JPH0720360B2 - ダイナモ電気機械と固定子組立品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般にはダイナモ電気機械に係り、特に高速を
含む広い速度範囲での運転の可能な誘導子型ダイナモ電
気機械とその固定子組立品に関する。

〔従来の技術〕

可変速度運転は従来からも低リアクタンスの、付与の運
転速度範囲の可能な予想速度での過熱回避の可能な特性
の標準設計の中から選ばれた汎用電動機を使用して行わ
れてきた。この適用行動が使用可能設計技術の拡大をも
たらしたがそれでも顕著な制約が残り、その制約は特に
速度能力や全体システムの動作特性において著しい。

高速運転の応用に対しては種々な構造のダイナモ電気機
械が試作されてきたが限定された成果しか挙げられてい
ない。例えば同期電動機および誘導電動機は（回転子
軸、ポールピースおよび界磁巻線を含む）回転子構造の
高速回転における物理的完璧性の不足から高速度での大
きな機械的制約を受けている。このことが3600rpm超過
の誘導機の応用を殆んどないものにしている。勿論ギア
が標準誘導発電機の出力速度の増大の目的に使用可能で
あるが、高増倍率において特に信頼性の証明は未だにな
されていない。さらに何処までギアアップが可能かの観
点からの制約も存在する。

他の高速運転の応用においては、小さなユニバーサル型
の電動機、即ち永久磁石電動機が使用されて来た。しか
しユニバーサル型の電動機は特に効率が良い訳ではない
し、スケールアップが困難でもある。もう一方において
ユニバーサル型の電動機は極めてコスト効率が良い訳で
はなく、大形機械の実用性もない。（界磁巻線を持たな
い）可変リラクタンス型の機械が最近或る応用に対して
提案されたが、一般には積層型回転子鉄心構成であり高
速度において分離の傾向がある。

高速運転、特に発電用実現のためのもう一つの試みは、
誘導子型ダイナモ電気機械の採用であった。このような
機械は一般には巻線無しの回転子鉄心を取囲む電機子と
直流励磁コイルとを備える固定子によって特徴付けられ
る。この種のダイナモ電気機械では回転子に界磁コイル
あるいは電機子コイルがないので、回転子巻線を有する
回転電機に共通のスリップリングや刷子やその関連部部
品が完全に排除されるであろう。誘導子型ダイナモ電気
機械において典型的な鋼塊型構造と結び付いたこの特徴
が誘導子型ダイナモ電気機械の特に高速回転への適用を
可能ならしめている。

誘導子型ダイナモ回転電気機械の１つの有名な改良は、
一般には円筒状界磁コイルを取囲むように円周方向分布
配置をする“C"または“U"型形状の分割電機子鉄心要素
を採用している。そしてこの円筒状界磁コイルは順に横
形磁極の磁性体回転子鉄心を取囲む。例えばダブリュー
・エム・モーディ（W.M.Mordey）氏に発行された米国特
許第437,501号明細書には、静止円筒状界磁コイルと単
一電機子コイルの反対側に交互配置されて反対方向に向
いた“U"型磁性体片とを採用した固定子組立品を備えた
“発電機”が記載されている。モーディ配置におけるＵ
型磁性体片と単一電機子コイルとはボルトで共締めされ
た側面外枠によって支えられる。界磁巻線は巻線を取巻
くストラップ即ち帯で静止するよう保持され、ストラッ
プの両端は側面外枠間に延びる長手方向のロッドに取付
けられる（モーディ氏特許の図３および記述参照）。

エフ・ジェー・アレン（F.J.Allen）氏に発行された米
国特許第2,519,097号明細書には、静止界磁巻線と回転
可能な横形磁極の回転子とを取囲んでアーチあるいはＵ
型の分割電機子鉄心要素を円周方向に分布配列させた誘
導子型ダイナモ電気機械が記載されている。アレンの分
割電機子鉄心要素はモーディ特許におけると同様外枠に
装着されている。このダイナモ電気機械配置のより最近
の改良型がデー・ビー・スチーン（D.B.Steen）氏に発
行された米国特許第3,912,958号“磁束切換え誘導子発
電機”の明細書の中に図解されている。固定子組立品装
着の詳細は全部がスチーン特許の中に図示あるいは記述
されている訳ではないが、一実施例（即ち第３図）で複
数の円周方向に分布した固定子バーが、固定子組立品の
一端に配された熱磁束リングに機械的に結合されて支持
されているのが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

誘導子型機械の上記の従来実施の技術は高速度運転が可
能ではあるけれども、これらの技術は或る実用限界に悩
まされている。それぞれは主として発電機において支配
的に現れる。勿論このような機械は４象限、即ち発電機
と電動機の前方回転と逆回転の全ての運転に適する形態
であることが望ましい。さらに、機械の運転最適化のた
めには、種々な電機子要素を中心軸方向、半径方向、円
周方向に容易に的確に配置できること、およびダイナモ
電気機械運転中のこの的確配置と関連構成部品間での臨
界的空間配置とを維持できることが大いに望まれる。従
来技術の外部物体装着配置は、この目的達成のためには
効果的ではないし、また機械の組立、解体および修理を
複雑なものにしている。さらにまた、これらの機械の運
転中の冷却構造や磁束遮蔽を強化した構成の洗練化が望
まれる。

本発明の本質的な目的は、改良された構成、効用、融通
性を備える誘導子型ダイナモ電気機械を提供することで
ある。

もう１つの目的は、非常な高速を含む広い速度範囲に亘
って運転が可能で、改善された効率、構造的完全性、信
頼性、修理可能性およびコスト効果性を備える誘導子型
ダイナモ電気機械を提供することである。

さらなる目的は、誘導子型ダイナモ電気機械の磁束遮蔽
と通風とを改善することである。

なおもう１つの目的は、４つの象限で効果的に運転可能
で実用的で安定的で余裕のある誘導子型ダイナモ電気機
械を提供することである。

さらなる目的は、高出力密度で高速運転が可能であって
高温に耐えるダイナモ電気機械を提供することである。

なおさらなる目的は、固定子要素の内部装着を容易化し
て的確配置を容易にし、また回転部シールの必要のない
流体冷却巻線を実現可能にする誘導子型ダイナモ回転電
気機械の高信頼性設計を提供することである。

もう１つの目的は、コンパクトで自立形であり、相対的
に組立が容易であり、固定子要素部品の的確配置ができ
る誘導子型ダイナモ電気機械の固定子組立品を提供する
ことである。

さらなる目的は、容易に製作でき、円周方向に分布配置
するＣ型形状分割電機子鉄心要素の的確配置を保証し、
その上磁束遮蔽を容易にして誘導子型ダイナモ電気機械
内の冷却流体の循環を容易にする固定子支持構造体を提
供することである。

なおさらなる目的は、分割電機子鉄心要素の的確配置、
クーロン減衰、界磁巻線支持、磁束漏洩削減および冷却
を可能ならしめ、高周波損失の削減のため分割電機子鉄
心要素に薄板積層の利用を可能ならしめる誘導子型ダイ
ナモ電気機械の固定子支持構造体を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の原理に従うこのような誘導子型ダイナモ回転電
気機械の固定子支持用の巻き枠状構造体を提供すること
により、これらの要求が実現され、従来の技術の欠点は
克服される。この支持用の巻き枠状構造体は界磁巻線内
部支持体の提供および円周方向分布の複数のＣ型形状分
割電機子鉄心要素を３直角方向に的確配置する装着を可
能にする。巻枠状構造体は非磁性材料で作られ、長手中
心軸の廻りに同心に延びた中空の細長い固定子中央部材
を備える。この固定子中央部材は界磁巻線を支え、同心
での回転子挿入に便宜を与える長手方向内部貫通路を規
定する。固定子中央部材両端にそれぞれ位置する巻き枠
状構造体端部は中央部材両端から外半径方向へ延びる。
この巻き枠状構造体端部の各々はそれぞれに巻き枠状構
造体端部上に角度的間隔を隔てて配される複数分割電機
子鉄心要素の配列機構を支える。好適なる構造では、分
割電機子鉄心要素配列機構の各々は、巻き枠状構造体端
部の中心軸方向最外面上で半径方向を向いた溝を備え
る。

一般にはＣ型形状をした分割電機子鉄心要素が巻き枠状
構造体の縁廻りに円周方向に分布してアレイ状に配列さ
れるときに、この溝が分割電機子鉄心要素脚部を受容し
て方向付けするような配置になっている。巻き枠状構造
体端部は中心軸方向に隔離され半径方向に長く延びるよ
うに配置されている。各巻き枠状構造体端部の溝は角度
的間隔を隔てて配置されて分割電機子鉄心要素を３直角
方向に的確配置し、分割電機子鉄心要素の半径方向最内
面を長手中心軸から等距離に維持するとともに隣接する
分割電機子鉄心要素の半径方向最内面の縁間を隔離す
る。

冷却用には固定子中央部材の両端付近に冷却口が備えら
れ、この固定子中央部材が規定する内部貫通路の中で回
転するように装着される回転子の鉄心表面の中に中心軸
方向に延びる凹みとこの冷却口とは都合よく連絡するよ
うになっている。この実施例では回転子鉄心が羽根車の
働きをなし、遠心力作用によって上記冷却口を通るよう
冷却流体を推進する。できれば固定子中央部材は誘導性
材料でできていて欲しく、導電性材料によって回転子鉄
心内の時間変化の磁束量が抑えられ、熱放散が容易にも
なる。

本発明はさらに以下のものを予期している。即ち隣接す
る分割電機子鉄心要素間に配置される追加の磁束遮蔽
と、分割電機子鉄心要素の振動および騒音を低減するた
めの分割電機子鉄心要素の巻き枠状構造体端部への締付
手段乃至は固定手段と、渦電流損の低減と冷却増強のた
めの回転子突磁極表面のローレット切りと、同期運転を
容易ならしめるためのフィードバック信号提供用の回転
子位置エンコーディング手段と、機械の組立、解体、修
理を単純化するための巻き枠状構造体内への組込み固定
子組立品の外枠構成内での締まりばめと、支持用の巻き
枠状構造体と連繋した独特な固定子組立品構成と、改良
型可変速度及び／または高速度ダイナモ電気機械とであ
る。

〔作用〕

巻き枠状構造体は、本発明による誘導子型ダイナモ電気
機械の固定子組立品の各部品を組込んで支持する支持体
の働きをなし、外枠手段の中に締まり嵌めされてダイナ
モ電気機械の組立、解体、修理の単純化に貢献する。巻
き枠状構造体は、長手中心軸に平行に長く延びる中空で
壁構成の中央部材と、中央部材の両端から半径方向に拡
がる円板状端部と、円板状端部に取付けられて円板状端
部より外半径方向に突き出し外枠手段に締まり嵌めで接
触する輪止めと、を備える。回転子内磁束変化を抑え磁
束遮蔽を行わせるために導電性材料で構成される中央部
材の両端付近には回転子の遠心力作用によって送られる
冷却風を固定子内に受け容れるための冷却口が全周分布
するように設けられる。全周分布の冷却口が塞がないよ
うに冷却口と冷却口との中心軸方向間隙部の外周には、
同心に界磁巻線が巻かれる。円板状端部には巻き枠状構
造体の廻りで円周方向に分布配置される分割電機子鉄心
要素を受容れて的確配置するためのスロットと半径方向
にスロットに整列する溝とが設けられる。スロットおよ
び溝の円周方向の数は分割電機子鉄心要素の数と等しく
される。分割電機子鉄心要素はコの字型に形成され、コ
の字形の両端部即ち分割電機子鉄心要素脚部乃至は突出
部はその内側が円板状端部の中心軸方向最外面に接する
ような形で円板状端部に設けられた溝内に内半径方向へ
と滑り込ませることが可能になっている。コの字形の中
央部即ち分割電機子鉄心基部は、円板状端部溝に半径方
向に整列して円板状の半径方向最外面から内半径方向に
向けて設けられる両円板状端部同志の間で中心軸方向に
整列するスロットにその両端部が収納され、スロットの
底即ち円板状端部の肩部に支えられることによって分割
電機子鉄心要素脚部の半径方向最内面を中心軸から同一
の距離即ち同一円周上に配置する作用をする。円板状端
部の中心軸方向内側間にある各分割電機子鉄心要素基部
の上には電機子コイルが巻かれていて、分割電機子鉄心
要素が全周に分割する正規の位置に固定されてから分布
巻の電機子巻線になるよう接続される。分割電機子鉄心
要素を正規位置で固定する方法には、分割電機子鉄心要
素の半径方向外面バインディングと、分割電機子鉄心要
素の中心軸方向外面に板状リングを当てた分割電機子鉄
心要素を中心軸方向に貫通する複数のボルトによって締
め付ける板状リング間締結法と、分割電機子鉄心要素を
中心軸方向に貫通する複数のボルトによって締め付ける
軸受箱間締結法とが存在する。分割電機子鉄心要素の正
規位置配置では隣接分割電機子鉄心要素間の最短距離に
なる分割電機子鉄心要素脚部の半径方向最内面の周縁間
でその磁気的空隙が必要値以上に保持される必要があ
り、積層分割電機子鉄心要素の表面の一枚を非磁性導電
性材料にして磁束遮蔽を行うことが可能である。

外枠手段に締まり嵌めされた巻き枠状構造体の中空中央
部材の中で中心軸方向に貫通して同心で回転可能に装着
される回転子には、中心軸方向中央部円筒状体の端面に
接して同軸に延びる２以上の整数個の突磁極を備える突
磁極領域が形成される。この突磁極領域は、分割電機子
鉄心要素脚部の中心軸方向最外端から、少なくとも巻き
枠状構造体中央部材の当該分割電機子鉄心要素脚部に近
い冷却口における中心軸方向最内側端面に至るまでの範
囲に及んでいる。突磁極は磁性材円筒表面に切欠き状凹
みを突磁極の必要数だけ設けて構成する。（磁極間に凹
みがあるので、全周で磁極と凹みの数は同一になる。）
回転時にはこの凹みが中心軸方向に空気を誘引して遠心
作用で冷却口に送風し、そこを通って固定子に冷却風を
送る働きをなす。

外枠手段に結合されるエンドブラケットおよび軸受箱を
使用することにより、ダイナモ電気機械は一体のまま運
搬可能となり、取扱いが容易となる。絶縁した軸受装置
の側に更に外側に突出する回転子軸端を設けて歯車状円
板を取付け、その歯数をカウントしてデコードするデコ
ーダ手段を静止側に取付けることにより、回転子の同期
投入を容易にするための検出装置を備えることができ
る。

〔実施例〕さて第１図を参照すると本発明の原理により
構成された横形磁極を有する誘導子型ダイナモ電気機械
の第１の実施例が示されている。全体的には符号２で示
されるダイナモ電気機械は、回転可能なコイル無し回転
子40を取囲む静止の固定子組立品４を含む。この単純化
した実施例においては、ダイナモ電気機械は、固定子支
持の内部状態を強調するために周囲を取囲む外枠手段、
即ちハウジングを省いて図示してある。

回転子40は長手中心軸６沿いに同軸に延びる。回転子は
できれば鋼塊形の１体構造のものであって欲しく、回転
子軸46の各端部で軸受７で支えられて欲しい。この単純
化した実施例においては、軸受７は軸受台８の上に装着
され、軸受台８は次いでベース９に支持される。回転子
40は円筒状体、即ち中央円筒形状部41を有し、回転子鉄
心の両端部には円周方向に間隔を隔てて設けられた長手
中心軸方向に延びる切欠き、即ち表面の凹み42を備え
る。この凹み42は横軸磁極の回転子鉄心の各端部に当業
界では良く知られている方法によって設けられ望みの数
の突磁極44を形成する。回転子はどの様な利用可能な磁
性材料、例えば炭素鋼からでも構成可能である。

固定子組立品４はベース９上に静止するように固定され
る支持用の巻き枠状構造体10を内部に備え、必要なとき
には腕木11あるいはその他の適切な手段でしっかりと固
定する。巻き枠状構造体10は長手中心軸６に同心に延び
て回転子40を受容するための内側中央貫通路を構成す
る、一般には円筒形の固定子中央部材12を有している。
界磁（即ち、直流励磁）巻線22は固定子中央部材12の外
面に支えられてこの外面廻りに巻線される。

巻き枠状構造体10はまた、固定子中央部材12の両端部か
ら外半径方向に延びた１対の巻き枠状構造体端部14を備
える。以下により詳しく全体について延びるけれども、
巻き枠状構造体端部14は複数個が外周方向に分布するＣ
型形状の（あるいはＵ型形状またはアーチ型形状とも云
うべき）分割電機子鉄心要素26を的確配置して装着する
役割を担う。各分割電機子鉄心要素26は、できれば個別
に電機子コイル24を備えていて欲しく、電機子コイル24
は分割電機子鉄心要素の長手中心軸方向に延びる基部に
支持される形で基部廻りに巻線されて欲しい。分割電機
子鉄心要素26は磁性材料で作られ、一方巻き枠状構造体
10は例えばアルミまたはフェノールのような非磁性材料
から構成される。

ダイナモ電気機械の運転方法は、種々な同期機特有のも
のと同一である。界磁巻線22に電流が供給され回転子40
が外的手段によって回転させられると、電機子巻線24の
中には発電機として電圧が誘起されることになる。同様
に、多相交流の同期機におけるが如く、電機子巻線に給
電して、分割電機子鉄心要素26の半径方向最内端面と回
転子突磁極44の表面との間の空隙60に回転磁界を誘起さ
せればダイナモ電気機械の回転子40が回転磁界に追随し
て電動機として回転する。

第２図は本発明独特の巻き枠状構造体10を取り込んだ誘
導子型ダイナモ電気機械の他の一実施例を示す。この図
の中でも他の全ての図面と同様に、同様な要素には同一
の番号を付し同様な機能を有するものとして他と区別す
る。この特別な実施例では、回転子40は１対の軸受48で
回転可能に支持されている。次いで軸受はエンドブラケ
ット51の中の軸受箱50で支持される。エンドブラケット
51はよく知られた方法で外枠52に取付けられ、外枠52は
固定子組立品を取囲む。固定子組立品は外枠52の中に巻
き枠状構造体10によって支えられ、できれば半径方向に
対しては巻き枠状構造体端部14に取付けられて端部14よ
りも外半径方向に突き出て円周方向には等間隔配置の３
本の巻き枠状構造体端部突き出し（第８図88参照）、即
ち輪止め53によって、中心軸方向に対しては外枠52に取
付けられたブロック状のスペーサ55によってそれぞれ外
枠52の中央部に位置決めされ配置されて欲しい。好適な
構成では、固定子組立品は常時組立、解体、修理態勢に
あるように外枠52の中に締まりばめされる。

第２図の実施例はまた、分割電機子鉄心要素26の内半径
方向突出部、即ち脚部の中心軸方向最外端面に沿うよう
にして円周方向に配置した環状リング57を備える。環状
リング57はボルト59または類似品を用いた固定手段とし
て分割電機子鉄心要素26締付けのために事前に決められ
た場所の処で巻き枠状構造体端部14に結合され得る。ま
た他の適切な固定手段がこの目的に使用されるかも知れ
ない。

また、第２図に示すように、回転子40の凹み42は、でき
れば長手中心軸方向の巻き枠状構造体端部14を越える内
側の方にまで延びていて欲しい。以下により詳しく全体
について述べるけれども、巻き枠状構造体10の固定子中
央部材12は、固定子中央部材12の端部付近に半径方向に
貫通する冷却口を備えると好都合になり得る。延長され
た凹み42を有する回転子40は、固定子中央部12中の冷却
口を通過させる冷却流体に遠心作用を及ぼす羽根車とし
て作動する。これによって特に高速機で重要なダイナモ
電気機械の冷却の改善がなされることになる。

第３図は本発明の１つの典型的な実施例に対する等角画
法破断断面略図で、部品の相互関係の理解に特に有用で
ある。図示のように界磁巻線22と分割電機子鉄心要素26
とを支持する巻き枠状構造体10は、中空円筒、即ち固定
子中央部材12を備え、円板状の巻き枠状構造体端部14を
有する。巻き枠状構造体端部14は巻き枠状構造体端部外
周面から底の肩部32に至るまで内半径方向に延びる複数
の外周面スロット16を備える。大入れ、即ち溝16′が外
周面スロット16の底の肩部32から各巻き枠状構造体端部
14の長手中心軸方向の最外面に沿って内半径方向に延び
ている。溝16′と半径方向に整列する外周面スロット16
は分割電機子鉄心要素26の装着、方向付けおよび的確配
置に役立つ。

電機子コイル24はそれぞれＣ型形状の分割電機子鉄心要
素26の基部上に配置され、リード線28を用いて電気接続
されて電機子巻線24を構成する。図解を明確にするため
第３図には１本だけ分割電機子鉄心要素を示してある。
実際には複数の、即ち18本のこのような分割電機子鉄心
要素が巻き枠状構造体10の巻き枠状構造体端部中の等角
度配置の溝16′の中に装着される。組立作業では、複数
の分割電機子鉄心要素26が巻き枠状構造体端部の外周面
スロット16の中に挿入され、分割電機子鉄心要素26の基
部の中の電機子巻線不在部30が外周面スロット16の底の
肩部32の上に乗せられる。分割電機子鉄心要素の内半径
方向突出部、即ち脚部34は外周面スロットの内半径方向
延長部、即ち溝16′の中に滑り込み、全分割電機子鉄心
要素が装着されると、分割電機子鉄心要素の半径方向最
内端面36はほぼ円形軌跡を形成する。この円形軌跡は、
固定子中央部材12の中に同軸に配される回転子40と同心
になる。

第３図の実施例では、外枠52の一部として示される１組
の隔壁18が、Ｃ型形状の分割電機子鉄心要素26の長手中
心軸方向最外縁受容用溝19を規定する。この溝19は組合
せ構成によって整合調整がなされる。外枠内の隔壁18お
よび外枠52の関連端部要素が締付手段を備えて装着状態
でのＣ型形状分割電機子鉄心要素を巻き枠状構造体端部
14に対する半径方向、長手中心軸方向および円周方向の
適正位置に固定する。このような締付けは電機子鉄心の
振動や騒音を減らすのに役立つ。

巻き枠状構造体10は１体物あるいは良く知られた方法に
よる個別部品固定の一体構造物として製作されるであろ
う。一般には円筒状の固定子中央部材12は、できれば円
周方向隔離配置の一連の弓形湾曲形状冷却口20を各端部
に備えて欲しい。冷却口20は固定子中央部材12の壁を半
径方向に貫通して延び、固定子中央部材12の中空の内側
空間と界磁巻線22および電機子巻線24用に確保されてい
る空間との間の通風を可能にする。冷却口20の数、位
置、サイズ、形状は第３図に図解したものから変化する
かも知れない。冷却口20を含む冷却機構は、第４図との
関連において以下により詳しく全体的に述べることにす
る。

回転子鉄心40は磁性材の単一円柱体で構成され、回転子
鉄心両端部には切欠き、即ち凹み42を備えて該凹みの複
数の突磁極を立ち上げさせている。分割電機子鉄心要素
の半径方向最内端面36の下にある回転子突磁極44で鎖交
磁束の交番変化あるいは脈動の働きによって誘起される
渦電流の大きさは、本願の選択肢の一つであるローレッ
ト切りとして知られる機械加工工程を経ることによって
減少させられるであろう。この工程でローレット工具を
使用することにより前には平坦であった回転子突磁極44
の表面は多数の小突起領域44′へと変えられる。この領
域は回転子突磁極44の外表面を流れる渦電流の両を制限
し、それによって回転子表面に発生するI²Ｒ損失を低下
させる。渦電流の大きさは表皮効果とも関連し、両方の
メカニズムはその脈動磁束の周波数の増大につれてより
強力になることは周知の通りである。

回転子突磁極のローレット切りは更に冷却助勢の方法を
備えることにもなる。即ち、ローレット切りは突磁極の
表面積の増大をもたらし、それ故冷却がより容易になり
得る。

第３図の下部に示す如く、回転子鉄心40は回転子鉄心40
それぞれの端面から発して長手中心軸方向に延びる全体
構成上必須の同軸回転子軸46を有する。回転子軸46の各
端部付近には回転子装着手段用の１組の軸受48が配置さ
れ、軸受箱50に装着されると固定子中央部材12の規定す
る中空の内側中央貫通路の中に回転子鉄心40を回転可能
に支持する。回転子鉄心40の凹み42は、仮想冷却口20′
で回転子鉄心との関係を概略図解する如く、冷却口20と
の重なりを保証するために長手中心軸方向内側に充分に
延ばしてある。

多くの適用ケースにおいて糸巻き端構造を有する接触部
を備えるダイナモ電気機械外枠52が採用される。この様
な場合、部片状の外枠内の隔壁18がダイナモ電気機械外
枠52の必須部分として形成され得る。このような配置は
恐らく回転子装着手段としての軸受箱50を外枠52の両端
部材の外側面で支えるようにして通しボルトで支持構造
体端部14に固定すること、あるいは、代替方法として通
しボルトを該外枠52の両端部材を貫通して軸受箱の反対
側の面に達するまで延ばして固定することを可能ならし
めるであろう。半径方向整列部品を一緒にして締め付け
ることによってＣ型形状の分割電機子鉄心要素を半径方
向には中心から等位置に、円周方向には間隔を開けた位
置に固定できると同時に、Ｃ型形状の分割電機子鉄心要
素の振動騒音低減が可能になる。最後に、回転子位置検
出手段54、例えば回転子位置エンコーディング手段とし
ての光学エンコーダディスクを回転子軸46の延長部上、
あるいは軸受48のすぐ内側の処に配することによってダ
イナモ電気機械の同期運転を容易ならしめるためのフィ
ードバック信号を当業者熟知の方法で提供することが可
能であろう。

第４図は隣接する分割電機子鉄心要素間で断面した、第
３図の実施例を単純化した部分断面図である。冷却流体
56の流路を、軸受箱50と外枠52との間に冷却流体が入る
ような形で明瞭に図解している。冷却流体の流入点は図
示のものとは変わるかも知れない。例えば貫流流体誘引
用の穴明けは軸受箱50の中に備えられ得るかも知れな
い。

冷却流体56は、最初に誘引された後は凹み42を通って長
手中心軸内側方向に移動し、回転する回転子鉄心によっ
て遠心作用を受けて冷却口20に達し、冷却口20を通って
界磁巻線22および電機子巻線24の付近に至る。界磁巻線
22はできれば固定子中央部材12の外面廻りに同心に巻か
れて欲しく、その上、界磁コイルの中および周囲に中心
軸方向の流体流路58を確保するように配置して欲しい。
この断面図の中には、回転子突磁極44の外周面と一般に
は一円周上にあるＣ型形状分割電機子鉄心要素の半径方
向最内端面36との間にできる空隙60もまた明瞭に示され
ている。この空隙の半径方向の長さはダイナモ電気機械
の大きさにもよるが典型的には20-50ミルのオーダであ
る。本発明の固定子組立品は、ダイナモ電気機械運転中
の厳しい裕度範囲内にこの間隙を維持するのに役立って
いる。

本実施例においてはＣ型形状の分割電機子鉄心要素は、
多くの近代的変圧器応用分野で使用する従来型の“C"型
鉄心に類似している。分割電機子鉄心要素は個々に積層
したもの、巻き鉄心構造のもの、鉄粉（焼結）構成のも
の、その他によって構成されるかも知れない。各分割電
機子鉄心要素26の外面積層板は、付加的な鉄心間磁束遮
蔽として分割電機子鉄心要素の半径方向最内端面付近で
は特に、銅あるいはその他の類似材料によって作成され
るであろう。代替案としては、鉄心とは別の薄い銅板あ
るいはその他の適切材料の薄板、または等価な構成をこ
のような鉄心間磁束遮蔽に使用することもあり得る。

第５図は第３図に示す要素部品の集合体を示す等角画法
による破断面略図である。分割電機子鉄心要素26の円周
分布がこの図の中に明瞭に示されている。

第６図は本発明の磁気部品のみを示す端面図である。図
示されているように、Ｃ型形状の分割電機子鉄心要素26
は、巻き枠状構造体によって支持されて半径方向に配置
され、できれば円周方向には等角度間隔で配置されて欲
しい。分割電機子鉄心要素が座る半径方向深さは、それ
ぞれの分割電機子鉄心要素を装着するための外周面スロ
ット16の底の肩部32によって決められる。回転子鉄心40
はＣ型形状分割電機子鉄心要素26のアレイ状配列の中心
部に入れられ、望みの値の回転子−電機子間の空隙60を
生むように同心に配置される。以下鉄心要素間間隙62と
称するもう一つの間隙は特別に構成した分割電機子鉄心
要素装着構造からの影響を諸に受ける。この鉄心要素間
間隙62は隣接する分割電機子鉄心要素間の磁束漏洩を最
小化し、同時に分割電機子鉄心要素間に冷却流体の流路
を形成する余地を与える。

第７図は更に、本発明の原理に従って構成された誘導子
型ダイナモ電気機械の変形例を示している。この実施例
では、回転子の軸受48が外枠52の端壁、即ちエンドブラ
ケットの中に直接装着されている。波形ワッシャ70は軸
受に予荷重を掛けていて熱膨脹に耐える。回転装着手段
としての絶縁軸受箱72は回転子の一端を外枠突起73から
隔離する。この場合外枠突起73の中には回転機位置検出
手段としてのエンコーダが配置され、このエンコーダは
回転子軸46の先端に取り付けられるギア74を備え、腕木
78または類似品を使って外枠52の端壁、即ちエンドブラ
ケットに装着する磁気ピックアップ76と一緒になって動
作する。外枠突起73はまた、ダイナモ電気機械の電気部
品への電力供給用コネクタ80を支持する。

引続き第７図を参照すると、バンド82が分割電機鉄心要
素26の脚部34の半径方向最外端面廻りに円周方向に巻き
付けられている。巻き付けバンド82は、巻き枠状構造体
上に恒久的に配置され、あるいは、もし例えば真空圧充
満法のような他の恒久固着方法が使用される場合には一
時的に配置されて、分割電機子鉄心要素を固定するのに
採用され得る。

第７図の実施例においては、巻き枠状構造体端部、即ち
エンドプレート14′の半径方向最内端面が効率改善のた
めに番号84で示すように面取りされている。第８図の端
面図によって最も良く解かるように、巻き枠状構造体端
部、即ちエンドプレート14′の各々は、外枠構成、即ち
一般には円筒状のハウジング90の中で固定子組立品の芯
合せをするために、円周方向等間隔配置の３本の外半径
方向の突き出し、即ち輪止め88を有している。図示の６
極構成では、輪止め88は電気的には360°に等しい２極
分の間隔だけお互いに離れている。この配置は巻き枠状
構造体端部、即ちエンドプレート14′を固定子中央部材
と同一の導電性材料で製作することを許容する。

固定子組立品はできれば円筒状ケースとしてのハウジン
グ90の中に締まりばめされて欲しい。締まりばめは、熱
膨脹させるためにハウジングを加熱し、固定子組立品を
挿入してからハウジングを冷却させてシュリンクバック
させ、固定子組立品廻りを締まりばめ状態にさせること
によって完成させ得る。このような構成は、何時でもダ
イナモ電気機械の組立解体準備が完了している状態をも
たらすと同時に、その構成部品への接近を容易にする。

ここに示す実施例においては、各突磁極44は１全磁極ピ
ッチに亘る円弧長を有して望みのトルク特性の展開をも
たらしている。最適には、回転子突磁極の円弧長は単一
の磁極ピッチ以下でなければならないが、分割電機子鉄
心要素の１ピッチよりは大きくなければならない。回転
子突磁極とそれに関連する突磁極間凹みとは必要な場合
には回転子鉄心の全長に亘っても差支えない。ここに示
す全ての実施例は３相６極構成を図解する。当業者なら
本発明は相数が何相であろうと、あるいは極数が如何な
る偶数極であろうと、各回転子鉄心端部が極数の半分の
数の突磁極を有し、両端の突磁極がミラー配置になって
いる限り構成可能であることを認識することであろう。
妥当な周波数において高速運転を可能にするためには小
さな極数を使用する方が望ましい。

以上の議論から、本発明は効率的な高速運転を許容する
誘導子型回転ダイナモ電気機械構成のための独特な内部
支持形状の固定子組立品を提供することが明らかであろ
う。ここに教訓を垂れたものを総合してみれば、本発明
の種々な要素部品が最初にここに提示した目的の全てを
達成していることが判かる。種々な実施例を記述し表示
したけれども、当業者なら種々な修正、追加、入れ替え
等を本発明の精神や特許請求の範囲を逸脱することなく
行い得ることは明白であろう。

〔発明の効果〕

中空の中央部材と円板状端部を有する巻き枠状構造体に
よって界磁巻線と円周上に分布配置されたコの字形（Ｃ
型形状）分割電機子鉄心要素を支持して外枠に締まり嵌
めし、エンドブラケットおよび軸受箱を使用することに
よって、効用、融通性を備え改善された効率、構造的完
全性、信頼性、修理可能性、コスト効果性を備える組立
容易で固定部の的確配置が可能な誘導子型ダイナモ電気
機械の提供が可能になった。巻き枠状構造体中央部材を
非磁性の導電性材料とし、分割電機子鉄心要素の外面一
層を非磁性の導電性材料にすることにより磁束遮蔽を効
果的に行なった誘導子型ダイナモ電気機械を提供するこ
とが可能になった。また巻き枠状構造体中央部材両端部
に冷却口を設け、これに連繋する位置にまで及ぶ切欠き
状凹みを回転子突磁極領域に設けることによって回転の
方向性を持たない冷却効率のよい冷却構造を提供するこ
とが可能になり、高出力密度高速運転が可能で回転部シ
ールの必要のない流体冷却巻線構成を可能にした。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の原理に従って構成された固定子組立品
を備える誘導子型ダイナモ電気機械の一実施例の側断面
図である。第２図は本発明の原理に従って構成された誘
導子型ダイナモ電気機械の他の実施例の側面の部分破断
断面図である。第３図は本発明の他の実施例に対する等
角画法破断断面図である。第４図は本発明の通風特質の
理解に役立つ断面を示す冷却流体の流れ線図である。第
５図は組立状態の第３図のダイナモ電気機械を示す等角
画法による破断断面図である。第６図は本発明の原理に
従って構成された機械の磁気部品の端面断面図である。
第７図は本発明のさらに別の実施例側断面図である。第
８図は第７図の実施例の中に使用された固定子支持構造
体端部の端面断面図である。 ２……ダイナモ電気機械、４……固定子組立品、６……
長手方向中心軸、７……軸受、８軸受台、10……巻き枠
状構造体、12……固定子中央部材、14……巻き枠状構造
体端部、16′……溝、20……冷却口、22……界磁巻線、
24……電機子コイル（電機子巻線）、26……分割電機子
鉄心要素、30……分割電機子鉄心要素基部、32……肩
部、34……分割電機子鉄心要素脚部、36……分割電機子
鉄心要素の半径方向最内端面、40……回転子鉄心、42…
…凹み、44……突磁極、46……回転子軸、48……軸受、
50……軸受箱、52……外枠、53……輪止め、54……回転
子位置検出手段、57……環状リング、59……ボルト、62
……鉄心要素間間隙、72……絶縁軸受箱、74……ギア、
76……磁気ピックアップ、82……バンド、88……輪止
め、90……ハウジング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード シー．ハートゥング アメリカ合衆国、ニュー ヨーク州 12065、クリフトン パーク、ギンナム アベニュー 100 (56)参考文献 特開 平２−79756（ＪＰ，Ａ) 米国特許3912958（ＵＳ，Ａ)

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長手中心軸に平行に長く延び該中心軸廻り
   に壁構成を有して回転子の挿入受容用の中心軸方向貫通
   路を形成する中空の中央部材、該中央部材の両端それぞ
   れから該中心軸基準の外半径方向に延びて中心軸方向に
   間を隔てて配置される端部、および該端部各々の上にそ
   れぞれにある角度を隔てて複数の分割電機子鉄心要素を
   配置する配列手段を保有する非磁性の巻き枠状構造体
   と、 該巻き枠状構造体の中央部材の廻りに巻線されて直流電
   源に接続される界磁巻線と、 前記巻き枠状構造体端部に支えられ、一つ一つが前記巻
   き枠状構造体端部上に前記配列手段によって中心軸方向
   にも半径方向にも円周方向にも的確に配置固定されて円
   周方向には分布配置され、中心軸方向には延びている一
   般的にはＣ型形状の複数の分割電機子鉄心要素と、 を備える固定子組立品と、各回転子鉄心端から中心軸方
   向に延びる円周方向に隔離された少なくとも２個の凹み
   を備える回転子とを包含する誘導子型ダイナモ電気機械
   の固定子組立品。
2. 【請求項２】請求項１において、前記複数の分割電機子
   鉄心要素を配置する配列手段は前記巻き枠状構造体端部
   各々の中心軸方向最外面上にそれぞれに角度的間隔を隔
   てて配置され、前記分割電機子鉄心要素の各々は前記巻
   き枠状構造体端部の上に配置されて一般には中心軸方向
   に整列している１対の分割電機子鉄心要素配列手段によ
   って固定されてなる誘導子型ダイナモ電気機械の固定子
   組立品。
3. 【請求項３】請求項２において、前記複数の分割電機子
   鉄心要素は前記長手中心軸方向には直線的に延び円周方
   向には分布するように放射状に配列され、該分割電機子
   鉄心要素の各々は一般には該中心軸に平行に延びる基部
   と該基部両端から一般には内半径方向に延びる突出部と
   を備えてなり、前記複数の分割電機子要素配列手段は前
   記巻き枠状構造体端部各々の中心軸方向最外面それぞれ
   の中に溝を備え、該溝の各々に関係する前記巻き状枠構
   造体端部にある肩部の上に前記分割電機子鉄心要素の基
   部を乗せるときに該肩部から内半径方向に延びる該溝の
   各々が前記分割電機子鉄心要素の各突出部を受容して位
   置決めするように配置されてなる誘導子型ダイナモ電気
   機械の固定子組立品。
4. 【請求項４】請求項３において、前記巻き枠状構造体端
   部個々に設けられた前記溝が隣接する分割電機子鉄心要
   素突出部の半径方向内側端面周縁間の間隙を所要の値に
   維持するような角度的間隔を隔てて配置されてなる誘導
   子型ダイナモ電気機械の固定子組立品。
5. 【請求項５】請求項４において、前記溝に繋がる前記巻
   き枠状構造体端部にある肩部が前記分割電機子鉄心要素
   突出部の半径方向最内端面を前記中心軸から等距離に維
   持するように配置されてなる誘導型ダイナモ電気機械の
   固定子組立品。
6. 【請求項６】前記巻き枠状構造体端部に前記複数の分割
   電機子鉄心要素を的確な配置に固定する固定手段を更に
   備えてなる請求項５に記載した誘導子型ダイナモ電気機
   械の固定子組立品。
7. 【請求項７】請求項６において、前記固定手段が前記分
   割電機子鉄心要素突出部を隣接する前記巻き枠状構造体
   端部に締め付ける手段を備えてなる誘導子型ダイナモ電
   気機械の固定子組立品。
8. 【請求項８】請求項６において、前記固定手段が前記複
   数分割電機子鉄心要素の円周方向バンディング手段を備
   えてなる誘導子型ダイナモ電気機械の固定子組立品。
9. 【請求項９】請求項５において、前記巻き枠状構造体端
   部の各々が前記固定子組立品を外枠構成内に的確に配置
   するための前記巻き枠状構造体端部にある肩部を越えて
   更に外部へ延びる半径方向配置の輪止め手段を更に備え
   てなる誘導子型ダイナモ電気機械の固定子組立品。
10. 【請求項１０】請求項９において、前記巻き枠状構造体
    中央部材の壁構成が回転子内磁束の時間的変化の抑制作
    用をするように導電性材料で構成されてなる誘導子型ダ
    イナモ電気機械の固定子組立品。
11. 【請求項１１】前記隣接する分割電機子鉄心要素突出部
    間に更に磁束遮蔽を備えてなる請求項５に記載した誘導
    子型ダイナモ電気機械の固定子組立品。
12. 【請求項１２】請求項５において、前記巻き枠状構造体
    中央部材の壁構成が前記回転子受容用中心軸方向貫通路
    と前記巻き枠状構造体中央部材の外側空間とを繋ぐため
    に壁構成を貫通して延びる冷却口を包含してなる誘導子
    型ダイナモ電気機械の固定子組立品。
13. 【請求項１３】請求項12において、前記冷却口が中心軸
    方向には前記巻き枠状構造体中央部材の各端面との関係
    を有して各端面付近に、円周方向には隔離される形に配
    置された一組の複数穴の構成を備えてなる誘導子型ダイ
    ナモ電気機械の固定子組立品。
14. 【請求項１４】回転時に前記冷却口を通して冷却流体を
    外半径方向に遠心推進するための、少なくとも前記巻き
    枠状構造体中央部材の関連側端面との関係を有した前記
    冷却口の最も前記長手中心軸方向に内側に位置する端縁
    部で境を接する位置に至るまで各回転子鉄心端から該鉄
    心内を中心軸方向に延びる、少なくとも２個の円周方向
    隔離配置の凹みを有して前記回転子受容用の中心軸方向
    貫通路の中で同軸で回転可能に装着された回転子と組合
    わされた請求項13に記載した誘導子型ダイナモ電気機械
    の固定子組立品。
15. 【請求項１５】回転子の同期回転を容易にさせるための
    回転子位置フィードバック信号提供用の回転子位置エン
    コーディング手段を更に備えてなる請求項14に記載した
    回転子と組合わされた誘導子型ダイナモ電気機械の固定
    子組立品。
16. 【請求項１６】前記固定子組立品を囲収するための外枠
    手段と、前記回転子受容用の中心軸方向貫通路を通って
    同軸に貫通する回転子を回転可能に装着する該外枠手段
    連結の回転子装着手段とを更に備えてなる請求項15に記
    載した回転子と組合わされた誘導子型ダイナモ電気機械
    の固定子組立品。
17. 【請求項１７】請求項16において、前記固定子組立品は
    前記外枠手段の中に締まり嵌めされ、該外枠手段は該固
    定子組立品を取外す必要なしにまた該固定子組立品を分
    解する必要なしに該固定子組立品周辺から持ち去ること
    が可能に構成されてなる、回転子と組合わされた誘導型
    ダイナモ電気機械の固定子組立品。
18. 【請求項１８】複数の分割電機子鉄心要素を的確配置し
    て装着する手段および長手中心軸方向に隔離配置された
    複数の半径方向に貫通する冷却口を備える中心軸を囲ん
    で中心軸沿いに延びる中空・非磁性の支持体と、該支持
    体上に該中心軸方向隔離配置の冷却口間に配置された界
    磁巻線と、該支持体の上で円周方向に隔離配置されて長
    手中心軸方向に装着される一般にはＣ型形状の複数の分
    割電機子鉄心要素とを備える誘導子型ダイナモ電気機械
    の固定子組立品。
19. 【請求項１９】回転時に前記冷却口を通過して前記界磁
    巻線および前記分割電機子鉄心要素に接触する冷却流体
    を遠心推進する働きをするべく回転子鉄心各端から中心
    軸方向に延びて該冷却口に連絡する切欠きを備えて前記
    中空非磁性の支持体の中で回転可能に同軸に装着される
    回転子と組合わされた請求項18に記載した誘導子型ダイ
    ナモ電気機械の固定子組立品。
20. 【請求項２０】請求項19において、前記中空・非磁性の
    支持体は前記長手中心軸と同心の円筒状中央部材を備え
    る巻き枠状構造体で構成され、該円筒状中央部材の外表
    面は界磁巻線を支え、前記中心軸方向隔離配置の冷却口
    は該円筒状中央部材のそれぞれの端面付近に配置され、
    前記巻き枠状構造体は該円筒状中央部材端の各々の処に
    該円筒状中央部材の外表面から前記長手中心軸の外半径
    方向に延びる端板を備え、該端板は中心軸方向最外面の
    中で半径方向に延びて前記複数の分割電機子鉄心要素を
    ３直角方向に的確に配置するための溝を備えてなる、回
    転子と組合わされた誘導子型ダイナモ電気機械の固定子
    組立品。
21. 【請求項２１】請求項20において、前記巻き枠状構造体
    の前記円筒状中央部材が導電性材料で構成されてなる、
    回転子と組合わされた誘導子型ダイナモ電気機械の固定
    子組立品。
22. 【請求項２２】長手中心軸方向に延び長手中心軸廻りで
    円周方向に分布配置される静止状態の複数の一般にはＣ
    型形状の分割電機子鉄心要素と、該長手中心軸に同心の
    分割電機子鉄心要素の内側に配置される静止界磁巻線と
    を備えた誘導子型ダイナモ電気機械の固定子組立品にお
    いて、前記界磁巻線と前記分割電機子鉄心要素とを内側
    から支持して該鉄心要素を的確に配置する共通支持手段
    を備えてなる誘導子型ダイナモ電気機械の固定子組立
    品。
23. 【請求項２３】請求項22において、前記共通支持手段が
    前記分割電機子鉄心要素受容用に半径方向溝の付いた端
    板を備える非磁性巻き枠状構造体からなる誘導子型ダイ
    ナモ電気機械の固定子組立品。
24. 【請求項２４】長手中心軸に同心に貫通して延びる、一
    般に は円筒壁構成の中央部材と該中央部材端の各々から外半
    径方向へ延びる端部とを備えた中空の巻き枠を含有する
    非磁性の界磁巻線および電機子支持手段と、 前記中空巻き枠の中央部材廻りに巻かれる界磁巻線と、
    前記界磁巻線および電機子支持手段の廻りに円周方向に
    分布した複数のＣ型形状分割電機子鉄心要素と、該Ｃ型
    形状分割電機子鉄心要素上に分布配置された電機子巻線
    とを備える固定子と、 長く延びる円筒状体と該円筒状体端の各々に接して該円
    筒状体に同軸に延びる２以上の整数個の突磁極とを備え
    て前記中空巻き枠の中に同心配置される一体構成の磁性
    材回転子と、 前記中空巻き枠の中に前記回転子を回転可能に装着する
    軸受手段と、 を備え、前記中空巻き枠中央部材は該中央部材の各端面
    付近に配置されて前記中央部材円筒壁を中心軸半径方向
    に貫通する少なくとも１個の冷却口を備え、前記中空巻
    き枠端部の各々は中心軸方向最外面の中で半径方向に延
    びて個々のＣ型形状分割電機子鉄心要素の両脚部をそれ
    ぞれに受容して該電機子鉄心要素を前記中空巻き枠回り
    で円周方向に分布配置させるのに適した溝と該複数の分
    割電機子鉄心要素を分布配置のまま保持して固定する手
    段とを備え、該円周方向分布のＣ型形状分割電機子鉄心
    要素は半径方向最内面が隣接電機子鉄心要素の端縁間お
    よび長手中心軸との間で必要な間隙を有するように維持
    され、前記突磁極は該磁極間に設けられる凹みによって
    規定されるが該凹みが前記界磁巻線およびＣ型形状分割
    電機子鉄心要素の冷却目的の冷却流体を回転時には凹み
    沿いに誘導、遠心推進して前記冷却口を通すような連係
    動作の採れるところまで充分に延びてなる誘導子型ダイ
    ナモ電気機械。
25. 【請求項２５】請求項24において、前記中空巻き枠中央
    部材は中心磁束遮蔽として作用するように導電性材料で
    構成され、さらに半径方向最内面付近の隣接Ｃ型形状分
    割電機子鉄心要素間に配置される分割電機子鉄心要素間
    磁束遮蔽を備えてなる誘導子型ダイナモ電気機械。