JP2010136539A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】発電電動機の高速大容量化に伴い、回転子が大口径化に伴いコイル端部を支持するバックアップリングも大口径化するが、水力発電所へのトンネルや道路事情等を配慮し、輸送可能とするバックアップリングを提供する。
【解決手段】回転子のコイル端部を支持するバックアップリング３を円周方向に分割してセグメント状のバックアップリング３ａとするとともに、その外周部に高強度高分子繊維性のバインド線２ｃを巻きつけられて強度の補完を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、水力発電所に設置される水車発電機に関するものであり、特に大容量の可変速発電電動機の回転子構造に係るものである。

従来の大容量回転電機の回転子のコイル端部構造として、回転子鉄心の軸方向外側にある回転子コイル端部の外方よりコイル支持部材で固着し、このコイルの内周部に絶縁物を介して円筒状のバックアップリング（コイル受金）を設け、さらにこのバックアップリングの内周部に環状のリングを配して回転軸や回転子鉄心に連結した構造において、前記環状のリングを径方向に分離し、分離したリングの内側または外側のいずれか一方をセグメント状に分割して他の一方を環状のリングと連結した技術が示されている（例えば、特許文献１）。

特開昭６３−３１０３４２号公報

近年の発電電動機の高速大容量化に伴い、バックアップリングも大口径化が要求されている。しかしながら、従来のバックアップリングは前記のように一円構造である為、直径が大きくなると山間部等の発電所への輸送が道路やトンネル事情により困難であった。また、輸送を考慮してバックアップリングをセグメント状に分割し、現地で各セグメントの合わせ目部を溶接接合するような構造を採用した場合、バックアップリングが溶接時の熱で歪みが生じる為、十分な寸法精度が得られない等の問題点があり、また、各セグメントの合わせ目をボルトで結合する構造にすると、バックアップリングに作用するフープ力をボルトのみで支持する必要がある為、合わせ目部でバックアップリングの強度が低下し、十分な機械的特性が得られないなどの問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、バックアップリングの直径が大きく分割構造とした場合においてもバックアップリングの強度を低下させることのない回転電機の回転子を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機の回転子は、回転子鉄心のスロットに挿入された回転子コイルの端部を内径側より支持するバックアップリングが円周方向に分割されているとともに、外周部に高強度高分子繊維性のバインド線が巻きつけられているものである。

この発明は上記のような構成を備えているので、現地への輸送の制約から大口径のバックアップリングを分割構造としても、バックアップリングは十分な強度を有することができるという効果がある。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を回転電機である水力発電所の発電電動機の回転子１００を図に基づいて説明する。図１（ａ）は側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ矢視図である。回転軸６は外周部に複数のスロット７が形成された回転子鉄心８が固定されている。この回転子鉄心８のスロット７には、回転子コイル９が挿入され、スロット７内の外周側に挿入された楔１０により、回転子コイル９は回転子の遠心力でスロット７から外れないように固定されている。
また、回転子鉄心８の軸方向外側にある回転子コイル９のコイル端部は、外周側の回転子コイルである上口コイル１４ａの端部１ａの外周に、バインド線であるアラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ａが複数回巻き付けられ、さらに内周側の回転子コイルである下口コイル１４ｂの端部１ｂの外周に、バインド線であるアラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ｂが複数回巻き付けられている。
一方、回転子鉄心８の軸方向外側には、回転子鉄心８に固定された鉄心押え板１１が設けられており、この鉄心押え板１１にボルト等で固定されたファン５にバックアップリング３はボルト等で固定されている。
バックアップリング３は、図１（ｂ）に示すように分割部４で円周方向に４個のセグメント状のバックアップリング３ａとし、この分割部４にはバックアップリング３ａ同士を結合する部材は設けてない構造とし、バックアップリング３の外周にアラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ｃが複数回巻き付けられていることによりバックアップリング３の剛性強度を確保している。
このように構成することにより、回転子１００が回転すると、回転子コイル９には遠心力が作用するが、回転子鉄心８内の回転子コイル９の軸方向中央部は楔１０により拘束され、また回転子鉄心８の軸方向外側にあるコイル端部は、上口コイル１ａがその外周に巻きつけられたアラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ａにより支持され、下口コイル１ｂがその外周に巻きつけられたアラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ｂにより支持される。
また、回転子１００の回転によりバックアップリング３に作用するバックアップリング３自身の遠心力は、アラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ｃにより支持されることになる。

従ってコイル端部にアラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ａ、２ｂを巻き付け時にコイル端部を支持するバックアップリング３は、回転子１００の回転中に作用する遠心力に対してアラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ｃにより支持されるため、バックアップリング３を４分割構造にしても強度が補完され、バックアップリング３は回転中の自身の遠心力に耐えられることになる。ここでバックアップリング３を４分割としたが輸送事情に適応した分割数であってよい。
なお、これらの回転子１００を構成する各部材の部材の組立は、通常輸送上の制約により発電所で行われるが、バックアップリング３の外周側に施される高強度高分子繊維性材２ｃをコイル端部に施される高強度高分子繊維性材２ａ、２ｂと同一材質とした場合、高強度高分子繊維性材２ｃの施工に高強度高分子繊維性材２ａ、２ｂで使用した工具を使用できる。
また、回転子コイル端部をアラミド繊維等の高分子繊維性の高強度材で支持した場合を例として説明したが、非磁性鋼線を用いたものであってもよく、さらに回転子コイル端部をＵ字ボルト等により支持する場合についても本発明は適用可能である。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図２に基づいて説明する。図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ矢視であり、図２（ｃ）は図２（ｂ）のバックアップリング３ａの結合部を示す拡大図であり、実施の形態１の４分割したバックアップリング３ａの各セグメントを複数の図２では３本のボルト１２にて結合し、バックアップリング３の外周にアラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ｃが複数回巻き付けられている。
このように構成することにより、回転子１００の回転によりバックアップリング３に作用するバックアップリング３自身の遠心力は、アラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ｃだけでなくボルト１２でも受け持つことが出来る。すなわち、セグメント状のバックアップリング３ａが外周側に飛び出そうとする荷重の一部をボルト１２で受け持つことにより、バックアップリング３の外周に巻き付けたアラミド繊維等の高強度材２ｃに作用する荷重を低減でき、アラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ｃが分担すべき荷重を低減することができるため、アラミド繊維等の高強度高分子繊維性材２ｃの使用量を少なくすることが可能となる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図３に示す結合部の拡大図に基づいて説明する。図３（ａ）では、前記の分割したバックアップリング３の各セグメント３ａをボルト１２にて結合し、各セグメント３ａの結合部４にノックピン１３を取り付ける構造とし、バックアップリング３の外周にアラミド繊維等の高強度材２ｃが複数回巻き付けられている。
このように構成することにより、現地組立時の各セグメント３ａの位置決めがノックピン１３により容易になる。また、現地組立時の取付誤差を低減する事ができ、回転時のバックアップリング３の各セグメントがずれることがないように十分に固定することが出来る。なお、前記ノックピン１３は位置決め機能のみでなく、遠心力を分担可能なよう、図３（ｂ）に示すように円周方向に配置されたボルト１２間に複数個設けてもよい。またさらには、バックアップリング３の分割部４の対向するセグメント３ａに凹凸部を設け、これらを噛み合わせることにより遠心力分担を行う構造であってもよい。

この発明は、高速大容量の水車発電機等の回転電機に利用可能である。

実施の形態１に係る発電電動機の回転子の構造を示す図である。 実施の形態２に係る発電電動機の回転子の構造を示す図である。 実施の形態３に係る発電電動機の回転子の構造を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 回転子コイル端部、２ａ，２ｂ，２ｃ 高強度高分子繊維性バインド線、
３，３ａ バックアップリング、４ バックアップリングの合わせ目部、
８ 回転子鉄心、９ 回転子コイル、１２ ボルト、１３ ノックピン、
１４ａ，１４ｂ 回転子コイル、１００ 回転子。

Claims (4)

1. 回転子鉄心のスロットに挿入された回転子コイルの端部を、内径側より支持するバックアップリングが設けられた回転電機の回転子において、前記バックアップリングが円周方向に分割されているとともに、外周部に高強度高分子繊維性のバインド線が巻きつけられた構造であることを特徴とする回転電機の回転子。
2. 前記バインド線が非磁性鋼線であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 前記バックアップリングの分割部は、ボルトによって結合されていることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
4. 前記分割部にはノックピンが併設されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機の回転子。

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