(57)【要約】【課題】回転子スロットの配置において、機械的強度および磁気的制約を考慮しつつ、より高出力密度の回転子を提供する。【解決手段】回転子スロット３の個数を１極当たり奇数個とし、極間部に回転子スロット３ａを設ける構成とすることにより、従来、磁気的には利用されていなかった極間部の回転子ティースを廃することが可能となり、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、より高出力密度な回転子を提供できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心に有する複数の回転子スロット内に界磁コイルが挿入されるとともに、スロット外径部に設けられた楔により界磁コイルを保持させ、前記各界磁コイルを界磁コイルエンド部で直列に接続して界磁巻線を形成してなる回転電機の回転子において、前記回転子鉄心に設けられる回転子スロット数を１極あたり奇数個としたことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
回転子磁極の極間部の設けられる回転子スロットの深さを他の回転子スロットより深くしたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
回転子磁極の極間部に設けられる回転子スロットの幅を他の回転子スロットの幅より狭くしたことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
回転子磁極の極間部の回転子スロットに隣接する回転子ティースの幅を他の回転子ティースの幅より広くしたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
回転子磁極の極間部のスロット外径部に設けられる楔の厚さを他のスロット外径部に設けられる楔より厚くしたことを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
回転子磁極の極間部のスロット外径部に設けられる楔の材質を他の回転子スロットの外径部に設けられる楔の材質より強度の高い材料としたことを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項７】
回転子磁極の極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルを回転子鉄心端部で片側の極方向にのみ巻回し、反対側の極部分にはバランス調整用のウエイトを設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項８】
回転子磁極の極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルを回転子鉄心端部でターン毎に異なる極方向に巻回したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項９】
回転子磁極の極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルを少なくとも回転子鉄心端部の位置で２列に分割し、回転子鉄心端部で列毎に異なる極方向に巻回したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項１０】
回転子磁極の極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルを１ターンおきに巻き上げ、巻き下げて巻回したことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項１１】
回転子磁極の極間部の回転子スロットに２つの界磁コイルを収納したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項１２】
極間部のスロットに隣接する回転子ティースの幅を他の回転子ティースの幅より広くしたことを特徴とする請求項１１に記載の回転電機の回転子。
【請求項１３】
回転子磁極の極間部の回転子スロットに収納される界磁コイルの幅を他の回転子スロットに収納される界磁コイルの幅より狭くしたことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の回転電機の回転子。
【請求項１４】
回転子磁極の極間部の回転子スロットの深さを他の回転子スロットより深くしたことを特徴とする請求項１１乃至１３に記載の回転電機の回転子。
【請求項１５】
回転子磁極の極間部の回転子スロットの外径部の設けられる楔の厚さを他の回転子スロットの楔より厚くしたことを特徴とする請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項１６】
回転子磁極の極間部の回転子スロットの外径部に設けられる楔の材質を他の回転子スロットの楔の材質より強度の高い材料としたことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれかに記載の回転電機の回転子。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の回転子を備えた回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばタービン発電機の回転子において、特に界磁巻線を納める回転子スロットの配置を改良した回転電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒形の回転子を有する回転電機においては、界磁巻線は回転子に設けられた複数のスロット内に巻回された界磁コイルが挿入され、これらの界磁コイルを直列に接続して形成される。
【０００３】
図１５は従来のタービン発電機の回転子を示す横断面図、図１６はタービン発電機の回転子における界磁コイルのエンド部を示す縦断面図である。
【０００４】
図１５に示すように、タービン発電機の回転子鉄心１は遠心力に対する機械強度界を持たせるために単一鋼塊から製作される。回転子鉄心１は界磁磁束が通る磁極部２と非磁極部に分けられ、非磁極部には、界磁コイルを収納するための複数の回転子スロット３が設けられ、これにより回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成される。
【０００５】
回転子スロット３は、１極あたり偶数個が配置されるため、磁極部２の中間である極間部には極間部ティース４ａが形成される。この回転子スロット３には、界磁コイル５が収納され、界磁コイル５の外径側には回転子楔６が設けられ、界磁コイル５が遠心力により飛び出さないように保持する構造にしている。
【０００６】
また、界磁コイル５は、図１６に示す界磁コイルエンド部７において界磁コイル間渡り接続片８により直列に接続されて界磁巻線を形成する。そして、界磁コイルエンド部７は保持環９によって保持されている。
【０００７】
図１５において、回転子スロット３に収納された界磁コイル５に働く遠心力は、回転子楔６を介して回転子ティース４に伝達されて保持されるため、回転子ティース４の幅についてはこの遠心力に耐え得るような強度を持つように設計される。
【０００８】
また、界磁巻線を励磁することにより発生する界磁磁束は、主として回転子鉄心１の磁極部２を通って図示しない固定子に流入するが、この際に磁極部２の最狭部２ａの部分で最も磁束密度が高くなる。磁束密度が高くなると磁気飽和が発生して界磁磁束の減少を招くため、磁極部２の最狭部２ａはこの部分で著しい磁気飽和が発生しないような寸法が確保できるように設計される。
【０００９】
回転子スロット３の寸法は、上記の回転子ティース４の幅および磁極部２の最狭部２ａの寸法によって制限される。特に磁極部２の最狭部２ａの寸法制限から、図１５に示すように磁極部２に最も近い回転子スロット３の深さを浅くするような設計が採用される場合が多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発電機の大容量化を図るためには、界磁磁束を増加する必要があり、必然的に界磁起磁力を増加する必要がある。この界磁起磁力の増加に応じて界磁巻線の冷却を強化することが必要であり、界磁巻線損失をできる限り低減することが必要となってきている。このためには、できる限り界磁コイル５を収納する回転子スロット３の断面積を増加し、界磁巻線の総断面積を増加することが必要となる。
【００１１】
しかし、上記のように回転子スロット３の寸法に制約があるため、回転子スロット３の断面積を増加することができず、界磁起磁力を増加することができない。
【００１２】
また、回転子ティース４は、界磁コイル５に作用する遠心力を保持する他に界磁巻線を励磁することにより発生する界磁磁束の一部の流路にもなっており、この回転子ティース４を通る界磁磁束によって界磁磁束の総量の増加および界磁磁束波形の改善の効果を持っている。
【００１３】
しかし、極間部に形成された極間部回転子ティース４ａには、磁極２の対称性から界磁磁束が流れない。これは、回転子鉄心１のうち極間部回転子ティース４ａは磁気的には有効に活用されていない部分となっていることを意味している。
【００１４】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、回転子ティースの幅および磁極部の最狭部の寸法制限を考慮しつつ、回転子スロットの断面積を増加できるような回転子スロットの配置を提供することを目的とし、また回転子鉄心のうち磁気的に有効に活用されていない部分を廃して、回転子鉄心の利用率を高めて界磁磁束を増加することが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】
【００１５】
請求項１に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個としたことを特徴としている。
【００１６】
このように回転子スロットの個数を奇数個とすることで、極間部には従来構成の極間部回転子ティースの代わりに極間部回転子スロットが形成されることになり、磁気的には不要な極間部回転子ティースを廃することが可能となり、回転子鉄心の利用率を高めて界磁磁束を増加することができる。
【００１７】
また、請求項２に対応する発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部に形成される極間部回転子スロットの深さを他の回転子スロットより深くすることを特徴としている。
【００１８】
このような構成とすれば、磁気的には不要な極間部回転子ティースを廃することが可能となり、回転子鉄心の利用率を高めて界磁磁束を増加することができることは請求項１に対応する発明と同様であるが、さらに極間部回転子スロットの深さを他の回転子スロットより深くすることで、回転子ティースの幅を狭くすることなく極間部界磁コイルの断面積を増加することができる。
【００１９】
また、請求項３に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部に形成される極間部回転子スロットの深さを他の回転子スロットより深くし、かつ極間部回転子スロットの幅を他の回転子スロットの幅より狭くしたことを特徴としている。
【００２０】
このような構成とすれば、主な作用は請求項２に対応する発明と同様であるが、極間部回転子スロットの幅を他の回転子スロットの幅より狭くすることで、極間部のスロット外径部に設けられる楔の幅も狭くすることができ、極間部のスロット外径部に設けられる楔の機械的強度が向上し、極間部の界磁コイルの断面積増加に伴う遠心力の増大に対して十分な機械的強度を確保できる。
【００２１】
また、請求項４に対応する発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部に形成される極間部回転子スロットの深さを他の回転子スロットより深くし、かつ極間部回転子スロットに隣接する回転子ティースの幅を他の回転子ティースの幅より広くしたことを特徴としている。
【００２２】
このような構成とすれば、主な作用は請求項２に対応する発明と同様であるが、極間部回転子スロットに隣接する回転子ティースの幅を他の回転子ティースの幅より広くしたことにより、極間部の回転子スロットに隣接する他の回転子ティースの機械的強度が向上し、極間部の界磁コイルの断面積増加に伴う遠心力の増大に対して十分な機械強度を確保できる。
【００２３】
また、請求項５に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部に形成される極間部回転子スロットの深さを他の回転子スロットより深くし、かつ極間部のスロット外径部に設けられる楔の厚さを他のスロット外径部に設けられる楔より厚くしたことを特徴としている。
【００２４】
このような構成とすれば、主な作用は請求項２に対応する発明と同様であるが、極間部のスロット外径部に設けられる楔の厚さを他のスロット外径部に設けられる楔より厚くしたことにより、極間部のスロット外径部の楔の機械的強度が向上し、極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルの断面積の増加に伴う遠心力の増大に対して十分な機械的強度が確保できる。
【００２５】
また、請求項６に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部に形成される回転子スロットの深さを他の回転子スロットより深くし、かつ極間部スロット外径部に設けられる楔の材質を他のスロット外径部に設けられる楔の材質より機械的強度の高い材質としたことを特徴としている。
【００２６】
このような構成とすれば、主な作用は請求項２に対応する発明と同様であるが、極間部のスロット外径部に設けられる楔の材質を他の回転子スロットの外形部に設けられる楔の材質より機械的強度の高い材質としたことにより、極間部のスロット外径部に設けられる楔の機械的強度が向上し、極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルの断面積の増加に伴う遠心力の増大に対して十分な機械的強度を確保できる。
【００２７】
また、請求項７に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロット３の個数を奇数個とし、界磁コイルを回転子鉄心端部で片側の極方向にのみ巻回し、反対側の極部分にはバランス調整用のウエイトを設けたことを特徴としている。
【００２８】
このような構成とすれば、主な作用は請求項１に対応する発明と同様であるが、界磁コイルを回転子鉄心端部で片側の極方向にのみ巻回し、反対側の極部分にはバランス調整用のウエイトを設けたことにより、回転子鉄心端部でのアンバランスの発生を抑制することができる。
【００２９】
また、請求項８に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロット３の個数を奇数個とし、界磁コイルを回転子鉄心端部でターン毎に異なる極方向に巻回したことを特徴としている。
【００３０】
このような構成とすれば、主な作用は請求項１に対応する発明と同様であるが、界磁コイルを回転子鉄心端部でターン毎に異なる極方向に巻回したことにより、回転子鉄心端部でのアンバランスの発生を抑制することができる。
【００３１】
また、請求項９に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロット３の個数を奇数個とし、界磁コイルを回転子鉄心端部において極間部界磁コイルを少なくとも回転子鉄心端部の位置で２列に分割し、回転子鉄心端部で列毎に異なる極方向に巻回したことを特徴としている。
【００３２】
このような構成とすれば、主な作用は請求項１に対応する発明と同様であるが、極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルを少なくとも回転子鉄心端部の位置で２列に分割し、回転子鉄心端部で列毎に異なる極方向に巻回したことにより、回転子鉄心端部でのアンバランスの発生を抑制することができる。
【００３３】
また、請求項１０に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、界磁コイルを回転子鉄心端部において１ターンおきに巻き上げ、巻き下げて巻回したことを特徴としている。
【００３４】
このような構成とすれば、主な作用は請求項１に対応する発明と同様であるが、界磁コイルを回転子鉄心端部において１ターンおきに巻き上げ、巻き下げて巻回したことにより、界磁コイル間の渡り接続片の位置を両極で同一とすることができ、界磁コイルの接続作業を容易にすることができる。
【００３５】
また、請求項１１及び請求項１２に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部の回転子スロットに２つの界磁コイルを収納することを特徴としている。
【００３６】
このような構成とすれば、磁気的には不要な極間部回転子ティースを廃することにより、回転子鉄心の利用率を高めて界磁磁束を増加することができることは請求項１に対応する発明と同様であるが、さらに極間部ティースを廃したスペースを利用して界磁コイル断面積を増加できる。さらに、１極あたりの界磁コイル数が偶数個となるため、界磁コイルの接続方法については従来構成と同様にできる。また、極間部のティースを廃したスペースを利用して極間部の回転子スロットに隣接する回転子ティースの幅を広くすればこの部分の機械的強度を向上し、極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルの数が２コイルになったことに伴う遠心力の増大に対して十分な機械的強度を確保できる。
【００３７】
また、請求項１３に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部の回転子スロットに２つの界磁コイルを収納し、かつこの極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルの幅を他の界磁コイルの幅より狭くすることを特徴としている。
【００３８】
このような構成とすれば、主な作用は請求項１１に対応する発明と同様であるが、極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルの幅を他の回転子スロットに納められる界磁コイルの幅より狭くすることにより、極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルの数が２コイルになったことに伴う遠心力の増加を軽減できる。
【００３９】
また、請求項１４に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部に対応する回転子スロットに２つの界磁コイルを収納し、かつこの極間部の回転子スロットの深さを他の回転子スロット３の深さより深くすることを特徴としている。
【００４０】
このような構成とすれば、主な作用は請求項１１に対応する発明と同様であるが、極間部の回転子スロットの深さを他の回転子スロット３の深さより深くすることにより極間部回転子スロットに納められる界磁コイルの面積を増加することができる。
【００４１】
また、請求項１５に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部の回転子スロットに２つの界磁コイルを収納し、かつこの極間部のスロット外径部に設けられる楔の厚さを他のスロット外径部に設けられる楔より厚くしたことを特徴としている。
【００４２】
このような構成とすれば、主な作用は請求項１１に対応する発明と同様であるが、極間部のスロット外径部に設けられる楔の厚さを他のスロット外径部に設けられる楔より厚くしたことにより、極間部のスロット外径部に設けられる楔の機械的強度が向上し、極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルの数が２コイルになったことに伴う遠心力の増大に対して十分な機械的強度を確保できる。
【００４３】
また、請求項１６に対応する本発明は、１極あたりの回転子スロットの個数を奇数個とし、極間部の回転子スロットに２つの界磁コイルを収納し、かつこの極間部のスロット外径部に設けられる楔の材質を他の回転子スロットの外径部に設けられる楔の材質より機械的強度の高い材質としたことを特徴としている。
【００４４】
このような構成とすれば、主な作用は請求項１１に対応する発明と同様であるが、極間部のスロット外径部に設けられる楔の材質を他のスロット外径部に設けられる楔の材質より機械的強度の高い材質としたことにより、極間部のスロット外径部に設けられる楔の機械的強度が向上し、極間部の回転子スロットに納められる界磁コイルの数が２コイルになったことに伴う遠心力の増大に対して十分な機械的強度を確保できる。
【００４５】
請求項１７に対応する発明は、請求項１乃至請求項１６のいずれかに対応する発明の回転子を備えた回転電機を構成する。
【００４６】
このような構成とすれば、界磁巻線の損失を増加することなく、界磁起磁力を増加することができるので、より密度の高い回転電機とすることができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、円筒形の回転子を有する回転電機において、界磁巻線を納める回転子スロットの配置を改良し、従来磁気的には不要であった極間部のティースを廃することにより回転子鉄心の利用率を向上し、かつ機械的強度を維持したまま界磁巻線の断面積を増加できるため、高信頼性で、かつ高出力密度の回転電機の回転子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
図１は本発明による回転電機の回転子の第１の実施形態を示す横断面図である。
【００４９】
図１に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には極間部回転子スロット３ａが設けられている。この極間部回転子スロット３ａには極間部界磁コイル５ａが納められ、スロット外径部に設けられた極間部回転子楔６ａにより保持される。
【００５０】
このように本発明の第１の実施形態では、極間部には従来の回転子構造では存在した極間部回転子ティース４ａが存在せず、従って全ての回転子ティース４は界磁巻線を励磁することにより発生する界磁磁束の一部の流路になっており、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができる。
【００５１】
図２は本発明による回転電機の回転子の第２の実施形態を示す横断面図である。
【００５２】
図２に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には他の回転子スロット３よりも深く形成した極間部回転子スロット３ａが設けられている。この極間部回転子スロット３ａには極間部界磁コイル５ａが納められ、スロット外径部に設けられた極間部回転子楔６ａにより保持される。
【００５３】
このように本発明の第２の実施形態では、極間部回転子スロット３ａを他の回転子３よりも深くしているため、その分極間部回転子スロット３ａの断面積が増加し、極間部回転子スロット３ａに納められる極間部界磁コイル５ａの断面積も増加できる。これにより、界磁巻線の損失が増加することなく、界磁起磁力を増加することができるので、より出力密度の高い回転電機を提供できる。
【００５４】
また、極間部回転子スロット３ａを他の回転子３よりも深くしても、磁極部２における最狭部２ａの部分の寸法は変わらず、界磁磁束に対する磁気抵抗が増加する恐れはない。この場合、極間部回転子スロット３ａのみの深さを深くするため、回転子ティース４の幅も変わらない。
【００５５】
なお、極間部回転子ティース４ａが存在しないため、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができることは第１の実施形態と同様である。
【００５６】
図３は本発明による回転電機の回転子の第３の実施形態を示す横断面図である。
【００５７】
図３に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には他の回転子スロット３よりも深く、かつスロット幅を他の回転子スロット３より狭く形成した極間部回転子スロット３ａが設けられている。この極間部回転子スロット３ａには極間部界磁コイル５ａが納められ、スロット外径部に設けられた極間部回転子楔６ａにより保持される。
【００５８】
このように本発明の第３実施の形態では、極間部回転子スロット３ａを他の回転子３よりも深くしているため、その分極間部回転子スロット３ａの断面積が増加し、極間部回転子スロット３ａに納められる極間部界磁コイル５ａの断面積も増加できる。
【００５９】
また、極間部回転子スロット３ａの幅を他の回転子スロット３よりも狭くしているため、極間部回転子楔６ａの幅も狭くでき、極間部回転子楔６ａの強度を向上することができる。
【００６０】
さらに、極間部回転子スロット３ａに隣接する回転子ティース４ｂの幅を広くすることもでき、これにより極間部回転子スロット３ａに隣接する回転子ティース４ｂの強度を向上することができ、極間部界磁コイル５ａの断面積の増加に伴う遠心力の増加に対しても十分な強度を確保できる。
【００６１】
なお、極間部回転子ティース４ａが存在しないため、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができることは第１の実施形態と同様である。
【００６２】
図４は本発明による回転電機の回転子の第４の実施形態を示す横断面図である。
【００６３】
図４に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には極間部回転子スロット３ａが設けられ、この極間部回転子スロット３ａには極間部界磁コイル５ａが納められ、スロット外径部に設けられた極間部回転子楔６ａにより保持される。
【００６４】
上記極間部回転子スロット３ａは、他の回転子スロット３よりも深くし、この極間部回転子スロット３ａに納められた極間部界磁コイル５ａを保持する極間部回転子楔６ａの厚さを他の回転子楔６より厚くするような構成となっている。
【００６５】
このように本発明の第４の実施形態では、極間部回転子スロット３ａを他の回転子３よりも深くしているため、その分極間部回転子スロット３ａの断面積が増加し、極間部回転子スロット３ａに納められる極間部界磁コイル５ａの断面積も増加できる。
【００６６】
また、極間部回転子楔６ａの厚さを他の回転子楔６より厚くしているため、極間部回転子楔６ａの強度を向上することができ、極間部界磁コイル５ａの断面積の増加に伴う遠心力の増加に対しても十分な強度を確保できる。
【００６７】
なお、極間部回転子ティース４ａが存在しないため、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができることは第１の実施形態と同様である。
【００６８】
図５は本発明による回転電機の回転子の第５の実施形態を示す横断面図である。
【００６９】
図５に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には極間部回転子スロット３ａが設けられ、この極間部回転子スロット３ａには極間部界磁コイル５ａが納められ、スロット外径部に設けられた極間部回転子楔６ａにより保持される。
【００７０】
上記極間部回転子スロット３ａは、他の回転子スロット３よりも深くし、この極間部回転子スロット３ａに納められた極間部界磁コイル５ａを保持する極間部回転子楔６ａの材質を他の回転子楔６の材質よりも機械強度の高い材質としてある。なお、機械強度の高い材質とは、材料を変えることにより機械強度を高めても良いし、同一の材料で熱処理等を変更して機械強度を高めても良い。
【００７１】
このように本発明の第５の実施形態では、極間部回転子スロット３ａを他の回転子３よりも深くしているため、その分極間部回転子スロット３ａの断面積が増加し、極間部回転子スロット３ａに納められる極間部界磁コイル５ａの断面積も増加できる。
【００７２】
また、極間部回転子楔６ａの材質を他の回転子楔６の材質よりも機械強度の高い材質としているため、極間部回転子楔６ａの強度を向上することができ、極間部界磁コイル５ａの断面積の増加に伴う遠心力の増加に対しても十分な強度を確保できる。
【００７３】
なお、極間部回転子ティース４ａが存在しないため、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができることは第１の実施形態と同様である。
【００７４】
図６は本発明による回転電機の回転子の第６の実施形態における極間部界磁コイルを示す斜視図である。
【００７５】
図６に示すように極間部界磁コイル５ａは、第１乃至第５の実施形態で説明したように図示しない回転子鉄心の極間部スロットに納められた部分が極間部回転子楔により保持されている。また、この極間部界磁コイル５ａは、極間部界磁コイルのコイルエンド部７ａにおいて、片側の極（図６ではＮ極）方向にのみ巻回されて、両端部で界磁コイル間接続片８により隣接する界磁コイル５と接続されてコイルを形成し、図示しない保持環により保持されている。また、巻回されていない極（図６ではＳ極）の相当位置には、バランス調整用のウエイト１０が設置されている。
【００７６】
このように本発明の第６の実施形態では、極間部界磁コイル５ａはそのコイルエンド部７ａにおいて片側の極方向に巻回されており、巻回されていない極の相当位置には、バランス調整用のウエイト１０が設けられているため、界磁コイルのコイルエンド部７においてアンバランスが発生せず、安定に回転することができる。
【００７７】
なお、他の効果については既述の実施形態と同様である。
【００７８】
図７は本発明による回転電機の回転子の第７の実施形態における極間部界磁コイルを示す斜視図である。
【００７９】
図７に示すように極間部界磁コイル５ａは、第１乃至第５の実施形態で説明したように図示しない回転子鉄心の極間部スロットに納められた部分が極間部回転子楔により保持されている。また、この極間部界磁コイル５ａは、そのコイルエンド部７ａにおいて、ターン毎に異なる磁極（Ｎ極またはＳ極）方向に巻回されて、両端部でそれぞれＮ極側界磁コイル間接続片８ａおよびＳ極側界磁コイル間接続片８ｂにより隣接する界磁コイル５と接続されてコイルを形成し、図示しない保持環により保持されている。
【００８０】
即ち、図７において、Ｎ極側界磁コイル間接続片８ａに接続する極間部界磁コイル５ａはそのコイルエンド部７ａにおいて内径側から数えて奇数段のターンはＳ極方向、偶数段のターンはＮ極方向に巻回されている。
【００８１】
このように本発明の第７の実施形態では、極間部界磁コイル５ａはそのコイルエンド部７ａにおいてターン毎に異なる極方向に巻回されているため、界磁コイルのコイルエンド部７においてアンバランスが発生せず、安定に回転することができる。
【００８２】
なお、他の効果については既述の実施形態と同様である。
【００８３】
図８は本発明による回転電機の回転子の第８の実施形態における極間部界磁コイルを示す斜視図である。
【００８４】
図８において、極間部界磁コイル５ａは、第１乃至第５の実施形態で説明したように図示しない回転子鉄心の極間部スロットに納められた部分が極間部回転子楔６ａにより保持されている。この極間部界磁コイル５ａは少なくともそのコイルエンド部７ａにおいて２列に分割され、列毎に異なる磁極（Ｎ極またはＳ極）方向に巻回されて、両端部でそれぞれＮ極側界磁コイル間接続片８ａおよびＳ極側界磁コイル間接続片８ｂにより隣接する界磁コイル５と接続されてコイルを形成し、図示しない保持環により保持されている。
【００８５】
このように本発明の第８の実施形態では、極間部界磁コイル５ａは少なくともそのコイルエンド部７ａにおいて２列に分割され、列毎に異なる磁極方向に巻回されているため、界磁コイルのコイルエンド部７においてアンバランスが発生せず、安定に回転することができる。
【００８６】
なお、他の効果については既述の実施形態と同様である。
【００８７】
図９は本発明による回転電機の回転子の第９の実施形態における極間部界磁コイルを示す斜視図である。
【００８８】
図９において、極間部界磁コイル５ａは、第１乃至第５の実施形態で説明したように図示しない回転子鉄心の極間部スロットに納められた部分が極間部回転子楔６ａにより保持されている。この極間部界磁コイル５ａは少なくともそのコイルエンド部７ａにおいて１ターンおきに巻き上げ、巻き下げて巻回され、両端部でそれぞれＮ極側界磁コイル間接続片８ａおよびＳ極側界磁コイル間接続片８ｂにより隣接する界磁コイル５と接続されてコイルを形成し、図示しない保持環により保持されている。
【００８９】
即ち、図７において、Ｎ極側界磁コイル間接続片８ａに接続する極間部界磁コイル５ａは、そのコイルエンド部７ａにおいてＮ極側界磁コイル間接続片８ａに接続する部分（内径側から数えて４ターン目）から始まり、内径側から数えて偶数段のターンは巻き下げ、奇数段のターンは巻き上げて巻回されており、巻き上げの最終ターン（内径側から数えて３ターン目）においてＳ極側界磁コイル間接続片８ｂに接続されている。
【００９０】
このように本発明の第９の実施形態では、極間部界磁コイル５ａは１ターンおきに巻き上げ、巻き下げて巻回されているため、結果として両極の界磁コイル間渡り接続片８の位置が同一となり（図９の例ではいずれも外径側）、両極の界磁巻線の口出し部の位置を同一にできるため、口出し部の構造を従来の構成と同一にして簡素化できる。
【００９１】
図１０は本発明による回転電機の回転子の第１０の実施の形態を示す横断面図である。
【００９２】
図１０に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には極間部回転子スロット３ａが設けられ、この極間部回転子スロット３ａには２つの極間部界磁コイル５ａが納められる構成となっている。
【００９３】
このように本発明の第１０の実施形態では、極間部には従来の回転子構造では存在した極間部回転子ティース４ａが存在せず、従って全ての回転子ティース４は界磁巻線を励磁することにより発生する界磁磁束の一部の流路になっており、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができる。
【００９４】
また、極間部回転子スロット３ａには２つの極間部界磁コイル５ａが納められているため、極間部ティース４ａを廃しても界磁コイル５の断面積は変化しない。さらに、極間部回転子ティース４ａを廃したスペースを利用することにより、回転子スロット３の断面積が増加し、回転子スロット３に収納される界磁コイル５の断面積を増加できる。これにより、界磁巻線の損失を増加することなく、界磁起磁力を増加することができてより出力密度の高い回転電機を提供できる。
【００９５】
また、極間部回転子スロット３ａには２つの極間部界磁コイル５ａが納められているため、極間部回転子スロット３ａに隣接する回転子ティース４ｂにかかる遠心力が大きくなるため、この極間部回転子スロット３ａに隣接する回転子ティース４ｂの幅を他の回転子ティース４より広くすることにより、この部分の機械的強度を向上することができる。
【００９６】
図１１は本発明による回転電機の回転子の第１１の実施形態を示す横断面図である。
【００９７】
図１１に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には極間部回転子スロット３ａが設けられている。この極間部回転子スロット３ａには、２つの極間部界磁コイル５ａが納められ、かつ極間部界磁コイル５ａの幅が他の回転子スロット３に納められる界磁コイル５より狭い構成となっている。
【００９８】
このように本発明の第１１の実施形態では、極間部には従来の回転子構造では存在した極間部回転子ティース４ａが存在せず、従って全ての回転子ティース４は界磁巻線を励磁することにより発生する界磁磁束の一部の流路になっており、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができる。
【００９９】
また、極間部回転子スロット３ａには２つの極間部界磁コイル５ａが納められているため、極間部ティース４ａを廃しても界磁コイル５の断面積は変化せず、さらに極間部回転子ティース４ａを廃したスペースおよび極間部界磁コイルの幅を狭くしたことにより発生する余剰スペースを利用することにより、回転子スロット３の断面積が増加し、回転子スロット３に収納される界磁コイル５の断面積を増加できる。これにより、界磁巻線の損失を増加することなく、界磁起磁力を増加することができるので、より出力密度の高い回転電機を提供できる。
【０１００】
また、極間部回転子スロット３ａに納められたの極間部界磁コイル５ａの幅を狭くしているため、極間部回転子楔６ａおよび極間部回転子スロット３ａに隣接する回転子ティース４ｂおよびにかかる遠心力を軽減してこの部分の機械的強度を向上できる。
【０１０１】
図１２は本発明による回転電機の回転子の第１２の実施形態を示す横断面図である。
【０１０２】
図１２に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には極間部回転子スロット３ａが設けられている。この極間部回転子スロット３ａには２つの極間部界磁コイル５ａが納められ、かつ極間部回転子スロット３ａの深さが他の回転子スロット３より深い構成となっている。
【０１０３】
本発明の第１２の実施形態では、極間部には従来の回転子構造では存在した極間部回転子ティース４ａが存在せず、従って全ての回転子ティース４は界磁巻線を励磁することにより発生する界磁磁束の一部の流路になっており、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができる。
【０１０４】
また、極間部回転子スロット３ａには２つの極間部界磁コイル５ａが納められているため、極間部ティース４ａを廃しても界磁コイル５の断面積は変化せず、さらに極間部回転子ティース４ａを廃したスペースおよび極間部界磁コイルの幅を狭くしたことにより発生する余剰スペースを利用することにより、回転子スロット３の断面積が増加し、回転子スロット３に収納される界磁コイル５の断面積を増加できる。これにより、界磁巻線の損失を増加することなく、界磁起磁力を増加することができるので、より出力密度の高い回転電機を提供できる。
【０１０５】
さらに、極間部回転子スロット３ａの深さを深くしているため、さらに回転子スロット３ａに収納される界磁コイル５の断面積を増加できる。これにより、界磁巻線の損失を増加することなく、界磁起磁力を増加することができるので、より出力密度の高い回転電機を提供できる。
【０１０６】
図１３は本発明による回転電機の回転子の第１２の実施形態を示す横断面図である。
【０１０７】
図１３に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には極間部回転子スロット３ａが設けられている。この極間部回転子スロット３ａには２つの極間部界磁コイル５ａが納められ、かつ極間部回転子楔６ａの厚さが他の回転子楔６より厚い構成となっている。
【０１０８】
このように本発明の第１３の実施形態では、極間部には従来の回転子構造では存在した極間部回転子ティース４ａが存在せず、従って全ての回転子ティース４は界磁巻線を励磁することにより発生する界磁磁束の一部の流路になるので、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができる。
【０１０９】
また、極間部回転子スロット３ａには２つの極間部界磁コイル５ａが納められているため、極間部ティース４ａを廃しても界磁コイル５の総数は変化しない。さらに、極間部回転子ティース４ａを廃したスペースを利用することにより、回転子スロット３の断面積を増加し、回転子スロット３に収納される界磁コイル５の断面積を増加できる。これにより、界磁巻線の損失を増加することなく、界磁起磁力を増加することができるので、より出力密度の高い回転電機を提供できる。
【０１１０】
さらに、極間部回転子スロット３ａに納められた極間部界磁コイル５ａを保持する極間部回転子楔６ａの厚さを厚くしているため、極間部回転子楔６ａにかかる極間部界磁コイル５ａの遠心力に対する構造強度を向上できる。
【０１１１】
図１４は本発明による回転電機の回転子の第１４の実施形態を示す横断面図である。
【０１１２】
図１４に示すように回転子鉄心１には、１極あたり奇数個の回転子スロット３が設けられており、各回転子スロット３の間に回転子ティース４が形成されている。この回転子スロット３には界磁コイル５が納められ、スロット外径部に設けられた回転子楔６によって保持されている。この場合、回転子スロット３の個数が１極あたり奇数個であるため、磁極部２の中間である極間部には極間部回転子スロット３ａが設けられている。
【０１１３】
この極間部回転子スロット３ａには、２つの極間部界磁コイル５ａが納められ、かつ極間部回転子楔６ａの材質が他の回転子楔６の材質より機械的強度の高い材質を用いた構成となっている。
【０１１４】
このように本発明の第１４の実施形態では、極間部には従来の回転子構造では存在した極間部回転子ティース４ａが存在せず、従って全ての回転子ティース４は界磁巻線を励磁することにより発生する界磁磁束の一部の流路になるので、回転子鉄心１の磁気的な利用率が向上し、界磁磁束を増加することができる。
【０１１５】
また、極間部回転子スロット３ａには２つの極間部界磁コイル５ａが納められているため、極間部ティース４ａを廃しても界磁コイル５の総数は変化しない。さらに、極間部回転子ティース４ａを廃したスペースを利用することにより、回転子スロット３の断面積が増加し、回転子スロット３に収納される界磁コイル５の断面積を増加できる。これにより、界磁巻線の損失を増加することなく、界磁起磁力を増加することができるので、より出力密度の高い回転電機を提供できる。
【０１１６】
さらに、極間部回転子スロット３ａに納められたの極間部界磁コイル５ａを保持する極間部回転子楔６ａの材質を他の回転子楔６の材質よりも機械的強度の高い材質を使用しているため、極間部回転子楔６ａにかかる極間部界磁コイル５ａの遠心力に対する構造的な強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図５】本発明の第５の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図６】本発明の第６の実施形態を示す回転電機の回転子における極間部界磁コイルの斜視図。
【図７】本発明の第７の実施形態を示す回転電機の回転子における極間部界磁コイルの斜視図。
【図８】本発明の第８の実施形態を示す回転電機の回転子における極間部界磁コイルの斜視図。
【図９】本発明の第９の実施形態を示す回転電機の回転子における極間部界磁コイルの斜視図。
【図１０】本発明の第１０の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図１１】本発明の第１１の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図１２】本発明の第１２の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図１３】本発明の第１３の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図１４】本発明の第１４の実施形態を示す回転電機の回転子の横断面図。
【図１５】従来のタービン発電機の回転子を示す横断面図。
【図１６】従来のタービン発電機の回転子の界磁巻線コイルエンド部を示す縦断面図。
【符号の説明】
【０１１８】
１：回転子鉄心、２：磁極部、２ａ：磁極部の最狭部、３：回転子スロット、３ａ：極間部回転子スロット、４：回転子ティース、４ａ：極間部回転子ティース、４ｂ：極間部回転子スロットに隣接する回転子ティース、５：界磁コイル、５ａ：極間部界磁コイル、６：回転子楔、６ａ：極間部回転子楔、７：界磁コイルのコイルエンド部、７ａ：極間部界磁コイルのコイルエンド部、８：界磁コイル間渡り接続片、８ａ：Ｎ極側界磁コイル間渡り接続片、８ｂ：Ｓ極側界磁コイル間渡り接続片、９：保持環、１０：バランス調整用のウエイト
【図１】
2005348487.tif 000003
【図２】
2005348487.tif 000004
【図３】
2005348487.tif 000005
【図４】
2005348487.tif 000006
【図５】
2005348487.tif 000007
【図６】
2005348487.tif 000008
【図７】
2005348487.tif 000009
【図８】
2005348487.tif 000010
【図９】
2005348487.tif 000011
【図１０】
2005348487.tif 000012
【図１１】
2005348487.tif 000013
【図１２】
2005348487.tif 000014
【図１３】
2005348487.tif 000015
【図１４】
2005348487.tif 000016
【図１５】
2005348487.tif 000017
【図１６】
2005348487.tif 000018