JP6834619B2 - 突極形回転子の絶縁板 - Google Patents

Description

本発明は、突極形回転子の絶縁板に関する。

従来、突極形回転電機は、回転子継鉄と磁極突部と磁極頭部からなり回転軸に固定された回転子鉄心と、磁極突部の周面に配置された回転子界磁巻線とを備え、回転子界磁巻線の頂面と磁極頭部の内周側面との間に絶縁板が設けられた構成となっている（例えば、下記特許文献１〜３等参照）。

このような絶縁板としては、一般的に高強度のフェノール板、ベークライト板、ガラスエポキシ積層板等が用いられ、これにより沿面距離を確保している。ＩＥＣ６０６６４−１などの規格によれば、回転子界磁巻線は低電圧回転電機に相当する実効電圧６３０Ｖ以下で駆動され、材料や絶縁物の表面汚損度によっても異なるが、最小沿面距離は１０ｍｍが推奨されている。そのため、回転子界磁巻線に対しての沿面距離はこの最小沿面距離に安全率を加味した絶縁距離が確保されている。

特開平８−２８９４９２号公報 特開平９−１３５５５０号公報 実開昭４８−５２００１号公報

一方で回転子の構造が大きく長大になるに従い、この絶縁板は１枚の板からくり抜いて一体物として成形することが難しくなり、複数に分割した構造とせざるを得ない。

ここで、分割された部材を接合して絶縁板を構成する場合、接合部分は二つの部材を重ね合わせ、ダボ構造等で強固に締結されることが望ましい。しかしながら、ダボ構造とする場合は、貫通孔にダボを接着剤で固定することとなり、接着剤が劣化してすき間ができるとこの貫通孔の長さが界磁巻線の頂面側から磁極頭部の内周側面側までの沿面距離となり、沿面距離を十分に確保することが困難になる可能性があった。

このようなことから本発明は、分割構造を有する絶縁板を、沿面距離を十分に確保しつつ強固に組み立てることが可能な突極形回転子の絶縁板を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る突極形回転子の絶縁板は、
回転子鉄心を構成する磁極頭部の内周側面と、前記回転子鉄心を構成する磁極突部の周面に配置された界磁巻線の頂面との間に設けられる突極形回転子の絶縁板であって、
複数の絶縁部材を枠状に組み合わせてなり、
各前記絶縁部材は、相互に固定される他の前記絶縁部材と係合する係合部を有し、
前記係合部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に幅方向に移動することを規制する係止部を有するとともに、長手方向に沿って段部および傾斜部および曲面部のうちの少なくとも一つを有して固定子鉄心の磁極突部の周面に配置された界磁巻線の頂面側から固定子鉄心の磁極頭部の内周側面側までの沿面距離が予め設定する所定長さ以上となっている
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る突極形回転子の絶縁板は、
コの字状に形成された二つの前記絶縁部材を枠状に組み合わせてなり、
一方の前記絶縁部材の係合部が、幅方向中央部分で長手方向に沿って形成された切欠部と、当該切欠部の幅方向両側に設けられた薄肉部と、前記係合部の基端側で前記切欠部および前記薄肉部に向かって長手方向に沿って板厚が減少する傾斜部とを有し、
他方の前記絶縁部材の係合部が、前記切欠部に係合する厚肉部と、一方の前記絶縁部材の係合部に設けられた薄肉部に係合する薄肉部と、他方の前記絶縁部材の係合部の先端側に設けられ一方の前記絶縁部材の傾斜部に係合する傾斜部とを有する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第３の発明に係る突極形回転子の絶縁板は、
コの字状に形成された二つの前記絶縁部材を枠状に組み合わせてなり、
一方の前記絶縁部材の係合部が、幅方向中央部分で長手方向に沿って突出した薄肉の凸部と、前記凸部の基端側で前記凸部の先端側に向かって長手方向に沿って板厚が減少する傾斜部とを有し、
他方の前記絶縁部材の係合部が、前記凸部に係合する凹溝と、他方の前記絶縁部材の係合部の先端側に設けられ一方の前記絶縁部材の傾斜部に係合する傾斜部とを有する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第４の発明に係る突極形回転子の絶縁板は、
前記切欠部は、先端側が上辺であって基端側が上辺より長い底辺である台形状に形成され、
前記厚肉部は、前記切欠部に嵌合する形状に形成され、
前記係止部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に長手方向に移動することを規制する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第５の発明に係る突極形回転子の絶縁板は、
前記切欠部は、長方形または台形の先端側に円状部分を有する形状に形成され、
前記厚肉部は、前記切欠部に嵌合する形状に形成され、
前記係止部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に長手方向に移動することを規制する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第６の発明に係る突極形回転子の絶縁板は、
前記凸部は、先端側が底辺であって基端側が底辺より短い上辺である台形状に形成され、
前記凹溝は、前記凸部に嵌合する形状に形成され、
前記係止部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に長手方向に移動することを規制する
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第７の発明に係る突極形回転子の絶縁板は、
前記凸部は、長方形もしくは台形の先端側に円状部分を有する形状に形成され、
前記凹溝は、前記凸部に嵌合する形状に形成され、
前記係止部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に長手方向に移動することを規制する
ことを特徴とする。

本発明に係る突極形回転子の絶縁板によれば、分割構造を有する絶縁板を、沿面距離を十分に確保しつつ強固に組み立てることができる。

突極形回転電機を示す概略構成図である。 図１に示す絶縁板の斜視図である。 本発明の実施例１における絶縁部材の係合部の構造を示す斜視図である。 図４（ａ）は本発明の実施例１における絶縁板の係合部の幅方向の断面図、図４（ｂ）は本発明の実施例１における絶縁板の幅方向中央部を示す長手方向の断面図、図４（ｃ）は本発明の実施例１における絶縁板の幅方向両側部を示す長手方向の断面図である。 本発明の実施例２における絶縁部材の係合部の構造を示す斜視図である。 図６（ａ）は本発明の実施例２における絶縁板の係合部の幅方向の断面図、図６（ｂ）は本発明の実施例２における絶縁板の幅方向中央部を示す長手方向の断面図、図６（ｃ）は本発明の実施例２における絶縁板の幅方向両側部を示す長手方向の断面図である。 本発明の実施例３における絶縁部材の係合部の構造を示す斜視図である。

以下、図面を用いて本発明に係る突極形回転子の絶縁板について説明する。

図１から図４を用いて本発明の実施例１に係る突極形回転子の絶縁板の詳細を説明する。
図１に示すように、突極形回転電機１は、図示しないフレーム等に固定された略円筒状の固定子１０と、固定子１０の内周側に回転自在に保持された突極形回転子２０を有している。

突極形回転子２０の回転軸２１，回転子継鉄２２及び磁極突部２３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されて成形されたものである。回転軸２１は、突極形回転子２０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）により、回転可能に支持されている。回転軸２１の軸方向の中央部分には、回転子継鉄２２が、回転軸２１の周囲を覆いつつ軸方向に延在する状態で、一体的に形成されている。回転子継鉄２２の外周部のうち周方向に９０°ずれた位置には、磁極突部２３が一体的に形成されている。つまり、磁極突部２３は、回転子継鉄２２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。

磁極突部２３の周面には、絶縁板（図示省略）を介して、界磁巻線（界磁コイル）２４が配置されている。界磁巻線２４は、板状をなす導体と板状をなす絶縁部材を径方向に交互に積層することによって構成されている。しかも、界磁巻線２４を構成する板状の導体のうち、積層方向に関して所定の間隔ごとのものは、磁極突部２３から見て外周側に伸びており、この伸びた導体部分が冷却フィン２４ａになっている。

磁極突部２３の頂面（径方向外側端面）には、磁極頭部２５が複数のボルト（図示省略）により固定されている。磁極頭部２５の外周面２５ａは、湾曲面となっており、固定子１０の内周面との間に隙間（径方向に数ｍｍの隙間）が確保されている。
なお、磁極突部２３と磁極頭部２５により、磁極鉄心が形成されている。また、回転子継鉄２２と磁極突部２３と磁極頭部２５により、回転子鉄心が形成されている。

そして、界磁巻線２４の頂面（径方向外側端面）と磁極頭部２５の内周側面（径方向内側端面）との間には、絶縁板２７が設けられている。図２に示すように、絶縁板２７は矩形（長方形状）の枠状体である。

この絶縁板２７は上面視コの字状に形成された第一の絶縁部材２７１および第二の絶縁部材２７２を組み合わせることにより枠状に形成されている。

ここで、図３及び図４に示すように、絶縁部材２７１，２７２の端部には、相互に係合する係合部２７１ａ，２７２ａが設けられている。

具体的には、第一の絶縁部材２７１の係合部２７１ａは、幅方向両側に形成された凹面（薄肉部）２７１ｂ，２７１ｃを備えている。これにより、凹面２７１ｂと凹面２７１ｃとの間は凸面（厚肉部）２７１ｄとなっている。さらに、係合部２７１ａは、その先端から所定範囲の部分が、先端に向かい長手方向に沿って板厚が減少する傾斜部２７１ｅとなっている。

また、第二の絶縁部材２７２の係合部２７２ａは、第一の絶縁部材２７１の係合部２７１ａと係合するように、その幅方向中央部分が切欠部２７２ｂとなっているとともに、この切欠部２７２ｂの幅方向両側が凹面（薄肉部）２７２ｃ，２７２ｄとなっている。さらに、係合部２７２ａの基端側（凹面２７２ｃ，２７２ｄの先端とは反対側）には第一の絶縁部材２７１の傾斜部２７１ｅと係合するように先端に向かい長手方向に沿って板厚が減少する傾斜部２７２ｅが設けられている。

本実施例においては凸面２７１ｄおよび切欠部２７２ｂが相互に固定される絶縁部材２７１，２７２が相対的に幅方向に移動することを規制する係止部を構成し、係合部２７１ａと係合部２７２ａとは相互に係合した状態で接着剤により固定される。また、本実施例において係合部２７１ａ，２７２ａは、固定子鉄心２２の磁極突部２３の周面に配置された界磁巻線２４の頂面側から固定子鉄心２２の磁極頭部２５の内周側面側までの沿面距離が予め設定する所定長さ以上となるよう、段部および傾斜部を備えた構造となっている。

このように構成されることにより、第一の絶縁部材２７１と第二の絶縁部材２７２とは、凸面２７１ｄと切欠部２７２ｂとが係合することにより幅方向への相互の移動を規制されるとともに、界磁巻線２４の頂面側から磁極頭部２５の内周側面側までの沿面距離を十分に確保することが可能となる。

すなわち、本実施例に係る突極形回転子の絶縁板によれば、第一の絶縁部材２７１と第二の絶縁部材２７２とからなる絶縁板２７を、沿面距離を十分に確保しつつ強固に組み立てることが可能となる。

図５および図６を用いて本発明の実施例２に係る突極形回転子の絶縁板の詳細を説明する。
本実施例は、上述した実施例１に係る突極形回転子の絶縁板に比較して、絶縁部材２７の係合部の構造が異なる。

すなわち、本実施例では絶縁板２７は上面視コの字状に形成された第一の絶縁部材２７３および第二の絶縁部材２７４を組み合わせることにより枠状に形成されている。

ここで、図５および図６に示すように、絶縁部材２７３，２７４の端部には、相互に係合する係合部２７３ａ，２７４ａが設けられている。

第一の絶縁部材２７３の係合部２７３ａは、先端側が底辺であって基端側が上辺である台形状（ダブテール状）に形成された凸部２７３ｃを備えている。この凸部２７３ｃは、その板厚が本体部分２７３ｄに比較して薄くなっている（本実施例では、本体部分２７３ｄの板厚の半分程度の板厚となっている）。また、凸部２７３ｃの基端部分にある係合部２７３ａの端面は、先端に向かい長手方向に沿って板厚が減少する傾斜部２７３ｂとなっている。

また、第二の絶縁部材２７４の係合部２７４ａは、第一の絶縁部材２７３の係合部２７３ａと嵌合するように、凸部２７３ｃに係合する先端側が上辺であって基端側が底辺である台形状（ダブテール状）の凹溝２７４ｃを備えている。さらに、係合部２７４ａの端面が、第一の絶縁部材２７３の傾斜部２７３ｂと係合するように先端に向かい長手方向に沿って板厚が減少する傾斜部２７４ｂとなっている。

その他の構成は上述した実施例１と概ね同様であり、以下、重複する説明は省略する。

本実施例においては凸部２７３ｃおよび凹溝２７４ｃが相互に固定される絶縁部材２７３，２７４が相対的に幅方向および長手方向に移動することを規制する係止部を構成し、係合部２７３ａと係合部２７４ａとは相互に係合した状態で接着剤により固定される。また、本実施例において係合部２７３ａ，２７４ａは、固定子鉄心２２の磁極突部２３の周面に配置された界磁巻線２４の頂面側から固定子鉄心２２の磁極頭部２５の内周側面側までの沿面距離が予め設定する所定長さ以上となるように、段部および傾斜部を備えた構造となっている。

このように構成されることにより、第一の絶縁部材２７３と第二の絶縁部材２７４とは、凸部２７３ｃと凹溝２７４ｃとが係合することにより幅方向および長手方向への相互の移動を規制されるとともに、界磁巻線２４の頂面側から磁極頭部２５の内周側面側までの沿面距離を十分に確保することが可能となる。

すなわち、本実施例に係る突極形回転子の絶縁板によれば、第一の絶縁部材２７３と第二の絶縁部材２７４とからなる絶縁板２７を、沿面距離を十分に確保しつつ強固に組み立てることが可能となる。

図７を用いて本発明の実施例２に係る突極形回転子の絶縁板の詳細を説明する。
本実施例は、上述した実施例２に係る突極形回転子の絶縁板に比較して、絶縁部材２７の凸部および凹溝の形状が異なる。

すなわち、本実施例では図７に示すように、第一の絶縁部材２７３の係合部２７３ａは、その端部に、先端側に設けられた円状部分と基端側に設けられた先端側を上辺とし基端側を底辺とする台形状部分とを有する形状（前方後円墳形状）に形成された凸部２７３ｅを備えている。この凸部２７３ｅは、その板厚が本体部分２７３ｄに比較して薄くなっている（本実施例では、本体部分２７３ｄの板厚の半分程度の板厚となっている）。

また、第二の絶縁部材２７４の係合部２７４ａは、第一の絶縁部材２７３の係合部２７３ａと嵌合するように、凸部２７３ｅに係合する、先端側に設けられた先端側を底辺とし基端側を上辺とする台形状部分と基端側に設けられた円状部分とを有する形状に形成された凹溝２７４ｄを備えている。

なお、図７は凸部２７３ｅおよび凹溝２７４ｄの形状を分かりやすくするため、第一の絶縁部材２７３および第二の絶縁部材２７４の板厚を拡大して示している。その他の構成は上述した実施例２と概ね同様であり、以下、重複する説明は省略する。

本実施例においては凸部２７３ｅおよび凹溝２７４ｄが相互に固定される絶縁部材２７３，２７４が相対的に幅方向および長手方向に移動することを規制する係止部を構成し、係合部２７３ａと係合部２７４ａとは相互に係合した状態で接着剤により固定される。

このように構成されることにより、第一の絶縁部材２７３と第二の絶縁部材２７４とは、凸部２７３ｅと凹溝２７４ｄとが係合することにより幅方向および長手方向への相互の移動を規制されるとともに、界磁巻線２４の頂面側から磁極頭部２５の内周側面側までの沿面距離を十分に確保することが可能となる。

すなわち、本実施例に係る突極形回転子の絶縁板によれば、第一の絶縁部材２７３と第二の絶縁部材２７４とからなる絶縁板２７を、沿面距離を十分に確保しつつ強固に組み立てることが可能となる。

なお、上述した実施例１から実施例３では、第一の絶縁部材２７１（２７３）と第二の絶縁部材２７２（２７４）とが係合する面（例えば、凹面２７１ｂ，２７１ｃと凹面２７２ｃ，２７２ｄ等）を平面とする例を示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、沿面距離を十分に確保することができれば、例えばこの係合する面を曲面としてもよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

また、上述した実施例１で説明した凸面２７１ｄおよび切欠部２７２ｂをダブテール形状または前方後円墳形状（例えば、長方形または台形の先端側に延長部分を有する形状）としてもよく、実施例２で説明した凸部２７３ｃおよび凹溝２７４ｃを長方形状としてもよい。

１ 突極形回転電機
１０ 固定子
２０ 突極形回転子
２１ 回転軸
２２ 回転子継鉄
２３ 磁極突部
２４ 界磁巻線
２４ａ 冷却フィン
２５ 磁極頭部
２５ａ 外周面
２７ 絶縁板
２７１，２７３ 第一の絶縁部材
２７２，２７４ 第二の絶縁部材
２７１ａ，２７２ａ，２７３ａ，２７４ａ 係合部
２７１ｂ，２７１ｃ，２７２ｃ，２７２ｄ 凹面（薄肉部）
２７１ｄ 凸面（厚肉部）
２７１ｅ，２７２ｅ，２７３ｂ，２７４ｂ 傾斜部
２７２ｂ 切欠部
２７３ｃ，２７３ｅ 凸部
２７３ｄ 本体部分
２７４ｃ，２７４ｄ 凹溝

Claims (6)

1. 回転子鉄心を構成する磁極頭部の内周側面と、前記回転子鉄心を構成する磁極突部の周面に配置された界磁巻線の頂面との間に設けられる突極形回転子の絶縁板であって、
   コの字状に形成された二つの絶縁部材を枠状に組み合わせてなり、
   各前記絶縁部材は、相互に固定される他の前記絶縁部材と係合する係合部を有し、
   前記係合部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に幅方向に移動することを規制する係止部を有するとともに、長手方向に沿って段部および傾斜部および曲面部のうちの少なくとも一つを有して固定子鉄心の磁極突部の周面に配置された界磁巻線の頂面側から固定子鉄心の磁極頭部の内周側面側までの沿面距離が予め設定する所定長さ以上となっており、
   一方の前記絶縁部材の係合部が、幅方向中央部分で長手方向に沿って形成された切欠部と、当該切欠部の幅方向両側に設けられた薄肉部と、前記係合部の基端側で前記切欠部および前記薄肉部に向かって長手方向に沿って板厚が減少する傾斜部とを有し、
   他方の前記絶縁部材の係合部が、前記切欠部に係合する厚肉部と、一方の前記絶縁部材の係合部に設けられた薄肉部に係合する薄肉部と、他方の前記絶縁部材の係合部の先端側に設けられ一方の前記絶縁部材の傾斜部に係合する傾斜部とを有する
   ことを特徴とする突極形回転子の絶縁板。
2. 回転子鉄心を構成する磁極頭部の内周側面と、前記回転子鉄心を構成する磁極突部の周面に配置された界磁巻線の頂面との間に設けられる突極形回転子の絶縁板であって、
   コの字状に形成された二つの絶縁部材を枠状に組み合わせてなり、
   各前記絶縁部材は、相互に固定される他の前記絶縁部材と係合する係合部を有し、
   前記係合部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に幅方向に移動することを規制する係止部を有するとともに、長手方向に沿って段部および傾斜部および曲面部のうちの少なくとも一つを有して固定子鉄心の磁極突部の周面に配置された界磁巻線の頂面側から固定子鉄心の磁極頭部の内周側面側までの沿面距離が予め設定する所定長さ以上となっており、
   一方の前記絶縁部材の係合部が、幅方向中央部分で長手方向に沿って突出した薄肉の凸部と、前記凸部の基端側で前記凸部の先端側に向かって長手方向に沿って板厚が減少する傾斜部とを有し、
   他方の前記絶縁部材の係合部が、前記凸部に係合する凹溝と、他方の前記絶縁部材の係合部の先端側に設けられ一方の前記絶縁部材の傾斜部に係合する傾斜部とを有する
   ことを特徴とする突極形回転子の絶縁板。
3. 前記切欠部は、先端側が上辺であって基端側が上辺より長い底辺である台形状に形成され、
   前記厚肉部は、前記切欠部に嵌合する形状に形成され、
   前記係止部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に長手方向に移動することを規制する
   ことを特徴とする請求項１記載の突極形回転子の絶縁板。
4. 前記切欠部は、長方形または台形の先端側に円状部分を有する形状に形成され、
   前記厚肉部は、前記切欠部に嵌合する形状に形成され、
   前記係止部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に長手方向に移動することを規制する
   ことを特徴とする請求項１記載の突極形回転子の絶縁板。
5. 前記凸部は、先端側が底辺であって基端側が底辺より短い上辺である台形状に形成され、
   前記凹溝は、前記凸部に嵌合する形状に形成され、
   前記係止部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に長手方向に移動することを規制する
   ことを特徴とする請求項２記載の突極形回転子の絶縁板。
6. 前記凸部は、長方形もしくは台形の先端側に円状部分を有する形状に形成され、
   前記凹溝は、前記凸部に嵌合する形状に形成され、
   前記係止部は、相互に固定される前記絶縁部材同士が相対的に長手方向に移動することを規制する
   ことを特徴とする請求項２記載の突極形回転子の絶縁板。

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