JP2011193628A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】
回転電機において、高温環境下に置かれても効果的に冷却する構成を開示する。
【解決手段】
回転子２の外周に対向して、積層コアからなる固定子コア３が設けられている。固定子コア３は固定子巻線４を備え、固定子コア３の外周に接触してフレーム５が設けられている。フレーム５内部には、固定子コア３を冷却するための冷却用液体を流す冷却水路７が設けられている。回転子２の軸方向端面に円盤８を備え、固定子コア３を軸方向に固定子コア分割部９にて分割させ、フレーム５の内周の固定子コア３の外周に接触する面には、複数の通風穴１０を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

全閉形の回転電機において、その回転電機自身の冷却を行うために、従来の回転電機は、回転子および固定子にファンを設け冷却している。（例えば、特許文献１参照）
従来の冷却構成は、固定子枠内で循環して暖められた気体の熱は固定子枠に伝熱され、一方、外扇による冷却風によって、固定子枠外の通風路に設けた放熱フィンから循環気体の熱と巻線等からの熱とを冷却するものである。
特開平９−１４９５９９号公報（第８頁、図１）

ところが、上記のような従来の全閉形回転電機における冷却構造では、固定子枠外に放熱フィン、外部ファン及び外部ファンカバーらを設けているので、回転電機全体が大きくなるという問題がある。
また、回転電機が設置される環境温度が特に高い場合、従来のような外部ファンと放熱フィンによる冷却では、循環する内部気体が効果的に冷却されにくいという問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高温環境下に置かれても効果的に冷却する構成をもつ回転電機を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、軸方向に沿って内周面に形成された溝部を有する筒状のフレームと、前記内周面に保持され前記溝部と連通する連通部を有する円筒状の固定子コアと、前記固定子コアから突出した状態で当該固定子に保持された固定子巻線と、中央部に軸受を有し前記フレームの端部に設けられたブラケットと、前記軸受に回転自在に支持された回転軸と、前記固定子コアと前記回転軸とに挟まれた状態で当該回転軸に保持され前記固定子巻線の電磁作用によって回転する円柱状の回転子と、前記回転子の端部に設けられ当該回転子の径よりも大きな径を有する円盤状部材と、前記固定子コアと前記回転子の間に形成される第１空隙部と、前記固定巻線と前記円盤状部材との間に形成される第２空隙部と、前記第１空隙部、前記第２空隙部、前記溝部及び前記連通部から形成され、当該第１空隙部と第２空隙部との圧力差によって気体が流通する流路と、を備えた回転電機とするものである。

本発明の構成によれば、円盤状部材の外周と回転子の外周との周速の違いによって生じる第１空隙部と第２空隙部との圧力差によって気体を流通させることにより、回転電機の内部をコンパクトな構成で効果的に冷却できる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例における回転電機の側断面図を示している。図２は、図１の矢視Ａ方向から見た回転電機の正面図である。
回転軸１に固定された回転子２の外周に対向して、積層コアからなる固定子コア３が設けられている。固定子コア３は固定子巻線４を備え、固定子コア３の外周に接触して円筒状のフレーム５が設けられている。固定子巻線４は、固定子コア３から突出している。フレーム５の両端にはブラケット６が、フレーム５の内部空間を封じるように取り付けられている。フレーム５内部には、固定子コア３を冷却するための冷却用液体を流す水路７が設けられている。

本発明の特徴となる部分の一つは、円柱状の回転子２の軸方向端面に回転子２と固定子コア３の空隙径より大きな径の円盤状部材としての円盤８を備え、固定子コア３を軸方向に固定子コア分割部９にて分割させ、かつ、フレーム６の内周の固定子コア３の外周に接触する面が、複数の通風穴１０を備えた部分である。すなわち、円筒状のフレーム６の軸方向に沿って、フレーム６の内周面に溝部としての通風穴１０が形成されている。また、固定子コア分割部９は、フレーム６内周面に保持され通風穴１０と連通する連通部として機能する。

回転子２が回転した時、回転子２と円盤８は径が異なることから、径の大きな円盤８の周速が回転子２の周速より速くなる。これにより、円盤８の外周に存在する気体に遠心力が作用するとともに、円盤８の外周の圧力が下がることから、回転子２と固定子コア３の空隙にある気体が流れ出る。このときの気体の流出方向は、気体に作用する遠心力などにより、回転子２側から円盤８側の方向となる。空隙内の気体が無くなることにより、固定子コア分割部９とフレーム６の内周の通風穴１０を通じて、フレーム５とブラケット６により封じられた部分の気体が流入する。

回転子２が回転した時、回転子２と固定子コア３の空隙からフレーム６の内周の通風穴１０、並びに固定子コア分割部９の間において、気体の循環が行われることになる。すなわち、本発明の回転電機は、固定子コア３と回転子２の間に形成される第１空隙部Ａと、固定巻線４と円盤８との間に形成される第２空隙部Ｂと、第１空隙部Ａ、第２空隙部Ｂ、通風穴１０および固定子コア分割部９から形成され、第１空隙部Ａと第２空隙部Ｂとの圧力差によって気体が流通する流路と、を備えている。
空気循環により、回転子２と固定子コア３の空隙、及び固定子コア３外周部の熱を除熱させるとともに、フレーム６の部材内を循環させた冷却用液体によって、固定子コア３の冷却を行わせつつ、フレーム６の内周を循環した気体を冷却させることにより、回転電機全体を効率良く冷却させる。

図３は、本発明の第２の実施例における回転電機の側断面図を示している。図４は、図３の矢視Ａ方向から見た回転電機の正面図である。
第２実施例が第１の実施例と異なる点は、図３、図４に示すように、固定子コア分割部９部分に非磁性材料製のスペーサを設けた点である。非磁性材料製のスペーサ１１を設けて位置決めを行うことによって、巻線作業やフレーム入れ作業を容易に行うことができる。

図５は、本発明の第２の実施例における回転電機の側断面図を示している。図６は、図３の矢視Ａ方向から見た回転電機の正面図である。
第３実施例が第１の実施例と異なる点は、図５、図６に示すように、回転子を軸方向に回転子分割部１２にて分割させ、また、回転子２に軸方向に貫通する複数の回転子通風穴１３を設けた点である。回転子２の内部まで気体循環を行うことにより、回転子２の熱を除熱する。

図７は、本発明の第４の実施例における回転電機の側断面図を示している。図８は、図７の矢視Ａ方向から見た回転電機の正面図である。
第４実施例が第３実施例と異なる点は、図７、図８に示すように、回転子分割部１２に非磁性材料製の回転子スペーサ１４を設けた点である。非磁性材料製のスペーサを設けて位置決めを行うことによって、回転子製作時の作業を容易に行うことが出来る。

なお、本願には、次のような回転電機も記載されている。固定子巻線と固定子コアを内周面に保持する略円筒状のフレームと、前記フレームの両端を密閉するブラケットと、前記ブラケットに設けられた軸受に支持され、前記固定子巻線の電磁作用によって回転する回転子とを備えた回転電機において、前記回転子端面の片側もしくは両側に、前記回転子と前記固定子間の空隙径より径の大きな円盤を設けるとともに、前記フレームの部材内に複数の通風穴を設け、前記固定子コアを軸方向に分割し、分割した前記固定子コアは間隔を置いて配置され、前記フレームの部材内にさらにフレーム水路を設けることを特徴とする回転電機。

以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない

高温環境下に置かれても効果的に冷却する構成であり、車載用とすることができるので、ハイブリッド車のモータ、発電機、または電気自動車のモータという用途にも適用できる。

本発明の第１実施例を示す回転電機の側断面図 図１の矢視Ａ方向から見た回転電機の正面図 本発明の第２実施例を示す回転電機の側断面図 図３の矢視Ａ方向から見た回転電機の正面図 本発明の第３実施例を示す回転電機の側断面図 図５の矢視Ａ方向から見た回転電機の正面図 本発明の第４実施例を示す回転電機の側断面図 図７の矢視Ａ方向から見た回転電機の正面図

１ 回転軸
２ 回転子
３ 固定子コア
４ 固定子巻線
５ フレーム
６ ブラケット
７ 冷却水路
８ 円盤
９ 固定子コア分割部
１０ 通風穴
１１ 固定子スペーサ
１２ 回転子分割部
１３ 回転子通風穴
１４ 回転子スペーサ
１５ 内部ファン
１６ 外部ファン

Claims (5)

1. 軸方向に沿って内周面に形成された溝部を有する筒状のフレームと、
   前記内周面に保持され前記溝部と連通する連通部を有する円筒状の固定子コアと、
   前記固定子コアから突出した状態で当該固定子に保持された固定子巻線と、
   中央部に軸受を有し前記フレームの端部に設けられたブラケットと、
   前記軸受に回転自在に支持された回転軸と、
   前記固定子コアと前記回転軸とに挟まれた状態で当該回転軸に保持され前記固定子巻線の電磁作用によって回転する円柱状の回転子と、
   前記回転子の端部に設けられ当該回転子の径よりも大きな径を有する円盤状部材と、
   前記固定子コアと前記回転子の間に形成される第１空隙部と、
   前記固定巻線と前記円盤状部材との間に形成される第２空隙部と、
   前記第１空隙部、前記第２空隙部、前記溝部及び前記連通部から形成され、当該第１空隙部と第２空隙部との圧力差によって気体が流通する流路と、
   を備えた回転電機。
2. 前記連通部が、前記固定子コアを軸方向に分割する固定子コア分割部により形成され、当該固定子コア分割部に、非磁性材料製のスペーサを設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 前記回転子に、当該回転子の回転軸方向に貫通する回転子通風穴が設けられた
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
4. 前記回転子が回転子分割部を間において軸方向に分割され、当該回転子分割部に、非磁性材料製のスペーサを設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
5. 前記フレームに、冷却水用の水路を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。

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