JP4834402B2

JP4834402B2 - 回転電機ロータのき裂補修方法、回転電機ロータのき裂進展防止方法、回転電機ロータおよび回転電機

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Publication number: JP4834402B2
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Description

本発明は、ロータ鉄心部の外周面にスロットを軸方向に多数設け、これらのスロット内の下部と上部にコイルと複数個のウエッジをそれぞれ挿入し、これらのウエッジによりスロット内にコイルを固定する回転電機ロータのき裂補修方法、き裂進展防止方法、回転電機ロータおよび回転電機に関する。

従来の回転電機ロータの一例としてタービン発電機ロータ３００の構成について、図１２〜図１８を参照して説明する。

図１２は、従来のタービン発電機ロータ３００の一部の断面を模式的に示した図であり、図１３は、図１２に示したタービン発電機ロータ３００の軸方向に対して垂直な面を一部断面として模式的に示した図である。図１４は、図１３のスロット３０３とウエッジ３０５の組立状態を模式的に示す斜視図である。図１５は、変形したロータシャフト３０１を示す平面図である。図１６は、ロータダブテール部にき裂を有するタービン発電機ロータ３００を示す斜視図である。図１７および図１８は、ロータダブテール部に発生したき裂を除去する従来の方法を説明するためのタービン発電機ロータ３００の斜視図である。

図１２〜図１４に示すように、タービン発電機ロータ３００は、ロータシャフト３０１と一体に形成されたロータ鉄心部３０２とを備え、このロータ鉄心部３０２には、軸方向にスロット３０３が多数設けられている。これらのスロット３０３内の下部には、コイル３０４を挿入され、このコイル３０４上に絶縁ブロック３０６を介して複数個のウエッジ３０５が配設されている。これらのウエッジ３０５は、スロット３０３内の上部の挿入溝に挿入されて配設され、コイル３０４がロータシャフト３０１の回転による遠心力によってスロット３０３内から脱出するのを防止している。

ウエッジ３０５は、種々の形状に形成されるが、一般には、図１４に示すようなダブテール形に形成され、その他にＴ字形、クリスマスツリー形などの形状に形成されることもある。これらのウエッジ３０５は、スロット３０３内に複数個挿入されているので、ウエッジ３０５とスロット３０３との接触面３０７には、互いに隣り合うウエッジ３０５の端面どうしが接する接触端部３０８が形成される。この接触端部３０８には、遠心力による面圧が集中するばかりでなく、図１５に示すように、ロータ鉄心部３０２が自重または曲げ振動により曲率ｒで曲って、回転しているときにスロット３０３（ロータ鉄心部３０２）とウエッジ３０５との間に相対すべり±δが発生する。このため、接触端部３０８のロータ鉄心部３０２側にすべり方向に大きな引張、圧縮応力が集中するため、この部分にフレッティング損傷を生じ、疲労によるき裂が発生することがあった。

図１５に示すように、ロータ鉄心部３０２の半径をｒｏ、ウエッジ３０５の長さをＬとすると、ロータ鉄心部３０２は、上点Ａおよび下点Ｂに至るとき、ウエッジ端部に相当する位置で、下記式（１）に示すδだけ伸縮するが、ウエッジ３０５は長手方向に分断されているので伸縮しない。したがって、ロータシャフト３０１の一回転毎にウエッジ３０５とロータ鉄心部３０２との接触端部３０８で相対すべり２δを発生する。
δ＝ｒｏ・Ｌ／２ｒ …式（１）

上記したように、接触端部３０８では面圧が集中し、一般に面圧の高い接触面が相対すべりを伴うと、フレッティング損傷によりロータ鉄心部３０２側の接触面３０７に、図１６に示すようなき裂３０９が発生することがあった。

また、このロータ鉄心部３０２側の接触面３０７に発生したき裂３０９は、ロータ鉄心部３０２が自重または曲げ振動により曲率ｒで曲がり回転しているときに生じる曲げ応力、タービン発電機の運転時のロータ鉄心部３０２の外径側と内径側の温度差による熱応力、材料の残留応力等により進展する可能性がある。そのため、例えば、ロータ鉄心部３０２側の接触面３０７に発生したき裂３０９を定期点検時などに除去をする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

この従来のき裂除去方法は、図１７および図１８に示すように、ロータ鉄心部３０２の接触面３０７に発生したき裂の周囲を、そのき裂の発生状態および大きさ等により切り欠いてき裂を除去し、き裂除去部３１０を形成している。

また、接触端部３０８のロータ鉄心部３０２側に応力集中緩和用の溝を設け、ウエッジ３０５とロータ鉄心部３０２との相対すべりによる接触端部のすべり方向の引張および圧縮応力の集中を緩和する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。さらに、ロータ鉄心部３０２側の接触面３０７のフレッティング疲労を軽減および防止する技術も開示されている（例えば、特許文献３−５参照。）。
米国特許第６８４９９７２号明細書特公平４−２９３０４号公報特公平５−７４３０４号公報特公平７−４０７７４号公報特公平７−４４８０２号公報

上記したロータ鉄心部３０２側の接触面３０７に発生したき裂３０９を除去する従来の技術は、スロット３０３内側の狭隘部の加工作業となり、作業性が悪いという欠点があった。また、従来のウエッジ３０５とロータ鉄心部３０２との相対すべりによる接触端部のすべり方向の引張および圧縮応力の集中を緩和する技術や、ロータ鉄心部３０２側の接触面３０７のフレッティング疲労を軽減および防止する技術は、フレッティング疲労によるき裂の発生を防止する技術であり、発生したき裂を除去したり、き裂の進展を防止する技術ではなかった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ロータ鉄心部の外周面からの処理により、ロータ鉄心部側のウエッジとの接触面に発生したき裂を容易に除去またはき裂の進展を容易に防止することができる回転電機ロータのき裂補修方法、回転電機ロータのき裂進展防止方法、これらの回転電機ロータのき裂補修方法または回転電機ロータのき裂進展防止方法によってき裂が補修またはき裂の進展が防止された回転電機ロータ、この回転電機ロータを備える回転電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の回転電機ロータのき裂補修方法は、ロータ鉄心部の外周面に軸方向に形成された複数のスロットと、前記スロット内に収納されたコイルと、前記スロットの上部に軸方向に配列して挿入され、前記コイルを前記スロット内に保持するウエッジとを備える回転電機ロータにおける、前記スロットと前記ウエッジとの接触により前記ウエッジとの接触面に発生した前記ロータ鉄心部のき裂を補修するき裂補修方法であって、ロータ鉄心部の外周面から削孔して、少なくとも前記き裂の最深部を除去することを特徴とする。

この回転電機ロータのき裂補修方法によれば、ロータ鉄心部の外周面から少なくともき裂の最深部を除去する処理が可能であるので、ロータ鉄心部に形成されたき裂の少なくともき裂の最深部を容易に除去することができ、さらに作業性にも優れている。

また、上記した回転電機ロータのき裂補修方法によってロータ鉄心部のき裂が補修された回転電機ロータや、この回転電機ロータを備える回転電機を構成することもできる。

本発明の回転電機ロータのき裂進展防止方法は、ロータ鉄心部の外周面に軸方向に形成された複数のスロットと、前記スロット内に収納されたコイルと、前記スロットの上部に軸方向に配列して挿入され、前記コイルを前記スロット内に保持するウエッジとを備えた回転電機ロータにおける、前記スロットと前記ウエッジとの接触により前記ウエッジとの接触面に発生した前記ロータ鉄心部のき裂の進展を防止するき裂進展防止方法であって、ロータ鉄心部の外周面から少なくとも前記き裂の最深部の近傍を通って削孔することを特徴とする。

この回転電機ロータのき裂進展防止方法によれば、ロータ鉄心部の外周面からき裂の進展を防止するための削孔処理が可能であるので作業性に優れている。さらに、き裂の最深部の近傍に至るまで削孔することで、き裂の進展を防止することができる。

また、上記した回転電機ロータのき裂進展防止方法によってロータ鉄心部のき裂の進展が防止された回転電機ロータや、この回転電機ロータを備える回転電機を構成することもできる。

本発明の回転電機ロータのき裂補修方法、回転電機ロータのき裂進展防止方法、回転電機ロータおよび回転電機によれば、ロータ鉄心部の外周面からの処理により、ロータ鉄心部側のウエッジと接触面に発生したき裂を容易に補修、またはロータ鉄心部側のウエッジと接触面に発生したき裂の進展を容易に防止することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。第１の実施の形態では、ロータ鉄心部側のウエッジと接触面に発生したき裂を容易に除去することができる回転電機ロータのき裂補修方法について説明する。

図１は、き裂１４が発生した状態のロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。図２は、き裂１４を除去した状態のロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。図３は、削孔されたキリ穴２０に充填部材２５を溶着した状態のロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。

図１および図２に示すように、回転電機ロータ１０のロータ鉄心部１１の外周面には、中心軸方向に凹設され、軸方向に延設された複数のスロット１２が形成されている。図示しないが、背景技術で述べたように、このスロット１２内には、コイルが収納され、このコイルの半径方向外側には絶縁層を介してウエッジが挿入される。このウエッジは、回転電機ロータ１０の回転によって発生する遠心力でコイルが半径方向に飛び出すのを押さえるもので、例えば、ダブテール形、Ｔ字形、クリスマスツリー形などの形状のものが用いられる。

また、ウエッジは、スロット１２の挿入溝１３内に複数個挿入されているので、ウエッジとスロット１２との接触面には、互いに隣り合うウエッジの端面どうしが接する接触端部が形成される。図１に示すように、この接触端部には、背景技術で述べたように、遠心力による面圧が集中するばかりでなく、ロータ鉄心部１１が自重または曲げ振動により曲って、回転しているときにスロット１２（ロータ鉄心部１１）とウエッジとの間に相対すべりが発生し、ロータ鉄心部１１側にフレッティング損傷を生じ、疲労によるき裂１４が発生することがある。

次に、このき裂１４を補修する方法について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、ロータ鉄心部１１の外周面側からき裂１４に向かってキリ穴２０を削孔し、き裂１４を除去する。ここで、キリ穴２０の加工上の制限より、キリ穴２０の最小直径は３ｍｍ程度に制限される。また、キリ穴２０の直径、およびキリ穴２０のロータ鉄心部１１の外周面に対する削孔する角度θは、キリ穴２０形成前の隣り合うスロット１２間のロータ鉄心部１１の外周面の肉厚Ｃに対して、キリ穴２０形成後に残存するロータ鉄心部１１の外周面の肉厚Ｃａ、Ｃｂの加算値（Ｃａ+Ｃｂ）が２０％以上（（Ｃａ+Ｃｂ）／Ｃが０．２以上）となるように設定される。なお、Ｃａ、Ｃｂの一方が「０」であってもよい。また、上記した条件に加えて、キリ穴２０の直径、およびキリ穴２０のロータ鉄心部１１の外周面に対する削孔する角度θは、キリ穴２０形成前における、ロータ鉄心部１１におけるスロット１２の挿入溝１３部の半径方向外側の肉厚ｂ１および半径方向内側の肉厚ａ１に対して、キリ穴２０形成後に残存するそれぞれの肉厚ｂ２、ａ２が５０％以上（ａ２／ａ１およびｂ２／ｂ１が０.５以上）となるように設定される。

また、キリ穴２０を削孔するロータ鉄心部１１のスロット１２上部は、ロータ鉄心部１１が自重または曲げ振動により所定の曲率で曲って回転している時に生じる曲げ応力、ロータ鉄心部１１の外径側と内径側の温度差による熱応力、材料の残留応力等の軸方向応力による高サイクル疲労、および起動停止時のスロット１２内遠心力の変動による低サイクル疲労を受ける応力環境下にある。ここで、上記したように、キリ穴２０形成前の隣り合うスロット１２間のロータ鉄心部１１の外周面の肉厚Ｃに対して、キリ穴２０形成後に残存するロータ鉄心部１１の外周面の肉厚Ｃａ、Ｃｂの加算値（Ｃａ+Ｃｂ）が２０％以上（（Ｃａ+Ｃｂ）／Ｃが０．２以上）、かつキリ穴２０形成前における、ロータ鉄心部１１におけるスロット１２の挿入溝１３を形成する部分の半径方向外側の肉厚ｂ１および半径方向内側の肉厚ａ１に対して、キリ穴２０形成後に残存するそれぞれの肉厚ｂ２、ａ２が５０％以上（ａ２／ａ１およびｂ２／ｂ１が０.５以上）と設定することが好ましいのは、（Ｃａ+Ｃｂ）／Ｃが０．２より小さいか、ａ２／ａ１およびｂ２／ｂ１のいずれか０.５より小さい場合には、上記した高サイクル疲労強度および低サイクル疲労強度の両面で疲労強度が低下するからである。なお、キリ穴２０の加工は、例えばボール盤などの工作機械により行ったり、レーザなどで行うことができる。

上記したように、第１の実施の形態におけるロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４を補修する方法によれば、ロータ鉄心部１１の外周面からき裂１４の除去処理が可能であるので、容易にロータ鉄心部１１のき裂１４を補修することができ、さらに作業性にも優れている。また、き裂１４の補修後においても、所定の機械的強度を維持することができる。

ここで、図３に示すように、削孔されたキリ穴２０に充填部材２５を挿入し、溶接により接合してもよい。キリ穴２０に挿入される充填部材２５は、キリ穴２０の形状とほぼ同じ形状を有していることが好ましく、特に、キリ穴２０が挿入溝１３側に貫通している場合には、充填部材２５は挿入溝１３側に突出しないように構成される。充填部材２５は、各ロータ鉄心部１１との重量バランスを均一にするために、ロータ鉄心部１１を形成する材料と同一の材料、またはロータ鉄心部１１を形成する材料とほぼ比重が同じ材料で構成されることが好ましい。

また、充填部材２５のキリ穴２０への固定方法は、上記したように、削孔されたキリ穴２０に溶接により接合されることに限られない。例えば、キリ穴２０の内壁面に雌ねじを螺刻し、この雌ねじに対応する雄ねじが側面に形成された充填部材２５を雌ねじに螺接することで固定してもよい。

このように、削孔されたキリ穴２０に充填部材２５を充填することで、各ロータ鉄心部１１との重量バランスを均一にすることができる。また、ロータ鉄心部１１の外周面に流れる電流、ロータ鉄心部１１の外周面における通風抵抗などを、他のロータ鉄心部１１と同様にすることができる。

また、上記した第１の実施の形態におけるロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４を除去する方法では、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のすべてを除去する一例について示したが、例えば、き裂１４のすべてを除去せずに、少なくともき裂１４の最深部を除去する補修方法でもよい。ここで、き裂１４の最深部とは、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂の、ロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部、および／またはロータ鉄心部１１に形成されたき裂の、ロータ鉄心部１１の円周方向の最端部、つまりき裂がロータ鉄心部１１内部で円周方向内側にもっとも進行した部位を意味する。

以下に、少なくともき裂１４の最深部を除去する方法について、図４〜図７を参照して説明する。

まず、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａを除去する方法について、図４および図５を参照して説明する。

図４および図５は、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａが除去されたロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。

図４に示すように、キリ穴２０は、ロータ鉄心部１１の外周面側からロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４の円周方向の最端部１４ａに向かって削孔され、少なくともき裂１４の円周方向の最端部１４ａを除去して、スロット１２の挿入溝１３側に貫通している。この場合には、少なくとも最端部１４ａを含む部分を除去できればよいが、図４に示すように、キリ穴２０のロータ鉄心部１１内中央側の壁面が最端部１４ａと接し、最端部１４ａを含んでそれよりもロータ鉄心部１１内外側のき裂１４をも除去するように、キリ穴２０を削孔するとより好ましい。

また、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａを除去する方法は、上記した方法に限られるものではない。例えば、図５に示すように、キリ穴２０をスロット１２の挿入溝１３側に貫通させずに、き裂１４の最端部１４ａを除去できる位置までキリ穴２０を削孔する方法でもよい。この場合にも、少なくとも最端部１４ａを含む部分を除去できればよいが、図５に示すように、キリ穴２０のロータ鉄心部１１内中央側の壁面が最端部１４ａと接し、最端部１４ａを含んでそれよりもロータ鉄心部１１内外側のき裂１４をも除去するように、キリ穴２０を削孔するとより好ましい。また、キリ穴２０の先端部は、半球状であることが好ましい。

次に、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂを除去する方法について、図６を参照して説明する。

図６は、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂが除去されたロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。

図６に示すように、キリ穴２０は、ロータ鉄心部１１の外周面側からロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂに向かって削孔され、少なくともき裂１４の最端部１４ｂを除去して、スロット１２の挿入溝１３側に貫通している。この場合には、少なくとも最端部１４ｂを含む部分を除去できればよいが、図６に示すように、キリ穴２０のロータ鉄心部１１内中央側の壁面が最端部１４ｂと接し、最端部１４ｂを含んでそれよりもロータ鉄心部１１内外側のき裂１４をも除去するように、キリ穴２０を削孔するとより好ましい。

また、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂを除去する方法は、上記した方法に限られるものではなく、図５に示した場合と同様に、キリ穴２０をスロット１２の挿入溝１３側に貫通させずに、き裂１４の最端部１４ｂを除去する位置までキリ穴２０を削孔する方法でもよい。

次に、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよびロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂを除去する方法について、図７を参照して説明する。

図７は、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよびロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂが除去されたロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。

図７に示すように、キリ穴２０は、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよびロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂに向かって削孔され、少なくともき裂１４の最端部１４ａおよび最端部１４ｂを除去して、スロット１２の挿入溝１３側に貫通している。この場合には、少なくとも最端部１４ａおよび最端部１４ｂを含む部分を除去できればよいが、キリ穴２０のロータ鉄心部１１内中央側の壁面が最端部１４ａおよび／または最端部１４ｂと接するようにキリ穴２０を削孔するとより好ましい。

また、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよびロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂを除去する方法は、上記した方法に限られるものではなく、図５に示した場合と同様に、キリ穴２０をスロット１２の挿入溝１３側に貫通させずに、き裂１４の最端部１４ａおよび最端部１４ｂを除去する位置までキリ穴２０を削孔する方法でもよい。

なお、上記した少なくともき裂１４の最深部を除去する方法において、前述したように、キリ穴２０形成前の隣り合うスロット１２間に残存するロータ鉄心部１１の外周面の肉厚Ｃに対して、キリ穴２０形成後に残存するロータ鉄心部１１の外周面の肉厚Ｃａ、Ｃｂの加算値（Ｃａ+Ｃｂ）が２０％以上（（Ｃａ+Ｃｂ）／Ｃが０．２以上）、かつキリ穴２０形成前における、ロータ鉄心部１１におけるスロット１２の挿入溝１３を形成する部分の半径方向外側の肉厚ｂ１および半径方向内側の肉厚ａ１に対して、キリ穴２０形成後に残存するそれぞれの肉厚ｂ２、ａ２が５０％以上（ａ２／ａ１およびｂ２／ｂ１が０.５以上）となるようにキリ穴２０が削孔される。また、キリ穴２０の加工上の制限より、キリ穴２０の最小直径は３ｍｍ程度に制限される。

上記したように、少なくともき裂１４の最深部を除去する方法によれば、ロータ鉄心部１１の外周面からの除去処理が可能であるので作業性に優れている。さらに、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよび／またはロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂを除去することで、き裂１４の進展を防止することができる。

また、この場合においても、前述したように、キリ穴２０に充填部材２５を溶接や螺接により固定してもよい。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図８〜図１０を参照して説明する。第２の実施の形態では、ロータ鉄心部側のウエッジと接触面に発生したき裂の進展を容易に防止することができる回転電機ロータのき裂進展防止方法について説明する。なお、第１の実施の形態における構成と同一部分には同一符号を付して、重複する説明を簡略または省略する。

図８は、き裂の進展を防止するためのキリ穴が削孔された状態のロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。

図８に示すように、ロータ鉄心部１１の外周面側からき裂１４の最深部の近傍に向かってキリ穴２０を削孔する。ここで、上述したように、き裂１４の最深部とは、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂の、ロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部、および／またはロータ鉄心部１１に形成されたき裂の、ロータ鉄心部１１の円周方向の最端部、つまりき裂がロータ鉄心部１１内部で円周方向内側にもっとも進行した部位を意味する。すなわち、キリ穴２０は、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよび／またはロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂの近傍、あるいは最端部１４ａまたは１４ｂに接するようにに形成される。ここでの近傍とは、最端部１４ａ、最端部１４ｂおよび他のき裂部分に接触しない程度に、最端部１４ａ、最端部１４ｂとの間に、ある程度の肉厚を有している状態であり、好ましくは数ｍｍの肉厚を有する。

まず、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａの近傍にキリ穴２０を削孔することで、き裂１４の進展を防止する方法について、図８および図９を参照して説明する。

図８および図９は、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａの近傍にキリ穴２０が削孔されたロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。

図８に示すように、キリ穴２０は、ロータ鉄心部１１の外周面側からロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４の円周方向の最端部１４ａの近傍を通って削孔され、スロット１２の挿入溝１３側に貫通している。

また、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａの近傍を通るようにキリ穴２０を削孔し、き裂１４の進展を防止する方法は、上記した方法に限られるものではない。例えば、図９に示すように、キリ穴２０をスロット１２の挿入溝１３側に貫通させずに、き裂１４の最端部１４ａに対応する位置までキリ穴２０を削孔する方法でもよい。なお、き裂１４の最端部１４ａに対応する位置よりも、ロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側までキリ穴２０を削孔してもよい。このように、対応する位置よりも深くキリ穴２０を削孔することで、き裂１４の形状が不明確な場合でもき裂１４の進展を防止可能となる。また、キリ穴２０の先端部は、半球状であることが好ましい。

次に、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂの近傍にキリ穴２０を削孔することで、き裂１４の進展を防止する方法について、図１０を参照して説明する。

図１０は、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂの近傍にキリ穴２０が削孔されたロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。

図１０に示すように、キリ穴２０は、ロータ鉄心部１１の外周面側からロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂの近傍を通って削孔され、スロット１２の挿入溝１３側に貫通している。

また、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂの近傍を通るようにキリ穴２０を削孔し、き裂１４の進展を防止する方法は、上記した方法に限られるものではなく、図９に示した場合と同様に、キリ穴２０をスロット１２の挿入溝１３側に貫通させずに、き裂１４の最端部１４ｂに対応する位置まで、またはき裂１４の最端部１４ｂに対応する位置よりもロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側まで、キリ穴２０を削孔してき裂１４の進展を防止してもよい。

次に、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよびロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂ双方の近傍にキリ穴２０を削孔することで、き裂１４の進展を防止する方法について、図１１を参照して説明する。

図１１は、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよびロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂ双方の近傍にキリ穴２０が削孔されたロータ鉄心部１１における回転電機ロータ１０の軸方向からの断面を模式的に示した図である。

図１１に示すように、キリ穴２０は、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよびロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂ双方の近傍を通って削孔され、スロット１２の挿入溝１３側に貫通している。

また、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよびロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂの近傍を通るようにキリ穴２０を削孔し、き裂１４の進展を防止する方法は、上記した方法に限られるものではなく、図９に示した場合と同様に、キリ穴２０をスロット１２の挿入溝１３側に貫通させずに、ロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側に位置する最端部１４ｂに対応する位置まで、または最端部１４ｂに対応する位置よりもロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側まで、キリ穴２０を削孔してき裂１４の進展を防止してもよい。

なお、上記したき裂１４の進展を防止する方法において、第１の実施の形態で述べたように、キリ穴２０形成前の隣り合うスロット１２間のロータ鉄心部１１の外周面の肉厚Ｃに対して、キリ穴２０形成後に残存するロータ鉄心部１１の外周面の肉厚Ｃａ、Ｃｂの加算値（Ｃａ+Ｃｂ）が２０％以上（（Ｃａ+Ｃｂ）／Ｃが０．２以上）、かつキリ穴２０形成前における、ロータ鉄心部１１におけるスロット１２の挿入溝１３を形成する部分の半径方向外側の肉厚ｂ１および半径方向内側の肉厚ａ１に対して、キリ穴２０形成後に残存するそれぞれの肉厚ｂ２、ａ２が５０％以上（ａ２／ａ１およびｂ２／ｂ１が０.５以上）となるようにキリ穴２０が削孔される。また、キリ穴２０の加工上の制限より、キリ穴２０の最小直径は３ｍｍ程度に制限される。

上記したように、き裂１４の進展を防止する方法によれば、ロータ鉄心部１１の外周面からき裂１４の進展を防止するためのキリ穴２０の加工が可能であるので作業性に優れている。さらに、ロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の円周方向の最端部１４ａおよび／またはロータ鉄心部１１に形成されたき裂１４のロータ鉄心部１１の半径方向かつ中心軸側の最端部１４ｂの近傍を通るようにキリ穴２０を形成することで、キリ穴２０によってき裂の進展を阻害することができる。

また、この場合においても、第１の実施の形態で述べたように、キリ穴２０に充填部材２５を溶接や螺接により固定してもよい。

以上、本発明を第１および第２の実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。また、本発明は、電動機や発電機などの回転電機全般に適用することができる。

き裂が発生した状態のロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。き裂を除去した状態のロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。削孔されたキリ穴に充填部材を溶着した状態におけるロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。ロータ鉄心部に形成されたき裂のロータ鉄心部の円周方向の最端部が除去されたロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。ロータ鉄心部に形成されたき裂のロータ鉄心部の円周方向の最端部が除去されたロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。ロータ鉄心部に形成されたき裂のロータ鉄心部の半径方向かつ中心軸側の最端部が除去されたロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。ロータ鉄心部に形成されたき裂のロータ鉄心部の円周方向の最端部およびロータ鉄心部に形成されたき裂のロータ鉄心部の半径方向かつ中心軸側の最端部が除去されたロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。き裂の進展を防止するためのキリ穴が削孔された状態のロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。き裂の進展を防止するためのキリ穴が削孔された状態のロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。ロータ鉄心部に形成されたき裂のロータ鉄心部の半径方向かつ中心軸側の最端部の近傍にキリ穴が削孔されたロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。ロータ鉄心部に形成されたき裂のロータ鉄心部の円周方向の最端部およびロータ鉄心部に形成されたき裂のロータ鉄心部の半径方向かつ中心軸側の最端部双方の近傍にキリ穴が削孔されたロータ鉄心部における回転電機ロータの軸方向からの断面を模式的に示した図。従来のタービン発電機ロータの一部の断面を模式的に示した図。図１２に示したタービン発電機ロータの軸方向に対して垂直面を一部断面として模式的に示した図。図１３のスロットとウエッジの組立状態を模式的に示す斜視図。変形したロータシャフトを示す平面図。ロータダブテール部にき裂を有するタービン発電機ロータを示す斜視図。ロータダブテール部に発生したき裂を、除去する従来の方法を説明するためのタービン発電機ロータの斜視図。ロータダブテール部に発生したき裂を、除去する従来の方法を説明するためのタービン発電機ロータの斜視図。

符号の説明

１０…回転電機ロータ、１１…ロータ鉄心部、１２…スロット、１３…挿入溝、１４…き裂、２０…キリ穴。

Claims

ロータ鉄心部の外周面に軸方向に形成された複数のスロットと、
前記スロット内に収納されたコイルと、
前記スロットの上部に軸方向に配列して挿入され、前記コイルを前記スロット内に保持するウエッジと
を備える回転電機ロータにおける、前記スロットと前記ウエッジとの接触により前記ウエッジとの接触面に発生した前記ロータ鉄心部のき裂を補修するき裂補修方法であって、
ロータ鉄心部の外周面から削孔して、少なくとも前記き裂の最深部を除去することを特徴とする回転電機ロータのき裂補修方法。
前記き裂の最深部が、前記ロータ鉄心部に形成されたき裂の、前記ロータ鉄心部の半径方向かつ中心軸側の最端部、および／または前記ロータ鉄心部に形成されたき裂の、前記ロータ鉄心部の円周方向の最端部であることを特徴とする請求項１記載の回転電機ロータのき裂補修方法。
前記削孔により形成された孔に充填部材を挿入し、前記充填部材を前記ロータ鉄心部に溶接することを特徴とする請求項１または２記載の回転電機ロータのき裂補修方法。
前記削孔により形成された孔の内壁面に雌ねじを螺刻し、前記雌ねじに対応する雄ねじが側面に形成された充填部材を前記雌ねじに螺接することを特徴とする請求項１または２記載の回転電機ロータのき裂補修方法。
前記充填部材が、前記ロータ鉄心部を形成する材料と同一の材料または同一の比重を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項３または４記載の回転電機ロータのき裂補修方法。
請求項１乃至５のいずれか１項記載の回転電機ロータのき裂補修方法によってロータ鉄心部のき裂が補修されたことを特徴とする回転電機ロータ。
請求項１乃至５のいずれか１項記載の回転電機ロータのき裂補修方法によってロータ鉄心部のき裂が補修された回転電機ロータを備えることを特徴とする回転電機。
ロータ鉄心部の外周面に軸方向に形成された複数のスロットと、
前記スロット内に収納されたコイルと、
前記スロットの上部に軸方向に配列して挿入され、前記コイルを前記スロット内に保持するウエッジと
を備えた回転電機ロータにおける、前記スロットと前記ウエッジとの接触により前記ウエッジとの接触面に発生した前記ロータ鉄心部のき裂の進展を防止するき裂進展防止方法であって、
ロータ鉄心部の外周面から少なくとも前記き裂の最深部の近傍を通って削孔することを特徴とする回転電機ロータのき裂進展防止方法。
前記き裂の最深部が、前記ロータ鉄心部に形成されたき裂の、前記ロータ鉄心部の半径方向かつ中心軸側の最端部、および／または前記ロータ鉄心部に形成されたき裂の、前記ロータ鉄心部の円周方向の最端部であることを特徴とする請求項８記載の回転電機ロータのき裂進展防止方法。
前記削孔により形成された孔に充填部材を挿入し、前記充填部材を前記ロータ鉄心部に溶接することを特徴とする請求項７または８記載の回転電機ロータのき裂進展防止方法。
前記削孔により形成された孔の内壁面に雌ねじを螺刻し、前記雌ねじに対応する雄ねじが側面に形成された充填部材を前記雌ねじに螺接することを特徴とする請求項７または８記載の回転電機ロータのき裂進展防止方法。
前記充填部材が、前記ロータ鉄心部を形成する材料と同一の材料または同一の比重を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１０乃至１１のいずれか１項記載の回転電機ロータのき裂進展防止方法。
請求項８乃至１２のいずれか１項記載の回転電機ロータのき裂進展防止方法によってロータ鉄心部のき裂の進展が防止されたことを特徴とする回転電機ロータ。
請求項８乃至１２のいずれか１項記載の回転電機ロータのき裂進展防止方法によってロータ鉄心部のき裂の進展が防止された回転電機ロータを備えることを特徴とする回転電機。