成していた(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve such problems, conventionally, the pole head is divided in the length direction, the divided parts are arranged with a space between each other, and the divided parts are connected to each other by a conductor. The eddy current is configured to flow through the entire pole head (see, for example, Patent Document 1).
このように、ポールヘッドを分割すると渦電流による熱により膨張が生じても、その膨張量は複数に分散し、個々の膨張量は少なくなる。また、この膨張は、分割部分相互間に存在する間隔により吸収され、ポールヘッドがアンバランスになることを防止できる。 As described above, when the pole head is divided, even if expansion occurs due to heat due to eddy current, the expansion amount is dispersed in a plurality, and the individual expansion amount is reduced. Further, this expansion is absorbed by the space existing between the divided portions, and the pole head can be prevented from becoming unbalanced.
しかし、この構成では、ポールヘッド全体に渦電流を流すために、分割部分相互間を導体で接続しなければならない。高速で回転するポールヘッドに導電接続部を設けることは、遠心力に耐えるための特殊な構造が必要となり、構造が複雑化する。 However, in this configuration, in order to cause an eddy current to flow through the entire pole head, the divided portions must be connected by a conductor. Providing the conductive connection portion on the pole head that rotates at high speed requires a special structure to withstand centrifugal force, and the structure becomes complicated.
本発明が解決しようとする課題は、突極形回転子の構造を複雑化することなく、始動時の渦電流によるポールヘッドの熱膨張による影響を抑止できる回転電機を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a rotating electrical machine that can suppress the influence of thermal expansion of the pole head due to eddy currents at the start without complicating the structure of the salient pole rotor.
本発明の実施の形態に係る回転電機は、突極形回転子、及びこの突極形回転子の外周を所定の間隔を保って囲む固定子を有する回転電機であって、前記突極形回転子は、回転軸と、この回転軸の外周に放射状に配置されそれぞれ回転軸の軸方向に沿って形成された複数個のポールボディと、これらポールボディの周囲にそれぞれ巻回されたコイルと、前記ポールボディの放射方向の上面に設けられたポールヘッドとを有し、前記ポールヘッドは前記回転軸の軸方向に複数分割され、かつ互いに間隔を保って配置された複数部分からなり、これら複数部分のうち前記軸方向の中間に位置する部分は始動時の渦電流が流れるように導電性の金属材で構成し、前記軸方向の両端に位置する部分は始動時の渦電流が流れないように絶縁材を用いた構造としたことを特徴とする。 A rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention is a rotating electrical machine having a salient pole rotor and a stator that surrounds the outer periphery of the salient pole rotor with a predetermined interval, and the salient pole rotation The child is a rotating shaft, a plurality of pole bodies radially arranged on the outer periphery of the rotating shaft and formed along the axial direction of the rotating shaft, coils wound around the pole bodies, A pole head provided on an upper surface in the radial direction of the pole body, and the pole head is divided into a plurality of parts in the axial direction of the rotating shaft and is arranged at intervals from each other. portion positioned intermediate the axial direction of the portion is made of a conductive metal material to flow eddy current during startup, the portion positioned at both ends of the axial eddy current at the start is not flow structure using an insulating material such Characterized in that it was.
上記構成によれば、ポールヘッドの軸方向の中間に位置する部分にのみ始動時の渦電流が流れるように構成したので、構造が簡素化され、始動時の渦電流によるポールヘッドの熱膨張を抑止でき、回転時における振動発生を防止できる。 According to the above configuration, since the eddy current at the start flows only in a portion located in the middle of the pole head in the axial direction, the structure is simplified, and the thermal expansion of the pole head due to the eddy current at the start is simplified. It is possible to suppress the occurrence of vibration during rotation.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1Aはこの実施の形態に係る回転電機の回転子及び固定子部分の断面図である。図1Aにおいて、この回転電機11は、突極形回転子12、及びこの突極形回転子12の外周を所定の間隔を保って囲む円筒状の固定子13を有する。
FIG. 1A is a cross-sectional view of a rotor and a stator portion of the rotating electrical machine according to this embodiment. In FIG. 1A, the rotating
突極形回転子12は、回転軸15と、この回転軸15の外周に、図2で示すように、放射状に配置され、それぞれ回転軸15の軸方向に沿って形成された複数個(図では4個)のポールボディ16とを有する。これらポールボディ16の周囲にはそれぞれコイル17が巻回されている。また、各ポールボディ16の放射方向の上面にはポールヘッド18が設けられている。ポールヘッド18は、ポールボディ16の上面の周辺部から外方に突出する周縁部18aを有する。この周縁部18aは、ポールボディ16の周囲に巻回されたコイル17を図1Aで示すように上方から抑えて、運転時の遠心力により、コイル17がポールボディ16から抜け出ないように構成している。
As shown in FIG. 2, the
ポールヘッド18は、回転軸15の軸方向に複数分割(図の例では3分割)された部分181,182,183から成る。これら複数分割された部分181,182,183は、図1Aで示すように、互いに間隔を保って配置される。これら複数部分181,182,183のうち、軸方向の中間に位置する部分(以下、軸方向中間部分と呼ぶ)182は、始動時の渦電流が流れるように構成する。これに対し、軸方向の両端に位置する部分(以下、軸方向両端部分と呼ぶ)181,183は、始動時の渦電流がほぼ流れない構造とした。例えば、ポールヘッド18の、軸方向中間部分182は導電性の金属材で構成し、軸方向両端部分181,183には絶縁材を含む高抵抗材(図1Aの例では絶縁材を用いている)で構成する。
The
ここで、ポールヘッド18の軸方向中間部分182の長さは、図示のように、両端部分181,183より長く形成する。すなわち、前述した渦電流による始動に必要な最低限の長さとする。また、ポールヘッド18の各部181,182,183は、図1Bで示すようにそれぞれ複数のボルト19によりポールボディ16上に一体的に固定されるが、軸方向中間部分182のボルト19による固定部は、長さ方向中央部分に寄せて設ける。これは発熱による軸方向中間部分182の長さ方向の伸びに対して、その端部をフリーにして、軸方向中間部分182の熱による形状変化を可能としたものである。
Here, the length of the
上記構成において、回転電機11の始動時、固定子13から回転磁界が加わることにより、突極形回転子12のポールヘッド18の軸方向中間部分182の表面に渦電流が発生する。この渦電流がつくる磁極が回転磁界についていくことで突極形回転子12は回転を始める。そして、突極形回転子12の回転速度が上昇し、コイル17への通電による主極界磁と回転磁界が同期し、突極形回転子12が同期速度で回転することにより、渦電流はなくなる。
In the above configuration, when the rotating
ここで、従来の一体もののポールヘッドの場合、始動時の渦電流はポールヘッドの長さ方向中央部分に多く流れ、長さ方向両端部にはあまり流れないことが確認された。そこで、本発明の実施形態では、前述のように、ポールヘッド18を、回転軸15の軸方向に3分割し、軸方向中間部分182のみに渦電流を流すように構成した。すなわち、ポールヘッド18の軸方向両端部分181,183に絶縁材を用い、ポールヘッド18の軸方向両端部分181,183には渦電流を流さないように構成した。
Here, in the case of the conventional integrated pole head, it was confirmed that a large amount of eddy current at the start flowed in the central portion in the longitudinal direction of the pole head and did not flow so much at both ends in the longitudinal direction. Therefore, in the embodiment of the present invention, as described above, the
このため、始動時の渦電流による発熱は、ポールヘッド18の軸方向中間部分182にのみ発生し、両端部分181,183には発生しない。この軸方向中間部分182は発熱により熱膨張するが、もともとの長さ寸法が一体もののポールヘッドに比べて短いため、熱膨張量は少なく、両端部分181,183部分との間隔により充分に吸収できる。また、この軸方向中間部分182のボルト19による固定部は、長さ方向中央に寄せているので、長さ方向端部は比較的容易に熱膨張できる。これらのことから、大きな熱歪が生じることはなく、突極形回転子12が、回転時にアンバランスとなって振動を生じるようなことはない。
For this reason, heat generation due to eddy current at the time of start occurs only in the axial
ここで、ポールヘッド18の3分割された各部分181,182,183は、図1Bで示したように、複数のボルト19によりポールボディ16上に強固に固定されている。このうち、軸方向中間部分182は、前述のようにその軸方向中央部のみをボルト等により強固に固定することにより、この軸方向中間部分182が熱膨張したとき、両端部がフリーであるため、長さ方向に容易に熱膨張することができる。
Here, the three divided
但し、高速回転機種の場合、軸方向中間部分182の両端部が、回転時の遠心力により捲れ上がるおそれがある。このため、図3で示すように、ポールヘッド18の軸方向中間部分182の両端部を、ポールヘッド18の軸方向両端部分181,183と係合させる。軸方向両端部分181,183は、ポールボディ16に複数のボルト19で強固に固定されているので、上述した係合構成により、軸方向中間部分182の両端部が放射方向(図示上方)へ変位することを係止する。したがって、回転時の遠心力により、軸方向中間部分182の両端部が捲れ上がることを確実に防止できる。
However, in the case of a high-speed rotating model, both end portions of the axial
上記実施の形態では、ポールヘッド18の軸方向両端部分181,183を絶縁材としたが、軸方向中間部分182と同様の金属材を用いてもよい。すなわち、前述のように、従来の一体もののポールヘッドであっても、その軸方向両端部分には始動時の渦電流はあまり流れなかったが、本発明では軸方向中間部分182とその両端部分181,183とに分割したことにより、両端部分181,183には、これが金属材であっても始動時の渦電流はほとんど流れない。
In the above embodiment, both end
さらに、図4で示すように、ポールヘッド18の軸方向両端部分181,183の、固定子13の内周との対向間隔g2を、軸方向中間部分182の固定子13の内周との対向間隔g1より大きく設定することにより、軸方向両端部分181,183が金属部材であっても始動時の渦電流が流れることをより確実に防止できる。
Further, as shown in FIG. 4, the opposing distance g2 between the axially
図5は、同じくポールヘッド18の軸方向両端部分181,183が金属部材の場合を示している。ここでは、ポールヘッド18の軸方向中間部分182を、上述のように、その軸方向中央部分のみをボルト等により強固に固定し、両端部をフリーとして熱膨張し易く構成すると共に、軸方向中間部分182の軸方向両端部を、隣接する軸方向両端部分181,183と係合させ、回転時の遠心力による両端部が捲れ上がりを防止している。
FIG. 5 similarly shows a case where both end
この場合も、ポールヘッド18の軸方向両端部分181,183が金属部材のため、図5で示すように、それらの固定子13の内周との対向間隔g2を、軸方向中間部分182の固定子13の内周との対向間隔g1より大きく設定する。
Also in this case, since both end
このように構成することにより、軸方向両端部分181,183が金属部材であっても始動時の渦電流が流れることを、より確実に防止できる。また、軸方向中間部分182の両端が、回転時の遠心力により捲れ上がることを確実に防止できる。
By configuring in this way, it is possible to more reliably prevent an eddy current at the start from flowing even when the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11…回転電機
12…突極形回転子
13…固定子
15…回転軸
16…ポールボディ
17…コイル
18…ポールヘッド
181,182,183…ポールヘッドの分割された部分
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記突極形回転子は、回転軸と、この回転軸の外周に放射状に配置されそれぞれ回転軸の軸方向に沿って形成された複数個のポールボディと、これらポールボディの周囲にそれぞれ巻回されたコイルと、前記ポールボディの放射方向の上面に設けられたポールヘッドとを有し、
前記ポールヘッドは前記回転軸の軸方向に複数分割され、かつ互いに間隔を保って配置された複数部分からなり、これら複数部分のうち前記軸方向の中間に位置する部分は始動時の渦電流が流れるように導電性の金属材で構成し、前記軸方向の両端に位置する部分は始動時の渦電流が流れないように絶縁材を用いた構造とした
ことを特徴とする回転電機。 A rotating electric machine having a salient pole rotor and a stator surrounding the outer circumference of the salient pole rotor with a predetermined interval,
The salient pole rotor includes a rotating shaft, a plurality of pole bodies radially arranged on the outer periphery of the rotating shaft and formed along the axial direction of the rotating shaft, and wound around the pole bodies, respectively. And a pole head provided on the radial upper surface of the pole body,
The pole head is divided into a plurality of parts in the axial direction of the rotary shaft and is arranged at intervals from each other, and a part located in the middle of the axial direction among these parts is an eddy current at the time of starting. composed of a conductive metal material to flow, the rotating electrical machine portion positioned at both ends of the axial direction, characterized in that it has a structure using an insulating material such eddy current at the start is not flow.
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