(57)【要約】【課題】本発明は、固定子巻線を集中巻きして装着する磁極鉄心の固定が強固にできる回転電機を提供することにある。【解決手段】本発明は、固定子鉄心９を、複数の磁極鉄心１６とこれら磁極鉄心１６間を磁気的に接続し磁極鉄心１６とは分割された継鉄１７とで構成すると共に、前記磁極鉄心１６の外周部と前記継鉄１７とを夫々別個に固定部材（２０）に固定したのである。上記構成によれば、磁極鉄心１６と継鉄１７とが固定部材（２０）に対して夫々別個に固定されるので、安定した固定を行うことができ、運転時の振動や騒音の発生を抑えることができるのである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と対向して設けられた固定子鉄心の内径方向に突出した磁極鉄心に固定子巻線を集中巻した回転電機において、前記固定子鉄心は、複数の磁極鉄心とこれら磁極鉄心間を磁気的に接続する継鉄とを有し、この継鉄と前記磁極鉄心とは分割されており、かつ前記磁極鉄心と前記継鉄とは夫々固定部材に固定されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記磁極鉄心の外周部は、前記継鉄の外周部と連続した周面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記磁極鉄心は、固定子巻線を装着する巻線装着部と、前記固定部材に固定される固定部とを有し、この固定部を挟むように前記継鉄が両側から接するように構成され、かつ前記固定部の前記継鉄が接する２面が平行又は外周側が狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項４】
固定子巻線を集中巻きした固定子鉄心を備えた回転電機において、前記固定子鉄心は、内径方向に突出した複数の磁極鉄心と、これら磁極鉄心に当接して磁極鉄心間を磁気的に接続する継鉄とを有し、前記磁極鉄心の外周部と前記継鉄とは夫々固定部材に固定されており、かつ前記磁極鉄心は回転子と対向する磁極頭部を有し、この磁極頭部の周方向端部を周方向にスキューさせたことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
回転子と対向して設けられた固定子鉄心の内径方向に突出した磁極鉄心に固定子巻線を集中巻きした回転電機において、前記固定子鉄心は、内径方向に突出した複数の磁極鉄心とこれら磁極鉄心に当接して磁極鉄心間を磁気的に接続する継鉄とを有し、前記磁極鉄心は、固定子巻線を装着する巻線装着部と、固定部材に固定される固定部と、前記回転子に対向する位置に形成された周方向に非対称の磁極頭部とを有する磁性薄鋼板を複数積層して構成されており、かつ前記磁極鉄心は、第１の磁極鉄心群と第２の磁極鉄心群とを積層して構成されており、この第１の磁極鉄心群と第２の磁極鉄心群とを前記非対称の磁極頭部が互いに逆向きとなるように積層したことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
前記磁極鉄心の磁極頭部には、スリットが設けられていることを特徴とする請求項５記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子鉄心の内径方向に突出した磁極鉄心に固定子巻線を集中巻した回転電機に係り、特に、磁極鉄心の固定を改善した回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固定子鉄心の内径方向に突出した磁極鉄心に固定子巻線を集中巻した回転電機は、例えば特許文献１に記載のように、既に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４１８８９号公報（図１〜図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術によれば、複数の磁極鉄心とこれら磁極鉄心を磁気的に接続する継鉄が分割できる構造となっているので、固定子巻線の磁極鉄心への装着は容易になる。
【０００５】
しかしながら、磁極鉄心が継鉄に対して鳩尾状結合によって固定される構造のために、磁極鉄心の固定が安定せず、運転時に振動や騒音を生じる恐れがある。
【０００６】
本発明の目的は、固定子巻線を集中巻きして装着する磁極鉄心の固定が強固に行い得る回転電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、固定子鉄心を、複数の磁極鉄心と、これら磁極鉄心間を磁気的に接続し前記磁極鉄心とは分割された継鉄とで構成すると共に、前記磁極鉄心と前記継鉄とを夫々別個に固定部材に固定したのである。
【０００８】
上記構成によれば、磁極鉄心と継鉄とが固定部材に対して夫々別個に固定されるので、安定した固定を行うことができ、運転時の振動や騒音の発生を抑えることができるのである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明による回転電機の第１の実施の形態を、図１〜図６に示す可変速発電設備である例えば風力発電設備に基づいて説明する。
【００１０】
風力発電設備は、固定子２と回転子３を備えた交流励磁式発電機（以下、発電機と称する）１と、発電機１の回転子３を駆動する風車４と、発電された電力を端子５から供給する電力系６と、発電された電力又は電力系６からの電力を前記回転子３の励磁端子８に供給する可変周波数交流励磁装置７とを備えている。
【００１１】
前記発電機１の固定子２は、固定子鉄心９と、この固定子鉄心９に集中巻きされた固定子巻線（電機子巻線）１０と、これら固定子２を被って支持するケーシング１１とを有している。
【００１２】
前記回転子３は、前記ケーシング１１に軸支された回転軸１２と、この回転軸１２に固定された回転子鉄心１３と、この回転子鉄心１３に分布巻きされた回転子巻線（励磁巻線）１４とを有している。
【００１３】
尚、前記固定子鉄心９及び回転子鉄心１３は、夫々磁性薄鋼板を積層して形成されており、積層方向の複数箇所に半径方向に延在する間隔片１５Ｓ，１５Ｒを介在させ、冷却風が流通する通風ダクトを形成している。
【００１４】
前記固定子鉄心９は、内径方向に突出する複数の磁極鉄心１６と、これら磁極鉄心１６を外径側で磁気的に接続する継鉄１７とで構成されている。そして、磁極鉄心１６は、固定子巻線１０を装着する巻線装着部１６ａと、後述する固定部材に固定される固定部１６ｂと、前記回転子３に対向する位置に周方向に形成された磁極頭部１６ｃとを有する。磁極鉄心１６の外周部に位置する固定部１６ｂは鳩尾状に形成されており、その外周面の磁性薄鋼板積層方向に凹溝が形成され、この凹溝内に締結具１８が挿入されて溶接されている。また、固定子巻線１０の装着前において、磁極鉄心１６の磁極頭部１６ｃの内周面側には、仮締結具１９が装着されている。
【００１５】
前記継鉄１７は、磁極鉄心１６の固定部１６ｂを周方向の両側から挟み込むように配置され、固定部１６ｂの外周面と一致する外周面を有している。
【００１６】
上記構成の固定子鉄心６の外周部に、複数の固定桁２０が磁性薄鋼板の積層方向に長く配置されており、この固定桁２０に磁極鉄心１６と継鉄１７とが夫々溶接等周知の手段で固定されている。この固定桁２０が磁極鉄心１６の固定部１６ｂを固定する固定部材となる。これら固定桁２０で固定された固定子鉄心９は、固定桁２０と直交する固定環２１を介して前記ケーシング１１の内周に装着されて固定される。
【００１７】
上記のように構成された発電機１の組立てに際しては、先ず、磁極鉄心１６を図３に示すように、仮締結具１９を装着した状態にしておき、この状態で、図示しないボビン等を介して巻線装着部１６ａに固定子巻線１０を装着する。この固定子巻線１０は、予め、巻線装着部１６ａに集中巻き状態で装着できるように、成形され絶縁樹脂で固められているものである。
【００１８】
次に、磁極鉄心１６に固定子巻線１０が装着されたなら、仮締結具１９を撤去し、図４及び図５に示すように、回転子３と同心の周面を有する円筒状雇２２の周面に磁極鉄心１６の磁極頭部１６ｃをあてがい、その後、各磁極鉄心１６の固定部１６ｂを両側から挟むように継鉄１７を順次嵌め込んで行く。
【００１９】
その後、磁極鉄心１６及び継鉄１７の外周に固定桁２０を固定し、固定環２１を介してケーシング１１を装着する。尚、固定桁２０は、円筒状雇２２に磁極鉄心１６をあてがう前に、予め、磁極鉄心１６及び継鉄１７に固定しておいてもよい。
【００２０】
ケーシング１１が装着されたのち、円筒状雇２２を撤去し、ケーシング１１内に、別工程で組立てられた回転子３に組み込んで発電機１の組立てを完成させる。
【００２１】
以上説明したように、磁極鉄心１６が固定桁２０によって強固に固定されるので、間接的に固定される従来に比べて、安定した固定が行われ、運転時の振動や騒音の発生を抑えることができる。
【００２２】
尚、本実施の形態においては４極機を示しているので、磁極鉄心１６の間隔は、図４に示すように、６０°となるが、６極機では、磁極鉄心１６の間隔が４０°となる。ここで、４極機及び６極機共に、固定桁２０の数を同一にするために、固定桁２０の間隔を２０°として全周で１８本設置している。
【００２３】
さらに、上記実施の形態においては、隣接する固定子巻線１０と継鉄１７の内周側との間に、ほぼ三角形状の空間２３が形成されるが、この空間２３に冷却風を流通させることにより固定子巻線１０を直接冷却することができる。このような空間２３は、図７の変形例に示すように、隣接する固定子巻線１０の対向部１０Ａ，１０Ｂを平行になるように形成することにより、断面積を増加させて冷却風の流通量を増加させることができる。
【００２４】
この外、上記実施の形態においては、磁極鉄心１６の固定部１６ｂが鳩尾状に形成されているので、図４に示す組立て時には、継鉄１７を軸方向に移動させながら隣接磁極鉄心１６の固定部１６ｂ間に装着しなければならない。しかし、図８の変形例に示すように、継鉄１７が周方向の両側から接する磁極鉄心１６の固定部１６ｂの２面２４Ａ，２４Ｂを、平行又は外周側が狭くなるように、云い代えれば継鉄１７の内径側の角度αを９０°以上に設定し、これと接するように固定部１６ｂの形状を形成することにより、継鉄１７の隣接磁極鉄心１６間への装着工程において、継鉄１７を軸方向のみならず外径側から内径側に嵌め込むことが可能となり、組立て作業を容易にすることができる。
【００２５】
さらにまた、上記実施の形態においては、固定子鉄心９に間隔片１５Ｓを設けて磁極鉄心１６の巻線装着部１６ａ，固定部１６ｂ，磁極頭部１６ｃを半径方向に貫通する通風ダクトを形成しているが、磁極鉄心１６の固定部１６ｂには設けず、巻線装着部１６ａと磁極頭部１６ｃのみに設けるようにしてもよい。
【００２６】
ところで、組立てに用いる円筒状雇２２を、図９に示すように、複数の雇片２２Ａ，２２Ｂに分割し、さらに各雇片２２Ａ，２２Ｂにテーパを設けて組合わせるようにすれば、固定子２の組立て終了後の円筒状雇２２の撤去が容易になる。
【００２７】
次に本発明による回転電機の第２に実施の形態について図１０に基づいて説明する。交流励磁式発電機１において、回転子巻線１４で発生する界磁は、正弦波でなく階段状の矩形波形となるため、固定子巻線１０に誘導される電圧波形に歪が生じる。そこで本実施の形態では、隣接する磁極鉄心１６の磁極頭部１６ｃ間の隙間２５を周方向に次第にずらしてゆき、結果的に隙間２５を回転軸線方向に対してスキューさせ、固定子巻線１０の電圧波形の歪を低減している。
【００２８】
この電圧波形の歪の低減は、図１１よりは図１２と云うように、磁極頭部１６ｃの一方側１６ｄを隣接磁極側に突出させる量を大きくすることにより、適用される発電機１に適したスキュー角を得ることができる。
【００２９】
また本実施の形態によれば、磁極頭部１６ｃのみスキュー形状としたので、磁極鉄心１６の巻線装着部１６ａへの固定子巻線１０の装着は第１の実施の形態と変ることはない。
【００３０】
本実施の形態によれば、第１の実施の形態と同じ効果を奏することができると共に、固定子巻線１０の電圧波形の歪を低減することができる。
【００３１】
さらに、本実施の形態の変形として、図１０〜図１２に２点鎖線で示したように、磁極頭部１６ｃから巻線装着部１６ａにかけてスリット２６を設けることにより、磁束の流れを変化させることができ、磁極頭部１６ｃのスキュー角の最適化が図り易くなり、固定子巻線１０の電圧波形の歪を低減し易くすることができる。
【００３２】
この変形例においては、スリット２６が磁極鉄心１６内に形成されたものであるが、図１３〜図１５に示すように、磁極鉄心１６の巻線装着部１６ａから磁極頭部１６ｃを通って図示しない回転子側に開口するスリット２７を形成してもよい。
【００３３】
次に、本発明による回転電機の第３の実施の形態を図１６及び図１７に基づいて説明する。
【００３４】
本実施の形態が第２の実施の形態と異なるのは、固定子鉄心９、特に、磁極鉄心１６の積層方法である。即ち、第２の実施の形態においては、隣接する磁極鉄心１６の磁極頭部１６ｃの隙間２５をスキューさせるには、磁極頭部１６ｃの形状が異なる複数種の磁性薄鋼板を用意し、これらを積層して磁極鉄心１６とすることにより、連続したスキュー形状を得ている。しかし、磁極頭部形状の異なる複数種の磁性薄鋼板を用意しなければならない点で、製造費用が増大する。
【００３５】
そこで、本実施の形態においては、磁極鉄心１６の中心に対して周方向に非対称となるように、磁極頭部１６ｃの一方側１６ｄを隣接磁極側に突出させた一種類の磁性薄鋼板を形成し、これを積層して第１の磁極鉄心群１６Ａと第２鉄心群１６Ｂとを構成し、次に、第１の鉄心群１６Ａあるいは第１の鉄心群１６Ｂのいずれか一方側を裏返しにして他方側に積み重ねるのである。即ち、第１の磁極鉄心群１６Ａと第２に磁極鉄心群１６Ｂとを、非対称の磁極頭部１６ｃが逆向きとなるように積層したのである。
【００３６】
このように第１の鉄心群１６Ａと第１の鉄心群１６Ｂとを非対称の磁極頭部１６ｃが逆向きとなるように積み重ねることにより、隣接磁極鉄心１６の磁極頭部１６ｃ間の隙間２５Ａ，２５Ｂは、磁極鉄心１６の積層方向の中間部から周方向にＬ寸法ずれることになり、このずれが磁極鉄心１６の磁極頭部１６ｃのみをスキューさせたと同じ機能を有し、図示しない固定子巻線に誘起される電圧波形の歪を低減させることができるのである。
【００３７】
このように本実施の形態によれば、一種類の磁性薄鋼板の積層法を変えることでスキュー効果を奏することができ、その結果、固定子鉄心９の製造費の上昇を抑えることができる。
【００３８】
以上説明した各実施の形態において、回転電機の一例として風力発電設備に用いる交流励磁式発電機を説明したが、集中巻きした固定子巻線を備えた回転電機であれば、発電機か電動機かに特定されず、本発明を適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、固定子巻線を集中巻きして装着する磁極鉄心の固定が強固にできる回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す要部縦断正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う縦断側面図。
【図３】図１及び図２に示す磁極鉄心の斜視図。
【図４】回転電機の組立て状態を説明する図１相当図。
【図５】回転電機の組立て状態を説明する図２相当図。
【図６】回転電機としての適用例を示す模式図。
【図７】第１の実施の形態の変形例を示す図１相当図。
【図８】第１の実施の形態のさらなる変形例を示す図１相当図。
【図９】回転電機の組立て状態を説明する図５相当図。
【図１０】本発明による回転電機の第２の実施の形態を示す固定子鉄心の正面図。
【図１１】図１０の変形例を示す図１０相当図。
【図１２】図１１の変形例を示す図１１相当図。
【図１３】図１０のさらなる変形例を示す図１０相当図。
【図１４】図１１のさらなる変形例を示す図１１相当図。
【図１５】図１２のさらなる変形例を示す図１２相当図。
【図１６】本発明による回転電機の第３の実施の形態を示す固定子鉄心の積層方法の説明図。
【図１７】図１６の固定子鉄心の展開図。
【符号の説明】
２…固定子、３…回転子、９…固定子鉄心、１０…固定子巻線、１１…ケーシング、１２…回転軸、１３…回転子鉄心、１４…回転子巻線、１６…磁極鉄心、１６ａ…巻線装着部、１６ｂ…固定部、１６ｃ…磁極頭部、１６Ａ…第１の磁極鉄心群、１６Ｂ…第２の磁極鉄心群、１７…継鉄、１８…締結具、１９…仮締結具、２０…固定桁、２１…固定環、２２…円筒状雇、２４Ａ，２４Ｂ…継鉄１７と接する２面、２５，２５Ａ，２５Ｂ…隙間、２６，２７…スリット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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