JPH04236141A - 回転子集成体 - Google Patents

回転子集成体

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JPH04236141A
JPH04236141A JP3133395A JP13339591A JPH04236141A JP H04236141 A JPH04236141 A JP H04236141A JP 3133395 A JP3133395 A JP 3133395A JP 13339591 A JP13339591 A JP 13339591A JP H04236141 A JPH04236141 A JP H04236141A
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JP
Japan
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rotor
insert
conductor
slot
rotor assembly
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JP3133395A
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Manoj R Shah
マノ・ランプラザド・シャー
True T Shih
トゥルー・ツァイ・シー
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】この発明は回転電気機械、更に具体的に
云えば、こう云う回転電気機械に於ける高調波損失を減
少することに関する。
【０００２】回転電気機械は電動機でも発電機でもよい
。具体的に説明する為、例として、この発明を丸形交流
同期電動機に適用した場合を説明する。然し、以下の説
明並びにこの発明は、丸形回転子交流同期発電機並びに
その他の形式の回転電気機械にも同じ様に適用し得る。
【０００３】従来の丸形回転子交流同期電動機は密実な
磁性鋼の鍛造回転子を利用しているのが普通である。回
転子に沿って軸方向に伸びる縦方向のスロットに界磁巻
線が挿入され、直流付勢電流を供給して、回転子内に磁
極及び磁界を発生する。回転子が固定子の中に回転自在
に取付けられる。この固定子は典型的には互いに絶縁さ
れた積層磁性金属板の積重ねで形成される。固定子が交
流電流によって付勢される巻線を持ち、それが回転磁界
を発生する。固定子の回転磁界と回転子に発生される磁
界との相互作用により、周知の様に回転子が回転する。
【０００４】ある形式の交流電動機は直流源、又は所望
の速度の為に電動機が必要とする周波数とは異なる周波
数を持つ交流源から電動機を制御するか、或いは一定周
波数の交流源から電動機を駆動しながら、電動機の速度
を制御する為に電動機に供給される周波数を変える。こ
う云う電動機に必要な入力電力を供給する普通の方法は
、負荷転流形インバ―タ又はサイクロコンバ―タを使う
。この発明に使うのに適した１形式の電流源インバ―タ
及び１形式のサイクロコンバ―タが、１９８９年６月２
７日に付与され、出願人に譲渡された米国特許第４，８
４３，２７１号に記載されている。この米国特許には、
電流源インバ―タ又はサイクロコンバ―タを使うと、比
較的高い周波数を持つ高調波が発生され、それが電動機
の回転子の表面に渦電流を発生することが記載されてい
る。渦電流は電力を消費し、電動機の効率を下げると同
時に、電動機の望ましくない加熱を生ずる。鋼の回転子
が電流の流れに対して持つ比較的高い比抵抗の為に、電
力損失及び加熱はかなりのものである。発電によって起
る汚染並びに発電の為のエネルギ源の消費に関する一般
の関心の為、効率が一層よい電動機及び発電機に対する
需要が引続いて増大している。米国特許第４，８４３，
２７１号では、回転子の表面の１０％を越える一部分を
導電度の高い金属の被覆で覆うことによってこういう望
ましくない特性を減少しており、１実施例では、回転子
の導体を縦方向のスロット内に保持するあり溝形挿着体
の表面が銅で被覆される。この発明は、以下説明する様
に、この米国特許第４，８４３，２７１号の改良である
。
【０００５】
【発明の目的と要約】この発明の１つの目的は、交流電
動機又は発電機の効率を高めると同時に、導体を回転子
のスロット内に保持する挿着体を改善することである。
【０００６】この発明の別の目的は、回転子内の高調波
によって発生される渦電流による交流電動機又は発電機
の損失を最小限に抑えることである。
【０００７】この発明の別の目的は交流電動機又は発電
機の冷却条件を緩めることである。
【０００８】上に述べた目的を念頭において、この発明
の上記並びにその他の目的が、回転子集成体の導体スロ
ット及び通気スロットの両端を密封すると共にそれに重
なる挿着体を使って、電動機の回転子の周りに略円筒形
の比抵抗の小さい外被を形成することによって達成され
る。挿着体は略Ｉ字形断面であって、円周方向の翼状突
起を持ち、それがスロットの円周方向の両端に重なると
共にそれを越えて伸び、翼状突起が略連続する様にする
。翼状突起が挿着体の中心部分を介して、傾斜面及び基
本延長部を含む矩形部分に接続される。これらが傾斜面
及びスロットの壁にある溝と合さり、挿着体と係合して
それを所定に位置に固定し、回転子が回転した時、遠心
力によって導体が半径方向に移動するのに抵抗する。
【０００９】挿着体は銅の様な比抵抗が小さくて熱伝導
度のよい材料で構成されて、熱を回転子集成体の外面に
伝え、そこで翼状突起が大きな冷却面を持つ様にする。 更に、挿着体の比抵抗の小さい面は、高周波によって誘
起される渦電流の電力消費及び熱の発生を最小限に抑え
、こうして電力損失を減少すると共に発熱を減少し、同
時に冷却作用を改善することにより、電動機の電力効率
を高める。
【００１０】
【実施例の説明】最初に図１、２及び４について説明す
ると、密実な鋼で鍛造された回転子１０が軸１２を持ち
、これは回転子の中心領域２２の両端から軸方向外向き
に伸びている。軸１２が回転軸線１４の周りに回転自在
に支持されている（図面に示してない）。１６，１８，
２０に示す様な導体、又は界磁スロットが、回転子１０
の中心領域２２に沿って軸方向に伸びている。図３に一
番よく示す様に、中心領域２２は直径上で向い合った２
つの導体領域３０，３２と、導体領域の間にあって夫々
Ｎ及びＳ極として示した２つの磁極領域３４，３６とを
有する。導体領域３０，３２にある１６，１８，２０に
示す様な導体スロットの中には、何れも４４，４６に示
す様な複数個の導体が配置されており、４８に示す様な
挿着体が、電動機の高速運転の間、４４，４６に示す様
な導体を所定位置に保持する為に、スロットの外周に沿
って回転子１０の中心領域２２に固定されている。 即ち、挿着体４８は、回転子の回転による遠心力によっ
て、導体が回転軸線１４から遠ざかる向きに、スロット
から飛出さない様にする。
【００１１】挿着体４８の形は図２及び５を見れば一番
判り易い。図２及び５について説明すると、挿着体４８
（挿着体４８ａ及び４８ｂを含む）は何れも１対の翼状
突起５４，５６を有する。これらの突起は、回転子１０
の中心領域２２の外面に重なっていて、円周方向の面５
８及び内面６０を縁６６，６８で結合することによって
形成されている。挿着体４８の中心部分７０が翼状突起
５４，５６を外向きの傾斜面８０，８２を介して延長部
分又は固定部分８４に接続する。回転子１０の中心領域
２２内にある１６，１８，２０に示す様な導体スロット
に沿って形成された９２（図５参照）に示す様な肩が、
挿着体４８の傾斜面８０，８２を含む中心部分７０の輪
郭と合さって、導体４４，４６を導体スロット内に配置
した後、挿着体を回転子の中心領域に軸方向に滑り込ま
せた後、挿着体４８を所定位置に保持する。溝９３，９
５が、１６，１８，２０，１０６に示す様な導体スロッ
トに沿って軸方向に伸び、挿着体４８の基本延長部８４
と同形であり、それを取囲んでいる。
【００１２】挿着体４８は、電気的な比抵抗が小さく、
十分な機械的な強度を持つ銅又は銅合金で作られる。挿
着体４８の所要強度が、銅又は銅合金を使って得られる
ものより高い場合、銅被覆鋼の挿着体を使うことが出来
、銅被覆は爆発性結合、電気めっき又は他の何等かの方
法によって設ける。
【００１３】１実施例では、図１，２及び５に示す挿着
体４８は円周方向の面５８が２．２８吋であり、中心部
分７０の幅が１．０１吋であり、延長部８４の幅が１．
４７吋であり、外向きの傾斜面８０，８２の半径方向か
らの角度が４０°である。回転軸線１４から半径方向に
測った挿着体４８の高さは１．０５吋であり、延長部８
４の半径方向の厚さが０．３４吋であり、縁６６，６８
は０．１０吋である。この発明のこの実施例では、１６
と１８、及び１８と２０の様な隣合った軸方向の導体ス
ロットの間の角度は８．２°であり、円周方向の面５８
からの１６，１８，２０に示す様な導体スロットの深さ
は底まで７．４４吋であり、この底は丸くすることが出
来る。軸方向通気スロット１０２の深さは１．０４吋で
ある。勿論、回転子の寸法及びその他の設計上の考慮に
より、挿着体４８の寸法は変化する。
【００１４】回転子１０が比抵抗の小さい面で覆われる
割合を９０％を越える様に高め、高調波によって誘起さ
れる渦電流による電力損失を最小限に抑えると共に、熱
伝導度及び冷却作用を強める為、１００（図１参照）に
示す様な挿着体が、磁極領域３４，３６（図３参照）に
沿っても軸方向に設けられている。これらの挿着体は導
体を保持するものではないが、それを設ける１つの目的
は、４６，４８に示す様な導体によって形成された界磁
コイル領域で、回転子１０の略全周に沿って比抵抗の小
さい面及び通路を完成する為である。１６，１８，２０
に示す様な軸方向導体スロットは、導体４４，４６の下
方で、回転子１０の中心領域２２内に、１０６，１０８
，１１０に示す様な導体通気通路をも軸方向に形成する
。
【００１５】磁極領域３４，３６にある１０２，１０４
に示す様な通気スロット、及び導体領域３０，３２にあ
る１０６，１０８，１１０に示す様な導体通気スロット
は、冷却空気が回転子の軸方向に流れる為の通路を作る
。１０２，１０４，１０８，１１０に示す様な軸方向通
気スロットに冷却空気の流れを案内する他に、銅又は銅
被覆の挿着体４８，１００は、回転子１０の内側から外
側へ回転子の熱を伝導し、その後回転子１０が固定子を
通り越して回転することにより、回転子とその周囲の固
定子の間に起る空気流へ伝える改良された熱伝導通路を
作る。これが電動機の回転子１０の冷却能力を著しく高
める。更に、回転子が比抵抗の小さい銅で覆われる割合
を約９９％程度に高めることにより、渦電流に対する回
転子の比抵抗は、典型的な鍛造鋼の回転子の場合より１
桁以上小さくなる。誘起される渦電流が同じレベルでも
、電力損失は目立って減少する。回転子の電力損失及び
その中で発生される熱量が比抵抗に直接的な関係を持つ
から、電力損失及び発熱が渦電流の減少に伴って大幅に
減少する。更に発熱量の減少が、１０２，１０４，１０
６，１０８，１１０に示す様な通気スロットを介して本
来ならば供給しなければならない大量の冷却空気又は流
体を供給するのに必要な入力電力量を減少する。
【００１６】高調波による渦電流が原因の電力は、５０
キロワット／平方メ―トル又は３０乃至３５ワット／平
方吋を越えると推定される。大形電動機では、これはか
なりの電力損失になると共に、回転子１０の表面及び電
動機内部に望ましくない又は受入れることが出来ない程
高い温度を生ずる。
【００１７】図５は磁極領域３４，３６の軸方向通気ス
ロットに対する別の実施例を示す。図５を見れば、挿着
体４８の下方にある軸方向通気スロット１１４の部分は
実質的に半円形断面であるが、回転子集成体１０の回転
軸線１４の周りで半径方向に見た挿着体の断面は略Ｉ字
形であることが判る。スロットの半円形部分は、スロッ
トを製造し易くする。
【００１８】挿着体４８にとって或る用途で適した、強
度が強くて導電度の高い銅は、クロム銅及びジルコニウ
ム銅である。図２で、挿着体４８ａが挿着体４８ｂとは
異なる点に注意されたい。即ち、挿着体４８ａは円周に
銅被覆又は層１１８を持つが、挿着体の残りの部分は鋼
であって強度を強めている。実際には、特定の機械の寸
法、速度及びその他の動作特性が、挿着体４８を銅、銅
合金又は銅被覆鋼の銅のどれで製造するかを決定する。 更に、特定の用途及び電動機では、全ての挿着体は普通
は同じにして、その電動機及び用途の仕様及び条件を充
たす。銅被覆１１８は電気めっきにより、爆発性結合に
より、又は他の何等かの方法によって適用することが出
来る。爆発性結合は、挿着体４８ａが「爆発によって」
層１１８の中に押込まれて、層に「溶接」又は結合され
ると云う意味で、「冷間溶接」を行なう手順である。被
覆又は層１１８に必要な厚さは、１つには、特定の回転
子集成体１０に起る高調波の周波数に関係する。高調波
の周波数が高くなるにつれて、誘起された渦電流が浸透
する深さが減少する。更に、銅被覆１１８の厚さは、回
転子１０に生ずる大きさの渦電流を伝導するのに適切で
あるべきである。大抵の電動機にとっては、５０乃至２
５０／１，０００吋程度の厚さが満足し得ると思われる
。前に引用した米国特許第４，８４３，２７１号には、
少なくとも若干のあり溝くさびを被覆することにより、
回転子の表面積の少なくとも１０％を覆う様な導電度の
高い被覆をあり溝くさびに対して設けている。
【００１９】この為、この発明の改良された翼状挿着体
４８及び回転子１０の構造は、回転子の略全部乃至９０
％以上にわたって、比抵抗の小さい渦電流通路が出来る
様にすると共に実際に設け、冷却空気の流れを改善する
が、これが効率をかなり改善し、電動機の冷却条件を緩
くする。更に、翼状挿着体は回転子集成体１０の外部に
於ける回転子の熱伝導度を、従って熱の散逸を改善し、
スロット及び挿着体の形は回転子の製造及び組立てを容
易にする。
【００２０】この発明を電動機に適用した場合について
説明したが、発電機にも同じ様に適用し得る。更に、こ
の発明をある好ましい実施例について説明したが、この
発明の範囲を逸脱せずに、構造の細部、部品の配置と組
合せ、使う材料の種類に種々の変更を加えることが出来
ることを承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１実施例を用いた回転子集成体の断
面図。
【図２】図１の一部分の拡大図。
【図３】２極機の回転子の導体領域及び磁極領域の場所
を示す簡略断面図。
【図４】回転子の斜視図。
【図５】この発明の別の実施例で、改良された冷却手段
を示す。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　回転軸線の周りに回転する様になって
    いる略円柱形の中心領域を含む略密実な回転子と、該中
    心領域の円周に沿って軸方向に伸びていて、少なくとも
    ２つの磁極領域によって隔てられた少なくとも２つの導
    体領域を形成する導体スロットと、該導体スロット内に
    配置されていて、付勢されて前記磁極領域に磁極を作る
    様になっている界磁導体と、前記磁極領域の円周に沿っ
    て軸方向に伸びる複数個の通気スロットとを有し、前記
    導体スロット及び通気スロットは前記略円柱形の中心領
    域の円周に沿って軸方向に伸びる略平行な辺を有し、前
    記導体スロット及び通気スロットに保持された挿着体を
    有し、該挿着体の少なくとも表面は前記回転子の比抵抗
    に較べて比抵抗の小さい材料であり、前記挿着体は翼状
    突起及び基本延長部を接続する中心部分を含んでおり、
    前記翼状突起は前記導体スロット及び通気スロットの辺
    に重なって、前記回転子の中心領域の周りに略円筒形挿
    着体表面を形成し、前記挿着体の翼状突起が隣接した挿
    着体に実質的に接近して位置ぎめされており、前記回転
    子のスロットが前記基本延長部と合さって前記挿着体が
    前記回転子の円周に向って半径方向に移動しない様に拘
    束する回転電気機械の回転子集成体。
  2. 【請求項２】　　前記基本延長部が、前記中心部分に向
    って伸びると共に内向きの勾配を持つ面を介して前記中
    心部分に接続されており、前記導体スロット及び前記通
    気スロットは、前記挿着体が回転子の軸線から遠ざかる
    様な半径方向の移動をしない様に拘束するように協働す
    る傾斜面を持っている請求項１記載の回転子集成体。
  3. 【請求項３】　　前記磁極領域の円周に沿って軸方向に
    伸びる少なくとも若干の通気スロットは冷却流体がその
    中を流れることが出来る様になっている請求項２記載の
    回転子集成体。
  4. 【請求項４】　　各々の翼状突起は前記回転軸線から遠
    い方に弯曲面を持っていて、前記略円筒形の挿着体表面
    の周縁方向に伸びる円弧を作る請求項３記載の回転子集
    成体。
  5. 【請求項５】　　略円筒形挿着体表面が回転子の円周の
    ９０％以上に重なっている請求項１記載の回転子集成体
    。
  6. 【請求項６】　　前記磁極領域の円周に沿って軸方向に
    伸びる通気スロットの半径方向の深さは前記導体スロッ
    トの半径方向の深さより小さく、前記挿着体と協働して
    通気通路を形成する請求項１記載の回転子集成体。
  7. 【請求項７】　　前記挿着体は前記回転軸線の周りに、
    略Ｉ字形の半径方向の断面を有する請求項１記載の回転
    子集成体。
  8. 【請求項８】　　前記導体スロット及び通気スロットが
    前記回転子の表面と略平行に軸方向に伸びる溝を持ち、
    前記挿着体を前記溝の中に拘束する略Ｔ字形断面を形成
    している請求項７記載の回転子集成体。
  9. 【請求項９】　　前記挿着体の基本延長部が、当該基本
    面から遠い方の翼状突起の面よりも小さい基本面を形成
    している請求項８記載の回転子集成体。
  10. 【請求項１０】　　前記挿着体の基本面が略平面状であ
    り、前記導体スロット及び通気スロットが前記挿着体が
    回転電気機械が回転した時に半径方向に移動しない様に
    拘束する傾斜面を持っている請求項９記載の回転子集成
    体。
JP3133395A 1990-05-11 1991-05-10 回転子集成体 Withdrawn JPH04236141A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/522,037 US5030871A (en) 1990-05-11 1990-05-11 Reducing harmonic losses in dynamoelectric machine rotors
US522,037 1990-05-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH04236141A true JPH04236141A (ja) 1992-08-25

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ID=24079192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3133395A Withdrawn JPH04236141A (ja) 1990-05-11 1991-05-10 回転子集成体

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US (1) US5030871A (ja)
EP (1) EP0456498A3 (ja)
JP (1) JPH04236141A (ja)
KR (1) KR910020986A (ja)
CN (1) CN1056779A (ja)

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