JP2017184512A - 回転電機の固定子 - Google Patents

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Abstract

【課題】フレームの冷却通路の形成による薄肉部と冷却通路の無い厚肉部で固定子コアの圧縮応力のアンバランスを低減することが可能な回転電機の固定子を提供する。【解決手段】筒状に形成された固定子コア２と、固定子コア２が内周側に所定の締め代で嵌合固定されているとともに固定子コア２を冷却する冷却流体の通路６が外周側に形成されたフレーム４とを備え、フレーム４の冷却通路６の形成による薄肉部Ａの締め代が冷却通路６の無い厚肉部Ｂの締め代よりも大きく形成されている。【選択図】図１

Description

この発明は、円筒状に形成された固定子コアがフレームの内周側に嵌合固定された回転電機の固定子に関するものである。
従来の回転電機の固定子は、薄板を積層して筒状に形成された固定子コアが筒状のフレームの内周側に嵌合固定されており、フレームの外周側に冷却水または冷却油等の冷却流体を流すことで固定子コア部分での発熱を冷却している。（例えば、特許文献１）
特許第５１３６０６９号公報
従来の回転電機の固定子においては、フレームの冷却通路の形成による薄肉部と冷却通路の無い厚肉部で固定子コアの固定力が異なり、圧縮応力にアンバランスが生じる。さらに、回転電機が駆動されている状態では固定子コアは発熱して周方向に拡大する。一方フレームは冷却流体により冷却されるため、前記圧縮応力のアンバランスはさらに顕著になり、フレームの厚肉部に嵌合固定された固定子コアに変形や鉄損の増加の懸念が生じる。これを避けるために、締め代を小さくした場合には、回転電機の始動時等の固定子コアが過熱していない状態でのフレームの薄肉部での固定力が小さくなり、固定子コアのズレや脱落が懸念されるうえ、この部分での固定子コアとフレームとの密着性が低下して冷却効果も低下する懸念があるという課題があった。
この発明は以上のような課題を解決するためになされたもので、フレームの冷却通路の形成による薄肉部と冷却通路の無い厚肉部で固定子コアの圧縮応力のアンバランスを低減することが可能な回転電機の固定子を提供することを目的とする。
この発明に係る回転電機の固定子は、筒状に形成された固定子コアと、前記固定子コアが内周側に所定の締め代で嵌合固定されているとともに前記固定子コアを冷却する冷却流体の通路が外周側に形成されたフレームとを備えた回転電機の固定子であって、前記フレームの冷却通路の形成による薄肉部の前記締め代が冷却通路の無い厚肉部の前記締め代よりも大きいことを特徴とするものである。
この発明によれば、筒状に形成された固定子コアと、前記固定子コアが内周側に所定の締め代で嵌合固定されているとともに前記固定子コアを冷却する冷却流体の通路が外周側に形成されたフレームとを備えた回転電機の固定子であって、前記フレームの冷却通路の形成による薄肉部の前記締め代が冷却通路の無い厚肉部の前記締め代よりも大きいため、フレームの薄肉部と厚肉部で固定子コアの圧縮応力のアンバランスを低減することが可能な回転電機の固定子を得ることができる効果がある。
この発明の実施の形態１における回転電機の固定子の概略構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２における回転電機の固定子のフレームを示す断面図である。 この発明の実施の形態２における回転電機の固定子のフレームの内周側テーパ部を示す部分断面図である。
以下、この発明の実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部分については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機の固定子の概略構成を示す断面図である。
図１において、回転自在に支持された回転子１の外周側に配置された固定子コア２は、所定の形状に打ち抜き加工された薄鋼板が軸方向に積層されて筒状に形成されており、固定子巻線３が取り付けられている。また、固定子コア２は薄鉄板を整形して筒状に形成されたフレーム４の内周側に焼嵌めまたは圧入により所定の締め代で嵌合固定されている。フレーム４の外周側には外筒フレーム５が取り付けられ、それらの間には固定子コア２を冷却する冷却水または冷却油などの冷却流体の通路６が形成されている。
なお、上記説明ではフレーム４は薄鉄板を成形して筒状に形成されている場合について説明したが、フレーム４の制作方法は薄板成形に限定されるものではなく、また材質も鉄に限定されるものではない。
フレーム４の冷却用の通路６が形成されている部分は、固定子コア２からの熱を効率よく冷却流体に伝えるため可能な限り薄肉に形成されているため、冷却用の通路６の無いフレーム４の厚肉部と大幅な剛性の違いが生じており、フレーム４と固定子コア２を嵌合固定する際の締め代を一定にすると、フレーム４の厚肉部では固定子コア２を固定する締め付け力が過大になり、固定子コア２が軸方向に変形したり、鉄損の増加の懸念が生じる。また、フレーム４の通路６のある薄肉部では締め付け力が不足して固定子コア２の固定が不十分になったり、密着性が低下して熱伝導が悪くなり固定子コア２の冷却が悪くなる懸念が生じる。このような懸念を無くすために、フレーム４の図１に示す薄肉部Ａの内径を厚肉部Ｂの内径よりも小さくしている。
以上のように薄肉部Ａの内径を厚肉部Ｂの内径よりも小さくすることで、厚肉部で固定子コア２を強く締め付けることなく、軸方向での締め付け力の均一化が達成できるため、厚肉部に嵌合された部分の固定子コア２で圧縮応力による鉄損のアンバランス（音・振動・効率に影響）や、積層された固定子コア２の軸方向への変形を無くすことが可能となる。このことは特に回転電機が駆動されて運転中には、固定子コア２や固定子巻線３からの発熱により、固定子コア２が熱膨張するうえ、フレーム４が冷却流体により冷却されることから厚肉部の締め付け力（圧縮応力）がさらに過大になるが、それを抑制できる。
また、ステータ４の薄肉部は、固定子コア２をある程度締め付けた状態で固定するため常温時の固定力が満足できるうえ、薄肉部であれば固定子コア２の温度上昇時も厚肉部よりも圧縮応力の高まりが小さいため、極端な圧縮応力増大にはならない。さらに、薄肉部の締め代を大きくしたことで、固定子コア２とフレーム４の密着性が向上して熱伝導がよくなり固定子コア２の冷却がよくなる。
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２における回転電機の固定子のフレームを示す断面図、図３はこの発明の実施の形態２における回転電機の固定子のフレームの内周側テーパ部を示す部分断面図であり、図２のＣ部詳細である。
上記実施の形態１では、フレーム４の薄肉部の内径を厚肉部の内径よりも小さくした場
合について説明したが、内径の違いによる段差があるとフレーム４に固定子コア２を嵌合する際に、段差に固定子コア２が引っ掛かり真直ぐに嵌合出来なかったり、フレーム４の段差を削る状態で嵌合が実施されて圧入力が過大となるなどの懸念が生じるが、実施の形態２では、図２および図３に示すように、フレーム４の内周側の大径部と小径部の段差をテーパ部４ａにすることで、スムーズな嵌合が可能となる。
なお、他の部分については、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
実施の形態３．
上記実施の形態１では、フレーム４の薄肉部の内径を厚肉部の内径よりも小さくした場合について説明したが、実施の形態３では、フレーム４の内径は一定のままで、固定子コア２の図１に示す薄肉部Ａに対応する位置の外径を厚肉部Ｂに対応する位置の外径よりも大きくしてもよく、実施の形態１と同様の効果が得られる。
なお、他の部分については、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
なお、この発明は、その発明の範囲内において各実施の形態を自由に組み合わせたり、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能であり、上記実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
１ 回転子、２ 固定子コア、３ 固定子巻線、４ フレーム、４ａ テーパ部、５ 外筒フレーム、６ 通路
この発明に係る回転電機の固定子は、筒状に形成された固定子コアと、前記固定子コアが内周側に所定の締め代で嵌合固定されているとともに前記固定子コアを冷却する冷却流体の通路が外周側に形成されたフレームとを備えた回転電機の固定子であって、前記フレームの冷却通路の形成による薄肉部の内径が冷却通路の無い厚肉部の内径よりも小さいことを特徴とするものである。
この発明によれば、筒状に形成された固定子コアと、前記固定子コアが内周側に所定の締め代で嵌合固定されているとともに前記固定子コアを冷却する冷却流体の通路が外周側に形成されたフレームとを備えた回転電機の固定子であって、前記フレームの冷却通路の形成による薄肉部の内径が冷却通路の無い厚肉部の内径よりも小さいため、フレームの薄肉部と厚肉部で固定子コアの圧縮応力のアンバランスを低減することが可能な回転電機の固定子を得ることができる効果がある。

Claims (4)

  1. 筒状に形成された固定子コアと、前記固定子コアが内周側に所定の締め代で嵌合固定されているとともに前記固定子コアを冷却する冷却流体の通路が外周側に形成されたフレームとを備えた回転電機の固定子であって、前記フレームの冷却通路の形成による薄肉部の前記締め代が冷却通路の無い厚肉部の前記締め代よりも大きいことを特徴とする回転電機の固定子。
  2. 前記フレームの薄肉部の内径が厚肉部の内径よりも小さい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. 前記フレームの内径の違いによって生じる軸方向の段差部分がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子。
  4. 前記フレームの薄肉部に嵌合固定されている部分の前記固定子コアの外径が前記フレームの厚肉部に嵌合固定されている部分の前記固定子コアの外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子。
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