JPH0984286A - 突極塊状磁極形回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁極表面に発生する「うず電流損」による熱を
効率良く放熱して界磁巻線の地絡を防止する絶縁板の焼
損を防止すること。 【解決手段】磁極胴１に界磁巻線２が巻装され該磁極胴
１に塊状磁極片３が設けられた突極塊状磁極を持つ突極
塊状磁極形回転子であり、磁極胴１に巻装された界磁巻
線２の塊状磁極片側の端面に重ねて配設され界磁巻線２
と塊状磁極片３との間を絶縁する絶縁板５と、熱伝導性
の低い材質からなり絶縁板５の上に重ねて配設された遮
熱板１１と、熱伝導性の高い材質からなり塊状磁極片３
の界磁巻線側の端面に接触させた状態で遮熱板１１の上
側に重ねて配設された金属板１２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同期発電機等に使
用される突極塊状磁極形回転子に係り、特に磁極片と界
磁巻線との間に絶縁板が介挿される突極塊状磁極形回転
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】塊状磁極形同期発電機は、磁極を鋳鋼等
の溶接構造等によって塊状に製作し、始動巻線を設ける
ことなく磁極表面のうず電流によって始動トルクを発生
するものである。磁極表面のうず電流は、その表皮作用
により始動瞬時には高抵抗、速度上昇するにしたがって
低抵抗となるため、比較的低始動電流で、高始動トルク
を得ることができる。

【０００３】図８は、かかる同期発電機に備えられてい
る突極塊状磁極形回転子の構造の一例を示している。同
図に示すように、磁極胴１の外周に界磁巻線２を巻装す
ると共に磁極胴１の頭部に磁極片３をボルト４にて固定
している。磁極片３は界磁巻線２に対して板状の絶縁物
である絶縁カラー５を介して接するようにしている。

【０００４】絶縁カラー５は、回転時の遠心力で界磁巻
線２が磁極片３に強い力で押圧されても破損して磁極片
３が界磁巻線２に地絡することのないように高い押圧力
にも耐えられるものを使用している。

【０００５】ところで、同期発電機の負荷によっては逆
相負荷が生じる場合がある。逆相負荷の場合、磁極表面
に流れるうず電流が磁極表面を加熱する。磁極表面の温
度は熱伝導によって磁極片内部を通り絶縁カラー５に伝
播するので、磁極片３の加熱によって絶縁カラー５を焼
損に至らしめる可能性がある。絶縁カラー５が焼損すれ
ば絶縁機能を果たさなくなるので界磁巻線２が地絡する
問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の突
極塊状磁極形回転子は、磁極表面が非常に高い温度にま
で加熱されると、磁極片と界磁巻線との間に介在させた
絶縁カラーを焼損して界磁巻線を地絡に至らしめる可能
性があった。

【０００７】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、磁極表面に生じる「うず電流損」による熱
を外部に放出することができ、絶縁カラーの焼損による
界磁巻線の地絡事故を確実に防止できる突極塊状磁極形
回転子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。請求項１に対
応する本発明は、磁極胴に界磁巻線が巻装され該磁極胴
に磁極頭部となる塊状磁極片が設けられた突極塊状磁極
を持つ突極塊状磁極形回転子において、前記磁極胴に巻
装された界磁巻線の塊状磁極片側の端面に重ねて配設さ
れ前記界磁巻線と前記塊状磁極片との間を絶縁する絶縁
板と、熱伝導性の低い材質からなり前記絶縁板の上に重
ねて配設された遮熱板と、熱伝導性の高い材質からなり
前記塊状磁極片の界磁巻線側の端面に接触させた状態で
前記遮熱板の上側に重ねて配設された金属板とを備え
た。

【０００９】本発明の突極塊状磁極形回転子によれば、
塊状磁極片の磁極表面に発生する熱が遮熱板によって断
熱されるので、絶縁板の温度上昇を抑えることができ、
絶縁板の焼損が防止されるものとなる。

【００１０】請求項２に対応する本発明は、上記した突
極塊状磁極形回転子において、前記金属板に、前記塊状
磁極片及び前記遮熱板の外縁より外側に突出する羽根出
し部を形成した。

【００１１】本発明の突極塊状磁極形回転子によれば、
熱伝導に優れた金属板に羽根出し部を形成したことによ
り、塊状磁極片から伝導した熱が羽根出し部から放出さ
れ、遮熱板を通って絶縁板に伝導される熱量が低減され
る。

【００１２】請求項３に対応する本発明は、上記した突
極塊状磁極形回転子において、前記金属板の羽根出し部
を、該回転子の軸方向の両端部近傍において突出量が大
きくなるように構成した。

【００１３】本発明の突極塊状磁極形回転子によれば、
うず電流による発生熱量が大きい軸方向端部付近の羽根
出し部が大きくなっているので、発生熱量が大きい付近
での放出熱量が大きくなり、磁極の軸方向端部の冷却効
果を向上できる。

【００１４】請求項４に対応する本発明は、突極塊状磁
極形回転子において、前記金属板を該回転子の回転方向
に突出させて、前記回転方向に連設されている隣接する
突極塊状磁極間で双方の金属板の突出部を連結する構成
とした。

【００１５】本発明の突極塊状磁極形回転子によれば、
互いに隣接する突極塊状磁極間で双方の金属板の突出部
が連結されるので、金属板で回転子側制動巻線短絡機能
を実現することができ、負荷の急激な変化に伴う発電機
の応答性能を向上させることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （第１の実施形態）図１は第１の実施形態に係る突極塊
状磁極形回転子の磁極部を示す図であり、回転軸に対し
て直交方向の回転子断面を示している。同図には、１つ
の磁極だけを図示しているが、図２に示すように実際の
回転子には複数の磁極が回転軸の外周面に回転軸方向に
沿って連続的に設けられている。

【００１７】この突極塊状磁極形回転子は、磁極胴１の
基端部が回転軸と一体となっており、回転軸の周面から
突出した方形部に界磁コイル２が巻装されている。絶縁
カラー５は、磁極胴１の方形部と同じ形をした開口部の
形成された額縁状をなしている。絶縁カラー５を、その
開口部を介して磁極胴１の方形部に嵌め込んで界磁コイ
ル２の上面に重ねて配設している。絶縁カラー５と同じ
形状をなす額縁状のステンレス板１１を磁極胴１の方形
部に嵌め込んで絶縁カラー５の上面に重ねている。さら
に、熱伝導特性に優れた銅板のような金属板１２を絶縁
カラー５等と同様に額縁状に形成し、磁極胴１の方形部
に嵌め込んでステンレス板１１の上面に重ねて配設して
いる。そして、該磁極部の頭部を構成する長方形状をな
す磁極片３を金属板１２に直接重ねるようにして磁極胴
１の方形部上面に対して複数のボルト４で締結して磁極
を構成している。

【００１８】ここで、金属板１２の外形寸法を磁極片
３、絶縁カラー５及びステンレス板１１よりも大きくす
ることにより外方へ突出させている。すなわち、磁極片
３等よりも外側へ突出した部分で羽根出し部１２ａを形
成している。

【００１９】以上のように構成された突極塊状磁極形回
転子の動作について説明する。発電機の負荷としてサイ
リスタを使った変換装置が接続される場合、発電機内部
において等価的に逆相負荷、すなわち正規の回転方向と
は逆の回転磁界を発生するような電機子電流が流れる。
その結果、この逆回転磁界によって磁極表面にはそれを
打ち消す方向のうず電流が流れ、磁極表面にはうず電流
に伴う「うず電流損」となる熱が発生して磁極表面が加
熱される。

【００２０】このような加熱により発生した熱は磁極表
面から一部が放熱されるが、残りは磁極片３を熱伝導に
よって界磁コイル２の方向に伝播する。最初に、磁極片
３に接触して配設されている金属板１２に伝導入熱す
る。金属板１２の熱は羽根出し部１２ａに伝導し、そこ
から回転子周囲の冷却媒体へ熱伝達して回転子外部へ放
散される。

【００２１】また、金属板１２から一部の熱が金属板１
２の厚み方向に隣接したステンレス板１１にも伝導す
る。ステンレス板１１は銅や鉄と比べて熱伝導性が悪い
ため、ステンレス板１１において絶縁カラー５へ伝導す
る熱が大きく低下する。従って、ステンレス板１１の厚
み方向の両面間での温度差が大きくなり、絶縁カラー５
の温度上昇は低く抑えられる。

【００２２】図３及び図４に本実施形態による構造と従
来構造との比較例を示している。図３は図１のＡ−Ａ線
断面の部分を切り取り、その部分の温度分布例を示して
いる。図４は図８のＢ−Ｂ線断面の部分を切り取り、そ
の部分の温度分布を示している。なお、磁極片３の温度
を３００℃、界磁コイル２での温度を９０℃としてい
る。

【００２３】従来構造の場合、絶縁カラー５の磁極片３
と接する部分の温度が１７０℃にも達する。これに対し
て本実施形態による構造の場合、金属板１２の冷却効果
によって磁極片３と接する部分の温度は１３０℃まで低
下し、熱伝導性の悪いステンレス板１１で温度傾斜を分
担するため、絶縁カラー５の最高温度は１１５℃まで低
下させることができる。

【００２４】このように本実施形態によれば、界磁コイ
ル２と磁極片３との間に羽根出し部１２ａを有し熱伝導
性に優れた金属板１２を磁極片３に接して配設し、熱伝
導性の悪いステンレス板１１を絶縁カラー５に接して配
設したので、界磁コイル２の地絡を防止する絶縁カラー
５の温度上昇を低く抑えることができ、絶縁カラー５の
焼損、界磁コイル２の地絡といった事故を確実に防止す
ることができ、長期に亘り信頼性の高い運転が可能な発
電機を実現できる。

【００２５】本実施形態によれば、比較的高い比率の高
調波を含む負荷に対しても運転可能な、逆相耐圧の大き
な発電機を実現することができる。さらに、高調波対策
のために設置していたフィルター回路を完全に除去で
き、又はその機能の負担を軽減できる。

【００２６】（第２の実施形態）図５は第２の実施形態
に係る突極塊状磁極形回転子の磁極を示す図であり、あ
る１つの磁極の上面図を示している。同図には、１つの
磁極だけを図示しているが、実際の回転子には複数の磁
極が回転軸の外周面に回転軸方向に沿って連続的に設け
られている。

【００２７】この突極塊状磁極形回転子は、前述した第
１の実施形態と基本的に同じ構造であり、金属板１２の
外形を一部変形している。界磁コイル２と磁極片３との
間に羽根出し部を有し熱伝導性に優れた金属板１２を磁
極片３に接して配設し、熱伝導性の悪いステンレス板１
１を絶縁カラー５に接して配設している。

【００２８】金属板１２は、軸方向の磁極端に近い部分
の羽根出し部１２Ａを中央部の羽根出し部１２Ｂに比べ
て大きく外側へ突出させた形状となっている。このよう
に構成された突極塊状磁極形回転子によれば、磁極片３
の表面で発生するうず電流による発生熱は磁極の軸方向
端部の方が多くなるので、その熱を放熱面を広くした羽
根出し部１２Ａで効率良く放散させることができる。

【００２９】（第３の実施形態）図６及び図７は第３の
実施形態に係る突極塊状磁極形回転子の磁極を示す図で
あり、隣接する２つの磁極の上面図を示している。

【００３０】この突極塊状磁極形回転子は、前述した第
２の実施形態と基本的に同じ構造であり、界磁コイル２
と磁極片３との間に羽根出し部を有する金属板１２を磁
極片３に接して配設し、熱伝導性の悪いステンレス板１
１を絶縁カラー５に接して配設している。金属板１２の
軸方向の磁極端に近い部分の羽根出し部１２Ａを、隣接
する磁極部間で互いに重なり合うように延設し、双方の
羽根出し部１２Ａを金属板結合ボルト１３で連結してい
る。各磁極の磁極片３に接している各金属板１２を互い
に接続したことにより、金属板１２が回転子側の制動巻
線の短絡機能を兼ね備えたことになる。

【００３１】ここで、同期発電機における制動巻線に、
発電機の負荷が何等かの原因で急激に変動した場合でも
安定して運転できる過渡安定度を向上させる効果がある
ことは一般に知られている。従来は、磁極片端を結合す
る短絡環により制動巻線の短絡機能を実現していた。し
かし、磁極片が鉄等であるのに対して短絡環は銅等であ
ったために接続部の接触抵抗が高く局部加熱の可能性が
あった。

【００３２】本実施形態では、銅の金属板１２であれば
銅／銅の結合が実現されるので接触抵抗が低減され局部
加熱を防ぐことができる。このように本実施形態によれ
ば、界磁コイル２と磁極片３との間に羽根出し部１２
Ａ，Ｂを有する金属板１２を磁極片３に接して配設し、
ステンレス板１１を絶縁カラー５に接して配設したの
で、界磁コイル２の地絡を防止する絶縁カラー５の温度
上昇を低く抑えることができ、また隣接する磁極間で金
属板１２の羽根出し部１２Ａを接続したので、接触抵抗
が低く局部加熱を抑えた制動巻線の短絡機能を実現でき
る。従って、逆相耐量が大きく、かつ過渡安定度に優れ
た発電機を実現できる。

【００３３】以上の説明では、熱伝導性に優れた金属板
１２として銅又はその合金を例に説明したが、金属板１
２の材質はこのようなものに限定されるものではない。
例えば、アルミニウム、又はその合金を使用しても同様
の作用効果を得ることができる。本発明は上記実施形態
に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない
範囲内で種々変形実施可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、磁
極表面に発生する「うず電流損」による熱を効率良く放
熱する冷却効果を期待できるので、界磁巻線の地絡を防
止する絶縁板の焼損を防止できる。また、回転子の冷却
効果を期待できることから、小形・軽量の発電機を実現
でき、その結果として高効率の発電機を実現できる。さ
らに、逆相耐量の大きい発電機を実現できることから高
調波を含む負荷に対する電源の発電機として使用するこ
とができ、高調波フィルター装置を省略又は小形化でき
るので小スペース化及びコストダウンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る突極塊状磁極形回転子の
磁極断面を示す図である。

【図２】第１の実施形態における磁極部の上面図であ
る。

【図３】図１に示すＡ−Ａ線断面及びその断面に対応す
る温度分布を示す図である。

【図４】図８に示すＢ−Ｂ線断面及びその断面に対応す
る温度分布を示す図である。

【図５】第２の実施形態に係る突極塊状磁極形回転子の
磁極の上面図である。

【図６】第３の実施形態に係る突極塊状磁極形回転子の
磁極の上面図である。

【図７】図６に示すＣ−Ｃ線断面を示す図である。

【図８】従来の突極塊状磁極形回転子の磁極断面を示す
図である。

【符号の説明】

１…磁極胴、２…界磁コイル、３…磁極片、４，１３…
ボルト、５…絶縁カラー、１１…ステンレス板、１２…
金属板、１２ａ，１２Ａ，１２Ｂ…羽根出し部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁極胴に界磁巻線が巻装され該磁極胴に
   磁極頭部となる塊状磁極片が設けられた突極塊状磁極を
   持つ突極塊状磁極形回転子において、 前記磁極胴に巻装された界磁巻線の塊状磁極片側の端面
   に重ねて配設され前記界磁巻線と前記塊状磁極片との間
   を絶縁する絶縁板と、熱伝導性の低い材質からなり前記
   絶縁板の上に重ねて配設された遮熱板と、熱伝導性の高
   い材質からなり前記塊状磁極片の界磁巻線側の端面に接
   触させた状態で前記遮熱板の上側に重ねて配設された金
   属板とを具備したことを特徴とする突極塊状磁極形回転
   子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の突極塊状磁極形回転子に
   おいて、 前記金属板は、前記塊状磁極片及び前記遮熱板の外縁よ
   り外側に突出する羽根出し部が形成されたことを特徴と
   する突極塊状磁極形回転子。
3. 【請求項３】 請求項１記載の突極塊状磁極形回転子に
   おいて、 前記金属板の羽根出し部は、該回転子の軸方向の両端部
   近傍において突出量が大きくなることを特徴とする突極
   塊状磁極形回転子。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２に記載の突極塊状
   磁極形回転子において、 前記金属板を該回転子の回転方向に突出させて、前記回
   転方向に連設されている隣接する突極塊状磁極間で双方
   の金属板の突出部を連結することを特徴とする突極塊状
   磁極形回転子。