JP4800493B2 - 非金属回転子筐体の導電性構造境界面 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電機に関し、特に発電機回転子の筐体の導電性構造境界面に関する。
【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、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。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】
複合構成の筐体に不均一な半径方向遠心力が加わると、横方向のせん断力が発生し、この力は複合筐体に重大な層間せん断応力を導入すると考えられる。更に、複合筐体の導電率が低すぎると、界磁巻線に対し適切な電磁遮蔽を実現することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、筐体と界磁巻線との間に、筐体に加わるせん断荷重を減少させ、磁極との良好な電気的接触を保ちつつ界磁巻線の電磁遮蔽を実現し、エアギャップへ通気ガスを排出する手段を構成し、構造に軸方向の剛性を与え、且つ個々の筐体リングの軸方向位置決めを可能にするような境界面を提供することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一実施例では、回転子と固定子とを含む発電機において回転子筐体の筐体シールドが提供される。筐体は、回転子の磁心と、対応する複数の巻線アセンブリとを収納する非金属管から形成されている。筐体シールドは、回転子筐体の内径に対応する形状の導電性材料から形成されており、複数の通気穴を含む。１つの構成においては、筐体シールドは複数の部材から形成される。この点に関して、複数の部材の各々は、磁心の切り欠き内に延出する構造を有する。複数の部材の各々は磁心の磁極面に沿って延出するような大きさであっても良い。筐体シールドの最小厚さは渦電流の表皮厚さより大きいのが好ましい。
【０００７】
本発明の別の実施例においては、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つずつ設けられた複数の巻線アセンブリと、磁心及び巻線アセンブリを収納する非金属管から形成される筐体と、筐体と巻線アセンブリとの間に配設される筐体シールドとを含む。筐体シールドは導電性材料から形成され、筐体の内径に対応する形状を有する。筐体シールドは複数の通気穴を含む。先に述べた実施例と同様に、筐体シールドは複数の部材から形成されていても良い。この点に関して、複数の部材は横軸に沿って、回転子の軸方向中央で互いに隣接している。
【０００８】
【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。
【０００９】
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。
【００１０】
図４〜図９を参照すると、筐体１０と巻線アセンブリ３４との間には筐体シールド４０が配設されている。筐体シールド４０は筐体１０と巻線アセンブリ３４との間に、筐体１０に加わるせん断荷重を減少させる境界面を形成する。筐体シールド４０はアルミニウムなどの導電性材料から形成されているため、磁心の磁極との間で良好な電気的接触を保ち、回転子磁界巻線に対して適切な電磁遮蔽を行うと共に、巻線構造に軸方向の剛性を与える。磁界調波に対して適切な遮蔽を行うためには、シールド４０の最小厚さは渦電流の表皮厚さより大きいのが好ましい。
【００１１】
筐体シールド４０には、エアギャップ１２へ通気ガスを排出する働きをする複数の通気穴４２が形成されている。
【００１２】
筐体シールド４０は図６に示すように一体構造であっても良いし、筐体１０の内径に対応する形状を持つ２つのシールド部材４０ａ及び４０ｂ（図３，図７７及び図８）又はの３つ以上のシールド部材（図９）から形成してもよい。個々のシールド部材は図４に示すように磁極面３６に沿っていてもよいし、あるいは図５に示すように磁極の切り欠き４３に食い込んでいてもよい。シールド部材は、図３に示すように、横軸Ｑに沿って回転子本体の軸方向中央で互いに隣接しているのが好ましい。
【００１３】
筐体１０は連続する管又は複数の両端を整列させたリングから形成することができる。筐体のリングの軸方向の位置決めを容易にするため、筐体シールド４０には筐体リングの位置を定めるためのガイドとして低い隆起部分を設けるのが好ましい。シールド４０の外面に、周囲に沿って浅い溝を機械加工し、隣接する溝の間の領域を周囲隆起部分とする。また、図８に示すように、シールド４０に磁極面３６に対する開口部４５を設けても良い。
【００１４】
本発明の筐体シールドを使用すると、発電機回転子の不均一な半径方向遠心力により発生する横方向のせん断荷重を減少させることができ、その一方で磁界巻線に対し適切な電磁遮蔽を行うことが可能である。通気穴があるため、通気ガスを排出でき、また、筐体リングの軸方向位置決めを助けるために低い隆起部分を設けても良い。更に、本発明の筐体シールドは回転子の軸方向の剛性を増すという点で有益である。
【００１５】
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、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組立体を示す図。
【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】１つの構成において磁極面に沿って延出するシールドを示す図。
【図５】磁極の切り欠きに食い込む形状のシールドを示す図。
【図６】一体構造のシールドを示す斜視図。
【図７】二分割構造のシールドを示す斜視図。
【図８】磁極に対応する開口部を含む二分割構造のシールドを示す斜視図。
【図９】多数の部材を含むシールドを示す斜視図。
【符号の説明】
１０ 筐体
３０ 発電機回転子
３２ 多重極磁心
３４ 巻線アセンブリ
３６ 磁極面
４０ 筐体シールド
４０ａ、４０ｂ シールド部材
４２ 通気穴
４３ 切り欠き

Claims (4)

1. 少なくとも２つの磁極（３６）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、
   前記磁心及び前記巻線アセンブリを収納する非金属管から形成される筐体（１０）と、
   前記筐体と前記巻線アセンブリとの間に配設され、導電性材料から形成され且つ前記筐体の内径に対応する形状を有し、発電機のエアギャップ（１２）へ通気ガスを排出する働きをする複数の通気穴（４２）を含む筐体シールド（４０）と、
   を具備し、
   前記筐体シールド（４０）は複数の部材（４０ａ、４０ｂ）から形成され、該複数の部材（４０ａ、４０ｂ）の各々は、前記磁心（３２）の切り欠き（４３）内に延出する構造を有することを特徴とする、発電機の回転子。
2. 前記複数の部材（４０ａ、４０ｂ）の各々は、前記磁心（３２）の磁極面（３６）に沿って延出するような大きさである請求項１記載の回転子。
3. 前記複数の部材（４０ａ、４０ｂ）は横軸（Ｑ）に沿って回転子の軸方向中央で互いに隣接する請求項１記載の回転子。
4. 前記筐体シールド（４０）は、渦電流の表皮厚さより大きい最小厚さを有する請求項１記載の回転子。

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