JP4038459B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents

Description

この発明は、例えば鉄心を貫通した貫通ボルトの先端部のねじ部に螺着して薄鋼板を一体化したナットを備え、このナットが鉄心端面から突出したコイル端部の近傍に位置した回転電機の固定子に関するものである。

従来、薄鋼板を積層して構成された中空円柱形状の鉄心と、この鉄心の内径側で周方向に間隔をおいて軸線方向に延びた複数のスロットに導線を巻回して構成されているとともに鉄心の両端面から突出したコイル端部を有しているコイルと、前記鉄心を貫通した貫通ボルトと、貫通ボルトの先端部のねじ部に螺着して前記薄鋼板を一体化したナットとを備え、前記ナットが前記コイル端部の近傍に位置した回転電機の固定子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５８−８６８３５号公報（図１）

従来の回転電機の固定子では、貫通ボルトの先端部ではねじ部のねじ山が突起形状になっているため、その箇所で電界が集中し、高電位のコイル端部と大地電位である貫通ボルトのねじ山との間で部分放電が発生し、その部分放電が引き金となってコイル端部の表面とねじ山との間で閃絡が発生し、コイルの主絶縁が損傷する虞があるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、コイル端部と貫通ボルトのねじ部との間での放電の発生を抑制することができる回転電機の固定子を得ることを目的とするものである。

この発明に係る回転電機の固定子は、薄鋼板を積層して構成された中空円柱形状の鉄心と、この鉄心の内径側で周方向に間隔をおいて軸線方向に延びた複数のスロットに導線を巻回して構成されているとともに鉄心の両端面から突出したコイル端部を有しているコイルと、前記鉄心の外周側に設けられ前記薄鋼板を一体化するための貫通ボルトと、この貫通ボルトの先端部のねじ部に螺着し貫通ボルトとともに締結手段を構成するナットとを備え、前記ナットが前記コイル端部の近傍に位置した回転電機の固定子であって、前記ナットから突出した前記貫通ボルトの前記ねじ部では、導電性材料でねじ部のねじ山を覆い外周面を平滑面にした覆い部が設けられている。

この発明に係る回転電機の固定子では、コイル端部と貫通ボルトのねじ部との間での放電の発生を抑制することができる。

以下、この発明の各実施の形態について説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、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の発電機の固定子の要部断面図である。
回転電機である発電機は、ケース（図示せず）と、このケース内に設けられた中空円柱形状の固定子と、この固定子の中心軸線上に設けられたシャフト（図示せず）と、このシャフトに固定された回転子（図示せず）とを備えている。
上記固定子は、薄鋼板を積層して構成された中空円柱形状の鉄心１と、この鉄心１の内径側に周方向に等間隔で軸線方向に延びたスロット（図示せず）に導線を巻回して構成されたコイル２と、鉄心１の両側端面に設けられた複数枚の中空円板状の鋼板３ａを積層して構成された磁束シャント３と、磁束シャント３の両側端面に当接した中空円板状の押さえ板４と、鉄心１、磁束シャント３および押さえ板４を貫通した貫通ボルト６と、貫通ボルト６の先端部に絶縁ワッシャ５を介して螺着され、貫通ボルト６と協同して鉄心１、磁束シャント３および押さえ板４を一体化したナット７と、ナット７から突出した貫通ボルト６のねじ部６ａのねじ山を覆い外周面を平滑面にした導電性材料からなる覆い部８とを備えている。この覆い部８は、例えばグラファイトをシリコン樹脂で硬化して構成されている。

上記コイル２は、導線が鉄心１の各スロットに例えば重ね巻で巻回されており、スロット内で複数段に導線が積層されているとともに、鉄心１の両端面からＵ字形状に屈曲変形して突出したコイル端部２ａを有している。コイル２の表面のうち、鉄心１内部およびコイル端部２ａの鉄心１近傍では導電性ペイントが施されており、コイル端部２ａの鉄心１近傍の外表面は、大地電位である鉄心１とほぼ同じ電位である。
上記貫通ボルト６および上記ナット７により締結手段を構成しているが、この締結手段は、鉄心１の周方向に等間隔をおいて設けられている。

上記構成の発電機の固定子では、導電性ペイントが施されていないコイル端部２ａの屈曲変形側の表面の電位が大きいが、貫通ボルト６のねじ部６ａでは平滑面である覆い部８が形成されているので、電界集中が防止され、コイル端部２ａとねじ部６ａとの間での放電発生が抑制され、コイル２の絶縁の信頼性が向上する。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２の発電機の固定子の要部断面図である。
この実施の形態では、押さえ板４から突出した貫通ボルト６のねじ部６ａ、ナット７および絶縁ワッシャ５を絶縁性の覆い体９で覆っている。
この覆い体９は、例えばシリコンゴムで構成され、ねじ部６ａ、ナット７の金属表面が高電位であるコイル端部２ａと直接対向するのを防止している。
従って、コイル端部２ａと、ねじ部６ａおよびナット７との間での放電発生が抑制され、コイル２の絶縁の信頼性が向上する。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３の発電機の固定子の要部断面図である。
この実施の形態３では、実施の形態２と比較して覆い体１０は切り欠き部１０ａを有している点が異なる。

ねじ部６ａ、ナット７には回転子、コイル端部２ａから発生する漏洩磁束が鎖交するため、その自体が発熱する。従って、実施の形態２の覆い体９を用いたときには、放熱ができないので、貫通ボルト６でのループ電流を抑制するために設けられた絶縁ワッシャ５がナット７の温度上昇により熱劣化して炭化してしまい、絶縁の機能が失われ、ループ電流による溶損が生じる虞があった。

これに対して、この実施の形態では、切り欠き部１０ａを設けることで、回転子の端面に設けられたファン（図示せず）の回転により生じた冷却媒体である冷却空気が矢印Ａに示すようにねじ部６ａ、ナット７の外側を通過するので、ねじ部６ａおよびナット７は、強制冷却空気で直接冷却され、上記のような不都合が生じるのを防止することができる。

実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４の発電機の固定子の要部断面図である。
この実施の形態４では、ナット７と中空円板状の押さえ板４との間に中空円板状の絶縁性の障壁体１１が設けられている。この障壁体１１の内径側には磁束シャント３側に折曲された折曲部１１ａが形成されている。障壁体１１は、例えばガラス−エポキシ樹脂製で一体成形されている。
磁束シャント３の内径側は、鋼板３ａの内径寸法を変えることで階段状に形成された段差部を有しており、磁束シャント３は、回転子、コイル端部２ａから発生する漏洩磁束が鉄心１に及ぶのを防止している。この段差部の突起３ｂは新たな電界集中の原因にもなり、この突起３ｂを起点としてコイル端部２ａとの間で放電を起こす虞がある。
これに対して、この実施の形態では、折曲部１１ａを有する障壁体１１を備えているので、上記のような不都合が生じるのを防止することができる。

実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５の発電機の固定子の障壁体１５の部分正面図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
この実施の形態では、障壁体１５は、複数個に分割された障壁片１５Ａ、１５Ｂから構成されており、かつ隣接した障壁片１５Ａ、１５Ｂ同士は辺部の段差部１３、１４が重なって接合されている。なお、符号１２は貫通ボルト６が貫通する貫通孔である。
実施の形態４の障壁体１１は一体の絶縁体で構成されており、障壁体１１を形成するに、複雑な金型を必要とし、製造コストが嵩むが、この実施の形態では、障壁体１５は、複数個に分割された障壁片１５Ａ、１５Ｂから構成されており、金型形状が簡単になり、製造コストが低減される。
また、隣接した障壁片１５Ａ、１５Ｂ同士は辺部の段差部１３、１４が重なって接合されているので、隣接した障壁片１５Ａ、１５Ｂ間からの放電通過を確実に防止することができる。

なお、上記各実施の形態では、回転電機として発電機について説明したが、この発明は電動機の固定子にも適用することができるのは、勿論である。
また、上記各実施の形態では、貫通ボルト６は鉄心１の全体を貫通したが、鉄心の一部を貫通した固定子であってもよい。また、鉄心の両端面に当接した中空円板の外周部を貫通ボルトが貫通し、ナットと協同して鉄心を両側から挟み付けることで、薄鋼板を一体化した固定子であってもよい。

この発明の実施の形態１の発電機の固定子の要部断面図である。 この発明の実施の形態２の発電機の固定子の要部断面図である。 この発明の実施の形態３の発電機の固定子の要部断面図である。 この発明の実施の形態４の発電機の固定子の要部断面図である。 この発明の実施の形態５の発電機の固定子の障壁体の部分正面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。

符号の説明

１ 鉄心、２ コイル、３ 磁束シャント、５ 絶縁ワッシャ、６ 貫通ボルト、６ａ ねじ部、７ ナット、８ 覆い部、９，１０ 覆い体、１１，１５ 障壁体、１１Ａ 障壁片、１１Ｂ 障壁片、貫通ボルト、１３，１４ 段差部。

Claims (5)

1. 薄鋼板を積層して構成された中空円柱形状の鉄心と、
   この鉄心の内径側で周方向に間隔をおいて軸線方向に延びた複数のスロットに導線を巻回して構成されているとともに鉄心の両端面から突出したコイル端部を有しているコイルと、
   前記鉄心の外周側に設けられ前記薄鋼板を一体化するための貫通ボルトと、
   この貫通ボルトの先端部のねじ部に螺着し貫通ボルトとともに締結手段を構成するナットと
   を備え、前記ナットが前記コイル端部の近傍に位置した回転電機の固定子において、
   前記ナットから突出した前記貫通ボルトの前記ねじ部では、導電性材料でねじ部のねじ山を覆い外周面を平滑面にした覆い部が設けられている回転電機の固定子。
2. 薄鋼板を積層して構成された中空円柱形状の鉄心と、
   この鉄心の内径側で周方向に間隔をおいて軸線方向に延びた複数のスロットに導線を巻回して構成されているとともに鉄心の両端面から突出したコイル端部を有しているコイルと、
   前記鉄心の外周側に設けられ前記薄鋼板を一体化するための貫通ボルトと、
   この貫通ボルトの先端部のねじ部に螺着し貫通ボルトとともに締結手段を構成するナットと
   を備え、前記ナットが前記コイル端部の近傍に位置した回転電機の固定子において、
   前記ナットから突出した前記貫通ボルトの前記ねじ部および前記ナットは、絶縁材からなる覆い体で覆われている回転電機の固定子。
3. 前記覆い体の径方向の外側では、冷却媒体が通過する切り欠き部が形成されている請求項２に記載の回転電機の固定子。
4. 前記鉄心と前記ナットとの間には複数枚の中空円板状の鋼板を積層して構成されているとともに内径側に段差部を有する磁束シャントが介在しており、前記磁束シャントの段差部と前記コイル端部との間には絶縁材からなる障壁体が設けられている請求項２または請求項３に記載の回転電機の固定子。
5. 前記障壁体は、複数個に分割された障壁片から構成されており、かつ隣接した障壁片同士は辺部の段差部が重なって接合されている請求項４に記載の回転電機の固定子。

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