JP2013236463A - フレームレス回転電機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易でしかも重量軽減が可能なフレームレス回転電機を提供する。
【解決手段】固定子鉄心１、この固定子鉄心１内に貫挿された回転子３と、前記固定子鉄心１の外周に当該固定子鉄心１の周方向に所定の間隔を隔てて溶接されそれぞれ前記固定子鉄心１の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の棒材２，２，・・・、これら棒材２，２，・・・に跨って当該棒材に取り付けられ前記棒材２，２，・・・間において前記固定子鉄心１との間に空間１５ｇを形成して当該固定子鉄心１の外周を覆う外板５、及び前記複数本の棒材２，２，・・・のうちの最下部の２本の棒材に跨って取り付けられた一対の回転電機固定用脚６，６を備えている。
【選択図】図１Ｂ

Description

この発明は、フレームレス回転電機の構造及びフレームレス回転電機の製造方法に関するものである。

発電機等の回転電機における固定子鉄心の固定方法は、従来より用いられている方法として、筒状の回転電機フレーム内に固定子を挿入し、フレームと固定子鉄心を溶接または固定ピンなどを用いて固定する方法が用いられている。また、筒状のフレームは筒内を回転電機鉄心を冷却する冷却風を通風させるため鉄心とフレーム間に隙間を設けることができるようにリブ部が設けられており、鉄心とフレームの固定はこのリブ部を鉄心外径と勘合させることにより固定していた。この固定子鉄心とリブ部との嵌め合いのため、フレーム内部構造が複雑かつ機械加工が必要であり製作費用が高価になってしまっていた。これを解消する手段として、例えば、実開平２−８８４５２号公報（特許文献１）、実開平５−８８１６３（特許文献２）などに記載されているようにフレームレス回転電機が考案されている。

また、フレームレス回転電機において、固定子鉄心の周囲を保護カバーで覆って冷却通風路を形成する技術としては実開平２−８８４５２（特許文献１）があり、固定子鉄心を前後からブラケットで挟み込み、ブラケット同士をボルトで連結することで固定子鉄心を固定し、ブラケット外周面にそって保護カバーで覆う構造となっている。

また、フレームレス回転電機において、固定子鉄心の周囲に丸棒を固定する技術としては実開平５−８８１６３（特許文献２）がある。発電機の場合には出力電圧波形改善のため固定子鉄心を構成する積層鋼板をある角度づつ回転させて積層し固定子鉄心を構成するが、実開平５−８８１６３（特許文献２）の技術を発電機に適用する際には、積層鋼板を積層後に固定子鉄心に丸棒固定用の切欠きを加工しなければならない問題がある。

実開平２−８８４５２号公報 実開平５−８８１６３号公報

特許文献１に開示のフレームレス回転電機では、固定子鉄心の固定はブラケット内面とのインロー嵌合によるため、ブラケット内面寸法の機械加工精度が要求され、ブラケットが高価になる。また、ブラケットが大きくなり、フレームレスによる重量削減効果が小さくなる。

この発明は、前述のような実情に鑑みてなされたもので、製造が容易でしかも重量軽減が可能なフレームレス回転電機及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

この発明に係るフレームレス回転電機は、固定子鉄心、この固定子鉄心内に貫挿された回転子、前記固定子鉄心の外周に当該固定子鉄心の周方向に所定の間隔を隔てて溶接されそれぞれ前記固定子鉄心の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の棒材、これら棒
材に跨って当該棒材に取り付けられ前記棒材間において前記固定子鉄心との間に空間を形成して当該固定子鉄心の外周を覆う外板、及び前記複数本の棒材のうちの最下部の２本の棒材に跨って取り付けられた回転電機固定用脚を備えているものである。

また、この発明に係るフレームレス回転電機の製造方法は、固定子鉄心、この固定子鉄心内に貫挿された回転子、前記固定子鉄心の外周に当該固定子鉄心の周方向に所定の間隔を隔てて溶接されそれぞれ前記固定子鉄心の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の棒材、前記複数本の棒材の前記延在方向の両端に取り付けられ前記回転子を支持する一対のブラケット、前記複数の棒材に跨って当該棒材に取り付けられ前記棒材間において前記固定子鉄心との間に空間を形成して当該固定子鉄心の外周を覆う外板、及び前記複数本の棒材のうちの最下部の２本の棒材に跨って取り付けられた回転電機固定用脚を備えたフレームレス回転電機を、以下の組立工程１〜５で組み立てることを特徴とするフレームレス回転電機の製造方法である。
前記固定子鉄心の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の前記棒材を前記固定子鉄心の外周に当該固定子鉄心の周方向に所定の間隔を隔てて溶接する組立工程１、
この組立工程１の後に、前記固定子鉄心内に前記回転子を貫挿する組立工程２、
この組立工程２の後に、前記一対のブラケットを前記複数本の棒材の前記延在方向の両端に螺子によって取り付ける組立工程３、
この組立工程３の後に、前記外板を前記棒材に螺子によって取り付ける組立工程４、
この組立工程４の後に、前記回転電機固定用脚を前記最下部の２本の棒材に跨って回転電機下部側から螺子によって取り付ける組立工程５。

この発明は、固定子鉄心、この固定子鉄心内に貫挿された回転子、前記固定子鉄心の外周に当該固定子鉄心の周方向に所定の間隔を隔てて溶接されそれぞれ前記固定子鉄心の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の棒材、これら棒材に跨って当該棒材に取り付けられ前記棒材間において前記固定子鉄心との間に空間を形成して当該固定子鉄心の外周を覆う外板、及び前記複数本の棒材のうちの最下部の２本の棒材に跨って取り付けられた回転電機固定用脚を備えているので、製造が容易でしかも重量軽減が可能なフレームレス回転電機を提供することができる効果がある。

また、この発明は、固定子鉄心、この固定子鉄心内に貫挿された回転子、前記固定子鉄心の外周に当該固定子鉄心の周方向に所定の間隔を隔てて溶接されそれぞれ前記固定子鉄心の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の棒材、前記複数本の棒材の前記延在方向の両端に取り付けられ前記回転子を支持する一対のブラケット、前記複数の棒材に跨って当該棒材に取り付けられ前記棒材間において前記固定子鉄心との間に空間を形成して当該固定子鉄心の外周を覆う外板、及び前記複数本の棒材のうちの最下部の２本の棒材に跨って取り付けられた回転電機固定用脚を備えたフレームレス回転電機を、以下の組立工程１〜５で組み立てるので、製造が容易でしかも重量軽減が可能なフレームレス回転電機を提供することができる効果がある。
前記固定子鉄心の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の前記棒材を前記固定子鉄心の外周に当該固定子鉄心の周方向に所定の間隔を隔てて溶接する組立工程１、
この組立工程１の後に、前記固定子鉄心内に前記回転子を貫挿する組立工程２、
この組立工程２の後に、前記一対のブラケットを前記複数本の棒材の前記延在方向の両端に螺子によって取り付ける組立工程３、
この組立工程３の後に、前記外板を前記棒材に螺子によって取り付ける組立工程４、
この組立工程４の後に、前記回転電機固定用脚を前記最下部の２本の棒材に跨って回転電機下部側から螺子によって取り付ける組立工程５。

この発明の実施の形態１を示す図で、その（１）組立工程１（棒材溶接）〜（３）組立工程３（ブラケット取付）は組立工程順に各組立工程終了時の外観を例示する図であり、（１）組立工程１（棒材溶接）の（ａ）は正面図、（１）組立工程１（棒材溶接）の（ｂ）は側面図、（２）組立工程２（回転子挿入）は正面図、（３）組立工程３（ブラケット取付）は正面図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、その（４）組立工程４−１（棒材の周囲に外板取付開始）〜（６）組立工程５（棒材に脚取付）は、図１Ａの組立工程１〜３に続く組立工程の順に各組立工程終了時の外観を例示する図であり、（４）組立工程４−１（棒材の周囲に外板取付開始）は側面図、（５）組立工程４−２（棒材の周囲に外板取付終了）は側面図、（６）組立工程５（棒材に脚取付）は正面図である。 この発明の実施の形態１を示す図で、回転電機冷却空気の流れを例示する正面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１及び図２により説明する。本実施の形態はフレームレス回転電機をフレームレス発電機の場合について例示するものであり、固定子鉄心１と、この固定子鉄心１内に貫挿された回転子３と、図示のように前記固定子鉄心１の外周に当該固定子鉄心１の周方向に所定の間隔を隔てて溶接されそれぞれ前記固定子鉄心１の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の棒材２，２，・・・と、これら棒材２，２，・・・に跨って当該棒材に溶接によって取り付けられ前記棒材２，２，・・・間において前記固定子鉄心１との間に空間１５ｇを形成して当該固定子鉄心１の外周を覆う外板５と、前記複数本の棒材２，２，・・・のうちの最下部の２本の棒材に跨って取り付けられた一対の回転電機固定用脚６，６、回転子３に当該回転子３と同軸状に取り付けられた冷却用のファン７とで構成されている。

図中、２１は固定子鉄心１への各棒材２の溶接箇所であり、塗り潰しで表示してあるように、各棒材２の、延在方向の２箇所、外周の２箇所、を固定子鉄心１の外周に、固定子鉄心１に溝等の加工をすることなく溶接してある。２４は左右両側のエンドブラケット４，４を各棒材２の端面へ取り付けるための螺子、２５は外板５を棒材２に取り付けるための螺子、２６は棒材２へ外板５を介して回転電機固定脚６を取り付けるための螺子、４４ｇは図示左側のブラケット４に設けられた空気取り入れ口、５５ｇは外板５の図示右端に設けられた空気吐出し口である。

本実施の形態では、図示のように、前記棒材２，２，・・・の何れも断面円形の丸棒とした場合を例示してあり、市販の溶接可能な長尺な棒材を必要な長さに切断することにより安易に得られる。なお、前記棒材２，２，・・・は、断面円形の丸棒に限られるものでなく、前記固定子鉄心１、外板５と溶接し易い形状、例えば断面六角形の棒材であってもよい。
前記棒材の材質は、非磁性体である必要はなく一般的に入手可能な鋼材でよく、例えば一般構造用熱間圧延鋼材でよい。

前記空間１５ｇは、前記固定子鉄心１の外周に沿って前記固定子鉄心１の中心軸線の延在方向に延在しており、前記固定子鉄心１を冷却する冷却風の通路として使用される。

前記外板５は板曲げされた略コの字状の平板（平板状）であり、であり、相隣る前記棒材に跨って取り付けられた複数枚の板材で構成され、各々、対応する相隣る２本の前記棒材２，２には外板５を固定するネジ穴が加工されており、外板５は螺子２５で容易に棒材２に取り付けられる。

最下部の２本の棒材２，２にはネジ穴が加工されており、前記下部外板５にはネジが通る穴があけられており、前記一対の回転電機固定用脚６，６は、前記最下部の２本の棒材２，２に螺子２５で容易に取り付けられる。なお、これら回転電機固定用脚６，６は、前記外板５に溶接されることにより前記外板５を介して前記最下部の２本の棒材２，２に跨って取り付けられるようにしてもよい。
また、棒材２，２，２・・・の両端にはネジ穴が加工されており、前記ブラケット４，４は螺子２４により容易に取り付けられる。

前述のような構成のフレームレス回転電機は、図１Ａ〜図１Ｂに組立工程順に例示のように、以下の組立工程１〜５で組み立てることにより製造される。
前記固定子鉄心１の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の前記棒材２，２，２，・・・を前記固定子鉄心１の外周に当該固定子鉄心１の周方向に所定の間隔を隔てて溶接する組立工程１、
この組立工程１の後に、前記固定子鉄心１内に前記回転子３を貫挿する組立工程２、
この組立工程２の後に、前記一対のブラケット４，４を、前記複数本の棒材２，２，２，・・・の前記延在方向の両端に螺子２４によって取り付ける組立工程３、
この組立工程３の後に、上下一対の略コの字状の外板５，５を準備し、棒材２，２，２，・・・の周囲に外板５，５の取付開始を行う工程４−１、
この組立工程４−１の後に、前記外板５を前記棒材２，２，２，・・・に螺子２５によって取り付ける組立工程４−２、
この組立工程４−２の後に、前記回転電機固定用脚６を前記最下部の２本の棒材２，２に跨って回転電機下部側から螺子２６によって取り付ける組立工程５。

前述のように、従来のような特別な加工をすることなく、組立工程１〜５で容易に組み立てることができることから、製造が容易でしかも重量軽減が可能なフレームレス回転電機を提供することができる。

前述のような組立工程により、次のような構成の回転電機が容易に得られる。
固定子鉄心１、この固定子鉄心１内に貫挿された回転子３、前記固定子鉄心１の外周に当該固定子鉄心１の周方向に所定の間隔を隔てて溶接されそれぞれ前記固定子鉄心１の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の棒材２，２，２，・・・、これら棒材２，２，２，・・・に跨って当該棒材に取り付けられ前記棒材間において前記固定子鉄心１との間に空間１５ｇを形成して当該固定子鉄心１の外周を覆う外板５、及び前記複数本の棒材のうちの最下部の２本の棒材２，２に跨って取り付けられた回転電機固定用脚６を備えている。

前記外板５は、相隣る前記棒材２，２に跨って当該棒材の前記延在方向の略全長に亘って延在する複数枚の板材で構成されている。
前記外板５は、上側外板５１と下側外版５２とで構成されたいわゆる上下に２分割された構成である。
前記外板５は前記複数の棒材２，２，２，・・・の全てに螺子２５によって取り付けられている。
前記２分割された外板５（上側外板５１，下側外板５２）は、図示のように互いに隣接する部分が前記回転子３の径方向に重ね合わされ当該重ね合わされた部分において共通の螺子２５によって前記棒材２に取り付けられている。
前記回転電機固定用脚６は、前記外板５を介して前記最下部の２本の棒材２，２に跨って当該２本の棒材２，２に螺子２６によって取り付けられている。
前記複数の棒材２，２，２，・・・の全ての棒材の相隣る棒材２，２間において前記外板５と前記固定子鉄心１との間に空隙１５ｇが形成され、この空隙１５ｇが回転電機冷却空気の流路である。

なお、回転電機冷却空気は、図２に矢印で例示してあるように、回転子３の回転に伴うファン７の回転によって、回転電機の外部の空気が、一方のブラケットの空気取り入れ口４４ｇから回転電機の内部に吸い込まれ、全ての棒材の相隣る棒材２，２間の各空隙１５ｇを通って、固定子鉄心１を冷却した後、外板５の空気吐出し口から回転電機外に放出される。

各図中、同一符号は同一部分を示す。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形することができる。

１ 固定子鉄心、
２ 棒材、
３ 回転子、
４ ブラケット、
５ 外板、
５１ 上側外板、
５２ 下側外板、
６ 回転電機固定用脚、
７ ファン、
１５ｇ 空間、
２１ 溶接箇所、
２４，２５，２６ 螺子、
４４ｇ 空気取り入れ口、
５５ｇ 空気吐出し口。

Claims (15)

1. 固定子鉄心、この固定子鉄心内に貫挿された回転子、前記固定子鉄心の外周に当該固定子鉄心の周方向に所定の間隔を隔てて溶接されそれぞれ前記固定子鉄心の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の棒材、これら棒材に跨って当該棒材に取り付けられ前記棒材間において前記固定子鉄心との間に空間を形成して当該固定子鉄心の外周を覆う外板、及び前記複数本の棒材のうちの最下部の２本の棒材に跨って取り付けられた回転電機固定用脚を備えたフレームレス回転電機。
2. 請求項１に記載のフレームレス回転電機において、前記棒材が断面円形の丸棒であることを特徴とするフレームレス回転電機。
3. 請求項１または請求項２に記載のフレームレス回転電機において、前記外板が平板状であることを特徴とするフレームレス回転電機。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一に記載のフレームレス回転電機において、前記外板は、相隣る前記棒材に跨って当該棒材の前記延在方向の略全長に亘って延在する複数枚の板材で構成されていることを特徴とするフレームレス回転電機。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一に記載のフレームレス回転電機において、前記外板は、上下に２分割された構成であることを特徴とするフレームレス回転電機。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一に記載のフレームレス回転電機において、前記外板は前記棒材に螺子によって取り付けられていることを特徴とするフレームレス回転電機。
7. 請求項５に記載のフレームレス回転電機において、前記２分割された外板は、互いに隣接する部分が前記回転子の径方向に重ね合わされ当該重ね合わされた部分において共通の螺子によって前記棒材に取り付けられていることを特徴とするフレームレス回転電機。
8. 請求項１〜請求項７の何れか一に記載のフレームレス回転電機において、前記回転電機固定用脚は前記棒材に螺子によって取り付けられていることを特徴とするフレームレス回転電機。
9. 請求項１〜請求項５の何れか一に記載のフレームレス回転電機において、前記回転電機固定用脚は前記外板に溶接されることにより前記外板を介して前記最下部の２本の棒材に跨って取り付けられていることを特徴とするフレームレス回転電機。
10. 請求項１〜請求項９の何れか一に記載のフレームレス回転電機において、前記棒材の前記延在方向の一方の端面及び他方の端面のそれぞれにブラケットが螺子によって取り付けられていることを特徴とするフレームレス回転電機。
11. 請求項１〜請求項１０の何れか一に記載のフレームレス回転電機において、相隣る前記棒材間において前記外板と前記固定子との間に空隙が形成され、この空隙が回転電機冷却空気の流路であることを特徴とするフレームレス回転電機。
12. 固定子鉄心、この固定子鉄心内に貫挿された回転子、前記固定子鉄心の外周に当該固定子鉄心の周方向に所定の間隔を隔てて溶接されそれぞれ前記固定子鉄心の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の棒材、前記複数本の棒材の前記延在方向の両端に取り付けられ前記回転子を支持する一対のブラケット、前記複数の棒材に跨って当該棒材に取り付けられ前記棒材間において前記固定子鉄心との間に空間を形成して当該固定子鉄心の外周
    を覆う外板、及び前記複数本の棒材のうちの最下部の２本の棒材に跨って取り付けられた回転電機固定用脚を備えたフレームレス回転電機を、以下の組立工程１〜５で組み立てることを特徴とするフレームレス回転電機の製造方法。
    前記固定子鉄心の中心軸線とほぼ平行をなして延在する複数本の前記棒材を前記固定子鉄心の外周に当該固定子鉄心の周方向に所定の間隔を隔てて溶接する組立工程１、
    この組立工程１の後に、前記固定子鉄心内に前記回転子を貫挿する組立工程２、
    この組立工程２の後に、前記一対のブラケットを前記複数本の棒材の前記延在方向の両端に螺子によって取り付ける組立工程３、
    この組立工程３の後に、前記外板を前記棒材に螺子によって付ける組立工程４、
    この組立工程４の後に、前記回転電機固定用脚を前記最下部の２本の棒材に跨って回転電機下部側から螺子によって取り付ける組立工程５。
13. 請求項１２に記載の回転電機の製造方法において、前記組立工程４で、前記外板を前記棒材に螺子によって取り付けることを特徴とする回転電機の製造方法。
14. 請求項１２または請求項１３に記載の回転電機の製造方法において、前記組立工程５で前記回転電機固定用脚を前記最下部の２本の棒材の各々に螺子によって取り付けることにより前記回転電機固定用脚を前記最下部の２本の棒材に跨って取り付けることを特徴とする回転電機の製造方法。
15. 請求項１２または請求項１３に記載の回転電機の製造方法において、前記組立工程５で前記回転電機固定用脚を前記外板に溶接することにより前記外板を介して前記最下部の２本の棒材に跨って前記回転電機固定用脚を取り付けることを特徴とする回転電機の製造方法。

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