JP2013192439A - 回転電機用回転子コイル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の回転電機用回転子コイル10は、複数の素線で構成され、回転子の鉄心スロット12内に配置される部分を有するストランドコイル(素線ストランド13)と、前記ストランドコイル(素線ストランド13)の端部と接合されるソリッド14と、を備え、前記ストランドコイル(素線ストランド13)の端部と前記ソリッド14の端部とが摩擦攪拌接合により接合されていることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
以下では、例えば揚水発電所等に用いられる可変速発電電動機の全体構成について説明した後に、これに適用される本実施形態に係る回転子コイルについて説明する。
この回転子鉄心11は、その外周に沿って等間隔に複数形成される溝状の鉄心スロット12を有している。この鉄心スロット12は、回転軸3の延在方向に長い溝状に形成されている。そして、この鉄心スロット12内にはその長手方向に沿うように外周側素線ストランド13a及び内周側素線ストランド13bが延在している。これらの外周側素線ストランド13a及び内周側素線ストランド13bは、損失低減のためのレーベル転移、いわゆる素線編みが行われたものである。そして、内周側素線ストランド13bは、鉄心スロット12内で回転軸3寄りに配置され、外周側素線ストランド13aは、内周側素線ストランド13bの上側(回転子1の半径方向外側)に配置されている。
これらの外周側素線ストランド13a及び内周側素線ストランド13bは、後記する外周側ソリッド14a及び内周側ソリッド14bと共に、本実施形態に係る回転子コイル10を構成している。
これらの内周側ソリッド14bは、図2に示すように、絶縁層17bを介してこれらを長手方向に沿って(図2の上下方向に沿って)その周囲から巻回されるバインド線18bで巻き締めされて支持拘束されている。なお、バインド線18bは、多層で巻回されている。
そして、これらの外周側ソリッド14aは、図2に示すように、絶縁層17aを介してこれらを長手方向に沿って(図2の上下方向に沿って)その周囲から巻回されるバインド線18aで巻き締めされて支持拘束されている。なお、バインド線18aは、多層で巻回されている。
なお、図2に示す外周側素線ストランド13aと外周側ソリッド14aとの接合、及び内周側素線ストランド13bと内周側ソリッド14bとの接合は、略同じ構成となっているので、以下の説明においては、外周側素線ストランド13a及び外周側ソリッド14a、並びに内周側素線ストランド13b及び内周側ソリッド14bを区別せずに、単に「素線ストランド13」と「ソリッド14」との接合として説明する。
図3に示すように、摩擦攪拌接合で互いに接合される素線ストランド13の端部とソリッド14の端部とは、同じ幅及び同じ厚さで形成されている。ちなみに、図2に示すように、本実施形態での外周側素線ストランド13a及び内周側素線ストランド13bは、外周側ソリッド14a及び内周側ソリッド14bとの接合部から離れる所定の位置で、厚さが接合部よりも厚くなるように形成されているが、図3では作図の便宜上、同じ幅で示している。
ちなみに、ここでの素線ストランド13の端部は、素線131のそれぞれが独立してバラバラの状態であるものを想定しているが、素線ストランド13の端部は、後記するように、予め施されたろう付けにより前記素線同士が一体化された構成とすることもできる。
図4中、符号13は素線ストランドであり、符号14はソリッドであり、符号19は素線ストランド13とソリッド14とを突き合わせた突合せ目であり、符号21aは上側押圧板であり、符号21bは下側押圧板であり、符号20aは摩擦攪拌接合の接合ツール20のピン(プローブ)であり、20bはショルダーである。
図5(a)に示すように、本実施形態で使用する前記の接合ツール20(図4参照)は、ショルダー20bがショルダー外周縁20cから中央のピン20a側に向かって凸量H(突出高さH)で突出する凸面部で形成されている。
前記したように、この接合ツール20で前記の素線ストランド13(図4参照)とソリッド14(図4参照)との突合せ目19(図4参照)を摩擦攪拌接合する際に、接合ツール20は、図5(a)に示すように、接合ツール20の回転軸が接合方向(図5(a)中、白抜き矢印で示す)に対して垂直となるように、そして、ショルダー20bが素線ストランド13とソリッド14との突合せ目19を荷重Fで加圧しながら進行する。
ちなみに、従来の接合ツール120は、図5(b)に示すように、ショルダー120bがショルダー外周縁120cから中央のピン120a側に向かって凹むように形成されている。そして、従来の接合ツール120は、図5(b)に示すように、接合ツール120の回転軸が接合方向(図5(b)中、白抜き矢印で示す)に対して後方に傾斜角θtで傾斜するように進行し、接合方向の後側でショルダー120bが突合せ目19(図4参照)を荷重Fで加圧する。
この際、接合ツール20は、突合せ目19の延長線上の上側押圧板21aにおける所定の位置に押し当てられると共に、上側押圧板21a側から突合せ目19に進入する。そして、突合せ目19の接合を行った接合ツール20は、下側押圧板21bまで進行した後に下側押圧板21bから離脱する。その結果、接合ツール20の抜き取り痕(穴)が素線ストランド13とソリッド14との接合部に形成されることが回避される。
従来の回転子コイル(例えば特許文献1参照)では、TIG溶接により形成される熱影響部における機械的強度の低下や接合内部の欠陥等の影響が懸念される。具体的には、従来の回転子コイルにおいては、ソリッドがバインド線で支持拘束されていることから可変速発電電動機の始動及び停止の繰り返しにより接合部に発生する熱応力によって、接合部の耐久性(信頼性)が不十分となる。
これに対して、本実施形態によれば、実施者の熟練技能に負うところが少なく、品質のばらつき及び不良発生率が小さく、熟練作業者によらずとも簡単な工程でソリッド・ストランド構造の形成を行うことができる。
前記実施形態では、可逆式の揚水発電所に用いられる可変速発電電動機を想定した回転子コイル10について説明したが、本発明はこれに限定されずに、支持拘束されたソリッド14a,14bと素線ストランド13a,13bとの接合部22を有する回転電機用回転子コイルに広く適用することができる。
また、前記実施形態では、バインド線18a,18bで支持拘束されたソリッド14a,14bと素線ストランド13a,13bとの接合部22を有する回転子コイル10について説明したが、本発明はボルト等の他の締結手段で支持拘束されたソリッド14a,14bと素線ストランド13a,13bとの接合部22を有するものに広く適用することができる。
また、前記実施形態では、コイルエンドのソリッド14a,14bの端部と鉄心スロット12内から延出する素線ストランド13a,13bとの接合部22を有する回転子コイル10、つまり当該接合部22が鉄心スロット12外に形成されるものについて説明したが、本発明は当該接合部22がコイルエンド近傍で鉄心スロット12内に形成されるものであってもよい。
2 固定子
3 回転軸
4 スパイダーアーム
5a 第1軸受部
5b 第2軸受部
6 スリップリング
10 回転子コイル(回転電機用回転子コイル)
11 回転子鉄心
12 鉄心スロット
13 素線ストランド(ストランドコイル)
13a 外周側素線ストランド(ストランドコイル)
13b 内周側素線ストランド(ストランドコイル)
14 ソリッド
14a 外周側ソリッド
14b 内周側ソリッド
15 クランプリング
16b 緩衝材
17a 絶縁層
17b 絶縁層
18a バインド線
18b バインド線
19 突合せ目
20 接合ツール
21a 上側押圧板
21b 下側押圧板
22 接合部
131 素線
133 ろう付け
151 加圧部
152 ソリッド保持部
AS 前進側
GM 可変速発電電動機(回転電機)
RS 後進側
Claims (7)
- 複数の素線で構成され、回転子の鉄心スロット内に配置される部分を有するストランドコイルと、
前記ストランドコイルの端部と接合されるソリッドと、
を備え、
前記ストランドコイルの端部と前記ソリッドの端部とが摩擦攪拌接合により接合されていることを特徴とする回転電機用回転子コイル。 - 請求項1に記載の回転電機用回転子コイルにおいて、
前記摩擦攪拌接合が行われる前記ストランドコイルの端部は、予め施されたろう付けにより前記素線同士が一体化されていることを特徴とする回転電機用回転子コイル。 - 複数の素線で構成され、回転子の鉄心スロット内に配置される部分を有するストランドコイルと、
前記ストランドコイルの端部と接合されるソリッドと、
を互いに突き合わせた状態でその突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程を有する回転電機用回転子コイルの製造方法であって、
前記摩擦攪拌接合に使用される接合ツールは、接合される部材の表面と接するショルダーと、当該ショルダーの中央から突出して前記部材に貫入するピンとを有し、
前記ショルダーは、ショルダー外周縁から前記ピンに向かって盛り上がる凸面部を有し、
前記摩擦攪拌接合を施す工程においては、前記接合ツールの回転方向で規定される前進側に前記ストランドコイルの端部を配置し、前記接合ツールの回転方向で規定される後進側に前記ソリッドを配置して前記摩擦攪拌接合を施すことを特徴とする回転電機用回転子コイルの製造方法。 - 請求項3に記載の回転電機用回転子コイルの製造方法において、
前記摩擦攪拌接合を施す工程の前に、前記ソリッドの端部と前記ストランドコイルの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に対して傾斜するように当該ソリッドの端部及び当該ストランドコイルの端部のそれぞれを形成する工程を有することを特徴とする回転電機用回転子コイルの製造方法。 - 請求項4に記載の回転電機用回転子コイルの製造方法において、
前記突合せ目の傾斜は、前記接合ツールが前記突合せ目に進入する側の前記ストランドコイルの端部角度が鋭角となるように形成されることを特徴とする回転電機用回転子コイルの製造方法。 - 複数の素線で構成され、回転子の鉄心スロット内に配置される部分を有するストランドコイルと、
前記ストランドコイルの端部と接合されるソリッドと、
を互いに突き合わせた状態でその突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程を有する回転電機用回転子コイルの製造方法であって、
前記ストランドコイルの端部にろう付けを施して、前記ストランドコイルの端部の素線同士を一体化させる工程と、
前記ソリッドの端部と前記ストランドコイルの端部とを突き合わせた状態でその突合せ目に摩擦攪拌接合を施す工程と、
を有することを特徴とする回転電機用回転子コイルの製造方法。 - 請求項6に記載の回転電機用回転子コイルの製造方法において、
前記ソリッドの端部と前記ストランドコイルの端部との突合せ目が、当該ソリッドの幅方向に沿うように当該ソリッドの端部及び当該ストランドコイルの端部のそれぞれを形成する工程を更に有することを特徴とする回転電機用回転子コイルの製造方法。
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