JP5002671B2

JP5002671B2 - 回転電機

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Inventors: 潤吉田; 明仁中原; 昭義小村
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Description

本発明は回転電機に係り、例えば大型の回転電機であるタービン発電機等に採用される固定子鉄心が、電磁鋼板を複数積層して形成され、軸方向端部からクランプ部材で締め付けられているものに好適な回転電機に関するものである。

大型の回転電機であるタービン発電機を例にとり、従来の例を説明する。

図１及び図２にタービン発電機の概略構成を示す。該図に示すタービン発電機は、回転子鉄心に界磁巻線が巻回されて形成される回転子３と、この回転子３と所定間隙をもって対向配置され、固定子鉄心１に固定子巻線４が巻回されて形成される固定子１００とから概略構成されている。

上記固定子鉄心１は、電磁鋼板を鋼帯から扇形の分割片に打ち抜き、これを周方向に複数並べて円を形成しつつ軸方向に複数枚積層することで円筒形状に構成され、この固定子鉄心１が、軸方向両端部からクランプ部材２（通常、鉄の鋳造品などが用いられる）で電磁鋼板の積層方向に締め付けられ保持されている。そして、図２に示すように、固定子鉄心１の外径部には、固定子鉄心１を保持するキーバー６が通してあり、このキーバー６は、軸方向端部でクランプ部材２と接合されている。

また、他の固定子鉄心１の固定の仕方として、図３及び図４に示すように、図１及び図２に示したキーバーの代わりに、スルーボルト１７を固定子鉄心１とクランプ部材２に貫通させ、端部で締め付けて固定子鉄心１を保持するものがある。この例でも、クランプ部材２は、鉄系の材料から構成されている。

ところで、クランプ部材は、一般には鉄製で、かつ、磁性体であるため、磁束源である回転子や固定子巻線からの漏れ磁束が、このクランプ部材に比較的多く流入する。しかも、クランプ部材は塊状であるために、流入した磁束により生じる渦電流が大きく、渦電流損による発熱増加，効率低下などの問題があった。

そこで、クランプ部材に流入する磁束を低減するため、クランプ部材よりも透磁率の高い、積層鋼板などの補助磁性体を、クランプ部材表面に磁気シールドとして取り付けることが特許文献１に記載されている。この特許文献１には、クランプ部材表面に磁気シールドとして補助磁性体を取り付けることで、軸方向端部の漏れ磁束をシールドが引き寄せ、クランプ部材内部へ侵入する磁束を低減し、クランプ部材に生じる渦電流損を低減することが記載されている。

積層鋼板は、板厚を薄くすることで面内を通過する磁束による渦電流を小さくしているが、一方で積層方向から磁束が流入すると、鋼板面内で渦電流が流れるため、大きな渦電流損が生じる。

特許文献１の手法では、磁気シールドに積層方向から磁束が流入することで渦電流損が生じる可能性がある。

また、クランプ部材に流入する磁束を低減するため、磁気シールドに圧粉磁心などの導電率の低い磁性体を使用することで、シールドの渦電流損を低減することが特許文献２に記載されている。この特許文献２に記載されている圧粉磁心は、絶縁被膜を施した鉄粉を圧縮形成しているため、渦電流は各粉体内のみで流れることになり、磁束流入による渦電流損が小さくなる。

上記のように、圧粉磁心を使用すると渦電流損は抑えられるが、積層鋼板と比べて飽和磁束密度が低く、また、積層鋼板よりもヒステリシス損が大きい。このため、シールド自体の損失が大きくなる。

従って、積層鋼板を用いたシールドと同等の損失に抑えるには、磁束密度を低下させるために、積層鋼板よりも大きな重量が必要となる。

更に、クランプ部材表面を板状の導体で覆うことで、クランプ部材の渦電流損を低減することが特許文献３に記載されている。この特許文献３は、導体板の渦電流による反作用によって、クランプ部材への流入磁束を低減するものである。

しかし、タービン発電機などの大型回転電機では、磁束の周波数が５０又は６０Ｈｚであり、導体板に銅を用いた場合では、表皮深さが１０mm程度となる。クランプ部材への磁束を遮るには、表皮深さ以上の板厚が必要となり、更に導体板による電磁シールドでは、クランプ部材の全面を導体板で覆わなければならず、シールド板の重量が増加してしまう。

また、磁性体のワイヤを、回転軸を中心とした大きなリングとし、多数のリングを樹脂で固めてクランプ部材近傍に配置することで磁気シールドとすることが特許文献４に記載されている。この特許文献４では、各ワイヤは間隔を空けて配置されており、シールドに磁束が流入しても渦電流が流れにくくなっている。

しかし、シールド中のワイヤの占積率を高めることが難しいため、磁気シールド全体で見れば流せる磁束が小さく、かつ、クランプ部材への磁束を遮る効果が小さい。

特開２００６−３２０１００号公報ＵＳ２００７／０２６２６５８号公報特開昭６０−２４５４３６号公報ＵＳＰ４０５４８０９号公報

上述した従来例では、クランプ部材及びそのシールドで生じる損失が大きいという問題がある。特許文献１に記載の鋼板を用いた磁気シールドでは、積層方向から流入する磁束による、シールド自身の渦電流損が大きい。また、特許文献２のように、導体板を使用した場合もクランプ部材の全面を導体板で覆う必要があり、重量が必要となる。特許文献３では、磁気シールドとして使用する圧粉磁心の重量が大きくなり、特許文献４では、磁気シールドが磁束を引きつける効果が小さいという問題がある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、クランプ部材及びそのシールドで生じる損失を低減することのできる回転電機を提供することにある。

本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、回転子鉄心に界磁巻線が巻回されている回転子と、該回転子と所定間隙をもって対向配置され、電磁鋼板が軸方向に複数枚積層されて形成される固定子鉄心に固定子巻線が巻回されている固定子と、前記固定子鉄心を、その軸方向両端部から電磁鋼板の積層方向に締め付けて保持するクランプ部材と、該クランプ部材の周囲に配置され、該クランプ部材に流入する漏れ磁束をシールドする磁気シールドとを備えた回転電機において、前記磁気シールドは、回転子軸を中心として円筒形状に積層された積層鋼板円筒と、該積層鋼板円筒に積層断面で密着した部分を持つ圧粉磁心片とから形成され、前記クランプ部材の側面及び内径面を覆うように配置されていることを特徴とする。

本発明の回転電機によれば、クランプ部材及びそのシールドに生じる損失を低減することができる。

従来の回転電機の例としてタービン発電機を示す周方向断面図である。図１のＡ−Ａ′の断面図である（但し、固定子巻線は省略）。固定子鉄心の固定の仕方の他の例を示す固定子端部の拡大図である。図３をＤ方向からみた矢視図である（但し、固定子巻線は省略）。本発明の回転電機の一実施例であるタービン発電機を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例１）実施例１における磁気シールド周辺の磁束の流れを示した固定子端部の拡大断面図である。実施例１における磁気シールドの各部の寸法を定義した固定子端部の拡大断面図である。図５をＢ方向から見た矢視図である。本発明の回転電機の第２の実施例を示す図８に相当する図である。（実施例２）第２の実施例の変形例を示す圧粉磁心片の部分断面図である。図１０のＣ−Ｃ′の断面図である。第２の実施例の更に別の変形例を示す圧粉磁心片の部分断面図である。本発明の回転電機の第３の実施例を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例３）第３の実施例の変形例を示す固定子端部の拡大断面図である。本発明の回転電機の第４の実施例を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例４）本発明の回転電機の第５の実施例を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例５）従来の回転電機におけるコイルサポートの板を組み付けた例を示す固定子端部の図である。図１７をＥ方向から見た矢視図である。本発明の回転電機の第６の実施例を示す固定子端部の図である。（実施例６）図１９をＦ方向から見た矢視図である。本発明の回転電機の第７の実施例を示す固定子端部の図である。（実施例７）本発明の回転電機の第８の実施例を示す固定子端部の図である。（実施例８）図２２をＨ方向から見た矢視図である。本発明の回転電機の第９の実施例を示す図２３に相当する図である。（実施例９）図２４のＩ−Ｉ′の断面図である。本発明の回転電機の第１０の実施例を示す固定子端部の図である。（実施例１０）第１０の実施例に採用される磁気シールドの拡大図である。第１０の実施例１０の変形例を示す図２６に相当する図である。本発明の回転電機の第１１の実施例を示す固定子端部の図である。（実施例１１）本発明の回転電機の第１２の実施例を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例１２）図３０を内径側から見た図である。本発明の回転電機の第１３の実施例を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例１３）第１３の実施例の変形例を示す固定子端部の図である。本発明の回転電機の第１４の実施例を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例１４）第１４の実施例の変形例を示す固定子端部の図である。本発明の回転電機の第１５の実施例を示す固定子端部の図である。（実施例１５）本発明の回転電機の第１６の実施例を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例１６）本発明の回転電機の第１７の実施例を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例１７）本発明の回転電機の第１８の実施例を示す図９に相当する図である。（実施例１８）図３９のＧ−Ｇ′の断面図である。本発明の回転電機の第１９の実施例を示す固定子端部の拡大断面図である。（実施例１９）

以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機を説明する。尚、符号は、従来と同一のものは同符号を使用し、説明は省略する。

図５は、本発明を適用した回転電機の一例であるタービン発電機の固定子端部を示すものである。

該図の示す如く、本実施例では、固定子鉄心１を両端部から電磁鋼板の積層方向に締め付けているクランプ部材２に、回転子軸を中心として円筒形状に積層された積層鋼板円筒７と、絶縁被膜を施した磁性体の粉末を圧縮成形した圧粉磁心片８を用いた磁気シールドを取り付けている。この磁気シールドは、固定子巻線４よりも外径側で、クランプ部材２の側面及び内径面を覆うように配置され、クランプ部材２に磁気シールドを取り付ける際には、積層鋼板円筒７とクランプ部材２の間及び積層鋼板円筒７と圧粉磁心片８の間に、軸方向の空隙又は非磁性の絶縁体を設けている。また、積層鋼板円筒７と圧粉磁心片８は、積層断面の径方向に密着させている。積層鋼板円筒７は、透磁率が高く、鉄損の低い材質としており、例えば一般的な珪素鋼板を用いているが、低鉄損なアモルファス合金でも良い。

次に、本実施例の構成による作用について説明する。図６は、図５に示した実施例１の構成での、磁気シールドに流入する漏れ磁束を破線矢印で示している。

図６に破線矢印で示す如く、回転子３や固定子巻線４から流れ出す軸方向端部の漏れ磁束がクランプ部材２へ向かうと、クランプ部材２よりも透磁率の高い圧粉磁心片８へと磁束が流入する。圧粉磁心片８は、絶縁被膜を施した磁性体の粉末を圧縮成形したものであり、いずれの方向についても導電率が低い。よって、どの方向から磁束が流入しても、その磁束により渦電流が生じにくく、渦電流損が小さい。圧粉磁心片８と積層鋼板円筒７は径方向に密着され、一方で軸方向には空隙を設けてあるため、圧粉磁心片８から積層鋼板円筒７へと軸方向に進む磁路よりも、圧粉磁心片８中を矢印１０２〜１０３と通って積層鋼板円筒７へ至る経路の方が磁気抵抗が低い。よって、積層鋼板円筒７への磁束は、内径側から矢印１０３のように流れる。

また、圧粉磁心片８と固定子鉄心１やクランプ部材２との間には、空隙を設けられている。よって、圧粉磁心片８へ径方向から入射した磁束１１１は、固定子鉄心１を構成する積層鋼板やクランプ部材２へ進む磁路よりも、１１２のように積層鋼板円筒７に流れ込む磁路の方が磁気抵抗が低いため、１１２の磁路で積層鋼板円筒７へと径方向から流入する。

ここで、磁路断面積をＳ、磁路長をｌ、磁路に存在する材質の透磁率をμとすると、磁気抵抗Ｒは次式で算出される。

Ｒ＝ｌ／（μ・Ｓ）
クランプ部材２と積層鋼板円筒７の間の空隙は、積層鋼板円筒７からクランプ部材２へと軸方向に流出する磁束を抑えるためのものである。積層鋼板円筒７に流入した漏れ磁束は、そのまま積層鋼板円筒７の内部を周方向に流れて磁束源へ戻る経路と、積層鋼板円筒７からクランプ部材２へ流れ込み、クランプ部材２内を周方向に流れて再び積層鋼板円筒７へと戻り、その後、磁束源に戻る経路に分けられる。

これらの経路を通る磁束の内、積層鋼板円筒７からクランプ部材２へと流れる磁束を小さくするには、積層鋼板円筒７とクランプ部材２の間の空隙を大きくすればよい。

クランプ部材２の内部を周方向に半周分流れるときの磁気抵抗をＲｃ、積層鋼板円筒７の周方向半周分の磁気抵抗をＲｓ、クランプ部材２と積層鋼板円筒７との間の空隙の磁気抵抗をＲｇとすると、２Ｒｇ＋Ｒｃ／２≫Ｒｓ／２とする必要がある。

各磁気抵抗の係数は、Ｒｇが経路中に二度空隙を通る必要があるため２となり、ＲｃとＲｓは周方向に２つ並列接続されていると考え１／２となる。各磁気抵抗を磁路断面積，磁路長，透磁率で表すと次式となる。

２ｌｇ１／（μ₀・Ｓｇ１）＋ｌｃ／（２μｃ・Ｓｃ）≫ｌｓ／（２μｓ・Ｓｓ）
μ₀は真空の透磁率、μｃ，μｓはそれぞれクランプ部材２と積層鋼板円筒７の透磁率、ｌｇ１，Ｓｇ１はそれぞれ積層鋼板円筒７とクランプ部材２の間の空隙長および磁路断面積であり、ｌｃはクランプ部材２の円周長の半分、Ｓｃはクランプ部材の周方向磁路断面積、ｌｓは積層鋼板円筒７の円周長の半分、Ｓｓは積層鋼板円筒７の周方向磁路断面積である。積層鋼板円筒７からクランプ部材２へ磁束が通る領域を積層鋼板円筒７の角度π／２の領域とし、クランプ部材２から積層鋼板円筒７へ磁束が戻る領域も同様に角度π／２とすると、Ｓｇ１は次式で表わされる。

Ｓｇ１＝Ｗｐ・Ｒ・π／２
Ｒは積層鋼板円筒７の回転軸からの径方向位置である。

また、図７に示す寸法を定義すると、Ｓｓは次式で表わせる。

Ｓｓ＝Ｗｐ・ｈｓ
ここで、積層鋼板円筒７とクランプ部材２の比透磁率をμｒとし、ｌｓ，ｌｃがπ・Ｒに等しいと近似すると、次式が得られる。

ｌｇ１≫π²・Ｒ²｛１−Ｓｓ／(２・Ｓｃ)｝／(８・μｒ・ｈｓ)
ここで、クランプ部材２の周方向磁路が表皮深さ分のみであると考え、ＳｓとＳｃが等しいと仮定すると、上式｛｝内は１／２となり、ｌｇ１は次式で表わされる。

ｌｇ１≫０.６・Ｒ²／（μｒ・ｈｓ）
上式右辺は、空隙の磁気抵抗を小さめに評価した結果であるため、ｌｇ１は上式右辺以上であれば十分である。

また、圧粉磁心片８と積層鋼板円筒７の軸方向の空隙は、圧粉磁心片８から積層鋼板円筒７へ軸方向から流入する磁束を抑えるために設けている。圧粉磁心片８から積層鋼板円筒７に流入する磁路のうち、軸方向から流入する磁路の磁気抵抗をＲａ、径方向から流入する磁路の磁気抵抗をＲｒとすると、Ｒａ≫Ｒｒであればよい。各磁気抵抗を磁路断面積，磁路長，透磁率で表すと次式となる。

ｌｇ２／（μ₀・Ｓｇ２）≫ｌｐ／（μｐ・Ｓｐ）
ｌｐ，ｌｇ２は図７で定義した寸法であり、Ｓｐは圧粉磁心片８内の磁路断面積、Ｓｇ２は圧粉磁心片８と積層鋼板円筒７の空隙の磁路断面積である。ここで、圧粉磁心片８の比透磁率をμｒとし、Ｓｇ２をＳｐで除した値をＳｒとすると、次式が得られる。

ｌｇ２≫ｌｐ・Ｓｒ／μｒ
ここで、図７のｌｐをＷｐの１.２倍程度とし、ＳｒをＷｐ／ｈｐとすると、上式は次式で表わされる。

ｌｇ２≫１.２・Ｗｐ²／（μｒ・ｈｐ）
ｌｇ２は上式右辺以上であれば十分である。

積層鋼板は、積層断面から流入した磁束による渦電流は小さく、積層方向から流入した磁束による渦電流は大きい。上記のように、積層鋼板円筒７の積層方向両面に空隙を設け、積層断面方向である径方向から磁束を流入させることで、積層鋼板円筒７の渦電流を抑えられ、渦電流損が低減する。

図５のＢ方向から見た半周分の形状を図８に示す。該図に示すように、圧粉磁心片８の各片は、圧粉磁心片８内で円周方向に磁束が流れにくいよう間隔をあけて周方向に配置されており、積層鋼板円筒７における周方向の磁路は、圧粉磁心片８における軸方向，径方向磁路に比べ長くなる。

本実施例では、周方向磁束の大部分が圧粉磁心片８よりも損失の小さい積層鋼板円筒７内を流れるよう、圧粉磁心片８の周方向磁気抵抗を積層鋼板円筒７の周方向磁気抵抗よりも大きくし、圧粉磁心片８内を周方向に流れる磁束を小さくしたことで、圧粉磁心片８の損失を低減している。

圧粉磁心片８へと流入した漏れ磁束は、積層鋼板円筒７へと流れ、積層鋼板円筒７内を周方向に進み、圧粉磁心片８を介して磁束源である回転子３や固定子巻線４へと戻る。積層鋼板円筒７は、クランプ部材２や圧粉磁心片８と比べて鉄損が小さいため、漏れ磁束が低損失で磁束源へ戻る。

以上により、クランプ部材２への磁束流入を低減し、かつ磁気シールドの損失も小さくなる。この損失低減により、回転電機が高効率化することになる。

実施例１の圧粉磁心片８の表面を、図９のように樹脂で被覆、あるいは各片を単独片収容樹脂製のケース９に入れることで、圧粉磁心の鉄粉飛散を防止できる。また、図１０及び図１１のように、複数の圧粉磁心片８を複数片収容樹脂製のケース１９に収容することで、部品点数を削減でき、設置が容易となる。

また、圧粉磁心片８がケース１９内で移動することを防止するため、図１２のように、ケース１９に溝１８を施しても良い。

本実施例は、図１３に示すように、固定子鉄心１とクランプ部材２との軸方向間にエンドダクトスペーサ５を配置したものである。

本実施例では、エンドダクトスペーサ５により、固定子鉄心１とクランプ部材２の間に冷却用の通風ダクトができ、冷却性能が向上する。

また、図１４に示すように、エンドダクトスペーサ５の端面の軸方向に溝を施し、圧粉磁心片８を溝部まで軸方向に伸ばすことで、エンドダクトスペーサ５からクランプ部材２へと入り込む磁束を圧粉磁心片８に引き寄せることができ、クランプ部材２の損失がより低減される。

図１５のように、積層鋼板円筒７と圧粉磁心片８からなる磁気シールドを、ボルト１３によりクランプ部材２に固定することで、固定部の強度の向上と、位置決めの容易化が図れる。ボルト１３は、磁性体でも良いが、非磁性体で構成することでボルト１３の損失も低減される。

上述した実施例１〜４では、積層鋼板円筒７を軸方向に積層して構成していたが、図１６のように、径方向に積層して積層鋼板円筒７を形成してもよい。その場合、圧粉磁心片８と軸方向に接合し、径方向には空隙もしくは絶縁体１０を設けておくことで、主に積層断面から磁束が流入し、積層鋼板の渦電流損が小さくなる。

図１７に、クランプ部材２にコイルサポート１１を接合した、従来の回転電機における固定子端部の構成を示す。また、図１８は、図１７をＥから見た矢視図であり、ただしコイルサポートリング１２は除いてある。

該図に示すコイルサポート１１は非磁性の板材であり、周方向に複数枚存在する。また、クランプ部材２に固定するために、固定用板１６とボルト１３を使用する。コイルサポート１１はコイルサポートリング１２を保持し、コイルサポートリング１２と固定子巻線４の端部をテープなどで固定することで、固定子巻線４を保持する。

図１９及び図２０に、コイルサポート１１と干渉することなく磁気シールドを設置する構成を示す。

図１９に示すように、コイルサポート１１の固定用板１６と磁気シールドは、干渉を避けるため互いに径方向に位置をずらして配置している。この構成により、コイルサポート１１を設置した回転電機においても、磁気シールドにより損失が低減される。

図２１に示す実施例７のように、コイルサポート１１の固定用板１６と圧粉磁心片８を、周方向位置をずらして配置することで、実施例６よりも磁気シールドを径方向に伸ばすことができ、磁気シールドがクランプ部材２を覆う面積が大きくなり、クランプ部材の損失がより低減される。

図２２及び図２３に示す実施例８のように、コイルサポート１１の固定用板１６と磁気シールドのボルト１３を共通にしても良い。

この実施例では、実施例６よりも積層鋼板円筒７に開けるボルト穴の個数を削減でき、積層鋼板円筒７の周方向磁路断面積が大きくなり磁束密度が低下するため、積層鋼板円筒７の損失が減少する。

圧粉磁心片８を複数片収容樹脂製のケース１９に収容し、図２４及び図２５のように、コイルサポート１１の固定用板１６と磁気シールドのボルト１３を共通にし、更に磁気シールドのボルト穴を複数片収容樹脂製のケース１９に開けて固定することで、圧粉磁心片８に開けるボルト穴を無くすことができ、圧粉磁心片８の磁路断面積が大きくなり、磁束密度が低下することで、圧粉磁心片８のヒステリシス損が低減される。

図２６のように、積層鋼板製円筒７と圧粉磁心片８からなる磁気シールドを、クランプ部材２に周方向に複数設置されたコイルサポート１１に開けた穴を通して保持することで、固定子巻線４からの漏れ磁束をシールドすることができる。

この場合、磁気シールドは、図２７のように、積層鋼板円筒７の積層方向両端に絶縁体１０を配置し、それらの周りを圧粉磁心片８で囲んだ形状とすることで、積層鋼板円筒７への磁束を積層断面から流入させることができ、積層鋼板円筒７に生じる渦電流損を抑えられる。

図２５では、磁気シールドを１箇所のみとしているが、図２８のように２箇所以上に設けてもよい。

実施例１０に記載の磁気シールドは、図２９に示すように、実施例１に記載の磁気シールドと併用することで、クランプ部材２への磁束を低減でき、クランプ部材２に生じる損失が低減される。

図３０及び図３１は、エンドダクトスペーサ５と圧粉磁心片８の間に、固定用の治具１４を挿入した構成を示す。

該図では、エンドダクトスペーサ５に図３１のように治具１４を取り付け、圧粉磁心片８を固定することで、磁気シールドの固定強度を高めることができる。組み付け時には、治具１４と圧粉磁心片８をボルト１３で固定しておき、その後、治具１４とエンドダクトスペーサ５をボルト１３で固定する。治具１４とエンドダクトスペーサ５のボルト固定位置は、圧粉磁心片８の径方向位置からずらしているため、エンドダクトスペーサ５と治具１４の固定が可能となる。ボルト１３および治具１４は磁性体でも良いが、非磁性体で構成するとボルト１３および治具１４の損失も低減される。

図３２に示すように、導体板１５を磁気シールドとクランプ部材２の間に配置することで、クランプ部材２に流入する磁束がさらに低減するため、渦電流損が低減される。また、コイルサポート１１を設置する際には、図３３のように、磁気シールド及び導体板１５を、コイルサポート固定用板１６と共通のボルト１３にてクランプ部材２に固定でき、ボルト１３を共通とすることで、部品点数が抑えられる。

図３４のように、磁気シールドが覆っていない面にも導体板１５を配置すると、配置した箇所からクランプ部材２に流入しようとした磁束が導体板１５の反作用で曲げられ、磁気シールドへと磁束が集まりやすくなるため、よりクランプ部材２への磁束が低減され、クランプ部材２への磁束により生じる渦電流損も低減される。

また、図３５のように、磁気シールドと導体板１５をコイルサポート固定用板１６と共通のボルト１３でクランプ部材２に固定すると、接合用の部品点数が削減される。

図３６のように、磁気シールドをクランプ部材２の外径側に配置すると、導体板１５により曲げられてクランプ部材２の外径側に向かう磁束を引き寄せることができ、その分クランプ部材２への磁束が低減されるため、クランプ部材２の渦電流損が低減される。

なお、磁気シールドからクランプ部材２へ磁束が流入することを防止するため、磁気シールドとクランプ部材２の間には絶縁体１０を配置している。

図３７のように、積層鋼板円筒７と圧粉磁心片８からなる磁気シールドを、固定子巻線４の外径側と密着するように配置し、回転軸を中心とした円筒状とすることで、固定子巻線４が磁気シールドを支えることができ、より容易に保持可能となる。

図３８に示すように、エンドダクトスペーサ５に積層鋼板円筒７と圧粉磁心片８をボルト１３で固定することで、より強固に固定できる。ボルトは磁性体でも良いが、非磁性体を用いるとボルトの損失も低減される。

磁気シールドをクランプ部材２にボルト留めする場合、図３９及び図４０に示すように、複数片収容樹脂製のケース１９にボルト穴をあけてクランプ部材２に固定することで、圧粉磁心片８にボルト穴をあけずに済む。

よって、圧粉磁心片８のボルト穴がないことで、圧粉磁心片８から積層鋼板円筒７へ向かう磁路断面積がボルト穴の分だけ増加し、磁束密度が低下するため、圧粉磁心片８のヒステリシス損が低減される。

図４１に示すように、ケース９を圧粉磁心片８よりも径方向に伸ばし、クランプ部材２への固定穴を施すことで圧粉磁心片８にボルト穴をあける必要がなく、積層鋼板円筒７への磁路断面積が増加し、磁束密度が低下するため、圧粉磁心片８のヒステリシス損が低減される。

以上の実施例は、２極のタービン発電機を例にとって示したものであるが、本発明は、４極機あるいはそれ以上の極数の回転電機にも適用可能であることは言うまでもない。

固定子に積層鋼板を用いており、鋼板端部に磁性体クランプ部材を使用する回転電機に適用可能である。

１固定子鉄心
２クランプ部材
３回転子
４固定子巻線
５エンドダクトスペーサ
６キーバー
７積層鋼板円筒
８圧粉磁心片
９，１９ケース
１０絶縁体
１１コイルサポート
１２コイルサポートリング
１３ボルト
１４固定用治具
１５導体板
１６コイルサポート固定用板
１７スルーボルト
１８溝

Claims

回転子鉄心に界磁巻線が巻回されている回転子と、該回転子と所定間隙をもって対向配置され、電磁鋼板が軸方向に複数枚積層されて形成される固定子鉄心に固定子巻線が巻回されている固定子と、前記固定子鉄心を、その軸方向両端部から電磁鋼板の積層方向に締め付けて保持するクランプ部材と、該クランプ部材の周囲に配置され、該クランプ部材に流入する漏れ磁束をシールドする磁気シールドとを備えた回転電機において、
前記磁気シールドは、回転子軸を中心として円筒形状に積層された積層鋼板円筒と、該積層鋼板円筒に積層断面で密着した部分を持つ圧粉磁心片とから形成され、前記クランプ部材の側面及び内径面を覆うように配置され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、
前記積層鋼板円筒と前記クランプ部材の間及び前記積層鋼板円筒と前記圧粉磁心片の間に、空隙又は非磁性の絶縁体を設け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、
前記圧粉磁心片の表面は、樹脂で被覆され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、
前記圧粉磁心片は、１個ずつ又は複数個ずつ樹脂ケースに収容されていることを特徴とする回転電機。
請求項４に記載の回転電機において、
前記樹脂ケースにボルト穴が施され、該ボルト穴にボルトを用いて前記樹脂ケースをクランプ部材に固定した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、
前記積層鋼板円筒の代わりにアモルファス鉄心製円筒を使用したことを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機おいて、
前記積層鋼板円筒と前記圧粉磁心片からなる磁気シールドは、前記クランプ部材に、周方向に複数設置されたコイルサポート用の板で保持され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、
前記クランプ部材と前記固定子鉄心の間に位置するダクトスペーサに軸方向に切欠きを設けると共に、前記圧粉磁心片に突起が施され、該圧粉磁心片に突起が前記ダクトスペーサの切欠きに嵌め込まれ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、
前記圧粉磁心片と前記ダクトスペーサとは、治具を介して接合され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、
前記磁気シールドと前記クランプ部材の間に導体板が配置されていることを特徴とする回転電機。
請求項１０に記載の回転電機において、
前記導体板を前記クランプ部材表面にも配置した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
前記積層鋼板円筒の積層方向両端を絶縁体で覆った磁気シールドを有することを特徴とする回転電機。
請求項１２に記載の回転電機において、
前記磁気シールドの外側を圧粉磁心円筒で覆い、前記積層鋼板円筒と前記圧粉磁心円筒を径方向に密着した構成とし、固定子巻線を保持するコイルサポート用の板に開けた穴を通して保持した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、
前記積層鋼板円筒と前記クランプ部材の間の前記空隙又は前記絶縁体は、前記積層鋼板円筒の積層方向に寸法を持ち、係数０.６をＡとし、前記積層鋼板円筒の半径の２乗をＢとし、前記積層鋼板円筒の比透磁率の逆数をＣとし、前記積層鋼板円筒の積層厚さの逆数をＤとしたとき、前記寸法はＡＢＣＤの積よりも大きい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、
前記積層鋼板円筒と前記圧粉磁心片の間の前記空隙又は前記絶縁体は、前記積層鋼板円筒の積層方向に寸法を持ち、前記圧粉磁心片と前記積層鋼板円筒の接合面までの磁路長をＡとし、圧粉磁心片の比透磁率の逆数をＢとし、前記空隙又は前記絶縁体の磁路断面積を前記圧粉磁心片の磁路断面積で除した値をＣとしたとき、前記寸法はＡＢＣの積よりも大きいことを特徴とする回転電機。
請求項１５に記載の回転電機において、
係数１.２をＡとし、前記圧粉磁心片の径方向長さの２乗をＢとし、前記圧粉磁心片の軸方向厚さの逆数をＣとし、前記圧粉磁心片の比透磁率の逆数をＤとしたとき、前記空隙又は前記絶縁体の寸法をＡＢＣＤの積以上とし、前記寸法は前記積層鋼板円筒の積層方向のものであることを特徴とする回転電機。
回転子鉄心に界磁巻線が巻回されている回転子と、該回転子と所定間隙をもって対向配置され、電磁鋼板が軸方向に複数枚積層されて形成される固定子鉄心に固定子巻線が巻回されている固定子と、前記固定子鉄心を、その軸方向両端部から電磁鋼板の積層方向に締め付けて保持するクランプ部材と、該クランプ部材の周囲に配置され、該クランプ部材に流入する漏れ磁束をシールドする磁気シールドとを備えた回転電機において、
前記磁気シールドは、磁性体の部材１と部材２からなり、前記部材１は透磁率が前記クランプ部材よりも高く、導電率が低く、等方的な磁気特性を有し、前記部材２は前記部材１よりもさらに透磁率が高く、導電率に異方性をもち、前記部材２は円筒形状であり、かつ導電率が高い方向に前記部材１との接合面を持ち、前記部材１は前記部材２の内径側と軸端側に配置されていることを特徴とする回転電機。