JP2013183535A - Rotor of rotary electric machine, method of manufacturing the same, and rotary electric machine - Google Patents

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Masashi Fujita
田 真 史 藤
Tadashi Tokumasu
増 正 徳
Toshio Hirano
野 俊 夫 平
Masayuki Ichimonji
正 幸 一文字
Masanori Arata
政 憲 新
Mikio Kakiuchi
内 幹 雄 垣
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an easily manufactured, little damage occurring, and highly reliable rotor of a rotary electric machine.SOLUTION: A rotor of a rotary electric machine comprises: a rotor shaft 2 which is rotatable around a rotation axis; a rotor core 4 attached onto an outer peripheral side of the rotor shaft 2; a plurality of rotor slots 5 arranged in a circumferential direction in the rotor core 4 with a prescribed interval therebetween; a plurality of magnetic steel plates 3 arranged between the plurality of rotor slots and laminated inside the rotor core so as to vary those diameter gradually in a radial direction of the rotation axis; a field coil 7 including a plurality of field conductors inserted into the rotor slots 5; a rotor wedge 6 connected to an end part of the outer peripheral side of the rotor slots 5 so as to support the field coil 7; spacers 8 arranged between adjacent two magnetic steel plates with different diameters among the plurality of magnetic steel plates 3 having gradually varied diameters; and a fixing material 9 for fastening the plurality of steel plates having the spacers in between in the direction of the rotation axis so as to fix the plurality of magnetic steel plates.

Description

本発明の実施形態は、積層された磁性鋼板を有する回転電機の回転子およびその製造方法、および回転電機に関する。   Embodiments described herein relate generally to a rotor of a rotating electrical machine having laminated magnetic steel plates, a method for manufacturing the same, and the rotating electrical machine.

火力や原子力用の大容量同期発電機では、回転子は、機械強度を持たせるために塊状鉄心の回転子が用いられ、回転軸となる回転子シャフトも同一の鋼塊で形成されるのが一般的である。回転子鉄心は磁極部と非磁極部を有する。非磁極部には回転子の周方向に等間隔に複数個の巻線挿入用回転子スロットが設けられ、このスロット間にはティースが設けられ、回転子スロットに界磁コイルが収納される。界磁コイルは複数の界磁導体を径方向に積層したものであり、界磁導体と回転子シャフトとの間にはスロット絶縁、界磁コイルと回転子楔の間には絶縁ブロックが設けられて、界磁コイルとアース電位となる回転子鉄心および回転子楔との間との絶縁を確保している。   In large-capacity synchronous generators for thermal power and nuclear power, the rotor is a massive core rotor to provide mechanical strength, and the rotor shaft that serves as the rotating shaft is also formed of the same steel ingot. It is common. The rotor core has a magnetic pole part and a non-magnetic pole part. The non-magnetic pole portion is provided with a plurality of winding insertion rotor slots at equal intervals in the circumferential direction of the rotor, teeth are provided between the slots, and the field coil is housed in the rotor slot. The field coil is formed by laminating a plurality of field conductors in the radial direction. Slot insulation is provided between the field conductor and the rotor shaft, and an insulation block is provided between the field coil and the rotor wedge. Thus, insulation is ensured between the field coil and the rotor core and the rotor wedge that become the ground potential.

固定子側で生じる高調波磁界による渦電流損失を低減するために、回転子楔と絶縁ブロックの間に、スロットダンパが設けられる場合もある。   A slot damper may be provided between the rotor wedge and the insulating block in order to reduce eddy current loss due to the harmonic magnetic field generated on the stator side.

また、回転子スロットの内側端部には、軸方向の通気通路であるサブスロットが設けられ、界磁コイルと回転子楔の半径方向にも通気通路としての孔が設けられ、サブスロットから供給される冷却冷媒によって界磁コイルでジュール発熱によって発生する熱を冷却する場合もある。   In addition, a sub-slot which is an axial ventilation passage is provided at the inner end of the rotor slot, and a hole as a ventilation passage is also provided in the radial direction of the field coil and the rotor wedge, which is supplied from the sub-slot. In some cases, the generated cooling refrigerant cools the heat generated by Joule heat generation in the field coil.

塊状鉄心から成る回転電機の回転子シャフトには、界磁コイルを収めるための溝状のスロットが設けられる。通常、スロット加工は円筒状の鉄塊の削りだしによって行うため、回転子の作製に多大な労力と時間を要していた。また、塊状鉄心には通常、鍛造鉄材が用いられるため、鉄心の磁気特性としては、固定子に用いられる電磁鋼板に比べて劣っており、界磁電流の増加により、界磁銅損が増加して、局所的な温度上昇や効率悪化の要因になることがある。また、塊状鉄心は、逆相電流などにより、非同期成分の磁束が入射すると、回転子表面に生じる渦電流損によって効率が悪化する場合がある。   A rotor shaft of a rotating electrical machine made of a massive iron core is provided with a groove-like slot for receiving a field coil. Usually, since slot machining is performed by cutting a cylindrical iron ingot, it takes a lot of labor and time to manufacture the rotor. In addition, forged iron is usually used for bulk iron cores, so the magnetic properties of the iron core are inferior to those of electromagnetic steel sheets used for stators, and field copper loss increases due to an increase in field current. Can cause local temperature rise and efficiency degradation. In addition, when an asynchronous magnetic flux is incident on a massive iron core due to a reverse phase current or the like, the efficiency may deteriorate due to eddy current loss generated on the rotor surface.

これに対して、小型のモータや小容量あるいは低回転速度の発電機では、回転子鉄心を積層鋼板で構成する場合があり、この場合、鋼板の打ち抜きによってスロットを形成でき、鉄心の磁気特性の良い材料を用いることも容易である。   On the other hand, in a small motor or a small-capacity or low-speed generator, the rotor core may be composed of laminated steel sheets. In this case, slots can be formed by punching the steel sheets, and the magnetic properties of the iron core It is easy to use a good material.

積層鋼板を用いて回転子を形成する方法としては、焼嵌によって回転子鉄心を回転軸に組み付ける方法や、積層した磁性鋼板の軸方向両端に固定されるエンドカラーに凹凸部を設けて、これらの凹凸部を係合することで、長尺の回転子を形成する方法が示されている。   As a method of forming a rotor using laminated steel sheets, a method of assembling a rotor core to a rotating shaft by shrink fitting, or providing an uneven portion on end collars fixed at both axial ends of laminated magnetic steel sheets, these A method of forming a long rotor by engaging the concavo-convex portions is shown.

しかしながら、これらの方法においても、前述の大容量同期発電機の回転子鉄心は、回転子の外径が大きい、軸長が長い、あるいは回転速度が速いなどの理由により、軸系の危険速度や、回転体に働く応力の問題から、十分強固に積層鋼板を固定し、コイルを保持することは困難であった。   However, even in these methods, the rotor core of the above-mentioned large-capacity synchronous generator has a large shaft outer diameter, a long shaft length, or a high rotational speed, and thus the critical speed of the shaft system and Because of the problem of stress acting on the rotating body, it has been difficult to hold the coil while fixing the laminated steel plate sufficiently firmly.

特開２０００−５０５４８号公報JP 2000-50548 A

本発明は、回転子の製造が容易で、回転子に発生する損失が少なく、かつ信頼性も高い回転電機の回転子を提供するものである。   The present invention provides a rotor of a rotating electrical machine that is easy to manufacture, has little loss in the rotor, and has high reliability.

本実施形態によれば、回転軸回りに回転可能な回転子シャフトと、
前記回転子シャフトの外周側に取り付けられる回転子鉄心と、
前記回転軸の径方向に内径が段階的に変化するように前記回転子鉄心内に積層される複数の磁性鋼板と、
前記複数の磁性鋼板のそれぞれの周方向に沿って所定間隔で配置される複数の回転子スロットと、
前記回転子スロット内に挿入される複数の界磁導体からなる界磁コイルと、
前記回転子スロットの外周側端部に接続され、前記界磁コイルを保持する回転子楔と、
内径が段階的に変化する前記複数の磁性鋼板のうち、内径が異なる隣接した２つの磁性鋼板の間にそれぞれ配置されるスペーサと、
前記複数の磁性鋼板を、間に前記スペーサを挟んだ状態で、前記回転軸の方向に締め付けて固定する固定部材と、を備えることを特徴とする回転電機の回転子が提供される。 According to this embodiment, a rotor shaft that can rotate around a rotation axis;
A rotor core attached to the outer peripheral side of the rotor shaft;
A plurality of magnetic steel plates laminated in the rotor core such that the inner diameter changes stepwise in the radial direction of the rotating shaft;
A plurality of rotor slots arranged at predetermined intervals along the circumferential direction of each of the plurality of magnetic steel plates;
A field coil comprising a plurality of field conductors inserted into the rotor slot;
A rotor wedge connected to the outer peripheral end of the rotor slot and holding the field coil;
Among the plurality of magnetic steel plates whose inner diameter changes stepwise, spacers respectively disposed between two adjacent magnetic steel plates having different inner diameters;
There is provided a rotor of a rotating electrical machine, comprising: a fixing member that fastens and fixes the plurality of magnetic steel plates in the direction of the rotating shaft with the spacer interposed therebetween.

第１の実施形態に係る回転電機の回転子１の軸断面図。The axial sectional view of the rotor 1 of the rotary electric machine which concerns on 1st Embodiment. 図１の回転子１のＡ−Ａ線断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotor 1 of FIG. 図１の回転子１のＢ−Ｂ線断面図。BB sectional drawing of the rotor 1 of FIG. 図２の変形例を示す図１の回転子１のＡ−Ａ線断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotor 1 of FIG. 図１の回転子１を内蔵する回転電機３０の軸断面図。FIG. 3 is an axial sectional view of a rotating electrical machine 30 that incorporates the rotor 1 of FIG. 第２の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。The axial sectional view of the rotor 1 of the rotary electric machine 30 which concerns on 2nd Embodiment. 図６のＡ−Ａ線断面図。AA line sectional view of Drawing 6. 磁性鋼板３の磁極部２１にポールスロット２５を設けた例を示すＡ−Ａ線断面図。AA line sectional view showing an example in which pole slot 25 is provided in magnetic pole part 21 of magnetic steel plate 3. FIG. 第３の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。The axial sectional view of the rotor 1 of the rotary electric machine 30 which concerns on 3rd Embodiment. 図９のＡ−Ａ線断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 9. （ａ）は積層鉄心ブロック４２の断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図。(A) is sectional drawing of the laminated iron core block 42, (b) is CC sectional view taken on the line of (a). 第４の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。The axial sectional view of the rotor 1 of the rotary electric machine 30 which concerns on 4th Embodiment. 図１２のＢ−Ｂ線断面図。BB sectional drawing of FIG. 第５の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。The axial sectional view of the rotor 1 of the rotary electric machine 30 according to the fifth embodiment. 第５の実施形態の一変形例に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図。The axial sectional view of the rotor 1 of the rotary electric machine 30 which concerns on the modification of 5th Embodiment. 左端側の端板１０を回転子シャフト２に一体成形した回転子１の軸断面図。FIG. 3 is an axial sectional view of a rotor 1 in which a left end side end plate 10 is integrally formed with the rotor shaft 2.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る回転電機の回転子１の軸断面図、図２は図１の回転子１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１の回転子１のＢ−Ｂ線断面図である。 (First embodiment)
1 is an axial sectional view of the rotor 1 of the rotating electrical machine according to the first embodiment, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of the rotor 1 in FIG. 1, and FIG. It is B line sectional drawing.

本実施形態の回転子１は、図１に示すように、回転軸Ｚ回りに回転可能な回転子シャフト２と、回転子シャフト２の外周側に取り付けられる複数の磁性鋼板３からなる回転子鉄心４と、回転子鉄心４の内部に設けられる複数の回転子スロット５と、回転子スロット５に取り付けられる回転子楔６と、回転子スロット５内に挿入される界磁コイル７と、内径の異なる磁性鋼板３の間に配置されるスペーサ８と、内径が同じ複数の磁性鋼板３同士を固定する固定部材９と、回転子鉄心４の回転軸Ｚ方向の両端に設けられる端板１０，１１と、端板１０，１１にそれぞれ接合される端部保持環１２，１３とを備えており、これらは、回転子シャフト２の回転軸Ｚ回りに一体的に回転する。   As shown in FIG. 1, the rotor 1 of this embodiment includes a rotor shaft 2 that can rotate around a rotation axis Z, and a rotor core that includes a plurality of magnetic steel plates 3 attached to the outer peripheral side of the rotor shaft 2. 4, a plurality of rotor slots 5 provided inside the rotor core 4, a rotor wedge 6 attached to the rotor slot 5, a field coil 7 inserted into the rotor slot 5, Spacers 8 arranged between different magnetic steel plates 3, a fixing member 9 for fixing a plurality of magnetic steel plates 3 having the same inner diameter, and end plates 10, 11 provided at both ends of the rotor core 4 in the rotation axis Z direction. And end holding rings 12 and 13 respectively joined to the end plates 10 and 11, which rotate integrally around the rotation axis Z of the rotor shaft 2.

回転子シャフト２は、回転軸Ｚ方向に外径が段階的に変化しており、図１の左から右に向かって段階的に外径が小さくなっている。   The outer diameter of the rotor shaft 2 changes stepwise in the direction of the rotation axis Z, and the outer diameter decreases stepwise from left to right in FIG.

図２に示すように、複数の回転子スロット５は、回転子シャフト２の周縁部に沿って所定間隔で配置されている。回転子鉄心４は、回転子シャフト２を取り囲むように回転子シャフト２と同心状に配置され、回転子鉄心４の内径は、回転軸Ｚ方向に段階的に変化している。より詳細には、回転子鉄心４は、段階的に内径が変化する複数の磁性鋼板３で構成されており、これら磁性鋼板３には回転子スロット５を嵌装する孔が形成されている。   As shown in FIG. 2, the plurality of rotor slots 5 are arranged at predetermined intervals along the peripheral edge of the rotor shaft 2. The rotor core 4 is disposed concentrically with the rotor shaft 2 so as to surround the rotor shaft 2, and the inner diameter of the rotor core 4 changes stepwise in the direction of the rotation axis Z. More specifically, the rotor core 4 is composed of a plurality of magnetic steel plates 3 whose inner diameters change in stages, and holes for fitting the rotor slots 5 are formed in these magnetic steel plates 3.

回転子スロット５に挿入される界磁コイル７は、コの字型の形状であり、例えば回転子鉄心４の左端の端板１０側から挿入されて、右側端部で折り返されて、次のターンの界磁コイル７に接合される。このように、界磁コイル７は、各ターンごとに、回転子鉄心４の左端と右端から交互に回転子スロット５に挿入されて、回転子シャフト２の軸方向に延在される。   The field coil 7 inserted into the rotor slot 5 has a U-shape, for example, is inserted from the left end plate 10 side of the rotor core 4, folded at the right end, and Joined to the turn field coil 7. Thus, the field coil 7 is inserted into the rotor slot 5 alternately from the left end and the right end of the rotor core 4 for each turn, and extends in the axial direction of the rotor shaft 2.

図１では、回転子鉄心４の左端側から右端側にかけての磁性鋼板３の内径を、順にＲ１、Ｒ２、…、Ｒ６としている。これらは、Ｒ１＞Ｒ２＞…＞Ｒ６の関係にあり、左端側から右端側にかけて、磁性鋼板３の内径が段階的に小さくなっている。このように、回転子鉄心４を構成する複数の磁性鋼板３の内径は、図１の左側から右側にかけて、段階的に小さくなっている。各段ごとに複数の磁性鋼板３が設けられ、同じ段に属する複数の磁性鋼板３の内径はいずれも同じである。また、磁性鋼板３の外径は、各段ともに共通である。したがって、磁性鋼板３の内径から外径までの径方向の幅は、回転子鉄心４の左端側から右端側にかけて段階的に大きくなっている。 In Figure 1, the inner diameter of the magnetic steel plates 3 to right side from the left side of the rotor core 4 in turn R 1, R 2, ..., it is set to R 6. These are in a relationship of R 1 > R 2 >...> R 6 , and the inner diameter of the magnetic steel sheet 3 is gradually reduced from the left end side to the right end side. As described above, the inner diameters of the plurality of magnetic steel plates 3 constituting the rotor core 4 are gradually reduced from the left side to the right side in FIG. A plurality of magnetic steel plates 3 are provided for each stage, and the inner diameters of the plurality of magnetic steel sheets 3 belonging to the same stage are the same. Moreover, the outer diameter of the magnetic steel plate 3 is common to each stage. Therefore, the radial width from the inner diameter to the outer diameter of the magnetic steel sheet 3 increases stepwise from the left end side to the right end side of the rotor core 4.

隣接する２つの段間にはスペーサ８が配置されている。スペーサ８よりも内径側には、回転子シャフト２の周縁部に設けたシャフトネジ山１４に嵌合するシャフトナット１５が配置され、このシャフトナット１５により、対応する段に属する各磁性鋼板３の内径部を締め付けている。また、スペーサ８よりも外径側には通風ダクト１６が設けられており、磁性鋼板３の熱を外部に逃がせるようにしている。このシャフトナット１５は、固定部材９の一部を構成する。   A spacer 8 is disposed between two adjacent steps. On the inner diameter side of the spacer 8, a shaft nut 15 that is fitted to a shaft thread 14 provided on the peripheral portion of the rotor shaft 2 is disposed, and by this shaft nut 15, each of the magnetic steel plates 3 belonging to the corresponding step is arranged. The inner diameter is tightened. A ventilation duct 16 is provided on the outer diameter side of the spacer 8 so that heat of the magnetic steel plate 3 can be released to the outside. The shaft nut 15 constitutes a part of the fixing member 9.

スペーサ８は、図３に示すように、回転子スロット５間に配置されて、径方向に延在している。   As shown in FIG. 3, the spacer 8 is disposed between the rotor slots 5 and extends in the radial direction.

本実施形態では、回転子鉄心４の各段の内径に合わせて、回転子シャフト２の外径を段階的に変化させることにより、組み上がった回転子鉄心４の外径が常に一定になるようにしている。   In this embodiment, the outer diameter of the assembled rotor core 4 is always constant by changing the outer diameter of the rotor shaft 2 stepwise in accordance with the inner diameter of each stage of the rotor core 4. I have to.

回転子鉄心４の各段の各磁性鋼板３には同じ径位置に貫通孔が設けられており、この貫通孔に貫通ボルト１７を貫通させて、すべての磁性鋼板３を固定している。より詳細には、貫通ボルト１７の先端部を、図１に示すように回転子鉄心４の端部に配置される端板１０，１１まで貫通させて、端部ナット１８により固定している。この端板１０，１１は、回転子シャフト２に取り付けられているため、結果として、各磁性鋼板３は、貫通ボルト１７と端部ナット１８により、回転子シャフト２に堅固に固定される。   Each magnetic steel plate 3 of each stage of the rotor core 4 is provided with a through hole at the same radial position, and through bolts 17 are passed through the through hole to fix all the magnetic steel plates 3. More specifically, as shown in FIG. 1, the front end portion of the through bolt 17 is passed through to the end plates 10 and 11 disposed at the end portion of the rotor core 4 and fixed by the end nut 18. Since the end plates 10 and 11 are attached to the rotor shaft 2, as a result, the magnetic steel plates 3 are firmly fixed to the rotor shaft 2 by through bolts 17 and end nuts 18.

貫通ボルト１７は、図１に示すように、磁性鋼板３の同一の径方向に１つまたは複数設けられるか、あるいは異なる径方向に１つまたは複数設けられる。各径ごとに複数の貫通ボルト１７が設けられる場合は、図２に示すように、各貫通ボルト１７は周方向に所定間隔で配置される。これら貫通ボルト１７と端部ナット１８は、固定部材９の一部を構成する。このように、貫通ボルト１７は、磁性鋼板３に対して１つだけ設けられてもよい。   As shown in FIG. 1, one or more through bolts 17 are provided in the same radial direction of the magnetic steel plate 3, or one or more through bolts 17 are provided in different radial directions. When a plurality of through bolts 17 are provided for each diameter, as shown in FIG. 2, the through bolts 17 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. These through bolts 17 and end nuts 18 constitute a part of the fixing member 9. Thus, only one through bolt 17 may be provided for the magnetic steel plate 3.

磁性鋼板３には、周方向に所定間隔で複数の冷却孔１９が設けられている。これら冷却孔１９は、貫通ボルト１７用の貫通孔と同様に、磁性鋼板３の軸方向に共通した位置に設けられており、冷却孔１９を通して、回転子１を冷却するための冷媒ガスを流すことで、上述した通風ダクト１６とともに、冷媒ガスの通風路を形成している。   The magnetic steel plate 3 is provided with a plurality of cooling holes 19 at predetermined intervals in the circumferential direction. These cooling holes 19 are provided at common positions in the axial direction of the magnetic steel plate 3 in the same manner as the through holes for the through bolts 17, and a coolant gas for cooling the rotor 1 flows through the cooling holes 19. Thus, together with the above-described ventilation duct 16, a ventilation path for the refrigerant gas is formed.

図１の左端側の端板１０は、界磁コイル７が遠心力で外周側にはみ出さないように界磁コイル７を保持する端部保持環１２と一体成形されており、この端板１０は回転子鉄心４を取り付ける前に回転子シャフト２に取り付けられる。図１の右端側の端部保持環１３は、界磁コイル７を回転子鉄心４に取り付けた後に、焼き嵌め等により端板１１に嵌合される。   The end plate 10 on the left end side in FIG. 1 is integrally formed with an end holding ring 12 that holds the field coil 7 so that the field coil 7 does not protrude to the outer peripheral side due to centrifugal force. Is attached to the rotor shaft 2 before the rotor core 4 is attached. The end holding ring 13 on the right end side in FIG. 1 is fitted to the end plate 11 by shrink fitting or the like after the field coil 7 is attached to the rotor core 4.

図２に示すように、回転子鉄心４には磁極部２１と非磁極部２２が設けられている。非磁極部２２には、所定間隔で複数の回転子スロット５が設けられ、これら回転子スロット５の間には、ティース２３が形成されている。回転子スロット５には、上述したようにコの字状の界磁導体からなる界磁コイル７が挿入され、界磁コイル７の外径側には絶縁ブロック２４を介して回転子楔６が配置されている。   As shown in FIG. 2, the rotor core 4 is provided with a magnetic pole part 21 and a non-magnetic pole part 22. The non-magnetic pole portion 22 is provided with a plurality of rotor slots 5 at predetermined intervals, and teeth 23 are formed between the rotor slots 5. As described above, the field coil 7 made of a U-shaped field conductor is inserted into the rotor slot 5, and the rotor wedge 6 is attached to the outer diameter side of the field coil 7 via the insulating block 24. Has been placed.

図２では、貫通ボルト１７を絶縁ブロック２４よりも内径側に配置する例を示したが、貫通ボルト１７をより外径側に配置すれば、非磁極部２２での磁束の漏れを低減できる。   In FIG. 2, the example in which the through bolt 17 is arranged on the inner diameter side from the insulating block 24 is shown. However, if the through bolt 17 is arranged on the outer diameter side, leakage of magnetic flux at the non-magnetic pole portion 22 can be reduced.

上述したように、各磁性鋼板３の内径側は、シャフトナット１５により締め付けられている。図３では、シャフトナット１５が六角形状の例を示しているが、多角形であればよく、シャフトナット１５の角数は締め付けのしやすさ等を考慮に入れて決定すればよい。   As described above, the inner diameter side of each magnetic steel plate 3 is fastened by the shaft nut 15. FIG. 3 shows an example in which the shaft nut 15 has a hexagonal shape. However, the shaft nut 15 may be polygonal, and the number of angles of the shaft nut 15 may be determined in consideration of ease of tightening and the like.

図４は図２の変形例を示す図１の回転子１のＡ−Ａ線断面図である。図４の磁性鋼板３は、磁極部２１の位置に円弧状のポールスロット２５を設けている。このポールスロット２５は、磁性鋼板３に形成された円弧状の切り欠き部である。   4 is a cross-sectional view taken along line AA of the rotor 1 of FIG. 1 showing a modification of FIG. The magnetic steel plate 3 of FIG. 4 has an arc-shaped pole slot 25 at the position of the magnetic pole part 21. The pole slot 25 is an arc-shaped notch formed in the magnetic steel plate 3.

磁極部２１にポールスロット２５を設けることにより、周方向で非磁極部２２との剛性の不均一を低減することができる。より安定な回転を得るには、回転軸Ｚ方向に所定間隔ごとにポールスロット２５を有する磁性鋼板３を配置するのが望ましいが、本実施形態では、ポールスロット２５を有する磁性鋼板３とポールスロット２５なしの磁性鋼板３とを交互に、あるいはポールスロット２５なしの磁性鋼板３の複数枚に１枚の割合でポールスロット２５を有する磁性鋼板３を配置することで、ポールスロット２５を有する磁性鋼板３を連続的に配置する場合と比べて、磁気的な不均一性を緩和している。   By providing the pole slot 25 in the magnetic pole part 21, the nonuniformity of rigidity with the non-magnetic pole part 22 can be reduced in the circumferential direction. In order to obtain more stable rotation, it is desirable to arrange the magnetic steel plates 3 having the pole slots 25 at predetermined intervals in the rotation axis Z direction. In this embodiment, however, the magnetic steel plates 3 having the pole slots 25 and the pole slots are arranged. The magnetic steel plates 3 having the pole slots 25 are arranged alternately with the magnetic steel plates 3 without 25 or by arranging the magnetic steel plates 3 having the pole slots 25 at a ratio of one to a plurality of magnetic steel plates 3 without the pole slots 25. Compared with the case where 3 is continuously arranged, the magnetic non-uniformity is reduced.

次に、本実施形態に係る回転子１の組立手順について説明する。まず、回転子シャフト２に図１の左端側の端板１０を取り付けて、この端板１０に内径が最大の磁性鋼板３を取り付ける。そして、同じ内径サイズの磁性鋼板３を複数枚順に積層させて、シャフトナット１５により磁性鋼板３と端板１０とを締め付ける。   Next, the assembly procedure of the rotor 1 according to this embodiment will be described. First, the end plate 10 on the left end side in FIG. 1 is attached to the rotor shaft 2, and the magnetic steel plate 3 having the maximum inner diameter is attached to the end plate 10. Then, a plurality of magnetic steel plates 3 having the same inner diameter size are laminated in order, and the magnetic steel plate 3 and the end plate 10 are fastened by the shaft nut 15.

次に、スペーサ８を配置し、その後、次に内径が大きい複数の磁性鋼板３を積層させて、同様にして、シャフトナット１５により締め付ける。このように、スペーサ８は、シャフトナット１５を取り付ける前に、磁性鋼板３に取り付けてもよい。   Next, the spacer 8 is disposed, and then a plurality of magnetic steel plates 3 having the next largest inner diameter are laminated and tightened by the shaft nut 15 in the same manner. Thus, the spacer 8 may be attached to the magnetic steel plate 3 before attaching the shaft nut 15.

以降、同様の作業を繰り返して、すべての磁性鋼板３を、内径の大きい順に回転子シャフト２に取り付ける。内径の大きい順に磁性鋼板３を取り付ける理由は、磁性鋼板３を取り付ける際には、図１の右側から左側まで移動させて回転子シャフト２に取り付けなければならず、内径が小さい磁性鋼板３ほど重量が重いことから、内径の小さい磁性鋼板３を右側から左端近くまで移動させる作業は大変であり、作業性を向上させるには、内径が大きくて重量の軽い磁性鋼板３から順に左側に配置するのが望ましいためである。   Thereafter, the same operation is repeated to attach all the magnetic steel plates 3 to the rotor shaft 2 in descending order of the inner diameter. The reason why the magnetic steel plates 3 are attached in order of increasing inner diameter is that when the magnetic steel plates 3 are attached, they must be attached to the rotor shaft 2 by moving from the right side to the left side in FIG. Therefore, it is difficult to move the magnetic steel plate 3 having a small inner diameter from the right side to the left end, and in order to improve workability, the magnetic steel plate 3 having a larger inner diameter and lighter weight is arranged on the left side in order. This is because it is desirable.

すべての磁性鋼板３の回転子シャフト２への取付が終わると、すべての磁性鋼板３の貫通孔に貫通ボルト１７を貫通させて、端部ナット１８で締め付ける。これにより、すべての磁性鋼板３が回転子シャフト２に堅固に固定される。   When all the magnetic steel plates 3 are attached to the rotor shaft 2, the through bolts 17 are passed through the through holes of all the magnetic steel plates 3 and are tightened with the end nuts 18. Thereby, all the magnetic steel plates 3 are firmly fixed to the rotor shaft 2.

次に、コの字状の界磁コイル７を、左端側から回転子スロット５に挿入して、右端側で界磁コイル７を折り返して、次のターンの界磁コイル７に接合する。この作業を各ターンの界磁コイル７について行う。以上により、図１に示す回転子１が完成する。   Next, the U-shaped field coil 7 is inserted into the rotor slot 5 from the left end side, and the field coil 7 is folded back at the right end side and joined to the field coil 7 of the next turn. This operation is performed for the field coil 7 of each turn. Thus, the rotor 1 shown in FIG. 1 is completed.

図５は図１の回転子１を内蔵する回転電機３０の軸断面図である。図５の回転電機３０は、図１に示した回転子１と、この回転子１の回転子鉄心４の外周側にエアギャップ３１を間に挟んで配置される固定子鉄心３２と、固定子鉄心３２の内部に挿入される電機子巻線３３と、電機子巻線３３から固定子鉄心３２の端部外側に伸びる端部巻線３４と、固定子鉄心３２の外周側に配置されるクーラ３５と、回転子シャフト２に取り付けられた回転子ファン３６とを有する。   FIG. 5 is an axial cross-sectional view of a rotating electrical machine 30 incorporating the rotor 1 of FIG. A rotating electrical machine 30 in FIG. 5 includes the rotor 1 illustrated in FIG. 1, a stator core 32 that is disposed on the outer peripheral side of the rotor core 4 of the rotor 1 with an air gap 31 interposed therebetween, and a stator. An armature winding 33 that is inserted into the core 32, an end winding 34 that extends from the armature winding 33 to the outside of the end of the stator core 32, and a cooler that is disposed on the outer peripheral side of the stator core 32. 35 and a rotor fan 36 attached to the rotor shaft 2.

図５では、回転子１を簡略化して描いているが、実際には、図１に示すように、段階的に内径が変化する複数の磁性鋼板３で構成されている。   In FIG. 5, the rotor 1 is illustrated in a simplified manner, but actually, as illustrated in FIG. 1, the rotor 1 is configured by a plurality of magnetic steel plates 3 whose inner diameters change stepwise.

図５の矢印は、回転電機３０内部の空気の流れを示している。回転子１の界磁コイル７と固定子の電機子巻線３３には、大電流が流れることから、回転子鉄心４と固定子鉄心３２にはかなりの熱が発生する。そこで、図５に示すように、固定子鉄心３２に、軸方向に交互に給気セクション３７と排気セクション３８を設けて、クーラ３５で冷却した空気がエアギャップ３１と給気セクション３７を通って流れるようにし、また、暖気は排気セクション３８からクーラ３５に流れ込んで冷気を生成するようにしている。   The arrows in FIG. 5 indicate the flow of air inside the rotating electrical machine 30. Since a large current flows through the field coil 7 of the rotor 1 and the armature winding 33 of the stator, considerable heat is generated in the rotor core 4 and the stator core 32. Therefore, as shown in FIG. 5, an air supply section 37 and an exhaust section 38 are provided alternately in the axial direction on the stator core 32, and the air cooled by the cooler 35 passes through the air gap 31 and the air supply section 37. The warm air flows from the exhaust section 38 to the cooler 35 to generate cool air.

このように、第１の実施形態では、それぞれ内径の異なる複数の磁性鋼板３を複数個ずつ用意し、これら磁性鋼板３を内径の大きい順に回転子シャフト２に取り付けるようにしたため、内径の小さい磁性鋼板３を先に回転子シャフト２に取り付ける場合と比べて、作業性がよくなる。   As described above, in the first embodiment, a plurality of magnetic steel plates 3 having different inner diameters are prepared, and these magnetic steel plates 3 are attached to the rotor shaft 2 in descending order of inner diameter. Compared with the case where the steel plate 3 is first attached to the rotor shaft 2, workability is improved.

また、各磁性鋼板３は、その内径側ではシャフトナット１５により締め付け、外径側では、貫通ボルト１７により各磁性鋼板３を締め付けられるため、すべての磁性鋼板３をより安定かつ堅固に回転子シャフト２に固定できる。   In addition, each magnetic steel plate 3 is tightened by the shaft nut 15 on the inner diameter side and each magnetic steel plate 3 is tightened by the through bolt 17 on the outer diameter side, so that all the magnetic steel plates 3 are more stably and firmly fixed to the rotor shaft. 2 can be fixed.

さらに、本実施形態では、回転子鉄心４を、積層された複数の磁性鋼板３で構成するため、一般に磁気特性の良好な珪素鋼板等の電磁鋼板を用いることができることから、塊状鋼板を用いる場合と比べて、界磁銅損を低減でき、かつ固定子側からの非同期成分の磁束が入射された場合の固定子表面に生じる渦電流損を低減することができる。また、界磁銅損や渦電流損の低減により、局所的な温度上昇を抑制でき、機器効率をより向上できる。   Furthermore, in this embodiment, since the rotor core 4 is composed of a plurality of laminated magnetic steel plates 3, generally, electromagnetic steel plates such as silicon steel plates having good magnetic properties can be used. As compared with the above, it is possible to reduce the field copper loss, and it is possible to reduce the eddy current loss generated on the stator surface when the asynchronous magnetic flux from the stator side is incident. In addition, by reducing the field copper loss and eddy current loss, it is possible to suppress a local temperature rise and further improve the device efficiency.

また、本実施形態では、磁性鋼板３を順に並べて固定するだけで回転子鉄心４を製造できるため、回転子１の製作に係る労力や時間を削減できる。   Moreover, in this embodiment, since the rotor core 4 can be manufactured only by arranging and fixing the magnetic steel plates 3 in order, the labor and time concerning manufacture of the rotor 1 can be reduced.

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、磁性鋼板３の外周部に保持環４１を設けたことを特徴とする。 (Second Embodiment)
The second embodiment is characterized in that a holding ring 41 is provided on the outer peripheral portion of the magnetic steel plate 3.

図６は第２の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図、図７は図６のＡ−Ａ線断面図である。これらの図では、第１の実施形態と同じ構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。   FIG. 6 is an axial sectional view of the rotor 1 of the rotating electrical machine 30 according to the second embodiment, and FIG. 7 is a sectional view taken along line AA in FIG. In these drawings, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the differences will be mainly described below.

本実施形態に係る回転子１は、図６および図７に示すように、各磁性鋼板３の外周部に保持環４１を取り付けている。この保持環４１は、界磁コイル７が遠心力で外周側にはみ出さないように、界磁コイル７を保持するためのものである。保持環４１は、同じ内径の複数の磁性鋼板３に対して、一つずつ設けられている。保持環４１は、同じ内径の複数の磁性鋼板３の外周部にはめ込むように取り付けられ、例えば焼き嵌めにより磁性鋼板３に固定される。   As shown in FIGS. 6 and 7, the rotor 1 according to this embodiment has a holding ring 41 attached to the outer peripheral portion of each magnetic steel plate 3. The holding ring 41 is for holding the field coil 7 so that the field coil 7 does not protrude to the outer peripheral side due to centrifugal force. One retaining ring 41 is provided for each of the plurality of magnetic steel plates 3 having the same inner diameter. The holding ring 41 is attached so as to be fitted into the outer peripheral portion of a plurality of magnetic steel plates 3 having the same inner diameter, and is fixed to the magnetic steel plate 3 by shrink fitting, for example.

図８は図７の変形例であり、図４と同様に、磁性鋼板３の磁極部２１にポールスロット２５を設けた例を示している。本実施形態では、磁性鋼板３の外周部に保持環４１を取り付けているため、ポールスロット２５を切り欠き部にする代わりに、ポールスロット２５を絶縁板等で構成することにより、回転子鉄心４としての剛性をより高めることができる。   FIG. 8 is a modification of FIG. 7, and shows an example in which pole slots 25 are provided in the magnetic pole portion 21 of the magnetic steel plate 3 as in FIG. 4. In the present embodiment, since the holding ring 41 is attached to the outer peripheral portion of the magnetic steel plate 3, instead of using the pole slot 25 as a notch, the pole slot 25 is formed of an insulating plate or the like, whereby the rotor core 4 The rigidity as can be further increased.

このように、第２の実施形態では、磁性鋼板３の外周部に保持環４１を設けるため、界磁コイル７が遠心力を受けても外周側にはみ出さなくなり、回転電機３０の回転子１の回転動作時における信頼性を向上できる。   Thus, in 2nd Embodiment, since the holding ring 41 is provided in the outer peripheral part of the magnetic steel plate 3, even if the field coil 7 receives a centrifugal force, it does not protrude to an outer peripheral side, and the rotor 1 of the rotary electric machine 30 The reliability at the time of rotating operation can be improved.

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、同じ内径サイズの複数の磁性鋼板３をモジュール化した積層鉄心ブロック４２を設けたことを特徴とする。 (Third embodiment)
The third embodiment is characterized in that a laminated core block 42 obtained by modularizing a plurality of magnetic steel plates 3 having the same inner diameter size is provided.

図９は第３の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図、図１０は図９のＡ−Ａ線断面図である。   9 is an axial cross-sectional view of the rotor 1 of the rotating electrical machine 30 according to the third embodiment, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

本実施形態では、同じ内径サイズの複数の磁性鋼板３をモジュール化した積層鉄心ブロック４２を、異なる内径サイズごとに複数設けている。積層鉄心ブロック４２を構成する複数の磁性鋼板３は、各磁性鋼板３を貫通するブロックボルト４３とブロックナット４４により組み付けられている。   In this embodiment, a plurality of laminated core blocks 42 obtained by modularizing a plurality of magnetic steel plates 3 having the same inner diameter size are provided for different inner diameter sizes. The plurality of magnetic steel plates 3 constituting the laminated iron core block 42 are assembled by block bolts 43 and block nuts 44 penetrating each magnetic steel plate 3.

図９では、内径サイズの大きい順に、６種類の積層鉄心ブロック４２を回転軸Ｚの方向に順にシャフトナット１５で締め付けて、最後に貫通ボルト１７と端部ナット１８ですべての積層鉄心ブロック４２を回転子シャフト２に固定させて、回転子１を作製する例を示している。   In FIG. 9, six types of laminated core blocks 42 are tightened in turn in the direction of the rotation axis Z with the shaft nut 15 in descending order of the inner diameter size, and finally all the laminated core blocks 42 are connected with the through bolts 17 and the end nuts 18. An example in which the rotor 1 is manufactured by being fixed to the rotor shaft 2 is shown.

積層鉄心ブロック４２の外周部には、保持環４１が取り付けられているが、保持環４１は必須ではないため、省略してもよい。   A retaining ring 41 is attached to the outer periphery of the laminated core block 42, but the retaining ring 41 is not essential and may be omitted.

積層鉄心ブロック４２は、回転子シャフト２に取り付ける前に、予め用意しておくことができるため、回転子１を製造する際には、回転子シャフト２に、内径の大きい積層鉄心ブロック４２から順に取り付ければよく、第１および第２の実施形態のように、磁性鋼板３を１枚ずつ取り付ける場合と比べて、作業性が向上する。   Since the laminated core block 42 can be prepared in advance before being attached to the rotor shaft 2, when the rotor 1 is manufactured, the laminated core block 42 having a larger inner diameter is arranged on the rotor shaft 2 in order. What is necessary is just to attach, and workability | operativity improves compared with the case where the magnetic steel plates 3 are attached one by one like the 1st and 2nd embodiment.

図１１（ａ）は積層鉄心ブロック４２の断面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。これらの図に示すように、積層鉄心ブロック４２の外径側には、ブロックボルト４３を挿入するための孔４７が同一周方向に所定間隔で形成されている。隣接する孔４７の間には、回転子スロット５が配置されている。   11A is a cross-sectional view of the laminated core block 42, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 11A. As shown in these figures, holes 47 for inserting block bolts 43 are formed at predetermined intervals in the same circumferential direction on the outer diameter side of the laminated core block 42. The rotor slot 5 is disposed between the adjacent holes 47.

積層鉄心ブロック４２は、図１１（ｂ）に示すように、同じ内径サイズの複数の磁性鋼板３を積層してブロックボルト４３とブロックナット４４で組み付けたものである。積層鉄心ブロック４２は、回転子シャフト２に挿入されるため、内周側は開口されている。積層鉄心ブロック４２の内径は、積層鉄心ブロック４２ごとに異なっており、図９の例では、内径が大きい積層鉄心ブロック４２から順に回転子シャフト２に挿入されて、シャフトナット１５で締め付けられる。   As shown in FIG. 11B, the laminated iron core block 42 is formed by laminating a plurality of magnetic steel plates 3 having the same inner diameter size and assembling them with block bolts 43 and block nuts 44. Since the laminated core block 42 is inserted into the rotor shaft 2, the inner peripheral side is opened. The inner diameter of the laminated core block 42 is different for each laminated core block 42, and in the example of FIG. 9, the laminated core block 42 having the larger inner diameter is inserted into the rotor shaft 2 in order and tightened with the shaft nut 15.

積層鉄心ブロック４２の外径サイズは、いずれの積層鉄心ブロック４２でも同じである。このため、図９に示すように、積層鉄心ブロック４２の外周面は、略面一になる。 このように、積層鉄心ブロック４２は、外径サイズを共通にしつつ、内径サイズを回転子シャフト２の外径に合わせて変化させたものである。このような積層鉄心ブロック４２を予め用意しておけば、必要な数分の積層鉄心ブロック４２を回転子シャフト２に順に挿入することで、容易に回転子１を作製できる。   The outer diameter size of the laminated core block 42 is the same in any laminated core block 42. For this reason, as shown in FIG. 9, the outer peripheral surface of the laminated iron core block 42 becomes substantially flush. As described above, the laminated iron core block 42 is obtained by changing the inner diameter size according to the outer diameter of the rotor shaft 2 while making the outer diameter size common. If such a laminated core block 42 is prepared in advance, the rotor 1 can be easily manufactured by inserting the necessary number of laminated core blocks 42 into the rotor shaft 2 in order.

なお、積層鉄心ブロック４２を構成する複数の磁性鋼板３の枚数には特に制限はなく、内径の異なる複数の積層鉄心ブロック４２の磁性鋼板３の枚数は同じでもよいし、異なっていてもよい。   In addition, there is no restriction | limiting in particular in the number of the some magnetic steel plates 3 which comprise the laminated iron core block 42, The number of the magnetic steel plates 3 of the several laminated iron core blocks 42 from which an internal diameter differs may be the same, and may differ.

このように、第３の実施形態では、積層鉄心ブロック４２を回転子１の作製とは別個に作製できるため、事前に積層鉄心ブロック４２を用意しておいたり、あるいは、回転子１の作製と、積層鉄心ブロック４２の作製と、積層鉄心ブロック４２同士の組み付けとを並行して行うことにより、回転子１の作製時間を短縮できる。   As described above, in the third embodiment, since the laminated core block 42 can be produced separately from the production of the rotor 1, the laminated iron core block 42 is prepared in advance or the production of the rotor 1 is performed. By making the laminated core block 42 and assembling the laminated core blocks 42 in parallel, the production time of the rotor 1 can be shortened.

また、回転子１の作製に必要な各種ボルトやスロットの位置合わせ等の組立時の調整を積層鉄心ブロック４２ごとに行うことができ、より精度の高い寸法管理が可能となり、回転電機３０としての信頼性を向上できる。   In addition, adjustment during assembly such as alignment of various bolts and slots necessary for manufacturing the rotor 1 can be performed for each laminated iron core block 42, and more accurate dimensional management becomes possible. Reliability can be improved.

さらに、積層鉄心ブロック４２単位で部材を管理できるため、分解や交換といった保守作業が容易になり、保守性が向上する。   Furthermore, since members can be managed in units of the laminated iron core block 42, maintenance work such as disassembly and replacement is facilitated, and maintainability is improved.

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、回転子鉄心４と回転子シャフト２との間に空隙部４５を設けたことを特徴とする。 (Fourth embodiment)
The fourth embodiment is characterized in that a gap 45 is provided between the rotor core 4 and the rotor shaft 2.

図１２は第４の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図、図１３は図１２のＢ−Ｂ線断面図である。   FIG. 12 is an axial sectional view of the rotor 1 of the rotating electrical machine 30 according to the fourth embodiment, and FIG. 13 is a sectional view taken along line BB in FIG.

本実施形態では、図１２に示すように段階的に内径サイズが変化する回転子鉄心４の内周部と回転子シャフト２との間に空隙部４５を設けるとともに、図１３に示すようにシャフトナット１５に周方向に所定間隔で複数の通風孔４６を設け、かつ図１２に示すように端板１１にもシャフトナット１５の通風孔４６の位置に合わせて通風孔４８を設けている。これら通風孔４６と空隙部４５は回転軸Ｚの方向につながっているため、軸方向に冷却ガスを流して、回転子１を冷却することができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 12, a gap 45 is provided between the inner peripheral portion of the rotor core 4 whose inner diameter size changes stepwise and the rotor shaft 2, and the shaft as shown in FIG. The nut 15 is provided with a plurality of ventilation holes 46 at predetermined intervals in the circumferential direction, and the end plate 11 is also provided with ventilation holes 48 in accordance with the positions of the ventilation holes 46 of the shaft nut 15 as shown in FIG. Since these ventilation holes 46 and the gap 45 are connected in the direction of the rotation axis Z, the rotor 1 can be cooled by flowing a cooling gas in the axial direction.

図１２の回転子鉄心４は、第３の実施形態と同様に、積層鉄心ブロック４２を用いて作製してもよい。その場合、各積層鉄心ブロック４２の内周部と回転子シャフト２の間に空隙部４５を設けて、シャフトナット１５の通風孔４６と位置合わせして取り付ければよい。   The rotor core 4 of FIG. 12 may be manufactured using the laminated core block 42 as in the third embodiment. In that case, a gap 45 may be provided between the inner peripheral portion of each laminated core block 42 and the rotor shaft 2, and it may be attached in alignment with the ventilation hole 46 of the shaft nut 15.

このように、第４の実施形態では、回転子鉄心４と回転子シャフト２の間に空隙部４５を設けるとともに、この空隙部４５と軸方向につながるように、シャフトナット１５と端板１０にそれぞれ通風孔４６，４８を設けるため、通風孔４６，４８と空隙部４５を通して軸方向に冷却ガスを流すことで、回転子１の局所的な温度上昇を抑制でき、回転電機３０の回転子１の回転動作が熱による影響を受けにくくなり、より信頼性が向上する。   As described above, in the fourth embodiment, the gap 45 is provided between the rotor core 4 and the rotor shaft 2, and the shaft nut 15 and the end plate 10 are connected to the gap 45 in the axial direction. Since the ventilation holes 46 and 48 are provided, the local temperature rise of the rotor 1 can be suppressed by flowing the cooling gas in the axial direction through the ventilation holes 46 and 48 and the gap 45, and the rotor 1 of the rotating electrical machine 30 can be suppressed. The rotation operation is less affected by heat and the reliability is further improved.

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、積層鉄心ブロック４２内の磁性鋼板３の数を、積層鉄心ブロック４２ごとに変えることを特徴とする。 (Fifth embodiment)
The fifth embodiment is characterized in that the number of magnetic steel plates 3 in the laminated core block 42 is changed for each laminated core block 42.

図１４は第５の実施形態に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図である。図１４の回転子１は、回転軸Ｚの軸方向に、それぞれ内径サイズが異なる６つの積層鉄心ブロック４２を、内径が大きい順に配置し、内径の大きな積層鉄心ブロック４２ほど、磁性鋼板３の積層数を多くして、軸方向の長さを長くしている。   FIG. 14 is an axial cross-sectional view of the rotor 1 of the rotating electrical machine 30 according to the fifth embodiment. In the rotor 1 of FIG. 14, six laminated core blocks 42 having different inner diameter sizes are arranged in the axial direction of the rotation axis Z in order of increasing inner diameter, and the laminated core blocks 42 having larger inner diameters are laminated with the magnetic steel plates 3. The number is increased to increase the axial length.

回転子鉄心４の内径サイズが大きいほど磁気抵抗が大きくなるが、界磁コイル７を流れる界磁電流は、軸方向で一定であるため、内径サイズの違いにより、軸方向の磁束密度が不均一になる。磁束密度が軸方向で不均一になると、固定子側の鉄損等の損失分布や電磁力も不均一になり、軸方向の熱変形の偏りや振動の原因になるおそれがある。   Although the magnetic resistance increases as the inner diameter size of the rotor core 4 increases, the field current flowing through the field coil 7 is constant in the axial direction. Therefore, the magnetic flux density in the axial direction is not uniform due to the difference in inner diameter size. become. If the magnetic flux density is non-uniform in the axial direction, loss distribution such as iron loss on the stator side and electromagnetic force are also non-uniform, which may cause uneven thermal deformation and vibration in the axial direction.

このため、本実施形態では、回転子鉄心４の内径サイズが大きいほど、積層鉄心ブロック４２の積層数を増やす（積厚を厚くする）ことで、磁気抵抗の違いを相殺して、軸方向の不均一を緩和する。   For this reason, in this embodiment, the larger the inner diameter size of the rotor core 4 is, the more the number of laminated core blocks 42 is increased (thickness is increased), thereby canceling the difference in magnetic resistance and increasing the axial direction. Alleviate non-uniformity.

図１５は第５の実施形態の一変形例に係る回転電機３０の回転子１の軸断面図である。図１４では、界磁コイル７を回転子楔６で保持していたが、図１５では各積層鉄心ブロック４２の外周部に保持環４１を設けて、保持環４１によって界磁コイル７を保持する。   FIG. 15 is an axial cross-sectional view of the rotor 1 of the rotating electrical machine 30 according to a modification of the fifth embodiment. In FIG. 14, the field coil 7 is held by the rotor wedge 6, but in FIG. 15, a holding ring 41 is provided on the outer peripheral portion of each laminated core block 42, and the field coil 7 is held by the holding ring 41. .

このように、第５の実施形態では、内径サイズに応じて、積層鉄心ブロック４２内の磁性鋼板３の積層数を変化させるため、軸方向の磁束密度が不均一になることを防止でき、回転動作が安定化し、振動も起きにくくなる。   As described above, in the fifth embodiment, the number of magnetic steel sheets 3 in the laminated core block 42 is changed according to the inner diameter size, so that the magnetic flux density in the axial direction can be prevented from becoming non-uniform and rotating. Operation is stabilized and vibration is less likely to occur.

上述した第１〜第５の実施形態は、任意に組み合わせることが可能である。例えば、図１４や図１５には、回転子鉄心４の内周側に空隙部４５を設けているが、この空隙部４５は省略してもよい。   The first to fifth embodiments described above can be arbitrarily combined. For example, in FIG. 14 and FIG. 15, the gap 45 is provided on the inner peripheral side of the rotor core 4, but the gap 45 may be omitted.

また、図１の左端側の端板１０は、回転子シャフト２に一体成形されてもよい。この場合の軸方向断面図は図１６のようになる。図１６は、図１と比較して、左端側の端板１０が回転子シャフト２に一体成形されている点のみが異なっている。端板１０を回転子シャフト２に一体成形することで、部材の数を減らすことができ、製造時の作業性が向上する。   Further, the end plate 10 on the left end side in FIG. 1 may be integrally formed with the rotor shaft 2. An axial sectional view in this case is as shown in FIG. FIG. 16 differs from FIG. 1 only in that the end plate 10 on the left end side is integrally formed with the rotor shaft 2. By integrally molding the end plate 10 to the rotor shaft 2, the number of members can be reduced, and the workability during manufacturing is improved.

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。   The aspect of the present invention is not limited to the individual embodiments described above, and includes various modifications that can be conceived by those skilled in the art, and the effects of the present invention are not limited to the contents described above. That is, various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.

１ 回転子、２ 回転子シャフト、３ 磁性鋼板、４ 回転子鉄心、５ 回転子スロット、６ 回転子楔、７ 界磁コイル、８ スペーサ、９ 固定部材、１０，１１ 端板、１２，１３ 端部保持環、１５ シャフトナット、１６ 通風ダクト、１７ 貫通ボルト、１８ 端部ナット、１９ 冷却孔、２１ 磁極部、２２ 非磁極部、２３ ティース、２４ 絶縁ブロック、２５ ポールスロット、３０ 回転電機、３１ エアギャップ、３２ 固定子鉄心、３３ 電機子巻線、３４ 端部巻線、３５ クーラ、３６ 回転子ファン、４１ 保持環、４２ 積層鉄心ブロック   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor, 2 Rotor shaft, 3 Magnetic steel plate, 4 Rotor iron core, 5 Rotor slot, 6 Rotor wedge, 7 Field coil, 8 Spacer, 9 Fixing member 10, 11 End plate, 12, 13 End Part retaining ring, 15 shaft nut, 16 ventilation duct, 17 through bolt, 18 end nut, 19 cooling hole, 21 magnetic pole part, 22 non-magnetic pole part, 23 teeth, 24 insulation block, 25 pole slot, 30 rotating electrical machine, 31 Air gap, 32 stator core, 33 armature winding, 34 end winding, 35 cooler, 36 rotor fan, 41 retaining ring, 42 laminated core block

Claims (16)

回転軸回りに回転可能な回転子シャフトと、
前記回転子シャフトの外周側に取り付けられる回転子鉄心と、
前記回転軸の径方向に内径が段階的に変化するように前記回転子鉄心内に積層される複数の磁性鋼板と、
前記複数の磁性鋼板のそれぞれの周方向に沿って所定間隔で配置される複数の回転子スロットと、
前記回転子スロット内に挿入される複数の界磁導体からなる界磁コイルと、
前記回転子スロットの外周側端部に接続され、前記界磁コイルを保持する回転子楔と、
内径が段階的に変化する前記複数の磁性鋼板のうち、内径が異なる隣接した２つの磁性鋼板の間にそれぞれ配置されるスペーサと、
前記複数の磁性鋼板を、間に前記スペーサを挟んだ状態で、前記回転軸の方向に締め付けて固定する固定部材と、を備えることを特徴とする回転電機の回転子。 A rotor shaft rotatable around a rotation axis;
A rotor core attached to the outer peripheral side of the rotor shaft;
A plurality of magnetic steel plates laminated in the rotor core such that the inner diameter changes stepwise in the radial direction of the rotating shaft;
A plurality of rotor slots arranged at predetermined intervals along the circumferential direction of each of the plurality of magnetic steel plates;
A field coil comprising a plurality of field conductors inserted into the rotor slot;
A rotor wedge connected to the outer peripheral end of the rotor slot and holding the field coil;
Among the plurality of magnetic steel plates whose inner diameter changes stepwise, spacers respectively disposed between two adjacent magnetic steel plates having different inner diameters;
A rotor of a rotating electrical machine comprising: a fixing member that fastens and fixes the plurality of magnetic steel plates in the direction of the rotating shaft with the spacer interposed therebetween. 前記回転子シャフトは、前記回転子鉄心の外径サイズが前記回転軸の方向に略一定になるように、前記複数の磁性鋼板の段階的な内径の変化に対応して、段階的に変化する外径を有することを特徴とする請求項１に記載の回転子。   The rotor shaft changes stepwise corresponding to the stepwise change in inner diameter of the plurality of magnetic steel plates so that the outer diameter size of the rotor core is substantially constant in the direction of the rotation axis. The rotor according to claim 1, wherein the rotor has an outer diameter. 前記回転子シャフトに最初に取り付けられる前記磁性鋼板の内径は最大であり、かつ、段階的に内径が小さくなる前記磁性鋼板が順次前記回転子シャフトに取り付けられて前記回転子鉄心が構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の回転子。   The magnetic steel plate initially attached to the rotor shaft has the maximum inner diameter, and the magnetic steel plates that gradually decrease in inner diameter are sequentially attached to the rotor shaft to form the rotor core. The rotor according to claim 1, wherein: 前記固定部材は、前記複数の磁性鋼板を前記回転軸の方向に貫通する貫通ボルトと、この貫通ボルトに嵌合される端部ナットとを有し、
前記貫通ボルトよりも前記回転軸の径方向外側に通風ダクトを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転子。 The fixing member includes a through bolt that penetrates the plurality of magnetic steel plates in the direction of the rotation axis, and an end nut that is fitted to the through bolt.
The rotor according to any one of claims 1 to 3, further comprising a ventilation duct on a radially outer side of the rotation shaft than the through bolt. 前記固定部材は、前記貫通ボルトよりも前記回転子シャフトに近い側に配置され、内径が等しい前記磁性鋼板のすべてを前記回転子シャフトの周縁部で支持するシャフトナットを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転子。   The fixing member includes a shaft nut that is disposed closer to the rotor shaft than the through bolt and supports all of the magnetic steel plates having the same inner diameter at a peripheral portion of the rotor shaft. Item 5. The rotor according to any one of Items 1 to 4. 前記複数の磁性鋼板の外周部に取り付けられ、前記界磁コイルを保持する保持環を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の回転子。   The rotor according to any one of claims 1 to 5, further comprising a retaining ring that is attached to an outer peripheral portion of the plurality of magnetic steel plates and retains the field coil. 前記複数の磁性鋼板は、前記回転軸回りの内径がそれぞれ異なる複数の積層鉄心ブロックを有し、
前記スペーサは、前記回転軸の方向に隣接配置される２つの前記積層鉄心ブロックの間に配置されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の回転子。 The plurality of magnetic steel plates have a plurality of laminated core blocks each having a different inner diameter around the rotation axis,
The rotor according to claim 1, wherein the spacer is disposed between the two laminated core blocks adjacently disposed in the direction of the rotation axis. 前記複数の積層鉄心ブロックのそれぞれと、前記回転子シャフトの外周部との間に空隙部が設けられることを特徴とする請求項７に記載の回転子。   The rotor according to claim 7, wherein a gap is provided between each of the plurality of laminated core blocks and an outer peripheral portion of the rotor shaft. 前記回転軸の方向に隣接配置される２つの前記積層鉄心ブロックの間に配置され、前記回転軸の方向に沿って延在される通風孔を有するシャフトナットを備え、
前記通風孔および前記空隙部は連通していることを特徴とする請求項８に記載の回転子。 A shaft nut having a ventilation hole disposed between the two laminated core blocks disposed adjacent to each other in the direction of the rotation axis and extending along the direction of the rotation axis;
The rotor according to claim 8, wherein the ventilation hole and the gap portion communicate with each other. 前記複数の積層鉄心ブロックのうち、内径の大きい積層鉄心ブロックほど、積層される前記磁性鋼板の数を多くすることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の回転子。   10. The rotor according to claim 7, wherein among the plurality of laminated core blocks, a laminated core block having a larger inner diameter increases the number of the magnetic steel plates to be laminated. 前記複数の積層鉄心ブロックのうち、内径の大きい積層鉄心ブロックから順に前記回転子シャフトに取り付けられることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の回転子。   11. The rotor according to claim 7, wherein among the plurality of laminated core blocks, the rotor core is attached to the rotor shaft in order from a laminated core block having a larger inner diameter. 前記回転子シャフトに最初に取り付けられ、最大の内径を有する前記磁性鋼板に取り付けられる端板を備え、この端板は、前記回転子シャフトに一体成形されることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の回転子。   12. An end plate that is first attached to the rotor shaft and is attached to the magnetic steel plate having a maximum inner diameter, the end plate being integrally formed with the rotor shaft. The rotor according to any one of the above. 前記端板に一体成形され、前記界磁コイルが遠心力で前記回転軸の径方向にはみ出さないように前記界磁コイルを保持する端部保持環を備えることを特徴とする請求項１２に記載の回転子。   The end holding ring is formed integrally with the end plate, and holds the field coil so that the field coil does not protrude in the radial direction of the rotating shaft by centrifugal force. The described rotor. 積層された前記複数の磁性鋼板は、磁極部にポールスロットを設けた第１の磁性鋼板と、磁極部にポールスロットを設けない第２の磁性鋼板とを有し、
前記第１の磁性鋼板は、前記第２の磁性鋼板の１枚ごとまたは複数枚ごとに配置されて積層されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の回転子。 The plurality of laminated magnetic steel plates have a first magnetic steel plate provided with a pole slot in the magnetic pole portion, and a second magnetic steel plate provided with no pole slot in the magnetic pole portion,
The rotor according to any one of claims 1 to 13, wherein the first magnetic steel plates are arranged and laminated for each one or a plurality of the second magnetic steel plates. 回転軸回りに回転可能な回転子と、
前記回転子の外周側にエアギャップを間に挟んで配置される固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の内部に挿入される電機子巻線と、
前記電機子巻線から前記固定子鉄心の前記回転軸方向の端部外側に伸びる端部巻線と、を備えた回転電機において、
前記回転子は、
回転軸回りに回転可能な回転子シャフトと、
前記回転子シャフトの外周側に取り付けられる回転子鉄心と、
前記回転軸方向に内径が段階的に変化するように前記回転子鉄心内に積層される複数の磁性鋼板と、
前記複数の磁性鋼板のそれぞれの周方向に沿って所定間隔で配置される複数の回転子スロットと、
前記回転子スロット内に挿入される複数の界磁導体からなる界磁コイルと、
前記回転子スロットの外周側端部に接続され、前記界磁コイルを保持する回転子楔と、
内径が段階的に変化する前記複数の磁性鋼板のうち、内径が異なる隣接した２つの磁性鋼板の間にそれぞれ配置されるスペーサと、
前記複数の磁性鋼板を、間に前記スペーサを挟んだ状態で、前記回転軸の方向に締め付けて固定する固定部材と、を有することを特徴とする回転電機。 A rotor capable of rotating around a rotation axis;
A stator core disposed on the outer peripheral side of the rotor with an air gap interposed therebetween;
An armature winding inserted into the stator core;
In the rotating electrical machine comprising: an end winding extending from the armature winding to an outer end of the stator core in the rotation axis direction;
The rotor is
A rotor shaft rotatable around a rotation axis;
A rotor core attached to the outer peripheral side of the rotor shaft;
A plurality of magnetic steel plates stacked in the rotor core such that the inner diameter changes stepwise in the direction of the rotation axis;
A plurality of rotor slots arranged at predetermined intervals along the circumferential direction of each of the plurality of magnetic steel plates;
A field coil comprising a plurality of field conductors inserted into the rotor slot;
A rotor wedge connected to the outer peripheral end of the rotor slot and holding the field coil;
Among the plurality of magnetic steel plates whose inner diameter changes stepwise, spacers respectively disposed between two adjacent magnetic steel plates having different inner diameters;
A rotating electrical machine comprising: a fixing member that fastens and fixes the plurality of magnetic steel plates in the direction of the rotating shaft with the spacer interposed therebetween. 回転軸回りに回転可能な回転子シャフトに端板を取り付ける工程と、
前記回転子シャフトの前記端板に近い側から前記回転軸方向に、内径が大きい順に複数の磁性鋼板を順に取り付けて、前記回転軸の径方向に内径が段階的に変化する回転子鉄心を作製する工程と、
前記端板に近い側から、界磁コイルを、前記複数の磁性鋼板の間に設けられる回転子スロットに挿入する工程と、を備えることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。 Attaching an end plate to a rotor shaft rotatable around a rotation axis;
A plurality of magnetic steel plates are sequentially attached in the order of increasing inner diameter from the side closer to the end plate of the rotor shaft in the direction of the rotating shaft, and a rotor core whose inner diameter changes stepwise in the radial direction of the rotating shaft is manufactured. And a process of
And a step of inserting a field coil into a rotor slot provided between the plurality of magnetic steel plates from a side close to the end plate.
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