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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024085783
(43)【公開日】2024-06-27
(54)【発明の名称】回転電機の回転子
(51)【国際特許分類】
H02K 1/278 20220101AFI20240620BHJP
【ＦＩ】
H02K1/278
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022200513
(22)【出願日】2022-12-15
(71)【出願人】
【識別番号】000195959
【氏名又は名称】西芝電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100174104
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 康一
(72)【発明者】
【氏名】村田 智洋
(72)【発明者】
【氏名】末長 良輔
【テーマコード（参考）】
5H622
【Ｆターム（参考）】
5H622AA06
5H622CA02
5H622CA05
5H622CA10
5H622CA14
5H622PP18
5H622PP19
(57)【要約】
【課題】回転子鉄心の変形を抑止する。
【解決手段】発電機１は、磁性鋼板が軸方向Ｄａに積層されて形成された励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと該励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａに設けられたスロットに収められた励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとから構成される励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側に設けられ回転軸１４に固定された励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと該励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面に設けられた永久磁石３４ｂとから構成される磁極と、永久磁石３４ｂの外周面に設けられ軸方向Ｄａの一端側及び他端側が開口する円筒形状であり内周側へ向かって収縮した状態で永久磁石３４ｂを内周側へ向けて付勢する熱収縮チューブ３４ｄとを備えた励磁用ＰＭＧ回転子３４とを設ける。
【選択図】図３
【解決手段】発電機１は、磁性鋼板が軸方向Ｄａに積層されて形成された励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと該励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａに設けられたスロットに収められた励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとから構成される励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側に設けられ回転軸１４に固定された励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと該励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面に設けられた永久磁石３４ｂとから構成される磁極と、永久磁石３４ｂの外周面に設けられ軸方向Ｄａの一端側及び他端側が開口する円筒形状であり内周側へ向かって収縮した状態で永久磁石３４ｂを内周側へ向けて付勢する熱収縮チューブ３４ｄとを備えた励磁用ＰＭＧ回転子３４とを設ける。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性鋼板が軸方向に積層されて形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、
前記固定子の内周側に設けられ回転軸に固定された回転子鉄心と該回転子鉄心の外周面に設けられた永久磁石とから構成される磁極と、前記永久磁石の外周面に設けられ前記軸方向の一端側及び他端側が開口する円筒形状であり内周側へ向かって収縮した状態で前記永久磁石を内周側へ向けて付勢する被覆部材とを備えた回転子と
を有することを特徴とする回転電機の回転子。
前記固定子の内周側に設けられ回転軸に固定された回転子鉄心と該回転子鉄心の外周面に設けられた永久磁石とから構成される磁極と、前記永久磁石の外周面に設けられ前記軸方向の一端側及び他端側が開口する円筒形状であり内周側へ向かって収縮した状態で前記永久磁石を内周側へ向けて付勢する被覆部材とを備えた回転子と
を有することを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項2】
前記被覆部材は、内周側へ向かって一定量収縮してそれ以上内周側へ収縮しない状態である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項3】
前記被覆部材は、熱により内周側に向かって収縮する熱収縮チューブである
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項4】
前記被覆部材の外周側に設けられ前記被覆部材を覆う保護部材
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項5】
前記保護部材は、非磁性体により構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機の回転子。
【請求項6】
前記保護部材は、絶縁材料により構成される
ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の回転子。
【請求項7】
前記回転子鉄心は、周方向に沿う内周面が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の回転電機の回転子。
【請求項8】
前記回転子鉄心は、前記軸方向の一端側に開口部が形成され、前記軸方向の他端側に底部が形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項７に記載の回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機の回転子に関し、例えば回転子と固定子とを有する発電機に適用して好適なものである。
【背景技術】
【0002】
従来、固定子及び回転子を有するモータが広く知られている。このようなモータにおいては、固定子が、固定子鉄心と、該固定子鉄心の内周側のスロット内に収められた固定子巻線とにより構成されており、回転子が、固定子の内周側に設けられており、回転子鉄心と、回転子鉄心の外周側に設けられた永久磁石とにより構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
このような回転子は、例えば図５に示すような、励磁用ＰＭＧ回転子２３４がある。励磁用ＰＭＧ回転子２３４は、環状の励磁用ＰＭＧ固定子（図示せず）の内周側に設けられており、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側に設けられた永久磁石３４ｂと、テープ３４ｃとにより構成されている。
【0004】
永久磁石３４ｂは、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側の表面に磁力による吸引力により吸着しており、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面との間に接着剤が塗布されることにより、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し吸着位置がずれることが防止されている。また永久磁石３４ｂの外周面を含む励磁用ＰＭＧ回転子２３４の外周面には、励磁用ＰＭＧ回転子２３４の外周面を覆うようにテープ３４ｃが巻き付けられている。これによりテープ３４ｃは、永久磁石３４ｂの表面を保護すると共に、永久磁石３４ｂ同士の反発力により励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し永久磁石３４ｂの吸着位置がずれることを防止している。
【0005】
このような励磁用ＰＭＧ回転子２３４は、製造時において、図６に示すように、ワニスを含んだテープ３４ｃが手作業により永久磁石３４ｂの外周側にテンションがかけられながら何周にも亘って巻き付けられることにより、永久磁石３４ｂの外周側にテープ３４ｃが巻回される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第７０６８４２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながらそのような励磁用ＰＭＧ回転子２３４においては、テープ３４ｃが永久磁石３４ｂの外周側にテンションがかけられながら手作業で巻き付けられるため、テープ３４ｃのテンションのかかり方が不均一となり、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが歪んで変形してしまう可能性があった。
【0008】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、回転子鉄心の変形を抑止し得る回転電機の回転子を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
かかる課題を解決するため本発明の回転電機の回転子においては、磁性鋼板が軸方向に積層されて形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、固定子の内周側に設けられ回転軸に固定された回転子鉄心と該回転子鉄心の外周面に設けられた永久磁石とから構成される磁極と、永久磁石の外周面に設けられ軸方向の一端側及び他端側が開口する円筒形状であり内周側へ向かって収縮した状態で永久磁石を内周側へ向けて付勢する被覆部材とを備えた回転子とを設けるようにした。
【0010】
本発明は、永久磁石の外周側を被覆部材とで覆う際に、回転子鉄心に対し、周方向に沿って全周に亘って、回転軸中心に向かう方向へ均一なテンションをかけることができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、永久磁石の外周側を被覆部材とで覆う際に、回転子鉄心に対し、周方向に沿って全周に亘って、回転軸中心に向かう方向へ均一なテンションをかけることができ、回転子鉄心の変形を抑止し得る回転電機の回転子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】発電機の構成を示し、軸方向における断面図である。
【図2】励磁用ＰＭＧの構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、下半分が（Ａ）におけるＡ矢視外観図、上半分が励磁用ＰＭＧ固定子フレームの駆動源離隔側の端面を透過した、（Ａ）におけるＡ矢視図である。
【図3】第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。
【図4】第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。
【図5】従来の励磁用ＰＭＧ回転子の構成を示し、（Ａ）は、下半分が径方向から見た外観図、上半分が（Ｂ）におけるＢ－Ｂ矢視断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ矢視外観図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について、図面を用いて説明する。
【0014】
［１．第１の実施の形態］
［１－１．発電機の構成］
図１に示すように、発電機１は、主に、固定子１０と、回転子１２と、回転軸１４と、回転軸１４を支える２個の軸受１６とにより構成されている。原動機２は、エンジン、タービンや水車等であり、発電機１に回転力を与えて発電機１内の各機構を回転させることにより、発電を行う。なお、原動機２に近い側の軸受１６は省略される場合もある。
［１－１．発電機の構成］
図１に示すように、発電機１は、主に、固定子１０と、回転子１２と、回転軸１４と、回転軸１４を支える２個の軸受１６とにより構成されている。原動機２は、エンジン、タービンや水車等であり、発電機１に回転力を与えて発電機１内の各機構を回転させることにより、発電を行う。なお、原動機２に近い側の軸受１６は省略される場合もある。
【0015】
以下では、回転軸１４が沿う方向を軸方向Ｄａとし、回転子１２、励磁機回転子２２及び励磁用ＰＭＧ回転子３４が回転する方向を周方向Ｄｃ（図２）とする。また、軸方向Ｄａに関し、原動機２に近接する側を駆動源近接側とも呼び、原動機２から離隔する側を駆動源離隔側とも呼ぶ。さらに、軸方向Ｄａから見た際に回転軸１４の回転軸中心Ｒａへ近接する方向を内周方向とし、軸方向Ｄａから見た際に回転軸１４の回転軸中心Ｒａから離隔する方向を外周方向と呼ぶ。さらに軸方向Ｄａに直交し内周方向と外周方向とに沿う方向を径方向Ｄｄとも呼ぶ。さらに径方向Ｄｄに関し、回転軸１４の回転軸中心Ｒａに近接する側を内側又は内周側とも呼び、回転軸１４の回転軸中心Ｒａから離隔する側を外側又は外周側とも呼ぶ。
【0016】
固定子１０は、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された固定子鉄心１０ａと、固定子鉄心１０ａの内周側のスロット内に収められた固定子巻線１０ｂとにより構成されている。回転子１２は、環状の固定子１０の内周側に設けられた突極型磁極であり、電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された回転子鉄心１２ａと、回転子鉄心１２ａに巻回する回転子巻線１２ｂとにより構成されている。
【0017】
回転軸１４は、円柱形状であり軸方向Ｄａに沿って延設されており、中心である回転軸中心Ｒａを軸として周方向Ｄｃへ回転する。この回転軸１４は、駆動源近接側の端部が原動機２と直結しており、駆動源離隔側の端部に励磁用ＰＭＧ（Permanent Magnet Generator）３０が設けられている。
【0018】
励磁機固定子２０は、固定子１０と、該固定子１０に対し励磁用ＰＭＧ３０側に位置する軸受１６（すなわち駆動源離隔側の軸受１６）との間に設けられている。この励磁機固定子２０は、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された励磁機固定子鉄心２０ａと、励磁機固定子鉄心２０ａの内周側のスロット内に収められた励磁機固定子巻線２０ｂとにより構成されている。励磁機回転子２２は、環状の励磁機固定子２０の内周側に設けられており、電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された励磁機回転子鉄心２２ａと、励磁機回転子鉄心２２ａの外周側のスロット内に収められた励磁機回転子巻線２２ｂとにより構成されている。
【0019】
励磁用ＰＭＧ３０は、励磁用永久磁石発電機であり、回転軸１４において、回転子１２に対し原動機２とは逆側の端部（すなわち駆動源離隔側の端部）に設けられている。
【0020】
［１－２．励磁用ＰＭＧの構成］
図２に示すように励磁用ＰＭＧ３０は、励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ回転子３４と、励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６とにより構成されている回転電機である。
図２に示すように励磁用ＰＭＧ３０は、励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ回転子３４と、励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６とにより構成されている回転電機である。
【0021】
励磁用ＰＭＧ固定子３２は、環状の電磁鋼板が軸方向Ｄａに積層された励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと、励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａの内周側のスロット内に収められた励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとにより構成されている。励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａは、励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６に焼嵌めで固定されている。励磁用ＰＭＧ固定子フレーム３６は、駆動源離隔側の端部が閉口し駆動源近接側の端部が開口する中空の円柱形状であり、励磁用ＰＭＧ固定子３２及び励磁用ＰＭＧ回転子３４を囲っており、駆動源近接側の端部が軸受１６に固定されている。
【0022】
［１－３．励磁用ＰＭＧ回転子の構成］
［１－３－１．励磁用ＰＭＧ回転子全体の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子３４は、環状の励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側に設けられており、図３に示すように、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側に設けられた永久磁石３４ｂと、熱収縮チューブ３４ｄとにより構成されている。
［１－３－１．励磁用ＰＭＧ回転子全体の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子３４は、環状の励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側に設けられており、図３に示すように、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側に設けられた永久磁石３４ｂと、熱収縮チューブ３４ｄとにより構成されている。
【0023】
［１－３－２．励磁用ＰＭＧ回転子鉄心の構成］
励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、全体として、駆動源近接側の端部が閉口し駆動源離隔側の端部が開口する中空の円柱形状であり、いわゆる、椀形状となっている。この励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、底面部３４ａＢ及び側面部３４ａＳにより構成されており、底面部３４ａＢと側面部３４ａＳとにより囲まれた円柱形状の内部空間３４ａＰが形成されている。すなわち励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、中実の円柱形状の内側が、駆動源離隔側から駆動源近接側に向かって円柱形状に凹んだような形状となっている。
励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、全体として、駆動源近接側の端部が閉口し駆動源離隔側の端部が開口する中空の円柱形状であり、いわゆる、椀形状となっている。この励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、底面部３４ａＢ及び側面部３４ａＳにより構成されており、底面部３４ａＢと側面部３４ａＳとにより囲まれた円柱形状の内部空間３４ａＰが形成されている。すなわち励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、中実の円柱形状の内側が、駆動源離隔側から駆動源近接側に向かって円柱形状に凹んだような形状となっている。
【0024】
底面部３４ａＢは、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａにおける駆動源近接側の端部に形成されており、略円盤形状である。また底面部３４ａＢは、駆動源近接側の端面が回転軸１４に固定されている。この底面部３４ａＢにおける駆動源離隔側の面には、内側底面３４ａＢｆが形成されている。内側底面３４ａＢｆは、軸方向Ｄａに直交する径方向Ｄｄに沿う円形状の平面である。
【0025】
側面部３４ａＳは、底面部３４ａＢの外周部から駆動源離隔側に向かって延びており、筒形状である。この側面部３４ａＳにおける内周側の面には、内周面３４ａＳｆが形成されている。内周面３４ａＳｆは、側面部３４ａＳの駆動源近接側の端部から駆動源離隔側の端部までに亘って軸方向Ｄａに沿う面であり、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って形成されている。
【0026】
また励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、駆動源離隔側の端部における側面部３４ａＳよりも内周側において、円形状の開口部３４ａＡが形成されている。
【0027】
［１－３－３．永久磁石の構成］
永久磁石３４ｂは、環状であり、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側の表面に磁力による吸引力により吸着しており、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面との間に接着剤が塗布されることにより、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し吸着位置がずれることが防止されている。
永久磁石３４ｂは、環状であり、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周側の表面に磁力による吸引力により吸着しており、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面との間に接着剤が塗布されることにより、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し吸着位置がずれることが防止されている。
【0028】
［１－３－４．熱収縮チューブの構成］
永久磁石３４ｂの外周面を含む励磁用ＰＭＧ回転子３４の外周面には、励磁用ＰＭＧ回転子３４の外周面を覆うように、駆動源近接側及び駆動源離隔側の端部が開口した筒状の熱収縮チューブ３４ｄが設けられている。熱収縮チューブ３４ｄは、軸方向Ｄａの長さが励磁用ＰＭＧ回転子３４とほぼ同一であり、軸方向Ｄａに沿った断面（図３（Ａ））が四角形であるため、駆動源近接側の端部から駆動源離隔側の端部までに亘って、径方向Ｄｄの厚さが一定となっている。また熱収縮チューブ３４ｄは、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って連続的に形成されている。この熱収縮チューブ３４ｄは、塩化ビニール、シリコンゴム又はフッ素系ポリマー等により形成されており、約７０［℃］以上の熱が加えられると、回転軸中心Ｒａに向かって径方向Ｄｄに収縮する。これにより励磁用ＰＭＧ３０は、永久磁石３４ｂの表面を保護すると共に、永久磁石３４ｂ同士の反発力により励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し永久磁石３４ｂの吸着位置がずれることを防止している。
永久磁石３４ｂの外周面を含む励磁用ＰＭＧ回転子３４の外周面には、励磁用ＰＭＧ回転子３４の外周面を覆うように、駆動源近接側及び駆動源離隔側の端部が開口した筒状の熱収縮チューブ３４ｄが設けられている。熱収縮チューブ３４ｄは、軸方向Ｄａの長さが励磁用ＰＭＧ回転子３４とほぼ同一であり、軸方向Ｄａに沿った断面（図３（Ａ））が四角形であるため、駆動源近接側の端部から駆動源離隔側の端部までに亘って、径方向Ｄｄの厚さが一定となっている。また熱収縮チューブ３４ｄは、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って連続的に形成されている。この熱収縮チューブ３４ｄは、塩化ビニール、シリコンゴム又はフッ素系ポリマー等により形成されており、約７０［℃］以上の熱が加えられると、回転軸中心Ｒａに向かって径方向Ｄｄに収縮する。これにより励磁用ＰＭＧ３０は、永久磁石３４ｂの表面を保護すると共に、永久磁石３４ｂ同士の反発力により励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し永久磁石３４ｂの吸着位置がずれることを防止している。
【0029】
励磁用ＰＭＧ回転子３４の製造時において、例えばヒートガンのような工業用のドライヤーが用いられ、熱収縮チューブ３４ｄに対して短時間局所的に熱が加えられつつ熱収縮チューブ３４ｄ全体が満遍なく温まるようにドライヤーが動かさられることにより、熱収縮チューブ３４ｄは、回転軸中心Ｒａに向かう方向へ周方向Ｄｃの全周に亘って均一に収縮する。
【0030】
［１－４．回転力から電力への変換］
かかる構成において、回転力を電力に変換する過程を説明する。初めに、原動機２が用いられ回転軸１４が回転される。この時、回転軸１４に設けられた励磁用ＰＭＧ回転子３４も同様に回転する。励磁用ＰＭＧ回転子３４には永久磁石３４ｂが設けられているため、回転磁界が形成される。この回転磁界が励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに電圧が発生し、交流電流が発電機１外部に供給される。
かかる構成において、回転力を電力に変換する過程を説明する。初めに、原動機２が用いられ回転軸１４が回転される。この時、回転軸１４に設けられた励磁用ＰＭＧ回転子３４も同様に回転する。励磁用ＰＭＧ回転子３４には永久磁石３４ｂが設けられているため、回転磁界が形成される。この回転磁界が励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに電圧が発生し、交流電流が発電機１外部に供給される。
【0031】
この交流電流は、外部の制御盤に内蔵された自動電圧調整器（図示せず）により直流電流に変換され、励磁機固定子巻線２０ｂに供給される。励磁機固定子巻線２０ｂに直流電流が流れることでアンペールの法則により磁界が形成される。この磁界が励磁機回転子巻線２２ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、励磁機回転子巻線２２ｂに電圧が発生して交流電流が流れる。
【0032】
この交流電流は、回転軸１４に設けられた整流器（図示せず）により直流電流に変換され、回転子巻線１２ｂに供給される。回転子巻線１２ｂに直流電流が流れることでアンペールの法則により磁界が形成される。この磁界が固定子巻線１０ｂと鎖交することで電磁誘導が起こり、固定子巻線１０ｂに電圧が発生して交流電流が外部負荷に供給される。
【0033】
［１－５．効果等］
以上の構成において発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａを、軸方向Ｄａの一端側としての駆動源離隔側の端部に開口部３４ａＡを形成し、軸方向Ｄａの他端側としての駆動源近接側の端部に底部としての底面部３４ａＢを形成することにより、駆動源近接側の端部が閉口し駆動源離隔側の端部が開口する中空の円柱形状とし、側面部３４ａＳに囲まれる内部に内部空間３４ａＰを形成するようにした。このため発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面からだけでなく、内周面３４ａＳｆからも放熱させることができる。これにより発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが中実の略円柱形状である場合と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能を向上させることができる。かくして発電機１は、温度上昇による永久磁石３４ｂの減磁作用を防ぎ、交流電流を低下させることなく安定して供給することができる。
以上の構成において発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａを、軸方向Ｄａの一端側としての駆動源離隔側の端部に開口部３４ａＡを形成し、軸方向Ｄａの他端側としての駆動源近接側の端部に底部としての底面部３４ａＢを形成することにより、駆動源近接側の端部が閉口し駆動源離隔側の端部が開口する中空の円柱形状とし、側面部３４ａＳに囲まれる内部に内部空間３４ａＰを形成するようにした。このため発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面からだけでなく、内周面３４ａＳｆからも放熱させることができる。これにより発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが中実の略円柱形状である場合と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能を向上させることができる。かくして発電機１は、温度上昇による永久磁石３４ｂの減磁作用を防ぎ、交流電流を低下させることなく安定して供給することができる。
【0034】
さらに発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが中実の略円柱形状である場合と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの体積を低減できるため、軽量化させることができる。
【0035】
これに加えて発電機１は、永久磁石３４ｂの外周面を覆うように、駆動源近接側及び駆動源離隔側の端部が開口する中空の円柱形状の熱収縮チューブ３４ｄを設けるようにした。熱収縮チューブ３４ｄは、全体が満遍なく温まるように熱が加えられると、回転軸中心Ｒａに向かう方向へ全体が均一に収縮し、一定量収縮すると、それ以上熱を加えても収縮しなくなる。このため熱収縮チューブ３４ｄは、永久磁石３４ｂ、すなわち励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って、回転軸中心Ｒａに向かう方向へ均一なテンションをかける（すなわち均一に付勢する）ことができる。これにより発電機１は、椀形状の励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが歪む等、変形してしまうことを防止しつつ、励磁用ＰＭＧ回転子３４を製造できる。
【0036】
また熱収縮チューブ３４ｄは、全体が満遍なく温まるように熱が加えられると、永久磁石３４ｂに対し、駆動源離隔側の端部から駆動源近接側の端部までに亘って、軸方向Ｄａに関しても均一なテンションをかけることができる。
【0037】
ここで、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが変形してしまうと、製造時において励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し永久磁石３４ｂが本来の位置とは例えば周方向Ｄｃに回転する方向へ位置ずれしてしまう可能性が高まってしまう。これに対し発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａを変形させないようにできるため、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し永久磁石３４ｂを位置ずれさせることなく強く固着させることができる。
【0038】
また、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが変形してしまうと、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａがアンバランスとなり運転中の振動が大きくなってしまう。これに対し発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａを変形させないようにできるため、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａがアンバランスとなってしまうことを防ぎ、運転中の振動が大きくなってしまうことを防止できる。
【0039】
ところで、ネオジウム磁石である永久磁石３４ｂは、温度が上昇すると磁力が弱まり、磁束が減少する減磁作用が発生する。永久磁石３４ｂの磁束が減少すると、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂに生じる誘導起電力が低下してしまい、励磁用ＰＭＧ３０の発電量も減少してしまう。また従来のようにワニスを含んだテープ３４ｃ（図６）を乾燥させ固めるためには、永久磁石３４ｂと共にテープ３４ｃを乾燥炉で１４０～１５０［℃］で１５時間は曝露する必要がある。このため、ワニスが含まれたテープ３４ｃを乾燥させ固める際に、テープ３４ｃと共に永久磁石３４ｂも高温で長時間暴露されてしまい、減磁作用が発生してしまう。
【0040】
これに対し熱収縮チューブ３４ｄは、励磁用ＰＭＧ回転子３４の製造時において、短時間局所的に熱が加えられつつ熱収縮チューブ３４ｄ全体が満遍なく温まるようにドライヤーが動かさられることにより、永久磁石３４ｂ及び励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに固定されるようにした。このため発電機１は、熱収縮チューブ３４ｄにおいて加熱され収縮した箇所はドライヤーによりそれ以上は熱が加えられないため、励磁用ＰＭＧ回転子３４の製造時において熱収縮チューブ３４ｄが加熱される際に永久磁石３４ｂが長時間高温に曝されることを防止し、温度上昇による永久磁石３４ｂの減磁作用を防ぎ、発電量を低下させないようにできる。
【0041】
また、熱収縮チューブ３４ｄに熱が加えられる際に、永久磁石３４ｂにも熱が加わるものの、永久磁石３４ｂが固定されている励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは椀形状であるため、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面からだけでなく内周面３４ａＳｆからも放熱させることができる。このため発電機１は、永久磁石３４ｂの温度上昇をより一層抑えることができる。
【0042】
上述したように発電機１は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａを椀形状とすることにより、中実の略円柱形状とする場合と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａ及び永久磁石３４ｂの冷却性能を向上させることができると共に、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの体積を低減し軽量化させることができる。しかしながら、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａは、中実の略円柱形状である場合と比較して、内部空間３４ａＰが形成されている分、強度は低下する傾向にあり、歪みやすく（変形しやすく）なっている。このため本発明は、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａが、例えば椀形状のように、中実ではなく内部空間３４ａＰが形成されている形状である場合に適用すると、特に有用である。
【0043】
以上の構成によれば発電機１は、磁性鋼板が軸方向Ｄａに積層されて形成された固定子鉄心としての励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａと該励磁用ＰＭＧ固定子鉄心３２ａに設けられたスロットに収められた固定子巻線としての励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂとから構成される励磁用ＰＭＧ固定子３２と、励磁用ＰＭＧ固定子３２の内周側に設けられ回転軸１４に固定された回転子鉄心としての励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａと該励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの外周面に設けられた永久磁石３４ｂとから構成される磁極と、永久磁石３４ｂの外周面に設けられ軸方向Ｄａの一端側及び他端側が開口する円筒形状であり内周側へ向かって収縮した状態で永久磁石３４ｂを内周側へ向けて付勢する熱収縮チューブ３４ｄとを備えた励磁用ＰＭＧ回転子３４とを設けるようにした。
【0044】
このため発電機１は、永久磁石３４ｂの外周側を熱収縮チューブ３４ｄで覆う際に、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａに対し、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って、回転軸中心Ｒａに向かう方向へ均一なテンションをかけることができる。
【0045】
［２．第２の実施の形態］
［２－１．発電機の構成］
第２の実施の形態による発電機（図示せず）は、第１の実施の形態による発電機１と比較して、励磁用ＰＭＧ３０に代わる励磁用ＰＭＧ（図示せず）を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。
［２－１．発電機の構成］
第２の実施の形態による発電機（図示せず）は、第１の実施の形態による発電機１と比較して、励磁用ＰＭＧ３０に代わる励磁用ＰＭＧ（図示せず）を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。
【0046】
［２－２．励磁用ＰＭＧの構成］
［２－２－１．励磁用ＰＭＧ回転子全体の構成］
図３と対応する部材に同一符号を付した図４に示すように、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ３０と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子３４に代わる励磁用ＰＭＧ回転子１３４を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。
［２－２－１．励磁用ＰＭＧ回転子全体の構成］
図３と対応する部材に同一符号を付した図４に示すように、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧは、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ３０と比較して、励磁用ＰＭＧ回転子３４に代わる励磁用ＰＭＧ回転子１３４を有する点において相違するものの、他の点については同様に構成されている。
【0047】
［２－２－２．絶縁リングの構成］
励磁用ＰＭＧ回転子１３４における熱収縮チューブ３４ｄの外周面には、熱収縮チューブ３４ｄの外周面を覆うように、駆動源近接側及び駆動源離隔側の端部が開口した筒状の絶縁リング３４ｅが設けられている。保護部材としての絶縁リング３４ｅは、軸方向Ｄａの長さが熱収縮チューブ３４ｄとほぼ同一であり、径方向Ｄｄの厚さが薄い薄板状であり、軸方向Ｄａに沿った断面（図４（Ａ））が四角形であるため、駆動源近接側の端部から駆動源離隔側の端部までに亘って、径方向Ｄｄの厚さが一定となっている。また絶縁リング３４ｅは、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って連続的に形成されている。この絶縁リング３４ｅは、エポキシガラス積層板や塩化ビニール板等の絶縁板により形成されている。
励磁用ＰＭＧ回転子１３４における熱収縮チューブ３４ｄの外周面には、熱収縮チューブ３４ｄの外周面を覆うように、駆動源近接側及び駆動源離隔側の端部が開口した筒状の絶縁リング３４ｅが設けられている。保護部材としての絶縁リング３４ｅは、軸方向Ｄａの長さが熱収縮チューブ３４ｄとほぼ同一であり、径方向Ｄｄの厚さが薄い薄板状であり、軸方向Ｄａに沿った断面（図４（Ａ））が四角形であるため、駆動源近接側の端部から駆動源離隔側の端部までに亘って、径方向Ｄｄの厚さが一定となっている。また絶縁リング３４ｅは、周方向Ｄｃに沿って全周に亘って連続的に形成されている。この絶縁リング３４ｅは、エポキシガラス積層板や塩化ビニール板等の絶縁板により形成されている。
【0048】
励磁用ＰＭＧ回転子１３４の製造時において、絶縁リング３４ｅは、励磁用ＰＭＧ回転子鉄心３４ａの駆動源離隔側から駆動源近接側に向かって熱収縮チューブ３４ｄの外周面側に嵌め込まれる。絶縁リング３４ｅは、熱収縮チューブ３４ｄの外周側との間に接着剤が塗布されることにより熱収縮チューブ３４ｄに固着し、周方向Ｄｃへの回転が防止される。
【0049】
励磁用ＰＭＧ回転子１３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と比較して、絶縁リング３４ｅにより永久磁石３４ｂの表面をより一層保護することができる。
【0050】
その他の点においても、第２の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子１３４は、第１の実施の形態による励磁用ＰＭＧ回転子３４と同様の作用効果を奏し得る。
【0051】
［３．他の実施の形態］
なお上述した第１の実施の形態において発電機１は、塩化ビニール、シリコンゴム又はフッ素系ポリマー等により形成された熱収縮チューブ３４ｄで永久磁石３４ｂの外周面を覆う場合について述べた。本発明はこれに限らず、発電機１は、例えば、筒状のゴム等の弾性体で永久磁石３４ｂの外周面を覆い、ゴムの通常状態に戻ろうとする弾性力で永久磁石３４ｂを内周方向へ付勢しても良い。また発電機１は、例えば、圧力、光、電流や湿度等、種々の要因により径方向Ｄｄに収縮し、一定量収縮するとそれ以上の径方向Ｄｄへの収縮が止まるような、他の種々の筒状の素材により永久磁石３４ｂの外周面を覆っても良い。第２の実施の形態においても同様である。
なお上述した第１の実施の形態において発電機１は、塩化ビニール、シリコンゴム又はフッ素系ポリマー等により形成された熱収縮チューブ３４ｄで永久磁石３４ｂの外周面を覆う場合について述べた。本発明はこれに限らず、発電機１は、例えば、筒状のゴム等の弾性体で永久磁石３４ｂの外周面を覆い、ゴムの通常状態に戻ろうとする弾性力で永久磁石３４ｂを内周方向へ付勢しても良い。また発電機１は、例えば、圧力、光、電流や湿度等、種々の要因により径方向Ｄｄに収縮し、一定量収縮するとそれ以上の径方向Ｄｄへの収縮が止まるような、他の種々の筒状の素材により永久磁石３４ｂの外周面を覆っても良い。第２の実施の形態においても同様である。
【0052】
また上述した第２の実施の形態において発電機は、エポキシガラス積層板や塩化ビニール板等の絶縁板により絶縁リング３４ｅを形成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、発電機は、他の種々の素材により絶縁リング３４ｅを形成しても良い。その場合、永久磁石３４ｂが発する磁束が遮蔽されてしまうと、励磁用ＰＭＧ固定子巻線３２ｂ側へ向かう磁束が減少して発電量も減少してしまうため、永久磁石３４ｂが発する磁束を遮蔽しないように絶縁リング３４ｅは非磁性体とする必要がある。
【0053】
さらに上述した第２の実施の形態において発電機は、１つの絶縁リング３４ｅを設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、発電機は、径方向Ｄｄへ重なるように２つ以上の所定個数の絶縁リング３４ｅを設けても良い。
【0054】
さらに上述した第２の実施の形態において発電機は、熱収縮チューブ３４ｄの駆動源近接側の端部から駆動源離隔側の端部までに亘って絶縁リング３４ｅを連続的に設ける場合について述べた。本発明はこれに限らず、発電機は、熱収縮チューブ３４ｄの駆動源近接側の端部から駆動源離隔側の端部までの間で絶縁リング３４ｅを所定個数に分割しても良い。
【0055】
さらに上述した第１又は第２の実施の形態においては、励磁用ＰＭＧ３０又は１３０に本発明を適用する場合について述べた。本発明はこれに限らず、他の種々の回転電機に本発明を適用しても良い。
【0056】
さらに本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態に限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施の形態と上述した他の実施の形態の一部又は全部を任意に組み合わせた実施の形態にも本発明の適用範囲が及ぶものである。また本発明は、上述した各実施の形態及び他の実施の形態のうち任意の実施の形態に記載された構成の一部を抽出し、上述した各実施の形態及び他の実施の形態のうちの任意の実施の形態の構成の一部と置換・転用した実施の形態や、抽出された構成の一部を任意の実施の形態に追加した実施の形態にも本発明の適用範囲が及ぶものである。
【0057】
さらに上述した第１の実施の形態においては、固定子としての励磁用ＰＭＧ固定子３２と、回転子としての励磁用ＰＭＧ回転子３４とによって、回転電機としての発電機１を構成する場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる固定子と、回転子とによって、発電機を構成しても良い。第２の実施の形態においても同様である。
【産業上の利用可能性】
【0058】
本発明は、回転子鉄心の外周側に永久磁石が設けられた発電機において利用できる。
【符号の説明】
【0059】
１……発電機、２……原動機、１０……固定子、１０ａ……固定子鉄心、１０ｂ……固定子巻線、１２……回転子、１２ａ……回転子鉄心、１２ｂ……回転子巻線、１４……回転軸、１６……軸受、Ｒａ……回転軸中心、２０……励磁機固定子、２０ａ……励磁機固定子鉄心、２０ｂ……励磁機固定子巻線、２２……励磁機回転子、２２ａ……励磁機回転子鉄心、２２ｂ……励磁機回転子巻線、３０……励磁用ＰＭＧ、３２……励磁用ＰＭＧ固定子、３２ａ……励磁用ＰＭＧ固定子鉄心、３２ｂ……励磁用ＰＭＧ固定子巻線、３４、１３４、２３４……励磁用ＰＭＧ回転子、３４ａ……励磁用ＰＭＧ回転子鉄心、３４ａＢ……底面部、３４ａＳ……側面部、３４ａＢｆ……内側底面、３４ａＳｆ……内周面、３４ａＡ……開口部、３４ａＰ……内部空間、３４ｂ……永久磁石、３４ｃ……テープ、３４ｄ……熱収縮チューブ、３４ｅ……絶縁リング、３６……励磁用ＰＭＧ固定子フレーム、Ｄａ……軸方向、Ｄｄ……径方向、Ｄｃ……周方向。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-12-15
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁性鋼板が軸方向に積層されて形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、
前記固定子の内周側に設けられ回転軸に固定された回転子鉄心と該回転子鉄心の外周面に設けられた永久磁石とから構成される磁極と、前記永久磁石の外周面に設けられ前記軸方向の一端側及び他端側が開口する円筒形状であり内周側へ向かって収縮した状態で前記永久磁石を内周側へ向けて付勢する被覆部材とを備えた回転子と
を有し、
前記回転子鉄心は、前記軸方向の一端側に開口部が形成され、前記軸方向の他端側に底部が形成されている
ことを特徴とする回転電機の回転子。
前記固定子の内周側に設けられ回転軸に固定された回転子鉄心と該回転子鉄心の外周面に設けられた永久磁石とから構成される磁極と、前記永久磁石の外周面に設けられ前記軸方向の一端側及び他端側が開口する円筒形状であり内周側へ向かって収縮した状態で前記永久磁石を内周側へ向けて付勢する被覆部材とを備えた回転子と
を有し、
前記回転子鉄心は、前記軸方向の一端側に開口部が形成され、前記軸方向の他端側に底部が形成されている
ことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項2】
前記被覆部材は、内周側へ向かって一定量収縮してそれ以上内周側へ収縮しない状態である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項3】
前記被覆部材は、熱により内周側に向かって収縮する熱収縮チューブである
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項4】
前記被覆部材の外周側に設けられ前記被覆部材を覆う保護部材
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項5】
前記保護部材は、非磁性体により構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機の回転子。
【請求項6】
前記保護部材は、絶縁材料により構成される
ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の回転子。
ことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の回転子。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0009】
かかる課題を解決するため本発明の回転電機の回転子においては、磁性鋼板が軸方向に積層されて形成された固定子鉄心と該固定子鉄心に設けられたスロットに収められた固定子巻線とから構成される固定子と、固定子の内周側に設けられ回転軸に固定された回転子鉄心と該回転子鉄心の外周面に設けられた永久磁石とから構成される磁極と、永久磁石の外周面に設けられ軸方向の一端側及び他端側が開口する円筒形状であり内周側へ向かって収縮した状態で永久磁石を内周側へ向けて付勢する被覆部材とを備えた回転子とを設け、回転子鉄心は、軸方向の一端側に開口部が形成され、軸方向の他端側に底部が形成されているようにした。