JP2005117709A - 同期機 - Google Patents

Abstract

【課題】実質的な体積増加を伴わず、しかも低コストで効率の高い放熱機能を有する同期機を提供する。
【解決手段】同期機（１）は、鋼板を多数枚積層して構成される固定子鉄心（１２）の外側表面に、多数の突起（５０）を形成してある。外周縁の所定部位に突片（３５）が形成された鋼板（３０Ｂ）を、突片（３５）どうしを重ね合わせて所定枚数積層することで突起（５０）を形成する。また、所定部位に突片が形成されない鋼板（３０Ａ）を所定枚数積層することで、突起（５０）と積層方向に隣接するつぎの突起（５０）との間隔を形成した。
【選択図】図２

Description

この発明は同期機に関するものである。

一般に、同期機例えば同期電動機は、運転にともなって自己発熱する。この発熱による同期電動機の温度上昇は損失をもたらし効率を低下させる原因となるため、積極的に放熱を促して温度上昇を抑制することが望まれている。

そのため、従来は、同期電動機の固定子鉄心の外側表面に、例えばアルミニウム製の放熱器をヒートシンクを介して固着することで、同期電動機の放熱を促して温度上昇を抑制する方法が考えられている。
特開２００１−１１９８７４号公報

しかしながら、このような従来の方法は、アルミニウム製の放熱器およびヒートシンクが必要となるため、大きな体積増加を要するだけでなく、それらの部品コストに加えて製造コストも高価になってしまうという問題があった。

この発明の課題は、上記従来のもののもつ問題点を排除して、実質的な体積増加を伴わず、しかも低コストで効率の高い放熱機能を有する同期機を提供することにある。

この発明は上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、鋼板を多数枚積層して構成される固定子鉄心を備えた同期機において、前記固定子鉄心の外側表面に多数の突起を形成した同期機である。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、外周縁の所定部位に突片が形成された鋼板を当該突片どうしを重ね合わせて所定枚数積層することで前記突起を形成し、前記所定部位に突片が形成されない鋼板を所定枚数積層することで、前記突起と積層方向に隣接するつぎの突起との間隔を形成した同期機である。

請求項３に係る発明は、鋼板を多数枚積層して構成される固定子鉄心を備えた同期機において、外周縁に複数の突片が間隔を保って形成された鋼板と、外周縁に突片が形成されない鋼板とを所定枚数ずつ交互に積層することで、重ね合わされた所定枚数分の前記突片により構成される所要厚さの突起を、前記固定子鉄心の外側表面に多数形成した同期機である。

請求項４に係る発明は、鋼板を多数枚積層して構成される固定子鉄心を備えた同期機において、前記固定子鉄心の中心から等距離の位置に互いに直交する４辺の外周縁を有する鋼板の平行な２辺に複数の突片を間隔を保って形成し、前記鋼板を所定枚数ごとに９０°向きを変えて積層することで、重ね合わされた所定枚数分の前記突片により構成される所要厚さの突起を、前記固定子鉄心の外側表面に多数形成した同期機である。

請求項５に係る発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、前記鋼板を前記固定子鉄心の中心まわり方向に沿って複数の鋼板片に分割し、各鋼板片どうしの接合部を、先端に向かってテーパ状に広がる係止突片と、入口から奥に向かってテーパ状に広がる係止溝とによる接合構造とした同期機である。

この発明は以上のように、鋼板を多数枚積層して構成される固定子鉄心の外側表面に多数の突起を形成したので、これら多数の突起によって固定子鉄心の外側表面積を大幅に拡大することができ、それにより、実質的な体積増加を伴わずに高い放熱効率を達成することができ、しかも、鋼板以外に新たな部品を必要としないため、その高い放熱効率を低コストで実現することができる効果がある。

この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、この発明による同期機の一実施の形態を回転子を省略して示す概略的断面図、図２は、図１の同期機を一部破断にして示す側面図（平面図も同様）である。この同期機（例えば同期電動機）１は、固定子１０の外側表面、すなわち固定子鉄心（磁気回路コア）１２の外側表面に多数の突起５０を形成したものである。

図１に示すように、固定子１０は、四隅に切り欠きのある実質的に正方形の断面形状を有し、その中心部に図示しない回転子を回転自在に収容する円筒形の空洞１１を有している。また、固定子１０は、固定子鉄心１２と固定子コイル（電機子コイル）１６とで構成されている。

図１、図３に示すように、固定子鉄心１２は、継鉄（ヨーク）１３とその内側にある多数の歯（ティース）１４Ｔとで構成され、これらの歯（ティース）１４Ｔと歯（ティース）１４Ｔの間に形成される多数のスロット１５内に固定子コイル１６が収容されるものである。

固定子鉄心１２は、図４〜図６に示すような鋼板３０，４０を多数枚積層して構成されるものであり、この鋼板３０，４０を、継鉄（ヨーク）１３となる継鉄部鋼板３０と、歯（ティース）１４Ｔとなる歯部鋼板４０とに分割して構成してある。

図４に示すように、継鉄部鋼板３０は、固定子鉄心１２の中心Ｏから等距離の位置に互いに直交する４辺の外周縁３１を有し、固定子鉄心１２の中心Ｏを中心とする実質的に円形の内周縁を有する概略形状をしたものである。また、四隅の切り欠き部付近には、固定子１０を構成する際にボルトを通す通し孔１８（図１参照）となる孔３８が形成されている。

また、継鉄部鋼板３０は２種類の継鉄部鋼板３０Ａ，３０Ｂで構成される。継鉄部鋼板３０Ａは、図４（ａ）に示すように、４辺の外周縁３１がいずれも平坦な直線状のものである。一方、継鉄部鋼板３０Ｂは、図４（ｂ）に示すように、継鉄部鋼板３０Ａの４辺の外周縁３１に相当する位置から複数の突片３５が形成されたものである。継鉄部鋼板３０Ｂは、各突片３５の幅が一定で、隣り合う突片３５どうしの間隔が突片３５の幅とほぼ等しく形成されている。

そのため、このような継鉄部鋼板３０Ｂを任意枚数積層すると、重ね合わされた枚数分の突片３５により所要厚さＤ１の突起５０（図２参照）が構成される。また、このような任意枚数の継鉄部鋼板３０Ｂと、同様な任意枚数の継鉄部鋼板３０Ｂとの間に、継鉄部鋼板３０Ａを任意枚数積層してサンドイッチにすると、継鉄部鋼板３０Ｂの突片３５による所要厚さＤ１の突起５０と、同様な継鉄部鋼板３０Ｂの突片３５による所要厚さＤ１の突起５０との間に、突片３５のない間隔Ｄ２（図２参照）が形成されることとなる。

そして、このような継鉄部鋼板３０Ａ，３０Ｂを所定枚数ずつ交互に積層して、外周縁３１の各辺ごとに適宜数選んだ箇所に全枚数を通じて溶接を施すことで、継鉄部鋼板３０全体を一体化する。これにより、重ね合わされた所定枚数分の突片３５により構成される所要厚さＤ１の突起５０が外側表面に多数形成された継鉄（ヨーク）１３が完成することとなる。

このとき、継鉄（ヨーク）１３の外側表面に形成された多数の突起５０が、溶接の熱を逃がして溶接歪みを抑えることができる利点がある。

図５、図６（ｂ）に示すように、歯部鋼板４０は、多数の歯（ティース）１４Ｔとなる各鋼板歯４１の隣り合う歯先４３どうしが連結部４４を介して円形に連なる１枚の鋼板で形成されている。また、鋼板歯４１と鋼板歯４１との間には、スロット１５となる切り欠き４５が形成されている。

そして、各鋼板歯４１の歯元４２は、両側縁を歯元端に向かって（すなわち歯部鋼板４０の半径方向外方に向かって）広がるテーパ状に形成してある。

一方、図４、図６（ａ）に示すように、継鉄部鋼板３０の内周縁には、歯部鋼板４０の各鋼板歯４１の歯元４２形状と対応する係止溝３２が多数形成されている。すなわち、各係止溝３２の両側縁は、入口から奥に向かって（すなわち継鉄部鋼板３０の半径方向外方に向かって）広がるテーパ状に形成してある。

このような歯部鋼板４０を芯出ししながら、かつ、各鋼板歯４１および各切り欠き４５が通るように角度調整しながら所要枚数積層したうえ、例えば円周方向に数カ所選んだ切り欠き４５内に全枚数を通じて溶接を施すことで、歯部鋼板４０全体を一体化する。これにより、すべての歯（ティース）１４Ｔが一体化された一体歯（ティース）１４が構成される。

そして、この一体歯（ティース）１４の各スロット１５に固定子コイル１６を巻きながら収容し、適宜の仕上げ処理をすることで、固定子コイル付き歯（ティース）１４Ｃが完成することとなる（図７参照）。

このとき、積層されて列状に構成される各歯（ティース）１４Ｔは、円形の連結部４４から放射状に形成されるから、各スロット１５は底部（歯先４３側）に比べて入口部（歯元４２側）の方が断面積が広い。そのため、固定子コイル１６を各スロット１５に挿入する際、断面積の広い入口部（歯元４２側）から作業が行えるので、固定子コイル１６の挿入・組立が容易である利点がある。

また、各歯（ティース）１４Ｔの歯元４２はテーパ状に広がっているため、各スロット１５に挿入された固定子コイル１６がスロット１５から外方へ浮いてくることを抑制することができる利点がある。

さらに、例えば図７に示すように、テーパ状の押え部材４９を各歯（ティース）１４Ｔの適宜箇所に嵌合しておくことで、継鉄（ヨーク）１３に組み付けられるまでの間、固定子コイル付き歯（ティース）１４Ｃのすべてのスロット１５内の固定子コイル１６が半径方向外方へ浮いてくることを確実に防止できる利点がある。この押え部材４９の長さは、積層されて列状に構成される各歯（ティース）１４Ｔの長さ（図７で紙面と直交する方向の長さ）に比べて遙かに短いものでよい。

そのため、上記のようにして一体化した継鉄（ヨーク）１３に、上記のようにして一体化した固定子コイル付き歯（ティース）１４Ｃを、軸心を揃えて組み付けたうえ、両端に押え板１７を配し、通し孔１８に図示しないボルトを通して一体化することで、固定子１０が構成されることとなる（図２参照）。

このとき、継鉄（ヨーク）１３の内周縁に形成された多数のテーパ状の係止溝３２に、固定子コイル付き歯（ティース）１４Ｃの外周縁に形成された多数のテーパ状の歯元４２が、固定子鉄心１２の軸線に沿って嵌め込まれていくことで、それまで固定子コイル１６の浮き上がりを抑えていた押え部材４９は、継鉄（ヨーク）１３に押されて歯元４２に沿って摺動していき、最後に歯元４２から抜け落ちる。

そのため、継鉄（ヨーク）１３への固定子コイル付き歯（ティース）１４Ｃの組み付けが終了する瞬間まで、押え部材４９による固定子コイル１６の浮き上がり抑止機能は持続する。

このようにして組み立て終わった固定子１０に、図示しない回転子を組み込んで同期機（同期電動機）１を作製すると、各歯（ティース）１４Ｔが、回転子の周面に固着した永久磁石に吸引されて継鉄（ヨーク）１３に対して半径方向内側へ変位しようとする。

しかし、継鉄（ヨーク）１３の内周縁に形成された多数のテーパ状の係止溝３２に、各歯（ティース）１４Ｔのテーパ状に形成された歯元４２が嵌合しているため、また、各歯（ティース）１４Ｔが歯部鋼板４０ごとに連結部４４を介して円形に連なっているため、このような半径方向内側への変位を確実に防止することができる利点がある。

上記のようにして構成された同期機（同期電動機）１は、運転にともなって自己発熱する。しかし、固定子鉄心１２の外側表面に多数の突起５０が形成されているため、これら多数の突起５０によって固定子鉄心１２の外側表面積を大幅に拡大することができる。これにより、実質的な体積増加を伴わずに高い放熱効率を達成することができる。

図８は、継鉄部鋼板の他の例を示す図であり、この継鉄部鋼板１３０は、互いに平行な２辺にのみ複数の突片１３５が形成され、他の２辺は外周縁１３１のままであるため、これ１種類だけで足りるものである。

すなわち、継鉄部鋼板１３０を所定枚数ごとに９０°向きを変えて積層することで、重ね合わされた所定枚数分の突片１３５により構成される所要厚さの突起５０を、固定子鉄心１２の外側表面に多数形成することができる。

図９は、継鉄部鋼板のさらに他の例を示す図であり、この継鉄部鋼板２３０は、比較的大型の同期機（同期電動機）１に対応するため、１枚ではなく複数（図示の例では４枚）の鋼板片２３０Ｐに分割したものである。

なお、図４（ｂ）に示す継鉄部鋼板３０Ｂを例にして図示してあるが、図４（ａ）に示す継鉄部鋼板３０Ａおよび図８に示す継鉄部鋼板１３０についても、比較的大型の同期機（同期電動機）１に対応させる場合は、１枚ではなく複数（例えば４枚または２枚）の鋼板片に分割することができる。

この鋼板片２３０Ｐは、４枚を組み合わせて１枚の継鉄部鋼板２３０を構成するものであり、各鋼板片２３０Ｐどうしの接合部を、先端に向かってテーパ状に広がる係止突片２３７と、入口から奥に向かってテーパ状に広がる係止溝２３８とによる接合構造としてある。

このように複数に分割された鋼板片２３０Ｐを１枚の継鉄部鋼板２３０として組み付けるには、例えば、継鉄部鋼板２３０の内接円と同径のドラムと、継鉄部鋼板２３０の孔２３８に通すポストとを直立させて備えた組み付け治具を用いて、ポストに鋼板片２３０Ｐの孔２３８を通して内接円をドラムの周面に沿わせながら落とし入れることで、容易に組み付けることが可能である。

しかも、この組み付け治具を用いることで、継鉄部鋼板２３０の積層も容易に実現することができる。

図１０は、この発明による同期機の他の実施の形態に用いる継鉄部鋼板を示す一部省略した平面図、図１１は、図１０の継鉄部鋼板を用いた同期機を一部破断にして示す側面図（平面図も同様）である。

図１０に示すように、この継鉄部鋼板３３０は、互いに平行な２辺Ａに形成された複数の突片３３５および突片３３５間の間隔と、これと直交する２辺Ｂに形成された突片３３５間の間隔および複数の突片３３５とが、それぞれ対応する位置に配置されたものである。

そのため、このような継鉄部鋼板３３０を所定枚数ごとに、図１０（ａ）に示す角度と図１０（ｂ）に示す角度とに９０°ずつ向きを変えて積層することで、重ね合わされた所定枚数分の突片３３５により構成される所要厚さの突起３５０を、図１１に示すように、固定子鉄心３１２（固定子３１０）の外側表面に、千鳥格子状に配置することができる。

このように配置された突起３５０の場合は、図１、図２に示すように配置された突起５０に比べて表面積が増えるため、放熱効率の一層の向上を図ることができる。

この発明による同期機の一実施の形態を回転子を省略して示す概略的断面図である。 図１の同期機を一部破断にして示す側面図である。 図１の要部の拡大図である。 ２種類の継鉄部鋼板を示す一部省略した平面図である。 歯部鋼板を示す一部省略した平面図である。 継鉄部鋼板と歯部鋼板の要部の拡大図である。 押え部材による固定子コイルの浮き上がりを防止する説明図である。 継鉄部鋼板の他の例を示す一部省略した平面図である。 継鉄部鋼板のさらに他の例を展開して示す一部省略した平面図である。 この発明による同期機の他の実施の形態に用いる継鉄部鋼板を示す一部省略した平面図である。 図１０の継鉄部鋼板を用いた同期機を一部破断にして示す側面図である。

符号の説明

１，３０１ 同期機（同期電動機）
１０，３１０ 固定子
１１ 空洞
１２，３１２ 固定子鉄心（磁気回路コア）
１３ 継鉄（ヨーク）
１４ 一体歯（ティース）
１４Ｔ 歯（ティース）
１４Ｃ 固定子コイル付き歯（ティース）
１５ スロット
１６ 固定子コイル（電機子コイル）
１７ 押え板
１８ 通し孔
３０（３０Ａ，３０Ｂ），１３０，２３０，３３０ 継鉄部鋼板
３２，１３２，２３２，３３２ 係止溝
３５，１３５，２３５，３３５ 突片
４０ 歯部鋼板
４１ 鋼板歯
４２ 歯元
４３ 歯先
４４ 連結部
４５ 切り欠き
４９ 押え部材
５０，３５０ 突起
２３０Ｐ 鋼板片
２３７ 係止突片
２３８ 係止溝

Claims (5)

1. 鋼板を多数枚積層して構成される固定子鉄心を備えた同期機において、
   前記固定子鉄心の外側表面に多数の突起を形成したことを特徴とする同期機。
2. 外周縁の所定部位に突片が形成された鋼板を当該突片どうしを重ね合わせて所定枚数積層することで前記突起を形成し、前記所定部位に突片が形成されない鋼板を所定枚数積層することで、前記突起と積層方向に隣接するつぎの突起との間隔を形成したことを特徴とする請求項１記載の同期機。
3. 鋼板を多数枚積層して構成される固定子鉄心を備えた同期機において、
   外周縁に複数の突片が間隔を保って形成された鋼板と、外周縁に突片が形成されない鋼板とを所定枚数ずつ交互に積層することで、重ね合わされた所定枚数分の前記突片により構成される所要厚さの突起を、前記固定子鉄心の外側表面に多数形成したことを特徴とする同期機。
4. 鋼板を多数枚積層して構成される固定子鉄心を備えた同期機において、
   前記固定子鉄心の中心から等距離の位置に互いに直交する４辺の外周縁を有する鋼板の平行な２辺に複数の突片を間隔を保って形成し、前記鋼板を所定枚数ごとに９０°向きを変えて積層することで、重ね合わされた所定枚数分の前記突片により構成される所要厚さの突起を、前記固定子鉄心の外側表面に多数形成したことを特徴とする同期機。
5. 前記鋼板を前記固定子鉄心の中心まわり方向に沿って複数の鋼板片に分割し、各鋼板片どうしの接合部を、先端に向かってテーパ状に広がる係止突片と、入口から奥に向かってテーパ状に広がる係止溝とによる接合構造としたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の同期機。

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