JP2011120350A - 回転電機の固定子 - Google Patents

Abstract

【目的】固定子を複数本の固定子鉄心歯部を１単位として分割することにより、径の大きな固定子を任意の大きさに分割した単位で扱える固定子を提供すること。
【解決手段】分割された固定子鉄心の外周部に台形状の凹部を設ける。この凹部にネジ穴の切られた台形状の楔状材を挿入し、固定子枠の外周側からネジで締め付けて固定子枠に分割された固定子鉄心を固着させて固定子を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分割固定子鉄心を用いて構成された回転電機の固定子に関する。

従来の回転電機の固定子の構造として、図６に示す構造が知られている。図６は、従来の回転電機の固定子の断面図である。図において、１は固定子鉄心、１ａは固定子鉄心歯部、２はスロット、９は固定子コイル、１０は回転子である。スロット２に挿入された固定子コイル９は、固定子鉄心歯部１ａにそれぞれ集中巻きされる。

回転電機は、近年、大型で大容量のものが求められている。しかし、大型化して固定子の直径が大きくなると、固定子の組み立ては大掛かりとなり、設備も大型化するため、製作に係るコストが増大する。また、製作に際し、広大な製作スペースが必要となってしまう。そこで、このような場合に、固定子鉄心を複数に分割し、小さな分割単位で固定子の組み立てを行うことが知られている。

特許文献１では、固定子鉄心の分割において、固定子鉄心歯部を１本単位で分割し、分割された１本の単位ごとにリング材にボルト締結して固定子を組み立てる回転電機の固定子が開示されている。

特許文献２では、固定子鉄心の分割において、固定子鉄心歯部の複数を１単位として分割し、分割された複数の１単位ごとに固定子巻線を集中巻きに巻き回し、それぞれの分割単位を溶接して固定子鉄心を組み立てる回転電機の固定子が開示されている。

また、大型で大容量の回転電機の固定子では、効率良く固定子鉄心および固定子コイルを冷却する必要がある。そこで、特許文献３では、固定子コイルを係止保持する楔の断面形状につき、固定子コイルとの接合部位を直径とし、接合位置より内径側を半円形状の凸部に形成することで、固定子通風ダクト内の通風効率を向上させる回転電機の固定子が開示されている。

特開２００１−１１９８７２号公報 特開２００４−２７４９７０号公報 特開２００３−１５８８４１号公報

しかし、これら従来の回転電機の固定子には以下のような課題があった。
特許文献１では、固定子鉄心歯部を１本の単位で分割し、その１本単位ごとにリング材にボルト締結を行っているため、スロット数が多くなった場合には、製作工数が増加し、コストがかかる。

特許文献２では、分割された複数の固定子鉄心歯部を１単位とし、各分割単位を溶接して組み合わせて固定子鉄心を形成し、さらに固定子鉄心を焼きばめなどの手段を用いてフレームに固定している。なお、分割単位同士の溶接を省略できる旨も記載されている（段落００３３）。しかし、フレームへの固定手段として記載されているのは、通常の焼きばめを用いた手段だけである。また、固定子鉄心および固定子コイルの冷却構造については何ら開示されていない。

特許文献３では、スロットに収納される固定子コイルを係止保持する楔を所定の形状とすることで通風効率の向上を図ることが記載されている。しかし、固定子鉄心を分割した場合における特段の効果の開示はなく、また、固定子の内周側の通風構造については記載されているが、固定子の外周側の通風構造については通常の構造しか開示されていない。

本発明の目的は、以上のような課題を解決するべく、複数の固定子鉄心歯部の単位に分割して固定子鉄心を形成する際に、分割単位ごとで扱うことが容易な回転電機の固定子を提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明によれば、固定子鉄心歯部を固定子周方向に複数配列してなる固定子鉄心と、前記固定子鉄心歯部に巻き回される固定子コイルと、前記固定子鉄心の外周側に配置される固定子枠とを有する回転電機の固定子において、前記固定子鉄心は、複数の前記固定子鉄心歯部を有するものを１分割単位として分割構成され、前記１分割単位の各固定子鉄心は、外周面に設けられた固着手段を介して前記固定子枠に取り付けられ、前記固定子コイルは、同一分割単位内の前記固定子鉄心歯部に集中巻きされる構成とする。

また、本発明によれば、上記の構成において、前記固着手段は、前記固定子鉄心の外周面に固定子軸方向に形成された台形状の凹部と、該凹部に嵌め込まれる長尺状かつ台形状の楔状材と、前記固定子枠外側から前記楔状材を締め上げるネジとから構成される。

また、本発明によれば、上記の構成において、前記固着手段は、前記１分割単位の各固定子鉄心の周方向の複数個所に設けられる構成とする。
また、本発明によれば、上記の構成において、前記各固着手段の中間部の前記固定子枠との間に、固定子軸方向に貫通した冷却風の通風用の空隙を備える構成とする。

また、本発明によれば、上記の構成において、前記空隙は、隣接する前記１分割単位の固定子鉄心にまたがって形成される構成とする。
また、本発明によれば、上記の構成において、前記固定子コイルは、前記１分割単位の前記固定子鉄心が前記固定子枠に取り付けられる前に集中巻きされる構成とする。

本発明により、大型で直径の大きい固定子を任意の数で分割し、固定子枠への取り付けを容易とすることにより、分割単位ごとで扱うことが容易な回転電機の固定子を実現することができる。

本発明の実施例の固定子の部分断面図である。 本発明の実施例の固定子鉄心の外径側からの部分拡大図である。 本発明の他の実施例の固定子の部分断面図である。 本発明の他の実施例の固定子の部分断面図である。 本発明の他の実施例の固定子の部分断面図である。 従来技術による固定子および回転子の断面図である。

実施の形態を以下の実施例で説明する。以下の説明で従来の構造と同一部位には同一の符号を付した。

図１は本発明の実施例の固定子の部分断面図である。１は固定子鉄心、１ａは固定子鉄心歯部、２はスロット、３は凹部、４は楔状材、５は固定子枠、６はネジ、８は分割部、９は固定子コイルである。図では、固定子鉄心歯部１ａを３本単位として固定子鉄心１を分割している。スロット２には、固定子鉄心歯部１ａに集中巻きされる固定子コイル９が収められている。

１分割単位ごとの固定子鉄心１の外周上には、それぞれ略台形状の凹部３が形成されている。この凹部３にネジ穴の切られた略台形状の楔状材４を挿入する。そして、固定子枠５の外周側から固定子枠５を挿通したネジ６を、楔状材４のネジ穴にネジ込み、固定子鉄心１と固定子枠５を締め付ける。これにより、分割された固定子鉄心１を固定子枠５に固着させて固定子を形成する。

従来のように固定子鉄心歯部を１本単位で分割した場合には、その分割単位の数だけ固着手段が必要となる。従って、固定子の直径が大きいと固定子鉄心歯部の数も多くなるため、製作工数が増加してしまう。

しかし、本発明では、３本の固定子鉄心歯部１ａを１単位として形成された固定子鉄心１を、１分割単位につき１つの固着手段で固定子枠５に固着させることができる。そのため、固定子鉄心歯部１本単位で分割する場合と比較すると、製作工数を少なくすることができる。

また、それぞれの分割単位ごとに、ネジ６の締め付けを行って固定子鉄心１と固定子枠５を固着させているため、通常用いられる焼きばめなどによる固定手段と比較して、容易に固着することができる。特に大型の固定子について焼きばめを行う場合には、広大なスペースと大型の炉が必要となり、また固着完了まで時間もかかる。しかし、本発明の実施例によればそれらを必要とすることなく、固定子鉄心１と固定子枠５とを容易に固着させることができる。

また、凹部３および楔状材４を略台形状とし、それらを組み合わせてネジ６で締め付けることで固着を行っているため、固定子鉄心１と固定子枠５のような円形状のもの同士の固着をより強固にすることができる。

楔状材４の材質としては、鉄または非磁性材（非磁性ステンレスなど）を使用する。非磁性材を使用した場合には、磁束密度の高い材質を使用した際に発生してしまう渦電流損（楔状材４を通過する磁束により発生）を防止することができる。

楔状材４は長尺状であるが、長さに応じて分割して製造することにより、固定子製造時の凹部３への挿入を容易にすることができる。
なお、固定子鉄心１が非常に薄く、固定子鉄心１に直接ネジ穴を設けることが強度の面から難しいような場合であっても、固定子鉄心１に凹部３と楔状材４を形成し、ネジ６を楔状材４のネジ穴にネジ込むことにより、固定子鉄心１と固定子枠５を強固に固着させることができる。

図２は、本発明の実施例の固定子鉄心の外径側からの部分拡大図である。９ａはコイルエンドである。図は、固定子枠との取り付け前の固定子鉄心１である。取り付け時には、楔状材を凹部３に挿入し、軸方向に複数本のネジにより固定子枠との締め付けを行う。

このとき、分布巻きおよび重ね巻きを採用した場合には、固定子鉄心のそれぞれの固定子コイルは、同一の分割単位内の固定子コイルではなく、他の異なる分割単位の固定子鉄心の固定子コイルと対をなすことになる。

従って、複数の固定子鉄心歯部を有する固定子鉄心を１分割単位とし、それぞれの分割単位を組み合わせて固定子を形成する場合には、コイルエンドがそれぞれの分割された固定子鉄心の分割部を渡ってしまうことになる。そのため、各分割単位の固定子鉄心を固定子枠に取り付けた後になってからでないと、各スロットに固定子コイルを挿入することはできない。

しかし、本発明では、集中巻きを採用していることにより、固定子コイルは、１分割単位内において、同一分割単位内の固定子鉄心歯部に集中巻きされる。従って、コイルエンド９ａは、分割部８に渡ることはない。そのため、各分割単位の固定子鉄心を固定子枠に取り付ける前に、固定子コイルを各スロットに入れた状態で１分割単位の固定子鉄心として扱うことができる。

図３は本発明の他の実施例の固定子の部分断面図である。図３では、図１と同様に、固定子鉄心歯部１ａを３本単位として固定子鉄心１を分割し、それぞれの分割単位の固定子鉄心１を組み合わせる前にスロット２に固定子コイル（図示しない）が収められ、固定子鉄心歯部１ａに集中巻きされる。また、１分割単位ごとに凹部３、楔状材４、ネジ６の１つの固着手段で固定子枠５へ強固に固着することができる。

固定子には、冷却風を流すための通風孔7が形成されている。通風孔７は、固定子鉄心１と固定子枠５の間に軸方向に貫通した空隙を設けることにより形成される。
ここで、各１分割単位の固定子鉄心１を形成する際に、その外周の形状の一部を小さく形成することのみで、冷却手段である通風孔７を固定子の外周側に形成することができる。

以上のとおり、図３の実施例では、任意の数の複数の固定子鉄心歯部１ａを１分割単位とし、それぞれの分割単位を組み合わせる前の段階で、固定子コイルを各スロットに挿入できるだけでなく、冷却構造を形成することができ、また、１分割単位ごとに１つの手段で固定子枠５へ強固に固着することができる。そして、各分割単位を組み合わせてコイル結線をすることで固定子を完成できる。

これにより、直径の大きな固定子を製造する際に、任意の大きさに分割した単位で扱うことが容易となり、製造設備や製造スペースに合わせて製作を行うことが可能となる。
図４および５は本発明の他の実施例の固定子の部分断面図である。図４および５では、固定子鉄心歯部１ａを９本単位として固定子鉄心１を分割している。なお、図５では通風孔７が設けられている。

図４および５に示すように、固定子鉄心歯部１ａが９本単位となるように固定子鉄心１を分割した場合には、凹部３、楔状材４、ネジ６からなる固着手段を、固定子鉄心１の周方向の複数個所に設けることにより、強固に固着することができる。

このように固着手段を複数個所に設けた場合には、通風孔７を各固着手段の中間部にも設けることができ、固定子鉄心歯部１ａが３本単位となるように分割した場合と同様の冷却効果を得ることができる。

このように固定子鉄心歯部１ａを９本単位で分割した場合であっても、固定子コイル（図示しない）は、固定子鉄心歯部１ａに集中的に巻き回されるため、分割部８にコイルが渡ることはない。これにより、固定子コイルをスロット２に入れた状態で、分割された固定子鉄心として扱うことができる。また、通風孔７を設けることにより、各分割単位を組み合わせる前に冷却構造を形成することができる。

なお、以上の実施の形態においては、３本または９本の固定子鉄心歯部を１単位として分割した場合について説明したが、これらに限られるものではなく、固定子鉄心歯部の数は、任意の数を１単位として分割することが可能である。

１ 固定子鉄心
１ａ 固定子鉄心歯部
２ スロット
３ 凹部
４ 楔状材
５ 固定子枠
６ ネジ
７ 通風孔
８ 分割部
９ 固定子コイル
９ａ コイルエンド
１０ 回転子

Claims (6)

1. 固定子鉄心歯部を固定子周方向に複数配列してなる固定子鉄心と、前記固定子鉄心歯部に巻き回される固定子コイルと、前記固定子鉄心の外周側に配置される固定子枠とを有する回転電機の固定子において、
   前記固定子鉄心は、複数の前記固定子鉄心歯部を有するものを１分割単位として分割構成され、
   前記１分割単位の各固定子鉄心は、外周面に設けられた固着手段を介して前記固定子枠に取り付けられ、
   前記固定子コイルは、同一分割単位内の前記固定子鉄心歯部に集中巻きされることを特徴とする回転電機の固定子。
2. 請求項１に記載の回転電機の固定子において、
   前記固着手段は、前記固定子鉄心の外周面に固定子軸方向に形成された台形状の凹部と、該凹部に嵌め込まれる長尺状かつ台形状の楔状材と、前記固定子枠外側から前記楔状材を締め上げるネジとから構成されることを特徴とする回転電機の固定子。
3. 請求項１または２に記載の回転電機の固定子において、
   前記固着手段は、前記１分割単位の各固定子鉄心の周方向の複数個所に設けられることを特徴とする回転電機の固定子。
4. 請求項１ないし３の何れかの項に記載の回転電機の固定子において、
   前記各固着手段の中間部の前記固定子枠との間に、固定子軸方向に貫通した冷却風の通風用の空隙を備えることを特徴とする回転電機の固定子。
5. 請求項４に記載の回転電機の固定子において、
   前記空隙は、隣接する前記１分割単位の固定子鉄心にまたがって形成されることを特徴とする回転電機の固定子。
6. 請求項１ないし５の何れかの項に記載の回転電機の固定子において、
   前記固定子コイルは、前記１分割単位の前記固定子鉄心が前記固定子枠に取り付けられる前に集中巻きされることを特徴とする回転電機の固定子。