JP5341443B2 - 可変速同期機の回転子 - Google Patents

Description

この発明は電動機や発電機の回転電機の回転子に関し、特に可変速同期機の回転子に関する。

たとえば石油産業やガス産業に用いられる２極可変速同期電動機などの回転子で、シャフトの外周に、軸方向に延びる複数のスロットを設け、各スロット内にコイルを配置する技術が知られている（特許文献１、２参照）。この場合に、誘起電流を流すための回路を形成するために、コイルの外径側で軸方向に延びるダンパーバーを設け、そのダンパーバーが、軸端部に配置された短絡環によって周方向に電気的に接続される。

短絡環は筒部と歯部とからなる。短絡環の歯部とダンパーバーとはそれぞれが内径側と外内径側に分かれており、軸方向の接続位置が内径側と外内径側でずれていて、この部分が遠心力によって半径方向外側に押されることによって互いに電気的に接続されるようになっている。
特表２０００−５０８５０８号公報 特開２００２−３６９４３４号公報

２極可変速同期電動機などで、始動時の電流が大きいため、始動時から回転子電気回路の形成が必要な場合がある。しかし、始動時などの低速回転時にはダンパーバーおよび短絡環歯部に大きな遠心力が働かず、その結果として、これらの接続部での接触不良による電気抵抗増大が生じる可能性がある。

この発明はこうした背景に鑑みてなされたものであって、可変速同期機の回転子が低速回転時であっても、ダンパーバーと短絡環との電気的接続を確保して接触抵抗を低く保つことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る可変速同期機の回転子は、外周部に沿って軸方向に延びる複数のスロットが形成されたシャフトと、前記各スロット内で電気的に絶縁されて軸方向に延びる複数のコイルと、前記各スロット内で前記コイルの外径側に配置されて軸方向に延びて前記コイルを絶縁するクリページブロックと、前記各スロット内で前記クリページブロックの外径側に配置されて軸方向に延びて誘起電流を軸方向に流すための内径側ダンパーバーと、前記各スロット内で前記内径側ダンパーバーの外径側に隣接して配置されて軸方向に延びて誘起電流を軸方向に流すための外径側ダンパーバーと、前記各スロット内で前記外径側ダンパーバーの外径側に配置されて軸方向に延びて前記シャフトと電気的に接合されたくさびと、前記シャフトの両端の外周部で電気的に接合されてその両端の外周部を周方向に短絡するエンドリングと、前記内径側ダンパーバーおよび外径側ダンパーバーの各軸方向の両端に電気的に接合されてこれらを周方向に短絡する短絡環と、を有する可変速同期機の回転子において、前記短絡環は、内径側隣接対向部で前記内径側ダンパーバーの軸方向端部と隣接対向して軸方向に延びる内径側短絡環歯部と、外径側隣接対向部で前記外径側ダンパーバーの軸方向端部と隣接対向して軸方向に延びる外径側短絡環歯部と、前記内径側短絡環歯部および外径側短絡環歯部の軸方向外側に配置されて前記内径側短絡環歯部および外径側短絡環歯部を周方向に短絡する短絡環筒部と、を有し、前記内径側隣接対向部と外径側隣接対向部の位置が軸方向に互いにずれていて、該内径側隣接対向部および外径側隣接対向部の両方をカバーする軸方向および周方向の位置に、前記内径側ダンパーバーおよび内径側短絡環歯部と、前記外径側ダンパーバーおよび外径側短絡環歯部とが半径方向に互いに押し付けられるように、板ばねが配置されており、前記板ばねが、軸方向に湾曲せず、周方向に湾曲していて、前記内径側ダンパーバーおよび内径側短絡環歯部の内面側に板ばね収容窪みが形成され、前記板ばねがこの板ばね収容窪みに収容されていること、を特徴とする。

本発明によれば、可変速同期機の回転子が低速回転時であっても、ダンパーバーと短絡環との電気的接続を確保して接触抵抗を低く保つことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る可変速同期機の回転子の実施形態について説明する。ここに、図１は本発明に係る可変速同期機の回転子の一実施形態の要部縦断面図、図２は図１のII−II線矢視横断面図、図３は図１のIII−III線矢視横断面図、図４は図１の回転子の板バネを取り出して示す斜視図、図５は図１の回転子の誘起電流の回路を示す模式的斜視図である。

この実施形態の回転電機は、たとえば石油産業やガス産業などに用いられる２極可変速同期電動機であって、始動時に大電流を必要とするものである。

回転子は、円筒形の固定子（図示せず）内で回転可能であって、金属製円柱状のシャフト１を有する。シャフト１の側面には軸方向に延びる複数のスロット２が形成されている。スロット２内には、絶縁層３を介してコイル４が配置され、コイル４の外側（シャフト１の外径側）には、コイル４を絶縁するためのクリページブロック(creepage block)５が配置されている。

回転子の軸方向中央部では、クリページブロック５の外側には、内径側ダンパーバー６および外径側ダンパーバー７が配置され、さらにその外側には中央部くさび８が配置されている。コイル４、クリページブロック５、内径側ダンパーバー６、外径側ダンパーバー７および中央部くさび８はいずれも、スロット２に沿って軸方向に延びている。

シャフト１の軸方向両端部にはエンドリング１０が配置され、これによりシャフト１の外表面部が周方向に電気的に接続されている。

また、シャフトの両端部でエンドリング１０とは絶縁されて短絡環１１が配置されていて、これにより内径側ダンパーバー６および外径側ダンパーバー７が周方向に電気的に接続されている。短絡環１１は、軸方向端部にあって円筒状の短絡環筒部１２と、短絡環筒部１２から軸方向中央部に向かって突出した複数の内径側短絡環歯部１３および複数の外径側短絡環歯部１４とを有する。

内径側短絡環歯部１３は、内径側ダンパーバー６とほぼ同じ半径方向および円周方向の位置にあって、内径側隣接対向部１５で内径側ダンパーバー６と軸方向に隣接して対向している。同様に、外径側短絡環歯部１４は、外径側ダンパーバー７とほぼ同じ半径方向および円周方向の位置にあって、外径側隣接対向部１６で外径側ダンパーバー７と軸方向に隣接して対向している。

中央部くさび８の軸方向延長線上に端部くさび２０が配置されている。中央部くさび８および端部くさび２０の外表面はシャフト１の外表面とほぼ同じ円筒面内にあり、中央部くさび８および端部くさび２０の肩部２１がスロット２のオーバハング２２と接触し、コイル４などがスロット２から飛び出すのを防いでいる。くさびを中央部くさび８と端部くさび２０に分離するのは、製作上、長物だと加工精度が低下すること、熱伸びを解放する必要があること、などの理由による。

スロット２の底部には軸方向冷却風路３０が形成されている。また、軸方向冷却風路３０から中央部くさび８の外表面まで半径方向に貫通する径方向貫通孔３１が、絶縁層３、コイル４、クリページブロック５、内径側ダンパーバー６、外径側ダンパーバー７、中央部くさび８の順に半径方向に貫通して形成されている。

内径側短絡環歯部１３と内径側ダンパーバー６が隣接対向する内径側隣接対向部１５と、外径側短絡環歯部１４と外径側ダンパーバー７が隣接対向する外径側隣接対向部１６と、さらに、中央部くさび８と端部くさび２０が隣接対向する軸方向の位置は、互いにずれた位置にあり、これらをカバーする軸方向位置に、板ばね３２が配置されている。内径側短絡環歯部１３および内径側ダンパーバー６の内径側隣接対向部１５近くの内径側に段差が形成されて板ばね用窪みができており、この板ばね用窪み内に板ばね３２が収容されている。

板ばね３２は、部分円筒状であり、スロット２の延びる方向すなわち回転軸方向に軸を持つ向きでスロット２内に配置されている。板ばね３２の径方向貫通孔３１に対応する位置には板ばね貫通孔３３が形成されている。板ばね３２は、内径側短絡環歯部１３および内径側ダンパーバー６を、外径側短絡環歯部１４および外径側ダンパーバー７に向けて押し付けるので、これらの径方向の接触抵抗が小さくなる。これにより、ダンパーバー６、７と短絡環歯部１３、１４との間の電気抵抗が小さくなる。特に、板ばね３２の湾曲突部が内径側短絡環歯部１３および内径側ダンパーバー６の板ばね用窪みに対して軸方向に直線的に接触するので、接触部での電気抵抗低減に有効である。

図１で、符号４０はエンドリング絶縁筒を示し、符号４１は絶縁板を示している。

従来技術においては、回転子の回転によって、遠心力で径方向の確実な接触を得ようとしていたために低速運転時の接触が不十分であったが、本実施形態では、低速回転時にあっても板ばね３２の作用によって、確実な電気接触を得ることができる。

内径側ダンパーバー６、外径側ダンパーバー７、内径側短絡環歯部１３、外径側短絡環歯部１４、短絡環筒部１２はいずれも導電材料からできている。磁場の変動によって回転子に誘起される電流は図５に示すように、シャフト１の外周部を軸方向に流れてエンドリング１０で周方向に連絡する第１の誘起電流回路と、内径側ダンパーバー６および外径側ダンパーバー７を軸方向に流れて短絡環１１で周方向に連絡する第２の誘起電流回路と、中央部くさび８および端部くさび２０を通って第１の誘起電流回路と第２の誘起電流回路とを連絡する第３の誘起電流回路とを有する。

この実施形態によれば、低速回転時にあっても板ばね３２の作用によって、ダンパーバー６、７と短絡環歯部１３、１４との間の電気接触を確実に行ない、第２の誘起電流回路を確実に得ることができる。また、内径側短絡環歯部１３および内径側ダンパーバー６の内径側隣接対向部１５近くの内径側に段差が形成されて板ばね用窪みができており、この板ばね用窪み内に板ばね３２が収容されているので、板ばね３２の位置がずれることがなく、板ばね貫通孔３３を含めた径方向貫通孔３１を確実に形成することができ、冷却空気を確実に流して回転子を適切に冷却することができる。

以上、本発明に係る可変速同期機の回転子の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、径方向貫通孔３１は図６に示す位置でもよく、その場合、径方向貫通孔３１は、軸方向冷却風路３０から絶縁層３を貫通し（図３参照）、コイル４、クリページブロック５、板ばね３２、内径側短絡環歯部１３、外径側短絡環歯部１４および端部くさび２０の順に半径方向に貫通する。

本発明に係る可変速同期機の回転子の一実施形態の要部縦断面図。 図１のII−II線矢視横断面図。 図１のIII−III線矢視横断面図。 図１の回転子の板バネを取り出して示す斜視図。 図１の回転子の誘起電流の回路を示す模式的斜視図。 本発明に係る可変速同期機の回転子の他の実施形態の要部縦断面図。

符号の説明

１：シャフト
２：スロット
３：絶縁層
４：コイル
５：クリページブロック
６：内径側ダンパーバー
７：外径側ダンパーバー
８：中央部くさび
１０：エンドリング
１１：短絡環
１２：短絡環筒部
１３：内径側短絡環歯部
１４：外径側短絡環歯部
１５：内径側隣接対向部
１６：外径側隣接対向部
２０：端部くさび
２１：肩部
３０：軸方向冷却風路
３１：径方向貫通孔
３２：板ばね
３３：板ばね貫通孔

Claims (4)

1. 外周部に沿って軸方向に延びる複数のスロットが形成されたシャフトと、
   前記各スロット内で電気的に絶縁されて軸方向に延びる複数のコイルと、
   前記各スロット内で前記コイルの外径側に配置されて軸方向に延びて前記コイルを絶縁するクリページブロックと、
   前記各スロット内で前記クリページブロックの外径側に配置されて軸方向に延びて誘起電流を軸方向に流すための内径側ダンパーバーと、
   前記各スロット内で前記内径側ダンパーバーの外径側に隣接して配置されて軸方向に延びて誘起電流を軸方向に流すための外径側ダンパーバーと、
   前記各スロット内で前記外径側ダンパーバーの外径側に配置されて軸方向に延びて前記シャフトと電気的に接合されたくさびと、
   前記シャフトの両端の外周部で電気的に接合されてその両端の外周部を周方向に短絡するエンドリングと、
   前記内径側ダンパーバーおよび外径側ダンパーバーの各軸方向の両端に電気的に接合されてこれらを周方向に短絡する短絡環と、
   を有する可変速同期機の回転子において、
   前記短絡環は、
   内径側隣接対向部で前記内径側ダンパーバーの軸方向端部と隣接対向して軸方向に延びる内径側短絡環歯部と、
   外径側隣接対向部で前記外径側ダンパーバーの軸方向端部と隣接対向して軸方向に延びる外径側短絡環歯部と、
   前記内径側短絡環歯部および外径側短絡環歯部の軸方向外側に配置されて前記内径側短絡環歯部および外径側短絡環歯部を周方向に短絡する短絡環筒部と、
   を有し、
   前記内径側隣接対向部と外径側隣接対向部の位置が軸方向に互いにずれていて、該内径側隣接対向部および外径側隣接対向部の両方をカバーする軸方向および周方向の位置に、前記内径側ダンパーバーおよび内径側短絡環歯部と、前記外径側ダンパーバーおよび外径側短絡環歯部とが半径方向に互いに押し付けられるように、板ばねが配置されており、
   前記板ばねが、軸方向に湾曲せず、周方向に湾曲していて、
   前記内径側ダンパーバーおよび内径側短絡環歯部の内面側に板ばね収容窪みが形成され、前記板ばねがこの板ばね収容窪みに収容されていること、を特徴とする可変速同期機の回転子。
2. 前記板ばねは部分円筒状であって、前記板ばねの円周方向の中央部の凸面が前記板ばね収容窪みと軸方向に沿って線接触するように構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の可変速同期機の回転子。
3. 前記スロットの前記コイルより奥に軸方向冷却風路が形成され、
   前記軸方向冷却風路に連絡して半径方向に延びる貫通孔が、前記コイル、クリページブロック、板ばね、内径側ダンパーバー、外径側ダンパーバーおよびくさびを貫通して形成されていること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変速同期機の回転子。
4. 前記スロットの前記コイルより奥に軸方向冷却風路が形成され、
   前記軸方向冷却風路に連絡して半径方向に延びる貫通孔が、前記コイル、クリページブロック、板ばね、内径側短絡環歯部、外径側短絡環歯部およびくさびを貫通して形成されていること、
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変速同期機の回転子。

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