JPS61285037A - 回転電機の回転子 - 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】 〔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シ、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。

特にコンプレッサーや高圧ポンプ、ブーロワなど高速を
必要とするものの中では、従来のタービン駆動に代って
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っ
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。この積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
等の欠点があった。

〔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、どの回転子鉄心の周方向に所定ピッチで設けら
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度の範囲にわたって階段状に影付けし
て影付は部を形成すると共に、この影付は部に設けた軸
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、かつこの端部溝内忙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シ、これによっ
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１１ａ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１２ａ。

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１
３は外部電源回路と接続されておシ、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ｔ。

を有する巻線端部を備えている。すなわち回転子巻線１
２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１回転子鉄心１１の胴部鉄心バケツ）ｌｌｃの位
置では上、下コイル１２ａ、１２ｂは同一の胴部溝１１
ａ内に収納されている。なお第２図においてτ、は巻線
ピッチである。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ｔ、の巻線端部を周方向に電気角
で９０度の範囲にわたって階段状に形付けして形付は部
を形成すると共に、この形付は部に設けた軸方向に伸び
た長さｔ、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１４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シ長さｔ、の巻線端部は周
方向に電気角で９０度の範囲にわたって階段状に形付け
して形付は部が形成されると共に、この形付は部に設け
られた軸方向に伸びた長さｔ、の端部直線部分は１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って、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１
１の胴部鉄心パケット１１Ｃから出た位置から１溝ピッ
チτ、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溝ピッチτ、ずれた位置で軸方向に長さｔ、の
端部直線部分を設けた後Ｋ、同じように周方向に１溝ピ
ッチｒ、の段落しを繰返し実施し、最後に電気角でτ、
ＸＩ／２の位置で反対方向から同様な段落しによって曲
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１
４ａ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ｔ４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
決まる寸法であシ、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ｔ４の位置では、上、下コイル１
２ａ。

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シ、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ｔ、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って、回転子２
の機械的強度が増大するようになシ、従来よシ高速運転
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
なって、巻線端部の温度上昇が低減できるようになシ、
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
ようになって、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１２ａ。

１２ｂの段落し寸法が１溝ピッチ／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溝ピッチ／
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ｔ、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
った溝付き支持体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子巻線との間の等測
的な空隙長が増大するようＫなって、回転子端部の漏れ
磁束が減少するようになり１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
ァイバー強化プラスチック材などの絶縁物で形成すれば
１回転による遠心応力が一層低下するようになって、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１９ａの端部溝１４
ｂの幅を、内径側より外径側の方を犬きくした。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、とτ−とに幾何学的に差が生じ、特に誇りの少ない
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１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、１
２ｂ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
；イル１２ｂ。

上コイル１２ａを夫々挿入する端部溝１４ｄ。

１４ｃを、その幅が内径側よシ外径側になるほど大きく
形成した。このようＫすることによシ櫛形リング２１の
端部溝１４ｄに、余裕を持って巻線端部の下コイル１２
ｂ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って、
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シ、端部溝１
４ｃ、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１２
ａ、１２ｂの端部溝１４ｃ。

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
量化が可能となって、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、１
０・・・スポーク、１１・・・回転子鉄心、ｌｌａ・・
・胴部溝。 １１ｃ・・・胴部鉄心パケット、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、１
４ｄ・・・端部溝、１５・・・楔、１６・・・接続片、
１７．１８・・・空間、１９，１９８・・・溝付き支持
体（端板）。 ２０・・・ライナ、２１・・・櫛形リング（端板）、２
２・・・歯状支持体（端板）、２３・・・ダブテール状
の突起、ｔ、・・・巻線端部の長さ、ｔ、・・・端部直
線部分＄２　日 茅３　日

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ッ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ステップの周
   方向寸法が、前記胴部溝のピッ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。