(57)【要約】【課題】固定子鉄心からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を抑制して、運転効率の低下及び振動の発生を抑制することができる回転電機を提供する。【解決手段】実施の形態にかかる回転電機１は、回転子４０と、回転子４０を径方向外側から取り囲む円筒状の固定子鉄心２０を有する固定子１０と、固定子鉄心２０の外周面上に周方向に間隔を空けて複数設けられるとともに、それぞれが固定子鉄心２０の軸方向に沿って延び、且つ、固定子鉄心２０の支持部材として機能するとともに導電性を有する複数のリブ３１と、固定子鉄心２０の径方向外側に配置されるとともに、固定子鉄心２０の外周面における軸方向端部側の領域を径方向外側から覆う磁気シールド部材５０と、を備えている。磁気シールド部材５０は、回転子４０から漏出するもれ磁束の通過を抑制することで、もれ磁束に起因する渦電流がリブ３１に流れることを抑制する。【選択図】図１
2019110639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、
前記回転子を径方向外側から取り囲む円筒状の固定子鉄心を有する固定子と、
前記固定子鉄心の外周面上に周方向に間隔を空けて複数設けられるとともに、それぞれが前記固定子鉄心の軸方向に沿って延び、且つ、前記固定子鉄心の支持部材として機能するとともに導電性を有する複数の軸方向部材と、
前記固定子鉄心の径方向外側に配置されるとともに、前記固定子鉄心の前記外周面における軸方向端部側の領域を径方向外側から覆う磁気シールド部材と、を備えた、回転電機。
【請求項２】
前記固定子は、前記固定子鉄心を径方向外側から取り囲む円筒状の固定子フレームをさらに有し、
前記固定子フレームの内周面には、軸方向に間隔を空けて並ぶ複数の隔板が設けられ、前記固定子鉄心と前記固定子フレームとの間には、軸方向に延びる弾性部材が配置され、前記弾性部材は、少なくとも一組の隣り合う前記隔板の間に跨がるように設けられており、
前記弾性部材における隣り合う前記隔板の間に位置する部分に、前記軸方向部材が設けられることで、前記固定子鉄心が前記固定子フレームに弾性的に支持されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子鉄心の軸方向端部から前記固定子鉄心の外径に対する長さの比が０．２となるまでの範囲に、前記磁気シールド部材が配置されている、請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記固定子鉄心の軸方向端部に対して軸方向外側に、前記固定子鉄心の外側から前記固定子鉄心へ進入しようとするもれ磁束を誘導する磁束シャントが設けられ、
前記固定子鉄心の軸方向端部から前記固定子鉄心の外径に対する長さの比が０．１５となるまでの範囲に、前記磁気シールド部材が配置されている、請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項５】
前記磁気シールド部材は、周方向に間隔を空けて複数設けられている、請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電機。
【請求項６】
周方向で隣り合う前記磁気シールド部材は、互いに電気的に接続されている、請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記磁気シールド部材の軸方向に沿う断面形状は、軸方向に延びる第１辺部と径方向に延びる第２辺部とを有するＬ字形状であり、
前記第１辺部は、前記第２辺部の内径側端部に接続して、前記固定子鉄心の軸方向端部側から軸方向中央部側に向けて延びる、請求項１乃至６のいずれかに記載の回転電機。
【請求項８】
前記磁気シールド部材の軸方向に沿う断面形状は、軸方向に延びる直線形状である、請求項１乃至６のいずれかに記載の回転電機。
【請求項９】
前記磁気シールド部材は、内側磁気シールド部材と、前記内側磁気シールド部材の径方向外側に配置される外側磁気シールド部材とで構成されている、請求項１乃至８のいずれかに記載の回転電機。
【請求項１０】
前記磁気シールド部材には、通風のための冷却孔が設けられている、請求項１乃至９のいずれかに記載の回転電機。
【請求項１１】
隣り合う前記軸方向部材は、前記固定子鉄心の外周面に沿って周方向に延びて且つ軸方向に並ぶ複数の周方向部材とともに閉回路状部分を形成する、請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記磁気シールド部材の電気抵抗率は、５．０×１０−８Ω・ｍ以下である、請求項１乃至１１のいずれかに記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機などの回転電機は、回転軸を有する回転子と、固定子と、を備えている。回転電機はインナロータ型とアウタロータ型とに大別され、このうちインナロータ型の回転電機では、固定子が、回転子を取り囲むように形成された円筒状の固定子鉄心と、固定子鉄心を径方向外側から覆うとともに基礎に支持される固定子フレームと、を有するものがある。このような回転電機では、回転子の回転により発生する磁気吸引力によって固定子に振動が発生し得るが、この振動が回転電機から基礎に伝播することは望ましくない。そのため、このような回転電機では、固定子鉄心と固定子フレームとの間にバネ板やバネ棒のような弾性体などを含んでなる固定子鉄心支持装置を配置し、当該支持装置を介して固定子鉄心を固定子フレームに支持する場合がある。これによれば、固定子の外側に振動が伝播することを抑制することができる。
【０００３】
図１０は、固定子鉄心を弾性的に支持するための固定子鉄心支持装置を備えた回転電機の一例を軸方向に沿って切断して示した概略断面図である。軸方向とは、回転子の回転中心軸に沿う方向を意味する。図１０の例では、固定子１０の固定子フレーム１１が円筒状の外周板１２を有し、固定子鉄心２０が固定子鉄心支持装置（以下、支持装置と略す。）３００を介して固定子フレーム１１、特にその外周板１２に支持されている。固定子鉄心２０は、複数の円環状の積層鉄心２１を積層して円筒状をなしており、固定子鉄心２０の径方向内側には、図示の都合上、二点鎖線で示された回転子４０が回転自在に配置される。各積層鉄心２１の外周面にはダブテール状の溝が形成され、この溝は周方向に間隔を空けて複数形成されている。
【０００４】
支持装置３００は、各積層鉄心２１のダブテール状の溝を嵌合させて複数の積層鉄心２１を含んでなる固定子鉄心２０を保持する軸状の複数のリブ３１と、リブ３１に保持されて円筒状をなした複数の積層鉄心２１を軸方向両側から軸方向に沿って締め付けて挟持する鉄心押え板３２と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持する円環状の複数の鉄心押えリング３３と、固定子フレーム１１の外周板１２の内周面に溶接等により固定され、固定子鉄心２０の径方向外側に位置する複数の隔板３５と、軸方向に延びるように配置されてリブ３１と隔板３５とを連結させる複数のばね板３８と、を有している。隔板３５は、外周板１２と同軸に位置するように外周板１２の内周面に固定された円環状のベース部３５Ａと、ベース部３５Ａの内周端に設けられた円筒状の連結部３５Ｂとを有し、連結部３５Ｂは、ばね板３８との接続のために用いられる。大型の回転電機では、固定子鉄心の形状が大きくなるため、円環状の積層鉄心を１枚で形成することが困難となり、積層鉄心を周方向に分割する場合がある。図１０に示す例では、積層鉄心２１が周方向に分割されることで複数の扇形の分割体からなる。軸方向で隣り合う分割体は、互いに扇形の内角の半角をずらされた状態で積層されている。
【０００５】
このような支持装置３００では、固定子鉄心２０の中心軸が固定子フレーム１１の中心軸に一致するように固定子鉄心２０を配置した状態において、周方向に複数配置されたばね板３８が、固定子フレーム１１の外周板１２に固定された隔板３５に対してリブ３１を連結させる。詳しくは、隔板３５は軸方向に間隔を空けて複数設けられ、ばね板３８の両端部が軸方向で隣り合う隔板３５の連結部３５Ｂにそれぞれ接続される。一方で、ばね板３８における隣り合う隔板３５の間の部分はリブ３１に接続される。これにより固定子鉄心２０の径方向の変位に対してばね板３８がたわむようになり、固定子鉄心２０を弾性的に支持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３４５６８２４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５０６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１１は、固定子鉄心２０および支持装置３００を俯瞰した斜視図である。上述の支持装置３００を備える回転電機では、図１１の矢印（白抜き）の方向に示すように、回転子４０の界磁から発生した主磁束が固定子鉄心２０の内部を通ることになる。この際、この主磁束の一部がもれ磁束Φとして固定子鉄心２０の背面（外周面）にもれて、固定子鉄心２０の支持装置３００を構成する部材によって形成される閉回路状部分に鎖交し得る。詳しくは、図１１に示すように、支持装置３００は、軸方向に延びるリブ３１等の部材と、周方向に延びる鉄心押えリング３３、鉄心押え板３２等の部材とを格子状に組み合わせて、固定子鉄心２０を固定子フレーム１１に支持する。このように各部材が格子状に組み合わされることで、例えば２つのリブ３１と２つの鉄心押えリング３３とにより閉回路状部分が形成され、これにもれ磁束Φが鎖交し得る。また２つのリブ３１と鉄心押え板３２と鉄心押えリング３３とにより閉回路状部分が形成され、これにもれ磁束Φが鎖交し得る。
【０００８】
ここで、支持装置３００は機械的強度が必要なことから、一般にその各構成部材が金属製、特に鉄製とされるため、閉回路状部分には、もれ磁束Φにより渦電流が流れて渦電流損失が発生し得る。このような渦電流損失は回転電機の効率を低下させる。また、このような渦電流が生じた場合、支持装置３００の温度が上昇し、支持装置３００を構成する部材の熱伸びによって締結箇所の締め付け力が低下し、固定子鉄心２０の振動が増大するという問題も生じ得る。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、固定子鉄心からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を抑制して、運転効率の低下及び振動の発生を抑制することができる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
実施の形態にかかる回転電機は、回転子と、前記回転子を径方向外側から取り囲む円筒状の固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子鉄心の外周面上に周方向に間隔を空けて複数設けられるとともに、それぞれが前記固定子鉄心の軸方向に沿って延び、且つ、前記固定子鉄心の支持部材として機能するとともに導電性を有する複数の軸方向部材と、前記固定子鉄心の径方向外側に配置されるとともに、前記固定子鉄心の前記外周面における軸方向端部側の領域を径方向外側から覆う磁気シールド部材と、を備える。前記磁気シールド部材は、前記回転子から漏出するもれ磁束の通過を抑制することで、前記もれ磁束に起因する渦電流が前記軸方向部材に流れることを抑制する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、固定子鉄心からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を抑制して、運転効率の低下及び振動の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態にかかる回転電機における固定子鉄心の軸方向端部周辺の概略断面図である。
【図２】図１に示す回転電機における固定子鉄心の径方向外側の磁束密度の分布の一例を示す図である。
【図３】図１に示す回転電機における固定子鉄心の径方向外側の磁束密度の分布を、固定子鉄心の外径に対する軸方向長さの比で特定される位置との関係で表したグラフを示す図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる回転電機における固定子鉄心の軸方向端部周辺の概略断面図である。
【図５】図４に示す回転電機における固定子鉄心の径方向外側の磁束密度の分布を、固定子鉄心の外径に対する軸方向長さの比で特定される位置との関係で表したグラフを示す図である。
【図６】図４に示す回転電機に設けられる磁気シールド部材の斜視図である。
【図７】図６に示す磁気シールド部材の変形例の斜視図である。
【図８】図６に示す磁気シールド部材の他の変形例の斜視図である。
【図９】第３の実施の形態にかかる回転電機における固定子鉄心の軸方向端部周辺の概略断面図である。
【図１０】固定子鉄心を弾性的に支持するための固定子鉄心支持装置を備えた回転電機の一例の概略断面図である。
【図１１】図１０に示す回転電機の固定子鉄心および固定子鉄心支持装置を俯瞰した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、添付の図面を参照して各実施の形態を詳細に説明する。以下に説明する各実施の形態における構成部分のうちの図１０に示した回転電機の構成部分と同様のものには、同一の符号を付し、共通する部分の説明については省略する場合がある。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる回転電機１における固定子鉄心２０の軸方向端部周辺の概略断面図であり、図１は、図１０において二点鎖線で囲まれた領域Ｉに対応する領域を示している。
【００１５】
図１に示す回転電機１は回転界磁型の回転電機であり、回転中心軸Ｃ１を中心に回転する回転子４０と、回転子４０を径方向外側から取り囲む固定子１０と、を備えている。図１において、符号４１は回転子４０に設けられた界磁コイル４１を示している。本実施の形態において軸方向と言う場合、その方向は回転中心軸Ｃ１に沿う方向を意味し、径方向と言う場合、その方向は回転中心軸Ｃ１に直交する方向を意味する。また回転中心軸Ｃ１を中心として回転する方向は、周方向と呼ぶ。
【００１６】
固定子１０は、回転子４０を取り囲むように形成された円筒状の固定子鉄心２０と、固定子鉄心２０を径方向外側から取り囲む円筒状の外周板１２を有するとともに基礎に支持された固定子フレーム１１と、固定子鉄心２０を固定子フレーム１１に支持する固定子鉄心支持装置（以下、支持装置と略す。）３０と、を備えている。
【００１７】
固定子鉄心２０は、積層された複数の円環状の積層鉄心２１を含んで円筒状をなしており、詳しくは、複数の積層鉄心２１からなる複数の鉄心ブロック２１Ｇを軸方向に配列し、軸方向で隣り合う鉄心ブロック２１Ｇの間のそれぞれに内側間隔片２２を配置するとともに、軸方向で最も外側に位置する鉄心ブロック２１Ｇの軸方向外側に外側間隔片２３を配置し、これら各部材を含んで円筒状をなしている。
【００１８】
各積層鉄心２１の外周面にはダブテール状の溝が形成され、この溝は周方向に間隔を空けて複数形成されている。ダブテール状の溝には、支持装置３０を構成する後述のリブ３１が嵌合され、これにより、固定子鉄心２０は円筒状の状態を保持されることになる。内側間隔片２２及び外側間隔片２３は、径方向に沿って延びる棒状に形成され、周方向に間隔を空けて複数配列されている。周方向で隣り合う内側間隔片２２の間の空間及び周方向で隣り合う外側間隔片２３の間の空間は、冷却風を通過させるための空気通路として機能するようになっている。また、図１における符号２４は、固定子鉄心２０の内周面側に設けられた電機子コイルを示している。
【００１９】
なお、本実施の形態において固定子鉄心２０の軸方向端部と言う場合には、当該端部は、軸方向で最も外側に位置する鉄心ブロック２１Ｇの軸方向端部を意味し、すなわち図１における符号２０Ｅで示される部分のことを意味する。
【００２０】
支持装置３０は、図１０に示す支持装置３００と基本的に同様の構造であって、各積層鉄心２１のダブテール状の溝を嵌合させて複数の積層鉄心２１を含んでなる固定子鉄心２０を保持する軸状の複数のリブ３１と、リブ３１に保持されて円筒状をなした複数の積層鉄心２１を軸方向両側から外側間隔片２３を介して軸方向に沿って締め付けて挟持する鉄心押え板３２と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持する円環状の鉄心押えリング３３と、固定子フレーム１１の外周板１２の内周面に溶接等により固定され、固定子鉄心２０の径方向外側に位置する複数の隔板３５と、軸方向に延びるように配置されてリブ３１と隔板３５とを連結させるばね板３８（図１において、図示省略）と、を有している。
【００２１】
図１の場合と同様に、隔板３５は、外周板１２と同軸に位置するように外周板１２の内周面に固定された円環状のベース部３５Ａと、ベース部３５Ａの内周端に設けられた円筒状の連結部３５Ｂと、を有する。図示しないが、ばね板３８は、周方向に複数配置されており、固定子フレーム１１の外周板１２に固定された隔板３５に対してリブ３１を連結させる。詳しくは、隔板３５は軸方向に間隔を空けて複数設けられており、弾性部材であるばね板３８は隣り合う隔板３５の間に跨がるように設けられ、ばね板３８における隣り合う隔板３５の間の部分が直接的にリブ３１に接続される。これにより、固定子鉄心２０が固定子フレーム１１に弾性的に支持されることになる。
【００２２】
支持装置３０は、図１０に示した支持装置３００と同様の構成を有するため、固定子鉄心２０の外周面上に直接的に又は空間を空けて設けられて軸方向に延びるリブ３１、ばね板３８といった部材（軸方向部材）と、周方向に延びる鉄心押え板３２、鉄心押えリング３３、隔板３５といった部材（周方向部材）とを格子状に組み合わせて、固定子鉄心２０を固定子フレーム１１に支持している。そのため、回転子４０から生じる磁束による渦電流が流れ得る閉回路状部分が形成されている。これに対し、本実施の形態では、固定子鉄心２０の径方向外側に、固定子鉄心２０の外周面における軸方向端部２０Ｅ側の領域を径方向外側から覆う磁気シールド部材５０が配置される。磁気シールド部材５０は、回転子４０から漏出するもれ磁束の通過を抑制し、もれ磁束に起因する渦電流がリブ３１等に流れることを抑制するために設けられる。なお、本実施の形態で言う固定子鉄心２０の外周面とは、固定子鉄心２０において径方向外側を向く面のことを意味し、固定子鉄心２０の内周面とは、固定子鉄心２０において径方向内側を向く面のことを意味する。
【００２３】
図２は、回転電機１における固定子鉄心２０の径方向外側の磁束密度の分布の一例を示している。同図に示すように、固定子鉄心２０の径方向外側にもれるもれ磁束は、固定子鉄心２０の軸方向端部で大きくなり、磁束密度が高くなる。一方で、固定子鉄心２０の軸方向の中央部側では、固定子鉄心２０の径方向外側にもれる磁束は少なく、磁束密度が低い。このような特性を考慮し、本実施の形態では、経済的にもれ磁束の抑制効果を得るために、磁気シールド部材５０が、固定子鉄心２０の外周面における軸方向端部２０Ｅ側の領域のみを覆うように構成されている。
【００２４】
より詳しくは、磁気シールド部材５０は、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅから固定子鉄心２０の外径に対する長さの比が０．２となるまでの範囲に部分的に配置されている。図３は、固定子鉄心２０の径方向外側の磁束密度の分布を、固定子鉄心２０の外径に対する軸方向長さの比で特定される位置との関係で表したグラフを示す。横軸は、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅから中央部側に向けた固定子鉄心２０の軸方向における距離を固定子鉄心２０の外径に対する軸方向長さの比で表しており、縦軸は、磁束密度の大きさを示している。横軸において例えば固定子鉄心２０の外径に対する軸方向長さの比が０となる点は、軸方向端部２０Ｅに対応することになる。図３においては、固定子鉄心２０の外径に対する軸方向長さの比が０．２となるまでの範囲において、磁束密度の漏れが多く、この範囲から外れると、磁束密度は略一律に低くなっている。このような特性を考慮し、本実施の形態では、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅから固定子鉄心２０の外径に対する長さの比が０．２となるまでの範囲を磁気シールド部材５０によって部分的に覆うようにしている。
【００２５】
また、図１に示すように、本実施の形態における磁気シールド部材５０の軸方向に沿う断面形状は、軸方向に延びる第１辺部５１と径方向に延びる第２辺部５２とを有するＬ字形状であり、第１辺部５１は、第２辺部５２の内径側端部に接続して固定子鉄心２０の軸方向端部側から軸方向中央部側に向けて延びる。図示の例では、磁気シールド部材５０が、第２辺部５２を樹脂などからなる絶縁部材５３を介して隔板３５に接続させることで隔板３５に支持されている。また、本実施の形態における磁気シールド部材５０は、図示しないが軸方向視で円弧状をなす板材であり、周方向に間隔を空けて複数設けられている。ここで、周方向で隣り合う磁気シールド部材５０は電気的に接続されることが好ましく、とりわけ、互いに異なる２つの接続部分を介して電気的に接続されることが好ましい。周方向で隣り合う磁気シールド部材５０が接続部分を介して電気的に接続される場合には、隣り合う磁気シールド部材５０の間をもれ磁束が通過しようとする場合に、２つの磁気シールド部材５０を跨いで渦電流が流れ得る。そのため、磁気シールド部材５０の良好な取り扱い性を確保しつつ、もれ磁束を好適に抑制することが可能となる。
【００２６】
磁気シールド部材５０の電気抵抗率は、例えばリブ３１等の鉄心支持用の部材の電気抵抗率が主として鉄から形成される場合においては、５．０×１０−８Ω・ｍ以下であることが好ましく、リブ３１の電気抵抗率の１／３以下であることがより好ましい。リブ３１等の鉄心支持用の部材が主として鉄から形成される場合においては、このような範囲に磁気シールド部材５０の電気抵抗率を設定することで、良好な磁気シールド効果が得られることを本件発明者は確認している。具体的に本実施の形態では、リブ３１が鉄から形成されており、磁気シールド部材５０が銅から形成されている。磁気シールド部材５０は、他の材料から形成されてもよく、例えば銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等から形成されてもよい。
【００２７】
次に、回転電機１を発電機として機能させる場合を例に挙げ、本実施の形態に係る作用について説明する。この場合、まず、回転子４０の界磁コイル４１に電流を供給し、回転子４０の界磁コイル４１を電磁石として機能させる。この状態において、回転子４０を回転させ、これにより界磁コイル４１からの磁束が固定子鉄心２０の内周面の電機子コイル２４を通過することで、発電が行われる。この際、界磁コイル４１から発生する磁束が固定子鉄心２０の外周面、すなわち径方向外側にもれると、支持装置３０を構成する部材によって形成される閉回路状部分に磁束が鎖交する場合があり、この際、渦電流が閉回路状部分を流れようとする。
【００２８】
ここで、本実施の形態では、上述したように固定子鉄心２０の径方向外側に磁気シールド部材５０が配置されることで、支持装置３０を構成するリブ３１等によって形成される閉回路状部分に渦電流が流れることが抑制される。すなわち、磁気シールド部材５０は、このような渦電流を発生させる固定子鉄心２０からのもれ磁束が自身を通過しようとする際に、その内部に渦電流を発生させ、固定子鉄心２０からのもれ磁束とは逆向きの磁束を生じさせる。このような逆向きの磁束の発生によって、磁気シールド部材５０は固定子鉄心２０からのもれ磁束の通過を抑制することができ、上述のリブ３１等によって形成される閉回路状部分においてはもれ磁束が鎖交しなくなるか又は鎖交しようとする磁束量が低減され、その結果、閉回路状部分に渦電流が発生しなくなるか又は渦電流が抑制されるようになる。これにより、渦電流損失を抑制することができるとともに、渦電流に起因した支持装置３０の温度上昇による支持装置３０の構成部材の熱伸びを抑制することができる。
【００２９】
以上により、本実施の形態によれば、固定子鉄心２０からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を抑制して、回転電機１の運転効率の低下及び振動の発生を抑制することができる。
【００３０】
特に、図２に示したように、固定子鉄心２０の径方向外側にもれる磁束は、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅで大きくなり、磁束密度が高くなる。一方で、固定子鉄心２０の軸方向の中央部側では、固定子鉄心２０の径方向外側にもれる磁束は少なく、磁束密度が低い。このような特性を考慮し、磁気シールド部材５０は、固定子鉄心２０の外周面における軸方向端部２０Ｅ側の領域のみを部分的に覆っている。これにより、本実施の形態では、固定子鉄心２０からのもれ磁束により生じ得る渦電流を効果的に且つ経済的に抑制することができる。
【００３１】
より詳しくは、図３に示したように本実施の形態では、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅから固定子鉄心２０の外径に対する軸方向長さの比が０．２となるまでの範囲において、磁束密度の漏れが多く、この範囲から外れると、磁束密度は略一律に低くなっている。このような特性を考慮し、磁気シールド部材５０は、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅから固定子鉄心２０の外径に対する長さの比が０．２となるまでの範囲を覆うように部分的に配置されている。これにより、固定子鉄心２０からもれる磁束により生じ得る渦電流を十分に且つ経済的に抑制することができるようにしている。
【００３２】
さらに、本実施の形態では、磁気シールド部材５０の軸方向に沿う断面形状が、軸方向に延びる第１辺部５１と径方向に延びる第２辺部５２とを有するＬ字形状であり、第１辺部５１は、第２辺部５２の内径側端部に接続して固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅ側から軸方向中央部側に向けて延びる。これにより、鉄心押え板３２側から軸方向に沿って固定子鉄心２０に進入しようとするもれ磁束を第２辺部５２によって抑制することができるため、渦電流の発生を効果的に抑制することができる。
【００３３】
また、磁気シールド部材５０は周方向に間隔を空けて複数設けられるため、磁気シールド部材５０の取り扱いや組み付けが容易になる。また、周方向で隣り合う磁気シールド部材５０が互いに電気的に接続される場合には、隣り合う磁気シールド部材５０の間をもれ磁束が通過しようとする際に、２つの磁気シールド部材５０を跨いで渦電流が流れ得る。この場合においては、磁気シールド部材５０の良好な取り扱い性を確保しつつ、もれ磁束を好適に抑制することが可能となる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について図４乃至図８を用いて説明する。本実施の形態における構成部分のうちの図１０に示した回転電機の構成部分および第１の実施の形態の構成部分と同様のものには、同一の符号を付し、共通する部分の説明については省略する場合がある。
【００３５】
図４は、第２の実施の形態にかかる回転電機を軸方向に沿って切断して示した概略断面図である。本実施の形態では、支持装置３０の構成、固定子鉄心２０の構成および磁気シールド部材５０の構成が第１の実施の形態と異なっている。
【００３６】
まず、本実施の形態における支持装置３０は、各積層鉄心２１のダブテール状の溝を嵌合させて複数の積層鉄心２１からなる固定子鉄心２０を保持する軸状の複数のリブ３１と、リブ３１に保持されて円筒状をなした複数の積層鉄心２１を軸方向両側から軸方向に沿って締め付けて挟持する鉄心押え板３２と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持する円環状の複数の鉄心押えリング３３と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持し、鉄心押えリング３３よりも径方向外側に張り出す円環状の複数の鉄心支持板３４と、固定子フレーム１１の外周板１２の内周面に溶接等により固定され、固定子鉄心２０の径方向外側に位置する隔板３５と、軸方向に延びるように配置されて鉄心支持板３４と隔板３５とを連結させるばね棒３６と、を有している。
【００３７】
ばね棒３６は周方向に複数配置され、隔板３５は軸方向に複数配置され、各ばね棒３６は複数の隔板３５に跨がるように軸方向に延びている。また、隣り合う隔板３５の間に鉄心支持板３４が配置されることで、ばね棒３６は隣り合う隔板３５の間に位置する部分で鉄心支持板３４に接続される。つまり、弾性部材であるばね棒３６は、リブ３１に鉄心支持板３４を介して間接的に接続されることになる。これにより、鉄心支持板３４の径方向の変位に対してばね棒３６がたわむようになり、固定子鉄心２０が固定子フレーム１１に対して弾性的に支持されることになる。すなわち、本実施の形態における支持装置３０は、ばね板３８の代わりにばね棒３６及び鉄心支持板３４を用いる点で第１の実施の形態と異なっている。また、隔板３５が単なる円環状である点も第１の実施の形態と異なっている。
【００３８】
次に、本実施の形態における固定子鉄心２０は、磁束シャント５５を有する点で第１の実施の形態と異なる。磁束シャント５５は、固定子鉄心２０の外側から固定子鉄心２０へ進入しようとするもれ磁束を誘導するための機構であり、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅに対して軸方向外側に設けられている。
【００３９】
詳しくは、磁束シャント５５は、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅに対して外側間隔片２３を挟んで対向するように設けられている。磁束シャント５５は、積層鉄心２１と同様の板材を積層してなる環状体であるが、その内径寸法は、部分的に固定子鉄心２０の内径寸法よりも大きくなっており、固定子鉄心２０に対して径方向外側に部分的に段落ちするように形成されている。これにより、磁束シャント５５は固定子鉄心２０の外側から固定子鉄心２０へ進入しようとするもれ磁束を固定子鉄心２０側に進入する前に自身に誘導することで、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅ側におけるもれ磁束の磁束密度を低減させるように機能する。
【００４０】
そして、本実施の形態における磁気シールド部材５０は、固定子鉄心２０の外周面における軸方向端部２０Ｅ側の領域を覆うが、その被覆範囲が第１の実施の形態と異なる。図５は、本実施の形態における固定子鉄心２０の径方向外側の磁束密度の分布を、固定子鉄心２０の外径に対する軸方向長さの比で特定される位置との関係で表したグラフを示す。横軸は、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅから中央部側に向けた固定子鉄心２０の軸方向における距離を固定子鉄心２０の外径に対する軸方向長さの比で表しており、縦軸は、磁束密度の大きさを示している。図５においては、固定子鉄心２０の外径に対する軸方向長さの比が０．１５となるまでの範囲において、磁束密度の漏れが多く、この範囲から外れると、磁束密度は略一律に低くなっている。本実施の形態では、磁束シャント５５が設けられることにより、第１の実施の形態の磁束密度の特性と異なる特性が生じている。この点を考慮し、本実施の形態における磁気シールド部材５０は、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅから固定子鉄心２０の外径に対する長さが０．１５となるまでの範囲に部分的に配置されている。
【００４１】
また、図４に示すように、本実施の形態における磁気シールド部材５０の軸方向に沿う断面形状は、軸方向に延びる直線形状、言い換えるとフラットなＩ字形状となっている。また、磁気シールド部材５０は、磁気シールド部材５０の軸方向の中間位置から径方向外側に延びる固定アーム５６を絶縁部材５３を介して隔板３５に接続させることで隔板３５に支持されている。また、本実施の形態における磁気シールド部材５０は、図６に示すように、軸方向視で円弧状をなす板材であり、周方向に間隔を空けて複数設けられている。ここで、周方向で隣り合う磁気シールド部材５０は、電気的に接続されており、具体的には互いに異なる２つの接続部分５７を介して電気的に接続されている。
【００４２】
以上のような第２の実施の形態においても、磁気シールド部材５０によって、渦電流損失及び渦電流に起因する温度上昇を抑制して、回転電機１の運転効率の低下及び振動の発生を抑制することができる。
【００４３】
特に、本実施の形態では、図５に示したように、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅから固定子鉄心２０の外径に対する軸方向長さの比が０．１５となるまでの範囲において、磁束密度の漏れが多く、この範囲から外れると、磁束密度は略一律に低くなっている。このような特性を考慮し、本実施の形態における磁気シールド部材５０は、固定子鉄心２０の軸方向端部２０Ｅから固定子鉄心２０の外径に対する長さの比が０．１５となるまでの範囲を覆うように部分的に配置されている。これにより、磁束シャント５５が設けられる構成において、特に有効に固定子鉄心２０からのもれ磁束により生じ得る渦電流を十分に且つ経済的に抑制することができる。
【００４４】
また、磁気シールド部材５０は、周方向に間隔を空けて複数設けられることにより、磁気シールド部材５０の取り扱いや組み付けが容易になる。また、周方向で隣り合う磁気シールド部材５０が互いに電気的に接続されている。特に本実施の形態では、周方向で隣り合う磁気シールド部材５０が互いに異なる２つの接続部分５７を介して電気的に接続されており、２つの磁気シールド部材５０及び２つの接続部分５７により閉回路状部分が形成されるため、隣り合う磁気シールド部材５０の間をもれ磁束が通過しようとする場合に、渦電流が流れ易くなる。これにより、磁気シールド部材５０の良好な取り扱い性を確保しつつ、もれ磁束を効果的に抑制することが可能となる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、固定アーム５６が絶縁部材５３を介して隔板３５に接続されることで、磁気シールド部材５０が隔板３５に支持される。しかしながら、このような固定アーム５６を用いず、磁気シールド部材５０を単なる板材のみで構成して、例えば固定子鉄心２０の外周面上に当接する状態で取り付けてもよい。この際、磁気シールド部材５０はリブ３１等によって形成される閉回路状部分の内側に嵌め込まれる状態で設置されてもよい。このように磁気シールド部材５０が単なる板材のみの構成となる場合には、固定子鉄心２０と隔板３５等との間の限られたスペースに磁気シールド部材５０を配置し易くなるため、磁気シールド部材５０の組み付けやリプレース時の磁気シールド部材５０の追加が容易になる。
【００４６】
また、図７に示す変形例のように、磁気シールド部材５０は、複数の開口部分５０Ａを画定する格子形状に形成されてもよい。図７の例では、矩形の開口部分５０Ａを画定する格子形状が図示されているが、磁気シールド部材５０は、ハニカム格子形状や三角格子形状に形成されてもよい。また、図８の変形例に示すように、磁気シールド部材５０は単一の開口部分５０Ａを画定する矩形の枠形状に形成されてもよい。図８に示す態様では、磁気シールド部材５０がリブ３１等によって形成される閉回路状部分に沿った枠形状に形成され、閉回路状部分の内側に嵌め込まれるようになっている。
【００４７】
上述のような開口部分５０Ａが設けられる場合、開口部分５０Ａが冷却孔として機能し、磁気シールド部材５０が回転電機１内を流れる冷却風の通流及びこれによる冷却を阻害しない。そのため、磁気シールド部材５０によって冷却特性が低下することを抑制でき、磁気シールド作用による性能向上と相俟って、運転効率を向上させることができるとともに、温度上昇を抑制して高い信頼性を確保することができる。また、磁気シールド部材５０を軽量化することが可能なため、磁気シールド部材５０の組み付けやリプレース時の磁気シールド部材５０の追加の際の作業効率を向上させることが可能となる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について図９を用いて説明する。本実施の形態における構成部分のうちの図１０に示した回転電機の構成部分および上述の各実施の形態の構成部分と同様のものには、同一の符号を付し、共通する部分については説明を省略する場合がある。
【００４９】
本実施の形態では、磁気シールド部材５０が、内側磁気シールド部材５０１と、内側磁気シールド部材５０１の径方向外側に配置される外側磁気シールド部材５０２とで構成される。内側磁気シールド部材５０１は、リブ３１等によって形成される閉回路状部分の内側に配置され、固定子鉄心２０の外周面に当接した状態で取り付けられている。外側磁気シールド部材５０２は、閉回路状部分の内側に配置され、その外周面がリブ３１の外周面と面一になるように取り付けられている。内側磁気シールド部材５０１及び外側磁気シールド部材５０２は、図６に示すような板状であってもよいし、図７に示すような格子形状であってもよいし、図８に示すような枠形状であってもよい。
【００５０】
以上のような第３の実施の形態では、径方向に二つの磁気シールド部材５０１，５０２が配置されるため、もれ磁束の通過を効果的に抑制することができる。
【００５１】
特に内側磁気シールド部材５０１は固定子鉄心２０の外周面に当接した状態で取り付けられるため、もれ磁束が閉回路状部分に鎖交することが効果的に抑制される。また、外側磁気シールド部材５０２はその外周面がリブ３１の外周面と面一になるように取り付けられるため、もれ磁束が閉回路状部分に鎖交することが効果的に抑制される。そのため、閉回路状部分における渦電流の発生を極めて効果的に抑制することが可能となる。
【００５２】
以上、各実施の形態を説明したが、上記の各実施の形態は、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。この新規な実施の形態は、その他の様々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。この実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００５３】
１…回転電機、１０…固定子、１１…固定子フレーム、１２…外周板、２０…固定子鉄心、２０Ｅ…軸方向端部、２１…積層鉄心、２１Ｇ…鉄心ブロック、２２…内側間隔片、２３…外側間隔片、２４…電機子コイル、３１…リブ、３２…鉄心押え板、３３…鉄心押えリング、３４…鉄心支持板、３５…隔板、３６…ばね棒、３８…ばね板、４０…回転子、４１…界磁コイル、５０…磁気シールド部材、５０Ａ…開口部分、５０１…内側磁気シールド部材、５０２…外側磁気シールド部材、５１…第１辺部、５２…第２辺部、５３…絶縁部材、５５…磁束シャント、５６…固定アーム、５７…接続部分、３００…支持装置、Ｃ１…回転中心軸
【図１】
2019110639.tif 000003
【図２】
2019110639.tif 000004
【図３】
2019110639.tif 000005
【図４】
2019110639.tif 000006
【図５】
2019110639.tif 000007
【図６】
2019110639.tif 000008
【図７】
2019110639.tif 000009
【図８】
2019110639.tif 000010
【図９】
2019110639.tif 000011
【図１０】
2019110639.tif 000012
【図１１】
2019110639.tif 000013