JP2017034777A - Rotor for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、ロータバーからなるコイルエンド構造を改良した回転電機の回転子に関する。 Embodiments described herein relate generally to a rotor of a rotating electrical machine having an improved coil end structure composed of a rotor bar.
回転電機の回転子は、薄鋼板を積層した円筒状の鉄心を回転軸に嵌合固着して構成される。この鉄心の外周側には多数のスロットが形成され、それぞれロータバーが挿入固定されている。これらロータバーの両端部にはリング状の短絡環が接続されている。ロータバーと短絡環には、回転電機運転時の通電と回転力によって熱膨脹と遠心力が発生する。このため、短絡環が半径方向に膨らみ変形し、ロータバーに作用する応力が拡大する。この状態を抑止するため、短絡環の外周部にリング状の保持環を嵌め込む構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 A rotor of a rotating electrical machine is configured by fitting and fixing a cylindrical iron core in which thin steel plates are laminated to a rotating shaft. A large number of slots are formed on the outer peripheral side of the iron core, and a rotor bar is inserted and fixed in each slot. Ring-shaped short-circuit rings are connected to both ends of these rotor bars. Thermal expansion and centrifugal force are generated in the rotor bar and the short-circuit ring by energization and rotational force during operation of the rotating electrical machine. For this reason, the short-circuit ring swells and deforms in the radial direction, and the stress acting on the rotor bar increases. In order to suppress this state, a structure in which a ring-shaped holding ring is fitted to the outer peripheral portion of the short-circuit ring has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
上述の構成では、運転時の回転により遠心力が加わると、短絡環とロータバー端部との接続部に分離方向の力として加わるため接続構成上、不安が残る。このため、図3で示すようなコイルエンド構造が採用されている。すなわち、回転子鉄心31の端面から突出するロータバー32の端部の内径側に切欠きを設け、この切欠き内に短絡環33を嵌め込む。また、ロータバー32の外面側に保持環34を嵌め込んでいる。
In the above-described configuration, when a centrifugal force is applied by rotation during operation, the connection configuration between the short-circuit ring and the end portion of the rotor bar is applied as a force in the separation direction, so that there remains anxiety in the connection configuration. For this reason, a coil end structure as shown in FIG. 3 is adopted. That is, a notch is provided on the inner diameter side of the end portion of the
このように構成すると、短絡環33が遠心力により半径方向に膨らむ場合、この半径方向の膨張力は、ロータバー32との接続部を加圧する方向に作用するため、接続状態を確実に維持できる。また、ロータバー32の端部が遠心力により外側に変形しようとする力に対しては、その外側にはめ込まれた保持環34により強固に保持しており、上述した変形を防止できる。
With this configuration, when the short-
しかし、このような構成であっても、回転速度が3600rpm以上にも達する高速回転領域では、強い遠心力が加わるため、保持環34が外側に膨らみロータバー32の変形を抑えることが困難であった。
However, even in such a configuration, in the high-speed rotation region where the rotation speed reaches 3600 rpm or more, a strong centrifugal force is applied, so that it is difficult to suppress the deformation of the
このように、これまでの構成では、高速回転領域における強い遠心力が加わった場合、保持環によりこの遠心力を抑え込むことができず、ロータバーに変形が生じることがあった。 As described above, in the conventional configuration, when a strong centrifugal force is applied in the high-speed rotation region, the centrifugal force cannot be suppressed by the retaining ring, and the rotor bar may be deformed.
本発明では、高速領域における強い遠心力に対しても、ロータバーの変形を抑止できるコイルエンド構造を備えた回転電機の回転子を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rotor of a rotating electrical machine having a coil end structure that can prevent deformation of a rotor bar even against a strong centrifugal force in a high speed region.
本発明の実施の形態に係る回転電機の回転子は、回転軸の外周に同心状に取り付けられた円筒状の回転子鉄心と、この回転子鉄心の外周近くの円周部分をそれぞれ軸方向に貫通し、両端部が前記回転子鉄心の両端面からそれぞれ突出する複数のロータバーと、これら複数のロータバーの突出端が形成する環の内周部分に結合され、各ロータバー間を短絡する短絡環と、前記複数のロータバーの突出端が形成する環の外周部分に嵌合する保持環とを備え、前記保持環は、その一側縁部を内径側に膨出させて横断面をL字状に形成し、この内径側への膨出部にて各ロータバーの突出端面を覆った状態で、前記外周部分に嵌合していることを特徴とする。 The rotor of the rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention includes a cylindrical rotor core that is concentrically attached to the outer periphery of the rotating shaft and a circumferential portion near the outer periphery of the rotor core in the axial direction. A plurality of rotor bars penetrating through both ends of the rotor core and projecting from both end faces of the rotor core; and a short-circuit ring coupled to the inner peripheral portion of the ring formed by the projecting ends of the plurality of rotor bars, A retaining ring that fits to the outer peripheral portion of the ring formed by the protruding ends of the plurality of rotor bars, and the retaining ring has an L-shaped cross section with its one side edge bulging to the inner diameter side. It is formed and fitted to the outer peripheral portion in a state in which the protruding end surface of each rotor bar is covered with the bulging portion toward the inner diameter side.
上記構成によれば、高速回転領域での強い遠心力に対しても、保持環によりロータバーの変形を抑止できる。 According to the above configuration, the deformation of the rotor bar can be suppressed by the retaining ring even against a strong centrifugal force in the high-speed rotation region.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
始めに、図1により回転電機を構成する固定子と回転子との概略構成を説明する。図1は、回転電機として三相誘導電動機の場合を例示しており、固定子11、回転子12、及び回転軸13を有する。固定子11は、円筒状の固定子鉄心14に1次巻線15(巻線端部のみを図示)を装着したものであり、図示しない本体フレーム内に設けられている。
First, a schematic configuration of the stator and the rotor constituting the rotating electrical machine will be described with reference to FIG. FIG. 1 illustrates the case of a three-phase induction motor as a rotating electrical machine, and includes a
回転子12は、回転軸13の外周に同心状に一体的に取り付けられた円筒状の回転子鉄心17を有する。この回転子鉄心17の外周面は、前述した円筒状固定子鉄心14の内周面と、間隙を介して対向している。また、この回転子鉄心17の外周近くには、軸方向に沿う複数のスロット(図示省略)が、互いに平行、かつ均等間隔で形成されており、その中には2次巻線を構成するロータバー18がそれぞれ設置されている。すなわち、複数のロータバー18は、円筒状回転子鉄心17の外周近くの円周部分をそれぞれ軸方向に貫通し、それらの両端部は、回転子鉄心17の両端面からそれぞれ突出しており、図2で示すようにコイルエンド構造20を構成する。
The rotor 12 includes a
なお、図2は、図1で示した回転子12の一端側のコイルエンド構造20を模式的に解り易く示している。図2において、コイルエンド構造20は、ロータバー18の端部に設けられる短絡環21及び保持環22により構成される。
2 schematically shows the
ここで、複数のロータバー18の突出端は、回転子鉄心17の端面方向に見ると環状に配置されている。短絡環21は、上述した複数のロータバー18の突出端が形成する環の内周部分に結合され、各ロータバー18間を短絡する。すなわち、ロータバー18の端部の内径側に切欠きを設け、この切欠き内に短絡環21を嵌め込んでいる。
Here, the protruding ends of the plurality of
保持環22は、複数のロータバー18の突出端が形成する環の外周部分に嵌合する。この保持環22は、その一側縁部(図示左側)を内径側(図示下側)に膨出させて横断面をL字状に形成している。そして、ロータバー18への取付けに当っては、上述した内径側への膨出部22aにて各ロータバー18の突出端面(図示左端面)を覆った状態で、複数のロータバー18の突出端が形成する環の外周部分に嵌合させる。
The
このとき、短絡環21の先端部(図示左端部)の外周側(図示上部)に切欠きを形成し、保持環22の膨出部22aの内周部分が、図示のように短絡環21に形成した上述の切欠きに嵌め込むように構成するとよい。
At this time, a notch is formed on the outer peripheral side (the upper part in the figure) of the tip part (the left end part in the figure) of the short-
このような構成において、回転子12が3600rpm以上にも達する高速で回転するとコイルエンド構造20部分に強い遠心力が加わる。
In such a configuration, when the rotor 12 rotates at a high speed reaching 3600 rpm or more, a strong centrifugal force is applied to the
従来の図3で示したコイルエンド構造では、保持環34の横断面が図示のように平板状であるため、強い遠心力により外方へ膨らみが生じ、ロータバー32が外側に変形する問題があった。もちろん、保持環34の横断面の厚さを大きくすれば、このような膨らみの発生は防止できるが、保持環34全体の厚さを大きくすれば、部品の大形化、重量化を招く。また、保持環34には高価な金属材料を用いていることから、大幅なコスト上昇を招いてしまう。
In the conventional coil end structure shown in FIG. 3, since the cross section of the
これに対し本発明の実施形態では、コイルエンド構造20を構成する保持環22を、前述のように、その一側縁部(図示左側)を内径側(図示下側)に膨出させて横断面をL字状に形成しているので、コイルエンド構造20に加わる強い遠心力を抑え込んで、ロータバー18の外方への変形を有効に防止できる。また、保持環34全体の厚さを増大するのではないため、部品の著しい大形化、重量化を招くことはなく、大幅なコスト上昇を招くこともない。
On the other hand, in the embodiment of the present invention, as described above, the
ここで、高速回転に伴いコイルエンド構造20に加わる遠心力によって外方に膨らもうとする力は、コイルエンド構造20の外側寄り(図示左端寄り)の部分がより強くなる。本発明の実施形態における保持環22は、その一側縁部(図示左側)を内径側(図示下側)に膨出させているので、この膨出部22a部分の機械的強度が大きくなり、高速回転に伴う強い遠心力にも十分対抗して、外方への膨張を抑止する。そして、この保持環22は、上述した内径側への膨出部22aにて各ロータバー18の突出端面(図示左端面)を覆った状態で、複数のロータバー18の突出端が形成する環の外周部分に嵌合させているので、ロータバー18の先端部分が外方へ変形しようとする力を有効に抑止し、その変形を防止できる。
Here, the force that swells outward due to the centrifugal force applied to the
また、短絡環21の先端部(図示左端部)の外周側(図示上部)に、図示のように切欠きを形成し、保持環22の膨出部22aの内周部分をこの切欠きに嵌め込むと、遠心力により短絡環21が外側に膨らもうとする力を保持環22により直接的に抑え込むことができ、コイルエンド構造20全体を強固に構成できる。
Further, a notch is formed on the outer peripheral side (the upper part in the figure) of the tip part (the left end part in the figure) of the short-
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの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。これら新規な実施形態は、その他のさまざま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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
12…回転子
13…回転軸
17…回転子鉄心
18…ロータバー
20…コイルエンド構造
21…短絡環
22…保持環
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ...
Claims (2)
この回転子鉄心の外周近くの円周部分をそれぞれ軸方向に貫通し、両端部が前記回転子鉄心の両端面からそれぞれ突出する複数のロータバーと、
これら複数のロータバーの突出端が形成する環の内周部分に結合され、各ロータバー間を短絡する短絡環と、
前記複数のロータバーの突出端が形成する環の外周部分に嵌合する保持環とを備え、
前記保持環は、その一側縁部を内径側に膨出させて横断面をL字状に形成し、この内径側への膨出部にて各ロータバーの突出端面を覆った状態で、前記外周部分に嵌合している、
ことを特徴とする回転電機の回転子。 A cylindrical rotor core attached concentrically to the outer periphery of the rotating shaft;
A plurality of rotor bars each penetrating the circumferential portion near the outer periphery of the rotor core in the axial direction, both ends projecting from both end faces of the rotor core,
A short-circuited ring that is coupled to the inner peripheral portion of the ring formed by the protruding ends of the plurality of rotor bars and short-circuits between the rotor bars,
A holding ring that fits to the outer periphery of the ring formed by the protruding ends of the plurality of rotor bars;
The holding ring has an L-shaped cross section formed by bulging one side edge portion toward the inner diameter side, and covering the protruding end surface of each rotor bar with the bulged portion toward the inner diameter side. Fitted to the outer periphery,
A rotor of a rotating electrical machine characterized by that.
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