JP6473111B2

JP6473111B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6473111B2
Application number: JP2016151769A
Authority: JP
Inventors: 雄理竹澤
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2036-08-02
Also published as: CN107681795B; JP2018023197A; CN107681795A

Description

本発明は、回転電機に関する。

回転電機は、回転子および固定子を有する。回転子の回転子鉄心と固定子の固定子鉄心の双方にまたがる磁束が存在することにより、電動機においては回転トルクが生じ、発電機においては電圧が発生する。

一方、回転子鉄心は回転し、固定子鉄心は静止していることから、回転子鉄心の外周面と固定子鉄心の内周面が互いに接触しないように、両者の間には適切な寸法のギャップが必要である。このギャップは、回転子鉄心の外周面の仕上げ精度、固定子鉄心の内周面の仕上げ精度、フレーム、軸受ブラケットおよび軸受を含めた回転子の軸中心と固定子の軸中心の一致の精度、運転中の振動、回転子の径方向の変形等を考慮して設定する必要がある。あるいは、保守・点検時にギャップに治具を挿入するような場合は、その治具の厚み、作業性等も考慮する必要がある。

エアギャップにおける磁気抵抗は回転子鉄心および固定子鉄心における磁気抵抗に比べて大きいため、磁束の発生の観点では、エアギャップの寸法が小さいほど性能は向上する。

以上のように、電磁気的な性能の観点ではエアギャップが小さいほど性能が向上する一方、機械的な観点ではエアギャップの必要寸法を確保する必要がある。したがって、エアギャップの寸法は、必要な値を確保する一方、できる限り小さくすることが望ましい。また、エアギャップの寸法は電磁気的な性能に深くかかわっている。

このように、エアギャップの寸法は重要な値であるため、エアギャップの測定には、高い精度が必要である。

特開２０１２−２４４８７２号公報

固定子鉄心の内周面には、周方向に互いに間隔を置いて軸方向に貫通する固定子スロットが形成されている。固定子スロットの開口側には、固定子スロット内の固定子巻線導体を保持するためのカバーとなる楔が設けられているが、この楔の開口側の表面と、固定子ティースの表面とは、互いに同一円周上にはなく、楔の開口側の表面が若干スロット内側に後退しているのが通例である（特許文献１参照）。

エアギャップの寸法の測定は、回転子ティースと固定子ティースの間の間隔を、たとえばギャップゲージを用いて行う。この際、固定子側について、固定子ティースではなく固定子スロットの楔にギャップゲージをあてると、誤った寸法を測定することになる。

固定子鉄心の内周面は曲率を有する局面であるので、固定子スロットの楔部分にギャップゲージがあたらないように、ギャップゲージの幅（ギャップの周方向の長さ）を大きくすると、ギャップの測定上の誤差を生ずる原因となる。したがって、幅の小さなギャップゲージを用いる必要があるが、測定上で、位置の確認が必要となり、ギャップ測定には大きな手間を要することになる。

そこで、本発明は、回転電機の回転子と固定子との間のエアギャップの測定を容易にす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、回転軸方向に延びて回転可能に支持され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その内周面に沿って周方向に互いに間隔をもって前記回転軸方向に延びるように配された複数のスロットにより形成された複数の固定子ティースを有する円筒状の固定子鉄心と、前記スロット内を前記回転軸方向に貫通する固定子巻線導体を含む固定子巻線と、を有する固定子と、前記回転子鉄心と前記固定子とを収納するフレームと、前記ロータシャフトを回転可能に軸支する２つの軸受と、を備え、前記固定子巻線導体は、前記複数のスロットのそれぞれの開口を塞ぐように配されて前記回転軸方向に延びた巻線導体押さえクサビにより保持され、軸方向端部においてのみ前記巻線導体押さえクサビの前記開口側の面は、前記開口側に張り出していることを特徴とする。

本発明によれば、回転電機の回転子と固定子との間のエアギャップの測定を容易にすることが可能となる。

第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。第１の実施形態に係る回転子鉄心および固定子鉄心の周方向４分の１の部分を示す横断面図である。第１の実施形態に係る固定子鉄心の固定子スロットまわりの詳細を示す横断面図である。第１の実施形態に係る固定子鉄心の固定子スロットに用いられる巻線導体押さえクサビを示す横断面図である。第１の実施形態に係る固定子鉄心の固定子スロットに用いられる巻線導体押さえクサビを示す側面図である。第２の実施形態に係る固定子鉄心の固定子スロットに用いられる巻線導体押さえクサビを示す側面図である。

［第１の実施形態］
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、第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。

回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、軸受３０、フレーム４０および軸受ブラケット４５を有する。

回転子１０は、水平方向に延びたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に設けられて、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。ロータシャフト１１は、回転子鉄心１２の両側で、それぞれ軸受３０により回転可能に軸支されている。

固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側にエアギャップ５０を空けて設けられた円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１内を貫通する固定子巻線２５を有する。

回転子鉄心１２および固定子２０の径方向外側には、フレーム４０が設けられている。フレーム４０は軸方向の両端が開放されており、両端のそれぞれは軸受ブラケット４５により閉止されている。軸受ブラケット４５はそれぞれ軸受３０を支持している。

図２は、回転子鉄心および固定子鉄心の周方向４分の１の部分を示す横断面図である。回転子鉄心１２の外周には、周方向に互いに間隔をおいて、軸方向に貫通する複数の回転子スロット１３が形成されている。回転子スロット１３のそれぞれの回転子鉄心１２の外周側は、幅の狭い回転子スロット開口１３ａが形成されている。互いに隣接する回転子スロット１３に挟まれて回転子ティース１４が形成されている。なお、図２では、回転子スロット１３内に設けられる導体バーの図示を省略している。

固定子鉄心２１の内周に沿って複数の固定子スロット２３が形成されている。固定子スロット２３は周方向に互いに間隔をおいて設けられており、それぞれ固定子鉄心２１の軸方向の両端まで延びている。互いに隣接する固定子スロット２３に挟まれて固定子ティース２２が形成されている。なお、図２では、固定子スロット２３内に設けられる固定子巻線導体２５ａ（図３）の図示を省略している。また、固定子スロット２３の形状は、図３で説明する。

回転子ティース１４の外周面を含む第１の円筒と、固定子ティース２２の内周面を含む第２の円筒との間にエアギャップ５０が形成されその半径方向の間隔がエアギャップ５０の幅ｇである。

図３は、固定子鉄心の固定子スロットまわりの詳細を示す横断面図である。

固定子スロット２３は、開口２８の近傍に窪み部２３ａおよび突出部２３ｂが形成されている。窪み部２３ａは、周方向の両側に広がっている。突出部２３ｂは、窪み部２３ａの開口２８側にあって、周方向の広がりが狭くなっている部分である。突出部２３ｂの径方向の奥行きはｄ１である。

窪み部２３ａおよび突出部２３ｂには、巻線導体押さえクサビ２４が嵌め込まれている。

図４は、固定子鉄心の固定子スロットに用いられる巻線導体押さえクサビを示す横断面図である。また、図５は、巻線導体押さえクサビを示す側面図である。

巻線導体押さえクサビ２４の断面は、図４に示すように長方形の嵌め込み部２４ａの断面と、嵌め込み部２４ａの断面長手方向に沿って延びる長方形の後退補償部２４ｂの断面からなる形状である。後退補償部２４ｂの周方向の幅Ｌ２は、固定子スロット２３の開口２８の周方向の幅に対応しており、嵌め込み部２４ａの周方向の幅Ｌ１よりも小さい。言い換えれば、長手方向の両端近傍の厚みが小さくなっている。

巻線導体押さえクサビ２４は、軸方向には、複数個に分割され、巻線導体押さえクサビ２４の固定子スロット２３からの取り外しおよび固定子スロット２３への組み込みを容易にしている。

後退補償部２４ｂの周方向の幅は、開口２８の幅に対応し、嵌め込み部２４ａの周方向の幅より小さい。後退補償部２４ｂは、嵌め込み部２４ａに隣接している。

後退補償部２４ｂは、突出部２３ｂに囲まれた空間を、開口２８側に、ｄ２の厚さで張り出している。後退補償部２４ｂの厚さｄ２は、突出部２３ｂの奥行きｄ１（図３）に等しくなるように形成されている。

この結果、巻線導体押さえクサビ２４の内面、すなわち後退補償部２４ｂの開口２８側の面は、固定子ティース２２の内面と、段差なく隣接することになる。

以上のように形成された本実施形態により、エアギャップ５０の寸法ｇ（図２）の測定の際には、エアギャップ５０の測定用の治具を、固定子ティース２２の内面に厳密にあてるための準備を要さずに、容易に、回転電機の回転子と固定子との間のエアギャップの測定をすることが可能となる。

［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態の変形であり、巻線導体押さえクサビの部分のみが異なり、その他については第１の実施形態と同様である。

図６は、第２の実施形態に係る固定子鉄心の固定子スロットに用いられる巻線導体押さえクサビを示す側面図である。本第２の実施形態における巻線導体押さえクサビ２４は、固定子スロット２３の軸方向の両端のみに後退補償部２４ｃが設けられている。実際にエアギャップ５０の寸法ｇの測定は、回転子１０が固定子鉄心２１の内部に位置している状態で行われる。したがって、エアギャップ５０の寸法ｇの測定は、固定子鉄心２１の軸方向の両方の端部において行われる。

したがって、巻線導体押さえクサビ２４の後退補償部２４ｃは、固定子鉄心２１の端部において設けられていれば十分である。こうすることにより、エアギャップ５０の寸法ｇの測定においては第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、両端を除いて、巻線導体押さえクサビ２４は後退補償部２４ｃを有さず、長方形の断面であるので、それぞれの固定子スロット２３への挿入、固定子スロット２３からの抜き取りがさらに容易となる。

［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、ロータシャフト１１が水平方向に延びた横型の回転電機の場合を例にとって示したが、立形の回転電機の場合であってもよい。

さらに、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、１３…回転子スロット、１３ａ…回転子スロット開口、１４…回転子ティース、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子ティース、２３…固定子スロット、２３ａ…窪み部、２３ｂ…突出部、２４…巻線導体押さえクサビ、２４ａ…嵌め込み部、２４ｂ、２４ｃ…後退補償部、２５…固定子巻線、２５ａ…固定子巻線導体、２８…開口、３０…軸受、４０…フレーム、４５…軸受ブラケット、５０…エアギャップ、１００…回転電機

Claims

回転軸方向に延びて回転可能に支持され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その内周面に沿って周方向に互いに間隔をもって前記回転軸方向に延びるように配された複数の固定子スロットにより形成された複数の固定子ティースを有する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子スロット内を前記回転軸方向に貫通する固定子巻線導体を含む固定子巻線と、を有する固定子と、
前記回転子鉄心と前記固定子とを収納するフレームと、
前記ロータシャフトを回転可能に軸支する２つの軸受と、
を備え、
前記固定子巻線導体は、前記複数の固定子スロットのそれぞれの開口を塞ぐように配されて前記回転軸方向に延びた巻線導体押さえクサビにより保持され、
軸方向端部においてのみ前記巻線導体押さえクサビの前記開口側の面は、前記開口側に張り出していることを特徴とする回転電機。
少なくとも軸方向端部における前記巻線導体押さえクサビの前記開口側の面は、周方向の両側に隣接する前記固定子ティースの内面と、段差なく隣接していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
少なくとも軸方向端部における前記巻線導体押さえクサビの横断面は、長手方向の両端近傍の厚みが小さくなってい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。