KR20170121689A

KR20170121689A - 회전 전기 및 회전 전기의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170121689A
Application number: KR1020170043528A
Authority: KR
Inventors: 겐메이 시마누키; 가즈마 츠지카와; 히데토시 스기무라
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2017-11-02
Also published as: EP3240146A1; EP3240146B1; US20170310197A1; KR101811224B1; CN107306062A; JP6689125B2; CN107306062B; JP2017200258A; US10601282B2

Abstract

실시형태에 있어서의 회전 전기(回轉電機)는, 회전자와 고정자 사이에 냉각 가스가 흘러가는 가스 냉각식의 회전 전기로서, 상기 회전자는, 상기 회전자의 회전 중심을 따르는 중심 홀(center hole), 및 상기 중심 홀의 기내측(機內側) 단부에 있어서 상기 중심 홀로부터 반경 방향으로 상기 회전자의 외주면까지 연통하는 스터드용 구멍이 형성된 샤프트와, 각각 상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연됨과 함께 서로 전기적으로 절연된 상태에서 상기 중심 홀에 상기 회전 중심을 따라 삽입되고, 또한 각각 상기 샤프트의 단부 측으로 돌출하는 돌출부를 구비한 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체와, 상기 샤프트의 단부 측에 상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연되어 설치되고, 상기 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체의 각각의 상기 돌출부의 측면을 전기 접속면으로 하여 전기적으로 접속되는 적어도 한 쌍의 단부 도체를 구비한다.

Description

회전 전기 및 회전 전기의 제조 방법{ROTATING ELECTRIC MACHINE AND METHOD OF MANUFACTURING ROTATING ELECTRIC MACHINE}

본 발명의 실시형태는 회전 전기(回轉電機) 및 회전 전기의 제조 방법에 관한 것이다.

회전 전기의 회전자는, 한쪽 끝에 구동기를 접속하고, 다른 한쪽 끝에 있어서는 회전자의 철심을 여자(勵磁)하기 위해, 회전자의 단부에 설치된 슬립 링(slip ring)에 외부로부터 전력이 공급되고, 그 전력이 샤프트의 반경 방향으로 뚫린 구멍에 삽입된 스터드(stud) 및 샤프트 중심 홀에 삽입된 중심 홀(center hole) 도체를 통해 회전자의 코일에 공급된다. 회전 전기의 출력이 증대하면, 이 전력도 증대하고 회전자의 코일에 흐르는 전류도 증가한다. 또한, 최근, 설비의 열효율을 개선하기 위해, 회전 전기의 회전자의 양단에 구동기를 접속하여, 슬립 링 측 끝으로부터도 구동 토크를 전달하는 방식이 채용되기 시작해서, 회전자의 계자(界磁) 회로에 전력을 공급하는 측의 단부에 있어서도 전달 토크가 커지게 되고 있다.

또한, 슬립 링을 없애고, 대신 브러시리스(brushless) 여자기를 회전자의 단부에 접속하여 보수성을 개선하는 방식에 있어서도, 회전 전기의 출력 증대에 수반하여, 이 브러시리스 여자기의 출력도 증대해서 전달 토크가 커지게 되고 있다.

상기 전류의 증가에 대해서는, 전류 회로의 단면적을 증가시킴으로써 대응하는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면, 스터드에 대해서는, 그 직경을 크게 하거나 개수를 증가시키는 것에 의해 전류 회로의 단면적을 증가시킴으로써, 상기 전류의 증가에 대응할 수 있다. 그러나, 회전자의 샤프트의 전달 토크에 대한 회전자의 전단(剪斷) 강도를 확보할 필요가 있기 때문에, 원주 속도 한계를 갖는 슬립 링이 있는 단부에서는 샤프트의 직경을 크게 할 수 없다. 또한, 샤프트 중심 홀로부터 샤프트 외주까지 연통하는 반경 방향의 스터드용 구멍은, 샤프트에 발생하는 전단 응력의 집중부가 된다. 이 때문에, 토크의 크기에 따라서는, 샤프트에 스터드용 구멍을 뚫을 수 없다.

반경 방향의 스터드용 구멍을 필요로 하지 않는 방법으로서, 회전자 단부면에 반경 방향으로 도체를 배치하고, 이 도체를 중심 홀 도체의 단부면에 볼트로 체결함으로써 전기적으로 접속하는 구조가 존재한다. 이와 같은 것으로서 일본국 공개특허공보, 특개2013-017307호 공보(이하, 특허문헌 1이라 함)가 있다.

그러나, 회전자 단부면에 반경 방향으로 배치된 도체를 중심 홀 도체의 단부면에 볼트로 체결해서 전기 접속하는 구조는, 중심 홀 도체의 단부면만으로 전류의 증가에 대해 필요 충분한 접촉 면적을 확보할 수 없을 우려가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 회전자의 코일에 전력을 공급하기 위한 중심 홀 도체와 중심 홀의 외측의 도체를, 충분한 접촉 면적을 확보해서 전기적으로 접속하는 것이 가능한 회전 전기 및 회전 전기의 제조 방법을 제공하는 것이다.

일 실시형태의 회전 전기는, 회전자와 고정자 사이에 냉각 가스가 흘러가는 가스 냉각식의 회전 전기로서, 상기 회전자는, 상기 회전자의 회전 중심을 따르는 중심 홀, 및 상기 중심 홀의 기내측(機內側) 단부에 상기 중심 홀로부터 반경 방향으로 상기 회전자의 외주면까지 연통하는 스터드용 구멍이 형성된 샤프트와, 각각 상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연됨과 함께 서로 전기적으로 절연된 상태에서 상기 중심 홀에 상기 회전 중심을 따라 삽입되고, 또한 각각 상기 샤프트의 단부 측으로 돌출하는 돌출부를 구비한 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체와, 상기 샤프트의 단부 측에 상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연되어 설치되고, 상기 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체의 각각의 상기 돌출부의 측면을 전기 접속면으로 하여 전기적으로 접속되는 적어도 한 쌍의 단부 도체를 구비한다.

또한, 일 실시형태의 회전 전기의 제조 방법은, 회전 중심을 따르는 중심 홀 및 상기 중심 홀의 기내측 단부에 있어서 상기 중심 홀로부터 반경 방향으로 외주면까지 연통하는 스터드용 구멍이 형성된 샤프트를 구비하는 회전자를 준비하고, 각각 상기 샤프트의 단부 측으로 돌출하는 돌출부를 구비한 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체를, 각각 상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연됨과 함께 서로 전기적으로 절연된 상태에서 상기 중심 홀에 상기 회전 중심을 따라 삽입하고, 상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연되는 적어도 한 쌍의 단부 도체를, 상기 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체의 각각의 상기 돌출부의 측면에 전기적으로 접속하는 것이다.

본 발명에 따르면, 회전자의 코일에 전력을 공급하기 위한 중심 홀 도체와 중심 홀의 외측의 도체를 충분한 접촉 면적을 확보해서 전기적으로 접속할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도.
도 3은 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도.
도 4는 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 도 2에 있어서의 B-B 화살표 도면.
도 5는 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부 도체의 사시도.
도 6은 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부 도체의 사시도.
도 7은 제2 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도.
도 8은 제3 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도.
도 9는 제3 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도.
도 10은 제4 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도.
도 11은 제4 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 도 10에 있어서의 C-C 화살표 도면.
도 12는 제4 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 사시도.
도 13은 제5 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도.
도 14는 제5 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 도 13에 있어서의 D-D 화살표 도면.
도 15는 제5 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 사시도.
도 16은 제6 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도.
도 17은 제6 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 도 16에 있어서의 E-E 화살표 도면.

이하, 실시형태에 대해 도면을 이용해서 설명한다.

(제1 실시형태)

우선, 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기 대해, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6을 참조해서 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2, 도 3, 도 4는 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도이다. 단, 도 3은 도 2에 나타낸 A부 확대도이고, 도 4는 도 2 중의 B-B 선을 따르는 화살표 도면이다. 또한, 도 5는 도 2에 나타낸 단부 도체의 사시도이다. 도 6은 도 2에 나타낸 중심 홀 도체의 사시도이다.

도 1에 나타내는 회전 전기(1)는, 회전자(2)와 고정자(3) 사이에 냉각 가스가 흘러가는 가스 냉각식의 회전 전기이다.

회전자(2)의 외주에 배치되는 고정자(3)는 고정자 틀(프레임)(4)의 내면에 부착되어 있다. 회전자(2)의 단부(2A)는 고정자 틀(4)을 관통해서 연장되어 있고, 베어링(5)에 의해 지지되며, 베어링(5)보다 중앙쪽의 위치에서, 오일 시일(oil seal)(6)에 의해 고정자 틀(4) 내에 냉각 가스를 밀봉하고 있다.

회전자(2)의 철심부(2B)를 여자하기 위해 장착되는 코일(7)에는, 회전자(2)의 단부(2A)의 슬립 링(214, 224)을 통해 외부로부터 전원이 공급된다.

회전 전기(1)의 회전자(2)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 주요 구성 부품으로서 중심부에 중심 홀(201)이 형성되는 샤프트(20)를 구비한다. 또한, 회전자(2)는 계자 회로 구성 부품으로서, 코일(7)과, 중심 홀 도체(211, 221)와, 단부 도체(212, 222)와, 반경 방향 스터드(213, 223)를 구비한다. 중심 홀 도체(211), 단부 도체(212), 반경 방향 스터드(213)와 중심 홀 도체(221), 단부 도체(222), 반경 방향 스터드(223)는, 중심 홀(201)을 사이에 두고 둘레 방향으로 180° 떨어져 위치한다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 회전자(2)는, 프레임(4)보다 외측으로 연장된 샤프트(20)의 외주에, 슬립 링(214, 224)이 장착되어 있다. 슬립 링(214, 224)은, 샤프트(20)에 대해 절연 부재로 전기적으로 절연된 상태에서 샤프트(20)의 축 방향으로 나열 장착되어 있고, 외주면이 급전 브러시와의 슬라이딩에 의해 전기적으로 접속(전기 접속)된다. 이하에서 설명하는 절연이란, 전기적인 절연을 가리킨다.

샤프트(20)에서는, 중심 홀(201)과 기내측에 있어서의 스터드용 구멍(202)이, 급전 장치가 접속되는 측의 단부(2A)에 형성된다. 중심 홀(201)은 회전 중심(L)을 따라 형성되어 있다. 스터드용 구멍(202)은, 코일(7) 근처에서 중심 홀(201)으로부터 반경 방향으로 샤프트(20)의 외주면까지 연통되어 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 회전 중심(L)에 대해서 선대칭으로, 즉 둘레 방향으로 180° 떨어져 형성되어 있다.

한 쌍의 중심 홀 도체(211, 221)는, 샤프트(20)에 대해 및 서로 전기적으로 절연된 상태에서, 회전 중심(L)을 따르는 방향으로 중심 홀(201)에 삽입된다. 또한, 본 실시형태는 2극의 회전 전기를 예로 설명하고 있기 때문에 한 쌍의 중심 홀 도체(211, 221)가 삽입되어 있지만, 4극 이상의 극 수의 회전 전기에 있어서는, 극 수에 따른 쌍의 중심 홀 도체(211, 221)가 각각 서로 전기적으로 절연된 상태에서 중심 홀(201)에 삽입되어 설치된다. 즉, 본 실시형태에 있어서, 중심 홀 도체(211, 221)는 적어도 1쌍 이상의 쌍으로 설치된다.

중심 홀 도체(211, 221) 사이에는, 이들을 서로 전기적으로 절연하는 절연판(262)이 삽입되어 있다. 중심 홀 도체(211, 221)와, 이에 대향하는 중심 홀(201)의 내주 사이에는, 중심 홀 도체 절연통(261)이 장착되어 있다. 샤프트 단부(2A)와 한 쌍의 단부 도체(212, 222) 사이에는 절연 블록(263)이 삽입된다. 또한, 단부 도체(212, 222)에 대해서도, 중심 홀 도체(211, 221)와 마찬가지로 적어도 1쌍 이상의 쌍으로 설치된다.

단부 도체(212)와 샤프트(20)의 단부면 사이에는, 이들을 서로 전기적으로 절연하는 절연판(264)이 삽입되어 있다. 절연판(264)은 단부 도체(222)와 샤프트(20)의 단부면 사이에도 삽입되어 있다.

반경 방향 스터드(213, 223)는, 샤프트(20)에 대해 전기적으로 절연된 상태에서 180° 떨어진 스터드용 구멍(202)에 각각 삽입된다. 반경 방향 스터드(213)는, 코일(7)의 리드 도체(7A)와 중심 홀 도체(211)를 전기 접속한다. 마찬가지로, 반경 방향 스터드(223)는 코일(7)의 리드 도체(7B)와 중심 홀 도체(221)를 전기 접속한다.

반경 방향 스터드(213)는, 리드 도체(7A)에 의해, 도시하지 않은 벤드(bend)부의 하나로서 마련되는 코일(7)의 단부에 접속되어 있다. 마찬가지로, 반경 방향 스터드(223)는, 리드 도체(7B)에 의해, 상기와 같이 벤드부의 하나로서 마련되는 코일(7)의 단부에 접속되어 있다.

리드 도체(7A, 7B)는, 회전 중심(L)을 따르는 방향을 따라 샤프트(20)의 외주면에 형성되는 슬롯에 수납된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 샤프트(20)의 단부에 있어서, 단부 도체(212, 222)과 슬립 링(214, 224)을 각각 1대1로 전기 접속하고 있다.

슬립 링(214, 224)은, 샤프트(20)의 단부 외주에 슬립 링 절연통(271)을 개재해서 장착되어 있고, 이들 슬립 링(214, 224)의 외주면에 있어서 고정 측의 급전 장치에 부착되어 있는 급전 브러시와의 사이에서 슬라이딩에 의해 전기 접속된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 중심 홀(201)의 단부는, 중심 홀 도체(211, 221)의 단부가 관통하는 구멍(265A, 265B)을 갖는 절연 플러그(265)가 수납되어 있다.

또한, 중심 홀 도체(211)의 단부(돌출부로서의 중심 홀 도체 단부(211A)보다 기내측)의 외주면에 있어서의, 절연 플러그(265)의 관통 구멍(265A)의 내주에 대향해서 형성되는 홈에 가스켓(gasket)(281)을 끼워넣음으로써, 상기 외주면과 절연 플러그(265) 사이에서 가스 시일을 하고 있다. 마찬가지로, 중심 홀 도체(221)의 단부(돌출부로서의 중심 홀 도체 단부(221A)보다 기내측)의 외주면에 있어서의, 절연 플러그(265)의 관통 구멍(265B)의 내주에 대향해서 형성되는 홈에 가스켓(282)을 끼워넣음으로써, 상기 외주면과 절연 플러그(265) 사이에서 가스 시일을 하고 있다. 또한, 절연 플러그(265)의 외주에 있어서 형성되는 홈에 가스켓(283)을 끼워넣음으로써, 절연 플러그(265)와 중심 홀(201)의 내주면 사이도 가스 시일을 하고 있다.

제1 실시형태에서는, 돌출부로서의 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)를 원통 형상으로 하고, 단부 도체(212)에는, 샤프트(20)의 단부 측에 있어서의, 중심 홀 도체 단부(211A)의 외주면(측면, 즉 회전 중심(L)에 대한 둘레 방향 면 등의 둘레 방향 성분을 갖는 면)을 전기 접속면으로 하여 전기적으로 접속되는 내주면을 구비하고, 중심 홀 도체 단부(211A)를 끼워맞춤 가능한 구멍이 마련되어 있다. 이 구멍은 그 내경이 중심 홀 도체 단부(211A)의 외경에 대략 맞춰지고, 또한 축 방향의 길이가 중심 홀 도체 단부(211A)의 외주면의 축 방향의 길이에 맞춰져 축 방향을 따라 형성된다. 마찬가지로, 단부 도체(222)에는, 샤프트(20)의 단부 측에 있어서의, 중심 홀 도체 단부(221A)의 외주면(측면)을 전기 접속면으로 하여 전기적으로 접속되는 내주면을 구비하고, 중심 홀 도체 단부(221A)를 끼워맞춤 가능한 구멍이 마련되어 있다. 이 구멍은, 그 내경이 중심 홀 도체 단부(221A)의 외경에 맞춰지고, 또한 축 방향의 길이가 중심 홀 도체 단부(221A)의 외주면의 축 방향의 길이에 맞춰져 축 방향을 따라 형성된다. 이들 단부 도체(212, 222)에 마련된 구멍의 내주면은 각각 단부 도체(212, 222) 측의 전기 접속면으로 된다.

단부 도체(212, 222)의 각각에는, 슬릿(212A(단부 도체(212) 측), 222A(단부 도체(222) 측)이 각각 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)를 끼워맞춤 가능한 구멍에 연통해서 설치된다.

또한, 이들 구멍에 중심 홀 도체 단부(211A나 212A)의 외주를 끼워넣은 상태에서, 슬릿의 극간을 좁힘으로써 중심 홀 도체 단부(211A)의 외주면(측면)과 단부 도체(212)의 구멍의 내주면과의 전기 접속면이나 중심 홀 도체 단부(221A)의 외주면과 단부 도체(222)의 구멍의 내주면과의 전기 접속면에 접촉면압을 가하기 위한 체결 부재인 볼트(231) 및 너트(232)가 둘레 방향으로 단부 도체(212, 222)를 죄도록 부착 가능하다.

구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 단부 도체(212)는 절연 플러그(265)보다 샤프트(20)의 단부 측에 있고, 이 단부 도체(212)는 원통 형상의 중심 홀 도체 단부(211A)(도 6 참조)를 끼워넣기 위한 원통 형상의 구멍이 형성되고, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 이 구멍의 일부에는 슬릿(212A)이 형성된다.

마찬가지로, 도 3에 나타내는 바와 같이, 단부 도체(222)는 절연 플러그(265)보다 샤프트(20)의 단부 측에 있고, 이 단부 도체(222)에는 원통 형상의 중심 홀 도체 단부(221A)를 끼워넣기 위한 원통 형상의 구멍이 형성되고, 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 구멍의 일부에는 슬릿(222A)이 형성된다.

여기에서, 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)를 단부 도체(212, 222)의 구멍에 1대1로 끼워넣은 상태에서, 볼트(231) 및 너트(232)를 체결함으로써 슬릿(212A, 222A)의 폭을 좁히는 방향으로 힘을 가함으로써, 단부 도체(212, 222)의 구멍의 내경을 좁혀, 이들 단부 도체(212, 222)의 구멍의 내주면과, 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 외주 면과의 접촉면 전체면에 접촉면압을 가해서, 전기 접속면의 면적을 중심 홀(201) 내의 좁은 공간 내에서 효율적으로 확보할 수 있다.

이상과 같이 구성된 제1 실시형태에 있어서의 회전 전기(1)에 있어서, 슬립 링(214)의 외주에 대해 슬라이딩에 의해 전기 접속하는 양극(正極) 측의 급전 브러시로부터 공급되는 계자 전류는, 단부 도체(212)와 중심 홀 도체(211)와 반경 방향 스터드(213)를 지나, 리드 도체(7A)로부터 코일(7)에 공급된다. 이 전류는, 리드 도체(7B)로부터 반경 방향 스터드(223)와 중심 홀 도체(221)와 단부 도체(222)를 지나, 슬립 링(224)의 외주에 대해 슬라이딩에 의해 전기 접속하는 음극 측의 급전 브러시로 되돌아간다.

이 계자 전류에 의해, 회전자(2)의 철심부(2B)가 여자되고, 증기 터빈 등에 의한 외부 구동력에 의해 회전자(2)가 회전하면 고정자에 기전력이 발생해서 발전한다.

따라서, 제1 실시형태에서는, 볼트(231)의 크기를 현저히 크게 하지 않고, 또한 볼트(231)의 수를 현저히 증가시키지 않고, 단부 도체(212, 222)의 구멍의 내주면과 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 외주면 사이의 접촉면의 전체면에 대해 효율적으로 균일한 접촉면압을 가할 수 있다.

본 실시형태에서는, 스터드용 구멍(202) 이외의 반경 방향의 구멍을 샤프트(20)에 뚫지 않고, 회전자(2)의 단부(2A)에 있어서 단부 도체(212, 222)를 배치한 구성으로, 중심 홀(201)의 단부의 좁은 공간 내에 있어서도, 전류 값의 증가에 맞춰, 전기 접속을 위한 접촉 면적을 크게 증가시킬 수 있다.

또한, 회전 전기(1)의 출력이 커진 경우 등에, 반경 방향 스터드 1개당 흐르는 계자 전류를 제한하기 위해, 반경 방향 스터드(213, 223)는 축 방향으로 복수 개 배치해도 된다.

(제2 실시형태)

다음으로, 제2 실시형태에 대해서, 각 도면을 참조해서 설명한다. 또한, 이하의 각 실시형태에 있어서의 회전 전기(1)의 회전자(2)의 기본적인 구성은 제1 실시형태와 동일하다. 그래서, 이하의 각 실시형태에 있어서 동일한 기능을 갖는 구성 부품에 대해 각 도면 중에 있어서, 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 제1 실시형태의 기재 및 도면을 참작하는 것으로 한다.

제2 실시형태에서는, 회전자(2)의 코일(7)에 계자 전류를 공급하기 위해, 제1 실시형태와 같이 슬립 링(214, 224)에 브러시 슬라이딩 접촉시키는 구성 대신, 브러시리스 여자 장치를 이용한다.

도 7은 제2 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 제2 실시형태에서, 회전자(2)의 단부면에 브러시리스 여자기의 회전자(9)를 커플링으로 결합함으로써, 단부 도체(212, 222)를 브러시리스 여자기의 회전자(9)의 출력 도체(312, 322)와 1대1로 전기적으로 접속한다. 이것에 의해, 브러시리스 여자 장치로부터 회전자(2)의 코일(7)에 계자 전류를 공급할 수 있다.

환언하면, 브러시리스 여자기의 회전자(9)의 출력 도체(312, 322)의 단부면인 전기 접속면을 회전 전기(1)의 회전자(2)의 단부면을 향하도록 해서 커플링으로 결합함으로써, 단부 도체(212, 222)의 단부면 및 출력 도체(312, 322)의 단부면 사이의 전기 접속면에 접촉면압을 가해서 전기 접속한다.

이것에 의해, 회전자(2)의 코일(7)에 계자 전류를 공급하기 위해, 브러시리스 여자 장치를 사용할 경우에도, 제1 실시형태와 같이, 전류 값의 증가에 맞춰, 전기 접속을 위한 접촉 면적을 크게 증가시킬 수 있다.

이 때, 출력 도체(312, 322)의 전기 접속면에 있어서의 직경 방향을 따른 일단(一端) 부근과 타단(他端) 부근에서 본 뒷면에 스프링(343)을 삽입하는 등의 방법에 의해 상기 전기 접속면에 접촉면압을 더 가할 수도 있다.

(제3 실시형태)

다음으로, 제3 실시형태에 대해 도 8, 도 9를 참조해서 설명한다.

도 8 및 도 9는 제3 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 직경 방향에서 본 단면도이다.

제3 실시형태에서는, 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 전기 접속면으로서의 외주(측면)를 기내측에서 볼 때 샤프트(20)의 단부에 가까울 수록 직경이 작은 원추 형상으로 해서, 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 외주는 회전 중심(L)에 대한 제1 경사를 갖는다. 즉, 중심 홀 도체(211, 221)의 돌출부인 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 전기 접속면으로서의 외주면(측면)은 회전 중심(L)의 원주면에 대해 경사져 있다. 단부 도체(212, 222)에 뚫린 구멍의 형상은, 이 구멍에 끼워넣는 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 외주에 대략 맞춰진다. 이 구멍의 내주면에 배치된 전기 접속면은, 상기 제1 경사보다 작은, 회전 중심(L)에 대한 제2 경사를 갖고 있고, 단부 도체(212, 222) 측의 전기 접속면이 되는 구멍의 내주면도 마찬가지로 회전 중심(L)의 원주면에 대해 경사져 있다.

또한, 상기 구멍에 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)를 끼워넣은 상태에서는, 상기 제1 및 제2 경사의 차이에 의해 단부 도체(212, 222)의 구멍과 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 외주 사이에는 극간이 생긴다.

그리고, 이 극간을 작게 하기 위한 볼트(231)와 너트(232)를, 단부 도체(212, 222)에 있어서의 원추의 직경이 작은 측, 즉 회전자(2)의 단부 측에 부착 가능하다.

구체적으로는, 도 8, 도 9에 나타내는 바와 같이, 단부 도체(212)의 구멍의 내주의 경사(제2 경사)를, 중심 홀 도체 단부(211A)의 외주의 경사(제1 경사)보다 작게 하고, 단부 도체(222)의 구멍의 내주의 경사를, 중심 홀 도체 단부(221A)의 외주의 경사보다 작게 한다.

그리고, 볼트(231)와 너트(232)를 단부 도체(212, 222)에 있어서의, 회전자(2)의 단부 측에 치우쳐 배치하고, 이들 볼트(231)와 너트(232)를 단부 도체(212, 222)의 구멍과 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 외주 사이의 극간이 작아지는 방향으로 체결하기 시작할 때, 기내측의 전기 접속면에 대해, 단부 측의 전기 접속면보다 빠르게 접촉면압이 가해지기 시작하도록 한다. 그리고, 볼트(231)와 너트(232)를 더 체결함으로써, 최종적으로 상기 전기 접속면의 전체면에 접촉면압이 가해지게 한다.

이와 같이, 제3 실시형태에서는, 계자 전류의 가일층 증대에 대해, 중심 홀(201)의 외부로부터 내부로 향할수록, 단부 도체의 구멍의 내주면과 중심 홀 도체 단부의 외주면과의 전기 접속면을 확대한 구성으로 한다. 따라서, 볼트(231)와 너트(232)를, 이들을 체결하는 작업이 가능한 단부 측에 배치한 것만으로 해도, 중심 홀(201)의 내부까지 접촉면압을 가할 수 있으므로, 전기 접속면의 면적을 확보할 수 있다.

(제4 실시형태)

다음으로, 제4 실시형태에 대해서 도 10, 도 11, 도 12를 참조해서 설명한다. 도 10은 제4 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 직경 방향에서 본 단면도이다. 도 11은 제4 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 도 10 중의 C-C 화살표 도면이다. 도 12는 제4 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 10, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제4 실시형태에서는, 단부 도체(212, 222)에 있어서의 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)와의 전기 접속면 부근의 외주는 원통 형상이다. 이하, 이 원통 형상의 부분을 원통부라 칭한다. 이 원통부에 대해, 당해 원통부의 부재의 재질보다 강도가 높은 재질의 외통(212B, 222B)을 1대1로 볼트(231)나 너트(232)를 사용해서 배치할 수 있다. 외통(212B, 222B)은, 예를 들면 스프링강이다.

일반적으로, 단부 도체(212, 222)로서는, 전기 저항이 작은 구리 등의 재료가 사용되지만, 그 강성은 높지 않기 때문에, 변형되는 경우도 생각할 수 있다.

제4 실시형태에서는, 단부 도체(212, 222)의 강성을 상기와 같이 강성이 높은 외통을 이용해서 보완함으로써, 단부 도체(212, 222)의 원통부의 형상을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 단부 도체(212, 222)의 구멍의 내주면과 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 외주면의 안정된 전기 접속을 유지할 수 있다.

또한, 상기 외통(212B, 222B)을 제3 실시형태에 적용한 경우도 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다.

(제5 실시형태)

다음으로, 제5 실시형태에 대해, 도 13, 도 14, 도 15를 참조해서 설명한다. 도 13은 제5 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 직경 방향에서 본 단면도이다. 도 14는 제5 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 도 13 중의 D-D 화살표 도면이다. 도 15는 제5 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 사시도이다.

도 13, 도 14, 도 15에 나타내는 바와 같이, 제5 실시형태에서는, 제4 실시형태에서 설명한 바와 같은 볼트(231)나 너트(232)는 사용하지 않는다. 또한, 이 제5 실시형태에서는, 제4 실시형태에서 설명한 외통(212B, 222B)에 슬릿이 마련되고, 이 슬릿에 스페이서를 삽입함으로써, 이들 외통(212B, 222B)의 내경을 확장할 수 있다. 이와 같이 내경을 확장한 외통(212B, 222B)은, 제4 실시형태에서 설명한 단부 도체(212, 222)의 원통부의 외주에 1대1로 배치할 수 있다.

여기에서, 단부 도체(212, 222)의 원통부의 외주에 외통(212B, 212B)을 상기와 같이 배치하지 않고 내경을 확장하고 있지 않은 상태에서의 외통(212B, 222B)의 내경은, 이들 외통(212B, 222B)을 배치하고 있지 않은 단부 도체(212, 222)의 구멍에 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)를 끼워넣었을 때의, 단부 도체(212, 222)의 원통부의 외경보다 작아지도록 제작된다.

상기 단부 도체(212, 222)의 구멍과 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)와 끼워넣기 위한 작업은 상기와 같이 외통(212B, 222B)의 슬릿에 스페이서를 삽입하는 등에 의해 외통(212B, 222B)의 내경을 확장하고, 이들 외통(212B, 222B)을 단부 도체(212, 222)의 원통부의 외주에 1대1로 배치한 상태로 행할 수 있다. 그리고, 중심 홀 도체 단부(221A, 221A)를 단부 도체(212, 222)의 구멍에 1대1로 끼워넣은 후에, 외통(212B, 222B)의 스페이서를 슬릿으로부터 빼낼 수 있다.

이와 같이, 외통(212B, 222B)의 슬릿으로부터 스페이서를 빼내면, 이들 외통(212B, 222B)의 내경이 원래대로 돌아가려고 하는 힘이 발생한다. 제5 실시형태에서는, 이 힘을 이용해서, 단부 도체(212, 222)의 구멍의 내주면과 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 외주면과의 전기 접속면에 접촉면압을 가할 수 있다.

이 방법에서는, 볼트와 너트를 사용하지 않고 단부 도체(212, 222)의 구멍의 내주면과 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 외주면과의 전기 접속면에 접촉면압을 가할 수 있다. 이 때문에, 이들 볼트와 너트의 체결 작업을 위한 조작 공간이 불필요해진다. 또한, 제5 실시형태에서 설명한 외통(212B, 222B)을 제3 실시형태에 적용한 경우에도 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다.

(제6 실시형태)

다음으로, 제6 실시형태에 대해서 도 16 및 도 17을 참조해서 설명한다. 도 16은 제6 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는, 직경 방향에서 본 단면도이다. 도 17은 제6 실시형태에 있어서의 회전 전기의 회전자의 단부의 일례를 나타내는 도 16 중의 E-E 화살표 도면이다.

도 16, 도 17에 나타내는 바와 같이, 제6 실시형태에서는, 제1 실시형태와 같이 돌출부로서 원 기둥 형상의 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)를 설치하고, 이 중심 홀 도체 단부(211A, 221A)의 측면을 전기 접속면으로서 단부 도체에 설치된 구멍에 끼워맞추는 구성 대신, 중심 홀 도체(211, 221)의 회전자 단부 측의 돌출부인 중심 홀 도체 단부(211B, 221B)는, 중심 홀 도체(211, 221)의 회전자 단부 측 중, 회전 중심(L) 측(즉, 절연판(262) 측)의 일부를 잘라내도록 해서 설치된다. 환언하면, 중심 홀 도체(211, 221)의 각각에는, 절연판(262)에 대향하는 저면(底面)으로부터 이간된 부분, 즉 중심 홀 도체(211, 221)의 측면 중 회전 중심(L)에서 떨어진 일부가 중심 홀 도체(211, 221)의 회전자 단부 측에 돌출한 돌출부인 중심 홀 도체 단부(211B, 221B)로서 각각 설치되어 있다. 이들 중심 홀 도체 단부(211B, 221B)는 서로 전기적으로 절연됨과 함께, 각각 샤프트(20)에 대해서도 전기적으로 절연된다.

그리고, 본 실시형태에 있어서는, 이들 중심 홀 도체 단부(211B, 221B)의 측면 중, 중심 홀 도체(211, 221)의 회전 중심(L) 측의 일부가 잘라내져 형성되고, 중심 홀(201)의 내면에 대향하지 않는 제1 평면 및 제2 평면을 각각 전기 접속면으로 하고 있다. 특히 본 실시형태에 있어서 제1 평면 및 제2 평면은 각각, 절연판(262)에 대향하는 저면으로부터 법선 방향으로 이간됨과 함께 절연판(262)에 대향하는 저면에 대략 평행한 면으로서 구성된다. 또한, 전기 접속면이 되는 제1 평면 및 제2 평면은 중심 홀 도체(211, 221) 중 절연판(262)에 대향하는 면과 평행하게 하는 것 이외에, 이들 면에 대해 소정의 각도를 갖도록 구성해도 상관없다. 또한, 중심 홀 도체 단부(211B, 221B)의 측면 전체를 전기 접속면으로 해도 상관없다.

즉, 본 실시형태에 있어서는, 중심 홀(201)에 중심 홀 도체(211, 221)가 절연판(262)을 개재해서 전기적으로 절연된 상태에서 회전 중심(L)을 따라 삽입되었을 때, 샤프트(20)의 단부 측에서 보면, 절연판(262)이 배치되는 회전 중심(L)에 수평인 직선에 걸쳐 넘는 오목부가 형성된다. 이 오목부에는, 중심 홀 도체(211) 측의 제1 평면 및 중심 홀 도체(221) 측의 제2 평면이 절연판(262)이 배치되는 회전 중심(L)에 수평인 직선을 개재해서 서로 마주하게 각각 형성된다.

단부 도체(212)에는, 중심 홀 도체(211)의 전기 접속면인 제1 평면과의 전기 접속면을 갖는 대략 L자 형상의 제1 단부 도체 돌출부가 형성되고, 또한 단부 도체(222)에는, 중심 홀 도체(221)의 전기 접속면인 제2 평면과의 전기 접속면을 갖는 대략 L자 형상의 제2 단부 도체 돌출부가 형성된다.

이들 제1 및 제2 단부 도체 돌출부는, 중심 홀 도체(211, 221)의 상기 제1 및 제2 평면과 1대1로 전기적으로 접속된 상태에서 후술하는 압력 쐐기나 스프링을 배치 가능한 공간이 회전 중심(L) 부근에 생기도록 형성된다.

즉, 제1 및 제2 단부 도체 돌출부 사이의 공간에는, 쌍을 이루는 제1 단부 도체 돌출부 및 제2 단부 도체 돌출부를 절연하는 전기적인 절연체인 압력 쐐기를 배치할 수 있다. 상세하게는, 공간에는, 중심 홀 도체(211)의 돌출부의 제1 평면과 전기적으로 접속된 단부 도체(212)의 제1 단부 도체 돌출부에 있어서의 회전 중심(L) 쪽의 면과 상대하는 압력 쐐기(266A)와, 중심 홀 도체(221)의 돌출부의 제2 평면과 전기적으로 접속된 단부 도체(222)의 제2 단부 도체 돌출부에 있어서의 회전 중심(L) 쪽의 면과 상대하는 압력 쐐기(266B)를, 후술하는 스프링이 배치 가능한 소정의 극간을 두고 직경 방향을 따라 나열해서 배치한다.

상기와 같이 배치한 압력 쐐기(266A)에 있어서의, 중심 홀 도체(211)의 제1 평면과 전기적으로 접속된 단부 도체(212)의 제1 단부 도체 돌출부에 상대하는 면, 및 상기와 같이 배치된 압력 쐐기(266B)에 있어서의, 중심 홀 도체(221)의 제2 평면과 전기적으로 접속된 단부 도체(222)의 제2 단부 도체 돌출부에 상대하는 면은, 회전 중심(L)에 대한 소정의 경사를 갖고 단부 측으로부터 기내측을 향할수록 회전 중심(L)으로부터 멀어지는 경사면이 되도록 형성된다.

또한, 상기와 같이 배치된 압력 쐐기(266A, 266B)의 상기 극간에 스프링(243)을 삽입할 수 있다.

또한, 중심 홀 도체(211)의 제1 평면과 전기적으로 접속된 단부 도체(212)의 제1 단부 도체 돌출부에 있어서의, 상기와 같이 배치된 압력 쐐기(266A)에 상대하는 면, 및 중심 홀 도체(221)의 제2 평면과 전기적으로 접속된 단부 도체(222)의 제2 단부 도체 돌출부에 있어서의, 상기와 같이 배치된 압력 쐐기(266B)에 상대하는 면도, 압력 쐐기(266A, 266B)의 경사와 맞춘 경사를 갖고, 단부 측으로부터 기내측을 향할수록 회전 중심(L)으로부터 멀어지는 경사면이 되도록 형성된다.

제6 실시형태에서는, 볼트(231)를 단부 도체(212, 222)에 대해 축 방향을 따라 체결한다. 이 체결에 의해, 단부 도체(212, 222)를 샤프트(20)의 단부 측으로부터 기내측으로 밀어넣음으로써, 압력 쐐기(266A, 266B)의 경사면이 각각 힘을 받고, 압력 쐐기(266A, 266B) 사이의 스프링(243)이 압축된다. 이에 의해, 스프링(243)의 반발력이 발생하고, 이 반발력에 의해 단부 도체(212)와 중심 홀 도체(211)의 회전자 단부 측과의 전기 접속면, 및 단부 도체(222)와 중심 홀 도체(221)의 회전자 단부 측과의 전기 접속면에 접촉면압을 가할 수 있다.

이와 같이, 제6 실시형태는, 가스 시일 구조를 필요로 하지 않는 공랭식의 회전 전기를 사용할 경우에도, 제1 실시형태와 마찬가지인 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는 예시로서 제시된 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규한 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허의 청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

1…회전 전기, 2…회전자, 2A…단부, 2B…철심부, 3…고정자, 4…고정자 틀, 5…베어링, 6…오일 시일, 7…코일, 7A, 7B…리드 도체, 8…구동기의 회전자, 9…브러시리스 여자 장치의 회전자, 20…샤프트, 201…중심 홀, 202…스터드용 구멍, 211, 221…중심 홀 도체, 211A, 211B, 221A, 221B…중심 홀 도체 단부, 212, 222…단부 도체, 212A, 222A…슬릿, 212B, 222B…외통, 213, 223…반경 방향 스터드, 214, 224…슬립 링, 231…볼트, 232…너트, 243, 343…스프링, 261…중심 홀 도체 절연통, 262…절연판, 263…절연 블록, 264…절연판, 265…절연 플러그, 266A, 266B…압력 쐐기, 271…슬립 링 절연통, 281, 282, 283…가스켓, 312, 322…출력 도체

Claims

회전자와 고정자 사이에 냉각 가스가 흘러가는 가스 냉각식의 회전 전기(回轉電機)로서,
상기 회전자는,
상기 회전자의 회전 중심을 따르는 중심 홀(center hole), 및 상기 중심 홀의 기내측(機內側) 단부에 있어서 상기 중심 홀로부터 반경 방향으로 상기 회전자의 외주면까지 연통하는 스터드용 구멍이 형성된 샤프트와,
각각 상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연됨과 함께 서로 전기적으로 절연된 상태에서 상기 중심 홀에 상기 회전 중심을 따라 삽입되고, 또한 각각 상기 샤프트의 단부 측으로 돌출하는 돌출부를 구비한 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체와,
상기 샤프트의 단부 측에 상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연되어 설치되고, 상기 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체의 각각의 상기 돌출부의 측면을 전기 접속면으로 하여 전기적으로 접속되는 적어도 한 쌍의 단부 도체,
를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
제1 항에 있어서,
상기 단부 도체에는 각각, 상기 돌출부가 끼워맞춤 가능한 구멍이 마련되는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
제2 항에 있어서,
상기 단부 도체에는,
상기 구멍에 연통하는 슬릿과,
상기 슬릿의 폭을 좁힐 수 있는 체결 부재,
를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 중심 홀 도체의 단부의 상기 돌출부의 측면은, 상기 회전 중심에 대한 원주면에 대해 경사져 이루어지는,
것을 특징으로 하는 회전 전기.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 중심 홀 도체의 단부에 있어서 상기 중심 홀 도체 및 상기 샤프트 사이를 전기적으로 절연하고, 또한 상기 냉각 가스를 시일(seal)하는 절연 플러그와,
상기 중심 홀 도체의 단부와 상기 절연 플러그 사이, 및 상기 절연 플러그와 상기 샤프트의 상기 중심 홀 사이에, 축 방향을 따라 배치되어 상기 냉각 가스를 시일하는 가스켓,
을 더 구비한 것을 특징으로 하는 회전 전기.
제1 항에 있어서,
상기 돌출부는 각각, 상기 중심 홀 도체의 상기 회전 중심 측의 일부를 잘라내도록 해서 설치되고,
상기 전기 접속면은 각각, 상기 돌출부의 각각의 상기 측면 중, 상기 중심 홀 도체의 일부가 잘라내져 형성된 평면인 것을 특징으로 하는 회전 전기.
제6 항에 있어서,
상기 적어도 한 쌍의 단부 도체 사이에는, 당해 한 쌍의 단부 도체 사이를 절연하는 전기적인 절연체가 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 단부 도체는, 브러시리스 여자(勵磁) 장치의 출력 도체와 전기적으로 접속 가능한 것을 특징으로 하는 회전 전기.
회전 중심을 따르는 중심 홀, 및 상기 중심 홀의 기내측 단부에 있어서 상기 중심 홀로부터 반경 방향으로 외주면까지 연통하는 스터드용 구멍이 형성된 샤프트를 구비하는 회전자를 준비하고,
각각 상기 샤프트의 단부 측으로 돌출하는 돌출부를 구비한 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체를, 각각 상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연됨과 함께 서로 전기적으로 절연된 상태에서 상기 중심 홀에 상기 회전 중심을 따라 삽입하고,
상기 샤프트에 대해 전기적으로 절연되는 적어도 한 쌍의 단부 도체를, 상기 적어도 한 쌍의 중심 홀 도체의 각각의 상기 돌출부의 측면에 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 회전 전기의 제조 방법.