JP2017034777A

JP2017034777A - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP2017034777A
Application number: JP2015150211A
Authority: JP
Inventors: 井上　晃一; Koichi Inoue; 晃一井上; 森　寧; Yasushi Mori; 寧森; 雄一坪井; Yuichi Tsuboi; 拓真笹井; Takuma Sasai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-07-30
Also published as: JP6457900B2

Abstract

【課題】高速回転領域における強い遠心力に対しても、ロータバーの変形を抑止できるコイルエンド構造を備えた回転電機の回転子を提供する。【解決手段】回転軸の外周に円筒状の回転子鉄心１７を同心状に取り付ける。この回転子鉄心１７の外周近くの円周部分をそれぞれ軸方向に貫通し、両端部が回転子鉄心１７の両端面からそれぞれ突出する複数のロータバー１８を有する。これら複数のロータバー１８の突出端が形成する環の内周部分には、短絡環２１が結合され、前記環の外周部分には保持環２２が嵌合している。保持環２２は、その一側縁部を内径側に膨出させて横断面をＬ字状に形成し、この内径側への膨出部２２ａにて各ロータバー１８の突出端面を覆った状態で、外周部分に嵌合している。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ロータバーからなるコイルエンド構造を改良した回転電機の回転子に関する。

回転電機の回転子は、薄鋼板を積層した円筒状の鉄心を回転軸に嵌合固着して構成される。この鉄心の外周側には多数のスロットが形成され、それぞれロータバーが挿入固定されている。これらロータバーの両端部にはリング状の短絡環が接続されている。ロータバーと短絡環には、回転電機運転時の通電と回転力によって熱膨脹と遠心力が発生する。このため、短絡環が半径方向に膨らみ変形し、ロータバーに作用する応力が拡大する。この状態を抑止するため、短絡環の外周部にリング状の保持環を嵌め込む構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上述の構成では、運転時の回転により遠心力が加わると、短絡環とロータバー端部との接続部に分離方向の力として加わるため接続構成上、不安が残る。このため、図３で示すようなコイルエンド構造が採用されている。すなわち、回転子鉄心３１の端面から突出するロータバー３２の端部の内径側に切欠きを設け、この切欠き内に短絡環３３を嵌め込む。また、ロータバー３２の外面側に保持環３４を嵌め込んでいる。

このように構成すると、短絡環３３が遠心力により半径方向に膨らむ場合、この半径方向の膨張力は、ロータバー３２との接続部を加圧する方向に作用するため、接続状態を確実に維持できる。また、ロータバー３２の端部が遠心力により外側に変形しようとする力に対しては、その外側にはめ込まれた保持環３４により強固に保持しており、上述した変形を防止できる。

しかし、このような構成であっても、回転速度が３６００ｒｐｍ以上にも達する高速回転領域では、強い遠心力が加わるため、保持環３４が外側に膨らみロータバー３２の変形を抑えることが困難であった。

特開平８−２６６０２４公報

このように、これまでの構成では、高速回転領域における強い遠心力が加わった場合、保持環によりこの遠心力を抑え込むことができず、ロータバーに変形が生じることがあった。

本発明では、高速領域における強い遠心力に対しても、ロータバーの変形を抑止できるコイルエンド構造を備えた回転電機の回転子を提供することにある。

本発明の実施の形態に係る回転電機の回転子は、回転軸の外周に同心状に取り付けられた円筒状の回転子鉄心と、この回転子鉄心の外周近くの円周部分をそれぞれ軸方向に貫通し、両端部が前記回転子鉄心の両端面からそれぞれ突出する複数のロータバーと、これら複数のロータバーの突出端が形成する環の内周部分に結合され、各ロータバー間を短絡する短絡環と、前記複数のロータバーの突出端が形成する環の外周部分に嵌合する保持環とを備え、前記保持環は、その一側縁部を内径側に膨出させて横断面をＬ字状に形成し、この内径側への膨出部にて各ロータバーの突出端面を覆った状態で、前記外周部分に嵌合していることを特徴とする。

上記構成によれば、高速回転領域での強い遠心力に対しても、保持環によりロータバーの変形を抑止できる。

本発明の一実施形態に係る回転電機の回転子を、固定子と組み合わせて概略構成を示す図である。本発明の一実施形態に係る回転電機の回転子の要部構成を示す図である。従来の回転子の要部コイルエンド構造を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

始めに、図１により回転電機を構成する固定子と回転子との概略構成を説明する。図１は、回転電機として三相誘導電動機の場合を例示しており、固定子１１、回転子１２、及び回転軸１３を有する。固定子１１は、円筒状の固定子鉄心１４に１次巻線１５（巻線端部のみを図示）を装着したものであり、図示しない本体フレーム内に設けられている。

回転子１２は、回転軸１３の外周に同心状に一体的に取り付けられた円筒状の回転子鉄心１７を有する。この回転子鉄心１７の外周面は、前述した円筒状固定子鉄心１４の内周面と、間隙を介して対向している。また、この回転子鉄心１７の外周近くには、軸方向に沿う複数のスロット（図示省略）が、互いに平行、かつ均等間隔で形成されており、その中には２次巻線を構成するロータバー１８がそれぞれ設置されている。すなわち、複数のロータバー１８は、円筒状回転子鉄心１７の外周近くの円周部分をそれぞれ軸方向に貫通し、それらの両端部は、回転子鉄心１７の両端面からそれぞれ突出しており、図２で示すようにコイルエンド構造２０を構成する。

なお、図２は、図１で示した回転子１２の一端側のコイルエンド構造２０を模式的に解り易く示している。図２において、コイルエンド構造２０は、ロータバー１８の端部に設けられる短絡環２１及び保持環２２により構成される。

ここで、複数のロータバー１８の突出端は、回転子鉄心１７の端面方向に見ると環状に配置されている。短絡環２１は、上述した複数のロータバー１８の突出端が形成する環の内周部分に結合され、各ロータバー１８間を短絡する。すなわち、ロータバー１８の端部の内径側に切欠きを設け、この切欠き内に短絡環２１を嵌め込んでいる。

保持環２２は、複数のロータバー１８の突出端が形成する環の外周部分に嵌合する。この保持環２２は、その一側縁部（図示左側）を内径側（図示下側）に膨出させて横断面をＬ字状に形成している。そして、ロータバー１８への取付けに当っては、上述した内径側への膨出部２２ａにて各ロータバー１８の突出端面（図示左端面）を覆った状態で、複数のロータバー１８の突出端が形成する環の外周部分に嵌合させる。

このとき、短絡環２１の先端部（図示左端部）の外周側（図示上部）に切欠きを形成し、保持環２２の膨出部２２ａの内周部分が、図示のように短絡環２１に形成した上述の切欠きに嵌め込むように構成するとよい。

このような構成において、回転子１２が３６００ｒｐｍ以上にも達する高速で回転するとコイルエンド構造２０部分に強い遠心力が加わる。

従来の図３で示したコイルエンド構造では、保持環３４の横断面が図示のように平板状であるため、強い遠心力により外方へ膨らみが生じ、ロータバー３２が外側に変形する問題があった。もちろん、保持環３４の横断面の厚さを大きくすれば、このような膨らみの発生は防止できるが、保持環３４全体の厚さを大きくすれば、部品の大形化、重量化を招く。また、保持環３４には高価な金属材料を用いていることから、大幅なコスト上昇を招いてしまう。

これに対し本発明の実施形態では、コイルエンド構造２０を構成する保持環２２を、前述のように、その一側縁部（図示左側）を内径側（図示下側）に膨出させて横断面をＬ字状に形成しているので、コイルエンド構造２０に加わる強い遠心力を抑え込んで、ロータバー１８の外方への変形を有効に防止できる。また、保持環３４全体の厚さを増大するのではないため、部品の著しい大形化、重量化を招くことはなく、大幅なコスト上昇を招くこともない。

ここで、高速回転に伴いコイルエンド構造２０に加わる遠心力によって外方に膨らもうとする力は、コイルエンド構造２０の外側寄り（図示左端寄り）の部分がより強くなる。本発明の実施形態における保持環２２は、その一側縁部（図示左側）を内径側（図示下側）に膨出させているので、この膨出部２２ａ部分の機械的強度が大きくなり、高速回転に伴う強い遠心力にも十分対抗して、外方への膨張を抑止する。そして、この保持環２２は、上述した内径側への膨出部２２ａにて各ロータバー１８の突出端面（図示左端面）を覆った状態で、複数のロータバー１８の突出端が形成する環の外周部分に嵌合させているので、ロータバー１８の先端部分が外方へ変形しようとする力を有効に抑止し、その変形を防止できる。

また、短絡環２１の先端部（図示左端部）の外周側（図示上部）に、図示のように切欠きを形成し、保持環２２の膨出部２２ａの内周部分をこの切欠きに嵌め込むと、遠心力により短絡環２１が外側に膨らもうとする力を保持環２２により直接的に抑え込むことができ、コイルエンド構造２０全体を強固に構成できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１２…回転子
１３…回転軸
１７…回転子鉄心
１８…ロータバー
２０…コイルエンド構造
２１…短絡環
２２…保持環

Claims

回転軸の外周に同心状に取り付けられた円筒状の回転子鉄心と、
この回転子鉄心の外周近くの円周部分をそれぞれ軸方向に貫通し、両端部が前記回転子鉄心の両端面からそれぞれ突出する複数のロータバーと、
これら複数のロータバーの突出端が形成する環の内周部分に結合され、各ロータバー間を短絡する短絡環と、
前記複数のロータバーの突出端が形成する環の外周部分に嵌合する保持環とを備え、
前記保持環は、その一側縁部を内径側に膨出させて横断面をＬ字状に形成し、この内径側への膨出部にて各ロータバーの突出端面を覆った状態で、前記外周部分に嵌合している、
ことを特徴とする回転電機の回転子。
前記短絡環は、その先端部の外周側に切欠きが形成されており、前記保持環の膨出部の内周部分が、この切欠きに嵌め込まれてい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。