JPH10164787A - 回転電機の突極形回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁極片の周方向端部２bを通る非同期磁束成
分のｄ軸成分φdptを減衰させる構造を備えた回転電機
の突極形回転子を提供する。 【解決手段】 回転子磁極鉄心２の磁極片部分２aを通
る複数本のダンパバー３とその両端部でダンパバー３を
導電的に接続するダンパセグメントとからなる制動巻線
を備えた回転電機の突極形回転子において、磁極鉄心の
胴部側壁２cに軸方向に通る溝を形成し、この溝内に導
体バー４を増設し、導体バー４の軸方向両端部を前記ダ
ンパセグメントに導電的に接続して前記制動巻線を形成
した。磁極片の周方向端部２bを通る非同期磁束成分の
ｄ軸成分φdptを減衰させる。また、遠心力に対する磁
極片の周方向端部２bの機械的強度を高めるとともに、
磁極片の周方向端部２bの局部的な磁気飽和を緩和でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機の突極形
回転子に係り、特に、径方向に突出して形成される磁極
鉄心に制動巻線が巻かれた突極形回転子に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転電機の突極形回転子には、励磁電源
から直流電力を供給されて回転電機を励磁する界磁巻線
が設けられている。突極形回転子は、回転子ヨークの半
径方向に突出した磁極鉄心に界磁巻線を集中巻きした構
造になっている。

【０００３】このような突極形回転子を有する回転電機
において、回転電機が不平衡状態または過渡状態にある
とき、回転子に同期する磁束成分に加えて、非同期の磁
束成分が生じる。その結果、乱調の発生，安定度の低
下，異常電圧の発生などの好ましくない現象が生じるこ
とがある。

【０００４】この非同期磁束成分を減衰させるため、例
えば特公昭60-34340号公報に記載のように、回転子磁極
に数個の磁極スロットを設け、これらの磁極スロットに
ダンパバーを挿入し、ダンパバーの両端部をダンパセグ
メントによって導電的に接続し、制動巻線を形成する方
式が知られている。形成された制動巻線には電磁誘導に
よる電流が導かれるので、非同期磁束成分が減衰し、乱
調の発生などの前記好ましくない現象を軽減できる。

【０００５】また、前記同様に、非同期磁束成分を減衰
させるため、特開昭59-76135号公報に記載の通り、回転
子磁極鉄心の極間接続がない制動巻線において、磁極片
の外周部のダンパバーのほかに、磁極片の周方向端部の
内周側に、ダンパバーと平行な導体バーを設け、その軸
方向の両端部をダンパセグメントで導電的に接続する方
式がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４は、特公昭60-343
40号公報に記載されている突極形回転子の断面構造を示
す図である。この従来例では、磁極片２aの外周部のみ
にダンパバー３が配置されている。図４のダンパバー配
置では、非同期磁束成分のうち磁極片の周方向端部２b
を通る非同期磁束成分のｄ軸成分φdptと鎖交する制動
巻線回路が、形成されない。このため、非同期磁束成分
のｄ軸成分φdptを減衰させることができず、回転電機
が不平衡状態にあるとき、非同期磁束成分を十分には打
ち消せないという問題があった。

【０００７】図５は、特開昭59-76135号公報に記載され
ている突極形回転子の断面構造を示す図である。この従
来例では、磁極片２aの外周部のダンパバー３のほか
に、磁極片の周方向端部２bの内周側に、ダンパバー３
と平行な導体バー５を設けている。特開昭59-76135号公
報には、磁束成分の様子が明記されていないが、導体バ
ー５を設けると、磁極片２を通る非同期磁束成分のｄ軸
成分φdptと鎖交する制動巻線回路が形成され、非同期
磁束成分のｄ軸成分φdptを減衰させる効果が得られ
る。

【０００８】しかし、特開昭59-76135号公報に記載の突
極形回転子には、次のような問題がある。磁極片の周方
向端部２bの内周側に導体バー５を設けると、磁極片の
周方向端部２bの厚みｈが減少し、磁極片の周方向端部
２bの機械強度が低下する。さらに、磁極片の周方向端
部２bの部分の一部に磁束が集中し、局所的な磁気飽和
が生じる結果、磁極片の周方向端部２bの部分に起磁力
の無用な消費が生じる。

【０００９】本発明の目的は、磁極片の周方向端部２b
の機械的強度を十分確保しながら、磁極片の周方向端部
２bを通る非同期磁束成分のｄ軸成分φdptを効果的に減
衰させる構造の回転電機の突極形回転子を提供すること
である。

【００１０】

【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、回転電機の回転子磁極鉄心の磁極片部分
を軸方向に通る複数本のダンパバーと、前記ダンパバー
をその両端部で導電的に接続するダンパセグメントとか
らなる制動巻線を備えた回転電機の突極形回転子におい
て、磁極鉄心の胴部側壁に軸方向に通る溝を形成し、こ
の溝内に導体バーを増設し、導体バーの軸方向両端部を
前記ダンパセグメントに導電的に接続して制動巻線を形
成した回転電機の突極形回転子を提案するものである。

【００１１】前記導体バーは、ダンパバーと同じ材料か
つ同じ形状の導体で形成することもできる。

【００１２】本発明においては、ダンパバーによって形
成される制動巻線回路に、導体バーの回路をさらに設け
たので、磁極片の周方向端部を通る非同期磁束成分のｄ
軸成分φdptを減衰させるとともに、回転電機のｄ軸初
期過渡リアクタンスＸd″の大きさを小さくできる。

【００１３】また、磁極片の周方向端部に制動巻線用導
体バーを設ける必要がないために、遠心力に対する磁極
片の周方向端部の機械的強度を高めるとともに、磁極片
の周方向端部の局部的な磁気飽和を緩和できる。

【００１４】導体バーをダンパバーと同じ材料かつ同じ
形状の導体で形成すると、この導体バーの増設コストお
よびこれを収納する溝の加工コストを低減できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図５を参照して、本
発明による回転電機の突極形回転子の実施例を説明す
る。

【００１６】図１は、本発明による回転電機の突極形回
転子の一実施例の断面構造を示す図である。回転子ヨー
ク１と回転子磁極２とは、一体構造でもよいし、回転子
ヨーク１に回転子磁極２を取付けた構造に形成すること
もできる。回転子磁極２には界磁巻線６が巻かれてい
る。ダンパバー３は、磁極鉄心２の磁極片２aの外周部
に、軸方向に複数本貫通している。図示の例では、４本
のダンパバー３がある。ダンパバー３の両端は、ろう付
けなどの方法によって、短絡環やエンドプレートなどの
ダンパセグメントに導電的に接続され、全体として制動
巻線を形成している。なお、隣接する磁極同士のダンパ
セグメントは、導電的に接続されていても接続されてい
なくてもよい。

【００１７】本実施例では、このような従来の制動巻線
に加えて、磁極鉄心の胴部側壁部２cに、軸方向に通る
溝を形成し、それぞれの溝内に導体バー４を増設し、導
体バー４の軸方向両端部を前記ダンパセグメントに導電
的に接続し、制動巻線を形成してある。導体バー４の両
端は、ろう付けなどの方法で、ダンパセグメントに導電
的に接続されており、ダンパバー３とともに、格子状の
制動巻線回路を形成している。

【００１８】このような構成の本実施例では、従来の回
転子磁極鉄心の制動巻線回路に導体バー４の回路を増設
したので、磁極片部を通る非同期磁束成分のｄ軸成分φ
dptと鎖交する回路が形成されて、非同期磁束成分のｄ
軸成分φdptを大幅に減衰させる効果が得られる。

【００１９】換言すれば、導体バー４の回路を増設した
ことによって、回転電機の過渡特性を表現する代表的な
定数の一つであるｄ軸初期過渡リアクタンスＸｄ″を小
さくできる。ｄ軸初期過渡リアクタンスＸｄ″を小さく
すると、例えば、制御応答がより高速なベクトル制御を
実現できる。

【００２０】さらに、図４の従来例では、ダンパバー３
aによってｈが小さくなり、図５の従来例では、導体バ
ー５によってｈが小さくなるのに対して、本実施例で
は、磁極鉄心の胴部側壁部２cで軸方向に通る溝内に、
導体バー４を設ける構造を採用したので、磁極片の周方
向端部２bに制動巻線用の導体バー５を設ける必要がな
くなって、周方向端部２bの厚みｈを十分に厚くでき
る。

【００２１】その結果、次の効果が得られる。 (１)突極形回転子が回転しているとき、磁極片の周方向
端部２bには、自重による遠心力および界磁巻線等によ
る遠心力が加わるが、磁極片の周方向端部２bの厚みｈ
を厚くすると、これらの遠心力に対する磁極片の周方向
端部２bの機械的強度が高くなる。 (２)周方向端部２bの厚みｈを厚くすると、磁極片の周
方向端部２bの磁気飽和が緩和され、鉄心内磁束を発生
させるために必要な起磁力を低減できる。特に、ｑ軸磁
束を発生させるために必要な起磁力を大幅に低減でき
る。 (３)一般に、磁極片の周方向端部２bの磁気飽和の変化
に応じて、突極形回転子の外周側と固定子との間のエア
ギャップでは、周方向磁束密度の分布状態が変わる。本
発明によって磁極片の周方向端部２bの磁気飽和が緩和
されると、前記分布状態の変化を小さくできる。さら
に、磁極片の周方向端部２bの磁気飽和が緩和される
と、負荷変動に伴う回転電機の各種機器定数の変化が小
さくなる。

【００２２】なお、磁極片部の厚みｈを厚くする代わり
に、界磁巻線６の断面積を大きくしてもよい。界磁巻線
６の断面積を大きくすれば、その電流密度を下げること
ができ、界磁電流による巻線の温度上昇を従来よりも低
減できる。

【００２３】図２は、図１の実施例に示した回転電機の
突極形回転子断面におけるｑ軸磁束の流れの概要を示す
図である。本発明では、従来の回転子磁極鉄心の制動巻
線回路にさらに導体バー４を設けたので、図２に示すよ
うに、ｑ軸磁束φqと鎖交する回路が形成される。した
がって、本発明によれば、隣接磁極同士のダンパバー３
を導電的に接続していない場合であっても、ｑ軸磁束と
鎖交する制動巻線回路が得られる。

【００２４】図３は、本発明による突極形回転子の断面
構造の他の実施例を示す図である。図３の実施例は、導
体バー４として、ダンパバー３と同じ材料かつ同じ形状
の導体を用いている。このようにバーを共通化すると、
突極形回転子の製造コストを下げられる。なお。図３の
実施例でも、図１の実施例と同じ効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、ダンパバー３等による
制動巻線回路に、導体バー４の回路を増設したので、磁
極片の周方向端部２bを通る非同期磁束成分のｄ軸成分
φdptを減衰させるとともに、回転電機のｄ軸初期過渡
リアクタンスＸd″の大きさを小さくできる。

【００２６】また、磁極片の周方向端部２bに制動巻線
用導体バー５を設ける必要がなくなって、遠心力に対す
る磁極片の周方向端部２bの機械的強度を高めるととも
に、磁極片の周方向端部２bの局部的な磁気飽和を緩和
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転電機の突極形回転子の一実施
例の断面構造を示す図である。

【図２】図１の実施例に示した回転電機の突極形回転子
断面におけるｑ軸磁束の流れの概要を示す図である。

【図３】本発明による突極形回転子の断面構造の他の実
施例を示す図である。

【図４】従来の突極形回転子の断面構造を示す図であ
る。

【図５】従来の突極形回転子の断面構造の他の例を示す
図である。

【符号の説明】

１ 回転子ヨーク ２ 回転子磁極 ２a 磁極片 ２b 磁極片の周方向端部 ３ ダンパバー ４ 本発明の導体バー ５ 従来の導体バー ６ 界磁巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉成 良孝 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 山品 光則 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 斎藤 啓自 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転電機の回転子磁極鉄心の磁極片部分
   を軸方向に通る複数本のダンパバーと、前記ダンパバー
   をその両端部で導電的に接続するダンパセグメントとか
   らなる制動巻線を備えた回転電機の突極形回転子におい
   て、 前記磁極鉄心の胴部側壁に軸方向に通る溝を形成し、前
   記溝内に導体バーを増設し、前記導体バーの軸方向両端
   部を前記ダンパセグメントに導電的に接続して前記制動
   巻線を形成したことを特徴とする回転電機の突極形回転
   子。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転電機の突極形回転
   子において、 前記導体バーが、前記ダンパバーと同じ材料かつ同じ形
   状の導体からなることを特徴とする回転電機の突極形回
   転子。