JP2004229390A

JP2004229390A - 回転電機及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004229390A
Application number: JP2003013352A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Komura; 昭義小村; Shintaro Oku; 慎太郎奥; Kazumasa Ide; 一正井出
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2003-01-22
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】本発明は、固定子を効率良く冷却し得る回転電機を提供することにある。
【解決手段】本発明は、磁性薄鋼板を積層して形成した固定子鉄心４と、この固定子鉄心４に設けた複数のスロット９に巻装された固定子巻線５と、冷却気流を発生させる冷却ファン１５とを備えた回転電機において、前記冷却ファン１５による冷却気流を流通させる冷却用通気路１２，１８，１９を前記スロット９の底部近傍に設けたのである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電動機や発電機等の回転電機に係り、特に冷却性能を向上させた回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転電機、特に固定子を冷却する方法として、固定子鉄心の外周とケーシングとの間に形成した冷却用通気路に冷却風を流通させて行なうことが知られている。
【０００３】
一方、特許文献１に開示のように、巻線を収納するスロット底部にサブスロットを並設し、このサブスロットに冷却風を流通させることも行なわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記前者の方法で、固定子鉄心の内周側に発生する熱や固定子巻線に発生する熱を固定子鉄心の外周側から冷却するには、前記冷却用通気路に流通させる冷却風量を増加させて冷却性能を向上させる必要がある。しかし、冷却風量を増加させるために費やした動力は損失となるために、回転電機の効率を低下させることになる。
【０００５】
また上記後者の方法は、回転電機の回転子を冷却するものであり、前記サブスロットは、スロット内に積層した回転子巻線を半径方向に貫通する径方向ダクトに冷却風を供給するためのものである。しかも、冷却風は、回転時における径方向ダクトの内外径の圧力差を利用して流通させる構成のために、この技術を固定子に適用したとしても静止している固定子には内外径の圧力差が生じず、固定子の冷却を行なうことができない。また、径方向ダクトを設けずにサブスロットのみ設けた場合、又はサブスロットを設けずに径方向ダクトのみ設けた場合には、圧力差を利用した冷却風が流れず、回転子の冷却を行なうことができないので、この技術も固定子の冷却に適用することはできない。
【０００６】
本発明の目的は、固定子を効率良く冷却し得る回転電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、磁性薄鋼板を積層して形成した固定子鉄心と、この固定子鉄心に設けた複数のスロットに巻装された固定子巻線と、冷却気流を発生させる冷却ファンとを備えた回転電機において、前記冷却ファンによる冷却気流を流通させる冷却用通気路を前記スロットの底部近傍に設けたのである。
【０００８】
上記構成としたことで、運転時に固定子巻線及び固定子鉄心に発生する熱を、固定子鉄心の半径方向の中間部に設けた冷却用通気路内を冷却ファンによって強制的に流通させた冷却気流で効率良く冷却することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明による回転電機の第１の実施の形態を図１〜図２に基づいて説明する。ここに示す回転電機は、電力を供給することにより回転力を得て負荷を駆動する電動機１である。電動機１は、一般に、ケーシング２内に支持された固定子３と、この固定子３に周方向の空隙を介して配置され中心に回転軸６を有する回転子７とを備えている。
【００１０】
前記固定子３は、磁性薄鋼板を多数積層して形成した固定子鉄心４と、この固定子鉄心４に巻掛けた固定子巻線５を備えている。
【００１１】
一方、前記回転子７は、図示は省略するが、回転子鉄心とそれに巻掛けた回転子巻線を備えており、かつ前記回転軸６を前記ケーシング２に対して軸受８Ａ，８Ｂを介して回転自在に支持させることにより、前記固定子３に対して前記回転子７が周方向の空隙を介して対向配置されることになる。
【００１２】
前記固定子３の固定子鉄心４は、内径側から外径側に向かって放射状に設けた複数のスロット９を有し、これら隣接スロット９間の歯部１０に絶縁シート１１を介して固定子巻線５を集中巻きして装着している。
【００１３】
前記スロット９は、固定子鉄心４を積層方向、云い代えれば前記回転軸６と同方向に貫通して形成されており、その底部に連通して冷却用通気路１２が固定子鉄心４の積層方向に貫通して形成されている。
【００１４】
この冷却用通気路１２は、図２に示すように、スロット９の底部幅よりも狭い幅に形成され、絶縁シート１１で包まれた固定子巻線５が冷却用通気路１２内に移動しないようにしている。
【００１５】
一方、前記ケーシング２の軸方向の一側には、給気口１３が開口し、他側には排気口１４が開口している。そして、排気口１４に対向する前記回転軸６上に冷却ファン１５が取付けられている。
【００１６】
上記構成において、電動機１の起動に伴い冷却ファン１５が回転すると、この冷却ファン１５の吸引作用によって外気が給気口１３から導入され、矢印で示すように、固定子３と回転子７間の周方向空隙を通って冷却ファン１５に至る第一の冷却流路と、前記冷却用通気路１２内を通って冷却ファン１５に至る第二の冷却流路を通過して排気口１４から排出される。ただ、前記第一の冷却流路は固定子３と回転子７間の周方向空隙が僅かであるので、ほとんどの冷却用の外気は、前記第二の冷却流路を形成する前記冷却用通気路１２内を通ることになる。
【００１７】
したがって、固定子巻線５に発生する熱は、スロット９底部の冷却用通気路１２内を通る外気により直接冷却され、また、固定子鉄心４に発生する熱も同様に冷却されるので、固定子巻線５に発生した熱を一旦固定子鉄心４に伝えてから冷却する従来技術に比べて、冷却効果を向上させることができる。
【００１８】
しかも、前記冷却用通気路１２は、固定子鉄心４の内径と外径のほぼ中間位置に設けられているので、固定子全体として外径側と内径側の温度分布をほぼ均一化することができる。
【００１９】
図３は、本発明による第２の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と異なる構成は、スロット９と冷却用通気路１２との間を絶縁材で形成された支持板１６で仕切った点にある。
【００２０】
即ち、固定子巻線５を絶縁シート１１に包んでスロット９内に装着しただけの場合、長期運転中に巻線の崩れや巻線の膨らみ等によって絶縁シート１１が冷却用通気路１２内に押し込まれる可能性がある。このように絶縁シート１１が冷却用通気路１２内に押し込まれた場合、冷却用通気路１２の断面積が減少して冷却用外気の通風量が減るので、固定子の冷却効率を低下させることになる。
【００２１】
このような問題を解消するために、支持機能を有する支持板１６でスロット９と冷却用通気路１２との間を仕切って巻線を支え、通風断面積の縮小を防止するのである。
【００２２】
本第２の実施の形態において、その他の構造は第１の実施の形態と同じであるので、同一部分に同一符号を付し、再度の説明は省略する。
【００２３】
本実施の形態においても第１の実施の形態と同じ効果を相することができる。
【００２４】
尚、第１の実施の形態における絶縁シート１１や第２の実施の形態における支持板１６の代わりに、巻線を支持する強度を有する絶縁ボビンを固定子鉄心４の歯部１０に装着し、これに固定子巻線を巻き付けるようにして冷却用通気路１２の断面積の減少を防止してもよい。いずれにせよ、崩れや膨らみが生じるような巻線を用いる場合には、強度を有する絶縁体によって、スロット９と冷却用通気路１２との間を仕切ることが望ましい。
【００２５】
図４は、本発明による回転電機の製造方法に係る第３の実施の形態を示すものである。
【００２６】
即ち、固定子巻線５の崩れや膨らみをなくし、あるいは固定子巻線５の絶縁を湿気や有害ガスから遮断して対地絶縁を確保するために、固定子巻線５に絶縁樹脂を含浸させることが行なわれている。しかし、図２や図３に示す状態で固定子巻線５に絶縁樹脂を含浸させた場合、当然冷却用通気路１２内にも絶縁樹脂が浸入し、通風断面積を減少させてしまう。
【００２７】
そこで本実施の形態においては、固定子鉄心４の歯部１０に固定子巻線５を巻き付けた後、冷却用通気路１２を塞ぐ雇１７を施工し、この状態で絶縁樹脂を固定子巻線５に周知の方法で含浸させるのである。
【００２８】
本実施例における前記雇１７は、スロット９からの絶縁樹脂の浸入を防止するために、冷却用通気路１２内に全長に亘って挿入される大きさを有するものである。しかし、スロット９と冷却用通気路１２との間が絶縁樹脂の浸入が生じない程度に仕切られている場合には、冷却用通気路１２の両開口部のみを塞ぐ大きさの雇１７で十分である。
【００２９】
このように、冷却用通気路１２を塞ぐ雇１７を施工した後、固定子巻線５に絶縁樹脂を含浸させて硬化させ、その後、前記雇１７を撤去して冷却用通気路１２を開放する。これにより、冷却用通気路１２は絶縁樹脂の浸入による通風断面積の減少がなくなって固定子３の冷却効率の低下を防止できる。
【００３０】
図５は、本発明による第４の実施の形態を示すもので、第１〜第３の実施の形態と異なる構成は、スロット９とは連通されていない冷却用通気路１８及び１９を有する点である。
【００３１】
即ち、冷却用通気路１８は、スロット９の底部に接近させて形成したものであり、冷却用通気路１９は、隣接スロット９，９間に接近させて形成したものである。これら冷却用通気路１８，１９は、夫々同形状同士を組み合わせて形成しても単独で形成してもよい。
【００３２】
前記冷却用通気路１８，１９は、何れも固定子巻線５を直接冷却することはできないが、固定子３の内径と外径のほぼ中間部に形成されていることから、固定子３の内外径に大きな温度差を生じさせることなく、ほぼ均一に冷却できる点で有効である。
【００３３】
このように本発明による各実施の形態によれば、効率良く固定子３の冷却を行なうことができる。
【００３４】
ところで上記各実施の形態は、回転電機として電動機を説明したが、原動機によって駆動されて電力を発生させ、それを負荷に供給する発電機に対しても本発明は適用することができる。
【００３５】
さらに、上記各実施の形態は、集中巻きの固定子巻線５を説明したが、分布巻きの固定子巻線にも適用することができ、かつ対応する回転子の型式も特に限定されるものではない。ただ、分布巻きの固定子巻線とした場合、固定子鉄心の積層方向の両端から突出した巻線端が、スロット内の固定子巻線に比べてケーシング側に曲げられているので、スロット底部近傍に形成した冷却用通気路の開口部が前記巻線端で塞がれ、十分に冷却気流を通過させることができなくなる場合がある。そのような場合には、固定子巻線を集中巻きにすれは、固定子鉄心の積層方向の両端から突出した巻線端が短く、ケーシング側に曲げられることもないので、冷却用通気路の開口部が巻線端で塞がれることはない。したがって、固定子巻線を集中巻きにした固定子のスロット底部近傍に冷却ファンによる冷却気流を流通させる冷却用通気路を形成する構成が、最も固定子を効率良く冷却することができる。
【００３６】
加えて、上記実施の形態では、固定子鉄心４が歯部１０を含めて一体型であるが、固定子巻線５の巻き方によっては、歯部１０が分割型となっている形状やスロット９の位置で周方向に分割できる形状の固定子鉄心４としてもよい。
【００３７】
さらに、図１において、排気口１４に対向する回転軸６上に冷却ファン１５を設け、この冷却ファン１５の吸引作用によって冷却用通気路１２，１８，１９内に外気を流通させているが、給気口１３に対向する回転軸６上に冷却ファンを設け、この冷却ファンの押し込み作用によって冷却用通気路１２，１８，１９内に外気を流通させるようにしてもよい。この他、固定子鉄心４内の冷却流路は、回転軸方向に限らず、半径方向と軸方向の冷却流路を組み合わせてもよい。
【００３８】
また、冷却ファンは、回転軸６に固定されたファンに限らず、ケーシング２の外側に取付けられ電動機によって駆動されるファンであってもよい。
【００３９】
さらにまた、回転電機を密封型とし、内気循環用冷却ファンによって昇温した空気をケーシング２外に突出させた冷却パイプ等を通して冷却するようにしたものにも本発明は適用することができる。
【００４０】
尚、回転電機の種類によっては、前記冷却用通気路１２，１８，１９の内周に多数の凹凸を形成して放熱面積を増やすことも可能である。前記冷却用通気路１２，１８，１９内への凹凸の形成は、例えば、固定子鉄心４を構成する磁性薄鋼板を打抜きする際に、前記冷却用通気路１２，１８，１９の打抜き位置をスロット９に対し周方向に変位させ、積層時に磁性薄鋼板を表裏交互に積み重ねることにより得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、固定子を効率良く冷却し得る回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す縦断側面図。
【図２】図１の固定子のみを示す断面図。
【図３】本発明による回転電機の第２の実施の形態を示す図２相当図。
【図４】本発明による回転電機の第３の実施の形態を示す図２相当図。
【図５】本発明による回転電機の第４の実施の形態を示す図２相当図。
【符号の説明】
１…電動機、２…ケーシング、３…固定子、４…固定子鉄心、５…固定子巻線、６…回転軸、７…回転子、９…スロット、１０…歯部、１２，１８，１９…冷却用通気路、１５…冷却ファン。

Claims

磁性薄鋼板を積層して形成した固定子鉄心と、この固定子鉄心に設けた複数のスロットに巻装された固定子巻線と、冷却気流を発生させる冷却ファンとを備えた回転電機において、前記冷却ファンによる冷却気流を流通させる冷却用通気路を前記スロットの底部近傍にスロット長手方向に沿って設けたことを特徴とする回転電機。
前記冷却用通気路は、前記スロットの底部に連通されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記冷却用通気路は、前記スロットとは隔離されて形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
前記冷却用通気路と前記スロットとは、絶縁体によって仕切られていることを特徴とする請求項２記載の回転電機。
前記冷却用通気路の表面には放熱部が形成されていることを特徴とする請求項１，２，３または４記載の回転電機。
磁性薄鋼板を積層して形成した固定子鉄心と、この固定子鉄心に設けた複数のスロットに巻装された固定子巻線と、冷却気流を発生させる冷却ファンとを備えた回転電機において、前記固定子巻線を集中巻きとし、この集中巻きした固定子巻線を装着する前記スロットの低部近傍に、前記冷却ファンによる冷却気流を流通させる冷却用通気路をスロット長手方向に沿って設けたことを特徴とする回転電機。
磁性薄鋼板を積層して形成した固定子鉄心と、この固定子鉄心に設けた複数のスロットと、このスロットに巻装された固定子巻線と、冷却気流を発生させる冷却ファンと、この冷却ファンによる冷却気流を流通させ前記スロットの底部近傍にスロット長手方向に沿って設けられた冷却用通気路とを備えた回転電機を製造するに際し、前記冷却用通気路を塞ぐ雇を施工した後、前記固定子巻線に絶縁樹脂を含浸させ、その後、前記雇を撤去する工程を含むことを特徴とする回転電機の製造方法。