JP7130132B2 - 回転電機の回転子及びその改修方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転子コアのスロット内に回転子巻線、絶縁物、ダンパーバー、及び楔部材が挿入されている回転電機の回転子、及びその回転子の改修方法に関するものである。

従来の回転電機の回転子では、界磁巻線は、回転子コアに設けられたスロットに挿入されている。スロットには、界磁巻線以外にも、ダンパーバー、絶縁物、及び楔部材が挿入されている。

ダンパーバーには、電機子巻線からの磁束により誘起された渦電流が流れる。絶縁物は、ダンパーバーと界磁巻線との間を電気的に絶縁する。楔部材は、スロット内容物の飛散を防止する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－８６６８５号公報

上記のような従来の回転子では、界磁巻線に対して回転子コアの半径方向外側に絶縁物、ダンパーバー、及び楔部材が配置されているため、界磁巻線と、電機子に設けられた電機子巻線との間の距離が大きくなる。これにより、界磁巻線で発生した磁束の一部が電機子巻線に鎖交しなくなり、回転子コアでの磁束の損失が大きくなる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、回転子コアでの磁束の損失を低減することができる回転電機の回転子、及びその回転子の改修方法を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機の回転子は、スロットが設けられている回転子コア、スロットに挿入されている回転子巻線、回転子巻線に対して回転子コアの半径方向外側でスロットに挿入されており、導電性を有しているダンパーバー、回転子巻線とダンパーバーとの間に配置されており、回転子巻線とダンパーバーとの間を電気的に絶縁する絶縁物、及びダンパーバーに対して回転子コアの半径方向外側でスロットに挿入されており、回転子巻線、絶縁物、及びダンパーバーをスロット内に保持する楔部材を備え、回転子コアの軸線に直交する断面を見たとき、スロットは、回転子巻線が挿入されている巻線挿入部と、楔部材のダンパーバー側の端部が配置されている拡幅部とを有しており、拡幅部の幅寸法は、巻線挿入部の幅寸法よりも大きくなっており、巻線挿入部の拡幅部側の端部の両側には、一対の段部が形成されており、楔部材は、一対の段部に間隔をおいて対向しており、絶縁物は、回転子巻線とダンパーバーとの間に配置されている絶縁物本体と、楔部材と一対の段部との間の空間の少なくとも一部に配置されており、回転子コアの周方向へのダンパーバーの移動を抑制する拡張部とを有しており、段部と楔部材との間の距離をＬ１、回転子コアの半径方向の拡張部の厚さ寸法をｔ１としたとき、Ｌ１＞ｔ１であり、回転子コアの半径方向のダンパーバーの厚さ寸法をｔ４、拡張部の、絶縁物本体よりも回転子コアの半径方向外側に位置する部分の厚さ寸法をｔ２としたとき、ｔ４＞ｔ２であり、（Ｌ１－ｔ１）＜ｔ４である。
この発明に係る回転電機の回転子の改修方法は、スロットが設けられている回転子コア、スロットに挿入されている回転子巻線、回転子巻線に対して回転子コアの半径方向外側でスロットに挿入されており、導電性を有しているダンパーバー、回転子巻線とダンパーバーとの間に配置されており、回転子巻線とダンパーバーとの間を電気的に絶縁する既設の絶縁物、及びダンパーバーに対して回転子コアの半径方向外側でスロットに挿入されており、回転子巻線、既設の絶縁物、及びダンパーバーをスロット内に保持する既設の楔部材を備えている回転電機の回転子の改修方法であって、既設の楔部材を薄型の楔部材と交換し、既設の絶縁物を新たな絶縁物に交換し、スロットにおける回転子巻線の総断面積を増大させる工程を含み、新たな絶縁物は、回転子巻線とダンパーバーとの間に配置されている絶縁物本体と、既設の楔部材を薄型の楔部材と交換することによりスロット内に生じる空間に配置され、回転子コアの周方向へのダンパーバーの移動を抑制する拡張部とを有している。

この発明によれば、回転子コアでの磁束の損失を低減することができる。

この発明の実施の形態１による回転電機の縦断面図である。 図１の回転子の要部を示す斜視図である。 図１の回転子の要部を図２とは異なる方向から見た分解斜視図である。 実施の形態１による回転子の改修前のスロット内の構造の第１例を示す縦断面図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿う横断面図である。 実施の形態１による回転子の改修前のスロット内の構造の第２例を示す縦断面図である。 図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う横断面図である。 図５の第３楔部材を薄型の第３楔部材に交換した状態を示す横断面図である。 実施の形態１による回転子の改修後のスロット内の構造を示す横断面図である。 図９の要部を拡大して示す横断面図である。 図１０の絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。 図１２の絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。 図１４の絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４による絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５による絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態６による絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態７による絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態８による絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態９による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。 図２１の絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１０による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。 図２３の絶縁物を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１１による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。 図２５の絶縁物を示す斜視図である。 図２５のダンパーバーを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１２による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機の縦断面図であり、回転軸の軸心に沿う断面を示している。図において、回転電機は、フレーム１、回転軸２、回転子３、固定子である電機子４、及びガスクーラー５を有している。

回転軸２は、フレーム１に回転可能に支持されている。また、回転軸２は、図示しない原動機に接続されている。原動機は、回転軸２に回転力を付与する。回転子３は、回転軸２に固定されており、回転軸２を中心として回転軸２と一体に回転する。

電機子４は、フレーム１に保持されている。また、電機子４は、電機子コア６と、固定子巻線としての電機子巻線７とを有している。電機子コア６は、回転子３との間に隙間を介して、回転子３を取り囲んでいる。図１では、隙間を省略している。また、電機子コア６は、回転子３と同軸に配置されている。

電機子巻線７は、電機子コア６に保持されている。回転子３が回転することにより、電機子巻線７に回転磁界が与えられる。これにより、電機子巻線７に起電力が発生する。即ち、電機子巻線７は、回転子３からの磁束が鎖交することにより、出力電流を発生する。実施の形態１の回転電機は、発電機として動作する。

フレーム１内には、回転子３及び電機子４の発熱を抑えるための冷媒が入れられている。冷媒としては、空気又は水素が用いられている。ガスクーラー５は、フレーム１内に設けられており、フレーム１内の冷媒を冷却する。

図２は、図１の回転子３の要部を示す斜視図である。また、図３は、図１の回転子３の要部を図２とは異なる方向から見た分解斜視図である。回転子３は、円筒状の回転子コア１１、回転子巻線としての複数の界磁巻線１２、複数の絶縁物１３、複数のダンパーバー１４、複数の第１楔部材１５、複数の第２楔部材１６、複数の第３楔部材１７、及び一対の保持環１８を有している。

回転子コア１１は、回転軸２に固定されている。回転軸２は、回転子コア１１を貫通している。回転子コア１１の外周部には、複数の直線状のスロット１１ａが設けられている。複数のスロット１１ａは、回転子コア１１の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。回転子コア１１の周方向は、回転子コア１１の回転方向である。

また、各スロット１１ａは、回転子コア１１の軸方向に沿って、回転子コア１１の全長に渡って連続して設けられている。回転子コア１１の軸方向は、回転軸２の軸心に平行な方向である。また、各スロット１１ａは、回転子コア１１の外周面で開口している。

複数の界磁巻線１２、複数の絶縁物１３、複数のダンパーバー１４、複数の第１楔部材１５、複数の第２楔部材１６、及び複数の第３楔部材１７は、それぞれ対応するスロット１１ａに挿入されている。

複数の第１楔部材１５は、それぞれ回転子コア１１の軸方向の中央に配置されている。複数の第２楔部材１６は、回転子コア１１の軸方向両端部に配置されている。第１楔部材１５と第２楔部材１６との間には、それぞれ複数の第３楔部材１７が配置されている。

複数の第１楔部材１５、複数の第２楔部材１６、及び複数の第３楔部材１７は、それぞれ対応するスロット１１ａに挿入されている内容物の遠心力による飛び出しを阻止している。即ち、楔部材１５，１６，１７は、界磁巻線１２、絶縁物１３、及びダンパーバー１４をスロット１１ａ内に保持する。

回転子コア１１の軸方向両端部には、図示しない結合構造がそれぞれ設けられている。各結合構造は、複数の界磁巻線１２を結合する。一対の保持環１８は、回転子コア１１の軸方向両端部に設けられている。各保持環１８は、対応する結合構造の遠心力による変形を抑制する。また、各保持環１８は、導電性を有する材料により構成されている。

図４は、実施の形態１による回転子３の改修前のスロット１１ａ内の構造の第１例を示す縦断面図であり、図４の左端は、回転子３の軸方向の中央である。図５は、図４のＶ－Ｖ線に沿う横断面図であり、回転軸２の軸心に直交する断面を示している。

回転子コア１１の軸線に直交する断面を見たとき、スロット１１ａは、巻線挿入部１１ｂと、拡幅部１１ｃと、開口部１１ｄとを有している。巻線挿入部１１ｂ、拡幅部１１ｃ、及び開口部１１ｄは、回転子コア１１の半径方向内側から外側へ向けて連続して配置されている。回転子コア１１の半径方向は、回転子コア１１の軸線に直交する方向である。

拡幅部１１ｃの幅寸法は、巻線挿入部１１ｂの幅寸法及び開口部１１ｄの幅寸法よりも大きくなっている。これにより、巻線挿入部１１ｂの拡幅部１１ｃ側の端部の両側には、一対の段部１１ｅが形成されている。

巻線挿入部１１ｂには、対応する界磁巻線１２、対応する複数の絶縁物１３、及び対応する複数のダンパーバー１４が挿入されている。

拡幅部１１ｃ及び開口部１１ｄには、対応する第１楔部材１５、対応する一対の第２楔部材１６、及び対応する複数の第３楔部材１７が挿入されている。拡幅部１１ｃには、各楔部材１５，１６，１７のダンパーバー１４側の端部が配置されている。開口部１１ｄには、各楔部材１５，１６，１７のダンパーバー１４とは反対側の端部が配置されている。

ダンパーバー１４は、界磁巻線１２に対して、回転子コア１１の半径方向外側でスロット１１ａに挿入されている。絶縁物１３は、界磁巻線１２とダンパーバー１４との間に配置されている。また、絶縁物１３は、界磁巻線１２とダンパーバー１４との間を電気的に絶縁する。

楔部材１５，１６，１７は、ダンパーバー１４に対して、回転子コア１１の半径方向外側でスロット１１ａに挿入されている。

各ダンパーバー１４は、導電性を有する材料により構成されている。ダンパーバー１４は、回転子コア１１の軸方向中央部には、配置されていない。

第１楔部材１５は、回転子コア１１の軸方向に分離して配置されている一対のダンパーバー１４に接し、一対のダンパーバー１４間を電気的に短絡している。第２楔部材１６は、ダンパーバー１４と保持環１８とに接し、ダンパーバー１４と保持環１８とを電気的に短絡している。

これにより、電機子巻線７からの磁束により誘起されて、軸方向他側に配置されているダンパーバー１４を流れる渦電流が、図４の矢印で示すように、第１楔部材１５を通って、軸方向一側に配置されているダンパーバー１４に流れる。さらに、ダンパーバー１４を流れる渦電流が、第２楔部材１６を通って保持環１８に流れる。

保持環１８に流れた渦電流は、保持環１８から他のスロット１１ａ内に配置されている第２楔部材１６を通ってダンパーバー１４に流れる。これにより、回転子コア１１内に保持環１８を介した渦電流の経路が形成され、第１楔部材１５及び第２楔部材１６を含めた回転子３の渦電流による発熱が抑制される。

このように、第１楔部材１５及び第２楔部材１６には、高い導電性が求められる。このため、第１楔部材１５及び第２楔部材１６は、導電性の高い金属、例えばＢｅＣｕ合金で作製されている。

第１楔部材１５及び第２楔部材１６に必要な導電率は、導電率の基準ＩＡＣＳ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｎｎｅａｌｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｔａｎｒａｅｄ）によれば、２０％ＩＡＣＳである。

一方、第３楔部材１７には、導電性が求められていない。このため、第３楔部材１７は、高強度の非磁性材、例えばステンレス鋼で作製される。

第３楔部材１７に必要な材料強度は、０．２％耐力により規定され、１９６ＭＰａ以上である。これにより、第３楔部材１７は、電機子巻線７からの磁束により発熱することが抑制されている。

界磁巻線１２内には、複数の軸方向通風路１９が回転子コア１１の軸方向に沿って設けられている。また、複数の軸方向通風路１９は、回転子コア１１の半径方向に互いに間隔をおいて配置されている。

スロット１１ａ内には、複数の半径方向通風路２１が回転子コア１１の半径方向に沿って設けられている。複数の半径方向通風路２１は、回転子コア１１の軸方向に互いに間隔をおいて配置されている。また、各半径方向通風路２１は、対応する第１楔部材１５、対応する絶縁物１３、及び対応する複数の界磁巻線１２を貫通しており、複数の軸方向通風路１９と回転子３の外部とを繋いでいる。

第１例の回転子３の通風形式は、半径方向通風路２１の数よりも軸方向通風路１９の数が多い軸方向通風形式である。

図６は、実施の形態１による回転子３の改修前のスロット１１ａ内の構造の第２例を示す縦断面図である。また、図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う横断面図である。第２例では、軸方向通風路１９がスロット１１ａの底部のみに設けられている。軸方向通風路１９は、断面Ｕ字形のチャネル部材２２により形成されている。

半径方向通風路２１は、回転子コア１１の軸方向における第２楔部材１６の位置及び第３楔部材１７の位置にも配置されている。他の構成は、第１例と同様である。

第２例の回転子３の通風形式は、軸方向通風路１９の数よりも半径方向通風路２１の数が多い半径方向通風形式である。

実施の形態１による回転子３は、半径方向通風形式、軸方向通風形式のどちらにも適用できるが、以下では、軸方向通風形式に適用する場合について説明する。なお、他の実施の形態による回転子３も、半径方向通風形式、軸方向通風形式のどちらにも適用できる。

図８は、図５の第３楔部材１７を、薄型の第３楔部材３１に交換した状態を示す横断面図である。図８では、薄型の第３楔部材３１を用いることにより、ダンパーバー１４が拡幅部１１ｃに配置されている。また、一対の段部１１ｅと第３楔部材３１との間に、一対の空間３０が形成されている。

このような構成では、ダンパーバー１４の両側に空間３０が存在するため、回転電機の起動時及び停止時に、回転子コア１１の周方向へダンパーバー１４が移動する恐れがある。ダンパーバー１４が移動した場合、界磁巻線１２の遠心力がダンパーバー１４を介して第３楔部材３１に不均一に伝わる。

このため、ダンパーバー１４と第３楔部材３１との間で、局所加熱及び放電が生じる恐れがある。また、ダンパーバー１４が繰り返し変形することで、ダンパーバー１４が破断する恐れがある

図９は、実施の形態１による回転子３の改修後のスロット１１ａ内の構造を示す横断面図である。図１０は、図９の要部を拡大して示す横断面図である。

実施の形態１では、図５の第３楔部材１７が薄型の第３楔部材３１に交換されている。図示はしないが、第１及び第２楔部材１５，１６は、それぞれ薄型の第１及び第２楔部材に交換されている。薄型の第１及び第２楔部材の断面形状は、第３楔部材３１と同様である。

また、図５の絶縁物１３は、絶縁物３２に交換されている。また、巻線挿入部１１ｂにおける界磁巻線１２の総断面積が、増大されている。

実施の形態１の絶縁物３２は、絶縁物本体３２ａと、一対の拡張部３２ｂとを有している。絶縁物本体３２ａは、界磁巻線１２とダンパーバー１４との間に配置されている。また、絶縁物本体３２ａは、界磁巻線１２とダンパーバー１４とに接している。また、絶縁物本体３２ａは、巻線挿入部１１ｂと拡幅部１１ｃとに跨って配置されている。

一対の拡張部３２ｂは、図８における一対の空間３０にそれぞれ配置されている。即ち、一対の拡張部３２ｂは、第３楔部材３１と一対の段部１１ｅとの間にそれぞれ配置されている。

また、一対の拡張部３２ｂは、ダンパーバー１４の幅方向の両側に配置されており、回転子コア１１の周方向へのダンパーバー１４の移動を抑制する。ダンパーバー１４の幅方向は、図９の左右方向である。

図１１は、図１０の絶縁物３２を示す斜視図である。絶縁物本体３２ａと、一対の拡張部３２ｂとは、一体物、即ち１部品として構成されている。一対の拡張部３２ｂの間には、回転子コア１１の軸方向に沿ってバー収容溝３２ｃが設けられている。バー収容溝３２ｃには、ダンパーバー１４が収容される。このため、バー収容溝３２ｃの幅寸法は、ダンパーバー１４の幅寸法よりも僅かに大きい。

絶縁物３２の材料としては、電気絶縁性を有し、かつ剛性及び強度の高い複合材、例えば、ガラス繊維強化プラスチック、紙フェノールプラスチック、又はアラミド繊維強化プラスチックが用いられる。

絶縁物３２の材料として、カーボン繊維強化プラスチックを使用する場合、導電性の高いカーボンが磨耗粉に含まれるため、絶縁物３２の外周を被覆体で覆うことが好ましい。被覆体の材料としては、プラスチック、磨耗しても導電性の物質が発生しないガラス繊維強化プラスチック等を用いることができる。

回転子コア１１の半径方向についての絶縁物３２の各部の寸法は、以下の条件１～４を満たす必要がある。

条件１：図８に示す段部１１ｅと第３楔部材３１との間の距離Ｌ１＞図１１に示す拡張部３２ｂの厚さ寸法ｔ１

条件２：図１０に示すダンパーバー１４の厚さ寸法ｔ４＞図１１に示す厚さ寸法ｔ２
厚さ寸法ｔ２は、拡張部３２ｂの、絶縁物本体３２ａよりも回転子コア１１の半径方向外側に位置する部分の厚さ寸法であり、バー収容溝３２ｃの深さと同じである。

条件３：（図８に示す距離Ｌ１－図１１に示す拡張部３２ｂの厚さ寸法ｔ１）＜図１０に示すダンパーバー１４の厚さ寸法ｔ４

条件４：図１０に示す距離Ｌ２＜図１１に示す厚さ寸法ｔ３
距離Ｌ２は、巻線挿入部１１ｂと拡幅部１１ｃとの境界から、界磁巻線１２までの距離である。また、厚さ寸法ｔ３は、絶縁物本体３２ａの、拡張部３２ｂよりも回転子コア１１の半径方向内側に位置する部分の厚さ寸法である。

条件１は、絶縁物３２が第３楔部材３１に直接接触しないための条件である。また、条件２は、ダンパーバー１４が絶縁物３２よりも先に第３楔部材３１に接触するための条件である。

これらの条件１、２によって、第３楔部材３１を回転子コア１１に組み付けた際に生じる押し付け力は、ダンパーバー１４及び絶縁物本体３２ａを介して界磁巻線１２に伝えられる。

条件３は、ダンパーバー１４が絶縁物３２により回転子コア１１の周方向へ移動されないために必要な条件である。また、条件３は、第３楔部材３１と拡張部３２ｂとの間の隙間が、ダンパーバー１４の厚さ寸法よりも小さいことを示している。

条件４は、第３楔部材３１による押し付け力をダンパーバー１４が受けた際に、絶縁物３２と段部１１ｅとで荷重分担をせずに、全ての荷重を界磁巻線１２に伝えるための条件である。

上記の条件１～４を満足することで、第３楔部材３１を回転子コア１１に組み付ける際に管理していた力の管理を、変更することなく、第３楔部材３１により界磁巻線１２を保持することができる。

上記のように、実施の形態１の回転子３の改修方法では、複数の既設の第１楔部材１５、複数の既設の第２楔部材１６、及び複数の既設の第３楔部材１７が、それぞれ複数の薄型の第１楔部材、複数の薄型の第２楔部材、及び複数の薄型の第３楔部材３１に交換される。

また、実施の形態１の回転子３の改修方法では、複数の既設の絶縁物１３が、それぞれ新たな絶縁物３２に交換される。新たな絶縁物３２の一対の拡張部３２ｂは、楔部材交換によりスロット１１ａ内に生じる一対の空間３０にそれぞれ配置される。

また、実施の形態１の回転子３の改修方法では、スロット１１ａにおける界磁巻線１２の総断面積が増大される。

このような回転電機の回転子３及び回転子３の改修方法では、薄型の第１楔部材、薄型の第２楔部材、及び薄型の第３楔部材３１が用いられている。これにより、界磁巻線１２から電機子巻線７までの距離を短くすることができ、回転子コア１１での磁束の損失を低減することができる。

また、回転子コア１１の周方向へのダンパーバー１４の移動が、一対の拡張部３２ｂにより抑制される。このため、第１楔部材、第２楔部材、及び第３楔部材３１とダンパーバー１４との間に、局所的な加熱及び放電が生じることが抑制される。また、ダンパーバー１４の破損を抑制することができる。これにより、回転電機の信頼性を向上させることができる。

また、絶縁物３２に使用される材料は、ダンパーバー１４、第１楔部材、第２楔部材、及び第３楔部材３１に使用される材料よりも軽量である。このため、絶縁物本体３２ａに一対の拡張部３２ｂを追加しても、第１楔部材、第２楔部材、及び第３楔部材３１に加わる遠心力の増加が少ない。

また、絶縁物３２を使用することで、既に稼働している発電機に対して、楔部材を薄型化する改修工事を、発電所で実施することもできる。

実施の形態２．
次に、図１２は、この発明の実施の形態２による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。また、図１３は、図１２の絶縁物３２を示す斜視図である。

絶縁物本体３２ａの第３楔部材３１に対向する面には、一対の逃がし溝３２ｄが設けられている。一対の逃がし溝３２ｄは、それぞれ絶縁物本体３２ａと一対の拡張部３２ｂとの境界部分に設けられている。これにより、実施の形態１に比べて、絶縁物３２とダンパーバー１４との接触面積が小さくなっている。

一対の逃がし溝３２ｄは、回転子コア１１の軸方向に沿って、絶縁物３２の全長に渡って連続して設けられている。他の構成及び改修方法は、実施の形態１と同様である。

第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１を回転子コア１１に組み付ける際の力を調整するために、回転子コア１１の半径方向の絶縁物本体３２ａの厚さを調整することがある。絶縁物本体３２ａの厚さを調整する場合、絶縁物本体３２ａのダンパーバー１４に接触する面、即ちバー収容溝３２ｃの底面が切削される。

実施の形態２では、絶縁物本体３２ａを切削する際、一対の逃がし溝３２ｄに工具を逃がすことができ、ダンパーバー１４に接触する面全体を均一に切削することができる。このため、絶縁物本体３２ａの厚さ調整を容易に行うことができる。

実施の形態３．
次に、図１４は、この発明の実施の形態３による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。また、図１５は、図１４の絶縁物３２を示す斜視図である。

一対の拡張部３２ｂの絶縁物本体３２ａとの境界部分には、一対の逃がし溝３２ｅが設けられている。実施の形態３の各逃がし溝３２ｅは、拡張部３２ｂに入り込んでいる。また、各逃がし溝３２ｅの底面が拡張部３２ｂに位置している。そして、各逃がし溝３２ｅの底面と、絶縁物本体３２ａのダンパーバー１４に接触する面との間に傾斜面が形成されている。

各逃がし溝３２ｅの拡張部３２ｂに入り込んでいる部分の底面に対向する面は、絶縁物本体３２ａのダンパーバー１４に接触する面よりも、回転子コア１１の半径方向外側に位置している。

一対の逃がし溝３２ｅは、回転子コア１１の軸方向に沿って、絶縁物３２の全長に渡って連続して設けられている。他の構成及び改修方法は、実施の形態２と同様である。

このような絶縁物３２では、絶縁物本体３２ａの切削作業をさらに容易に行うことができ、絶縁物本体３２ａの厚さ調整をさらに容易に行うことができる。

実施の形態４．
次に、図１６は、この発明の実施の形態４による絶縁物３２を示す斜視図である。実施の形態１では、一対の拡張部３２ｂが、回転子コア１１の軸方向に沿って絶縁物３２の全体に渡って設けられている。これに対して、実施の形態４では、一対の拡張部３２ｂは、回転子コア１１の軸方向の絶縁物３２の一部のみに設けられている。

このため、回転子コア１１の軸方向の絶縁物３２の両端部に、拡張部３２ｂのない部分が存在している。拡張部３２ｂが設けられていない部分には、それぞれ平板状のフランジ部３２ｆが設けられている。各フランジ部３２ｆは、回転子コア１１の周方向の絶縁物本体３２ａの両端部から突出している。

各フランジ部３２ｆは、段部１１ｅと、第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１との間に配置されている。フランジ部３２ｆの第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１に対向する面は、絶縁物本体３２ａのダンパーバー１４と接触する面と面一である。他の構成及び改修方法は、実施の形態１と同様である。

このような絶縁物３２では、絶縁物本体３２ａの厚さを調整する場合、加工始め及び加工終わりに、拡張部３２ｂが設けられていない部分に工具を逃がすことができる。これにより、絶縁物本体３２ａの切削作業を容易に行うことができ、絶縁物本体３２ａの厚さ調整を容易に行うことができる。

実施の形態５．
次に、図１７は、この発明の実施の形態５による絶縁物３２を示す斜視図である。実施の形態５は、実施の形態４と実施の形態２とを組み合わせたものである。即ち、実施の形態５では、実施の形態４で示した絶縁物３２に、実施の形態２で示した逃がし溝３２ｄが設けられている。他の構成及び改修方法は、実施の形態４と同様である。

このような絶縁物３２では、絶縁物本体３２ａの切削作業をさらに容易に行うことができ、絶縁物本体３２ａの厚さ調整をさらに容易に行うことができる。

実施の形態６．
次に、図１８は、この発明の実施の形態６による絶縁物３２を示す斜視図である。実施の形態６は、実施の形態４と実施の形態３とを組み合わせたものである。即ち、実施の形態６では、実施の形態４で示した絶縁物３２に、実施の形態３で示した逃がし溝３２ｅが設けられている。他の構成及び改修方法は、実施の形態４と同様である。

このような絶縁物３２では、絶縁物本体３２ａの切削作業をさらに容易に行うことができ、絶縁物本体３２ａの厚さ調整をさらに容易に行うことができる。

実施の形態７．
次に、図１９は、この発明の実施の形態７による絶縁物３２を示す斜視図である。一対の拡張部３２ｂには、それぞれ逃がし溝３２ｇが設けられている。各逃がし溝３２ｇは、絶縁物本体３２ａのダンパーバー１４と接触する面上に開口している。

また、各逃がし溝３２ｇは、回転子コア１１の軸方向の拡張部３２ｂの全体に渡って連続して設けられている。他の構成及び改修方法は、実施の形態４と同様である。

このような絶縁物３２によっても、絶縁物本体３２ａの切削作業を容易に行うことができ、絶縁物本体３２ａの厚さ調整を容易に行うことができる。

なお、逃がし溝３２ｇは、実施の形態１の拡張部３２ｂに設けることもできる。

実施の形態８．
次に、図２０は、この発明の実施の形態８による絶縁物３２を示す斜視図である。実施の形態８では、回転子コア１１の軸方向の絶縁物３２の中間部にも、拡張部３２ｂが設けられていない部分が存在している。即ち、拡張部３２ｂは、回転子コア１１の軸方向に断続的に設けられている。

これにより、回転子コア１１の周方向の絶縁物３２の一側で、２つの拡張部３２ｂは、回転子コア１１の軸方向に互いに間隔をおいて配置されている。同様に、回転子コア１１の周方向の絶縁物３２の他側で、２つの拡張部３２ｂは、回転子コア１１の軸方向に互いに間隔をおいて配置されている。他の構成及び改修方法は、実施の形態４と同様である。

このような絶縁物３２によっても、絶縁物本体３２ａの切削作業を容易に行うことができ、絶縁物本体３２ａの厚さ調整を容易に行うことができる。また、実施の形態４と比べて、絶縁物３２の重量が削減されることから、第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１に加わる遠心力を低減することができる。

なお、実施の形態２～７の絶縁物３２について、実施の形態８と同様に、拡張部３２ｂを回転子コア１１の軸方向に断続的に設けてもよい。

実施の形態９．
次に、図２１は、この発明の実施の形態９による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。また、図２２は、図２１の絶縁物を示す斜視図である。実施の形態９の絶縁物３３は、絶縁物本体３４と、一対の拡張部３５とを有している。

絶縁物本体３４と、一対の拡張部３５とは、別部品で構成されている。即ち、実施の形態９の絶縁物３３は、３分割構造となっている。また、絶縁物本体３４と、一対の拡張部３５とは、例えば接着により一体化されている。一対の拡張部３５の間には、回転子コア１１の軸方向に沿ってバー収容溝３３ａが設けられている。他の構成及び改修方法は、実施の形態１と同様である。

このような絶縁物３３では、絶縁物本体３４に切削加工を施して絶縁物本体３４の厚さを調整した後、絶縁物本体３４と一対の拡張部３５とを一体化することができる。これにより、絶縁物本体３４の切削作業を容易に行うことができ、絶縁物本体３４の厚さ調整を容易に行うことができる。

なお、実施の形態２～８の絶縁物本体３２ａと一対の拡張部３２ｂとを、別部品で構成し、一体化してもよい。

実施の形態１０．
次に、図２３は、この発明の実施の形態１０による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。また、図２４は、図２３の絶縁物を示す斜視図である。実施の形態１０の絶縁物３６は、絶縁物本体３７と、第１拡張部３８と、第２拡張部３９とを有している。

第１拡張部３８は、一対の段部１１ｅのうちの一方と、第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１との間に配置されている。第２拡張部３９は、一対の段部１１ｅのうちの他方と、第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１との間に配置されている。

絶縁物本体３７と第１拡張部３８とは、１部品として構成されている。第２拡張部３９は、絶縁物本体３７とは別部品で構成されている。即ち、実施の形態１０の絶縁物３６は、２分割構造となっている。また、絶縁物本体３７と第２拡張部３９とは、例えば接着により一体化されている。第１拡張部３８と第２拡張部３９との間には、回転子コア１１の軸方向に沿ってバー収容溝３６ａが設けられている。他の構成及び改修方法は、実施の形態９と同様である。

このような絶縁物３６では、絶縁物本体３７に切削加工を施して絶縁物本体３７の厚さを調整した後、絶縁物本体３７と第２拡張部３９とを一体化することができる。これにより、絶縁物本体３７の切削作業を容易に行うことができ、絶縁物本体３７の厚さ調整を容易に行うことができる。

また、部品点数が実施の形態９よりも少ないため、組み立て作業が容易になる。

なお、実施の形態２～８の絶縁物本体３２ａと一方の拡張部３２ｂとを、別部品で構成し、一体化してもよい。

実施の形態１１．
次に、図２５は、この発明の実施の形態１１による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。また、図２６は、図２５の絶縁物を示す斜視図である。また、図２７は、図２５のダンパーバーを示す斜視図である。

実施の形態１１の絶縁物４１は、絶縁物本体４２と、拡張部４３とを有している。拡張部４３は、一対の段部１１ｅのうちの一方と、第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１との間に配置されている。拡張部４３は、回転子コア１１の周方向の絶縁物本体４２の一側のみに設けられている。絶縁物本体４２と拡張部４３とは、１部品として構成されている。

実施の形態１１のダンパーバー４４は、ダンパーバー本体４４ａと、厚肉部４４ｂとを有している。ダンパーバー本体４４ａは、絶縁物本体４２と、第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１との間に配置されている。

厚肉部４４ｂは、一対の段部１１ｅのうちの他方と、第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１との間に配置されている。回転子コア１１の半径方向の厚肉部４４ｂの厚さ寸法ｔ５は、回転子コア１１の半径方向のダンパーバー本体４４ａの厚さ寸法ｔ４よりも大きい。

ダンパーバー４４全体の断面積は、実施の形態１のダンパーバー１４の断面積と同等である。ダンパーバー本体４４ａの厚さ寸法は、実施の形態１のダンパーバー１４の厚さ寸法よりも小さい。他の構成及び改修方法は、実施の形態１と同様である。

このような構成では、拡張部４３が絶縁物本体４２の片側のみに設けられているので、絶縁物本体３７の切削作業を容易に行うことができ、絶縁物本体３７の厚さ調整を容易に行うことができる。

また、ダンパーバー４４について、一定の断面積を確保しようとした場合、厚肉部４４ｂの分だけ、ダンパーバー本体４４ａの厚さ寸法を小さくすることができる。これにより、界磁巻線１２の総断面積をさらに増大させ、損失をさらに低減することができる。

なお、実施の形態１１の絶縁物４１に、実施の形態２、３又は７に示したような逃がし溝を設けてもよい。

また、実施の形態１１の絶縁物４１に、実施の形態４又は８に示したような拡張部のない部分を存在させてもよい。

また、実施の形態１１の絶縁物本体４２と拡張部４３とを、別部品で構成し、一体化させてもよい。

実施の形態１２．
次に、図２８は、この発明の実施の形態１２による回転電機の回転子の要部を示す横断面図である。実施の形態１２の絶縁物４６は、絶縁物本体４６ａと、一対の拡張部４６ｂとを有している。絶縁物本体４６ａの界磁巻線１２とは反対側の面には、断面円弧状の凸部４６ｃが形成されている。

一対の拡張部４６ｂは、回転子コア１１の周方向の絶縁物本体４６ａの両端部から、第１楔部材、第２楔部材、又は第３楔部材３１に近付く方向へ斜めに突出している。また、一対の拡張部４６ｂは、回転子コア１１の周方向のダンパーバー４５の両端部に接している。

ダンパーバー４５には、断面円弧状の凹部４５ａが形成されている。組み付け初期は、一対の拡張部４６ｂがダンパーバー４５と接触する。その後、運転中の遠心力が絶縁物４６に加わると、凸部４６ｃが凹部４５ａに接触する。

回転子コア１１の周方向のダンパーバー４５の寸法は、同方向の絶縁物本体４６ａの寸法よりも大きくなっている。他の構成及び改修方法は、実施の形態１と同様である。

このような構成では、一対の拡張部４６ｂが絶縁物本体４６ａから斜めに突出している。このため、回転子コア１１の周方向のダンパーバー４５の寸法を、同方向の絶縁物本体４６ａの寸法よりも大きくすることができる。

これにより、ダンパーバー４５について、一定の断面積を確保しようとした場合、ダンパーバー４５の厚さ寸法を小さくすることができる。これにより、界磁巻線１２の総断面積をさらに増大させ、損失をさらに低減することができる。

なお、実施の形態１２について、ダンパーバーに凸部を形成し、絶縁物本体に凹部を形成してもよい。

また、実施の形態１～１２で示したような絶縁物は、必ずしも全ての薄型の楔部材の下に配置しなくてもよい。例えば、実施の形態１～１２で示したような絶縁物と、図８に示したような絶縁物１３とを、混合して用いてもよい。

また、上記実施の形態１～１２では、発電機について説明したが、この発明は、発電機に限定されず、電動機、発電電動機等の回転電機に適用できる。

３ 回転子、１１ 回転子コア、１１ａ スロット、１１ｂ 巻線挿入部、１１ｃ 拡幅部、１１ｅ 段部、１２ 界磁巻線（回転子巻線）、１３ 既設の絶縁物、１４，４４，４５ ダンパーバー、１５ 既設の第１楔部材、１６ 既設の第２楔部材、１７ 既設の第３楔部材、３０ 空間、３１ 薄型の第３楔部材、３２，３３，３６，４１，４６ 絶縁物、３２ａ，３４，３７，４２，４６ａ 絶縁物本体、３２ｂ，３５，４３，４６ｂ 拡張部、３２ｄ，３２ｅ，３２ｇ 逃がし溝、３８ 第１拡張部、３９ 第２拡張部、４４ａ ダンパーバー本体、４４ｂ 厚肉部、４５ａ 凹部、４６ｃ 凸部。

Claims (12)

1. スロットが設けられている回転子コア、
   前記スロットに挿入されている回転子巻線、
   前記回転子巻線に対して前記回転子コアの半径方向外側で前記スロットに挿入されており、導電性を有しているダンパーバー、
   前記回転子巻線と前記ダンパーバーとの間に配置されており、前記回転子巻線と前記ダンパーバーとの間を電気的に絶縁する絶縁物、及び
   前記ダンパーバーに対して前記回転子コアの半径方向外側で前記スロットに挿入されており、前記回転子巻線、前記絶縁物、及び前記ダンパーバーを前記スロット内に保持する楔部材
   を備え、
   前記回転子コアの軸線に直交する断面を見たとき、
   前記スロットは、前記回転子巻線が挿入されている巻線挿入部と、前記楔部材の前記ダンパーバー側の端部が配置されている拡幅部とを有しており、
   前記拡幅部の幅寸法は、前記巻線挿入部の幅寸法よりも大きくなっており、
   前記巻線挿入部の前記拡幅部側の端部の両側には、一対の段部が形成されており、
   前記楔部材は、前記一対の段部に間隔をおいて対向しており、
   前記絶縁物は、前記回転子巻線と前記ダンパーバーとの間に配置されている絶縁物本体と、前記楔部材と前記一対の段部との間の空間の少なくとも一部に配置されており、前記回転子コアの周方向への前記ダンパーバーの移動を抑制する拡張部とを有しており、
   前記段部と前記楔部材との間の距離をＬ１、前記回転子コアの半径方向の前記拡張部の厚さ寸法をｔ１としたとき、
   Ｌ１＞ｔ１であり、
   前記回転子コアの半径方向の前記ダンパーバーの厚さ寸法をｔ４、前記拡張部の、前記絶縁物本体よりも前記回転子コアの半径方向外側に位置する部分の厚さ寸法をｔ２としたとき、
   ｔ４＞ｔ２であり、（Ｌ１－ｔ１）＜ｔ４である回転電機の回転子。
2. 前記巻線挿入部と前記拡幅部との境界から前記回転子巻線までの距離をＬ２、前記絶縁物本体の、前記拡張部よりも前記回転子コアの半径方向内側に位置する部分の厚さ寸法をｔ３としたとき、Ｌ２＜ｔ３である請求項１記載の回転電機の回転子。
3. 前記絶縁物本体の前記楔部材に対向する面の前記拡張部との境界部分には、前記回転子コアの軸方向に沿って逃がし溝が設けられている請求項１又は請求項２に記載の回転電機の回転子。
4. 前記逃がし溝が前記拡張部に入り込んでおり、
   前記逃がし溝の底面と、前記絶縁物本体の前記ダンパーバーに接触する面との間には、傾斜面が形成されており、
   前記逃がし溝の前記拡張部に入り込んでいる部分の前記底面に対向する面は、前記絶縁物本体の前記ダンパーバーに接触する面よりも、前記回転子コアの半径方向外側に位置している請求項３記載の回転電機の回転子。
5. 前記拡張部には、前記絶縁物本体の前記ダンパーバーと接触する面上に開口している逃がし溝が設けられている請求項１又は請求項２に記載の回転電機の回転子。
6. 前記拡張部は、前記回転子コアの軸方向の前記絶縁物の一部のみに設けられている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
7. 前記拡張部は、前記回転子コアの軸方向に断続的に設けられている請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
8. 前記絶縁物本体と前記拡張部とは、別部品で構成され、一体化されている請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
9. 前記拡張部は、前記一対の段部のうちの一方と前記楔部材との間に配置されている第１拡張部と、前記一対の段部のうちの他方と前記楔部材との間に配置されている第２拡張部とを有しており、
   前記絶縁物本体と前記第１拡張部とは、１部品として構成されており、
   前記第２拡張部は、前記絶縁物本体とは別部品で構成され、前記絶縁物本体と一体化されている請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
10. 前記拡張部は、前記一対の段部のうちの一方と前記楔部材との間に配置されており、
    前記ダンパーバーは、前記絶縁物本体と前記楔部材との間に配置されているダンパーバー本体と、前記一対の段部のうちの他方と前記楔部材との間に配置されている厚肉部とを有しており、
    前記回転子コアの半径方向の前記厚肉部の厚さ寸法は、前記回転子コアの半径方向の前記ダンパーバー本体の厚さ寸法よりも大きい請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
11. 前記拡張部は、前記絶縁物本体から前記楔部材へ近付く方向へ斜めに突出し、前記回転子コアの周方向の前記ダンパーバーの両端部に接している一対の拡張部を有しており、
    前記絶縁物本体及び前記ダンパーバーのいずれか一方に、断面円弧状の凸部が形成されており、
    前記絶縁物本体及び前記ダンパーバーの他方に、前記凸部が接触する断面円弧状の凹部が形成されている請求項１記載の回転電機の回転子。
12. スロットが設けられている回転子コア、
    前記スロットに挿入されている回転子巻線、
    前記回転子巻線に対して前記回転子コアの半径方向外側で前記スロットに挿入されており、導電性を有しているダンパーバー、
    前記回転子巻線と前記ダンパーバーとの間に配置されており、前記回転子巻線と前記ダンパーバーとの間を電気的に絶縁する既設の絶縁物、及び
    前記ダンパーバーに対して前記回転子コアの半径方向外側で前記スロットに挿入されており、前記回転子巻線、前記既設の絶縁物、及び前記ダンパーバーを前記スロット内に保持する既設の楔部材
    を備えている回転電機の回転子の改修方法であって、
    前記既設の楔部材を薄型の楔部材と交換し、前記既設の絶縁物を新たな絶縁物に交換し、前記スロットにおける前記回転子巻線の総断面積を増大させる工程を含み、
    前記新たな絶縁物は、前記回転子巻線と前記ダンパーバーとの間に配置されている絶縁物本体と、前記既設の楔部材を前記薄型の楔部材と交換することにより前記スロット内に生じる空間に配置され、前記回転子コアの周方向への前記ダンパーバーの移動を抑制する拡張部とを有している回転電機の回転子の改修方法。

Images