JP2012200067A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.
本技術分野の背景技術として、WO05/124971号公報(特許文献1)がある。この特許文献1には、「密閉された機内の固定子を反駆動側に配置された外扇ファンにより回転軸の軸方向で機外側に送風して冷却し、機内に配置された内扇ファンで機内の空気を循環させて回転子を冷却するようにした全閉外扇形電動機」が記載されている。
As background art in this technical field, there is WO05 / 124971 (Patent Document 1). This
特許文献1には、回転電機における冷却システムが記載されている。特許文献1の回転電機には機内冷却のために使用する内扇ファンが設置されている。
このような回転電機では、例えば、回転子のエンドリング部羽根によって生じる風の流れは、機内冷却の通風経路に対して抵抗となる方向へ生じるため、内扇ファンは外周方向へ延伸し、機内冷却の風を誘導するためのガイドとしての機能を持たせる形状となり、内扇ファン並びに回転電機全体の大型化を招きやすい。 In such a rotating electrical machine, for example, the flow of wind generated by the end ring blades of the rotor is generated in a direction that becomes resistance to the ventilation path for cooling in the machine. It has a shape that serves as a guide for guiding the cooling air, and tends to cause an increase in the size of the inner fan and the entire rotating electric machine.
そのため、原材料の増加による回転電機の価格の上昇や回転電機設置スペースの大型化の問題が生じる。また、機内の固定子-ブラケット間に機内結露防止用に使用するヒータを設置する必要が生じた際には、更なる回転電機の大型化が必須となる。 For this reason, there arises a problem of an increase in the price of the rotating electrical machine due to an increase in raw materials and an increase in the space for installing the rotating electrical machine. Further, when it becomes necessary to install a heater used to prevent condensation in the machine between the stator and the bracket in the machine, it is essential to further increase the size of the rotating electrical machine.
このように、内扇ファンを使用する回転電機は大型化する傾向にあり、ユーザの利便性が損なわれる可能性がある。 As described above, the rotating electric machine using the internal fan tends to increase in size, which may impair the convenience for the user.
そこで、本発明は、機内冷却のための従来の内扇ファンの形状のみに依存しない冷却を行う、新しい冷却システムを有することで小型化が可能となる回転電機を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can be reduced in size by having a new cooling system that performs cooling independent of the shape of a conventional inner fan for in-machine cooling.
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ハウジングと、このハウジングに取り付けられる固定子と、この固定子によって生じる回転磁界によって回転する回転子と、この回転子の非導体部に設けられた連通した通風路である風穴と、この回転子の回転に伴って回転する一端がハウジングから突出して出力軸となる回転軸と、ハウジング内に設けられ回転軸を支持する軸受と、ハウジングに取り付けられた固定子並びに回転軸に取り付けられた回転子によって出力軸側と反出力側に分けられた空間を連通するハウジングに設けられた通風路と、ハウジング内に風を循環させるために回転子端面に軸流ファンを備えた回転電機である。 In order to solve the above problems, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, a housing, a stator attached to the housing, a rotor rotating by a rotating magnetic field generated by the stator, and the rotation An air hole, which is a continuous ventilation path provided in the non-conductor portion of the child, a rotary shaft whose one end that rotates with the rotation of the rotor protrudes from the housing and serves as an output shaft, and a rotary shaft provided in the housing. A bearing to be supported, a stator attached to the housing, a ventilation path provided in the housing that communicates a space divided between the output shaft side and the non-output side by the rotor attached to the rotating shaft, and an air flow in the housing Is a rotating electrical machine having an axial fan on the rotor end face.
本発明によれば、回転子端面に羽根を設けることで、冷却効率を改善した新しい冷却システムを有した小型化が可能となる回転電機を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the rotary electric machine which can be reduced in size with the new cooling system which improved cooling efficiency can be provided by providing a blade | wing on a rotor end surface.
以下、発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
本実施例では、回転子端面に羽根を設けて、回転子の風穴部を通風する風量を多くして、回転子の冷却効率を向上させる回転電機の例を説明する。 In this embodiment, an example of a rotating electrical machine that improves the cooling efficiency of the rotor by providing blades on the rotor end face to increase the amount of air flowing through the air hole portion of the rotor will be described.
図1は、本実施例の回転電機の構成図の例である。 FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a rotating electrical machine according to the present embodiment.
ハウジング1は筒状に形成された鋳鉄、アルミ、薄鋼板などにより、回転電機の外被を構成している。冷却性能向上を目的としてハウジング1機内を循環する通風路2が設けられる。本実施例の回転電機はハウジング1とエンドブラケット3a、3bによって内部がほぼ密閉空間となり、外気と内気が分離された全閉型、外被冷却構造の回転電機である。なお、本願においては、密閉空間を構成するハウジング1及びエンドブラケット3a、3bを総称して単にハウジングと称する場合がある。
The
密閉空間内には発熱体となる固定子4と回転子5が配置されている。固定子4は固定子鉄心4aと固定子コイル4bから構成されている。固定子4はハウジング1内周部に固定されている。固定子鉄心4aは薄板の電磁鋼板を複数枚積層することで構成されている。固定子コイル4bは固定子鉄心4aに形成された複数のスロット部に巻回されている。
A stator 4 and a rotor 5 serving as heating elements are disposed in the sealed space. The stator 4 includes a stator core 4a and a stator coil 4b. The stator 4 is fixed to the inner periphery of the
回転子5は回転子鉄心5aと回転子導体バー5bとともに一体成形されたエンドリング5cから構成されている。回転子5は回転軸6外周部に固定されている。回転子鉄心5aは薄板の電磁鋼板を複数枚積層することで構成されている。 The rotor 5 is composed of an end ring 5c integrally formed with the rotor core 5a and the rotor conductor bar 5b. The rotor 5 is fixed to the outer periphery of the rotating shaft 6. The rotor core 5a is configured by laminating a plurality of thin electromagnetic steel plates.
回転子5は固定子4の作る回転磁界によって回転する。回転軸6の両端はエンドブラケット3a、3bに対してそれぞれ軸受7a、7bを介して回転自在に保持されている。また、回転軸6の一端部はエンドブラケット3aを挿通して外部に突き出し、出力軸となっている。回転軸6の他端部はエンドブラケット3bを挿通して外扇ファン8が装着される。 The rotor 5 is rotated by a rotating magnetic field generated by the stator 4. Both ends of the rotating shaft 6 are rotatably held with respect to the end brackets 3a and 3b via bearings 7a and 7b, respectively. Further, one end portion of the rotating shaft 6 is inserted through the end bracket 3a and protrudes to the outside to serve as an output shaft. The outer fan 8 is attached to the other end of the rotating shaft 6 through the end bracket 3b.
外扇ファン8は回転軸6に固定されているため、回転軸6と同調して回転する。外扇ファン8は鋳鉄、アルミ合金、樹脂などによって製造される。外扇ファン8はハウジング1とエンドブラケット3a、3bによって形成される密閉空間外領域9に取り付けられてエンドカバー10によって覆われている。
Since the external fan 8 is fixed to the rotating shaft 6, it rotates in synchronization with the rotating shaft 6. The external fan 8 is manufactured from cast iron, aluminum alloy, resin, or the like. The external fan 8 is attached to an outside space 9 formed by the
本実施例の回転電機においては、密閉空間外領域9と密閉空間内領域11a、11bの各空間において冷却が行われている。以下に各空間における冷却構成と作用を説明する。 In the rotating electrical machine of the present embodiment, cooling is performed in each space of the sealed space outer region 9 and the sealed space inner regions 11a and 11b. The cooling configuration and operation in each space will be described below.
密閉空間外領域9はハウジング1とエンドブラケット3a、3bで覆われた空間の外部の空間であり、その空間には外扇ファン8がおかれている。この外扇ファン8を覆うようにエンドカバー10が設けられ、エンドカバー10に外扇ファン8に対向して設けられる開口部12とハウジング1の外周表面に空気を吐き出す吐出し口13を介して外気と連通した空間となっている。
The outside space 9 of the sealed space is a space outside the space covered with the
密閉空間外領域9では、回転軸6に固定された外扇ファン8が回転することで、外気がエンドカバー10の開口部12から取り込まれる。取り込まれた外気はエンドカバー10の吐出し口13からハウジング1の外周及び出力軸側に向けて送風され、回転電機内部で発生した熱の冷却を行う。このときハウジング1に放熱フィン14が設けられることで機器の放熱の促進を図っている。
In the outside space 9 of the sealed space, the outside fan 8 fixed to the rotating shaft 6 rotates, so that outside air is taken in from the opening 12 of the end cover 10. The taken-in outside air is blown from the discharge port 13 of the end cover 10 toward the outer periphery of the
密閉空間内領域11a、11bはハウジング1とエンドブラケット3a、3bによって覆われた外気とは連通がない密閉された空間である。この密閉空間内領域11a、11bには発熱体となる固定子4と回転子5が設置されている。また、回転軸6も密閉空間内領域11a、11bにおかれている。図に示すように両領域11a、11bは、固定子4及び回転子5によって隔たれ、回転軸6の長手方向においてほぼ独立した空間となっている。回転子4と固定子5の間には微小なギャップが存在するが、空気を流通するに十分な大きさではない。そこで本実施例では、ハウジング1に設けられる通風路2と回転子5に設けられる風穴15とを有し、これらによって密閉空間内領域11a、11bが連通されている。すなわち、両領域11a、11bを2つの通風路(通風路2及び風穴15)とで連通した構造となっている。
The sealed space inner regions 11a and 11b are sealed spaces in which the
次に冷却メカニズムを説明する。回転電機が回転することで固定コイル4bで発生する熱は、密閉空間内領域11a、11bに放熱されるとともにハウジング1を介して外部へと放熱される。一方、回転子5にて発生する熱は密閉空間内領域11a、11bに放熱されるとともに、回転軸6、軸受7a、7b、エンドブラケット3a、3bを介して外部へと放熱される。
Next, the cooling mechanism will be described. The heat generated by the stationary coil 4b due to the rotation of the rotating electrical machine is radiated to the sealed space regions 11a and 11b and to the outside via the
一般に、回転子5から発生する熱が回転電機の中で最も高温となるため、回転電機の冷却性能改善において回転子5の冷却が重要である。そこで、機内冷却を行うにあたり、回転子5の端面に羽根16a、16bを配置する。例えば、羽根16a、16bは回転子5端面の薄鋼板を加工し、羽根形状としたものとする。これにより、両密閉空間内領域11a、11b間の積極的な空気循環を促す。 In general, the heat generated from the rotor 5 is the highest temperature in the rotating electrical machine, and therefore cooling the rotor 5 is important in improving the cooling performance of the rotating electrical machine. Therefore, when performing in-machine cooling, the blades 16a and 16b are disposed on the end face of the rotor 5. For example, the blades 16a and 16b are formed by processing a thin steel plate at the end face of the rotor 5 into a blade shape. This promotes positive air circulation between the regions 11a and 11b in both sealed spaces.
また、回転子5端面の羽根16a、16bは軸流方向に送風できるように傾きを設けた軸流ファンとしている。羽根16a、16bによって密閉空間内領域11bに送風されることで、密閉空間領域11aとの間で差圧が生まれ、ハウジング1の通風路2が通風する。この傾き構造に関し、図2を用いて説明する。
In addition, the blades 16a and 16b on the end face of the rotor 5 are axial flow fans provided with an inclination so that air can be blown in the axial flow direction. By sending air to the sealed space region 11b by the blades 16a and 16b, a differential pressure is generated between the sealed space region 11a and the
図2は回転子5の形状の一例である。風穴15の開口面となる回転子5の積層鋼板の端面に、当該風穴15の開口面の一部を覆うように傾斜した羽根16a、16bを設ける構造としている。これらの羽根16a、16bは、周方向に等間隔で複数設けられる風穴15にそれぞれ対応して設けられている。図2において、軸方向の手前側の羽根(16aとする)は、鋼板端面から羽根16aの頂部に向かう傾斜の方向が反時計回りに設けられている。図2に示す回転方向(反時計回り)に回転子5が回転すると、手前側の密閉空間内領域から空気を吸込み、風穴15の内部では奥側に向けて通風するものとなっている。 FIG. 2 shows an example of the shape of the rotor 5. The blades 16a and 16b that are inclined so as to cover a part of the opening surface of the air hole 15 are provided on the end surface of the laminated steel plate of the rotor 5 that becomes the opening surface of the air hole 15. The blades 16a and 16b are provided corresponding to the air holes 15 provided in a plurality at equal intervals in the circumferential direction. In FIG. 2, the vane (16a) on the near side in the axial direction is provided with an inclination direction counterclockwise from the end surface of the steel plate toward the top of the vane 16a. When the rotor 5 rotates in the rotation direction (counterclockwise) shown in FIG. 2, air is sucked from the area in the closed space on the near side, and the air is vented toward the back side inside the air hole 15.
また、図2においては、奥側の鋼板端面にも同様に羽根(16bとする)が設けられている。回転子5の両側に羽根を設けることで、回転電機の回転方向を問わずにいずれの回転方向でも冷却が可能となる。その際、この羽根16bは鋼板端面から羽根の頂部に向かう傾斜の方向が時計回りに設けられるようにしておく。これにより、図2に示す回転方向の場合に風穴15の奥側の開口部から空気を吸い込むことはない。 Moreover, in FIG. 2, the blade | wing (16b) is similarly provided also in the steel plate end surface of the back | inner side. By providing blades on both sides of the rotor 5, cooling can be performed in any rotation direction regardless of the rotation direction of the rotating electrical machine. At this time, the blade 16b is provided so that the direction of inclination from the end surface of the steel plate toward the top of the blade is clockwise. Thereby, in the case of the rotational direction shown in FIG.
このように、図2の形状の羽根を回転子5の両端に配置することで、片方の羽根が風を吸入し、もう一方の羽根が吐き出すように差圧を生じさせて風穴を通風している。それにより、回転方向を逆にした場合においても、風穴を通る風の向きが反転するのみであることから、冷却性能上、回転方向に関する制限は発生しない。 In this way, by arranging the blades of the shape of FIG. 2 at both ends of the rotor 5, a differential pressure is generated so that one of the blades sucks the wind and the other blade discharges, and the air is blown through the air hole. Yes. As a result, even when the rotation direction is reversed, the direction of the wind passing through the air hole is only reversed, so that there is no restriction on the rotation direction in terms of cooling performance.
また、羽根16a、16bは、鋼板端面の切り欠き、折り曲げによって形成可能であることから、極めて簡素に加工することができる。 Further, since the blades 16a and 16b can be formed by notching and bending the end face of the steel plate, they can be processed extremely simply.
図3は比較例を示す図であり、一般的な機内冷却システムを有した回転電機の構成図の例である。なお、本実施例と共通する部分は同一符号を付し、説明を省略する。 FIG. 3 is a diagram showing a comparative example, which is an example of a configuration diagram of a rotating electrical machine having a general in-machine cooling system. In addition, the part which is common in a present Example attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.
しばしば回転電機では反出力軸側に固定された内扇ファン17によって密閉空間内領域11a、通風路2、密閉空間内領域11b、風穴15の順に送風することで回転電機内部の強制対流冷却を行うことで回転子5の冷却を図っている。
Often in a rotating electrical machine, forced convection cooling inside the rotating electrical machine is performed by blowing air in the order of the sealed space inner region 11a, the
またエンドリング5cの端面にはしばしば一体成形された羽根18が設けられている。そのため、羽根18によってエンドリング5c周辺に攪拌されている風の抵抗を受けないように、内扇ファン17はガイドとしての機能を持たせるため、大型化する傾向がありハウジング1内部のスペースに余裕がなくなる問題が生じることがある。図3に示すように内扇ファン17は回転中心から外周側へ大きく延伸するガイド形状が必要となる。
Further, the end ring 5c is often provided with integrally formed blades 18 on the end face. For this reason, the
そこで、本実施例ではエンドリング5c部の羽根18を廃止することで、エンドリング5c周辺を攪拌している風による機内循環の通風抵抗を排除し、小型化が可能となる回転電機を提供することができる。上述のように、回転方向が逆転して風向きが反対となっても冷却性能は同等とできるため、冷却に有利な構造をコンパクトに実現できる。 Therefore, in this embodiment, by eliminating the blades 18 of the end ring 5c part, the resistance to the circulation of the in-machine circulation due to the air stirring around the end ring 5c is eliminated, and a rotating electrical machine that can be downsized is provided. be able to. As described above, since the cooling performance can be equivalent even if the rotation direction is reversed and the wind direction is reversed, a structure advantageous for cooling can be realized in a compact manner.
本実施例では、実施例1に対し、エンドリング5c形状を変更した回転電機の例を説明する。 In the present embodiment, an example of a rotating electrical machine in which the shape of the end ring 5c is changed with respect to the first embodiment will be described.
図4は、本実施例の回転電機の構成図の例である。以下、本実施例に関し、実施例1と異なる点を主に説明し、他については説明を省略する。 FIG. 4 is an example of a configuration diagram of the rotating electrical machine of the present embodiment. In the following, with respect to the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of the other will be omitted.
本実施例では、エンドリング5c内径部を軸方向に延長する(5d)。これにより、エンドリング5dは羽根16a、16bによって生じた風の流れを整流するガイドとしての機能を有するため、送風抵抗の低減が可能となる。また、回転子5導体とエンドリング5dは一体構造であるため、5d部は発熱導体の冷却フィンとしての機能も有することとなり、更なる冷却性能の向上が実現できることとなる。また、この延長部5dを密閉空間内領域11、11bの両側にともに設けることで正逆回転のいずれにおいても冷却性能向上が可能である。 In this embodiment, the inner diameter portion of the end ring 5c is extended in the axial direction (5d). Thereby, the end ring 5d has a function as a guide for rectifying the flow of the wind generated by the blades 16a and 16b, so that the blowing resistance can be reduced. Further, since the rotor 5 conductor and the end ring 5d have an integral structure, the 5d portion also has a function as a cooling fin of the heat generating conductor, and further improvement in cooling performance can be realized. Further, by providing the extension 5d on both sides of the closed space regions 11 and 11b, the cooling performance can be improved in both forward and reverse rotations.
本実施例では、実施例1に対し、内扇ファン17と羽根16a、16bを併用した回転電機の例を説明する。
In the present embodiment, an example of a rotating electrical machine using the
図5は、本実施例の回転電機の構成図の例である。以下、本実施例に関し、実施例1、2と異なる点を主に説明し、他については説明を省略する。 FIG. 5 is an example of a configuration diagram of the rotating electrical machine of the present embodiment. In the following, with respect to the present embodiment, points different from the first and second embodiments will be mainly described, and description of the other portions will be omitted.
本実施例では、内扇ファン17と回転子5端面の羽根16a、16bを併用する。内扇ファン17と羽根16a、16bが発生させる通風方向は同一である。これより、それぞれ単独で使用した場合に比べ、機内循環する通風の風量の増加が可能となるため、冷却性能が向上することとなる。
In this embodiment, the
すなわち、本実施形態で示した羽根16a、16bは、内扇ファン17と必ずしも択一的ではなく、本実施例のように併用することも可能である。したがって、回転電機のスペースに余裕がある場合には、両者を併用することで冷却性能の更なる向上を図ることができる。
That is, the blades 16a and 16b shown in the present embodiment are not necessarily alternative to the
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. In addition, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1・・・ハウジング、2・・・通風路、3a・・・出力軸側エンドブラケット、3b・・・反出力軸側エンドブラケット、4・・・固定子、4a・・・固定子鉄心、4b・・・固定子コイル、5・・・回転子、5a・・・回転子鉄心、5b・・・回転子導体バー、5c・・・エンドリング、5d・・・エンドリング(延長部)、6・・・回転軸、7a・・・出力軸側軸受、7b・・・反出力軸側軸受、8・・・外扇ファン、9・・・密閉空間外領域、10・・・エンドカバー、11a・・・出力軸側密閉空間内領域、11b・・・反出力軸側密閉空間内領域、12・・・エンドカバー開口部、13・・・エンドカバー吐き出し部、14・・・放熱フィン、15・・・風穴、16a・・・出力軸側羽根、16b・・・反出力軸側羽根、17・・・内扇ファン、18・・・エンドリング部羽根。 1 ... housing, 2 ... ventilation path, 3a ... output shaft side end bracket, 3b ... anti-output shaft side end bracket, 4 ... stator, 4a ... stator core, 4b ... Stator coil, 5 ... Rotor, 5a ... Rotor core, 5b ... Rotor conductor bar, 5c ... End ring, 5d ... End ring (extension), 6 ... Rotary shaft, 7a ... Output shaft side bearing, 7b ... Non-output shaft side bearing, 8 ... Outer fan fan, 9 ... Outer space area, 10 ... End cover, 11a ... Output shaft side sealed space area, 11b ... Non-output shaft side sealed space area, 12 ... End cover opening, 13 ... End cover discharge part, 14 ... Heat radiation fin, 15 ... Air holes, 16a ... Output shaft side blades, 16b ... Non-output shaft side blades, 17 ... Inner fan, 18 ... End ring blades.
Claims (7)
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