JP6309465B2

JP6309465B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6309465B2
Application number: JP2015009630A
Authority: JP
Inventors: 遼晦日
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2018-04-11
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: JP2016135050A; CN105811626A; CN105811626B

Description

本発明は、固定子鉄心に形成されたスロット内に布設された固定子コイルを有する回転電機に関する。

回転電機の固定子鉄心の内側に形成されたスロット内に布設される固定子コイルの形状としては、特許文献１に示されるようにコイル導体としてのエナメル線を束ねた乱巻き方式と、特許文献２に示されるようにコイル導体としての断面が矩形の素線を積層した型巻き方式とがある。

また、導体間および導体と鉄心間の絶縁と導体の相対的位置関係の維持のための加熱硬化樹脂による含浸には、スロットに収納する単位ごとに含浸を行う単体含浸方式と、全スロットに収納した後に、一括して含浸を行う全含浸方式とがある。

また、全含浸方式では、加熱硬化樹脂を圧入する方法と、真空引きする方法とがある。

特許第３０５８９９６号公報特許第３７４５３８３号公報

全含浸方式では、加熱硬化樹脂を圧入する方法か、真空引きする方法かによらず、加熱硬化樹脂などの充填材がエナメル線あるいは素線などのコイル導体の表面にまで浸透しないと、絶縁機能が十分に確保できない、あるいはエナメル線の場合はエナメル線間の相対的位置関係の維持が十分でない個所が発生する等の問題が発生する。

そこで、本発明は、コイル導体が布設されているスロット内に充填材を十分に浸透させることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る回転電機は、軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられて中央に開口が形成された円板状の複数の固定子鉄心用鋼板が軸方向に積層された円筒状であって径方向内側に軸方向に延びて周方向に互いに間隔を空けて配列された複数のスロットが形成されている固定子鉄心と、前記複数のスロット内に布設された固定子コイルとを有する固定子と、前記スロット内の間隙に充填された充填材と、を備え、前記複数の固定子鉄心用鋼板は、前記スロット形成のためにスロット用通常切り欠き部が形成され軸方向に積層された複数の通常鋼板と、前記充填材の前記スロット内への浸入を容易にするために矩形開口および前記矩形開口と同じ軸方向の位置において前記矩形開口に連通する矩形通路を形成するように軸方向に互いに間隔をあけて前記通常鋼板が積層された間に配列されて前記スロット用通常切り欠き部より切欠き形状の周辺が広がったスロット用拡大切欠き部を有する拡大鋼板と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、コイル導体が布設されているスロット内に充填材を十分に浸透させることができる。

実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。図１の第ＩＩ−ＩＩ線矢視部分横断面図である。スロット内に乱巻方式で敷設されたコイルの例の一部を示す部分横断面図である。スロット内に型巻方式で敷設されたコイルの例の一部を示す部分横断面図である。図２のＡ部の詳細を示す横断面図である。図５の第ＶＩ−ＶＩ線矢視部分横断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機について説明する。ここで、互いに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、実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。また、図２は、図１の第ＩＩ−ＩＩ線矢視部分横断面図である。

回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、フレーム３１および２つの軸受４０を有する。回転子１０は、軸方向に延びて回転自在に支持されたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に固定されてロータシャフト１１とともに回転する回転子鉄心１２を有する。

固定子２０は、固定子鉄心２１と固定子コイル２２を有する。固定子鉄心２１は、回転子鉄心１２の径方向外側に設けられて軸方向に延びる円筒形状である。固定子鉄心２１は、後述するように鋼板の積層構造である。固定子鉄心２１には、径方向内側に延びて周方向に互いに間隔を空けて配列された複数のスロット２３が形成されている。固定子コイル２２のコイル導体は、この複数のスロット２３内に布設されており、固定子鉄心２１の軸方向端部より突出した部分にコイル導体同士の接続部部分がある。

フレーム３１は、回転子鉄心１２および固定子２０を収納している。また、フレーム３１は、固定子２０および２つの軸受４０を支持している。２つの軸受４０は、軸方向の回転子鉄心１２の両外側に１つずつけられ、ロータシャフト１１を回転自在に支持している。

図３は、スロット内に乱巻方式で敷設されたコイルの例の一部を示す部分横断面図である。スロット２３の内部には、複数の乱巻き方式のコイル導体２２ａが束ねられて収納されている。スロット開口２４の内側、すなわちスロット２３の径方向内側の入口には、軸方向に延びたスロット開口蓋２５が設けられている。

複数のコイル導体２２ａ間の隙間、およびスロット２３の内面との間の隙間には、充填材５０が充填されている。充填材５０は、電気的に絶縁機能を有する材料である。充填材５０としては、また、加熱により固化し、加熱する前は流動性を有する樹脂などを用いる。充填材５０は、絶縁機能、空間を埋める機能、およびコイル導体２２ａを保持する機能を有する。

図４は、スロット内に型巻方式で敷設されたコイルの例の一部を示す部分横断面図である。スロット２３の内部には、複数の型巻き方式のコイル導体２２ｂが収納されている。コイル導体２２ｂは断面がほぼ矩形で軸方向に延びた素線がそれぞれ積層されている。それぞれの素線には絶縁用のカバーが巻かれている。スロット開口２４の内側、すなわちスロット２３の径方向内側の入口には、軸方向に延びたスロット開口蓋２５が設けられている。

スロット２３の内面とコイル導体２２ｂとの間の隙間には、充填材５０が充填されている。また、充填材５０は、コイル導体２２ｂのそれぞれの素線に巻かれている絶縁用のカバーに浸透する。この結果、それぞれの素線に巻かれているカバーの電気的絶縁機能を強化する。また、絶縁機能の他に、空間を埋める機能、およびコイル導体２２ｂを保持する機能を同様に有する。

図５は、図２のＡ部の詳細を示す横断面図であり、図６の第Ｖ−Ｖ線矢視横断面図でもある。また、図６は、図５の第ＶＩ−ＶＩ線矢視部分横断面図である。固定子鉄心２１は、中央に開口が形成されて軸方向に積層された孔あき円板状の複数の固定子鉄心用鋼板２１ｃを有する。固定子鉄心用鋼板２１ｃは透磁率の高い電磁鋼板であり、たとえば、ケイ素鋼板などがある。

固定子鉄心用鋼板２１ｃは、通常鋼板２１ａと厚肉鋼板２１ｂを含む。通常鋼板２１ａは通常の厚みｔ１である。厚肉鋼板２１ｂは、後述する充填材浸入用の矩形開口５１および矩形通路５２を確保するための拡大鋼板である。厚肉鋼板２１ｂは、積層されている通常鋼板２１ａの間に一つずつ飛び飛びに配されている。

一方、厚肉鋼板２１ｂの厚みは、通常鋼板２１ａの厚みｔ１よりも厚いｔ２である。また、厚肉鋼板２１ｂの切欠き部であるスロット用拡大切欠き部２３ｂは、通常鋼板２１ａの切欠き部であるスロット用通常切り欠き部２３ａより切欠き形状の周辺が広がっている。すなわち、スロット２３の幅方向に片側ｄ１ずつ大きい。また、スロット２３の奥にｄ２だけ大きい。ｄ２はｄ１と同じ寸法でもよい。また、ｄ１は厚肉鋼板２１ｂの厚みｔ２と同程度でよい。

次に、以上のように構成されている本実施形態の作用を説明する。製作過程において、通常鋼板２１ａと厚肉鋼板２１ｂを含む固定子鉄心用鋼板２１ｃが積層され、固定子コイル２２が布設されている段階であって、充填材５０を注入する前の状態を考える。

厚肉鋼板２１ｂのスロット用拡大切欠き部２３ｂについてのスロット用通常切り欠き部２３ａより広い部分の空間は、固定子コイル２２およびスロット開口蓋２５によって、その空間が占有されることはない。したがって、スロット２３のスロット開口２４側から見て、厚肉鋼板２１ｂそれぞれのスロット用拡大切欠き部２３ｂの部分には、軸方向の幅がｔ１、径方向の幅がｄ１の矩形開口５１が２箇所形成されることになる。また、矩形開口５１と同じ断面形状でスロット用拡大切欠き部２３ｂの内側において２つの矩形開口５１をつなぐように矩形通路５２が形成されている。

充填材５０の注入は、注入工程のための真空容器（図示せず）に充填材を溜めておき、充填材５０に、固定子２０を浸漬させることにより行う。あるいは、固定子２０の端部に充填材を内包する密閉容器を設けて、スロット２３内に圧入することにより行う。従来は、固定子鉄心２１の両方の軸方向端部のスロット２３の部分と、固定子鉄心２１の径方向内側のスロット開口２４とが、充填材５０の浸入経路である。ただし、スロット開口２４はスロット開口蓋２５で塞がれており、充填材５０は浸透しにくい。

一方、本実施形態では、厚肉鋼板２１ｂが配されている箇所のそれぞれにおいて、２つの矩形開口５１と矩形通路５２が形成されていることから、充填材５０がスロット２３に浸入する通路となる。このため、固定子鉄心２１の軸方向長さが長い場合でも、厚肉鋼板２１ｂを適切な数だけ軸方向に点在させることにより、充填材が軸方向に浸入する長さを短くすることができる。

以上のように、本実施形態によれば、コイル導体が布設されているスロット内に充填材を十分に浸透させることができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、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。たとえば、実施形態では、固定子鉄心用鋼板２１ｃの拡大鋼板が厚肉鋼板２３ｂである場合を示したが、これには限定されない。たとえば、拡大鋼板として、厚肉鋼板２３ｂに代えて、切欠き部形状は厚肉鋼板と同一で、厚さは通常鋼板と同一の鋼板を複数枚設ける方法でもよい。この場合、取り扱う固定子鉄心用鋼板２１ｃの厚さは１種類でよく、加工工程以降、取り扱いを分ければよいというメリットがある。

また、実施形態は、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。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２１ａ…通常鋼板、２１ｂ…厚肉鋼板（拡大鋼板）、２１ｃ…固定子鉄心用鋼板、２２…固定子コイル、２２ａ、２２ｂ…コイル導体、２３…スロット、２３ａ…スロット用通常切り欠き部、２３ｂ…スロット用拡大切欠き部、２４…スロット開口、２５…スロット開口蓋、３１…フレーム、３５…ブラケット、４０…軸受、５０…充填材、５１…矩形開口、５２…矩形通路、１００…回転電機

Claims

軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に設けられて中央に開口が形成された円板状の複数の固定子鉄心用鋼板が軸方向に積層された円筒状であって径方向内側に軸方向に延びて周方向に互いに間隔を空けて配列された複数のスロットが形成されている固定子鉄心と、前記複数のスロット内に布設された固定子コイルとを有する固定子と、
前記スロット内の間隙に充填された充填材と、
を備え、
前記複数の固定子鉄心用鋼板は、
前記スロット形成のためにスロット用通常切り欠き部が形成され軸方向に積層された複数の通常鋼板と、
前記充填材の前記スロット内への浸入を容易にするために矩形開口および前記矩形開口と同じ軸方向の位置において前記矩形開口に連通する矩形通路を形成するように軸方向に互いに間隔をあけて前記通常鋼板が積層された間に配列されて前記スロット用通常切り欠き部より切欠き形状の周辺が広がったスロット用拡大切欠き部を有する拡大鋼板と、
を含むことを特徴とする回転電機。
前記拡大鋼板の厚みは、前記通常鋼板の厚みより大きいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記拡大鋼板は、複数枚が連続して設けられることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。