(57)【要約】【課題】回転子スポークの径方向に配置した板状の立骨部分に柔軟性を持たせることにより、焼き嵌めにより発生する圧縮力を低減すること。【解決手段】立て位置に配置される回転軸に固定されて径方向に伸延する複数枚の板状の立骨２-５および２-６、当該板状の立骨の側面を連結する円板状の補強材２-３、２-４等で形成された回転子スポーク２と、その外周に焼き嵌めされた円環状の回転子リム３と、更に回転子リム３の外周に取付けられた複数個の回転子磁極４とから構成された立軸形回転電機の回転子において、回転子スポーク２を構成する板状の立骨を径方向に複数個に分割し、当該分割された立骨２-５および２-６の相互間を立骨よりも弾性係数が小さい部材２-７で接合した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立て位置に配置される回転軸に固定されて径方向に伸延する複数枚の板状の立骨、当該板状の立骨の側面を連結する円板状の補強材および立骨の外径側端面に取付けられたキーバーにより形成された回転子スポークと、この回転子スポーク外周に設けたキーバーに焼き嵌めされた円環状の回転子リムと、この回転子リムの外周に取付けられた突極形の複数個の回転子磁極とから構成された立軸形回転電機の回転子において、
前記回転子スポークを構成する板状の立骨を径方向に複数個に分割し、当該分割された立骨相互間を、回転子スポークの径方向の剛性を小さくする中間接合部材によって結合したことを特徴とする立軸形回転電機の回転子。
【請求項２】
前記中間接合部材は、前記立骨よりも弾性係数が小さい部材で構成されていることを特徴とする請求項１記載の立軸形回転電機の回転子。
【請求項３】
前記中間接合部材は、前記分割された立骨相互間をボルトにて結合したことを特徴とする請求項２記載の立軸形回転電機の回転子。
【請求項４】
前記分割された立骨相互間を接合する中間接合部材として、前記立骨相互間を円筒部材により接合することを特徴とする請求項１記載の立軸形回転電機の回転子。
【請求項５】
前記円筒部材を２つ以上径方向に配置して接合したことを特徴とする請求項４記載の立軸形回転電機の回転子。
【請求項６】
前記中間接合部材は、前記立骨の径方向の圧縮力を吸収し得る形状の部材としたことを特徴とする請求項１記載の立軸形回転電機の回転子。
【請求項７】
立て位置に配置される回転軸に固定されて径方向に伸延する複数枚の板状の立骨、当該板状の立骨の側面を連結する円板状の補強材および立骨の外径側端面に取付けられたキーバーにより形成された回転子スポークと、この回転子スポーク外周のキーバーに焼き嵌めされた円環状の回転子リムと、この回転子リムの外周に取付けられた突極形の複数個の回転子磁極とから構成された立軸形回転電機の回転子において、
前記立骨の回転軸との接合部に上端部および下端部を残して空間部を設けたことを特徴とする立軸形回転電機の回転子。
【請求項８】
立て位置に配置される回転軸に固定されて径方向に伸延する複数枚の板状の立骨、当該板状の立骨の側面を連結する円板状の補強材および立骨の外径側端面に取付けられたキーバーにより形成された回転子スポークと、この回転子スポーク外周のキーバーに焼き嵌めされた円環状の回転子リムと、この回転子リムの外周に取付けられた突極形の複数個の回転子磁極とから構成された立軸形回転電機の回転子において、
前記立骨の径方向の中間部に回転軸方向の長穴を設けたことを特徴とする立軸形回転電機の回転子。
【請求項９】
組立後の前記回転子スポークの外周側が、前記回転子リムおよび回転子磁極の重量によって前記回転軸方向下部に変位する量を補正する角度だけ前記立骨あるいは中間接合部材を回転軸の水平横断面に対して予め軸方向上部に傾斜させたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の立軸形回転電機の回転子。
【請求項１０】
前記中間接合部材は、前記分割された立骨相互間を接合するリンク機構としたことを特徴とする請求項１記載の立軸形回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立軸形回転電機の回転子に係り、特に、回転軸に固定された回転子スポークと、回転子リムとを焼き嵌めにより結合するようにした立軸形回転電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水車発電機などの立軸形回転電機の回転子は、図１１で示すように、立位置に配置された回転軸１と、この回転軸１に固定されて径方向に伸延する回転子スポーク２と、この回転子スポーク２の外周に取付けられた円環状に構成された回転子リム３と、この回転子リム３の外周に取付けられた突極形の複数個の回転子磁極４とから構成されている。
【０００３】
ここで、前記回転子スポーク２は、回転軸１の円周方向に等間隔、かつ、径方向に溶接等で固定された複数枚の板状の立骨２-１と、これら複数枚の立骨２-１の外径側端面にそれぞれ取付けられ、キー溝を掘った棒状部材（以下、キーバーという）２-２と、立骨２-１の上面および下面の回転軸１から外径側端面に亘る部分に溶接で固定された補強材としての円板２-３および円板２-４から構成されている。
【０００４】
この回転子スポーク２が担う機能は、回転子リム３および回転子磁極４の重量に対する鉛直方向の支持、運転中の遠心力や図示しない固定子からの磁気吸引力などに対する径方向の支持および回転軸１の下部に直結された水車軸から回転子リム３へのトルクの伝達である。
【０００５】
回転子リム３は、回転数の上昇に伴って遠心力により外側に膨らむため、回転子スポーク２と回転子リム３との結合部には回転数の２乗に比例した隙間が生じる。
この結合部にできた隙間は、運転中に振動等を誘引する可能性があるため、この隙間の発生を防ぐために予め回転子スポーク２の外径を回転子リム３の内径よりも一定の回転数における回転子リム３の内径の拡大分に相当する量だけ大きくしておき、回転子リム３を回転子スポーク２に焼き嵌めして組立てる方法がある。この組立方法では、回転子の静止時に回転子スポーク２と回転子リム３との結合部に対して径方向に大きな圧縮力が生じる。従来技術の回転子では、径方向に発生する圧縮力に耐え得る強度を回転子スポークに備えるように製作されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２５３１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した回転子スポークの強度を高める方法の場合、焼き嵌めによって回転子スポーク側に発生する圧縮力は、回転子スポークと回転子リムの剛性比に依存するため、回転子スポークの強度を上げると剛性が高まる。この結果、回転子スポークと回転子リムとの径方向に生じる圧縮力はさらに高くなり、その分、回転子スポークや回転子リムの設計および製作に困難をきたすという欠点があった。
【０００８】
本発明は上述した欠点に鑑みて、回転子スポークの径方向に配置した板状の立骨部分に柔軟性を持たせることにより、焼き嵌めにより発生する圧縮力を低減することのできる回転電機の回転子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、立て位置に配置される回転軸に固定されて径方向に伸延する複数枚の板状の立骨、当該板状の立骨の側面を連結する円板状の補強材および立骨の外径側端面に取付けられたキーバーにより形成された回転子スポークと、この回転子スポーク外周に設けたキーバーに焼き嵌めされた円環状の回転子リムと、この回転子リムの外周にダブテールによって取付けられた突極形の複数個の回転子磁極とから構成された立軸形回転電機の回転子において、前記回転子スポークを構成する板状の立骨を径方向に複数個に分割し、当該分割された立骨相互間を立骨よりも弾性係数が小さい部材で接合したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば回転子スポークの機能を損なうことなく径方向の剛性を小さくできるため、焼き嵌めにより回転子スポークと回転子リムとの間に発生する圧縮力を低減させることのできる立軸形回転電機の回転子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１に係る立軸形回転電機の回転子の側部断面図。
【図２】図１の立軸形回転電機の回転子の矢視平面図。
【図３】本発明の実施形態２に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図。
【図４】本発明の実施形態３に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図。
【図５】本発明の実施形態４に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図。
【図６】本発明の実施形態５に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図であり、（ａ）は一方の側面に湾曲した形状の吸収部材を適用した例を、（ｂ）はＳ字形に湾曲した形状の吸収部材を適用した例をそれぞれ示す図。
【図７】本発明の実施形態６に係る立軸形回転電機の回転子の主要部側部断面図。
【図８】本発明の実施形態７に係る立軸形回転電機の回転子の主要部側部断面図。
【図９】本発明の実施形態８に係る立軸形回転電機の回転子の主要部側部断面図。
【図１０】本発明の実施形態９に係る立軸形回転電機の回転子の主要部側部断面図。
【図１１】従来の技術の立軸形回転電機の回転子の側部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下図面を参照して本発明に係る立軸形回転電機の回転子の実施形態について説明する。なお、各図を通して同一または対応する部品には同一符号または関連する符号を付けて重複する説明は適宜省くものとする。
【００１３】
［実施形態１］
図１は本実施形態１に係る立軸形回転電機の回転子の側部断面図であり、図２は図１を矢視方向から見た平面図である。
【００１４】
図１および図２において、本実施形態１に係る立軸形回転電機の回転子は、立て位置に配置される回転軸１と、この回転軸１に固定されて放射状すなわち径方向に伸延するように形成された回転子スポーク２と、この回転子スポーク２の外周に焼き嵌めにより取付けられた円環状に構成された回転子リム３と、この回転子リム３の外周に更に取付けられた突極形の複数個の回転子磁極４とから構成している点、および前記回転子スポーク２を立骨、キーバーおよび補強用円板とで構成している点は従来例の図１１と同じであるが、本実施形態１が従来例と特に異なる点は、回転子スポーク２である。
【００１５】
すなわち、本実施形態１による回転子スポーク２は、立骨２-１をその放射方向の中間位置で複数個（図では２個）に分割して第１の立骨２-５および第２の立骨２-６とし、この第１の立骨２-５および第２の立骨２-６を中間接合部材である板状の伸縮部材２-７を介して溶接により結合するように構成した点が大きく異なる点であり、さらに異なる点は補強用の円板２-３および円板２-４が第２の立骨２-６の外径部近傍だけの上面および下面に溶接されている点である。その他の構成は従来例とほぼ同じなので説明を省略する。
【００１６】
なお、前記第１の立骨２-５および第２の立骨２-６は、通常炭素鋼で製作され、これに対して前記伸縮部材２-７は回転子スポーク２の機能を損なわない程度の強度を有し、かつ、炭素鋼よりも弾性係数の小さい材質、例えばアルミニウム材で製作される。この結果、第１の立骨２-５と、第２の立骨２-６と伸縮部材２-７とは、異種金属溶接となる。
【００１７】
次に、本実施形態１の作用について述べる。
回転子スポーク２と回転子リム３とを焼き嵌めしたことによって結合部であるリムキー５部分に作用する圧縮力は、第２の立骨２-６を介して伸縮部材２-７に伝達される。前述したように伸縮部材２-７は、第１の立骨２-５および第２の立骨２-６よりも弾性係数が小さいため、伸縮部材２-７が縮むことにより、第１の立骨２-５、第２の立骨２-６、伸縮部材２-７からなる回転子スポーク２の径方向の剛性が小さくなり、圧縮力を低減することができる。
【００１８】
以上述べたように、本実施形態１によれば回転子スポーク２の機能を損なうことなく径方向の剛性を小さくできるため、焼き嵌めにより回転子スポーク２と回転子リム３との間に発生する圧縮力を低減することのできる立軸形回転電機の回転子を提供できる。
【００１９】
［実施形態２］
図３は実施形態２に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図を示す。
前述した図１、２に示す実施形態１では、中間接合部材として伸縮部材２-７を採用し、異種金属の伸縮部材２-７と第１の立骨２-５、第２の立骨２-６とを溶接により結合したが、本実施形態２は図３で示すように、溶接に替えて板状の伸縮部材２-７を２枚用意して第１の立骨２-５および第２の立骨２-６の端部を挟み、その挟んだ部分をボルト６-１、６-２にて一体的に結合するようにしたものである。
【００２０】
これにより第１の立骨２-５および第２の立骨２-６と材質が異なる伸縮部材２-７を容易に結合することができるうえ、実施形態１と同様な作用効果を奏することができる。
【００２１】
［実施形態３］
図４は実施形態３に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図を示す。
本実施形態３は、図４で示すように、第１の立骨２-５と第２の立骨２-６との間に中間接合部材として炭素鋼製の円筒部材７を介在させて、第１の立骨２-５と円筒部材７間、円筒部材７と第２の立骨２-６間とを溶接により結合したものである。この場合の円筒部材７の材質は、第１の立骨２-５、第２の立骨２-６と同じ材質でなくてもよい。
【００２２】
本実施形態３によれば、焼き嵌めによる圧縮力に対して、円筒部材１１が楕円に変形することにより、第１の立骨２-５、第２の立骨２-６、円筒部材７からなる回転子スポーク２の径方向の剛性が小さくなり、圧縮力を低減することができる。
【００２３】
［実施形態４］
図５は実施形態４に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図を示す。
本実施形態４は、前述した実施形態３の一部を変更した実施形態であり、図４に示した中間接合部材である円筒部材７と同等の２個の円筒部材７-１および７-２を設けたものである。
【００２４】
本実施形態４は前述した実施形態３に比べて、各々の円筒部材７-１、７-２の変形量が小さくなるため、径方向の剛性の調整幅を大きくすることができる。
【００２５】
なお、円筒部材７-１と７-２との大きさは同じでなくてもよく、また、円筒部材は３個以上であってもよい。さらに、円筒部材７-１と７-２との間に第３の立骨を配置するように構成してもよい。
【００２６】
［実施形態５］
図６は実施形態５に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図であり、（ａ）は一方の側面側にのみ湾曲した形状の吸収部材８を適用した例を、（ｂ）はＳ字形に湾曲した形状の吸収部材９を適用した例をそれぞれ示す図である。
【００２７】
本実施形態５は、図６（ａ）、（ｂ）で示すように、第１の立骨２-５と第２の立骨２-６との間に中間接合部材として、炭素鋼で製作され一方の側面側にのみに湾曲した形状の吸収部材８、あるいはＳ字形に湾曲した形状の吸収部材９を介在させて、第１の立骨２-５と吸収部材８（または９）間、吸収部材８（または９）と第２の立骨２-６間とを溶接により結合し、吸収部材８あるいは吸収部材９で回転子スポーク２の径方向の動きを吸収することができるようにしたものである。
【００２８】
回転子の運転中、回転子リムが遠心力で膨張するとき、一方の側面側にのみに湾曲した形状の吸収部材８（図６（ａ））または、Ｓ字形に湾曲した形状の吸収部材９（図６（ｂ））が変形することにより、第１の立骨２-５、第２の立骨２-６、吸収部材８（または吸収部材９）からなる回転子スポーク２の径方向の剛性が小さくなり、圧縮力を低減することができる。
【００２９】
なお、図６（ａ）、（ｂ）では第１の立骨２-５、第２の立骨２-６および吸収部材８（または９）の３者を別体とし、それぞれの間を溶接で結合するようにしたが、本実施形態５はこれに限定されるものではなく、第１の立骨２-５、第２の立骨２-６および吸収部材８（または９）を初めから一体の材料で形成するようにしてもよい。このように一体の材料で形成する場合は、部品点数を低減することができる。
【００３０】
［実施形態６］
図７は実施形態６に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図である。
本実施形態６は、図７で示すように第２の立骨２-６の内径側端部の上端部７-６１および下端部７-６２をそれぞれ上部および下部に突出させて回転軸１との接合部とし、これら上端部７-６１、下端部７-６２および回転軸１間に隙間Ｇを設けたものである。
【００３１】
本実施形態６の構成の場合、第２の立骨２-６の断面積は減少するが、断面係数はさほど変化しないため、回転子リム３および回転子磁極等４の重量を支持する機能は損なうことなく、径方向の剛性を小さくすることが可能である。
【００３２】
［実施形態７］
図８は実施形態７に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図である。
本実施形態７は、図８で示すように回転軸１との結合部となる第２の立骨２-６の内径側端部と、外径側端部との中間部２-６３を上部および下部に膨らませ、かつ、内部に立骨２-６の高さと同等の長さを有する回転軸方向の長穴Ｈを設けるようにしたものである。
【００３３】
本実施形態７の場合、前述した実施形態６のように回転軸１との結合部となる上端部７-６１、下端部７-６２が回転軸１の軸方向に突出しないので、実施形態６の場合よりも、中心体１の軸長を短くすることができる。
【００３４】
［実施形態８］
図９は実施形態８に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図である。
上述した実施形態１〜７の場合、従来構造に比べ回転子スポークの径方向の剛性を小さくする分、回転子リム３および回転子磁極４等の重量による組立後の回転子スポーク２外周側の軸方向変位が大きくなる。
【００３５】
そこで、本実施形態８は、組立後の前記回転子スポークの外周側が、前記回転子リムおよび回転子磁極の重量によって前記回転軸方向下部に変位する量を補正する角度だけ前記立骨あるいは中間接合部材を回転軸の水平横断面に対して予め軸方向上部に傾斜させるために、第１の立骨２-５と第２の立骨２-６との間に配置され中間結合部材である前記伸縮体２-７あるいは円筒部材７あるいは吸収部材８（９）の径方向の上面長さＬ１を下面長さＬ２よりも予定寸法分だけ短く（Ｌ１＜Ｌ２）し、組立前の状態で前記回転子スポーク２の構成部品である第２の立骨２-６を回転軸の水平横断面に対して所定角度θだけ上側に傾斜して取付けるようにしたものである。組立後は回転子スポーク２の角度θがゼロ若しくはゼロに近くなる。
【００３６】
なお、本実施形態を、図７あるいは図８に適用する場合は、回転軸１に対する立骨２-６の取り付け角度をθだけ軸方向上部に傾ければ実現することができる。
【００３７】
［実施形態９］
図１０は実施形態９に係る立軸形回転電機の回転子の主要部平面図である。
本実施形態１０は、図１０で示すように、第１の立骨２-５と第２の立骨２-６とをリンク９により結合したものである。
【００３８】
本実施形態１０によれば、焼き嵌めによる内径方向の圧縮力を、第２の立骨２-６が持ち上がることにより吸収することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…回転軸、２…回転子スポーク、２-２…キーバー、２-３…補強用円板、２-４…補強用円板、２-５…第１の立骨、２-６…第２の立骨、２-７…伸縮体、３…回転子リム、４…回転子磁極、５…リムキー、６-１、６-２…ボルト、７、７-１、７-２…円筒部材、８，９…吸収部材、１０…リンク。
【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】
2011125193.tif 000009
【図８】
2011125193.tif 000010
【図９】
2011125193.tif 000011
【図１０】
2011125193.tif 000012
【図１１】
2011125193.tif 000013