JP2016010266A

JP2016010266A - かご型回転電機

Info

Publication number: JP2016010266A
Application number: JP2014130678A
Authority: JP
Inventors: 雄理竹澤; Yuri Takezawa
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-01-18

Abstract

【課題】短絡環と回転子鉄心間を通過する空気の流れを抑制し、空気抵抗を低減する。【解決手段】かご型回転電機は、回転子と、固定子を有する。回転子は、ロータシャフト１１と、ロータシャフト１１に固定されて積層板を有する回転子鉄心１２と、回転子鉄心１２の径方向表面近傍に設けられて周方向に互いに間隔をあけて配設された複数の導体バー１３と、複数の導体バー１３の端部のいずれとも電気的に結合する２つの環状の短絡環１４と、短絡環１４それぞれの径方向外側に短絡環それぞれに接するように設けられた保持環５１を有する。固定子は、固定子鉄心３１と電機子巻線３２とを有する。保持環５１は、回転子鉄心１２と短絡環１４と導体バー１３との間の径方向の流路を塞ぐように軸方向に回転子鉄心１２端部に向かって延びている。【選択図】図２

Description

本発明は、かご型回転電機に関する。

かご型回転電機の典型的なものとして、複数の銅バーなどの導体バーが設けられているものがある。図３は、従来の例におけるかご型回転電機の導体バーの端部の構成を示す立断面図である。たとえば、横置タイプの回転電機にあっては、水平なロータシャフト１１にほぼ平行に、回転子鉄心１２の径方向表面近くを貫通して延びた複数の導体バー１３が、周方向に互いに間隔をあけて設けられている。

複数の導体バー１３の両側の端部は、たとえば、特許文献１で示されているように、回転子鉄心１２の軸方向の外側で、短絡環１４に結合され、電気的に互いに接続している。

また、高速回転用のかご型回転電機の場合には、遠心力に対して導体バー１３の端部および短絡環１４を保護するように、さらに保持環１５が短絡環１４の径方向外側に設けられている。

特開平９−３３１６５９号公報

短絡環１４と、回転子鉄心１２の端部との間には、導体バー１３と短絡環１４のロー付作業等のため、ギャップ１６が形成されている。このため、軸方向のギャップ１６の幅と、周方向の導体バー１３間の間隙に対応する幅とを有する複数の径方向に向かう孔部が周方向に互いに間隔をもって形成されている。

短絡環１４の軸方向外側、すなわち短絡環１４からみて回転子鉄心１２の反対側には、ファン１８が設けられている。このファン１８が回転することによって、ファン１８から短絡環１４に、回転電機内部冷却用の空気が吹き付けられる。この空気の一部は、短絡環１４と回転子鉄心１２間のそれぞれの孔部を、たとえば径方向内側から径方向外側に通過する。このため、特に、高速回転用の回転電機の場合は、回転電機内部冷却用の空気が孔部を通過することによる機械損が増大し、回転電機の効率が低下する。

そこで、本発明は、短絡環と回転子鉄心間を通過する空気の流れを抑制し、空気抵抗を低減することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係るかご型回転電機は、回転可能に軸支されて回転軸中心で軸方向に延びるロータシャフトと、前記ロータシャフトに固定されて、前記軸方向に積層された複数の鋼製の平板からなる積層板を有する回転子鉄心と、前記回転子鉄心の径方向表面近傍に設けられて前記軸方向に延びて周方向に互いに間隔をあけて配設され、前記回転子鉄心外の両側の端部は互いに電気的に結合している複数の導体バーと、前記回転子鉄心の前記軸方向の両側の外部にあって前記複数の導体バーの端部のいずれとも電気的に結合する２つの環状の短絡環と、前記短絡環それぞれの径方向外側に前記短絡環それぞれに接するように設けられた保持環と、を有する回転子と、前記回転子鉄心の外周に前記回転子鉄心と間隔をあけて配設されて互いに周方向に間隔をあけて配列されて前記軸方向に延びて半径方向の内側に向かって突出する複数のティースが形成された固定子鉄心と、前記複数のティースに巻回された複数極の多相の電機子巻線と、を有する固定子と、を備え、前記保持環は、前記回転子鉄心と前記短絡環と前記導体バーとの間の径方向の流路を塞ぐように前記軸方向に前記回転子鉄心の端部に向かって延びていることを特徴とする。

本発明によれば、短絡環と回転子鉄心間を通過する空気の流れを抑制し、空気抵抗を低減することができる。

実施形態に係るかご型回転電機の構成を示す長手方向の立断面図である。実施形態に係るかご型回転電機の導体バーの端部の構成を示す立断面図である。従来の例におけるかご型回転電機の導体バーの端部の構成を示す立断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るかご型回転電機について説明する。

図１は、実施形態に係るかご型回転電機の構成を示す長手方向の立断面図である。かご型回転電機１００は、回転子１０、回転子１０を回転可能に支持する２つの軸受２０、固定子３０、ケーシング４０、およびクーラ４３とこれを収納するフレーム４２を有する。

回転子１０は、ロータシャフト１１、回転子鉄心１２、導体バー１３を有する。ロータシャフト１１は、両端近傍を２つの軸受２０によって水平に回転可能に軸支されている。軸受２０は、それぞれ軸受ブラケット４１によって支持されている。軸受２０は、たとえば、転がり軸受、すべり軸受などを用いることでよい。

回転子鉄心１２は、径方向にはロータシャフト１１の径方向外側であって、軸方向には２つの軸受２０の間に設けられ、ロータシャフト１１に取り付けられている。

回転子鉄心１２は、外形が円柱形状で、たとえば断面が孔あき円板形状のケイ素鋼板の積層構造を有する。回転子鉄心１２の径方向表面近傍には、複数の導体バー１３が設けられている。導体バー１３の材質は、たとえば銅である。導体バー１３は、軸方向に延びて周方向に互いに間隔をあけて配設されている。それぞれの導体バー１３の回転子鉄心１２の両外側の端部はそれぞれ環状の導体バー端部構造５０に接続されている。

ロータシャフト１１には、回転子鉄心１２を挟んで軸方向の両方の外側に、ファン１８が設けられている。ファン１８は、回転子鉄心１２とは軸方向の反対側から冷却用の空気を吸い込み、回転子鉄心１２および固定子３０側に吹き付ける。ファン１８の上流側と下流側の雰囲気は、仕切り板１９によって区切られている。

固定子３０は、固定子鉄心３１および固定子巻線３２を有する。固定子鉄心３１は、全体として円筒形状であり、ロータシャフト１１の軸方向には回転子鉄心１２とほぼ同じ範囲に設けられる。また、固定子鉄心３１は、回転子鉄心１２の径方向外側に設けられている。固定子鉄心３１の径方向内側の面と、回転子鉄心１２の径方向外側面とが互いに対向し、所定の範囲のエアギャップ１２ａを形成している。

固定子鉄心３１の径方向の内面には、図示しない複数のスロットがロータシャフト１１に平行に形成され、これにより図示しない複数の突出部（ティース）が回転子鉄心１２に対向するように形成されている。この突出部の周りに、固定子巻線３２が巻回されている。

ケーシング４０は、回転子鉄心１２および固定子３０を収納する。また、ケーシング４０は、２つの軸受ブラケット４１を固定支持する。

ケーシング４０の上部には、クーラ４３を収納するフレーム４２が設けられている。ケーシング４０は軸受ブラケット４１とともに閉じた空間を形成する。また、フレーム４２も閉じた空間を形成する。ケーシング４０とフレーム４２は互いに、クーラ入口開口４０ａ、およびクーラ出口開口４０ｂ、４０ｃで連通している。

図２は、導体バーの端部の構成を示す立断面図である。すべての導体バー１３の端部が接続されている導体バー端部構造５０は、短絡環１４および軸方向に延びた保持環である延長保持環５１を有する。短絡環１４は、環状で、電気的に導体である。短絡環１４には、すべての導体バー１３の先端が挿入される穴（図示せず）が形成されている。短絡環１４のそれぞれの穴にすべての導体バー１３が挿入された状態で、導体バー１３は、たとえばロー付によって短絡環１４に固定される。すべての導体バー１３と短絡環１４とは電気的に接続されている。

短絡環１４の径方向外側には、延長保持環５１が設けられている。延長保持環５１の材料は、たとえば鋼製である。延長保持環５１は、導体バー１３および短絡環１４にかかる遠心力に対向して導体バー１３の端部および短絡環１４を径方向外側から保持する。延長保持環５１は、回転子鉄心１２と短絡環１４と導体バー１３との間の径方向の流路を塞ぐように、軸方向に回転子鉄心１２の端部に向かって延びている。

延長保持環５１は、このように、強度的には短絡環１４および導体バー１３と結合しているが、電気的には、短絡環１４および導体バー１３とは絶縁されている。延長保持環５１の、短絡環１４への取付けは、たとえば、帯状の板を巻き、機械的に短絡環１４と結合させることによって可能である。あるいは、適切なクリアランスのもとで嵌め込むことによってもよい。

次に、以上のように構成された本実施形態の作用を説明する。かご型回転電機１００の運転状態では、ロータシャフト１１が回転する。ロータシャフト１１の回転に伴ってファン１８が回転する。ファン１８の回転によって、それぞれのファン１８の軸方向外側からファン１８の軸方向内側すなわち回転子鉄心１２および固定子３０に向かって冷却用の空気が流れる。

冷却用の空気は、回転子鉄心１２および固定子３０を通り、回転子鉄心１２および固定子３０を冷却した後に、クーラ入口開口４０ａからフレーム４２内のクーラ４３に流入する。クーラ４３で冷却された冷却用の空気は、両側のクーラ出口開口４０ｂ、４０ｃからケーシング４０内に流入する。ケーシング４０内に流入した冷却用の空気は、仕切り板１９およびケーシング４０の壁にガイドされてそれぞれのファン１８に流入する。

このように、ファン１８の運転によって、ケーシング４０およびフレーム４２内の冷却用の空気が循環する。この状態において、ファン１８の出口側の冷却用の空気は、導体バー端部構造５０の径内側方向と、径外側方向とに分かれる。径内側方向の冷却用の空気は、回転子鉄心１２に流入する。また、径外側方向の冷却用空気は、エアギャップ１２ａおよび固定子鉄心３１に流入する。

この際、延長保持環５１が、軸方向に回転子鉄心１２の端部に向かって延びていることによって、回転子鉄心１２と短絡環１４と導体バー１３との間の径方向の流路は塞がれている。したがって、この部分での径方向の空気の流れはなく、径方向の空気の流れによる空気抵抗の発生、あるいは、この流れによるファン１８出口側の流れを乱す事象の発生がなくなる。

以上のように、本実施形態によれば、短絡環と回転子鉄心間を通過する空気の流れを抑制し、空気抵抗を低減する。この結果、効率低下を低減することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、横置きのかご型回転電機の場合を示したが、縦置きの場合でもよい。

また、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１２ａ…エアギャップ、１３…導体バー、１４…短絡環、１５…保持環、１６…ギャップ、１８…ファン、１９…仕切り板、２０…軸受、３０…固定子、３１…固定子鉄心、３２…固定子巻線、４０…ケーシング、４０ａ…クーラ入口開口、４０ｂ、４０ｃ…クーラ出口開口、４１…軸受ブラケット、４２…フレーム、４３…クーラ、５０…導体バー端部構造、５１…延長保持環（保持環）、１００…かご型回転電機

Claims

回転可能に軸支されて回転軸中心で軸方向に延びるロータシャフトと、
前記ロータシャフトに固定されて、前記軸方向に積層された複数の鋼製の平板からなる積層板を有する回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の径方向表面近傍に設けられて前記軸方向に延びて周方向に互いに間隔をあけて配設され、前記回転子鉄心外の両側の端部は互いに電気的に結合している複数の導体バーと、
前記回転子鉄心の前記軸方向の両側の外部にあって前記複数の導体バーの端部のいずれとも電気的に結合する２つの環状の短絡環と、
前記短絡環それぞれの径方向外側に前記短絡環それぞれに接するように設けられた保持環と、
を有する回転子と、
前記回転子鉄心の外周に前記回転子鉄心と間隔をあけて配設されて互いに周方向に間隔をあけて配列されて前記軸方向に延びて半径方向の内側に向かって突出する複数のティースが形成された固定子鉄心と、前記複数のティースに巻回された複数極の多相の電機子巻線と、を有する固定子と、
を備え、
前記保持環は、前記回転子鉄心と前記短絡環と前記導体バーとの間の径方向の流路を塞ぐように前記軸方向に前記回転子鉄心の端部に向かって延びていることを特徴とするかご型回転電機。
前記保持環の材料は、前記導体バーよりも強度の高い材料であることを特徴とする請求項１に記載のかご型回転電機。