JP7364599B2 - 同期電気機械の巻線型ロータ用のケージ - Google Patents

Description

本発明は、同期電気機械のロータに関する。

同期電気機械（英語名ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍａｃｈｉｎｅｓ、略称ＥＥＳＭで知られている）の分野には、周知の２つのタイプのロータ、すなわち強磁性体型ロータおよび巻線型ロータがある。

巻線型ロータは、制御性および性能の点で有意義な特性を有する。

その一方で、巻線型ロータは、製造するのに比較的複雑であり、多数の構成要素を必要とする。

具体的には、特許ＦＲ３０４３５０９Ａ１が知られており、その特許は、巻線型ロータを冷却するシステムを記載する。この文書において、巻線型ロータは、ロータ本体、引出ワイヤの領域で巻線を保持する２つのリング、そのリングを保持するタイロッド、巻線を受容するノッチを閉じるためのスロットウェッジを備える。

しかしながら、そのような巻線型ロータ構造を組み立てるには比較的長時間を要し、工業化が比較的困難である。

したがって、製造し、工業化するのがより簡単である巻線型ロータ構造が必要になる。

巻線型ロータ用のケージであって、前記巻線型ロータが、歯とノッチとを交互に有する本体を備え、前記ノッチが、ロータ巻線の一部分を受容するように設計され、ケージが、巻線型ロータの本体の周りに搭載されるように適合されている、ケージが提供される。

前記ケージが、互いに固定されるように設計された第１の部品および第２の部品を備え、各部品が、端部リングと、端部リングの回転軸と平行に前記端部リングから延出する、円周方向に複数のロッドとを備え、各ロッドが、主要部分および端部部分を有し、前記第１の部品の各ロッドについて、前記ロッドの端部部分が、２つの部品がそれぞれロータの本体の長手方向端部に装着されたとき、第２の部品の少なくとも１つの相補的ロッドの端部部分に固定され得るように形状設定され、それによって、前記２つの固定された相補的ロッドが、ケージの２つの部品の２つの端部リング間に延在するスロットウェッジを形成するようになる。

それによって、２つの部品によって形成されるケージを得ることが可能になり、そのケージは、ロータに組み付けるのに比較的簡単であり、同時に、保持リングによって、端部巻線を確実に保持することを可能にし、各部品の固定されたロッドによって、端部巻線を保持するタイロッド機能およびスロットウェッジ機能を確保することを可能にする。

それによって、比較的簡単で、頑丈で、製造コストが低廉で、比較的迅速に装着できるロータアセンブリを得ることが可能になる。

有利には、非限定的に、互いに固定される前記連係するロッドは、それらそれぞれの端部部分で溶接される。それによって、比較的低い製造コストで比較的強固にロッドを互いに固定することが可能になる。

有利には、非限定的に、第１の部品の各ロッドは、第２の部品の任意のロッドに固定することができる。それによって、搭載において部品相互の角度位置が重要でなくなるので、さらに迅速な装着を達成することが可能になる。

有利には、非限定的に、ロッドの各主要部分が、実質的に２等辺３角形の形状の断面を有し、２等辺３角形の底辺が、実質的に凹湾曲形状を有し、２等辺３角形の高さが、関連する端部リングに関し実質的に半径方向に延在する。それによって、２つの部品のロッドを固定した後、比較的強固かつ信頼性の高い形状の、タイロッドも形成するスロットウェッジを得ることが可能になる。

有利には、非限定的に、少なくとも２つの相補的ロッドがそれぞれ、主要部分に対して厚さが減少しかつ矩形底辺を持つ実質的に直角柱形状を有する端部部分を有し、その端部部分の底面が、前記主要部分の延長上に延在し、他方の底面がタブ形状を有する。このように、端部部分は、達成するのに比較的簡単な形状を有する。さらに、端部部分のこの特定の形状は、２つの部品を互いに対向させて配置すると、２つの部品のロッドの端部部分を接合することが可能になるので、全く同一の鋳型から得られた２つのケージ部品を組み合わせることを可能にする。

有利には、非限定的に、前記相補的ロッドの端部部分は、前記それぞれのタブを接触させて配置することが可能であり、前記それぞれのタブを接触させて固定するように形状設定されている。それによって、ロッドをタブで固定、たとえば溶接することにより、固定作業の時に、ある距離をおいて巻線を保持することが確実に可能になり、それによって、たとえば過度な加熱による、または意図せぬ機械的破損による巻線への意図せぬ損傷を防止することができる。

有利には、非限定的に、各部分は、アルミニウム合金から製作され、セグメントが、表面電気絶縁を有するように処理される。それによって、一般にスロットウェッジと巻線との間に装着される従来の電気絶縁紙を不要にすることをさらに可能にするスロットウェッジを得ることが可能になる。言い換えれば、このように処理されたロッドは、固定されれば、タイロッド、スロットウェッジ、および電気絶縁の機能を達成することが可能になる。

有利には、非限定的に、表面絶縁処理は、硬質陽極酸化作業を含む。この処理は、具体的には、スロットウェッジを形成する、部品のロッドを電気的および熱的に絶縁することを可能にする。

本発明は、また、巻線型ロータおよび上記に説明したケージを備えるロータアセンブリに関する。

本発明は、また、ステータおよび上記に説明したロータアセンブリを備える電気機械に関する。

本発明の他の特定の特徴および利点が、以下に示される本発明の特定の実施形態の説明を読むと明らかになり、その実施形態は、添付図面を参照して、指標として示されるがそれに限定するものではない。

既知の従来技術のロータ本体の概略図である。 本発明の一実施形態によるケージの透視図である。 図２の実施形態によるケージ部品の概略図である。 図２の実施形態による２つのケージ部品の２つのロッドの２つの端部部分間の接合部の詳細図である。 図２の実施形態によるケージの断面図である。

電気機械、この場合には同期電気機械は、巻線型ロータ１と、ロータの周りに装着されたケージ２０とを備えるロータアセンブリを備え、ロータアセンブリはステータ（図示せず）内に搭載される。

巻線型ロータ１は、ＸＹＺ３面体上に示される「長手」方向Ｘに延在する回転軸を有する。

ロータ１は、長さＸ方向に伝導シャフト（図示せず）によって貫通されている。

図１を参照すると、ロータは、英語ではｓｔａｃｋとして知られる磁性材から製作される本体１０から形成され、その本体は、ロータのコアと見なすこともできる。このスタックは、一般に、板金を積層することによって構成される。

スタック１は、円周方向に交互に歯１１とノッチ１２とを形成する。

ノッチ１２は、隣接する２つの歯１１間に延在し、隣接する２つの歯１１間に、ロータの全長Ｘに亘って延在する切欠きを形成する。

歯１１は、スタック１の中心１３から半径方向に、ロータの全長に亘って延在する。

各歯１１は、ロータの極を生成するように設計された長手方向巻線を受容する。巻線は、歯１１の周りに巻かれる。

各巻線は、ロータの長手方向各端部で端部巻線を形成する。

端部巻線は、ロータの長手方向各端部Ｘで突出し、各端部で引出ワイヤを形成する。

図２～５を参照すると、ロータアセンブリは、巻線がロータ１の歯１１の周りに装着されると、ロータ１の周りに装着されるように設計されたケージ２０を備える。

ケージ２０は、別々の２つの部品２０１、２０２によって形成される。

２つの部品２０１、２０２は、金属製であり、この実施形態ではアルミニウム製である。

各部品２０１、２０２は、この実施形態では、たとえば成型構成部品などの単一の構成部品として得られるが、たとえば溶接によって構成部品を組み立てた結果でもよい。

各部品２０１、２０２は、ロータ１に装着される前に組み立てられる。第１の部品２０１を第２の部品２０２に固定することのみが、直接ロータ１上で実施される。

各部品２０１、２０２は、ロータ１の長手方向端部からロータ１の周りに装着するのに適するように、実質的に円筒形の全体形状を有する。

各部品２０１、２０２は、端部巻線向けの保持部を形成するように、ロータ１の長手方向端部周りに係合するように設計された端部リング２１を備える。

ケージ２０を搭載するとき、第１の部品２０１をロータ１の第１の長手方向端部に係合させ、他方で第２の部品２０２をロータ１の第２の長手方向端部に係合させ、２つの部品２０１、２０２をロータ１の実質的に中央でロータの長手方向に合体させて、互いに固定することが可能になるようにする。

すなわち、２つの端部リング２１同士は、スタック１に対して互いに長手方向反対側になる。

各部品２０１、２０２は、関連する端部リング２１の回転軸と平行に延在する複数のロッド２２、２３を備え、その結果として、ロッド２２、２３は、部品２０１、２０２がロータ１に装着されるとロータ１の回転軸と実質的に平行に延在する。

ロッド２２、２３は、対応する部品２０１、２０２がロータ１に搭載されると、ロータを覆って長手方向に延在するように、リング上、円周方向に実質的に規則的に分布させられる。

ロッドの円周方向分布は、対応する部品２０１、２０２がロータ１に装着されたとき、ロータ１のノッチ１２にロッドを少なくとも部分的に挿入することが可能なように適合されている。

ロッド２２、２３は、ロータ１の周りに搭載されたとき、第１の部品２０１のロッド２２が、第２の部品２０２のロッド２３に達し、ロッド２３に固定され得るように、長さに関して寸法設定されている。

各ロッド２２、２３は、主要部分３２および端部部分３１を有する。

第１の部品２０１の各ロッド２２は、その端部部分３１で第２の部分２０２のロッド２３の端部部分３１に固定されるように設計されている。

具体的には、第１の部分２０１のロッド２２が、溶接によって第２の部分２０２のロッド２３に固定されるが、固定技法は、たとえば使用される材料の機能に対応させて変えることができる。

各ロッド２２、２３の主要部分３２は、実質的に２等辺３角形の形状の断面を有し、その底辺２２０は、実質的に凹湾曲形状を有し、その高さは、関連する端部リング２１に関して実質的に半径方向に延在する。

端部部分３１は、主要部分３２の長さの１／８～１／２の長さを有し、本事例では、主要部分３２の実質的に１／３の長さを有する。

端部部分３１は、主要部分３２の延長上に延在し、言い換えれば、全く同一の長手延在方向Ｘを共有する。

端部部分３１は、主要部分３２に対して厚さが減少する。

本事例では、端部部分３１と主要部分３２との継目は、肩部３１２を形成する。

端部部分３１は、矩形底辺を有する実質的に直角柱形状を有し、その直角柱の底面２２１は、底辺２２０に隣接する、主要部分の側面の延長上に延在し、他の底面２２２は、タブ形状を有する。

タブ形状の他の底面２２２は、この場合、溶接領域２２２に対応する。

このように、第１の端部２０１の第１のロッド２２の底面２２２は、他方の部品２０２のもう一方のロッド２３の底面２２２と接触して配置されるように設計され、それによって、端部部分３１同士を互いに溶接することが可能になる。

図３および４を参照すると、溶接領域を形成するタブ２２２は、小さな表面積を有する面に対応し、ロッド２２、２３の半径方向縁部２２３、２２４からある距離で長手方向に延在する。これは、具体的には、巻線から実質的に離れたままで溶接を果たすことを可能にし、それによって、巻線の加熱および損傷の可能性を抑える。

具体的には、タブ２２２は、組み合わされたロッド２２、２３の２つの半径方向縁部２２３、２２４の実質的に中間距離で長手方向に延在する。

この実施形態では、２つの部品２０１、２０２は、実質的に同一であり、端部部分は、第１の部品２０１が第２の部品２０２に対向して配置されたとき、具体的には、それらが２つともロータ１の周りに装着されたとき、それぞれのロッド２２、２３の溶接領域２２２が対として対面して組み合わされ、接触するように製造され、それによって、第１の部品２０１の各ロッド２２を第２の部品２０２のもう一方のロッド２３と溶接することが可能になる。

言い換えれば、２つの部品２０１および２０２は、実質的に同一であり、たとえば全く同一の鋳型から作り出され、部品２０２を、ロータ１の他方の端部に係合させるために他方の部品に対して１８０°向きを変えると、これら２つの部品２０１、２０２が、固定することが可能な２つの相補的部品を形成するように、形状設定される。

第１の部品２０１の全てのロッド２２は実質的に同一であり、第２の部品２０２の全てのロッド２３は実質的に同一である。

したがって、第１の部品２０１の各ロッド２２は、第２の部品２０２のロッド２３のいずれとも組み合わせることができる。それによって、２つの部品２０１、２０２は、各ロッドが少なくとも部分的にノッチ１２内に係合するが、２つの部品２０１、２０２の角度上の配向に関して他には制約なしに、ロータ１の周りに装着することができる。

この実施形態では、第１の部品２０１の全てのロッド２２の、第２の部品２０２の対応するロッド２３への溶接が行われる。しかし、代替形態では、たとえば溶接個所の数を減らすために、ロッド２２の一部のみを溶接することにしてもよい。

２つの部品２０１、２０２が、互いに溶接され、または他のなんらかの適切な手段によって固定されたとき、２つの部品２０１および２０２のロッド２２および２３は、２つの保持リング２１間に延在するスロットウェッジ２４のアセンブリを形成する。

それによって、ロータ１の周りに２つの部品２０１、２０２を固定することにより形成されたケージ２０が、保持リング２１によって端部巻線を確実に保持することを同時に可能にし、形成されたスロットウェッジ２４が、ノッチ内の巻線を確実に半径方向に保持することを同時に可能にするだけでなく、保持リング２１を長手方向に固定するタイロッドの働きも確保する。

さらに、２つ部品２０１、２０２、具体的には２つの部品２０１、２０２のロッド２２、２３は、電気的に絶縁されるように処理される。

すなわち、形成されたスロットウェッジ２４は、従来技術ではウェッジと巻線との間に装着された絶縁紙によって通常行われてきた電気絶縁機能を果たすことができる。

この絶縁を確保するために、この実施形態では、アルミニウムロッドが、硬質陽極酸化工程によって処理される。そのような処理は、部品２０１および２０２、または部品２０１、２０２の少なくともロッド２２、２３の全面に行うと、良好な耐摩耗性ならびに比較的良好な熱および電気絶縁の確保をさらに可能にする。

各部品２０１、２０２への硬質陽極酸化工程の一実施例によると、５０μｍの層が、約５００ビッカース硬さの層としての耐性を得ることを可能にすることが知られている。

さらに、そのような表面処理は、形成されたスロットウェッジ２４の表面粗さを減少させ、その結果、スロットウェッジ２４と装着されたコイルとの間の摩擦係数を減少させるように適合させることができる。それによって、スロットウェッジ２４を形成するロッド２２、２３をノッチに、より簡単に挿入することが可能になる。

ただし、本発明は、この絶縁工程に限定されることはなく、あらゆる表面系または表面電気絶縁処理技法が使用され得る。すなわち、絶縁紙を取り付ける必要がなくなり、それによって、ロータアセンブリを搭載する時間を最適化することが可能になる。

ロッド２２、２３が、たとえばプラスチックなどの絶縁材料から製作される代替形態に従えば、表面絶縁処理は必要なくなる。

Claims (9)

1. 巻線型ロータ用のケージ（２０）であって、前記巻線型ロータ（１）が、歯（１１）とノッチ（１２）とを交互に有する本体（１０）を備え、前記ノッチ（１２）が、ロータ巻線の一部分を受容するように設計され、ケージ（２０）が、前記巻線型ロータ（１）の前記本体（１０）の周りに搭載されるように適合されている、ケージ（２０）において、互いに固定されるように設計された第１の部品（２０１）および第２の部品（２０２）を備え、各部品（２０１、２０２）が、端部リング（２１）と、前記端部リング（２１）の回転軸（Ｘ）と平行に前記端部リング（２１）から延出する、円周方向に複数のロッド（２２、２３）とを備え、各ロッド（２２、２３）が、主要部分（３２）および端部部分（３１）を有し、前記第１の部品（２０１）の各ロッド（２２）について、前記ロッド（２２）の前記端部部分（３１）は、前記２つの部品（２０１、２０２）がそれぞれ前記巻線型ロータ（１）の前記本体（１０）の長手方向端部に装着されたときに前記第２の部品（２０２）の少なくとも１つの相補的ロッド（２３）の前記端部部分（３１）に固定され得るように形状設定され、それによって、前記２つの固定された相補的ロッド（２２、２３）が、ケージ（２０）の前記２つの部品（２０１、２０２）の２つの前記端部リング（２１）間に延在するスロットウェッジ（２４）を形成するようになり、前記ロッド（２２、２３）の各主要部分（３２）が、実質的に２等辺３角形の形状の断面を有し、前記２等辺３角形の底辺（２２０）が、実質的に凹湾曲形状を有し、前記２等辺３角形の高さが、関連する前記端部リング（２１）に関し実質的に半径方向に延在し、少なくとも２つの相補的ロッド（２２、２３）がそれぞれ、前記主要部分（３２）に対して厚さが減少しかつ矩形底辺を持つ実質的に直角柱形状を有する端部部分（３１）を有することを特徴とする、ケージ（２０）。
2. 互いに固定される組み合わされた前記ロッド（２２、２３）が、該ロッドのそれぞれの端部部分（３１）で溶接されることを特徴とする、請求項１に記載のケージ（２０）。
3. 前記第１の部品（２０１）の各ロッドが、前記第２の部品（２０２）の前記ロッド（２３）の任意のものに固定され得ることを特徴とする、請求項１または２に記載のケージ（２０）。
4. 前記端部部分の底面が、前記主要部分（３２）の延長上に延在し、他方の底面がタブ形状を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のケージ（２０）。
5. 前記相補的ロッド（２２、２３）の前記端部部分（３１）が、それぞれのタブを接触させて配置することが可能で、かつ前記それぞれのタブを接触させて固定するように、形状設定されていることを特徴とする、請求項４に記載のケージ（２０）。
6. 各部品（２０１、２０２）が、アルミニウム合金から製作され、セグメント（２２）が、表面電気絶縁を有するように処理されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のケージ（２０）。
7. 前記表面電気絶縁の処理が、硬質陽極酸化作業を含むことを特徴とする、請求項６に記載のケージ（２０）。
8. 巻線型ロータ（１）および請求項１から７のいずれか一項に記載のケージ（２０）を備えるロータアセンブリ。
9. ステータおよび請求項８に記載のロータアセンブリを備える電気機械。

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