(57)【要約】【課題】突極形回転子の変形あるいは破損を抑制する。【解決手段】突極形回転子１は、主軸１０および複数の磁極２０を有する。主軸１０は、回転軸と同軸的に延びて回転可能に軸支されている。磁極２０は、ポールボディ３０、コイル４０およびポールヘッド５０を有する。複数のポールボディ３０は、主軸の外周に固定されて、回転軸に沿って延びて、回転軸の周方向に互いに間隔を空けて配列されている。コイル４０は、各ポールボディ３０に対して回転軸に垂直な巻回軸周りに巻回されている。複数のポールヘッド５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、導電体からなり、各ポールボディ３０の外面３２ｂに固定されて、互いに回転軸に沿って空隙５４ａ，５４ｂを空けて配列されている。【選択図】図１
2011114939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と同軸的に延びて、回転可能に軸支される主軸と、
前記主軸の外周に固定されて、回転軸に沿って延びて、回転軸の周方向に互いに間隔を空けて配列された複数のポールボディと、
各前記ポールボディに対して回転軸に垂直な巻回軸周りに巻回されたコイルと、
各前記ポールボディの回転軸の半径方向の外側の面に固定されて、互いに回転軸に沿って空隙を空けて配列されて、導電体からなる複数のポールヘッドと、
を具備したことを特徴とする突極形回転子。
【請求項２】
前記複数のポールヘッドの間に形成された空隙の回転軸方向の幅の和は、前記複数のポールヘッドの回転軸方向の幅の和の１％以上２％以下であることを特徴とする請求項１に記載の突極形回転子。
【請求項３】
各前記ポールヘッドは、ボルトによって前記ポールボディに固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の突極形回転子。
【請求項４】
各前記ポールヘッドは、リーマピンによって前記ポールボディに対して位置決めされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の突極形回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突極形回転子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
突極形同期電動機は、回転軸と同軸的に延びて回転可能に軸支された突極形回転子、および、突極形回転子の外周に間隔を空けて配設された固定子を有している（例えば、特許文献１および２を参照）。
【０００３】
ここで、従来の突極形回転子について、図４および図５を用いて説明する。図４は、従来の突極形回転子の縦断面図である。図５は、従来の突極形回転子のポールヘッドの平面図である。
【０００４】
突極形回転子１０１は、主軸１１０および複数の磁極１２０を有している。主軸１１０は、回転軸と同軸的に延びて、同期電動機への据付け時には、軸受によって回転可能に軸支される。複数の磁極１２０は、主軸１１０の外周面に固定されて、回転軸に沿って延びて、回転軸の周方向に互いに間隔を空けて配列されている。
【０００５】
各磁極１２０は、ポールボディ１３０、コイル（界磁巻線）１４０、および、ポールヘッド１５０を有している。ポールボディ１３０は、主軸１０の外周面に固定されて、回転軸に沿って延びている。また、コイル１４０は、ポールボディ１３０に巻回されている。ポールヘッド１５０は、その回転軸方向の長さがポールボディ１３０の回転軸方向の長さに比べて僅かに大きい１枚の板状に形成されていて、ポールボディ１３０の外面１３２ｂを覆うようにポールボディ１３０に固定されている。
【０００６】
なお、ポールヘッド１５０は、その中央に挿入されたリーマピン１６０によって、ポールボディ１３０に対して位置決めされて、複数のボルト１６２によって、ポールボディ１３０に締結されている。
【０００７】
突極形同期電動機は、ポールヘッド１５０に流れる渦電流と固定子巻線（図示しない。）との間に働く電磁力によって始動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３４３２５０号公報
【特許文献２】特開平１０−３２２９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、ポールヘッド１５０には、同期電動機の始動時に渦電流が流れるが、始動初期にすべり周波数が高い場合には、その渦電流が表皮効果の影響によってポールヘッド１５０の表面に集中して、ポールヘッド１５０が高温になってしまう。
【００１０】
ここで、ポールヘッド１５０が高温になることによる問題について、図６および図７を用いて説明する。図６および図７は、従来の突極形回転子のポールボディおよびポールヘッドの一部の模式的縦断面図である。
【００１１】
まず、ポールヘッド１５０が高温になると、図６（ａ）に示したように、ポールヘッド１５０は、熱膨張（熱伸び）する（図６（ａ）の点線から実線に変形する。）。ポールヘッド１５０は、回転軸方向に延びた板状に形成されているため、特に、回転軸方向への伸びが顕著となる。
【００１２】
ポールヘッド１５０は、ポールボディ１３０に固定されているため、ポールヘッド１５０の熱伸びに伴って、ポールヘッド１５０の内面１５２ａおよびポールボディ１３０の外面１３２ｂには摩擦力が働く。そのため、図６（ｂ）に示したように、ポールボディ１３０の外面１３２ｂ付近は、ポールヘッド１５０の熱伸びに伴って変形して（図６（ｂ）の点線から実線に変形する。）、ポールボディ１３０の内側の端部（図６（ｂ）の一点鎖線の囲み部分）には、応力が集中してしまう。
【００１３】
ポールヘッド１５０の熱伸びの量がさらに大きくなると、図７（ａ）に示したように、ポールボディ１３０は、元の形状に戻る（図７（ａ）の点線から実線に変形する。）。その後、同期電動機の同期運転開始や停止等により渦電流が消失して、ポールヘッド１５０が冷却されて、ポールヘッド１５０が収縮すると、ポールヘッド１５０の内面１５２ａおよびポールボディ１３０の外面１３２ｂに働く摩擦力によって、ポールボディ１３０の外面１３２ｂ付近は変形して（図７（ｂ）の点線から実線に変形する。）、ポールボディ１３０の内側の端部（図７（ｂ）の点線囲み部分）には、応力が集中してしまう。
【００１４】
このような変形および応力集中が繰返し生じると、ポールボディ１３０、ポールヘッド１５０、ボルト１６２、または、主軸１１０等の部品が変形あるいは破損してしまうおそれがある。また、これらの部品の変形によって、突極形回転子１０１の回転がアンバランスになってしまう。
【００１５】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、突極形回転子の変形あるいは破損を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明に係る突極形回転子は、回転軸と同軸的に延びて回転可能に軸支される主軸と、前記主軸の外周に固定されて回転軸に沿って延びて回転軸の周方向に互いに間隔を空けて配列された複数のポールボディと、各前記ポールボディに対して回転軸に垂直な巻回軸周りに巻回されたコイルと、各前記ポールボディの回転軸の半径方向の外側の面に固定されて互いに回転軸に沿って空隙を空けて配列されて導電体からなる複数のポールヘッドと、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、突極形回転子の変形あるいは破損を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る突極形回転子の縦断面図である。
【図２】図１のII‐II矢視断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る突極形回転子のポールヘッドの平面図である。
【図４】従来の突極形回転子の縦断面図である。
【図５】従来の突極形回転子のポールヘッドの平面図である。
【図６】従来の突極形回転子のポールボディおよびポールヘッドの一部の模式的縦断面図である。
【図７】従来の突極形回転子のポールボディおよびポールヘッドの一部の模式的縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態に係る突極形回転子の構造について、図１ないし図３を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る突極形回転子の縦断面図である。図２は、図１のII‐II矢視断面図である。図３は、本実施形態に係る突極形回転子のポールヘッドの平面図である。
【００２０】
突極形回転子１は、例えば、突極形同期電動機等の回転電機に用いられる６極形の塊状突極形回転子であって、主軸１０および６つの磁極２０を有している。なお、本実施形態では、６極形の突極形回転子を例に挙げているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、４極形、８極形あるいは１０極形の突極形回転子でも良い。
【００２１】
主軸１０は、回転軸と同軸的に延びて、回転電機への据付け時には、すべり軸受等によって回転可能に軸支される。主軸１０の回転軸方向の中間部には、磁極取付部１２が形成されている。磁極取付部１２は、図２に示したように、その横断面が略六角柱形状となっている。
【００２２】
磁極取付部１２の外周面には、回転軸方向に延びた６つのダブテール挿入溝１４が形成されていて、６つのダブテール挿入溝１４は、互いに周方向に等間隔に配列されている。ダブテール挿入溝１４は、磁極取付部１２の外周面から半径方向の内方に向かうにつれて幅広になっていて、その横断面が略台形形状となっている。
【００２３】
６つの磁極２０は、主軸１０の外周面に固定されて、回転軸に沿って延びて、回転軸の周方向に互いに間隔を空けて配列されている。各磁極２０は、ポールボディ３０、コイル（界磁巻線）４０、および、ポールヘッド５０を有している。
【００２４】
ポールボディ３０は、主軸１０の外周面に固定されて、回転軸に沿って延びている。ポールボディ３０の回転軸の半径方向の内側の面（以下、「ポールボディ３０の内面」という。）３２ａには、回転軸に沿って延びたダブテール部３４が形成されている。このダブテール部３４は、その横断面がダブテール挿入溝１４の形状に対応した略台形形状となっている。
【００２５】
ポールボディ３０の主軸１０（磁極取付部１２）への固定は、ダブテール部３４をダブテール挿入溝１４に回転軸に沿って挿入して、さらに、ダブテール部３４とダブテール挿入溝１４との隙間に板状のキー３６を挿入して行われる。
【００２６】
コイル４０は、ポールボディ３０に巻回されていて、詳しくは、回転軸に垂直な巻回軸周りに巻回されている。
【００２７】
各磁極２０は、例えば、３つのポールヘッド５０ａ，５０ｂ，５０ｃ（まとめて「ポールヘッド５０」と記載する。）を有していて、３つのポールヘッド５０は、互いに回転軸に沿って空隙５４ａ，５４ｂを空けて配列されている。各磁極２０のポールヘッド５０は、回転軸方向に３分割されている。３つのポールヘッド５０は、例えば、高張力鋼等の導電体からなり、略板状に形成されている。
【００２８】
３つのポールヘッド５０は、ポールボディ３０の回転軸の半径方向の外側の面（以下、「ポールボディ３０の外面」という。）３２ｂを覆うように、ポールボディ３０の外面３２ｂに固定されている。各ポールヘッド５０の回転軸の半径方向の内側の面（以下、「ポールヘッド５０の内面」という。）５２ａは、ポールボディ３０の回転軸の外面３２ｂと密着するように形成されている。ポールヘッド５０ａ，５０ｂ，５０ｃの回転軸方向の幅Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃは、ほぼ同一に設計されている。また、空隙５４ａ，５４ｂの回転軸方向の幅ｄａ，ｄｂは、ほぼ同一に設計されている。
【００２９】
各ポールヘッド５０の中央には、リーマピン６０を挿入するためのピン孔が形成されている。一方、ポールボディ３０の外面３２ｂのピン孔に対応する位置には、ピン穴が形成されている。また、各ポールヘッド５０には、複数のボルト６２を挿入するための複数のボルト孔が形成されている。一方、ポールボディ３０の外面３２ｂの複数のボルト孔に対応する位置には、複数のボルト穴が形成されている。
【００３０】
各ポールヘッド５０は、リーマピン６０によってポールボディ３０の外面３２ｂ上に位置決めされた後、複数のボルト６２によってポールボディ３０に固定される。
【００３１】
本発明の実施形態に係る突極形回転子１の効果について説明する。
【００３２】
従来の突極形回転子１０１のポールヘッド１５０は、各磁極１２０に１つずつ設けられていて、一体構造となっている（図４を参照。）。これに対して、本実施形態に係る突極形回転子１のポールヘッド５０は、各磁極１２０に３つずつ設けられていて、３つのポールヘッド５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、互いに回転軸に沿って空隙５４ａ，５４ｂを空けて配列された、分割構造となっている（図１を参照。）。
【００３３】
上述のとおり、ポールヘッド５０は、その表面に流れる渦電流によって高温になり、熱膨張（熱伸び）する。熱伸び量は、温度変化量、ポールヘッド５０の材質の熱膨張係数、寸法に比例する。
【００３４】
ここで、本実施形態に係る突極形回転子１においては、ポールヘッド５０が分割構造となっているため、各ポールヘッド５０ａ，５０ｂ，５０ｃは、それぞれ中央に位置するリーマピン６０を中心に熱膨張して、その熱伸び分は、空隙５４ａ，５４ｂによって緩和される。そのため、従来の突極形回転子１０１に比べて、ポールヘッド５０全体としての回転軸方向の熱伸び量が小さくなり、ポールボディ３０等に掛かる応力も減少する。その結果、突極形回転子１の変形あるいは破損を抑制でき、突極形回転子１０１の回転がアンバランスになることも抑制できる。
【００３５】
なお、本実施形態では、ポールヘッド５０は、各磁極１２０に３つずつ設けられていているが、各磁極１２０に２つ以上設けられていれば、上述した効果を得ることができる。また、ポールヘッド５０が高張力鋼からなる場合には、１または２以上の空隙５４の回転軸方向の幅ｄの和は、複数のポールヘッド５０の回転軸方向の幅Ｄの和の１％以上２％以下であることが好ましい。
【符号の説明】
【００３６】
１…回転子、１０…主軸、１２…磁極取付部、１４…ダブテール挿入溝、２０…磁極、３０…ポールボディ、３２ａ…ポールボディの内面、３２ｂ…ポールボディの外面、３４…ダブテール部、３６…キー、４０…コイル、５０（５０ａ，５０ｂ，５０ｃ）…ポールヘッド、５２ａ…ポールヘッドの内面、５２ｂ…ポールヘッドの外面、５４（５４ａ，５４ｂ）…空隙、６０…リーマピン、６２…ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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