(57)【要約】【課題】生産性および強度を維持しつつ巻線の中央部を確実に冷却可能な界磁巻線を含む回転子の冷却構造を提供する。【解決手段】鋼板２２Ａ1〜２２Ａn，２２Ｂ1〜２２Ｂnの、バックヨーク２２ａのスロット２２ｄに対向する位置にそれぞれ軸方向に隣接する鋼板に形成されたものに対して径方向及び周方向に一部または全部が重なるように形成された油路用孔２２ｃA1〜２２ｃA6，２２ｃB1〜２２ｃB6を設け、鋼板２２Ａ1，２２Ｂ1の油路用孔２２ｃA1，２２ｃB1がバックヨーク２２ａの径方向内側に開口し、鋼板２２Ａn，２２Ｂnのバックヨーク２２ａに形成された油路用孔２２ｃAn，２２ｃBnがバックヨーク２２ａの径方向外側に開口し、シャフト側油路２１ｂの外周面側の開口部が鋼板２２Ａ1，２２Ｂ1の油路用孔２２ｃA1，２２ｃB1に対向する位置に配設されるようにした。【選択図】図３
2020039230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有するシャフトと、
軸方向に複数の鋼板を積層して形成され前記シャフトに固定されるロータコアと、
前記ロータコアに巻回された界磁巻線と、
を含み、
前記シャフトは前記中空部と当該シャフトの外周面との間で貫通するシャフト側油路を周方向に複数備え、
前記鋼板は、バックヨークのスロットに対向する位置に、それぞれ当該バックヨークの径方向の幅より小さい一または複数の油路用孔を備え、
前記油路用孔は軸方向に隣接する前記鋼板に形成された油路用孔に対して径方向及び周方向に一部または全部が重なるように形成され、
少なくともひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向内側に開口し、
少なくとも他のひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向外側に開口し、
前記シャフト側油路の前記外周面側の開口部は前記バックヨークの径方向内側に開口した前記油路用孔に対向する位置に配設されている
ことを特徴とする界磁巻線を含む回転子の冷却構造。
【請求項２】
軸方向両側に位置する前記鋼板が、それぞれ前記バックヨークの径方向内側に開口する前記油路用孔を有し、
軸方向中央部に位置する少なくとも二つの前記鋼板が、前記バックヨークの径方向外側に開口する前記油路用孔を有し、
前記ロータコアが、軸方向中央部に位置する二つの前記鋼板の間に介在し、前記油路用穴を備えない鋼板を有している
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線を含む回転子の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子に界磁巻線を含む巻線界磁型同期機の回転子の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石型同期機（ＰＭＳＭ：permanent magnet synchronous machine）に対して、高速・低負荷域での効率向上、高速での出力向上のために、動作領域に応じて界磁量を変えることのできる回転子に界磁巻線を含む巻線界磁型同期機（ＷＦＳＭ：wound field synchronous machine）が用いられることが知られている。
【０００３】
巻線界磁型同期機は、長時間の連続運転で使用する場合、巻線の温度上昇を抑制するために回転している間冷却することが必要となる。一般的には、ロータの外側から空気や冷却油により冷却が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７６２３５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５４５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、巻線界磁型同期機においてはロータの外側から空気や冷却油を供給するだけでは、巻線の中央部まで空気や冷却油が十分に行き渡らず、巻線を十分に冷却することができないという問題があった。
【０００６】
また、一部の鋼板に油路を形成してシャフト側から冷却油を供給しようとすると、この鋼板が分割コアとなり、生産性や強度が悪化するという問題もあった。
【０００７】
このようなことから本発明は、生産性および強度を維持しつつ巻線の中央部を確実に冷却可能な界磁巻線を含む回転子の冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造は、
中空部を有するシャフトと、
軸方向に複数の鋼板を積層して形成され前記シャフトに固定されるロータコアと、
前記ロータコアに巻回された界磁巻線と、
を含み、
前記シャフトは前記中空部と当該シャフトの外周面との間で貫通するシャフト側油路を周方向に複数備え、
前記鋼板は、バックヨークのスロットに対向する位置に、それぞれ当該バックヨークの径方向の幅より小さい一または複数の油路用孔を備え、
前記油路用孔は軸方向に隣接する前記鋼板に形成された油路用孔に対して径方向及び周方向に一部または全部が重なるように形成され、
少なくともひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向内側に開口し、
少なくとも他のひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向外側に開口し、
前記シャフト側油路の前記外周面側の開口部は前記バックヨークの径方向内側に開口した前記油路用孔に対向する位置に配設されている
ことを特徴とする。
【０００９】
また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造は、第１の発明において、
軸方向両側に位置する前記鋼板が、それぞれ前記バックヨークの径方向内側に開口する前記油路用孔を有し、
軸方向中央部に位置する少なくとも二つの前記鋼板が、前記バックヨークの径方向外側に開口する前記油路用孔を有し、
前記ロータコアが、軸方向中央部に位置する二つの前記鋼板の間に介在し、前記油路用穴を備えない鋼板を有している
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造によれば、生産性および強度を維持しつつ、巻線の径方向中央側を確実に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る突極形回転電機の断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明の実施例に係る突極形回転電機の回転子の軸方向に沿った断面図である。
【図４】図１に示すシャフトおよびロータコアの拡大図である。
【図５】図３に示す各鋼板の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造について説明する。
【実施例】
【００１３】
図１から図５を用いて本発明の一実施例に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造の詳細を説明する。
【００１４】
図１に示すように、本実施例に係る巻線界磁型同期機１は、図示しないフレーム等に固定された略円筒状のステータ１０と、ステータ１０の内周側に回転自在に保持されたロータ２０とを有している。
【００１５】
ステータ１０は、ステータコア１１と、このステータコア１１に巻回された巻線（固定子巻線）１２とを備えている。巻線１２は、ステータコア１１の径方向内側に設けられた複数（本実施例では３６個）のティース１１ａに巻回されている。
【００１６】
ロータ２０は、シャフト２１と、シャフト２１に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２に巻回された巻線（回転子界磁巻線）２３とを備えている。
【００１７】
シャフト２１は、中空部２１ａを有すると共に、中空部２１ａからシャフト２１の外周面に向かって延びるシャフト側油路２１ｂを有している。
【００１８】
ロータコア２２は、円筒状のバックヨーク２２ａと、バックヨーク２２ａの外周面から径方向外側に向かって放射状に延びる複数（本実施例では６個）のティース２２ｂとを備えている。バックヨーク２２ａにはその内周面と外周面とを連通するコア側油路２２ｃが形成されている。
巻線２３は、図２に示すようにコイル素線２３ａをティース２２ｂに巻回することにより形成されている。なお、図２に示す２４はボビンである。
【００１９】
図３および図４に示すように、シャフト２１の中空部２１ａは、軸方向一端側に開口している。また、シャフト側油路２１ｂは、軸方向において後述する鋼板２２Ａ1，２２Ｂ1に対向する位置にそれぞれ形成されている（以下、鋼板２２Ａ1に対向する位置に形成されたシャフト側油路を２１ｂ1，鋼板２２Ｂ1に対向する位置に形成されたシャフト側油路を２１ｂ2と称する）。シャフト側油路２１ｂ1，２１ｂ2は中空部２１ａと後述する油路用孔２２ｃA1，２２ｃB1との間を連通するよう概ね径方向に沿って周方向に複数（本実施例では１２箇所）形成されている。
【００２０】
また、図３から図５に示すように、ロータコア２２は、複数の薄板状の鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6，２２Ｂ6〜２２Ｂ1を軸方向に積層し、その軸方向両端に鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6，２２Ｂ6〜２２Ｂ1よりも軸方向の幅が大きい鋼板２２Ｃ1，２２Ｄ1をそれぞれ配するとともに、鋼板２２Ａ6と鋼板２２Ｂ6との間に鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6，２２Ｂ6〜２２Ｂ1よりも軸方向の幅が大きい鋼板２２Ｃ2，２２Ｄ2を配して構成されている。
【００２１】
コア側油路２２ｃは、鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6にそれぞれ異なる位置に形成された孔部と、鋼板２２Ｂ1〜２２Ｂ6にそれぞれ異なる位置に形成された孔部とによって構成されている（以下、各鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6に形成された孔部をそれぞれ油路用孔２２ｃA1〜２２ｃA6、各鋼板２２Ｂ1〜２２Ｂ6に形成された孔部をそれぞれ油路用孔２２ｃB1〜２２ｃB6と称する）。
【００２２】
油路用孔２２ｃA1〜２２ｃA6，２２ｃB1〜２２ｃB6は、それぞれバックヨーク２２ａの、周方向に隣り合うティース２２ｂ間（スロット２２ｄ）に対向する位置に、周方向に離間して各２箇所ずつ、合計１２箇所形成されている。油路用孔２２ｃA1〜２２ｃA6，２２ｃB1〜２２ｃB6は、それぞれバックヨーク２２ａの径方向の幅より小さく形成されている。
【００２３】
この油路用孔２２ｃA1〜２２ｃA6，２２ｃB1〜２２ｃB6は、各鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6，２２Ｂ1〜２２Ｂ6の軸方向に隣接するもの同士で、周方向に同一の位置であって径方向に一部が重なるように形成されている。
【００２４】
本実施例では、鋼板２２Ａ1と鋼板２２Ｂ1、鋼板２２Ａ2と鋼板２２Ｂ2、鋼板２２Ａ3と鋼板２２Ｂ3、鋼板２２Ａ4と鋼板２２Ｂ4、鋼板２２Ａ5と鋼板２２Ｂ5、鋼板２２Ａ6と鋼板２２Ｂ6はそれぞれ同一の位置に孔部を有している。
【００２５】
さらに、最も軸方向外側に配設されている鋼板２２Ａ1，２２Ｂ1に形成された油路用孔２２ｃA1，２２ｃB1は径方向内側に開口しており、最も軸方向内側（鋼板２２Ｃ2，２２Ｄ2に隣接する位置）に配設されている鋼板２２Ａ6，２２Ｂ6に形成された油路用孔２２ｃA6，２２ｃB6はバックヨーク２２ａの径方向外側に開口している。
【００２６】
これにより、コア側油路２２ｃはシャフト２１に当接する面から巻線２３に対向する面までの間で連通した状態となり、シャフト２１の中空部２１ａからロータコア２２を通じて巻線２３まで冷却油用の油路が形成されたこととなる。なお、鋼板２２Ｃ1，２２Ｃ2，２２Ｄ1，２２Ｄ2にはコア側油路は設けられていないものとする。
【００２７】
したがって、ロータ２０の回転時には、冷却油がシャフト２１の中空部２１ａ内からシャフト側油路２１ｂ1，２１ｂ2を介してそれぞれ油路用孔２２ｃA1〜２２ｃA6、油路用孔２２ｃB1〜２２ｃB6を通り巻線２３へ向けて噴射され、ロータコア２２および巻線２３が冷却される。
【００２８】
このように構成される本実施例に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造によれば、鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6，２２Ｂ1〜２２Ｂ6を分割することなく一体で形成することができ、鋼板を分割する場合に比較して精度および組立性が向上する。且つ、シャフト２１の中空部２１ａを介して供給される冷却油をロータコア２２の内部を通してロータコア２２の回転時にティース２２ｂの根元部分から巻線２３に向けて噴射させることができ、巻線２３の内周面の中央部分に直接冷却油を噴射することができるので、巻線２３の中央部分を十分に冷却することが可能となり、冷却性能が向上する。
【００２９】
また、油路用孔２２ｃA1〜２２ｃA6，２２ｃB1〜２２ｃB6の位置を鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6，２２Ｂ1〜２２Ｂ6ごとに異なる位置としたことにより、冷却油の噴射口を任意の位置に設定することが可能となり、利便性が向上する。
【００３０】
なお、上述した実施例では、ロータ２０がコア側油路を有する１２枚の鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6，２２Ｂ1〜２２Ｂ6を有する例を示したが、鋼板の数は上述した実施例に限定されるものではない。
【００３１】
また、上述した実施例では、各鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6，２２Ｂ1〜２２Ｂ6に形成される油路用孔２２ｃA1〜２２ｃA6，２２ｃB1〜２２ｃB6が、軸方向に隣接するもの同士で、周方向に同一の位置であって径方向で一部が重なるように形成される例を示したが、コア側油路は軸方向に隣接する複数枚の鋼板ごとに同一の位置としても構わない。
【００３２】
また、上述した実施例では、少なくとも最も軸方向外側に配設されている鋼板２２Ａ1，２２Ｂ1に形成された油路用孔２２ｃA1，２２ｃB1が径方向内側に開口し、最も軸方向内側（鋼板２２Ｃ2，２２Ｄ2に隣接する位置）に配設されている鋼板２２Ａ6，２２Ｂ6に形成された油路用孔２２ｃA6，２２ｃB6がバックヨーク２２ａの径方向外側に開口している例を示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、コア側油路２２ｃの開口部の位置は必要に応じて変更することができる。
【００３３】
また、上述した実施例ではコア側油路２２ｃを軸方向中央に対して対称な位置に配置する例を示したが、コア側油路２２ｃは必要に応じてその位置を決定すればよく、上述した実施例に限定されるものではない。
【００３４】
また、上述した実施例では、鋼板２２Ｃ1，２２Ｄ1及び鋼板２２Ｃ2，２２Ｄ2が鋼板２２Ａ1〜２２Ａ6，２２Ｂ6〜２２Ｂ1よりも軸方向の幅が大きい例を示したが、鋼板２２Ｃ1，２２Ｄ1及び鋼板２２Ｃ2，２２Ｄ2の軸方向の幅は任意であり、上述した実施例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１  巻線界磁型同期機
１０  ステータ
１１  ステータコア
１２  巻線
２０  ロータ
２１  シャフト
２１ａ  中空部
２１ｂ，２１ｂ1，２１ｂ2  シャフト側油路
２２  ロータコア
２２Ａ1〜２２Ａn，２２Ｂ1〜２２Ｂn，２２Ｃ1，２２Ｃ2，２２Ｄ1，２２Ｄ2  鋼板
２２ａ  バックヨーク
２２ｂ  ティース
２２ｃ  コア側油路
２２ｃA1〜２２ｃA6，２２ｃB1〜２２ｃB6  油路用孔
２３  巻線
２３ａ  コイル素線
【図１】
2020039230.tif 000003
【図２】
2020039230.tif 000004
【図３】
2020039230.tif 000005
【図４】
2020039230.tif 000006
【図５】
2020039230.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月11日(2019.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有するシャフトと、
軸方向に複数の鋼板を積層して形成され前記シャフトに固定されるロータコアと、
前記ロータコアに巻回された界磁巻線と、
を含み、
前記シャフトは前記中空部と当該シャフトの外周面との間で貫通するシャフト側油路を周方向に複数備え、
前記鋼板は、バックヨークのスロットに対向する位置に、それぞれ当該バックヨークの径方向の幅より小さい一または複数の油路用孔を備え、
前記油路用孔は軸方向に隣接する前記鋼板に形成された油路用孔に対して径方向及び周方向に一部または全部が重なるように形成され、
少なくともひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向内側に開口し、
少なくとも他のひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向外側に開口し、
前記シャフト側油路の前記外周面側の開口部は前記バックヨークの径方向内側に開口した前記油路用孔に対向する位置に配設されている
ことを特徴とする界磁巻線を含む回転子の冷却構造。
【請求項２】
軸方向両側に位置する前記鋼板が、それぞれ前記バックヨークの径方向内側に開口する前記油路用孔を有し、
軸方向中央部に位置する少なくとも二つの前記鋼板が、前記バックヨークの径方向外側に開口する前記油路用孔を有し、
前記ロータコアが、軸方向中央部に位置する二つの前記鋼板の間に介在し、前記油路用孔を備えない鋼板を有している
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線を含む回転子の冷却構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る界磁巻線を含む回転子の冷却構造は、第１の発明において、
軸方向両側に位置する前記鋼板が、それぞれ前記バックヨークの径方向内側に開口する前記油路用孔を有し、
軸方向中央部に位置する少なくとも二つの前記鋼板が、前記バックヨークの径方向外側に開口する前記油路用孔を有し、
前記ロータコアが、軸方向中央部に位置する二つの前記鋼板の間に介在し、前記油路用孔を備えない鋼板を有している
ことを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】令和1年9月30日(2019.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部を有するシャフトと、
軸方向に複数の鋼板を積層して形成され前記シャフトに固定されるロータコアと、
前記ロータコアに巻回された界磁巻線と、
を含み、
前記シャフトは前記中空部と当該シャフトの外周面との間で貫通するシャフト側油路を周方向に複数備え、
前記鋼板は、バックヨークのスロットに対向する位置に、それぞれ当該バックヨークの径方向の幅より小さい一または複数の油路用孔を備え、
前記油路用孔は軸方向に隣接する前記鋼板に形成された油路用孔に対して径方向及び周方向に一部または全部が重なるように形成され、
少なくともひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向内側に開口し、
少なくとも他のひとつの前記鋼板の前記バックヨークに形成された前記油路用孔は前記バックヨークの径方向外側に開口し、
前記シャフト側油路の前記外周面側の開口部は前記バックヨークの径方向内側に開口した前記油路用孔に対向する位置に配設され、
軸方向両側に位置する前記鋼板が、それぞれ前記バックヨークの径方向内側に開口する前記油路用孔を有し、
軸方向中央部に位置する少なくとも二つの前記鋼板が、前記バックヨークの径方向外側に開口する前記油路用孔を有し、
前記ロータコアが、前記軸方向中央部に位置する二つの前記鋼板の間に介在し、前記油路用孔を備えない鋼板を有する
ことを特徴とする界磁巻線を含む回転子の冷却構造。
【請求項２】
前記複数の鋼板は、前記油路用孔が前記軸方向中央部に対して対称な位置に配置されるように積層される
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線を含む回転子の冷却構造。