JP5823061B2 - 回転する電気機械、特に２０ｍｖａ〜５００ｍｖａの出力範囲内の二重給電式の非同期機 - Google Patents

Description

本発明は、電気的なエネルギの発生の分野に関する。本発明は、請求項１の上位概念部に記載の回転する電気機械、特に２０ＭＶＡ〜５００ＭＶＡの出力範囲内の二重給電式の非同期機に関する。

背景技術
２０ＭＶＡ〜５００ＭＶＡの出力範囲内の二重給電式の非同期機は、回転数可変のエネルギ生産のために使用することができる。この機械は、ロータに設けられた分配された三相巻線の点で優れている。このロータ巻線は個々の棒材から成っている。これらの棒材は、ロータ積層鉄心に設けられたスロット内に埋め込まれている。棒材は巻線オーバハングで接続されて、１つの巻線を形成している。電流の供給は、機械の端部でロータシャフトに固定された少なくとも３つのスリップリングを介して行われる。このような機械のうちの一部が、図１に極めて簡単に示してある。図１に示した非同期機１０は機械軸線１９を有している。この軸線１９を中心として、スリップリング１７が配置されたシャフト１１ａを備えた中心体１１が回転可能となる。この中心体１１を取り囲んで、ロータ積層鉄心１２が配置されている。このロータ積層鉄心１２には、ロータ巻線の巻線オーバハング１４の下側で補助リム１３が続いている。ロータ積層鉄心１２はステータ積層鉄心１５によって同心的に取り囲まれている。このステータ積層鉄心１５内には、ステータ巻線が収納されている。このステータ巻線は、鉄心１５の端部においてステータ巻線オーバハング１６でもって外方に突出している。

ロータ巻線の３つの相は、シャフト１１ａの端部に設けられたスリップリング１７に接続されなければならない。このためには、シャフト１１ａ内に導体（図示せず）が収納されている。この導体は、一方では、スリップリング１７に接続されていて、他方では、巻線オーバハング１４に巻線オーバハング端部の高さで接続されている。シャフト１１ａに対して直交して延びる接続体１８（図１には破線で示した）は、ロータ検査電圧に対して絶縁されていなければならない。接続体１８はロータ定格電流を送電し、この場合、要求された限界温度を上回ってはならない。接続体１８のシステムは、軸方向での巻線の熱膨張および半径方向でのロータボディの膨張を吸収することができるようにするために、軸方向で（巻線の接続点において）かつ半径方向で十分にフレキシブルでなければならない。さらに、接続体１８は高い遠心力に対して安全確保されなければならない。

発明の開示
したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた回転する電気機械を改良して、上述した要求が満たされるようにすることである。

この課題は、請求項１に記載した回転する電気機械によって解決される。

本発明によれば、回転する電気機械、特に２０ＭＶＡ〜５００ＭＶＡの出力範囲内の二重給電式の非同期機が、機械軸線を中心として回転する、ステータにより同心的に取り囲まれたロータを有しており、このロータが、シャフトとロータ積層鉄心とを備えており、このロータ積層鉄心が、外寄りに配置されたロータ巻線を支持しており、このロータ巻線が、接続体を介して、内寄りでシャフトの端部に配置されたスリップリングに接続されている。本発明は、接続体が、遠心加速により生じた力を吸収するために、シャフトに対して直交して延びる機械的な接続体を有しており、この機械的な接続体が、一方では、ロータ巻線のロータ巻線オーバハングに接続されていて、他方では、ロータ積層鉄心に設けられた補助リムに支持されている点で優れている。

本発明に係る機械の１つの態様は、機械的な接続体が、ロータ巻線のロータ巻線オーバハングには、巻線オーバハング接続部材を介して接続されていて、補助リムには、拡張された補助リムを介して支持されており、この拡張された補助リムが、補助リムを軸方向で拡張していて、好ましくは積層された金属薄板から成っていて、１つの閉じられたリングを形成していることを特徴としている。

別の態様は、機械的な接続体が、巻線オーバハング接続部材と同じ軸方向高さに位置している点で優れている。これによって、接続体における曲げ応力が確実に回避される。

本発明の別の態様は、機械的な接続体における曲げ応力を回避するために、この機械的な接続体が、補助リムにボルトを介して結合された拡張された補助リムを半径方向で横断していることを特徴としている。

別の態様によれば、機械的な接続体が、機械的に高い耐荷性を有する導電性の材料、特に鋼から成っている。

特に機械的な接続体は、ロータ巻線オーバハングもしくは巻線オーバハング接続部材に電気的にも接続することができる。

機械的な接続体が、この機械的な接続体を取り囲む絶縁体によって電気的に絶縁されており、機械的な接続体が吸収する遠心力が、この機械的な接続体の、直角に配置された端部と、補助リムの内面もしくは拡張された補助リムの内面に配置された絶縁体ブロックとを介して、補助リムもしくは拡張された補助リムに伝達されるようになっていると特に有利である。

本発明の別の態様は、実際の送電のために、機械的な接続体に対して電気的に並列に接続された付加的な電気的な接続体が設けられていることを特徴としている。

好適には、電気的な接続体が、より良好な冷却のために、補助リムもしくは拡張された補助リムの外側に延在している。

特に電気的な接続体は、機械的にそれほど、つまり、機械的な接続体ほど耐荷性を有していないものの良導電性の材料、特に銅から成っていてよい。

別の態様は、電気的な接続体が、内側で直角に折り曲げられており、これによって、生じた遠心力が、絶縁体ブロックを介して補助リムの内面もしくは拡張された補助リムの内面に伝達されるようになっており、電気的な接続体が、外側に位置するエンドプレートによって軸方向で位置固定されている点で優れている。

本発明の別の態様は、電気的な接続体と機械的な接続体とが、接続体接続部材によって電気的に接続されており、この接続体接続部材が、シャフトに配置されたシャフト給電体に対するコンタクトを成すフレキシブルな移行片に電気的に接続されていることを特徴としている。

好ましくは、フレキシブルな移行片が、Ｕ字形に形成されている。

しかし、フレキシブルな移行片は、個々の薄板から形成されていてもよい。

また、移行片は、機械的に高い耐荷性を有していないものの良導電性の材料、特に銅から成っていてもよい。

本発明の別の態様によれば、ロータにおける不平衡を回避するために、周方向に、機械的な機能も電気的な機能も有していない接続体が設けられるようになっている。

非同期機のうちの一部を極めて簡単に示す図である。 本発明の実施の形態における機械的な接続体と電気的な接続体との平行な配置形態の縦断面図である。 図２に示した配置形態の軸方向の平面図である。

発明を実施するための形態
以下に、本発明を実施の形態に基づき図面を参照しながら詳しく説明する。

図２および図３には、本発明の実施の形態におけるロータ給電体もしくは接続体１８の主構成要素が示してある。電流は、スリップリング１７からシャフト１１ａを通ってシャフト給電体２８を介して接続体接続部材２６に導かれる。本来の接続体１８ａ，１８ｂは、接続体接続部材２６と、最終的にロータ巻線（ロータ巻線オーバハング１４）に接続されている巻線オーバハング接続部材２０との間の電気的なコンタクトを形成している。以降、個々の部材の機能の詳細について説明する。

巻線オーバハング接続部材２０は、接続体１８ａ，１８ｂとロータ巻線の所属の接続棒材との間のコンタクトを形成している。巻線オーバハング接続部材２０は、全周に分配された複数の接続体１８ａ，１８ｂに接続することができる。巻線オーバハング接続部材２０は、巻線の（図２に方向ｘで示した）軸方向の熱膨張を吸収することができるようにするために、接続体１８ａ，１８ｂと共に十分にフレキシブルに形成されていなければならない。

接続体１８ａ，１８ｂは、本発明の本来の要部を成している。図２には、電気的な接続体１８ａと機械的な接続体１８ｂとへの原理的な分割形態が示してある。機械的な接続体１８ｂの役割は、巻線オーバハング接続部材２０の、遠心加速により生じた力を吸収して、補助リム１３に引き渡すことである。この目的のために、この補助リム１３は軸方向において、拡張された補助リム２２によって延長される。機械的な接続体１８ｂは、拡張された補助リム２２を（図２に方向ｒで示した）半径方向で横断している。この拡張された補助リム２２は、積層された複数の金属薄板から成っていて、ひいては、ボルト２３を介して補助リム１３に結合された１つの閉じられたリングを形成している。接続体１８ａ，１８ｂにおける曲げ応力を回避するためには、機械的な接続体１８ｂが、好ましくは巻線オーバハング接続部材２０と同じ軸方向高さに位置している。

機械的な接続体１８ｂは、必要な場合に電気的な導体として使用されてもよい機械的に高い耐荷性を有する材料、たとえば鋼から成っている。機械的な接続体１８ｂは、巻線オーバハング接続部材２０に電気的にも接続されていて、これによって、送電にも寄与している。なお、この機能は選択的である。機械的な接続体１８ｂが電気的な接続体１８ａに直接接触している場合には、これに相応して、機械的な接続体１８ｂが絶縁されていなければならない。図２によれば、このために、１つには、両接続体１８ａ，１８ｂを直に取り囲む絶縁体２９が働き、もう１つには、拡張された補助リム２２の（半径方向）内側の周面に位置する絶縁体ブロック２５が働く。機械的な接続体１８ｂが吸収した遠心力は、この機械的な接続体１８ｂから、拡張された補助リム２２に伝達される。力伝達は、接続体１８ａ，１８ｂの、互いに直交して配置された端部を介して、引き続き、絶縁体ブロック２５ひいては拡張された補助リム２２の内面へと行われる。

この手段によって、両接続体１８ａ，１８ｂが剪断を介してプレスボルト２３に直接結合されている場合に生じる恐れがある、このボルト２３に加えられる付加的な大きな半径方向の力が回避される。巻線オーバハング接続部材２０の所要の接線方向の長さに相応して、この巻線オーバハング接続部材２０は１つ以上の機械的な接続体１８ｂによって支持される。接続体１８ａ，１８ｂの重量によってロータに不平衡が生じないようにするために、全周に分配されて、機械的な機能も電気的な機能も有していない「ダミー接続体」が設けられてもよい。

ほんの小さな電流が送電されさえすればよい場合には、このことは、上述した機械的な接続体１８ｂを介して行われるだけでよい。しかし、電流が大きくなり、これに相俟った損失が生じるような場合には、機械的な接続体１８ｂが過熱される恐れがある。この理由から、実際の送電のために、好ましくは電気的な接続体１８ａが設けられている。この電気的な接続体１８ａは、機械的な接続体１８ｂも送電に寄与する場合、この機械的な接続体１８ｂに対して電気的に並列に接続されている。電気的な接続体１８ａは、拡張された補助リム２２の外側に延在していて（図２参照）、したがって、良好に冷却されている。回転によって、電気的な接続体１８ａにも機械的な力が生じる。しかし、電気的な接続体１８ａは、機械的な接続体１８ｂと異なり、付加的な力を吸収する必要がなく、したがって、機械的な接続体１８ｂに比べて、機械的に低い耐荷性を有するものの良導電性の材料、たとえば銅から成っていてよい。電気的な接続体１８ａは（半径方向）内側で直角に折り曲げられており、これによって、生じた遠心力が絶縁体ブロック２５を介して、拡張された補助リム２２の内面に伝達されるようになっている。軸方向では、電気的な接続体１８ａは、外側に位置するエンドプレート２４によって位置固定されている。

両接続体１８ａ，１８ｂは、拡張された補助リム２２の（半径方向）内側で接続体接続部材２６（図３参照）によって電気的に接続される。この接続体接続部材２６に生じた遠心力は、拡張された補助リム２２によって受け止められる。このためには、この拡張された補助リム２２が、別の絶縁体ブロックを介して半径方向で支持される。接続体接続部材２６は、固有のシャフト給電体２８に対するコンタクトを成すフレキシブルな移行片２７に電気的に接続されている。

シャフト給電体２８は、シャフト１１ａ内の導体（図示せず）に接続されていて、非同期機の星形ロータのアームに固く組み付けられている。積層されたロータ積層鉄心１２は運転中に膨張することがあるので、シャフト給電体２８と接続体１８ａ，１８ｂとの間に半径方向でフレキシブルな結合が必要となる。この役割は、フレキシブルな移行片２７によって引き受けられる。このために、この移行片２７は、図３に示したように、Ｕ字形に形成することができる。必要な場合には、フレキシブルな移行片２７が個々の薄板から形成されていてもよく、これによって、付加的なフレキシビリティが達成される。移行片２７に機械的に高い負荷はかけられていない。なぜならば、シャフト給電体２８が、星形ロータアームによって支持され、接続体接続部材２６が、拡張された補助リム２２によって支持されるからである。したがって、移行片２７は、機械的に高い耐荷性を有していないものの良導電性の材料、たとえば銅から成っていてよい。

１０ 非同期機
１１ 中心体
１１ａ シャフト
１２ ロータ積層鉄心
１３ 補助リム
１４ ロータ巻線オーバハング
１５ ステータ積層鉄心
１６ ステータ巻線オーバハング
１７ スリップリング
１８ ロータ給電体（接続体）
１８ａ 電気的な接続体
１８ｂ 機械的な接続体
１９ 機械軸線
２０ 巻線オーバハング接続部材
２１ （スリップリングへの）導出部材
２２ 拡張された補助リム
２３ ボルト
２４ エンドプレート
２５ 絶縁体ブロック
２６ 接続体接続部材
２７ 移行片（フレキシブル）
２８ シャフト給電体
２９ 絶縁体

Claims (18)

1. 回転する電気機械であって、該回転する電気機械が、機械軸線（１９）を中心として回転する、ステータ（１５，１６）により同心的に取り囲まれたロータ（１１，１１ａ，１２，１４）を有しており、該ロータ（１１，１１ａ，１２，１４）が、シャフト（１１ａ）とロータ積層鉄心（１２）とを備えており、該ロータ積層鉄心（１２）が、外寄りに配置されたロータ巻線を支持しており、該ロータ巻線が、接続体（１８）を介して、内寄りでシャフト（１１ａ）の端部に配置されたスリップリング（１７）に接続されており、接続体（１８）が、遠心加速により生じた力を吸収するために、前記シャフト（１１ａ）に対して直交して延びる、導電性の材料から成る機械的な接続体（１８ｂ）を有しており、該機械的な接続体（１８ｂ）が、一方では、ロータ巻線のロータ巻線オーバハング（１４）に接続されていて、他方では、前記ロータ積層鉄心（１２）に設けられた補助リム（１３，２２）に支持されている回転する電気機械において、実際の送電のために、前記機械的な接続体（１８ｂ）に対して電気的に並列に接続された付加的な電気的な接続体（１８ａ）が設けられていることを特徴とする、回転する電気機械。
2. 前記機械的な接続体（１８ｂ）が、前記ロータ巻線の前記ロータ巻線オーバハング（１４）には、巻線オーバハング接続部材（２０）を介して接続されていて、補助リム（１３）には、拡張された補助リム（２２）を介して支持されており、該拡張された補助リム（２２）が、前記補助リム（１３）を軸方向で拡張していて、積層された金属薄板から成っていて、１つの閉じられたリングを形成している、請求項１記載の回転する電気機械。
3. 前記機械的な接続体（１８ｂ）が、巻線オーバハング接続部材（２０）と同じ軸方向高さに位置している、請求項１または２記載の回転する電気機械。
4. 前記機械的な接続体（１８ｂ）における曲げ応力を回避するために、該機械的な接続体（１８ｂ）が、補助リム（１３）にボルト（２３）を介して結合された前記拡張された補助リム（２２）を半径方向で横断している、請求項２記載の回転する電気機械。
5. 前記機械的な接続体（１８ｂ）が、機械的に高い耐荷性を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の回転する電気機械。
6. 前記機械的な接続体（１８ｂ）が、鋼から成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載の回転する電気機械。
7. 前記機械的な接続体（１８ｂ）が、前記ロータ巻線オーバハング（１４）もしくは巻線オーバハング接続部材（２０）に電気的にも接続されている、請求項５または６記載の回転する電気機械。
8. 前記機械的な接続体（１８ｂ）が、該機械的な接続体（１８ｂ）を取り囲む絶縁体（２９）によって電気的に絶縁されており、該機械的な接続体（１８ｂ）が吸収する遠心力が、該機械的な接続体（１８ｂ）の、直角に配置された端部と、補助リム（１３）の内面もしくは拡張された補助リム（２２）の内面に配置された絶縁体ブロック（２５）とを介して、前記補助リム（１３）もしくは前記拡張された補助リム（２２）に伝達されるようになっている、請求項７記載の回転する電気機械。
9. 前記電気的な接続体（１８ａ）が、より良好な冷却のために、補助リム（１３）もしくは拡張された補助リム（２２）の外側に延在している、請求項１記載の回転する電気機械。
10. 前記電気的な接続体（１８ａ）が、機械的に低い耐荷性を有するものの良導電性の材料から成っている、請求項９記載の回転する電気機械。
11. 前記電気的な接続体（１８ａ）が、銅から成っている、請求項１０記載の回転する電気機械。
12. 前記電気的な接続体（１８ａ）が、内側で直角に折り曲げられており、これによって、生じた遠心力が、絶縁体ブロック（２５）を介して前記補助リム（１３）の内面もしくは前記拡張された補助リム（２２）の内面に伝達されるようになっており、前記電気的な接続体（１８ａ）が、外側に位置するエンドプレート（２４）によって軸方向で位置固定されている、請求項９記載の回転する電気機械。
13. 前記電気的な接続体（１８ａ）と前記機械的な接続体（１８ｂ）とが、接続体接続部材（２６）によって電気的に接続されており、該接続体接続部材（２６）が、シャフト（１１ａ）に配置されたシャフト給電体（２８）に対するコンタクトを成すフレキシブルな移行片（２７）に電気的に接続されている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の回転する電気機械。
14. 前記フレキシブルな移行片（２７）が、Ｕ字形に形成されている、請求項１３記載の回転する電気機械。
15. 前記フレキシブルな移行片（２７）が、個々の薄板から形成されている、請求項１３記載の回転する電気機械。
16. 前記移行片（２７）が、機械的に高い耐荷性を有していないものの良導電性の材料から成っている、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の回転する電気機械。
17. 前記移行片（２７）が、銅から成っている、請求項１６記載の回転する電気機械。
18. 前記回転する電気機械が、２０ＭＶＡ〜５００ＭＶＡの出力範囲内の二重給電式の非同期機（１０）である、請求項１から１７までのいずれか１項記載の回転する電気機械。

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