JP4548049B2 - 回転電機 - Google Patents

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Description

本発明は回転電機に係り、特に回転電機の固定子鉄心における局所的な温度上昇を緩和した構成を改良した回転電機に関する。
大型の回転電機の固定子鉄心は、図２のように電磁鋼板を扇状に打ち抜き、これを周方向に並べて円周を形成し、この円周を軸方向に積層することで構成されている。
図２において、扇状の分割片はコイルを挿入するためのスロット３を挟むティース１と外周部であるコアバック２からなる。
大型の回転電機では、図３に示すように機内の冷却のため、電磁鋼板を数枚から数十枚積層してブロック４を形成し、このブロック４間に冷却ダクト５が設けられる。
回転電機の固定子鉄心に用いられる電磁鋼板には、磁化容易方向がランダムな無方向性電磁鋼板と、磁化容易方向を鋼帯圧延方向に揃えた方向性電磁鋼板がある。
鉄損低減を目的として、鉄心用の鋼板として方向性電磁鋼板を用い、図２のように鋼帯の圧延方向と分割片の周方向を合わせ、コアバック２における周方向磁束が磁化容易方向を通るようにしている。また、無方向性電磁鋼板であっても、鋼帯の圧延方向に磁束が通りやすい傾向があり、鋼帯の圧延方向と分割片の周方向を合わせている。
固定子の軸方向端部ティースにおいては、径方向磁束に加え、軸方向からも入射する磁束があり、鉄心の局所的な加熱が問題となる。このとき、方向性電磁鋼板を用いた固定子鉄心では、周方向に磁化容易方向を揃えてあるため、主に径方向に磁束が通るティース１では無方向性電磁鋼板に比べ磁束が通りにくく、損失による発熱が大きい。鉄心における局所加熱は、絶縁の破壊を引き起こし、短絡回路を形成して固定子鉄心の焼損に繋がる可能性がある。
そこで、固定子鉄心端部ティースの局所的な過熱を防止する施策として、図４のようにティース１にスリット８を設け、ティース１における渦電流の流路を小さくすることで軸方向に入射する磁束による渦電流損を低減している。また、図５に示すように、軸方向端部のブロック４を階段状のテーパ形状とし、局部的な磁束の集中を防止している。
しかし、方向性電磁鋼板の適用やティース１の磁束密度が高い設計などにより、ティース１における発熱が大きい場合には、径方向磁束による発熱の寄与も大きいため、これを低減することは局所的な過熱を防止する上で有効である。
特開２０００−５０５３９号公報 特開昭６３−２１７９４０号公報 電気学会技術報告II部第８５号 「けい素鋼板の進歩と使用上の諸問題」 １９７９年
解決しようとする課題は、回転電機の固定子鉄心端部ティースにおいて局所的な過熱が発生する点である。
本発明は、周方向に電磁鋼板の圧延方向を合わせた方向性電磁鋼板から扇状に打ち抜いた分割片を周方向に並べて円周を形成し、これを軸方向に積層して構成され、軸方向端部に階段状のテーパ部分を有する固定子鉄心を備えた回転電機において、前記固定子鉄心は、その軸方向端部の階段状のテーパ部分に、周方向に電磁鋼板の圧延方向を合わせた無方向性電磁鋼板から扇状に打ち抜いた分割片を周方向に並べて円周を形成し、これを積層して形成されていることで、ティースにおける磁束が通りやすくなり、これにより、径方向磁束によるティースにおける発熱を減少させて局所的な過熱を防止するものである。
本発明の固定子鉄心は端部ティースにおける局所的な加熱を防止したことにより、高い信頼性を有する回転電機を供給できる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
図１は本発明の回転電機の第１の実施形態を示す。該図に示す例は、固定子鉄心端部以外のブロックは方向性電磁鋼板積層ブロック１０から構成されており、軸方向端部の２ブロック（すなわち両側で計４ブロック）のみに無方向性電磁鋼板積層ブロック１１を配してある。
方向性電磁鋼板ブロックは図２に示したように、圧延方向に周方向を合わせた分割片により構成されており、コアバック２での磁束が通りやすい一方、ティース１では磁束が通りにくくなっている。
本実施形態では、軸方向端部の２ブロックに方向性電磁鋼板の圧延に垂直な方向に比べ磁束が通りやすい無方向性電磁鋼板を用いることで、ティース１の発熱を抑制し、鉄心端部の局所的な加熱を防止している。
また、無方向性電磁鋼板はコアバック２における磁束の通りやすさが方向性電磁鋼板の圧延方向に比べて劣るため、鉄損が増加するが、無方向性電磁鋼板の積層を端部数枚に限定することで、全体から見た鉄損増加をわずかに止める。
無方向性電磁鋼板からの分割片打ち抜き方向は図２のようにしてもよいが、無方向性電磁鋼板であっても、圧延方向とこれに垂直な方向では磁束の通りやすさに違いがあることから、ティース１における発熱抑制を優先するならば、図６のように圧延方向を径方向に合わせるのが良い。
この無方向性電磁鋼板から打ち抜く分割片のティース部分に図４のようにスリットを入れ、軸方向磁束による渦電流損を低減すれば、さらなる発熱の抑制が可能である。
この例では２ブロックとしたが、発電機の構造などにより、積層する枚数を変えても、効果を得ることが出来る。
図７は本発明の回転電機の第２の実施形態を示す。該図に示す例は、固定子鉄心端部以外のブロックは方向性電磁鋼板積層ブロック１０から構成されており、軸方向端部の２ブロック（すなわち両側で計４ブロック）のみに、図６のように径方向を圧延方向に合わせ打ち抜いた分割片を用いた方向性電磁鋼板積層ブロック１２を配してある。
方向性電磁鋼板ブロックは図２に示したように、圧延方向に周方向を合わせた分割片により構成されており、コアバック２での磁束が通りやすい一方、ティース１では磁束が通りにくくなっている。本実施形態では、軸方向端部の２ブロックの分割片ティースに磁束が通りやすい方向性電磁鋼板の圧延方向を合わせることで、ティース１の発熱を抑制し、鉄心端部の局所的な加熱を防止することができる。
方向性電磁鋼板において、径方向に圧延方向を合わせると、周方向磁束が通るコアバック２において磁束の通りにくくなり、鉄損が増加するが、径方向を圧延方向に合わせた積層を端部数枚に限定することで、全体から見た鉄損増加をわずかに止める。
図８は本発明の回転電機の第３の実施形態を示す。該図に示す例は、固定子鉄心端部以外のブロックは方向性電磁鋼板積層ブロック１０から構成されており、階段状のテーパが施された軸方向端部の３ブロックのみに、無方向性電磁鋼板積層ブロック１１を配してある。
方向性電磁鋼板ブロックは図２に示したように、圧延方向に周方向を合わせた分割片により構成されており、コアバック２での磁束が通りやすい一方、ティース１では磁束が通りにくくなっている。本実施形態では、テーパ形状の端部に方向性電磁鋼板の圧延に垂直な方向に比べ磁束が通りやすい無方向性電磁鋼板を用いることで、ティース１の発熱を抑制し、鉄心端部の局所的な加熱を防止することができる。
また、無方向性電磁鋼板はコアバック２における磁束の通りやすさが方向性電磁鋼板の圧延方向に比べて劣るため、鉄損が増加するが、無方向性電磁鋼板の積層をテーパの施された鋼板に限定することで、全体から見た鉄損増加をわずかに止める。
本発明の回転電機の第１の実施形態を示す部分断面図。 固定子鉄心分割片の鋼帯からの打ち抜きと圧延方向を示す図。 固定子鉄心を周方向から見た部分断面図。 固定子鉄心ティースにスリットを施した状態を示す図。 固定子鉄心端部の階段状テーパ部を示す部分断面図。 本発明の実施の形態に関る固定子鉄心分割片の打ち抜きを示す図。 本発明の回転電機の第２の実施形態を示す部分断面図。 本発明の回転電機の第３の実施形態を示す部分断面図。
符号の説明
１…ティース、２…コアバック、３…スロット、４…電磁鋼板積層ブロック、５…冷却ダクト、６…電機子巻線、７，９…回転子、８…スリット、１０…方向性電磁鋼板積層ブロック、１１…無方向性電磁鋼板積層ブロック、１２…径方向を圧延方向に合わせた分割片を用いた方向性電磁鋼板積層ブロック。

Claims (2)

  1. 周方向に電磁鋼板の圧延方向を合わせた方向性電磁鋼板から扇状に打ち抜いた分割片を周方向に並べて円周を形成し、これを軸方向に積層して構成され、軸方向端部に階段状のテーパ部分を有する固定子鉄心を備えた回転電機において、
    前記固定子鉄心は、その軸方向端部の階段状のテーパ部分に、周方向に電磁鋼板の圧延方向を合わせた無方向性電磁鋼板から扇状に打ち抜いた分割片を周方向に並べて円周を形成し、これを積層して形成されていることを特徴とする回転電機。
  2. 請求項１に記載の回転電機において、
    前記固定子鉄心は、前記無方向性電磁鋼板のティースにスリットが入れられていることを特徴とする回転電機。
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