JP2007295762A - 空冷式電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子鉄心の通風穴を、回転子鉄心の穴の断面積に対して断面積が殆ど縮小されないで、冷却空気に含まれる塵埃の付着が防止できる通風穴を形成した空冷式電動機を構成する。
【解決手段】軸方向に通風穴を形成した回転子鉄心が回転軸に嵌挿された回転子と、中心部に回転子が配置される空間を有する固定子鉄心が積層された固定子と、回転軸に装着され、内部軸方向に風圧を発生する冷却ファンとを備えた空冷式電動機において、回転子鉄心に形成された通風穴の内面に、冷却空気内に含まれた微細塵埃が付着しない平滑面形成材を付着させ、通風穴内面を平滑面に仕上げた構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、外気を冷却空気として機内に導入し、導入した冷却空気を回転子に設けられた通風穴にも流通させる空冷式電動機に関するものである。

外気を冷却空気として機内に導入し、冷却空気を回転子に設けられた通風穴にも流通させる空冷式電動機としては、例えば、特許文献１に車両に使用される誘導主電動機として開示されている。
特許文献１に開示された誘導主電動機は、特許文献１の図１に示されているように、回転軸に回転子鉄心が嵌装されて回転子導体が挿入され、回転子鉄心には軸方向に通風穴を備えた回転子と、中心部に回転子が配置される空間を有する固定子鉄心に固定子コイルが巻装された固定子と、固定子の両端部を閉塞し、中心部に回転子の軸受部を備え、回転子を回転自在に支持する一対のブラケットと、回転軸に装着され、外気を冷却空気として機内に導入する冷却ファンを備えた構成である。

この誘導主電動機の運転状態では、冷却ファンが回転することにより、外気が冷却空気として誘導主電動機内部に導入され、導入された冷却空気は、固定子周囲や回転子の通風穴や固定子内周部と回転子外周部との間の空隙に流通させて各部を冷却し、高温となった冷却空気は排気口から大気中に放出される。

このように構成された誘導主電動機は、車両の床下の狭隘な場所に艤装され、車両の走行状態で運転され、冷却空気として車両床下の誘導主電動機周囲の外気が導入されて冷却される。
車両床下の空気は、鉄粉、コンクリート粉、油、綿埃等の塵埃を多く含むものであり、濾過器を通して導入される構成であるが、完全に濾過することができず、導入される外気には微細な塵埃が多く含まれた状態で導入される。
ロータ鉄心に軸方向に設けられた通風穴は打ち抜きされた鉄心片を積層した構成であり、通風穴の内面は平滑ではなく、凹凸があり、またロータは高速で回転している。
このようなロータ鉄心に外気が導入される状態で長期間運転されると、回転子の通風穴に浸入した塵埃は、遠心力や風圧により通風穴の内面に蓄積し、通風穴の目づまりが発生する。
目づまりが発生すると、通風穴内のヘッドロスが増大して冷却風量が低下し、冷却が阻害されて誘導電動機内部の温度が過大に上昇し、コイルの絶縁劣化が急速に進行する問題点がある。

特許文献１の誘導主電動機では、回転子鉄心の通風穴に円筒状の穴あきスタットを挿入している。穴あきスタットを挿入したことにより、冷却風中の塵埃が通風穴に蓄積されなくなって、冷却空気が適量流れる状態が確保され、誘導主電動機の温度が過大に上昇することがなく、保守点検のインターバルの延長を図ることができるものである。

特開平０６−１０５４９２号公報

上記の従来の空冷式の誘導電動機は、外気を冷却空気として導入し、回転子鉄心に設けられた通風穴に流通する構成において、通風穴に穴あきスタッドを挿入したことにより、回転子鉄心の通風穴に塵埃が蓄積されなくなり、冷却風が適量流れる状態が確保されるものである。
しかしながら、特許文献１の回転子鉄心に設けた穴に穴あきスタッドを挿通して通風穴とする構成では、回転子鉄心の穴の断面積に比較して穴あきスタッドの通風穴の断面積は小さく、必要な通風穴の断面積に対して回転子鉄心にあける穴は相当に大きくしなければならない問題点がある。
また、回転子鉄心の穴の内面と穴あきスタッドの外径との間には空気層が存在し、回転子鉄心の発生熱は通風穴を流通する冷却空気に伝達されにくいという問題点もある。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、空冷式電動機の回転子鉄心の通風穴の構成を回転子鉄心に設ける穴の断面積に対して断面積が殆ど縮小されることなく冷却風に含まれる塵埃が付着しない通風穴が形成された空冷式電動機を構成することを目的とする。

この発明に係る電動機は、軸方向に通風穴を形成した回転子鉄心が回転軸に嵌装された回転子と、中心部に上記回転子が配置される空間を有する固定子鉄心が積層された固定子と、回転軸に装着され、内部軸方向に風圧を発生する冷却ファンとを備えた空冷式電動機において、回転子鉄心の軸方向に形成された通風穴の内面に平滑面形成材を付着し、通風穴内面を平滑面に仕上げたものである。

回転子鉄心に設けられた通風穴の内面を平滑面形成材を付着させて通風穴の内面を平滑にしたことにより、固定子鉄心に設けた穴の断面積が殆ど縮小されることなく冷却風に含まれる塵埃が付着しにくくなり通風穴を形成することができ、長期間の運転でも通風穴内面に塵埃の付着量が少なくなる。

実施の形態１．
この発明は、誘導電動機または直流電動機等の空冷式電動機に関するものであり、その主要部分は電動機の種類による差はないので、誘導電動機の場合について具体的に説明する。
図１はこの発明に係る空冷式誘導電動機の中心軸から上部のみを示した断面図である。
この構成の固定子１０は、中心部に回転子が配置される空間を有し、固定子コイル２が巻装されるスロットを有する固定子鉄心１と、固定子鉄心１に巻装された固定子コイル２とで構成され、回転子２０は、回転軸１１と、回転軸１１に嵌挿された回転子鉄心１２と回転子鉄心１２に挿入された回転子導体１３とで構成され、回転子鉄心１２の側部に外気を冷却空気として電動機内に導入して流通させる機内ファン１４を回転軸１１に装着している。固定子１０の内径と回転子２０の外径との間には空隙３１が形成されている。

回転子鉄心１２には軸方向に複数の通風穴２１が設けられているが、通風穴２１は打ち抜きされた鉄心素材を積層した構成であり、通風穴２１の内面は平滑ではなく、凹凸があり、通流される冷却空気中に含まれる微細な塵埃が蓄積して、運転累積時間の増加するにしたがって回転子鉄心１２が冷却されにくくなり温度上昇が大きくなることに対して、回転子鉄心１２の複数の通風穴２１内面の凹凸をなくするように平滑面形成材２２を付着して内表面を平滑面に仕上げる内面処理を行っている。

平滑面形成材２２は、例えば、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂に熱伝導性が良好な例えばアルミ、銅、鉄など金属粉をフィラーとして混合したものが適している。
回転子鉄心１２の通風穴２１内面への平滑面形成材２２の付着方法は、塗布、流し塗り等の平滑面形成材２２の性状に合わせて適宜選択し、通風穴２１の内面を平滑面に仕上げる内面処理を行う。

このように回転子鉄心１２の通風穴２１の内面に平滑面形成材２２で内面処理を施す構成にすると、従来の特許文献１のように必要な通風穴の断面積に対して回転子鉄心にあける穴を大きくしなければならないということがなくなる。
また、従来構成の回転子鉄心の穴内面と穴あきスタッドの外径との間には空気層が存在し、回転子鉄心の発生熱は通風穴を流通する冷却空気に伝達されにくいという問題も解消され、通風穴２１の内面が平滑であり大気から導入された冷却空気に含まれる微細な塵埃の付着量が少なく、蓄積されることも少なくなり、保守周期が長くできる空冷式電動機が得られる。

実施の形態２．
実施の形態１では、空冷式電動機の回転子鉄心に設けた通風穴の内面に平滑面形成材を付着する内面処理を行う構成としたが、実施の形態２では、回転子鉄心の通風穴だけでなく、空冷式電動機内部の冷却空気の通過部分全般に平滑面形成材を付着したものである。
図２は実施の形態２の空冷式電動機の構成図である。図２の構成は、図１に比較して、平滑面形成材を付着する処理を、実施の形態１と同じ部分の回転子鉄心１２の軸方向に形成された通風穴２１の内面の平滑面形成材２２に加えて、冷却空気が通過する部分の回転子２０の端面に平滑面形成材２３、回転子外周面に平滑面形成材２４、固定子１０の内周面に平滑面形成材３２、固定子１０の端面の平滑面形成材３３の少くとも１箇所に付着したものである。その他の構成は実施の形態１の図１と同一であり、詳細説明は省略する。

このように回転子鉄心１２の通風穴２１の内面に加えて、冷却風が通過する部分の少なくとも一面にも平滑面形成材を付着したことにより、冷却空気に含まれる塵埃の付着量が少なくなり、実施の形態１に比較して、通風穴２１以外の部分の付着量が少なくなり冷却性能が低下しない空冷式電動機となる。

実施の形態３．
実施の形態１、２の平滑面形成材の表面にさらに付着防止剤を処理したものである。
樹脂を主材とする平滑面形成材の表面に、テトラフルオロエチレン（商品名：テフロン（登録商標））等の物体の吸着性をなくする塗膜を形成すると、微細な塵埃の付着がより完全に防止できる平滑面形成材が形成できる。

実施の形態１の誘導電動機の構成を示す半断面図である。 実施の形態２の誘導電動機の構成を示す半断面図である。

符号の説明

１ 固定子鉄心、２ 固定子コイル、５ 吸気側ブラケット、６ 排気側ブラケット、
７ 吸気風洞、８ フィルタ、９ 排気口、１０ 固定子、１１ 回転軸、
１２ 回転子鉄心、１３ 回転子導体、１４ 冷却ファン、１５ 吸気側ベアリング、
１６ 排気側ベアリング、２０ 回転子、２１ 通風光穴、２２ 平滑面形成材、
２３ 平滑面形成材、２４ 平滑面形成材、３１ 間隙、３２ 平滑面形成材、
３３ 平滑面形成材。

Claims (4)

1. 軸方向に通風穴を形成した回転子鉄心が回転軸に嵌装された回転子と、中心部に上記回転子が配置される空間を有する固定子鉄心が積層された固定子と、上記回転軸に装着され、内部軸方向に風圧を発生する冷却ファンとを備え、該冷却ファンにより一端側から機内に外気を導入して軸方向に流通させ、他端側から排出する冷却方式の空冷式電動機において、上記回転子鉄心の軸方向に形成された上記通風穴の内面に平滑面形成材を付着させ、上記通風穴の内面を平滑面に仕上げたことを特徴とする空冷式電動機。
2. 上記回転子の外周面、回転子の端面、上記固定子鉄心の内周面、上記固定子の端面の少なくとも一面と、上記回転子鉄心の軸方向に形成された上記通風穴の内面とに平滑面形成材が付着され平滑面に仕上げたことを特徴とする請求項１記載の空冷式電動機。
3. 上記平滑面形成材は、熱伝導性が良好なフィラーを混合した熱硬化性樹脂としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の空冷式電動機。
4. 上記平滑面形成材が付着された表面に、塵埃等の物質を付着させない付着防止材を塗布したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の空冷式電動機。

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