(57)【要約】【課題】本発明の課題は、固定子の外径を大きくし磁束の通る面積を大きくし、固定子鉄心の磁束密度を低減したものであっても、電磁鋼板の使用量を増やすことなく、重量やコスト面での制約を受けることのない回転電機を提供することにある。【解決手段】本発明は、上記課題を下記決するために、回転子鉄心に界磁巻線が巻回されて形成される回転子と、該回転子と所定間隙をもって対向配置され、固定子鉄心に電機子巻線が巻回されて形成される固定子とを備え、前記固定子鉄心は、前記電機子巻線を挿入するためのティース部分と外周部のコアバックから成る分割片を電磁鋼板から打ち抜き、この分割片を周方向に複数並べて円としたものを軸方向に複数枚積層して構成される回転電機において、前記固定子鉄心は、軸方向端部における電磁鋼板の外径が、軸方向中央部における電磁鋼板の外径より大きいことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、該回転子と所定間隙をもって対向配置され、固定子鉄心に電機子巻線が巻回されて形成される固定子とを備え、前記固定子鉄心は、円形状の電磁鋼板を軸方向に複数枚積層して構成される回転電機において、
前記固定子鉄心は、軸方向端部における電磁鋼板の外径が、軸方向中央部における電磁鋼板の外径より大きいことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
回転子鉄心に界磁巻線が巻回されて形成される回転子と、該回転子と所定間隙をもって対向配置され、固定子鉄心に電機子巻線が巻回されて形成される固定子とを備え、前記固定子鉄心は、前記電機子巻線を挿入するためのティース部分と外周部のコアバックから成る分割片を電磁鋼板から打ち抜き、この分割片を周方向に複数並べて円としたものを軸方向に複数枚積層して構成される回転電機において、
前記固定子鉄心は、軸方向端部における電磁鋼板の外径が、軸方向中央部における電磁鋼板の外径より大きいことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心は、軸方向端部における電磁鋼板の外径が、軸方向のある点を境に、軸方向中央部における電磁鋼板の外径より急激に大きくなっていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心は、軸方向端部における電磁鋼板の外径が、軸方向のある点を境に、軸方向中央部における電磁鋼板の外径より段階的に大きくなっていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心は、軸方向端部における電磁鋼板の外径が、軸方向のある点を境に、軸方向中央部における電磁鋼板の外径より急激に大きくなっていると共に、外径が大きくなった部分の電磁鋼板には、固定子鉄心固定具を通すための穴があけられていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心は、軸方向端部における電磁鋼板の外径が、軸方向のある点を境に、軸方向中央部における電磁鋼板の外径より段階的に大きくなっていると共に、外径が大きくなった部分の電磁鋼板には、固定子鉄心固定具を通すための穴があけられていることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１に記載の回転電機において、
前記回転子は、回転子鉄心と、該回転子鉄心に形成されているスロットに収納されている永久磁石とを備えていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機に係り、例えばタービン発電機等の如く、その固定子鉄心が電磁鋼板を積層して構成されるものに好適な回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、タービン発電機などの大型回転電機の固定子鉄心は、図５に示す様に、電磁鋼板を鋼帯１１から扇形の分割片１２に複数枚打ち抜き、この扇形の分割片１２を周方向に複数並べて円状に配置しつつ、軸方向に複数枚積層することで円筒形状に構成されている。図４は、扇形の分割片１２の一例を示している。扇形の分割片１２は、図示しない巻線を挿入するためのスロット３を挟むティース部１と、このティース部１の外周部であるコアバック２から形成されている。
【０００３】
尚、固定子鉄心の電磁鋼板の厚みは、典型的には０.２〜１.０mm程度であり、表面にワニス処理が施されている。
【０００４】
従来の回転電機における固定子鉄心の構成を図３及び図６に示す。図３は固定子鉄心４を周方向から見た断面図であり、径方向に半分、軸方向の端に近い一部分を示している。又、図６は固定子鉄心４と固定子鉄心固定具６を軸方向、即ち、図３において矢印Ｂで示す方向から見た断面図の一部分である。
【０００５】
図３に示す如く、従来の回転電機は、回転子鉄心に界磁巻線（回転子コイル）が巻回されて形成される回転子９と、この回転子９と所定間隙をもって対向配置され、固定子鉄心４に電機子巻線（固定子コイル）５が巻回されて形成される固定子とを備え、前記固定子鉄心４は、上述したように、固定子コイル５を挿入するためのティース部１と外周部のコアバック２から成る扇形の分割片１２を電磁鋼板から打ち抜き、この分割片１２を周方向に複数並べて円としたものを軸方向に複数枚積層し、軸方向両端にエンドスペーサ８が配置されて構成される。また、積層された固定子鉄心４とエンドスペーサ８は、固定子鉄心固定具６によって軸方向に固定されたステータエンドプレート７により、両端から軸方向に圧力を加えて固定されている。更に、固定子コイル５は、固定子鉄心４のスロット部３にはめ込まれている。回転子９には、上述した如く、界磁巻線（図示せず）が巻回されており、リテイニングリング１０によって遠心力に対し抑えられている。尚、図６に示す如く、固定子鉄心４は、固定子鉄心固定具６によって周方向及び径方向に固定されている。
【０００６】
従来の回転電機の運転時における固定子鉄心コアバック部の周方向磁束密度分布の概略図を図８に示す。該図に示す如く、回転電機の運転時、固定子鉄心のコアバック部の磁束密度は、軸方向にみて中央部に比べて端部のほうが高くなる。これは、コア端部では、エンドコイルや回転子からの漏れ磁束が入ってくるため、周方向磁束が増加することに起因している。磁束密度が高くなると、固定子鉄心は磁気飽和し、磁気特性として不安定な領域を使用することとなり、また損失も大きくなる。
【０００７】
この固定子鉄心端部の磁束密度低減策としては、特開昭６１−１９９４３７号公報のように、固定子鉄心端部へ入射する漏れ磁束を吸収する磁束シャントを改良することが提案されている。また、固定子端部の損失低減を図ったものとしては、特開２００３−１９９２６７号公報、特開２００７−３１２４７５号公報、特開２００９−２８４７５６号公報等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１９９４３７号公報
【特許文献２】特開２００３−１９９２６７号公報
【特許文献３】特開２００７−３１２４７５号公報
【特許文献４】特開２００９−２８４７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような、固定子鉄心コアバック部の磁気飽和を避けるために磁束密度を低減するには、固定子の外径を大きくし磁束の通る面積を大きくする必要がある。
【００１０】
しかしながら、従来の構成で上記を達成するには、固定子の外径を大きくして磁束の通る面積を大きくすることが考えられるが、そのためには、回転電機の体格を大きくしなければならず、その分、電磁鋼板の使用量を増やすことになるため、重量やコスト面での制約を受けることになる。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、固定子の外径を大きくして磁束の通る面積を大きくし、固定子鉄心の磁束密度を低減したものであっても、電磁鋼板の使用量を増やすことなく、重量やコスト面での制約を受けることのない回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、回転子と、該回転子と所定間隙をもって対向配置され、固定子鉄心に電機子巻線が巻回されて形成される固定子とを備え、前記固定子鉄心は、円形状の電磁鋼板を軸方向に複数枚積層して構成されるか、若しくは、回転子鉄心に界磁巻線が巻回されて形成される回転子と、該回転子と所定間隙をもって対向配置され、固定子鉄心に電機子巻線が巻回されて形成される固定子とを備え、前記固定子鉄心は、前記電機子巻線を挿入するためのティース部分と外周部のコアバックから成る分割片を電磁鋼板から打ち抜き、この分割片を周方向に複数並べて円としたものを軸方向に複数枚積層して構成される回転電機において、前記固定子鉄心は、軸方向端部における電磁鋼板の外径が、軸方向中央部における電磁鋼板の外径より大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、軸方向端部においてのみ固定子鉄心の外径を大きくし、磁束の通る面積を大きくすることで磁束密度が低減され、一方、磁束密度が比較的大きくなりにくい軸方向中央部では、固定子鉄心の外径を大きくする必要がないので、使用する電磁鋼板の量を必要以上に増やすことがないため、回転電機の重量や使用する材料の量を軽減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の回転電機の実施例１を示す軸方向端部近傍の断面図である。
【図２】本発明の回転電機の実施例２を示す軸方向端部近傍の断面図である。
【図３】従来の回転電機を示す軸方向端部近傍の断面図である。
【図４】固定子鉄心に採用される鋼帯から打ち抜いた鉄心分割片を示す断面図である。
【図５】固定子鉄心に採用される鋼帯からの分割片打ち抜きを示す図である。
【図６】従来の回転電機における固定子鉄心と固定子鉄心固定具を軸方向から見た断面図である。
【図７】本発明の回転電機の実施例１における固定子鉄心と固定子鉄心固定具を軸方向から見た断面図である。
【図８】従来の回転電機における固定子鉄心磁束密度の軸方向分布を示す概略図である。
【図９】本発明の回転電機の実施例１における固定子鉄心磁束密度の軸方向分布を示す概略図である。
【図１０】本発明の回転電機の実施例２における固定子鉄心磁束密度の軸方向分布を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の回転電機の実施の形態について図面に基づき説明する。尚、従来と同一の構成については、説明を省略し、また、符号は、従来と同一のものは同符号を使用する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の回転電機の実施例１を示し、固定子鉄心４を周方向から見た断面図であり、径方向に半分、軸方向の端に近い一部分を示している。また、図７は本発明の回転電機の実施の形態１において、固定子鉄心４と固定子鉄心固定具６を軸方向、即ち、図１において矢印Ａで示す方向から見た断面図である。
【００１７】
図１に示す本実施例における固定子鉄心４は、従来例と同様に、固定子コイル５を挿入するためのティース部１と外周部のコアバック２から成る扇形の分割片１２を電磁鋼板から打ち抜き、この分割片１２を周方向に複数並べて円としたものを軸方向に複数枚積層し、軸方向両端にエンドスペーサ８が配置されて構成されている。
【００１８】
そして、本実施例では、固定子鉄心４の軸方向端部における電磁鋼板４Ａの外径が、軸方向中央部における電磁鋼板４Ｂの外径より大きくなっている。即ち、本実施例の固定子鉄心４は、軸方向端部における電磁鋼板４Ａの外径が、軸方向のある点を境に、軸方向中央部における電磁鋼板４Ｂの外径より急激に大きくなっている。具体的には、軸方向中央部における電磁鋼板４Ｂの外径を従来構造と同一径とし、この電磁鋼板４Ｂの外径より軸方向端部における電磁鋼板４Ａの外径を大きくしている。
【００１９】
また、外径が大きくなった軸方向端部における電磁鋼板４Ａには、図１に示す固定子鉄心固定具６を通すための穴（点線で示す）１３があけられており、この穴１３に、図７に示すように固定子鉄心固定具６を通すことで、積層された固定子鉄心４とエンドスペーサ８は、軸方向に固定されたステータエンドプレート７により、両端から軸方向に圧力を加えて固定されており、本実施例でも、固定子鉄心４は、固定子鉄心固定具６によって周方向及び径方向に固定されている。
【００２０】
尚、固定子外径が大きくなっている軸方向端部における電磁鋼板４Ａの軸方向長さは、固定子鉄心コアバック部の磁束密度が大きくなる軸方向中央部における電磁鋼板４Ｂの軸方向長さと同程度である。また、径の拡大量は、固定子鉄心コアバック部の軸方向端部における磁束密度の最大値が緩和され、軸方向中央部における磁束密度と同程度に抑えられる径である。
【００２１】
図９は、本発明の回転電機の実施例１における固定子鉄心の磁束密度の軸方向分布を示す概略図である。
【００２２】
図９に示すように、上述した本実施例の構成とすることにより、従来構成の固定子鉄心の磁束密度分布を示す図８に比べ、回転電機端部における固定子鉄心の磁束密度が低減していることが理解される。
【００２３】
従って、本実施例の構成とすることにより、軸方向端部においてのみ固定子鉄心の外径を大きくし、磁束の通る面積を大きくすることで磁束密度が低減される。一方、磁束密度が比較的大きくなりにくい軸方向中央部では、固定子鉄心の外径を大きくする必要がないので、使用する電磁鋼板の量を必要以上に増やすことがないため、回転電機の重量や使用する材料の量を軽減できる効果がある。
【実施例２】
【００２４】
図２は、本発明の回転電機の実施例２を示し、固定子鉄心４を周方向から見た断面図であり、径方向に半分、軸方向の端に近い一部分を示している。
【００２５】
図２に示す本実施例の固定子鉄心４は、軸方向に電磁鋼板が積層されているが、軸方向端部における電磁鋼板４Ａの固定子外径が最も大きく、軸方向中央部における電磁鋼板４Ｂの外径が最も小さく構成され、この際、固定子外径が変化する部分では、実施例１とは異なり段階的に変化、つまり、電磁鋼板４Ａと電磁鋼板４Ｂ、その間の電磁鋼板４Ｃ及び４Ｄでは、４Ａ＞４Ｄ＞４Ｃ＞４Ｂの関係になっている。即ち、本実施例の固定子鉄心４は、軸方向端部における電磁鋼板４Ａの外径が、軸方向のある点を境に、軸方向中央部における電磁鋼板４Ｂから軸方向端部に向かう電磁鋼板４Ｃ、４Ｄのそれぞれ外径より段階的に大きくなっている。
【００２６】
また、外径が大きくなった軸方向端部における電磁鋼板４Ａ、４Ｃ、４Ｄには、図２に示す固定子鉄心固定具６を通すための穴（点線で示す）１３、若しくは切り欠きがあけられており、この穴１３に、図７に示すように固定子鉄心固定具６を通すことで、積層された固定子鉄心４とエンドスペーサ８は、軸方向に固定されたステータエンドプレート７により、軸方向に圧力を加えられ固定されており、本実施例でも、固定子鉄心４は、固定子鉄心固定具６によって周方向及び径方向に固定されている。
【００２７】
図１０は、本発明の回転電機の実施例２における固定子鉄心の磁束密度の軸方向分布を示す概略図である。
【００２８】
図１０に示すように、上述した本実施例の構成とすることにより、従来構成の固定子鉄心の磁束密度分布を示す図８や実施例１の固定子鉄心の磁束密度分布を示す図９に比べ、回転電機端部における固定子鉄心の磁束密度に変化がなく、周方向磁束密度の軸方向の分布が平坦になっていることが理解される。
【００２９】
このような本実施例の構成としても、実施例１と同様に、回転電機端部における固定子鉄心の磁束密度が低減されるので、電磁鋼板の使用量を増やすことなく、重量やコスト面での制約を受けることがない回転電機を得ることができる。
【００３０】
また、実施例１と異なり、磁束の分布に合わせて固定子鉄心の径を大きくすることで、周方向磁束密度の軸方向の分布を平坦にでき、固定子鉄心の径を必要以上に大きくする必要がなくなるので、電磁鋼板の使用量が低減し、より軽量化させることができる。
【００３１】
尚、上述した各実施例では、回転子として、回転子鉄心に界磁巻線が巻回されているものについて説明したが、回転子鉄心に形成されているスロットに永久磁石を収納した回転子であっても構わない。また、固定子鉄心として、電機子巻線を挿入するためのティース部分と外周部のコアバックから成る分割片を電磁鋼板から打ち抜き、この分割片を周方向に複数並べて円としたものを軸方向に複数枚積層して構成されるものについて説明したが、固定子鉄心は、円形状の電磁鋼板を軸方向に複数枚積層して構成されるものであってもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００３２】
１…ティース部、２…コアバック、３…スロット、４…固定子鉄心、５…固定子コイル、６…固定子鉄心固定具、７…ステータエンドプレート、８…エンドスペーサ、９…回転子、１０…リテイニングリング、１１…鋼帯、１２…扇形の分割片、１３…穴。
【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】
2012147589.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012147589.tif 000011
【図１０】
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