JP6819103B2 - 突極形回転子の冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、巻き付けられた界磁巻線に対する冷却効果を向上させるようにした突極形回転子の冷却構造に関する。

従来から、回転電機の回転子として、複数の磁極を外周部に備えた突極形回転子が知られている。この突極形回転子においては、径方向外側に向けて突出した複数の磁極鉄心を、周方向において等間隔に配置させており、それらの磁極鉄心の外周面に、界磁巻線を巻き付けるようにしている。

そして、界磁巻線に励磁電流を流して、当該界磁巻線の内側に磁界を発生させることにより、静止側の固定子に対して、回転側の突極形回転子を回転させることができる。このとき、界磁巻線に励磁電流が流れると、当該界磁巻線は、その電流の流れによって発熱する。

これに対して、界磁巻線の温度が高くなり過ぎると、当該界磁巻線の絶縁層が破損するおそれがある。このため、突極形回転子を備えた回転電機においては、周方向において隣接した界磁巻線間に冷却風を流したり、界磁巻線の軸方向端面に冷却風を当てたりすることにより、界磁巻線を冷却するようにしている。しかしながら、このような冷却構造においては、界磁巻線の外周部のみを冷却しているのに過ぎず、界磁巻線の内部を十分に冷却することができない。

そこで、従来から、界磁巻線を径方向に貫く通風路を設けて、この通風路内に冷却風を流すようにした、突極形回転子の冷却構造が種々提供されている。そして、このような、従来の冷却構造としては、例えば、特許文献１，２に開示されている。

特開２００２−５８１８８号公報 実開昭６１−１２６７５３号公報

ここで、界磁巻線は、導体と絶縁板とを径方向において交互に積層することによって構成されている。これにより、上記従来の冷却構造のように、径方向に延びる通風路を界磁巻線に形成すると、その通風路の表面は、径方向において層状となる。

また、冷却風が通風路内を通過する際には、その冷却風が、汚損物や塵等の異物と共に、通風路内に流れ込む場合がある。このとき、通風路の表面は層状となっているため、当該通風路内には、異物が堆積し易くなっている。このように、通風路内に異物が堆積すると、界磁巻線に絶縁不良を発生させるおそれがある。しかも、冷却風が湿気を帯びている場合には、界磁巻線に腐食を発生させるおそれもある。

更に、冷却風が通風路内を通過する際には、その層状となる表面が、冷却風の流れに対して抵抗となるため、冷却風の流動性が低下してしまう。この結果、発熱した界磁巻線と、その通風路内を流れる冷却風との間において、熱伝達が滞ってしまうため、界磁巻線を十分に冷却することができないおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、界磁巻線の絶縁不良及び腐食を防止することができると共に、界磁巻線の内部を効率的に冷却することができる突極形回転子の冷却構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
回転軸に沿って設けられる回転子継鉄と、
前記回転子継鉄の外周部から径方向外側に向けて突出し、周方向において等間隔で配置される複数の磁極鉄心と、
前記磁極鉄心の径方向外側に設けられる磁極頭部と、
前記回転子継鉄と前記磁極頭部との間において、前記磁極鉄心の外周面に巻き付けられる界磁巻線と、
前記磁極頭部を径方向に貫通する通風孔と、
前記界磁巻線の内周面に開口し、前記界磁巻線を径方向に貫通する巻線溝と、
前記巻線溝内に設けられ、前記通風孔と径方向において連通する通風部材とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
回転軸に沿って設けられる回転子継鉄と、
前記回転子継鉄の外周部から径方向外側に向けて突出し、周方向において等間隔で配置される複数の磁極鉄心と、
前記磁極鉄心の径方向外側に設けられる磁極頭部と、
前記回転子継鉄と前記磁極頭部との間において、前記磁極鉄心の外周面に巻き付けられる界磁巻線と、
前記磁極頭部を径方向に貫通する通風孔と、
前記磁極鉄心の外周面に、径方向に延びるように形成される鉄心溝と、
前記鉄心溝内に設けられ、前記通風孔と径方向において連通する通風部材とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
前記磁極頭部と前記界磁巻線との間に介在され、前記通風部材が貫通する切り欠きを有する絶縁部材と、
前記界磁巻線における前記巻線溝の径方向外側に形成され、前記巻線溝に連通すると共に前記絶縁部材と対向する大溝とを備え、
前記大溝は、溝幅が、前記巻線溝の溝幅及び前記切り欠きの切り欠き幅よりも幅広で、且つ、溝深さが、前記巻線溝の溝深さ及び前記切り欠きの切り欠き深さよりも深くなる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
前記巻線溝と前記大溝との間に形成される段差面と、
前記通風部材に設けられ、前記段差面に径方向外側から係止する係止部材とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
前記通風部材の径方向外側縁部に形成され、前記係止部材と嵌合する嵌合溝を備え、
前記係止部材における径方向外側から径方向内側に向かうに従って外側に向けて傾斜する傾斜部と、前記嵌合溝における径方向外側から径方向内側に向かうに従って外側に向けて傾斜する傾斜部とが、径方向において係合する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
前記通風部材に形成され、前記係止部材と嵌合する嵌合孔を備え、
前記係止部材は、
前記段差面に係止する係止部と、
前記係止部から突出すると共に、前記嵌合孔と嵌合する突起部とを有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第７の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
前記通風部材は、絶縁材料によって形成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第８の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
前記通風部材は、
絶縁機能を有する絶縁材料から形成される基材と、
巻回された前記基材を固着させる固着材とから構成され、
前記絶縁材料の熱伝導率は、０．３〜０．８Ｗ／ｍｋとなる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第９の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
前記通風部材は、
絶縁機能を有する絶縁材料から形成される基材と、
巻回された前記基材を固着させる固着材と、
前記固着材に充填され、前記通風部材の熱伝導率を向上させる無機フィラーとから構成され、
前記無機フィラーは、
窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素のうち、少なくとも１つのフィラーからなる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第１０の発明に係る突極形回転子の冷却構造は、
前記通風部材の熱伝導率は、１〜３Ｗ／ｍｋとなる
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る突極形回転子の冷却構造によれば、界磁巻線に形成した巻線溝内、あるいは、磁極鉄心に形成した鉄心溝内に、通風部材を設け、この通風部材と、磁極頭部を貫通する通風孔とを連通させるようにしている。これにより、冷却風が、異物や湿気と共に、通風部材内に流れ込んだとしても、それらの物質が界磁巻線に接触することがないため、当該界磁巻線の絶縁不良及び腐食を防止することができる。また、冷却風を、界磁巻線に接触させることなく、当該界磁巻線の内周面側に流すことができると共に、回転する突極形回転子による径方向外側へのファン効果を得ることができるので、冷却風の流動性を向上させることができる。この結果、界磁巻線の内部を効率的に冷却させることができる。

本発明の第１実施例に係る突極形回転子の冷却構造を示した斜視図である。 図１のII-II矢視断面図である。 図１のIII-III矢視断面図である。 本発明の第２実施例に係る突極形回転子の冷却構造であって、図１のIII-III矢視断面図に対応した断面図である。 界磁巻線を内周面側から見たときの斜視図である。 本発明の第３実施例に係る突極形回転子の冷却構造であって、（ａ）は絶縁パイプに係止部材を取り付けたときの斜視図、（ｂ）は絶縁パイプと係止部材との分解斜視図である。 本発明の第３実施例に係る突極形回転子の冷却構造であって、（ａ）は絶縁パイプに他の係止部材を取り付けたときの斜視図、（ｂ）は絶縁パイプと他の係止部材との分解斜視図である。 本発明の第４実施例に係る突極形回転子の冷却構造であって、図１のII-II矢視断面図に対応した断面図である。 本発明の第４実施例に係る突極形回転子の冷却構造であって、図１のIII-III矢視断面図に対応した断面図である。 本発明の第５実施例に係る突極形回転子の冷却構造であって、図１のII-II矢視断面図に対応した断面図である。

以下、本発明に係る突極形回転子の冷却構造について、図面を用いて詳細に説明する。なお、各実施例において、共通する部材には、同一の符号を付している。また、図中に示した矢印は、冷却風の流れを示している。

先ず、本発明の第１実施例に係る冷却構造について、図１乃至図３を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、回転電機１は、静止側となる固定子２と、回転側となる突極形回転子３とから構成されている。なお、図１に示した回転電機１においては、軸方向に２等分し、且つ、周方向に４等分した部分を図示しており、そのうち、固定子２を破線で示す一方、突極形回転子３を実線で示している。

図１に示すように、円筒状をなす固定子２の径方向内側には、突極形回転子３がハウジング（図示省略）に回転可能に支持されている。そして、図１乃至図３に示すように、突極形回転子３は、回転軸１１、回転子継鉄１２、磁極鉄心１３、磁極頭部１４、界磁巻線１５、絶縁部材１６、及び、コイル押さえ部材１７等を備えている。

回転軸１１は、突極形回転子３の回転中心となるものであって、その軸方向両端部が、軸受（図示省略）を介して、上記ハウジングに回転可能に支持されている。また、回転軸１１の軸方向中央部には、回転子継鉄１２が、回転軸１１の軸方向に沿って延在するように、一体的に形成されている。更に、回転子継鉄１２の外周部には、複数の磁極鉄心１３が形成されており、これらの磁極鉄心１３は、回転子継鉄１２の外周部から径方向外側に向けて突出すると共に、周方向において等間隔で配置されている。

なお、上述したように、回転軸１１、回転子継鉄１２、及び、磁極鉄心１３は、一体的に形成されており、例えば、塊状の磁性材料から切り出し成形されたものとなっている。

そして、磁極鉄心１３の頂面（径方向外側端面）には、磁極頭部１４が複数のボルト（図示省略）によって固定されている。この磁極頭部１４の頂面（径方向外側端面）は、固定子２の内周面に沿うような円弧状をなしており、その固定子２の内周面との間において、径方向における所定量の隙間を有している。

また、磁極鉄心１３の外周面には、絶縁板（図示省略）を介して、界磁巻線（コイル）１５が巻き付けられている。この界磁巻線１５は、板状をなす導体と板状をなす絶縁板とを径方向において交互に積層することによって構成されており、回転子継鉄１２によって径方向内側から支持される一方、磁極頭部１４によって径方向外側から覆われて押さえ付けられている。即ち、界磁巻線１５は、回転子継鉄１２と磁極頭部１４とによって、径方向両側から挟持された状態となっている。そして、磁極頭部１４と界磁巻線１５との間には、板状をなす絶縁部材１６が介在されている。

更に、周方向において隣接した界磁巻線１５間には、複数のコイル押さえ部材１７が、軸方向に並んで設けられている。これらのコイル押さえ部材１７は、ボルト１８によって回転子継鉄１２に固定されている。つまり、コイル押さえ部材１７は、当該コイル押さえ部材１７の回転方向上流側に配置された界磁巻線１５の外周面と、当該コイル押さえ部材１７の回転方向下流側に配置された界磁巻線１５の外周面とに、それぞれ対接した状態で、ボルト１８によって径方向外側から径方向内側に向けて締め付け固定されている。

このように、コイル押さえ部材１７をボルト１８によって固定することにより、ボルト１８の締め付け力は、コイル押さえ部材１７に作用した後、当該コイル押さえ部材１７の幅方向両側に配置された界磁巻線１５に対して、押圧力として働く。即ち、回転方向上流側に配置された界磁巻線１５の外周面と、回転方向下流側に配置された界磁巻線１５の外周面とは、コイル押さえ部材１７によって、それぞれ周方向外側から押さえ付けられている。

従って、突極形回転子３の回転に伴って発生する遠心力が、界磁巻線１５に作用しても、これらの界磁巻線１５の外周面が、コイル押さえ部材１７によって押え付けられているため、上記遠心力の分力による界磁巻線１５の変形防止（巻きずれ防止）が図られている。

ここで、図２及び図３に示すように、界磁巻線１５には、複数の溝（巻線溝）１５ａが設けられている。これらの溝１５ａは、界磁巻線１５の内周面に開口しており、当該界磁巻線１５を径方向に貫通するように形成されている。これに対応して、絶縁部材１６には、複数の切り欠き１６ａが形成されており、これらの切り欠き１６ａは、絶縁部材１６の内周端面に開口している。また、磁極頭部１４には、複数の通風孔１４ａが設けられており、これらの通風孔１４ａは、当該磁極頭部１４を径方向に貫通するように形成されている。

更に、界磁巻線１５の溝１５ａ内及び絶縁部材１６の切り欠き１６ａ内には、筒状（中空状）をなす絶縁パイプ（通風部材、通風管）２１が、設けられている。このとき、溝１５ａ内及び切り欠き１６ａ内に挿入された絶縁パイプ２１の中空孔２１ａと、磁極頭部１４の通風孔１４ａとは、径方向において一直線状になるように連通しており、それらの間に段差及び隙間を生じることなく、面一となるように接続されている。

即ち、通風孔１４ａと中空孔２１ａとは、互いに連通することによって、通風路を形成することになり、これらの通風路内には、冷却風Ｆが径方向内側から外側に向けて（中空孔２１ａ側から通風孔１４ａ側に向けて）流れることになる。このように、冷却風Ｆを絶縁パイプ２１の中空孔２１ａ内に流すことにより、界磁巻線１５に対する冷却が可能となっている。

以上より、絶縁パイプ２１は、磁極鉄心１３と界磁巻線１５との間における対地絶縁の確保、及び、界磁巻線１５において積層された導体間における層間絶縁の確保、更に、界磁巻線１５に対する熱伝導性の向上（界磁巻線１５に対する冷却性の向上）を得るため、通常使用される絶縁材料で形成されるのではなく、これとは別の絶縁材料で形成されている。

具体的には、従来から通常使用されている絶縁材料は、例えば、熱伝導率が０．１Ｗ／ｍｋとなっている。これに対して、本発明に係る絶縁パイプ２１は、絶縁機能を有する基材としてのガラスマイカシートと、固着材としてのエポキシ樹脂とから構成されており、巻回したガラスマイカシートをエポキシ樹脂によって固着させることにより、全体として、中空状をなしている。そして、ガラスマイカシートは、熱伝導率が０．３〜０．８Ｗ／ｍｋとなる絶縁材料によって形成されている。これにより、絶縁パイプ２１は、絶縁性を有するだけでなく、高熱伝導性についても有することになる。

また、上述したように、中空状をなす絶縁パイプ２１を製造する際に、ガラスマイカシートを形成する絶縁材料の熱伝導率を０．３〜０．８Ｗ／ｍｋとする替わりに、エポキシ樹脂に対して、高放熱性無機フィラーを添加して、絶縁パイプ２１全体の熱伝導率を１〜３Ｗ／ｍｋとなるようにしても構わない。このとき、高放熱性無機フィラーとしては、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素のうち、少なくとも１つのフィラーを使用することが好適となっており、場合によっては、絶縁パイプ２１の熱伝導率を、１０Ｗ／ｍｋ以上とすることができる。

よって、本発明に係る冷却構造においては、界磁巻線１５に励磁電流を流すことにより、当該界磁巻線１５の内側に磁界を発生させることができる。そして、固定子２側において発生させた磁界と、突極形回転子３側において発生させた上記磁界との間における、反発力及び吸引力を利用することにより、固定子２に対して突極形回転子３を回転させることができる。このとき、界磁巻線１５は、励磁電流が流されることによって発熱する。

これに対して、周方向において隣接した界磁巻線１５間（磁極鉄心１３間）に供給された冷却風Ｆは、通風路内を、その径方向内側から外側に向けて流れることになる。即ち、冷却風Ｆが、絶縁パイプ２１の中空孔２１ａ内を、その径方向内側から外側に向けて通過すると、発熱した界磁巻線１５の熱は、絶縁パイプ２１を介して、冷却風Ｆに伝達されるため、当該界磁巻線１５の温度が低下する。

従って、本発明に係る冷却構造によれば、界磁巻線１５の溝１５ａ内に絶縁パイプ２１を設けることにより、冷却風Ｆが、汚損物及び塵等の異物や湿気と共に、絶縁パイプ２１の中空孔２１ａ内に流れ込んだとしても、それらの物質が界磁巻線１５の層状の表面に接触することがないため、当該界磁巻線１５の絶縁不良及び腐食を防止することができる。

また、絶縁パイプ２１の中空孔２１ａ内に冷却風Ｆを流すことにより、冷却風Ｆを、界磁巻線１５の層状の表面に接触させることなく、流すことができると共に、回転する突極形回転子３による径方向外側へのファン効果を得ることができる。これにより、冷却風Ｆの流動性を向上させることができる。そして、界磁巻線１５の内周面に開口する溝１５ａ内に、絶縁パイプ２１を設けることにより、冷却風Ｆを界磁巻線１５の内周面側に通過させることができる。この結果、界磁巻線１５の内部を効率的に冷却することができる。

更に、絶縁パイプ２１においては、基材となるマイカシートを、熱伝導率が０．３〜０．８Ｗ／ｍｋとなる絶縁材料で形成したり、固着材となるエポキシ樹脂に対して高放熱性無機フィラーを添加して、パイプ自体の熱伝導率を１〜３Ｗ／ｍｋや１０Ｗ／ｍｋ以上としたりすることより、絶縁パイプ２１の熱伝導性を向上させることができる。これにより、発熱した界磁巻線１５の熱を、絶縁パイプ２１内を流れる冷却風Ｆに伝達させ易くすることができるので、界磁巻線１５対する冷却性を更に向上させることができる。

次に、本発明の第２実施例に係る冷却構造について、図４及び図５を用いて詳細に説明する。

図４及び図５に示すように、界磁巻線１５には、溝１５ａよりも大きな溝となる大溝１５ｂが、当該溝１５ａの径方向外側に形成されている。この大溝１５ｂは、溝１５ａの径方向外側端部（下流側端部）に連通すると共に、絶縁部材１６と径方向において対向している。

このとき、大溝１５ｂの溝幅は、溝１５ａの溝幅及び切り欠き１６ａの切り欠き幅よりも幅広となっており、大溝１５ｂの溝深さは、溝１５ａの溝深さ及び切り欠き１６ａの切り欠き深さよりも深くなっている。なお、溝１５ａの溝形状と切り欠き１６ａの切り欠き形状とは一致しており、溝１５ａの溝幅及び溝深さと、切り欠き１６ａの切り欠き幅及び切り欠き深さとは、共に同じ幅寸法となっている。

つまり、大溝１５ｂは、界磁巻線１５における内周面と径方向外側端面とによって形成される角部を跨ぐようにして、当該界磁巻線１５の内側に向けて開口しており、絶縁パイプ２１の径方向外側端部（下流側端部）の周囲を外側から覆うように形成されている。

よって、上述したように、界磁巻線１５に、溝１５ａに連続した大溝１５ｂを設けることにより、大溝１５ｂを設けていないときと比べて、磁極頭部１４と界磁巻線１５との間の沿面距離を長くすることができる。そして、大溝１５ｂを設けたときの沿面距離は、沿面距離Ｄ１，Ｄ２となっている。

なお、沿面距離Ｄ１は、絶縁部材１６の切り欠き１６ａと絶縁パイプ２１の径方向外側端部との接続部と、溝１５ａの径方向外側端部との間における径方向の距離となっており、言い換えれば、前記接続部と溝１５ａとの間における絶縁パイプ２１の表面に沿った径方向最短距離となっている。一方、沿面距離Ｄ２は、前記接続部と大溝１５ｂの径方向外側端部（下流側端部）との間における周方向の距離となっており、言い換えれば、前記接続部と大溝１５ｂとの間における絶縁部材１６の表面に沿った周方向最短距離となっている。

次に、本発明の第３実施例に係る冷却構造について、図６及び図７を用いて詳細に説明する。

ここで、絶縁パイプ２１を界磁巻線１５の溝１５ａ内に設ける場合には、絶縁パイプ２１を、接着剤を用いて、溝１５ａ内に固定することになる。しかしながら、上述したように、絶縁パイプ２１には、発熱した界磁巻線１５の熱が伝達されるため、その絶縁パイプ２１と溝１５ａとの間に介在する接着剤においても、その熱の影響を受けることになる。

つまり、接着剤は、回転電機１の駆動時において、常に高温に晒されるため、経年変化によって剥がれてしまうだけでなく、熱劣化してしまうことがある。このように、接着剤に剥がれや熱劣化が生じると、その接着力が低下するため、絶縁パイプ２１が溝１５ａ内から径方向内側に向けて抜けてしまうおそれがある。

そこで、絶縁パイプ２１が溝１５ａから脱落しないための構成を、採用しても構わない。そして、このような構成の具体例として、以下に、図６及び図７を用いて説明する。

先ず、図６（ａ），（ｂ）に示すように、絶縁パイプ２１の径方向外側縁部には、嵌合溝３１が形成されている。この嵌合溝３１は、溝幅が、径方向外側から径方向内側に向かうに従って、徐々に幅広となっており、所謂、溝形状（断面）が台形となる蟻溝となっている。

即ち、嵌合溝３１は、底部３１ａと、この底部３１ａの左右両端に接続する傾斜側部（傾斜部）３１ｂとを有している。このとき、傾斜側部３１ｂにおける径方向外側に位置する上端間は、開放されている。一方、傾斜側部３１ｂにおける径方向内側に位置する下端は、上端よりも溝幅方向外側に配置されると共に、底部３１ａの左右両端にそれぞれ接続されている。つまり、傾斜側部３１ｂは、径方向外側から径方向内側に向かうに従って、溝幅方向外側に向けて漸次傾斜している。

また、嵌合溝３１には、係止部材４１が嵌合されている。この係止部材４１は、樹脂によって形成されており、嵌合溝３１の溝形状と一致する台形断面を有している。即ち、係止部材４１は、底面４１ａと、この底面４１ａの左右両端に接続する傾斜側面（傾斜部）４１ｂとを有している。そして、底面４１ａは、界磁巻線１５の段差面１５ｃに径方向外側から係止可能となっており、傾斜側面４１ｂは、傾斜側部３１ｂと径方向において係合可能となっている。

なお、段差面１５ｃは、界磁巻線１５において、溝１５ａと、この溝１５ａよりも大きな溝となる大溝１５ｂとを、径方向に連続的に形成することによって得られる面であって、溝１５ａと大溝１５ｂとの間における径方向の境界面となっており、係止部材４１を係止可能となっている。

従って、絶縁パイプ２１を界磁巻線１５の溝１５ａ内に設ける際に、絶縁パイプ２１の嵌合溝３１内に嵌合させた係止部材４１を、界磁巻線１５の段差面１５ｃに係止させることにより、絶縁パイプ２１の径方向内側への移動を規制することができる。これにより、仮に、絶縁パイプ２１を溝１５ａ内に固定するための接着剤に、剥がれや熱劣化が生じても、絶縁パイプ２１における界磁巻線１５の溝１５ａ内からの脱落を防止することができる。

更に、嵌合溝３１の溝形状、及び、係止部材４１の断面形状を、径方向外側に向けて先細り状となる台形とすることにより、嵌合溝３１と係止部材４１との嵌合時おいて、傾斜側部３１ｂと傾斜側面４１ｂとを径方向において係合させることができる。これにより、嵌合溝３１と係止部材４１との間における径方向への抜け防止を図ることができる。

続いて、図７（ａ），（ｂ）に示すように、絶縁パイプ２１の径方向側端部には、複数の嵌合孔３２が形成されている。これらの嵌合孔３２は円形の貫通孔となっている。

また、嵌合孔３２には、係止部材４２の突起部４２ｂが嵌合されている。この係止部材４２は、樹脂によって形成されており、このうち、突起部４２ｂは、嵌合孔３２の孔形状と一致する円形断面を有している。

即ち、係止部材４２は、係止部４２ａと、この係止部４２ａから突出する突起部４２ｂとを有している。更に、係止部４２ａと突起部４２ｂとは、共に軸状に形成されると共に、同軸状に配置されている。このとき、係止部４２ａの径は、突起部４２ｂの径よりも、大きな径となっている。そして、係止部４２ａは、界磁巻線１５の段差面１５ｃに径方向外側から係止可能となっており、突起部４２ｂは、嵌合孔３２と嵌合可能となっている。

従って、絶縁パイプ２１を界磁巻線１５の溝１５ａ内に設ける際に、絶縁パイプ２１の嵌合孔３２内に嵌合させた係止部材４２を、界磁巻線１５の段差面１５ｃに係止させることにより、絶縁パイプ２１の径方向内側への移動を規制することができる。これにより、仮に、絶縁パイプ２１を溝１５ａ内に固定するための接着剤に、剥がれや熱劣化が生じても、絶縁パイプ２１における界磁巻線１５の溝１５ａ内からの脱落を防止することができる。

更に、係止部材４２において、係止部４２ａから突起部４２ｂを突出させることにより、突起部４２ｂを嵌合孔３２内に容易に嵌合させることができる。これにより、嵌合孔３２と係止部材４２との間における径方向への抜け防止を図ることができる。

つまり、上述したように、磁極頭部１４と界磁巻線１５との間における沿面距離Ｄ１，Ｄ２の延長化を図るために、界磁巻線１５の溝１５ａに連続する大溝１５ｂを設けるようにしているが、この大溝１５ｂを設けることによって形成された段差面１５ｃを利用して、絶縁パイプ２１に嵌合させた係止部材４１，４２を係止するようにしている。これにより、絶縁パイプ２１における界磁巻線１５の溝１５ａ内からの脱落防止を可能としている。

次に、本発明の第４実施例に係る冷却構造について、図８及び図９を用いて詳細に説明する。

図８及び図９に示すように、本実施例においては、界磁巻線１５に複数の溝１５ａを形成する替わりに、磁極鉄心１３に複数の溝（鉄心溝）１３ａを形成し、これらの溝１３ａ内に絶縁パイプ２１を設けるようにしている。このように、磁極鉄心１３の溝１３ａ内に絶縁パイプ２１を設けても、当該絶縁パイプ２１の外周面を界磁巻線１５の内周面に接触させることができる。

即ち、溝１３ａは、磁極鉄心１３の外周面に開口しており、径方向に延びるように形成されている。これに対応して、絶縁部材１６には、切り欠き１６ａを形成する必要はない。そして、溝１３ａ内に挿入された絶縁パイプ２１の中空孔２１ａと、磁極頭部１４の通風孔１４ａとは、径方向において一直線状になるように連通しており、それらの間に段差及び隙間を生じることなく、面一となるように接続されている。

従って、絶縁パイプ２１の中空孔２１ａ内に冷却風Ｆを流しても、界磁巻線１５の絶縁不良及び腐食を防止することができる。また、絶縁パイプ２１の中空孔２１ａ内に冷却風Ｆを流すことにより、界磁巻線１５の内部を効率的に冷却することができる。

次に、本発明の第５実施例に係る冷却構造について、図１０を用いて詳細に説明する。

図１０に示すように、本実施例においては、中空状をなす絶縁パイプ２１を設ける替わりに、溝形（樋形）をなす絶縁パイプ（通風部材、通風管）２２を設けるようにしている。

このような絶縁パイプ２２を界磁巻線１５の溝１５ａ内に設ける場合には、当該絶縁パイプ２２の開口部を、界磁巻線１５の内周面側に向けて開口させて、磁極鉄心１３の外周面と対向した状態とする。そして、溝１５ａに挿入された絶縁パイプ２２の溝２２ａと、磁極頭部１４の通風孔１４ａとは、径方向において一直線状になるように連通しており、それらの間に段差及び隙間を生じることなく、面一となるように接続されている。

つまり、筒状をなしていない絶縁パイプ２２を設ける際には、その形状を、少なくとも溝１５ａの表面全域を覆うことが可能となる形状とすればよい。

従って、絶縁パイプ２２の溝２２ａ内に冷却風Ｆを流しても、界磁巻線１５の絶縁不良及び腐食を防止することができる。また、絶縁パイプ２２の溝２２ａ内に冷却風Ｆを流すことにより、界磁巻線１５の内部を効率的に冷却することができる。

１ 回転電機
３ 突極形回転子
１３ 磁極鉄心
１３ａ 溝
１４ 磁極頭部
１４ａ 通風孔
１５ 界磁巻線
１５ａ 溝
１５ｂ 大溝
１５ｃ 段差面
１６ 絶縁部材
１６ａ 切り欠き
２１，２２ 絶縁パイプ
２１ａ 中空孔
２２ａ 溝
３１ 嵌合溝
３２ 嵌合孔
４１，４２ 係止部材
Ｆ 冷却風

Claims (8)

1. 回転軸に沿って設けられる回転子継鉄と、
   前記回転子継鉄の外周部から径方向外側に向けて突出し、周方向において等間隔で配置される複数の磁極鉄心と、
   前記磁極鉄心の径方向外側に設けられる磁極頭部と、
   前記回転子継鉄と前記磁極頭部との間において、前記磁極鉄心の外周面に巻き付けられる界磁巻線と、
   前記磁極頭部を径方向に貫通する通風孔と、
   前記界磁巻線の内周面に開口し、前記界磁巻線を径方向に貫通する巻線溝と、
   前記巻線溝内に設けられ、前記通風孔と径方向において連通する通風部材と、
   前記磁極頭部と前記界磁巻線との間に介在され、前記通風部材が貫通する切り欠きを有する絶縁部材と、
   前記界磁巻線における前記巻線溝の径方向外側に形成され、前記巻線溝に連通すると共に前記絶縁部材と対向する大溝と
   を備え、
   前記大溝は、溝幅が、前記巻線溝の溝幅及び前記切り欠きの切り欠き幅よりも幅広で、且つ、溝深さが、前記巻線溝の溝深さ及び前記切り欠きの切り欠き深さよりも深くなる
   ことを特徴とする突極形回転子の冷却構造。
2. 請求項１に記載の突極形回転子の冷却構造において、
   前記巻線溝と前記大溝との間に形成される段差面と、
   前記通風部材に設けられ、前記段差面に径方向外側から係止する係止部材とを備える
   ことを特徴とする突極形回転子の冷却構造。
3. 請求項２に記載の突極形回転子の冷却構造において、
   前記通風部材の径方向外側縁部に形成され、前記係止部材と嵌合する嵌合溝を備え、
   前記係止部材における径方向外側から径方向内側に向かうに従って外側に向けて傾斜す
   る傾斜部と、前記嵌合溝における径方向外側から径方向内側に向かうに従って外側に向け
   て傾斜する傾斜部とが、径方向において係合する
   ことを特徴とする突極形回転子の冷却構造。
4. 請求項２に記載の突極形回転子の冷却構造において、
   前記通風部材に形成され、前記係止部材と嵌合する嵌合孔を備え、
   前記係止部材は、
   前記段差面に係止する係止部と、
   前記係止部から突出すると共に、前記嵌合孔と嵌合する突起部とを有する
   ことを特徴とする突極形回転子の冷却構造。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の突極形回転子の冷却構造において、
   前記通風部材は、絶縁材料によって形成される
   ことを特徴とする突極形回転子の冷却構造。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の突極形回転子の冷却構造において、
   前記通風部材は、
   絶縁機能を有する絶縁材料から形成される基材と、
   巻回された前記基材を固着させる固着材とから構成され、
   前記絶縁材料の熱伝導率は、０．３〜０．８Ｗ／ｍｋとなる
   ことを特徴とする突極形回転子の冷却構造。
7. 請求項１乃至５のいずれかに記載の突極形回転子の冷却構造において、
   前記通風部材は、
   絶縁機能を有する絶縁材料から形成される基材と、
   巻回された前記基材を固着させる固着材と、
   前記固着材に充填され、前記通風部材の熱伝導率を向上させる無機フィラーとから構成され、
   前記無機フィラーは、
   窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素のうち、少なくとも１つのフィラーからなる
   ことを特徴とする突極形回転子の冷却構造。
8. 請求項７に記載の突極形回転子の冷却構造において、
   前記通風部材の熱伝導率は、１〜３Ｗ／ｍｋとなる
   ことを特徴とする突極形回転子の冷却構造。

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