JP5241194B2 - 回転電機およびその鉄心 - Google Patents

Description

この発明は誘導機や同期機などの回転電機の固定子または回転子の鉄心およびその鉄心を含む回転電機に関するものである。

従来の大型回転電機の固定子および回転子の鉄心として、図８に示すような環状の扇形鋼板１を環状に並べてこれを回転電機の回転軸方向に積層したものが知られている（特許文献１参照）。図８に示す例は固定子鉄心の場合であって、扇形鋼板１は中心角が６０度で、６枚の同じ形状の扇形鋼板１を周方向に互いに対向させ隣接させて円環状とし、その円環状のものを軸方向に多数積層する。

扇形鋼板１の半径方向内側にコイルが入る偶数個（図８の例では８個）のコイル溝２が等間隔で周方向に並んで形成されている。また、扇形鋼板１の半径方向外側には２箇所に締め付け用溝３が形成されている。これらの締め付け用溝３は扇形鋼板１の周方向両端からそれぞれ中心角１５度の位置に配置され、互いの間の中心角は３０度離れている。

円環状に並べた扇形鋼板１を積層するにあたっては、二つの扇形鋼板１が周方向に対向して隣接する周方向隣接位置が、回転軸方向に隣接する周方向隣接位置に対して周方向に３０度ずれている。このように扇形鋼板１をずらして積層し、これらを締め付け用のボルトによって回転軸方向に締め付ける。これにより、扇形鋼板１同士の間が製造後にずれるのを防ぐことができるとともに、鉄心の磁気抵抗に対する鉄心間の隙間の影響を低く抑えることができる。

またこのとき、各コイル溝２は回転軸方向に並び、各締め付け用溝３も回転軸方向に並ぶように配列されている。
特開昭６２−８１９４５号公報

図８に示す例では、各扇形鋼板１に形成される締め付け用溝３の数が２個で、コイル溝２の数が偶数個であって、この場合は１種類の扇形鋼板１を複数個並べて積層することによって鉄心を構成することができる。しかし、コイル溝の数が奇数個の場合は、特許文献１に示すように、２種類の扇形鋼板を並べて積層する必要がある。

たとえば、コイル溝の数が９個の場合、図９に示す第１の扇形鋼板１ａを周方向に対向させて６個配列する第１の円環層１０ａ（図１０参照）と、図１１に示す第２の扇形鋼板１ｂを周方向に対向させて６個配列する第２の円環層１０ｂ（図１２参照）とを交互に積層する。この場合に、図１０に示す第１の円環層１０ａのＸ軸と図１２に示す第２の円環層１０ｂのＸ軸の方向を合致させる。このとき、第１の円環層１０ａで第１の扇形鋼板１ａ同士が周方向に隣接して対向する周方向隣接位置１１ａと、第２の円環層１０ｂで第２の扇形鋼板１ｂ同士が周方向に隣接して対向する周方向隣接位置１１ｂは周方向に３０度ずれている。

このように、従来技術によれば、コイル溝２の数が奇数個の場合は、２種類の扇形鋼板を並べて積層する必要があり、これは、１種類の扇形鋼板を並べて積層する場合に比べて、扇形鋼板１ａ、１ｂの製造コストが高くなるほか、扇形鋼板１ａ、１ｂを配列して積層する手間も余分にかかる。

そこで本発明は、コイル溝の数が奇数個の場合に、単一種類の扇形鋼板を配列し積層して回転電機の鉄心を構成することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る回転電機の鉄心は、回転電機の周方向に複数に等分割された環状の扇形鋼板を周方向に互いに隣接させて並べ、回転電機の回転軸方向に複数枚積層してその回転軸方向に延びる複数の締め付け部材によって締め付けてなる回転電機の鉄心であって、周方向に互いに隣接する前記扇形鋼板同士が対向する周方向隣接位置が、前記回転軸方向に隣接する周方向隣接位置に対して周方向にずれており、前記扇形鋼板は互いに同じ形状であって、前記扇形鋼板それぞれに、前記回転軸方向にコイルを通すために周方向に等間隔で配置された複数のコイル溝と、前記締め付け部材を通すために周方向に等間隔で配置された複数の締め付け用溝とが形成され、前記扇形鋼板それぞれについて、前記締め付け用溝の数が３以上の素数であって、前記コイル溝の数が前記素数の奇数倍であり、前記締め付け用溝のすべてに前記締め付け部材を通すこと、を特徴とする。

また、本発明に係る回転電機は、それぞれに鉄心およびその鉄心の周りに巻かれたコイルを備えた固定子および回転子を有する回転電機であって、前記鉄心のいずれか少なくとも一方は、当該回転電機の周方向に複数に等分割された環状の扇形鋼板を周方向に互いに隣接させて並べ、当該回転電機の回転軸方向に複数枚積層してその回転軸方向に延びる複数の締め付け部材によって締め付けてなり、周方向に互いに隣接する前記扇形鋼板同士が対向する周方向隣接位置が、前記回転軸方向に隣接する周方向隣接位置に対して周方向にずれており、前記扇形鋼板は互いに同じ形状であって、前記扇形鋼板それぞれに、前記回転軸方向に前記コイルを通すために周方向に等間隔で配置された複数のコイル溝と、前記締め付け部材を通すために周方向に等間隔で配置された複数の締め付け用溝とが形成され、前記扇形鋼板それぞれについて、前記締め付け用溝の数が３以上の素数であって、前記コイル溝の数が前記素数の奇数倍であり、前記締め付け用溝のすべてに前記締め付け部材を通すこと、を特徴とする。

この発明によれば、扇形鋼板１枚あたりのコイル溝の数が奇数個であっても１種類だけの形状の扇形鋼板を配列し積層して回転電機の鉄心を構成することができる。それにより鉄心ないし回転電機の製造コストを下げることができる。

［第１の実施形態］
図１ないし図４を参照して本発明に係る回転電機の第１の実施形態について説明する。ここで、前述の従来技術と同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。図１はこの発明に係る回転電機の固定子鉄心の扇形鋼板の第１の実施形態の立面図であり、図２はこの実施形態の回転電機の固定子鉄心の縦断面図上半である。また、図３はこの実施形態の回転電機の固定子鉄心の第１の円環層の横断面図であり、図４はその固定子鉄心の第２の円環層の横断面図である。

この第１の実施形態で、回転電機の固定子鉄心は、環状の扇形鋼板１を環状に並べてこれを回転電機の回転軸方向に積層して形成している。積層された扇形鋼板１の軸方向の両端には押え板２１が配置され、押え板２１には、複数のボルト２０が貫通する貫通孔（図示せず）が設けられている。ボルト２０は軸方向に延びて両端で押え板２１を貫通し、ボルト２０に螺合するナット２２により押え板２１同士を引き寄せ、押え板２１同士にはさまれた扇形鋼板１を軸方向に締め付けている。図２の符号５０は、この回転電機の回転軸中心を表している。

扇形鋼板１は中心角が６０度で、６枚の同じ形状の扇形鋼板１を周方向に互いに対向させ隣接させて円環状の円環層３０、３１とし、その円環層３０、３１を軸方向に多数積層している。

扇形鋼板１の半径方向内側に、コイルが入る９個のコイル溝２が等間隔で周方向に並んで形成されている。コイル溝２同士にはさまれた部分は内周側に突き出した複数の歯部２５を構成している。また、コイル溝２および歯部２５の外周側は背部２６となっている。背部２６の外周側には３箇所に、半円形の締め付け用溝３が形成されている。両端部の締め付け用溝３は扇形鋼板１の周方向両端からそれぞれ中心角１０度の位置に配置され、さらに、締め付け用溝３同士の間隔は中心角で２０度である。

図示の例では、周方向両端にコイル溝２が半分ずつ形成され、それぞれ周方向に隣接する扇形鋼板１の両端のコイル溝２と合わせて完全なコイル溝２が形成される。ここで、一つの扇形鋼板１が有するコイル溝２の数（図１の例では９個）を数えるに当たっては、両端のコイル溝２を合わせて１個としている。

扇形鋼板１を積層するにあたっては、まず、図３に示すように６枚の扇形鋼板１を周方向に互いに隣接させて円環状に並べて第１の円環層３０とし、第１の円環層３０に対して隣接させて図４に示す第２の円環層３１を積層する。ここで、図３に示すＸ軸と図４に示すＸ軸の方向を合致させる。このとき、第１の円環層３０で扇形鋼板１同士が周方向に隣接して対向する周方向隣接位置１１ａと、第２の円環層３１で第２の扇形鋼板１同士が周方向に隣接して対向する周方向隣接位置１１ｂは周方向に２０度ずれている。

このように扇形鋼板１をずらして積層し、これらを締め付け用のボルト２０で回転軸方向に締め付けることにより、扇形鋼板１同士の間が製造後にずれるのを防ぐことができるとともに、鉄心の磁気抵抗に対する鉄心間の隙間の影響を低く抑えることができる。

またこのとき、各コイル溝２は回転軸方向に並び、各締め付け用溝３も回転軸方向に並ぶように配列されている。それにより、図示しないコイルは各コイル溝２内を回転軸方向に直線的に延びることができ、また、ボルト２０が各締め付け用溝３内を回転軸方向に直線的に延びることができる。

以上説明した実施形態においては、各扇形鋼板１に形成する締め付け用溝３の数を３個とし、コイル溝２の数を締め付け用溝３の個数（３）の整数倍である９としたことから、コイル溝２の数が奇数個であっても、１種類の扇形鋼板１を複数個並べて、コイル溝２および締め付け用溝３が軸方向にそろうようにして、かつ、扇形鋼板１同士の周方向隣接位置１１ａ、１１ｂを円環層３０、３１ごとに周方向にずらすことができる。同一種類の扇形鋼板１だけを並べてこの構成を実現できることから、複数種類の扇形鋼板を用いる場合に比べて作業性がよく、製造コストの削減を図ることができる。

上記説明では、各扇形鋼板１に形成する締め付け用溝３の数を３個とし、コイル溝２の数を９個とした。しかし、各扇形鋼板１に形成する締め付け用溝３の数が３個の場合、コイル溝２の数は３の奇数倍であれば１５や２１などでもよい。ここで、３の偶数倍とすると偶数になるので、従来の技術を採用することができる。

さらに、各扇形鋼板１に形成する締め付け用溝３の数を５や７などの素数とした場合、コイル溝２の数を締め付け用溝３の数の奇数倍とすれば、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では締め付け用溝３の形状を半円形としたが、締め付け用溝３の形状を図５に示すように矩形に変えてもよい。締め付け用溝３の形状以外の特徴は上記実施形態と同様とする。この場合、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施形態］
第１または第２の実施形態における締め付け用溝３の形状を図６に示すように台形に変えてもよい。締め付け用溝３の形状以外の特徴は上記実施形態と同様とする。この場合、第１または第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第４の実施形態］
上記実施形態はいずれも、回転電機の固定子鉄心についての説明であるが、同様な考え方を回転電機の回転子鉄心に適用することもできる。

図７は、第４の実施形態に係る回転子鉄心の扇形鋼板４０の立面図である。回転子鉄心の扇形鋼板４０では、半径方向外側にコイル溝２が形成され、半径方向内側に締め付け用溝３が形成されている。その他の構成は第１の実施形態と同様である。この実施形態によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

［他の実施形態］
以上説明した実施形態は単なる例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。

たとえば、第２または第３の実施形態の特徴を第４の実施形態の回転電機の回転子鉄心に適用することもできる。

また、上記実施形態では、円環層（３６０度）を６０度ずつに６等分した扇形鋼板を用いることとしたが、３６０度を等分するものであれば、たとえば５等分や７等分することも可能である。

この発明に係る回転電機の第１の実施形態に係る固定子鉄心の扇形鋼板の立面図である。 この発明に係る回転電機の第１の実施形態に係る固定子鉄心の縦断面図上半である。 この発明に係る回転電機の第１の実施形態に係る固定子鉄心の第１の円環層の立面図である。 この発明に係る回転電機の第１の実施形態に係る固定子鉄心の第２の円環層の立面図である。 この発明に係る回転電機の第２の実施形態に係る固定子鉄心の扇形鋼板の立面図である。 この発明に係る回転電機の第３の実施形態に係る固定子鉄心の扇形鋼板の立面図である。 この発明に係る回転電機の第４の実施形態に係る回転子鉄心の扇形鋼板の立面図である。 従来の回転電機の固定子鉄心でコイル溝の数が偶数の場合の扇形鋼板の立面図である。 従来の回転電機の固定子鉄心でコイル溝の数が奇数の場合の第１の扇形鋼板の立面図である。 従来の回転電機の鉄心で図９に示す第１の扇形鋼板を配列した第１の円環層を示す立面図である。 従来の回転電機の固定子鉄心でコイル溝の数が奇数の場合の第２の扇形鋼板の立面図である。 従来の回転電機の鉄心で図１１に示す第２の扇形鋼板を配列した第２の円環層を示す立面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ ： 扇形鋼板
２ ： コイル溝
３ ： 締め付け用溝
１０ａ、１０ｂ ： 円環層
１１ｂ ： 周方向隣接位置
２０ ： ボルト
２１ ： 押え板
２２ ： ナット
２５ ： 歯部
２６ ： 背部
３０、３１ ： 円環層
４０ ： 扇形鋼板
５０ ： 回転軸中心

Claims (6)

1. 回転電機の周方向に複数に等分割された環状の扇形鋼板を周方向に互いに隣接させて並べ、回転電機の回転軸方向に複数枚積層してその回転軸方向に延びる複数の締め付け部材によって締め付けてなる回転電機の鉄心であって、
   周方向に互いに隣接する前記扇形鋼板同士が対向する周方向隣接位置が、前記回転軸方向に隣接する周方向隣接位置に対して周方向にずれており、
   前記扇形鋼板は互いに同じ形状であって、
   前記扇形鋼板それぞれに、前記回転軸方向にコイルを通すために周方向に等間隔で配置された複数のコイル溝と、前記締め付け部材を通すために周方向に等間隔で配置された複数の締め付け用溝とが形成され、
   前記扇形鋼板それぞれについて、前記締め付け用溝の数が３以上の素数であって、前記コイル溝の数が前記素数の奇数倍であり、
   前記締め付け用溝のすべてに前記締め付け部材を通すこと、
   を特徴とする回転電機の鉄心。
2. 前記素数が３であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の鉄心。
3. 前記締め付け用溝の横断面形状が半円形、矩形もしくは台形のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の鉄心。
4. 回転電機の固定子用鉄心であって、前記コイル溝が前記扇形鋼板の内周側に配置され、前記締め付け溝が前記扇形鋼板の外周側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回転電機の鉄心。
5. 回転電機の回転子用鉄心であって、前記コイル溝が前記扇形鋼板の外周側に配置され、前記締め付け溝が前記扇形鋼板の内周側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回転電機の鉄心。
6. それぞれに鉄心およびその鉄心の周りに巻かれたコイルを備えた固定子および回転子を有する回転電機であって、
   前記鉄心のいずれか少なくとも一方は、当該回転電機の周方向に複数に等分割された環状の扇形鋼板を周方向に互いに隣接させて並べ、当該回転電機の回転軸方向に複数枚積層してその回転軸方向に延びる複数の締め付け部材によって締め付けてなり、
   周方向に互いに隣接する前記扇形鋼板同士が対向する周方向隣接位置が、前記回転軸方向に隣接する周方向隣接位置に対して周方向にずれており、
   前記扇形鋼板は互いに同じ形状であって、
   前記扇形鋼板それぞれに、前記回転軸方向に前記コイルを通すために周方向に等間隔で配置された複数のコイル溝と、前記締め付け部材を通すために周方向に等間隔で配置された複数の締め付け用溝とが形成され、
   前記扇形鋼板それぞれについて、前記締め付け用溝の数が３以上の素数であって、前記コイル溝の数が前記素数の奇数倍であり、
   前記締め付け用溝のすべてに前記締め付け部材を通すこと、
   を特徴とする回転電機。

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