(57)【要約】【課題】回転電機内における冷却媒体の流通性能を向上させる。【解決手段】筒状の固定子と、前記固定子１１の径方向内側において回転可能に支持される回転子１２と、前記回転子１２に設けられて周方向に複数配置される磁極１２ａと、周方向に隣接する前記磁極１２ａ間に設けられるコイル押さえ部材６０とを備えた回転電機１において、前記コイル押さえ部材６０の径方向外側端面６０ａが、周方向において隣接した前記磁極１２ａの径方向外側端面における周方向外側の点Ｐ43を結ぶ曲線から成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の固定子と、前記固定子の径方向内側において回転可能に支持される回転子と、前記回転子に設けられて周方向に複数配置される磁極と、周方向に隣接する前記磁極間に設けられるコイル押さえ部材とを備えた回転電機において、
前記コイル押さえ部材の径方向外側端面が、周方向において隣接した前記磁極の径方向外側端面における周方向外側の点を結ぶ曲線から成るものである
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記固定子が、冷却媒体が径方向に流通され得る冷媒ダクトを備えたものであり、
前記コイル押さえ部材が、前記冷媒ダクトと対向して設けられて冷却媒体が周方向に流通され得る溝部を備えたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記溝部が、前記冷媒ダクトの軸方向長さ以上の軸方向長さで形成されるものである
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記磁極が、前記冷媒ダクトと対向して設けられて冷却媒体が周方向に流通され得る磁極溝部を備えたものである
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記コイル押さえ部材が、冷却媒体が軸方向に流通され得る流路を備えたものである
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周方向に隣接する磁極間に巻線の変形を防止するためのコイル押さえ部材を備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、電気の磁気作用によって固定子と回転子との間に生じる反発力および吸引力を利用し、固定子に対して回転子を回転するものであり、このような回転電機の一つとして、突極形回転子を備えた突極形回転電機がある。
【０００３】
突極形回転子は、回転軸に対して径方向外側に突出する鉄心と当該鉄心に巻装される巻線とから成る磁極が周方向に複数備えられて成り、突極形回転電機は、筒状の固定子の径方向内側に突極形回転子が回転可能に設けられて成る。このような突極形回転電機においては、回転動作時の遠心力によって巻線が変形を起こす虞があるため、磁極間にコイル押さえ部材を設けて巻線を押さえ付けることにより、当該巻線の変形を防止している。
【０００４】
一般に、回転電機においては、損失による熱が発生するため、回転電機各部が過熱されて劣化や焼損などを生じる虞がある。そこで、突極形回転電機等の回転電機には、種々の冷却構造が設けられている。この冷却構造としては、例えば、固定子と回転子との間に空気や油などの冷却媒体を流通させることにより、固定子および回転子を冷却するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
突極形回転電機において回転子と固定子との間に冷却媒体を流通させる冷却構造として、例えば、特許文献１には、コイルブラケット（コイル押さえ部材）に界磁コイル（巻線）の積層方向に沿う一対の通風溝を設ける技術が開示されている。この技術によれば、界磁コイルのコイルブラケットが設けられる範囲において、部分的に冷却空気を通風させることにより、当該界磁コイルの冷却性能を向上させることができる。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の技術においては、固定子と回転子との間を流通する冷却媒体が複雑な流れとなる（乱流等を起こす）ため、冷却媒体の流通性能が低下してしまう虞がある。このような冷却媒体の流通性能の低下は、回転電機の冷却性能に影響し、回転電機各部の劣化や焼損を招来する虞がある。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、回転電機内における冷却媒体の流通性能を向上させ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第一の発明に係る回転電機は、筒状の固定子と、前記固定子の径方向内側において回転可能に支持される回転子と、前記回転子に設けられて周方向に複数配置される磁極と、周方向に隣接する前記磁極間に設けられるコイル押さえ部材とを備えた回転電機において、前記コイル押さえ部材の径方向外側端面が、周方向において隣接した前記磁極の径方向外側端面における周方向外側の点を結ぶ曲線から成るものであることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第二の発明に係る回転電機は、第一の発明に係る回転電機において、前記固定子が、冷却媒体が径方向に流通され得る冷媒ダクトを備えたものであり、前記コイル押さえ部材が、前記冷媒ダクトと対向して設けられて冷却媒体が周方向に流通され得る溝部を備えたものであることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第三の発明に係る回転電機は、第二の発明に係る回転電機において、前記溝部が、前記冷媒ダクトの軸方向長さ以上の軸方向長さで形成されるものであることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第四の発明に係る回転電機は、第二または第三の発明に係る回転電機において、前記磁極が、前記冷媒ダクトと対向して設けられて冷却媒体が周方向に流通され得る磁極溝部を備えたものであることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第五の発明に係る回転電機は、第一から第四のいずれか一つの発明に係る回転電機において、前記コイル押さえ部材が、冷却媒体が軸方向に流通され得る流路を備えたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第一の発明に係る回転電機によれば、固定子と回転子との間の空間を周方向に流れる冷却媒体の流通抵抗を低減することができるので、冷却媒体の流通性能すなわち回転電機の冷却性能を向上させることができる。
【００１５】
第二の発明に係る回転電機によれば、固定子とコイル押さえ部材との間の空間を周方向に流れる冷却媒体の流路面積すなわち流量が増大されると共に、固定子とコイル押さえ部材との間の空間から冷媒ダクトへ流れる冷却媒体の流通抵抗を低減することができるので、冷却媒体の流通性能すなわち回転電機の冷却性能を向上させることができる。
【００１６】
第三の発明に係る回転電機によれば、冷却媒体の流通抵抗を低減し、冷却媒体の流通性能すなわち回転電機の冷却性能を向上させることができる。
【００１７】
第四の発明に係る回転電機によれば、固定子と磁極との間の空間を周方向に流れる冷却媒体の流路面積すなわち流量が増大されると共に、固定子と磁極との間の空間から冷媒ダクトへ流れる冷却媒体の流通抵抗を低減することができるので、冷却媒体の流通性能すなわち回転電機の冷却性能を向上させることができる。
【００１８】
第五の発明に係る回転電機によれば、固定子と回転子との間の空間を軸方向に流れる冷却媒体の流通抵抗を低減することができるので、冷却媒体の流通性能すなわち回転電機の冷却性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例１に係る回転電機の構造を示す説明図（部分横断面図）である。
【図２】実施例１に係る回転電機の構造を示す説明図（図１におけるII−II矢視断面図）である。
【図３】実施例１に係る回転電機の構造を示す説明図（図２におけるIII矢視図）である。
【図４】実施例１に係る回転電機の構造を示す説明図（図２における部分拡大図）である。
【図５】実施例１に係る回転電機の構造を示す説明図（図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る回転電機の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。
【実施例１】
【００２１】
本発明の実施例１に係る回転電機の構造について、図１から図３を参照して説明する。
【００２２】
図１に示すように、回転電機１には、図示しないフレームに固定される筒状の固定子（ステータ）１１と、固定子１１の径方向内側において回転可能に設けられる回転子（ロータ）１２とが備えられており、これら固定子１１と回転子１２との間の空間Ｓ1a，Ｓ1bには、図示しない冷媒供給装置から空気や油などの冷却媒体が供給されるようになっている。
【００２３】
ここで、空間Ｓ1a，Ｓ1bに供給された冷却媒体は、固定子１１に設けられた後述する冷媒ダクトＳ2を通って固定子１１の径方向外側の空間Ｓ3へ流通され、その後図示しない冷媒流路を通って図示しない冷媒供給装置に還流されるようになっている。つまり、図示しない冷媒供給装置によって冷却媒体が回転電機１内で循環され、固定子１１および回転子１２等が冷却されるようになっている。
【００２４】
図１に示すように、固定子１１は、図示しないフレームに固定される固定子鉄心（ステータコア）２０に固定子巻線（コイル）３０が巻装されて成る。固定子鉄心２０は、図１および図２に示すように、多数枚の電磁鋼板（図示省略）が積層されて成る鉄心ブロック２１が棒状のダクトピース２２を介して軸方向（電磁鋼板の積層方向であって、図１においては紙面前後方向、図２においては左右方向）に複数並んで設けられて成る。よって、固定子１１においては、軸方向に並べられた鉄心ブロック２１間を径方向（図２においては、上下方向）に連通する空間（冷媒ダクト）Ｓ2が形成され、この冷媒ダクトＳ2に前述した冷却媒体が流通される。
【００２５】
図１に示すように、回転子１２は、図示しないフレームに回転可能に支持される回転子鉄心（ロータコア）４０に回転子巻線（コイル）５０が巻装されて成る。回転子鉄心４０は、回転中心部を構成する軸部４１と、この軸部４１から径方向外側に向けて突出する複数（本実施例においては、四つ）の突部４２とが形成されて成り、複数の突部４２は、周方向において等角度間隔、すなわち、軸部４１に対して放射状に配置されている。
【００２６】
突部４２の外周部には、回転子巻線５０が巻き付けられており、突部４２の先端部（径方向外側端部）には、回転子巻線５０の逸脱を防止する頭部４３が取り付けられている。頭部４３は、その外周部が突部４２よりも軸方向および周方向に張り出した形状から成り、回転子巻線５０を径方向外側から覆うようになっている。また、頭部４３は、その頂面（径方向外側端面）４３ａが所定の曲線（円弧形状）から成る円柱面であり、固定子１１と頭部４３（後述する磁極１２ａ）との間の空間Ｓ1bにおける磁束の分布状態が正弦波形になるように形成されている。
【００２７】
回転電機１においては、突部４２と頭部４３と回転子巻線５０とによって磁極１２ａが構成されており、この磁極１２ａは、周方向において等角度間隔、すなわち、軸部４１に対して放射状に複数（本実施例においては、四つ）配置されている。つまり、回転子１２は、周方向に複数（本実施例においては、四つ）の磁極１２ａを有する突極形回転子であり、回転電機１は、当該回転子１２を備えた突極形回転電機である。
【００２８】
図１に示すように、回転子１２には、回転動作時における回転子巻線５０の変形を防止するためのコイル押さえ部材６０が設けられている。コイル押さえ部材６０は、周方向に隣接する磁極１２ａ間すなわち回転子巻線５０間においてボルト７０によって回転子鉄心４０の軸部４１に固定されており、その頂面（径方向外側端面）６０ａが固定子１１の内周面１１ａと対向すると共に、その両側面（周方向における両端面）６０ｂが絶縁板８０を介して回転子巻線５０と当接するようになっている。
【００２９】
ここで、頂面６０ａは、周方向に隣接する磁極１２ａの径方向外側端面における周方向外側の点（本実施例においては、頭部４３の頂面４３ａにおける周方向外側の点）Ｐ43を結ぶ曲線（本実施例においては、固定子１１の内周面１１ａと同芯の円弧）から成る円柱面である。このようにコイル押さえ部材６０の頂面６０ａを形成することにより、コイル押さえ部材６０が磁極１２ａ（頭部４３）に対して径方向外側に大きく突出する、または、磁極１２ａ（頭部４３）がコイル押さえ部材６０に対して径方向外側に大きく突出することはない。
【００３０】
よって、冷却媒体が固定子１１と回転子１２との間であって固定子１１の内周面１１ａとコイル押さえ部材６０の頂面６０ａとの間の空間Ｓ1aおよび固定子１１の内周面１１ａと頭部４３の頂面４３ａとの間の空間Ｓ1bを周方向に流れる際に、コイル押さえ部材６０または磁極１２ａ（頭部４３）が流れの障害となることはない。つまり、固定子１１と回転子１２との間の空間Ｓ1a，Ｓ1bを周方向に流れる冷却媒体の流通抵抗が低減され、回転電機１における冷却媒体の流通性能すなわち回転電機１の冷却性能が向上される。
【００３１】
また、図１および図２に示すように、コイル押さえ部材６０の頂面６０ａには、周方向に沿って延びる第一溝部（溝部）６１が形成されており、図１および図３に示すように、頭部４３の頂面４３ａには、周方向に沿って延びる第二溝部（磁極溝部）４４が形成されている。第一溝部６１（第二溝部４４）は、図４に示すように、冷媒ダクトＳ2に対応した配置、すなわち、冷媒ダクトＳ2と対向するように軸方向において冷媒ダクトＳ2と同じ位置で設けられている。
【００３２】
このように第一溝部６１（第二溝部４４）を設けることにより、図５に示すように、固定子１１と回転子１２との間の空間Ｓ1a（Ｓ1b）であって第一溝部６１（第二溝部４４）を流れる冷却媒体は、図５において実線の矢印で示すように、大きい曲率から成る曲線の流通経路Ｒ1を描いて隙間Ｓ1a（Ｓ1b）から冷媒ダクトＳ2へ流入することができる。なお、冷媒ダクトＳ2と対向する第一溝部６１（第二溝部４４）を設けていない場合には、固定子１１と回転子１２との間の空間Ｓ1a（Ｓ1b）を流れる冷却媒体は、図５において二点鎖線の矢印で示すように、小さい曲率から成る曲線の流通経路Ｒ2を描いて空間Ｓ1a（Ｓ1b）から冷媒ダクトＳ2へ流入する。
【００３３】
つまり、冷媒ダクトＳ2と対向して周方向に延びる第一溝部６１（第二溝部４４）を設けることにより、空間Ｓ1a（Ｓ1b）が冷媒ダクトＳ2に臨む範囲で部分的に拡大される（軸方向において部分的に拡大される）ことになるので（図４参照）、当該空間Ｓ1a（Ｓ1b）の第一溝部６１（第二溝部４４）から冷媒ダクトＳ2へ流通する冷却媒体の流通抵抗が低減される（図５参照）。よって、空間Ｓ1a（Ｓ1b）から冷媒ダクトＳ2へ流入する冷却媒体の流入量が増加されると共に、空間Ｓ1a（Ｓ1b）を周方向に流れる冷却媒体の流入量が増加され、固定子１１および回転子１２における冷却性能が向上される。
【００３４】
また、本実施例においては、図４に示すように、第一溝部６１（第二溝部４４）は、その溝幅（軸方向長さ）ｂ61（ｂ44）が冷媒ダクトＳ2のダクト幅（軸方向長さ）Ｂと同じ長さ（ｂ61＝Ｂ，ｂ44＝Ｂ）で形成されている。よって、回転電機１において、第一溝部６１は、コイル押さえ部材６０としての強度を確保しつつ、冷却媒体の流通性能を向上させることができ、第二溝部４４は、回転電機１における電気的な損失を防ぎつつ、冷却媒体の流通性能を向上させることができる。
【００３５】
もちろん、本発明における溝部および磁極溝部は、本実施例に限定されず、第一溝部６１および第二溝部４４の溝幅ｂ61，ｂ44を冷媒ダクトＳ2のダクト幅Ｂよりも大きくしても良い（ｂ61＞Ｂ，ｂ44＞Ｂ）。このように溝幅ｂ61，ｂ44をダクト幅Ｂよりも大きくすることにより、周方向に流れる冷却媒体の流路面積すなわち流量が増大されるので、回転電機１の冷却性能が向上される。
【００３６】
また、第一溝部６１および第二溝部４４の形成位置（軸方向位置）または形状（溝幅ｂ61，ｂ44および溝高さ（径方向長さ）ｌ61，ｌ44）を異なるものとしても良く、第一溝部６１または第二溝部４４のいずれか一方のみを設けるようにしても良い。なお、冷却媒体の流通抵抗を効率良く低減するためには、第一溝部６１と第二溝部４４とを互いに同じ位置（軸方向位置）および同じ形状（ｂ61＝ｂ44，ｌ61＝ｌ44）で設けることが好ましい。
【００３７】
図２および図３に示すように、回転電機１においては、軸方向（図２および図３においては、左右方向）に間隔を空けて複数（図２および図３においては、三つ）のコイル押さえ部材６０が配置されており、軸方向外側に位置するコイル押さえ部材６０には、傾斜部６０ｂが設けられている。傾斜部６０ｂは、コイル押さえ部材６０の軸方向外側に位置し、頂面６０ａの一部が軸方向外側に向かうにつれて径方向内側に傾斜して成る円錐面であり、回転電機１における磁極１２ａ間に、軸方向外側から軸方向内側へ向けて冷却媒体が容易に流入することができるようになっている。
【００３８】
さらに、軸方向に並んで設けられた複数のコイル押さえ部材６０には、軸方向に貫通する第三溝部６２がそれぞれ形成されており、回転電機１における磁極１２ａ間に、軸方向外側から軸方向内側へ向けて冷却媒体がより容易に流入することができるようになっている。第三溝部６２は、コイル押さえ部材６０の頂面６０ａに臨んで開口すると共に、第一溝部６１よりも深く形成されており、周方向に流れる冷却媒体と軸方向に流れる冷却媒体とが互いに流れの障害とならないようになっている。
【００３９】
また、図２に示すように、コイル押さえ部材６０には、ボルト７０を挿通させるボルト挿通穴６３が軸方向に並んで複数（本実施例においては、二つ）設けられており、この挿通穴６３は、第三溝部６２に開口するように形成されている。よって、回転電機１において、第三溝部６２は、冷却媒体を軸方向に流通する流体流路として機能すると共に、軸方向に並んで設けられるボルト７０の座ぐりとしても利用されている。
【００４０】
もちろん、本発明における流体流路は、本実施例のようにコイル押さえ部材６０の頂面６０ａに臨んで開口される第三溝部６２に限定されず、例えば、コイル押さえ部材６０の内部に軸方向に貫通する穴（不図示）であっても良い。
【００４１】
以上に説明したように、本実施例に係る回転電機１によれば、コイル押さえ部材６０の頂面６０ａを、周方向に隣接する磁極１２ａの径方向外側端面（頭部４３の頂面４３ａ）における周方向外側の点Ｐ43を結ぶ曲線から成る円柱面としたことにより、固定子１１と回転子１２との間の空間Ｓ1a，Ｓ1bを周方向に流れる冷却媒体の流通抵抗を低減し、冷却媒体の流通性能すなわち回転電機の冷却性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１      回転電機
１１    固定子
１１ａ  固定子の内周面
１２    回転子
１２ａ  磁極
２０    固定子鉄心
２１    鉄心ブロック
２２    ダクトピース
３０    固定子巻線
４０    回転子鉄心
４１    軸部
４２    突部
４３    頭部
４３ａ  頭部の頂面
４４    第二溝部（磁極溝部）
５０    回転子巻線
６０    コイル押さえ部材
６０ａ  コイル押さえ部材の頂面
６０ｂ  コイル押さえ部材の側面
６１    第一溝部（溝部）
６２    第三溝部（流路）
６３    ボルト挿通穴
７０    ボルト
８０    絶縁板
ｂ61    第一溝部の溝幅（軸方向長さ）
ｂ44    第二溝部の溝幅（軸方向長さ）
Ｂ      ダクト幅（冷媒ダクトの軸方向長さ）
ｌ61    第一溝部の溝高さ（径方向長さ）
ｌ44    第二溝部の溝高さ（径方向長さ）
Ｓ1a    固定子と回転子（コイル押さえ部材）との間の空間
Ｓ1b    固定子と回転子（磁極）との間の空間
Ｓ2    冷媒ダクト
Ｓ3    固定子の径方向外側の空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017135934.tif 000006
【図５】
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