JP2019033658A - 固定子鉄心支持装置及び回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子鉄心からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を抑制して、回転電機の運転効率の低下及び振動の発生を抑制する。
【解決手段】実施の形態にかかる固定子鉄心支持装置は、固定子鉄心を径方向外側に配置される固定子フレームに支持するための複数種類の支持部材を備える。これら支持部材は、閉回路状部分を形成するように組み合わされる。そして、閉回路状部分の一部を電気的に絶縁するための絶縁部を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、固定子鉄心支持装置及び回転電機に関する。

発電機や電動機などの回転電機は、回転軸を有する回転子と、固定子と、を備えている。回転電機はインナロータ型とアウタロータ型とに大別され、このうちインナロータ型の回転電機では、固定子が、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、固定子鉄心を径方向外側から覆うとともに基礎に支持される固定子フレームと、を有するものがある。このような回転電機では、回転子の回転により発生する磁気吸引力によって固定子に振動が発生し得るが、この振動が回転電機から基礎に伝播することは望ましくない。そのため、このような回転電機の固定子では、固定子鉄心と固定子フレームとの間にバネ板やバネ棒のような弾性体などを含んでなる固定子鉄心支持装置を配置し、当該支持装置を介して固定子鉄心を固定子フレームに支持する場合がある。これによれば、固定子の外側に振動が伝播することを抑制することができる。

図８は、固定子鉄心を弾性的に支持するための一般的な固定子鉄心支持装置を備えた回転電機の一例を軸方向に沿って切断して示した概略断面図である。軸方向とは、回転子の回転中心軸に沿う方向を意味する。図８の例では、固定子１０の固定子フレーム１１が円筒状の外周板１２を有し、固定子鉄心２０が固定子鉄心支持装置（以下、支持装置と略す。）３００を介して固定子フレーム１１、特にその外周板１２に支持されている。固定子鉄心２０は、複数の円環状の積層鉄心２１を積層して円筒状をなしており、固定子鉄心２０の径方向内側には、図示の都合上、二点鎖線で示された回転子４０が回転自在に配置される。各積層鉄心２１の外周部にはダブテール状の溝が形成され、この溝は周方向に間隔を空けて複数形成されている。

支持装置３００は、「ばね棒タイプ」と呼ばれる支持装置である。支持装置３００は、各積層鉄心２１のダブテール状の溝を嵌合させて複数の積層鉄心２１を保持する軸状の複数のリブ３１と、リブ３１に保持されて円筒状をなした複数の積層鉄心２１を軸方向両側から締め付けて挟持する一対の鉄心押さえ板３２と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持する円環状の複数の鉄心押さえリング３３と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持し、鉄心押さえリング３３よりも径方向外側に張り出す円環状の複数の鉄心支持板３４と、固定子フレーム１１の外周板１２と同軸に位置するように外周板１２の内周面に固定され、固定子鉄心２０の径方向外側に位置する円環状の複数の隔板３５と、軸方向に延びて鉄心支持板３４と隔板３５とを連結させる複数のばね棒３６と、を有している。大型の回転電機では、固定子鉄心の形状が大きいため、円環状の積層鉄心を１枚で形成することが困難となり、積層鉄心を周方向に分割する場合がある。図８に示す例では、積層鉄心２１が周方向に分割されることで複数の扇形の分割体からなる。軸方向で隣り合う分割体は、互いに扇形の内角の半角をずらされた状態で積層されている。

このような支持装置３００では、固定子鉄心２０の中心軸が固定子フレーム１１の中心軸に一致するように固定子鉄心２０を配置した状態において、周方向に複数配置されたばね棒３６が、固定子フレーム１１の外周板１２に固定された隔板３５に鉄心支持板３４を連結させる。この際、ばね棒３６は、固定子鉄心２０を軸方向の両側に越えて延びており、隔板３５と鉄心支持板３４とが軸方向に交互に配置されている。そのため、ばね棒３６は両持ちの状態で隣り合う隔板３５に保持され、隔板３５の間で鉄心支持板３４と接続する。これにより鉄心支持板３４の径方向の変位に対してばね棒３６がたわむようになり、固定子鉄心２０を弾性的に支持することができる。

また、図９は、図８に示したタイプとは異なる一般的な固定子鉄心支持装置を備えた回転電機を軸方向に沿って切断して示した概略断面図である。図８に示したタイプの支持装置３００と同様の構成部分には同一の符号が付されている。図９に示す支持装置３００’は、「ばね板タイプ」と呼ばれる支持装置である。支持装置３００’は、各積層鉄心２１のダブテール状の溝を嵌合させて複数の積層鉄心２１を保持する軸状の複数のリブ３１と、リブ３１に保持されて円筒状をなした複数の積層鉄心２１を軸方向両側から締め付けて挟持する一対の鉄心押さえ板３２と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持する円環状の複数の鉄心押さえリング３３と、固定子フレーム１１の外周板１２の内周面に溶接等により固定され、固定子鉄心２０の径方向外側に位置する複数の隔板３５と、軸方向に延びるように配置されてリブ３１と隔板３５とを連結させる複数のばね板３８と、を有している。隔板３５の構成は、図８に示したものと一部で相違する。支持装置３００’における隔板３５は、外周板１２と同軸に位置するように外周板１２の内周面に固定された円環状のベース部３５Ａと、ベース部３５Ａの内周端に設けられた円筒状の連結部３５Ｂとを有し、連結部３５Ｂは、ばね板３８との連結のために用いられる。

図１０は、固定子鉄心２０および支持装置３００’、特に支持装置３００’のリブ３１及びばね板３８を俯瞰した斜視図である。図９及び図１０を参照し、この支持装置３００’では、固定子鉄心２０の中心軸が固定子フレーム１１の中心軸に一致するように固定子鉄心２０を配置した状態において、周方向に複数配置されたばね板３８が、固定子フレーム１１の外周板１２に固定された隔板３５に対してリブ３１を連結させる。詳しくは、隔板３５は軸方向に間隔を空けて複数設けられ、ばね板３８の両端部が軸方向で隣り合う隔板３５の連結部３５Ｂにそれぞれ連結される。一方で、ばね板３８における隣り合う隔板３５の間の部分はリブ３１に連結される。ばね板３８における隣り合う隔板３５の間の部分とリブ３１は、ボルトで連結されている。これにより固定子鉄心２０の径方向の変位に対してばね板３８がたわむようになり、固定子鉄心２０を弾性的に支持することができる。

特許第３４５６８２４号公報 特開２０１１−２５０６２６号公報

図１１は、固定子鉄心２０および支持装置３００を俯瞰した斜視図である。上述の支持装置３００を備える回転電機では、図１１の矢印（白抜き）の方向に示すように、回転子４０の界磁から発生した主磁束が固定子鉄心２０の内部を通ることになる。この際、この主磁束の一部がもれ磁束Φとして固定子鉄心２０の背面（外周面）にもれて、固定子鉄心２０の支持装置３００を構成する部材によって形成される閉回路状部分に鎖交し得る。詳しくは、図１１に示すように、支持装置３００は、軸方向に延びるリブ３１等の部材と、周方向に延びる鉄心押さえリング３３、鉄心押さえ板３２等の部材とを格子状に組み合わせて、固定子鉄心２０を固定子フレーム１１に支持する。このように各部材が格子状に組み合わされることで、例えば２つのリブ３１と２つの鉄心押さえリング３３とにより閉回路状部分（図１１の符号ＣＣ１で示す二点鎖線の領域で囲む部分）が形成され、これにもれ磁束Φが鎖交し得る。また２つのリブ３１と鉄心押さえ板３２と鉄心押さえリング３３とにより閉回路状部分（図１１の符号ＣＣ２で示す二点鎖線の領域で囲む部分）が形成され、これにもれ磁束Φが鎖交し得る。なお、支持装置３００’においても、２つのリブ３１と２つの鉄心押さえリング３３とにより閉回路状部分が形成され、２つのリブ３１と鉄心押さえ板３２と鉄心押さえリング３３とにより閉回路状部分が形成され、これら閉回路状部分にも、もれ磁束Φは鎖交し得る。

また、図１２は、径方向外側から回転電機を見た際の、「ばね板タイプ」の支持装置３００’のリブ３１、ばね板３８及び隔板３５の連結部３５Ｂの概略図である。図１０、１２に示すように、支持装置３００’では、各リブ３１に互いに異なるばね板３８が周方向の一方側及び他方側から連結される。この場合、図１２における矢印に示すように、周方向に隣り合うリブ３１と、これらリブ３１の間で周方向に隣り合うばね板３８と、周方向に隣り合うばね板３８のそれぞれに連結される隔板３５の連結部３５Ｂと、鉄心押さえ板３２とが閉回路状部分（図１２の符号ＣＣ３で示す二点鎖線の領域で囲む部分）を形成し得る。ばね板タイプの支持装置３００’では、例えば閉回路状部分ＣＣ３にも、もれ磁束Φが鎖交し得る。

ここで、支持装置３００，３００’は機械的強度が必要なことから、一般にその各構成部材が金属製、特に鉄製とされるため、閉回路状部分には、図１１の矢印（黒塗り）及び図１２の矢印に示すように、もれ磁束Φを打ち消す方向の磁束が作用する結果、矢印の方向に渦電流が流れて渦電流損失が発生し得る。このような渦電流損失は回転電機の効率を低下させる。また、このような渦電流が生じた場合、支持装置３００，３００’の温度が上昇し、支持装置３００，３００’を構成する部材の熱伸びによって締結箇所の締め付け力が低下して、固定子鉄心２０の振動が増大するという問題も生じ得る。

近時、発電機では発電出力の増加のための磁束の増加と小型化とを両立させることが望まれているが、磁束を増加させつつ回転電機の体格を小さくすれば、磁束の漏れは多くなる傾向になる。この際、固定子鉄心を薄肉化すると、磁束の漏れが顕著に大きくなる場合がある。そのため、回転子からの磁束の増加と小型化とを両立させるためには、磁束の漏れを十分に抑制するための対策が求められる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、固定子鉄心からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を抑制して、回転電機の運転効率の低下及び振動の発生を抑制することができる固定子鉄心支持装置及び回転電機を提供することを目的とする。

実施の形態にかかる固定子鉄心支持装置は、固定子鉄心を前記固定子鉄心の径方向外側に配置される固定子フレームに支持するための複数種類の支持部材を備え、前記複数種類の支持部材は、閉回路状部分を形成するように組み合わされ、前記閉回路状部分の一部を電気的に絶縁するための絶縁部が設けられる。

実施の形態にかかる回転電機は、上記の固定子鉄心支持装置によって固定子鉄心をその径方向外側の固定子フレームに支持して構成される固定子と、回転子と、を備える。

本発明によれば、固定子鉄心からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を抑制して、回転電機の運転効率の低下及び振動の発生を抑制することができる。

第１の実施の形態にかかる回転電機の概略断面図である。 図１に示す回転電機における固定子鉄心支持装置の要部の詳細断面図である。 図１に示す回転電機における固定子鉄心支持装置の要部の詳細断面図である。 図１に示す回転電機における固定子鉄心の径方向外側の磁束密度の分布の一例を示す図である。 第２の実施の形態にかかる回転電機の概略断面図である。 図４に示す回転電機の固定子鉄心および固定子鉄心支持装置を径方向外側から見た図である。 図４に示す回転電機における固定子鉄心支持装置の要部の斜視図である。 図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。 固定子鉄心を弾性的に支持するための一般的な固定子鉄心支持装置を備えた回転電機の概略断面図である。 図８に示した固定子鉄心支持装置とは異なるタイプの一般的な固定子鉄心支持装置を備えた回転電機の概略断面図である。 図９に示す回転電機の固定子鉄心及び固定子鉄心支持装置を俯瞰した斜視図である。 図８に示す回転電機の固定子鉄心及び固定子鉄心支持装置を俯瞰した斜視図である。 径方向外側から回転電機を見た際の、図９に示す固定子鉄心支持装置のリブ、ばね板及び隔板の概略図である。

以下に、添付の図面を参照して各実施の形態を詳細に説明する。以下に説明する各実施の形態における構成部分のうちの図８乃至図１２に示した回転電機の構成部分と同様のものには、同一の符号を付し、共通する部分の説明を省略する場合がある。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態にかかる回転電機１を軸方向に沿って切断して示した概略断面図である。図１に示す回転電機１は回転界磁型の回転電機であり、固定子１０と、固定子１０の径方向内側で回転中心軸Ｃ１を中心に回転する回転子４０と、を備えている。回転子４０には図示省略する界磁コイルが設けられている。本実施の形態において軸方向と言う場合、その方向は回転中心軸Ｃ１に沿う方向を意味し、径方向と言う場合、その方向は回転中心軸Ｃ１に直交する方向を意味する。また回転中心軸Ｃ１を中心として回転する方向は、周方向と呼ぶ。また図１においては、説明の便宜上、回転電機１の各構成要素のハッチングを省略しており、回転子４０を二点鎖線で示している。

固定子１０は、回転子４０を取り囲むように形成された円筒状の固定子鉄心２０と、固定子鉄心２０を径方向外側から覆う円筒状の外周板１２を有するとともに基礎に支持された固定子フレーム１１と、固定子鉄心２０を固定子フレーム１１に支持する固定子鉄心支持装置（以下、支持装置と略す。）３０と、を備えている。

固定子鉄心２０は、複数の円環状の積層鉄心２１を積層して円筒状をなし、各積層鉄心２１の外周部にはダブテール状の溝が形成され、この溝は周方向に間隔を空けて複数形成されている。積層鉄心２１は、打ち抜き加工によって形成され、形成後に表面を絶縁処理されている。したがって、積層後に互いに隣り合う積層鉄心２１の間には絶縁性が確保されている。

支持装置３０は、「ばね棒タイプ」と呼ばれる支持装置である。支持装置３０は、詳細は後述する閉回路状部分を形成するように組み合わされる支持部材として、各積層鉄心２１のダブテール状の溝を嵌合させて複数の積層鉄心２１を含んでなる固定子鉄心２０を保持する軸状の複数のリブ３１と、リブ３１に保持されて円筒状をなした複数の積層鉄心２１を軸方向両側、言い換えるとリブ３１の両端側から軸方向に沿って締め付けて挟持する一対の鉄心押さえ板３２と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持する円環状の複数の鉄心押さえリング３３と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持し、鉄心押さえリング３３よりも径方向外側に張り出す円環状の複数の鉄心支持板３４と、固定子フレーム１１の外周板１２と同軸に位置するよう外周板１２の内周面に溶接等により固定され、固定子鉄心２０の径方向外側に位置する円環状の複数の隔板３５と、軸方向に延びて鉄心支持板３４と隔板３５とを連結させるばね棒３６と、を有している。

本実施の形態では、鉄心支持板３４の内周面にリブ３１が周方向に間隔を空けて複数配置され且つボルト締結等により固定される。リブ３１は、鉄心押さえリング３３によって押さえ付けられている。鉄心押さえリング３３は、図示しない機構によって周方向に締め上げられており、その結果としてリブ３１を押さえ付けている。また、ばね棒３６は周方向に複数配置され、隔板３５に鉄心支持板３４を連結する。この際、ばね棒３６は、固定子鉄心２０を軸方向の両側に越えて延びており、隔板３５と鉄心支持板３４とが軸方向に交互に配置されている。そのため、ばね棒３６は両持ちの状態で隣り合う隔板３５に保持され、隣り合う隔板３５の間で鉄心支持板３４と接続する。これにより、鉄心支持板３４の径方向の変位に対してばね棒３６がたわむようになり、固定子鉄心２０が固定子フレーム１１に対して弾性的に支持されることになる。

本実施の形態にかかる支持装置３０は、図８に示した支持装置３００と同様に、軸方向に延びるリブ３１、ばね棒３６といった部材（軸方向部材）と、周方向に延びる鉄心押さえ板３２、鉄心押さえリング３３、鉄心支持板３４、隔板３５といった部材（周方向部材）とを格子状に組み合わせて、固定子鉄心２０を固定子フレーム１１に支持している。そのため、回転子４０から生じる磁束による渦電流が流れ得る閉回路状部分が形成される。詳しくは、支持装置３０においては、図示を省略するが、図１１に示した例と同様に、２つのリブ３１と２つの鉄心押さえリング３３とにより形成される閉回路状部分ＣＣ１と、２つのリブ３１と鉄心押さえ板３２と鉄心押さえリング３３とにより形成される閉回路状部分ＣＣ２が形成される。これに対し、本実施の形態では、リブ３１と鉄心押さえ板３２とが電気的に絶縁されるとともに、リブ３１と鉄心押さえリング３３とが電気的に絶縁されている。図２Ａは、リブ３１と鉄心押さえ板３２との連結部分の詳細断面図であり、図２Ｂは、リブ３１と鉄心押さえリング３３との連結部分の詳細断面図である。

リブ３１は、固定子鉄心２０を軸方向の両側に越えるように延びており、鉄心押さえ板３２は、リブ３１を軸方向に貫通させるようになっている。図２Ａに示す例では、リブ３１の端部を通すために鉄心押さえ板３２に形成された軸方向に貫通する挿通孔３２Ａ内に円筒状の絶縁性スリーブ３２Ｂが設けられている。リブ３１の端部は、絶縁性スリーブ３２Ｂ内を通されて絶縁性スリーブ３２Ｂから突出し、突出部分に絶縁性ナット３２Ｃが螺着されている。絶縁性ナット３２Ｃは、リブ３１の軸方向中央側に向けて絞め付けられることで、鉄心押さえ板３２を介して固定子鉄心２０を締め付けるために設けられている。絶縁性スリーブ３２Ｂの絶縁性ナット３２Ｃ側の端部にはフランジ部３２Ｂ１が形成され、フランジ部３２Ｂ１は、絶縁性ナット３２Ｃと鉄心押さえ板３２との間に位置している。これにより、リブ３１と鉄心押さえ板３２とが電気的に絶縁される。すなわち、リブ３１と鉄心押さえ板３２とは、絶縁部としての絶縁性スリーブ３２Ｂ及び絶縁性ナット３２Ｃ介して接することで電気的に絶縁される。なお、絶縁性スリーブ３２Ｂ及び絶縁性ナット３２Ｃは、絶縁性を確保可能であれば、その材質は特に限られるものではない。例えば絶縁性スリーブ３２Ｂは、耐熱性が確保された絶縁性の樹脂材料からなるものでもよいし、絶縁性ナット３２Ｃは、非磁性の金属材料から形成し、表面をワニス処理することにより絶縁性を確保してもよい。

一方、図２Ｂに示す例では、リブ３１と鉄心押さえリング３３との間に絶縁性部材３１Ａが配置されている。そして鉄心押さえリング３３は、絶縁性部材３１Ａを介してリブ３１を押さえ付けており、これにより、リブ３１と鉄心押さえリング３３とが電気的に絶縁されている。すなわち、リブ３１と鉄心押さえリング３３とは、絶縁部としての絶縁性部材３１Ａを介して接することで電気的に絶縁される。なお、絶縁性部材３１Ａは、絶縁性を確保可能であれば、その材質は特に限られるものではない。また絶縁性部材３１Ａに代えて、リブ３１にワニス処理により絶縁膜を形成してもよい。

次に、回転電機１を発電機として機能させる場合を例に挙げ、本実施の形態に係る作用について説明する。この場合、まず、回転子４０の界磁コイルに電流を供給し、回転子４０の界磁コイルを電磁石として機能させる。この状態において、回転子４０を回転させ、これにより界磁コイルからの磁束が固定子鉄心２０の内周面の固定子コイルを通過することで、発電が行われる。この際、界磁コイルから発生する磁束が固定子鉄心２０の背面、すなわち径方向外側にもれると、支持装置３０を構成する部材によって形成される閉回路状部分に磁束が通過する場合があり、この際、渦電流が閉回路状部分を流れようとする。

ここで、本実施の形態では、上述したように閉回路状部分を形成し得るリブ３１と鉄心押さえ板３２とが電気的に絶縁されるとともに、リブ３１と鉄心押さえリング３３とが電気的に絶縁されている。これにより、これらが形成し得る閉回路状部分にもれ磁束に起因した渦電流が流れることが抑制される。すなわち、リブ３１と鉄心押さえ板３２は、隣り合う他のリブ３１と鉄心押さえリング３３とともに閉回路状部分ＣＣ２（図１１参照）を形成し得るが、この閉回路状部分ＣＣ２では、リブ３１と鉄心押さえ板３２とが電気的に絶縁されているため、渦電流が流れることが抑制される。またリブ３１と鉄心押さえリング３３は、隣り合う他のリブ３１と鉄心押さえリング３３とともに閉回路状部分ＣＣ１（図１１参照）を形成し得るが、この閉回路状部分ＣＣ１では、リブ３１と鉄心押さえリング３３とが電気的に絶縁されているため、渦電流が流れることが抑制される。これにより、渦電流損失を抑制することができるとともに、支持装置３０の温度上昇による支持装置３０の構成部材の熱伸びを抑制することができる。

以上により本実施の形態によれば、固定子鉄心２０からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を抑制して、回転電機１の運転効率の低下及び振動の発生を抑制することができる。また本実施の形態では、各積層鉄心２１が表面を絶縁処理されているため、積層鉄心２１を短絡する渦電流は生じない。また支持装置３０の隔板３５と固定子フレーム１１とは絶縁されていないが、固定子フレーム１１が仮に渦電流が流れ得る回路を形成したとしても、当該回路は大きく、インピーダンスが高くなるため、渦電流はほとんど問題になることはない。

ところで、図３は回転電機１における固定子鉄心２０の径方向外側の磁束密度の分布の一例を示している。同図に示すように、固定子鉄心２０の径方向外側にもれる磁束は、固定子鉄心２０の軸方向の端部で大きくなり、磁束密度が高くなる。一方で、固定子鉄心２０の軸方向の中央部側では、固定子鉄心２０の径方向外側にもれる磁束は少なく、磁束密度が低い。このような特性を考慮すると、支持装置３０を構成する部材は、固定子鉄心２０の軸方向の端部側の領域のみにおいて部分的に絶縁されるだけでも、十分に磁束による悪影響を抑制できるものと考えられる。そのため、例えば固定子鉄心２０の軸方向端部側のリブ３１と鉄心押さえリング３３との間のみに絶縁性が確保されてもよい。また、リブ３１と鉄心押さえ板３２との間のみに絶縁性が確保されてもよい。このような場合には、固定子鉄心２０からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を経済的に抑制することが可能となる。

なお、本実施の形態では、リブ３１と鉄心押さえ板３２とが電気的に絶縁されるとともに、リブ３１と鉄心押さえリング３３とが電気的に絶縁されたが、その他の部材の間を絶縁してもよい。例えば、ばね棒３６と隔板３５とが電気的に絶縁されてもよいし、ばね棒３６と鉄心支持板３４とが電気的に絶縁されてもよい。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態における構成部分のうちの図８乃至図１２に示した回転電機の構成部分および第１の実施の形態の構成部分と同様のものには、同一の符号を付し、共通する部分の説明を省略する場合がある。

図４は、第２の実施の形態にかかる回転電機１’を軸方向に沿って切断して示した概略断面図であり、図５は、回転電機１’の固定子鉄心２０および固定子鉄心支持装置３０’（以下、支持装置３０’と略す。）を径方向外側から見た図である。本実施の形態では、固定子鉄心支持装置３０’の構成が第１の実施の形態と異なっている。なお、図４においては、図１と同様に、説明の便宜上、回転電機１’の各構成要素のハッチングを省略している。

図４及び図５に示すように、支持装置３０’は、「ばね板タイプ」と呼ばれる支持装置である。支持装置３０’は、閉回路状部分を形成するように組み合わされる支持部材として、各積層鉄心２１のダブテール状の溝を嵌合させて複数の積層鉄心２１を含んでなる固定子鉄心２０を保持する軸状の複数のリブ３１と、リブ３１に保持されて円筒状をなした複数の積層鉄心２１を軸方向両側、言い換えるとリブ３１の両端側から軸方向に沿って締め付けて挟持する一対の鉄心押さえ板３２と、リブ３１を径方向外側から囲んで保持する円環状の複数の鉄心押さえリング３３と、固定子フレーム１１の外周板１２の内周面に溶接等により固定され、固定子鉄心２０の径方向外側に位置する複数の隔板３５と、軸方向に延びるように配置されてリブ３１と隔板３５とを連結させる複数のばね板３８と、を有している。

図５に示すように、リブ３１は、周方向に間隔を空けて複数配置されている。ばね板３８は、リブ３１に周方向で連結し、固定子鉄心２０を固定子フレーム１１に弾性的に支持するためにリブ３１と固定子フレーム１１との間に介在している。１つのリブ３１に軸方向に間欠的に定められる複数の取付位置のそれぞれにおいて２つのばね板３８が設けられ、各取付位置で２つのばね板３８がリブ３１を周方向両側から挟み込むようにしてリブ３１に連結される。言い換えると、各リブ３１には、互いに異なるばね板３８が周方向の一方側及び他方側から連結されている。また、ばね板３８は固定子鉄心２０の外周面に対し径方向外側に離れている。ばね板３８は、軸方向における両端部間の部分である例えば中央部分でリブ３１に連結し、両端部をそれぞれ互いに異なる隔板３５に連結している。隔板３５は軸方向に間隔をあけて複数配置されている。隔板３５は、外周板１２と同軸に位置するように外周板１２の内周面に固定されたベース部３５Ａと、ベース部３５Ａの内周端に設けられた連結部３５Ｂと、を有している。連結部３５Ｂは、説明の便宜上、図５において二点鎖線で示されている。図１０を見ながら説明すると、ばね板３８の両端部は、軸方向で隣り合う隔板３５の連結部３５Ｂにそれぞれ連結される。一方で、ばね板３８における隣り合う隔板３５の間の部分、例えば中央部分はリブ３１に連結される。ばね板３８における隣り合う隔板３５の間の部分とリブ３１は、ボルトで連結されている。これにより固定子鉄心２０の径方向の変位に対してばね板３８がたわむようになり、固定子鉄心２０を弾性的に支持することができる。なお、本実施の形態における連結部３５Ｂは円筒状であるが、ばね板３８の位置に整合させて設けられる湾曲状部分として構成されてもよい。

図６は、リブ３１とばね板３８との連結部分を示した斜視図であり、図７は、隔板３５とばね板３８との連結部分の図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。本実施の形態では、互いに異なる２種の軸方向部材に対応するリブ３１とばね板３８とが電気的に絶縁されるとともに、周方向部材に対応する隔板３５と軸方向部材に対応するばね板３８とが電気的に絶縁されている。

詳しくは、図６に示すように、リブ３１とばね板３８とは、互いの間に絶縁性板部材５１を配置するとともに、ばね板３８から絶縁性板部材５１を介してリブ３１に至る絶縁性ボルト５２をリブ３１に締結させることで、一体化され且つ互いに絶縁されている。すなわち、リブ３１とばね板３８とは、絶縁部としての絶縁性板部材５１及び絶縁性ボルト５２を介して接することで電気的に絶縁される。図７に示すように、ばね板３８と隔板３５とは、互いの間に絶縁性板部材６１を配置するとともに、ばね板３８から絶縁性板部材６１を介して隔板３５に至る絶縁性ボルト６２を隔板３５に締結させることで、一体化され且つ互いに絶縁されている。さらに、ばね板３８と絶縁性ボルト６２の頭部との間には絶縁性ワッシャー６３が設けられている。すなわち、ばね板３８と隔板３５とは、絶縁部としての絶縁性板部材６１、絶縁性ボルト６２及び絶縁性ワッシャー６３を介して接することで電気的に絶縁される。

絶縁性板部材５１，６１、絶縁性ボルト５２，６２および絶縁性ワッシャー６３は、絶縁性を確保可能であれば、その材質は特に限られるものではない。例えば絶縁性板部材５１，６１は、耐熱性が確保された絶縁性の樹脂材料からなるものでもよい。また絶縁性ボルト５２，６２および絶縁性ワッシャー６３は、非磁性の金属材料から形成し、表面をワニス処理することにより絶縁性を確保してもよい。

以上のような本実施の形態では、例えばリブ３１と２つのばね板３８と隔板３５とが閉回路状部分を形成し得る。また、図５及び図１２を参照し、周方向に隣り合うリブ３１と、周方向に隣り合うリブ３１の間で周方向に隣り合うばね板３８と、周方向に隣り合うリブ３１に接しばね板３８には接しない周方向部材である鉄心押さえ板３２と、周方向に隣り合うばね板３８に接しリブ３１には接しない周方向部材である隔板３５とが、閉回路状部分ＣＣ３（図１２参照）を形成し得る。しかしながら、これら閉回路状部分では、リブ３１とばね板３８とが電気的に絶縁されるとともに、ばね板３８と隔板３５とが電気的に絶縁されているため、固定子鉄心２０からもれる磁束により渦電流が流れることが抑制される。これにより、渦電流損失を抑制することができるとともに、支持装置３０’の温度上昇による支持装置３０’の構成部材の熱伸びも抑制することができる。したがって、本実施の形態においても、固定子鉄心２０からもれる磁束により生じ得る渦電流損失及び温度上昇を抑制して、回転電機１’の運転効率の低下及び振動の発生を抑制することができる。なお、本実施の形態における支持装置３０’の構成部材も固定子鉄心２０の軸方向の端部側の領域のみにおいて部分的に絶縁されてもよい。

また本実施の形態では、リブ３１とばね板３８とが電気的に絶縁されるとともに、隔板３５とばね板３８とが電気的に絶縁されたが、リブ３１と鉄心押さえリング３３とが絶縁されてもよいし、リブ３１と鉄心押さえ板３２とが絶縁されてもよい。

以上、各実施の形態を説明したが、上記の各実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，１’…回転電機、１０…固定子、１１…固定子フレーム、１２…外周板、２０…固定子鉄心、２１…積層鉄心、３０，３０’…固定子鉄心支持装置、３１…リブ、３２…鉄心押さえ板、３３…鉄心押さえリング、３４…鉄心支持板、３５…隔板、３６…ばね棒、３８…ばね板、４０…回転子、５１，６１…絶縁性板部材、５２，６２…絶縁性ボルト、ＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３…閉回路状部分

Claims (9)

1. 固定子鉄心を前記固定子鉄心の径方向外側に配置される固定子フレームに支持するための複数種類の支持部材を備え、
   前記複数種類の支持部材は、閉回路状部分を形成するように組み合わされ、
   前記閉回路状部分の一部を電気的に絶縁するための絶縁部が設けられる、固定子鉄心支持装置。
2. 前記複数種類の支持部材は、前記固定子鉄心の軸方向に沿って延びる複数の軸方向部材と、前記固定子鉄心の周方向に沿って延びる複数の周方向部材と、を有し、
   前記複数種類の支持部材では、周方向に離間した２つの軸方向部材と、軸方向に離間した２つの周方向部材とが前記閉回路状部分を形成しており、
   前記閉回路状部分の一部を形成する前記軸方向部材と前記周方向部材とが、前記絶縁部を介して接することで電気的に絶縁される、請求項１に記載の固定子鉄心支持装置。
3. 前記複数種類の支持部材は、前記固定子鉄心の軸方向に沿って延びる複数の軸方向部材と、前記固定子鉄心の周方向に沿って延びる複数の周方向部材と、を有し、
   前記軸方向部材は、周方向に間隔を空けて複数配置され、前記固定子鉄心の外周部に形成された溝を嵌合させて前記固定子鉄心を保持するための複数のリブと、前記リブに周方向で連結し、前記固定子鉄心を弾性的に支持するために前記リブと前記固定子フレームとの間に介在する複数のばね板とを含み、
   各前記リブには、互いに異なる前記ばね板が周方向の一方側及び他方側から連結されており、
   周方向に隣り合う前記リブと、周方向に隣り合う前記リブの間で周方向に隣り合う前記ばね板と、周方向に隣り合う前記リブに接し前記ばね板には接しない前記周方向部材と、周方向に隣り合う前記ばね板に接し前記リブには接しない前記周方向部材とが、前記閉回路状部分を形成しており、
   前記閉回路状部分の一部を形成する前記リブと前記ばね板とが、前記絶縁部を介して接することで電気的に絶縁される、請求項１に記載の固定子鉄心支持装置。
4. 前記閉回路状部分の一部を形成する前記ばね板と、前記ばね板に接する前記周方向部材とが、前記絶縁部を介して接することで電気的にさらに絶縁される、請求項３に記載の固定子鉄心支持装置。
5. 前記軸方向部材には、前記固定子鉄心の外周部に形成された溝を嵌合させて前記固定子鉄心を保持するための軸状のリブが含まれ、
   前記周方向部材には、前記リブの両端側から前記固定子鉄心を軸方向に沿って締め付けるための円環状の鉄心押さえ板が含まれ、
   前記リブと前記鉄心押さえ板とが、前記絶縁部を介して接することで電気的に絶縁される、請求項２に記載の固定子鉄心支持装置。
6. 前記軸方向部材には、前記固定子鉄心の外周部に形成された溝を嵌合させて前記固定子鉄心を保持するための軸状のリブが含まれ、
   前記周方向部材には、前記リブを径方向外側から囲んで保持する円環状の鉄心押さえリングが含まれ、
   前記リブと前記鉄心押さえリングとが、前記絶縁部を介して接することで電気的に絶縁されている、請求項２に記載の固定子鉄心支持装置。
7. 前記絶縁部は、前記リブと前記ばね板との間に配置される絶縁性板部材と、前記ばね板から前記絶縁性板部材を介して前記リブに至る絶縁性ボルトとを含む、請求項３に記載の固定子鉄心支持装置。
8. 前記絶縁部は、前記ばね板と前記ばね板に接する前記周方向部材との間に配置される絶縁性板部材と、前記ばね板から前記絶縁性板部材を介して前記周方向部材に至る絶縁性ボルトとを含む、請求項４に記載の固定子鉄心支持装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の固定子鉄心支持装置によって固定子鉄心をその径方向外側の固定子フレームに支持して構成される固定子と、回転子と、を備える回転電機。

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