JP2004312898A - Rotor, stator, and rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機、発電機等の回転機において、冷却技術について改善を図った回転子、固定子および回転機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、埋込磁石式同期発電機等の回転機は、固定子とハウジングとの間の間隙と、固定子と回転子とによって形成される空隙(エアギャップ)とに冷却空気を通過させて固定子を冷却するように構成されている。この構成によれば、固定子に発生した熱が、固定子表面の熱伝達等によって冷却空気に奪われ、固定子が冷却されるようになっている。
【0003】
また、従来この種の冷却手段を備えた発電機、電動機等の回転機としては、回転子鉄心突出部のコイル内部に設けた中空スペーサ部材に冷却空気を通過させることにより、該鉄心とコイルの冷却効率を向上させたものが提供されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
また、固定子の周囲を仕切板で覆い、冷却対象部分に、より多くの冷却空気を通過させることにより、固定子の冷却効率を向上させたものが提供されている(例えば、特許文献2参照。)。
【0005】
また、回転軸に設けた油路から冷却油を供給し、回転子内の油路を通じることで回転子を冷却し、円周表面と表面近傍端面に設けた油留から冷却油を噴霧状に放出することで固定子を冷却するようにしたものが提供されている(例えば、特許文献3参照。)。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−211607号公報(第2−3頁、第4図)
【特許文献2】
特開2000−14084号公報(第2−4頁、第1図)
【特許文献3】
特開2001−16826号公報(第2−4頁、第1、2図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に記載の回転機は、中空スペーサを回転子コイルに設けたものであり、中空スペーサを冷却空気が通過することで回転子コイルおよび鉄心は冷却されるが、固定子を冷却する手段を備えていないため固定子が冷却されないという問題がある。
また、上記特許文献2に記載の回転機は、仕切板を設けることにより冷却空気を固定子に効率的に導いて固定子を冷却するものであり、また上記特許文献3に記載の回転機も回転子内部に冷却油を通過させて回転子と固定子表面を冷却させるものであり、いずれも固定子内部を冷却する手段を備えていないため、固定子内部の冷却ができないという問題がある。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、従来冷却が困難だった回転機の固定子内部を効率的に冷却可能とする回転子、固定子、回転機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提案している。
請求項1の発明は、回転子が、軸方向の端面から軸方向に延びる少なくとも1つの軸方向孔と、周面から前記軸方向孔に連通する少なくとも1つの径方向孔とを有することを特徴とする。
この発明に係る回転子によれば、軸方向孔から取込んだ冷却空気が、軸方向孔に連通する回転子の径方向孔を通じて開口部から回転子の周面側に供給され、この空気が固定子周面側に供給されることになる。したがって、固定子が効率的に冷却されることになる。
【0009】
請求項2の発明は、前記請求項1において、埋込磁石式の回転機の回転子であって、前記軸方向孔が永久磁石取付孔であることを特徴とする。
この発明に係る回転子によれば、永久磁石取付孔から取込んだ冷却空気が、永久磁石取付孔に連通する回転子の径方向孔を通じて、開口部から周面側に供給され、この空気が固定子周面側に供給されることになる。したがって、固定子が効率的に冷却されることになる。
【0010】
請求項3の発明は、請求項1または,請求項2に記載した回転子に対して、エアギャップを空けて配置される固定子であって、前記径方向孔の周面における開口部の近傍に、内周面に設けた取入口と外周面に設けられた放出口を連通する冷却ダクトを有することを特徴とする。
この発明に係る固定子によれば、回転子の周面における開口部から放出された冷却空気が、固定子の取入口から導入され冷却ダクトを経由して、放出口から放出されることになる。したがって、固定子内部を通過する空気によって、固定子が効率的に冷却されることになる。
【0011】
請求項4の発明は、回転機が、請求項1または請求項2に記載した回転子と、請求項3に記載した固定子とを備えることを特徴とする。
この発明に係る回転機によれば、回転子の軸方向孔から取込まれた冷却空気が、軸方向孔に連通する径方向孔を通じて開口部から周面側に供給され、その後、固定子の取入口から取込まれ、冷却ダクトを経由して放出口から放出されることによって、固定子内部が効率的に冷却される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。ここで説明する実施の形態は、この発明を埋込磁石同期発電機(以下、発電機という)に適用した場合の例である。
図1から図3は、本発明の第1の実施の形態を示す図であり、これらの図に示す発電機1は、回転子20、固定子40、ハウジング80とを備え、回転子20が軸受82によってハウジング80に回転自在に支承されており、回転子20を囲むように固定子40がハウジング80に設けられている。図1において、Oは回転軸22の中心軸線である。
【0013】
回転子20は、回転軸22を中心に、その周囲にロータコア24を配置して構成されている。ロータコア24は、図2、図3に示す第1のロータコア鋼板(以下、第1のコア鋼鈑という)24a、第2のロータコア鋼鈑(以下、第2のコア鋼鈑という)24bを積層して構成されたものである。
第1の鋼板24aは、円板状の板体に中央部に回転軸22を挿通するための回転軸孔25を形成し、さらにその周囲に永久磁石36を配置する永久磁石取付孔26(以下、軸方向孔という)を環状配置したものである。
第2の鋼板24bは、円板状の板体に中央部に回転軸22を挿通するための回転軸孔25を形成し、さらにその周囲に永久磁石36を配置する軸方向孔26を環状配置し、軸方向孔26を半径方向外方に径方向孔28により一体的に連通させて開口部30において開放するようにしたものである。
第1の鋼板24aと第2のコア鋼鈑24bは、図1の後述する固定子の空気取入口84に対向する位置に、第2のコア鋼鈑24bを配置し、その他の部分に第1の鋼板24aを配置して積層されたものである。
そして、図3に示すように、軸方向孔26には、軸方向に向けて永久磁石36が配置されている。
【0014】
固定子40は、スロット(図示せず)を有する環状の板体を複数枚積層し、各スロットに固定子巻線(図示せず)を巻回して構成されたものであり、回転子20の周囲に一定の間隔のエアギャップ38を保持して、ハウジング80の内側に固定されている。
また、固定子40は、回転子20が停止した状態で回転子20の開口部30に対向する位置の内周面6に冷却空気の取入口46を有しており、固定子40の外周面8には放出口48を有している。取入口46と放出口48との間は、冷却ダクト50とされている。
図1に示すように、ハウジング80は、軸受82、空気取入口84、空気排出口86、風ガイド88、送風ファン90を備えている。風ガイド88は、固定子40のコイルエンド44とハウジング80に仕切面ができるように設けられている。
【0015】
次に、上記の構成からなる本発明の発電機1の作用について説明する。
この発電機1において、駆動源によって回転軸22が駆動されると、回転子20が回転し、回転子20に設けられた永久磁石36の磁束によって固定子巻線に交流電圧が誘導され、固定子巻線から負荷側に電流が供給される。この場合、発電機1においては、固定子巻線に電流が流れ、固定子巻線に長時間にわたり電流が流れることによって、固定子巻線が発熱し、固定子40の温度が上昇するが、この発電機1においては固定子40が次のようにして冷却される。
すなわち、発電機1を冷却するために、送風ファン90によって冷却空気がハウジング80の空気取入口84からハウジング80内に取り入れる。
そして、ハウジング80内部に取入れられた冷却空気が、回転子20の両端面に設けられた軸方向孔26の取入口から取入れられ、ロータコア24内の径方向孔28から開口部30を通じて、外周面2側に放出される。開口部30から放出された冷却空気は、固定子40に設けられた空気取入口46から、固定子40内部に設けられた冷却ダクト50を通過して、冷却空気の放出口48から固定子40の外部に放出される。その後、ハウジング80の空気排出口86を通じてハウジング80の外部へ排出される。風ガイド88は、ハウジング80内に導入した冷却空気が、所定の冷却経路を経ずにハウジング80の外部に放出されるのを防止する。
【0016】
このようにして、固定子40の内部の冷却ダクト50を冷却空気が通過することによって、固定子40の内部の熱が奪われ、固定子40が冷却されることになる。
この場合、固定子40内には、その軸方向の一定間隔おきに冷却ダクト50が設けられているので、固定子40内の冷却が効率よく均等に行われ、固定子40全体が効率よく冷却されることになる。したがって、この発電機1においては、固定子40の冷却を効率よく行うことができ、発電機1の性能、信頼性を向上させることができる。
また、永久磁石取付孔26aを流路として使用したことで、製造コストをほとんど増加させることなく、固定子40内部に、大量の冷却空気を供給することができる。
【0017】
図4は、この発明の第2の実施形態を示すものである。この実施の形態が、前述した第1の実施形態と異なる点は、回転子20の軸方向孔26の途中に仕切部材32aを設けた点である。
他は、上記第1の実施の形態と同様である。なお、上記の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
この実施の形態においては、回転子20の両端面の軸方向孔26から取込まれた冷却空気は、軸方向孔26内では交わることはないが、それぞれの軸方向孔26に連通した径方向孔28を通じて開口部30から放出され、その後固定子40に設けられた冷却ダクト50を通過することで、第1の実施形態の場合同様、固定子40の内部を冷却することができる。
【0018】
図5は、この発明の第3の実施形態を示すものである。この実施の形態が、前述した第1の実施形態と異なる点は、回転子20の軸方向孔26の一方の端面に仕切部材32bを設けた点である。
この第3の実施の形態においては、回転子20の軸方向孔26からの冷却空気の取込みは、一方の端面からのみであるが、第1の実施形態や第2の実施形態の場合同様、固定子40の内部を冷却することができる。
【0019】
図6は、この発明の第4の実施形態を示したものである。
この実施の形態が、前述した第1の実施形態と異なる点は、第2のコア鋼鈑24bの構成である。すなわち、第1の実施の形態においては、軸方向孔26を半径方向外方に一体的に連通させて開口部30において開放するようにしたものであるが、この実施の形態においては、図3に示したように軸方向孔26を径方向孔28を通じて、それぞれ独立して外方に開放した点であり、他は、上記第1の実施の形態と同様である。
上記の各実施の形態において、回転子20の径方向孔28は、回転子20の軸方向に複数設けられる構成であるが、この場合径方向孔28の流路断面を適宜変更することによって、回転子20の軸方向における各径方向孔28を通過させる空気流量の均等化を図ることができる。
なお、上記の各実施の形態は、この発明を発電機1に適用した例であるが、この発明は電動機にも適用できるものである。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る発明によれば、回転子の軸方向孔から取込んだ冷却空気が軸方向孔に連通する径方向孔を通じて開口部から回転子の周面側に供給されるので、固定子周面を効率的に冷却することができる。
また、請求項2に係る発明によれば、請求項1の軸方向孔として、永久磁石取付孔を使用するので、製造コストをほとんど増加させることなく固定子を効率的に冷却することができる。
また、請求項3に係る発明によれば、回転子側から供給された冷却空気を固定子の内部の冷却ダクトに通じるため、固定子を効率的よく冷却することが可能となる。
また、請求項4に係る発明によれば、回転子を通過させた冷却空気を固定子内の冷却ダクトに通じることによって、回転機の固定子を効率よく、均一に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態に係る回転機の縦断面図である。
【図2】この発明の第1の実施形態に係る第1のコア鋼鈑である。
【図3】この発明の第1の実施形態に係る第2のコア鋼鈑である。
【図4】この発明の第2の実施形態に係る回転機の縦断面図である。
【図5】この発明の第3の実施形態に係る回転機の縦断面図である。
【図6】この発明の第4の実施形態に係る第2のコア鋼鈑である。
【符号の説明】
1:回転機 2:回転子外周面(周面)
6:固定子内周面 8:固定子外周面
20 :回転子 26:軸方向孔(永久磁石取付孔)
28:径方向孔 30:開口部
38:エアギャップ 40:固定子
46:空気取入口 48:空気放出口
50:冷却ダクト[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
Generally, a rotating machine such as an embedded magnet type synchronous generator is fixed by passing cooling air through a gap between a stator and a housing and a gap (air gap) formed by the stator and the rotor. It is configured to cool the child. According to this configuration, the heat generated in the stator is taken by the cooling air due to heat transfer on the stator surface or the like, and the stator is cooled.
[0003]
Conventionally, as a rotating machine such as a generator or an electric motor provided with this type of cooling means, a cooling air is passed through a hollow spacer member provided inside a coil of a rotor core projecting portion, so that the core and the coil are cooled. A device with improved cooling efficiency is provided (for example, see Patent Document 1).
[0004]
Further, there has been provided a stator in which the periphery of the stator is covered with a partition plate and more cooling air is allowed to pass through a portion to be cooled, thereby improving the cooling efficiency of the stator (for example, see Patent Document 2). .).
[0005]
In addition, cooling oil is supplied from an oil passage provided on the rotating shaft, the rotor is cooled by passing through an oil passage in the rotor, and the cooling oil is sprayed from an oil reservoir provided on the circumferential surface and an end surface near the surface. (See, for example, Patent Document 3).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-212607 A (page 2-3, FIG. 4)
[Patent Document 2]
JP-A-2000-14084 (pages 2-4, FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP 2001-16826 A (Pages 2-4, FIGS. 1 and 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the rotating machine described in
In addition, the rotating machine described in
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a rotor, a stator, and a rotating machine that can efficiently cool the inside of the stator of the rotating machine, which has conventionally been difficult to cool. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention proposes the following means.
The invention according to
According to the rotor according to the present invention, the cooling air taken in from the axial hole is supplied to the peripheral surface side of the rotor from the opening through the radial hole of the rotor communicating with the axial hole, and this air is It will be supplied to the stator peripheral surface side. Therefore, the stator is efficiently cooled.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, there is provided a rotor of an embedded magnet type rotating machine, wherein the axial hole is a permanent magnet mounting hole.
According to the rotor according to the present invention, the cooling air taken in from the permanent magnet mounting hole is supplied to the peripheral surface side from the opening through the radial hole of the rotor communicating with the permanent magnet mounting hole. It will be supplied to the stator peripheral surface side. Therefore, the stator is efficiently cooled.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a stator which is arranged with an air gap to the rotor according to the first or second aspect, wherein the vicinity of an opening in a peripheral surface of the radial hole is provided. In addition, a cooling duct is provided which communicates an inlet provided on the inner peripheral surface with a discharge port provided on the outer peripheral surface.
According to the stator according to the present invention, the cooling air discharged from the opening in the peripheral surface of the rotor is introduced from the intake of the stator, is discharged from the discharge port via the cooling duct. . Therefore, the stator is efficiently cooled by the air passing through the inside of the stator.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, a rotating machine includes the rotor according to the first or second aspect and the stator according to the third aspect.
According to the rotating machine according to the present invention, the cooling air taken in from the axial hole of the rotor is supplied to the peripheral surface side from the opening through the radial hole communicating with the axial hole. The inside of the stator is efficiently cooled by being taken in from the inlet and discharged from the outlet through the cooling duct.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment described here is an example in which the present invention is applied to an interior permanent magnet synchronous generator (hereinafter, referred to as a generator).
FIGS. 1 to 3 are views showing a first embodiment of the present invention. The
[0013]
The
The
The
In the
As shown in FIG. 3, a
[0014]
The
The
As shown in FIG. 1, the
[0015]
Next, the operation of the
In the
That is, in order to cool the
Then, the cooling air taken into the
[0016]
In this way, when the cooling air passes through the cooling
In this case, since the
In addition, since the permanent magnet mounting hole 26a is used as a flow path, a large amount of cooling air can be supplied to the inside of the
[0017]
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that a
Others are the same as the first embodiment. The same parts as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
In this embodiment, the cooling air taken in from the
[0018]
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. This embodiment differs from the above-described first embodiment in that a
In the third embodiment, the cooling air is taken in from the
[0019]
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the present invention.
This embodiment differs from the first embodiment in the configuration of the second
In each of the above embodiments, a plurality of
Each of the above embodiments is an example in which the present invention is applied to the
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the cooling air taken in from the axial hole of the rotor is supplied from the opening to the peripheral surface side of the rotor through the radial hole communicating with the axial hole. Therefore, the circumferential surface of the stator can be efficiently cooled.
According to the second aspect of the present invention, since the permanent magnet mounting hole is used as the axial hole of the first aspect, the stator can be efficiently cooled without substantially increasing the manufacturing cost.
According to the third aspect of the present invention, since the cooling air supplied from the rotor side is passed through the cooling duct inside the stator, the stator can be efficiently cooled.
According to the fourth aspect of the invention, the cooling air passed through the rotor is passed through the cooling duct in the stator, so that the stator of the rotating machine can be efficiently and uniformly cooled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotating machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a first core steel sheet according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a second core steel sheet according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a rotating machine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a rotating machine according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a second core steel sheet according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Rotating machine 2: Rotor outer peripheral surface (peripheral surface)
6: Stator inner peripheral surface 8: Stator outer peripheral surface 20: Rotor 26: Axial hole (permanent magnet mounting hole)
28: Radial hole 30: Opening 38: Air gap 40: Stator 46: Air inlet 48: Air outlet 50: Cooling duct
Claims (4)
前記軸方向孔が永久磁石取付孔である請求項1記載の回転子。A rotor of an embedded magnet type rotating machine,
The rotor according to claim 1, wherein the axial hole is a permanent magnet mounting hole.
前記径方向孔の周面における開口部の近傍に、内周面に設けた取入口と外周面に設けられた放出口を連通する冷却ダクトを有する固定子。A stator which is arranged with an air gap to the rotor according to claim 1 or 2,
A stator having a cooling duct communicating with an inlet provided on an inner peripheral surface and a discharge outlet provided on an outer peripheral surface in the vicinity of an opening on a peripheral surface of the radial hole.
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