JP2003244912A - Induction generator and manufacturing method for rotor thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、誘導発電機及び
そのロータの製造方法に関し、特に高速回転する誘導発
電機のロータにおいて、ロータコアの表面に設けるロー
タ導体の加工を容易とし、これらの接合部に生じる回転
応力を低減して信頼性を向上できるようにしたり、ステ
ータにおいて、不均一な磁束密度分布をなくし、空間高
調波を減らして損失を低減できるようにしたものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an induction generator and a method of manufacturing a rotor thereof, and particularly in a rotor of an induction generator rotating at a high speed, it facilitates processing of a rotor conductor provided on a surface of a rotor core, and joins these parts It is possible to reduce the rotational stress that occurs in the stator to improve the reliability and to eliminate the non-uniform magnetic flux density distribution in the stator to reduce the spatial harmonics and reduce the loss.
【０００２】[0002]
【従来の技術】小型のガスタービンで駆動される誘導発
電機などの中には、高速回転で運転されるものがあり、
例えば１０万ｒｐｍ以上の回転数で運転されるものもあ
る。2. Description of the Related Art Some induction generators driven by small gas turbines operate at high speed.
For example, there are some that are operated at a rotational speed of 100,000 rpm or more.
【０００３】このような高速回転される誘導発電機で
は、高い周速に耐える強固な構造で高効率、高力率のも
のが必要となり、ロータとして通常の積層鋼板によるロ
ータコアに代え、ソリッド化（一体化）したロータコア
を用い、その表面に導体をコーティングすることが提案
されている。In such an induction generator rotated at a high speed, a solid structure capable of withstanding a high peripheral speed and having a high efficiency and a high power factor are required. Therefore, the rotor is replaced by a rotor core made of ordinary laminated steel plates and solidified ( It has been proposed to use a (integrated) rotor core and coat the surface thereof with a conductor.
【０００４】このような誘導発電機のソリッド化された
ロータは、例えば米国特許第５４７３２１１号公報に開
示されたものを図５（ａ），（ｂ）に示すように、ソリ
ッド状のロータコア１の表面に導体２をブラストコーテ
ィング法でコーティングするための凹部３を形成し、こ
の凹部３に導体２をコーティングするようにしており、
導体２はステータ４と対向するステータ対向部２ａに比
べ両端部のエンドリング部２ｂは電流密度を考慮して厚
くするようにしてある。A solid rotor of such an induction generator is shown in, for example, the one disclosed in US Pat. No. 5,473,211, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). A recess 3 is formed on the surface for coating the conductor 2 by a blast coating method, and the recess 2 is coated with the conductor 2.
In the conductor 2, the end ring portions 2b at both ends are made thicker than the stator facing portion 2a facing the stator 4 in consideration of current density.
【０００５】一方、誘導発電機のステータ４としては、
例えば図５（ｂ）に示すように、積層鋼板で構成され、
外側リング部となる環状のヨーク部４ａの内周側に放射
状に突き出すティース部４ｂが一体に形成され、各ティ
ース部４ｂの間のスロット５にステータコイル６（図５
（ａ）参照）が納められており、各ティース部４ｂの内
側先端が開口した状態となっている。On the other hand, as the stator 4 of the induction generator,
For example, as shown in FIG. 5B, it is made of laminated steel plates,
Teeth portions 4b that radially protrude are integrally formed on an inner peripheral side of an annular yoke portion 4a that serves as an outer ring portion, and a stator coil 6 (see FIG. 5) is formed in a slot 5 between the tooth portions 4b.
(See (a)) is stored, and the inner end of each tooth portion 4b is open.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところが、誘導発電機
のロータにおいては、ロータコア１に導体２をコーティ
ングする方法としてブラストコーティング法を用いるこ
とから、入熱が大きく、母材であるロータコア１に熱変
形が生じたり、金属組織が変化して材料特性が劣化する
などの問題がある。However, in the rotor of the induction generator, since the blast coating method is used as a method of coating the conductor 2 on the rotor core 1, the heat input is large, and the rotor core 1 which is the base material is heat-treated. There are problems such as deformation and deterioration of material properties due to changes in metal structure.
【０００７】一方、誘導発電機のステータ４において
は、各ティース部４ｂの内側先端が開口しているため、
図５（ｃ）に示すように、磁束密度分布が開口部分で小
さくなって不均一になるため局所的な渦電流が発生した
り、空間高調波の影響で損失が大きくなる等の問題があ
る。On the other hand, in the stator 4 of the induction generator, the inner ends of the teeth 4b are open,
As shown in FIG. 5C, the magnetic flux density distribution becomes smaller at the opening and becomes non-uniform, so that there is a problem that a local eddy current is generated or loss is increased due to the influence of spatial harmonics. .
【０００８】この発明は、上記従来技術の有する課題に
鑑みてなされたもので、高速回転する誘導発電機のロー
タにおいて、ロータコアの表面に設けるロータ導体の加
工を容易とし、これらの接合部に生じる回転応力を低減
して信頼性を向上することができるとともに、ステータ
において、不均一な磁束密度分布をなくし、空間高調波
を減らして損失を低減することができる誘導発電機およ
びそのロータの製造方法を提供しようとするものであ
る。The present invention has been made in view of the above problems of the prior art. In a rotor of an induction generator rotating at a high speed, the rotor conductor provided on the surface of the rotor core can be easily processed, and the rotor conductor is formed at the joining portion. An induction generator capable of reducing rotational stress to improve reliability, eliminating an uneven magnetic flux density distribution in a stator, reducing spatial harmonics, and reducing loss, and a method of manufacturing a rotor thereof. Is to provide.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明の請求項１記載の誘導発電機は、ロータコ
アとロータ導体とからなるロータおよびステータコアと
ステータコイルとからなるステータを備える誘導発電機
であって、前記ロータ導体を、前記ステータと対向する
ステータ対向部と、このステータ対向部の両端に連続す
る円筒状のエンドリング部とで構成し、前記ロータコア
を磁性材料で円柱状に形成するとともに、前記ロータ導
体が設けられる表面に段付き凹部を形成する一方、前記
ロータ導体を、前記ロータコアの段付き凹部に、低透磁
率を有し相対的に電気伝導率が高い粉末状の導電材料を
溶射してコーティング層を形成するとともに、このコー
ティング層を真空雰囲気で低温熱処理して相互拡散によ
り当該段付き凹部と一体化しその外表面を円滑な円筒面
に形成して構成したことを特徴とするものである。In order to solve the above problems, an induction generator according to a first aspect of the present invention is an induction generator including a rotor including a rotor core and a rotor conductor, and a stator including a stator core and a stator coil. In the machine, the rotor conductor includes a stator facing portion facing the stator and a cylindrical end ring portion continuous to both ends of the stator facing portion, and the rotor core is formed of a magnetic material in a columnar shape. In addition, while forming a stepped recess on the surface on which the rotor conductor is provided, the rotor conductor is provided in the stepped recess of the rotor core in the form of powdery conductive material having low magnetic permeability and relatively high electric conductivity. The material is sprayed to form a coating layer, and this coating layer is heat-treated at low temperature in a vacuum atmosphere to form the stepped concave portion by mutual diffusion. It is characterized in that the conjugated and constructed by forming the outer surface smooth cylindrical surface.
【００１０】この誘導発電機によれば、ロータコアとロ
ータ導体とからなるロータおよびステータコアとステー
タコイルとからなるステータを備える誘導発電機で、前
記ロータ導体を、前記ステータと対向するステータ対向
部と、このステータ対向部の両端に連続する円筒状のエ
ンドリング部とで構成し、前記ロータコアを磁性材料で
円柱状に形成するとともに、前記ロータ導体が設けられ
る表面に段付き凹部を形成する一方、前記ロータ導体
を、前記ロータコアの段付き凹部に、低透磁率を有し相
対的に電気伝導率が高い粉末状の導電材料を溶射してコ
ーティング層を形成するとともに、このコーティング層
を真空雰囲気で低温熱処理して相互拡散により当該段付
き凹部と一体化しその外表面を円滑な円筒面に形成して
構成するようにしており、ロータコアに設けた段付き凹
部に、低透磁率を有し相対的に電気伝導率が高い粉末状
の導電材料を、例えば高速ガスフレーム溶射法で溶射し
て衝突させ瞬時に冷却してコーティング層を形成するこ
とで、高速で短時間に継ぎ目のない何層ものコーティン
グ層を形成でき、母材であるロータコアの温度を１００
〜２００℃の低温状態にできるので、入熱が少なく熱影
響を与えず熱変形や金属組織の変化がなく材料特性に優
れたロータを備えた誘導発電機を構成できるようにして
いる。According to this induction generator, the induction generator includes a rotor including a rotor core and a rotor conductor, and a stator including a stator core and a stator coil. The rotor conductor includes a stator facing portion facing the stator. The rotor core is formed of a cylindrical end ring portion that is continuous at both ends of the stator facing portion, the rotor core is formed of a magnetic material in a cylindrical shape, and a stepped recess is formed on the surface on which the rotor conductor is provided. The rotor conductor is sprayed on the stepped recess of the rotor core with a powdery conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity to form a coating layer, and the coating layer is formed at a low temperature in a vacuum atmosphere. It is heat treated and integrated with the stepped recess by mutual diffusion and its outer surface is formed into a smooth cylindrical surface. Coating the powdered conductive material with low magnetic permeability and relatively high electric conductivity by, for example, high-speed gas flame spraying method to collide with the stepped recess provided in the rotor core, and immediately cool it. By forming the layers, it is possible to form a number of seamless coating layers at high speed and in a short time, and to keep the temperature of the rotor core as the base material at 100
Since the temperature can be set to a low temperature of up to 200 ° C., the induction generator can be configured with a rotor that has a small amount of heat input, has no thermal influence, has no thermal deformation or change in metal structure, and has excellent material characteristics.
【００１１】さらに、コーティング層を真空雰囲気で低
温熱処理して相互拡散により当該段付き凹部と一体化す
るようにしており、真空中で低温熱処理することで酸化
を防止するとともに、相互拡散により接合強度を向上
し、確実に一体化できるようにしている。Further, the coating layer is heat-treated in a vacuum atmosphere at a low temperature so as to be integrated with the stepped concave portion by mutual diffusion. The low-temperature heat treatment in a vacuum prevents oxidation, and the mutual diffusion causes a bonding strength. Has been improved to ensure that they can be integrated.
【００１２】また、この発明の請求項２記載の誘導発電
機は、請求項１記載の構成に加え、前記段付き凹部の表
面にブラスト処理による粗面を形成したことを特徴とす
るものである。The induction generator according to a second aspect of the present invention is characterized in that, in addition to the structure according to the first aspect, a rough surface is formed on the surface of the stepped recess by blasting. .
【００１３】この誘導発電機によれば、段付き凹部の表
面にブラスト処理による粗面を形成するようにしてお
り、粗面によって表面積が増大し、コーティング層の接
合強度を増大できるようになる。According to this induction generator, the rough surface is formed by the blast treatment on the surface of the stepped recess, and the rough surface increases the surface area and the joint strength of the coating layer.
【００１４】さらに、この発明の請求項３記載の誘導発
電機は、請求項１記載の構成に加え、前記段付き凹部の
表面に機械加工による微細な凹凸面を形成したことを特
徴とするものである。Further, an induction generator according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in addition to the structure according to the first aspect, a fine uneven surface is formed on the surface of the stepped recess by machining. Is.
【００１５】この誘導発電機によれば、段付き凹部の表
面に機械加工による微細な凹凸面を形成するようにして
おり、微細な凹凸面によっても表面積が増大し、コーテ
ィング層の接合強度を増大できるようになる。According to this induction generator, a fine concavo-convex surface is formed on the surface of the stepped concavity by machining, and the surface area is increased even by the fine concavo-convex surface to increase the bonding strength of the coating layer. become able to.
【００１６】また、この発明の請求項４記載の誘導発電
機は、請求項１記載の構成に加え、前記ロータコアの段
付き凹部に形成するロータ導体のコーティング層を、前
記溶射に代えて電解液中で電鋳加工して形成したことを
特徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the structure according to the first aspect, the coating layer of the rotor conductor formed in the stepped recess of the rotor core is replaced with the sprayed electrolytic solution. It is characterized by being formed by electroforming.
【００１７】この誘導発電機によれば、ロータコアの段
付き凹部に形成するロータ導体のコーティング層を、溶
射に代えて電解液中で電鋳加工して形成するようにして
おり、陽極の導電材料をロータコアの段付き凹部に電鋳
することができ、３ｍｍ以上のコーティング厚さにする
こともでき、しかも高純度の平滑なコーティング層にで
き、電鋳の温度も約５０℃と低温で良く、入熱が少なく
熱影響を与えず熱変形や金属組織の変化がなく材料特性
に優れたロータを備えた誘導発電機を構成できるように
している。According to this induction generator, the coating layer of the rotor conductor formed in the stepped recess of the rotor core is formed by electroforming in an electrolytic solution instead of thermal spraying. Can be electroformed into the stepped recess of the rotor core, the coating thickness can be 3 mm or more, and a high-purity smooth coating layer can be formed, and the electroforming temperature can be as low as about 50 ° C., It is possible to construct an induction generator with a rotor that has low heat input, has no thermal effect, has no thermal deformation or changes in metal structure, and has excellent material properties.
【００１８】さらに、この発明の請求項５記載の誘導発
電機は、請求項４記載の構成に加え、前記段付き凹部
を、底面と側面とが直交する平面で連続せず、傾斜面ま
たは曲面のいずれかまたはこれらを組み合わせた面で連
続させて構成したことを特徴とするものである。Further, in the induction generator according to claim 5 of the present invention, in addition to the structure according to claim 4, the stepped recess is not continuous on a plane in which a bottom surface and a side surface are orthogonal to each other, but an inclined surface or a curved surface. It is characterized in that any one of them or a combination thereof is continuously formed.
【００１９】この誘導発電機によれば、段付き凹部を、
底面と側面とが直交する平面で連続せず、傾斜面または
曲面のいずれかまたはこれらを組み合わせた面で連続さ
せて構成するようにしており、直交する面をなくして円
滑にコーティング層を形成できるようにし、接合強度も
向上できるようにしている。According to this induction generator, the stepped recess is
The bottom surface and the side surface are not continuous in a plane orthogonal to each other, and are configured to be continuous by an inclined surface, a curved surface, or a combination of these surfaces, and a coating layer can be smoothly formed without the orthogonal surface. In this way, the joint strength can be improved.
【００２０】また、この発明の請求項６記載の誘導発電
機は、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、前
記ロータ導体を、ステータの外側に配置される前記エン
ドリング部と、このエンドリング部を連結しロータ表面
に露出する複数の棒状導体とで構成したことを特徴とす
るものである。According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the first to fifth aspects, the rotor conductor includes the end ring portion arranged outside the stator. It is characterized in that the end ring portion is connected and is constituted by a plurality of rod-shaped conductors exposed on the surface of the rotor.
【００２１】この誘導発電機によれば、ロータ導体を、
ステータの外側に配置される前記エンドリング部と、こ
のエンドリング部を連結しロータ表面に露出する複数の
棒状導体とで構成するようにしており、ロータコアとエ
ンドリング部および棒状導体とが一体となってロータ表
面に露出しているので、局所的な応力集中がなく、遠心
力による応力をロータコアにスムーズに伝達し高速回転
を可能としている。According to this induction generator, the rotor conductor is
The end ring portion arranged outside the stator and a plurality of rod-shaped conductors that connect the end ring portion and are exposed on the rotor surface are configured so that the rotor core, the end ring portion, and the rod-shaped conductor are integrated. Since it is exposed to the rotor surface, there is no local stress concentration, and the stress due to centrifugal force is smoothly transmitted to the rotor core, enabling high speed rotation.
【００２２】また、周方向に複数に分断された棒状導体
により、ロータ導体内で発生する渦電流が周方向に流れ
ることを抑え、効率低下を防止できるようにしている。The rod-shaped conductor divided in the circumferential direction suppresses the eddy current generated in the rotor conductor from flowing in the circumferential direction and prevents the efficiency from decreasing.
【００２３】さらに、この発明の請求項７記載の誘導発
電機は、請求項１〜６のいずれかに記載の構成に加え、
前記ロータコアを炭素鋼または合金鋼、例えばクロムモ
リブデン鋼で構成し、前記ロータ導体を銅、アルミニウ
ムまたはこれらの合金で構成したことを特徴とするもの
である。Further, an induction generator according to a seventh aspect of the present invention has the structure according to any one of the first to sixth aspects,
It is characterized in that the rotor core is made of carbon steel or alloy steel, for example, chromium molybdenum steel, and the rotor conductor is made of copper, aluminum or an alloy thereof.
【００２４】この誘導発電機によれば、ロータコアを炭
素鋼または合金鋼、例えばクロムモリブデン鋼で構成
し、前記ロータ導体を銅、アルミニウムまたはこれらの
合金で構成するようにしており、透磁率の高い材料がロ
ータ表面に存在することになりロータ導体による磁気抵
抗が下がり、無効電流が低減され、力率の低下を抑える
ことができるようになる。According to this induction generator, the rotor core is made of carbon steel or alloy steel, for example, chrome molybdenum steel, and the rotor conductor is made of copper, aluminum or alloys thereof, which has a high magnetic permeability. Since the material is present on the rotor surface, the magnetic resistance due to the rotor conductor is reduced, the reactive current is reduced, and the reduction in power factor can be suppressed.
【００２５】また、この発明の請求項８記載の誘導発電
機は、請求項１〜７のいずれかに記載の構成に加え、前
記ステータは、前記ステータコアを電磁鋼板を軸方向に
積層して構成するとともに、閉じた円形の内側リング部
および外側リング部と、その間のティース部とで構成
し、ティース間のスロットを通して前記ステータコイル
を納めて構成したことを特徴とするものである。According to an eighth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any of the first to seventh aspects, the stator is constructed by stacking the stator cores with electromagnetic steel sheets in the axial direction. In addition, the inner ring portion and the outer ring portion are closed circular shape, and the teeth portion therebetween, and the stator coil is housed through the slot between the teeth.
【００２６】この誘導発電機によれば、ステータは、前
記ステータコアを電磁鋼板を軸方向に積層して構成する
とともに、閉じた円形の内側リング部および外側リング
部と、その間のスロットとで構成し、このスロットを通
して前記ステータコイルを納めて構成するようにしてお
り、スロットの開口部のない内側リング部により円周方
向の空隙部に発生する磁束密度分布が均一となり、ロー
タ表面に発生する渦電流を低減するようにしている。According to this induction generator, in the stator, the stator core is constructed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction, and is also constructed by the closed circular inner ring portion and outer ring portion and the slot therebetween. , The stator coil is housed through this slot, and the magnetic flux density distribution generated in the gap in the circumferential direction is made uniform by the inner ring portion without the opening of the slot, and the eddy current generated on the rotor surface Is being reduced.
【００２７】さらに、この発明の請求項９記載の誘導発
電機は、請求項１〜８のいずれかに記載の構成に加え、
前記ステータは、前記スロット間に放射状に配置され前
記内側リング部と前記外側リング部とを接続するティー
ス部を有し、前記スロットを通して各ティース部のみに
ステータコイルが施され、前記内側リング部と前記外側
リング部とのいずれかがステータコイルを施した後閉じ
た円形に接合されてなることを特徴とするものである。Further, an induction generator according to a ninth aspect of the present invention has the structure according to any one of the first to eighth aspects,
The stator has teeth that are radially arranged between the slots and connect the inner ring part and the outer ring part, and a stator coil is applied only to each tooth part through the slots to form the inner ring part. One of the outer ring portions is formed by applying a stator coil and then joined in a closed circular shape.
【００２８】この誘導発電機によれば、ステータは、前
記スロット間に放射状に配置され前記内側リング部と前
記外側リング部とを接続するティース部を有し、前記ス
ロットを通して各ティース部のみにステータコイルが施
され、前記内側リング部と前記外側リング部とのいずれ
かがステータコイルを施した後閉じた円形に接合されて
おり、分離した状態でステータコイルを施すことがで
き、その後分離した内側リング部または外側リング部の
いずれかを接合することで、スロットの開口部のないス
テータを容易に製造することができるようになる。According to this induction generator, the stator has teeth that are radially arranged between the slots and connect the inner ring portion and the outer ring portion, and the stator is provided only in each tooth portion through the slots. A coil is provided, and one of the inner ring portion and the outer ring portion is joined to a closed circle after the stator coil is applied, and the stator coil can be applied in a separated state, and then the separated inner side By joining either the ring portion or the outer ring portion, it becomes possible to easily manufacture a stator having no slot opening.
【００２９】また、この発明の請求項１０記載の誘導発
電機のロータの製造方法は、ロータコアと、このロータ
コアに設けられるロータ導体とからなる誘導発電機のロ
ータを製造するに際し、前記ロータ導体を、ステータと
対向するステータ対向部と、このステータ対向部の両端
に連続するエンドリング部とで構成し、前記ロータコア
を磁性材料で円柱状に形成するとともに、このロータコ
アの表面に前記ロータ導体が設けられる段付き凹部を形
成したのち、この段付き凹部に低透磁率を有し相対的に
電気伝導率が高い粉末状の導電材料を金属溶射して前記
ロータ導体となるコーティング層を形成し、このコーテ
ィング層を真空雰囲気で低温熱処理して前記ロータコア
に相互拡散して一体化したのち、外表面を円滑な円筒面
に加工するようにしたことを特徴とするものである。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a rotor for an induction generator, wherein when manufacturing a rotor for an induction generator including a rotor core and a rotor conductor provided on the rotor core, the rotor conductor is A rotor facing portion facing the stator, and end ring portions continuous at both ends of the stator facing portion, the rotor core is formed of a magnetic material into a cylindrical shape, and the rotor conductor is provided on the surface of the rotor core. After forming the stepped recessed portion, a powdery conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity is metal-sprayed in the stepped recessed portion to form a coating layer to be the rotor conductor. After the coating layer is heat-treated in a vacuum atmosphere at low temperature to mutually diffuse and integrate with the rotor core, the outer surface is processed into a smooth cylindrical surface. It is characterized in that the.
【００３０】この誘導発電機のロータの製造方法によれ
ば、ロータコアと、このロータコアに設けられるロータ
導体とからなる誘導発電機のロータを製造するに際し、
前記ロータ導体を、ステータと対向するステータ対向部
と、このステータ対向部の両端に連続するエンドリング
部とで構成し、前記ロータコアを磁性材料で円柱状に形
成するとともに、このロータコアの表面に前記ロータ導
体が設けられる段付き凹部を形成したのち、この段付き
凹部に低透磁率を有し相対的に電気伝導率が高い粉末状
の導電材料を金属溶射して前記ロータ導体となるコーテ
ィング層を形成し、このコーティング層を真空雰囲気で
低温熱処理して前記ロータコアに相互拡散して一体化し
たのち、外表面を円滑な円筒面に加工するようにしてお
り、金属溶射によってコーティング層を形成すること及
び低温熱処理による相互拡散で入熱を小さくでき、熱変
形や金属組織の変化がなく材料特性に優れたロータを製
造できるようにしている。According to the method of manufacturing the rotor of the induction generator, when manufacturing the rotor of the induction generator including the rotor core and the rotor conductor provided on the rotor core,
The rotor conductor is composed of a stator facing portion facing the stator and end ring portions continuous with both ends of the stator facing portion, and the rotor core is formed of a magnetic material in a cylindrical shape, and the rotor core has a surface on which the After forming the stepped recess in which the rotor conductor is provided, a coating layer that becomes the rotor conductor is formed by metal-spraying a powdery conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity in the stepped recess. The coating layer is formed by low-temperature heat treatment in a vacuum atmosphere and interdiffused into the rotor core to be integrated, and then the outer surface is processed into a smooth cylindrical surface. The coating layer is formed by metal spraying. In addition, heat input can be reduced by mutual diffusion due to low temperature heat treatment, and it is possible to manufacture a rotor with excellent material properties without thermal deformation or change in metal structure. There.
【００３１】さらに、この発明の請求項１１記載の誘導
発電機のロータの製造方法は、請求項１０記載の構成に
加え、前記コーティング層を、低透磁率を有し相対的に
電気伝導率が高い導電材料を電解液中で電鋳加工して形
成するようにしたことを特徴とするものである。Further, in the method for manufacturing a rotor for an induction generator according to claim 11 of the present invention, in addition to the structure of claim 10, the coating layer has a low magnetic permeability and a relatively high electrical conductivity. It is characterized in that a high conductive material is formed by electroforming in an electrolytic solution.
【００３２】この誘導発電機のロータの製造方法によれ
ば、前記コーティング層を、低透磁率を有し相対的に電
気伝導率が高い導電材料を電解液中で電鋳加工して形成
するようにしており、電鋳加工によってコーティング層
を形成するようにしても入熱を小さくでき、熱変形や金
属組織の変化がなく材料特性に優れたロータを製造でき
るようにしている。According to the method of manufacturing the rotor of the induction generator, the coating layer is formed by electroforming a conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity in an electrolytic solution. Even if the coating layer is formed by electroforming, the heat input can be reduced, and a rotor having excellent material properties without thermal deformation or change in metal structure can be manufactured.
【００３３】[0033]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面に基づき詳細に説明する。図１および図２はこ
の発明の誘導発電機の一実施の形態にかかり、図１は全
体の断面図およびＡ−Ａ矢視図、図２はこの発明の誘導
発電機のロータの製造方法の一実施の形態にかかる概略
工程図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 relate to an embodiment of an induction generator of the present invention, FIG. 1 is an overall cross-sectional view and an AA arrow view, and FIG. 2 is a method of manufacturing a rotor of an induction generator of the present invention. It is a schematic process drawing concerning one embodiment.
【００３４】この誘導発電機１０は、ソリッド状のロー
タ２０と、このロータ２０の周囲に設けられる積層鋼板
で構成されたステータ３０およびステータコイル４０を
備えており、ロータ２０は図示しない発電機ケーシング
の両端部に設けられた軸受を介して高速回転できるよう
に支持されている。The induction generator 10 comprises a solid rotor 20, a stator 30 and a stator coil 40 formed of laminated steel plates provided around the rotor 20, and the rotor 20 is a generator casing (not shown). It is supported so as to be able to rotate at high speed via bearings provided at both ends.
【００３５】そこで、まず、この誘導発電機１０のロー
タ２０についてその製造方法とともに説明する。この誘
導発電機１０のロータ２０は、磁性材料のソリッド状の
ロータコア２１に導電材料のロータ導体２２をコーティ
ングして構成され、滑らかな円柱状に形成されている。Therefore, first, the rotor 20 of the induction generator 10 will be described together with its manufacturing method. The rotor 20 of the induction generator 10 is formed by coating a solid rotor core 21 made of a magnetic material with a rotor conductor 22 made of a conductive material, and has a smooth cylindrical shape.
【００３６】このロータ２０のロータコア２１は、磁性
材料として高透磁率を有し相対的に電気伝導率が低く、
引張強度の高いものが好ましく、炭素鋼又は合金鋼、例
えばクロムモリブデン鋼が用いられる。The rotor core 21 of the rotor 20 has a high magnetic permeability as a magnetic material and a relatively low electric conductivity,
High tensile strength is preferable, and carbon steel or alloy steel such as chrome molybdenum steel is used.
【００３７】このロータコア２１にコーティングされる
ロータ導体２２は、ステータ３０と対向する円筒状のス
テータ対向部２２ａと、このステータ対向部２２ａの両
端に連続する環状のエンドリング部２２ｂとで構成さ
れ、電流密度を考慮してステータ対向部２２ａに比べエ
ンドリング部２２ｂのコーティング厚さが厚くなるよう
にする。The rotor conductor 22 coated on the rotor core 21 is composed of a cylindrical stator facing portion 22a facing the stator 30, and annular end ring portions 22b continuous with both ends of the stator facing portion 22a. Considering the current density, the coating thickness of the end ring portion 22b is made thicker than that of the stator facing portion 22a.
【００３８】このため、ロータコア２１のロータ導体２
２をコーティングする部分（段付き凹部）２３は、ステ
ータ対向部２２ａに対応する部分２３ａが浅く、両端の
エンドリング部２２ｂに対応する部分２３ｂが深く形成
された段付きの凹部としてある。Therefore, the rotor conductor 2 of the rotor core 21
The part (stepped recess) 23 that coats 2 is a stepped recess in which the part 23a corresponding to the stator facing part 22a is shallow and the parts 23b corresponding to the end ring parts 22b at both ends are deeply formed.
【００３９】そして、この段付き凹部２３では、図２
（ａ）に示すように、その浅い部分２３ａと深い部分２
３ｂとの交差面が直交する平面同士で交差しないように
して滑らかに連続するようにしてあり、例えば深い部分
２３ａの側面を傾斜面で構成したり、交差部分に曲面を
設けたり、これらを組み合わせたり、あるいは面取り加
工等を施すようにしてある。Then, in this stepped recess 23, as shown in FIG.
As shown in (a), the shallow portion 23a and the deep portion 2
The surfaces intersecting with 3b are made to be smoothly continuous so that they do not intersect with each other at orthogonal planes. For example, the side surface of the deep portion 23a is formed as an inclined surface, a curved surface is provided at the intersecting portion, or a combination thereof is used. Or, chamfering or the like is performed.
【００４０】このような段付き凹部２３にコーティング
されるロータ導体２２は、導電材料として低透磁率を有
し相対的に電気伝導度が高いもの、例えば銅やアルミニ
ウム、またはこれらの合金が用いられる。The rotor conductor 22 coated on the stepped recess 23 is made of a conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity, such as copper, aluminum, or an alloy thereof. .
【００４１】そして、ロータコア２１へのロータ導体２
２のコーティング法として、例えば図２（ｂ）に示すよ
うな高速ガスフレーム溶射法などの溶射法や図２（ｂ
´）に示すような電鋳法等によって母材であるロータコ
ア２１の温度を５０〜２００℃程度の範囲、例えば溶射
法では、１００〜２００℃の温度のブラストコーティン
グ法や肉盛り溶接法などの温度と比較して低温状態に保
持してコーティングを行うことで、電鋳法では、約５０
℃の低温状態に保持してコーティングを行うことで熱変
形を防止するようにする。Then, the rotor conductor 2 to the rotor core 21
As the coating method of FIG. 2, for example, a thermal spraying method such as a high-speed gas flame thermal spraying method as shown in FIG.
The temperature of the base material rotor core 21 is in the range of about 50 to 200 ° C. by an electroforming method such as shown in ′). For example, in the thermal spraying method, a blast coating method or a build-up welding method at a temperature of 100 to 200 ° C. By holding the coating at a low temperature compared to the temperature, it is possible to obtain about 50 by the electroforming method.
The thermal deformation is prevented by keeping the coating at a low temperature of ℃.
【００４２】そして、溶射法を用いる場合には、必要に
応じてコーティングの前処理として、ブラスト処理、切
削加工による凹凸や螺旋溝などの機械加工が行われ、コ
ーティング面を粗面とすることで、コーティングされる
母材であるロータコア２１の表面積の増大や微細な凹凸
への噛み込みによって接合強度を向上するようにし、機
械加工による微細な凹凸の加工はロータ２０の加工工程
中で行うことで段取り替えの必要もなく効率良く加工で
きる。When the thermal spraying method is used, as a pretreatment for coating, blasting, mechanical processing such as unevenness by cutting and spiral grooves, etc. are performed as necessary to make the coated surface rough. By increasing the surface area of the rotor core 21 which is the base material to be coated and by engaging in the fine irregularities, the joining strength is improved, and the fine irregularities are machined in the machining process of the rotor 20. Efficient processing is possible without the need for setup changes.
【００４３】こうして前処理を施した後、溶射ガンから
溶融金属を噴射してロータコア２１の段付き凹部２３に
衝突させ、瞬時に冷却して高速で短時間に継ぎ目のない
何層ものコーティングを行ってステータ対向部２２ａと
エンドリング部２２ｂにそれぞれ必要厚さのコーテイン
グ層を形成する。After pretreatment in this way, molten metal is sprayed from the spray gun to collide with the stepped recess 23 of the rotor core 21 and cooled instantaneously to form a multi-layer coating in a short time at high speed. A coating layer having a required thickness is formed on each of the stator facing portion 22a and the end ring portion 22b.
【００４４】一方、電鋳法を用いる場合には、コーティ
ングを必要としない段付き凹部２３以外の部分にマスキ
ングを施し、ロータコア２１を陰極とし、銅などの導電
材料を陽極として電解液中で電鋳加工することでロータ
コア２１の段付き凹部２３にコーテイング層を形成す
る。この電鋳加工では、３ｍｍ以上のコーティング厚さ
にすることもでき、しかも高純度の平滑なコーティング
層を形成することができる。On the other hand, when the electroforming method is used, masking is applied to the portions other than the stepped recessed portions 23 which do not require coating, the rotor core 21 is used as a cathode, and a conductive material such as copper is used as an anode in an electrolytic solution. By casting, a coating layer is formed in the stepped recess 23 of the rotor core 21. In this electroforming process, the coating thickness can be 3 mm or more, and a high-purity smooth coating layer can be formed.
【００４５】このような溶射法や電鋳法でロータコア２
１の段付き凹部２３にロータ導体２２としてのステータ
対向部２２ａおよびエンドリング部２２ｂをコーティン
グすることで、これまでのブラストコーティング法や肉
盛り溶接法などの温度と比較して低温状態に保持してコ
ーティングを行うことができ、入熱が少なく熱影響を与
えず熱変形や金属組織の変化がなく材料特性に優れたも
のとなる。The rotor core 2 is formed by such a thermal spraying method or electroforming method.
By coating the stator facing portion 22a and the end ring portion 22b as the rotor conductor 22 on the stepped concave portion 23 of No. 1, the temperature is maintained at a low temperature as compared with the temperatures of the blast coating method and the overlay welding method that have been used so far. The coating can be performed with a small amount of heat input, no thermal influence, no thermal deformation or change in the metal structure, and excellent material properties.
【００４６】このようなロータ導体２２のコーティング
が完了した後、図２（ｃ）に示すように、真空雰囲気で
低温熱処理が行われ、ロータ導体２２となるコーティン
グ層を母材であるロータコア２１の表面に相互拡散させ
て互いを一体化する。After such coating of the rotor conductor 22 is completed, as shown in FIG. 2C, a low temperature heat treatment is performed in a vacuum atmosphere to form a coating layer for the rotor conductor 22 on the base material of the rotor core 21. Interdiffuse on the surface and integrate each other.
【００４７】この低温熱処理は、例えば真空中で行わ
れ、酸化を防止しながら、コーティング層（ロータ導体
２２）と段付き凹部２３（ロータコア２１）との間で相
互拡散させて確実に一体化し、接合強度を向上するよう
にする。This low temperature heat treatment is carried out, for example, in a vacuum, and while preventing oxidation, the coating layer (rotor conductor 22) and the stepped recess 23 (rotor core 21) are mutually diffused to ensure reliable integration. Try to improve the bonding strength.
【００４８】この後、図２（ｄ）に示すように、コーテ
ィング層で構成されたロータ導体２２の表面を機械加工
などによって仕上げ加工が行われ、滑らかな円柱状のロ
ータ２０が完成する。After that, as shown in FIG. 2D, the surface of the rotor conductor 22 formed of the coating layer is subjected to finishing by machining or the like to complete the smooth cylindrical rotor 20.
【００４９】この誘導発電機によれば、ロータコア２１
に設けた段付き凹部２３に、低透磁率を有し相対的に電
気伝導率が高い粉末状の導電材料を、高速ガスフレーム
溶射法で溶射して衝突させ瞬時に冷却してコーティング
層を形成するようにしたので、高速で短時間に継ぎ目の
ない何層ものコーティング層を形成でき、母材であるロ
ータコア２１の温度を１００〜２００℃の低温状態に保
持して入熱を少なくして熱影響を与えず熱変形や金属組
織の変化がなく材料特性に優れたロータ２０を備えた誘
導発電機にすることができる。According to this induction generator, the rotor core 21
A powdery conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity is sprayed by the high-speed gas flame spraying method to collide with the stepped recessed portion 23 provided in the above to instantly cool and form a coating layer. As a result, it is possible to form a number of seamless coating layers at high speed and in a short time, and maintain the temperature of the base material rotor core 21 at a low temperature of 100 to 200 ° C. The induction generator can be provided with the rotor 20 that does not affect the thermal deformation or the change of the metal structure and has excellent material characteristics.
【００５０】さらに、ロータ導体２２となるコーティン
グ層を真空雰囲気で低温熱処理して相互拡散によりロー
タコア２１の段付き凹部２３と一体化するようにしたの
で、真空中で低温熱処理することで酸化を防止するとと
もに、相互拡散により接合強度を向上し、確実に一体化
することができる。Furthermore, since the coating layer to be the rotor conductor 22 is heat-treated in a vacuum atmosphere at a low temperature so as to be integrated with the stepped recess 23 of the rotor core 21 by mutual diffusion, oxidation is prevented by performing a low-temperature heat treatment in a vacuum. In addition, the bonding strength can be improved by mutual diffusion, and reliable integration can be achieved.
【００５１】また、段付き凹部２３の表面にブラスト処
理による粗面を形成することで、粗面によって表面積が
増大するとともに、凹凸が形成され、コーティング層の
接合強度を増大することができ、機械加工による微細な
凹凸面によっても表面積が増大するとともに、凹凸が形
成され、コーティング層の接合強度を増大することがで
きる。Further, by forming a rough surface by the blast treatment on the surface of the stepped concave portion 23, the surface area is increased by the rough surface and unevenness is formed, so that the bonding strength of the coating layer can be increased and the mechanical strength can be increased. The surface area is increased by the fine uneven surface formed by processing, and the unevenness is formed, so that the bonding strength of the coating layer can be increased.
【００５２】さらに、ロータコア２１の段付き凹部２３
にロータ導体２２となるコーティング層を、電解液中で
電鋳加工して形成する場合には、３ｍｍ以上の厚さのコ
ーティング層を形成することもでき、しかも高純度の平
滑なコーティング層にでき、電鋳の際の雰囲気温度も約
５０℃と低温状態で良く、入熱が少なく熱影響を与えず
熱変形や金属組織の変化がなく材料特性に優れたロータ
を備えた誘導発電機とすることができる。Further, the stepped recess 23 of the rotor core 21
When the coating layer to be the rotor conductor 22 is formed by electroforming in an electrolytic solution, a coating layer with a thickness of 3 mm or more can be formed, and a high-purity smooth coating layer can be formed. The ambient temperature at the time of electroforming may be as low as about 50 ° C., and the induction generator is equipped with a rotor having excellent material properties with little heat input, no thermal influence, thermal deformation or change in metal structure. be able to.
【００５３】そして、ロータ導体２２をコーティングす
るロータコア２１の段付き凹部２３を、底面と側面とが
直交する平面で連続せず、傾斜面または曲面のいずれか
またはこれらを組み合わせた面で連続するようにしたの
で、直交する面をなくして欠陥のない円滑なコーティン
グ層を形成することができ、接合強度向上も図ることが
できる。The stepped recess 23 of the rotor core 21 that coats the rotor conductor 22 is not continuous on the plane where the bottom surface and the side surface are orthogonal to each other, but is continuous on either an inclined surface or a curved surface or a surface combining these. Therefore, it is possible to form a smooth coating layer having no defects by eliminating the orthogonal surfaces, and it is possible to improve the bonding strength.
【００５４】また、ロータコア２１を炭素鋼又は合金
鋼、例えばクロムモリブデン鋼で構成し、ロータ導体２
２を銅、アルミニウムまたはこれらの合金で構成してコ
ーティング層を形成するようにしたので、透磁率の高い
材料がロータ２０の表面に存在することでロータ導体２
２による磁気抵抗が下がり、無効電流が低減され、力率
の低下を抑えることができる。The rotor core 21 is made of carbon steel or alloy steel, for example, chromium molybdenum steel, and the rotor conductor 2
Since 2 is made of copper, aluminum or an alloy thereof to form a coating layer, the material having high magnetic permeability is present on the surface of the rotor 20 so that the rotor conductor 2
The magnetic resistance due to 2 is reduced, the reactive current is reduced, and the reduction in power factor can be suppressed.
【００５５】さらに、この誘導発電機のロータの製造方
法によれば、金属溶射によってコーティング層を形成す
ること及び低温熱処理による相互拡散でコーティング層
を形成することを組み合わせたので、ロータコア２１や
ロータ導体２２への入熱を小さくでき、熱変形や金属組
織の変化がなく材料特性に優れたロータ２０を製造する
ことができ、電鋳加工によっても入熱を小さくでき、熱
変形や金属組織の変化がなく材料特性に優れたロータを
製造することができる。Further, according to this method for manufacturing the rotor of the induction generator, the coating layer is formed by metal spraying and the coating layer is formed by mutual diffusion by low temperature heat treatment, so that the rotor core 21 and the rotor conductor are combined. The heat input to 22 can be reduced, the rotor 20 having excellent material characteristics without thermal deformation or change in metal structure can be manufactured, and the heat input can be reduced even by electroforming, resulting in thermal deformation or change in metal structure. Thus, it is possible to manufacture a rotor having excellent material characteristics.
【００５６】次に、この発明の誘導発電機の他の一実施
の形態について図３により説明するが、既に説明した上
記実施の形態と同一部分には、同一記号を記し、説明は
省略する。Next, another embodiment of the induction generator according to the present invention will be described with reference to FIG. 3. The same parts as those of the above-mentioned embodiment will be designated by the same symbols and the description thereof will be omitted.
【００５７】この誘導電動機では、ロータコア２１に設
けられるロータ導体２２の構成が異なるものである。こ
のロータ導体２２は、ステータ３０の両端部外側に配置
される環状のエンドリング部２２ｂがロータ２０の表面
に露出する複数の棒状導体２２ｃで連結されて構成され
ており、棒状導体２２ｃは、ロータコア２１によって周
方向に複数に分断された状態となっている。この棒状導
体２２ｃは、内周側が外周側より短い台形状の断面とさ
れ、ロータコア２１の軸方向と平行に配置され、例えば
ＨＩＰ装置でロータコア２１と強固に接合されて互いに
一体に成形され、ロータ２０全体は外周面が滑らかな円
柱状に成形されている。In this induction motor, the structure of the rotor conductor 22 provided in the rotor core 21 is different. The rotor conductor 22 is formed by connecting annular end ring portions 22b arranged outside both ends of the stator 30 with a plurality of rod-shaped conductors 22c exposed on the surface of the rotor 20, and the rod-shaped conductor 22c is the rotor core. It is in a state of being divided into a plurality of pieces in the circumferential direction by 21. The rod-shaped conductor 22c has a trapezoidal cross section in which the inner peripheral side is shorter than the outer peripheral side, is arranged parallel to the axial direction of the rotor core 21, and is firmly joined to the rotor core 21 by, for example, a HIP device and integrally molded with each other. The whole 20 is formed in a cylindrical shape with a smooth outer peripheral surface.
【００５８】この棒状導体は、本数および断面形状は自
由に設定することができ、軸方向と平行でなく僅かに傾
斜して配置するようにしても良い。The number and the cross-sectional shape of the rod-shaped conductors can be freely set, and the rod-shaped conductors may be arranged not in parallel with the axial direction but slightly inclined.
【００５９】このような誘導発電機１０によれば、ロー
タコア２１とエンドリング部２２ｂおよび棒状導体２２
ｃとが一体となってロータ２０の表面に露出しているの
で、局所的な応力集中がなく、遠心力による応力をロー
タコア２１にスムーズに伝達することができ、高速回転
が可能となる。According to such an induction generator 10, the rotor core 21, the end ring portion 22b, and the rod-shaped conductor 22 are provided.
Since c and c are integrally exposed on the surface of the rotor 20, there is no local stress concentration, stress due to centrifugal force can be smoothly transmitted to the rotor core 21, and high speed rotation becomes possible.
【００６０】また、周方向に複数に分断された棒状導体
２２ｃにより、ロータ導体２２内で発生する渦電流が周
方向に流れることを抑えることができ、渦電流による効
率低下を抑えることができる。The rod-shaped conductor 22c divided into a plurality of pieces in the circumferential direction can prevent the eddy current generated in the rotor conductor 22 from flowing in the circumferential direction, and can suppress the efficiency reduction due to the eddy current.
【００６１】さらに、棒状導体２２ｃの間にロータコア
２１が露出した状態となっているので、ロータコア２１
の露出部分は高透磁率を有し相対的に電気伝導率が低い
材料が位置することになり、導体による磁気抵抗が下が
り、無効電流が低減されて、力率の低下を抑えることが
できる。Further, since the rotor core 21 is exposed between the rod-shaped conductors 22c, the rotor core 21
A material having a high magnetic permeability and a relatively low electric conductivity is located in the exposed portion of the magnetic field, the magnetic resistance due to the conductor is reduced, the reactive current is reduced, and the reduction of the power factor can be suppressed.
【００６２】次に、この誘導発電機１０のステータ３０
について説明する。Next, the stator 30 of this induction generator 10
Will be described.
【００６３】この誘導発電機１０のステータ３０は、図
１に示すように、電磁鋼板を軸方向に積層して構成した
ステータコア３１を備えている。このステータコア３１
は、閉じた円形の内側リング部３１ａおよび外側リング
部３１ｂと、これらを接続する放射方向の複数のティー
ス部３１ｃとで構成され、ティース部３１ｃで仕切られ
る空間がスロット３２とされており、例えば１２本のテ
イース部３１ｃを備え、１２個のスロット３２が形成さ
れている。As shown in FIG. 1, the stator 30 of the induction generator 10 includes a stator core 31 formed by laminating electromagnetic steel plates in the axial direction. This stator core 31
Is composed of a closed circular inner ring portion 31a and an outer ring portion 31b, and a plurality of radial tooth portions 31c connecting these, and the space partitioned by the tooth portions 31c is a slot 32. Twelve tooth portions 31c are provided, and twelve slots 32 are formed.
【００６４】そして、これらのスロット３２を通してス
テータコイル４０が納められ、ステータ３０が構成され
る。Then, the stator coil 40 is accommodated through these slots 32 to form the stator 30.
【００６５】このステータコイル４０はステータコア３
１の内側リング部３１ａまたは外側リング部３１ｂのい
ずれかを別体として分離した状態で製作し、スロット３
２を通してティース部３１ｃのみにステータコイル４０
を施し、その巻線処理後に、分離してある内側リング部
３１ａまたは外側リング部３１ｂをティース部３１ｃに
接合して一体にするとともに、磁気的に接続された状態
とする。This stator coil 40 is composed of the stator core 3
The inner ring portion 31a or the outer ring portion 31b of No. 1 is manufactured as a separate body, and the slot 3
2 through the stator coil 40 only in the tooth portion 31c
After the winding process, the separated inner ring portion 31a or outer ring portion 31b is joined to the tooth portion 31c so as to be integrated, and is magnetically connected.
【００６６】このような誘導発電機１０のステータ３０
によれば、閉じた円形の内側リング部３１ａによりスロ
ット３２の開口部がないので、図４（ｂ）に示すよう
に、内側リング部３１ａにより円周方向の空隙部に発生
する磁束密度分布が均一となり、ロータ２０の表面に発
生する渦電流を低減することができる。The stator 30 of such an induction generator 10
According to the above, since there is no opening of the slot 32 due to the closed circular inner ring portion 31a, as shown in FIG. 4B, the magnetic flux density distribution generated in the circumferential gap by the inner ring portion 31a is It becomes uniform, and the eddy current generated on the surface of the rotor 20 can be reduced.
【００６７】また、ステータ３０を内側リング部３１ａ
と外側リング部３１ｂのいずれかをステータコイル４０
を施した後に接合して閉じた円形とするので、分離した
状態でステータコイル４０を施すことができ、スロット
３２の開口部のないステータ３０を容易に製造すること
ができる。The stator 30 is connected to the inner ring portion 31a.
And the outer ring portion 31b to the stator coil 40
Since the stator coil 40 can be formed in a separated state by joining after forming the circular shape, the stator 30 can be easily manufactured without the openings of the slots 32.
【００６８】[0068]
【発明の効果】以上、実施の形態とともに具体的に説明
したようにこの発明の請求項１記載の誘導発電機によれ
ば、ロータコアとロータ導体とからなるロータおよびス
テータコアとステータコイルとからなるステータを備え
る誘導発電機で、前記ロータ導体を、前記ステータと対
向するステータ対向部と、このステータ対向部の両端に
連続する円筒状のエンドリング部とで構成し、前記ロー
タコアを磁性材料で円柱状に形成するとともに、前記ロ
ータ導体が設けられる表面に段付き凹部を形成する一
方、前記ロータ導体を、前記ロータコアの段付き凹部
に、低透磁率を有し相対的に電気伝導率が高い粉末状の
導電材料を溶射してコーティング層を形成するととも
に、このコーティング層を真空雰囲気で低温熱処理して
相互拡散により当該段付き凹部と一体化しその外表面を
円滑な円筒面に形成して構成するようにしたので、ロー
タコアに設けた段付き凹部に、低透磁率を有し相対的に
電気伝導率が高い粉末状の導電材料を、例えば高速ガス
フレーム溶射法で溶射して衝突させ瞬時に冷却してコー
ティング層を形成することで、高速で短時間に継ぎ目の
ない何層ものコーティング層を形成でき、母材であるロ
ータコアの温度を１００〜２００℃の低温状態にできる
ので、入熱が少なく熱影響を与えず熱変形や金属組織の
変化のない材料特性に優れたロータを備えた誘導発電機
を構成することができる。As described above in detail with the embodiments, according to the induction generator of the first aspect of the present invention, the rotor including the rotor core and the rotor conductor, and the stator including the stator core and the stator coil. In the induction generator, the rotor conductor is composed of a stator facing portion facing the stator and a cylindrical end ring portion continuous at both ends of the stator facing portion, and the rotor core is made of a magnetic material in a columnar shape. And forming a stepped recess on the surface on which the rotor conductor is provided, the rotor conductor is provided in the stepped recess of the rotor core in a powder form having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity. Coating layer is formed by thermal spraying of the conductive material, and this step is processed by low temperature heat treatment in a vacuum atmosphere and mutual diffusion Since the outer surface of the recess is formed integrally with the recess to form a smooth cylindrical surface, the stepped recess formed in the rotor core has a powdery conductive material with low magnetic permeability and relatively high electric conductivity. By coating the material by, for example, high-speed gas flame spraying, colliding it, and instantly cooling it to form a coating layer, it is possible to form a number of seamless coating layers at high speed in a short time. Since the temperature of 100 ° C. can be set to a low temperature of 100 to 200 ° C., it is possible to configure an induction generator equipped with a rotor having excellent heat resistance, heat input, heat deformation, and metal structure change. .
【００６９】さらに、コーティング層を真空雰囲気で低
温熱処理して相互拡散により当該段付き凹部と一体化す
るようにしたので、真空中で熱処理することで酸化を防
止することができるとともに、相互拡散により接合強度
を向上し、確実に一体化することができる。Furthermore, since the coating layer is heat-treated in a vacuum atmosphere at a low temperature so as to be integrated with the stepped concave portion by mutual diffusion, it is possible to prevent oxidation by heat treatment in a vacuum and also to perform mutual diffusion. It is possible to improve the bonding strength and ensure reliable integration.
【００７０】また、この発明の請求項２記載の誘導発電
機によれば、段付き凹部の表面にブラスト処理による粗
面を形成するようにしたので、粗面によって表面積が増
大するとともに、微細な凹凸に噛み込むことで、コーテ
ィング層の接合強度を増大することができる。Further, according to the induction generator of the second aspect of the present invention, since the rough surface is formed by the blast treatment on the surface of the stepped concave portion, the surface area is increased by the rough surface and the fine surface is fine. The joint strength of the coating layer can be increased by being caught in the unevenness.
【００７１】さらに、この発明の請求項３記載の誘導発
電機によれば、段付き凹部の表面に機械加工による微細
な凹凸面を形成するようにしたので、微細な凹凸面によ
っても表面積が増大するとともに、微細な凹凸に噛み込
むことで、コーティング層の接合強度を増大することが
できる。Furthermore, according to the induction generator of the third aspect of the present invention, since the fine concave-convex surface is formed on the surface of the stepped concave portion by machining, the surface area is increased even by the fine concave-convex surface. In addition, the joint strength of the coating layer can be increased by engaging with the fine irregularities.
【００７２】また、この発明の請求項４記載の誘導発電
機によれば、ロータコアの段付き凹部に形成するロータ
導体のコーティング層を、溶射に代えて電解液中で電鋳
加工して形成するようにしたので、陽極の導電材料をロ
ータコアの段付き凹部に電鋳することができ、３ｍｍ以
上のコーティング厚さにすることも容易となり、しかも
高純度の平滑なコーティング層にでき、電鋳の温度も約
５０℃と低温で良く、入熱が少なく熱影響を与えず熱変
形や金属組織の変化がなく材料特性に優れたロータを備
えた誘導発電機を構成することができる。According to the fourth aspect of the present invention, the coating layer of the rotor conductor formed in the stepped recess of the rotor core is formed by electroforming in an electrolytic solution instead of thermal spraying. As a result, the conductive material of the anode can be electroformed in the stepped recess of the rotor core, the coating thickness of 3 mm or more can be easily obtained, and a high-purity smooth coating layer can be formed. The temperature can be as low as about 50 ° C., the heat input is small, the heat influence is not exerted, the heat deformation and the metal structure are not changed, and the induction generator equipped with the rotor excellent in material characteristics can be configured.
【００７３】さらに、この発明の請求項５記載の誘導発
電機によれば、段付き凹部を、底面と側面とが直交する
平面で連続せず、傾斜面または曲面のいずれかまたはこ
れらを組み合わせた面で連続させて構成するようにした
ので、直交する面をなくして欠陥などのない円滑なコー
ティング層を形成することができ、接合強度を向上する
ことができる。Further, according to the induction generator of the fifth aspect of the present invention, the stepped recess is not continuous on the plane where the bottom surface and the side surface are orthogonal to each other, and either the inclined surface or the curved surface or a combination thereof is used. Since the surfaces are formed continuously, it is possible to form a smooth coating layer without defects by eliminating the orthogonal surfaces, and to improve the bonding strength.
【００７４】また、この発明の請求項６記載の誘導発電
機によれば、ロータ導体を、ステータの外側に配置され
る前記エンドリング部と、このエンドリング部を連結し
ロータ表面に露出する複数の棒状導体とで構成するよう
にしたので、ロータコアとエンドリング部および棒状導
体とが一体となってロータ表面に露出させることがで
き、局所的な応力集中がなく、遠心力による応力をロー
タコアにスムーズに伝達し高速回転が可能なロータとす
ることができる。According to the sixth aspect of the induction generator of the present invention, a plurality of rotor conductors are connected to the end ring portion arranged outside the stator and are connected to the end ring portion to be exposed on the rotor surface. Since it is configured with the rod-shaped conductor, the rotor core, the end ring portion, and the rod-shaped conductor can be integrally exposed on the rotor surface, and there is no local stress concentration, and stress due to centrifugal force is applied to the rotor core. The rotor can be smoothly transmitted and can be rotated at high speed.
【００７５】また、周方向に複数に分断された棒状導体
により、ロータ導体内で発生する渦電流が周方向に流れ
ることを抑えることができ、渦電流による効率低下を防
止することができる。Further, the rod-shaped conductor divided into a plurality of pieces in the circumferential direction can prevent the eddy current generated in the rotor conductor from flowing in the circumferential direction, and can prevent the efficiency reduction due to the eddy current.
【００７６】さらに、この発明の請求項７記載の誘導発
電機によれば、ロータコアを炭素鋼又は合金鋼、例えば
クロムモリブデン鋼で構成し、前記ロータ導体を銅、ア
ルミニウムまたはこれらの合金で構成するようにしたの
で、透磁率の高い材料がロータ表面に存在することでロ
ータ導体による磁気抵抗が下がり、無効電流が低減さ
れ、力率の低下を抑えることができる。Further, according to the seventh aspect of the present invention, the rotor core is made of carbon steel or alloy steel, for example, chrome molybdenum steel, and the rotor conductor is made of copper, aluminum or alloys thereof. Therefore, since the material having high magnetic permeability is present on the rotor surface, the magnetic resistance by the rotor conductor is reduced, the reactive current is reduced, and the reduction in power factor can be suppressed.
【００７７】また、この発明の請求項８記載の誘導発電
機によれば、ステータは、前記ステータコアを電磁鋼板
を軸方向に積層して構成するとともに、閉じた円形の内
側リング部および外側リング部と、その間のスロットと
で構成し、このスロットを通して前記ステータコイルを
納めて構成するようにしたので、スロットの開口部のな
い閉じた円形の内側リング部により円周方向の空隙部に
発生する磁束密度分布が均一となり、ロータ表面に発生
する渦電流を低減することができる。According to an eighth aspect of the induction generator of the present invention, in the stator, the stator core is formed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction, and a closed circular inner ring portion and outer ring portion are formed. And a slot between them, and the stator coil is housed through the slot, so that the magnetic flux generated in the circumferential gap by the closed circular inner ring portion without the slot opening is formed. The density distribution becomes uniform, and the eddy current generated on the rotor surface can be reduced.
【００７８】さらに、この発明の請求項９記載の誘導発
電機によれば、ステータは、前記スロット間に放射状に
配置され前記内側リング部と前記外側リング部とを接続
するティース部を有し、前記スロットを通して各ティー
ス部のみにステータコイルが施され、前記内側リング部
と前記外側リング部とのいずれかがステータコイルを施
した後閉じた円形に接合するようにしたので、分離した
状態でステータコイルを施すことができ、その後分離し
た内側リング部または外側リング部のいずれかを接合す
ることで、スロットの開口部のないステータを容易に製
造することができ。Further, according to the ninth aspect of the induction generator of the present invention, the stator has teeth portions which are radially arranged between the slots and which connect the inner ring portion and the outer ring portion, The stator coil is applied only to each tooth portion through the slot, and either the inner ring portion or the outer ring portion is joined to the closed circular shape after the stator coil is applied. The coils can be applied and then either the inner ring part or the outer ring part separated can be joined to easily manufacture a stator without slot openings.
【００７９】また、この発明の請求項１０記載の誘導発
電機のロータの製造方法によれば、ロータコアと、この
ロータコアに設けられるロータ導体とからなる誘導発電
機のロータを製造するに際し、前記ロータ導体を、ステ
ータと対向するステータ対向部と、このステータ対向部
の両端に連続するエンドリング部とで構成し、前記ロー
タコアを磁性材料で円柱状に形成するとともに、このロ
ータコアの表面に前記ロータ導体が設けられる段付き凹
部を形成したのち、この段付き凹部に低透磁率を有し相
対的に電気伝導率が高い粉末状の導電材料を金属溶射し
て前記ロータ導体となるコーティング層を形成し、この
コーティング層を真空雰囲気で低温熱処理して前記ロー
タコアに相互拡散して一体化したのち、外表面を円滑な
円筒面に加工するようにしたので、金属溶射によってコ
ーティング層を形成すること及び低温熱処理により相互
拡散することで入熱を小さくでき、熱変形や金属組織の
変化がなく材料特性に優れたロータを製造することがで
きる。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a rotor for an induction generator, wherein the rotor of the induction generator is composed of a rotor core and a rotor conductor provided on the rotor core. The conductor is composed of a stator facing portion facing the stator and end ring portions continuous with both ends of the stator facing portion, and the rotor core is formed of a magnetic material in a cylindrical shape, and the rotor conductor is formed on the surface of the rotor core. After forming the stepped recessed portion, the stepped recessed portion is metal-sprayed with a powdery conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity to form a coating layer to be the rotor conductor. , This coating layer is heat-treated at low temperature in a vacuum atmosphere and mutually diffused and integrated with the rotor core, and then the outer surface is processed into a smooth cylindrical surface. Because it was Unishi, it can reduce the heat input by mutual diffusion by and low-temperature heat treatment for forming a coating layer by metal spraying, can change in thermal deformation and the metal structure to produce a superior rotor without the material properties.
【００８０】さらに、この発明の請求項１１記載の誘導
発電機のロータの製造方法によれば、前記コーティング
層を、低透磁率を有し相対的に電気伝導率が高い導電材
料を電解液中で電鋳加工して形成するようにしたので、
電鋳加工によってコーティング層を形成する場合でも、
入熱を小さくでき、熱変形や金属組織の変化がなく材料
特性に優れたロータを製造することができる。According to the eleventh aspect of the present invention, in the rotor for the induction generator, the coating layer is made of a conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity in the electrolytic solution. Since it was formed by electroforming with,
Even when forming the coating layer by electroforming,
The heat input can be reduced, and a rotor having excellent material properties without thermal deformation or change in metal structure can be manufactured.
【図１】この発明の誘導発電機の一実施の形態にかかる
全体の断面図およびＡ−Ａ矢視図である。FIG. 1 is an overall cross-sectional view and an AA arrow view according to an embodiment of an induction generator of the present invention.
【図２】この発明の誘導発電機のロータの製造方法の一
実施の形態にかかる概略工程図である。FIG. 2 is a schematic process diagram according to an embodiment of a method for manufacturing a rotor of an induction generator of the present invention.
【図３】この発明の誘導発電機の他の一実施の形態にか
かるロータ部分のみの外観斜視図および横断面図であ
る。FIG. 3 is an external perspective view and a transverse sectional view of only a rotor portion according to another embodiment of the induction generator of the present invention.
【図４】この発明の誘導発電機のさらに他の一実施の形
態にかかるステータの一部分のみの横断面図および磁束
密度分布の説明図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of only a part of a stator according to still another embodiment of the induction generator of the present invention and an explanatory view of magnetic flux density distribution.
【図５】従来の誘導発電機の全体の縦断面図、ステータ
の部分拡大断面図および磁束密度分布の説明図である。FIG. 5 is an overall vertical sectional view of a conventional induction generator, a partially enlarged sectional view of a stator, and an explanatory diagram of magnetic flux density distribution.
１０ 誘導発電機 ２０ ロータ ２１ ロータコア ２２ ロータ導体 ２２ａ ステータ対向部 ２２ｂ エンドリング部 ２２ｃ 棒状導体 ２３ 段付き凹部 ２３ａ 浅い部分（ステータ対向部用） ２３ｂ 深い部分（エンドリング部用） ３０ ステータ ３１ ステータコア ３１ａ 内側リング部 ３１ｂ 外側リング部 ３１ｃ ティース部 ３２ スロット ４０ ステータコイル 10 induction generator 20 rotor 21 rotor core 22 rotor conductor 22a Stator facing part 22b End ring part 22c Rod-shaped conductor 23 Stepped recess 23a Shallow part (for stator facing part) 23b Deep part (for end ring part) 30 stator 31 Stator core 31a Inner ring part 31b Outer ring part 31c Teeth part 32 slots 40 stator coil
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 俊雄 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者 桑田 厳 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第一工場内 (72)発明者 杉谷 宗寧 東京都江東区豊洲二丁目１番１号 石川島 播磨重工業株式会社東京第一工場内 Ｆターム(参考） 5H002 AA01 AE06 5H615 AA01 BB06 PP03 QQ21 SS36 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Toshio Takahashi 2-1-1 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Tokyo No. 1 Factory (72) Inventor Tsuyoshi Kuwata 2-1-1 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Tokyo No. 1 Factory (72) Inventor Suneya Soune 2-1-1 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Tokyo No. 1 Factory F-term (reference) 5H002 AA01 AE06 5H615 AA01 BB06 PP03 QQ21 SS36
Claims (11)
およびステータコアとステータコイルとからなるステー
タを備える誘導発電機であって、 前記ロータ導体を、前記ステータと対向するステータ対
向部と、このステータ対向部の両端に連続する円筒状の
エンドリング部とで構成し、 前記ロータコアを磁性材料で円柱状に形成するととも
に、前記ロータ導体が設けられる表面に段付き凹部を形
成する一方、 前記ロータ導体を、前記ロータコアの段付き凹部に、低
透磁率を有し相対的に電気伝導率が高い粉末状の導電材
料を溶射してコーティング層を形成するとともに、この
コーティング層を真空雰囲気で低温熱処理して相互拡散
により当該段付き凹部と一体化しその外表面を円滑な円
筒面に形成して構成したことを特徴とする誘導発電機。1. An induction generator comprising a rotor including a rotor core and a rotor conductor, and a stator including a stator core and a stator coil, wherein the rotor conductor includes a stator facing portion facing the stator, and the stator facing portion. And a cylindrical end ring portion that is continuous at both ends of the rotor core, the rotor core is formed into a columnar shape with a magnetic material, and a stepped recess is formed on the surface on which the rotor conductor is provided. In the stepped recess of the rotor core, a powdery conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity is sprayed to form a coating layer, and the coating layer is subjected to a low temperature heat treatment in a vacuum atmosphere to form a mutual coating. An induction generator characterized in that it is integrated with the stepped concave portion by diffusion and the outer surface thereof is formed into a smooth cylindrical surface.
る粗面を形成したことを特徴とする請求項１記載の誘導
発電機。2. The induction generator according to claim 1, wherein a rough surface is formed on the surface of the stepped recess by blasting.
細な凹凸面を形成したことを特徴とする請求項１記載の
誘導発電機。3. The induction generator according to claim 1, wherein a fine uneven surface is formed on the surface of the stepped recess by machining.
ータ導体のコーティング層を、前記溶射に代えて電解液
中で電鋳加工して形成したことを特徴とする請求項１記
載の誘導発電機。4. The induction generator according to claim 1, wherein the coating layer of the rotor conductor formed in the stepped recess of the rotor core is formed by electroforming in an electrolytic solution instead of the thermal spraying. .
る平面で連続せず、傾斜面または曲面のいずれかまたは
これらを組み合わせた面で連続させて構成したことを特
徴とする請求項４記載の誘導発電機。5. The stepped recess is not continuous on a plane where a bottom surface and a side surface are orthogonal to each other, but is continuous on an inclined surface, a curved surface, or a surface combining these. The induction generator according to 4.
される前記エンドリング部と、このエンドリング部を連
結しロータ表面に露出する複数の棒状導体とで構成した
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の誘導
発電機。6. The rotor conductor is constituted by the end ring portion arranged outside the stator and a plurality of rod-shaped conductors connecting the end ring portion and exposed on the rotor surface. The induction generator according to any one of 1 to 5.
成し、前記ロータ導体を銅、アルミニウムまたはこれら
の合金で構成したことを特徴とする請求項１〜６のいず
れかに記載の誘導発電機。7. The induction generator according to claim 1, wherein the rotor core is made of chrome molybdenum steel, and the rotor conductor is made of copper, aluminum or an alloy thereof.
鋼板を軸方向に積層して構成するとともに、閉じた円形
の内側リング部および外側リング部と、その間のスロッ
トとで構成し、このスロットを通して前記ステータコイ
ルを納めて構成したことを特徴とする請求項１〜７のい
ずれかに記載の誘導発電機。8. The stator comprises the stator core formed by laminating electromagnetic steel sheets in the axial direction, and comprises a closed circular inner ring portion and outer ring portion and a slot therebetween, and the slot is formed through the slot. The induction generator according to any one of claims 1 to 7, which is configured to accommodate a stator coil.
に配置され前記内側リング部と前記外側リング部とを接
続するティース部を有し、前記スロットを通して各ティ
ース部のみにステータコイルが施され、前記内側リング
部と前記外側リング部とのいずれかがステータコイルを
施した後閉じた円形に接合されてなることを特徴とする
請求項１〜８のいずれかに記載の誘導発電機。9. The stator has teeth that are radially arranged between the slots and connect the inner ring portion and the outer ring portion, and a stator coil is applied only to each tooth portion through the slots. 9. The induction generator according to claim 1, wherein one of the inner ring portion and the outer ring portion is joined in a closed circular shape after applying a stator coil.
れるロータ導体とからなる誘導発電機のロータを製造す
るに際し、 前記ロータ導体を、ステータと対向するステータ対向部
と、このステータ対向部の両端に連続するエンドリング
部とで構成し、 前記ロータコアを磁性材料で円柱状に形成するととも
に、このロータコアの表面に前記ロータ導体が設けられ
る段付き凹部を形成したのち、 この段付き凹部に低透磁率を有し相対的に電気伝導率が
高い粉末状の導電材料を金属溶射して前記ロータ導体と
なるコーティング層を形成し、このコーティング層を真
空雰囲気で低温熱処理して前記ロータコアに相互拡散し
て一体化したのち、外表面を円滑な円筒面に加工するよ
うにしたことを特徴とする誘導発電機のロータの製造方
法。10. When manufacturing a rotor of an induction generator comprising a rotor core and a rotor conductor provided on the rotor core, the rotor conductor is connected to a stator facing portion facing the stator and to both ends of the stator facing portion. The rotor core is formed of a magnetic material into a cylindrical shape, and a stepped recess in which the rotor conductor is provided is formed on the surface of the rotor core. A powdery conductive material having a relatively high electric conductivity is sprayed on the metal to form a coating layer to be the rotor conductor, and the coating layer is heat-treated at low temperature in a vacuum atmosphere to mutually diffuse into the rotor core to be integrated. A method for manufacturing a rotor of an induction generator, characterized in that the outer surface is processed into a smooth cylindrical surface after being made into a solid shape.
相対的に電気伝導率が高い導電材料を電解液中で電鋳加
工して形成するようにしたことを特徴とする請求項１０
記載の誘導発電機のロータの製造方法。11. The coating layer is formed by electroforming a conductive material having a low magnetic permeability and a relatively high electric conductivity in an electrolytic solution.
A method for manufacturing the rotor of the induction generator described.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002036376A JP2003244912A (en) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | Induction generator and manufacturing method for rotor thereof |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|
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2002
- 2002-02-14 JP JP2002036376A patent/JP2003244912A/en active Pending
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