JPH0744802B2 - タービン発電機ロータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロータ外周面にスロットを軸方向に多数設け、
これらのスロット内の下部と上部にコイルと複数のウエ
ッジをそれぞれ挿入し、これらのウエッジによりコイル
をスロット内に固定してなるタービン発電機ロータに関
するものである。

〔従来の技術〕

従来この種のロータは第１図ないし第３図に示すよう
に、軸１と一体に形成されたロタ鉄心部２にスロット３
を軸方向に多数設け、これらのスロット３内の下部にコ
イル４を挿入すると共に、このコイル４上にスペーサ６
を介して複数個のウエッジ5Aが位置するようにスロット
３内の上部に挿入した構造からなり、前記ウエッジ5Aに
よりコイル４がロータの回転による遠心力によってスロ
ット３内から脱出するのを防止している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記ウエッジ5Aは種々の形状に形成されるが、一般には
第2,3図に示すようなダブテール形に形成されており、
その他にＴ字形、クリスマスツリー形などの形状のもの
が用いられる。これらのウエッジ5Aはスロット３内に複
数個挿入されているので、ウエッジ5Aとスロット３との
接触面７′には、相隣るウエッジ5Aの端面同志の接する
接触端部８が必ずできる。この接触端部８には、遠心力
による面圧が集中するばかりでなく、第４図に示すよう
にロータ鉄心部２が自重または曲げ振動により、曲率ｒ
で曲って回転している時のスロット（ロータ鉄心部２）
とウエッジ5Aとの間に相対すべり±δが発生する。この
ため、前記接触端部８のロータ鉄心２側にすべり方向に
大きな引張、圧縮応力が集中するから、この部分にフレ
ッティング損傷を生じ、疲労亀裂が発生しやすくなる欠
点があった。

第４図において、ロータの半径をr₀、ウエッジ5Aの長さ
をｌとすると、ロータ鉄心２は上点Ａおよび下点Ｂに至
るとき、ウエッジ端部に相当する位置で だけ伸縮するが、ウエッジ5Aは長手方向に分断されてい
るから伸縮しない。したがって、ロータの一回転ごとに
ウエッジ5Aとロータ鉄心２との接触端部８で相対すべり を発生する。

上記のように接触端部８では面圧が集中しており、一般
に面圧の高い接触面が相対すべりを伴うと、フレッティ
ング損傷により疲労強度が大幅に低下することは周知で
あって強度上問題である。前記ロータ鉄心２とウエッジ
5Aの接触面７′上の面圧分布は第５図に示すとおりであ
り、この図から接触端部８で面圧が急激に上昇している
ことが明らかである。その高面圧端が相対すべりをすれ
ば、第６図に示すようにロータ鉄心２側の接触端８に
は、ウエッジ5Aの相対すべりが起るごとに大きな引張ま
たは圧縮応力の集中することがわかる。また前記接触面
圧とフレッティング疲労強度との関係は第７図に示すと
おりで、この図から接触面圧はフレッティング疲労強度
に大いに影響を及ぼし、接触面圧がある程度低下する
と、疲労強度の低下は急激に減少して強度の向上するこ
とがわかる。

実開昭57−27838号には、胴部溝間の回転子歯部にこれ
を軸方向に区切るスリットを設けて、回転子歯部と楔の
間の熱膨張の違いによって接触面に生ずる軸方向応力を
緩和する技術が開示されている。しかし、この技術にお
いては回転子歯部と楔の間の接触面圧集中については、
配慮されていなかった。

また、特開昭57−135647号公報には楔と回転子との接触
面積を小さくして相対すべり量を低減させた技術が開示
されているが、この場合は接触面積を小さくすることに
より接触面圧はかえって高くなるという問題があった。

実公昭51−28593号公報には、楕円形または平扁に近い
棒状体の両端に中空溝を設けるとともに外周両端に直径
方向の突条を設けて脱落防止を図ったロータ用クサビが
開示されている。しかしこのクサビは、棒状体の軸方向
両端に中空部を設けて円筒状にしたもので、ロータの曲
げたわみや遠心力によってクサビがロータに及ぼす面圧
は、クサビの側面部分（第２図の突条が形成されている
部分）の上側では緩和されない。

実開昭52−5209号には、ウエッジ１の端面に固定溝７を
加工して固定ピン６を挿入しウェッジ１の軸方向の動き
を防止するようにした回転電機回転子用のウェッジが開
示されている。このウェッジでは、溝はローラの曲げた
わみや遠心力による面圧を受ける面よりも外周側に形成
されており、該面圧を軽減する効果は得られない。

本発明は上記にかんがみ、ロータ鉄心のスロット内に挿
入された相隣るウエッジ端部とスロットとの接触面にお
ける面圧集中を緩和し、ロータの曲げたわみによるフレ
ッティング損傷の発生を防止して、疲労強度の高いター
ビン発電機ロータを提供することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、ロータ外周面に
スロットを軸方向に多数設け、これらのスロット内の下
部と上部にコイルと複数個のウェッジをそれぞれ挿入し
てなるタービン発電機ロータにおいて、遠心力による半
径方向面圧を受けるウェッジ面とウェッジ軸方向端面と
の交線に沿って、該端面に軸方向に深さを有する溝が形
成され、該溝の一端はスロット面に対向するウェッジ面
に開口していることを特徴とするものである。

〔発明の作用と実施例〕

以下本発明の実施例を図面について説明する。

第８図において、５はロータ鉄心に設けたスロット（図
示せず）内に挿入されたウエッジで、このウエッジ５の
端面９にはスロットに接する接触面7Aに沿って溝10が設
けられている。その他の構造は第１図および第２図に示
す従来例と同様であるから、図面および説明を省略し
た。

このように構成すれば、第９図に示すようにウエッジ５
の接触端近傍の径方向、すなわち接触面7Aに直角方向の
剛性を低下させ、接触端近傍の接触面７の面圧をほぼ均
一にすることにより、接触面の面圧集中を緩和すること
ができる。その面圧分布は、溝10の深さｌ、接触面7Aか
らの距離ｈを適当に設定することにより調整することが
可能である。

第10図に示す第２実施例は、ウエッジ５の端面９の頂部
に逃げ溝11を設けた点が上記第１実施例（第８図）と異
なり、その他の構造は第１実施例と同一である。このよ
うに構成すれば、溝10の加工が容易となり、かつ溝10の
端部の強度低下を防止することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ロータ鉄心に設け
たスロット内に挿入された相隣るウエッジ端部とスロッ
トとの接触面における面圧集中を緩和し、ロータの曲げ
たわみによるフレッティング損傷の発生を防止して、疲
労強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のタービン発電機ロータの部分断面図、第
２図は第１図の一部切開側面図、第３図は第２図のスロ
ットとウエッジの組立状態を示す斜視図、第４図はロー
タの変形状況の正面図、第５図および第６図は従来のウ
エッジを用いた場合の接触端部の断面とその面圧分布を
示す図および同接触端部の引張・圧縮応力分布図、第７
図は従来例の接触面圧とフレッティング疲労強度の関係
を示す図、第８図、第10図は本発明のタービン発電機ロ
ータの各実施例のウエッジ端部の斜視図、第９図は第８
図に示す実施例のスロットとウエッジ端との接触端部の
断面およびその面圧分布を示す図である。 ２…ロータ鉄心、３…スロット、５…ウエッジ、7A…接
触面、９…ウエッジ端面、10…溝、11…逃げ溝。

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 孝 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭50−67404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−135647（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−149651（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭51−28593（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータ外周面にスロットを軸方向に多数設
   け、これらのスロット内の下部と上部にコイルと複数個
   のウェッジをそれぞれ挿入してなるタービン発電機ロー
   タにおいて、遠心力による半径方向面圧を受けるウェッ
   ジ面とウェッジ軸方向端面との交線に沿って、該端面に
   軸方向に深さを有する溝が形成され、該溝の一端はスロ
   ット面に対向するウェッジ面に開口していることを特徴
   とするタービン発電機ロータ。