(57)【要約】【課題】周方向に分割されたリム板を積層し、リムの両端に円盤状構造物を置き、これらをボルトで締め付け、その摩擦力によって分割されたリムを拘束する構造の回転子では、運転中の遠心力によってリム板と円盤状構造物の半径方向変位差により双方の接触境界部ですべりが生じ、摩擦係数の一時的な減少によって摩擦拘束力が減少し、リム端部のリム板は分割部ギャップが拡大すると共に外径方向へずれ出す。運転停止を繰り返すことによってリム板のずれ出しが進行し、回転子の形状維持が出来なくなり、リム端部より崩壊すると共に、回転子巻線を損傷させる可能性がある。【解決手段】本発明では、リムの積層方向最外側に位置する第１のリム板のそれぞれの分割部の空隙を跨ぐように薄板からなる第２のリム板を設け、該各第２のリム板の端部と第１のリム板とが溶接により固着されていることを特徴とする。【選択図】図１
2008061365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立型に配置された回転軸と、該回転軸から径方向に伸延するスパイダ−と、該スパイダ−の外周部に設けられた円筒状のリムと、該リムの外周に設けられた複数の磁極とを備え、前記リムに、周方向が分割された薄板からなる第１のリム板が複数積層され、その第１のリム板の分割部は積層方向に隣接するリム板の分割部とは一致しないように積層されて円筒状に形成され、かつ、ボルトにより締付けられて一体化される立軸回転電機の回転子において、
前記リムの積層方向最外側に位置する第１のリム板のそれぞれの分割部の空隙を跨ぐように薄板からなる第２のリム板を設け、該各第２のリム板の端部と第１のリム板とが溶接により固着されていることを特徴とする立軸回転電機の回転子。
【請求項２】
請求項１に記載の立軸回転電機の回転子において、
前記第２のリム板は周方向に複数分割され、該分割された第２のリム板は、前記第１のリム板間の分割部の空隙を跨ぐリム板と分割部の空隙が形成されていない部分に配置されるリム板から形成されていることを特徴とする立軸回転電機の回転子。
【請求項３】
請求項１に記載の立軸回転電機の回転子において、
前記第２のリム板は周方向に複数分割され、該分割された第２のリム板は、前記第１のリム板間の分割部の空隙を跨って配置される部分と分割部の空隙が形成されていない部分に配置されるものとから形成されていることを特徴とする立軸回転電機の回転子。
【請求項４】
請求項１に記載の立軸回転電機の回転子において、
前記第１のリム板の積層方向の途中にダクトピースを配置して通風ダクトが形成され、前記ダクトピースの投影面内に前記第２のリム板の端部と第１のリム板との溶接部が位置していることを特徴とする立軸回転電機の回転子。
【請求項５】
請求項４に記載の立軸回転電機の回転子において、
前記第２のリム板の外側に厚板状の構造体を配置すると共に、該厚板状の構造体は前記ダクトピースの投影面内にて前記第２のリム板と接して一体に締め付けられていることを特徴とする立軸回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立軸回転電機の回転子に係り、例えば水車発電機の如く、立型に配置された回転軸から径方向に伸延するスパイダ−の外周部に円筒状のリムが設けられ、このリムの外周に複数の磁極と備えているものに好適な立軸回転電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
立軸回転電機の回転子は、図７に示すように、立型に配置された回転軸１Ａと、この回転軸１Ａに固定されて径方向に伸延するスパイダー１と、その外周に円筒状に構成されたリム２を持つ構造である。リム２には、リム２の内周側と外周側間の空気の流れを確保するために、途中に複数個の通風ダクト３が設けられている。通風ダクト３は、その寸法を確保するためにダクトピース（図示せず）が用いられ、リム２は、ダクトピースと共に貫通するボルト５で締め付けられている。リム２の外周には、回転子巻線７を収納した複数の磁極６が取り付けられ、運転中の磁極６の遠心力はリム２で支えられ、かつ原動機から要求される慣性モーメントが得られる構造とされる。
【０００３】
また、揚水入力の調整を目的に、可変速度の運転に対応した２次励磁の回転電機も採用されるようになってきた。その可変速度運転用の立軸回転電機の回転子を図８に示す。  
可変速度運転用の立軸回転電機の回転子は、その概略構成は上述した図７に示した構成と同様であるが、リム２の外周には回転子巻線７を収納する溝（図示せず）が設けられ、この溝に収納される回転子巻線７の亘り部はリム２から外れてしまい、回転に伴う遠心力は、回転子巻線７の亘り部の外周側に配置されたコイルエンド支え９で支えられている。また、回転子巻線７の亘り部の内周側には、回転子巻線７の内周側への力を支えるための円盤状構造物１２が配置されており、この円盤状構造物１２は、リム２を形成する複数のリム板、ダクトピース４と共に貫通するボルト５によって締め付けられている。
【０００４】
ところで、最近の水力発電所は立地点の関係から高落差・高揚程、大出力化され、運転中の回転速度が速くなる傾向にある。これにしたがって、立軸回転電機の回転子の遠心力も大きくなり、回転子のリムは大きな力を支えることが要求されてきている。
【０００５】
リムに加わる大きな力を支える回転子のリムの構造として、周方向に分割部のないリング状構造のリムを使うことが一つの方法であるが、高速回転の立軸回転電機の大出力化により、高速回転にもかかわらず回転子の径寸法を大きくした設計が要求され、圧延設備の制約からリング状のリムを採用できない場合がでてきた。また、回転子を一体構造とした鍛造の塊状のリムは、輸送の制約や可変速度の立軸回転電機では、回転子のリムに要求される磁気特性の関係から塊状の回転子を使用できない。
【０００６】
このようなことから、円周方向に分割された扇状のリム板を積層してリング状とした積層リム構造が採用された回転子が一般的となっている。この円周方向に分割された扇状のリム板を積層してリング状とした積層リム構造を採用した回転子では、回転に伴う遠心力によってリムに周方向の引張力が作用する。しかし、周方向に分割されたリム板を使ったリムでは、その分割部でこの周方向の引張力を伝達することができない。
【０００７】
回転子の形状維持のためには分割されたリム板同士をキー等で拘束するか、ボルトの締付摩擦力により拘束する必要がある。従来技術としては、特開昭５９−７６１３４号公報が知られている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５９−７６１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図９にリム２が周方向に複数枚に分割された構造の場合のリムの平面図（図８の矢視Ｃ−Ｃに相当）、図１０に図９の矢視Ｄ−Ｄでのリム２の断面図を示す。
【００１０】
該図に示すように、周方向に複数枚に分割されているリム板２ａが積層されて構成されたリム２と、これと一体構造の厚板の円盤状構造物１２が共にボルト５で締め付けられているが、リム２と円盤状構造物１２が共にボルト５の締付摩擦力で拘束された構造の場合、次のような現象が生じる。尚、図中３ａは通風ダクト、４ａ，４ｂはダクトピース、
５ａはリム締付ボルト用穴である。
【００１１】
運転中の回転子には、リム２，円盤状構造物１２に遠心力が働くが、円盤状構造物１２とリム２では、その内外径や付加質量が異なることから回転時の半径方向変位も異なり、円盤状構造物１２とリム２端部の接触境界部においてすべりが発生する。このすべりによって、円盤状構造物１２とリム２端部間の摩擦は一時的に静摩擦から動摩擦へ転じ、摩擦係数の一時的な減少によって摩擦拘束力が減少し、リム２端部のリム板２ａは、分割部の空隙２０ａ，２０ｂが拡大すると共に外径方向へずれ出す。また、このことはリム２端部のリム板２ａと接する層のリム板にも波及する。
【００１２】
発生したずれは、停止時の遠心力がない状態でも存続し、この現象は運転停止の繰り返しによって再び起きるので、運転停止を繰り返すことによってリム板２ａのずれ出しが進行し、回転子の形状維持が出来なくなり、リム２端部より崩壊する可能性がある。
【００１３】
また、可変速機の場合、リム２の外周には回転子巻線７を入れる溝８が設けられているので、リム板２ａのずれによって溝８に収納された回転子巻線７の絶縁に損傷を与えて絶縁機能が低下し、機器の信頼性が低下するという課題が生じる。
【００１４】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的は、複数に分割されたリム板を複数積層してリムを構成するものであっても、リムが崩壊することなく信頼性の低下を防止することのできる立軸回転電機の回転子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、上記目的を達成するために、立型に配置された回転軸と、該回転軸から径方向に伸延するスパイダーと、該スパイダーの外周部に設けられた円筒状のリムと、該リムの外周に設けられた複数の磁極とを備え、前記リムに、周方向が分割された薄板からなる第１のリム板が複数積層され、その第１のリム板の分割部は積層方向に隣接するリム板の分割部とは一致しないように積層されて円筒状に形成され、かつ、ボルトにより締付けられて一体化される立軸回転電機の回転子であって、前記リムの積層方向最外側に位置する第１のリム板のそれぞれの分割部の空隙を跨ぐように薄板からなる第２のリム板を設け、該各第２のリム板の端部と第１のリム板とが溶接により固着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、複数に分割されたリム板を複数積層してリムを構成するものであっても、端部リムはずれ出すことなく形状を維持し、リム端部の崩壊を防止できるので、信頼性が低下することのない立軸回転電機の回転子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
簡単な構成で信頼性の低下を防止する立軸回転電機の回転子を提供する。
【実施例１】
【００１８】
図１及び図２に本発明の立軸回転電機の回転子の第一の実施例を示す。該図に示す本実施例の構成は、リム２が、周方向に分割された薄板からなる第１のリム板２ａが複数積層され、その第１のリム板２ａの分割部の空隙２０ａは積層方向に隣接するリム板の分割部の空隙２０ｂとは一致しないように積層されて円筒状に形成され、かつ、ボルト５により締め付けられ一体化されて回転子を構成する点は、上述した図８の構成と同様であるが、本実施例では、リム２の積層方向最外側に位置する第１のリム板２ａのそれぞれの分割部の空隙２０ａを跨ぐように薄板からなる第２のリム板１０を設け、該各第２のリム板１０の端部と第１のリム板２ａとが溶接部１１で隅肉溶接されて固着されている。そして、第２のリム板１０の外側に厚板状の円盤状構造物１２を配置して、ボルト５で円盤状構造物１２と共に一体に締め付けている。
【００１９】
図２では、第２のリム板１０の１枚にハッチングを入れて示しているが、この第２のリム板１０は、第１のリム板２ａより小さい形状とし、かつ、第１のリム板１０間の分割部の空隙２０ａを跨って配置される部分と分割部の空隙２０ａが形成されていない部分に配置されるものとから形成されている。
【００２０】
このような構成とすることにより、回転子の運転によって円盤状構造物１２とリム２の半径方向変位差が生じ、円盤状構造物１２とリム２の端部のリム板間の摩擦係数が低下しても、端部のリム２はリング体であるのでずれ出すことなく形状が維持され、リム２の端部の崩壊を防止することができる。また、磁極の溝に収納される回転子巻線７が損傷する可能性が小さくなり、信頼性の高い立軸回転電機の回転子を得ることができる。更に、回転子の組立において、回転子巻線７の亘り部を固定する際、コイルエンド支え９の取り付けによる内径方向の締付力の作用により、円盤状構造物１２は内径方向に変位し、リム２の端部との接触面ですべりが生じるが、端部のリム２をリング体としたことで端部のリム２の位置ずれを防止することができる。
【実施例２】
【００２１】
図３に本発明の第２の実施例を示す。該図に示す本実施例は、複数の第２のリム板が、第１のリム板２ａの間の空隙２０ａを跨ぐ第２のリム板１０ａと、第１のリム板２ａの空隙２０ａがない部分に配置された第２のリム板１０ｂとから形成されている。
【００２２】
第１のリム板２ａの空隙２０ａを跨ぐ第２のリム板１０ａと、第１のリム板２ａの空隙２０ａがない部分に配置された第２のリム板１０ｂは、それぞれ第１のリム板２ａと溶接されて一体化したリング構造を形成する。第１のリム板２ａの空隙２０ａがない部分に配置された第２のリム板１０ｂを取り付ける理由は、第１のリム板２ａの周方向における付加質量と円盤状構造物１２の接触面圧を均一化するためである。第１のリム板２ａと第２のリム板の溶接部１１は実施例１と同様の溶接でよい。
【００２３】
このように構成しても、その効果は上述した実施例と同様である。
【実施例３】
【００２４】
図４に本発明の第３の実施例を示す。該図に示す如く、本実施例では、円盤状構造物１２とリム２との間に、リム２の内周側と外周側間の空気の流れを確保するための通風ダクトを形成するためのダクトピース１２ａが設けられている。そして、第１のリム板２ａで構成されたリム２と円盤状構造物１２のダクトピース１２ａとの間に第２のリム板１０を設け、第２のリム板１０と第１のリム板２ａとを溶接部１１で溶接して互いに固着し、リング状に一体化している。第２のリム板１０は、図２に示したものと同様な構造で同様に配置されている。
【００２５】
このように構成しても、その効果は上述した実施例と同様である。
【実施例４】
【００２６】
第４の実施例は、図１に示した回転子構造に採用する第２のリム板１０を、図３に示すような、第１のリム板２ａの間の空隙２０ａを跨ぐ第２のリム板１０ａと、第１のリム板２ａの空隙２０ａがない部分に配置された第２のリム板１０ｂとから形成したものである。
【００２７】
第１のリム板２ａの空隙２０ａを跨ぐ第２のリム板１０ａと、第１のリム板２ａの空隙２０ａがない部分に配置された第２のリム板１０ｂは、それぞれ第１のリム板２ａと溶接されて一体化したリング構造を形成する。第２のリム板１０ｂを取り付ける理由は、第２のリム板２ａの周方向における付加質量と円盤状構造物１２の接触面圧を均一化するためである。第１のリム板２ａと第２のリム板１０の溶接は実施例３と同様の方法でよい。
【００２８】
このように構成しても、その効果は上述した実施例と同様である。
【実施例５】
【００２９】
第５の実施例は、第１のリム板２ａと第２のリム板１０の溶接の場所に関し、その例を図５及び図６に示す。
【００３０】
本発明の対象としている回転子では、ボルト５の締め付け力は、必ずダクトピース４ａを通って伝えられるので、ダクトピース４ａの投影面には大きな力が加わるという特徴を持つ。
【００３１】
本実施例はこのような構造の特徴に注目したもので、第１のリム板２ａと第２のリム板１０との溶接をリム２のダクトピース４ａの投影面内で行うものである。
【００３２】
第１のリム板２ａと第２のリム板１０との溶接を、リム２のダクトピース４ａの投影面で行うことによって、一体化した第１のリム板２ａと第２のリム板１０には、溶接による接着力とボルト５による締め付け力の両方の力が確実に伝わり、より強固な構造となる効果が得られる。
【００３３】
第１のリム板２ａと第２のリム板１０との溶接の一つの方法としては、構造上、上に位置する方のリム板に予め溶接を施すための穴をあけておき、リム板を所定の位置に置いた後で溶接することが考えられる。
【００３４】
このように構成しても、その効果は上述した実施例と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
リムの積層方向最外側に位置する第１のリム板のそれぞれの分割部の空隙を跨ぐように薄板からなる第２のリム板を設け、該各第２のリム板の端部と第１のリム板とを溶接により固着することで、リム板を複数積層してリムを構成するものであっても、リムが崩壊することなく信頼性の低下を防止することのできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の立軸回転電機の回転子の一実施例を示す断面図である。（実施例１）
【図２】図１の平面図である。（実施例１）
【図３】本発明の第２の実施例を示す平面図である。（実施例２）
【図４】本発明の第３の実施例を示す断面図である。（実施例３）
【図５】本発明の第５の実施例を示す平面図である。（実施例５）
【図６】本発明の第５の実施例を示す断面図である。（実施例５）
【図７】従来の回転子の一例を示す断面図である。
【図８】従来の回転子の他の例を示す断面図である。
【図９】従来のリムの構造を示す平面図である。
【図１０】従来のリムの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…スパイダー、２…リム、２ａ…第１のリム板、３，３ａ…通風ダクト、４，４ａ，４ｂ…ダクトピース、５…ボルト、６…磁極、７…回転子巻線、８…溝、９…コイルエンド支え、１０…第２のリム板、１１…溶接部、１２…円盤状構造体、２０ａ，２０…空隙。
【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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【図９】
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【図１０】
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