(57)【要約】  この発明による回転電機は、電機子と、回転子と、を備え、上記回転子は、半径方向外方に開口し、かつ軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成された回転子コアと、上記スロットのそれぞれに収納された界磁巻線と、上記スロットのそれぞれの開口側に軸方向に配列して収納され、上記界磁巻線を上記スロット内に固定保持する複数の分割くさびと、上記回転子コアの軸方向両端部に装着された保持環と、を有する。上記複数の分割くさびは、複合くさびを含み、上記複合くさびは、上記界磁巻線を保持する本体部と、上記本体部に保持され、渦電流が流れる通電体と、を備え、上記本体部は、上記通電体より高強度の非磁性材で作製され、上記通電体は、上記本体部より高導電性の金属で作製されている。
2019220660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線（５）を備える電機子（３）と、
上記電機子の内径側に配置された回転子（６）と、を備え、
上記回転子は、半径方向外方に開口し、かつ軸方向に延びるスロット（１０）が周方向に複数形成された回転子コア（８）と、上記スロットのそれぞれに収納された界磁巻線（１１）と、上記スロットのそれぞれの開口側に軸方向に配列して収納され、上記界磁巻線を上記スロット内に固定保持する複数の分割くさび（１８，３０，３０Ａ，３５，４０，４０Ａ，４５，５０，５１，６０，６０Ａ，６５，７０，７２，７４，７６，７７，８４）と、上記回転子コアの軸方向両端部に装着された保持環（９）と、を含み、
上記複数の分割くさびは、複合くさび（３０，３０Ａ，３５，４０，４０Ａ，４５，６０，６０Ａ，６５，７７，８４）を含み、
上記複合くさび（３０，３０Ａ，３５，４０，４０Ａ，４５，６０，６０Ａ，６５，７７，８４）は、上記界磁巻線（１１）を保持する本体部（３１，３２，３６，３７，４１，４２，４６，４７，６１，６２，６６，６７）と、上記本体部（３１，３２，３６，３７，４１，４２，４６，４７，６１，６２，６６，６７）に保持され、渦電流が流れる通電体（３３，３８ａ，３８ｂ，４３，４８，６３，６８ａ，６８ｂ，７８，８５）と、を備え、
上記本体部（３１，３２，３６，３７，４１，４２，４６，４７，６１，６２，６６，６７）は、上記通電体（３３，３８ａ，３８ｂ，４３，４８，６３，６８ａ，６８ｂ，７８，８５）より高強度の非磁性材で作製され、
上記通電体（３３，３８ａ，３８ｂ，４３，４８，６３，６８ａ，６８ｂ，７８，８５）は、上記本体部（３１，３２，３６，３７，４１，４２，４６，４７，６１，６２，６６，６７）より高導電性の金属で作製されている回転電機。
【請求項２】
上記複合くさび（３０，３５，４０，４５）は、上記スロット（１０）のそれぞれの軸方向中央部と軸方向両端部とのみに収納され、
軸方向中央部と軸方向両端部とのみに収納されている上記複合くさび（３０，３５，４０，４５）を電気的に接続するダンパーバー（１３）をさらに備えている請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
上記本体部は、分割上くさび（３１，３６，４１，４６）と、分割下くさび（３２，３７，４２，４７）と、を備え、
上記通電体（３３，３８ａ，３８ｂ，４３，４８）は、上記分割上くさび３１，３６，４１，４６）と上記分割下くさび（３２，３７，４２，４７）との間に挟まれて保持され、
上記通電体（３３，３８ａ，３８ｂ，４３，４８）の上記本体部（３１，３２，３６，３７，４１，４２，４６，４７）からの突出部が、上記ダンパーバー（１３）と面接触している請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
上記複合くさび（３０，３５，４０，４５）は、上記スロット（１０）のそれぞれの軸方向中央部と軸方向両端部とのみに収納されている請求項１記載の回転電機。
【請求項５】
上記複数の分割くさびの全てが、上記複合くさび（３０，３０Ａ，３５，４０，４０Ａ，４５，６０，６０Ａ，６５，７７，８４）であり、
上記複合くさび（３０，３０Ａ，３５，４０，４０Ａ，４５，６０，６０Ａ，６５，７７，８４）は、上記通電体（３３，３８ａ，３８ｂ，４３，４８，６３，６８ａ，６８ｂ，７８，８５）が互いに電気的に接続された状態で上記スロット（１０）のそれぞれに軸方向に１列に配列して収納されている請求項１記載の回転電機。
【請求項６】
上記複数の分割くさびは、上記スロット（１０）のそれぞれの軸方向中央部と軸方向両端部に収納されている、上記本体部（３１，３２）より高導電性の金属で作製された塊状くさび（５０，５１，７０，７２，７４，７６）と、上記スロット（１０）のそれぞれの軸方向中央部と軸方向両端部を除いて収納されている上記複合くさび（６０Ａ，７７）と、を備え、
上記塊状くさび（５０，５１，７０，７２，７４，７６）と上記複合くさび（６０Ａ，７７）は、上記塊状くさび（５０，５１，７０，７２，７４，７６）および上記通電体（６３，７８）が互いに電気的に接続された状態で上記スロットのそれぞれに軸方向に１列に配列して収納されている請求項１記載の回転電機。
【請求項７】
上記複数の分割くさび（６０，６０Ａ，６５）の隣接する分割くさび同士の電気的接続部が、半径方向に重なった状態で面接触する傾斜面（６４，６９）に構成されている請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
隣り合う上記複合くさび（７７，８４）の間のそれぞれに配置されたくさび間接続導体（７５）をさらに備え、
上記複合くさび（７７，８４）の上記通電体（７８，８５）と上記くさび間接続導体（７５）との電気的接続部のそれぞれが、半径方向に重なった状態で面接触する傾斜面（７５ａ，７８ａ，８５ａ）に構成されている請求項５記載の回転電機。
【請求項９】
隣り合う上記塊状くさび（７４，７６）と上記複合くさび（７７）との間、および隣り合う上記複合くさび（７７）の間のそれぞれに配置されたくさび間接続導体（７５）をさらに備え、
上記塊状くさび（７４，７６）と上記くさび間接続導体（７５）との電気的接続部、および上記複合くさび（７７）の上記通電体（７８）と上記くさび間接続導体（７５）との電気的接続部のそれぞれが、半径方向に重なった状態で面接触する傾斜面（７５ａ，７８ａ，７９ａ，８０ａ）に構成されている請求項６記載の回転電機。
【請求項１０】
上記本体部は、分割上くさび（３１，３６，４１，４６，６１，６６，８１，８８）と、分割下くさび（３２，３７，４２，４７，６２，６７，８２，８７）と、を備え、
上記複合くさび（３０，３０Ａ，３５，４０，４０Ａ，４５，６０，６０Ａ，６５，７７，８４）は、上記通電体（３３，３８ａ，３８ｂ，４３，４８，６３，６８ａ，６８ｂ，７８，８５）が上記分割上くさび（３０，３０Ａ，３５，４０，４０Ａ，４５，６０，６０Ａ，６５，８１，８８）と上記分割下くさび（３２，３７，４２，４７，６２，６７，８２，８７）との間に挟まれて保持された状態で、上記分割上くさびと上記分割下くさびとを一体化して構成されている請求項１および請求項４から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
溝方向を軸方向とする凹部（４１ａ，４６ａ）が上記分割上くさび（４１，４６）の下面に形成され、軸方向に延びる凸部（４２ａ，４７ａ）が上記分割下くさび（４２，４７）の上面に形成されており、
上記分割上くさび（４１，４６）と上記分割下くさび（４２，４７）は、上記凹部（４１ａ，４６ａ）と上記凸部（４２ａ，４７ａ）とが嵌合され、かつ上記通電体（４３，４８）が上記凹部（４１ａ，４６ａ）と上記凸部（４２ａ，４７ａ）との間に挟まれて保持された状態で一体化されている請求項１０記載の回転電機。
【請求項１２】
上記通電体（３３，３８ａ，３８ｂ，４３，４８，６３，６８ａ，６８ｂ，７８，８５）よりも高い導電性の金属が、上記通電体（３３，３８ａ，３８ｂ，４３，４８，６３，６８ａ，６８ｂ，７８，８５）の他の部材との電気的接続部に被覆されている請求項２から請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１３】
上記塊状くさび（５０，５１，７０，７２，７４，７６）よりも高い導電性の金属が、上記塊状くさび（５０，５１，７０，７２，７４，７６）の他の部材との電気的接続部に被覆されている請求項６記載の回転電機。
【請求項１４】
請求項１０又は請求項１１記載の回転電機の製造方法において、焼き嵌め、冷やし嵌め、接着、溶接、ろう付け、攪拌接合のいずれかの方法で、上記分割上くさび（３１，３６，４１，４６，６１，６６，８１，８８）と上記分割下くさび（３２，３７，４２，４７，６２，６７，８２，８７）とを一体化する回転電機の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０又は請求項１１記載の回転電機の製造方法において、焼き嵌めおよび冷やし嵌めのいずれかと、接着、溶接、ろう付けおよび攪拌接合のいずれかと、を併用して、上記分割上くさび（３１，３６，４１，４６，６１，６６，８１，８８）と上記分割下くさび（３２，３７，４２，４７，６２，６７，８２，８７）とを一体化する回転電機の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０又は請求項１１記載の回転電機の製造方法において、接着と、溶接、ろう付けおよび攪拌接合のいずれかと、を併用して、上記分割上くさび（３１，３６，４１，４６，６１，６６，８１，８８）と上記分割下くさび（３２，３７，４２，４７，６２，６７，８２，８７）とを一体化する回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、円筒形の回転子を有する回転電機およびその製造方法に関し、例えば、タービン発電機に適用される回転電機の回転子構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転子の界磁巻線に界磁電流を流して電磁石とする従来の発電機においては、界磁巻線は、回転子コアに設けられた溝状のスロット内に設置されている。スロットには、界磁巻線以外にも、電機子巻線からの磁束により誘起された渦電流が流れるダンパーバー、ダンパーバーと界磁巻線との間を絶縁する絶縁物、およびスロット内容物の飛散防止用のくさびが設置されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
従来の発電機では、絶縁物、ダンパーバーおよびくさびが、界磁巻線よりも回転子コアの外周側に設置されている。飛散防止用のくさびは、回転子コアの軸方向中央部におけるダンパーバー間を導電させ、かつ回転子コアの軸方向端部におけるダンパーバーと保持環とを導電させる機能を有する。そのため、くさびは、導電性が高い金属、例えば、ＢｅＣｕ合金により作製されている。なお、導電性が高いとは、電気を通しやすいことを意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−８６６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
くさびが導電性の高い金属で作製されているので、界磁巻線、絶縁物、ダンパーバーに作用する遠心力に耐えるために、くさびを半径方向に厚くする必要があった。これにより、界磁巻線と電機子巻線との間の距離が長くなり、界磁巻線で発生させた磁束の一部が電機子巻線に鎖交しなくなり、回転子コアでの損失が大きくなっていた。【０００６】
ここで、くさびを高強度非磁性材、例えばステンレス鋼で作製した場合、くさびは、半径方向に厚くすることなく、界磁巻線、絶縁物、ダンパーバーに作用する遠心力に耐えることができる。これにより、界磁巻線と電機子巻線との間の距離が短くなり、界磁巻線で発生させた磁束の電機子巻線を鎖交する量が多くなり、回転子コアでの損失を低減することができる。その結果、界磁電流を削減でき、効率が向上される。しかしながら、ステンレス鋼などの高強度非磁性材料は、導電性が低い。そのため、回転子コアの軸方向中央部および軸方向両端部において、ダンパーバーからの渦電流がくさびを流れにくくなり、くさびでの発熱が増大し、渦電流損が大きくなるという課題があった。【０００７】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、渦電流によるくさびでの発熱を抑えて、効率を向上させることができる回転電機およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明による回転電機は、電機子巻線を備える電機子と、上記電機子の内径側に配置された回転子と、を備える。上記回転子は、半径方向外方に開口し、かつ軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成された回転子コアと、上記スロットのそれぞれに収納された界磁巻線と、上記スロットのそれぞれの開口側に軸方向に配列して収納され、上記界磁巻線を上記スロット内に固定保持する複数の分割くさびと、上記回転子コアの軸方向両端部に装着された保持環と、を有する。上記複数の分割くさびは、複合くさびを含み、上記複合くさびは、上記界磁巻線を保持する本体部と、上記本体部に保持され、渦電流が流れる通電体と、を備え、上記本体部は、上記通電体より高強度の非磁性材で作製され、上記通電体は、上記本体部より高導電性の金属で作製されている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、通電体が本体部より高導電性の金属で作製されているので、渦電流による複合くさびでの発熱が抑制される。本体部が通電体より高強度の非磁性材で作製されているので、厚みを薄くして、スロット内容物の飛散を防止できる。そこで、スロット内での界磁巻線の位置が電機子巻線に近づき、界磁電流の削減を可能として、効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子を示す斜視図である。
【図３】比較例の回転電機における回転子のスロット周りを示す要部横断面図である。
【図４】比較例の回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを示す縦断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを軸方向から見た端面図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを示す縦断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向他端側から見た端面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向一端側から見た端面図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部分解斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第１分割クサビを示す分解斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第２分割クサビを示す分解斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態１に係る回転電機における実施態様の回転子のスロット周りを示す要部横断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態１に係る回転電機における実施態様の回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを示す縦断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを軸方向から見た端面図である。
【図１９】この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを示す縦断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向他端側から見た端面図である。
【図２１】この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向一端側から見た端面図である。
【図２２】この発明の実施の形態３に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図２３】この発明の実施の形態４に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態５に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図２５】この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図２６】この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを示す縦断面図である。
【図２７】この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを軸方向から見た端面図である。
【図２８】この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを示す縦断面図である。
【図２９】この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向他端側から見た端面図である。
【図３０】この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向一端側から見た端面図である。
【図３１】この発明の実施の形態７に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図３２】この発明の実施の形態７に係る回転電機における回転子の第１塊状くさびを示す縦断面図である。
【図３３】この発明の実施の形態７に係る回転電機における回転子の第２塊状くさびを示す縦断面図である。
【図３４】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図３５】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第１塊状くさびを示す縦断面図である。
【図３６】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第１塊状くさびを軸方向から見た端面図である。
【図３７】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第２塊状くさびを示す縦断面図である。
【図３８】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第２塊状くさびを軸方向から見た端面図である。
【図３９】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第４分割くさびを示す縦断面図である。
【図４０】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第４分割くさびを軸方向から見た端面図である。
【図４１】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子のくさび間接続導体を示す縦断面図である。
【図４２】この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子のくさび間接続導体を軸方向から見た端面図である。
【図４３】この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【図４４】この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子の第５分割くさびを示す縦断面図である。
【図４５】この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子の第５分割くさびを軸方向から見た端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の各実施の形態の回転電機について、図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位には同一符号を付して説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図、図２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子を示す斜視図である。なお、縦断面図とは、回転軸の軸心を含む断面を示す断面図である。
【００１３】
図１および図２において、回転電機１００は、フレーム１と、フレーム１に回転可能に支持された回転軸７、および回転軸７に固着されてフレーム１の内部に回転可能に設けられ、電磁石となる回転子コア８を有する回転子６と、フレーム１に保持されて、回転子コア８を取り囲み、かつ同軸に設けられた電機子コア４、および電機子コア４に保持されて、回転子コア８による磁束が鎖交して出力電流を発生する電機子巻線５を有する電機子３と、を備える。回転軸７は、原動機（図示せず）に接続されている。これにより、回転子コア８は、回転軸７を介して原動機の回転力が付与される。さらに、回転子コア８に装着された界磁巻線（図示せず）、電機子巻線５などでの発熱を抑えるための空気、または水素の冷媒を冷却するガスクーラー２が、フレーム１内に設けられている。
【００１４】
回転子コア８には、スロット１０が、それぞれ、溝方向を軸方向として回転子コア８の軸方向の一端から他端に至るように、かつ回転子コア８の外周面に開口するように、周方向に複数設けられている。界磁巻線が、図示されていないが、スロット１０内に設置されている。くさびが、スロット１０内に設置され、遠心力による界磁巻線などのスロット内容物の飛び出しを阻止している。スロット１０に設置されている界磁巻線を結合する構造（図示せず）が回転子コア８の軸方向両端部に設置されている。この界磁巻線を結合する構造の遠心力による変形を抑制するための金属製の保持環９が回転子コア８の軸方向両端部に設置されている。
【００１５】
このように構成された回転電機１００は、回転軸７を介して原動機の回転力が回転子６に付与される。これにより、回転磁界が電機子巻線５に与えられ、起電力が電機子巻線５に発生する。このように、回転電機１００は発電機として動作する。
【００１６】
ここで、比較例の回転子構造を図３および図４を参照して説明する。図３は、比較例の回転電機における回転子のスロット周りを示す要部横断面図、図４は、比較例の回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。なお、横断面図とは、回転軸の軸心に直交する断面を示す断面図である。
【００１７】
比較例の回転子においては、界磁巻線１１、絶縁物１２、ダンパーバー１３が、内径側からこの順番で、各スロット１０に設置されている。Ｕチャネル１４が、開口を径方向外方に向けて、各スロット１０の界磁巻線１１の内径側に設置され、軸方向通風路１５が構成されている。くさびが、各スロット１０のダンパーバー１３の外径側に設置され、界磁巻線１１、絶縁物１２、ダンパーバー１３の飛び出しを阻止している。ここで、くさびは、スロット１０の軸方向の中央部に設置される第１分割くさび１６、スロット１０の軸方向の両端部に設置される第２分割くさび１７と、スロット１０の第１分割くさび１６と第２分割くさび１７との間に設置される複数の第３分割くさび１８と、からなる。つまり、第１分割くさび１６、第２分割くさび１７、および複数の第３分割くさび１８は、各スロット１０の開口側に、軸方向に１列に配列して収納されている。半径方向通風路２０が、軸方向の複数位置で、第１分割くさび１６、第２分割くさび１７、第３分割くさび１８、ダンパーバー１３、絶縁物１２、界磁巻線１１を径方向に貫通するように形成され、軸方向通風路１５と外部とを連通している。
【００１８】
第１分割くさび１６は、軸方向の中央部で軸方向に分離して設置されているダンパーバー１３に接し、ダンパーバー１３間を電気的に短絡している。第２分割くさび１７は、ダンパーバー１３と保持環９とに接し、ダンパーバー１３と保持環９とを電気的に短絡している。これにより、電機子巻線５からの磁束により誘起されて、軸方向他側に設置されているダンパーバー１３を流れる渦電流が、図４中矢印１９で示されるように、第１分割くさび１６を通って、軸方向一側に設置されているダンパーバー１３に流れる。さらに、ダンパーバー１３を流れる渦電流が、第２分割くさび１７を通って保持環９に流れる。保持環９に流れた渦電流は、保持環９から他のスロット１０内に設置されている第２分割くさび１７を通ってダンパーバー１３に流れる。これにより、回転子内に保持環９を介した渦電流の経路が形成され、第１分割くさび１６および第２分割くさび１７を含めた回転子の渦電流による発熱が抑制される。このように、第１分割くさび１６と第２分割くさび１７には、高い導電性が求められることから、導電性の高い金属、例えばＢｅＣｕ合金で作製されている。第１分割くさび１６と第２分割くさび１７に必要な導電率は、導電率の基準ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｎｎｅａｌｅｄ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｓｔａｎｒａｅｄ）によれば２０％ＩＡＣＳである。一方、第３分割くさび１８には導電性が必要ないので、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製される。第３分割くさび１８に必要な材料強度は、０．２％耐力により規定され、１９６ＭＰａ以上である。これにより、第３分割くさび１８は、電機子巻線５からの磁束により発熱することが抑制されている。
【００１９】
つぎに、実施の形態１による回転子構造を図５から図１０を参照して説明する。図５は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図、図６は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを示す縦断面図、図７は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを軸方向から見た端面図、図８は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを示す縦断面図、図９は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向他端側から見た端面図、図１０は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向一端側から見た端面図、図１１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部分解斜視図、図１２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第１分割クサビを示す分解斜視図、図１３は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子の第２分割クサビを示す分解斜視図である。
【００２０】
実施の形態１による回転子６は、図５および図１２に示されるように、第１分割くさび３０が第１分割くさび１６に替えてスロット１０の軸方向中央部に設置され、第２分割くさび３５が第２分割くさび１７に替えてスロット１０の軸方向両端部に設置されている点を除いて、比較例の回転子と同様に構成されている。実施の形態１では、くさびは、第１分割くさび３０、第２分割くさび３５、および第３分割くさび１８に分割構成されている。
【００２１】
第１分割くさび３０は、図６、図７および図１３に示されるように、第１分割上くさび３１と、第１分割下くさび３２と、導電性金属板３３と、を備える複合くさびである。第１分割下くさび３２は、溝方向を軸方向とする凹部３２ａが上面中央部に形成された略直方体に作製されている。導電性金属板３３は、矩形平板状に作製され、凹部３２ａに配置され、第１分割下くさび３２から軸方向両側への突出部を折り返して、第１分割下くさび３２の軸方向の両端面に沿って延びて第１分割下くさび３２の下面に沿うように配置される。このとき、第１分割下くさび３２の軸方向の両端面の導電性金属板３３の載置領域が凹部に形成されており、第１分割下くさび３２の軸方向の両端面と導電性金属板３３は面一となっている。同様に、第１分割下くさび３２の下面の導電性金属板３３の載置領域が凹部に形成されており、第１分割下くさび３２の下面と導電性金属板３３は面一となっている。第１分割上くさび３１は、下面中央部に凹部３２ａと嵌合可能な凸部３１ａを有している。
【００２２】
第１分割くさび３０は、凸部３１ａを凹部３２ａに嵌着して、導電性金属板３３が第１分割上くさび３１と第１分割下くさび３２との間に挟まれて保持された状態で、第１分割上くさび３１と第１分割下くさび３２とを一体化して構成される。このとき、第１分割上くさび３１と第１分割下くさび３２は、軸方向の両端面が面一となっている。ここで、一体化された第１分割上くさび３１と第１分割下くさび３２とが本体部となり、導電性金属板３３が通電体となる。
【００２３】
第１分割くさび３０においても、第１分割上くさび３１、第１分割下くさび３２および導電性金属板３３に、半径方向通風路２０が形成されている。第１分割上くさび３１および第１分割下くさび３２は、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製されている。導電性金属板３３は、比較例における第１分割くさび１６および第２分割くさび１７と同等以上の導電性を有する材料、例えば銅又は銅合金で作製される。このように、第１分割上くさび３１および第１分割下くさび３２は、導電性金属板３３より高強度の非磁性材で作製される。一方、導電性金属板３３は、第１分割上くさび３１および第１分割下くさび３２より高伝導性の金属で作製される。
【００２４】
第２分割くさび３５は、図８から図１０および図１４に示されるように、第２分割上くさび３６と、第２分割下くさび３７と、第１導電性金属板３８ａと、第２導電性金属板３８ｂと、を備える複合くさびである。第２分割下くさび３７は、第２分割上くさび３６より軸方向長さが長い略直方体に作製され、溝方向を軸方向とする凹部３７ａが上面中央部に形成されている。第１導電性金属板３８ａは、矩形平板状に作製され、凹部３７ａに配置され、第２分割下くさび３７から軸方向両側への突出部を折り返して、第２分割下くさび３７の軸方向の両端面に沿って延びて第２分割下くさび３７の下面に沿うように配置される。このとき、第２分割下くさび３７の軸方向の両端面の第１導電性金属板３８ａの載置領域が凹部に形成されており、第２分割下くさび３７の軸方向の両端面と第１導電性金属板３８ａは面一となっている。同様に、第２分割下くさび３７の下面の第１導電性金属板３８ａの載置領域が凹部に形成されており、第２分割下くさび３７の下面と第１導電性金属板３８ａは面一となっている。
【００２５】
第２分割上くさび３６は、下面中央部に凹部３７ａと嵌合可能な凸部３６ａを有している。第２導電性金属板３８ｂは、矩形平板状に作製され、凸部３６ａに配置され、第２分割上くさび３６から軸方向一端側への突出部を折り返して、第２分割上くさび３６の軸方向の一端面に沿うように配置される。このとき、第２分割上くさび３６の軸方向の一端面の第２導電性金属板３８ｂの載置領域が凹部に形成されており、第２分割上くさび３６の軸方向の一端面と第２導電性金属板３８ｂは面一となっている。そして、第２分割くさび３５は、凸部３６ａを凹部３７ａに嵌着して、第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂが第２分割上くさび３６と第２分割下くさび３７との間に挟まれて保持された状態で、第２分割上くさび３６と第２分割下くさび３７とを一体化して構成される。このとき、第２分割下くさび３７は、第２分割上くさび３６から軸方向一端側に突出し、第２分割上くさび３６と第２分割下くさび３７の軸方向の他端面は、面一となっている。ここで、一体化された第２分割上くさび３６と第２分割下くさび３７とが本体部となり、第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂが通電体となる。
【００２６】
第２分割くさび３５においても、第２分割上くさび３６、第２分割下くさび３７、第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂに、半径方向通風路２０が形成されている。第２分割上くさび３６および第２分割下くさび３７は、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製されている。第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂは、導電性金属板３３と同じ材料で作製される。このように、第２分割上くさび３６および第２分割下くさび３７は、第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂより高強度の非磁性材で作製される。一方、第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂは、第２分割上くさび３６および第２分割下くさび３７より高伝導性の金属で作製される。
【００２７】
なお、第１導電性金属板３８ａと第２導電性金属板３８ｂとの２枚の金属板を用いているが、１枚の金属板を用い、第２分割くさび３５から軸方向一端側への突出部を分割して上下に折り返してもよい。ここでは、スロット１０の軸方向一端部に設置される第２分割くさび３５について説明しているが、スロット１０の軸方向他端部では、第２分割くさび３５は、第２分割下くさび３７が第２分割上くさび３６から軸方向他端側に突出するように設置されている。
【００２８】
第１分割くさび３０を第１分割上くさび３１と第１分割下くさび３２とに分割する箇所は、回転子６が回転時に遠心力を受ける際に圧縮の荷重となる箇所とすることが好ましい。第１分割上くさび３１と第１分割下くさび３２とは、焼嵌め、冷やし嵌め、接着、溶接、ロウ付け、撹拌接合のいずれかの方法を用いて一体化される。なお、第２分割くさび３５においても、第１分割くさび３０と同様である。これにより、スロット１０に第１分割くさび３０および第２分割くさび３５を分離することなく挿入でき、組み立て作業性が高められる。
【００２９】
また、第１分割くさび３０および第２分割くさび３５は、接着、 溶接、ロウ付けおよび撹拌接合のいずれかと、焼嵌めおよび冷やし嵌めのいずれかと、を併用して一体化してもよい。これにより、焼嵌めまたは冷やし嵌めによる結合部が外れるような温度分布が第１分割くさび３０および第２分割くさび３５に発生しても、接着、 溶接、ロウ付けおよび撹拌接合のいずれかによる接合部が維持される。その結果、第１分割くさび３０および第２分割くさび３５の接合部が外れることに起因する、導電性金属とくさびとの摩耗による金属粉の発生を抑制できる。
【００３０】
このように構成された回転子６においては、第１分割くさび３０の本体部からの導電性金属板３３の突出部が、軸方向中央部で軸方向に分離して設置されているダンパーバー１３に接し、ダンパーバー１３間を電気的に短絡している。第２分割くさび３５の本体部からの第１導電性金属板３８ａと第２導電性金属板３８ｂとの突出部が、ダンパーバー１３と保持環９とに接し、ダンパーバー１３と保持環９とを電気的に短絡している。このとき、第１分割くさび３０の第１分割下くさび３２の下面と導電性金属板３３とが面一となっているので、導電性金属板３３とダンパーバー１３とが面接触し、両者の電気的接続が確実に確保される。第２分割くさび３５の第２分割下くさび３７の下面と第１導電性金属板３８ａとが面一となっているので、第１導電性金属板３８ａとダンパーバー１３とが面接触し、両者の電気的接続が確実に確保される。第２分割下くさび３７の第２分割上くさび３６から軸方向一端側への突出部の上面と第１導電性金属板３８ａとが面一となっているので、第１導電性金属板３８ａと保持環９の内周面とが面接触し、両者の電気的接続が確実に確保される。第２分割上くさび３６の軸方向一端面と第２導電性金属板３８ｂとが面一となっているので、第２導電性金属板３８ｂと保持環９の軸方向他端面とが面接触し、両者の電気的接続が確実に確保される。さらに、第１導電性金属板３８ａと第２導電性金属板３８ｂの保持環９との接触面積が増大し、接触抵抗が低減される。
【００３１】
比較例の回転子においては、ダンパーバー１３に流れる渦電流を第１分割くさび１６および第２分割くさび１７に流しているので、第１分割くさび１６および第２分割くさび１７をＢｅＣｕ合金などの高い導電性の材料で作製されていた。しかし、高い導電性と高強度の両立は困難であり、第１分割くさび１６および第２分割くさび１７の厚さを厚くして、スロット内容物の飛散防止機能を確保していた。これにより、界磁巻線１１と電機子巻線５との間の距離が長くなり、界磁巻線１１から生じる磁束の電機子巻線５に交差する量が少なくなってしまう。
【００３２】
実施の形態１では、第１分割くさび３０は、第１分割上くさび３１と、第１分割下くさび３２と、導電性金属板３３と、を備えた複合くさびである。導電性金属板３３は、第１分割上くさび３１および第１分割下くさび３２より高導電性の金属で作製されている。導電性金属板３３が導電性の機能を担っているので、導電性金属板３３を保持する第１分割上くさび３１と第１分割下くさび３２とには、高い導電性が不要となる。第２分割くさび３５においても、同様である。そこで、第１分割上くさび３１、第１分割下くさび３２、第２分割上くさび３６および第２分割下くさび３７に求められる特性を強度に特化できる。これにより、第１分割上くさび３１、第１分割下くさび３２、第２分割上くさび３６および第２分割下くさび３７を、導電性金属板３３、第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂよりも高強度の材料で作製することができる。そこで、第１分割上くさび３１、第１分割下くさび３２、第２分割上くさび３６および第２分割下くさび３７の材料として、第１分割くさび１６および第２分割くさび１７の材料として用いられているＢｅＣｕ合金よりも高強度な非磁性材、例えばステンレス鋼を用いることができる。その結果、第１分割くさび３０および第２分割くさび３５の厚さを薄くすることができる。これにより、スロット内容物の飛散を防止できるとともに、スロット１０内の界磁巻線１１を回転子コア８の外周部に設置できる。そこで、界磁巻線１１と電機子巻線５との間の距離が短くなり、界磁巻線１１から生じる磁束がより多く電機子巻線５に鎖交するので、設定された出力電流を得るために界磁巻線１１に通電される界磁電流を削減できる。その結果、界磁銅損が削減され、効率が向上される。また、導電性金属板３３、第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂが、第１分割上くさび３１、第１分割下くさび３２、第２分割上くさび３６および第２分割下くさび３７より高い導電性の材料、例えば銅、銅合金などで作製されているので、第１分割くさび３０および第２分割くさび３５での発熱が抑制され、渦電流損の低減が図られる。
【００３３】
第１分割くさび３０がスロット１０の軸方向中央部に収納され、第２分割くさび３５がスロット１０の軸方向両端部に収納されている。そこで、電機子巻線５からの磁束により誘起されて、軸方向他側に設置されているダンパーバー１３を流れる渦電流が、図５中矢印１９で示されるように、第１分割くさび３０の導電性金属板３３を通って、軸方向一側に設置されているダンパーバー１３に流れる。さらに、ダンパーバー１３を流れる渦電流が、第２分割くさび３５の第１導電性金属板３８ａと第２導電性金属板３８ｂを通って保持環９に流れる。保持環９に流れた渦電流は、保持環９から他のスロット１０内に設置されている第２分割くさび３５の第１導電性金属板３８ａと第２導電性金属板３８ｂを通ってダンパーバー１３に流れる。
【００３４】
第１分割クサビ３０が軸方向中央部に収納されているので、軸方向中央部でのダンパーバー１３間の導通が第１分割クサビ３０の導電性金属板３３により維持される。第２分割くさび３５が軸方向両端部に収納されているので、軸方向両端部でのダンパーバー１３と保持環９との導通が第２分割クサビ３５の第１導電性金属板３８ａ第２導電性金属板３８ｂにより維持される。そのうえで、第１分割上くさび３１および第１分割下くさび３２が導電性金属板３３より高強度の非磁性体で作製されている。同様に、第２分割上くさび３６および第２分割下くさび３７が第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂより高強度の非磁性体で作製されている。そこで、第１分割上くさび３１、第１分割下くさび３２、第２分割上くさび３６および第２分割下くさび３７の厚みを薄くしても、スロット内容物の飛散を防止できる。それにより、スロット１０内での界磁巻線１１の位置が電機子巻線５に近づき、界磁電流の削減を可能にして、効率を向上させることができる。
【００３５】
第１分割くさび３０は、導電性金属板３３が第１分割上くさび３１と第１分割下くさび３２との間に挟まれて保持された状態で、第１分割上くさび３１と第１分割下くさび３２とを一体化して構成されている。そこで、回転子６の回転時に、遠心力が第１分割下くさび３２を介して導電性金属板３３を第１分割上くさび３１に押し付けるように作用する。これにより、導電性金属板３３が第１分割くさび３０から外れるような事態の発生が抑制される。第２分割くさび３５においても、同様である。
【００３６】
なお、上記実施の形態１では、軸方向通風路１５がスロット１０の底部にのみ設けられているが、図１４および図１５に示されるように、軸方向通風路２１の半径方向位置を変えて界磁巻線１１に複数形成してもよい。この場合、図１５に示されるように、回転子コア８の軸方向中央部で、半径方向通風路２０を、第１分割くさび３０、ダンパーバー１３、絶縁物１２および界磁巻線１１に形成し、複数の軸方向通風路２１と外部とを連通するようにする。このとき、半径方向通風路２０は、第２分割くさび３５および第３分割くさび１８に必ずしも形成する必要はない。このように、実施の形態１による回転子は、半径方向通風形式、軸方向通風形式のどちらの回転電機にも適用できる。なお、他の実施の形態による回転子も、半径方向通風形式、軸方向通風形式のどちらの回転電機にも適用できる。
【００３７】
また、上記実施の形態１において、導電性金属板３３、第１導電性金属板３８ａ、および第２導電性金属板３８ｂのダンパーバー１３又は保持環９との接触面に、導電性金属板３３、第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂよりも高い導電性の金属、例えば金、銀などのメッキを施し、接触抵抗を低減してもよい。なお、他の実施の形態においても、導電性金属板の、ダンパーバーなどの他の部材との電気的接触面に、金、銀などの高い導電性の金属メッキを施してもよい。
【００３８】
また、上記実施の形態１では、第１分割くさび３０および第２分割くさび３５が、それぞれ、焼嵌め、冷やし嵌め、接着、溶接、ロウ付け、撹拌接合のいずれか１つの方法で、または接着と、溶接、ロウ付けおよび撹拌接合のいずれかと、を併用して、それぞれ一体化している。他の実施の形態においても、第１分割くさびおよび第２分割くさびは、同様に、それぞれ、焼嵌め、冷やし嵌め、接着、溶接、ロウ付け、撹拌接合のいずれか１つの方法、または接着と、溶接、ロウ付けおよび撹拌接合のいずれかと、を併用して、それぞれ一体化される。
【００３９】
また、上記実施の形態１では、第１分割くさび３０および第２分割くさび３５を上下に分割する箇所は、回転子の回転時に遠心力を受ける際に圧縮の荷重となる箇所としているが、他の実施の形態においても、第１分割くさびおよび第２分割くさびを上下に分割する箇所は、回転子の回転時に遠心力を受ける際に圧縮の荷重となる箇所とすることが望ましい。
【００４０】
実施の形態２．
図１６は、この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図、図１７は、この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを示す縦断面図、図１８は、この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを軸方向から見た端面図、図１９は、この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを示す縦断面図、図２０は、この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向他端側から見た端面図、図２１は、この発明の実施の形態２に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向一端側から見た端面図である。
【００４１】
実施の形態２では、図１６に示されるように、第１分割くさび４０が第１分割くさび３０に替えてスロット１０の軸方向中央部に設置され、第２分割くさび４５が第２分割くさび３５に替えてスロット１０の軸方向両端部に設置されている点を除いて、実施の形態１と同様に構成されている。実施の形態２では、くさびは、第１分割くさび４０、第２分割くさび４５、および第３分割くさび１８に分割構成されている。
【００４２】
第１分割くさび４０は、図１７および図１８に示されるように、第１分割上くさび４１と、第１分割下くさび４２と、導電性金属板４３と、を備える複合くさびである。第１分割下くさび４２は、軸方向の延びる凸部４２ａが上面中央部に形成された略直方体に作製されている。導電性金属板４３は、矩形平板状に作製され、凸部４２ａに配置され、第１分割下くさび４２から軸方向両側への突出部を折り返して、第１分割下くさび４２の軸方向の両端面に沿って延びて第１分割下くさび４２の下面に沿うように配置される。このとき、第１分割下くさび４２の軸方向の両端面の導電性金属板４３の載置領域が凹部に形成されており、第１分割下くさび４２の軸方向の両端面と導電性金属板４３は面一となっている。同様に、第１分割下くさび４２の下面の導電性金属板４３の載置領域が凹部に形成されており、第１分割下くさび４２の下面と導電性金属板４３は面一となっている。第１分割上くさび４１は、下面中央部に凸部４２ａと嵌合可能な凹部４１ａを有している。
【００４３】
第１分割くさび４０は、凹部４１ａを凸部４２ａに嵌着して、第１分割上くさび４１と第１分割下くさび４２とを一体化して構成される。このとき、第１分割上くさび４１と第１分割下くさび４２は、軸方向の両端面が面一となっている。ここで、一体化された第１分割上くさび４１と第１分割下くさび４２とが本体部となり、導電性金属板４３が通電体となる。なお、第１分割上くさび４１と第１分割下くさび４２とを一体化する方法は，上記実施の形態１と同様である。
【００４４】
第１分割くさび４０においても、第１分割上くさび４１、第１分割下くさび４２および導電性金属板４３に、半径方向通風路２０が形成されている。第１分割上くさび４１および第１分割下くさび４２は、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製されている。導電性金属板４３は、導電性金属板３３と同等の導電性を有する材料、例えば銅又は銅合金で作製される。
【００４５】
第２分割くさび４５は、図１９から図２１に示されるように、第２分割上くさび４６と、第２分割下くさび４７と、導電性金属板４８と、を備える複合くさびである。第２分割下くさび４７は、第２分割上くさび４６より軸方向長さが長く作製され、軸方向に延びる凸部４７ａが上面中央部に形成されている。導電性金属板４８は、矩形平板状に作製され、凸部４７ａに配置され、第２分割下くさび４７から軸方向他側への突出部を折り返して、第２分割下くさび４７の軸方向の他端面に沿って延びて第２分割下くさび４７の下面に沿うように配置される。このとき、第２分割下くさび４７の軸方向の他端面の導電性金属板４８の載置領域が凹部に形成されており、第２分割下くさび４７の軸方向の他端面と導電性金属板４８は面一となっている。同様に、第２分割下くさび４７の下面の導電性金属板４８の載置領域が凹部に形成されており、第２分割下くさび４７の下面と導電性金属板４８は面一となっている。
【００４６】
また、導電性金属板４８は、凸部４７ａに配置されて、第２分割下くさび４７から軸方向一側への突出部を折り返して、第２分割下くさび４７の軸方向の一端面に沿って延びる。さらに、導電性金属板４８は、第２分割下くさび４７の軸方向一端側への突出部の上面、軸方向の一端面および下面に沿うように配置される。このとき、第２分割下くさび４７の軸方向の一端面、さらに第２分割下くさび４７の軸方向一側への突出部の上面、軸方向一端面および下面の導電性金属板４８の載置領域が凹部に形成されており、導電性金属板４８が第２分割下くさび４７に面一に配置されている。
【００４７】
第２分割上くさび４６は、下面中央部に凸部４７ａと嵌合可能な凹部４６ａを有している。そして、第２分割くさび４５は、凹部４６ａを凸部４７ａに嵌着して、第２分割上くさび４６と第２分割下くさび４７とを一体化して構成される。このとき、第２分割下くさび４７は、第２分割上くさび４６から軸方向一端側に突出し、第２分割上くさび４６と第２分割下くさび４７の軸方向の他端面は、面一となっている。ここで、一体化された第２分割上くさび４６と第２分割下くさび４７とが本体部となり、導電性金属板４８が通電体となる。なお、第２分割上くさび４６と第２分割下くさび４７とを一体化する方法は、上記実施の形態１と同様である。
【００４８】
第２分割くさび４５においても、第２分割上くさび４６、第２分割下くさび４７、および導電性金属板４８に、半径方向通風路２０が形成されている。第２分割上くさび４６および第２分割下くさび４７は、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製されている。導電性金属板４８は、導電性金属板４３と同じ材料で作製される。ここでは、スロット１０の軸方向一端部に設置される第２分割くさび４５について説明しているが、スロット１０の軸方向他端部では、第２分割くさび４５は、第２分割下くさび４７が第２分割上くさび４６から軸方向他端側に突出するように設置されている。
【００４９】
実施の形態２では、第１分割くさび４０は、導電性金属板４３が導電性の機能を担っているので、導電性金属板４３を保持する第１分割上くさび４１と第１分割下くさび４２とには、高い導電性が不要となる。第２分割くさび４５においても，同様である。そこで、第１分割上くさび４１、第１分割下くさび４２、第２分割上くさび４６および第２分割下くさび４７に求められる特性を強度に特化できる。これにより、第１分割上くさび４１、第１分割下くさび４２、第２分割上くさび４６および第２分割下くさび４７を、導電性金属板４３および導電性金属板４８よりも高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼を用いることができる。
【００５０】
したがって、実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、実施の形態２によれば、導電性金属板４３，４８が、第１分割下くさび４２の凸部４２ａおよび第２分割下くさび４７の凸部４７ａに設置されているので、導電性金属板４３，４８と電機子巻線５との間の距離が短くなる。これにより、電機子巻線５からの磁束により導電性金属板４３，４８に誘起される渦電流が多くなり、渦電流による回転子コア８の発熱が抑制される。
【００５１】
実施の形態３．
図２２は、この発明の実施の形態３に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【００５２】
実施の形態３では、図２２に示されるように、第３分割くさび３０Ａを第３分割くさび１８のそれぞれに替えてスロット１０に設置し、ダンパーバー１３を省略している点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。実施の形態３では、くさびは、第１分割くさび３０、第２分割くさび３５、および第３分割くさび３０Ａに分割構成されている。
【００５３】
第３分割くさび３０Ａは、軸方向長さが短い点を除いて、第１分割くさび３０と同様に構成された複合くさびである。
この実施の形態３では、回転子コア８のスロット１０のそれぞれに設置されるすべてのくさびが、第１分割くさび３０、第２分割くさび３５および第３分割くさび３０Ａの複合くさびにより構成されているので、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５４】
実施の形態３によれば、第２分割くさび３５が回転子コア８のスロット１０の軸方向両端部に設置され、第１分割くさび３０および第３分割くさび３０Ａが第２分割くさび３５間に１列に配列してスロット１０に設置されている。これにより、第１分割くさび３０および第３分割くさび３０Ａの導電性金属板３３と第２分割くさび３５の第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂとが互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列されている。このように、互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列された導電性金属板３３、第１導電性金属板３８ａおよび第２導電性金属板３８ｂが、ダンパーバー１３として機能し、ダンパーバー１３を省略することができる。これにより、界磁巻線１１と電機子巻線５との間の距離がさらに短くなり、界磁巻線１１から生じる磁束がより多く電機子巻線５に鎖交する。その結果、設定された出力電流を得るために界磁巻線１１に通電される界磁電流を削減できるので、界磁銅損が削減され、効率が一層向上される。
【００５５】
なお、実施の形態３においては、接着と、溶接、ロウ付けおよび撹拌接合のいずれかと、を併用して、第１分割くさび３０、第２分割くさび３５、および第３分割くさび３０Ａをそれぞれ一体化してもよい。この場合、溶接、ロウ付けおよび撹拌接合のいずれかによる接合工程に先立って、接着により分割上くさびと分割下くさびとを接合することにより、分割上くさびと分割下くさびとを高精度に位置決め固定できる。これにより、溶接、ロウ付けおよび撹拌接合のいずれかによる接合後の形状の精度が高められる。その結果、第１分割くさび３０、第２分割くさび３５および第３分割くさび３０Ａの軸方向の端面における軸方向の凹凸が低減される。そこで、第１分割くさび３０と第３分割くさび３０Ａとの間、第３分割くさび３０Ａ間、および第３分割くさび３０Ａと第２分割くさび３５との間の接触面積が拡大され、導電性金属板３３同士の接触部、および導電性金属板３３と第１導電性金属板３８ａとの接触部での発熱が低減される。
【００５６】
実施の形態４．
図２３は、この発明の実施の形態４に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【００５７】
実施の形態４では、図２３に示されるように、第３分割くさび４０Ａを第３分割くさび１８のそれぞれに替えてスロット１０に設置し、ダンパーバー１３を省略している点を除いて、上記実施の形態２と同様に構成されている。実施の形態４では、くさびは、第１分割くさび４０、第２分割くさび４５、および第３分割くさび４０Ａに分割構成されている。
【００５８】
第３分割くさび４０Ａは、軸方向長さが短い点を除いて、第１分割くさび４０と同様に構成された複合くさびである。
この実施の形態４では、回転子コア８のスロット１０のそれぞれに設置されるすべてのくさびが、第１分割くさび４０、第２分割くさび４５、および第３分割くさび４０Ａの複合くさびにより構成されているので、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。
【００５９】
実施の形態４によれば、第２分割くさび４５が回転子コア８のスロット１０の軸方向両端部に設置され、第１分割くさび４０および第３分割くさび４０Ａが第２分割くさび４５間に１列に配列してスロット１０に設置されている。これにより、第１分割くさび４０および第３分割くさび４０Ａの導電性金属板４３と第２分割くさび４５の導電性金属板４８とが互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列されている。このように、互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列された導電性金属板４３および導電性金属板４８が、ダンパーバー１３として機能し、ダンパーバー１３を省略することができる。これにより、界磁巻線１１と電機子巻線５との間の距離がさらに短くなり、界磁巻線１１から生じる磁束がより多く電機子巻線５に鎖交する。その結果、設定された出力電流を得るために界磁巻線１１に通電される界磁電流を削減できるので、界磁銅損が削減され、効率が一層向上される。
【００６０】
なお、実施の形態４においては、上記実施の形態３と同様に、接着と、溶接、ロウ付けおよび撹拌接合のいずれかと、を併用して、第１分割くさび４０、第２分割くさび４５、および第３分割くさび４０Ａをそれぞれ一体化してもよい。
また、また、他の実施の形態においても、上記実施の形態３，４と同様に、接着と、溶接、ロウ付けおよび撹拌接合のいずれかと、を併用して、第１分割くさびおよび第２分割くさびをそれぞれ一体化してもよい。
【００６１】
実施の形態５．
図２４は、この発明の実施の形態５に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図である。
【００６２】
実施の形態５では、図２４に示されるように、第１塊状くさび５０を第１分割くさび３０に替えてスロット１０の軸方向中央部に設置し、第２塊状くさび５１を第２分割くさび３５に替えてスロット１０の軸方向両端部に設置している点を除いて、上記実施の形態３と同様に構成されている。実施の形態５では、くさびは、第１塊状くさび５０、第２塊状くさび５１、および第３分割くさび３０Ａに分割構成されている。
【００６３】
第１塊状くさび５０および第２塊状くさび５１は、導電性金属板３３と同様の高い導電性の材料、例えば銅又は銅合金で一塊に作製されている。
【００６４】
この実施の形態５では、第１塊状くさび５０、第２塊状くさび５１、および第３分割くさび３０Ａの導電性金属板３３が、互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列されている。このように、互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列された第１塊状くさび５０、第２塊状くさび５１、および導電性金属板３３が、ダンパーバー１３として機能し、ダンパーバー１３を省略することができる。したがって、実施の形態５においても、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００６５】
また、第１塊状くさび５０および第２塊状くさび５１が、高い導電性の金属で塊状体に作製されているので、第１塊状くさび５０と回転子コア８との間の接触抵抗が低減され、第２塊状くさび５１と保持環９との間の接触抵抗が低減される。これにより、回転子コア８の表面に流れる渦電流をより多く、ダンパーバーとして機能する導電性金属板３３に流すことができる。その結果、渦電流による回転子コア８の発熱を抑制することができる。
【００６６】
ここで、第１塊状くさび５０および第２塊状クサビ５１の導電性金属板３３および保持環９との接触面に、第１塊状くさび５０および第２塊状クサビ５１よりも高い導電性の金属、例えば金、銀などのメッキを施し、接触抵抗を低減してもよい。
【００６７】
なお、上記実施の形態５では、実施の形態３の回転子において、第１塊状くさび５０が第１分割くさび３０に替えてスロット１０の軸方向中央部に設置され、第２塊状くさび５１が第２分割くさび３５に替えてスロット１０の軸方向両端部に設置されているが、実施の形態４の回転子において、第１塊状くさび５０が第１分割くさび４０に替えてスロット１０の軸方向中央部に設置され、第２塊状くさび５１が第２分割くさび４５に替えてスロット１０の軸方向両端部に設置されてもよい。
【００６８】
実施の形態６．
図２５は、この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図、図２６は、この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを示す縦断面図、図２７は、この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第１分割くさびを軸方向から見た端面図、図２８は、この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを示す縦断面図、図２９は、この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向他端側から見た端面図、図３０は、この発明の実施の形態６に係る回転電機における回転子の第２分割くさびを軸方向一端側から見た端面図である。
【００６９】
実施の形態６では、図２５に示されるように、第１分割くさび６０が第１分割くさび３０に替えてスロット１０の軸方向の中央部に設置され、第２分割くさび６５が第２分割くさび３５に替えてスロット１０の軸方向の両端部に設置され、複数の第３分割くさび６０Ａが第３分割くさび３０Ａに替えてスロット１０の第１分割くさび６０と第２分割くさび６５との間に設置されている。実施の形態６では、くさびは、第１分割くさび６０、第２分割くさび６５、および第３分割くさび６０Ａに分割構成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００７０】
第１分割くさび６０は、図２６および図２７に示されるように、第１分割上くさび６１と、第１分割下くさび６２と、導電性金属板６３と、を備える複合くさびである。第１分割下くさび６２は、軸方向一側に傾いた平行四辺形の縦断面形状の角柱に作製され、溝方向を軸方向とする凹部６２ａが上面中央部に形成されている。導電性金属板６３は、矩形平板状に作製され、凹部６２ａに配置され、第１分割下くさび６２から軸方向両側への突出部を折り返して、第１分割下くさび６２の軸方向の両端面に沿って延びて第１分割下くさび６２の下面に沿うように配置される。このとき、第１分割下くさび６２の軸方向の両端面の導電性金属板６３の載置領域が凹部に形成されており、第１分割下くさび６２の軸方向の両端面と導電性金属板６３は面一となっている。同様に、第１分割下くさび６２の下面の導電性金属板６３の載置領域が凹部に形成されており、第１分割下くさび６２の下面と導電性金属板６３は面一となっている。第１分割上くさび６１は、下面中央部に凹部６２ａと嵌合可能な凸部６１ａを有している。ここで、導電性金属板６３の軸方向両側の露出面が傾斜面６４となっている。
【００７１】
第１分割くさび６０は、凸部６１ａを凹部６２ａに嵌着して、第１分割上くさび６１と第１分割下くさび６２とを一体化して構成される。ここで、一体化された第１分割上くさび６１と第１分割下くさび６２とが本体部となり、導電性金属板６３が通電体となる。
【００７２】
第１分割くさび６０においても、第１分割上くさび６１、第１分割下くさび６２および導電性金属板６３に、半径方向通風路２０が形成されている。第１分割上くさび６１および第１分割下くさび６２は、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製されている。導電性金属板６３は、導電性金属板３３と同じ材料、例えば銅又は銅合金で作製される。
第３分割くさび６０Ａは、軸方向長さが短い点を除いて、第１分割くさび６０と同様に構成された複合くさびである。この第３分割くさび６０Ａにおいても、導電性金属板６３の軸方向両側の露出面が傾斜面６４となっている。
【００７３】
第２分割くさび６５は、図２８から図３０に示されるように、第２分割上くさび６６と、第２分割下くさび６７と、第１導電性金属板６８ａと、第２導電性金属板６８ｂと、を備える複合くさびである。第２分割下くさび６７は、第２分割上くさび６６より軸方向長さが長い、直方体の軸方向他端面が軸方向一側に傾いた角柱に作製され、溝方向を軸方向とする凹部６７ａが上面中央部に形成されている。第２分割下くさび６７の軸方向他端面の傾斜角度は、第１分割下くさび６２の軸方向他端面の傾斜角度と同じである。第１導電性金属板６８ａは、矩形平板状に作製され、凹部６７ａに配置され、第２分割下くさび６７から軸方向両側への突出部を折り返して、第２分割下くさび６７の軸方向の両端面に沿って延びて第２分割下くさび６７の下面に沿うように配置される。このとき、第２分割下くさび６７の軸方向の両端面の第１導電性金属板６８ａの載置領域が凹部に形成されており、第２分割下くさび６７の軸方向の両端面と第１導電性金属板６８ａは面一となっている。同様に、第２分割下くさび６７の下面の第１導電性金属板６８ａの載置領域が凹部に形成されており、第２分割下くさび６７の下面と第１導電性金属板６８ａは面一となっている。
【００７４】
第２分割上くさび６６は、下面中央部に凹部６７ａと嵌合可能な凸部６６ａを有している。第２導電性金属板６８ｂは、矩形平板状に作製され、凸部６６ａに配置され、第２分割上くさび６６から軸方向一端側への突出部を折り返して、第２分割上くさび６６の軸方向の一端面に沿うように配置される。このとき、第２分割上くさび６６の軸方向の一端面の第２導電性金属板６８ｂの載置領域が凹部に形成されており、第２分割上くさび６６の軸方向の一端面と第２導電性金属板６８ｂは面一となっている。そして、第２分割くさび６５は、凸部６６ａを凹部６７ａに嵌着して、第２分割上くさび６６と第２分割下くさび６７とを一体化して構成される。このとき、第２分割下くさび６７は、第２分割上くさび６６から軸方向一端側に突出している。ここで、一体化された第２分割上くさび６６と第２分割下くさび６７とが本体部となり、第１導電性金属板６８ａおよび第２導電性金属板６８ｂが通電体となる。第１導電性金属板６８ａの第２分割上くさび６６の軸方向他側の露出面は、傾斜面６９となっている。
【００７５】
第２分割くさび６５においても、第２分割上くさび６６、第２分割下くさび６７、第１導電性金属板６８ａおよび第２導電性金属板６８ｂに、半径方向通風路２０が形成されている。第２分割上くさび６６および第２分割下くさび６７は、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製されている。第１導電性金属板６８ａおよび第２導電性金属板６８ｂは、導電性金属板６３と同じ材料で作製される。なお、第１導電性金属板６８ａと第２導電性金属板６８ｂとの２枚の金属板を用いているが、１枚の金属板を用い、第２分割くさび６５から軸方向一端側への突出部を分割して上下に折り返してもよい。ここでは、スロット１０の軸方向一端部に設置される第２分割くさび６５について説明しているが、スロット１０の軸方向他端部では、第２分割くさび６５は、第２分割下くさび６７が第２分割上くさび６６から軸方向他端側に突出するように設置されている。
【００７６】
第１分割くさび６０、第２分割くさび６５、および第３分割くさび６０Ａは、回転子６が回転時に遠心力を受ける際に圧縮の荷重となる箇所で上下部分割されている。第１分割くさび６０、第２分割くさび６５、および第３分割くさび６０Ａは、例えば、上位実施の形態１と同様の方法で一体化される。
【００７７】
このように構成された回転子においては、第２分割くさび６５がスロット１０の軸方向両端部に設置され、第１分割くさび６０および第３分割くさび６０Ａが第２分割くさび６５間に１列に配列してスロット１０に設置されている。第１分割くさび６０および第３分割くさび６０Ａでは、導電性金属板６３の軸方向両側の露出面が傾斜面６４となっている。また、第２分割くさび６５では、第１導電性金属板６８ａの第３分割くさび６０Ａ側の露出面が傾斜面６９となっている。これらの傾斜面６４，６９の傾斜角度は同じである。
【００７８】
これにより、隣り合う第１分割くさび６０の導電性金属板６３と第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３とが電気的に接触している。隣り合う第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３同士が電気的に接触している。隣り合う第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３と第２分割くさび６５の第１導電性金属板６８ａとが電気的に接触している。このように、互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列された導電性金属板６３、第１導電性金属板６８ａおよび第２導電性金属板６８ｂが、ダンパーバー１３として機能し、ダンパーバー１３を省略することができる。これにより、界磁巻線１１と電機子巻線５との間の距離が短くなり、界磁巻線１１から生じる磁束がより多く電機子巻線５に鎖交する。その結果、設定された出力電流を得るために界磁巻線１１に通電される界磁電流を削減できるので、界磁銅損が削減され、効率が向上される。
【００７９】
また、導電性金属板６３、第１導電性金属板６８ａおよび第２導電性金属板６８ｂが導電性の機能を担っているので、第１分割くさび６０、第２分割くさび６５、および第３分割くさび６０Ａの本体部を高強度の非磁性材で作製でき、厚みを薄くすることができる。これにより、界磁巻線１１と電機子巻線５との間の距離が短くなり、界磁巻線１１から生じる磁束がより多く電機子巻線５に鎖交する。その結果、設定された出力電流を得るために界磁巻線１１に通電される界磁電流を削減できるので、界磁銅損が削減され、効率が向上される。
【００８０】
また、隣り合う第１分割くさび６０と第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３の傾斜面６４同士が、半径方向に重なって面接触状態となっている。隣り合う第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３の傾斜面６４同士が、半径方向に重なって面接触状態となっている。隣り合う第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３と第２分割くさび６５の第１導電性金属板６８ａとの傾斜面６４，６９同士が、半径方向に重なって面接触となっている。そこで、回転子の回転中の遠心力により、これらの電気的接続部の接触面圧が上昇する。これにより、導電性金属板６３、第１導電性金属板６８ａおよび第２導電性金属板６８ｂの電気的接続部の接触抵抗が減少し、接触部における発熱が抑制される。
【００８１】
なお、上記実施の形態６による第１分割くさび６０、第２分割くさび６５、および第３分割くさび６０Ａは、実施の形態３における第１分割くさび３０、第２分割くさび３５、および第３分割くさび３０Ａの導電性金属板の露出面を傾斜面に構成したものと同等の構成である。そこで、実施の形態４における第１分割くさび４０、第２分割くさび４５、および第３分割くさび４０Ａの導電性金属板の露出面を傾斜面に構成しても、同様の効果が得られる。
【００８２】
実施の形態７．
図３１は、この発明の実施の形態７に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図、図３２は、この発明の実施の形態７に係る回転電機における回転子の第１塊状くさびを示す縦断面図、図３３は、この発明の実施の形態７に係る回転電機における回転子の第２塊状くさびを示す縦断面図である。
【００８３】
実施の形態７では、図３１に示されるように、第１塊状くさび７０が第１分割くさび６０に替えてスロット１０の軸方向中央部に設置され、第２塊状くさび７２が第２分割くさび６５に替えてスロット１０の軸方向両端部に設置されている点を除いて、上記実施の形態６と同様に構成されている。実施の形態７では、くさびは、第１塊状くさび７０、第２塊状くさび７２、および第３分割くさび６０Ａに分割構成されている。
【００８４】
第１塊状くさび７０は、導電性金属板６３と同様の高い導電性の材料、例えば銅又は銅合金で一塊に作製されている。傾斜面７１が、図３２に示されるように、第１塊状くさび７０の軸方向の両端面の下部側に形成されている。
第２塊状くさび７２は、導電性金属板６３と同様の高い導電性の材料、例えば銅又は銅合金で一塊に作製されている。傾斜面７３が、図３３に示されるように、第２塊状くさび７２の軸方向の他端面の下部側に形成されている。
【００８５】
この実施の形態７では、第１塊状くさび７０、第２塊状くさび７２、および第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３が、互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列されている。このように、互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列された第１塊状くさび７０、第２塊状くさび７２、および導電性金属板６３が、ダンパーバー１３として機能し、ダンパーバー１３を省略することができる。したがって、実施の形態７においても、上記実施の形態６と同様の効果が得られる。
【００８６】
また、第１塊状くさび７０および第２塊状くさび７２が、高い導電性の金属で塊状体に作製されているので、第１塊状くさび７０と回転子コア８との間の接触抵抗が低減され、第２塊状くさび７２と保持環９との間の接触抵抗が低減される。これにより、回転子コア８の表面に流れる渦電流をより多く、ダンパーバーとして機能する導電性金属板６３に流すことができる。その結果、渦電流による回転子コア８の発熱を抑制することができる。
【００８７】
また、隣り合う第１塊状くさび７０と第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３の傾斜面７１，６４同士が、半径方向に重なって面接触状態となっている。隣り合う第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３の傾斜面６４同士が、半径方向に重なって面接触状態となっている。隣り合う第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３と第２塊状くさび７２との傾斜面６４，７３同士が、半径方向に重なって面接触となっている。そこで、回転子の回転中の遠心力により、これらの電気的接続部の接触面圧が上昇する。これにより、第１塊状くさび７０と第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３との電気的接続部、第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３同士の電気的接続部、さらに第３分割くさび６０Ａの導電性金属板６３と第２塊状くさび７２との電気的接続部の接触抵抗が減少し、接触部における発熱が抑制される。
【００８８】
なお、上記実施の形態７において、第３分割くさび６０Ａに替えて、実施の形態４における第３分割くさび４０Ａの導電性金属板４３の露出面を傾斜面とした第３分割くさびを用いてもよい。
【００８９】
ここで、第１塊状くさび７０および第２塊状くさび７２の導電性金属板６３および保持環９との接触面に、第１塊状くさび７０および第２塊状くさび７２よりも高い導電性の金属、例えば金、銀などのメッキを施し、接触抵抗を低減してもよい。
【００９０】
実施の形態８．
図３４は、この発明の実施の形８に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図、図３５は、この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第１塊状くさびを示す縦断面図、図３６は、この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第１塊状くさびを軸方向から見た端面図、図３７は、この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第２塊状くさびを示す縦断面図、図３８は、この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第２塊状くさびを軸方向から見た端面図、図３９は、この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第４分割くさびを示す縦断面図、図４０は、この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子の第４分割くさびを軸方向から見た端面図、図４１は、この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子のくさび間接続導体を示す縦断面図、図４２は、この発明の実施の形態８に係る回転電機における回転子のくさび間接続導体を軸方向から見た端面図である。
【００９１】
実施の形態８では、図３４に示されるように、第１塊状くさび７４がスロット１０の軸方向中央部に設置され、第２塊状くさび７６がスロット１０の軸方向両端部に設置されている。また、複数の第４分割クサビ７７が第１塊状くさび７４と第２塊状クサビ７６との間に軸方向に１列に設置されている。さらに、第１塊状くさび７４と第４分割くさび７７とが、第４分割くさび７７同士が、さらに、第４分割くさび７７と第２塊状くさび７６とが、くさび間接続導体７５を用いて接続されている。なお、他の構成は、上記実施の形態７と同様に構成されている。実施の形態８では、くさびは、第１塊状くさび７４、第２塊状くさび７６、および第４分割くさび７７に分割構成されている。
【００９２】
第１塊状くさび７４は、導電性金属板６３と同様の高い導電性の材料、例えば銅又は銅合金で一塊に作製されている。くぼみ７９が、図３５および図３６に示されるように、穴方向を軸方向として、第１塊状くさび７４の軸方向の両端面の下部側に形成されている。くぼみ７９は、軸方向と直交する断面を矩形とする穴形状を有し、くぼみ７９の上面がくぼみ７９の深さ方向に漸次下面側に近づく傾斜面７９ａとなっている。なお、第１塊状くさび７４は、くぼみ７９が形成されている点を除いて、第１塊状くさび７０と同様に構成されている。
【００９３】
第２塊状くさび７６は、導電性金属板６３と同様の高い導電性の材料、例えば銅又は銅合金で一塊に作製されている。くぼみ８０が、図３７および図３８に示されるように、第２塊状くさび７６の、第４分割くさび７７と相対する端面の下部側に形成されている。くぼみ８０は、軸方向と直交する断面を矩形とする穴形状を有し、くぼみ８０の上面がくぼみ８０の深さ方向に漸次下面側に近づく傾斜面８０ａとなっている。なお、第２塊状くさび７６は、くぼみ８０が形成されている点を除いて、第２塊状くさび７２と同様に構成されている。
【００９４】
第４分割くさび７７は、図３９および図４０に示されるように、第４分割上くさび８１ろ、第４分割下くさび８２と、導電性金属板７８と、を備える複合くさびである。くぼみ８３が、第４分割下くさび８２の軸方向の両端面の下部側に形成されている。くぼみ８３は、軸方向と直交する断面を矩形とする穴形状を有し、くぼみ８３上面がくぼみ８３の深さ方向に漸次下面側に近づく傾斜面となっている。導電性金属板７８は、矩形平板状に作製され、軸方向両側に突出した状態で、第４分割上くさび８１と第４分割下くさび８２との間に挟み込まれる。導電性金属板７８の突出部は、第４分割下くさび８２の軸方向の両端面に沿って下方に延び、くぼみ８３内に引き入れられている。くぼみ８３内に引き入れられた導電性金属板７８は、くぼみ８３の傾斜面に沿って配置される。ここで、くぼみ８３の傾斜面に沿って配置された導電性金属板７８の部分の下面が傾斜面７８ａとなっている。第４分割上くさび８１および第４分割下くさび８２は、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製されている。導電性金属板７８は、導電性金属板６３と同じ材料、例えば銅又は銅合金で作製される。
【００９５】
第１塊状くさび７４、第２塊状くさび７６、および第４分割くさび７７は、軸方向と直交する断面形状が同じである。くぼみ７９、くぼみ８０、および導電性金属板７８の端部が配置された状態のくぼみ８３は、同じ穴形状となっている。第１塊状くさび７４と第４分割くさび７７とは、くぼみ７９とくぼみ８３とが相対するように配置される。第２塊状くさび７６と第４分割くさび７７とは、くぼみ８０とくぼみ８３とが相対するように配置される。
【００９６】
第４分割くさび７７は、第４分割上くさび８１と第４分割下くさび８２とを一体化して構成される。ここで、一体化された第４分割上くさび８１と第４分割下くさび８２とが本体部となり、導電性金属板７８が通電体となる。
【００９７】
くさび間接続導体７５は、導電性金属板７８と同じ材料、例えば銅又は銅合金で作製される。くさび間接続導体７５は、図４１および図４２に示されるように、軸方向両端部がくぼみ７９、くぼみ８０、および導電性金属板７８の端部が配置された状態のくぼみ８３と嵌合可能な形状に形成されている。くさび間接続導体７５の軸方向両端部の上面が、くぼみ７９、くぼみ８０、および導電性金属板７８の端部が配置された状態のくぼみ８３の傾斜面７９ａ，８０ａ，７８ａに半径方向に重なった状態で面接触する傾斜面７５ａとなる。
【００９８】
このように構成された第１塊状くさび７４、第２塊状クサビ７６、第４分割クサビ７７は、くさび間接続導体７５を介在させてスロット１０内に軸方向に１列に設置される。このとき、くさび間接続導体７５の両端部がくぼみ７９，８０および８３に嵌合させている。そこで、くさび間接続導体７５の軸方向両端部の上面である傾斜面７５ａは、くぼみ７９，８０および８３傾斜面７９ａ，８０ａ，７８ａと半径方向に重なって面接触状態となっている。これにより、スロット１０内に１列に配列された第１塊状くさび７４、第２塊状クサビ７６および第４分割クサビ７７が電気的に接続状態となっている。
【００９９】
この実施の形態８では、第１塊状くさび７４、第２塊状くさび７６、および第４分割くさび７７の導電性金属板７８が、くさび間接続導体７５により互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列されている。このように、互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列された第１塊状くさび７４、第２塊状くさび７６、および導電性金属板７８が、ダンパーバー１３として機能し、ダンパーバー１３を省略することができる。したがって、実施の形態８においても、上記実施の形態７と同様の効果が得られる。
【０１００】
また、第１塊状くさび７４および第２塊状くさび７６が、高い導電性の金属で塊状体に作製されているので、第１塊状くさび７４と回転子コア８との間の接触抵抗が低減され、第２塊状くさび７６と保持環９との間の接触抵抗が低減される。これにより、回転子コア８の表面に流れる渦電流をより多く、ダンパーバーとして機能する導電性金属板７８に流すことができる。その結果、渦電流による回転子コア８の発熱を抑制することができる。
【０１０１】
また、第１塊状くさび７４に形成されたくぼみ７９の内壁面の上面が、くぼみ７９の深さ方向に漸次内径側に変位する傾斜面７９ａとなっている。第２塊状くさび７６に形成されたくぼみ８０の内壁面の上面が、くぼみ８０の深さ方向に漸次内径側に変位する傾斜面８０ａとなっている。第４分割クサビ７７に形成されたくぼみ８３の内壁面の上面に配置された導電性金属板７８の下面が、くぼみ８３の深さ方向に漸次内径側に変位する傾斜面７８ａとなっている。くさび間接続導体７５の軸方向両端部が、くぼみ７９、８０および８３に嵌合され、傾斜面７５ａが傾斜面７９ａ，８０ａ，７８ａに半径方向に重なって面接触状態となっている。そこで、回転子６の回転中の遠心力により、これらの電気的接続部の接触面圧が上昇する。これにより、第１塊状くさび７４とくさび間接続導体７５との電気的接続部、第４分割くさび７７の導電性金属板７８とくさび間接続導体７５との電気的接続部、および第２塊状くさび７６とくさび間接続導体７５との電気的接続部の接触抵抗が減少し、接触部における発熱が抑制される。
【０１０２】
なお、上記実施の形態８において、第４分割くさび７７に替えて、実施の形態４における第３分割くさび４０Ａの導電性金属板４３の露出面に傾斜したくぼみ設けた第３分割くさびを用いてもよい。
【０１０３】
ここで、第１塊状くさび７４のくさび間接続導体７５との接触面、第２塊状くさび７６のくさび間接続導体７５との接触面、および第２塊状くさび７６の保持環９との接触面に、第１塊状くさび７４および第２塊状くさび７６よりも高い導電性の金属、例えば金、銀などのメッキを施し、接触抵抗を低減してもよい。また、第４分割くさび７７の導電性金属板８５のくさび間接続導体７５との接触面に、導電性金属板８５よりも高い導電性の金属、例えば金、銀などのメッキを施し、接触抵抗を低減してもよい。
【０１０４】
実施の形態９．
図４３は、この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子のスロット周りを示す要部縦断面図、図４４は、この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子の第５分割くさびを示す縦断面図、図４５は、この発明の実施の形態９に係る回転電機における回転子の第５分割くさびを軸方向から見た端面図である。
【０１０５】
実施の形態９では、図４３に示されるように、第４分割くさび７７がスロット１０の軸方向中央部に設置され、第５分割くさび８４がスロット１０の軸方向両端部に設置されている。さらに、複数の第４分割くさび７７が、中央部に設置された第４分割くさび７７と両端部に設置された第５分割くさび８４との間に設置されている。第４分割くさび７７同士がくさび間接続導体７５により電気的に接続され、第４分割くさび７７と第５分割くさび８４とがくさび間接続導体７５により電気的に接続されている。なお、他の構成は、上記実施の形態８と同様に構成されている。実施の形態９では、くさびは、第４分割くさび７７および第５分割くさび８４に分割構成されている。
【０１０６】
第５分割くさび８４は、図４４および図４５に示されるように、第５分割上くさび８８と、第５分割下くさび８７と、導電性金属板８５と、を備える複合くさびである。くぼみ８６が、第５分割下くさび８７の、第４分割くさび７７と相対する端面の下部側に形成されている。くぼみ８６は、軸方向と直交する断面を矩形とする穴形状を有し、くぼみ８６上面がくぼみ８６の深さ方向に漸次下面側に近づく傾斜面となっている。導電性金属板８５は、矩形平板状に作製され、軸方向両側に突出した状態で、第５分割上くさび８８と第５分割下くさび８７との間に挟み込まれる。導電性金属板８５の一方の突出部は、第５分割下くさび８７の端面に沿って下方に延び、くぼみ８６内に引き入れられている。くぼみ８６内に引き入れられた導電性金属板８５は、くぼみ８６の傾斜面に沿って配置される。ここで、くぼみ８６の傾斜面に沿って配置された導電性金属板８５の部分の下面が傾斜面８５ａとなっている。第５分割上くさび８８および第５分割下くさび８７は、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製されている。導電性金属板８５は、導電性金属板６３と同じ材料、例えば銅又は銅合金で作製される。なお、第５分割くさび８４の保持環９との電気的接続部は、第２分割くさび４５と同様に構成されている。
【０１０７】
第４分割くさび７７および第５分割くさび８４は、軸方向と直交する断面形状が同じである。導電性金属板７８の端部が配置された状態のくぼみ８３と導電性金属板８５の端部が配置された状態のくぼみ８６は、同じ穴形状となっている。第４分割くさび７７同士は、くぼみ８３が相対するように配置される。第４分割くさび７７と第５分割くさび８４とは、くぼみ８３とくぼみ８６とが相対するように配置される。
【０１０８】
第５分割くさび８４は、第５分割上くさび８８と第５分割下くさび８７とを一体化して構成される。ここで、一体化された第５分割上くさび８８と第５分割下くさび８７とが本体部となり、導電性金属板８５が通電体となる。
【０１０９】
この実施の形態９では、第４分割くさび７７の導電性金属板７８同士、および第４分割くさび７７の導電性金属板７８と第５分割くさび８４の導電性金属板８５とが、くさび間接続導体７５により互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列されている。このように、互いに電気的に接触する状態で軸方向に１列に配列された第４分割くさび７７の導電性金属板７８および第５分割くさび８４の導電性金属板８５が、ダンパーバー１３として機能し、ダンパーバー１３を省略することができる。したがって、実施の形態９においても、上記実施の形態８と同様の効果が得られる。
【０１１０】
また、第４分割クサビ７７に形成されたくぼみ８３の内壁面の上面に配置された導電性金属板７８の下面が、くぼみ８３の深さ方向に漸次内径側に変位する傾斜面７８ａとなっている。第５分割クサビ８４に形成されたくぼみ８６の内壁面の上面に配置された導電性金属板８５の下面が、くぼみ８６の深さ方向に漸次内径側に変位する傾斜面８５ａとなっている。くさび間接続導体７５の軸方向両端部が、くぼみ８３および８６に嵌合され、傾斜面７５ａが傾斜面７８ａ，８５ａに半径方向に重なって面接触状態となっている。そこで、回転子６の回転中の遠心力により、これらの電気的接続部の接触面圧が上昇する。これにより、第４分割くさび７７の導電性金属板７８とくさび間接続導体７５との電気的接続部、および第５分割くさび８４の導電性金属板８５とくさび間接続導体７５との電気的接続部の接触抵抗が減少し、接触部における発熱が抑制される。
【０１１１】
なお、上記実施の形態９において、第４分割くさび７７に替えて、実施の形態４における第３分割くさび４０Ａの導電性金属板４３の露出面に傾斜したくぼみ設けた第３分割くさびを用いてもよい。
【０１１２】
ここで、第４分割クサビ７７の導電性金属板７８のくさび間接続導体７５との接触面、第５分割くさび８４の導電性金属板８５のくさび間接続導体７５との接触面、および第５分割くさび８４の導電性金属板８５の保持環９との接触面に、導電性金属板７８、８５よりも高い導電性の金属、例えば金、銀などのメッキを施し、接触抵抗を低減してもよい。
【０１１３】
なお、上記各実施の形態では、発電機について説明されているが、本発明は、発電機に限定されず、電動機、発電電動機などの回転電機に適用できる。
【符号の説明】
【０１１４】
３  電機子、５  電機子巻線、６  回転子、８  回転子コア、９  保持環、１０  スロット、１１  界磁巻線、１８  第３分割くさび、３０，４０，６０  第１分割くさび（複合くさび）、３０Ａ，４０Ａ，６０Ａ  第３分割くさび（複合くさび）、３１，４１，６１  第１分割上くさび（本体部）、３２，４２，６２  第１分割下くさび（本体部）、３３，４３，４８，６３，７８，８５  導電性金属板（通電体）、３５，４５，６５  第２分割くさび（複合くさび）、３６，４６，６６  第２分割上くさび（本体部）、３７，４７，６７  第２分割下くさび（本体部）、３８ａ，６８ａ  第１導電性金属板（通電体）、３８ｂ，６８ｂ  第２導電性金属板（通電体）、５０，７０，７４  第１塊状くさび（分割くさび）、５１，７２，７６  第２塊状くさび（分割くさび）、６４，６９，７５ａ，７８ａ，７９ａ，８０ａ，８５ａ  傾斜面、７５  くさび間接続導体、７７  第４分割くさび（複合くさび）、８１  第１分割上くさび（本体部）、８２  第１分割下くさび（本体部）、８４  第５分割くさび（複合くさび）、８７  第２分割上くさび（本体部）、８８  第１分割下くさび（本体部）。
【図１】
2019220660.tif 000003
【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】
2019220660.tif 000009
【図８】
2019220660.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019220660.tif 000012
【図１１】
2019220660.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2019220660.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
2019220660.tif 000031
【図３０】
2019220660.tif 000032
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年2月26日(2019.2.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明による回転電機は、電機子巻線を備える電機子と、上記電機子の内径側に配置された回転子と、を備える。上記回転子は、半径方向外方に開口し、かつ軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成された回転子コアと、上記スロットのそれぞれに収納された界磁巻線と、上記スロットのそれぞれの開口側に軸方向に配列して収納され、上記界磁巻線を上記スロット内に固定保持する複数の分割くさびと、上記回転子コアの軸方向両端部に装着された保持環と、を有する。上記複数の分割くさびは、複合くさびを含み、上記複合くさびは、上記界磁巻線を保持する本体部と、上記本体部に保持され、渦電流が流れる通電体と、を備え、上記本体部は、上記通電体より高強度の非磁性材で作製され、上記通電体は、上記本体部より高導電性の金属で作製されている。上記本体部は、分割上くさびと、分割下くさびと、を備え、上記複合くさびは、上記通電体が上記分割上くさびと上記分割下くさびとの間に挟まれて保持された状態で、上記分割上くさびと上記分割下くさびとを一体化して構成されている。
【手続補正２】
【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】
電機子巻線を備える電機子と、
上記電機子の内径側に配置された回転子と、を備え、
上記回転子は、半径方向外方に開口し、かつ軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成された回転子コアと、上記スロットのそれぞれに収納された界磁巻線と、上記スロットのそれぞれの開口側に軸方向に配列して収納され、上記界磁巻線を上記スロット内に固定保持する複数の分割くさびと、上記回転子コアの軸方向両端部に装着された保持環と、を含み、
上記複数の分割くさびは、複合くさびを含み、
上記複合くさびは、上記界磁巻線を保持する本体部と、上記本体部に保持され、渦電流が流れる通電体と、を備え、
上記本体部は、上記通電体より高強度の非磁性材で作製され、
上記通電体は、上記本体部より高導電性の金属で作製され、
上記本体部は、分割上くさびと、分割下くさびと、を備え、
上記複合くさびは、上記通電体が上記分割上くさびと上記分割下くさびとの間に挟まれて保持された状態で、上記分割上くさびと上記分割下くさびとを一体化して構成されている回転電機。
【請求項２】
溝方向を軸方向とする凹部が上記分割上くさびの下面に形成され、軸方向に延びる凸部が上記分割下くさびの上面に形成されており、
上記分割上くさびと上記分割下くさびは、上記凹部と上記凸部とが嵌合され、かつ上記通電体が上記凹部と上記凸部との間に挟まれて保持された状態で一体化されている請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
上記複合くさびは、上記スロットのそれぞれの軸方向中央部と軸方向両端部とのみに収納されている請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
上記複数の分割くさびの全てが、上記複合くさびであり、
上記複合くさびは、上記通電体が互いに電気的に接続された状態で上記スロットのそれぞれに軸方向に１列に配列して収納されている請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項５】
上記複数の分割くさびは、上記スロットのそれぞれの軸方向中央部と軸方向両端部に収納されている、上記本体部より高導電性の金属で作製された塊状くさびと、上記スロットのそれぞれの軸方向中央部と軸方向両端部を除いて収納されている上記複合くさびと、を備え、
上記塊状くさびと上記複合くさびは、上記塊状くさびおよび上記通電体が互いに電気的に接続された状態で上記スロットのそれぞれに軸方向に１列に配列して収納されている請求項１又は請求項２記載の回転電機。
【請求項６】
上記複数の分割くさびの隣接する分割くさび同士の電気的接続部が、半径方向に重なった状態で面接触する傾斜面に構成されている請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
隣り合う上記複合くさびの間のそれぞれに配置されたくさび間接続導体をさらに備え、
上記複合くさびの上記通電体と上記くさび間接続導体との電気的接続部のそれぞれが、半径方向に重なった状態で面接触する傾斜面に構成されている請求項４記載の回転電機。
【請求項８】
隣り合う上記塊状くさびと上記複合くさびとの間、および隣り合う上記複合くさびの間のそれぞれに配置されたくさび間接続導体をさらに備え、
上記塊状くさびと上記くさび間接続導体との電気的接続部、および上記複合くさびの上記通電体と上記くさび間接続導体との電気的接続部のそれぞれが、半径方向に重なった状態で面接触する傾斜面に構成されている請求項５記載の回転電機。
【請求項９】
電機子巻線を備える電機子と、
上記電機子の内径側に配置された回転子と、を備え、
上記回転子は、半径方向外方に開口し、かつ軸方向に延びるスロットが周方向に複数形成された回転子コアと、上記スロットのそれぞれに収納された界磁巻線と、上記スロットのそれぞれの開口側に軸方向に配列して収納され、上記界磁巻線を上記スロット内に固定保持する複数の分割くさびと、上記回転子コアの軸方向両端部に装着された保持環と、を含み、
上記複数の分割くさびは、複合くさびを含み、
上記複合くさびは、上記界磁巻線を保持する本体部と、上記本体部に保持され、渦電流が流れる通電体と、を備え、
上記本体部は、上記通電体より高強度の非磁性材で作製され、
上記通電体は、上記本体部より高導電性の金属で作製され、
上記複合くさびは、上記スロットのそれぞれの軸方向中央部と軸方向両端部とのみに収納され、
軸方向中央部と軸方向両端部とのみに収納されている上記複合くさびを電気的に接続するダンパーバーをさらに備えている回転電機。
【請求項１０】
上記本体部は、分割上くさびと、分割下くさびと、を備え、
上記通電体は、上記分割上くさびと上記分割下くさびとの間に挟まれて保持され、
上記通電体の上記本体部からの突出部が、上記ダンパーバーと面接触している請求項９記載の回転電機。
【請求項１１】
上記通電体よりも高い導電性の金属が、上記通電体の他の部材との電気的接続部に被覆されている請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
上記塊状くさびよりも高い導電性の金属が、上記塊状くさびの他の部材との電気的接続部に被覆されている請求項５記載の回転電機。
【請求項１３】
請求項１から請求項８および請求項１２のいずれか１項に記載の回転電機の製造方法において、焼き嵌め、冷やし嵌め、接着、溶接、ろう付け、攪拌接合のいずれかの方法で、上記分割上くさびと上記分割下くさびとを一体化する回転電機の製造方法。
【請求項１４】
請求項１から請求項８および請求項１２のいずれか１項に記載の回転電機の製造方法において、焼き嵌めおよび冷やし嵌めのいずれかと、接着、溶接、ろう付けおよび攪拌接合のいずれかと、を併用して、上記分割上くさびと上記分割下くさびとを一体化する回転電機の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から請求項８および請求項１２のいずれか１項に記載の回転電機の製造方法において、接着と、溶接、ろう付けおよび攪拌接合のいずれかと、を併用して、上記分割上くさびと上記分割下くさびとを一体化する回転電機の製造方法。
【国際調査報告】
2019220660.tif 000048
2019220660.tif 000049