JPH08275426A - 回転電機の円筒形回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固定子巻線の非同期電流成分が流れた場合、
その非同期磁束によって発生する回転子表面電流による
回転子胴部表面の局部加熱損傷を防止する構造を持つ回
転電機の円筒形回転子を提供する。 【構成】 円筒形鉄心の胴部の外周面に、偶数個の磁極
を構成する部分を除き軸方向に多数のスロットを有し、
この各スロットの外周面開口部側にダブテール形状の楔
挿入部が形成され、かつ各スロットの底部側にコイル導
体挿入部が形成されており、この各コイル導体挿入部に
はコイル導体が挿入されると共に、前記各楔挿入部に楔
を挿入してコイル導体等のスロット内容物が遠心力によ
りスロットから飛散するのを防止するようにした回転電
機の円筒形回転子において、前記楔と前記楔挿入部との
間のギャップをなくした回転電機の円筒形回転子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転電機の円筒形回転子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】タービン発電機のような円筒形回転子
は、円筒形塊状鉄心の胴部の外周面に軸方向に多数のス
ロットを有し、この各スロットの表面開口部側にダブテ
ール形状の楔挿入部が形成され、かつ各スロットの底部
側にコイル導体挿入部が形成されており、各コイル導体
挿入部には、スロット絶縁物を介してコイル導体が挿入
されると共に、コイル導体の外周側にダンパーバーを納
めてから楔挿入部に楔を挿入してコイル導体およびスロ
ット絶縁物のスロット内容物が遠心力によりスロットか
ら飛散するのを防止するように構成されている。

【０００３】この場合、スロットの楔挿入部の表面と楔
との間に、０．１ｍｍオーダーの組立ギャップが必要で
あるため、楔挿入部寸法より楔寸法は小さく製作してい
る。図６はこの種従来の円筒形回転子の胴部を示すもの
で、図中９は楔であり、１０は通風穴であり、１２は軸
方向端部側に有する保持環である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のような構成の円
筒形回転子を使用した発電機の場合、接続されている線
路の線路間故障や負荷の状態により不平衡負荷運転、高
調波負荷運転あるいは非同期運転といった状態になった
ときには、固定子巻線に非同期電流が流れ、これに伴う
磁束波によって誘起される電流が、ダンパーバー、回転
子の歯部表面、楔および保持環１２を循環して流れる。

【０００５】楔９は組立の都合上ある一定の長さのもの
を軸方向に複数挿入しているため、その継目部において
回転子表面電流は一旦楔９から回転子歯部（スロット相
互間に形成されている鉄心部）又はダンパーバーに流れ
込むことになる。

【０００６】単機容量の増大に伴って、固定子巻線に流
れる非同期成分の電流も大きくなり、従って回転子胴部
表面の電流も大きくなり、従来の回転子構成では、回転
子表面電流による加熱、つまり逆相耐量が不足する場合
が出てきた。また、著しい不平衡負荷運転を要求された
場合も、同様に逆相耐量が不足する。

【０００７】一方、静止状態から周波数制御により同期
速度で起動する同期電動機の場合、周波数制御装置の特
性上、固定子巻線に流れる電流に高調波成分が含まれ、
発電機の場合と同様、回転子胴部表面に電流が流れる。

【０００８】しかしながら、低速回転機では、ダンパー
バーと楔９との間および楔９と楔挿入部（回転子歯部）
との間の接触面圧は非常に小さく、従って接触抵抗が大
きくなり、また均一な接触になりにくくなるため回転子
表面電流が接触部に集中して流れることになる。

【０００９】これらの回転子表面電流は回転子胴部表面
を加熱し、損傷させるに十分な温度に達することが起こ
り得る。本発明は固定子巻線に非同期成分の電流が流れ
た場合、その磁束波によって回転子表面に流れる電流を
流れやすくし、回転子胴部表面が加熱損傷するのを防止
することができる回転電機の円筒形回転子を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、円筒形鉄心の胴部の外
周面に、偶数個の磁極を構成する部分を除き軸方向に多
数のスロットを有し、この各スロットの外周面開口部側
にダブテール形状の楔挿入部が形成され、かつ各スロッ
トの底部側にコイル導体挿入部が形成されており、この
各コイル導体挿入部にはコイル導体が挿入されると共
に、前記各楔挿入部に楔を挿入してコイル導体等のスロ
ット内容物が遠心力によりスロットから飛散するのを防
止するようにした回転電機の円筒形回転子において、前
記楔と前記楔挿入部との間のギャップをなくしたことを
特徴とする回転電機の円筒形回転子である。

【００１１】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、前記楔挿入部に楔を挿入する際、前記楔挿
入部の外周面開口部側の軸方向に対して直交する幅方向
寸法を広げるための工具を係合させるために前記楔挿入
部に隣接または１つを除いた隣の回転子歯部の外周面側
で軸方向にそれぞれ形成した工具係合用段差部を設けた
ことを特徴とする請求項１記載の回転電機の円筒形回転
子である。

【００１２】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、前記楔挿入部に楔を挿入する際、前記楔挿
入部の外周面開口部側の軸方向に対して直交する幅方向
寸法を広げるための工具を挿入させるために前記楔挿入
部に隣接または１つを除いた隣の回転子歯部の外周面側
で軸方向にそれぞれ形成した工具挿入穴を設けたことを
特徴とする請求項１記載の回転電機の円筒形回転子であ
る。

【００１３】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、前記楔挿入部のうち少なくとも前記磁極に
隣接する楔挿入部をそれぞれ軸方向と直交する幅方向寸
法が徐々に変化するようなテーパ形状とし、このテーパ
形状に形成された楔挿入部に挿入する楔の形状をテーパ
形状としたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の
円筒形回転子である。

【００１４】

【作用】請求項１に対応する発明によれば、楔と楔挿入
部との間のギャップをなくした構成としたので、回転子
表面電流が流れやすくなり、従来の技術で問題であった
局部加熱のおそれはなくなる。

【００１５】請求項２または請求項３に対応する発明に
よれば、回転子歯部に工具係合用段差部または工具挿入
穴を設けたので、このいずれかに工具を係合または挿入
させて楔挿入部の幅寸法を一時的に広げることができ、
楔を挿入する際の組立性が向上する。

【００１６】請求項４に対応する発明によれば、楔挿入
部およびこれに挿入する楔をそれぞれテーパ形状とした
ので、該楔挿入部を広げることなく該楔を挿入すること
ができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図１〜図５を
参照して説明する。 ＜第１実施例＞図に示すように、円筒形鉄心１１の胴部
の外周面に、偶数個（ここでは２個）の磁極１１ａを形
成するものであって、この磁極１１ａの部分を除き軸方
向に多数のスロット１ａ，１ｂを有し、この各スロット
１ａ，１ｂのうち磁極１１ａに隣接するスロット１ｂを
除く各スロット１ａには、外周面開口部側にダブテール
形状の楔挿入部１ａ１が形成され、かつ各スロット１の
底部側にコイル導体挿入部１ａ２が形成されている。

【００１８】また、各スロット１ａ，１ｂのうち磁極１
１ａに隣接するスロット１ｂには、外周面開口部側にダ
ブテール形状の楔挿入部１ｂ１が形成され、かつ各スロ
ット１ｂの底部側にコイル導体挿入部１ｂ２が形成され
ている。

【００１９】そして、図２および図３に示すように各ス
ロット１ａ，１ｂ相互間にそれぞれ有する回転子歯部６
には、円筒形鉄心１１の外周面側の左右の位置に軸方向
に伸びる工具係合用段差部７ａがそれぞれ形成され、工
具係合用段差部７ａは楔挿入部１ａ１に楔９ａを挿入す
る際、楔挿入部１ａ１の外周面開口部１１ｃ側の軸方向
に対して直交する幅方向寸法を広げるためのジャッキ８
を係合させるために用いる。

【００２０】そして、円筒形鉄心１１に有するスロット
１ａ，１ｂのうちの磁極１１ａに隣接するスロット１ｂ
の楔挿入部１ｂ１の形状および楔挿入部１ｂ１に挿入す
る楔９ｂの形状は以下のようになっている。すなわち、
楔挿入部１ｂ１はそれぞれ軸方向と直交する幅方向寸法
（幅寸法）が徐々に変化するようなテーパ形状となって
おり、またこのテーパ形状に形成された楔挿入部１ｂ１
に挿入する楔９ｂの形状も楔挿入部１ｂ１と同様に幅寸
法がテーパ形状となっている。

【００２１】このような構成のものにおいて、楔挿入部
１ａ１，１ｂ１に楔９ａ，９ｂを挿入するには、以下の
ようにする。回転子鉄心１１のスロット１ａ，１ｂにそ
れぞれスロット絶縁物２を介してコイル導体３を納め、
各コイル導体３の上部にダンパーバー５を納める。この
後、回転子歯部６に設けた工具係合用段差部７ａにジャ
ッキ８の移動腕８ａを係合させて操作部８ｂを所定方向
すなわち移動腕８ａが互いに遠ざかる方向に回転操作す
ることにより、楔挿入部１ａ１の幅寸法が広げられる。
この場合、楔挿入部１ａ１は回転子歯部６の弾性限度内
で広げるが、楔挿入組立時の楔９ｂと回転子歯部６のギ
ャップは両側面の合計で０．２ｍｍ前後あればスムーズ
な組立が可能である。

【００２２】この楔挿入部１ａ１を広げた状態で、回転
子胴部の軸方向長さとほぼ等しい長さの一体の楔９ａを
軸方向端部から挿入させ、この後ジャッキ８の操作部８
ｂを前述の回転操作と逆方向に操作することにより、移
動腕８ａ相互の間隔を狭めて、ジャッキ８の移動腕８ａ
と工具係合用段差部７ａの係合を解く。次に、ジャッキ
８を隣接する工具係合用段差部７ａに係合させて、前述
と同様に楔挿入部１ａ１の幅寸法を広げて楔９ａを挿入
した後、ジャッキ８の移動腕８ａと工具係合用段差部７
ａの係合を解き、この工程を楔挿入部１ａ１の全てにつ
いて行う。

【００２３】なお、ある楔挿入部１ａ１に楔９ａを挿入
した状態で、これと隣接する一方側の回転子歯部６のみ
変形させて楔挿入部１ａ１の幅寸法を０．２ｍｍだけ広
げる為には回転子歯部６の長さ１ｍあたり６００〜１０
００ｋｇ程度の力を加えれば良い。

【００２４】このように、楔挿入部１ａ１の幅寸法を、
例えばジャッキ８により回転子歯部６の弾性限度内に広
げて、楔９ａを挿入後、楔挿入部１ａ１の幅寸法を元に
戻すことにより、楔挿入部１ａ１と楔９ａの間のギャッ
プを無くすことができる。

【００２５】そして、最後に磁極１１ａと隣接し、かつ
テーパ形状の楔挿入部１ｂ１に予め製作したテーパ形状
の楔９ｂを挿入させると共に、例えばハンマのごとき工
具により打ち込むが、この場合互いの末広がり部が同一
方向になるようにする。

【００２６】以上の様にして挿入した楔９ａ，９ｂは発
電機運転中の熱伸びや回転曲げの影響による軸方向のず
れを防止する為に、従来と同様にコーキング（ティース
頂部に設けられた溝又は切欠きにあわせて楔上面端部を
タガネでたたいてロックする方法）等の方法で回転子歯
部６にロックする。

【００２７】（実施例の作用効果）以上説明したように
回転子の各スロット１の楔９ａ，９ｂを軸方向に継目の
ない１本構成として、また楔９ａ，９ｂと楔挿入穴１ａ
１，１ｂ１とのギャップをなくしたことにより、回転子
表面電流が流れやすくなり局部加熱のおそれがなくな
る。

【００２８】又、この様な構成の円筒形回転子を実現す
るにあたり、従来問題となっていた組立性の問題も本実
施例において解決され、良好な組立性を実現している。
以上述べた実施例は、楔９ａ，９ｂとしては軸方向に継
目のない１本構成のものについて説明したが、図１のよ
うに、回転子の半径方向に冷却空気や冷却水素を通すた
めの冷却媒体流通穴１０を回転子鉄心ならびに楔９ａ，
９ｂに形成しても、前述の実施例と同様な効果が得られ
る。この冷却媒体流通穴１０を形成することにより、冷
却媒体流通穴１０の存在する部分では、断面積が減少す
るため回転子表面電流の一部が回転子歯部６の方へ分流
し、冷却媒体流通穴１０を通過したら、その分楔側に戻
るので、何等問題がない。。

【００２９】以上述べた実施例の円筒形回転子をタービ
ン発電機に適用すれば、以下のような効果が得られる。
すなわち、電力系統上の不平衡負荷や事故等を含むあら
ゆる原因により発電機固定子巻線に不平衡電流、高調波
電流が流れた場合や、また、発電機が非同期運転状態に
なった場合等に、回転子胴部表面に渦電流が流れても、
この回転子胴部表面渦電流による局部加熱及びその結果
としての過熱損傷の生ずる危険性を著しく低減できる。
この結果、本実施例によれば、逆相耐量の大きな円筒形
回転子を提供できる。

【００３０】逆相耐量の向上により、発電機運用上のメ
リットが得られる著しい例として特に以下の２つが挙げ
られる。第１の例として界磁喪失事故後の運用が挙げら
れる。

【００３１】発電機の界磁回路の事故による界磁喪失が
発生した場合、非同期の状態となり、回転子の過熱損傷
につながる為、保護シーケンスにより負荷しゃ断等の対
策を自動的に行うのが一般的である。しかし、保護シー
ケンスが作動した場合でも、瞬間的に回転子の過熱損傷
が生じているおそれがあり、運転再開に先立って回転子
の精密な検査が必要となる。本発明による回転子を使用
すれば、界磁喪失により保護シーケンスが作動した場
合、回転子に過熱損傷が生じない可能性が高くなり、事
故状況によっては回転子に関しては簡略点検のみ或は点
検不要で運転再開が可能となる。

【００３２】著しいメリットが得られる第２の例として
は、同期発電機を同期電動機として利用してタービン発
電ユニットを起動させる運用が挙げられる。自己起動能
力のないガスタービンを用いたガスタービン発電機ユニ
ットやコンバインドサイクルユニットにおいては起動用
電動機又はコンバインドサイクルの場合起動用ボイラ等
の設備を要していた。特に回転軸系の規模が大きいコン
バインドサイクルでは起動用電動機用のトルクコンバー
タの容量が足りず大規模な起動用ボイラ設備が必要とな
る場合があり、コスト上、運用上のデメリットは大きか
った。この様なユニットにおいて、周波数制御装置を用
い、発電機を同期電動機とみなして周波数制御により同
期速度で起動する、いわゆるスタティック・スタータ方
式又はサイリスタ起動方式と呼ばれる起動方式を採用す
れば、上記の問題は解決し、最も合理的な構成のユニッ
トを実現できる。しかしながら、この場合、周波数制御
装置の特性上、発電機の固定子巻線に流れる電流に高調
波成分が含まれ、回転子胴部表面に電流が流れる。

【００３３】従来の発電機では低速回転域ではダンパー
バーと楔との間および楔と楔挿入部（回転子歯部）との
間の接触面圧は非常に低く、従って接触抵抗が大きくな
り、また均一な接触になりにくくなるため、回転子表面
電流が接触部に集中して流れ、回転子表面局部加熱によ
る過熱損傷に至る懸念があり、上記の様ないわゆるスタ
ティックスタータ方式は採用できなかった。

【００３４】本実施例による円筒形回転子では楔と回転
子歯部間の接触は停止時および低速回転時より良好に保
たれ、回転子表面電流による過熱損傷のおそれもなく、
スタティックスタータ方式による合理的なコンバインド
サイクル発電ユニットないしガスタービン発電ユニット
を実現できる。

【００３５】＜変形例＞前述の実施例では、図３に示す
ように楔挿入部１ａ１，１ｂ１の幅寸法を広げるために
用いるジャッキ８の移動腕８ａを、隣接しない一つ飛び
の回転子歯部６にそれぞれ形成した工具係合用段差部７
ａ間に係合させたが、これに限らず隣接する回転子歯部
６にそれぞれ形成した工具係合用段差部７ａ間に係合さ
せてもよい。

【００３６】また、前述の実施例では、楔挿入部１ａ
１，１ｂ１の幅寸法を広げるためにジャッキ８を使用し
たが、これに限らず他の手段で回転子外部から回転子歯
部６を変形させる力を加えるようにしてもよい。

【００３７】さらに、図４に示すように、前述した回転
子歯部６に形成した工具係合用段差部７ａを形成せず
に、各回転子歯部６の外周面に工具挿入穴７ｂをそれぞ
れ形成し、これらに挿入できるようにジャッキ８の左右
の移動腕の先端部にそれぞれ凸部８ｃを形成し、この各
凸部８ｃを工具挿入穴７ｂにそれぞれ挿入し、操作部８
ｂを操作することにより楔挿入部１ａ１，１ｂ１の幅寸
法を広げるようにしてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、固定子巻線に非同期成
分の電流が流れた場合、その磁束波によって回転子表面
に流れる電流を流れやすくし、回転子胴部表面が加熱損
傷するのを防止することができる回転電機の円筒形回転
子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転電機の円筒形回転子の第１実
施例の胴部を示す正面図。

【図２】図１の回転子胴部の軸方向と直交する方向の断
面図。

【図３】図１，図２の円筒形回転子の組立て状態を説明
するための図であり、ジャッキを回転子歯部の段差に取
付けた状態を示す図。

【図４】図１，図２の円筒形回転子の組立て状態を説明
するための図であり、ジャッキを回転子歯部の穴に取付
けた状態を示す図。

【図５】図１，図２の磁極に隣接するスロットの入口部
の幅および楔が軸方向にテーパ状になっていることを示
す図。

【図６】従来の回転電機の円筒形回転子の１例の胴部を
示す正面図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…スロット １ａ１，１ｂ１…楔挿入部、 １ａ２，１ｂ２…コイル導体挿入部、 ２…スロット絶縁物、 ３…コイル ４…絶縁物 ５…ダンパーバー ６…回転子歯部 ７ａ…工具係合用段差部 ７ｂ…工具挿入用穴 ８…ジャッキ ９ａ，９ｂ…楔 １０…冷却媒体流通穴、 １１…回転子鉄心、 １２…保持環。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形鉄心の胴部の外周面に、偶数個の
   磁極を構成する部分を除き軸方向に多数のスロットを有
   し、この各スロットの外周面開口部側にダブテール形状
   の楔挿入部が形成され、かつ各スロットの底部側にコイ
   ル導体挿入部が形成されており、この各コイル導体挿入
   部にはコイル導体が挿入されると共に、前記各楔挿入部
   に楔を挿入してコイル導体等のスロット内容物が遠心力
   によりスロットから飛散するのを防止するようにした回
   転電機の円筒形回転子において、前記楔と前記楔挿入部
   との間のギャップをなくしたことを特徴とする回転電機
   の円筒形回転子。
2. 【請求項２】 前記楔挿入部に楔を挿入する際、前記楔
   挿入部の外周面開口部側の軸方向に対して直交する幅方
   向寸法を広げるための工具を係合させるために前記楔挿
   入部に隣接または１つを除いた隣の回転子歯部の外周面
   側で軸方向にそれぞれ形成した工具係合用段差部を設け
   たことを特徴とする請求項１記載の回転電機の円筒形回
   転子。
3. 【請求項３】 前記楔挿入部に楔を挿入する際、前記楔
   挿入部の外周面開口部側の軸方向に対して直交する幅方
   向寸法を広げるための工具を挿入させるために前記楔挿
   入部に隣接または１つを除いた隣の回転子歯部の外周面
   側で軸方向にそれぞれ形成した工具挿入穴を設けたこと
   を特徴とする請求項１記載の回転電機の円筒形回転子。
4. 【請求項４】 前記楔挿入部のうち少なくとも前記磁極
   に隣接する楔挿入部をそれぞれ軸方向と直交する幅方向
   寸法が徐々に変化するようなテーパ形状とし、このテー
   パ形状に形成された楔挿入部に挿入する楔の形状をテー
   パ形状としたことを特徴とする請求項１記載の回転電機
   の円筒形回転子。