JP4095347B2 - Rotating electric machine stator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービン発電機等の回転電機の固定子において、特にその固定子鉄心端部に軸方向磁束による渦電流損失を低減するための磁束シャントが設けられた回転電機の固定子に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般にタービン発電機等の大容量回転電機の固定子は、扇形に打抜かれた複数の鉄心用抜板を環状に配置し、且つ軸方向に積層して構成された固定子鉄心の内周側に設けられた歯形部の歯部間のスロットに電機子巻線が収納されると共に、この固定子鉄心の軸方向両端部側には電機子巻線相互間に存する固定子鉄心の歯部に対応させて金属部材からなる複数の外側間隔片を当接し、さらにこれら外側間隔片に当接させて固定子鉄心押板を配設して、これら両側の固定子鉄心押板間に複数本の組立ボルトを貫通させて設け、各組立ボルトに装着した締付ナットにより締付けて固定子鉄心を一体的に支持するようにしている。
【0003】
ところで、このような構成の固定子において、固定子鉄心端部付近には回転子の界磁巻線又は固定子の電機子巻線によって生じる端部磁束が存在するため、軸方向磁束が固定子鉄心端部に入射すると渦電流損失が発生し、この部分の温度が発熱により上昇し、固定子鉄心の軸方向中央部に比較して高くなっている。
【0004】
しかも、タービン発電機等の大容量化に伴う出力係数、アンペア導体数の増加と共に、固定子鉄心端部の磁束が増大し、この部分での温度上昇値が増大し、この部分での温度上昇値が限界に近付くこともある。
【0005】
そこで、従来の大容量のタービン発電機等の固定子においては、固定子鉄心端部の積層鉄心の内径寸法が軸方向両端側に向かって段階的に大きくした段落し部を形成したり、積層鉄心を構成する端部抜板にスリットを設けたり、或いは固定子鉄心押板の電機子巻線側に磁束遮蔽板を当接して設けるなどの渦電流損失低減手段を採用している。
【0006】
また、上記とは異なる渦電流損失低減手段として、特開昭48−30001号公報にも示されているように固定子鉄心端部に磁束シャントを設けて、固定子鉄心端部に入射する端部漏れ磁束を低減するようにしたものがある。
【0007】
すなわち、図9に示すように固定子鉄心21の端部にヨーク部22aと歯部22bからなる扇形の鉄心用抜板22を環状に配置し、且つ軸方向に段落し部23を形成して積層してなる磁束シャント24を、固定子鉄心21のスロットに挿入された電機子巻線25(下側巻線導体25a及び上側巻線導体25b)相互間の歯部に対応させて放射状に配置された外側間隔片26と図示しない固定子鉄心押板との間に設けて固定子鉄心21の端部に入射する漏れ磁束を低減するようにしている。
【0008】
この場合、磁束シャント24を構成する鉄心用抜板22の歯部は、固定子鉄心21の歯部長さに対して、同等あるいはそれ以下の長さを有している。また、固定子鉄心21の端部の鉄心用抜板を軸方向に段落し部28を形成して積層すると共に、この部分の抜板にスリット27を設け、また磁束シャント24にもスリット29を設けて、軸方向磁束による渦電流流路を分断し、渦電流損失を低減するようにしている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の回転電機の固定子において、回転電機の大容量化に伴って固定子鉄心21の端部の漏れ磁束が増大すると、磁束シャント24に入射する軸方向磁束も増加し、磁束シャント24の抜板内に誘起される渦電流損失が運転効率低下や磁束シャント24の過熱に与える影響も大きくなる。
【0010】
一方、磁束シャント24に入射する磁束は、その多くは磁束シャント24のヨーク部22aを周方向に流れる成分となるため、このヨーク部22aにスリットを設けて損失低減を図ると磁束の流路が妨げられて磁気飽和し、磁束シャント24における鉄損の増加を招く恐れがある。
【0011】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、固定子鉄心端部に設けられる磁束シャントでの磁気飽和を増大させることなく、磁束シャントの温度上昇を低減することができる回転電機の固定子を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により回転電機の固定子を構成する。
【0013】
請求項1に対応する発明は、内側にスロットとこのスロット内に挿入される電機子巻線を担持する歯部を有する歯形部とその外側のヨーク部からなる複数の鉄心用抜板を環状に配設し、これら環状に配設された鉄心用抜板を軸方向に複数積層して構成される固定子鉄心を回転自在な回転子の外周囲部に微小間隙を存して配置し、且つ前記回転子の磁極部より軸方向に突出している前記固定子鉄心の端部に、該固定子鉄心と同一積層構造の磁束シャントを前記固定子鉄心の一部と整合して配置し、該磁束シャント及び前記固定子鉄心を環状の鉄心押板により所定の位置に保持する構成の回転電機の固定子において、前記磁束シャントを構成する鉄心用抜板のうち、一部又はすべての歯部に径方向に伸びるスリットを設け、該スリットは前記磁束シャントを構成する鉄心用抜板の内径位置から前記鉄心押板のほぼ内径位置までの長さである。
【0014】
このような構成の回転電機の固定子とすれば、磁束シャントに入射する端部磁束によって生じる渦電流の流路がスリットによって分断されるので、渦電流損失が低減され、温度上昇の増加を抑えることができる。
【0015】
また、磁束シャントに入射する端部磁束は固定子鉄心押板の内径位置よりも外径側では固定子鉄心押板及びシールド板の磁気遮蔽効果によって減衰するため、スリットが固定子鉄心押板の内径位置まで伸びていることによって、スリットの端部での渦電流集中も緩和される。
【0016】
さらに、スリットを固定子鉄心押板の内径位置よりも外径側には設けられていないので、ヨーク部の周方向磁束による磁気飽和を緩和することができる。
【0017】
請求項2に対応する発明は、請求項1に対応する発明の回転電機の固定子において、前記磁束シャントのスロット底部に対応するヨーク部に径方向に伸びるスリットを設け、該スリットは前記磁束シャントのスロット底部位置から前記鉄心押板のほぼ内径位置までの長さである。
【0018】
このような構成の回転電機の固定子とすれば、ヨーク部のスロット底部近傍における渦電流の流路がスリットによって分断されるので、渦電流損失が低減され、温度上昇の増加を抑えることができる。
【0019】
請求項3に対応する発明は、請求項2に対応する発明の回転電機の固定子において、前記スロット底部に対応するヨーク部に設けられる1スロット当りのスリットの本数は、前記1歯部当り設けられるスリット本数以下である。
【0020】
このような構成の回転電機の固定子とすれば、ヨーク部のスロット底部近傍での渦電流損失を低減する効果を確保しつつ、スリット底部に対応するヨーク部に設けられるスリット本数を抑えることができるため、磁束シャントの機械的剛性を保つことができ、またスリット加工の製作コストを安価に抑えることができる。
【0021】
請求項4に対応する発明は、請求項2に対応する発明の回転電機の固定子において、前記歯部のスリットは、歯形部の歯先を周方向にほぼ等分割するように設けられ、且つ該スリットの外径側端部と前記ヨーク部のスリットの外径側端部とが、周方向にほぼ等間隔で配置されるように設けられる。
【0022】
このような構成の回転電機の固定子とすれば、磁束シャントの歯形部とヨーク部の両方で渦電流の流路をほぼ等分割に分断することができ、流路が広く渦電流損失密度が高くなる区画が生じることを防ぐことができる。また、歯先部中心に対して異なるスリット形状の鉄心用抜板を積層するため、スリットを設けることによる機械的強度の低下を抑えることができ、固定子鉄心を適正に固定できるので信頼性が向上する。
【0023】
請求項5に対応する発明は、請求項1又は請求項2に対応する発明の回転電機の固定子において、前記磁束シャントを構成する鉄心用抜板のうち積層方向に隣接する鉄心用抜板は異なるスリット形状とし、且つ積層方向に隣接するスリットがほぼ重ならないようにする。
【0024】
このような構成の回転電機の固定子とすれば、スリットを設けることによる機械的剛性の低下を抑えることができ、固定子鉄心を適正に固定できるので信頼性が向上する。
【0025】
請求項6に対応する発明は、請求項1又は請求項2に対応する発明の回転電機の固定子において、前記磁束シャントを構成する鉄心用抜板の一部の歯部に設けたスリット形状は、他の歯部に設けたスリット形状と異なる形状とし、且つこの異なる形状のスリットが積層後の隣接する鉄心用抜板の歯部同士で対向するように鉄心用抜板の周方向位置をずらして積層する。
【0026】
このような構成の回転電機の固定子とすれば、スリットを設けることによる機械的剛性の低下を抑えることができる一方で、個々の鉄心用抜板を同じスリット形状にすることができ、製作コストを安価にすることができる。
【0027】
請求項7に対応する発明は、請求項1又は請求項2に対応する発明の回転電機の固定子において、前記スリットの外径側端部に孔部を設ける。
【0028】
このような構成の回転電機の固定子とすれば、スリット端部での渦電流の集中が緩和され、渦電流損失密度を抑え、温度上昇を小さくすることができる。
【0029】
請求項8に対応する発明は、請求項7に対応する発明の回転電機の固定子において、前記孔部の開口面積が前記固定子鉄心に近いほど小さくなるようにする。
【0030】
このような構成の回転電機の固定子とすれば、抜板に入射する磁束密度は、固定子鉄心に近づくほど減衰して小さくなるため、孔部の開口面積を小さくしても固定子鉄心端部への集中による渦電流損失密度を同等にすることができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0032】
図1は本発明による回転電機の固定子の第1の実施形態における固定子鉄心端部の一部を示す軸方向縦断面図であり、図2は図1のX−X線に沿う矢視断面図である。
【0033】
図1及び図2において、1は扇形に打抜かれた複数の鉄心用抜板を環状に配設し、これら環状に配設された抜板を軸方向に複数積層して構成され、且つ内周側に設けられたスロットに電機子巻線2(下側巻線導体2aと上側巻線導体2b)が収納された固定子鉄心で、この固定子鉄心1はその環状内に回転自在に設けられた図示しない回転子に対して微小間隙を存して配置される。
【0034】
この場合、固定子鉄心1端部の積層鉄心の内径寸法が軸方向両端側に向かって段階的に大きな鉄心抜板を階段状に積層することで段落し部1aが形成され、またこの部分の鉄心抜板に複数のスリット1bが設けられている。
【0035】
また、回転子磁極部より軸方向に突出する固定子鉄心1の軸方向両端部側に電機子巻線相互間に存する固定子鉄心1の歯部に対応させて金属部材からなる複数の外側間隔片3bを放射状に配設し、これら外側間隔片3bに固定子鉄心1と同様に環状に配設された複数の鉄心用抜板4を軸方向に複数積層して構成された磁束シャント5を当接させる。
【0036】
この場合、磁束シャント5は、異なる歯部長さの複数種類の鉄心用抜板を、固定子鉄心1の近い方が歯部の長さが長くなるように階段状に順次積層することで段落し部5aが形成されている。
【0037】
さらに、この磁束シャント5の外側に上記と同様の複数の外側間隔片3aを放射状に配設して、これら外側間隔片3aに両側がリブ7により連結された内半径Rの固定子鉄心押板6を当接すると共に、固定子鉄心押板6間に図示しない複数本の組立ボルトを貫通させて設け、各組立ボルトに装着した締付ナット8により締付けて固定子鉄心1を一体的に支持する。
【0038】
そして、固定子鉄心押板5の電機子巻線側には、磁気遮蔽板9が当接して設けられている。
【0039】
このような構成の回転電機の固定子において、本実施形態では、磁束シャント5を次のような構成とするものである。
【0040】
すなわち、磁束シャント5を構成する鉄心用抜板4のうち、一部又はすべての歯部4bに半径方向に伸び、且つ鉄心用抜板4の内径位置からほぼ固定子鉄心押板6の内径位置Rまでの長さを有するスリット10aを設ける。また、このようなスリット10aを設けた鉄心用抜板4は、スリット10aの位置の異なるものを複数枚用意しておき、これらを1枚または複数枚ずつ交互になるように積層する。
【0041】
さらに、磁束シャント5を構成する鉄心用抜板4には、歯部4bの他、スロット底部に対応するヨーク部4aにも半径方向に伸び、且つスロット底部から固定子鉄心押板6のほぼ内径位置Rまでの長さを有するスリット10bを設ける。
【0042】
この場合、スロット底部に対応するヨーク部4aに設けられるスリット10bの本数は歯部4bに設けられるスリット10aの本数以下としている。本例では歯部4bに2本のスリット10aを設けているのに対して、スロット底部に対応するヨーク部4aに1本のスリット10bを設ける場合を示している。
【0043】
このような構成の磁束シャント5を回転子の磁極部より軸方向に突出している固定子鉄心1の端部に該鉄心の一部と整合して配置することにより、磁束シャント5に入射する端部磁束によって生じる渦電流の流路がスリット10a,10bによって分断されるので、渦電流損失が低減され、温度上昇の増加を抑えることができる。
【0044】
また、磁束シャント5に入射する端部磁束は固定子鉄心押板6の内径位置Rよりも外径側では固定子鉄心押板6及び磁気遮蔽板9の磁気遮蔽効果によって減衰するため、スリット10a,10bが固定子鉄心押板6の内径位置まで伸びていることによって、スリット10a,10bの端部での渦電流集中も緩和される。
【0045】
ところで、磁束シャント5に軸方向から入射した磁束は、その多くの割合がヨーク部4aに廻り込んで周方向磁束となる。このため、スリット10aが長くなると、ヨーク部4aの周方向磁束の流路を妨げることになり、ヨーク部10aの磁気飽和が厳しくなる。
【0046】
磁束シャント5のヨーク部4aの磁気飽和を緩和する手段としては、磁束シャント5の積層厚さ、すなわち軸方向の厚さを大きくすることであるが、固定子の長さや重量が増加することになるため、好ましくない。
【0047】
図3は、1200MVA級の4極タービン発電機を対象とした3次元有限要素法による数値磁界解析で得られた端部磁束を用いて、磁束シャントの鉄心用抜板内の渦電流流路を2次元有限要素法で求め、その渦電流損失密度の最大値をヨーク部のスリット長さに対して示した一例である。
【0048】
図3において、スリットの長さはPU値で示しているが、1PUが固定子鉄心押板内径位置までスリットを設けたときの長さである。
【0049】
図3から分かるようにスリット端部が固定子鉄心押板の内径位置よりも内径側にある場合は、スリット端部に渦電流が集中するため、渦電流損失密度が大きいが、スリット端部が固定子鉄心押板の内径位置より外径側にある場合は、ほとんど渦電流損失密度の最大値は変わっていない。すなわち、スリット10aを図2に示した長さよりも長くしても、スリットの外径側に廻り込んで流路を形成する渦電流が小さいため、スリット10aの端部での渦電流集中に大差はないといえ、スリット底部をほぼ固定子鉄心押板の内径位置とすることで、ヨーク部の磁気飽和を緩和しながら渦電流損失密度を抑えることができる。
【0050】
なお、図3はある特定の発電機を対象とした解析結果であるが、他の容量の発電機を対象とした解析でも同様の結果となることは確認しており、本発明は特定の容量や形状の発電機に限定されるものではない。
【0051】
一方、図4は、図3で示したものと同様の数値解析で得られた渦電流損失密度の最大値をスロット底部側のスリット本数に対して示したものである。ここでは歯部のスリット本数は2本としている。
【0052】
図4から分かるように、スロット底部に対応するヨーク部のスリット本数を2本より多くしても渦電流損失密度の最大値は大きく変わらない。また、スリット本数を必要以上に多くすると、磁束シャント内の磁束流路を妨げ、磁気飽和が厳しくなることになり、磁束シャントにおける鉄損が増加するほか、磁束シャントの機械的剛性が低下する原因ともなる。
【0053】
なお、図4で述べた解析結果は歯部とスロット部の幅の比によって変わるものであるが、本発明が適用されると考えられる大容量の回転電機では、歯部とスロット部の幅の比は、歯部の磁気飽和と電流密度の関係からほぼ同様に設計されるため、本発明の適用範囲は前述した特定の発電機に限定されるものではない。
【0054】
また、スリット10aの形状が隣り合う鉄心用抜板で異なるように積層するため、スリット設置による機械的剛性の低下を抑えることができ、固定子鉄心を適正に固定することが可能となり、信頼性が向上する。
【0055】
図5は、本発明の第2の実施形態における固定子鉄心端部の一部を示す図1のX−X線に沿う矢視断面図で、図2と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【0056】
図5において、磁束シャント5に設けられた2本のスリット10aは、歯部4bを分割しており、この分割された部分の幅ΔW1,ΔW2,ΔW3が、ΔW1≒ΔW2≒ΔW3とほぼ3等分されている。
【0057】
さらに、歯部4bに設けられた2本のスリット10aとスロット底部に対応するヨーク部4aに設けられたスリット10bとで、各スリットの外径側端部の間隔が、ΔWa≒ΔWb≒ΔWcとほぼ3等分されるように分割されている。
【0058】
また、2本のスリット10aは、歯部中心に対して左右非対称になっており、積層後に隣接する抜板同士で前記スリットの形状が異なるようになっている。
【0059】
このような構成の磁束シャント5を回転子の磁極部より軸方向に突出している固定子鉄心1の端部に該鉄心の一部と整合して配置すれば、歯部4bとヨーク部4aの両方で、渦電流の流路をほぼ等分割に分断することができ、流路が広く渦電流損失密度の高くなる区画が生じることを防止できる。また、歯部中心に対して異なるスリット形状の鉄心用抜板を積層するため、スリットによる機械的強度の低下を抑えることができる。
【0060】
図6は、本発明の第3の実施形態における固定子鉄心端部に設けられる磁束シャントを構成する隣接する2層の鉄心用抜板を示す図で、図2と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【0061】
図6において、磁束シャント5の鉄心用抜板4は、ヨーク部4aと歯部4bからなり、3つの歯部4b1,4b2,4b3に設けられたスリット10aは、それぞれの歯部で異なる形状にしている。また、隣接するもう1つの層の鉄心用抜板は、スロット1個分周方向にずらせた破線で示すスリット10a′が設けられる。従って、2層の抜板に設けられたスリット10a,10a′は、積層方向の投影面上では一致しない。
【0062】
このような構成の磁束シャント5を回転子の磁極部より軸方向に突出している固定子鉄心1の端部に該鉄心の一部と整合して配置すれば、スリットによる機械的剛性の低下を抑えることができる。また、磁束シャント5を構成する鉄心用抜板4は1種類のスリット形状について製作すればよいため、製作コストを安価にできるほか、抜板積層時の誤作業の発生も起こりにくくなり、回転電機の信頼性も向上できる。
【0063】
図7は本発明による回転電機の固定子の第4の実施形態における固定子鉄心端部の一部を示す軸方向縦断面図であり、図8は図7のY−Y線に沿う矢視断面図で、図1及び図2と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点について述べる。
【0064】
第4の実施形態では、磁束シャント5を構成する鉄心用抜板4の歯部4b及びスロット底部に対応するヨーク部4aに設けられるスリット10a及び10bの外径側端部に孔部11をそれぞれ設けるようにしたものである。この場合、各層の鉄心用抜板4に設けられる孔部11の大きさは、固定子鉄心押板6側から固定子鉄心1側に向って連続的または断続的にその径が小さくなるようにしてある。
【0065】
このような構成の磁束シャント5を回転子の磁極部より軸方向に突出している固定子鉄心1の端部に該鉄心の一部と整合して配置すれば、スリット端部での渦電流の集中が緩和され、渦電流損失を抑えることが可能となり、温度上昇を小さくすることができる。
【0066】
また、第1の実施形態では、スリット端部は固定子鉄心押板6の内径位置近傍としたが、本実施形態ではスリット端部での渦電流の集中を緩和できるので、スリットをより短くすることが可能となり、磁束シャント5での磁気飽和をより緩和することができる。
【0067】
さらに、鉄心用抜板4に入射する磁束密度は、固定子鉄心1に近づくほど減衰して小さくなるため、孔部11の径を小さくしても、端部への集中による渦電流損失密度を同等以下にできる。従って、磁束シャント5内の磁束の流路をより大きく確保することができるので、磁気飽和を緩和できる。
【0068】
なお、スリット端部の孔部11の形状は必ずしも真円状でなく、楕円上でもよく、十分に渦電流損失密度を緩和できれば、多角形状の孔としてもよい。さらに、スリットと孔部とを滑らかに繋げる必要があるため、孔部に近づくほどスリット幅を孔部の大きさに応じて増加させるなどの手段を講じてもよい。この場合にも孔部の大きさは、固定子鉄心押板6側から固定子鉄心1側に向ってその開口面積が連続的に小さくなるようにすることは言うまでもない。
【0069】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、固定子鉄心端部に設けられる磁束シャントでの磁気飽和を増大させることなく、磁束シャントの温度上昇を低減することができる回転電機の固定子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による回転電機の固定子の第1の実施形態における固定子鉄心端部の一部を示す軸方向縦断面図。
【図2】図1のX−X線に沿う矢視断面図。
【図3】同実施形態の作用効果の説明に用いられるスリット長さと磁束シャントの最大損失密度の関係を示す数値解析結果図。
【図4】同じくスリット底部のスリット本数と磁束シャントの最大損失密度の関係を示す数値解析結果図。
【図5】本発明の第2の実施形態における固定子鉄心端部の一部を示す図1のX−X線に沿う矢視断面図。
【図6】本発明の第3の実施形態における固定子鉄心端部に設けられる磁束シャントを構成する隣接する2層の抜板を示す図。
【図7】本発明による回転電機の固定子の第4の実施形態における固定子鉄心端部の一部を示す軸方向縦断面図。
【図8】図7のY−Y線に沿う矢視断面図。
【図9】従来例の回転電機の固定子における固定子鉄心端部の一部を示す断面図。
【符号の説明】
1……固定子鉄心
1a……段落し
2……電機子巻線
3a,3b……外側間隔片
4……鉄心用抜板
4a……ヨーク部
4b……歯部
5……磁束シャント
5a……段落し
6……固定子鉄心押板
7……リブ
8……締付けナット
9……磁気遮蔽板
10……磁束シャント
10a,10b……スリット
11……孔部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stator of a rotating electrical machine such as a turbine generator, and more particularly to a stator of a rotating electrical machine in which a magnetic flux shunt for reducing eddy current loss due to an axial magnetic flux is provided at an end of the stator core.
[0002]
[Prior art]
Generally, a stator of a large-capacity rotating electrical machine such as a turbine generator is arranged on the inner peripheral side of a stator core that is formed by arranging a plurality of punched iron cores in a ring shape and laminating them in the axial direction. The armature windings are housed in the slots between the teeth of the provided tooth profile, and the stator core teeth correspond to the stator core teeth between the armature windings on both axial ends of the stator core. A plurality of outer spacing pieces made of metal members are in contact with each other, and a stator core pressing plate is disposed in contact with the outer spacing pieces, and a plurality of assemblies are assembled between the stator core pressing plates on both sides. Bolts are provided so as to penetrate, and are fastened by fastening nuts attached to the respective assembly bolts so as to integrally support the stator core.
[0003]
By the way, in the stator having such a configuration, an end magnetic flux generated by the field winding of the rotor or the armature winding of the stator exists near the end of the stator core. When the light enters the end of the core, eddy current loss occurs, and the temperature of this portion rises due to heat generation, and is higher than the axial center of the stator core.
[0004]
Moreover, as the output coefficient and the number of ampere conductors increase as the capacity of the turbine generator increases, the magnetic flux at the end of the stator core increases, and the temperature rise at this part increases, and the temperature rises at this part. The value may approach the limit.
[0005]
Therefore, in a conventional stator such as a large-capacity turbine generator, the inner diameter of the laminated core at the end of the stator core is gradually increased toward both ends in the axial direction. Eddy current loss reduction means such as providing a slit in the end extraction plate constituting the iron core or providing a magnetic flux shielding plate in contact with the armature winding side of the stator core pressing plate is adopted.
[0006]
Further, as an eddy current loss reducing means different from the above, a magnetic flux shunt is provided at the end of the stator core as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 48-30001, and the end incident on the end of the stator core. Some of them are designed to reduce the part leakage magnetic flux.
[0007]
That is, as shown in FIG. 9, a fan-shaped
[0008]
In this case, the tooth part of the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the stator of the rotating electrical machine having such a configuration, when the leakage magnetic flux at the end of the
[0010]
On the other hand, most of the magnetic flux incident on the
[0011]
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and it is possible to reduce the temperature rise of the magnetic flux shunt without increasing the magnetic saturation in the magnetic flux shunt provided at the stator core end. The purpose is to provide a stator.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention constitutes a stator of a rotating electrical machine by the following means.
[0013]
In the invention corresponding to claim 1, a plurality of iron core punches each having a tooth profile portion having a tooth portion for carrying an armature winding inserted into the slot and an armature winding inside the slot, and a yoke portion on the outer side thereof are annularly formed. A stator core formed by laminating a plurality of the core cores arranged in an annular shape in the axial direction is disposed with a minute gap around the outer periphery of the rotatable rotor, and A magnetic flux shunt having the same laminated structure as that of the stator core is aligned with an end of the stator core that protrudes in the axial direction from the magnetic pole portion of the rotor, and is aligned with a part of the stator core. In a stator of a rotating electrical machine configured to hold a shunt and the stator iron core in a predetermined position by an annular core push plate, a part or all of the teeth of the iron core extraction plate constituting the magnetic flux shunt have a diameter. A slit extending in the direction is provided, and the slit is the magnetic flux From the inner diameter position of the iron core punched constituting the Yanto to approximately the inner diameter position of said core press plate length.
[0014]
With the stator of the rotating electric machine having such a configuration, the flow path of the eddy current generated by the end magnetic flux incident on the magnetic flux shunt is divided by the slit, so that the eddy current loss is reduced and the increase in temperature is suppressed. be able to.
[0015]
Also, the end magnetic flux incident on the magnetic flux shunt is attenuated by the magnetic shielding effect of the stator core pressing plate and the shield plate on the outer diameter side of the inner diameter position of the stator core pressing plate, so that the slits of the stator core pressing plate are By extending to the inner diameter position, eddy current concentration at the end of the slit is also alleviated.
[0016]
Furthermore, since the slit is not provided on the outer diameter side of the inner diameter position of the stator core pressing plate, magnetic saturation due to the circumferential magnetic flux of the yoke portion can be mitigated.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, in the stator of the rotating electric machine according to the first aspect of the present invention, a slit extending in a radial direction is provided in a yoke portion corresponding to a slot bottom of the magnetic flux shunt, and the slit is the magnetic flux shunt. This is the length from the slot bottom position to the substantially inner diameter position of the iron core pressing plate.
[0018]
With the stator of the rotating electrical machine having such a configuration, the flow path of eddy current in the vicinity of the bottom of the slot of the yoke portion is divided by the slit, so that eddy current loss is reduced and increase in temperature can be suppressed. .
[0019]
The invention corresponding to
[0020]
If the stator of the rotating electric machine having such a configuration is used, it is possible to suppress the number of slits provided in the yoke portion corresponding to the slit bottom while ensuring the effect of reducing eddy current loss in the vicinity of the slot bottom of the yoke. Therefore, the mechanical rigidity of the magnetic flux shunt can be maintained, and the manufacturing cost of the slit processing can be reduced at a low cost.
[0021]
The invention corresponding to claim 4 is the stator of the rotating electrical machine of the invention corresponding to claim 2, wherein the slit of the tooth portion is provided so as to divide the tooth tip of the tooth profile portion substantially equally in the circumferential direction, and The outer diameter side end portion of the slit and the outer diameter side end portion of the slit of the yoke portion are provided so as to be arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction.
[0022]
If the stator of the rotating electrical machine having such a configuration is used, the flow path of the eddy current can be divided into substantially equal parts at both the tooth profile portion and the yoke portion of the magnetic flux shunt, and the flow path is wide and the eddy current loss density is high. It can prevent that the division which becomes high arises. In addition, since the core punches with different slit shapes are stacked with respect to the center of the tooth tip, it is possible to suppress a decrease in mechanical strength due to the provision of slits, and the stator core can be properly fixed, so that reliability is ensured. improves.
[0023]
The invention corresponding to claim 5 is the stator of the rotating electrical machine according to claim 1 or
[0024]
If the stator of the rotating electrical machine having such a configuration is used, it is possible to suppress a decrease in mechanical rigidity due to the provision of the slit, and the stator core can be appropriately fixed, so that reliability is improved.
[0025]
The invention corresponding to claim 6 is the stator of the rotating electrical machine of the invention corresponding to claim 1 or
[0026]
If the stator of the rotating electrical machine having such a configuration is used, it is possible to suppress a decrease in mechanical rigidity due to the provision of the slits, while making it possible to make the individual core punches into the same slit shape, which is a manufacturing cost. Can be made cheaper.
[0027]
The invention corresponding to claim 7 is the stator of the rotating electrical machine of the invention corresponding to claim 1 or
[0028]
If the stator of the rotating electric machine having such a configuration is used, concentration of eddy currents at the slit ends can be alleviated, eddy current loss density can be suppressed, and temperature rise can be reduced.
[0029]
According to an eighth aspect of the present invention, in the stator of the rotating electrical machine according to the seventh aspect of the present invention, the opening area of the hole portion is made smaller as it is closer to the stator core.
[0030]
If the stator of the rotating electric machine having such a configuration is used, the magnetic flux density incident on the punched plate is attenuated and becomes smaller as it approaches the stator core. Therefore, even if the opening area of the hole is reduced, the stator core end is reduced. The eddy current loss density due to concentration on the part can be made equal.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 is an axial longitudinal sectional view showing a part of a stator core end portion in a first embodiment of a stator of a rotating electrical machine according to the present invention, and FIG. 2 is an arrow view along the line XX in FIG. It is sectional drawing.
[0033]
1 and 2, reference numeral 1 denotes a plurality of iron core punches punched in a ring shape, and a plurality of these punched punch plates are laminated in the axial direction. A stator core in which an armature winding 2 (lower winding conductor 2a and upper winding
[0034]
In this case, a stepped portion 1a is formed by laminating iron cores having a large inner diameter in a stepwise manner toward both axial ends of the laminated iron core at one end of the stator iron core. A plurality of slits 1b are provided in the iron core blank.
[0035]
A plurality of outer intervals made of metal members corresponding to the tooth portions of the stator core 1 existing between the armature windings on both ends in the axial direction of the stator core 1 protruding in the axial direction from the rotor magnetic pole portion. A
[0036]
In this case, the
[0037]
Further, a plurality of outer spacing pieces 3a similar to those described above are arranged radially outside the
[0038]
A magnetic shielding plate 9 is provided in contact with the armature winding side of the stator
[0039]
In the stator of the rotating electric machine having such a configuration, in this embodiment, the
[0040]
That is, of the
[0041]
Further, the iron
[0042]
In this case, the number of
[0043]
The
[0044]
Further, the end magnetic flux incident on the
[0045]
By the way, a large proportion of the magnetic flux incident on the
[0046]
A means for reducing the magnetic saturation of the yoke portion 4a of the
[0047]
FIG. 3 shows the eddy current flow path in the iron core punch of the magnetic flux shunt using the end magnetic flux obtained by the numerical magnetic field analysis by the three-dimensional finite element method for a 1200 MVA class quadrupole turbine generator. This is an example in which the maximum value of the eddy current loss density is obtained by the two-dimensional finite element method with respect to the slit length of the yoke portion.
[0048]
In FIG. 3, the length of the slit is indicated by the PU value, but 1 PU is the length when the slit is provided to the stator core pressing plate inner diameter position.
[0049]
As can be seen from FIG. 3, when the slit end is on the inner diameter side of the inner diameter position of the stator core pressing plate, the eddy current is concentrated on the slit end, so the eddy current loss density is large. When it is on the outer diameter side of the inner diameter position of the stator core pressing plate, the maximum value of the eddy current loss density has hardly changed. That is, even if the slit 10a is made longer than the length shown in FIG. 2, the eddy current that goes around to the outer diameter side of the slit to form a flow path is small, so there is a large difference in eddy current concentration at the end of the slit 10a. However, the eddy current loss density can be suppressed while alleviating the magnetic saturation of the yoke portion by making the slit bottom portion substantially the inner diameter position of the stator core pressing plate.
[0050]
Although FIG. 3 shows the analysis result for a specific generator, it has been confirmed that the same result is obtained in an analysis for a generator of another capacity. It is not limited to the generator of the shape.
[0051]
On the other hand, FIG. 4 shows the maximum value of the eddy current loss density obtained by the same numerical analysis as that shown in FIG. 3 with respect to the number of slits on the slot bottom side. Here, the number of slits in the tooth portion is two.
[0052]
As can be seen from FIG. 4, the maximum value of the eddy current loss density does not change significantly even if the number of slits in the yoke portion corresponding to the bottom of the slot is increased from two. In addition, if the number of slits is increased more than necessary, the magnetic flux flow path in the magnetic flux shunt is obstructed and the magnetic saturation becomes severe, which increases the iron loss in the magnetic flux shunt and causes the mechanical rigidity of the magnetic flux shunt to decrease. It also becomes.
[0053]
The analysis results described in FIG. 4 vary depending on the ratio of the width between the tooth portion and the slot portion. However, in a large-capacity rotating electrical machine to which the present invention is considered to be applied, the width of the tooth portion and the slot portion is Since the ratio is designed almost in the same manner from the relationship between the magnetic saturation of the teeth and the current density, the scope of application of the present invention is not limited to the specific generator described above.
[0054]
Further, since the slits 10a are laminated so that the shapes of the adjacent core punches are different, it is possible to suppress a decrease in mechanical rigidity due to the installation of the slits, and it is possible to appropriately fix the stator core, and reliability. Will improve.
[0055]
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 1 showing a part of the stator core end portion in the second embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. The description will be omitted, and only the differences will be described here.
[0056]
In FIG. 5, the two slits 10a provided in the
[0057]
Further, with the two slits 10a provided in the
[0058]
Moreover, the two slits 10a are asymmetrical with respect to the center of the tooth portion, and the shapes of the slits are different between adjacent punched plates after lamination.
[0059]
If the
[0060]
FIG. 6 is a view showing two adjacent layers of core punches constituting a magnetic flux shunt provided at the end of the stator core according to the third embodiment of the present invention. A description thereof will be omitted, and different points will be described here.
[0061]
In FIG. 6, the
[0062]
If the
[0063]
FIG. 7 is an axial longitudinal sectional view showing a part of the stator core end portion in the fourth embodiment of the stator of the rotating electrical machine according to the present invention, and FIG. 8 is a view taken along the line Y-Y in FIG. In the cross-sectional view, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and different points will be described here.
[0064]
In the fourth embodiment, the holes 11 are formed in the outer diameter side end portions of the
[0065]
If the
[0066]
Further, in the first embodiment, the slit end is in the vicinity of the inner diameter position of the stator
[0067]
Furthermore, since the magnetic flux density incident on the
[0068]
The shape of the hole 11 at the end of the slit is not necessarily a perfect circle but may be an ellipse, and may be a polygonal hole as long as the eddy current loss density can be sufficiently reduced. Furthermore, since it is necessary to smoothly connect the slit and the hole, a measure such as increasing the slit width in accordance with the size of the hole may be taken as the hole is approached. Also in this case, it goes without saying that the size of the hole portion is such that the opening area continuously decreases from the stator
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a stator of a rotating electrical machine that can reduce the temperature rise of a magnetic flux shunt without increasing magnetic saturation in the magnetic flux shunt provided at the end of the stator core. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an axial longitudinal sectional view showing a part of a stator core end portion in a first embodiment of a stator of a rotating electrical machine according to the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
FIG. 3 is a numerical analysis result diagram showing a relationship between a slit length and a maximum loss density of a magnetic flux shunt used for explaining the function and effect of the embodiment.
FIG. 4 is a numerical analysis result diagram showing the relationship between the number of slits at the bottom of the slit and the maximum loss density of the magnetic flux shunt.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 1 showing a part of the stator core end in the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing two adjacent layers of punching plates constituting a magnetic flux shunt provided at an end of a stator core according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an axial longitudinal sectional view showing a part of a stator core end portion in a fourth embodiment of a stator of a rotating electrical machine according to the present invention.
8 is a cross-sectional view taken along line YY in FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a part of a stator core end portion in a stator of a conventional rotating electrical machine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stator iron core 1a ...
Claims (8)
前記磁束シャントを構成する鉄心用抜板のうち、一部又はすべての歯部に径方向に伸びるスリットを設け、該スリットは前記磁束シャントを構成する鉄心用抜板の内径位置から前記鉄心押板のほぼ内径位置までの長さであることを特徴とする回転電機の固定子。A plurality of iron core punches, each having a tooth profile portion having a tooth portion for carrying an armature winding inserted into the slot and an armature winding, and a yoke portion outside the slot, are disposed in an annular shape. A stator core composed of a plurality of laminated core cores in the axial direction is arranged with a minute gap around the outer periphery of the rotatable rotor, and the axial direction from the magnetic pole of the rotor A magnetic flux shunt having the same laminated structure as that of the stator core is arranged in alignment with a part of the stator core at the end of the stator core protruding to the ring, and the magnetic flux shunt and the stator core are annularly arranged. In a stator of a rotating electric machine configured to be held in a predetermined position by an iron core pressing plate,
Of the iron core punches constituting the magnetic flux shunt, slits extending in the radial direction are provided in some or all of the tooth portions, and the slits are formed from the inner diameter position of the iron core punches constituting the magnetic flux shunt. A stator for a rotating electric machine, characterized in that the length is approximately up to the inner diameter position.
前記磁束シャントのスロット底部に対応するヨーク部に径方向に伸びるスリットを設け、該スリットは前記磁束シャントのスロット底部位置から前記鉄心押板のほぼ内径位置までの長さであることを特徴とする回転電機の固定子。The stator of the rotating electrical machine according to claim 1,
A slit extending in the radial direction is provided in a yoke portion corresponding to the slot bottom of the magnetic flux shunt, and the slit has a length from the slot bottom position of the magnetic flux shunt to the substantially inner diameter position of the iron core pressing plate. Stator for rotating electric machine.
前記スロット底部に対応するヨーク部に設けられる1スロット当りのスリットの本数は、前記1歯部当り設けられるスリット本数以下であることを特徴とする回転電機の固定子。The stator of the rotating electric machine according to claim 2,
The stator of a rotating electrical machine, wherein the number of slits per slot provided in the yoke portion corresponding to the slot bottom portion is equal to or less than the number of slits provided per tooth portion.
前記歯部のスリットは、歯形部の歯先を周方向にほぼ等分割するように設けられ、且つ該スリットの外径側端部と前記ヨーク部のスリットの外径側端部とが、周方向にほぼ等間隔で配置されるように設けられることを特徴とする回転電機の固定子。The stator of the rotating electric machine according to claim 2,
The slit of the tooth part is provided so as to divide the tooth tip of the tooth profile part substantially equally in the circumferential direction, and the outer diameter side end part of the slit and the outer diameter side end part of the slit of the yoke part are circumferential. A stator for a rotating electrical machine, wherein the stator is disposed so as to be arranged at substantially equal intervals in a direction.
前記磁束シャントを構成する鉄心用抜板のうち積層方向に隣接する鉄心用抜板は異なるスリット形状とし、且つ積層方向に隣接するスリットがほぼ重ならないようにしたことを特徴とする回転電機の固定子。In the stator of the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
Fixing of a rotating electrical machine characterized in that, among the iron core punches constituting the magnetic flux shunt, the iron core punches adjacent in the stacking direction have different slit shapes, and the slits adjacent in the stacking direction do not substantially overlap. Child.
前記磁束シャントを構成する鉄心用抜板の一部の歯部に設けたスリット形状は、他の歯部に設けたスリット形状と異なる形状とし、且つこの異なる形状のスリットが積層後の隣接する鉄心用抜板の歯部同士で対向するように鉄心用抜板の周方向位置をずらして積層したことを特徴とする回転電機の固定子。In the stator of the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The slit shape provided in a part of the tooth part of the iron core punch constituting the magnetic flux shunt is different from the slit shape provided in the other tooth part, and the adjacent iron core after lamination of this different shape is formed. A stator for a rotating electrical machine, wherein the circumferential positions of the iron core punching plates are shifted so as to face each other at the tooth portions of the steel punching plates.
前記スリットの外径側端部に孔部を設けたことを特徴とする回転電機の固定子。 In the stator of the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
A stator for a rotating electrical machine, wherein a hole is provided at an outer diameter side end of the slit.
前記孔部の開口面積が前記固定子鉄心に近いほど小さくなるようにしたことを特徴とする回転電機の固定子。The stator of the rotating electric machine according to claim 7,
A stator of a rotating electrical machine, wherein an opening area of the hole portion is made smaller as it is closer to the stator core.
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