(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
突極形回転子、及びこの突極形回転子の外周を所定の間隔を保って囲む固定子を有する回転電機であって、
前記突極形回転子は、回転軸と、この回転軸の外周に放射状に配置されそれぞれ回転軸の軸方向に沿って形成された複数個のポールボディと、これらポールボディの周囲にそれぞれ巻回されたコイルと、前記ポールボディの放射方向の上面に設けられたポールヘッドとを有し、
前記ポールヘッドは前記回転軸の軸方向に複数分割され、かつ互いに間隔を保って配置された複数部分からなり、これら複数部分のうち前記軸方向の中間に位置する部分は始動時の渦電流が流れるように導電性の金属材で構成し、前記軸方向の両端に位置する部分は始動時の渦電流が流れないように絶縁材を用いた構造とした
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ポールヘッドの、前記軸方向中間部に位置する部分の軸方向両端部は、前記軸方向両端に位置する部分と係合し、放射方向への変位が係止されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、突極形回転子を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期電動機のような回転電機には、突極形回転子を有するものがある。突極形回転子は、周知のように、回転軸の外周に放射状に配置された複数個のポールボディを有する。これらポールボディは、それぞれ回転軸の軸方向に沿って形成され、その周囲にはコイルがそれぞれ巻回されている。また、ポールボディの放射方向の上面にはポールヘッドが設けられている。このポールヘッドは、ポールボディの上面の周辺部から外方に突出する周縁部を有し、ポールボディの周囲に巻回されたコイルを上方から抑えて、運転時の遠心力により、コイルがポールボディから抜け出ないように機能する。
【０００３】
このポールヘッドには鋼板などの導電体が用いられている。周知のように、同期電動機の始動時には、固定子側から加わる回転磁界により、停止状態のポールヘッドに渦電流が流れる。この渦電流がつくる磁極が回転磁界についていくことにより回転が開始する。この渦電流は、回転子の回転速度が上昇し、コイルへの通電による主極界磁と回転磁界とが同期することによりなくなる。
【０００４】
すなわち、渦電流時は始動時のみ流れるが、この渦電流によりポールヘッドは発熱する。このため、始動時間が長くかかるような場合は、その発熱も大きくなり、ポールヘッドが熱膨張する。ポールヘッドはポールボディに、ボルト締めなどで強固に固定されているが、熱膨張によりアンバランスが生じ、回転に振動が伴うなどの問題が生じる。
【０００５】
このような問題を解決するため、従来は、ポールヘッドを長さ方向に分割し、これら分割された各部分を互いに間隔を持って配置し、さらに、これら分割部分は相互に導体で接続して、渦電流がポールヘッド全体に流れるように構成していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５７−１９３９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、ポールヘッドを分割すると渦電流による熱により膨張が生じても、その膨張量は複数に分散し、個々の膨張量は少なくなる。また、この膨張は、分割部分相互間に存在する間隔により吸収され、ポールヘッドがアンバランスになることを防止できる。
【０００８】
しかし、この構成では、ポールヘッド全体に渦電流を流すために、分割部分相互間を導体で接続しなければならない。高速で回転するポールヘッドに導電接続部を設けることは、遠心力に耐えるための特殊な構造が必要となり、構造が複雑化する。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、突極形回転子の構造を複雑化することなく、始動時の渦電流によるポールヘッドの熱膨張による影響を抑止できる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る回転電機は、突極形回転子、及びこの突極形回転子の外周を所定の間隔を保って囲む固定子を有する回転電機であって、前記突極形回転子は、回転軸と、この回転軸の外周に放射状に配置されそれぞれ回転軸の軸方向に沿って形成された複数個のポールボディと、これらポールボディの周囲にそれぞれ巻回されたコイルと、前記ポールボディの放射方向の上面に設けられたポールヘッドとを有し、前記ポールヘッドは前記回転軸の軸方向に複数分割され、かつ互いに間隔を保って配置された複数部分からなり、これら複数部分のうち前記軸方向の中間に位置する部分は始動時の渦電流が流れるように導電性の金属材で構成し、前記軸方向の両端に位置する部分は始動時の渦電流が流れないように絶縁材を用いた構造としたことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、ポールヘッドの軸方向の中間に位置する部分にのみ始動時の渦電流が流れるように構成したので、構造が簡素化され、始動時の渦電流によるポールヘッドの熱膨張を抑止でき、回転時における振動発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る回転電機の断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａで示した突極形回転子のポールヘッド部分の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態における突極形回転子の斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る回転電機の断面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施形態に係る回転電機の断面図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態に係る回転電機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１Ａはこの実施の形態に係る回転電機の回転子及び固定子部分の断面図である。図１Ａにおいて、この回転電機１１は、突極形回転子１２、及びこの突極形回転子１２の外周を所定の間隔を保って囲む円筒状の固定子１３を有する。
【００１５】
突極形回転子１２は、回転軸１５と、この回転軸１５の外周に、図２で示すように、放射状に配置され、それぞれ回転軸１５の軸方向に沿って形成された複数個（図では４個）のポールボディ１６とを有する。これらポールボディ１６の周囲にはそれぞれコイル１７が巻回されている。また、各ポールボディ１６の放射方向の上面にはポールヘッド１８が設けられている。ポールヘッド１８は、ポールボディ１６の上面の周辺部から外方に突出する周縁部１８ａを有する。この周縁部１８ａは、ポールボディ１６の周囲に巻回されたコイル１７を図１Ａで示すように上方から抑えて、運転時の遠心力により、コイル１７がポールボディ１６から抜け出ないように構成している。
【００１６】
ポールヘッド１８は、回転軸１５の軸方向に複数分割（図の例では３分割）された部分１８１，１８２，１８３から成る。これら複数分割された部分１８１，１８２，１８３は、図１Ａで示すように、互いに間隔を保って配置される。これら複数部分１８１，１８２，１８３のうち、軸方向の中間に位置する部分（以下、軸方向中間部分と呼ぶ）１８２は、始動時の渦電流が流れるように構成する。これに対し、軸方向の両端に位置する部分（以下、軸方向両端部分と呼ぶ）１８１，１８３は、始動時の渦電流がほぼ流れない構造とした。例えば、ポールヘッド１８の、軸方向中間部分１８２は導電性の金属材で構成し、軸方向両端部分１８１，１８３には絶縁材を含む高抵抗材（図１Ａの例では絶縁材を用いている）で構成する。
【００１７】
ここで、ポールヘッド１８の軸方向中間部分１８２の長さは、図示のように、両端部分１８１，１８３より長く形成する。すなわち、前述した渦電流による始動に必要な最低限の長さとする。また、ポールヘッド１８の各部１８１，１８２，１８３は、図１Ｂで示すようにそれぞれ複数のボルト１９によりポールボディ１６上に一体的に固定されるが、軸方向中間部分１８２のボルト１９による固定部は、長さ方向中央部分に寄せて設ける。これは発熱による軸方向中間部分１８２の長さ方向の伸びに対して、その端部をフリーにして、軸方向中間部分１８２の熱による形状変化を可能としたものである。
【００１８】
上記構成において、回転電機１１の始動時、固定子１３から回転磁界が加わることにより、突極形回転子１２のポールヘッド１８の軸方向中間部分１８２の表面に渦電流が発生する。この渦電流がつくる磁極が回転磁界についていくことで突極形回転子１２は回転を始める。そして、突極形回転子１２の回転速度が上昇し、コイル１７への通電による主極界磁と回転磁界が同期し、突極形回転子１２が同期速度で回転することにより、渦電流はなくなる。
【００１９】
ここで、従来の一体もののポールヘッドの場合、始動時の渦電流はポールヘッドの長さ方向中央部分に多く流れ、長さ方向両端部にはあまり流れないことが確認された。そこで、本発明の実施形態では、前述のように、ポールヘッド１８を、回転軸１５の軸方向に３分割し、軸方向中間部分１８２のみに渦電流を流すように構成した。すなわち、ポールヘッド１８の軸方向両端部分１８１，１８３に絶縁材を用い、ポールヘッド１８の軸方向両端部分１８１，１８３には渦電流を流さないように構成した。
【００２０】
このため、始動時の渦電流による発熱は、ポールヘッド１８の軸方向中間部分１８２にのみ発生し、両端部分１８１，１８３には発生しない。この軸方向中間部分１８２は発熱により熱膨張するが、もともとの長さ寸法が一体もののポールヘッドに比べて短いため、熱膨張量は少なく、両端部分１８１，１８３部分との間隔により充分に吸収できる。また、この軸方向中間部分１８２のボルト１９による固定部は、長さ方向中央に寄せているので、長さ方向端部は比較的容易に熱膨張できる。これらのことから、大きな熱歪が生じることはなく、突極形回転子１２が、回転時にアンバランスとなって振動を生じるようなことはない。
【００２１】
ここで、ポールヘッド１８の３分割された各部分１８１，１８２，１８３は、図１Ｂで示したように、複数のボルト１９によりポールボディ１６上に強固に固定されている。このうち、軸方向中間部分１８２は、前述のようにその軸方向中央部のみをボルト等により強固に固定することにより、この軸方向中間部分１８２が熱膨張したとき、両端部がフリーであるため、長さ方向に容易に熱膨張することができる。
【００２２】
但し、高速回転機種の場合、軸方向中間部分１８２の両端部が、回転時の遠心力により捲れ上がるおそれがある。このため、図３で示すように、ポールヘッド１８の軸方向中間部分１８２の両端部を、ポールヘッド１８の軸方向両端部分１８１，１８３と係合させる。軸方向両端部分１８１，１８３は、ポールボディ１６に複数のボルト１９で強固に固定されているので、上述した係合構成により、軸方向中間部分１８２の両端部が放射方向（図示上方）へ変位することを係止する。したがって、回転時の遠心力により、軸方向中間部分１８２の両端部が捲れ上がることを確実に防止できる。
【００２３】
上記実施の形態では、ポールヘッド１８の軸方向両端部分１８１，１８３を絶縁材としたが、軸方向中間部分１８２と同様の金属材を用いてもよい。すなわち、前述のように、従来の一体もののポールヘッドであっても、その軸方向両端部分には始動時の渦電流はあまり流れなかったが、本発明では軸方向中間部分１８２とその両端部分１８１，１８３とに分割したことにより、両端部分１８１，１８３には、これが金属材であっても始動時の渦電流はほとんど流れない。
【００２４】
さらに、図４で示すように、ポールヘッド１８の軸方向両端部分１８１，１８３の、固定子１３の内周との対向間隔ｇ２を、軸方向中間部分１８２の固定子１３の内周との対向間隔ｇ１より大きく設定することにより、軸方向両端部分１８１，１８３が金属部材であっても始動時の渦電流が流れることをより確実に防止できる。
【００２５】
図５は、同じくポールヘッド１８の軸方向両端部分１８１，１８３が金属部材の場合を示している。ここでは、ポールヘッド１８の軸方向中間部分１８２を、上述のように、その軸方向中央部分のみをボルト等により強固に固定し、両端部をフリーとして熱膨張し易く構成すると共に、軸方向中間部分１８２の軸方向両端部を、隣接する軸方向両端部分１８１，１８３と係合させ、回転時の遠心力による両端部が捲れ上がりを防止している。
【００２６】
この場合も、ポールヘッド１８の軸方向両端部分１８１，１８３が金属部材のため、図５で示すように、それらの固定子１３の内周との対向間隔ｇ２を、軸方向中間部分１８２の固定子１３の内周との対向間隔ｇ１より大きく設定する。
【００２７】
このように構成することにより、軸方向両端部分１８１，１８３が金属部材であっても始動時の渦電流が流れることを、より確実に防止できる。また、軸方向中間部分１８２の両端が、回転時の遠心力により捲れ上がることを確実に防止できる。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１１…回転電機
１２…突極形回転子
１３…固定子
１５…回転軸
１６…ポールボディ
１７…コイル
１８…ポールヘッド
１８１，１８２，１８３…ポールヘッドの分割された部分
【図１Ａ】
0006499033.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0006499033.tif 000006
【図５】
0006499033.tif 000007