JP6381974B2

JP6381974B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6381974B2
Application number: JP2014114497A
Authority: JP
Inventors: 裕司辻; 牧　晃司; 晃司牧; 良孝吉成
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-06-03
Also published as: EP2953244A2; JP2015228779A; EP2953244A3; EP2953244B1

Description

本発明は、回転電機に関し、特に一般産業用の高圧電動機に関するものである。

従来、回転電機を駆動した際のインバータ装置の動作により発生する急峻なサージ電圧を減衰・吸収する技術として、dV/dt抑制用フィルタを電動機の入力端に設けるものがあった（例えば、特許文献１参照）。

また従来、同じく急峻なサージ電圧を減衰・吸収する技術として、口出し線に接続された導電部材を絶縁部材で覆い、その導電部材を端子台に設けられた積層鉄心中に通すことで、導電部材のインダクタンスと浮遊容量によりLCフィルタを形成し、サージを吸収するものがあった（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−３８５４３号公報特開２００９−３３９２３号公報

近年、省エネルギー化の観点からインバータ装置を用いて回転電機を可変速運転することが盛んに行われている。しかしながら、インバータ装置を用いて回転電機を駆動した場合、インバータ装置の動作により発生する急峻なサージ電圧が原因となり、従来の商用周波電源駆動時に比べて高い電圧が、回転電機が備えるコイル間に発生する。

このような問題に対して従来は、外付けのフィルタを設置してサージを減衰・吸収するという対策を取ることが多かった。例えば、特許文献１では、dV/dt抑制用フィルタを電動機の入力端に設けるという技術が開示されている。しかしながら、回転電機システム全体の大型化とコスト増加という問題があった。

また特許文献２では、口出し線に接続された導電部材を絶縁部材で覆い、その導電部材を端子台に設けられた積層鉄心中に通すことで、導電部材のインダクタンスと浮遊容量によりLCフィルタを形成し、サージを吸収する技術が開示されている。しかしながら、回転電機の端子箱が大型化するという問題があった。

本発明は、上記のような従来技術が抱える問題を解決するためになされたものであり、回転電機を大型化することなく、低コストな対策で急峻なサージを抑制することを目的とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を示せば、次の通りである。すなわち、本発明の回転電機は、回転子と、固定子巻線と、前記固定子巻線に給電するために接続された口出し線と、前記固定子巻線が巻回された固定子鉄心と、前記固定子鉄心を収めた筺体とを備えた回転電機であって、前記固定子鉄心は接地され、前記口出し線は誘電体を介して前記固定子鉄心の外周面に面方向に沿って対向して配置されることを特徴とする。あるいはまた、本発明の回転電機は、回転子と、固定子巻線と、前記固定子巻線に給電するために接続された口出し線と、前記固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、前記固定子鉄心を収めた導電性を有する筺体とを備えた回転電機であって、前記筺体は接地され、前記口出し線は誘電体を介して前記筺体の内周面に面方向に沿って対向して配置されることを特徴とする。

本発明によれば、回転電機筺体内の口出し線の部分にフィルタ機能を持たせたことで、回転電機を大型化することなく、低コストな対策で急峻なサージを抑制することができる。

本発明の第１の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の軸に平行な方向の断面図である。本発明の第１の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の径方向の断面図である。本発明の回転電機を含む回転電機システムの全体構成を示す図である。本発明の第１の実施例による回転電機の第１コイルへの分担電圧の測定結果と従来の回転電機のコイルへの分担電圧の測定結果との比較を示す図である。本発明の第２の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の軸に平行な方向の断面図である。本発明の第２の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の径方向の断面図である。本発明の第３の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の軸に平行な方向の断面図である。本発明の第３の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の径方向の断面図である。本発明の第４の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の軸に平行な方向の断面図である。本発明の第４の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の径方向の断面図である。本発明の第５の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の軸に平行な方向の断面図である。本発明の第５の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の径方向の断面図である。本発明の第６の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の軸に平行な方向の断面図である。本発明の第６の実施例による回転電機の断面図であって、回転電機の径方向の断面図である。

上記の通り、本発明の回転電機は、回転子と、固定子巻線と、前記固定子巻線に給電するために接続された口出し線と、前記固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、前記固定子鉄心を収めた筺体とを備えた回転電機であって、前記固定子鉄心を接地すると共に、前記口出し線を誘電体を介して前記固定子鉄心の外周面に面方向に沿って対向して配置するか、または、前記筺体を接地すると共に、前記口出し線を誘電体を介して前記筺体の内周面に面方向に沿って対向して配置することを特徴とする。このように構成することで、口出し線のインダクタンスと浮遊容量とを増加させ、口出し線のLCフィルタ機能を強化することができ、以て回転電機を駆動した際に発生する急峻なサージ電圧を抑制できる。

上記の構成において、前記口出し線を固定するための溝が前記固定子鉄心に形成されるようにしてもよい。その場合、前記溝は、前記固定子鉄心を製作する際に用いられる位置合わせ溝とするのが好適である。

また、上記の構成において、前記口出し線を固定するための導電性を有するガイドレールが前記固定子鉄心の外周面と前記誘電体との間に設置されるようにしてもよい。

また、上記の構成において、前記口出し線は、前記固定子鉄心の外周面に沿って軸方向に延伸するようにしてもよいし、あるいは、前記固定子鉄心の外周面に沿って周方向に延伸するようにしてもよい。

また、上記の構成において、前記口出し線を固定するために、前記固定子鉄心を軸方向に貫通する穴が形成されるようにしてもよい。

以上のいずれかの構成において、前記口出し線の断面形状が前記固定子巻線の断面形状よりも偏平であり、前記口出し線の端面が前記固定子鉄心の外周面に対向して配置されるようにしてもよい。前記口出し線の断面形状が前記固定子巻線の断面形状よりも偏平であることにより面積が増加するので、その口出し線の端面を、前記筺体の内周面に対向して配置すれば好適である。

また、以上のいずれかの構成において、前記口出し線の絶縁を強化すればさらに好適である。例えば、上記の構成において、前記口出し線の絶縁の耐電圧を、口出し線で低下した電圧以上にすれば好適である。

本発明の回転電機では、回転電機筺体内にある固定子鉄心の外周面、または回転電機筺体の内周面に、口出し線を対向して配置している。回転電機筺体内の口出し線の部分にフィルタ機能を持たせたことで、回転電機を大型化することなく、低コストの対策で急峻なサージを抑制することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、実施例を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
＜全体構成＞
図２は、本発明の回転電機を含む回転電機システムの構成を示す。図２に示されるように、本発明の実施例による回転電機1（例えば、モータ）は、回転電機の口出し線７を介して、ケーブル１０１に接続されたインバータ装置１００により電源供給を受ける。口出し線のインダクタンス１０２と浮遊容量１０３によりフィルタを形成し、急峻なサージを抑制する。

図１ａ、図１ｂは、本発明の回転電機の第１の実施例を示す構成図である。図１ａは、回転電機１の軸に平行方向の断面図であり、図１ｂは、回転電機１の軸に直行方向の断面図である。

図１ａに示されるように、回転電機１の筐体４には、三相交流電圧によって回転磁界を作るための固定子と、固定子によって作られた回転磁界に応じて回転する回転子８とが収容されている。固定子は、固定子鉄心２と、固定子鉄心２に巻かれる固定子巻線３を備えている。回転子８は、シャフト１０によって固定されており、シャフト１０は、ベアリング９によって回転自在に軸支されている。図１ｂに示されるように、固定子鉄心２の内周側には、所定間隔ごとにコイルスロットが設けられており、固定子巻線３がコイルスロットに巻かれている。図１ａ、図１ｂに示されるように、固定子巻線３に接続された給電のための口出し線７は、その周囲を絶縁部材５で覆われ、固定子鉄心外周面に軸方向に設けられた溝６に、口出し線は配置される。この際、前記絶縁部材の耐電圧は、口出し線に生じている電圧以上にする必要があるため、固定子巻線と同等以上の絶縁レベルにする。また、口出し線の断面形状を固定子巻線よりも偏平にして、固定子鉄心との対向面積を増やすことで、口出し線の浮遊容量をより大きくしても良い。以上により、本発明の回転電機によれば、回転電機筺体内の口出し線のインダクタンスと浮遊容量を増加させたことで、回転電機を大型化することなく、低コストな対策で急峻なサージを抑制することができる。

図３は、実施例１の回転電機の第１コイル分担電圧率と、従来の回転電機の第１コイル分担電圧率との測定結果を示す図である。図３には、上述した条件で立ち上がり時間０．１μｓのステップ電圧をインバータ電源として印加し、口出し線のインダクタンスを４．７μH、固定子鉄心との間の浮遊容量を２６００ｐFとし、第１コイルの分担電圧率の測定結果（図３、実施例１）が示される。この測定結果（図３、実施例１）では、第１コイルの分担電圧をステップ電圧の波高値を１００％とした場合の割合で示される。さらに、口出し線を誘電体を介して固定子鉄心に対向配置させない従来の回転電機の場合、口出し線のインダクタンスは０．２μH、固定子鉄心との間の浮遊容量３ｐFとなり、その時の測定結果（図３、比較例）が示される。図３に示されるように、比較例では第１コイルの電圧分担率は８６％となった。実施例１では電圧分担率は６４％となり、比較例１に比べて２２％、第１コイルの分担電圧率を低減できる。

本実施例によれば、回転電機筺体内の口出し線の部分にフィルタ機能を持たせたことで、回転電機を大型化することなく、低コストの対策で急峻なサージを抑制することができる。

図４ａ、図４ｂは、本発明の回転電機の第２の実施例を示す構成図である。図４ａは、回転電機１の軸に平行方向の断面図であり、図４ｂは、回転電機１の軸に直行方向の断面図である。実施例１との相違点は、固定子鉄心外周面の周方向に口出し線を延伸する点である。

図４ａ、図４ｂにおいて、絶縁部材５で覆われた口出し線７を固定するために、固定子鉄心外周面に周方向に設けられた溝６に、口出し線は配置される。

本実施例によれば、回転電機筺体内の口出し線の部分にフィルタ機能を持たせたことで、回転電機を大型化することなく、低コストの対策で急峻なサージを抑制することができ、特に、軸方向に口出し線を延伸するよりも長い距離を取ることができ、より大きなサージ抑制効果が期待できる。

図５ａ、図５ｂは、本発明の回転電機の第３の実施例を示す構成図である。図５ａは、回転電機１の軸に平行方向の断面図であり、図５ｂは、回転電機１の軸に直行方向の断面図である。実施例１との相違点は、固定子鉄心を軸方向に貫通する穴１２に、口出し線を延伸する点である。

図５ａ、図５ｂにおいて、絶縁部材５で覆われた口出し線７を固定するために、固定子鉄心を軸方向に貫通する穴１２に、口出し線は配置される。

本実施例によれば、回転電機筺体内の口出し線の部分にフィルタ機能を持たせたことで、回転電機を大型化することなく、低コストの対策で急峻なサージを抑制することができ、特に、口出し線の四面全てが固定子鉄心に絶縁部材を介して対向しているため、インダクタンス・浮遊容量が大きくなるので、より大きなサージ抑制効果が期待できる。

図６ａ、図６ｂは、本発明の回転電機の第４の実施例を示す構成図である。図６ａは、回転電機１の軸に平行方向の断面図であり、図６ｂは、回転電機１の軸に直行方向の断面図である。実施例１との相違点は、回転電機筺体の内周面の軸方向に沿って口出し線を対向して配置する点である。

図６ａ、図６ｂにおいて、絶縁部材５で覆われた口出し線７を固定するために、導電性を有するガイドレール１１を回転電機筺体４の内周面の軸方向に延伸し、口出し線をガイドレールに対向して配置させた。

本実施例によれば、回転電機筺体内の口出し線の部分にフィルタ機能を持たせたことで、回転電機を大型化することなく、低コストの対策で急峻なサージを抑制することができ、特に、固定子鉄心外周面に溝を形成する必要がなくなり、製作が容易である。

図７ａ、図７ｂは、本発明の回転電機の第５の実施例を示す構成図である。図７ａは、回転電機１の軸に平行方向の断面図であり、図７ｂは、回転電機１の軸に直行方向の断面図である。

図７ａ、図７ｂにおいて、絶縁部材５で覆われた口出し線７を固定するために、導電性を有するガイドレール１１を回転電機筺体４の内部筺体板の面方向に沿って、回転電機筺体の周方向に延伸し、口出し線をガイドレールに対向して配置させた。

図８ａ、図８ｂは、本発明の回転電機の第６の実施例を示す構成図である。図８ａは、回転電機１の軸に平行方向の断面図であり、図８ｂは、回転電機１の軸に直行方向の断面図である。

図８ａ、図８ｂにおいて、絶縁部材５で覆われた口出し線７を固定するために、導電性を有するガイドレール１１を回転電機筺体４の面方向に沿って、回転電機筺体の周方向に延伸し、口出し線をガイドレールに対向して配置させた。

１００インバータ
１０１ケーブル
１０２インダクタンス
１０３浮遊容量
１回転電機
２固定子鉄心
３固定子巻線
４回転電機筺体
５絶縁部材
６溝
７口出し線
８回転子
９ベアリング
１０シャフト
１１ガイドレール
１２穴

Claims

回転子と、
固定子巻線と、
前記固定子巻線に給電するために接続された口出し線と、
前記固定子巻線が巻回された固定子鉄心と、
前記固定子鉄心を収めた筺体と
を備えた回転電機であって、
前記固定子鉄心は接地され、
前記口出し線は誘電体を介して前記固定子鉄心の外周面に面方向に沿って対向して配置されることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記口出し線を固定するための溝が前記固定子鉄心に形成されることを特徴とする回転電機。
請求項２に記載の回転電機において、
前記溝は、前記固定子鉄心を製作する際に用いられる位置合わせ溝であることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記口出し線を固定するための導電性を有するガイドレールが前記固定子鉄心の外周面と前記誘電体との間に設置されることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記口出し線は、前記固定子鉄心の外周面に沿って軸方向に延伸していることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記口出し線は、前記固定子鉄心の外周面に沿って周方向に延伸していることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記口出し線を固定するために、前記固定子鉄心を軸方向に貫通する穴が形成されることを特徴とする回転電機。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記口出し線の断面形状は、前記固定子巻線の断面形状よりも偏平であることを特徴とする回転電機。
回転子と、
固定子巻線と、
前記固定子巻線に給電するために接続された口出し線と、
前記固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、
前記固定子鉄心を収めた導電性を有する筺体と
を備えた回転電機であって、
前記筺体は接地され、
前記口出し線は誘電体を介して前記筺体の内周面に面方向に沿って対向して配置され、前記口出し線を固定するための溝が前記筺体に形成されることを特徴とする回転電機。
回転子と、
固定子巻線と、
前記固定子巻線に給電するために接続された口出し線と、
前記固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、
前記固定子鉄心を収めた導電性を有する筺体と
を備えた回転電機であって、
前記筺体は接地され、
前記口出し線は誘電体を介して前記筺体の内周面に面方向に沿って対向して配置され、
前記口出し線を固定するための導電性を有するガイドレールが前記筺体の内周面と前記
誘電体との間に設置されることを特徴とする回転電機。
回転子と、
固定子巻線と、
前記固定子巻線に給電するために接続された口出し線と、
前記固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、
前記固定子鉄心を収めた導電性を有する筺体と
を備えた回転電機であって、
前記筺体は接地され、
前記口出し線は誘電体を介して前記筺体の内周面に面方向に沿って対向して配置され、前記筺体の内周面に沿って軸方向に延伸していることを特徴とする回転電機。
回転子と、
固定子巻線と、
前記固定子巻線に給電するために接続された口出し線と、
前記固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、
前記固定子鉄心を収めた導電性を有する筺体と
を備えた回転電機であって、
前記筺体は接地され、
前記口出し線は誘電体を介して前記筺体の内周面に面方向に沿って対向して配置され、前記筺体の内周面に沿って周方向に延伸していることを特徴とする回転電機。
回転子と、
固定子巻線と、
前記固定子巻線に給電するために接続された口出し線と、
前記固定子巻線を巻回した固定子鉄心と、
前記固定子鉄心を収めた導電性を有する筺体と
を備えた回転電機であって、
前記筺体は接地され、
前記口出し線は誘電体を介して前記筺体の内周面に面方向に沿って対向して配置され、前記口出し線の断面形状は、前記固定子巻線の断面形状よりも偏平であることを特徴とする回転電機。