JP6907609B2 - 回転電機 - Google Patents

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Description

本発明は、コイル押さえ部材を備えた回転電機に関する。
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。
突極形回転子は、回転軸に対して径方向外側に突出する突部を有する鉄心と当該鉄心の突部に巻き付けら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。
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ため、回転電機には、種々の冷却構造が設けられている。突極形回転電機に設けられる冷却構造としては、例えば、冷却媒体を磁極間の空間(磁極間空間)に供給して流通させることにより、当該磁極間空間に臨んで配置された回転子巻線等の回転電機各部を冷却するものがある。
特開2008−283737号公報
しかし、コイル押さえ部材を備えた突極形回転電機においては、コイル押さえ部材が磁極間空間を軸方向に流れる冷却媒体の抵抗となり、回転電機における冷却媒体の流通効率すなわち冷却効率が低下してしまう虞がある。
ここで、コイル押さえ部材を備えた突極形回転電機における冷却効率を向上させる技術として、例えば、特許文献1に記載のものがある。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ことにより、冷却風を通風溝に流通させて界磁コイルの温度上昇を抑制することが記載されている。
しかし、特許文献1に記載の回転電機においても、コイルブラケット(コイル押さえ部材)が周方向において隣接した界磁コイル(磁極)間の空間を軸方向に流れる冷却風(冷却媒体)の抵抗となるため、回転電機における冷却風の流通効率すなわち冷却効率が低下してしまう虞がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、コイル押さえ部材を備えた回転電機における冷却効率を向上させることを目的とする。
上記課題を解決する第一の発明に係る回転電機は、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、径方向外側へ突出した複数の突部が周方向に沿って配置される鉄心と、前記突部の外周部に巻き付けられる巻線と、前記巻線間に設けられるコイル押さえ部材と、前記コイル押さえ部材において前記巻線と対向する第一の面に形成され、径方向内側から径方向外側へ延びる溝部と、前記コイル押さえ部材を軸方向に貫通する第一の貫通孔とを備えたことを特徴とする。
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、前記第一の貫通孔は、前記溝部と連通して形成されるものであることを特徴とする。
上記課題を解決する第三の発明に係る回転電機は、第一または第二の発明に係る回転電機において、前記コイル押さえ部材は、前記溝部および前記第一の貫通孔と連通する第二の貫通孔を有するものであることを特徴とする。
上記課題を解決する第四の発明に係る回転電機は、第三の発明に係る回転電機において、前記溝部は、前記コイル押さえ部材における前記固定子と対向する第二の面に臨む溝部開口を有するものであり、前記第二の貫通孔は、前記第二の面に臨む貫通孔開口を有するものであり、前記貫通孔開口と前記固定子との距離は、前記溝部開口と前記固定子との距離よりも長いことを特徴とする。
第一の発明に係る回転電機によれば、冷却媒体が溝部および第一の貫通孔に流通されるので、コイル押さえ部材および巻線の冷却効率を向上させることができる。また、第一の貫通孔がコイル押さえ部材の軸方向に貫通して形成されているので、周方向において隣接する巻線(磁極)間を軸方向に流れる冷却媒体の抵抗を低減することができる。つまり、回転電機における冷却媒体の流通効率および冷却効率を向上させることができる。
第二の発明に係る回転電機によれば、第一の貫通孔が溝部と連通することにより、溝部を流れる冷却媒体の一部が第一の貫通孔に流入する、または、第一の貫通孔を流れる冷却媒体の一部が溝部に流入することとなるので、溝部および第一の貫通孔を流れる冷却媒体の流通効率を向上させることができる。
第三の発明に係る回転電機によれば、第二の貫通孔が溝部および第一の貫通孔と連通することにより、溝部を流れる冷却媒体の一部が第一の貫通孔および第二の貫通孔に流入する、第一の貫通孔を流れる冷却媒体の一部が溝部および第二の貫通孔に流入する、または、第二の貫通孔を流れる冷却媒体の一部が溝部および第一の貫通孔に流入することとなるので、溝部、第一の貫通孔および第二の貫通孔を流れる冷却媒体の流通効率を向上させることができる。
第四の発明に係る回転電機によれば、第二の貫通孔がコイル押さえ部材と固定子との隙間(ギャップ)の大きい箇所に開口することとなるので、当該第二の貫通孔を流れる冷却媒体の流通抵抗を低減することができる。つまり、回転電機における冷却媒体の流通効率および冷却効率を向上させることができる。
実施例1に係る回転電機の構造を示す説明図である。 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矢視図)である。 実施例2に係る回転電機の構造を示す説明図である。 実施例2に係る回転電機の構造を示す説明図(図1におけるIV矢視図)である。 実施例3に係る回転電機の構造を示す説明図である。 実施例3に係る回転電機の構造を示す説明図(図1におけるVI矢視図)である。
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]
本発明の実施例1に係る回転電機の構造について、図1および図2を参照して説明する。
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略円筒形状の固定子11と、この固定子11の径方向内側に配置されて当該固定子11に対して回転可能な回転子12とが設けられている。回転電機1においては、電気の磁気作用によって固定子11と回転子12との間に生じる反発力および吸引力を利用することにより、回転子12が固定子11に対して回転される。
回転子12には、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21と、この回転子鉄心21に巻装される回転子巻線22とが設けられている。回転子鉄心21は、回転中心部を構成する軸部21aと、この軸部21a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21bとから概略構成されており、複数の突部21bは、周方向に沿って等角度(本実施例においては、90°)間隔で配置されている。
回転子巻線22は、突部21bの外周部に巻き付けられており、突部21bの先端部(径方向外側端部)には、回転子巻線22の逸脱を防止する頭部23が取り付けられている。頭部23は、その外周部が突部21b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22を径方向外側から覆っている。
回転電機1においては、突部21bと頭部23と回転子巻線22とによって磁極12aが構成されており、この磁極12aは、周方向に沿って等角度(本実施例においては、90°)間隔で複数(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。
図1に示すように、回転子12には、当該回転子12の回転動作時の遠心力によって回転子巻線22の変形を防止するためのコイル押さえ部材24およびコイル支え部材25が設けられている。コイル押さえ部材24は、回転子12の回転軸方向(軸方向)と直交する横断面が台形(略三角形)を成しており、周方向に隣接する磁極12a(回転子巻線22)間において、その幅方向外側端面(第一の面)24aが周方向に隣接する回転子巻線22の周方向外側端面22aと対向するように配置されている。コイル支え部材25は、軸方向と直交する横断面が台形を成しており、周方向に隣接する磁極12a(回転子巻線22)間において、その幅方向外側端面25aが周方向に隣接する回転子巻線22の径方向内側端面22bと対向するように配置されている。
また、コイル押さえ部材24とコイル支え部材25とは、回転子巻線22の角部を挟持するように、ボルト31で連結されている。なお、コイル押さえ部材24およびコイル支え部材25は、それぞれ絶縁板41,42を介して回転子巻線22と当接している。
図1および図2に示すように、コイル押さえ部材24には、ボルト31を挿通可能なボルト孔51が当該コイル押さえ部材24の幅方向(図2においては、上下方向)中央部に位置すると共に軸方向(図2においては、左右方向)に並んで複数(本実施例においては、二つ)設けられている。ボルト31がボルト孔51に挿入され、当該ボルト31の先端がコイル支え部材25に設けられたタップ穴61に螺合されることにより、コイル押さえ部材24とコイル支え部材25とが連結されている。
また、コイル押さえ部材24の幅方向外側端面24aには、径方向内側から径方向外側へ延びる溝部52が形成されている。溝部52は、各幅方向外側端面24aにおいて軸方向に並んで複数(本実施例においては、二つずつ)設けられており、冷却空気(冷却媒体)を軸方向と直交する方向であって回転子巻線22における鋼板積層方向(回転子巻線22を構成する鋼板が積層される方向)に流通可能な流路として機能する。回転電機1においては、冷却空気が溝部52を流れることにより、コイル押さえ部材24および回転子巻線22が冷却される。
また、コイル押さえ部材24には、当該コイル押さえ部材24を軸方向に貫通する貫通孔(第一の貫通孔)53が形成されている。貫通孔53は、当該コイル押さえ部材24の幅方向に並んで複数(本実施例においては、二つ)設けられており、冷却空気(冷却媒体)を軸方向に流通可能な流路として機能する。回転電機1においては、冷却空気が貫通孔53を流れることにより、コイル押さえ部材24が冷却される。なお、貫通孔53は、コイル押さえ部材24における幅方向外側端面24aから離間した位置であって、ボルト孔51と溝部52との間に形成されている。
本発明の実施例1に係る回転電機の動作について、図1および図2を参照して説明する。
回転電機1が動作され、回転子12が固定子11に対して回転されると、この回転子12の回転動作に伴って図示しないファンが回転される(図1参照)。そして、図示しない冷却媒体供給装置によって供給される冷却空気(冷却媒体)は、図示しないファンの回転動作により、周方向において隣接した磁極12a(回転子巻線22)間の空間(磁極間空間)Sに供給され、この磁極間空間S内を軸方向に流れる(図2参照)。
磁極間空間S内に供給された冷却空気は、軸方向一方側(図2においては、左方側)からコイル押さえ部材24に向けて流れ、当該コイル押さえ部材24に達すると、コイル押さえ部材24の径方向外側の空間(径方向外側空間)S1および径方向内側の空間(径方向内側空間)S2(図1参照)とコイル押さえ部材24に設けられた貫通孔53とを通って当該コイル押さえ部材24の軸方向他方側(図2においては、右方側)へ向けて流れる。
また、磁極間空間S内に供給された冷却空気であってコイル押さえ部材24の径方向内側の空間S2(または、径方向外側の空間S1)に流入した冷却空気は、コイル押さえ部材24に設けられた溝部52を通って当該コイル押さえ部材24の径方向外側の空間S1(または、径方向内側の空間S2)へ向けて流れる(図1参照)。
本実施例によれば、コイル押さえ部材24に貫通孔53を形成することにより、冷却空気に晒されるコイル押さえ部材24の表面積が増大されるので、コイル押さえ部材24の冷却効率を向上させることができる。
また、磁極間空間Sにおいて軸方向に流れる冷却空気は、径方向外側空間S1および径方向内側空間S2だけでなく、貫通孔53を通って当該コイル押さえ部材24の軸方向一方側から軸方向他方側へ流れるので、磁極間空間Sを軸方向に流れる冷却空気の抵抗を低減し、回転電機1における冷却空気の流通効率すなわち冷却効率を向上させることができる。
また、コイル押さえ部材24に溝部52を形成することにより、当該溝部52(コイル押さえ部材24と回転子巻線22との間)においてコイル押さえ部材24および回転子巻線22が冷却空気に晒されるので、コイル押さえ部材24および回転子巻線22の冷却効率を向上させることができる。
なお、回転電機1においては、周方向に隣接する磁極12a(回転子巻線22)間に設けられるコイル押さえ部材24の数量、形状、位置、ならびに、当該コイル押さえ部材24に設けられる溝部52および貫通孔53の数量、形状、位置を、回転機巻線22の巻数(周方向外側端面22aの面積)や軸方向長さ、ならびに、冷却空気の流速や流量等に応じて、適宜設定することが可能である。
また、回転電機1においては、コイル押さえ部材24を、コイル支え部材25と連結されるものとせず、例えば、ボルト31によって回転子鉄心21の軸部21aに直接固定されるものとしても良い。
[実施例2]
本発明の実施例1に係る回転電機の構造について、図3および図4を参照して説明する。
本実施例に係る回転電機は、本発明の実施例1に係る回転電機と同様に四極の突極形回転電機であり、コイル押さえ部材124の構成を除いて、本発明の実施例1に係る回転電機と同様な構成を有するものである。よって、本実施例に係る回転電機における実施例1と同様な構成に対する重複説明は適宜省略する。
図3に示すように、回転電機101には、突部21bと頭部23と回転子巻線22とによって構成される磁極12aを備えた回転子112が設けられており、この回転子112には、周方向において隣接する磁極12a(回転子巻線22)間に配置されるコイル押さえ部材124が設けられている。
図3および図4に示すように、コイル押さえ部材124には、ボルト31を挿通可能なボルト孔151が当該コイル押さえ部材124の幅方向(図4においては、上下方向)中央部に位置すると共に軸方向(図4においては、左右方向)に並んで複数(本実施例においては、二つ)設けられている。ボルト31がボルト孔151に挿入され、当該ボルト31の先端がコイル支え部材25に設けられたタップ穴61に螺合されることにより、コイル押さえ部材124とコイル支え部材25とが連結されている。
また、コイル押さえ部材124の幅方向外側端面(第一の面)124aには、径方向内側から径方向外側へ延びる溝部152が形成されている。溝部152は、各幅方向外側端面124aにおいて軸方向に並んで複数(本実施例においては、二つずつ)設けられており、冷却空気(冷却媒体)を軸方向と直交する方向であって回転子巻線22における鋼板積層方向(回転子巻線22を構成する鋼板が積層される方向)に流通可能な流路として機能する。回転電機101においては、冷却空気が溝部152を流れることにより、コイル押さえ部材124および回転子巻線22が冷却される。
また、コイル押さえ部材124には、当該コイル押さえ部材124を軸方向に貫通する貫通孔(第一の貫通孔)153が形成されている。貫通孔153は、当該コイル押さえ部材124の幅方向に並んで複数(本実施例においては、二つ)設けられており、冷却空気(冷却媒体)を軸方向に流通可能な流路として機能する。回転電機101においては、冷却空気が貫通孔153を流れることにより、コイル押さえ部材124が冷却される。
ここで、貫通孔153は、コイル押さえ部材124における幅方向外側端面124aの近傍に配置され、溝部152と交わって形成されている。具体的には、貫通孔153は、その中間部において溝部152と交差して形成されており、貫通孔153と溝部152とが連通している。よって、回転電機101の動作時には、溝部152を流れる冷却媒体の一部が貫通孔153に流入する、または、貫通孔153を流れる冷却媒体の一部が溝部152に流入することとなり、溝部152および貫通孔153を流れる冷却媒体の流通効率が相乗的に向上される。
本実施例によれば、溝部152と貫通孔153とを交わって(連通して)設けることにより、前述した本発明の実施例1に係る回転電機による作用効果に加え、磁極間空間Sにおける冷却媒体の流通効率を更に向上させ、回転電機101全体の冷却効率を更に向上させることができる。
[実施例3]
本発明の実施例3に係る回転電機の構造について、図5および図6を参照して説明する。
本実施例に係る回転電機は、本発明の実施例1に係る回転電機と同様に四極から成る突極形回転電機であり、コイル押さえ部材224の構成を除いて、本発明の実施例1に係る回転電機と同様な構成を有するものである。よって、本実施例に係る回転電機における実施例1と同様な構成に対する重複説明は適宜省略する。
図5に示すように、回転電機201には、突部21bと頭部23と回転子巻線22とによって構成される磁極12aを備えた回転子212が設けられており、この回転子212には、周方向において隣接する磁極12a(回転子巻線22)間に配置されるコイル押さえ部材224が設けられている。
図5および図6に示すように、コイル押さえ部材224には、ボルト31を挿通可能なボルト孔251が当該コイル押さえ部材224の幅方向(図6においては、上下方向)中央部に位置すると共に軸方向(図6においては、左右方向)に並んで複数(本実施例においては、二つ)設けられている。ボルト31がボルト孔251に挿入され、当該ボルト31の先端がコイル支え部材25に設けられたタップ穴61に螺合されることにより、コイル押さえ部材224とコイル支え部材25とが連結されている。
また、コイル押さえ部材224の幅方向外側端面(第一の面)224aには、径方向内側から径方向外側へ延びる溝部252が形成されている。溝部252は、各幅方向外側端面224aの軸方向中央部に位置して設けられており、冷却空気(冷却媒体)を軸方向と直交する方向であって回転子巻線22における鋼板積層方向(回転子巻線22を構成する鋼板が積層される方向)に流通可能な流路として機能する。回転電機201においては、冷却空気が溝部252を流れることにより、コイル押さえ部材224および回転子巻線22が冷却される。
また、コイル押さえ部材224には、当該コイル押さえ部材224を軸方向に貫通する第一の貫通孔253が形成されている。第一の貫通孔253は、当該コイル押さえ部材224の幅方向に並んで複数(本実施例においては、二つ)設けられており、冷却空気(冷却媒体)を軸方向に流通可能な流路として機能する。回転電機201においては、冷却空気が第一の貫通孔253を流れることにより、コイル押さえ部材224が冷却される。
また、コイル押さえ部材224には、当該コイル押さえ部材224を高さ方向(略径方向)に貫通する第二の貫通孔254が形成されている。第二の貫通孔254は、当該コイル押さえ部材224の幅方向に並んで複数(本実施例においては、二つ)設けられており、冷却空気を軸方向と直交する方向であって当該コイル押さえ部材224の高さ方向(略径方向)に流通可能な流路として機能する。回転電機201においては、冷却空気が第二の貫通孔254を流れることにより、コイル押さえ部材224が冷却される。
ここで、第二の貫通孔254は、溝部252および第一の貫通孔253と交わって形成されている。具体的には、第二の貫通孔254は、その中間部において第一の貫通孔253と交差すると共に、その一端が溝部252に臨んで開口するように形成されており、溝部252と第一の貫通孔253と第二の貫通孔254とが連通(溝部252と第一の貫通孔253とが第二の貫通孔254を介して連通)している。よって、回転電機201の動作時には、溝部252を流れる冷却媒体の一部が第一の貫通孔253および第二の貫通孔254に流入する、第一の貫通孔253を流れる冷却媒体の一部が溝部252および第二の貫通孔254に流入する、または、第二の貫通孔254を流れる冷却媒体の一部が溝部252および第一の貫通孔253に流入することとなり、溝部252、第一の貫通孔253および第二の貫通孔254を流れる冷却媒体の流通効率が相乗的に向上される。
また、コイル押さえ部材224における固定子11と対向する面(径方向外側端面、第二の面)224bは、平ら(平面)に形成されている。よって、溝部252が径方向外側端面224b(径方向外側空間S1)に臨む開口部(溝部開口)252aは、固定子11の内周面11aに近接している(D252<D254)のに対し、第二の貫通孔254が径方向外側端面224b(径方向外側空間S1)に臨む開口部(貫通孔開口)254aは、固定子11の内周面11aから離間している(D254>D252)。
つまり、溝部252は、当該コイル押さえ部材224(径方向外側端面224b)と固定子11(内周面11a)とのギャップ(D252)が小さい箇所に開口している(開口部252aを有している)のに対し、第二の貫通孔254は、当該コイル押さえ部材224(径方向外側端面224b)と固定子11(内周面11a)とのギャップ(D254)が大きい箇所に開口している(開口部254aを有している)。
本実施例によれば、溝部252と第一の貫通孔253と第二の貫通孔254とを交わって(連通して)設けることにより、前述した本発明の実施例1に係る回転電機による作用効果に加え、磁極間空間Sにおける冷却媒体の流通効率を更に向上させ、回転電機201全体の冷却効率を更に向上させることができる。
また、第二の貫通孔254を当該コイル押さえ部材224(径方向外側端面224b)と固定子11(内周面11a)とのギャップが大きい箇所に開口して設けることにより、当該第二の貫通孔254を流れる冷却空気の流通抵抗が低減されるので、当該第二の貫通孔254を流れる冷却空気の流量を増大し、回転電機201における冷却空気の流通効率すなわち冷却効率を更に向上させることができる。
もちろん、本発明に係る回転電機は、本実施例のように、第二の貫通孔254をその中間部において第一の貫通孔253と交差すると共に一端が溝部252に臨んで開口するように形成するものに限定されない。本発明に係る回転電機におけるコイル押さえ部材として、例えば、溝部と第一の貫通孔と第二の貫通孔とが同じ箇所で交わって形成されたものであっても良い。
1 回転電機
11 固定子
11a 固定子の内周面
12 回転子
12a 磁極
21 回転子鉄心
21a 回転子鉄心の軸部
21b 回転子鉄心の突部
22 回転子巻線
22a 固定子巻線の周方向外側端面
22b 回転子巻線の径方向内側端面
23 頭部
24 コイル押さえ部材
24a コイル押さえ部材の幅方向外側端面(第一の面)
25 コイル支え部材
25a コイル支え部材の幅方向外側端面
31 ボルト
41 絶縁板
42 絶縁板
51 コイル押さえ部材のボルト孔
52 コイル押さえ部材の溝部
53 コイル押さえ部材の貫通孔(第一の貫通孔)
61 コイル支え部材のタップ穴
101 回転電機
112 回転子
124 コイル押さえ部材
124a コイル押さえ部材の幅方向外側端面(第一の面)
151 コイル押さえ部材のボルト孔
152 コイル押さえ部材の溝部
153 コイル押さえ部材の貫通孔(第一の貫通孔)
201 回転電機
212 回転子
224 コイル押さえ部材
224a コイル押さえ部材の幅方向外側端面(第一の面)
224b コイル押さえ部材の径方向外側端面(第二の面)
251 コイル押さえ部材のボルト孔
252 コイル押さえ部材の溝部
252a 溝部の開口部(溝部開口)
253 コイル押さえ部材の第一の貫通孔
254 コイル押さえ部材の第二の貫通孔
254a 第二の貫通孔の開口部(貫通孔開口)

Claims (4)

  1. 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、径方向外側へ突出した複数の突部が周方向に沿って配置される鉄心と、
    前記突部の外周部に巻き付けられる巻線と、
    前記巻線間に設けられるコイル押さえ部材と、
    前記コイル押さえ部材において前記巻線と対向する第一の面に形成され、径方向内側から径方向外側へ延びる溝部と、
    前記コイル押さえ部材を軸方向に貫通する第一の貫通孔と
    を備え
    前記第一の貫通孔は、前記溝部と連通して形成されるものである
    ことを特徴とする回転電機。
  2. 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、径方向外側へ突出した複数の突部が周方向に沿って配置される鉄心と、
    前記突部の外周部に巻き付けられる巻線と、
    前記巻線間に設けられるコイル押さえ部材と、
    前記コイル押さえ部材において前記巻線と対向する第一の面に形成され、径方向内側から径方向外側へ延びる溝部と、
    前記コイル押さえ部材を軸方向に貫通する第一の貫通孔と
    を備え
    前記コイル押さえ部材は、前記溝部および前記第一の貫通孔と連通する第二の貫通孔を有するものである
    ことを特徴とす回転電機。
  3. 前記コイル押さえ部材は、前記溝部および前記第一の貫通孔と連通する第二の貫通孔を有するものである
    ことを特徴とする請求項に記載の回転電機。
  4. 前記溝部は、前記コイル押さえ部材における前記固定子と対向する第二の面に臨む溝部開口を有するものであり、
    前記第二の貫通孔は、前記第二の面に臨む貫通孔開口を有するものであり、
    前記貫通孔開口と前記固定子との距離は、前記溝部開口と前記固定子との距離よりも長い
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の回転電機。
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