(57)【要約】      （修正有）【課題】鋼板の微小孔に導体バーを挿入する手間を省略することができるとともに、構造の簡素化及び全体（回転子自体）の組付強度向上を図ることが可能な回転子。【解決手段】回転軸４の軸方向Ｘに複数の鋼板５１を積層してなるコア５と、出力電圧の周波数の変動を抑制する制動巻線６とを備えた回転子３において、回転軸４の軸方向Ｘに連続的に並ぶように全ての鋼板５１に形成した複数の溶接対象部５２を溶接して構成した複数のダンパバー６２と、これらダンパバー６２の長手方向両端部同士を溶接により電気的に接続したダンパセグメント６１とによって制動巻線６を形成した。【選択図】図２
2011250576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の軸方向に複数の鋼板を積層してなるコアと、出力電圧の周波数の変動を抑制する制動巻線とを備えた回転子であって、
前記制動巻線を、
前記回転軸の軸方向に連続的または間欠的に並ぶように全ての鋼板又は一部の鋼板に形成した複数の溶接対象部を溶接して構成した複数のダンパバーと、これらダンパバーの長手方向両端部同士を溶接により電気的に接続したダンパセグメントとによって形成していることを特徴とする回転子。
【請求項２】
固定子と、請求項１に記載の回転子とを備えていることを特徴とする発電機。
【請求項３】
請求項１記載の回転子を製造する方法であって、
回転軸の軸方向に複数の鋼板を積層してコアを形成する工程と、
前記回転軸の軸方向に連続的または間欠的に並ぶように全ての鋼板又は一部の鋼板に形成した複数の溶接対象部を溶接して複数のダンパバーを形成する工程と、
これらダンパバーの長手方向両端部同士を溶接により電気的に接続してダンパセグメントを形成する工程とを有することを特徴とする回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制動巻線を備えた回転子、このような回転子を有する発電機、及び回転子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発電機に適用される回転子として、回転軸の軸方向に薄板状の鋼板を複数枚積層したコア（回転子磁極）と、出力電圧の周波数の変動を吸収する制動巻線（ダンパー巻線）とを備えたものが知られている。制動巻線は、通常、コアを構成する各鋼板の外周縁ないし外周縁近傍に形成した複数のスロットにそれぞれ挿入した銅や黄銅からなる複数の導体バー（ダンパバー）と、コアの長手方向（回転軸の軸方向）両端部に配置され、各導体バーの端部同士を電気的に接続するエンドリング（短絡環）等のダンパセグメントとによって構成されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１１１９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、各鋼板に形成するスロットの直径は例えば数ｍｍ〜数１０ｍｍ程度であり、このような微小孔に細長く硬質な導体バーを連続して挿入する作業には高い精度が要求され、また、挿入作業の途中で導体バーの一部がスロットに不意に引っ掛かって噛み込んだ場合には、導体バーが抜き挿し不能な状態になり、廃棄せざるを得ないという不具合が生じる場合がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、鋼板の微小孔に導体バーを挿入する手間を省略することができるとともに、構造の簡素化及び全体（回転子自体）の組付強度向上を図ることが可能な回転子、及びこのような回転子を備えた発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明は、回転軸の軸方向に複数の鋼板を積層してなるコアと、出力電圧の周波数の変動を抑制する制動巻線とを備えた回転子に関するものであり、回転軸の軸方向に連続的または間欠的に並ぶように全ての鋼板または一部の鋼板に形成した複数の溶接対象部を溶接して構成した複数のダンパバーと、これらダンパバーの長手方向両端部同士を溶接により電気的に接続したダンパセグメントとによって制動巻線を形成していることを特徴としている。
【０００７】
ここで、溶接対象部は全ての鋼板に形成してもよく、一部の鋼板にのみ形成してもよい。全ての鋼板に溶接対象部を形成した場合、鋼板を積層した状態において各溶接対象部は回転軸の軸方向に連続して並ぶ。一方、一部の鋼板に溶接対象部を形成する態様としては、回転軸の軸方向（鋼板の積層方向）に沿って並ぶ鋼板のうち複数枚に１枚（例えば３枚毎に１枚等）の鋼板に溶接対象部を形成する態様を挙げることができる。この場合、鋼板を積層した状態において各溶接対象部は回転軸の軸方向に間欠的に並ぶ。なお、本発明の回転子は、鋼板ひいてはコアが、相対的に回転軸側に形成した胴部と、相対的に反回転軸側である外周縁側に胴部よりも回転軸の回転方向に突出させた頭部とを備えたものであるいわゆる突極形回転子、または、鋼板ひいてはコアが円環状（円筒状）であるいわゆる円筒形回転子の何れであっても適用することができる。
【０００８】
そして、本発明の回転子では、このように回転軸の軸方向に連続的又は間欠的に並ぶ溶接対象部を溶接することによって回転軸の軸方向に延伸するダンパバーを複数形成し、さらに、これら複数のダンパバーの長手方向（回転軸の軸方向）両端部同士を電気的に接続するダンパセグメントを溶接により各ダンパバーの端部に固着して制動巻線を構成しているため、従来の態様と比較して、鋼板の微小孔（スロット）に細長い導体バーを挿入する作業自体が不要になり、挿入作業時に導体バーがスロットに噛み込んでしまうという不具合を防止することができる。しかも、鋼板に形成した溶接対象部を溶接することにより、積層状態にある鋼板を効率良く一体化することができ、例えば積層した鋼板を一体的に固定するために用いるいわゆるカシメ部材（カシメ棒）の固定具が不要または個数を最小限に抑えることができ、これにより、鋼板やダンパセグメントに形成するカシメ用孔（固定用孔）も不要または数を最小限に抑えることができ、構造のシンプル化やコストの削減を図ることができる。さらに、本発明の回転子は、溶接により鋼板同士及びダンパセグメントを一体化しているため、耐遠心力性も増大し、高速回転にも好適に対応することができる。
【０００９】
また、本発明の回転子であれば、溶接処理により電気的に接続したダンパバー及びダンパセグメントからなる制動巻線の電気的特性も従来と同様または略同様であり、出力電圧の周波数の変動を適切に吸収することができる。
【００１０】
また、本発明の発電機は、固定子と、上述した構成に特徴を有する回転子とを備えたものである。このようなものであれば、上述した回転子に基づく種々の作用効果を発揮し、適切な発電機能を発揮する発電機となる。
【００１１】
また、本発明は、上述した回転子の製造方法として、回転軸の軸方向に複数の鋼板を積層してコアを形成する工程と、回転軸の軸方向に連続的または間欠的に並ぶように全ての鋼板又は一部の鋼板に形成した複数の溶接対象部を溶接して複数のダンパバーを形成する工程と、これらダンパバーの長手方向両端部同士を溶接により電気的に接続してダンパセグメントを形成する工程とを有することを特徴としている。このような方法によれば、鋼板の微小孔（スロット）に細長い導体バーを挿入する工程が不要になり、積層状態にある鋼板を効率良く一体化することができ、構造のシンプル化やコストの削減を実現した回転子を製造することができる。
【発明の効果】
【００１２】
このように、コアを構成する鋼板に溶接対象部を形成し、これら溶接対象部を溶接して鋼板同士を一体化するとともに、溶接処理した部分をダンパバーとして機能させ、さらに溶接処理によってダンパセグメントとダンパバーとを一体化するという斬新な技術的思想を採用する本発明であれば、鋼板の微小孔に導体バーを挿入する手間を省略することができるとともに、構造の簡素化及び全体（回転子自体）の組付強度向上を図ることが可能な回転子、及びこのような回転子を備えた発電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転子を備えた発電機の要部断面模式図。
【図２】図１のＡ方向から見た回転子の一部を模式的に示す図。
【図３】同実施形態における溶接処理前の鋼板（コア）を示す図。
【図４】同溶接処理後の鋼板（コア）を示す図。
【図５】同実施形態における溶接処理前の板状部材（ダンパセグメント）を示す図。
【図６】同溶接処理後の板状部材（ダンパセグメント）を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
本実施形態に係る発電機１は、図１に示すように、固定子２と、固定子２に対して相対的に回転可能な回転子３とを備えたものである。
【００１６】
詳細を図示していない固定子２は、例えばスロットを有する環状の板状体を複数枚積層し、スロットに固定子巻線を巻回して構成したものであり、次に説明する回転子３のコア５（回転子磁極）の周囲に所定のエアギャップＧを形成した状態でハウジング内に固定されている。なお、図１における符号２１は固定子２の内周縁である。
【００１７】
回転子３は、図１及び図２（図１のＡ方向から見た回転子３の一部を模式的に示す図）に示すように、回転軸４と、回転軸４の周囲に当該回転軸４と一体回転可能に設けたコア５（回転子磁極）と、コア５に巻回したコイル（図示省略）と、出力電圧の周波数の変動を吸収するためにコア５に施した制動巻線６とを備えたものである。
【００１８】
本実施形態では、円柱状の回転軸本体４１と、回転軸本体４１の外周面に一体回転可能に設けた継鉄４２（ヨーク）とによって回転軸４を構成している。なお、継鉄４２とコア５に分かれていない回転子であってもよい。
【００１９】
コア５は、薄板状をなす複数の鋼板５１（例えば珪素鋼板）を回転軸４の軸方向に積層して構成したものである。すなわち、各鋼板５１は、相対的に回転軸４側の部分である胴部５１１と、相対的に反回転軸４側（外縁部側）の部分である頭部５１２とによって形成され、頭部５１２を胴部５１１よりも回転軸４の周方向に突出させた形状をなしている。
【００２０】
そして、本実施形態に係る回転子３は、図３に示すように、各鋼板５１の外縁部、具体的には頭部５１２の外周縁部５１３に溶接対象部５２を形成している。本実施形態では、他の部分（周辺部分）よりも回転軸４側に窪ませた凹部５２ａと、この凹部５２ａの中央部から反回転軸４側に突出させた微小凸部５２ｂとによって溶接対象部５２を形成している。また、本実施形態では、鋼板５１の外周縁５１３に複数（図示例では５つ）の溶接対象部５２を回転軸４の周方向に所定ピッチで形成している。なお、溶接対象部５２の数や形状、或いは溶接対象部５２同士の離間寸法（ピッチ幅）は適宜の値や形状に設定変更することができる。
【００２１】
このような概略Ｔ字状の鋼板５１を回転軸４の軸方向に積層した状態では、溶接対象部５２が回転軸４の軸方向に連続的に並び、これら溶接対象部５２を溶接することにより、鋼板５１同士が一体化したコア５を形成することができる（図１、図２及び図４参照、なお図２では溶接処理を施した箇所にパターンを付している）。本実施形態では、回転軸４の周囲にコア５を放射状に配置した突極形回転子を採用している。なお、コイルは、コア５のうち鋼板５１の胴部５１１に相当する部分に巻回されている。
【００２２】
また、本実施形態の回転子３は、コア５の長手方向（鋼板５１の積層方向、図２に示すＸ方向）両端部に、ダンパセグメント６１を配置している。ダンパセグメント６１は、例えば鋼板５１と同一素材及び同一形状からなる薄い板状部材６１１（図２、図５及び図６参照）を複数枚積層したものである。これら板状部材６１１にも溶接対象部６１２を形成しているため、鋼板５１の溶接対象部５２を溶接する際に、ダンパセグメント６１を構成するこれら板状部材６１１の溶接対象部６１２も同時ないし略同時に溶接することにより、コア５にダンパセグメント６１を一体化することができる。なお、溶接対象部６１２を形成していない板状部材６１１を適用する場合であっても、板状部材６１１の適宜箇所を鋼板５１の溶接対象部５２と接触し得るように姿勢保持した状態で溶接対象部５２を溶接処理することにより、コア５とダンパセグメント６１とを一体化することができる。
【００２３】
そして、本実施形態に係る回転子３は、上述した溶接処理により回転軸４の軸方向Ｘに沿って延伸する複数の溶接対象部５２（溶接処理後の複数の溶接対象部５２）をダンパバー６２として機能させて、制動巻線６を、これら複数のダンパバー６２と、これらダンパバー６２の長手方向（鋼板５１の積層方向）両端部同士に溶接処理により固着したダンパセグメント６１とによって形成している
【００２４】
このように、本実施形態に係る回転子３は、鋼板５１に溶接ポイント（溶接対象部５２）を形成し、溶接処理によりコア５に一体化したダンパバー６２を実現するという斬新な技術的思想に基づくものである。そして、回転軸４の軸方向Ｘに連続的に並ぶように全ての鋼板５１の外周縁５１３に形成した複数の溶接対象部５２を溶接して構成した複数のダンパバー６２と、コア５の全長に亘って延伸するこれらダンパバー６２の長手方向両端部同士を溶接により電気的に接続したダンパセグメント６１とによって制動巻線６を形成して本実施形態の回転子３では、微小孔（スロット）に細長い導体バーを挿入するという煩雑な作業が不要であり、鋼板５１の外周縁部５１３に形成した溶接対象部５２を溶接することにより、積層状態にある鋼板５１を効率良く一体化することができ、例えば積層した鋼板５１を一体的に固定するために用いるいわゆるカシメ部材（カシメ棒）が不要または個数を最小限に抑えることができる。これにより、鋼板５１やダンパセグメント６１に形成するカシメ用孔も不要または数を最小限に抑えることができ、鋼板５１の構造シンプル化及びコストの削減を図ることができる。
【００２５】
さらに、高速回転時には強い遠心力が回転子に作用するが、本実施形態の回転子３は、溶接により鋼板５１同士及びダンパセグメント６１を一体化しているため、耐遠心力性も増大し、高速回転にも好適に対応することができる。また、本実施形態の回転子３は、溶接処理により電気的に接続したダンパバー６２及びダンパセグメント６１からなる制動巻線６の電気的特性も従来と同様または略同様であり、出力電圧の周波数の変動を適切に吸収することができる。
【００２６】
また、本実施形態では、回転軸４の軸方向に複数の鋼板５１を積層してコア５を形成する工程と、回転軸４の軸方向に連続的に並ぶように全ての鋼板５１に形成した複数の溶接対象部５２を溶接して複数のダンパバー６２を形成する工程と、これらダンパバー６２の長手方向両端部同士を溶接により電気的に接続してダンパセグメント６１を形成する工程とを経て回転子３を製造するようにしているため、上述した作用効果を奏する回転子３、ひいては発電機１を容易な作業によって効率良く製造することができる。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、溶接対象部として、１つの凹部内に複数の微小凸部を形成したもの（鋸歯状）や他の部分（周辺部分）よりも反回転軸側に突出させた凸部のみからなるものを適用することもできる。
【００２８】
また、上述した実施形態では、溶接対象部を鋼板のうち反回転軸側の縁部（例えば頭部の外周縁部）にのみ形成した態様を例示したが、反回転軸側の縁部以外の箇所（例えば頭部の直線部分や胴部）に溶接対象部を形成した鋼板を採用してもよい。
【００２９】
また、全ての鋼板に溶接対象部を設けずに、積層方向に沿って並ぶ鋼板のうち複数枚に１枚の割合で鋼板に溶接対象部を設けたり、或いは積層方向に沿って並ぶ鋼板のうち所定領域ごとに連続する複数枚の鋼板に溶接対象部を設けた態様を採用してもよい。これらの場合、複数の鋼板に設けた溶接対象部は回転軸の軸方向に間欠的に並ぶことになり、これら溶接対象部を溶接処理することにより、これら溶接対象部に隣接する鋼板が溶接対象部を設けていない鋼板であっても好適に一体化することができる。
【００３０】
また、ダンパセグメントとして機能する部材（上述した実施形態では板状部材）は溶接処理により鋼板と一体化可能な導体性のものであればよく、形状や素材はコアを構成する鋼板と同一でなくても構わない。例えば環状のリング部材（エンドリングや短絡環と称されるもの）によってダンパセグメントを形成してもよい。
【００３１】
また、上述の実施形態では突極形回転子を例示したが、コアが概略円筒状をなすいわゆる円筒形回転子にも本発明の技術的思想を適用することができる。
【００３２】
さらに、本発明の回転子は発電機以外の回転機器（例えばリニアモーターを除く電動機等）にも適用することができる。
【００３３】
また、鋼板に形成したスロットに、スロットの開口径よりも小さい径の導体バー（鋼板とは別体）を収容した状態（載せ置いた状態）で導体バーとスロットとを溶接により一体化したダンパバーを形成することもできる。
【００３４】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１…発電機
２…固定子
３…回転子
４…回転軸
５…コア
５１…鋼板
５２…溶接対象部
６…制動巻線
６１…ダンパセグメント
６２…ダンパバー
【図１】
2011250576.tif 000003
【図２】
2011250576.tif 000004
【図３】
2011250576.tif 000005
【図４】
2011250576.tif 000006
【図５】
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【図６】
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