JP2010098910A - 回転電機の固定子鉄心 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄心本体の外径側のみならず内径側にも押さえ板による安定した十分な圧縮力を発生させ、鉄心本体の内径側における電磁鋼板の浮き上がりを抑える。
【解決手段】鉄心本体２は所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板１を環状に積層して構成されている。この鉄心本体２の積層方向両側には、押さえ板３が配設されており、この押さえ板３を介して複数本の長ボルト４およびナット５により鉄心本体２が締め付けられている。複数本の長ボルト４およびナット５は、鉄心本体２の外径側に周方向に間隔をおいて配設されているが、その軸中心１ｃは、鉄心本体２の電磁鋼板１の外径Ｄｋよりも内側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電機、電動機等の回転電機の固定子鉄心に係り、特に鉄心本体の締め付け構造を改良したものに関する。

直流機、同期機や誘導機などの回転電機は、主として固定子と回転子によって構成され、機能的には電磁誘導の原理を利用して電気エネルギーと機械エネルギーの相互変換を行うものである。

この回転電機の構成要素の一つである固定子鉄心は、例えば特許文献１に記載されているように構成されている。鉄心本体は、内周側に固定子巻線を挿入するためのスロット部が形成された電磁鋼板を環状に積層して構成されており、その積層方向両側にそれぞれ押さえ板が配設されている。各押さえ板には、鉄心本体の径方向外側に位置し、周方向に間隔をおいて配設された複数本の長ボルトが貫通するように取り付けられており、この長ボルトに螺合するナットを締め付けることにより、鉄心本体は圧縮力を受け、積層された電磁鋼板間の摩擦力によって固定子鉄心としての形状を保持するようになっている。
特開２００３−２１９５８３号公報

ところで、回転電機の製造時あるいは運転中に発生する振動や電磁力によって鉄心本体の電磁鋼板が移動すると、スロット部に挿入された固定子巻線を損傷するおそれがある。このため鉄心本体は、その積層方向両側に設けた押さえ板を介して十分な圧縮力が加わるように締め付けることが重要であり、複数本の長ボルトおよびナットは、回転電機の寸法等に応じて必要な数量が選定されている。

しかしながら、押さえ板による圧縮力を大きくするために、ナットを大きな締付け力で締め付けると、押さえ板は、内径側が電磁鋼板との当たり面から浮き上がるように傾く現象が生じる。このような状態になると、押さえ板は、長ボルトおよびナットが位置する電磁鋼板の外径側の縁のみを押さえつけてしまい、鉄心本体の内径側を圧縮する力が発生しなくなってしまう。その結果、回転電機の運転中の振動や電磁力によって鉄心本体の内径側に電磁鋼板の浮き上がりが生じ、電磁鋼板のスロット部とスロット部に挿入されている固定子巻線とが擦れることで固定子巻線を損傷する事故につながるおそれがあった。

なお、特許文献1には、押さえ板と鉄心本体との間に熱膨張の異なる異種金属からなる外側間隔片を介在させ、この外側間隔片の熱膨張により押さえ板の圧縮力を鉄心本体の内径側のスロット部にまで有効に作用させる構成について開示されているが、部品点数の増加を招くほか、依然として押さえ板が電磁鋼板の外径側のみを押さえつけてしまうという問題の根本は解決できていない。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、部品点数の増加を招くことなく、鉄心本体の外径側のみならず内径側にも押さえ板による安定した十分な圧縮力を発生させ、鉄心本体の内径側における電磁鋼板の浮き上がりを抑えることのできる回転電機の固定子鉄心を提供することにある。

上記問題を解決するために本発明による回転電機の固定子鉄心は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を環状に積層した鉄心本体と、この鉄心本体の積層方向両側に配設された押さえ板と、鉄心本体の外径側に周方向に間隔をおいて配設され、押さえ板を介して鉄心本体を締め付ける複数本の長ボルトおよびナットと、を備え、複数本の長ボルトおよびナットの軸中心を、鉄心本体の電磁鋼板の外径よりも内側に配置したことを特徴とする。

また本発明は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を環状に積層した鉄心本体と、この鉄心本体の積層方向両側に配設された押さえ板と、鉄心本体の径方向外側に周方向に間隔をおいて配設され、押さえ板を介して鉄心本体を締め付ける複数本の長ボルトおよびナットと、を備え、押さえ板と鉄心本体との間に環状の加減板を配設し、この加減板の外径を、電磁鋼板の外径より小さく構成したことを特徴とする。

さらに本発明は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を環状に積層した鉄心本体と、この鉄心本体の積層方向両側に配設された押さえ板と、鉄心本体の径方向外側に周方向に間隔をおいて配設され、押さえ板を介して鉄心本体を締め付ける複数本の長ボルトおよびナットと、を備え、押さえ板の電磁鋼板との当たり面の外径を、電磁鋼板の外径よりも小さく構成したことを特徴とする。

また本発明は、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を環状に積層した鉄心本体と、この鉄心本体の積層方向両側に配設された押さえ板と、鉄心本体の径方向外側に周方向に間隔をおいて配設され、押さえ板を介して鉄心本体を締め付ける複数本の長ボルトおよびナットと、を備え、押さえ板の内径側の厚さが外径側の厚さよりも厚くなるように、押さえ板の電磁鋼板との当たり面を傾斜させて構成したことを特徴とする。

本発明によれば、複数本の長ボルトおよびナットの軸中心を、鉄心本体の電磁鋼板の外径よりも内側に配置して複数本の長ボルトおよびナットによる締め付け力の中心を鉄心本体の外径よりも内側に位置させている。これにより、長ボルトおよびナットによる締め付け力が作用する押さえ板は、鉄心本体の電磁鋼板との当たり面に対して全面的に当接することができ、複数本の長ボルトおよびナットの締め付け力は、鉄心本体の外径側のみならず内径側にも安定した圧縮力を発生させ、鉄心本体の内径側における電磁鋼板の浮き上がりを抑えることができる。

また本発明によれば、押さえ板と鉄心本体との間に環状の加減板を配設し、この加減板の外径を、電磁鋼板の外径より小さく構成したり、押さえ板の電磁鋼板との当たり面の外径を、電磁鋼板の外径よりも小さく構成したり、押さえ板の内径側の厚さが外径側の厚さよりも厚くなるように、押さえ板の電磁鋼板との当たり面を傾斜させて構成したりすることによって、長ボルトおよびナットによる締め付け力が作用する押さえ板が、鉄心本体の外径側のみならず内径側にも安定した圧縮力を発生させようになり、鉄心本体の内径側における電磁鋼板の浮き上がりを抑えることができる。

以下、本発明による回転電機の固定子鉄心の第一実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は本発明による回転電機の固定子鉄心の主要部を示す側面図、図２は図１の固定子鉄心に用いられる、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板の主要部を示す側面図である。

図１および図２において、電磁鋼板１は、内径側に固定子巻線を挿入する多数のスロット部１ａが周方向に所定の間隔をおいて形成されており、また外径側には、複数個の切り欠き溝１ｂが周方向に所定の間隔をおいて形成されている。この切り欠き溝１ｂは、後述する長ボルトを貫通させるためのもので、ほぼ円形の孔をなし、その軸中心１ｃが形成する円の直径Ｄｂが電磁鋼板１の外径Ｄｋよりも小さくなるように構成されている。

そしてこの電磁鋼板１は、多数枚が積層されて鉄心本体２として構成される。鉄心本体２には、積層方向両側にそれぞれ環状の押さえ板３が配設されている。押さえ板３には、周方向に間隔をおいて複数個の貫通孔が形成されており、この貫通孔および鉄心本体２の切り欠き溝１ｂを通して長ボルト４が挿入される。

長ボルト４の他端部にはナット５が螺合されており、このナット５と長ボルト４による締め付けを行うことにより鉄心本体２は、押さえ板３を介して圧縮されるように締め付けられ、積層された電磁鋼板間の摩擦力によって固定子鉄心としての形状を保持するようになっている。

ここで、電磁鋼板１の複数個の切り欠き溝１ｂは、上述のようにそれぞれ電磁鋼板１の外周縁から内側に向けて設けられている。したがって切り欠き溝１ｂを通る複数本の長ボルト４およびナット５の軸中心１ｃが形成する円の直径Ｄｂも、電磁鋼板１の外径Ｄｋよりも小さく、長ボルト４およびナット５の軸中心１ｃが電磁鋼板１の外径Ｄｋよりも内側に位置するように配置されることになる。

図３は押さえ板３の内径側と電磁鋼板１との間に発生する浮き上がり量ｔと、長ボルト４およびナット５の軸中心１ｃの直径Ｄｂおよび電磁鋼板１の外径Ｄｋとの関係を示すグラフである。このグラフは、ＦＥＭ（有限要素法）による構造解析に基づく分析結果であり、電磁鋼板１の外径Ｄｋおよび長ボルト４およびナット５の締付力は一定としている。図３の横軸は、ＤｂとＤｋの差をＤｋとの百分率で示している。また縦軸は、押さえ板３の内径部と電磁鋼板１との浮き上がり量ｔをＤｋとの百分率で示している。

図３において、横軸の数値がゼロのときは、長ボルト４およびナット５の軸中心１ｃの直径Ｄｂと電磁鋼板１の外径Ｄｋが等しい場合であり、長ボルト４およびナット５の断面のちょうど半分が電磁鋼板１の外周よりも内側に入り込んでいる状態である。横軸の数値がマイナスの場合は、長ボルト４およびナット５の軸中心１ｃの直径Ｄｂが電磁鋼板１の外径Ｄｋよりも小さい場合で、長ボルト４およびナット５の断面の半分以上が電磁鋼板１の外周よりも内側に入り込んでいる状態である。横軸がプラスの場合は、長ボルト４およびナット５の軸中心１ｃの直径Ｄｂが電磁鋼板１の外径Ｄｋよりも大きい場合を示している。

図３におけるグラフのＡ点は、従来の回転電機の固定子鉄心の場合を示している。また縦軸でゼロよりも大きな値をもつ場合は、押さえ板３の内径側が電磁鋼板を押さえていないことを示しており、従来の固定子鉄心構造の場合は、押さえ板の内径側が電磁鋼板を押さえていないことを示している。

図３から明らかなように、横軸の数値がゼロを少し超えたところからプラスの領域では、長ボルト４およびナット５の軸中心１ｃの直径Ｄｂと電磁鋼板１の外径Ｄｋとの差に比例して浮き上がり量ｔが増加している。また横軸の数値がマイナスの領域、すなわち、Ｄｂ＜Ｄｋであれば、浮き上がりが発生していない。

したがって、本実施の形態のように、長ボルト４およびナット５の軸中心１ｃの直径Ｄｂが電磁鋼板１の外径Ｄｋよりも小さく、言い換えれば、複数本の長ボルト４およびナット５の軸中心１ｃが、鉄心本体２の電磁鋼板１の外径よりも内側に配置されていることによって、押さえ板３の内径側の浮き上がりを抑えることができることになる。

これにより、長ボルト４およびナット５による締め付け力が作用する押さえ板３は、鉄心本体２の電磁鋼板１との当たり面に対して全面的に当接することになり、複数本の長ボルト４およびナット５の締め付け力は、鉄心本体２の外径側のみならず内径側にも安定した圧縮力を発生させ、鉄心本体２の内径側における電磁鋼板１の浮き上がりを抑えることができ、電磁鋼板１のスロット部とスロット部に挿入されている固定子巻線とが擦れることで固定子巻線を損傷する事故の発生を防止することができる。

なお、押さえ板３と鉄心本体２の電磁鋼板１との間に外側間隔片等の部品を介在させる場合でも、締め付けにより押さえ板が傾いて、結果として電磁鋼板の外径部のみに圧縮力が加わるような構造をもつ固定子鉄心においても、本実施の形態を採用することができる。

次に本発明の第二実施の形態を図４および図５を参照して説明する。図４は本発明の第二実施の形態にかかる回転電機の固定子鉄心の主要部を破断して示す斜視図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印の方向に見た断面図である。理解を容易にするため、図４における押さえ板１３と加減板６および長ボルト４の一部を切断して図示しているが、押さえ板１３および加減板６の形状は環状である。

図４および図５において、本実施の形態では、電磁鋼板１１を積層した鉄心本体１２の積層方向両側に配設された押さえ板１３、この押さえ板１３を貫通するように設けられた長ボルト４およびこの長ボルト４に螺合するナット５を備えており、押さえ板１３を介して鉄心本体１２を締め付ける構造を有しているが、鉄心本体１２の電磁鋼板１１の外径側には切り欠き溝は形成されておらず、長ボルト４およびナット５の軸中心は、鉄心本体１２の径方向外側に位置する構造となっている。

本実施の形態では、鉄心本体１２の電磁鋼板１１と押さえ板１３との間に環状の加減板６が配設されている。この加減板６の外径Ｄｓは、電磁鋼板１１の外径Ｄｋより小さく構成されており、また加減板６の厚みは、ナット５を締め付けて必要な圧縮力を押さえ板１３に与えたときに生じる押さえ板１３の浮き上がり量よりも大きいものとなっている。

したがってこのように構成した回転電機の固定子鉄心においては、ナット５を締め付けて押さえ板１３に必要な圧縮力を与えたときに、加減板６が電磁鋼板１１の外周よりも内側を押さえるように作用するので、複数本の長ボルト４およびナット５による締め付け力は、鉄心本体１２の外径側のみならず内径側にも安定した圧縮力を発生させ、電磁鋼板１１のスロット部１１ａに浮き上がりを発生させることがない。

なお、押さえ板１３と鉄心本体１２の電磁鋼板１１との間に外側間隔片等の部品を介在させる場合に、締め付けにより押さえ板が傾き、結果として電磁鋼板１１の外径部のみに圧縮力が加わるような構造をもつ固定子鉄心においても、本実施の形態を採用することができる。

次に本発明の第三実施の形態を図６および図７を参照して説明する。図６は本発明の第三実施の形態にかかる回転電機の固定子鉄心の主要部を破断して示す図４相当図、図７は図６のＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印の方向に見た図５相当図である。

本実施の形態においても、図６における押さえ板２３および長ボルト４の一部を切断して図示しているが、押さえ板２３の形状は環状である。

図６および図７において、環状の押さえ板２３は、断面がＬ字状に形成されており、その突出した部分が電磁鋼板１との当たり面２３ａをなしている。この当たり面２３ａの外径Ｄｕは、電磁鋼板１の外径Ｄｋよりも小さく、したがって当たり面２３ａは電磁鋼板１の外径Ｄｋよりも内側に位置するように配置されている。

なお、突出する当たり面２３ａを設けたことによる押さえ板２３の内径側と外径側の厚みの差は、ナット５を締め付けて必要な圧縮力を押さえ板２３に与えたときに生じる押さえ板２３の浮き上がり量よりも大きくする。

このように構成した回転電機の固定子鉄心においては、ナット５を締め付けて押さえ板２３に必要な圧縮力を与えたときにも、押さえ板２３が電磁鋼板１１の外径に接触することはなく、電磁鋼板１１の外径側よりも内径側に位置する押さえ板２３の当たり面２３ａが電磁鋼板１１を圧縮することになるので、電磁鋼板１１の内径側のスロット部１１ａに浮き上がりを発生させることがなくなる。

なお、電磁鋼板１１と押さえ板２３の間に外側間隔片等の部品を介在させる場合においても本実施の形態を採用することができる。

次に本発明の第四実施の形態を図８および図９を参照して説明する。図８は本発明の第四実施の形態にかかる回転電機の固定子鉄心の主要部を破断して示す図４相当図、図９は図８のＣ−Ｃ線に沿って切断し矢印の方向に見た図５相当図である。

本実施の形態においても、図８における押さえ板３３および長ボルト４の一部を切断して図示しているが、押さえ板３３の形状は環状である。

図８および図９において、押さえ板３３の断面は、電磁鋼板１１との当たり面側が内径側へ向かうほどに厚みを増している。すなわち、押さえ板３３の当たり面側には傾斜面３３ａを設けており、この傾斜面３３ａによる内径側の頂部３３ｂが電磁鋼板１１に当接するようになっている。この傾斜面３３ａの傾きの角度は、ナット５を締め付けて必要な圧縮力を押さえ板３３に与えたときに生じる押さえ板の傾きの角度と同等とする。

このように構成した回転電機の固定子鉄心では、ナット５を締め付けて押さえ板３３に必要な圧縮力を与えたときにも、押さえ板３３が電磁鋼板１１の外径側にのみ接触することはなく、かつ押さえ板３３の内径側ほど圧縮力が大きくなるので、電磁鋼板１１のスロット部１１ａに浮き上がりを発生させることがない。

なお、電磁鋼板１１と押さえ板２３の間に外側間隔片等の部品を介在させる場合においても本実施の形態を採用することができる。

本発明による回転電機の固定子鉄心の主要部を示す側面図である。 図１の固定子鉄心に用いられる、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板の主要部を示す側面図である。 押さえ板の内径側と電磁鋼板との間に発生する浮き上がり量ｔと、長ボルトおよびナットの軸中心の直径Ｄｂおよび電磁鋼板の外径Ｄｋとの関係を示すグラフである。 本発明の第二実施の形態にかかる回転電機の固定子鉄心の主要部を破断して示す斜視図である。 図４のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印の方向に見た断面図である。 本発明の第三実施の形態にかかる回転電機の固定子鉄心の主要部を破断して示す図４相当図である。 図６のＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印の方向に見た図５相当図である。 本発明の第四実施の形態にかかる回転電機の固定子鉄心の主要部を破断して示す図４相当図である。 図８のＣ−Ｃ線に沿って切断し矢印の方向に見た図５相当図である。

符号の説明

１，１１…電磁鋼板
１ａ，１１ａ…スロット部
１ｂ…切り欠き溝
１ｃ…軸中心
２，１２…鉄心本体
３，１３，２３，３３…押さえ板
４…長ボルト
５…ナット
６…加減板
２３ａ…当たり面
３３ａ…傾斜面
３３ｂ…頂部
Ｄｂ…軸中心が形成する円の直径
Ｄｋ…電磁鋼板の外径
Ｄｓ…加減板の外径
Ｄｕ…当たり面の外径
ｔ…押さえ板の内径側と電磁鋼板との間に発生する浮き上がり量

Claims (4)

1. 所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を環状に積層した鉄心本体と、
   この鉄心本体の積層方向両側に配設された押さえ板と、
   前記鉄心本体の外径側に周方向に間隔をおいて配設され、前記押さえ板を介して前記鉄心本体を締め付ける複数本の長ボルトおよびナットと、
   を備え、前記複数本の長ボルトおよびナットの軸中心を、前記鉄心本体の電磁鋼板の外径よりも内側に配置したことを特徴とする回転電機の固定子鉄心。
2. 所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を環状に積層した鉄心本体と、
   この鉄心本体の積層方向両側に配設された押さえ板と、
   前記鉄心本体の径方向外側に周方向に間隔をおいて配設され、前記押さえ板を介して前記鉄心本体を締め付ける複数本の長ボルトおよびナットと、
   を備え、前記押さえ板と前記鉄心本体との間に環状の加減板を設置し、この加減板の外径を、前記電磁鋼板の外径より小さく構成したことを特徴とする回転電機の固定子鉄心。
3. 所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を環状に積層した鉄心本体と、
   この鉄心本体の積層方向両側に配設された押さえ板と、
   前記鉄心本体の径方向外側に周方向に間隔をおいて配設され、前記押さえ板を介して前記鉄心本体を締め付ける複数本の長ボルトおよびナットと、
   を備え、前記押さえ板の電磁鋼板との当たり面の外径を、前記電磁鋼板の外径よりも小さく構成したことを特徴とする回転電機の固定子鉄心。
4. 所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を環状に積層した鉄心本体と、
   この鉄心本体の積層方向両側に配設された押さえ板と、
   前記鉄心本体の径方向外側に周方向に間隔をおいて配設され、前記押さえ板を介して前記鉄心本体を締め付ける複数本の長ボルトおよびナットと、
   を備え、前記押さえ板の内径側の厚さが外径側の厚さよりも厚くなるように、前記押さえ板の前記電磁鋼板との当たり面を傾斜させて構成したことを特徴とする回転電機の固定子鉄心。

Images