JP4705722B2 - 非金属構造の回転子筐体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電機に関し、特に発電機回転子用筐体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転子と固定子とを有する従来の発電機においては、励磁電流源から電流が供給されて発電機を励起する複数の界磁巻線が回転子に設けられている。固定子には電機子巻線が設けられ、そこから電力が出力される。典型的な回転子構成では、界滋巻線を回転子鍛造体に形成された複数の半径方向溝穴にバーごとに挿入して、組み立てることが必要である。通常、回転子の界磁巻線の封入は回転子楔部分、回転子歯部及び保持リングを使用して行われる。
【０００３】
バーごとの組み立てに代わって、回転子鍛造体に形成される複数の平行な溝穴を有する中実の回転子を使用することが望ましいであろう。この構造の場合、前記の封入構成の代わりに簡単な筐体を使用することが可能になるであろう。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の一実施例においては、回転子と固定子とを含む発電機における回転子用の筐体は非金属管で構成される。非金属管は所定の間隔で離間する複数のリングで形成されても良いし、または複数の通気穴を含む連続する管で形成されても良い。リングは、回転子内の複数の交差溝穴がリングの間に配置するように軸方向に離間する。これら交差溝穴は回転子の周囲を取り囲む回転子剛性を修正する。隣接するリングの間の空間は、筐体内に応力集中を導入しない巻線の通気のための排出開口部を形成する。非金属管は、炭素繊維とガラス繊維とのエポキシ複合材料のような低密度の複合材料から形成されるのが好ましい。
【０００５】
本発明の別の一実施例においては、発電機の回転子は、少なくとも２つの磁極を有する磁心と、磁極ごとに１つずつ設けられる複数の巻線アセンブリと、前記磁心及び前記巻線アセンブリを収納する筐体とを含み、筐体は非金属管から構成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照すると、発電機回転子３０は多重極磁心３２（２極磁心が示されている）と、磁極ごとに１つずつ設けられた複数の巻線アセンブリ３４と、それらに対応する磁極面３６とを含む。磁心３２及び巻線アセンブリ３４の構成と材質は既に知られているため、ここではその詳細な説明を省略する。
【０００７】
巻線アセンブリ３４を２極磁心３２の平行な側面を有する鍛造体に嵌め合わせた後、筐体１０をアセンブリにかぶせる。筐体１０は炭素繊維／ガラス繊維複合材料などの低密度の複合材料から製造されているのが好ましく、巻線の通気ガスを発電機エアギャップ１２（図３及び図４を参照）へ排出する手段となるように構成されている。複合材料は強度と重量の比が大きいために好まれる。当業者には明白であろうが、その他の材料の中にも適切な材料があると考えられ、本発明はここで開示する例に特に限定されるわけではない。
【０００８】
一構成において、筐体１０は磁極面３６の浅い溝３７によって離間される複数のリング１４で規定される管である。リング１４は、回転子体内の複数の交差溝穴３８が図示のようにリング１４の間に配置されるように軸方向に離間する。これら交差溝穴３８は機械の周囲の回転子剛性における不均衡を修正する。他の構成において、筐体１０は複数の通気穴又は通気溝穴１６（図４に斜線で示した）を含む連続する管である。上述した実施例における通気穴１６又はリング１４の間の空間は、筐体内に応力集中を導入しない巻線の通気のための排出開口部を形成する。
【０００９】
低密度な複合材料の筐体は多数の既に知られている方法で形成できる。好ましい実施例においては、材料を心軸に巻きつけて所望の構造にする。通気穴又は通気溝穴は、巻き付け工程中に心軸を介して形成されても良いし、ドリル又はレーザ又は他の後巻き付け方法のいずれかで形成されても良い。
【００１０】
図３は組み立てられた発電機の固定子と回転子との概略図である。図示のように、回転子アセンブリ３０は筐体１０内に収納されており、ギャップ１２は固定子と回転子との間に示されている。筐体１０は、図示した略長円型のような非円形に形成されるのが好ましい。長円形の長い方の直径はｄ軸に沿って構成され、短い方の直径はｑ軸に沿って構成される。このような構成により、磁気を帯びていないギャップ１２はｄ軸では最小となり、一方ｑ軸に沿ってエアギャップは最大となる。非円形により、回転子磁極面３６を覆う筐体１０のクリアランスが容易になる。
【００１１】
動作中に、筐体１０に対する巻線の遠心力による荷重により、筐体の各部が各磁極面３６を圧迫し、スピードの増加に伴って固定作用の程度が増す。これに対して、従来の回転子における焼きばめリングでは、スピードの増加に伴い固定作用の低下が見られる。
【００１２】
本発明による構成により、界磁巻線は、回転子体の交差溝穴で回転子剛性の周囲の不均衡を強制的に修正することなく遠心力で抑止される。また、上述したように、この構造は、筐体内に応力集中を導入しない通気のための開口部を設ける。更に、回転子アセンブリは単純化され、封入構成全体の交換を必要とするのではなく、個々の部材の局所的な損傷の危険を分離する。
【００１３】
現時点で最も実用的で且つ好ましい実施例であると考えられるものに関連して本発明を説明したが、本発明は開示した実施例には限定されず、添付の特許請求の範囲の趣旨に含まれる様々な変形及び等価の構成を包含するということを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】発電機回転子の巻線アセンブリを示す図。
【図２】本発明の筐体を含めた発電機回転子のアセンブリを示す図。
【図３】発電機の回転子及び固定子と、本発明の筐体とを概略的に示す図。
【図４】本発明による筐体を含む発電機の横断面図。
【符号の説明】
１０ 筐体
１２ エアギャップ
１４ リング
１６ 通気穴
３０ 発電機回転子
３２ 磁心
３４ 巻線アセンブリ
３６ 磁極面
３７ 浅い溝
３８ 交差溝穴

Claims (8)

1. 回転子と固定子と回転子用筐体とを含み、前記回転子用筐体が非金属管（１０）を具備する発電機であって、
   前記非金属管は複数のリング（１４）から形成され、
   前記複数のリング（１４）は、該複数のリングの間に配置された複数の交差溝穴（３８）によって所定の間隔で離間されていることを特徴とする、発電機。
2. 前記複数のリング（１４）が軸方向に離間している請求項１記載の発電機。
3. リング（１４）の間に配置された前記交差溝穴（３８）は、回転子の周囲の回転子剛性における不均衡を修正する請求項１記載の発電機。
4. 隣接するリング（１４）の間の前記空間は、前記筐体内に応力集中を導入しない巻線の通気のための排出開口部を形成する請求項１記載の発電機。
5. 前記非金属管（１０）は低密度の複合材料で形成される請求項１記載の発電機。
6. 前記低密度の複合材料は炭素繊維とガラス繊維とのエポキシ複合材料である請求項５記載の発電機。
7. 前記非金属管（１０）は、複数の通気穴（１６）が形成された連続する管により形成される請求項１記載の発電機。
8. 前記ロータが、少なくとも２つの磁極を有する磁心（３２）と、磁極ごとに１つずつ設けられる複数の巻線アセンブリ（３４）とを具備する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発電機。

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