JP2022178206A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に係り、より詳細には、回転電機の、界磁巻線が巻装される回転子の構造に係る。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rotating electric machine, and more particularly, to the structure of a rotor of a rotating electric machine around which a field winding is wound.
固定子に電機子巻線が巻装され、回転子に界磁巻線が巻装された形式の回転電機(同期機)に於いては、回転子の回転中に界磁巻線が遠心力を受けるので、界磁巻線を回転子上に保持するための構造が必要となる。例えば、特許文献1では、電機子巻線が巻装されたステータ(固定子)および界磁巻線が巻装されたロータ(回転子)を備える界磁巻線型同期機において、ロータの複数の磁気突極部がロータコアに一体に形成されてロータコアの外周面から回転径方向に突出して形成され、磁気突極部に巻装された界磁巻線が、隣り合う磁気突極部間に、一端が磁気突極部の突出端部に支持され、他端がロータコアのうち複数の磁気突極部の間に形成された支持部に支持された保持部材によって、磁気突極部の間から回転径方向外側へ移動されないように保持される構成が提案されている。
In a rotating electric machine (synchronous machine) in which the armature winding is wound around the stator and the field winding is wound around the rotor, the field winding is subjected to centrifugal force during rotation of the rotor. Therefore, structure is required to hold the field windings on the rotor. For example, in
ところで、上記の如き界磁巻線が突極部に巻装された回転子の構造に於いて、隣接する突極部の間のスロット面積(隣接する突極部の間の空間(スロット)の、回転子の回転軸に対して垂直方向の断面積)が大きいほど、界磁巻線に充てられる面積が大きくなり、その分、界磁電流の流通可能な面積が増大し、巻線の電気抵抗が低減するので、損失を抑制することが可能となる。一方、上記の如く、回転子に於いて、その回転時の遠心力に抗して突極部上の界磁巻線を保持できるようになっていることが必要であり、そのために、突極部の界磁巻線に当接する外周端を幅広に形成し或いはその厚みを増すなどすると、回転子断面に於ける突極部の占有面積が大きくなり、その分、スロット面積が低減してしまうこととなる。また、特許文献1の如く、スロット内に巻線を保持するための保持部材を挿入する場合にも、同様に、スロット面積が、保持部材の占有面積の分だけ低減することとなる。そこで、突極部に界磁巻線が巻装された回転子に於いて、スロット面積ができるだけ大きくなるようしつつ、回転時の遠心力に抗して界磁巻線を保持できる構成があると有利である。
By the way, in the structure of the rotor in which the field winding is wound around the salient pole portions as described above, the slot area between the adjacent salient pole portions (the space (slot) between the adjacent salient pole portions) , the cross-sectional area perpendicular to the axis of rotation of the rotor), the larger the area devoted to the field winding, the larger the area where the field current can flow, Since resistance is reduced, loss can be suppressed. On the other hand, as described above, it is necessary for the rotor to be able to hold the field windings on the salient pole portions against the centrifugal force during rotation. If the outer peripheral edge of the rotor contacting the field winding is widened or thickened, the area occupied by the salient poles in the cross section of the rotor becomes large, and the slot area is reduced accordingly. It will happen. Similarly, when a holding member for holding the winding is inserted into the slot as in
かくして、本発明の一つの課題は、回転子の突極部に界磁巻線が巻装された形式の回転電機に於いて、スロット面積ができるだけ大きくなるようにしつつ、回転時の遠心力に抗して突極部上に界磁巻線を保持できるようにする構成を提供することである。 Thus, one object of the present invention is to increase the slot area as much as possible in a rotary electric machine in which field windings are wound around the salient poles of a rotor, while reducing centrifugal force during rotation. It is an object of the present invention to provide a structure that allows the field winding to be held on the salient poles against the field windings.
本発明によれば、上記の課題は、回転子がその周方向に沿って、その半径方向に突出した複数の突極部を有し、前記突極部の各々に前記回転子の半径方向に垂直な方向に沿って界磁巻線が巻装されている回転電機であって、前記界磁巻線の各々の前記回転子の回転軸線方向に前記突極部の各々から突出している部分の前記半径方向の外周面を前記回転子の周方向に沿って囲繞する環状部材が設けられ、該環状部材により前記界磁巻線の前記回転子の半径方向の移動が制限されている回転電機によって達成される。 According to the present invention, the above problem is solved by the rotor having a plurality of salient poles protruding radially along the circumferential direction thereof, and each of the salient poles extending radially of the rotor. A rotating electric machine in which a field winding is wound along a vertical direction, and the portion of each of the field windings protruding from each of the salient pole portions in the rotation axis direction of the rotor An annular member is provided to surround the radial outer peripheral surface along the circumferential direction of the rotor, and the annular member restricts movement of the field winding in the radial direction of the rotor. achieved.
上記の装置の構成に於いて、「回転電機」は、回転子に界磁巻線が巻装された同期機であってよい。突極部は、典型的には、回転子の周方向に2、4、6、8個など設けられてよい。界磁巻線は、上記の如く、その中心軸線が回転子の半径方向を向くように、各突極部の側部の周方向に通常の態様にて巻き付けられてよく、突極部の外周縁は、回転子の周方向に突出して延在し、隣り合う突極部の間の空間に於ける界磁巻線の少なくとも一部を囲うように形成されていてよい(回転子の回転軸に垂直な面方向に於ける突極部の断面に於いて、突極部の外周縁は、傘状に幅広に形成されていてよい。)。そして、上記の回転電機の回転子に於いて、更に、各突極部に巻装された界磁巻線の回転子の回転軸線方向に突極部の各々から突出している部分の(回転子の半径方向の)外周面が、回転子の周方向に沿って延在する環状部材によって囲繞され、環状部材が界磁巻線の回転子の半径方向に移動を制限するよう構成される。 In the configuration of the apparatus described above, the "rotating electric machine" may be a synchronous machine in which a field winding is wound around a rotor. Typically, 2, 4, 6, 8, etc. salient pole portions may be provided in the circumferential direction of the rotor. The field windings may be wound in a conventional manner circumferentially around the side of each salient pole, with the center axis pointing radially of the rotor, as described above, and the outer side of the salient pole. The peripheral edge protrudes and extends in the circumferential direction of the rotor, and may be formed so as to surround at least a portion of the field winding in the space between the adjacent salient pole portions (rotation axis of the rotor In the cross section of the salient pole portion in the plane direction perpendicular to , the outer peripheral edge of the salient pole portion may be formed to have a wide umbrella shape.). Further, in the rotor of the rotating electrical machine, the portion of the field winding wound around each salient pole portion protruding from each salient pole portion in the rotation axis direction of the rotor (rotor is surrounded by an annular member extending along the circumferential direction of the rotor, the annular member being configured to limit rotor radial movement of the field windings.
上記の如く、界磁巻線の回転子の回転軸線方向に突極部の各々から突出している部分、即ち、各突極部の回転子の回転軸線方向の端から突出した部分が、上記の環状部材により囲繞されていることによれば、回転子の回転時に界磁巻線に各突極部上にて回転子の半径方向へ遠心力が作用している状態でも、環状部材上に対して、回転子の全周に亙って配置された界磁巻線から互いに対向する方向に力が作用することとなるので、互いに相殺され、これにより、環状部材が界磁巻線のそれぞれの回転子の半径方向への動きを阻止することとなり、各突極部上にそれぞれの界磁巻線が保持される構造が提供されることとなる。その際、環状部材は、各突極部の回転子の回転軸線方向の端の外側に配置されることとなるので、突極部の間のスロット内の領域を占有することはなく、スロット面積をできるだけ大きく取ることが可能となり、かくして、上記の如く、界磁巻線電流に於ける損失を低減することが可能となる。また、環状部材がスロット内に入らずに界磁巻線を保持できることから、突極部の外周端に於ける傘状部分の延在長さを短くし、或いは、その厚みを低減することも可能となるので、スロット面積を更に大きくすることも可能となる。 As described above, the portion of the field winding protruding from each of the salient pole portions in the rotation axis direction of the rotor, that is, the portion of each salient pole portion protruding from the end of the rotor in the rotation axis direction is By being surrounded by the annular member, even when the field winding is subjected to centrifugal force acting on each salient pole portion in the radial direction of the rotor when the rotor rotates, As a result, forces act in opposing directions from the field windings arranged over the entire circumference of the rotor, so that they cancel each other out. Radial movement of the rotor will be blocked, and a structure will be provided in which each field winding is retained on each salient pole. At this time, the annular member is arranged outside the end of each salient pole in the rotation axis direction of the rotor. can be taken as large as possible, thus reducing the losses in the field winding current, as described above. Further, since the annular member can hold the field winding without entering the slot, it is also possible to shorten the extending length of the umbrella-shaped portion at the outer peripheral end of the salient pole portion or to reduce the thickness thereof. Since it becomes possible, it becomes possible to further increase the slot area.
上記の構成に於いて、環状部材は、炭素繊維材、樹脂材などの任意の適当な強度を有する非磁性材料にて形成されてよい。その形状は、円環状、多角形環状、又は、それらの組み合わせであってよく、幅と厚みは、適合により設定されてよい。また、環状部材は、回転子の回転軸線方向の一方の端又は両端に設けられてよい(環状部材は、両端に設けられる方が界磁巻線をより確実に保持できるので好ましいが、一方の端だけでもよく、そのような場合も本発明の範囲に属する。)。 In the above configuration, the annular member may be made of non-magnetic material having any appropriate strength, such as carbon fiber material or resin material. Its shape may be toric, polygonal toroidal, or a combination thereof, and the width and thickness may be set according to the fit. In addition, the annular member may be provided at one end or both ends of the rotor in the rotation axis direction (the annular member is preferably provided at both ends because the field winding can be held more reliably, but It may be just the edge, and such a case is also within the scope of the present invention.).
更に、上記の構成に於いて、回転子の半径方向の界磁巻線の位置は環状部材により制限されるので、界磁巻線の回転子の半径方向外側の面は、突極部の外周端に於ける傘状部分の内側の面から隔置されていてよい。その場合、突極部の外周端の傘状部分に遠心力による界磁巻線からの押圧力が作用しないこととなり、突極部の外周端に要求される剛性を軽減することが可能となり、回転子の軽量化やスロット面積の更なる増大が図られることとなる。 Furthermore, in the above configuration, the position of the field windings in the radial direction of the rotor is restricted by the annular member, so that the radially outer surface of the rotor of the field windings is the outer circumference of the salient poles. It may be spaced from the inner surface of the umbrella portion at the end. In this case, the pressing force from the field winding due to the centrifugal force does not act on the umbrella-shaped portion at the outer peripheral end of the salient pole portion, and it is possible to reduce the rigidity required for the outer peripheral end of the salient pole portion. It is possible to reduce the weight of the rotor and further increase the slot area.
かくして、上記の本発明による回転電機の構成によれば、環状部材が、回転子の突極部間のスロットの外にて界磁巻線の位置を保持するようになっているので、スロット面積をより大きく取ることが可能となり、その分、界磁巻線に於ける発熱等による回路の損失を抑制することが可能となり、電機の出力の向上が期待される。本発明の構成は、界磁巻線の巻装された回転子を有する種々の回転電機に適用されてよい。 Thus, according to the structure of the rotary electric machine according to the present invention, the annular member is adapted to hold the position of the field winding outside the slots between the salient poles of the rotor. can be made larger, and circuit loss due to heat generation in the field winding can be suppressed accordingly, and an improvement in the output of the electric machine can be expected. The configuration of the present invention may be applied to various rotating electric machines having a rotor wound with field windings.
本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明により明らかになるであろう。 Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention.
1…回転電機
2…固定子
3…固定子歯
4…電機子巻線
5…回転子
6…回転子突極部
6a…回転子突極部の外終端部分(傘状部分)
7…界磁巻線
7a…突極部から回転軸線方向に突出した界磁巻線の部分
8…環状部材(補強部材)
10…回転子軸
C…回転軸線
7
10... Rotor shaft C... Axis of rotation
回転電機の構成
図1及び図2(A)、(B)を参照して、本発明の好ましい実施形態の回転電機1の基本的な構成は、通常の態様の回転界磁形同期機の構造であってよい。具体的には、回転電機1に於いて、固定子2の内周面に沿って形成された複数の固定子歯の間のスロット内に電機子巻線4が配設される一方、回転軸線C周りに回転する回転軸10上に取り付けられた回転子5に於いては、その周方向に、等角度間隔(図示の例では、45°おき)に複数の突極部6が設けられ、各突極部6に於いて、界磁巻線7が回転軸線Cからの半径方向に対して垂直な面方向に延在するように巻装される。また、通常、突極部6の外周端部分6aが、(回転軸線Cに対して垂直方向の断面に於いて)傘状に、その根元領域よりも幅広に形成され、回転子周囲に界磁がトルク発生に於いて効果的に生成されるとともに、界磁巻線7が突極部6から脱落することを防止するよう構成される。そして、本実施形態の場合には、更に、以下に詳細に説明される如く、図1の左下に描かれている如き環状部材8が、界磁巻線7の、回転軸線方向に各突極部6から突出した部分7aの(回転軸線から半径方向に垂直な面方向の)外周面に嵌合するように取り付けられる。なお、環状部材8は、回転子の回転軸線方向の両端に設けられてよい(一方のみであってもよい。)。
Structure of Rotating Electric Machine Referring to FIGS. 1 and 2(A) and (B), the basic structure of the rotating
界磁巻線の保持機構
上記の如き回転子の突極部に界磁巻線が巻装される回転界磁形同期機の場合、上記の如く、各突極部6に於いて、界磁巻線7は、その中心軸線が回転子5の半径方向に沿って延在する方向に巻装されているので、回転子5の回転時には、遠心力が界磁巻線7を突極部6上で回転子の半径方向へ動かす方向に作用する。従って、かかる遠心力に抗して、界磁巻線7の突極部6上の位置を保持するための機構が必要となる。この点に関し、従前の構成の場合には、図3(B)に描かれている如く、界磁巻線7に作用する遠心力に対抗できる剛性が、界磁巻線7の外周面に当接する突極部6の傘状に形成された外周端部分6aに付与されるように、外周端部分6aが肉厚に形成されていた。或いは、特許文献1の如く、隣り合う突極部の間に別の突起部を形成し、突極部と突起部との間に保持部材を懸架して界磁巻線の動きを制限するといったことが行われていた。
Retaining Mechanism for Field Winding In the case of the rotating field synchronous machine in which the field winding is wound around the salient pole portions of the rotor as described above, each
ところで、上記の如き界磁巻線7が回転子5の突極部6に巻装された回転電機1に於いて、界磁は、界磁巻線7に電流を流して形成するので、界磁巻線7に於ける電気抵抗が高くなるほど、ジュール熱が多くなり、損失が増大することとなる。従って、界磁巻線7に於ける電気抵抗は、できるだけ低いことが好ましい。この点に関し、界磁巻線7が巻装される領域は、突極部間の空間であるスロット内となり、かかるスロットに於いて、界磁巻線7は、回転軸線Cに平行に延在するので、回転軸線Cに垂直な面内の界磁巻線7の占有可能な面積が大きいほど、電気抵抗をより低減することが可能となる(巻線の占有可能な面積が大きくなると、巻線径を太くすることが可能となり、巻線の電気抵抗を低減できることとなる。或いは、巻数を増やすと、界磁を大きくすることが可能となる。)。即ち、回転電機1に於いて、スロット面積、即ち、スロットの回転軸線Cに垂直な方向の断面の面積、が大きいほど、界磁巻線7に於ける電気抵抗を低減することが可能となり、界磁電流の損失が低減されて有利となる。従って、損失低減の観点からは、突極部6の外周端部分はできるだけ薄肉である方が好ましく、スロット内には、界磁巻線以外の構成要素が存在していない方が好ましいこととなる。
By the way, in the rotating
そこで、本実施形態に於いては、回転子の回転時の遠心力に抗して界磁巻線7の突極部6上の位置を保持するための機構として、上記の如く、環状部材8が界磁巻線7の、回転軸線方向に各突極部6から突出した部分7aの外周に嵌合するように取り付けられる。かかる構成によれば、環状部材8が界磁巻線7の回転子の半径方向外向きの動きを制限することとなり、界磁巻線7の突極部6上の位置が保持されることとなる。特に、回転子の回転時の遠心力が界磁巻線7に対して作用しても、その作用は、環状部材8を通じて互いに反対方向又は別方向の遠心力と相殺されることとなり、(保持部材が各巻線に対して別々に取り付けられている場合に比して、)界磁巻線7の変位をより確実に抑制できることとなる。また、重要なことは、突極部6の外周端部分6aに作用する応力を緩和できるので、外周端部分6aをより薄肉に形成することが可能となる。これにより、図3(A)、(B)を比較して、本実施形態による環状部材8が適用された構成(図3(A))に於けるスロット面積aは、界磁巻線7を外周端部分6aにて保持する構成(図3(B))に於けるスロット面積bよりも大きくすることができ、これにより、界磁巻線7の占有可能な面積が大きくなるので、巻線の電気抵抗が低減可能となり、損失の低減が可能となる。また、本実施形態の場合には、環状部材8は、スロットの外に取り付けられるので、環状部材8によってスロット面積内の界磁巻線7の占有可能な面積が低減されることもない点で有利である。
Therefore, in this embodiment, as a mechanism for holding the position of the field winding 7 above the
なお、上記の環状部材8は、任意の非磁性体材料、例えば、炭素繊維材、樹脂材、非磁性金属材にて形成されてよい。環状部材8の形状は、図1の如く、円環状であってもよく、図4の如く、多角形環状であってもよく、それらの組み合わせ(図示せず)であってもよい。環状部材8の幅と厚みは、十分な強度が得られるように適合により設定されてよい。
The
また、界磁巻線7は、その束の外周面が環状部材8によって保持されるので、図5に描かれている如く、突極部6の外周端部分6aの内周面との間に隙間δが設けられていてもよい。その場合、外周端部分6aに界磁巻線7からの応力が作用しないこととなるので、外周端部分6aが更に薄肉に形成されてもよく、或いは、要求される剛性が低減できる点で軽量化や材料の節約等が可能となり、有利である。
Since the outer peripheral surface of the bundle of the field winding 7 is held by the
以上の説明は、本発明の実施の形態に関連してなされているが、当業者にとつて多くの修正及び変更が容易に可能であり、本発明は、上記に例示された実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の概念から逸脱することなく種々の装置に適用されることは明らかであろう。 Although the above description has been made with respect to the embodiments of the present invention, many modifications and changes can be easily made by those skilled in the art, and the present invention is limited only to the above-exemplified embodiments. It will be clear that the invention is non-limiting and can be applied to a variety of devices without departing from the concept of the invention.
Claims (1)
The rotor has a plurality of salient pole portions projecting radially along its circumferential direction, and a field winding is provided on each salient pole portion along a direction perpendicular to the radial direction of the rotor. In a rotating electric machine that is wound, the outer peripheral surface of the radial direction of the portion of each of the field windings that protrudes from each of the salient pole portions in the rotation axis direction of the rotor. A rotating electric machine, wherein an annular member is provided to surround the rotor along the circumferential direction, and the annular member restricts movement of the field winding in the radial direction of the rotor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021084818A JP2022178206A (en) | 2021-05-19 | 2021-05-19 | Rotary electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102023130733A1 (en) | 2022-11-07 | 2024-05-08 | Okuma Corporation | HYDRAULIC SYSTEM |
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2021
- 2021-05-19 JP JP2021084818A patent/JP2022178206A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102023130733A1 (en) | 2022-11-07 | 2024-05-08 | Okuma Corporation | HYDRAULIC SYSTEM |
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