JP2011177026A - Stator for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a stator of a rotating electric machine, and more particularly to an improvement in a structure for elastically supporting a stator core on a frame.
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)。 As a conventional rotating electrical machine stator, in a rotating electrical machine that elastically supports a stator core by a plurality of spring bars arranged in an axial direction on the circumference in the vicinity of the outer periphery of the stator core via an iron core support plate, A partition plate is installed at a position facing the outer periphery of the iron core support plate, and a predetermined deformation is suppressed between the iron core support plate and the gap plate due to the twisting based on the bending stress and excessive torque in the rotational direction of the spring bar. Some have a deflection preventing means for forming a gap (see, for example, Patent Document 1).
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。 In the stator of the conventional rotating electric machine as described above, although the permanent deformation due to the excessive torque is prevented by the deflection preventing means, the partition plate is installed at a position facing the outer periphery of the stator support plate. There has been a problem that the outer diameter of the is increased. In addition, since it is elastically supported by the spring bar, in order to disperse the load such as gravity and rotational torque of the stator core in the circumferential direction, the number of parts is reduced by requiring many spring bars in the circumferential direction. There is also a problem that the assembly work takes time and increases.
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。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and has an object to obtain a stator for a rotating electrical machine that can be reduced in diameter and that can reduce the number of components when distributing the load. Yes.
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の軸方向端面部相互に固着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の軸方向端面部相互に固着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。 A stator of a rotating electrical machine according to the present invention includes a plurality of core tightening members that are provided at predetermined intervals in the circumferential direction on an outer peripheral portion of a stator core and tighten the stator core in an axial direction, and the stator core A plurality of holding rings which are provided on the outer peripheral portion at predetermined intervals in the axial direction and hold the stator core so as to be tightened from above the core fastening member toward the central portion, and a frame surrounding the stator core A plurality of ring-shaped middle frame members projecting from the inner surface at predetermined intervals in the axial direction and the axial end surfaces of the adjacent middle frame members are fixed to each other, and the holding ring A plurality of elastic support members fixed to the outer peripheral part or fixed to the axial end surface parts of the holding rings adjacent to each other and fixed to the inner peripheral part of the middle frame member at the central part in the axial direction. It is a thing.
この発明においては、弾性支持部材を、隣り合う中枠部材の軸方向端面部相互に固着して、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の軸方向端面部相互に固着して、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。 In this invention, the elastic support members are fixed to the axial end surface portions of the adjacent middle frame members and fixed to the outer peripheral portion of the holding ring at the axial central portion, or the axial end surfaces of the adjacent holding rings. Since the parts are fixed to each other and fixed to the inner peripheral part of the middle frame member at the center in the axial direction, it is possible to reduce the size of the rotating electrical machine, and the structure facilitates load distribution and the number of parts. Can be reduced.
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。
Hereinafter, a stator for a rotary electric machine according to
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。
The illustrated stator constitutes, for example, an armature of a turbine generator. A predetermined number of axially formed slots are provided in the inner peripheral portion of the
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。
The
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。
Further, the axial pitch width between the
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。
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described. A static load of the
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。
As described above, in the first embodiment, no part that restricts the shape of the
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。
Next, a stator for a rotary electric machine according to
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。
In the second embodiment configured as described above, the arrangement configuration of the retaining
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。
Next, a stator for a rotary electric machine according to
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。
In the third embodiment configured as described above, the
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。
Next, a stator for a rotary electric machine according to
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。
In the fourth embodiment configured as described above, the necessary number of
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。
Next, a rotary electric machine stator according to
In the fifth embodiment configured as described above, the vibration absorbing effect due to the twist of the
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。
Next, a stator for a rotary electric machine according to
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。
In the sixth embodiment configured as described above, the
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。
Embodiment 7 FIG.
Next, a stator for a rotary electric machine according to Embodiment 7 of the present invention will be described with reference to FIG. In the drawing, the
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。
The elastic support members 6α to 6γ are joined to the holding
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。
In the seventh embodiment configured as described above, the elastic support members 6β and 6γ superimposed on the inner peripheral surface side of the elastic support member 6α are not fixed at both ends in the axial direction. Since there is no restriction of bending deformation at the both-end fixed portions, the spring rigidity is reduced, and a higher vibration reduction effect is obtained. The seventh embodiment exemplifies a case where a long elastic support member 6α extending from one end portion in the axial direction to the other end portion of the plurality of
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。
Embodiment 8 FIG.
Next, a stator for a rotary electric machine according to Embodiment 8 of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, a
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。
In the eighth embodiment configured as described above, since a part of the outer peripheral side of the
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。
Next, a rotary electric machine stator according to
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。
In the ninth embodiment configured as described above, the arrangement configuration of the
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。
In the first to ninth embodiments, the
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。
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