WO2018164024A1 - 突極形回転子通風路の絶縁構造 - Google Patents
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Abstract
界磁巻線を内周側から冷却しつつ、絶縁性能を向上するために、回転軸(11)に沿って設けられる回転子継鉄(12)と、前記回転子継鉄(12)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(13)と、前記磁極鉄心(13)の径方向外側に設けられる磁極頭部(14)と、前記回転子継鉄(12)と前記磁極頭部(14)との間において、前記磁極鉄心(13)の外周面に巻き付けられる界磁巻線(15)と、を備えた突極形回転子(3)において、前記界磁巻線(15)の内周面に開口し、前記界磁巻線(15)を径方向に貫通する通風溝(15a)と、前記磁極頭部(14)を径方向に貫通すると共に、前記通風溝(15a)に連通する通風孔(14a)と、前記通風溝(15a)の前記磁極頭部(14)側に形成されている段差部(15b)を備えている。
Description
本発明は突極形回転子通風路の絶縁構造に関し、界磁巻線の高い冷却効果を維持しつつ、絶縁性能を向上させるように工夫したものである。
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しており、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。
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た状態で、静止側の固定子に対して、回転側の突極形回転子が回転する。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。
ところで、界磁巻線の温度が高くなり過ぎると、熱劣化により、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軸方向に流したり、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、界磁巻線の外表面のみを冷却しているに過ぎず、界磁巻線の内部を含めて、全体的に十分な冷却を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し、界磁巻線の内径側にも冷却風を直接当てるようにした、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。
しかし、突極形回転子の界磁巻線に、径方向に貫く通風路を設けた場合には、高電位部材である界磁巻線と、接地電位部材である接地物(回転軸や磁極頭部)との間の沿面絶縁距離が短くなるという問題が生ずる。
本発明は、上記従来技術に鑑み、界磁巻線を径方向に貫く通風路を備えつつ、沿面絶縁距離を長く確保することができる、突極形回転子通風路の絶縁構造を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明は、
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、
を備えた突極形回転子において、
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通風溝と、
前記磁極頭部を径方向に貫通すると共に、前記通風溝に連通する通風孔と、
前記通風溝の前記磁極頭部側に形成されている段差部を備えていることを特徴とする。
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、
を備えた突極形回転子において、
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通風溝と、
前記磁極頭部を径方向に貫通すると共に、前記通風溝に連通する通風孔と、
前記通風溝の前記磁極頭部側に形成されている段差部を備えていることを特徴とする。
また本発明は、
前記磁極頭部と前記界磁巻線との間に介在され、前記通風溝及び前記通風孔に連通する切り欠きを有する絶縁部材を備えることを特徴とする。
前記磁極頭部と前記界磁巻線との間に介在され、前記通風溝及び前記通風孔に連通する切り欠きを有する絶縁部材を備えることを特徴とする。
また本発明は、
前記段差部に固定されて前記段差部を埋めつつ、前記通風溝と前記通風孔との連通を確保する絶縁ブロックを備えていることを特徴とする。
前記段差部に固定されて前記段差部を埋めつつ、前記通風溝と前記通風孔との連通を確保する絶縁ブロックを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、界磁巻線の内周面に形成した通風溝と、磁極頭部に形成した通風孔とにより通風路が形成され、この通風路に冷却風を流すことができるので、界磁巻線を内部側から冷却することができる。しかも、通風溝の磁極頭部側の部分に、通風溝の溝幅及び溝奥行よりも溝幅及び溝奥行が大きくなっている段差部を備えているため、段差部の溝奥行と溝深さの分だけ、沿面絶縁距離をより長く確保することができ、絶縁信頼性が向上する。
以下、本発明に係る突極形回転子通風路の絶縁構造を、実施例に基づき詳細に説明する。
本発明の実施例に係る突極形回転子通風路の絶縁構造について、図1から図7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を二点鎖線で示す一方、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-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の周囲を覆いつつ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が一体的に形成されており、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部材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(または、図示しないコイル支え部材)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。
なお、磁極鉄心13の外周面に巻回した絶縁板(図示省略)と界磁巻線15との間の隙間には、絶縁性の固定スペーサ(図示省略)が挿入されている。この固定スペーサの挿入により、隙間が埋め込まれると共に、界磁巻線15の固定が確保される。
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。
図2-図4に示すように、界磁巻線15には、その内周面に複数の通風溝15aが設けられている。これらの通風溝15aは、界磁巻線15の内周面に開口しており、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、磁極頭部14を径方向に貫通するように形成されている。しかも、通風溝15a、切り欠き16a、通風孔14aの開口面積は等しくなっている
このとき、通風溝15aと、切り欠き16aと、通風孔14aは、径方向において一直線状になるように連通しており、これら通風溝15aと、切り欠き16aと、通風孔14aが互いに連通することによって、径方向に貫通する通風路Vが形成される(図2、図3参照)。通風路V内には、冷却風Fが、径方向内側から外側に向けて(通風溝15a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を通風路V(特に、界磁巻線15の内周面に開口して形成した通風溝15a)内に流すことにより、界磁巻線15を内周側からも冷却することが可能となっている。
図2-図4に示すように、通風溝15aのうち径方向外側の部分(磁極頭部14側の部分)には、当該通風溝15a(及び切り欠き16a)を囲うように界磁巻線15の頂面(径方向外側端面)から窪んで形成された段差部15bが設けられている。段差部15bは、通風溝15aの径方向外側部分に連通すると共に、絶縁部材16と径方向において対向している。つまり、段差部15bは、軸方向(α方向)において通風溝15a及び切り欠き16aの溝幅よりもD1ずつ広く、かつ、周方向(β方向)において通風溝15a及び切り欠き16aの溝奥行よりもD2だけ広い範囲で、径方向(γ方向)において界磁巻線15の頂面(径方向外側端面)からD3だけ窪んだものである。ここで、段差部15bの溝幅(α方向の寸法)D1と溝奥行(β方向の寸法)D2と溝深さ(γ方向の寸法)D3とは、一部または全部が同じ寸法であっても良く、あるいは、それぞれ異なる寸法であっても良い。
図5-図7に示すように、段差部15bには、絶縁ブロック20が取り付けられている。絶縁ブロック20は、絶縁材により形成されたコの字状の部材であり、接着剤により段差部15bに接着・固定されており、ちょうど段差部15bを埋めている。絶縁ブロック20の開口面積は、通風溝15a、切り欠き16a、通風孔14aの開口面積と等しくなっている。つまり、絶縁ブロック20の端部幅(端部におけるα方向の寸法)d1と中央部幅(中央部におけるβ方向の寸法)d2と高さ(γ方向の寸法)d3は、それぞれ段差部15bの溝幅D1と溝奥行D2と溝深さD3と対応している(略同一である)。よって、段差部15bを埋める状態で配置された絶縁ブロック20は、通風溝15aと通風孔14aとの連通を確保しており、絶縁ブロック20を配置していても、通風路V内を流れる冷却風Fの流通を阻害することはない。
界磁巻線15に形成した通風溝15aの径方向外側の部分(磁極頭部14側の部分)に、段差部15bを設けることにより、段差部15bを設けていないときと比べて、高電位部材である界磁巻線15と、接地電位部材である磁極頭部14との間の沿面絶縁距離を長くすることができる。つまり、段差部15bを設けたことにより、沿面絶縁距離として、沿面絶縁距離D1(d1)または沿面絶縁距離D2(d2)あるいは沿面絶縁距離D3(d3)の分だけ、沿面絶縁距離を長く確保することができる。
さらに、段差部15bを埋め込む状態で絶縁ブロック20を取り付けているため、絶縁信頼性が更に向上する。
本発明は、突極形回転子を備えた、突極形発電機や突極形電動機に利用可能である。
1 回転電機
2 固定子
3 突極形回転子
11 回転軸
12 回転子継鉄
13 磁極鉄心
14 磁極頭部
14a 通風孔
15 界磁巻線
15a 通風溝
15b 段差部
16 絶縁部材
16a 切り欠き
17 コイル押さえ部材
18 ボルト
20 絶縁ブロック
D1 段差部の溝幅(沿面絶縁距離)
D2 段差部の溝奥行(沿面絶縁距離)
D3 段差部の溝深さ(沿面絶縁距離)
d1 絶縁部材の端部幅(沿面絶縁距離)
d2 絶縁部材の中央部幅(沿面絶縁距離)
d3 絶縁部材の高さ(沿面絶縁距離)
F 冷却風
V 通風路
2 固定子
3 突極形回転子
11 回転軸
12 回転子継鉄
13 磁極鉄心
14 磁極頭部
14a 通風孔
15 界磁巻線
15a 通風溝
15b 段差部
16 絶縁部材
16a 切り欠き
17 コイル押さえ部材
18 ボルト
20 絶縁ブロック
D1 段差部の溝幅(沿面絶縁距離)
D2 段差部の溝奥行(沿面絶縁距離)
D3 段差部の溝深さ(沿面絶縁距離)
d1 絶縁部材の端部幅(沿面絶縁距離)
d2 絶縁部材の中央部幅(沿面絶縁距離)
d3 絶縁部材の高さ(沿面絶縁距離)
F 冷却風
V 通風路
Claims (3)
- 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、
を備えた突極形回転子において、
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通風溝と、
前記磁極頭部を径方向に貫通すると共に、前記通風溝に連通する通風孔と、
前記通風溝の前記磁極頭部側に形成されている段差部を備えている、
ことを特徴とする突極形回転子通風路の絶縁構造。 - 請求項1において、
前記磁極頭部と前記界磁巻線との間に介在され、前記通風溝及び前記通風孔に連通する切り欠きを有する絶縁部材を備える、
ことを特徴とする突極形回転子通風路の絶縁構造。 - 請求項1または請求項2において、
前記段差部に固定されて前記段差部を埋めつつ、前記通風溝と前記通風孔との連通を確保する絶縁ブロックを備えている、
ことを特徴とする突極形回転子通風路の絶縁構造。
Priority Applications (2)
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US16/491,314 US11146134B2 (en) | 2017-03-06 | 2018-03-05 | Insulating structure of ventilation path of salient-pole rotor |
JP2018513017A JP6954270B2 (ja) | 2017-03-06 | 2018-03-05 | 突極形回転子通風路の絶縁構造 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017-042208 | 2017-03-06 | ||
JP2017042208 | 2017-03-06 |
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- 2018-03-05 US US16/491,314 patent/US11146134B2/en active Active
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US20200021156A1 (en) | 2020-01-16 |
JPWO2018164024A1 (ja) | 2019-12-26 |
US11146134B2 (en) | 2021-10-12 |
JP6954270B2 (ja) | 2021-10-27 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2018513017 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18763414 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18763414 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |