JPH0568177B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は回転電機の回転子に関するものであ
る。

〔発明の背景〕 パワーエレクトロニクスの発達により、交流回
転電機の可変速運転が広く盛んに行なわれてい
る。特にコンプレツサーや高圧ポンプ、ブロワな
ど高速を必要とするものの中では、従来のタービ
ン駆動に代つて増速ギヤを必要とせず電動機を同
期速度以上の高速領域まで広範囲の速度で直接駆
動する高速電動機の要望が強い。

このように可変速運転される回転電機の中で、
固定子と回転子の双方から制御が可能な回転子側
にも巻線を持つた巻線形の回転子構造の回転電機
が広範囲で、かつ定トルク・定出力などの運転が
容易に行ない得る特徴を有している。この種巻線
形回転子の回転子鉄心から突出する巻線端部の支
持は、例えば実開昭54−155102号公報に示されて
いるように、巻線の外側をバインド線で固定する
のが一般に知られている。

ところでこのバインド線による固定ではバイン
ド線自体の信頼性、バインド線の固着用として用
いるバインダ類の剥離、バインド線間接続部など
機械強度上の問題から巻線端部の支持が十分に行
なえず、一般に高速回転には不向きである。ま
た、バインド線が巻線の外周を覆うので、これが
通風を遮断して巻線の温度上昇を大きくする等の
欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、
高速運転領域を拡げ大容量化を可能とした回転電
機の回転子を提供することを目的とするものであ
る。

〔発明の概要〕

すなわち本発明は回転軸と、この回転軸上に設
けられ、かつ固定子と所定の空隙を介して対向配
置された回転子鉄心と、この回転子鉄心の周方向
に所定ピツチで設けられた胴部溝内にその直線部
が装着された亀甲形の回転子巻線とを備え、前記
回転子巻線は上、下コイルおよび前記回転子鉄心
より突出した巻線端部を有している回転電機の回
転子において、前記巻線端部を周方向に電気角で
90度の範囲にわたつて階段状に形付けして形付け
部を形成すると共に、この形付け部に設けた軸方
向に伸びた端部直線部分を前記回転子鉄心の端部
に設けた端板の前記胴部溝と対応するように形成
した端部溝内に挿入し、かつこの端部溝内に挿入
した前記端部直線部分を前記端部溝および胴部溝
の開口部に挿入した楔で固定してなることを特徴
とするものであり、これによつて巻線端部は回転
子鉄心の端部に設けた端板に楔で固定されるよう
になる。

〔発明の実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明
する。第１図および第２図には本発明の一実施例
が示されている。同図に示されているように回転
電機は固定子１と回転子２とから構成されてい
る。固定子１は固定子巻線３、固定子鉄心４、固
定子フレーム５等から構成され、固定子鉄心４は
軸方向に所定の厚み毎に図中矢印表示の冷媒の流
路となるダクト６が形成されており、固定子巻線
３は固定子鉄心４に設けた溝内に固定されてい
る。一方、回転子２は固定子１と所定の空隙ｇを
介して対向配置され、回転軸７の両端は軸受８で
支持されている。この回転子２にはリム９やスポ
ーク１０を介して回転子鉄心１１が適当な厚み毎
に軸方向に積層され、回転子鉄心１１の胴部溝１
１ａ内には回転子巻線１２の直線部が挿入されて
いる。巻線形の回転子２には通常上、下コイル１
２ａ，１２ｂ、すなわち上、下の２層のコイルを
有する３相の回転子巻線１２が設けられ、その端
子は３個あるいは４個（中性点引出しの場合）の
コレクタリング１３と接続線を介して電気的に接
続される。このコレクタリング１３は外部電源回
路と接続されており、回転子巻線１２への電力の
供給あるいは回収を行ない、回転電機の速度や出
力、トルク等の制御が一般に行なわれる。そして
回転子巻線１２は回転子鉄心１１より突出した長
さl_eを有する巻線端部を備えている。すなわち回
転子巻線１２は回転子２の外周側に位置する上コ
イル１２ａと、内径側に位置する下コイル１２ｂ
とから形成される２層巻構造で、回転子鉄心１１
の胴部鉄心パケツト１１ｃの位置では上、下コイ
ル１２ａ，１２ｂは同一の胴部溝１１ａ内に収納
されている。なお第２図においてτ_pは巻線ピツチ
である。このように構成された回転電機の回転子
２で本実施例では長さl_eの巻線端部を周方向に電
気角で90度の範囲にわたつて階段状に形付けして
形付け部を形成すると共に、この形付け部に設け
た軸方向に伸びた長さl_sの端部直線部分を回転子
鉄心１１の端部に設けた端板、例えば積層鉄心１
４の胴部溝１１ａと対応するように形成した端部
溝１４ａ内に挿入し、かつこの端部溝１４ａ内に
挿入した蝶端部直線部分を、端部溝１４ａおよび
胴部溝１１ａの開口部に挿入した楔１５で固定し
た。このようにすることにより長さl_pの巻線端部
は周方向に電気角で90度の範囲にわたつて階段状
に形付けして形付け部が形成されると共に、この
形付け部に設けられた軸方向に伸びた長さl_sの端
部直線部分は、回転子鉄心１１の端部に設けた積
層鉄心１４の胴部溝１１ａと対応するように形成
された端部溝１４ａ内に挿入され、かつこの端部
溝１４ａ内に挿入された端部直線部分は、端部溝
１４ａおよび胴部溝１１ａの開口部に挿入した楔
１５で固定されるようになつて、高速運転領域を
拡げ大容量化を可能とした回転電機の回転子２を
得ることができる。

すなわち上、下コイル１２ａ，１２ｂを、回転
子鉄心１１の胴部鉄心パケツト１１ｃから出た位
置から１溝ピツチτ_sに相当する寸法で、周方向に
段落しにより階段状に各々異なる方向に曲げた。
次いで１溝ピツチτ_sずれた位置で軸方向に長さl_s
の端部直線部分を設けた後に、同じように周方向
に１溝ピツチτ_sの段落しを繰返し実施し、最後に
電気角でτ_p×1/2の位置で反対方向から同様な段
落しによつて曲げられて伸びてくる異層コイルと
接続片１６で電気的に接続し、巻線ターンを形成
した。そして回転子巻線１２の直線部と対応した
位置には胴部と同じように端部溝１４ａを持つ積
層鉄心１４を配置し、これら端部溝１４ａおよび
胴部溝１１ａの開口部に挿入した楔１５で回転子
巻線１２の巻線端部を固定した。なお巻線端部の
上、下コイル１２ａ，１２ｂを周方向に形付けす
なわち段落しするために必要な空間の軸方向長さ
l_dは、上下コイル１２ａ，１２ｂのコイル寸法や
曲げ加工の作業性から決まる寸法であり、一般に
はコイル幅寸法の３倍以上にとる。この軸方向長
さl_dの位置では、上、下コイル１２ａ，１２ｂが
互に反対方向に段落しにより曲げられるため、同
図に示されているように菱形や三角形の径方向に
貫通する空間１７，１８が形成されるが、これら
の空間１７，１８は冷媒の流路として巻線端部の
冷却に利用することができるようになり、胴部と
全く同じ形態の冷却が可能となる。

このように本実施例によれば長さl_eの巻線端部
も胴部と同じ構造で一体支持ができるようになつ
て、回転子２の機械的強度が増大するようにな
り、従来より高速運転領域が拡大し、高速回転が
可能となる。また、巻線端部も胴部と同じパター
ンのダクト通風冷却ができるようになつて、巻線
端部の温度上昇が低減できるようになり、回転子
巻線１２のヒートサイクルによるコイル絶縁物の
劣化を抑制することができる。すなわち巻線端部
を胴部と同じ形態で支持・冷却ができるので、回
転電機の高速運転および高出力密度化による大容
量化が可能となる。さらに、巻線端部支持のため
の積層鉄心１４が回転子２に付加されるので、回
転子２のはずみ車効果が増大するようになつて、
負荷変動に対する回転の安定度を向上できる。

なお本実施例では巻線端部の上、下コイル１２
ａ，１２ｂの段落し寸法が１溝ピツチ／１回の場
合について説明したが、これのみに限るものでは
なく２溝ピツチ／１回あるいはこれらの組合せで
実施してもよい。このように段落し寸法が増大す
れば、全体として巻線端部の軸方向の長さl_eを短
くすることができる。

第３図には本発明の他の実施例が示されてい
る。本実施例では端板を、ステンレス系鋼等の非
磁性材で作つた溝付き支持体１９で形成した。こ
のようにすることにより巻線端部と対向している
固定巻線との間の等価的な空隙長が増大するよう
になつて、回転子端部の漏れ磁束が減少するよう
になり、回転子端部の漂遊損およびリアクタンス
が低減し回転電機の制御性能が向上する。また溝
付き支持体１９をステンレス鋼の他にカーボンフ
アイバー強化プラスチツク材などの絶縁物で形成
すれば、回転による遠心応力が一層低下するよう
になつて、溝付き支持体１９の安全率を向上させ
ることができる。

第４図には本発明の更に他の実施例が示されて
いる。本実施例では端板である溝付き支持体１９
ａの端部溝１４ｂの幅を、内径側より外径側の方
を大きくした。このようにすることにより上、下
コイル１２ａ，１２ｂを回転子外径側から変形す
ることなく端部溝１４ｂの中に配置することがで
きる。この端部溝１４ｂをこのような形状にした
のは次に述べるような理由からである。すなわち
端部溝１４ｂが放射線方向に同じ幅で形成された
ものであると、端部溝１４ｂの外径部と内径部と
での跨り寸法τ_uとτ_dとに幾何学的に差が生じ、特
に跨りの少ない下コイル１２ｂの回転子外径側か
らの挿入は、コイルの大きな変形を伴う不都合が
生じるのみならず、本実施例のように曲げ部分が
増大する回転子巻線では製作や移動等で累積寸法
公差を生じ易く、上、下コイル１２ａ，１２ｂの
端部溝１４ｂへの挿入が難しくなることが懸念さ
れるからである。コイル挿入後の端部溝１４ｂ内
空間にはライナ２０を埋め込み、端部溝１４ｂの
開口部には楔１５を打込んで巻線端部の上、下コ
イル１２ａ，１２ｂを強固に固定することは云う
までもない。

第５図には本発明の更に他の実施例が示されて
いる。本実施例では端板を下コイル１２ｂを挿入
する櫛形リング２１と、このリング２１に着脱自
在に形成し、かつ上コイル１２ａを挿入する歯状
支持体２２とで形成した。そして櫛形リング２１
および歯状支持体２２に形成する下コイル１２
ｂ、上コイル１２ａを夫々挿入する端部溝１４
ｄ，１４ｃを、その幅が内径側より外径側になる
ほど大きく形成した。このようにすることにより
櫛形リング２１の端部溝１４ｄに、余裕を持つて
巻線端部の下コイル１２ｂを挿入し、その後に櫛
形リング２１の頭部に設けたダブテール状の突起
２３で歯状支持体２２を連結し、上コイル１２ａ
を端部溝１４ｃに挿入できるようになつて、端部
溝１４ｃ，１４ｄの幅寸法の増大が各層コイル毎
の外径と内径との寸法差に基づく分だけになり、
端部溝１４ｃ，１４ｄの幅の余分な増大を前述の
場合よりも低減することができる。また、巻線端
部の上、下コイル１２ａ，１２ｂの端部溝１４
ｃ，１４ｄへの挿入も単独に実施できるようにな
るので、組線の作業性もよくなる。

〔発明の効果〕

上述のように本発明は回転子の高速運転領域を
拡げ大容量化が可能となつて、高速運転領域を拡
げ大容量化を可能とした回転電機の回転子を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転電機の回転子の一実施例
による回転電機の縦断側面図、第２図は第１図の
回転子巻線端部の展開図、第３図は本発明の回転
電機の回転子の他の実施例の巻線端部の斜視図、
第４図は本発明の回転電機の回転子の更に他の実
施例の巻線端部の部分縦断側面図、第５図は本発
明の回転電機の回転子の更に他の実施例の巻線端
部の部分縦断側面図である。 １…固定子、２…回転子、７…回転軸、１０…
スポーク、１１…回転子鉄心、１１ａ…胴部溝、
１１ｃ…胴部鉄心パケツト、１２…回転子巻線、
１２ａ…上コイル、１２ｂ…下コイル、１４…積
層鉄心（端板）、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４
ｄ…端部溝、１５…楔、１６…接続片、１７，１
８…空間、１９，１９ａ…溝付き支持体（端板）、
２０…ライナ、２１…櫛形リング（端板）、２２
…歯状支持体（端板）、２３…ダブテール状の突
起、l_e…巻線端部の長さ、l_s…端部直線部分の長
さ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸と、この回転軸上に設けられ、かつ固
   定子と所定の空隙を介して対向配置された回転子
   鉄心と、この回転子鉄心の周方向に所定ピツチで
   設けられた胴部溝内にその直線部が装着された亀
   甲形の回転子巻線とを備え、前記回転子巻線は
   上、下コイルおよび前記回転子鉄心より突出した
   巻線端部を有している回転電機の回転子におい
   て、前記巻線端部を周方向に電気角で90度の範囲
   にわたつて階段状に形付けして形付け部を形成す
   ると共に、この形付け部に設けた軸方向に伸びた
   端部直線部部分を前記回転子鉄心の端部に設けた
   端板の前記胴部溝と対応するように形成した端部
   溝内に挿入し、かつこの端部溝内に挿入した前記
   端部直線部分を前記端部溝および胴部溝の開口部
   に挿入した楔で固定してなることを特徴とする回
   転電機の回転子。 ２ 前記階段状に形付けした形付け部の１ステツ
   プの周方向寸法が、前記胴部溝のピツチの整数倍
   にされたものである特許請求の範囲第１項記載の
   回転電機の回転子。 ３ 前記端板が、非磁性金属または絶縁体で形成
   されたものである特許請求の範囲第１項記載の回
   転電機の回転子。 ４ 前記端板の端部溝が、その幅が内径側より外
   径側になるほど大きく形成されたものである特許
   請求の範囲第１項記載の回転電機の回転子。 ５ 前記端板が、前記下コイルを挿入する櫛形リ
   ングと、このリングに着脱自在に形成され、かつ
   前記上コイルを挿入する歯状支持体とで形成され
   ると共に、これら櫛形リングおよび歯状支持体に
   形成される前記下コイル、上コイルを夫々挿入す
   る端部溝が、その幅が内径側より外径側になるほ
   ど大きく形成されたものである特許請求の範囲第
   １項記載の回転電機の回転子。