JP6345129B2 - Salient pole rotor, rotating electric machine, generator and electric motor - Google Patents
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Description
この発明は、突極形回転子及び突極形回転子を備える回転電機、発電機並びに電動機に関する。 The present invention relates to a salient pole rotor and a rotating electric machine including a salient pole rotor, a generator, and an electric motor.
複数の突極を有する突極形回転子を構成する磁極鉄心の端部から、巻き線の端部が回転子の回転軸方向に突出するタイプの突極形回転子がある。このタイプの突極形回転子では、運転時に生じる遠心力で巻き線の端部が突極形回転子の半径方向外側(回転中心から遠ざかる方向)に変形しないように考慮する必要がある。巻き線の端部が変形すれば、巻き線の端部が固定子に接触して、損傷するからである。 There is a type of salient pole type rotor in which the end of the winding protrudes in the direction of the rotation axis of the rotor from the end of the magnetic pole core constituting the salient pole type rotor having a plurality of salient poles. In this type of salient pole rotor, it is necessary to consider that the end of the winding does not deform radially outward (direction away from the center of rotation) of the salient pole rotor due to centrifugal force generated during operation. This is because if the end of the winding is deformed, the end of the winding comes into contact with the stator and is damaged.
例えば、特許文献1には、積層鉄心を貫通する貫通孔に挿通されて、積層鉄心の端面から突出するコイル支持バーを備える突極形回転子が開示されていて、このコイル支持バーは「巻線ガイド絶縁部材」を支持している。「巻線ガイド絶縁部材」は巻き線の磁極鉄心の端部から突出する部位に突極形回転子の回転半径の外側から当接していて、遠心力によって生じる巻き線の端部の変形を抑制している。
For example,
特許文献1に開示された「巻線ガイド絶縁部材」は巻き線の磁極鉄心の端部から突出する部分に生じる遠心力に耐えられるような強度と剛性を備える必要がある。しかしながら、「巻線ガイド絶縁部材」を、このような強度と剛性を備えるように構成すれば、重量の増加や熱伝導性の低下(つまり、冷却性能の低下)を招くので、好ましくない。
The “winding guide insulating member” disclosed in
この発明は、このような背景に基づいてなされたものであり、巻き線の磁極鉄心の端部から突出する部分の変形を防ぐことができて、簡易かつ軽量で、冷却性能に与える影響が小さい支持構造を備える突極形回転子を提供することを目的とする。また、該突極形回転子を備える回転電機、例えば発電機や電動機を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such a background, can prevent deformation of a portion protruding from the end of the magnetic pole core of the winding, is simple and lightweight, and has little influence on the cooling performance. An object of the present invention is to provide a salient pole rotor having a support structure. Moreover, it aims at providing a rotary electric machine provided with this salient pole type rotor, for example, a generator and an electric motor.
上記課題を解決するために、この発明に係る突極形回転子は、複数の突極を有する突極形回転子を構成する磁極鉄心の端部から、突極形回転子の回転軸方向に突出する巻き線の端部の突極形回転子の半径方向外側への変位を拘束する支持部材を備える突極形回転子であって、支持部材の基部は、隣接する突極の間の隙間に挿入されていて、隣接する突極に挟持され、更に、支持部材は基部にばね要素を備えていて、ばね要素が変形することによって生じる弾性力によって、隣接する突極に保持されるものである。 In order to solve the above-described problems, a salient pole rotor according to the present invention is provided in the direction of the rotation axis of the salient pole rotor from the end of the magnetic core that constitutes the salient pole rotor having a plurality of salient poles. A salient pole rotor including a support member that restrains the end of the projecting winding from being radially displaced by the salient pole rotor, wherein the base of the support member is a gap between adjacent salient poles. be inserted into, held between the adjacent salient poles, further, the support member is provided with a spring element to the base, by an elastic force generated by the spring element is deformed, in shall be held in the adjacent salient poles is there.
この発明によれば、巻き線の磁極鉄心の端部から突出する部分の変形を拘束する支持部材を小型で簡易に構成することができる。また、支持部材が突極形回転子の冷却性能に与える影響を小さくできる。 According to the present invention, the support member that restrains deformation of the portion protruding from the end portion of the magnetic pole core of the winding can be easily configured in a small size. In addition, the influence of the support member on the cooling performance of the salient pole rotor can be reduced.
以下、この発明に係る突極形回転子及び該突極形回転子を備える回転電機の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、ここでは回転電機の具体例として、発電機を例示する。また、各図面においては、同一または同等の部分に同一の符号を付している。 Hereinafter, embodiments of a salient pole rotor according to the present invention and a rotating electric machine including the salient pole rotor will be described in detail with reference to the drawings. Here, a generator is illustrated as a specific example of the rotating electrical machine. Moreover, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent part.
図1に示すように、この発明の実施形態に係る回転磁界形同期発電機100は、ハウジング101、回転軸102、固定子コイル103及び突極形回転子1を備えている。突極形回転子1には回転軸102が挿嵌されていて、回転軸102はハウジング101に回転自在に軸支されている。突極形回転子1の周囲には固定子コイル103が配置され、固定子コイル103はハウジング101に固定されている。また、回転軸102は動力源201(例えば、風水力タービン、蒸気タービン、ガスタービン、あるいはその他の内燃機関)に連結されていて、突極形回転子1は動力源201によって回転駆動される。また、突極形回転子1と電源回路202の間には図示しないスリップリング等が備えられていて、突極形回転子1にはスリップリング等を経由して電源回路202から界磁電流(励磁電流)が供給される。
As shown in FIG. 1, a rotating field
電源回路202から突極形回転子1に界磁電流(励磁電流)を供給しながら、動力源201によって突極形回転子1が回転駆動されると、固定子コイル103と負荷203の間に電流が流れる。つまり負荷203に電力が供給される。
When the
図4に示すように、突極形回転子1は磁極鉄心2と磁極鉄心2に巻き回された巻き線3を備えている。磁極鉄心2は4個の突極2aを備えている。そして、4個の突極2aのそれぞれには巻き線3が巻き回されている。したがって、突極形回転子1は4個の巻き線3を備えている。また、磁極鉄心2の回転中心には軸穴2bが穿設されていて、軸穴2bには、前述した回転軸102が挿嵌されている。なお、図3及び図4に示すように、巻き線3は、その一部が磁極鉄心2の(図における)上方及び下方において、磁極鉄心2の端部から突出している。巻き線3の磁極鉄心2の端部から突出する部分、つまり、図3において、正面中央に見える突極2aの背後に配置された巻き線3の、図3において見える部分を、本明細書においては、コイルエンド3aと呼ぶことにする。
As shown in FIG. 4, the
磁極鉄心2は、複数の素板を積層して構成される。素板には図4に示すような貫通穴2cが穿設されていて、素板を積層した後で、ボルト2dが挿通される。ボルト2dには、磁極鉄心2の両端部において、ナット2eを螺合される。この状態でナット2eを締め上げることによって、複数の素板が互いに緊結されている。つまり、磁極鉄心2は積層された複数の素板を、ボルト2dにナット2eで緊結して構成されている。なお、素板は、図示しないプレス機で鋼板を打ち抜いて形成される。
The
図2及び図4に示すように、突極2aの内径側には内径側ガイド4、突極2aの外径側には外径側ガイド5が、それぞれ装着されている。巻き線3は内径側ガイド4と外径側ガイド5の間に挟持されていて、巻き線3の突極形回転子1の半径方向の移動は、内径側ガイド4と外径側ガイド5によって規制されている。
As shown in FIGS. 2 and 4, an inner
図2に示すように、磁極鉄心2の高さ方向の2箇所において、隣接する突極2aの間に、L字型コイル押さえ6が装着されている。磁極鉄心2は4個の突極2aを備えていて、隣接する突極2aの組は4組存在するから、磁極鉄心2には合計8個のL字形コイル押さえ6が装着されている。図5に示すように、L字形コイル押さえ6は横断面形においてL字形をなす部品であって、非磁性の金属板を折り曲げて形成される。また、L字形コイル押さえ6のL字形の横断面形の各辺の端部は、隣接する突極2aのティース部2fの内側において、各ティース部2fにそれぞれ係合される。つまり、L字形コイル押さえ6は隣接する突極2aの間で挟持される。また、L字形コイル押さえ6のL字形の横断面形の各辺は、隣接する突極2aにそれぞれ巻き回された巻き線3の側面に当接する。そのため、図2における巻き線3の突極2aに対する幅方向の移動は、L字形コイル押さえ6によって規制される。そのため、巻き線3が突極2aに対して幅方向に移動することがない。いわゆるガタツキが生じることがない。
As shown in FIG. 2, L-
また、図2に示すように、突極2aのティース部2fには、支持バー7がそれぞれ2本ずつ取り付けられていて、ティース部2fを貫通している。支持バー7は磁極鉄心2の両端部に突出していて、カバー8を介して巻き線3のコイルエンド3aに当接している。そのため、遠心力によって生じるコイルエンド3aの突極形回転子1の外周側への変位は、コイルエンド3aの幅方向の中央部においては、支持バー7によって規制される。
In addition, as shown in FIG. 2, two
しかしながら、支持バー7によるコイルエンド3aの変位の規制は、コイルエンド3aの幅方向の端部には及ばない。そこで、本実施形態においては、隣接する突極2aの間には、磁極鉄心2の両端部に、W字形コイル押さえ9を取り付けている。つまり、W字形コイル押さえ9を使って、コイルエンド3aの幅方向の端部におけるコイルエンド3aの突極形回転子1の外周方向への膨らみ(回転中心から遠ざかる方向への変位)を規制している。前述したように、磁極鉄心2は4個の突極2aを備えていて、隣接する突極2aの組を4組備えている。そして、W字形コイル押さえ9は磁極鉄心2の上端部と下端部に装着されるから、突極形回転子1には合計8個のW字形コイル押さえ9が装着される。なお、W字形コイル押さえ9は、この発明の支持部材の例示である。
However, the restriction of the displacement of the
図6に示すように、W字形コイル押さえ9は、磁極鉄心2の上端部または下端部に突出する突出部9aと、隣接する突極2aの間の隙間に挿入される基部9bを備えている。W字形コイル押さえ9は非磁性の金属板を、突出部9aにおいてはW字形の横断面形をなし、基部9bにおいてはL字形の横断面形をなすように、折り曲げて形成される。また、W字形コイル押さえ9は全体として4個の平面A,B,C,Dを備えている。W字形コイル押さえ9の突出部9aは、4個の平面A,B,C,Dの全てを備えている。一方、基部9bは平面B,Cだけを備えている。また、基部9bにおける平面B,Cの端部には、小凸部9cが形成されている。
As shown in FIG. 6, the W-shaped
また、W字形コイル押さえ9の突出部9aが備える平面Aと平面Dは、コイルエンド3aの幅方向の端部において、コイルエンド3aの外周面に当接する。また、W字形コイル押さえ9の突出部9a及び基部9bが備える平面Bと平面Cはコイルエンド3aの側面に当接する。
Further, the plane A and the plane D provided in the protruding
図7に示すように、磁極鉄心2にはW字形コイル押さえ9の小凸部9cが係合する小凹部2gが形成されている。ここで、隣接する2つの小凹部2gの間の隙間の大きさをCとすると、磁極鉄心2に装着される前のW字形コイル押さえ9の2つの小凸部9cの間隔D、つまり、W字形コイル押さえ9に外力が加わっていない自然な状態における、小凸部9cの間隔Dは、D>Cの関係になるように作られている。そして、W字形コイル押さえ9を磁極鉄心2に装着する際には、W字形コイル押さえ9を磁極鉄心2の上方において、隣接する突極2aの間の隙間に宛がって、W字形コイル押さえ9をハンマーで叩く。ハンマーで叩かれたW字形コイル押さえ9は、平面形において「W字」の幅が狭くなるように弾性変形して、隣接する突極2aの間の隙間に押し込まれる。そして、W字形コイル押さえ9の小凸部9cが突極2aの小凹部2gに嵌ると、「W字」の幅は僅かに広がる。つまり弾性変形していたW字形コイル押さえ9は元の形状に戻ろうとする。この時に開放される弾性力によって、小凸部9cは突極2aの小凹部2gに押し込まれる。その結果、W字形コイル押さえ9は隣接する2つの突極2aの間で強固に挟持される。つまり、W字形コイル押さえ9は一種の板バネとして機能し、W字形コイル押さえ9自身のばね力(弾性力)によって、磁極鉄心2に強固に固定される。
As shown in FIG. 7, the
このように、W字形コイル押さえ9は磁極鉄心2に強固に固定されているから、コイルエンド3aに大きな遠心力が生じて、その遠心力をW字形コイル押さえ9が受けても、W字形コイル押さえ9が移動することはない。そのため、遠心力によって生じるコイルエンド3aの変形は効果的に拘束される。コイルエンド3aの突極形回転子1の外周方向への膨らみは効果的に抑制される。
Thus, since the W-shaped
以上、本実施形態においては、支持部材の具体例として、W字形コイル押さえ9を例示したが、支持部材はW字形コイル押さえ9のようなものには限定されない。支持部材は、隣接する突極2aの間で挟持されて、コイルエンド3aの突極形回転子1の回転中心から遠ざかる方向への変位を拘束できる部材であれば、どのようなものであっても良い。例えば、図8に示すように、W字形コイル押さえ9の代わりに、W字形コイル押さえ9の平面B,Cに相当する部位を、平面形(横断面形)において、アーチ形にした支持部材10を備えるようにしてもよい。この場合のアーチ形の部位がばねとして機能するので、支持部材10は自身のばね力によって、磁極鉄心2に保持される。
As described above, in the present embodiment, the W-shaped
あるいは、W字形コイル押さえ9の平面B,Cに相当する部位が、平面形(横断面形)において、連続した直線になるようにした支持部材11を備えるようにしても良い。
Or you may make it provide the
支持部材11の詳細な形状を図9に示す。図9(a)に示すように、支持部材11は、平面形において3つの部位A、B、Cから構成され、支持部材11は部位A,Cにおいてコイルエンド3aに当接する。また、部位Bは部位A,Cの間にあって、両者を連結する部位である。また図9(b)に示すように、支持部材11の突出部11aは部位A、B、Cを備えている。基部11bは部位Bだけを備えている。なお、基部11bは隣接する突極2aの間で挟持される部分である。基部11bの一部は切り取られていて、2基の細長いレバー11cが形成されている。レバー11cは先端がテーパーされるとともに、中段部に抜け止め11dが形成されている。支持部材11はこのような形状を備えるので、基部11bを突極2aの間に挿入すると、抜け止め11dが突極2aに押されて、基部11bは2基のレバー11cが互いに接近する方向に、つまり両者の間隔が縮小される方向に弾性変形する。基部11bを更に下方に押し下げると、抜け止め11dは突極2aの小凹部2gと係合する。この時、弾性変形していたレバー11cが元に戻る力で、つまり、ばねの復元力で、抜け止め11dが突極2aの小凹部2gに押し込まれて、図9(b)に示すような状態になる。抜け止め11dの下部の輪郭は滑らかな曲線なので、基部11bを押し下げて抜け止め11dを小凹部2gと係合させることは容易である。一方、抜け止め11dの上端の輪郭は水平に切り取られているので、基部11bを引き上げて抜け止め11dを小凹部2gから抜き出すのは容易ではない。そのため、抜け止め11dを小凹部2gと係合させると、支持部材11は隣接する突極2aの間で強く挟持される。
The detailed shape of the
以上、この発明の実施形態と変形例を説明したが、これらは、この発明の具体的実施態様を例示するものであって、この発明の技術的範囲を画すものではない。この発明は特許請求の範囲に記述された技術的思想の限りにおいて、自由に変形、応用あるいは改良して実施することができる。 As mentioned above, although embodiment and this modification of this invention were described, these illustrate the specific embodiment of this invention, and do not delimit the technical scope of this invention. The present invention can be freely modified, applied or improved within the scope of the technical idea described in the claims.
例えば、上記実施形態では、支持部材が、「ばね」として機能する部位を備えて、つまり支持部材自身が何らかのばね要素を備えていて、そのばね要素の弾性力で支持部材を磁極鉄心に固定する例を示したが、支持部材はそのように構成されたものには限定されない。「ばね」として機能する部位は、支持部材とは物理的に分離されていても良い。つまり、ばね要素は支持部材とは別部品であっても良い。また、支持部材を磁極鉄心に固定する手段はばね要素の弾性力を利用するものには限定されない。例えば、支持部材と磁極鉄心との間の摩擦力を利用するものであっても良い。摩擦力を発生させるために、支持部材と磁極鉄心以外の別部品、例えば、楔として機能する別部品を備えても良い。 For example, in the above embodiment, the support member includes a portion functioning as a “spring”, that is, the support member itself includes some spring element, and the support member is fixed to the magnetic core by the elastic force of the spring element. Although an example has been shown, the supporting member is not limited to that configured as such. The portion functioning as the “spring” may be physically separated from the support member. That is, the spring element may be a separate component from the support member. Further, the means for fixing the support member to the magnetic pole core is not limited to the one using the elastic force of the spring element. For example, a frictional force between the support member and the magnetic pole core may be used. In order to generate the frictional force, another part other than the support member and the magnetic pole core, for example, another part that functions as a wedge may be provided.
上記実施形態において、突極形回転子を備える回転電機の具体例として、回転磁界形同期発電機を例示したが、この発明に係る回転電機は発電機には限定されない。電動機であっても良い。また回転電機は同期機には限定されない。誘導機や直流機であっても良い。 In the above embodiment, the rotating magnetic field type synchronous generator is illustrated as a specific example of the rotating electrical machine including the salient pole rotor, but the rotating electrical machine according to the present invention is not limited to the generator. An electric motor may be used. The rotating electric machine is not limited to a synchronous machine. An induction machine or a DC machine may be used.
また、上記実施形態においては、4個の突極2aを備える磁極鉄心2を例示したが、この発明に係る突極形回転子は、このようなものには限定されない。突極2aを2個備えていても良いし、6個以上の突極2aを備えていても良い。また、図5に示した磁極鉄心2の横断面形状も例示に過ぎない。また、この発明に係る突極形回転子の磁極鉄心は、積層された素板をボルト2dとナット2eで緊結してなるものには、限定されない。素板は、カシメ加工、溶接、接着等の手段で結合されていても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the
上記実施形態で示した支持バー7は、この発明に係る突極形回転子において、必須の構成要素ではない。例えば、W字形コイル押さえ9の寸法を拡大して、コイルエンド3aのW字形コイル押さえ9で支持される範囲を広げて、支持バー7を省くようにしても良い。また、L字形コイル押さえ6も必須の構成要素ではない。省くこともできるし、他の部品で置き換えることもできる。
The
上記実施形態では、回転磁界形同期発電機100において、回転軸102を突極形回転子1と同格の別部品として説明したが、この発明に係る突極形回転子は回転軸を構成要素に含まないものには限定されない。また、電源回路202を回転磁界形同期発電機100の外部に配置した例を示したが、電源回路202は回転磁界形同期発電機100の内部にあっても良い。つまり、電源回路202は回転磁界形同期発電機100の構成要素であっても良い。
In the above embodiment, in the rotating field type
1 突極形回転子、2 磁極鉄心、2a 突極、2b 軸穴、2c 貫通穴、2d ボルト、2e ナット、2f ティース部、2g 小凹部、3 巻き線、3a コイルエンド、4 内径側ガイド、5 外径側ガイド、6 L字形コイル押さえ、7 支持バー、8 カバー、9 W字形コイル押さえ、9a 突出部、9b 基部、9c 小凸部、10 支持部材、11 支持部材、11a 突出部、11b 基部、11c レバー、11d 抜け止め、100 回転磁界形同期発電機、101 ハウジング、102 回転軸、103 固定子コイル、201 動力源、202 電源回路、203 負荷 1 salient pole rotor, 2 magnetic pole core, 2a salient pole, 2b shaft hole, 2c through hole, 2d bolt, 2e nut, 2f tooth part, 2g small recess, 3 winding, 3a coil end, 4 inner diameter side guide, 5 outer diameter side guide, 6 L-shaped coil retainer, 7 support bar, 8 cover, 9 W-shaped coil retainer, 9a protrusion, 9b base, 9c small protrusion, 10 support member, 11 support member, 11a protrusion, 11b Base, 11c lever, 11d retaining, 100 rotating magnetic field synchronous generator, 101 housing, 102 rotating shaft, 103 stator coil, 201 power source, 202 power supply circuit, 203 load
Claims (7)
前記支持部材の基部は、隣接する突極の間の隙間に挿入されていて、前記隣接する突極に挟持され、
更に、前記支持部材は前記基部にばね要素を備えていて、前記ばね要素が変形することによって生じる弾性力によって、前記隣接する突極に保持される
突極形回転子。 A radially outer side of the salient pole-shaped rotor at an end of a winding projecting in the direction of the rotation axis of the salient pole-shaped rotor from an end of the magnetic pole core constituting the salient pole-shaped rotor having a plurality of salient poles A salient pole rotor including a support member for restraining displacement to
The base of the support member is inserted in a gap between adjacent salient poles, and is sandwiched between the adjacent salient poles,
Furthermore, the support member has a spring element at the base, and is held by the adjacent salient pole by an elastic force generated by the deformation of the spring element.
Salient pole rotor .
請求項1に記載の突極形回転子。 The base portion of the support member has a bent portion in the cross-sectional shape of the salient pole rotor, and the bent portion contacts the adjacent salient pole by an elastic force that causes the bent portion to expand. The salient pole rotor according to claim 1 , wherein the salient pole rotor is displaced in a contact direction.
前記支持部材の基部は、隣接する突極の間の隙間に挿入されていて、前記隣接する突極に挟持されるとともに、
前記支持部材は、前記突極形回転子の横断面形において、W字形をなしていて、
前記W字形の横断面形の2辺は、一方の突極に巻き回された巻き線に接し、
前記W字形の横断面形の他の2辺は、他方の突極に巻き回された巻き線に接している
突極形回転子。 A radially outer side of the salient pole-shaped rotor at an end of a winding projecting in the direction of the rotation axis of the salient pole-shaped rotor from an end of the magnetic pole core constituting the salient pole-shaped rotor having a plurality of salient poles A salient pole rotor including a support member for restraining displacement to
The base portion of the support member is inserted into a gap between adjacent salient poles, and is sandwiched between the adjacent salient poles.
The support member has a W shape in a cross-sectional shape of the salient pole rotor,
The two sides of the W-shaped cross-sectional shape are in contact with a winding wound around one salient pole,
Another two sides of the cross-sectional shape of the W-shape is in contact with the windings wound on the salient poles of the other hand
Collision-pole rotor.
請求項2又は請求項3に記載の突極形回転子。 The provided with a protrusion at the base of the support member, the salient pole type rotor according to claim 2 or claim 3 comprising a recess for mating with the protrusion on the magnetic pole cores.
An electric motor comprising the salient pole rotor according to any one of claims 1 to 4 .
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