JP2011250626A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の振動を抑制する。
【解決手段】回転電機は、回転子１の回転により半径方向に振動する固定子鉄心と、固定子鉄心を覆う固定子フレーム７と、固定子鉄心の側面に配置されたばね板５０とを有する。ばね板５０は、鉄心支持板２１および鉄心取付け板で支持される。ばね板５０は、図心を通る半径方向に力が作用するときに、荷重方向に対して周方向に傾斜角度を保つ第１方向と、この第１方向に垂直な第２方向とに、それぞれ分力が生じ、第１方向を第１軸とする第１断面二次モーメントと、第２方向を第２軸とする第２断面二次モーメントとが互いに異なる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転子が回転したときに発生する磁気吸引力により振動する回転電機に関する。

発電機や電動機などの回転電機は、回転軸と共に回転する回転子と、この回転子を半径方向外側から覆うように構成された固定子と、を有する。固定子は、回転子を取り囲むように形成された円筒状の固定子鉄心と、この固定子鉄心を半径方向から覆う固定子フレームと、を有する。

回転子が回転することより発生する磁気吸引力によって、固定子には磁気振動が発生する。この磁気振動が、回転電機が設置される基礎に伝播しないようにする必要がある。一般的な回転電機の固定子は、固定子鉄心と固定子フレームとの間に弾性体等を配置して、この弾性体を介して固定子鉄心を支持することで、固定子フレームの外側に磁気振動が伝播することを抑制している。

例えば２極のタービン発電機では、回転子に作用する磁気吸引力は、周方向に沿って振動の節部を有する円環振動モードで振動する。２極タービン発電機では、節部を４つ有している。この円環振動モードは、回転子の回転周波数で周方向に沿って移動する。

一方、固定子は、磁気吸引力と同様に、４節の円環固有振動モードで振動する。固定子の振動モードが、回転子の磁気吸引力の振動モードとほぼ同じであることから、強い励振を受ける。この場合、磁気吸引力（加振力）の振動モードが大きくなるにしたがって、固定子の固有振動モードも大きくなる。

加振力モードの周方向分布は、節部が４つであることから、式（１）で表される。ここで、θは円周方向の角度、Ｆ_０は回転子の磁気吸引力の大きさである。

Ｆ（θ）＝Ｆ_０ｃｏｓ（４θ） …（１）
一方、固定子鉄心の円環固有振動モードの周方向の分布は、節部の数をｎとすると、式（２）が成り立つ。ここでｘは円周方向の変位、ｘ_０はその振幅である。

ｘ（θ）＝ｘ_０・ｃｏｓ（ｎ・θ） …（２）
よって、モード加振力Ｆ_ｎは、式（３）で表すことができる。

すなわち、ｎ＝４以外では直交性が成り立つためモード加振力がゼロとなってしまうのでｎ＝４以外のモード応答は無視することができる。

この４節固有円環振動モードは、２つの振動モードを含んでいる。例えば回転軸が水平方向に延びているとして、一方の振動モードは、固定子鉄心の回転軸方向断面の例えば鉛直中心軸上に振動の腹（振幅が大きい部分）が形成されるのに対して、もう一方の振動モードは、上記の鉛直中心軸から４５度の傾きをもった軸上に振動の腹が形成される。

双方の振動モードの分布は、振動の節（振幅がゼロになる位置）と振動の腹が、互いに入れ替わる。すなわち、一方の振動モードの腹となる位置が、他方の振動モードの節となる。また、互いの振動モードの固有振動数は、ほぼ等しい。

２極のタービン発電機では、上記の４節固有円環振動モードが、ほぼ同じ４節円環振動モードを有する回転子の加振力によって励振されているが、それぞれの固有振動モードにおいて節の位置は一定である。したがって、個々のモード応答では節の位置は変化せず、それ以外の部分がモードの形状に比例して時間的に調和振動を行う。このような振動の形態は定在波と呼ばれている。

しかしながら、固定子は、上記の回転子の磁気吸引力のように、２つの固有円環振動モードを有し、これらの振動モードの節と腹の位置は互いに入れ違って発生する。これら２つの振動モードの応答を重ね合わせて求めた実際の固定子に生じる振動モードは、加振力と同様に、４節円環振動モードと同じ形状になる。

これが回転子の角速度で回転すると、固定子の振幅の大きさは全周で一定の値を示す。すなわち、個々の固有振動モードの応答には振動の節部が存在するが、２つの振動モードの応答を重ね合わせて得られる実際の応答には節部が発生しない。

この場合、固定子の周方向全周において等しく振幅を有するため、固定子で発生している磁気振動を、回転電機が設置している基礎へ伝播することを抑制することが困難になる。

回転子の磁気吸引力による回転電機固定子の振動を抑制する方法に、例えば特許文献１に開示されているように、固定子鉄心の断面形状を多角形化することによって、固定子の構造上の対称性を崩して振動の低減を図るものが知られている。

特開２００３−０８８００８号公報

ところが、回転電機の固定子鉄心は抜き板を軸方向に積層して製作されるが、タービン発電機のような大型の回転電機では、固定子鉄心の形状が大きいため、円環状の抜き板を１枚で成形することは難しい。このため、抜き板を円周方向に小さい角度で分割した扇形に成形し、扇形の内角の半角ずつずらして軸方向に積層して固定子鉄心を製作している。

この場合、多角形を形成するには複数種の抜き板形状を必要とし、製造工程が複雑になる。また、固定子鉄心の外形も円形断面に比べ大きくなるので、発電機本体の大型化、重量増加をまねく。したがって、固定子鉄心の多角形化による振動対策を大型機に適用することは困難になる場合がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転子の回転により発生する電磁振動に起因する回転電機の振動を抑制できるようにすることである。

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機は、所定の軸周りを回転する回転軸を備えこの回転軸と共に回転する回転子と、略円板状の複数の鉄板が軸方向に積層されて前記回転子の外周を取り囲むように配置された略中空円筒状の固定子鉄心と、それぞれが前記固定子鉄心の外周面を囲むように取り付けられた穴あき円板状で、互いに軸方向間隔をあけて配置された複数の鉄心支持板と、前記鉄心支持板の半径方向外側に所定の半径方向間隔を保ちながら、前記鉄心取付け板を覆うように構成された固定子フレームと、それぞれが、前記固定子フレームの半径方向内側面に取り付けられて、前記固定子鉄心に所定の半径方向間隔を保ちながら前記固定子鉄心を半径方向外側から囲むように構成された穴あき円板状で、軸方向に互いに軸方向間隔をあけて配置されて、且つ、それぞれの軸方向位置が前記鉄心支持板の軸方向位置と異なるように配置された鉄心取付け板と、それぞれが、前記固定子鉄心の外周面に半径方向間隔を保ちながら前記鉄心支持板および鉄心取付け板を軸方向に貫通するように固定されて、周方向にほぼ９０度ごとに少なくとも１つ配置されて、半径方向に弾性変形可能な複数のはり構造部材と、を有し、前記はり構造部材それぞれは、それぞれの前記はり構造部材の図心を通る半径方向に力が作用するときに、この半径方向に対して周方向に所定の傾斜角度を保つ第１方向と、この第１方向に垂直な第２方向とに、それぞれ分力が生じ、前記第１方向を第１軸とする第１断面二次モーメントと、前記第２方向を第２軸とする第２断面二次モーメントとが、互いに異なるように構成されていること、を特徴とする。

本発明によれば、回転子の回転により発生する電磁振動に起因する回転電機の振動を抑制することが可能になる。

本発明に係る回転電機の第１の実施形態の概略縦断面図である。 図１のII−II矢視概略横断面図である。 図１の実施形態の原理を模式的に示すモデル図である。 図３のIV−IV矢視側断面図である。 図１のばね板の横断面における力と変位の関係を模式的に示すモデル図である。 一般的な動吸振器の原理を模式的に示すモデル図である。 図１の固定子鉄心の第１固有振動モードを模式的に示すモデル図である。 図１の固定子鉄心における回転振動モードを示すモデル図である。 図１の固定子鉄心およびばね板の振動モデルを示すモデル図である。 本発明に係る回転電機の第２の実施形態の概略横断面図である。 本発明に係る回転電機の第３の実施形態の概略横断面図である。 本発明に係る回転電機の第４の実施形態の部分概略横断面図である。 本発明に係る回転電機の第５の実施形態の概略横断面図である。 本発明に係る回転電機の第６の実施形態の概略横断面図である。

以下、本発明に係る回転電機の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
本発明に係る回転電機の第１の実施形態について、図１〜図９を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る回転電機の概略縦断面図である。図２は、図１のII−II矢視概略横断面図である。図３は、図１の実施形態の原理を模式的に示すモデル図である。図４は、図３のIV−IV矢視側断面図である。図５は、図１のばね板５０の横断面における力と変位の関係を模式的に示すモデル図である。

図６は、一般的な動吸振器８５の原理を模式的に示すモデル図である。図７は、図１の固定子鉄心５の第１固有振動モードを模式的に示すモデル図である。図８は、図１の固定子鉄心５における回転振動モードを示すモデル図である。図９は、図１の固定子鉄心５およびばね板５０の振動モデルを示すモデル図である。

先ず、本実施形態の回転電機の構成について説明する。

この回転電機は、水平な回転軸を備えた回転子１と、この回転子１を半径方向外側から覆う固定子３と、を有する。この固定子３は、固定子鉄心５と、この固定子鉄心５を半径方向外側から覆う固定子フレーム７と、を含む（図１）。この固定子フレーム７の外側には、回転電機が設置される基礎に連結される脚部９（図２）が設けられている。

固定子鉄心５は、中央に穴が形成された略円板状の鉄板を複数有し、これらの鉄板が回転子１を半径方向外側から覆うように配置されて軸方向に積層されて、形成されている。

固定子鉄心５の外周面には、軸方向に延びた複数のリブ棒１０が、互いに周方向間隔をあけて平行に取り付けられている。これらのリブ棒１０は、それぞれ固定子鉄心５の軸方向端部からもう一方の端部まで延びている。

固定子鉄心５の半径方向外側で固定子フレーム７の半径方向内側には、リブ棒１０を半径方向外側から固定する７つのリブ棒押え板、すなわち、第１リブ棒押え板１１、第２リブ棒押え板１２、第３リブ棒押え板１３、第４リブ棒押え板１４、第５リブ棒押え板１５、第６リブ棒押え板１６、第７リブ棒押え板１７が配置されている。これらの第１〜第７リブ棒押え板１１〜１７は、軸方向に沿って互いに間隔をあけて配置される。第１〜第７リブ押え板は、中央が開口してこの開口の半径方向外側に半径方向に広がる面が形成された穴あき円板状である。

本実施形態では、図１の左側から右側に向かって、第１リブ棒押え板１１、第２リブ棒押え板１２、第３リブ棒押え板１３、第４リブ棒押え板１４、第５リブ棒押え板１５、第６リブ棒押え板１６、第７リブ棒押え板１７の順に配置されている。

また、本実施形態の回転電機は、第１〜第７リブ棒押え板１１〜１７と同様に、リブ棒１０を半径方向外側から固定する２つの鉄心支持板、すなわち、第１鉄心支持板２１および第２鉄心支持板２２を有する。

第１鉄心支持板２１は、中央が開口してこの開口の半径方向外側に半径方向に広がる面が形成された穴あき円板状で、第１〜第７リブ棒押え板１１〜１７の外周よりも半径方向外側に張り出すように形成されている。この第１鉄心支持板２１は、第１リブ棒押え板１１および第２リブ棒押え板１２の間に配置されている。

第２鉄心支持板２２は、第１鉄心支持板２１と同じ形状で、第６リブ棒押え板１６および第７リブ棒押え板１７の間に配置されている。

固定子フレーム７の内側面には、３つの鉄心取付け板、すなわち、第１鉄心取付け板３１、第２鉄心取付け板３２、および第３鉄心取付け板３３が取り付けられている。これらの第１〜第３鉄心取付け板３１〜３３は、中央が開口してこの開口の半径方向外側に半径方向に広がる面が形成された穴あき円板状である。第１〜第３鉄心取付け板３１〜３３の外周側が、固定子フレーム７の内周面に固定されている。

第１鉄心取付け板３１は、固定子鉄心５の図１における左方端部よりも左側に配置されている。第３鉄心取付け板３３は、固定子鉄心５の図１における右方端部よりも右側に配置されている。

第２鉄心取付け板３２は、その内周側が第４リブ棒押え板１４の半径方向外側に互いに半径方向間隔をあけて配置されている。これにより、第１鉄心支持板２１は鉄心取付け板３１と鉄心取付け板３２の中間に、第２鉄心支持板２２は鉄心取付け板３２と鉄心取付け板３３の中間に、それぞれ配置される。

固定子鉄心５の半径方向外側には、半径方向に弾性変形可能な複数のばね板５０が配置されている。これらのばね板５０は、軸方向に延びて横断面が長方形の直方体状の長板である。各ばね板５０は、互いに周方向間隔をあけて平行に配置される。

各ばね板５０の一方の軸方向端部は、第１鉄心取付け板３１の半径方向に広がる面に取り付けられている。反対側の軸方向端部は、第３鉄心取付け板３３に取り付けられている。また、各ばね板５０は、第１および第２鉄心支持板２１、２２の半径方向に広がる面と、第２鉄心取付け板３２の半径方向に広がる面と、を貫通した状態で固定される。

各ばね板５０は、横断面の図心が第１および第２鉄心支持板２１、２２の半径方向に広がる面内の中立軸２０にあるように配置されている（図２）。この中立軸２０は、鉄心支持板２１，２２それぞれに作用する半径方向荷重に対して半径方向にのみ変形する仮想的な軸である。

本実施形態では、５枚のばね板５０で１つのばね板群を構成して、４つのばね板群、すなわち、第１ばね板群５１、第２ばね板群５２、第３ばね板群５３、第４ばね板群５４を有している。

第１および第３ばね板群５１、５３は、固定子鉄心５の鉛直方向上下にそれぞれ配置され、上側に第１ばね板群５１、下側に第３ばね板群５３が配置されている。第２および第４ばね板群５２、５４は、固定子鉄心５の水平方向左右にそれぞれ配置されて、固定子鉄心５の図２における左側に第２ばね板群５２、右側に第４ばね板群５４が配置されている。

第１ばね板群５１の周方向中央にあるばね板５０は、回転子１の回転中心の真上にあるように配置される。この中央にあるばね板５０の両側（図２の左右）に２枚ずつばね板５０が配置される。これら５枚のばね板５０は、それぞれの図心を通る半径方向に対して正回転方向、すなわち時計回りに所定の傾斜角度φだけ傾いた状態で固定されている。すわなち、各ばね板５０の横断面の長方形の上方が図２における右側で下方が左側にある状態で固定されている。

第３ばね板群５３の周方向中央にあるばね板５０は、回転子１の回転中心の真下にあるように配置される。この中央にあるばね板５０の両側（図２の左右）に２枚ずつばね板５０が配置される。これら５枚のばね板５０は、それぞれの図心を通る半径方向に対して時計回りに所定の傾斜角度φだけ傾いた状態で固定されている。第１ばね板群５１の各ばね板５０と同様に、第３ばね板群５３の各ばね板５０は、横断面の長方形の上方が図２における右側で下方が左側にある状態で固定されている。

第２ばね板群５２の周方向中央にあるばね板５０は、回転子１の回転中心の真横（左）にあるように配置される。この中央にあるばね板５０の両側（図２では上下）に２枚ずつばね板５０が配置される。これら５枚のばね板５０は、それぞれの図心を通る半径方向に対して反時計回りに所定の傾斜角度φだけ傾いた状態で固定されている。このときの第２ばね板群５２の各ばね板５０は、横断面の長方形の上方が図２における右側で下方が左側にある状態で固定されている。

第４ばね板群５４の周方向中央にあるばね板５０が、回転子１の回転中心の真横（右）にあるように配置される。この中央にあるばね板５０の両側（図２では上下）に２枚ずつばね板５０が配置される。これら５枚のばね板５０は、それぞれの図心を通る半径方向に対して反時計回りに所定の傾斜角度φだけ傾いた状態で固定されている。このときの第４ばね板群５４の各ばね板５０は、横断面の長方形の上方が図２における右側で下方が左側にある状態で固定されている。

続いて、本実施形態の作用について説明する。

先ず、図３および図４に示すような質量Ｍと剛性Ｋからなる主系構造物８１において、質量のｘ方向の振動の抑制を考える。

質量Ｍに対して、ｘ方向から所定の傾斜角度φだけ傾いたζ方向に主軸を有する異方性断面（２つの主軸（ζ方向およびη方向）で断面２次モーメントが異なる断面）のはり構造部材を基礎１００から取り付ける。ここで、基礎１００は、静止状態が保持される部位である。図４では、基礎を省略している。傾斜したはり構造部材に対してｘ方向に荷重Ｆｘが作用すると、図５に示すように、はり構造物の断面の２つの主軸方向、すなわちζ軸方向およびη軸方向に分力が生じる。このときの、ζ軸回りの断面２次モーメントＩ_ζと、η軸回り断面２次モーメントＩ_ηとの相違から、はり構造部材の図心は図５における点Ｏから点Ｏ’に移動する。このとき、ｘ方向およびｙ方向に変位が生じる。本実施形態では、当該はり構造物は、ばね板５０に相当する。

傾斜したはり構造部材のζ軸方向およびη軸方向の剛性をそれぞれｋ_ζおよびｋ_ηとすると、ζ軸方向およびη軸方向の変位ζおよび変位ηと、荷重Ｆ_ζおよび荷重Ｆ_ηとの間には次の式（４）が成り立つ。

これを、ｘ−ｙ座標に座標変換すると、式（５）が得られる。

式（５）の剛性行列では、連成項ｋ_ｘｙが存在するので、ｘ方向とｙ方向の間で相互に力が作用する。質量Ｍについて力のつり合いを考えると、式（６）が成り立つ。

これは、図６に示す動吸振器８５を取り付けた主系構造物８１の運動方程式、すなわち式（７）に類似している。ここで、当該動吸振器８５は主系構造物８１に連結されるもので、質量ｍおよび剛性ｋで表される。主系構造物８１は、基礎に連結される構造物で、質量Ｍおよび剛性Ｋで表されている。

異方性断面を有するはり構造部材を、断面の主軸を構造物の振動方向から傾けて構造物に取り付けると、質量Ｍのｙ方向の慣性を用いる動吸振器８５を形成することができる。この機構では、動吸振器８５の錘、すなわち、図６に示す従系の質量ｍと同じものを新たに設けずに、主系となる構造物が内包する、すなわち構造物の質量Ｍが動吸振器８５の質量ｍを兼ねている。これらの詳細は、後で説明する。

一般に、動吸振器８５の質量ｍは構造物の質量Ｍより小さくして小型化を図っているが、式（６）では、構造物と同じ質量を有する。これは、動吸振器８５の固有振動数が、構造物の固有振動数から乖離しても、振動抑制の効果があることを意味している。

本実施形態の固定子鉄心５は、回転子１が励起する回転磁力により、周方向に沿って回転子１の極数の２倍の数だけほぼ等間隔に振動の腹および節が交互にできるように半径方向に振幅が分布する第１固有円環振動モード（図２の点線Ｌ１）を有する。本実施形態の回転電機は２極であるため、図７に示すように、４つの節部（図中のｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４）および腹部（図中のａ１、ａ２、ａ３、ａ４）を有している。この第１固有振動モードは４つの腹部および節部を有する定在波である。

また、この第１固有振動モードに共役なモードで、第１固有振動モードに対応する固有振動数とほぼ同じ固有振動数を有し第１固有振動モードの腹に相当する位置が節になり第１固有円環振動モードの節に相当する位置が腹になるように半径方向に振幅が分布する第２固有円環振動モードを有している。

上述したように第１〜第４ばね板群５１〜５４の各ばね板５０は、固定子フレーム７に対して第１固有振動モードの腹部において固定子鉄心５を弾性的に支持している。各ばね板５０の横断面の断面特性を上述した異方性断面として、且つ、この横断面を固定子鉄心５の半径方向に対して所定の傾斜角度φで傾けてある。これにより、固定子鉄心５および各ばね板５０が、固定子鉄心５の半径方向と接線方向を連成させた動吸振器８５を構成する。

ここで、図５に示すように、ばね板５０の横断面の図心Ｏを原点として、固定子鉄心５の半径方向をｘ方向、接線方向をｙ方向とするＯ-xy座標軸を設ける。同様にＯ点を原点にばね板５０の横断面の主軸に一致したＯ-ζη座標を設ける。力の平衡を考えると式（５）の関係が成り立つ。連成項ｋ_ｘｙは、下記の式（８）のようになる。

ここで、φ＝π／２のとき最大となる。そこで、以下では、φ＝π／２として考える。この場合、式（５）は、式（９）のように書き改められて、さらに、式（１０）の関係が得られる。

一方、第１固有振動モードの振動応答の形態を考えると、図７に示すように、４つの節部および４つの腹部を有する定在波である。このときの変位は式（１）のように円周角に対する正弦波の分布をなす。周方向に隣接する節部と節部の間に着目すると、両端がピン等で単純支持された中心角が９０度の両端支持曲がりはり９１とみなすことができる。これを等価な１自由度系に置き換えると、式（１１）のように表すことができる。

式（１１）で、ｋ_Ｒは固定子鉄心５の等価ばね定数で、ｍ_Ｒは両端支持曲がりはり９１の分布質量を等価な集中質量に置き換えたものである。また、Ｆ_Ｒは電磁加振力である（図９）。

ここで、固定子鉄心５の質量をＭとすると、ｍ_Ｒは、式（１２）のように表すことができる。

また、固定子鉄心５の接線方向（周方向接線の方向）の運動方程式は、図８から、式（１３）のように表せる。

ここで、Ｒ_１は、固定子鉄心５の慣性半径であり、Ｒ_２は、ばね板５０の取付け半径である。簡単のため、Ｒ_２／Ｒ_１＝２とする。

式（９）〜式（１３）を式（６）に代入すると、式（１４）が得られる。

式（１４）から、剛性行列にはばね板５０の断面が異方性（ｋζ≠ｋη）であるので、非対角項に値が存在していることがわかる。よって、x方向とy方向との間で連成が生じることを意味し、式（７）と対比させると、質量Ｍ／８の構造物に対して、質量Ｍ／８の錘（質量ｍ）を有する動吸振器８５を取り付けたことと等価である。

動吸振器８５としての固有振動数をｋ_ζおよびｋ_ηを調節して、加振振動数Ωに対して式（１５）の関係が成り立たたせることによって、第１円環固有振動モードの電磁力に対する応答を低減することが可能になる。

また、ばね板５０の円周方向の取り付け位置は、第１円環固有振動モードについては腹部に相当している。これに対して、第１円環固有振動モードに共役なモード、すなわち第２円環固有振動モードにとっては節部に相当する。したがって、固定子鉄心５は共役モードの節部に相当する位置で支持されていることになる。

以上の説明からわかるように本実施形態によれば、固定子鉄心５の半径方向の振動に対して、固定子鉄心５に内包される接線方向の質量を錘とした動吸振器８５が形成される。このため、動吸振器８５の錘としての新たな質量ｍを付加する必要がない。

このため、動吸振器８５を設置して回転電機の振動を抑制させるために、大きな質量を新たに取り付けることなく、着目する第１固有振動モードの応答を低減させて、共役な円環振動モード応答のみにすることができる。

この共役モード（第２固有振動モード）による応答は、振動の節部を有する定在波である。各ばね板５０の取付け位置は、当該第２固有振動モードの節部に相当しているので、固定子鉄心５は第２固有振動モードの節部で支持されていることになる。

これによって、電磁振動に起因する回転電機の振動を抑制することが可能になる。

［第２の実施形態］
本発明に係る回転電機の第２の実施形態について、図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形態に係る回転電機の概略横断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図９）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態の回転電機は、第１〜第４ばね板群５１〜５４を、第１の実施形態の周方向位置に対してそれぞれ反時計回りに４５度にずらした位置に取り付けられている。

第１ばね板群５１の周方向中央にあるばね板５０は、図１０における左上側で、回転子１の回転中心を通る鉛直軸に対して反時計周りの方向に４５度傾いた軸上にあるように配置される。この中央にあるばね板５０の周方向両側に２枚ずつばね板５０が配置される。これら５枚のばね板５０は、それぞれの図心を通る半径方向に対して時計回りに所定の傾斜角度φだけ傾いた状態で固定されている。

第３ばね板群５３の周方向中央にあるばね板５０は、図１０における右下側で、回転子１の回転中心を通る鉛直軸に対して反時計周りの方向に４５度傾いた軸上にあるように配置される。この中央にあるばね板５０の周方向両側に２枚ずつばね板５０が配置される。これら５枚のばね板５０は、それぞれの図心を通る半径方向に対して時計回りに所定の傾斜角度φだけ傾いた状態で固定されている。

第２ばね板群５２の周方向中央にあるばね板５０は、図１０における右上側で、回転子１の回転中心を通る水平軸に対して反時計周りの方向に４５度傾いた軸上にあるように配置される。この中央にあるばね板５０の周方向両側に２枚ずつばね板５０が配置される。これら５枚のばね板５０は、それぞれの図心を通る半径方向に対して反時計回りに所定の傾斜角度φだけ傾いた状態で固定されている。

第２ばね板群５２の周方向中央にあるばね板５０は、図１０における左下側で、回転子１の回転中心を通る水平軸に対して反時計周りの方向に４５度傾いた軸上にあるように配置される。この中央にあるばね板５０の周方向両側に２枚ずつばね板５０が配置される。これら５枚のばね板５０は、それぞれの図心を通る半径方向に対して反時計回りに所定の傾斜角度φだけ傾いた状態で固定されている。

本実施形態では、図１０の点線Ｌ２で示される第２固有振動モード、すなわち、鉛直方向に対して４５度傾いた方向に振動の腹部を有するモードに着目している。第１〜第４ばね板群５１〜５４それぞれは、固定子鉄心５の第２固有振動モードの腹部に相当する位置の半径方向外側に配置されている。

第２固有振動モードの腹部に相当する位置に、第１〜第４ばね板群５１〜５４を配置することによって、各ばね板５０の横断面の各主軸（ζ方向軸、η方向軸）は、水平軸および垂直軸にそれぞれ平行になる。また、水平軸周りの断面２次モーメントが鉛直軸周りの断面２次モーメントに比べて大きくなるように構成される。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に効果を得ることができる。また、水平軸周りの断面２次モーメントを大きくすることができるため、固定子鉄心５の自重による静たわみを小さくすることが可能になる。このため、回転電機を製造するときの組み立てが容易になる。

［第３の実施形態］
本発明に係る回転電機の第３の実施形態について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態に係る回転電機の概略横断面図である。なお、本実施形態は、第２の実施形態（図１０）の変形例であって、第２の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態は、第２の実施形態と同様に、第２固有振動モードの腹部に相当する位置に、第１〜第４ばね板群５１〜５４が配置されている。また、第１〜第４ばね板群５１〜５４の各ばね板５０は、回転子１の回転中心を通る鉛直軸に対して４５度傾いた４５度軸に対して、全て４５度傾いた状態で取り付けられている。すなわち、各ばね板５０の横断面の長方形の長手方向が、全て鉛直になるように取り付けられている。

第１ばね板群５１の中央にあるばね板５０の両脇のばね板５０は、両脇にあるばね板５０の図心と回転中心とを通る半径方向軸に対する傾斜角度が、４５度に対して若干ずれる。第２〜第４ばね板群５２〜５４についても同様である。このため上述した連成項の値が小さくなるが、固定子鉄心５の鉛直方向に対する静的な剛性が、第２の実施形態に比べて大きくすることが可能になる。

これにより、第２の実施形態に比べ、組み立て作業が容易になり、製作コストを抑制できる。

［第４の実施形態］
本発明に係る回転電機の第４の実施形態について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態に係る回転電機の部分概略横断面図である。なお、図１２では回転子１の図示は省略している。本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図９）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態の第１〜第４ばね板群５１〜５４それぞれの周方向中央にある各ばね板５０は、第１の実施形態と同様に配置されている。各ばね板群５１〜５４の周方向中央にあるばね板５０の両脇にあるばね板５０は、それらの図心が第１および第２鉄心支持板２１、２２の中立軸２０上からずれた位置にあるように取り付けられている。

第１ばね板群５１の周方向中央のばね板５０の周方向反時計周り側（図１２における右側）にある２枚のばね板５０は、その図心が、図１２に仮想的に示す中立軸２０よりも半径方向外側（上側）にあるように取り付けられている。第１ばね板群５１の周方向中央のばね板５０の図１２における左側にある２枚のばね板５０は、その図心が、中立軸２０よりも半径方向内側（下側）にあるように取り付けられている。

第４ばね板群５４の周方向中央のばね板５０の図１２における上側にある２枚のばね板５０は、その図心が、中立軸２０よりも半径方向内側（左側）にあるように取り付けられている。第４ばね板群５４の周方向中央のばね板５０の図１２における下側にある２枚のばね板５０は、その図心が、中立軸２０よりも半径方向外側（右側）にあるように取り付けられている。

第２ばね板群５２および第３ばね板群５３の図示は省略するが、第１および第４ばね板群５１、５４と同様に取り付けられている。

固定子鉄心５の円環振動が生じたとき、第１および第２鉄心支持板２１、２２が曲がりはりとして弾性変形する。このとき中立軸２０は、半径方向に変位が生じるだけで接線方向には変形しない。しかし、中立軸２０の半径方向外側では、第１および第２鉄心支持板２１、２２は振動の腹の中央から時計周りに変形が生じる。また、中立軸２０から内側では第１および第２鉄心支持板２１、２２は振動の腹の中央から反時計周りに変形が生じる。

本実施形態では、ばね板５０等の接線方向の質量を、動吸振器８５の錘として用いるので接線方向の振動が生じる。図１２に示すように、回転子１の回転によって固定子鉄心５の半径方向に荷重Ｆ_Ｒが作用するとき、固定子鉄心５には半径方向および接線方向それぞれに変位Ｖ_Ｒおよび変位Ｖ_Ｔが生じる。

このとき、第１ばね板群５１の図１２にける最も左側にあるばね板５０は、第１および第２鉄心支持板２１、２２の中立軸２０より半径方向外側にあるので矢示するように反時計周りに変位ｕ_ＴＡが生じる。一方、第１ばね板群５１の中で図１２における最も右側にあるばね板５０は、第１および第２鉄心支持板２１、２２の中立軸２０より内側に位置するので反時計周りに変位ｕ_ＴＢが生じる。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に効果を得ることができる。また、本実施形態では、中立軸２０からずれた位置に配置されたばね板５０が、固定子鉄心５の半径方向変位によって生じる接線方向の変位に対して反対方向に変位が生じる。これにより、固定子鉄心５の接線方向の振動を低減できる。

［第５の実施形態］
本発明に係る回転電機の第５の実施形態について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態に係る回転電機の概略横断面図である。なお、図１３では回転子１の図示は省略している。本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図９）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態の回転電機は、第１の実施形態で説明した第１〜第４ばね板群５１〜５４の各ばね板５０の他に、４枚のねじり振動用ばね板、第１ねじり振動用ばね板６１、第２ねじり振動用ばね板６２、第３ねじり振動用ばね板６３、第４ねじり振動用ばね板６４、を有する。

第１ねじり振動用ばね板６１は、第１ばね板群５１および第２ばね板群５２の周方向中央で、第１および第２鉄心支持板２１、２２の中立軸２０よりも半径方向外側に配置される。第２ねじり振動用ばね板６２は、第２ばね板群５２および第３ばね板群５３の周方向中央で、第１および第２鉄心支持板２１、２２の中立軸２０よりも半径方向内側に配置される。

第３ねじり振動用ばね板６３は、第３ばね板群５３および第４ばね板群５４の周方向中央で、第１および第２鉄心支持板２１、２２の中立軸２０よりも半径方向外側に配置される。第４ねじり振動用ばね板６４は、第４ばね板群５４および第１ばね板群５１の周方向中央で、第１および第２鉄心支持板２１、２２の中立軸２０よりも半径方向内側に配置される。

これらの第１〜第４ねじり振動用ばね板６１〜６４は、固定子鉄心５の第１固有振動モードの節部に相当する位置の半径方向外側にそれぞれ配置される。また、これらの第１〜第４ねじり振動用ばね板６１〜６４の接線方向の剛性は、第１〜第４ばね板群５１〜５４の各ばね板５０の接線方向の剛性よりも大きい。

固定子鉄心５が円環振動をしているとき、鉄心支え板の中立軸２０から半径方向外側および内側のいずれかにずれた位置では、周方向（接線方向）に変位が生じる。この変位の大きさは、円環振動の節部で最大になる。第１〜第４ねじり振動用ばね板６１〜６４は、この位置において固定子鉄心５に対して当該変位の逆方向に変位が生じる。

固定子鉄心５の半径方向変位によって生じる接線方向の変位に対して、第１〜第４ねじり振動用ばね板６１〜６４の半径方向位置を中立軸２０から半径方向外側または内側にずらすことによって反対方向の変位を生じさせる。これにより、固定子鉄心５の接線方向の振動を低減することができる。

［第６の実施形態］
本発明に係る回転電機の第６の実施形態について、図１４を用いて説明する。図１４は、本実施形態に係る回転電機の概略横断面図である。なお、図１４では回転子１の図示は省略している。本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図９）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。

本実施形態のばね板５０は、図１４に示すように、ばね板５０の傾斜方向は同じで、且つ周方向に互いに等間隔で配置されている。このため、固定子鉄心５の接線方向の加振（トルク励振）に対して、半径方向に節がない円環固有振動モードを励起する。節がない円環固有振動モードは、固定子鉄心５の半径が増減する形態、いわゆる呼吸モードである。

本実施形態では、第１の実施形態の効果に加え、固定子鉄心５の接線方向振動（ねじり振動）を低減することができる。

［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

第１〜第６の実施形態では、ばね板５０に直方形状の長板を用いているがこれに限らない。例えば、横断面が楕円状のばね棒を用いてもよい。

１…回転子、３…固定子、５…固定子鉄心、７…固定子フレーム、９…脚部、１０…リブ棒、１１…第１リブ棒押え板、１２…第２リブ棒押え板、１３…第３リブ棒押え板、１４…第４リブ棒押え板、１５…第５リブ棒押え板、１６…第６リブ棒押え板、１７…第７リブ棒押え板、２０…中立軸、２１…第１鉄心支持板、２２…第２鉄心支持板、３１…第１鉄心取付け板、３２…第２鉄心取付け板、３３…第３鉄心取付け板、５０…ばね板、５１…第１ばね板群、５２…第２ばね板群、５３…第３ばね板群、５４…第４ばね板群、６１…第１ねじり振動用ばね板、６２…第２ねじり振動用ばね板、６３…第３ねじり振動用ばね板、６４…第４ねじり振動用ばね板、８１…主系構造物、８５…動吸振器、９１…両端支持曲がりはり、１００…基礎

Claims (6)

1. 所定の軸周りを回転する回転軸を備えこの回転軸と共に回転する回転子と、
   略円板状の複数の鉄板が軸方向に積層されて前記回転子の外周を取り囲むように配置された略中空円筒状の固定子鉄心と、
   それぞれが前記固定子鉄心の外周面を囲むように取り付けられた穴あき円板状で、互いに軸方向間隔をあけて配置された複数の鉄心支持板と、
   前記鉄心支持板の半径方向外側に所定の半径方向間隔を保ちながら、前記鉄心取付け板を覆うように構成された固定子フレームと、
   それぞれが、前記固定子フレームの半径方向内側面に取り付けられて、前記固定子鉄心に所定の半径方向間隔を保ちながら前記固定子鉄心を半径方向外側から囲むように構成された穴あき円板状で、軸方向に互いに軸方向間隔をあけて配置されて、且つ、それぞれの軸方向位置が前記鉄心支持板の軸方向位置と異なるように配置された鉄心取付け板と、
   それぞれが、前記固定子鉄心の外周面に半径方向間隔を保ちながら前記鉄心支持板および鉄心取付け板を軸方向に貫通するように固定されて、周方向にほぼ９０度ごとに少なくとも１つ配置されて、半径方向に弾性変形可能な複数のはり構造部材と、
   を有し、
   前記はり構造部材それぞれは、
   それぞれの前記はり構造部材の図心を通る半径方向に力が作用するときに、この半径方向に対して周方向に所定の傾斜角度を保つ第１方向と、この第１方向に垂直な第２方向とに、それぞれ分力が生じ、
   前記第１方向を第１軸とする第１断面二次モーメントと、前記第２方向を第２軸とする第２断面二次モーメントとが、互いに異なるように構成されていること、
   を特徴とする回転電機。
2. 前記各はり構造部材それぞれの前記荷重半径方向および第１方向が、互いに４５度をなすように構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記固定子鉄心は、前記はり構造部材が取り付けられていないときには、前記回転子が励起する回転磁力により、周方向に沿って前記回転子の極数の２倍の数だけほぼ等間隔に振動の腹および節が交互にできるように半径方向の振幅が周方向に分布する第１固有円環振動モードと、この第１固有振動モードに対応する固有振動数とほぼ同じ固有振動数を有し前記第１固有振動モードの腹に相当する位置が節になり前記第１固有円環振動モードの節に相当する位置が腹になるように半径方向の振幅が周方向に分布する第２固有円環振動モードと、を有し、
   前記はり構造部材を、前記第１固有振動モードの振動の各腹部それぞれに少なくとも１つ配置して、
   且つ、
   前記第１固有振動モードの各腹部は、振幅が半径方向外側にある外側腹部と、半径方向内側にある内側腹部と、を含み、
   前記外側腹部に配置された前記はり構造部材が、その図心を含む半径方向に対して時計回りに前記傾斜角度をなすように配置されて、
   前記内側腹部に配置された前記はり構造部材が、その図心を含む半径方向に対して反時計回りに前記傾斜角度をなすように配置したこと、
   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。
4. 前記回転軸は水平に配置されて、
   前記第１固有振動モードは鉛直方向に腹部を有し、且つ、前記第２固有振動モードは、鉛直方向にほぼ４５度の方向に腹部を有するように構成されて、
   前記第２固有振動モードの腹部に相当する位置の半径方向外側に配置された前記はり構造物の前記第１軸および第２軸のうちどちらか一方が、鉛直方向になるように配置されていること、
   を特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記固定子鉄心の半径方向外側で、前記第１固有振動モードの各腹部それぞれに相当する位置には、はり構造部材群がそれぞれ配置されて、
   前記はり構造部材群それぞれは、
   前記腹部の最大振幅に相当する位置の半径方向外側に配置された中央はり構造部材と、
   前記中央はり構造部材の周方向の一方の側に配置された複数の第１隣接はり構造部材と、
   前記中央はり構造部材の周方向のもう一方の側に配置された複数の第２隣接はり構造部材と、
   を有し、
   前記鉄心支持板それぞれは、半径方向荷重に対して半径方向にのみ変形する中立軸を含み、
   前記各第１隣接はり構造部材それぞれの図心は、前記中立軸よりも半径方向外側にあるように配置されて、
   前記各第２隣接はり構造部材それぞれの図心は、前記中立軸よりも半径方向内側にあるように配置されていること、
   を特徴とする請求項３または請求項４に記載の回転電機。
6. 前記第１固有振動モードの節部に相当する位置の半径方向外側に、前記はり構造部材よりも剛性の高い高剛性はり構造部材が配置されていること、
   を特徴とする請求項３または請求項４に記載の回転電機。

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