(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子巻線を備えた回転子軸と、該回転子軸の端部に形成されたジャーナル部と、該ジャーナル部の中心に形成された中心孔と、該中心孔に挿入され、前記回転子巻線にそれぞれ接続される一対の界磁導体と、を有する回転電機の回転子において、
一対の前記界磁導体は、
前記中心孔内において絶縁部材により互いに隔離されるとともに、
前記回転子軸の回転による遠心力を受けて前記ジャーナル部の内径部を押す力が少なくとも４方向に分散され、この押す力による前記ジャーナル部の水平方向の変形量と垂直方向の変形量とが一致するように、外周面の少なくとも一部分が前記内径部との間に空隙を有する形状であることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機の回転子において、
一対の前記界磁導体は、
断面が略半円形状の導体であり、少なくとも前記ジャーナル部に位置する部分で、半円形状の円弧先端部が削られた形状であることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機の回転子において、
前記ジャーナル部は、その外径が前記回転子軸の外径よりも細くなるように形成されていることを特徴とする回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転子軸の中心部に界磁導体を有する回転電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機では、回転子軸の中心部に界磁導体を設け、発電機回転子巻線と励磁機又はスリップリング間を界磁導体により電気的に接続することが行われている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
従来のタービン発電機等の回転電機の構成を図６、図７に基づいて説明する。
図６は従来の回転電機の回転子の構造を示す図である。図７は、図６に示した回転子のジャーナル部の要部断面図である。
【０００４】
図６において、１は回転子軸、２は回転子、３はジャーナル部、４a、４bは界磁導体を示している。また、図７において、５は絶縁筒、６は絶縁部材、７a、７bは界磁導体４a、４bの円弧先端部を示している。絶縁筒５は、界磁導体４a、４bが回転子軸１に電気的に接続されることを防止するためのものであり、同様の機能を有するものであれば、絶縁筒でなくても良い。
【０００５】
界磁導体４a、４bは、回転子２に設けられた回転子巻線と励磁機又はスリップリング間を接続するために構造的に二分割されており、回転子軸１の中心部に設けられた絶縁筒５内に、絶縁部材６を挟んで挿入されている。
【０００６】
また、回転子軸１に設けられているジャーナル部３は、回転子軸１の軸受（図示せず）が取り付けられるために、回転子軸１よりも径が細く構成されている。
図８は、このように構成されたジャーナル部の回転時における変形を説明するための要部断面図である。界磁導体４a、４bは二分割されているために回転時の遠心力Ｆは図示の方向に作用し、界磁導体４a、４bの円弧先端部７a、７ｂが絶縁筒５を介して回転子軸内径部を押すことから、図８のとおり、回転子軸ジャーナル部３は長円形に変形する。
【０００７】
ジャーナル部３付近は軸振動を計測する部位でもあるため、回転子軸ジャーナル部３が長円形に変形した場合、回転周波数の整数倍の見掛け上の振動として計測される。
回転子軸ジャーナル部３の肉厚（ジャーナル部３の軸径と界磁導体４a、４b穴径との距離）が特に薄い場合、長円の変形は回転数の２倍成分の振動として見掛け上、顕著に表れる。
【０００８】
従来の回転電機では、上記長円の変形を防ぐために、図９のとおり、回転子軸のジャーナル部の軸径を大きくして、ジャーナル部３の軸径と界磁導体４a、４b穴径との距離Ｌ（肉厚）を大きくする対策が必要に応じて行われる。例えば ジャーナル部の軸径Φ４００mmに対して界磁導体穴径Φ１００mm程度にすれば見掛け上の振動は問題なくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公昭５４−１８８１号公報
【特許文献２】特開昭６０−１０９７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記のとおり、長円の変形を防ぐために、回転子軸のジャーナル部の軸径を大きくし、ジャーナル部の軸径と界磁導体穴径との距離（肉厚）を大きくした場合には、以下のような問題点がある。
【００１１】
界磁導体穴径（ひいては断面積）は、電気的特性から決まる。そのため、界磁導体穴径を同一にして回転子軸のジャーナル部の軸径を大きくすることにより、ジャーナル部の変形を抑え、見掛け上の回転周波数の整数倍の振動を防ぐことはできる。しかし、ジャーナル部の軸径が大きくなる為、軸受の摺動による損失すなわち軸受摩擦損失が増加してしまう。また、コストアップの要因ともなる。
【００１２】
本発明の目的は、このような課題を解決して、回転子軸のジャーナル部の軸径を大きくすること無く、回転中のジャーナル部の長円形の変形を効果的に抑え、見掛け上の振動を小さくした回転電機の回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明によれば、回転子巻線を備えた回転子軸と、該回転子軸の端部に形成されたジャーナル部と、該ジャーナル部の中心に形成された中心孔と、該中心孔に挿入され、前記回転子巻線にそれぞれ接続される一対の界磁導体と、を有する回転電機の回転子において、一対の前記界磁導体は、前記中心孔内において絶縁部材により互いに隔離されるとともに、前記回転子軸の回転による遠心力を受けて前記ジャーナル部の内径部を押す力が少なくとも４方向に分散され、この押す力による前記ジャーナル部の水平方向の変形量と垂直方向の変形量とが一致するように、外周面の少なくとも一部分が前記内径部との間に空隙を有する構成とする。
【００１５】
また、本発明によれば、上記の構成において、一対の前記界磁導体は、断面が略半円形状の導体であり、少なくとも前記ジャーナル部に位置する部分で、半円形状の円弧先端部が削られた構成とする。
【００１６】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記ジャーナル部は、その外径が前記回転子軸の外径よりも細くなるような構成とする。
以上のような構成とすることで、回転中の遠心力により、界磁導体は回転軸の内径部を押すが、絶縁筒を介して回転子軸ジャーナル部に働く力は均等に分散される。これにより回転子軸ジャーナル部は、径方向により均等に変形する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明では、軸回転時に回転子軸ジャーナル部の内径部に最も遠心力を作用させる界磁導体外周面の円弧の一部を例えば削除して内径部との間に空隙を有する構成とする。このことにより、界磁導体の遠心力を回転子軸の内径部の周上に均等に分散する構造となる。そのため、回転子軸ジャーナル径を増大させることなく、回転周波数の整数倍の見掛け上の振動を減少させることができる。
【００１８】
なお、削除する部位を界磁導体外周面の円弧部先端とすれば、減少する界磁導体の断面積は僅かであり、これに伴い界磁導体の特性は殆ど変化しない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例の回転子軸ジャーナル部の回転子軸長さ方向の要部断面図である。
【図２】本発明の実施例の回転子軸ジャーナル部の回転子軸径方向の要部断面図である。
【図３】本発明の実施例のＦＥＭ解析（Finite Element Method）の説明図であり、界磁導体の円弧先端部を削り、その削り量と楕円変形量の関係を見出したものである。（ａ）は界磁導体の削り量と変形量の関係を示すグラフ、（ｂ）は回転子軸のジャーナル部の回転子軸径方向の要部断面図である。
【図４】図３における本発明の実施例のＦＥＭ解析の物性値を示す説明図である。
【図５】本発明の実施例の回転子軸ジャーナル部の回転子軸径方向の要部断面図であり  、回転子軸ジャーナル部の周方向に対して均等に変形する状態を示した図である。
【図６】従来の回転電機の回転子を示す図である。
【図７】従来の回転電機の回転子軸ジャーナル部の回転子軸径方向の要部断面図である。
【図８】従来の回転電機の回転子軸ジャーナル部の回転時における変形を説明するための回転子軸径方向の要部断面図である。
【図９】従来技術による回転電機の回転子軸ジャーナル部の変形防止方法を示す回転子軸径方向の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態を以下の実施例で説明する。以下の説明で従来の構造と同一部位には同一の符号を付した。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例の回転子軸のジャーナル部の回転子軸長さ方向の要部断面図である。図２は、本発明の実施例の回転子軸ジャーナル部の回転子軸径方向の要部断面図である。回転子軸１のジャーナル部３には、その中心部に形成された中心孔内に絶縁筒５が挿入され、この絶縁筒５内に界磁導体８ａ、８ｂが設置されている。
【００２２】
本発明による界磁導体８ａ、８ｂは、従来と同様に断面が絶縁部材６を挟んで構造的に二分割されている。
しかし、本発明による界磁導体８ａ、８ｂは、回転子軸の回転時の遠心力により回転子軸ジャーナル部３の変形に最も大きい影響を与える部分である外周面について、所定量を削除して、回転子軸１との間に空隙を形成するように構成されている。
【００２３】
図１、図２において、界磁導体８ａ、８ｂのうち削除する部分は、界磁導体削除部分９ａ、９ｂとして示されている。すなわち、界磁導体削除部分９ａ、９ｂにおいては、回転子軸長さ方向の削除箇所は少なくともジャーナル部３をカバーする範囲であり、また、回転子軸径方向の削除箇所は少なくとも界磁導体円弧先端部である。
【００２４】
界磁導体削除部分の削り量を、図３に基づいて説明する。
図３は、本発明の実施例のＦＥＭ解析の説明図であり、界磁導体８ａ、８ｂの先端である界磁導体削除部分９ａ又は９ｂを削り、削り量Ｓと楕円変形量の関係を見出したものである。（ａ）は界磁導体削り量Ｓと垂直方向変形量Ｖ、水平方向変形量Ｈを示すグラフ、（ｂ）は回転子軸のジャーナル部３の回転子軸径方向の要部断面図である。  ジャーナル部の軸径と界磁導体穴径を一定にし、回転速度３６００r/minでの、界磁導体８ａ、８ｂの先端の削り量Ｓとジャーナル部３の垂直方向及び水平方向の変形量Ｖ、ＨをＦＥＭ解析により求めた。解析モデルは、出力２００〜４００ＭＶＡクラスであり、ジャーナル部の軸径：Ф３６０ｍｍ、界磁導体穴径：Ф２２０ｍｍ、各部品摩擦係数：０．３である。また、解析モデルの物性値は、図４の本発明の実施例のＦＥＭ解析の物性値を示す説明図に示されている。
【００２５】
解析の結果、界磁導体８ａ、８ｂの先端の削り量Ｓがそれぞれ２７ｍｍの場合には、垂直方向及び水平方向の変形量Ｖ、Ｈがほぼ一致する。そのため、界磁導体８ａ、８ｂの遠心力を回転子軸ジャーナル部３の内径部の周上に均等に分散させるように削り量Ｓを決定することが、特に好ましい。
【００２６】
図５は、界磁導体削除部分９ａ、９ｂを設けることにより、垂直方向及び水平方向の変形量Ｖ、Ｈがほぼ一致することを説明するための図である。図５に示すように、回転中の遠心力により界磁導体８ａ、８ｂが回転子軸１の内径部を押すが、絶縁筒を介して回転子軸１のジャーナル部３に働く力は４方向に分散されることになる。そのため、回転子軸１のジャーナル部３が長円形に変形するという問題点が解消される。
【００２７】
なお、絶縁部材によって二分割された界磁導体が、回転軸の回転によって互いに離反する方向の遠心力を受けた際に、回転子軸の内径部を押す力が少なくとも４箇所以上に分散されるのであれば、界磁導体削除部分の形状、削除箇所は実施例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２８】
１    回転子軸
２    回転子
３    ジャーナル部
４ａ、４ｂ、８ａ、８ｂ    界磁導体
５    絶縁筒
６    絶縁部材
７ａ、７ｂ    円弧先端部
９ａ、９ｂ    界磁導体削除部分
【図１】
0005476827.tif 000002
【図２】
0005476827.tif 000003
【図３】
0005476827.tif 000004
【図４】
0005476827.tif 000005
【図５】
0005476827.tif 000006
【図６】
0005476827.tif 000007
【図７】
0005476827.tif 000008
【図８】
0005476827.tif 000009
【図９】
0005476827.tif 000010