JP2009153323A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンの羽根部と遮へい部材との間の隙間を調整可能とすることにより、冷却媒体の最適な通風経路を確保し、ファンの冷却性能を向上させること。
【解決手段】円筒状の固定フレーム１に軸受３，４を介してシャフト２が回転自在に支持されている。固定フレーム１の内周面には固定子５が設けられ、この固定子５の内側には回転子６が設けられ、シャフト２に取り付けられている。シャフト２における回転子６の側方の位置には、固定子５および回転子６に冷却媒体を通風するファン７が設けられている。固定フレーム１の支持部材１０には、ファン７の羽根部７ａと固定子５との間を仕切るように遮へい部材９が設けられている。この遮へい部材９は、ファン７の羽根部７ａに対して接離する方向に移動自在に構成され、回転電機の組み立て後においても、遮へい部材９と羽根部７ａとの間の隙間を極力小さくできるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ファンにより送風して固定子および回転子を冷却する回転電機に関するものである。

直流機、同期機や誘導機などの回転電機は、構造的には固定子と回転子によって構成され、機能的には電磁誘導の原理を利用し電気エネルギーを機械エネルギーの相互交換を行うものである。これらの回転電機を運転すると、鉄損、銅損、機械損、摩擦損や風損などの損失が発生する。銅損や鉄損により、コイルや鉄心が発熱して温度が上昇する。温度が高くなるほど絶縁物の劣化を早めて焼損や短絡事故の発生が高くなるので、回転電機では、内部に冷却媒体を送って固定子および回転子を冷却する構成が採用されている。

すなわち、回転電機は、円筒状の固定フレームの内周面に固定子を設け、この固定子の内側に回転子を設けて構成されている。この回転子を取り付けたシャフトは、固定フレームの端板に軸受を介して回転自在に支持され、またシャフトにおける回転子の側方の位置にファンが設けられ、シャフトの回転に伴って回転することにより固定子および回転子に冷却媒体を送風するようになっている。

さらにファンの羽根部と固定子との間には、遮へい部材（仕切り板または防風板とも称する）が設けられており、ファンから排出された冷却媒体が再度ファンに巻き込まれる再循環の流れを防止するようにしている（特許文献１，２参照）。

この遮へい部材は、組み立て誤差などによって、回転するファンの羽根部との干渉を避けるために、ファンの羽根部との間に必要以上の隙間を確保した状態で、固定フレームにボルトあるいは溶接などで固定されていた。
特開平７−３９１０９号公報 特開２０００−１１６０６０号公報

しかしながら、上述のような遮へい部材の取り付け構造では、ファンによって送風された冷却媒体がファンの羽根部と遮へい部材との隙間より再度固定子側へ吸い込まれる再循環の流れが生じるために、ファンの風量、送風効率などの冷却性能を低下させ、回転電機の回転子および固定子の温度上昇を招く一因になっていた。

本発明は、上述のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ファンの羽根部と遮へい部材との間の隙間を調整可能とすることにより、冷却媒体の最適な通風経路を確保し、ファンの冷却性能を向上させることのできる回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明による回転電機は、円筒や箱状の固定フレームと、この固定フレームに軸受を介して回転自在に支持されたシャフトと、固定フレームの内周面に取り付けられた固定子鉄心およびこの固定子鉄心に巻装された固定子コイルを有する固定子と、この固定子の内側に設けられ、シャフトに取り付けられた回転子鉄心およびこの回転子鉄心に巻装された回転子コイルを有する回転子と、シャフトにおける回転子の側方の位置に設けられ、固定子および回転子に冷却媒体を通風するファンと、固定フレームに、ファンの羽根部と固定子との間を仕切るように設けられ、かつファンの羽根部に対して接離する方向に移動自在に構成された遮へい部材と、を具備してなることを特徴とする。

本発明によれば、ファンの羽根部と固定子との間を仕切るように設けられる遮へい部材を、ファンの羽根部に対して接離する方向に移動自在に構成したことにより、回転電機の組み立て後においても、遮へい部材をファンの羽根部に極力近づけて隙間が小さくなるように調整して配設することができる。これによりファンによって送風された冷却媒体がファンの羽根部と遮へい部材との隙間を通して再度固定子側へ吸い込まれる再循環の流れを低減して最適な通風経路を確保することができ、ファンの冷却性能を向上させることができる。

以下、本発明による回転電機の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明による回転電機の第１実施の形態の上半分を断面して示す正面図である。図２は、図１の主要部を拡大して示す断面図である。図１および図２において、円筒状をなす固定フレーム１は、周方向に所定の間隔をおいて配設された複数本の補強リブ１ａの外周に外板１ｂを取り付け、また軸方向の両側に端板１ｃ，１ｄを取り付けて構成されている。なお固定フレームは円筒状とは限らず箱状のものを用いることができる。

この固定フレーム１の軸中心にシャフト２が配設され、各端板１ｃ，１ｄに設けた軸受３，４を介して固定フレーム１に回転自在に支持されている。固定フレーム１の内周面には固定子５が配設されている。固定子５は、固定フレーム１の補強リブ１ａに取り付けられた固定子鉄心５ａおよびこの固定子鉄心５ａに巻装された固定子コイル５ｂを有している。

この固定子５の内側には回転子６が配設されている。回転子６は、シャフト２に取り付けられた回転子鉄心６ａおよびこの回転子鉄心６ａに巻装された回転子コイル６ｂを有している。

シャフト２における回転子６の側方の位置（図示左側の位置）には、固定子５および回転子６に冷却媒体を通風するファン７が設けられている。このファン７は、周方向に沿って所定の間隔をおいて設けられた複数の羽根部７ａを外周縁部に有し、各羽根部７ａの軸方向先端部にリング状の案内板７ｂを設けた遠心ファンで構成されている。このファン７がシャフト２の回転に伴って回転すると、冷却媒体である空気は、図示矢印のように外板１ｂに設けた吸気口８ａから固定フレーム１内に取り込まれ、固定子５および回転子６を通過してファン７を経由し、ファン７の径方向外側に位置する固定フレーム１の排気口８ｂから放出されるようになっている。

このファン７の羽根部７ａと固定子５との間には、遮へい部材９が設けられている。この遮へい部材９は、図２に示すように、ファン７の羽根部７ａに対向して設けられたリング状の第１の遮へい板９ａと、この第１の遮へい板９ａと固定フレーム１に設けられたリング状の支持部材１０との間に設けられた円筒状の第２の遮へい板９ｂ，９ｃとを備えている。

第１の遮へい板９ａは、支持部材１０の周方向に所定の間隔をおいて設けられた複数本のスタッド１１を貫通して案内され、これらスタッド１１に螺合するナット１２により固定されるようになっている。各スタッド１１は固定フレーム１の軸方向に沿って延びている。したがって第１の遮へい板９ａは、ファン７の羽根部７ａに対して接離する方向（軸方向）に移動させ、ナット１２により任意の位置に固定することができ、羽根部７ａとの間の隙間を小さくして配設することができることになる。

一方、第２の遮へい板９ｂ，９ｃは、径寸法が異なっていて、それぞれ一端部が支持部材１０と第１の遮へい板９ａに溶接等で固定され、他端部どうしが内外に重なるように配設されて軸方向に伸縮自在となるように構成されている。

したがって第１の遮へい板９ａをファン７の羽根部７ａに対して接離する方向に沿って移動させても、その移動を許容するように伸縮することができる。この第２の遮へい板９ｂ，９ｃは、円筒状の部品を２個重ね合わせて構成する場合に限らず、蛇腹のように１個で軸方向に伸縮できるように構成することもできる。

なお、シャフト２のファン７を設けた側と反対側の端部には、励磁機用回転子１３が設けられ、その外側に端板１ｄに固定された励磁機用固定子１４が設けられている。

本実施の形態によれば、ファン７の羽根部７ａと固定子５との間を仕切るように設けられる遮へい部材９を、ファン７の羽根部７ａに対して接離する方向に移動自在に構成したことにより、回転電機の組み立て後においても、遮へい部材９をファン７の羽根部７ａに極力近づけて隙間が小さくなるように調整して配設することができる。

これによりファン７によって送風された冷却媒体が、図２に矢印で示すようにファン７の羽根部７ａと遮へい部材９との隙間を通して再度固定子側へ吸い込まれる再循環の流れを低減することができ、冷却媒体の最適な通風経路を確保することができるので、ファン７の冷却性能を向上させることができる。

図３は、本発明による回転電機の第２実施の形態の主要部を拡大して示す断面図である。図３において、本実施の形態が第１実施の形態と異なる点は、第１の遮へい板９ａを支持するスタッドおよびナットに代えて、軸方向に伸縮自在なズーム機構を有する伸縮機構１５を用いて第１の遮へい板９ａを支持するように構成したところにある。

伸縮機構１５は、支持部材１０に取り付けられた元管１５ａの内側に順次径寸法が小さい中管１５ｂ，１５ｃおよび先管１５ｄを収納して構成され、中管１５ｂ，１５ｃおよび先管１５ｄを元管１５ａから引き出すことにより、ズーム機構のように軸方向寸法を変更することができるようになっている。

この伸縮機構１５の先管１５ｄに第１の遮へい板９ａが取り付けられている。したがって回転電機の組み立て後においても、伸縮機構１５の伸縮を利用して第１の遮へい板９ａをファン７の羽根部７ａに極力近づけて隙間が小さくなるように調整して配設することができ、第１実施の形態と同様に再循環の流れを低減して、ファン７の冷却性能を向上させることができる。

図４は、本発明による回転電機の第３実施の形態の主要部を拡大して示す断面図である。図４において、本実施の形態が第１実施の形態と異なる点は、第１の遮へい板９ａを支持するスタッドおよびナットに代えて、ネジ棒１６を回転させて第１の遮へい板９ａを移動させ得るように構成したところにある。

固定フレーム１には、支持部材１０に対向した位置に、リング状または複数本の支え板１７が設けられており、この支え板１７および支持部材１０により軸受１８，１９を介してネジ棒１６が回転自在に支持されている。ネジ棒１６は、支持部材１０の周方向に所定の間隔をおいて複数本設けられており、それぞれ固定フレーム１の軸方向に沿って配設されている。

また支持部材１０の各ネジ棒１６の近傍には、ネジ棒１６を回転駆動するモーター２０がそれぞれ設けられている。モーター２０の回転は、ウォームギア機構２１を介してネジ棒１６に伝達されてネジ棒１６を回転させるようになっている。

第１の遮へい板９ａは、このネジ棒１６のネジ部に螺合するように取り付けられており、モーター２０の駆動により第１の遮へい板９ａをファン７の羽根部７ａに対して接離する方向（軸方向）に移動させることができ、任意の位置に調整して固定することができる。したがって本実施の形態においても、第１実施の形態と同様に再循環の流れを低減して、ファン７の冷却性能を向上させることができる。

本発明による回転電機の第１実施の形態の上半分を断面して示す正面図である。 図1の主要部を拡大して示す断面図である。 本発明による回転電機の第２実施の形態の主要部を拡大して示す断面図である。 本発明による回転電機の第３実施の形態の主要部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１…固定フレーム
１ａ…補強リブ
１ｂ…外板
１ｃ，１ｄ…端板
２…シャフト
３，４…軸受
５…固定子
５ａ…固定子鉄心
５ｂ…固定子コイル
６…回転子
６ａ…回転子鉄心
６ｂ…回転子コイル
７…ファン
７ａ…羽根部
７ｂ…案内板
８ａ…吸気口
８ｂ…排気口
９…遮へい部材
９ａ…第１の遮へい板
９ｂ，９ｃ…第２の遮へい板
１０…支持部材
１１…スタッド
１２…ナット
１３…励磁機用回転子
１４…励磁機用固定子
１５…伸縮機構
１５ａ…元管
１５ｂ，１５ｃ…中管
１５ｄ…先管
１６…ネジ棒
１７…支え板
１８，１９…軸受
２０…モーター
２１…ウォームギア機構

Claims (4)

1. 円筒や箱状の固定フレームと、
   この固定フレームに軸受を介して回転自在に支持されたシャフトと、
   前記固定フレームの内周面に取り付けられた固定子鉄心およびこの固定子鉄心に巻装された固定子コイルを有する固定子と、
   この固定子の内側に設けられ、前記シャフトに取り付けられた回転子鉄心およびこの回転子鉄心に巻装された回転子コイルを有する回転子と、
   前記シャフトにおける前記回転子の側方の位置に設けられ、前記固定子および回転子に冷却媒体を通風するファンと、
   前記固定フレームに、前記ファンの羽根部と前記固定子との間を仕切るように設けられ、かつ前記ファンの羽根部に対して接離する方向に移動自在に構成された遮へい部材と、
   を具備してなる回転電機。
2. 前記遮へい部材は、前記ファンの羽根部に対向して設けられたリング状の第１の遮へい板と、この第１の遮へい板と前記固定フレームに設けられたリング状の支持部材との間に設けられた円筒状の第２の遮へい板とを備え、前記第１の遮へい板は、前記支持部材の周方向に所定の間隔をおいて設けられた複数本のスタッドおよびこれらスタッドに螺合するナットにより案内されて、この第１の遮へい板を前記ファンの羽根部に対して接離する方向の任意の位置に固定できるように構成し、前記第２の遮へい板は、前記支持部材と前記第１の遮へい板との間で、前記第１の遮へい板の移動方向に沿って伸縮自在となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記遮へい部材は、前記ファンの羽根部に対向して設けられたリング状の第１の遮へい板と、この第１の遮へい板と前記固定フレームに設けられたリング状の支持部材との間に設けられた円筒状の第２の遮へい板とを備え、前記第１の遮へい板は、前記支持部材に取り付けられた元管の内側に順次径寸法を小さくした中管および先管を収納して構成されかつ前記中管および先管を引き出すことにより軸方向寸法を変更することのできる伸縮機構の前記先管に取り付けられて前記第１の遮へい板を前記ファンの羽根部に対して接離する方向の任意の位置に固定できるように構成し、前記第２の遮へい板は、前記支持部材と前記第１の遮へい板との間で、前記第１の遮へい板の移動方向に沿って伸縮自在となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
4. 前記遮へい部材は、前記ファンの羽根部に対向して設けられたリング状の第１の遮へい板と、この第１の遮へい板と前記固定フレームに設けられたリング状の支持部材との間に設けられた円筒状の第２の遮へい板とを備え、前記固定フレームには前記支持部材に対向した位置に支え板を設け、この支え板および前記支持部材により回転自在に支持されるネジ棒を周方向に所定の間隔をおいて設けるとともにこの各ネジ棒を回転駆動するモーターを設け、前記第１の遮へい板は、前記ネジ棒のネジ部に螺合するように取り付けて前記モーターの駆動により前記第１の遮へい板を前記ファンの羽根部に対して接離する方向の任意の位置に固定できるように構成し、前記第２の遮へい板は、前記支持部材と前記第１の遮へい板との間で、前記第１の遮へい板の移動方向に沿って伸縮自在となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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