旋转电机的制作方法

1.本技术涉及旋转电机。


背景技术：

2.涡轮发电机等旋转电机具有转子及定子。在转子卷绕有励磁绕组。通过使电流在该励磁绕组中流动，并利用原动机的动力使转子旋转，从而产生旋转磁场，并使定子绕组产生输出电流。转子通常具有2极或4极的励磁磁极，通过安装在转子端部的极间跨接线将极彼此电连接。该极间跨接线为圆环状，在极间中心部具有柔性引线。柔性引线是将弯曲的形状的板厚相同的铜板层叠多块而成的构造，具有挠性。柔性引线的两端通过钎焊与极间跨接线连接。极间跨接线及柔性引线的外径侧由热装于转子端部的圆环状的保持环覆盖。在极间跨接线及柔性引线与保持环之间夹着绝缘块。
3.在上述旋转电机中，由于旋转时的离心力，其保持环的圆环半径扩大，绝缘块向外径侧移动。伴随于此，极间跨接线的圆环半径沿着绝缘块扩大，柔性引线吸收周向的延伸。由于沿周向延伸，所以会在柔性引线的中央部产生弯曲力矩。由于弯曲力矩，会在柔性引线各层的中央部产生内径侧拉伸且外径侧压缩的弯曲应力。在该情况下，越是曲率大的内层侧，则弯曲应力越大，最大应力的产生部位为最内层的中央部。
4.在该最大应力变得过大时，由于反复进行起动停止，在极端的情况下，会出现产生疲劳破坏的可能性。
5.为了不产生这样的结果，在以往的旋转电机中，存在如下的旋转电机：使变形防止构件与柔性引线抵接，降低在柔性引线中央部产生的应力(专利文献1)。另外，作为另一例，存在如下的旋转电机：使柔性引线的径向的长度变长，降低在柔性引线中央部产生的应力(专利文献2)。
6.在先技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开昭62-104446号公报(第2页第37～42行、图2)
9.专利文献2：日本特开昭62-031577号公报(第2页第48～57行、图8)


技术实现要素：

10.发明要解决的课题
11.在这样的旋转电机中，为了降低在柔性引线产生的最大应力，实施了构件的追加或柔性引线的形状变更，但无法维持以往的通风路径，会成为冷却的妨碍而使得发电效率降低。另外，无法应用于柔性引线周边的空间存在制约的情况。
12.本技术公开了用于解决上述那样的课题的技术，其目的在于，维持以往那样的冷却性能，并且不变更给柔性引线提供的空间地降低在柔性引线产生的最大应力，由此提高强度可靠性。
13.用于解决课题的方案
14.本技术公开的旋转电机的特征在于，具备：
15.保持环，所述保持环嵌合于转子，对所述转子的转子线圈进行保持；以及
16.极间跨接线，所述极间跨接线由将导电性的金属板层叠而形成的柔性引线和与所述柔性引线连接的金属线构成，将所述转子的励磁磁极彼此电连接，
17.在将所述柔性引线的金属板的半径方向的配置位置一分为二为内层侧和外层侧的情况下，仅在所述金属板的总层叠块数为奇数的情况下除去配置在所述半径方向的中央的一块金属板以外地一分为二为内层侧和外层侧，并且构成为配置在所述内层侧的各金属板的板厚的平均值比配置在所述外层侧的各金属板的板厚的平均值小。
18.发明的效果
19.根据本技术公开的旋转电机，能够维持以往那样的冷却性能，并且能够不变更给柔性引线提供的空间地降低在柔性引线产生的最大应力，由此能够实现强度可靠性的提高。
附图说明
20.图1是基于实施方式1的发电机的剖视图。
21.图2是用于说明图1的转子端部的构造的剖视图。
22.图3是图2的转子端部的轴向截面的放大示意图。
23.图4是与图2的转子端部的轴正交的面的局部(b部)放大图。
24.图5是用于说明柔性引线的变形状态的图。
25.图6是基于实施方式1的柔性引线的主视图。
26.图7是基于实施方式2的柔性引线的主视图。
27.图8是基于实施方式3的柔性引线的主视图。
28.图9是基于实施方式4的柔性引线的主视图。
具体实施方式
29.本技术涉及旋转电机(例如涡轮发电机)，涉及具备将励磁绕组的极彼此电连接的极间跨接线的旋转电机。以下，使用附图，对与该旋转电机相关的实施方式进行说明。
30.实施方式1.
31.图1是示出基于实施方式1的发电机的整体结构的剖视图。在图1中，转子1具有转子轴2和设置于转子轴2的转子主体3。转子主体3具有转子铁芯4、多个转子线圈(未图示)及一对保持环5。在转子铁芯4设置有多个转子槽(未图示)。转子线圈设置于该转子槽。保持环5围绕转子铁芯4的两端部，对转子线圈进行保持。
32.在此，转子1通过使励磁电流在转子线圈中流动而被电磁铁化，并通过与转子轴2连接的原动机而进行旋转。由此，通过取出在定子线圈中流动的输出电流来进行发电。
33.转子轴2能够旋转地支承于框体6。在转子轴2设置有一对送风风扇7。送风风扇7在转子主体3的轴向的两端部分别与保持环5相向地配置，并与转子轴2一体地旋转。
34.另外，在框体6的内部设置有定子8。该定子8具有圆筒状的定子铁芯9和设置于定子铁芯9的多个定子线圈10。定子8被配置成围绕转子铁芯4。在此，定子8的内周面与转子1的外周面相向。
35.在框体6内封入有冷却气体11。作为冷却气体11，例如能够使用氢气或空气。在框体6内的定子8的径向外侧设置有气体冷却器12。在转子1旋转时，送风风扇7旋转，冷却气体11在框体6内循环。由此，框体6内的各部分被冷却。
36.在图1所示的转子径向通风式(rotor radial ventilation type)的冷却方式中，冷却气体11由送风风扇7送出，通过转子主体3及定子8而成为高温。之后，冷却气体11通过气体冷却器12而成为低温，并返回到送风风扇7。
37.图2(a)是示出基于实施方式1的发电机的转子端部的结构的剖视图，图2(b)是该图2(a)的aa剖视图。另外，图3是放大地示出图2(a)的示意图。如图3所示，在转子轴2热装有保持环。另外，如图2(a)、图3所示，在保持环5的机外侧端部内嵌有端环16，防止保持环5的机外侧的变形。另外，在保持环5的内径侧配置有转子线圈15、极间跨接线13及绝缘块14。在转子端部的保持环5的机外侧的内径侧安装有极间跨接线13。该极间跨接线13具有将转子的极彼此电连接的作用。转子的极数为2极或4极。保持环5与极间跨接线13之间被绝缘块14绝缘。在涡轮发电机(以下，省略地简称为发电机)的情况下，发电机的转子轴2在其两端部分分别与原动机和励磁机连接。在该情况下，上述极间跨接线13设置在励磁机侧的转子端部的保持环5的内径侧。此外，针对1台发电机，极间跨接线的数量为1个，在原动机侧的保持环的内径侧未设置极间跨接线。
38.图4是从轴向观察基于实施方式1的发电机的转子端部的放大剖视图，是之前说明的图2(b)的一部分即用虚线包围的b部的放大图。极间跨接线13为圆环形状，配置在转子的极间中心部1a(为上述图2(b)所示的用虚线包围的b部内的区域，且为相对于图4所示的极间中心线成为线对称的区域(由图中的两个虚线夹着的长度l所示的范围)，在极间中心线的左右两侧包含下述金属线的一部分)中的靠近转子轴的内周侧，并且具有柔性引线17及金属线13a。如以上说明的那样，由于在极间中心部1a内具有柔性引线17，因此，极间跨接线在圆周上的两处具有柔性引线。
39.在此，柔性引线17为将铜板层叠多块而成的构造，并具有挠性，所述铜板为具有向转子的外径侧凸出的弯曲的形状且具有导电性的金属板。作为该铜板，例如能够使用韧铜材料。另一方面，金属线13a并非层叠构造，而是由相同的材质构成的一根具有导电性的线。
40.此外，以上的柔性引线的材质并不限定于韧铜等所代表的铜合金，只要是具有导电性的材料即可。
41.另外，柔性引线17的弯曲部分的形状以极间中心线为对称轴而大致左右对称(以后，将该部分称为形状中心部17a。随后对此进行详细说明)。另外，柔性引线17的在径向上相邻的层彼此抵接，在抵接面容许滑动及分离。而且，柔性引线17的两端部通过钎焊或焊接而固定于金属线13a。这是为了在制造阶段不产生应力。
42.而且，以上，说明了柔性引线存在两处，但也可以为一处。
43.在此，如图示那样，在极间跨接线的金属线13a及柔性引线17的外径侧抵接有绝缘块14。绝缘块14的外径侧由热装于转子端部的圆环状的保持环5覆盖。绝缘块14沿周向配置有多个。由于旋转时的离心力，上述保持环5的圆环半径扩大。伴随于此，在保持环5与极间跨接线13之间沿周向配置有多个的绝缘块14向外径侧移动。此时，极间跨接线13的圆环半径沿着绝缘块14的内径面扩大，但具有挠性的柔性引线17将金属线13a的周向的延伸吸收。
44.图5是用于说明柔性引线的变形状态的图。如该图所示，在柔性引线为将均等的板
厚的铜板层叠而成的构造的情况下，在转子旋转时，由于柔性引线的两端部会如图中所示的那样分别沿周向位移δ，因此，会在柔性引线的各层的形成为凸状的包含极间中心线的形状中心部17a(在图中为由两个双点划线夹着的角θ所示的区域。在该区域内，各层的曲率的符号相同。此外，在此所说的曲率是指带符号的曲率。以下同样如此)产生弯曲力矩m。由于该弯曲力矩m，在柔性引线的各层的顶点部分(包含极间中心线，为该极间中心线的附近区域。以下同样如此)，会在内径侧产生拉伸的弯曲应力，在外径侧产生压缩的弯曲应力。其结果是，柔性引线的所有层中的在顶点部分产生最大的应力的是曲率最大的最内层。
45.图6是示出基于实施方式1的柔性引线17的结构的一例的主视图。对于实施方式1中的柔性引线17而言，在以总层叠块数的一半划分内层侧和外层侧的情况下，内层侧的板厚的平均值比外层侧小。
46.此外，在柔性引线的总层叠块数为奇数的情况下，除去中央的层以外，将比中央的层靠内径侧的层设为内层侧，将比中央的层靠外径侧的层设为外层侧，对各自的板厚的平均值进行比较。在该情况下，构成柔性引线17的层的数量为两层以上。
47.在此，构成柔性引线17的层的板厚为两种以上。另外，柔性引线整体的板厚在周向上相同。另外，柔性引线17的轴向的板宽度与以往的柔性引线相同，导体截面积也与以往相同。在(由金属线13a及柔性引线17构成的)极间跨接线13的内径侧配置有(未图示的)转子轴。在极间跨接线13与转子轴之间设置有空隙。在柔性引线17的形状中心部与转子轴之间也同样地设置有空隙。并且，在旋转电机运转的期间，利用通风风扇从机外侧朝向机内侧而向极间跨接线13与转子轴之间的空隙输送冷却气体。
48.在这样的发电机中，通过由通风产生的冷却气体的效果，能够维持以往那样的冷却性能，并且能够不变更给柔性引线提供的空间地与以往相比降低在柔性引线产生的最大应力，能够提高强度可靠性。
49.实施方式2.
50.图7是示出基于实施方式2的发电机的柔性引线17的结构的一例的主视图。如图所示，实施方式2中的柔性引线17从外层侧朝向内层侧而板厚阶段性地变薄。在此，构成柔性引线17的层的数量为两层以上。另外，构成柔性引线17的层的板厚的种类与总层叠块数相同。而且，柔性引线整体的板厚在周向上相同。此外，其他结构与实施方式1相同。此外，柔性引线17的轴向的板宽度与以往的柔性引线相同，导体截面积也与以往相同。
51.另外，在极间跨接线13与转子轴之间设置有空隙。另外，在柔性引线17的凸状部与转子轴之间也同样地设置有空隙。在此，在旋转电机运转的期间，利用通风风扇从机外侧朝向机内侧而向极间跨接线13与转子轴之间的空隙输送冷却气体。
52.柔性引线17为将铜板层叠多块而成的构造，并具有挠性，所述铜板为具有向转子的外径侧凸出的弯曲的形状且具有导电性的金属板。作为该铜板，例如能够使用韧铜材料。另一方面，金属线13a与柔性引线不同，并非层叠构造，而是一体的线。
53.此外，该柔性引线17的材质并不限定于上述韧铜等铜合金，只要为具有导电性的材料即可。金属线的材质也同样如此。
54.另外，柔性引线17在图中的角θ所示的形状中心部为向外径侧凸出的弯曲的形状，以极间中心线为对称轴而大致左右对称。在此，柔性引线17的在径向上相邻的层彼此抵接，在抵接面容许滑动及分离。
55.柔性引线17的两端部通过钎焊或焊接而固定于极间跨接线13的金属线13a。这是为了在制造阶段不产生应力。
56.在这样的发电机中，通过由通风产生的冷却气体的效果，能够维持以往那样的冷却性能，并且能够不变更给柔性引线提供的空间地与以往相比降低在柔性引线产生的最大应力，能够提高强度可靠性。
57.实施方式3.
58.图8是示出基于实施方式3的发电机的柔性引线17的结构的主视图。对于实施方式3中的柔性引线17而言，在以总层叠块数的一半划分内层侧和外层侧的情况下，在形状中心部17a具有内层侧的板厚的平均值比外层侧小的区域。例如，包含极间中心线的顶点部分符合。
59.此外，在柔性引线的总层叠块数为奇数的情况下，除去中央的层以外，将比中央的层靠内径侧的层设为内层侧，将比中央的层靠外径侧的层设为外层侧，对各层的板厚的平均值进行比较。在该情况下，除了形状中心部17a以外，层叠均等的板厚的铜板。在此，各金属板的板厚在柔性引线的形状中心部从极间中心线朝向(形状中心部的)周边部分即端部而连续地变化。
60.另外，柔性引线17为以极间中心线为对称轴而大致左右对称的形状。构成柔性引线17的层的数量为两层以上。柔性引线17的各层的顶点部分的板厚的种类为两种以上。此外，柔性引线整体的板厚在周向上相同。其他结构与实施方式1相同。另外，柔性引线17的轴向的板宽度与以往的柔性引线相同，导体截面积也与以往相同。
61.在本实施方式的发电机中，在极间跨接线13与(未图示的)转子轴之间也设置有空隙。另外，在柔性引线17的形状中心部17a与转子轴之间也同样地设置有空隙。在此，在旋转电机运转的期间，利用通风风扇从机外侧朝向机内侧而向极间跨接线13与转子轴之间的空隙输送冷却气体。
62.在此，柔性引线17也为将铜板层叠多块而成的构造，并具有挠性，所述铜板为具有向转子的外径侧成为凸状的弯曲的形状且具有导电性的金属板。作为该铜板，例如能够使用韧铜材料。并且，在柔性引线的周边部分与并非层叠构造而是作为一根(较粗的)线的金属线连接，利用这两者构成极间跨接线13。
63.此外，由于实施方式3的柔性引线的上述以外的构造、结构或材质与实施方式1或实施方式2相同，因此，在此省略说明。
64.在如上述那样构成的发电机中，通过由通风产生的冷却气体的效果，也能够维持以往那样的冷却性能，并且能够不变更给柔性引线提供的空间地与以往相比降低在柔性引线产生的最大应力，能够提高强度可靠性。
65.实施方式4.
66.图9是示出基于实施方式4的发电机的柔性引线17的结构的主视图。实施方式4中的柔性引线17在弯曲成凸状的形状中心部的顶点部分从外层侧朝向内层侧而板厚阶段性地变薄。除了柔性引线17的形状中心部以外，层叠均等的板厚的铜板。并且，柔性引线17的各个层的板厚从弯曲成凸状的顶点部分朝向形状中心部的端部而连续地变化。在此，构成柔性引线17的层的数量为两层以上。柔性引线17的各层的顶点部的板厚的种类与总层叠块数相同。此外，柔性引线整体的板厚在周向上相同。其他结构与实施方式1相同。另外，柔性
引线17的轴向的板宽度与以往的柔性引线相同，导体截面积也与以往相同。
67.另外，在极间跨接线13与(未图示的)转子轴之间设置有空隙。另外，在柔性引线17的形状中心部17a与转子轴之间也同样地设置有空隙。并且，在旋转电机运转的期间，利用通风风扇从机外侧朝向机内侧而向极间跨接线13与转子轴之间的空隙输送冷却气体。
68.另外，柔性引线17的在径向上相邻的层彼此抵接，在抵接面容许滑动及分离。柔性引线17的两端部通过钎焊或焊接而固定于极间跨接线13。这是为了在制造阶段不产生应力。
69.在本实施方式的发电机中，上述结构以外的柔性引线17的构造或材质与其他实施方式相同。
70.在如上述那样构成的发电机中，通过由通风产生的冷却气体的效果，也能够维持以往那样的冷却性能，并且能够不变更给柔性引线提供的空间地与以往相比降低在柔性引线产生的最大应力，能够提高强度可靠性。
71.在此，在上述各实施方式中，构成柔性引线的铜板的块数越多，则电流流动的每单位导体截面积的在与冷却气体之间产生热传递的表面积变得越大，越会降低柔性引线的发热，因此，能够抑制由温度上升导致的材料的抗拉强度及疲劳强度的降低，能够提高强度可靠性。
72.另外，在上述各实施方式中示出的柔性引线的具有最薄的板厚的层至少具有不会因自重或离心力而产生压曲的程度的板厚。
73.在以上的例子中，作为旋转电机，以涡轮发电机为例进行了说明，但也能够应用于其他发电机及电动机。
74.本技术记载了各种例示性的实施方式及实施例，但在一个或多个实施方式中记载的各种特征、形态及功能并不限定于特定的实施方式的应用，能够单独或以各种组合应用于实施方式。
75.因此，可以在本技术的说明书公开的技术的范围内设想未例示的无数个变形例。例如，包括对至少一个构成要素进行变形的情况、追加至少一个构成要素的情况或省略至少一个构成要素的情况，还包括提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。
76.附图标记说明
77.1转子、1a极间中心部、2转子轴、3转子主体、4转子铁芯、5保持环、6框体、7送风风扇、8定子、9定子铁芯、10定子线圈、11冷却气体、12气体冷却器、13极间跨接线、13a金属线、14绝缘块、15转子线圈、16端环、17柔性引线、17a形状中心部。