(57)【要約】【課題】突極形回転子の界磁巻線の温度を正確に計測する。【解決手段】突極形回転子２０の磁極突部２３の周面に界磁巻線２４が配置され、磁極突部２３の頂面には磁極頭部２５が固定されている。界磁巻線２４の径方向外側端面と磁極頭部２５の径方向内側端面との間には、絶縁板２６が介装されている。絶縁板２６のうち界磁巻線２４側の面には、温度計測用の光ファイバを配置し、光ファイバセンシングシステムにより、界磁巻線２４の温度を計測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の周方向に沿い等間隔に形成された、磁極突部と磁極頭部とから成る複数の磁極鉄心と、
前記磁極突部の周面に配置された界磁巻線と、
前記界磁巻線の径方向外側端面と前記磁極頭部の径方向内側端面との間に介在された、枠状の板体である絶縁板と、
を備えた突極形回転子において、
前記絶縁板のうち前記界磁巻線側の面に形成された溝と、
前記溝内に嵌入された温度計測用の光ファイバと、
を有することを特徴とする界磁巻線の温度計測装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記溝は、前記絶縁板を複数回にわたり周回する状態で螺旋状に形成されており、
前記光ファイバは前記溝内に嵌入されて、前記絶縁板を複数回にわたり周回する状態で螺旋状に配置されていることを特徴とする界磁巻線の温度計測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記光ファイバは、ポリテトラフルオロエチレン製の樹脂管の内部に挿入されており、
前記光ファイバが挿入された前記樹脂管が、前記溝内に嵌入されて接着されていることを特徴とする界磁巻線の温度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁巻線の温度計測装置に関し、回転電機の回転子に備えられている界磁巻線の温度を、精度良く計測できるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
同期形の回転電機では、回転子に界磁巻線が備えられている。この界磁巻線には絶縁材料が施されている。回転電機の寿命は、絶縁材料の絶縁性能の劣化の程度によって決まってくる。
【０００３】
絶縁材料の絶縁性能劣化の原因はいくつかあるが、温度による影響が最も大きい。よって、回転子の界磁巻線を温度計測することにより、ホットスポット（温度が特に高い箇所）を探して回転電機の寿命を検討する必要がある。そこで、従来では、界磁巻線の温度を計測するために、熱電対を界磁巻線に取り付けて温度計測をしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５８８９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように従来では、回転子の界磁巻線の温度を、熱電対を用いて計測していた。しかし、熱電対で計測していない箇所にホットスポットが発生している場合には、ホットスポットが発生していることを見逃してしまう危険がある。つまり、熱電対を取り付けた位置（離散的な位置）での温度計測（点計測）はできるが、熱電対を取り付けていない領域での温度検出はできなかった。
【０００６】
ホットスポットを見逃さないためには、多数の熱電対を界磁巻線に取り付ける必要があるが、多数の熱電対を取り付けた場合には、多数の熱電対から多数本のリード線が引き出されることになる。
【０００７】
一方、回転子に配線できるリード線の数には限りがある。このため、多数の熱電対を用いて、温度計測を行うことは、現実的には不可能である。この結果、熱電対を用いて界磁巻線の温度計測をする従来技術では、ホットスポットを見逃してしまう可能性があった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、回転電機の界磁巻線の温度を、離散的な位置での温度計測（点計測）ではなく、連続的な検出領域で温度計測（分布計測）することができる、界磁巻線の温度計測装置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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、
回転軸の周方向に沿い等間隔に形成された、磁極突部と磁極頭部とから成る複数の磁極鉄心と、
前記磁極突部の周面に配置された界磁巻線と、
前記界磁巻線の径方向外側端面と前記磁極頭部の径方向内側端面との間に介在された、枠状の板体である絶縁板と、
を備えた突極形回転子において、
前記絶縁板のうち前記界磁巻線側の面に形成された溝と、
前記溝内に嵌入された温度計測用の光ファイバとを有することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、
前記溝は、前記絶縁板を複数回にわたり周回する状態で螺旋状に形成されており、
前記光ファイバは前記溝内に嵌入されて、前記絶縁板を複数回にわたり周回する状態で螺旋状に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、
前記光ファイバは、ポリテトラフルオロエチレン製の樹脂管の内部に挿入されており、
前記光ファイバが挿入された前記樹脂管が、前記溝内に嵌入されて接着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、絶縁板のうち界磁巻線側の面に形成された溝に、温度計測用の光ファイバを嵌入したことにより、界磁巻線の温度分布を検出することができ、ホットスポットを見逃すことなく、正確に界磁巻線の温度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】突極形回転子を示す構成図。
【図２】絶縁板のうち、界磁巻線側の面を示す構成図。
【図３】光ファイバを備えた絶縁板を示す構成図。
【図４】図３のIV−IV断面を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る界磁巻線の温度計測装置を、実施例に基づき詳細に説明する。
【００１５】
〔実施例１〕
先ず、突極形回転電機の構造を説明する。
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。
【００１６】
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いる。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。
【００１７】
磁極突部２３の周面には、絶縁部材（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。
【００１８】
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（固定子１０の内周面に対向する湾曲面）２５ａには、径方向に延びるボルト穴（図示省略）が複数形成されており、このボルト穴を介してボルトが、磁極頭部２５を磁極突部２３にボルト締めしている。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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２６が介在されている。絶縁板２６は、矩形（長方形状）の枠状を成す板体である。この絶縁板２６は、界磁巻線２４の径方向外側端面に密着している。このため、絶縁板２６のうち界磁巻線２４に密着している側（径方向内側）の面の温度は、界磁巻線２４の温度とほぼ等しくなる。そこで、詳細は後述するが、絶縁板２６のうち界磁巻線２４に密着している側（径方向内側）の面に、温度計測のための光ファイバを設置して、界磁巻線２４の温度計測を行うようにしている。
【００２１】
なお、周方向に隣接した界磁巻線２４間には、コイル押さえ部材（図示省略）が、軸方向の複数箇所に設けられている。
【００２２】
次に、本実施例にかかる、界磁巻線の温度計測装置を説明する。本例では光ファイバを用いて温度計測をする、光ファイバセンシングシステムを用いる。光ファイバセンシングシステムにおいては、測定対象物に光ファイバを設置し、この光ファイバに波長可変レーザを入射し、反射してきた反射光を分析することにより、温度変化に起因する光ファイバのひずみを計測している。このようにして計測した光ファイバのひずみを温度に換算して計測をする。使用した光ファイバセンシングシステムでは、数ミリピッチで計測データを取得することができるため、光ファイバに沿った線計測や面計測といった分布計測を行うことができるという利点があり、温度の「ピーク位置」や「勾配」を把握することができる。
【００２３】
光ファイバによる温度計測をするため、図２に示すように、絶縁板２６のうち界磁巻線２４側の面（界磁巻線２４に密着している径方向内側の面）には、溝３１が形成されている。この溝３１は、枠状の絶縁板２６の周縁に沿いつつ伸びており、絶縁板２６を３回にわたり周回する状態で螺旋状に形成されている。溝３１のうち、最外周の第１周目の溝部分３１ａは、絶縁板２６の外周部（界磁巻線２４の外周部）に位置し、最内周の第３周目の溝部分３１ｃは、絶縁板２６の内周部（界磁巻線２４の内周部）に位置し、中間の第２周目の溝部分３１ｂは、絶縁板２６の半径方向中間部（界磁巻線２４の半径方向中間部）に位置する。
【００２４】
図３に示すように、螺旋状の溝３１内には、光ファイバ３２が嵌入されている。より詳しく説明すると、図４に示すように、光ファイバ３２は、耐熱性を有するポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））製の樹脂管３３内に挿入されており、光ファイバ３２が挿入された樹脂管３３が、溝３１内に嵌入されている。このため、樹脂管３３内に挿入された光ファイバ３２は、絶縁板２６を３回にわたり周回する状態で螺旋状に配置されている。ポリテトラフルオロエチレン製の樹脂管３３は耐熱性を有しており、接着剤３４により溝３１内に接着・固定されている。接着剤３４としては、熱伝導率が良く且つ絶縁性能が高い接着剤、例えばシリコーン接着剤を用いる。ポリテトラフルオロエチレン製の樹脂管３３は摩擦係数が極めて小さいため、光ファイバ３２は、樹脂管３３内において、スムーズに熱伸縮することができる。
【００２５】
溝３１の外に引き出されている光ファイバ３２は、突極形回転子２０の軸端にまで伸びており、軸端においてロータリージョイント（図示省略）を介して、外部の光ファイバセンシングシステムの本体機器に接続されている。このため、本体機器から出射された光が光ファイバ３２に入射し、光ファイバ３２において反射した反射光が本体機器に戻ってくる。
【００２６】
光ファイバセンシングシステムの本体機器では、反射光を検出することにより、光ファイバ３２を配置した線状の検出領域の温度を計測することができる。つまり、光ファイバ３２の配置位置（線状検出領域）の温度を分布計測することができる。
【００２７】
このため、例えば、光ファイバ３２のうち第１周目の溝部分３１ａに配置された部分の温度が高い場合には、界磁巻線２４の外周部の温度が高いことを検出でき、光ファイバ３２のうち第２周目の溝部分３１ｂに配置された部分の温度が高い場合には、界磁巻線２４の半径方向中間部分の温度が高いことを検出でき、光ファイバ３２のうち第３周目の溝部分３１ｃに配置された部分の温度が高い場合には、界磁巻線２４の内周部の温度が高いことを検出できる。このため、界磁巻線２４の半径方向のどの領域において温度が高いのかを正確に検出することができる。
【００２８】
更に、第１周目の温度と第２周目の温度とを補間演算することにより、第１周目と第２周目の間の部分（面状検出領域）の温度分布を推定演算することができ、第２周目の温度と第３周目の温度とを補間演算することにより、第２周目と第３周目の間の部分（面状検出領域）の温度分布を推定演算することができる。このような面的な温度分布の計測をすることができるため、ホットスポットを見逃すことなく、ホットスポットを確実に検出することができる。
【００２９】
なお上記の例では、光ファイバ３２を３周した状態で配置しているが、周回回数はこれに限らない。絶縁板２６を複数周にわたり周回する状態で光ファイバ３２を配置すれば、補間演算により面的な温度分布の計測をすることができる。
【００３０】
また、樹脂管３３内に熱伝導性の良い媒体を満たして、光ファイバ３２の周囲を熱伝導性の良い媒体で充填するようにしてもよい。このようにすれば、光ファイバ３２への熱伝達が良好になり、温度計測精度が向上する。
【符号の説明】
【００３１】
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
２６  絶縁板
３１  溝
３１ａ,３１ｂ,３１ｃ  溝部分
３２  光ファイバ
３３  樹脂管
３４  接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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