(57)【要約】【課題】回転子コイル成形時の詰め物を取り除くことなく通風路を確保すること。【解決手段】回転電機の回転子構造２０は回転子鉄心３と、回転子鉄心３のスロット４内に多層に配置された回転子コイル１とを備えている。回転子コイル１には長手方向に沿って設けられた通風溝１ａが形成され、この回転子コイル１のコーナー部１Ｂには詰め物１２が充填されている。この詰め物１２には通風路となる溝部１２ａが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスロットが形成された回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の前記スロット内に多層に配置された回転子コイルとを備え、
各回転子コイルは長手方向に沿って設けられた通風溝を有するとともに、コーナー部を含むコ字形状を有し、
前記回転子コイルの前記コーナー部の前記通風溝内に通風路を有する詰め物が充填されていることを特徴とする回転電機の回転子構造。
【請求項２】
前記詰め物は溝部からなる通風路を有することを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子構造。
【請求項３】
前記詰め物は貫通孔からなる通風路を有することを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子構造。
【請求項４】
複数のスロットが形成された回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の前記スロット内に多層に配置された回転子コイルとを備え、
各回転子コイルは長手方向に沿って設けられた通風溝を有するとともに、コーナー部を含むコ字形状を有し、
前記回転子コイルの前記コーナー部において、上層の回転子コイルと下層の回転子コイルとの間に形成される減肉空間にクッション材又は充填材を挿着したことを特徴とする回転電機の回転子構造。
【請求項５】
前記回転子コイルのコーナー部の通風溝内に通風路を有する詰め物が充填されていることを特徴とする請求項４記載の回転電機の回転子構造。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか記載の回転電機の回転子構造を有する発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施の形態は回転電機の回転子構造およびこの回転子構造を有する発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より回転電機の回転子構造として、複数のスロットが形成された円筒状の回転子鉄心と、回転子鉄心のスロットに多層に配置された回転子コイルとを備えたものが知られている。
【０００３】
多層に配置された各回転子コイルは、長手方向に沿って設けられた通風溝を有する直線状の導体をエッジワイズ曲げにより成形され、各回転子コイルはこのエッジワイズ曲げにより成形されたコーナー部を有する。
【０００４】
このように成形された回転子コイルは、コーナー部において以下のような問題が生じる。
【０００５】
すなわち、長手方向に沿って通風溝１ａが設けられている回転子コイル１に対してエッジワイズ曲げを行うと、図１０に示すように回転子コイル１のコーナー部外周側が変形してしまうという問題がある。この対策として図１１（ａ）（ｂ）に示すように、コーナー部の回転子コイル１の通風溝１ａに詰め物１２を設けて変形を抑制する方法があるが、詰め物１２が回転子コイル１の冷却ガスの通風溝１ａを塞いでしまうため、詰め物１２を取り除く作業が発生していた。詰め物１２は回転子コイル１と一緒に曲げられるため回転子コイル１と強く密着してしまい、取り外し作業が困難となっている。また、回転子コイル１の１巻あたり４箇所の取り外し作業が必要となり、多重にかつ環状に積み上げた数だけその作業が発生することや、一括曲げにより製造工程短縮を行っても、詰め物１２の除去のために積み上げた回転子コイル１を１巻ずつ分離しないと作業が行えないことにより、製造工程に無駄な作業が発生していた。
【０００６】
また、詰め物１２を用いて通風溝の変形を抑制しても図１２に示すようにコーナー部で偏肉部、すなわち板厚の不均一部が発生する。このため、運転時に回転子コイル１に数千Ｇの加速度が発生する際に、回転子コイル１と層間絶縁物１３との接触面圧が局所的に高い部分が発生し、層間絶縁を損耗させるという問題がある。さらに、コーナー部の偏肉によって発生する隙間により回転子コイル１の通風溝１ａの冷却ガス通風路から冷却ガスが漏れ、回転子コイル１の冷却に悪影響を及ぼすという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１６８８４５号公報
【特許文献１】特開平５−１４６１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、回転子コイル成形時の変形抑制のために挿入した詰め物を取り除く作業を省略することができ、かつ成形曲げ時に回転子コイルが偏肉しても冷却ガスの通風路を正常に形成することが可能な回転電機の回転子構造およびこの回転子構造を有する発電機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】
本実施の形態は、複数のスロットが形成された回転子鉄心と、前記回転子鉄心の前記スロット内に多層に配置された回転子コイルとを備え、各回転子コイルは長手方向に沿って設けられた通風溝を有するとともに、コーナー部を含むコ字形状を有し、前記回転子コイルの前記コーナー部の通風溝内に通風路を有する詰め物が充填されていることを特徴とする回転電機の回転子構造である。
【００１０】
本実施の形態は、複数のスロットが形成された回転子鉄心と、前記回転子鉄心の前記スロット内に多層に配置された回転子コイルとを備え、各回転子コイルは長手方向に沿って設けられた通風溝を有するとともに、コーナー部を含むコ字形状を有し、前記回転子コイルの前記コーナー部において、上層の回転子コイルと下層の回転子コイルとの間に形成される減肉空間にクッション材又は充填材を挿着したことを特徴とする回転電機の回転子構造である。
【００１１】
本実施の形態は、上記構成をもつ回転電機の回転子構造を有する発電機である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は第１の実施の形態における回転子構造を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図２】図２は第１の実施の形態における回転子構造を示す断面図。
【図３】図３は第１の実施の形態における回転子構造の変形例を示す断面図。
【図４】図４は第２の実施の形態における回転子構造を示す断面図。
【図５】図５は第２の実施の形態における回転子構造の変形例を示す断面図。
【図６】図６は第２の実施の形態における回転子構造の変形例を示す断面図。
【図７】図７は第３の実施の形態における回転子構造を示す断面図。
【図８】図８は回転子構造の全体を示す側面図。
【図９】図９は回転子構造の全体を示す平面図。
【図１０】図１０は従来の回転子構造を示す断面図。
【図１１】図１１（ａ）は従来の回転子構造を示す平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図１２】図１２は従来の回転子構造の作用を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本実施の形態による回転電機の回転子構造および発電機について説明する。ここで図１乃至図３、図８および図９は第１の実施の形態による回転電機の回転子構造および発電機を示す図である。
【００１４】
タービン発電機等の回転電機では回転子コイルの冷却性能が発電機の性能や体格を左右する重要な要素である。回転子コイルは、コイルの長手方向に沿って通風溝を設けて、その溝に冷却ガス（冷却空気等）を通風して冷却する。
【００１５】
すなわち、タービン発電機等の回転電機は回転子構造２０を有している。
【００１６】
このような回転子構造２０は図８および図９に示すように、複数のスロット４が形成された円筒状の回転子鉄心３と、回転子鉄心３のスロット４内に多層に配置された回転子コイル１とを備えている。また回転子鉄心３は回転子シャフト２に連結されている。
【００１７】
このように回転子コイル１は回転子シャフト２の鉄心３に所定の間隔で円周方向に設けたスロット４内に、多重でかつ環状にまた積層して装着されている。さらに鉄心３の端部５から外側の回転子コイル１はエンドリング６およびエンドリング支え７により回転遠心力に対し保持される。エンドリング６内の回転子コイル１は、回転子コイル１間に配置された間隔片８により所定の間隔で保持され、回転子コイル１の最外周とエンドリング６の間の電気的絶縁を保つために回転子１とエンドリング６との間に絶縁筒９が挿入される。
【００１８】
また図８および図９に示すように、回転子コイル１には、励磁するための界磁電流が流れるため電気的発熱が発生し、コイル温度が上昇する。回転子コイル１には絶縁筒９が設けられ、積層された回転子コイル１間および鉄心スロット４と回転子コイル１の間に絶縁物からなる間隔片８が挿入されている。そしてそれらの絶縁物の耐熱等により温度上昇が規定されている。
【００１９】
また図１乃至図３および図８乃至図９に示すように、回転子コイル１には、コイルの長手方向に沿って通風溝１ａが設けられており、その通風溝１ａに冷却ガス１０を通風することにより回転子コイル１を冷却している。
【００２０】
冷却ガス１０は、回転子シャフト２とエンドリング支え７との空隙を通ってエンドリング６内部へ導入され、その一部は回転子コイル１側面に設けられた通風取り入れ口より回転子コイル１内の通風溝１ａへ導入される。回転子コイル１の通風溝１ａに導入された冷却ガス１０は、通風溝内を回転子コイル１の長手方向に沿って流れて回転子コイル１を冷却した後、鉄心３内部において半径方向ダクト１１を通って回転子構造２０の外周へ排出される。
【００２１】
次に図１乃至図３により、回転電機の回転子構造２０について更に説明する。
【００２２】
回転子構造２０はスロット４を有する鉄心３と、鉄心３のスロット４内に多層に配置された回転子コイル１とを有する。各回転子コイル１は長手方向に設けられた通風溝１ａを有する直線状の導体１Ａに対してエッジワイズ曲げを施すことにより成形され、このエッジワイズ曲げによりコーナー部１Ｂが形成される。またスロット４内に多層に配置された回転子コイル１間には層間絶縁物１３が介在されている。
【００２３】
ここで図１（ａ）は本発明の回転子構造を示す斜視図、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２４】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、回転子コイル１は、回転子の温度上昇を抑えることを目的として、上述のように冷却ガスの通風経路を形成するための通風溝１ａを有している。
【００２５】
また回転子コイル１のうち、コーナー部１Ｂの通風溝１ａには、エッジワイズ曲げ成形時の変形抑制として詰め物１２が充填されている。ここで詰め物１２には冷却ガスの通風経路を形成するための通風路（溝部）１２ａが設けられている。詰め物１２は成形後も取り除かないで回転子コイル１の通風溝１ａの内部に残すため、詰め物１２が導電体の場合は回転子コイル１の一部とも考えることができる。
【００２６】
ここで詰め物１２の材質としてはアルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金が適している。アルミニウム合金は加工性が良好で、安価であり、耐食性に優れ、電気伝導率が高く、熱伝導率も高く放熱性能が高いという特徴を持つ、銅合金は加工性が良好で、電気伝導率と熱伝導率がアルミニウムよりもさらに高く、アルミニウムよりも剛性が高いため変形抑制の効果も大きい。また、詰め物１２の表面にメッキ処理を行えば、回転子コイル１との密着性を高めて熱伝導性能を上げて冷却効果を高めることが期待できる。
【００２７】
詰め物１２の溝部１２ａは図２に示すように複数あっても良い。溝部１２ａを複数設けることで、冷却ガスの濡れ面積を増やして冷却効果を高めることが期待できる。
【００２８】
また、通風経路が形成できれば、図３に示すように詰め物１２に溝部１２ａを設ける代わりに貫通孔１２ｂを設けてもよい。詰め物１２に貫通孔１２ｂを設ける場合は表裏の区別がなくなるため、確認作業が短縮可能となる。
【００２９】
また多層に設けられた回転子コイル１の層間には回転子コイル１の短絡を防止するために層間絶縁物１３が挿入されている。回転子コイル１の通風溝１ａに詰め物１２を設けることにより、回転子コイル１の通風溝１ａが埋まり、回転子コイル１と層間絶縁物１３との接触面圧が低下し、運転時の遠心力による層間絶縁物１３の損耗を抑制する効果がある。
【００３０】
このように構成された本実施の形態において、変形抑制のため回転子コイル１の通風溝１ａ内に詰め物１２を挿入し、冷却ガスを流すことが可能な溝部１２ａおよび貫通孔１２ｂを詰め物１２に設ける。このことにより、通風経路を確保するため詰め物１２を取り除く作業が省略可能となり、回転子コイル１の通風溝１ａを補強すると同時に冷却ガスの通風経路を形成することができる。
【００３１】
第２の実施の形態
次に図４乃至図６により第２の実施の形態について説明する。図４乃至図６に示す第２の形態は、上層の回転子コイル１と下層の回転子コイル１との間にクッション材又は充填材を挿着したものであり、他の構成は図１乃至図３、図８および図９に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３２】
図４乃至図６に示す第２の実施の形態において、図１乃至図３、図８および図９に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３３】
回転子コイル１はエッジワイズ曲げ成形時の際、コーナー部１Ｂの外周部が偏肉する。このときコーナー部１Ｂの内周側は肉厚となり、外周側は減肉する。このように外周側が減肉するため、上層の回転子コイル１と下層の回転子コイル１との間に、減肉空間１Ｄが形成される。この減肉部１Ｄを埋めるためにクッション材１４または充填材１５を上層の回転子コイル１と下層の回転子コイル１との間に挿着する。クッション材１４は減肉の大小に追従するため、製造時のばらつきに対応することが可能となる、また、充填材１５も減肉空間１Ｄの大小に追従することが可能であり、コイル積層後にも充填作業が可能となり、作業も容易である。
【００３４】
このように構成された本実施の形態において、回転子コイル１のエッジワイズ曲げ成形時にコーナー部１Ｂの外周側に形成される減肉空間１Ｄをクッション材１４又は充填材１５を用いて埋めることにより、運転時に生じる回転子コイル１と層間絶縁物１３との局所的な接触面圧の増加を抑えて層間絶縁物１３の損耗を抑制することができる。またコーナー部１Ｂにおいて偏肉によって生じる隙間により冷却ガスの流出を抑えて通風溝１ａからなる通風経路を正常に形成することが可能となり、回転子構造２０冷却構造を実現することができる。
【００３５】
なお、曲げ成形時、回転子コイル１の減肉部の発生については、図４のように回転子コイル１の上面が減肉する場合、図５のように回転子コイル１の下面が減肉する場合、図６のように回転子コイルの上面と下面が同時に減肉する場合がある。
【００３６】
本実施の形態においては、図４乃至図６のいずれの場合も、この減肉により生じた減肉空間１Ｄをクッション材１４又は充填材１５を用いて埋めることができる。
【００３７】
第３の実施の形態
次に図７により第３の実施の形態について説明する。図７に示す第３の形態は図１乃至図３、図８および図９に示す第１の実施の形態と、第７に示す第２の実施の形態を併せもつものであり、他の構成は図１乃至図３、図８および図９に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００３８】
図７に示す第３の実施の形態において、図１乃至図３，図８および図９に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】
図７に示すように、回転子コイル１は通風溝１ａを有し、コーナー部１Ｂの通風溝１ａ内に詰め物１２が充填され、この詰め物１２には通風路を形成する溝部１２ａが形成されている。また回転子コイル１のコーナー部１Ｂには減肉により生じる減肉空間１Ｄが生じるが、この減肉空間１Ｄにはクッション材１４又は充填材１５が挿着されている。
【００４０】
本実施の形態において、回転子コイル１の曲げ成形時において、回転子コイル１のコーナー部１Ｂに生じる通風溝１ａを補強することができ、かつ減肉による通風溝１ａからの冷却ガスの流出を抑えることができる。
【００４１】
なお上記の実施の形態は例示であり、発明の範囲は、それらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  回転子コイル、１ａ  通風溝、２  回転子シャフト、３  回転子鉄心、４  スロット、６  エンドリング、７  エンドリング支え、８  間隔片、９  絶縁筒、１２  詰め物、１２ａ  溝部、１２ｂ  貫通孔、１３  層間絶縁物、１４  クッション材、１５  充填材、２０  回転子構造
【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】
2015104237.tif 000007
【図６】
2015104237.tif 000008
【図７】
2015104237.tif 000009
【図８】
2015104237.tif 000010
【図９】
2015104237.tif 000011
【図１０】
2015104237.tif 000012
【図１１】
2015104237.tif 000013
【図１２】
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