JPS58179142A - 分割片積層形リムと連結極とを備えた電気機械用回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本楯明は凸極を有する同期回転機の回転子に係る。本発
明は特に、界磁極が固着され九１リムｌなる通称を有す
る回転子磁気１ｇｌ路のＮＭ、に係る。

経済性の良い公知方法の１つによれば、前記Ｏ如きリム
は、プレス裁断によｐ得られた薄板０１分割片ｌから形
成されてお′り、各分割片は平坦なドーナツ形円板即ち
リン〆を中心角によって分割し丸軸扇形の形状を有する
。これらの分割片は、回転子Ｏ軸部を包囲して軸方向に
連続した複数個の完全リングが形成されるように積層並
置されている。１つのリングの分割片の個数及び中心角
の大きさく即ち分割方法）は、極の個数と（１！断能力
、原板の寸法１ｉｊ［、切捨分の割合に基〈〕分割片の
許容最大弦長とに従って決定される。複数個の分割片は
多数のボルトにより厚みの大きい両端分割片間に接合さ
れている。リムの積層作業は、重量及び使用寸法が運送
限界に適合するときはメーカーによって行なわれてもよ
く、又は、構場で行なわれてもよい。

前記の如き方法で、通常２乃至４■の厚みを有する多数
の基本層から成るリムが形成される。各基本層は、各々
が極間隔の整数倍に相幽する大きさの中心角を有する複
数個の分割片から成るリン〆の形状を有する（第１図）
。

前記の如き基本層を構成する分割片又は各々が複数個の
基本層の集合から成る多重層を構成する分割片は、隣り
合う層の間で極間隔の整数倍又は極間隔のＨ倍だけ計画
的に角度をずらして配置されている。これは後述する如
く機械的強度を増すためである。本文中では前記の如き
角度Ｏズレを以後オーパーラ−ツブと指称する。

リムの外周への界磁極の連結は丁字形、メゾテール形又
は別の断面形を有するフックを用いて行なわれる。各層
は１つ以上のフックを含む、フックの軸は常に極の軸に
平行である。

前記の如く形成されたリムはリングを構成しており、回
転中の前記リング内Ｋ、主として極及びリム自体に夫々
現われる遠心力の同時的作用によって歪力が発生する。

これらの歪力は本質的に、主として接縁方向の応力とし
て埃われる。

リムの半径方向幅が応力を支持する金属の断面積を決定
する。しかし乍ら円形リングの各々Ｋｌいて分割片間に
半径方向ギャップが存在するＯでリングは局部的に応力
を支持し得ない、リムの抵抗は、リングの各ギャップの
近傍で応力の一部が摩擦によって伝達され一部が隣り合
うリングに対するボルトの剪断によって伝達される結果
として生じる。剪断の原因は、隣９合うりンメ間ではオ
ーバーラツプのためギャップが同じ場所に存在しないか
らである。従って、リムが支持し得る最大１ｌｌＩＩｓ
応力を算出するには、リムの軸を通り可能な最大数の細
隙を通る平＠に於いて計算する必要がある。こＯような
平面が例えば第２図に直線Ｐ１で示されている。第２図
は公知リムの側面展開図を示しておりギャップＦが図示
されている。可能な最小オーバーラツプ角度に対する分
割片の中心角の比をｐとすれば、前記の平面内での金属
の有効断面積はギャップを持たない同寸法のリムの場合
に比較して（ｐ−１）／ｐの割合で減少する。公知リム
に於いて前記の比ｐＨ１各分割片に含まれる極間隔の数
又はある場合にはｈ極間隔の数を示す。

比（ｐ−１）／ｐはオーバーラツプ係数（ＫＣＨ）と指
称される。この種のリムがよく使用される大濁則期回転
機の場合には通常、各分割片に含まれる極間隔の数Ｆｉ
２又は３又は４であｐ１＆には器である。対応するオー
バーラツプ係数の値は夫々、０５０、−０６６、−０７
５及び０．８０である。

前記の如きオーバーラツプ係数がこの１１のりムの機械
的寸法決定に直接影響し且つ実用化に制約を与えるので
、高速機械では分割片積層形りムに代って鍛造鋼又＃′
ｉ餉造鋼の単一部材から各リン〆が構成されたゝブロッ
ク形１リムが使用される。

これらのブロック形リムの欠点は、 高価であること、 内部欠陥により不良品が生じ従って製造時間が処長され
る危険性があること、 大型の工作手段が必要なこと、 寸法の点で運搬の間Ｍが生じること、 である。

本発明の目的は、薄板の分割片の裁断及び積層によって
形成され九りムを提供することである。

本発明の如く構成されえりムに於いてはオーバーラツプ
係数が例えば０．９０以上もの値に増加し得るのでこＯ
ｓのリムの使用範囲を従来はブロック形リムに限られて
いた速度範囲まで拡大することが可能である。

本発明の目的は、分割片から成る積層彫りふと連結部と
を有する電気機械用回転子を提供することである。前記
リムは、貴質的に同一軸の回ｐの２つの円筒状回転体の
間のスペースに相当しており且つ外縁によってリムの円
筒状外表面を形成する円形リングの形状の平坦層の軸方
向積層体を含んでおり、 各層は複数個の薄板分割片から成り前記分割片の各々は
中心角を有する扇形として形成されており且つ分割片間
に径方向ギャップを伴なって実質的に全円状のリングを
形成すべく軸の回りで中心角に市って順次配置されてお
ｐ、連続する２つの層間で前記ギャップの角位置は層毎
に異なる値を有し得る１分割片オーバーラツプ角度ＩＫ
従ってずれておシ、 リムを構成する分割片の集合体は接合ボルトを介して一
体的に固着されてお〕、前記ボルトは軸ＫｓｆＬ行に伸
びておｐ且つ積層体の連続層を貫通して積層体の軸方向
締付けＶｒｉｉｌＩ保してかか、これにより、回転子の
回転及び遠心力よｐ生じた嫁一応力が各層に作用すると
前記接線応力が１つの層Ｏ各ギャップの画情で該層の分
割片から隣接層の分割片に伝達され、前記伝達の全部が
ポル）Ｋよって確保された軸方向締付けによる摩擦力に
よって行なわれるか又は逆の場合前記伝達の一部はボル
ト自体の剪断力によって摩擦と相補的に行なわれており
、 薄板分割片の裁断によって柱状連結フックがリムの円筒
状外表面に凹状に形成されてお〕前記７ツクＦｉｉｉを
連結固着し得ぺ（＃記表面の母線に沿って軸方向に伸び
ており。

電気巻線を担持する極はリムの円筒状外表面から貴重し
て軸方向に伸びており、リムの馬上で電極１量隔に従っ
て中心角に沿って順次配置され各々が複数個のフックに
連結されてお９、オーバーラツプ角ＪｔＦｉ、連続する
リングに於いてオーバーラツプ角度ずつずれた分割片が
凹状フックによシ切断される断面が同じ形状を有するよ
うに選択されている。

本発明の回転子の特徴は、 前記連結フックが均一な一連結ｌ角間隔に従ってリムの
全周上に放射状に設けられており、これにより、回転子
が軸の回りで前記の角間隔又はその倍数に等しい角度だ
け回転すると各７２りの断面形状が後続フックの回転以
前の断面形状と−散し、 前記フックの個数は極の連結のために必要な数より大で
あり従って前記７ツクの一部が極連結Ｏために使用され
残りのフックは連結に使用されずに残っており、 オーバーラツプ角度は連結間隔の整数倍に等しく且つ接
線応力に対するリムの抵ａｔ増加すぺ〈極間隔より低い
値に選択されてお９、 接合ボルトは、極間隔より小さいオーノーラップ角度の
範囲で１つのリングの接線応力が隣接リングに伝達され
ることを確保するに十分な軸方向締付力を作用せしむべ
く選択されていることである。

更に以下の如く構成されるのが好オしい。

オーバーラツプ角度が極間隔のイより小さい。

リムを分解すること無く回転子の極数を変更し得べく連
結間隔を十分に小さい値にするために、連結間隔がオー
バーラツプ角度の分数分に等しい値になるように選択さ
れている。

極間隔がリムの全周に亘って均一で６９、全ての極の軸
が連結フックに対して同じ値の角度的ズレを伴なって配
置され得べく連結間隔が前記の均一極間隔の約数であ〕
、場合によっては極の連続する方向に沿ってズレの向き
が交互に逆転する。

各層の軸が連結フック（Ｌ、Ｌつの集合体の対称面に沿
って配置され得べく、連結間隔が極間隔の約数である。

従って本発明によれば、中心角の轡しい分割片又は中心
角の異なる分割片から構成された各リングの外局に多数
のフックが備えられておｐ％該スフツタいずれ４極を固
着し得るがいくつかのフックにのみ極が固着されること
が理解されよう。

従来リムに使用されたフックに比較すると本発明に於け
るフックは以下の如き相違を有する。

１）フックは各極軸に対する対称グループとして配置さ
れずＫ　ＩＪムの外周全体に等間隔ずつ離間して配置さ
れている。

ｂ）フツクベ各グー・−プの対応する極軸に平行に配置
されずに全てのフックが放射状に配置されている。

Ｃ）フックの個数は、連続する２つのフック関Ｏ所要最
小軸間距離とフックの寸法と薄板の抵抗とのみによる制
約を受ける。この丸め分割方法を極めて自由に選択し得
る。リングを構成する分割片の個数は必ずし４極数の約
数でなくてもよい。

ｄ）ＩＪムの周に固着された極は、極自体Ｏ対称軸に関
して対称的又は非対称的に配置され九複数個のフックを
含む、極は互いに等しくてもよく又は異なっていてもよ
い、これにより、極め角度的配置又は個数についていく
つかの組合せが得られる。（例えば、極数の変化−極の
シフトによる周波数変化に迅速に適応し得る機械に対し
ては−ａｔ−変化させる。） 要約すれば本発明により極固着用フックの数を増加する
ことが可能でありこれにより所定条件下で分割方法を極
めて自由に選択することができ従って４＄４１すべき利
点として高い値のオーバーラツプ係数（ＫＣＨ）が得ら
れる。

添付図面に示す井限定的具体例に基いて本発明を以下に
説明する。

いくつかの図に於いて互いに対応する素子は同じ参照符
号で示される。

第１図のリムは１０個の極を担持すべく構成されており
これらの極と共に同期回転機の回転子の磁気回路１ｍ成
する。同期回転機として例えば、常用運転速度で６００
回転／分及び過渡運転速度で９３０回転／分の出力３３
０　ＭＶＡの交流発電機が挙げられる。リムは長さ３０
６０　ｍであり軸２０回りで回転する。リムは、厚み２
．５■の鋼板から成る内径２３７０■、外径３４４０■
の円形リング例えばリングＣＩ、Ｃ２呵　の形状の平坦
層が軸方向に積層されて形成されている。該リングはク
ロスピース６を介して軸２に心合せされてお９該軸と一
体的に回転する。円形リングの心合せなる機械的機能が
理解されるようにクロスピースは管状連続ケーシング８
と共に図示されている。しかし乍も、特に冷却用ガスを
リムの径方向に貫通して流動せしめる必要がある丸めク
ロスピースＯ実際構造はよ）複雑であることを理解され
たい。

平坦層の各々は複数個の基本層から構成されており、各
基本層は４つの分割片から成る０例えば層Ｃ１は分割片
Ｓｌａ、　Ｓｌｂ、　Ｓｌｃ、８１ｄからｊｉ！ｎ、層
Ｃ２は分割片Ｓ２ａ、　Ｓ２ｂ、　Ｓ２ｃ、　８２ｄか
ら成る。

全ての層の全ての分割片が尋しい、同一層の連続する２
つの分割片は９０°ずつずらして配置されており、同一
層の連続する２つの分割片間に空隙が設けられている。

これらの間隙は図示しない径方向通路を構成してお９、
冷却用ガス例えば空気Ｏ径方向循嫌のために使用され得
る０間ＩＩＯ長手方向での幅は例えば１０■であるがガ
ス循ｌｌｌを喪好な状態で打なわせるに十分な大讃さで
なければならない。これによｐ各々が２乃至５つの基本
層から成る多重層を多重層内部で分割片の中心角をずら
すことなく使用することが可能である。多重層によ）前
記Ｏ如きギャップＦが形成される。

機械的強度にすぐれたり五を構成するために全ｓＯ分割
片の集合体が１２０のポル）Ｇにより接合される。直径
４５■のボルトＧｔｉｔＡＮＦＯＲ人−２１５５５７規
格による品質３５　　ＣＤ４で弾性限界約７００ＭＰａ
の合金鋼から成シ軸２に平行に挿入されている。

ボルトの両端に符号１０の如きナツトが備えられており
、連続する層は一部が図示された分割片影接合プレー）
１１を介して該ナツトにより互いに締付けられる。ボル
トの締付圧力は例えば約３００ＭＰａである。該圧力は
、遠心力よシ生じたリムの応力によｐ接触し合う分割片
が互いに角移動してずれることを阻止し得るに十分な摩
！Ｉｔ−与える。

第２図及び第３図では、判り易いように２つの層の間で
分割片の角度的ズレが常に同方向であると想定している
。実際には該方向を定期的に反転させ分割片間の間隙が
りムの円筒状外面に対称ジグザグノリ−ンを描くように
配置すゐことが知られており、このような配置が好オし
い。

第２図の公知リムは２つの極を有する２つの分割片と３
つの極を有する２つの分割片とによって各リングが構成
されており、Ｐｌの如き半径を含む平面は、連続する１
０個の多重層から成る積層部に於いて４つのギャップＦ
ｔ−有する。

このときオーバーラツプ係数は０．６０に等しい。

これは、各層が１つの７ツクグループＬｌ（第４図）に
対して対称的に固着され得るように、隣ｐ合う多重層間
のオーバーラツプ角度を極間隔ＢＫ等しい値即ち３６°
にしているからである。こＯ値は余りにも低いのでこの
ようなオーバーフツプ係ａを増加するために各層をフッ
ク〆ループに関して非対称的に固着し隣り合う２つの極
が各々の連結フックと共に２極間を通る軸方向平面に関
して対称になるような配置が提案された。図示しないこ
のような公知の配置によれば、オー／譬−シツブ角度が
イ極間隔に勢しくなり、各基本層は、各々が６つの九極
間隔に！る分割片を４個含む、従ってオーバ−ラツプ角
度は０．８０　Ｋ４１Ｌ（、この場合応力に抵抗し得る
にはリムの正味重量１２０トンを要する。このような高
い重量では回転子の臨界曲げ速度が過渡運転速度に余Ｃ
Ｋも接近する丸め、結局前記の如きリムの使用は不可能
である。従って従来は極めて電価な非分割形リムを使用
せざるを得なかった。

第３図に示す本発明のリムではできるだけ多数のギャッ
プを通るＰの如き軸方向平面は連続する１０個の多重層
の積層部中にギャップＦを唯１つしか含まない、これは
以下の如き配置に基〈。

リムの外周に等間隔ずつ離間した１０Ｘ８−８０のフッ
クＬが設けられている（第５図参照）。従って、２０個
のフックを有する４つの分割片を２憫のフックに相当す
るオーバーラツプ角度、即ち２つの連結ピッチに相当す
るオーパーツツブ角度で配置し得る。これによジオ−バ
ーラップ係数は０．９０で４る。オーバーラツプ角度は
、経済的に集用化が可能な軸方向締付力とそれによ）生
じる摩擦力の効率に関する発明者Ｏ爽験とに基いて選択
された。

この場合リムの正味重量＃′１１０５トンである。

従来のリムに比較して重量利得は１Ｂ）ンである。即ち
１２．５ｍである。この利得Ｏ結果、経済的利点が得ら
れることは明らかであや、更に回転子の臨界曲げ第一速
度と過渡運転速度との間に十分な余裕が得られる。

分割片形リムの使用範囲は、速度の平方に比例して増加
する機械的歪力の程度とブロック形りムよりも常に遥か
に重い靜止重童とから制約を受ける。静止重量が重いの
は、分割によｐ抵抗断面積（ＫＣＨ）が縮小する丸め及
びボルトが配設される曳めである。

本発明のリムは抵抗断面の増加及び静止質量の減少が達
成されたので従来はブロック形リムに限られていた回転
速度の範囲でも使用されることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の同期電気機械の回転子のリムの斜視図
、 第２図及び第３図は夫々、公知の型のリム及び第１図の
回転子のリムの円筒状外表面の長手方向の一部の平面展
開図であｐ判り易いように連続する層間での分割片の角
度的ズレが全て同方向を有する場合を示す説明図、 第４図及び第５図は夫々、前記の２つのりムの軸に喬直
な面に沿った断面部分図であり、第５図には極が図示さ
れている。 Ｃ・層、ｂ・・分＠片、ｙ・・・イヤンｆ、Ｐ・・・観
。 Ｌ・・・フック、Ｇ・・・ボルト、Ｅ・・・巻線、２・
・・軸、８・・・ケーシング、ｌＯ・・・ナツト、１１
・・・プレート。 出願人　了ルストムー了トランケイッ７代１里人弁珊士
用　　口　義　雄 （！ｉ１１！人弁理士今　　村　　　元Ｆ＋Ｇ、１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　分割片から成る積層彫りふと連結極とを有す
   る電気機械用回転子であり、前記リムが、実質的に同一
   軸の回Ｊ）Ｃ）２つの円筒状回転体の間のスペースに相
   幽してお〕且つ外縁によってリムの円筒状外表ＷＪを形
   成する円形リングの形状の平坦層の軸方向積層体を含ん
   でおり、 各層は複数個の薄板分割片から成９前記分割片の各々は
   中心角を有する扇形として形成されており且つ分割片間
   に径方向ギャップを伴なって実質的に全円状のリングを
   形成すべく軸の回りで中心角に沿って順次配置されてお
   り、連続する２つの層間で前記ギヤツブＯ角位置は必ず
   しも一定ではない１分割片オーバーラツプ負度ｌに従っ
   てずれており、 リムを構成する分割片の集合体は接合ボルトを介して一
   体的に固着されており、前記ボルトは軸に平行に伸びて
   おｐ且つ積層体の連続層を貫通して積層体の軸方向締付
   けｔ確保しており、これにより、回転子の回転及び遠心
   力より生じた接線応力が各層に作用すると前記接線応力
   が１つの層の各ギャップの両側で該層の分割片から隣接
   層の分割片に伝達され、前記伝達の全部がボルトによっ
   て確保され丸軸方向締付けによる摩擦力によって行なわ
   れるか又は逆の場合前記伝達の一部はボルト自体の剪断
   力によって摩擦と相補的に行なわれてお９、 薄板分割片の裁断によって柱状連結フックかりムの円筒
   状外表面に凹状に形成されておｐ前記フックは極を連結
   固着し得ぺ〈前記表面の母線に滴って軸方ｐに伸びてお
   ｐ、 電気書−を担持／４−はりムＶ円鴫状外勇−から突出し
   て軸方向に伸びており、リムＯ馬上で電極１間隔に従っ
   て中心角に沿って順次配置され各々が複数個のフックに
   連結されておｐ。 オーノン−ラップ角度は、連続するリン〆に於いてオー
   バーラツプ角度ずつずれ要分割片が凹状フックにより切
   断される断面が同じ形状を有するように選択されてお９
   、前記回転子に於いては更に、ａ）前記連結フックが均
   一な覧連結ｌ角間隔に従ってリムの全周上に放射状に設
   けられてお９、これによｐ１回転子が軸の回ｐで前記０
   角間隔又はその倍数に等しい角度だけ回転すると各フッ
   クの断面形状が後続フックの回転以前の断面形状と一致
   し、 ｂ）前記フックの個数は極の連結の丸めに必要な数より
   大であり従って前記フックの一部が極遍結のために使用
   され残りのフックは連結に使用されずに残っておｐ。 Ｃ）オーバーラツプ角度は連結間隔の整数倍に等しく且
   つ接線応力に対するリムの抵抗を増加すぺ〈極間隔よｐ
   低い値に選択されておｐ、ｄ）　ｗ！合ボルトは、極間
   隔より小さいオーバーラツプ角度の範囲で１つのリング
   のｗ！線応力が隣接リングに伝達されることを確保する
   に十分な軸方向締付力を作用せしむべ（選択されている
   ことｔ％黴とする分割片積層形リムと連結極とを有する
   電気機械用回転子。 （２）オーバーラツプ角度が極間隔のイよシ小さいこと
   ｔ％黴とする特許請求の範囲第１項に記載Ｏ回転子。 （３１リムを分解すること無く回転子の極数を変更し得
   べく連結間隔を十分に小さい値にするために、連結間隔
   がオーバーラツプ角度の分数分に等しい値になるように
   選択されているととｔ−特徴とする特許請求の範囲第２
   項に記載の回転子。 （４）　　極間隔がりムの全周Ｋｌｌって均一であり、
   全ての極の軸が連結フッタに対して同じ値の角度的ズレ
   を伴なって配置され得べく連結間隔が前記の均−極間隔
   の約数であｐ、場合によっては極の連続する方向に滴っ
   てズレの向きが交互に逆転することを特徴とするＪＦＩ
   軒請本請求Ｓ第１項に記載の回転子。 （５）　　各極の軸が連結フック（Ｌ、　Ｌ’）０集合
   体の対称面に沿って配置され得ぺく、連結間隔が極間隔
   の約数であることを特徴とする特許請求Ｏ範ｉ１第４項
   に記載の回転子。