JP2010226900A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【課題】小径化が可能であり、また荷重は分散され部品点数を少なくできる回転電機の固定子を得る。
【解決手段】固定子鉄心１の外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心を軸方向に締付ける複数の鉄心締付部材２と、上記固定子鉄心の外周部に軸方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心を上記鉄心締付部材の上から中心部方向に締付ける如く保持する複数の保持リング３と、上記固定子鉄心の周りを包囲するフレーム内面に軸方向に所定間隔をあけて突設されたリング状の複数の中枠部材５と、隣り合う上記中枠部材相互の内周部に固定されてその軸方向中央部で上記保持リングの外周部に固定され、または隣り合う上記保持リング相互の外周部に固定されてその軸方向中央部で上記中枠部材の内周部に固定された複数の弾性支持部材６とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機の固定子に関するものであり、更に詳細には固定子鉄心をフレームに弾性支持する構造の改良に関する。

従来の回転電機の固定子として、固定子鉄心を鉄心支持板を介して固定子鉄心外周面近傍の円周上に軸方向に配置された複数個のばね棒により弾性支持する回転電機において、前記鉄心支持板の外周に対向する位置に隔板を設置するとともに、前記鉄心支持板と隔板との間に前記ばね棒の曲げ応力及び回転方向過大トルクに基づくねじれによる永久変形を抑制する所定のギャップを形成するたわみ防止手段を設けたものがある（例えば特許文献１参照）。

特公平３−２８９０３号公報（第２頁、第１図）

上記のような従来の回転電機の固定子においては、たわみ防止手段によって過大トルクによる永久変形が防止されるものの、固定子支持板の外周に対向する位置に隔板が設置されているため、フレームの外径が大きくなるという課題があった。また、ばね棒によって弾性支持しているため、固定子鉄心の重力及び回転トルク等の荷重を円周方向に分散させるには、円周方向に多くのばね棒を必要とすることにより部品点数が多くなり、組立作業に時間を要するという課題もあった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、小径化が可能であり、また荷重の分散に際して部品点数を少なくできる回転電機の固定子を得ることを目的としている。

この発明に係る回転電機の固定子は、固定子鉄心の外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心を軸方向に締付ける複数の鉄心締付部材と、上記固定子鉄心の外周部に軸方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心を上記鉄心締付部材の上から中心部方向に締付ける如く保持する複数の保持リングと、上記固定子鉄心の周りを包囲するフレーム内面に軸方向に所定間隔をあけて突設されたリング状の複数の中枠部材と、隣り合う上記中枠部材相互の内周部に固定されてその軸方向中央部で上記保持リングの外周部に固定され、または隣り合う上記保持リング相互の外周部に固定されてその軸方向中央部で上記中枠部材の内周部に固定された複数の弾性支持部材とを備えるようにしたものである。

この発明においては、弾性支持部材を、隣り合う中枠部材相互の内周部に固定して、その軸方向中央部で保持リングの外周部に固定し、または隣り合う保持リング相互の外周部に固定して、その軸方向中央部で中枠部材の内周部に固定するようにしたので、回転電機の小型化が可能となり、しかも該構成により荷重の分散が容易となり、部品点数を少なくすることができる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。なお、（ａ）は（ｂ）のＩ（ａ）−Ｉ（ａ）線における矢視断面図に相当する。 本発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係る回転電機の固定子の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。 本発明の実施の形態５に係る回転電機の固定子の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。 本発明の実施の形態６に係る回転電機の固定子の要部を模式的に示す部分縦断面図である。 本発明の実施の形態７に係る回転電機の固定子の要部を模式的に示す部分縦断面図である。 本発明の実施の形態８に係る回転電機の固定子の要部を模式的に示す部分横断面図である。 本発明の実施の形態９に係る回転電機の固定子の要部を模式的に示す図であり、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子を図１に基づいて説明する。図１において、回転電機の固定子は、円筒状の固定子鉄心１と、この固定子鉄心１の外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心１を軸方向に締付ける複数（この例では８本）の鉄心締付部材２と、固定子鉄心１の外周部に軸方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心を鉄心締付部材２の上から中心部方向に締付ける如く保持する軸方向に扁平な複数（この例では４箇所）の保持リング３と、固定子鉄心１の周りを間隔をあけて包囲する円筒状のフレーム４と、このフレーム４内面に軸方向に所定間隔をあけて軸心方向に突設されたリング状の複数（この例では５箇所）の中枠部材５と、隣り合う中枠部材５相互に固定されてその軸方向中央部で保持リング３に固定されたばね板からなる複数（この例では４本）の弾性支持部材６などを備えている。

図示の固定子は、例えばタービン発電機の電機子を構成するものであり、固定子鉄心１の内周部には軸方向に形成されたスロットが周方向に所定数設けられ、そのスロット内には固定子コイルが配設されている。また、鉄心締付部材２は、固定子鉄心１を挿通している部分は断面台形状に形成され、固定子鉄心１の両端部の突出部分は断面円形で、その外周部にねじが螺設され、リング状の押え板を介して大型のナットによって固定子鉄心１を両側から軸方向に締め付けている。なお、これらの構成部材は従来技術と同様のものであるので何れも図示を省略している。また、フレーム４の軸方向の両端面部には図示していない回転子軸を支承する軸受装置との固定部が設けられている。また、フレーム４の下側部は基礎７に強固に固定されている。

上記保持リング３は軸方向の寸法に対して半径方向の寸法が小さい扁平状に形成されており、締付け前は例えば上下に２分割され、図示省略している締付け具により１つずつ締付けた後、溶接により鉄心締付部材２に接合される。弾性支持部材６は、固定子鉄心１の自重及び回転トルクを支えるため、円周方向に対して厚く、また固定子鉄心１の半径方向振動を中枠部材５に伝えないように、円周方向と垂直となる半径方向に対しては薄い断面矩形状に形成されている。また、弾性支持部材６は、この実施の形態１では軸方向一端部側の中枠部材５から他端部側の中枠部材５に跨って連続的にして延在する軸方向に１本の長尺のばね板からなっている。

そして、中枠部材５相互の軸方向ピッチ幅と保持リング３相互の軸方向ピッチ幅は互いに略同一にされ、中枠部材５相互の軸方向ピッチ幅の中央部に保持リング３が位置するように構成されている。上記弾性支持部材６は前記構成の保持リング３の外周面に溶接もしくはボルト接合され、また中枠部材５の内周面部に溶接またはボルト接合されている。かかる構成により、この実施の形態１では弾性支持部材６と保持リング３の接合箇所は、隣り合う中枠部材５相互の軸方向ピッチ幅の中心位置付近とされ、曲げ剛性が小さくなるように構成されている。

次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。固定子鉄心１の静荷重、及び運転中の短絡事故による短絡トルクなどは、鉄心締付部材２に溶接された保持リング３を介し、弾性支持部材６へと伝わる。弾性支持部材６はフレーム４の軸方向に複数枚溶接された中枠部材５と接合されており、当該荷重は弾性支持部材６から中枠部材５を介してフレーム４へと伝わることで支持される。また、運転中に生じる半径方向の振動は、中枠部材５の軸方向ピッチ幅もしくは保持リング３の軸方向ピッチ幅を支持長さとする弾性支持部材６の曲げにより吸収される。

上記のように、実施の形態１においては、中枠部材５の形状を拘束する部品が取付けられておらず、しかも弾性支持部材６をばね板構造とし、扁平な保持リング３の外周面に接合する一方、中枠部材５の内周面に接合するようにしたので、中枠部材５及びフレーム４を小径化した回転電機の固定子を得ることができる。また、固定子鉄心１を保持リング３を介してばね板状の弾性支持部材６に接合させていることで、周方向に配置された各鉄心締付部材２に荷重が分散されるため、弾性支持部材６の周方向の設置数を少なく設計でき経済的であり、また弾性支持部材６の設置数が少ないため、組立の作業時間を短縮することもできる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子について図２を参照して説明する。なお、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示すものとする。図において、保持リング３は、半径方向の断面寸法が実施の形態１と同等か、あるいは若干大きく、断面が略正方形状の四角形に形成されている。そして、弾性支持部材６は、軸方向に弾性支持部材６１〜６５に分割され、分割された弾性支持部材６２〜６４は、隣り合う保持リング３の軸方向に対向する側面相互の間に入り込んだ外周部側に配置され、それら保持リング３相互の側面部に溶接またはボルトにより接合されている。軸方向両端部の弾性支持部材６１、６５は片持ち構造で、保持リング３の側面部における外周部側に溶接またはボルトにより接合されている。なお、弾性支持部材６１〜６５は、中枠部材５に対しては実施の形態１と同様、その内周側の面に溶接またはボルトにより接合されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態２においては、保持リング３、弾性支持部材６、及び中枠部材５の配置構成が実施の形態１と略同様であることにより、実施の形態１と同様の効果が得られる他、分割された弾性支持部材６１〜６５を保持リング３相互の側面部における外周部側に接合するようにしたので、大凡弾性支持部材６の厚み分だけ実施の形態１よりも小径化が可能となるという効果が得られる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子について図３を参照して説明する。図において、弾性支持部材６は、軸方向に弾性支持部材６ａ〜６ｄに分割され、それぞれ隣り合う中枠部材５の軸方向に対向する側面相互の間に入り込んだ内周部側に配置され、それら中枠部材５相互の側面部に溶接またはボルトにより接合されている。なお、保持リング３に対して弾性支持部材６は実施の形態１と同様、該保持リング３の外周面に接合されている。

上記のように構成された実施の形態３においては、弾性支持部材６が軸方向に対して隣り合う中枠部材５相互の間に入り込むように分割して配置されていることで、弾性支持部材６の厚み分だけ小径化することができるという更なる効果が得られる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る回転電機の固定子について図４を参照して説明する。図において、弾性支持部材６は軸方向に対して分割され、隣り合う保持リング３の軸方向に対向する側面相互の間の内、図の左右２箇所の部分に入り込んだ外周部側に配置され、それら保持リング３相互の側面部に溶接またはボルトにより接合されている。なお、この実施の形態４は、上記実施の形態２における軸方向に分割された弾性支持部材６２、６４を残し、他の弾性支持部材６１、６３、６５を省いたものに相当する。その結果、弾性支持部材６は軸方向に断続的に配設され、残された弾性支持部材６２、６４が隣り合う保持リング３相互に固定され、その軸方向中央部で中枠部材５に固定された構成となっている。その他の構成は実施の形態２と同様である。

上記のように構成された実施の形態４においては、分割された弾性支持部材６１〜６５（図２）の内、ばね剛性、及び強度が許す範囲で必要な箇所に必要な数だけ残すように配置することで、弾性支持部材６の軸方向の数の最適化が可能となる。なお、分割された弾性支持部材６２、６４を配置する軸方向の位置は、周方向の４箇所共同一とすることができる他、周方向に変えるようにしても良い。例えば、図４（ａ）の左右２箇所の位置については実施の形態２のように分割された弾性支持部材６１〜６５が軸方向に直線状に連なるように配置し、弾性支持部材６１、６３、及び６５を残すように構成し、あるいは弾性支持部材６２、６３、及び６４を残すように構成するなど、必要に応じて適宜変更することができる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る回転電機の固定子について図５を参照して説明する。図において、弾性支持部材６は、上記実施の形態３に係る図３（ｂ）の中央部に配置された分割された弾性支持部材６ｂ、６ｃを除いたものに相当する形状に構成されている。その他の構成は実施の形態３と同様である。
上記のように構成された実施の形態５においては、中枠部材５のピッチ間に弾性支持部材６が配置されていない箇所が設けられていることで、中枠部材５の捻りによる振動吸収効果が期待できる。その他、弾性支持部材６の数の最適化が可能となること、及び実施の形態１、２と同様の効果も得られることは言うまでもない。

実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６に係る回転電機の固定子について図６を参照して説明する。図において、弾性支持部材６は、ばね板からなる複数の弾性支持部材６Ａ、６Ｂ、６Ｃを半径方向に重ね合わせた重合体からなっている。そして、中枠部材５に対しては例えば弾性支持部材６Ｃの側からボルト（図示省略）を挿通して中枠部材５に締付けることで、複数の弾性支持部材６Ａ〜６Ｃを一体的に固定している。一方、保持リング３に対しては、例えば直接当接している弾性支持部材６Ｃのみを保持リング３に溶接することで固定されている。なお、重合方向に隣接する弾性支持部材の間に例えばテフロン（登録商標）などの滑り易い材質、あるいは弾性を有するシート類等を介装しても良い。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態６においては、弾性支持部材６として半径方向に複数枚重ね合わせた弾性支持部材６（６Ａ〜６Ｃ）を用いたことにより、弾性支持部材６内でせん断応力が伝わらないため、半径方向に対してばね剛性が低くなり、より高い振動低減効果が得られるという効果が得られる。また、弾性支持部材相互の間に滑り易い、あるいは弾性を有する材質のシートを介装した場合には、振動の抑制効果が高くなり、騒音も低減できる。なお、複数の弾性支持部材６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、材料としての機械的あるいは物理的特性、及び寸法（厚さ、即ち半径方向の寸法、または幅、即ち周方向の寸法）が互いに同一のものとすることができる他、特性及び寸法の少なくとも一方が互いに異なるものとしても差し支えない。

実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７に係る回転電機の固定子について図７を参照して説明する。図において、弾性支持部材６は、半径方向外側（図の上側）に配設され、複数の中枠部材５の軸方向一端部から他端部に跨って延在し、各中枠部材５の内周側に固定された長尺のばね板からなる弾性支持部材６αと、この弾性支持部材６αの内周面側における保持リング３に対向する位置に重合され、隣り合う中枠部材５の軸方向端面部間の長さより短く形成されたばね板からなる弾性支持部材６βと、この弾性支持部材６βと上記保持リング３の間に介装され、軸方向の長さが該弾性支持部材６βよりも短いばね板からなる弾性支持部材６γからなっている。

なお、弾性支持部材６α〜６γは、隣り合う中枠部材５の軸方向中央部で保持リング３に対してボルトまたは溶接等により接合されており、弾性支持部材６β、６γの軸方向両端部は軸方向に対して拘束されていない。また、複数の保持リング３の何れの箇所も同様に構成され、さらに周方向に配設された４箇所の弾性支持部材６についても同様に構成されている。また、実施の形態６と同様に、重合方向に隣接する弾性支持部材の間に滑りやすい材質あるいは弾性を有するシート類等を介装しても良い。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態７においては、弾性支持部材６αの内周面側に重ね合わせた弾性支持部材６β、６γが、軸方向の両端部で固定されていないことで、ばね板の両端固定部で曲げ変形の拘束がなくなるため、ばね剛性が低くなり、より高い振動低減効果が得られる効果がある。なお、実施の形態７では複数の中枠部材５の軸方向一端部から他端部に跨って延在する長尺の弾性支持部材６αを中枠部材５の内周面に固定した場合を例示したが、弾性支持部材６αを保持リング３の外周面に固定し、弾性支持部材６β、６γを中枠部材５に対向する側に逆向きに配設し、その軸方向中央部を中枠部材５に接合するように構成することもできる。

実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８に係る回転電機の固定子について図８を参照して説明する。図において、中枠部材５の内周部には、弾性支持部材６の外周部側の一部を受け入れるための切欠き５ａが設けられている。なお、切欠き５ａは弾性支持部材６の周方向の寸法よりも若干大きく形成されており、弾性支持部材６は、図のように切欠き５ａの内部に厚みの一部が侵入され、中枠部材５に溶接、ボルト等で固定されている。なお、図８において、固定子鉄心１、鉄心締付部材２、及びフレーム４については図示省略している。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態８においては、中枠部材５の内周部に設けられた切欠き５ａに弾性支持部材６の外周部側の一部が侵入するようにしたので、弾性支持部材６の侵入分だけ固定子のフレーム４の小径化が可能となる。

実施の形態９．
次に、この発明の実施の形態９に係る回転電機の固定子について図９を参照して説明する。なお、この実施の形態９は、上記実施の形態１〜８が保持リング３、及び中枠部材５共に、軸方向に略等間隔で、１つずつ交互に配設された形態であったのに対し、該間隔、配設数を変えた場合の例を示している。図において、保持リング３の軸方向の間隔は、端部側双方の間隔Ｌ１よりも中央部の間隔Ｌ２の方が広く形成されている（即ち、Ｌ１＜Ｌ２）。そして、軸方向に同等のばね剛性とするために、軸方向中央部に配設された中枠部材５は、近接させた２つの中枠部材を用いて構成されている。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態９においては、保持リング３の軸方向の間隔を部分的に変えたときに、中枠部材５の配設構成も変更するようにしたことで、必要なばね剛性を確保することができるので、固定子の機械特性などを設計変更する場合などに好適に用いることができる。なお、上記とは逆に、Ｌ１＞Ｌ２とし、Ｌ１に対応する側に近接させた２つの中枠部材を配設するように構成することもできる。また、保持リング３を近接された複数のリングによって構成するなど、適宜変更することもできる。

なお、上記実施の形態１〜９では、弾性支持部材６が周方向に４箇所設置され、中枠部材５が軸方向に５箇所、または６箇所設置され、リング部材３が軸方向に４箇所設置されたものについて説明したが、これら各部材の設置数、設置位置等は、上記例示したものに限定されないことは言うまでもない。また、リング部材３や弾性支持部材６の断面形状、あるいは各部材の接合手段等、何れも上記実施の形態に例示したものに限定されるものではない。さらに各実施の形態１〜９の発明を適宜組み合わせることも可能であることは言うまでもない。

１ 固定子鉄心、 ２ 鉄心締付部材、 ３ 保持リング、 ４ フレーム、 ５ 中枠部材、 ５ａ 切欠き、 ６（６１〜６５、６ａ〜６ｄ、６Ａ〜６Ｃ、６α〜６γ） 弾性支持部材、 ７ 基礎。

Claims (10)

1. 固定子鉄心の外周部に周方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心を軸方向に締付ける複数の鉄心締付部材と、上記固定子鉄心の外周部に軸方向に所定間隔をあけて設けられ該固定子鉄心を上記鉄心締付部材の上から中心部方向に締付ける如く保持する複数の保持リングと、上記固定子鉄心の周りを包囲するフレーム内面に軸方向に所定間隔をあけて突設されたリング状の複数の中枠部材と、隣り合う上記中枠部材相互の内周部に固定されてその軸方向中央部で上記保持リングの外周部に固定され、または隣り合う上記保持リング相互の外周部に固定されてその軸方向中央部で上記中枠部材の内周部に固定された複数の弾性支持部材とを備えたことを特徴とする回転電機の固定子。
2. 上記弾性支持部材は、上記固定子鉄心の径方向の寸法よりも周方向の寸法が大きい断面矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
3. 上記弾性支持部材は、軸方向一端部側の上記中枠部材から他端部側の上記中枠部材に跨って連続して延在するばね板からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の固定子。
4. 上記弾性支持部材は、隣り合う上記保持リングの軸方向端面部相互に固着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の固定子。
5. 上記弾性支持部材が軸方向に断続的に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機の固定子。
6. 上記中枠部材の内周側の面に、上記弾性支持部材の少なくとも一部を半径方向に受入れる切欠きが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の回転電機の固定子。
7. 上記弾性支持部材は、隣り合う上記中枠部材の軸方向端面部相互に固着されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の固定子。
8. 上記弾性支持部材が軸方向に断続的に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の回転電機の固定子。
9. 上記弾性支持部材が半径方向に複数重合されていることを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の回転電機の固定子。
10. 半径方向に重合されている複数の上記弾性支持部材の一部は、隣り合う上記保持リングの軸方向端面部間の長さ、または隣り合う上記中枠部材の軸方向端面部間の長さより短く形成されていることを特徴とする請求項９に記載の回転電機の固定子。

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