JP2008061365A - Rotor of vertical-shaft rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a rotor of a vertical shaft rotating electrical machine, and a cylindrical rim is provided on an outer peripheral portion of a spider extending in a radial direction from a rotary shaft arranged vertically, such as a water turbine generator. The present invention relates to a rotor of a vertical axis rotating electrical machine suitable for one having a plurality of magnetic poles on the outer periphery.
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。
As shown in FIG. 7, the rotor of the vertical shaft rotating electrical machine is configured to have a
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。
In addition, for the purpose of adjusting the pumping input, a secondary-excited rotating electric machine corresponding to variable speed operation has been adopted. FIG. 8 shows a rotor of the vertical axis rotating electrical machine for variable speed operation.
The rotor of the vertical shaft rotating electric machine for variable speed operation has the same general configuration as the configuration shown in FIG. 7 described above, but a groove (not shown) for housing the rotor winding 7 on the outer periphery of the rim 2. ) And the span of the rotor winding 7 accommodated in the groove is removed from the
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。 By the way, recent hydroelectric power plants tend to have a high head, a high head and a large output due to the location, and the rotational speed during operation tends to increase. Accordingly, the centrifugal force of the rotor of the vertical axis rotating electric machine is increased, and the rim of the rotor is required to support a large force.
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。 One method is to use a ring-shaped rim with no divisions in the circumferential direction as the structure of the rotor rim that supports the large force applied to the rim. In spite of high-speed rotation, a design in which the diameter of the rotor is increased is required, and there are cases where a ring-shaped rim cannot be employed due to restrictions on rolling equipment. In addition, a forged lump rim having an integral rotor structure cannot be used in a vertical axis rotating electrical machine with variable transport due to the magnetic characteristics required for the rim of the rotor.
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。 For this reason, a rotor employing a laminated rim structure in which fan-shaped rim plates divided in the circumferential direction are laminated to form a ring shape is generally used. In a rotor employing a laminated rim structure in which the fan-shaped rim plates divided in the circumferential direction are laminated to form a ring shape, a circumferential tensile force acts on the rim by a centrifugal force accompanying the rotation. However, in the rim using the rim plate divided in the circumferential direction, the circumferential tensile force cannot be transmitted by the divided portion.
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。 In order to maintain the rotor shape, the divided rim plates must be restrained with a key or the like, or restrained by a bolting frictional force. JP-A-59-76134 is known as a prior art.
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。
FIG. 9 is a plan view of the rim when the
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。
As shown in the figure, a
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。
Centrifugal force acts on the
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。
The generated deviation persists even when there is no centrifugal force at the time of stoppage, and this phenomenon occurs again by repeated operation stop, so that the
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。
In the case of the variable speed machine, since the
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。 The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to reduce reliability without collapsing the rim even if the rim is formed by laminating a plurality of divided rim plates. It is an object of the present invention to provide a rotor for a vertical axis rotating electrical machine that can be prevented.
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。 In the present invention, in order to achieve the above object, a rotary shaft arranged in a vertical form, a spider extending in a radial direction from the rotary shaft, a cylindrical rim provided on an outer peripheral portion of the spider, A plurality of magnetic poles provided on the outer periphery of the rim, and a plurality of first rim plates made of thin plates divided in the circumferential direction are laminated on the rim, and the divided portions of the first rim plate are arranged in the lamination direction. A rotor of a vertical axis rotating electrical machine which is laminated so as not to coincide with a divided portion of an adjacent rim plate, is formed into a cylindrical shape, and is integrated by being tightened by a bolt, and is the outermost side in the rim stacking direction A second rim plate made of a thin plate is provided so as to straddle the gaps of the respective divided portions of the first rim plate positioned at the first rim plate, and the end portion of each second rim plate and the first rim plate are welded It is characterized by being fixed.
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。 According to the present invention, even when a rim is formed by laminating a plurality of rim plates divided into a plurality of parts, the end rim can be maintained without slipping out and the rim end can be prevented from collapsing. Thus, it is possible to obtain a rotor of a vertical axis rotating electrical machine that does not decrease.
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。 Provided is a rotor of a vertical axis rotating electrical machine that prevents a decrease in reliability with a simple configuration.
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。
1 and 2 show a first embodiment of a rotor of a vertical axis rotating electrical machine according to the present invention. In the configuration of this embodiment shown in the figure, the
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。
In FIG. 2, one of the
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。
With such a configuration, a radial displacement difference between the disc-
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。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment shown in the figure, the plurality of second rim plates do not have the
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。
The
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。 Even if comprised in this way, the effect is the same as that of the Example mentioned above.
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。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. As shown in the figure, in the present embodiment, a ventilation duct is formed between the disc-
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。 Even if comprised in this way, the effect is the same as that of the Example mentioned above.
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。
In the fourth embodiment, the
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。
The
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。 Even if comprised in this way, the effect is the same as that of the Example mentioned above.
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。
The fifth embodiment relates to a place where the
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。
In the rotor which is the subject of the present invention, the tightening force of the
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。
The present embodiment pays attention to such a characteristic of the structure, and welds the
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。
By welding the
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。
One method of welding the
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。 Even if comprised in this way, the effect is the same as that of the Example mentioned above.
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。 A second rim plate made of a thin plate is provided so as to straddle the gaps of the respective divided portions of the first rim plate located on the outermost side in the stacking direction of the rims, and the end portion of each second rim plate and the first By fixing the rim plate to each other by welding, even if the rim is constituted by laminating a plurality of rim plates, it is possible to prevent a decrease in reliability without the rim collapsing.
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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Spider, 2 ... Rim, 2a ... 1st rim board, 3, 3a ... Ventilation duct, 4, 4a, 4b ... Duct piece, 5 ... Bolt, 6 ... Magnetic pole, 7 ... Rotor winding, 8 ... Groove , 9 ... Coil end support, 10 ... Second rim plate, 11 ... Welded portion, 12 ... Disk-like structure, 20a, 20 ... Air gap.
Claims (5)
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。 A rotating shaft arranged in a vertical form, a spider extending radially from the rotating shaft, a cylindrical rim provided on the outer periphery of the spider, and a plurality of magnetic poles provided on the outer periphery of the rim A plurality of first rim plates made of thin plates whose circumferential directions are divided, and the divided portions of the first rim plates coincide with the divided portions of the rim plates adjacent to each other in the stacking direction. In a rotor of a vertical axis rotating electrical machine that is laminated and formed into a cylindrical shape and is tightened and integrated with a bolt,
A second rim plate made of a thin plate is provided so as to straddle the gaps of the respective divided portions of the first rim plate located on the outermost side in the stacking direction of the rims, and the end portion of each second rim plate and the first The rim plate is fixed to the rim plate by welding.
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。 In the rotor of the vertical axis rotating electrical machine according to claim 1,
The second rim plate is divided into a plurality of portions in the circumferential direction, and the divided second rim plate is formed with a rim plate and a gap between the divided portions straddling a gap between the divided portions between the first rim plates. A rotor of a vertical axis rotating electrical machine, characterized in that the rotor is formed from a rim plate arranged at a portion not present.
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。 In the rotor of the vertical axis rotating electrical machine according to claim 1,
The second rim plate is divided into a plurality of portions in the circumferential direction, and the divided second rim plate has a portion disposed across the space between the divided portions between the first rim plates and a space between the divided portions. A rotor for a vertical axis rotating electrical machine, characterized in that the rotor is formed from what is disposed in a portion where it is not formed.
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。 In the rotor of the vertical axis rotating electrical machine according to claim 1,
A duct piece is arranged in the middle of the laminating direction of the first rim plate to form a ventilation duct, and the end of the second rim plate and the first rim plate are welded to each other in the projection plane of the duct piece. The rotor of a vertical axis | shaft rotary electric machine characterized by the above-mentioned.
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。
In the rotor of the vertical axis rotating electrical machine according to claim 4,
A thick plate-like structure is disposed outside the second rim plate, and the thick plate-like structure is brought into contact with the second rim plate within the projection plane of the duct piece and is integrally tightened. The rotor of the vertical axis | shaft rotary electric machine characterized by the above-mentioned.
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