(57)【要約】【課題】楔の不可逆な変形を伴なわず、組立後も分解可能な構造としながら、組立作業を簡易化すること。【解決手段】外周に軸方向に延びる複数のスロットが設けられた回転子と、スロットの径方向の外周側にそれぞれ収められるとともに、軸方向の端部に配置される端部楔12Ａと端部楔12Ａ以外のロータ楔15とを含む複数の楔と、ロータ楔15の径方向の内周側に隣接してスロット内に収められる複数のクリページブロック14と、回転子の端部に配置されるエンドリング11とを備え、端部楔12Ａは、エンドリング11に固定されクリページブロック14を軸方向に当接させるストッパ部12Ａを備え、上記ロータ楔15はクリページブロック14により軸方向に固定される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に軸方向に延びる複数のスロットが設けられた回転子と、
上記スロットの径方向の外周側にそれぞれ収められるとともに、軸方向の端部に配置される端部楔と上記端部楔以外のロータ楔とを含む複数の楔と、
上記ロータ楔の径方向の内周側に隣接して上記スロット内に収められる複数のクリページブロックと、
上記回転子の端部に配置されるエンドリングと、を備え、
上記端部楔は、上記エンドリングに固定され上記クリページブロックを軸方向に当接させるストッパ部を備え、
上記ロータ楔は、上記クリページブロックにより軸方向に固定される、
回転電機。
【請求項２】
上記ロータ楔および径方向に隣接する上記クリページブロックは、相互に嵌合可能に形成した凹凸形状を有する、請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
上記ロータ楔および径方向に隣接する上記クリページブロックは、それぞれ径方向に形成した径方向孔を備えるとともに、上記径方向孔に挿入されるリング状部材を備える、請求項１記載の回転電機。
【請求項４】
上記リング状部材は、その周面に軸方向に沿った一部切欠き部を有する、請求項３記載の回転電機。
【請求項５】
上記リング状部材は、上記ロータ楔に螺合されたネジ部材によって上記径方向孔内に固定される、請求項３記載の回転電機。
【請求項６】
回転子の外周に軸方向に延びる複数のスロットを加工し、
上記スロットに複数のクリページブロックを収容し、
軸方向の端部に配置される端部楔と上記端部楔以外のロータ楔とを含む複数の楔を、上記スロットの上記クリページブロックの径方向の外周側に隣接するように収容し、
上記回転子の端部でエンドリングにより上記端部楔を固定するとともに上記クリページブロックを軸方向に位置決めし、
上記ロータ楔は、上記クリページブロックにより軸方向に位置決めされる、
回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転電機とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の特にタービン発電機は、回転軸の方向が水平となる横軸型の同期発電機である。その回転子（ロータ）には、回転軸であるロータシャフトに対して、軸方向に沿って溝（スロット）が加工されており、そのスロット内に界磁電流が流れるロータコイルが組込まれている。このロータコイルを保持するために、スロットの上部に楔（ロータ楔）を挿入してコイルを固定している。楔は、スロット内で軸方向に沿って分割されており、隣接する楔の間はギャップをもたせた構造となっている。楔を分割した構成とするのは、楔の製造上、長いものが作り難いからである。また、楔の間に適当なギャップを確保するのは、運転中の熱のびによって楔が変形した際に、楔間に拘束力が発生することを避けるためである。
【０００３】
このような構造においては、楔の軸方向の移動が抑制されていない場合、運転中に楔が動いて楔間のギャップが変化する可能性がある。ギャップの変化量、すなわち楔の移動量が大きい場合、コイルと楔にあけられている冷却通風孔の位置がずれることで当該孔がふさがれて、サーマルアンバランスによる振動などの問題が生じる可能性がある。したがって何らかの方法で楔の軸方向の移動を抑制して、組立時の冷却通風孔の貫通状態を保つように、楔間のギャップを管理する必要がある。
【０００４】
このようなロータ楔のギャップの管理方法として、従来はポンチロック（コーキング）による固定が行なわれていた。当該方法は、ロータシャフトのスロットの横に設けられた窪みにあわせて、楔を叩いて変形させる方法や、楔同士をバネなどで連結する方法が知られている。
【０００５】
また、楔とコイルの間には、クリページブロックと呼ばれる絶縁物が介在するため、そのクリページブロックによって楔を軸方向に位置決めする方法として、リーフスプリング形状の部材をクリページブロックに取付けて、楔の端部に面圧を加えることで、楔を拘束する方法が知られている。
【０００６】
このような構造で軸方向を固定しようとする場合、シャフトと楔との接触面圧が増大して楔のすべりが悪くなる可能性があり、熱変形、熱応力が発生する虞がある。したがって、このように楔をロータの断面方向に押さえつけることなく、軸方向のギャップを一定に保持する手法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２２９３３６号公報
【特許文献２】特開平１１−０４６４６３号公報
【特許文献３】特開平１１−１７８２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した如く、ポンチロック（コーキング）による固定方法を、個々の楔の軸長が短く、それだけスロット内に数多くのギャップを有する短尺の楔を持つロータに適用する場合には、必要となる作業箇所が多くなり、煩雑になるという課題があった。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、楔の不可逆な変形を伴なわず、組立後も分解可能な構造としながら、組立作業を簡易化することが可能な回転電機とその製造方法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】
【００１０】
実施形態の回転電機によれば、外周に軸方向に延びる複数のスロットが設けられた回転子と、上記スロットの径方向の外周側にそれぞれ収められるとともに軸方向の端部に配置される端部楔と上記端部楔以外のロータ楔とを含む複数の楔と、上記ロータ楔の径方向の内周側に隣接して上記スロット内に収められる複数のクリページブロックと、上記回転子の端部に配置されるエンドリングと、を備え、上記端部楔は上記エンドリングに固定され上記クリページブロックを軸方向に当接させるストッパ部を備え、上記ロータ楔は上記クリページブロックにより軸方向に固定される。
【００１１】
また、実施形態の回転電機の製造方法によれば、回転子の外周に軸方向に延びる複数のスロットを加工し、上記スロットに複数のクリページブロックを収容し、軸方向の端部に配置される端部楔と上記端部楔以外のロータ楔とを含む複数の楔を上記スロットの上記クリページブロックの径方向の外周側に隣接するように収容し、上記回転子の端部でエンドリングにより上記端部楔を固定するとともに上記クリページブロックを軸方向に位置決めし、上記ロータ楔は上記クリページブロックにより軸方向に位置決めされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の各実施形態によれば、楔の不可逆な変形を防ぐとともに、組立・分解の作業を簡易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の回転電機の特に回転子の端部側の構成を示す図。
【図２】同実施形態に係る第１の実施例でのクリページブロックとロータ楔の具体的な構成を示す図。
【図３】同実施形態に係る第１の実施例でのクリページブロックとロータ楔の具体的な構成を示す図。
【図４】同実施形態に係る第２の実施例でのクリページブロックとロータ楔の具体的な構成を示す図。
【図５】同実施形態に係る第２の実施例でのクリページブロックとロータ楔の具体的な構成を示す図。
【図６】同実施形態に係る第３の実施例でのクリページブロックとロータ楔の具体的な構成を示す図。
【図７】同実施形態に係る第３の実施例でのクリページブロックとロータ楔の具体的な構成を示す図。
【図８】同実施形態に係る第４の実施例でのクリページブロックとロータ楔の具体的な構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下図面を参照して、本実施形態の回転電機について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、同実施形態に係る回転電機のうち、特に回転子のコア端部１０の構成を示すものであり、図１（Ｂ）が回転軸方向に沿った断面図、図１（Ａ）が同図１（Ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った、主としてクリページブロック１４とロータ楔１５の関係を示す図である。
【００１６】
回転子の外周部には、回転子の軸方向に延びる複数のスロットが加工されて設けられている。回転子の各スロットの外周側にはスロットに収容されたコイルを固定して径方向に位置決めするために楔が配置される。すなわち、楔は各スロットの径方向の外周側に収容されて設けられる。
【００１７】
各スロットに収容される楔は、軸方向の端部に配置される端部楔１２と、端部楔１２以外のロータ楔１５から構成される。端部楔１２が配置される回転子の両端部であるコア端部１０は、エンドリング１１が固定されており、このエンドリング１１にエンドリングキー１１Ａを取付けて、端部楔１２を軸方向に位置決めする構造を採っている。
【００１８】
各スロット内において、ロータ楔１５の径方向の内周側にはロータ楔１５に隣接してクリページブロック１４が収容される。クリページブロック１４は、ロータ楔１５とスロット内に配置されるコイルとを絶縁するための絶縁物であり、各スロット内に軸方向に複数収められて配置される。
【００１９】
換言すると、スロット内において、クリページブロック１４の径方向の外周側にはクリページブロック１４に隣接して複数のロータ楔１５が配置される。端部楔１２は、同スロットに配列される他のロータ楔１５とは異なり、スロットの内径方向側でクリページブロック１４を軸方向に当接させるためのストッパ部１２Ａを突出形成しており、このストッパ部１２Ａによって、スロット内においてロータ楔１５の内径側に隣接して位置するクリページブロック１４を軸方向に位置決めしている。
【００２０】
なお、ストッパ部１２Ａの径方向内側には図示しない絶縁物が設けられ、ストッパ部１２Ａがスロットに収容されるコイルに接さないように構成される。
【００２１】
エンドリング１１の図中下部（スロット内径側）には、端部のクリページブロック１３が、上記ロータ楔１２のストッパ部１２Ａから軸方向に余裕を持った間隔をあけた状態で取付けられる。端部のクリページブロック１３は、端部楔１２の径方向の内周側に隣接して設けられる（すなわち、端部のクリページブロック１３の径方向の外周側には端部楔１２が隣接して配置される）。
【００２２】
上記クリページブロック１４及び端部のクリページブロック１３は、いずれもここでは図示しないスロット内のコイルの外周側に絶縁部材として配置される。
【００２３】
またクリページブロック１４は、複数個が当該スロット内で隙間なく連続して配置される一方で、各スロット内においてこれらクリページブロック１４の径方向の外周側に隣接して配置される複数のロータ楔１５は、軸方向に相互間を所定の間隔を維持してクリページブロック１４に固定された状態で、スロットに固着される。
【００２４】
上記のような構成にあって、回転子軸方向に沿った端部のクリページブロック１３の位置が、エンドリング１１の下に固定されている絶縁筒（図示せず）の組立ギャップなどの影響により、他のクリページブロック１４との間で間隔をあけて設置されている。
【００２５】
しかしながら、端部のクリページブロック１３と隣り合うクリページブロック１４は、その一端面が端部楔１２のストッパ部１２Ａに軸方向に当接するようにして配置する。
【００２６】
さらに、図示しないが、スロット内で、より内周側のクリページブロック１４を、外周側のクリページブロック１４から順次配置させることで、一連のクリページブロック１４の配列が形成され、各クリページブロック１４は軸方向に位置決めされる。
【００２７】
すなわち、本実施形態において、回転子の端部でエンドリング１１により端部楔１２を軸方向に固定すると、端部楔１２のストッパ部１２Ａにクリページブロック１４が当接することで各クリページブロック１４が軸方向に位置決めされる。
【００２８】
そのため、端部のクリページブロック１３以外のクリページブロック１４においては、端部のクリページブロック１３の位置の影響を受けず、結果としてそれらクリページブロック１４に対し、相互間で所定の間隔を維持して複数のロータ楔１５を適正に固定させることが可能となる。
【００２９】
以下、クリページブロック１４に対してロータ楔１５を正確な位置に固定するための具体的な構成について、第１乃至第４の実施例を用いて説明する。  
（第１の実施例）  
図２及び図３は、本実施形態の第１の実施例に係るクリページブロック１４とロータ楔１５の具体的な構成を示す。図２中、II−II′線は、回転子の軸方向を示す。
【００３０】
図２がクリページブロック１４−１にロータ楔１５−１を組み付けて固定した状態を示す。また図３は、ロータのスロットに挿入したクリページブロック１４−１に、ロータ楔１５−１を組み付ける際の過程を示す。
【００３１】
図示する如く、クリページブロック１４−１とロータ楔１５−１の当接面には、一端（II′）側に、回転子の軸方向と直交する段面１４ａ，１５ａを有する段付き構造を採っている。
【００３２】
そのため、特にこれらクリページブロック１４−１とロータ楔１５−１による構造を、回転子端部の上記ロータ楔１２と隣接する箇所に配置する場合に、適した構造となる。
【００３３】
その場合、上記段付き構造を採っていない側の端面（II）側を、上記ロータ楔１２及びそのストッパ部１２Ａと当接するようにしてクリページブロック１４−１及びロータ楔１５−１を配設することにより、回転子のスロットに沿った軸方向におけるクリページブロック１４−１及びロータ楔１５−１の位置を、端部楔１２に合わせて決定することができる。加えて上記段付き構造により、ロータ楔１５−１が回転子の軸方向の内周（II′）側へ移動するのを確実に阻止できる。
【００３４】
なお上記図２及び図３では、上記段付き構造が一端面の側にのみ形成される構造例を説明したが、回転子の軸方向に対応してもう一方の端面（II）側にも形成されるものとしてもよい。
【００３５】
これにより、回転子端部の端部楔１２と隣接するクリページブロック１４−１以外の、より内周側に配設するクリページブロック１４−１に対して固定されるロータ楔１５−１が、回転子の軸方向の内周及び外周双方向へ移動するのを確実に阻止できる。
【００３６】
（第２の実施例）  
図４及び図５は、本実施形態の第２の実施例に係るクリページブロック１４とロータ楔１５の具体的な構成を示す。
【００３７】
図４がクリページブロック１４−２にロータ楔１５−２を組み付ける際の過程を示す。また図５は、ロータのスロットに挿入したクリページブロック１４−２に、ロータ楔１５−２を組み付けて固定した状態を、クリページブロック１４−２の断面を用いて示す。
【００３８】
図示する如く、クリページブロック１４−２とロータ楔１５−２の当接面において、ロータ楔１５−２側に略円柱形状の突部１５ｂが形成されると共に、クリページブロック１４−２側に、上記凸部１５ｂと嵌合する、略円柱形状の凹部１４ｂが形成される。
【００３９】
そのため、回転子のスロット内に配列したクリページブロック１４−２に対して、上記凹部１４ｂに上記凸部１５ｂが合致するようにロータ楔１５−２を位置させることで、きわめて容易、且つ正確にロータ楔１５の位置決めを行なうことが可能となる。
【００４０】
なお上記図４及び図５の構成では、ロータ楔１５−２とクリページブロック１４−２の接合面の略中央に、凸部１５ｂ及び凹部１４ｂが位置するものとして説明したが、ロータ楔１５−２及びクリページブロック１４−２に、それぞれ回転子のロータを冷却するための通風孔が対応して形成される場合には、それら通風孔を避ける位置に上記凸部１５ｂ及び凹部１４ｂが形成される。
【００４１】
また、一つのロータ楔１５−２とクリページブロック１４−２との接合面に形成される、上記凸部１５ｂ及び凹部１４ｂの組数は、１つとは限らず、複数形成されるものとしてもよい。
【００４２】
以上、第１及び第２の実施例においては、いずれもクリページブロック１４−１，１４−２とロータ楔１５−１，１５−２自体に形成した凹凸形状での嵌合により、簡易な作業で容易、且つ正確にクリページブロック１４に対してロータ楔１５を組み付けることが可能となる。
【００４３】
（第３の実施例）  
図６及び図７は、本実施形態の第３の実施例に係るクリページブロック１４とロータ楔１５の具体的な構成を示す。図６が、クリページブロック１４−３にロータ楔１５−３を組み付けて固定した状態を示す。また図７は、ロータのスロットに挿入したクリページブロック１４−３に、ロータ楔１５−３を組み付ける際の過程を示す。
【００４４】
図６に示す如く、クリページブロック１４−３にロータ楔１５−３を組み付けた状態で、ロータ楔１５−３の外周面中央には貫通孔１５ｃが形成されている。図７に示すように、この貫通孔１５ｃは、内部のクリページブロック１４−３側で、より内径が大きい２段構成となっており、クリページブロック１４−３側の対応する位置には、その大きい内径と等しい内径を有する有底筒状の円柱形凹部１４ｃが形成されている。
【００４５】
クリページブロック１４−３に対してロータ楔１５−３を組み付ける際には、ロータ楔１５−３をクリページブロック１４−３の適正な場所に位置させて、ロータ楔１５−３の貫通孔１５ｃをクリページブロック１４−３の円柱形凹部１４ｃを同軸上に配置させる。
【００４６】
この状態で、上記クリページブロック１４−３の円柱形凹部１４ｃの深さ分と、上記ロータ楔１５−３の貫通孔１５ｃの大径側部分の軸長分の合計に相当する軸長を有する、軸方向に切欠き部を形成した断面Ｃ字状のリング部材２１を、図中の矢印VIIで示すようにロータ楔１５の貫通孔１５ｃ内に挿入する。
【００４７】
このリング部材２１は、可撓性及び復元性を有する、例えばバネ鋼で構成され、無加圧状態での外径が、上記ロータ楔１５−３の貫通孔１５ｃの大径側の内径、及び上記クリページブロック１４−３の円柱形凹部１４ｃの内径より若干大きく設定されている。
【００４８】
したがって、工具等を用いてこのリング部材２１の外径が、一時的に上記貫通孔１５ｃの小径側内径より小さくなるように圧力を加えて撓めた状態で、上記貫通孔１５ｃよりリング部材２１を挿入する。その後、リング部材２１が最奥部に当接するまで圧入することで、リング部材２１自体の有する復元性により、クリページブロック１４−３とロータ楔１５−３が一体にして固着されるものである。
【００４９】
このようにリング部材２１のような部材を用いることで、クリページブロック１４−３にロータ楔１５−３を容易に組み付けることができる。
【００５０】
なお、上記図７の説明では、クリページブロック１４−３の円柱形凹部１４ｃは有底筒状であるものとして説明したが、クリページブロック１４−３がロータ楔１５−３を含んで回転子の冷却貫通孔を有する構造にあっては、上記円柱形凹部１４ｃがその冷却貫通孔よりも大径となるような設定とすることにより、上記図６及び図７で説明した構造を冷却貫通孔部分を兼用した構造とすることができる。
【００５１】
（第４の実施例）  
図８は、本実施形態の第４の実施例に係るクリページブロック１４とロータ楔１５の具体的な構成を示す。図８（Ａ）、図８（Ｂ）は、クリページブロック１４−４にロータ楔１５−４を組み付けて固定した状態を示す。図８（Ａ）は、組み付けたロータ楔１５−４を回転子シャフト２２の表面から見た図、図８（Ｂ）は同図（Ａ）のVIII−VIII線に沿った断面構造を示している。
【００５２】
回転子シャフト２２のスロット内において、ロータコイル２３上にクリページブロック１４−４が配され。このクリページブロック１４−４を挟むようにロータ楔１５−４が配置される。
【００５３】
クリページブロック１４−４及びロータ楔１５−４は共に貫通孔を有しており、円筒スリーブ２４が挿入される。クリページブロック１４−４の貫通孔の下部側は上記円筒スリーブ２４の外径より小径となる段付き構造のストッパ部を構成しており、円筒スリーブ２４とロータコイル２３とが接触するのを回避している。
【００５４】
なお、円筒スリーブ２４については、金属の他に樹脂等の絶縁物とすることも可能であり、円筒スリーブ２４を絶縁物により構成する場合は、クリページブロック１４−４の貫通孔の下部側をこのような段付き構造とせずとも構わない。
【００５５】
また、ロータ楔１５−４の貫通孔の上部側は、上記円筒スリーブ２４の外径より大径となっており、その内周面にネジ山が形成されている。このロータ楔１５−４の貫通孔の上部に、外周面にネジ山を形成した六角孔付きのネジ部材２５を螺合する。
【００５６】
円筒スリーブ２４によりクリページブロック１４−４に対するロータ楔１５−４の位置決めが行なわれると共に、ネジ部材２５により円筒スリーブ２４を押さえ込むことで、円筒スリーブ２４の脱落を防止しつつ、クリページブロック１４とロータ楔１５とを確実に固着する構成となる。
【００５７】
ロータコイル２３を介してクリページブロック１４−４、ロータ楔１５−４、円筒スリーブ２４、及びネジ部材２５による冷却貫通孔を構成する。
【００５８】
このような構成とすることにより、上記第３の実施例で説明した、工具等を用いてリング部材２１の外径が小さくなるように圧力を加えて撓めるような作業を行なう必要がなく、円筒スリーブ２４によりクリページブロック１４−４とロータ楔１５−４の位置決めを行なった状態で、ネジ部材２５を用いての螺合により固着が実行される。そのため、作業性が高く、確実な取り付けが実行できるだけでなく、メンテナンス時の取り外し作業も容易となる。
【００５９】
以上、第３及び第４の実施例においては、リング部材２１あるいは円筒スリーブ２４とネジ部材２５のようなリング状部材を用いることで、ロータコイル２３を含めた冷却貫通孔の存在を考慮した、より正確な位置決めと固定とを実現できる。
【００６０】
以上詳述した如く本実施形態によれば、コーキングのように楔の不可逆な変形を伴なわず、組立後も分解可能な構造としながら、組立作業を簡易化することが可能となる。
【００６１】
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
【符号の説明】
【００６２】
１０…コア端部、１１…エンドリング、１１Ａ…エンドリングキー、１２…端部楔、１２Ａ…ストッパ部、１３…（端部の）クリページブロック、１４，１４−１〜１４−４…クリページブロック、１５，１５−１〜１５−４…ロータ楔、２１…リング部材、２２…回転子シャフト、２３…ロータコイル、２４…円筒スリーブ、２５…（六角孔付き）ネジ部材
【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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