(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と前記永久磁石外径側に前記永久磁石を保持するポールシューとを回転子に備え、前記ポールシューの軸方向端部における外径寸法を軸方向中央部における外径寸法よりも小さくすると共に、前記ポールシューの軸方向中心位置にボルト穴を設け、このボルト穴を通してボルトにより径方向から締めつけることによりポールシューおよび永久磁石を保持すると共に、前記ポールシューおよび／または永久磁石の径方向断面を円形または楕円形としたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記回転子の外径側に固定子鉄心を有し、前記回転子鉄心の全て又は一部を磁性粉末により形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記回転子の外径側に固定子鉄心を有し、前記回転子鉄心の軸方向端部における内径寸法を軸方向中央部における内径寸法よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記回転子の外径側に固定子鉄心を有し、前記回転子鉄心の軸方向の中央部から端部につれて、段階的に内径寸法を小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
軸方向中央部における内径寸法と異なる内径寸法を有する部分を、磁性粉末により形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
軸方向中央部における内径寸法と異なる内径寸法を有する部分の軸側部分を、磁性粉末により形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石を用いた回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機の例としては、特開平９−２３５９９号公報に、界磁用永久磁石をポールシューとボルトを用いて固定した回転電機が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２３５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１に示されるように界磁に永久磁石を用いた回転電機では、ポールシューを用い、ボルトで締付けて回転子に磁石を固定している。こうした回転電機において、回転子の径が大きい、回転速度が速いなどの理由により、磁極に大きな遠心力が懸かる場合、ポールシューの反りやめくれが起こる場合がある。
【０００５】
本発明は、回転子に大きな遠心力が懸かる場合でもポールシューの反りやめくれを防ぐ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】
【０００６】
本発明の一つの特徴は、回転電機を永久磁石と永久磁石外径側に永久磁石を保持するポールシューとを回転子に備え、ポールシューの軸方向端部における外径寸法を軸方向中央部における外径寸法よりも小さくしたことにある。また、本発明のもう一つの特徴は、回転子の外径側に前記回転子と同心に配置された固定子鉄心の軸方向端部における内径寸法を軸方向中央部における内径寸法よりも小さくしたことにある。
【０００７】
本発明のその他の特徴は、発明を実施するための最良の形態の欄で説明する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転子に大きな遠心力が懸かる場合でもポールシューの反りやめくれを防ぎ、かつ出力低下を防ぐことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例に基づき説明する。図１４に従来の回転電機を示す。図１４は回転電機を周方向から見た図であり、ポールシュー１と回転子に形成された台座５との間に永久磁石２を配して磁極を構成している。従来の構造では、軸方向のどの位置においても、回転子外径および固定子内径は均一となっている。
【００１０】
ここで従来の回転電機においては、回転子の径が大きい、回転速度が速いなどの理由により、磁極に大きな遠心力が懸かる場合、ポールシューの反りやめくれが起こるという課題がある。
【実施例１】
【００１１】
そこで、本発明の第１の実施例では、図１に示すようにポールシュー１と回転子に形成された台座５との間に永久磁石２を配して磁極を構成している。ポールシュー１および永久磁石２は非磁性ボルトによる締付けまたはバインドの巻きつけにより固定される。永久磁石２は径方向に異方性を示すよう着磁されている。なお、ポールシューは鉄などの強磁性体で構成されており永久磁石から出る磁束を固定子巻線に効果的に伝えるようにするためのものである。また、永久磁石を回転子の表面に備えることも考えられるが、回転子が高速に回転するために永久磁石が劣化して吹き飛ぶことが考えられる。そこで、永久磁石の外側から硬度のあるポールシュー１で押さえつけている。さらに、永久磁石を外側からポールシューで押さえるのに、図８，図９のようにポールシューの中心で非磁性ボルトで締付け固定している。そのため、軸方向両端でボルトが支点となり、ポールシューの軸方向両端における支点からの距離が大きくなるため両端で応力がかかり反りやめくれがおこることが課題である。
【００１２】
そこで、本実施例では、ポールシュー１の軸方向両端における外径寸法Ｒａを軸方向中央部における外径寸法Ｒｂよりも小さくしてある。これにより、両端での荷重を減らすことができ、両端の応力が減りポールシューの両端の反りやめくれを防止することができる。
【００１３】
本発明の一つの特徴は、永久磁石と前記永久磁石外径側に前記永久磁石を保持するポールシューとを回転子に備え、前記ポールシューの軸方向端部における外径寸法を軸方向中央部における外径寸法よりも小さくすると共に、前記ポールシューの軸方向中心位置にボルト穴を設け、このボルト穴を通してボルトにより径方向から締めつけることによりポールシューおよび永久磁石を保持すると共に、前記ポールシューおよび／または永久磁石の径方向断面を円形または楕円形としたことにある。
【実施例２】
【００１４】
なお、実施例１では、回転子の軸方向両端の外径を小さくすると、固定子内周とのギャップが大きくなるため、磁束の漏れが増加して出力が低下するという課題がある。
【００１５】
そこで、本発明の第２の実施例では、図２および図３に示すように固定子鉄心３の軸方向端部における内径寸法Ｒｃを軸方向中央部における内径寸法Ｒｄよりも小さくしてある。これにより軸方向両端における磁束の漏れを防ぎ、出力低下を防いでいる。
【００１６】
図１９には、ポールシューの上面径Ｗptと下面径Ｗpsとの比Ｗpt／Ｗpsを横軸とした場合における、固定子鉄心３の軸方向における内径寸法を端部と中央部とで同じにした場合の出力電圧を実線で示した。そして、固定子鉄心３の軸方向端部における内径寸法Ｒｃを、軸方向端部での最小ギャップを軸方向中央部での最小ギャップと同寸になるようにした場合の出力電圧を破線に示した。図１９に見られるように、Ｗpt／Ｗpsを小さくするに伴い電圧が減少することがわかる。そこで、本発明の実施例２に示すように、固定子の内径を軸方向位置によって連続的に変え、軸方向端部での最小ギャップを軸方向中央部での最小ギャップと同寸になるようにすれば、図１９中に破線で示すように電圧を改善することができることがわかる。
【００１７】
また、図２は固定子鉄心３の内径を軸方向位置によって連続的に変化させているが、図３に示すように固定子鉄心内径を段階的に変化させる部分を設けてもよい。
【００１８】
また、図１５に示すように、回転子についても段階的に外径を変化させる部分を設けてもよい。
【実施例３】
【００１９】
本発明の第３の実施例を図４から図６に示す。本実施例は、本発明による回転電機の回転子の一例を示すものであり、図４は磁極を径方向から見た図、図５は周方向から、図６は軸方向からそれぞれ見た図である。ポールシュー１と矩形断面を有する永久磁石２は非磁性ボルト６の締付けにより台座５に固定されている。ポールシュー１は軸方向中央部における外径よりも軸方向端部における外径を小さくしてあり、回転時の遠心力によるポールシューの軸方向両端における反りやめくれを防いでいる。
【００２０】
ここで、複数のボルトによってポールシューおよび永久磁石を保持しようとすると、特定のボルトに荷重がかかり、ボルトあるいはボルト穴が破断する可能性がある。一方、角型の径方向断面を有するポールシューおよび永久磁石に対して１本のボルトで締付けを行うと、周方向の両端において、めくれあがりが顕著になる可能性がある。
【実施例４】
【００２１】
そこで、図７から図９に示す実施例４では、ポールシュー１および永久磁石２の径方向断面形状を円形とし、各々の軸方向中心にボルト穴を設けてあり、径方向からボルト６で締付けてこれらを固定してある。ボルト１本によって１対のポールシューおよび永久磁石を保持することにより、特定ボルトに荷重がかかることを防ぐことが出来る。また、ポールシューおよび永久磁石の断面形状を円形としたことにより、軸方向のみならず周方向に対してもめくれや反りを防ぐことが可能である。図７に示す径方向から見た断面図では、ポールシューおよび永久磁石の径方向断面が円形の実施例を示しているが、設置箇所の制限などにより図１６および図１７に示すように楕円形としてもめくれや反りを防ぐ効果を得ることが出来る。
【実施例５】
【００２２】
内径寸法を軸方向中央部よりも小さくした固定子鉄心の軸方向端部においては、磁極から固定子鉄心に対して軸方向に入射する磁束が増加する。鋼帯から打ち抜いた鉄板で固定子鉄心を構成する場合、この軸方向に入射する磁束により渦電流損が生じ、局所的な加熱を引き起こすという課題がある。
【００２３】
そこで、本発明の実施例５では、図１０に示すように固定子鉄心３のティース７にスリット８を設けて、渦電流損を低減し、局所的な過熱を防いでいる。ここでは、ティース１本に付き１本スリットを入れた例を示しているが、スリットは複数であってもよい。
【実施例６】
【００２４】
また、図１１および図１２に示す本発明の実施例６では、軸方向中央部よりも内径を小さくした固定子鉄心の両端部を磁性粉末から形成した固定子鉄心１０で構成している。これにより渦電流損を低減し、局所的な過熱を防ぐことができる。
【００２５】
鋼帯から打ち抜いた鉄板で固定子鉄心を構成する場合、固定子鉄心の内径を変えるには、複数の抜き型を用意する必要があり、製作工数の増加に繋がる。本実施例では、内径の異なる固定子鉄心の両端部を磁性粉末により構成することにより、製作工数の低減も可能である。図１１は固定子鉄心両端部を全て磁性粉末により構成しているが、図１２に示すようにティース部分のみを磁性粉末から形成した固定子鉄心１０で構成してもよい。また、図１８に示すように、固定子鉄心全体を磁性粉末から構成してもよい。
【実施例７】
【００２６】
本発明の実施例７を図１３に示す。図１３は本発明の回転電機を副励磁機として備えたタービン発電機システムを示すものである。主機回転軸１１に主励磁機１４と副励磁機
１５が取付けられており、主励磁機および副励磁機の回転子は主機回転軸の回転に伴って回転するよう構成されている。本実施例において、副励磁機は主励磁機と軸方向に見て反対側に取付けてある。これにより、タービン発電機全体の軸長短縮が可能である。しかし、軸方向反対側に取付けるにあたっては、回転軸の径が大きく回転速度が高速であること、カップリング１８と軸受１６との間の限られた空間に取付ける必要があることが課題となる。
【００２７】
そこで本実施の形態では、本発明に記載のいずれかの回転電機を副励磁機として備えることで、上記課題を解決した。すなわち、
１）回転軸径が大きく、回転速度が速い状態でも本発明記載のポールシュー形状により
、反りやめくれを防いでいること、
２）本発明記載の固定子鉄心形状により出力低下を防ぎ、副励磁機の体格が小型化され    て限られた空間に取付け可能であること
が本実施例の構成を可能なことより、タービン発電機システムの劣化を防止することができ、寿命を長くすることができる。さらには径方向からのボルト締めを行うことにより、製作およびメンテナンスも容易に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１の回転電機を周方向から見た図。
【図２】本発明の実施例２の回転電機を周方向から見た図。
【図３】本発明の実施例２の回転電機を周方向から見た図。
【図４】本発明の実施例３に示す回転電機の磁極を径方向から見た図。
【図５】本発明の実施例３に示す回転電機の磁極を周方向から見た図。
【図６】本発明の実施例３に示す回転電機の磁極を軸方向から見た図。
【図７】本発明の実施例４に示す回転電機の磁極を径方向から見た図。
【図８】本発明の実施例４に示す回転電機の磁極を周方向から見た図。
【図９】本発明の実施例４に示す回転電機の磁極を軸方向から見た図。
【図１０】本発明の実施例５の固定子鉄心を示す図。
【図１１】本発明の実施例６の回転電機を周方向から見た図。
【図１２】本発明の実施例６の回転電機を周方向から見た図。
【図１３】本発明の実施例７の発電システムを示す図。
【図１４】従来の回転電機を周方向から見た図。
【図１５】実施例２の回転子外径を段階的に変化させた回転電機を周方向から見た図。
【図１６】実施例４のポールシューおよび永久磁石を楕円形とした回転電機の磁極を径方向から見た図。
【図１７】実施例４のポールシューおよび永久磁石を楕円形とした回転電機の磁極を径方向から見た図。
【図１８】本発明の実施例６の回転電機を周方向から見た図。
【図１９】ポールシュー上面径と下面径との比に対する電圧の関係を示す図
【符号の説明】
【００２９】
１…ポールシュー、２…永久磁石、３…固定子鉄心、４…電機子巻線、５…台座、６…ボルト、７…ティース、８…スリット、９…固定子鉄心の端部、１０…磁性粉末から形成される固定子鉄心、１１…主機回転軸、１２…フレーム、１３…主機固定子鉄心、１４…主励磁機、１５…副励磁機、１６…軸受、１７…回転整流子。
【図１】
0004696900.tif 000002
【図２】
0004696900.tif 000003
【図３】
0004696900.tif 000004
【図４】
0004696900.tif 000005
【図５】
0004696900.tif 000006
【図６】
0004696900.tif 000007
【図７】
0004696900.tif 000008
【図８】
0004696900.tif 000009
【図９】
0004696900.tif 000010
【図１０】
0004696900.tif 000011
【図１１】
0004696900.tif 000012
【図１２】
0004696900.tif 000013
【図１３】
0004696900.tif 000014
【図１４】
0004696900.tif 000015
【図１５】
0004696900.tif 000016
【図１６】
0004696900.tif 000017
【図１７】
0004696900.tif 000018
【図１８】
0004696900.tif 000019
【図１９】
0004696900.tif 000020