JPH0140295Y2

JPH0140295Y2 -

Info

Publication number: JPH0140295Y2
Application number: JP1983004034U
Authority: JP
Priority date: 1983-01-13
Filing date: 1983-01-13
Publication date: 1989-12-01
Also published as: JPS59109240U

Description

【考案の詳細な説明】この本考案は、たとえば交流発電機等の回転電
機における界磁鉄心の改良に関するものである。

一般に、この種交流発電機として広く使用され
ている形式は電機子を固定子とし、界磁鉄極を回
転子とする同期発電機が多く、この同期発電機の
回転界磁鉄心は第１図に示すような突極形であ
り、けい素鋼板などの薄板鋼板材料をプレス加工
によつて第２図に示すような形状に打抜き、これ
を所定厚さに積層して複数のリベツトにより一体
に固定した磁極片１の鳩尾形突起１ａを、回転軸
２と一体をなす第３図に示すような輻鉄３の外周
に所定間隔をあけて形成された鳩尾形溝４に嵌合
固定して第１図に示すような回転界磁鉄心を製作
しているが、このように構成された従来の回転界
磁鉄心においては、各磁極片１と、この各磁極片
１に巻回された比較的重量の重い界磁コイル（図
示せず）による強大な遠心力に耐え、しかも各磁
極片１の極間ピツチを正確に等間隔に支持する輻
鉄３を製作するに当たつて、相当の手間と費用と
を必要とするばかりでなく、上記磁極片１に巻回
されるコイル（図示せず）の支持手段も比較的面
倒で、しかもこのコイル内への冷却風の流通が悪
いためにコイル温度が上昇し易い欠点がある。

かかる欠点に対処する手段として、第５図に示
すように、けい素鋼板などの薄板鋼板材料をプレ
ス加工により、第５図に示すような形状、すなわ
ち、その中心部に回転軸２を挿入するための中心
孔５と、その外側に冷却空気を流通させるための
通風路６と、外周にコイル（図示せず）を巻回す
るための多数のスロツト７と、このスロツト７の
ない所定数の主極８とをそれぞれ一体に打抜いて
形成し、これを所定厚さに積層して第６図に示す
ように、両側の一対の押え板９，９を介して複数
のリベツト１０により一体に固定して回転界磁鉄
心１２を形成するようにしたものが用いられてい
る。

この鉄心１２のスロツトに、第１３図に示すよ
うな同心状単層巻の界磁コイル３０が挿入され
る。この挿入される状態を模式的に第１６図に示
す。この場合、コイル３０の幅Ｌは、実際にはコ
イルの内周側（下部）がＬ１，外周側（上部）が
Ｌ２であり、Ｌ２＞Ｌ１となつていて、このコイ
ルを２個のスロツト７，７にまたがつて挿入しよ
うとするときは、内周側の幅Ｌ１とＬ２に拡げる
ようにして挿入しなければならないので、挿入作
業は面倒であり、又、絶縁物がマイカ等を含むと
きは破損するおそれがあつた。

第７図は以上述べた回転界磁鉄心１２の具体例
を示すもので、４個の主極８のそれぞれの周方向
の幅はスロツト７の４個分をスキツプするととも
に、各主極８間は６個のスロツト７を形成してお
り、上記各主極８には同芯界磁コイル（単層巻コ
イル）（図示せず）を３個巻線し、各主極８の極
性が「Ｎ」「Ｓ」「Ｎ」「Ｓ」となるように形成さ
れており、上記スロツト７、および各主極８にお
いてスキツプしたスロツト７のピツチＰはすべて
一定になされており、このように構成された円筒
形においては、上述した従来の突極形よりも製作
しやすく、しかもコイルの冷却、およびコイルの
鉄心への装着手段は巻線形誘導機ロータ、あるい
は直流機電機子とほぼ同一である。ただし、巻線
形誘導機と直流機が何れも２層巻ダイヤモンドコ
イルが多いが、円筒形同期機においては、主極に
巻回される同芯巻単層コイルである相違はある
が、コイルエンドのバインド構造は類似手法によ
つて処理されている。そして、この円筒形同期機
の励磁電流は、直流を使用するから、回転界磁鉄
心１２は必ずしも積層する必要はない。

この考案は、かかる点に着目してなされたもの
で、工作が簡単で生産性が高く、しかも電気的持
性の優れた回転電機の界磁鉄心を提供しようとす
るものである。

すなわち、第８図はこの考案の一実施例を示す
斜視図で、１３は厚さｔが、５〜100ｍ／ｍの厚
鋼板によつて作られた回転界磁鉄心で、外周のス
ロツト１４と、各主極１５は、５〜10枚重ねられ
た厚鋼板材料を倣いガス切断、プラズマ切断、ま
たはレーザ切断等の高エネルギー密度切断手段に
よつて形紙と同一の形状に同時に切り抜くように
なされており、また中心孔１６，通風路１７，お
よびキー溝１８も同様に倣いガス切り機によつて
切り抜くようになされている。ただし、上記中心
孔１６の内周、キー溝１８、および鉄心１３の外
周は機械加工によつて高精度に仕上げられること
はいうまでもない。

以上のように所定の形状に切除して作られた複
数の回転界磁鉄心１３は、第９図に示すように、
回転軸１９に挿入されるとともに、各鉄心１３間
には通風ダクト２０が形成され、その各通風ダク
ト２０のそれぞれのギヤツプ寸法は、電機子と界
磁コイルのジユール熱による温度上昇に対応して
温風できるように、適宜調節し得られるように構
成されている。また、上記各回転界磁鉄心１３の
厚さｔも、すべてが同一ではなく、通風と、発生
熱量、および磁束通過量に対応して適宜選択し得
るようになされている。

このようにして回転軸１９に複数個の界磁鉄心
１３を、通風ダクト２０を形成するように間隔を
おいて嵌着固定したのちにこの界磁鉄心１３のス
ロツトに、第１３図に示すような界磁コイル３０
を挿入する。このようにして、第１４図に示す回
転子が形成される。

この場合、、第９図に示すように、鉄心１３の
厚さｔ又は通風ダクト２０の間隔を必要に応じて
変化できるので、通風量の選択が自由にでき、例
えば、鉄心やコイルの軸方向中心部の温度を軸方
向端部並みに下げることができ、コイルや鉄心の
冷却がより有効にできるようになる。

この考案は回転界磁鉄心は、上述したように比
較的厚さの厚い厚鋼板を用い、この厚鋼板を複数
枚重ねて倣いガス切断機により所定の形状に同時
に切り抜くことができるので、工作が簡単で工期
短縮等の生産性が著しく高く、しかも電気的およ
び磁気的特性の優れた回転電機の界磁鉄心を提供
することができるばかりでなく、回転軸に挿入し
た複数の各界磁鉄心間に通風ダクトを形成するよ
うにしたので、この各通風ダクトのそれぞれのギ
ヤツプ寸法は、電機子と界磁コイルのジユール熱
による温度上昇に対応して通風できるように適宜
調節することができる効果もある。また、この考
案の界磁鉄心は、従来のように、けい素鋼板など
の薄板鋼板材料をプレス加工によつて製作するよ
うにしたものと比較して、主極１５と、スロツト
１４の形状、およびその配置に自由性があり、設
計変更が容易であるばかりでなく、専用工具が不
必要になる効果も有している。さらに、上記倣い
ガス切断機による厚鋼板の切断速度は0.3ｍ〜0.5
ｍ／分であるから、厚鋼板を同時に５〜10枚切断
するものとすると、その製作速度が著しく短縮さ
れるとともに、鉄心１３の厚さが厚いので、これ
の積層作業時間もそれまた短縮され、界磁鉄心の
製作費の低減に貢献するところきわめて大であ
る。さらに、またこの考案は厚鋼板をガス切断、
またはプラズマ切断、、またはレーザ切断等の高
エネルギー密度切断手段によつて切断するように
したので、鋼板の材種に制限がなく、安価な市販
の高強度鋼板も使用できる効果もある。

なお、第１０図〜第１２図は何れもこの考案の
他の実施例を示すもので、第１０図は主極１５間
の間隔Ｔ内における各スロツト１４を、巻線する
コイル本数に対応してそのサイズを変えると共
に、主極１５とスロツト１４のエアーギヤツプを
変えて、リアクタンスのうち、直軸と比較して横
軸リアクタンスを小さくし、発電機の特性を向上
させるようにしたもので、スロツトのサイズと、
コイル本数を調整する目的は、主極間隔Ｔにおけ
る起磁力を正弦波に近づけるためである。また、
この第１０図における回転界磁鉄心におけるスロ
ツト１４の深さは、主極間中央部において浅くな
されているので、磁束通路として必要なコアー寸
法の内径部は通風路１７を広くすることが可能で
ある。すなわち、各スロツト１４を同一形状、同
一寸法に形成しないことによつて磁束通路の寸法
ＡとＢとをほぼ等しくすることができる。なお、
スロツト１４の中心線は、通常、鉄心の中心
「Ｏ」を通るように形成されているが、この考案
においては第１０図に示すように、中心線「Ｏ」
を通らないで、スロツト１４は主極１５の中心線
にほぼ平行に形成されている。

第１５図は第１０図の鉄心に界磁コイルが挿入
された状態を模式的に示す。この例では、第１７
図に示すように、スロツト１４に挿入される界磁
コイル３１（第１３図に示されるような同心状コ
イル）は、両線輪辺が平行に形成できるもので、
スロツトに挿入するときに、従来のもののよう
に、両線輪片を間隔を拡げて挿入したりする面倒
な作業が不必要となり、コイルの破損が生じるお
それもなくなる。

次に、第１１図は主極間隔Ｔ内におけるスロツ
ト１４のピツチP₁〜P₆を変えて界磁起磁力を強
化させるようにしたものであり、さらに、第１２
図は、上記第１０図に示す回転界磁鉄心に更に改
良を加え、各主極１５に大きな突極性を持たせて
界磁コイルを円筒形に形成するようにしたもの
で、何れも上述した実施例と同様の効果を奏する
だけでなくさらに第１０図、第１２図の実施例の
ものでは、主極１５の外径に比べて、スロツト１
４相互間の歯部の外径を若干小さく形成してい
る。即ち、固定子鉄心と回転子との径方向空隙
は、歯部の方が主極部分に比べて広くなつている
ので、不要なリアクタンスが減つて発電機等の特
性が向上する。

また、第１０図の実施例のものでは、スロツト
寸法を全部等しくせず違えており、コイル片の寸
法（コイル断面積）が変えられることになり、主
極間隔における起磁力がより正弦波に近くなつて
特性向上につながる。

以上のように、この考案によれば次のような効
果がある。

(a) 厚板から高エネルギー加工法で、外周やスロ
ツト、内周穴を加工できるので、手早くでき、
従来の鉄心板打抜きのものに比べて材料費も安
価となる。

(b) スロツトサイズや形状を必要に応じて任意に
変えられるので、特性を任意に選べる（従来の
ものは、スロツトサイズは通常１種類となつて
いる）。

(c) スロツトの方向も放射状とせず、主極に平行
に形成したりすることが自由にできる（スロツ
ト打抜きでないため）。

(d) スロツト底と内周側の径方向寸法（例えば、
第１５図で寸法Ｈ）は、鉄心板の打抜き（打抜
き工具を必要とする）と異なつて、高エネルギ
ー加工法採用のため、自由に選ぶことができ、
磁束密度を任意にとることができる。

(e) (c)に言及したように、打抜き鉄心と異なるか
ら、、スロツトを放射状に、かつ、等ピツチに
配置しなければならないということがなく、回
転電機として最適のスロツト配置（即ち、コイ
ル配置）が可能となる。

(f) 通風ダクトの軸方向間隔が自由に選べる。

(g) 板厚を変えることにより、鉄心の軸方向寸法
（厚さ）を、端部を厚く、中央部をうすくした
りすることができる。(f)，(g)によつて回転子の
温度上昇を軸方向に均等にできる。

(h) 打抜工具のように高価なものが不要で、設計
変更、改良が任意である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は何れも従来の回転界磁鉄心を
示すもので、第１図は回転界磁鉄心の正面図、第
２図は磁極片の正面図、第３図は輻鉄の斜視図、
第４図は断面図である。第５図〜第７図は同じく
従来の回転界磁鉄心を示すもので、第５図は正面
図、第６図は断面図、第７図は第５図の鉄心の具
体例を示す正面図である。第８図および第９図は
何れもこの考案の一実施例を示すもので、第８図
は斜視図、第９図は断面図である。第１０図〜第
１２図はこの考案は他の実施例を示す正面図であ
る。第１３図は従来の界磁鉄心へのコイル挿入模
式図、第１４図は本考案の回転界磁鉄心の断面
図、第１５図は第１０図の鉄心への界磁コイル挿
入模式図、第１６図は従来の鉄心とコイルの関係
を示す斜視図、第１７図は本考案の一実施例の鉄
心とコイルの関係を示す斜視図である。図面中、１３は回転界磁鉄心、１４はスロツ
ト、１５は主極、１６は中心孔、１７は通風路、
１１はキー溝である。なお、図中同一符号は同一
又は相当部分を示す。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 比較的厚さの厚い厚鋼板を高エネルギー密度
切断手段により所定の形状に切断して主極と、
スロツトと通風路等を形成した複数の界磁鉄心
を回転軸に挿入するとともに、この各界磁鉄心
間に通風ダクトを形成したことを特徴とする回
転電機の界磁鉄心。 (2) 各界磁鉄心の厚さは、すべてが同一か、また
は同一でないことを特徴とする実用新案登録請
求の範囲第１項記載の回転電機の界磁鉄心。 (3) 厚鋼板の厚さが５〜100ｍ／ｍであることを
特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
の回転電機の界磁鉄心。 (4) 高エネルギー密度切断手段として、倣いガス
切断、プラズマ切断、またはレーザ切断を用い
たことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
１項記載の回転電機の界磁鉄心。