(57)【要約】【課題】回転電機における遠心力に対する回転子の構造強度の確保および磁気的な損失の低減を図る。【解決手段】実施形態によれば、回転電機の回転子は、回転子鉄心１と、外側コイル導体５と、内側コイル導体４と、外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂからなる回転子コイル端部を遠心力に抗して支持する回転子コイル端部支持装置５０を有する。回転子コイル端部支持装置５０は、複数の孔あき円板形状の支えリング２と、交差の位置のそれぞれにおいて、外側コイル突出部５ｂ、内側コイル突出部４ｂおよび支えリング２を外側から囲むよう拘束する状態に保持可能な複数の結合機構３０を有する。結合機構３０のそれぞれは、直線部１２ａと、連結部１２ｂと、遠心力伝達機構３５とを有する。【選択図】図１
2014236648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心と、
前記回転子鉄心に嵌めこまれて回転軸方向に延びる鉄心領域外側部と、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側で前記鉄心領域外側部の端部から連続して延びた外側コイル突出部と、を有する複数の外側コイル導体と、
前記回転子鉄心に嵌めこまれ前記外側コイル導体より前記回転子鉄心の径方向内側に配列された鉄心領域内側部と、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側で前記鉄心領域内側部の端部から連続して延びて前記外側コイル突出部より前記回転子鉄心の径方向内側に配列されて前記外側コイル突出部と交差するように延びた内側コイル突出部と、を有する複数の内側コイル導体と、
前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部からなる回転子コイル端部を遠心力に抗して支持する回転子コイル端部支持装置と、
を備える回転電機の回転子であって、
前記回転子コイル端部支持装置は、
前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側でかつ前記回転子コイル端部より径方向内側であって前記回転子鉄心の回転軸方向に互いに間隔をあけて設けられ、前記回転子鉄心の回転軸に垂直に広がり中央に開口部を有する複数の孔あき円板形状の支えリングと、
前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部の前記交差の位置のそれぞれにおいて、前記外側コイル突出部、前記内側コイル突出部および前記支えリングを外側から囲むように配されて、前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部を前記支えリングに拘束する状態に保持可能であって、かつ、自身の弾性範囲内の変形によって前記拘束する状態に組み立て可能な複数の結合機構と、
を具備することを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
前記回転子コイル端部支持装置の少なくとも一方の前記回転子コイル端部支持装置の前記複数の結合機構のそれぞれは、
前記回転軸を含む一平面内で半径方向に延びて互いに平行な２本の直線部と、
前記直線部の半径方向外側で前記直線部の端部間を連結する連結部と、
前記直線部の前記連結部側とは反対側の開放端の少なくともいずれか一方に設けられて、前記結合機構が前記支えリングから離脱する方向に作用する遠心力を前記支えリングの径方向内側において前記支えリングに伝達可能である、遠心力伝達機構と、
を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３】
前記結合機構には、前記２本の直線部の開放端から互いに近づく方向に折れ曲がった保持部が形成され、前記保持部は、前記遠心力伝達機構を構成す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。
【請求項４】
前記遠心力伝達機構は、
前記結合機構に形成されて、前記２本の直線部の開放端から互いに遠ざかる方向に折れ曲がった外側曲り部と、
前記支えリングの半径方向内側に設けられて前記外側曲り部と組み合わされた支持板と、
を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
前記回転子コイル端部支持装置は、前記結合機構の前記直線部の前記開放端を収納し、前記直線部の開きを制限する開き制限機構をさらに有することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
回転軸回りに回転する回転子と、
前記回転子の周囲を取り巻くように配された固定子と、
を備える回転電機であって、
前記回転子は、
回転子鉄心と、
前記回転子鉄心に嵌めこまれて回転軸方向に延びる鉄心領域外側部と、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側で前記鉄心領域外側部の端部から連続して延びた外側コイル突出部と、を有する複数の外側コイル導体と、
前記回転子鉄心に嵌めこまれ前記外側コイル導体より前記回転子鉄心の径方向内側に配列された鉄心領域内側部と、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側で前記鉄心領域内側部の端部から連続して延びて前記外側コイル突出部より前記回転子鉄心の径方向内側に配列されて前記外側コイル突出部と交差するように延びた内側コイル突出部と、を有する複数の内側コイル導体と、
前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部からなる回転子コイル端部を遠心力に抗して支持する回転子コイル端部支持装置と、
を具備し、
前記回転子コイル端部支持装置は、
前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側でかつ前記回転子コイル端部より径方向内側であって前記回転子鉄心の回転軸方向に互いに間隔をあけて設けられ、前記回転子鉄心の回転軸に垂直に広がり中央に開口部を有する複数の孔あき円板形状の支えリングと、
前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部の前記交差の位置のそれぞれにおいて、前記外側コイル突出部、前記内側コイル突出部および前記支えリングを外側から囲むように配されて、前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部を前記支えリングに拘束する状態に保持可能であって、かつ、自身の弾性範囲内の変形によって前記拘束する状態に組み立て可能な複数の結合機構と、
を有することを特徴とする回転電機。
【請求項７】
前記回転電機は、可変速揚水発電電動機であることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転子コイルを備えた回転子、およびその回転子を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、可変速揚水発電電動機の従来の回転子コイル端部支持装置の構成の例を示す断面図である。内側コイル導体４および外側コイル導体５に生じる遠心力がＵ字形ボルト３で支持される構造となっている。Ｕ字形ボルト３は、内側コイル導体４の端部および外側コイル導体５の端部が交差する導体交差位置に設けられ、支えリング２に対してサドルと呼ばれる絶縁物３ａを用いてナット３ｂによって固定される。
【０００３】
支えリング２は、回転子６０の回転軸に沿って回転子鉄心１の外側に複数設けられており、中央に開口部を有する環状の穴あき円板形状に形成されている。なお、図１３の構造の場合は、支えリング２は回転子鉄心１のそれぞれの片側に４つある場合を示している。
【０００４】
支えリング２は、回転子の回転軸周りに周方向に互いに間隔をもって設けられた複数の固定部材２ａおよび、固定部材２ａの半径方向外側位置で周方向に互いに間隔をもって設けられた固定部材２ｂによって支持されている。外側コイル導体５とＵ字形ボルト３の間には絶縁スペーサ材６が配置されており、コイル遠心力の荷重を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３５５９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
直線部に絶縁を施したＵ字形ボルトの材質については、特許文献１で開示されているように、非磁性鋼のストレート部材が提案されている。非磁性鋼の材料は、強度、弾性率に優れる反面、大容量かつ高回転の回転電機においては、回転子の回転による遠心加速度が高くなるため、非磁性鋼材自身の重量による遠心荷重が無視できなくなる。また、非磁性鋼材も加工条件によっては、若干の磁性を帯びることにより渦電流の誘起が無視できなくなり、ひいては回転電機全体の効率に影響を及ぼす可能性がある。
【０００７】
また、上記を解決するために、Ｕ字形ボルトの材質に非磁性鋼材より強度が高く軽量かつ透磁率の低い強化繊維基材を用いる方法が有効であるが、Ｕ字形ボルト端部にネジ加工を施すことが困難であるため、前述の支えリングに対してサドルを用いて固定する構造をとることができない。
【０００８】
そこで、本発明の実施形態は、回転子コイルを備えた回転子、およびその回転子を有する回転電機において、遠心力に対する回転子の構造強度を確保し、かつ磁気的な損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心に嵌めこまれて回転軸方向に延びる鉄心領域外側部と、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側で前記鉄心領域外側部の端部から連続して延びた外側コイル突出部と、を有する複数の外側コイル導体と、前記回転子鉄心に嵌めこまれ前記外側コイル導体より前記回転子鉄心の径方向内側に配列された鉄心領域内側部と、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側で前記鉄心領域内側部の端部から連続して延びて前記外側コイル突出部より前記回転子鉄心の径方向内側に配列されて前記外側コイル突出部と交差するように延びた内側コイル突出部と、を有する複数の内側コイル導体と、前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部からなる回転子コイル端部を遠心力に抗して支持する回転子コイル端部支持装置と、を備える回転電機の回転子であって、前記回転子コイル端部支持装置は、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側でかつ前記回転子コイル端部より径方向内側であって前記回転子鉄心の回転軸方向に互いに間隔をあけて設けられ、前記回転子鉄心の回転軸に垂直に広がり中央に開口部を有する複数の孔あき円板形状の支えリングと、前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部の前記交差の位置のそれぞれにおいて、前記外側コイル突出部、前記内側コイル突出部および前記支えリングを外側から囲むように配されて、前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部を前記支えリングに拘束する状態に保持可能であって、かつ、自身の弾性範囲内の変形によって前記拘束する状態に組み立て可能な複数の結合機構と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の実施形態は、回転軸回りに回転する回転子と、前記回転子の周囲を取り巻くように配された固定子と、を備える回転電機であって、前記回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心に嵌めこまれて回転軸方向に延びる鉄心領域外側部と、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側で前記鉄心領域外側部の端部から連続して延びた外側コイル突出部と、を有する複数の外側コイル導体と、前記回転子鉄心に嵌めこまれ前記外側コイル導体より前記回転子鉄心の径方向内側に配列された鉄心領域内側部と、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側で前記鉄心領域内側部の端部から連続して延びて前記外側コイル突出部より前記回転子鉄心の径方向内側に配列されて前記外側コイル突出部と交差するように延びた内側コイル突出部と、を有する複数の内側コイル導体と、前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部からなる回転子コイル端部を遠心力に抗して支持する回転子コイル端部支持装置と、を具備し、前記回転子コイル端部支持装置は、前記回転子鉄心の回転軸方向の端部の外側でかつ前記回転子コイル端部より径方向内側であって前記回転子鉄心の回転軸方向に互いに間隔をあけて設けられ、前記回転子鉄心の回転軸に垂直に広がり中央に開口部を有する複数の孔あき円板形状の支えリングと、前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部の前記交差の位置のそれぞれにおいて、前記外側コイル突出部、前記内側コイル突出部および前記支えリングを外側から囲むように配されて、前記外側コイル突出部と前記内側コイル突出部を前記支えリングに拘束する状態に保持可能であって、かつ、自身の弾性範囲内の変形によって前記拘束する状態に組み立て可能な複数の結合機構と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、回転子コイルを備えた回転子、およびその回転子を有する回転電機において、遠心力に対する回転子の構造強度を確保し、かつ磁気的な損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る回転電機を揚水用のポンプ水車と組み合わせた全体構成を示す立断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る回転電機の回転子におけるコイルの周方向の配置を平面的に展開した概念的な展開図である。
【図４】第１の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の概念を示す斜視図である。
【図５】第２の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す断面図である。
【図６】第３の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す図６の第ＶＩＩ−ＶＩＩ矢視線側面図である。
【図８】第４の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す断面図である。
【図９】第４の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す図８の第ＩＸ−ＩＸ矢視線側面図である。
【図１０】第４の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の変形例の一部を示す断面図である。
【図１１】第４の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の変形例の一部を示す図１０の第ＸＩ−ＸＩ矢視線側面図である。
【図１２】第５の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す断面図である。
【図１３】可変速揚水発電電動機の従来の回転子コイル端部支持装置の構成の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機およびその回転子について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の構成を示す断面図である。図２は、第１の実施形態に係る回転電機を揚水用のポンプ水車と組み合わせた全体構成を示す立断面図である。図３は、第１の実施形態に係る回転電機の回転子におけるコイルの周方向の配置を平面的に展開した概念的な展開図である。また、図４は、第１の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の概念を示す斜視図である。図１については、最後に説明する。
【００１５】
図２に示すように、揚水用のポンプ水車２００の例においては、回転電機１００として発電電動機が用いられている。この回転電機１００は、回転子６０および固定子７０を有する。回転子６０は、主軸６５を介してポンプ水車２００のランナ２１０と直結している。揚水発電所においては、回転電機１００は、通常は水車に駆動される発電機として機能し、たとえば、夜間等においては、ポンプ駆動用の電動機として機能する。
【００１６】
図３は、第１の実施形態に係る回転電機の回転子におけるコイルの周方向の配置を平面的に展開した概念的な展開図である。すなわち、図３の上下方向は回転子６０の回転軸方向を表わし、左右方向は、回転子６０の周方向を表わしている。
【００１７】
ここでは、可変速揚水発電電動機を例にとって説明する。回転子６０は、回転子鉄心１、内側コイル導体４および外側コイル導体５を有する。回転子鉄心１の表面には、回転子１００の回転軸方向に直線状に延びた複数のスリット２１が周方向に互いに間隔をあけて形成されている。それぞれのスリット２１には、スリット２１の深い側に内側コイル導体４が回転子６０の回転軸方向に沿って埋め込まれている。また、それぞれのスリット２１において内側コイル導体４の上層に外側コイル導体５が埋め込まれている。
【００１８】
内側コイル導体４は、回転子鉄心１のスリット２１内では直線状であるが、回転子鉄心１の軸方向外側の内側コイル突出部４ｂでは、回転軸方向に対して所定の角度だけ向きを変えた後に延びている。それぞれのスリット２１を通る各内側コイル導体４は、このように、回転子鉄心１の外側の内側コイル突出部４ｂにおいてスリット２１に対して互いに同じ角度をなしている。このような内側コイル導体４が周方向に沿って互いに間隔をあけて配列されている。
【００１９】
外側コイル導体５は、回転子鉄心１のスリット２１内では直線状であるが、回転子鉄心１の軸方向外側の外側コイル突出部５ｂでは、内側コイル導体４がスリットとなす角度と等しい角度であって逆の方向に向きを変えている。このような外側コイル導体５が周方向に沿って互いに間隔をあけて配列されている。
【００２０】
内側コイル導体４の回転子６０の軸方向のそれぞれの内側コイル突出部４ｂと、外側コイル導体５の回転子６０の軸方向のそれぞれの外側コイル突出部５ｂとは、それぞれの導体接続部７において電気的に接続されており、全体として、所定の数のコイルを形成している。
【００２１】
また、このように形成されていることにより、内側コイル突出部４ｂと外側コイル突出部５ｂとは、図３に示すように回転子１を、回転中心から外側方向に向かって投影すると互いに交差する。この内側コイル突出部４ｂと外側コイル突出部５ｂとが互いに交差する導体交差位置２５は、回転子鉄心１の端部の回転軸方向の外側に回転子中心軸に垂直に延びた複数の仮想平面７ａ、７ｂおよび７ｃのいずれかの面内に位置している。また、回転子鉄心１の反対側の端部の回転軸方向の外側についても同様に、回転子中心軸に垂直に延びた複数の仮想平面７ｄ、７ｅおよび７ｆのいずれかの面内に位置している。たとえば、図３では、導体交差位置２５は、３つの平面のうちのいずれかに存在している。
【００２２】
すなわち導体交差位置２５は片側３段ずつ両側にあることになる。導体交差位置２５の段数は、図示の都合上、図３では３段となっており、１段が省略されているが、本実施形態には、図１のように４段の場合である。なお、導体交差位置２５は４段の場合には限定されない。３段以下の場合、５段以上の場合であってもよい。
【００２３】
図４は、第１の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の概念を示す斜視図である。また、図１は、第１の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の構成を示す断面図である。
【００２４】
内側コイル導体４は、回転子鉄心１の表面に回転軸方向に互いに平行に形成された複数のスリット２１のそれぞれに埋め込まれている鉄心領域内側部４ａを有する（図３）。また、外側コイル導体５は、各スリット２１内の内側コイル導体４より回転子鉄心１の表面側に埋め込まれている鉄心領域外側部５ａを有する（図３）。
【００２５】
また、前述のように、内側コイル導体４は、回転子６０の軸方向に沿って回転子鉄心１の前後に突出した内側コイル突出部４ｂを有する。また、外側コイル導体５は、回転子６０の軸方向に沿って回転子鉄心１の前後に突出した外側コイル突出部５ｂを有する。
【００２６】
内側コイル突出部４ｂは、回転子６０の軸方向に向かって左ねじの回る方向に向かって延びている。また、外側コイル突出部５ｂは、回転子６０の軸方向に向かって右ねじの回る方向に向かって伸びている。なお、それぞれの方向は、これには限らない。内側コイル突出部４ｂと外側コイル突出部５ｂの方向が逆方向であれば、内側コイル突出部４ｂは、回転子６０の軸方向に向かって右ねじの回る方向に向かって伸び、外側コイル突出部５ｂは、回転子６０の軸方向に向かって左ねじの回る方向に向かって延びている場合でもよい。
【００２７】
回転子コイル端部支持装置５０は、支えリング２、固定部材２ａおよび固定部材２ｂ、Ｕ字形部材１２および絶縁スペーサ材６を有する。支えリング２は、中央に円形の孔が形成された円板形状、すなわち、環状の平板である。支えリング２は、回転子鉄心１の回転軸方向の外側に配されている。また、支えリング２は、回転中心を中心にして、回転子６０の回転中心に垂直の面に沿って設けられている。
【００２８】
支えリング２の半径方向外側は、内側コイル導体４の内側コイル突出部４ｂの内側、すなわち回転中心側にある。すなわち、支えリング２の半径は、回転中心から内側コイル導体４の内側コイル突出部４ｂの内側への距離よりも小さい。支えリング２は、固定部材２ａ、２ｂを介して回転子鉄心１によって支持されている。
【００２９】
内側コイル突出部４ｂと外側コイル突出部５ｂが交差する導体交差位置２５の回転軸に沿った方向の位置に、支えリング２が設けられている。Ｕ字形部材１２は、内側コイル突出部４ｂと外側コイル突出部５ｂを支えリング２に遠心力の伝達のために結合する結合機構３０として、導体交差位置２５において内側コイル突出部４ｂおよび外側コイル突出部５ｂと、支えリング２とを結合している。なお、図４では、図示の都合上、支えリング２を１つのみ表示しているが、図１に示すように、本実施形態においては、回転子６０の回転軸の方向に沿って、互いに間隔をあけて４つの支えリング２が設けられている。
【００３０】
支えリング２は、回転子鉄心１の回転軸方向の前後のいずれにも設けられている。なお、支えリング２は４つの場合に限定されない。３つ以下の場合でもよいし、５つ以上の場合でもよい。
【００３１】
導体交差位置２５においては、外側コイル突出部５ｂの半径方向外側から回転中心に向かって、絶縁スペーサ材６、外側コイル突出部５ｂ、内側コイル突出部４ｂおよび支えリング２の順に並んでいる。結合機構３０としてのＵ字形部材１２は、互いに平行な２本の直線部１２ａ（図１）と、直線部１２ａの半径方向外側の端部間を連結する連結部１２ｂ（図１）と、直線部１２ａの連結部１２ｂ側とは反対側の開放端に設けられた保持部１２ｃ（図１）とを有する。
【００３２】
Ｕ字形部材１２の材料は、非金属材料であり、従来の回転子コイル端部支持装置におけるＵ字形部材１２の材料である非磁性鋼に比べて、比重の小さな材料である。Ｕ字形部材１２の材質は、たとえば、非磁性鋼材より強度が高く軽量かつ透磁率の低い強化繊維基材でよい。
【００３３】
Ｕ字形部材１２は、開放端すなわち保持部１２ｃ側を半径方向内側に、連結部１２ｂを半径方向外側にして取り付けられている。すなわち、Ｕ字形部材１２は、外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂを包囲するようにして、支えリング２の両面を直線部１２ａで挟んで半径方向に延びており、保持部１２ｃによって支えリング２の半径方向内側面を抱えている。このように、Ｕ字形部材１２の開放端は、中心軸方向を向いている。また、回転軸を含む平面を考えると、Ｕ字形部材１２はこの平面上にあるような方向に設けられている。
【００３４】
なお、図１は、回転軸を含む同一断面内に現れる４つのＵ字形部材１２を示しているが、それぞれのＵ字形部材１２が拘束する外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂは異なるものであるので、図１では、これらが別々のものであることを、それぞれをつながずに長さを区切ることによって便宜的に図示している。
【００３５】
Ｕ字形部材１２の連結部１２ｂ側と、外側コイル突出部５ｂの間には、絶縁スペーサ材６が挟まれている。絶縁スペーサ材６は、脱落しないように挟まれている部分からＵ字形部材１２の外側にある部分は、挟まれた部分より大きな平板状に形成されている。
【００３６】
Ｕ字形部材１２は、弾性を有する。具体的には、直線部１２ａまたは連結部１２ｂは、その弾性範囲内で次のような組立てが可能な弾性を有している。なお、直線部１２ａおよび連結部１２ｂの両者の弾性範囲内の変形を併せて次のような組立てが可能な弾性を有していることでもよい。
【００３７】
すなわち、回転子コイル端部支持装置５０を組み立てるにあたり、Ｕ字形部材１２によって外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂを支えリング２に結合する際は、Ｕ字形部材１２の開放端を、Ｕ字形部材１２の弾性範囲内で強制的に拡げて、外側コイル突出部５ｂの外側から回転軸方向に向かって、開放端からＵ字形部材１２を挿入する。開放端が、支えリング２の半径方向の内側に至った時に、広げていた開放端への強制力を除去する。開放端の広がりが弾性力によって元に戻ることにより、保持部１２ｃが支えリング２の半径方向内側の面に重ねられることになる。
【００３８】
このように、Ｕ字形部材１２による外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂの支えリング２への固定のための組立てにおいて、ネジなどの締結部材を必要とせず、簡便に組み立てることができる。
【００３９】
回転電機１００（図２）の運転時において回転子６０が回転している状態においては、外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂには、遠心力が加わる。この遠心力は、絶縁スペーサ材６を介してＵ字形部材１２に伝達される。Ｕ字形部材１２に伝達されたこの遠心力に、Ｕ字形部材１２自身に加わる遠心力が重畳した荷重は、保持部１２ｃで支えることになる。保持部１２ｃで支える荷重は、支えリング２に伝達される。
【００４０】
このようにして、それぞれのＵ字形部材１２の保持部１２ｃに加わる遠心力は、環状の平板である支えリング２の周方向の各部に伝達される。すなわち、保持部１２ｃは、結合機構３０であるＵ字形部材１２自体による遠心力およびＵ字形部材１２に付加される外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂにかかる遠心力を、支えリング２に伝達するための遠心力伝達機構３５（図１）を構成している。
【００４１】
この各遠心力は、支えリング２自体が受け持つが、必ずしも円周方向にわたる均等な荷重とは限らない。このため、均等な荷重からの差異分はアンバランス分となる。このアンバランス分の荷重は、固定部材２ａ、２ｂにより支えられる。すなわち、固定部材２ａ、２ｂはアンバランス力のみを負担すればよい。
【００４２】
以上のように本実施形態は、回転電機において、遠心力に対する回転子の構造強度が確保される。また、Ｕ字形部材１２には金属材料が用いられないことにより、磁気的な損失を低減することができる。
【００４３】
［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。本第２の実施形態においては、回転子コイル端部支持装置５０は、結合機構３０の一部として端部スペーサ１３をさらに有する。端部スペーサ１３は、後述するように遠心力伝達機構３５を構成する。
【００４４】
端部スペーサ１３は、長方形の平板であり、一方の面を支えリング２の径方向内側の面に接するように設けられている。支えリング２の厚み方向の端部スペーサ１３の幅は、支えリング２の厚み以上で、かつ、Ｕ字形部材１２の２本の直線部１２ａ間の間隔以内の幅となっている。端部スペーサ１３の他の方向の幅は、保持部１２ｃと支えリング２との間の荷重伝達に必要な幅以上となっている。
【００４５】
本実施形態においては、結合機構３０であるＵ字形部材１２自体による遠心力およびＵ字形部材１２に付加される外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂにかかる遠心力は、保持部１２ｃに伝達される。保持部１２ｃに伝達されたこの遠心力は、端部スペーサ１３に伝達され、端部スペーサ１３からさらに支えリング２に伝達される。すなわち、端部スペーサ１３は保持部１２ｃとともに遠心力を支えリング２に伝達するための遠心力伝達機構３５を構成している。
【００４６】
本実施形態においては、支えリング２とＵ字形部材１２の間に径方向の隙間を調整可能な端部スペーサ１３を介することになる。これにより、絶縁スペーサ材６、外側コイル突出部５ｂ、内側コイル突出部４ｂの径方向の隙間を無くし、緩み、ガタの無い固定が可能となる。
【００４７】
また、支えリング２の厚みを増やさないと支えリング２と保持部１２ｃ間の必要なかかり代を確保できないが、厚みを増やすと、支えリング２の重量が過剰となるような場合がある。そのような場合に、支えリング２は適正な厚みに留めて、端部スペーサ１３の支えリング２の厚み方向の幅を大きくすることにより、かかり代を確保することができる。
【００４８】
また、Ｕ字形部材１２の材質が導電性である場合でも、端部スペーサ１３を絶縁物とすることによって、Ｕ字形部材１２と支えリング２の電気的な接続を断つことが可能となる。
【００４９】
［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す断面図である。また、図７は、第３の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す図６の第ＶＩＩ−ＶＩＩ矢視線側面図である。第１の実施形態あるいは第２の実施形態の変形である。
【００５０】
本実施形態においては、結合機構３０は、Ｕ字形部材１２の他にストッパ１５を有する。なお、ストッパ１５は、後述するように遠心力伝達機構３５を構成している。ストッパ１５は、長方形の板状のものに長方形の孔が形成されている。ストッパ１５の一方の面は、支えリング２に面している。ストッパ１５の長方形の孔にはＵ字形部材１２の２つの直線部１２ａの先端が差し込まれて、長方形の孔を貫通している。
【００５１】
２つの直線部１２ａの先端は、長方形の孔を貫通した後に互いに反対側に向くように折れ曲がって、保持部１２ｃを形成している。保持部１２ｃは、ストッパ１５の支えリング２に面している面と反対側の面でストッパ１５を保持している。
【００５２】
以上のように構成された本実施形態においては、Ｕ字形部材１２自体による遠心力およびＵ字形部材１２に付加される外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂにかかる遠心力は、保持部１２ｃに伝達される。保持部１２ｃに伝達されたこの遠心力は、ストッパ１５に伝達され、ストッパ１５からさらに支えリング２に伝達される。すなわち、ストッパ１５は保持部２ｃとともに遠心力を支えリング２に伝達するための遠心力伝達機構３５を構成している。
【００５３】
以上のように構成された本実施形態においては、ストッパ１５は、Ｕ字形部材１２の直線部１２ａの開放端が開くことを防止する機能も有している。このため、遠心力伝達機構３５がさらに確実に機能する効果がある。
【００５４】
［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す断面図である。また、図９は、第４の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す図８の第ＩＸ−ＩＸ矢視線側面図である。本実施形態は、第２の実施形態の変形である。
【００５５】
本実施形態における回転子コイル端部支持装置５０の結合機構３０は、キャップ部１４を有する。キャップ部１４は、結合機構３０であるＵ字形部材１２の開放端を覆うように設けられている。
【００５６】
このように形成された本実施形態に係る回転子コイル端部支持装置５０においては、Ｕ字形部材１２の保持部１２ｃがキャップ部１４に拘束されているため、Ｕ字形部材１２の直線部１２ａが開くことが制限される。すなわち、本実施形態におけるキャップ部１４は、Ｕ字形部材１２の直線部１２ａが開くことを制限する開き制限機構４０を構成する。
【００５７】
回転子６０（図２）が回転している状態においては、キャップ部１４へは径方向外側に向かって遠心力が働く。すなわち、キャップ部１４を支えリング２側に押し付ける方向の力が働く。これは、キャップ部１４がＵ字形部材１２の保持部１２ｃを確実に拘束する方向である。
【００５８】
このような開き制限機構４０が設けられていることによって、結合機構３０による外側コイル突出部５ｂおよび内側コイル突出部４ｂと支えリング２との結合、遠心力伝達機構３５による遠心力の支えリング２への伝達がさらに確実となる。
【００５９】
図１０は、第４の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の変形例の一部を示す断面図である。また、図１１は、第４の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の変形例の一部を示す図１０の第ＸＩ−ＸＩ矢視線側面図である。
【００６０】
開き制限機構４０であるキャップ部１４は、固定ボルト１６によって、端部スペーサ１３および支えリング２に固定されている。なお、固定方法は、固定ボルト１６によるものには限定されない。溶接、ロー付などによってもよい。
【００６１】
このように構成された本変形例においては、キャップ部１４の取り付けがさらに確実となる。
【００６２】
［第５の実施形態］
図１２は、第５の実施形態に係る回転電機の回転子コイル端部支持装置の一部を示す断面図である。本実施形態は第２の実施形態の変形である。本実施形態における結合機構３０は、Ｕ字形部材１２および端部スペーサ１３を有する。Ｕ字形部材１２の２本の直線部１２ａのそれぞれの開放端には、相互に向かい合うように内側に突出した保持部１２ｃが形成されている。保持部１２ｃは、また遠心力伝達機構３５を構成している。また、Ｕ字形部材１２の２本の直線部１２ａのそれぞれの開放端には、保持部１２ｃと反対方向に突出した外側突出部１２ｄが形成されている。
【００６３】
回転軸方向に沿って２つの結合機構３０が配設されており、２つの結合機構３０は互いに隣接している。この一方を第１の結合機構３０、他方を第２の結合機構３０と呼ぶとすれば、第１の結合機構３０の外側突起部１２ｄのうち第２の結合機構３０の方向に突起する外側突起部１２ｄと、第２の結合機構３０の外側突起部１２ｄのうち第１の結合機構３０の方向に突起する外側突起部１２ｄとの間に所定の外側間隙が形成されている。この外側間隙の寸法をＹとする。また、保持部１２ｃの端部スペーサ１３へのかかり代、すなわち保持部１２ｃと端部スペーサ１３との重複部の長さをＸとする。このとき、ＸはＹより十分に長くなるように外側突出部１２ｄが形成されている。
【００６４】
以上のように構成された本実施形態においては、仮に一方の結合機構３０のＵ字形部材１２の２本の直線部１２ａの開放端が何らかの原因で開いた場合においても、その結合機構３０の外側突出部１２ｄが、隣接する結合機構３０の外側突出部１２ｄと干渉してそれ以上は広がらない。この場合でも遠心力伝達機構３５である保持部１２ｃは端部スペーサ１３を保持している。
【００６５】
以上のように、Ｕ字形部材１２の２本の直線部１２ａの開放端が何らかの原因で開いた場合においても、遠心力伝達機構３５の機能が維持される。
【００６６】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態では、回転電機が揚水式水力発電所の可変速発電電動機の場合を示したが、本発明の適用はこれに限定されず、同様の回転子コイル端部を有する場合に適用できる。
【００６７】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、実施形態３、実施形態４あるいは実施形態５は、第２の実施形態の変形である場合を示したが、実施形態３、実施形態４あるいは実施形態５の特徴を、第１の実施形態と組み合わせてもよい。あるいは、実施形態２の特徴にさらに実施形態３の特徴を組み合わせてもよい。あるいは、実施形態３の特徴と実施形態５の特徴を組み合わせてもよい。
【００６８】
さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１…回転子鉄心、２…支えリング、２ａ、２ｂ…固定部材、３…Ｕ字形ボルト、３ａ…サドル、３ｂ…ナット、４…内側コイル導体、４ａ…鉄心領域内側部、４ｂ…内側コイル突出部、５…外側コイル導体、５ａ…鉄心領域外側部、５ｂ…外側コイル突出部、６…絶縁スペーサ材、７…導体接続部、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ…仮想平面、１２…Ｕ字形部材、１２ａ…直線部、１２ｂ…連結部、１２ｃ…保持部、１２ｄ…外側突出部、１３…端部スペーサ、１４…キャップ部、１５…ストッパ、１６…固定ボルト、２１…スリット、２５…導体交差位置、３０…結合機構、３５…遠心力伝達機構、４０…開き制限機構、５０…回転子コイル端部支持装置、６０…回転子、６５…主軸、７０…固定子、１００…回転電機、２００…ポンプ水車、２１０…ランナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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