JP2013046554A - Rotary electric machine - Google Patents

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Shinichi Noda
伸一 野田
Yasuhei Koyama
泰平 小山
Keiji Ozaki
圭史 尾崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary electric machine capable of suppressing a temperature rise of a stator iron core coil and of achieving large capacity.SOLUTION: According to one embodiment, a rotary electric machine comprises: a stator frame 12; a stator 30 that has an annular stator iron core 32 disposed in the stator frame 12 in a coaxial manner and a plurality of iron core coils 34 installed to the stator iron core 32 and defines a cooling ventilation passage between an outer periphery of the stator iron core 32 and an inner surface of the stator frame 12; a rotatable rotor 40 disposed inside the stator iron core 32 in the coaxial manner; cooling fans 50a and 50b that are installed on the rotor 40 and integrally rotate with the rotor 40; fan covers 60a and 60b that cover axial direction ends of the stator 30 and the rotor 40 and the cooling fans 50a and 50b and are fixed to the stator frame 12; and air intake ports 62a and 62b that are formed at the fan covers 60a and 60b and positioned coaxial with the rotor 40. External diameters D1 of the air intake ports 62a and 62b of the fan covers 60a and 60b and internal diameters d of fins of the cooling fans 50a and 50b are formed so as to have substantially the same dimensions.

Description

この発明の実施形態は、例えば、昇降機の巻上機等に用いる回転電機に関する。   Embodiments of the present invention relate to a rotating electrical machine used for, for example, a hoisting machine of an elevator.

例えば、昇降機の巻上機等に用いる回転電機は、円筒状の固定子鉄心と、この固定子鉄心の内側に回転自在に支持された回転子と、を備えている。固定子鉄心には、複数のスリットが形成され、これらのスリットに固定子コイルが埋め込まれている。   For example, a rotating electrical machine used for a hoisting machine of an elevator includes a cylindrical stator core and a rotor that is rotatably supported inside the stator core. A plurality of slits are formed in the stator core, and stator coils are embedded in these slits.

近年、回転子の発熱を抑え、よりコンパクトな回転電機を実現するために、かご型回転子に代わって、永久磁石を回転子鉄心に挿入して構成する永久磁石形回転電機も増えている。   In recent years, in order to suppress the heat generation of the rotor and realize a more compact rotating electric machine, a permanent magnet type rotating electric machine configured by inserting a permanent magnet into a rotor core instead of a squirrel-cage rotor is increasing.

特開2008−029150号公報JP 2008-029150 A 特開2008−099491号公報JP 2008-099491 A

通常、巻上機等に用いる回転電機は、設置スペースに制約がある反面、より容量の拡大が望まれている。回転電機を小型、軽量化、および大容量化とする場合、単位体積あたりの発熱密度が増大する。特に、固定子鉄心コイルの温度が上昇し、耐久性および信頼性に影響を与える。   Usually, a rotary electric machine used for a hoisting machine or the like has a limitation in installation space, but more capacity is desired. When the rotating electrical machine is reduced in size, weight, and capacity, the heat generation density per unit volume increases. In particular, the temperature of the stator core coil rises, affecting the durability and reliability.

そこで、この発明の課題は、固定子鉄心コイルの温度上昇を抑制し、大容量化を図ることが可能な回転電機を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine capable of suppressing the temperature increase of the stator core coil and increasing the capacity.

実施形態によれば、回転電機は、固定子枠と、固定子枠内に同軸的に配置された環状の固定子鉄心と、固定子鉄心に取付けられた複数の鉄心コイルと、を有し、前記固定子鉄心の外周と固定子枠の内面との間に冷却通風路を規定している固定子と、前記固定子鉄心の内側に同軸的に設けられた回転自在な回転子と、前記回転子に取付けられ、回転子と一体に回転する冷却ファンと、前記固定子および回転子の軸方向端、並びに、前記冷却ファンを覆って前記固定子枠に固定されたファンカバーと、前記ファンカバーに形成され前記回転子と同軸的に位置する吸気口と、を備え、前記ファンカバーの吸気口の外径と前記冷却ファンのフィンの内径とが略同一寸法に形成されている。   According to the embodiment, the rotating electrical machine has a stator frame, an annular stator core disposed coaxially in the stator frame, and a plurality of core coils attached to the stator core, A stator defining a cooling air passage between an outer periphery of the stator core and an inner surface of the stator frame; a rotatable rotor provided coaxially inside the stator core; and the rotation A cooling fan attached to the rotor and rotating integrally with the rotor, axial ends of the stator and the rotor, a fan cover that covers the cooling fan and is fixed to the stator frame, and the fan cover And the outside diameter of the air inlet of the fan cover and the inside diameter of the fin of the cooling fan are formed to have substantially the same dimensions.

図1は、第1の実施形態に係る回転電機を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a rotating electrical machine according to the first embodiment. 図2は、前記回転電機の冷却風の流れを示す縦断面図。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a flow of cooling air of the rotating electric machine. 図3は、前記回転電機の縦断面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the rotating electric machine. 図4は、前記回転電機の固定子枠を示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing a stator frame of the rotating electrical machine. 図5は、前記固定子枠と固定子鉄心との間に配置されるスペーサ(リブ)を示す斜視図。FIG. 5 is a perspective view showing spacers (ribs) arranged between the stator frame and the stator core. 図6は、前記回転電機の固定子鉄心を示す斜視図。FIG. 6 is a perspective view showing a stator core of the rotating electrical machine. 図7は、前記回転電機の固定子枠および固定子鉄心を示す側面図。FIG. 7 is a side view showing a stator frame and a stator core of the rotating electric machine. 図8は、前記回転電機の回転子を示す斜視図。FIG. 8 is a perspective view showing a rotor of the rotating electrical machine. 図9は、ファンカバーの吸気口の直径Dと冷却ファンの内径dとの比と、冷却温度との関係を示す図。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the cooling temperature and the ratio between the diameter D of the air inlet of the fan cover and the inner diameter d of the cooling fan. 図10は、鉄心コイルの突出長さCと冷却ファンのフィン弦長さLとの比と、冷却温度との関係を示す図。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the ratio of the protruding length C of the iron core coil and the fin chord length L of the cooling fan and the cooling temperature. 図11は、第2の実施形態に係る回転電機を示す斜視図。FIG. 11 is a perspective view showing a rotating electrical machine according to the second embodiment.

以下に、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。   Various embodiments will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol shall be attached | subjected to a common structure through embodiment, and the overlapping description is abbreviate | omitted. In addition, each drawing is a schematic diagram for promoting the embodiment and its understanding, and its shape, dimensions, ratio, etc. are different from the actual device, but these are considered in consideration of the following description and known techniques. The design can be changed as appropriate.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る回転電機10を示し、図2および図3は、回転電機10の縦断面を示し、図4ないし図8は回転電機10の種々の構成要素を示している。
図1ないし図3に示すように、回転電機10は、固定子枠12と、固定枠内に支持された円筒状の固定子30と、固定子の内側に回転自在に設けられた回転子40と、回転子40に形成された冷却ファン50a、50bと、固定子および回転子の両側を覆った一対のファンカバー60a、60bと、を備えている。
(First embodiment)
1 shows a rotating electrical machine 10 according to the first embodiment, FIGS. 2 and 3 show longitudinal sections of the rotating electrical machine 10, and FIGS. 4 to 8 show various components of the rotating electrical machine 10. FIG. Yes.
As shown in FIGS. 1 to 3, the rotating electrical machine 10 includes a stator frame 12, a cylindrical stator 30 supported in the fixed frame, and a rotor 40 rotatably provided inside the stator. And cooling fans 50a and 50b formed on the rotor 40, and a pair of fan covers 60a and 60b covering both sides of the stator and the rotor.

図1、図4、および図7に示すように、固定子枠12は、円筒フレーム14と円筒フレームの外周部に一体に形成された環状のフランジ部16を備えている。フランジ部16の下部には一対の脚座18が一体に形成されている。円筒フレーム14には、複数の排気孔20、例えば、矩形状の排気孔20が形成され、円周方向に沿って間隔をおいて設けられている。また、円筒フレーム14の上端部、すなわち、鉛直方向の上端部には、小径の円形の排気孔22が形成されている。脚座18の近傍で円筒フレーム14の下部外面に、複数の補強リブ24が一体に形成されている。   As shown in FIGS. 1, 4, and 7, the stator frame 12 includes a cylindrical frame 14 and an annular flange portion 16 formed integrally with the outer peripheral portion of the cylindrical frame. A pair of leg seats 18 are formed integrally with the lower portion of the flange portion 16. A plurality of exhaust holes 20, for example, rectangular exhaust holes 20 are formed in the cylindrical frame 14, and are provided at intervals along the circumferential direction. In addition, a small-diameter circular exhaust hole 22 is formed at the upper end of the cylindrical frame 14, that is, the upper end in the vertical direction. A plurality of reinforcing ribs 24 are integrally formed on the lower outer surface of the cylindrical frame 14 in the vicinity of the leg seat 18.

図1ないし図7に示すように、固定子30は、円筒状の固定子鉄心32を備えている。固定子鉄心32は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。固定子鉄心32の内周部には、それぞれ軸方向に延びた複数のスロットが形成され、これらのスロットに固定子鉄心コイル34が埋め込まれている。鉄心コイル34のコイルエンドは固定子鉄心32の両端面から軸方向に張り出している。固定子鉄心32および固定子鉄心コイル34により固定子30が構成されている。   As shown in FIGS. 1 to 7, the stator 30 includes a cylindrical stator core 32. The stator core 32 is configured by laminating a plurality of annular metal plates made of a magnetic material, for example, a silicon steel plate. A plurality of slots extending in the axial direction are formed in the inner peripheral portion of the stator core 32, and the stator core coil 34 is embedded in these slots. The coil ends of the iron core coil 34 project axially from both end faces of the stator iron core 32. A stator 30 is constituted by the stator core 32 and the stator core coil 34.

固定子鉄心32の外径Q2は、円筒フレーム14の内径Q1よりも僅かに小さく形成されている。固定子鉄心32は円筒フレーム14内に同軸的に配置され、固定子鉄心32の外周面と円筒フレーム14との間に複数のスペーサ36が嵌合されている。各スペーサ36は、細長い円柱形状(リブ形状)に形成されている。大多数のスペーサ36は、その中央部に凹所36aが形成されている。これらのスペーサ36は、それぞれ固定子鉄心32の軸方向に延在しているとともに、固定子鉄心32の円周方向に一定の間隔を置いて並んで配置されている。凹所36aを有するスペーサ36は、例えば、凹所36a側が円筒フレーム14の内周面に対向した状態で設置されている。   The outer diameter Q2 of the stator core 32 is formed to be slightly smaller than the inner diameter Q1 of the cylindrical frame 14. The stator core 32 is coaxially disposed in the cylindrical frame 14, and a plurality of spacers 36 are fitted between the outer peripheral surface of the stator core 32 and the cylindrical frame 14. Each spacer 36 is formed in an elongated cylindrical shape (rib shape). A majority of the spacers 36 are formed with a recess 36a at the center thereof. These spacers 36 extend in the axial direction of the stator core 32, and are arranged side by side at a constant interval in the circumferential direction of the stator core 32. The spacer 36 having the recess 36 a is installed, for example, in a state where the recess 36 a side faces the inner peripheral surface of the cylindrical frame 14.

実施形態では、図6に示すように、複数のスペーサ36は、固定子鉄心32の外周面に固定され、この固定子鉄心32を圧入あるいは焼ばめによって円筒フレーム14内に嵌合することにより、固定子鉄心32が円筒フレーム14内に同軸的に固定されている。また、固定子鉄心32は、図示しない鉄心押えにより円筒フレーム14内に固定保持されている。   In the embodiment, as shown in FIG. 6, the plurality of spacers 36 are fixed to the outer peripheral surface of the stator core 32, and the stator core 32 is fitted into the cylindrical frame 14 by press fitting or shrink fitting. The stator core 32 is coaxially fixed in the cylindrical frame 14. The stator core 32 is fixed and held in the cylindrical frame 14 by an iron core presser (not shown).

図2および図7に示すように、固定子鉄心32の外周面と円筒フレーム14の内周面との間の隙間により、後述する冷却風が流れる冷却通風路37が形成されている。ここで、隣合うスペーサ36により仕切られた空間は、スペーサ36の凹所36aを通して互いに連通している。そして、複数の排気孔20、22は、冷却通風路37に開口および連通している。なお、大部分の排気孔20は、隣接する2つのスペーサ36間で円筒フレーム14に設けられ、一部の排気孔20は、スペーサと重なって、円筒フレームに形成されているの
図2、図3、図8に示すように、回転子40は、回転軸42と、回転軸の軸方向ほぼ中央部に固定された円筒状の回転子鉄心44と、回転軸に固定された図示しない鉄心押さえと、を有している。回転軸42は固定子鉄心32と同軸的に延在し、その軸方向両端部は、図示しない軸受により回転自在に支持されている。回転子鉄心44は、固定子鉄心32の内側に、隙間を置いて、同軸的に位置している。回転軸42の駆動側端部42aは、後述するファンカバーを貫通し、機外に延出している。
As shown in FIGS. 2 and 7, a cooling air passage 37 through which cooling air to be described later flows is formed by a gap between the outer peripheral surface of the stator core 32 and the inner peripheral surface of the cylindrical frame 14. Here, the spaces partitioned by the adjacent spacers 36 communicate with each other through the recesses 36 a of the spacers 36. The plurality of exhaust holes 20 and 22 are opened and communicated with the cooling air passage 37. Most of the exhaust holes 20 are provided in the cylindrical frame 14 between two adjacent spacers 36, and some of the exhaust holes 20 overlap the spacers and are formed in the cylindrical frame. 3. As shown in FIG. 8, the rotor 40 is composed of a rotating shaft 42, a cylindrical rotor core 44 fixed substantially in the center in the axial direction of the rotating shaft, and an iron core retainer (not shown) fixed to the rotating shaft. And have. The rotating shaft 42 extends coaxially with the stator core 32, and both axial ends thereof are rotatably supported by bearings (not shown). The rotor core 44 is coaxially positioned with a gap inside the stator core 32. A driving side end 42a of the rotating shaft 42 penetrates a fan cover described later and extends outside the machine.

回転子鉄心44は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成され、その内部に図示しない永久磁石が配置されている。固定子鉄心コイル34に通電することにより、回転子鉄心44が回転し、回転軸42が固定子鉄心と一体に回転される。これにより、永久磁石型の回転電機が構成されている。なお、回転子40は、かご型回転ことし、誘導型の回転電機を構成してもよい。   The rotor core 44 is configured by laminating a large number of annular metal plates made of a magnetic material, for example, a silicon steel plate, and a permanent magnet (not shown) is disposed therein. By energizing the stator core coil 34, the rotor core 44 rotates, and the rotating shaft 42 rotates together with the stator core. Thus, a permanent magnet type rotating electrical machine is configured. The rotor 40 may be cage-shaped to constitute an induction type rotating electrical machine.

図2、図3、図8に示すように、回転子鉄心44の軸方向両端面に、複数のフィン52が固定され、それぞれ冷却ファン50a、50bを構成している。フィン52は、それぞれ矩形板状に形成され、複数のフィン52は、回転子鉄心44の回転中心に対して放射状に延在され、かつ、円周方向に等間隔を置いて配置されている。冷却ファン50a、50bの内径、すなわち、複数のフィン52の内径は、dに設定され、また、各フィン52の弦長、すなわち、回転子鉄心44の軸方向に沿った長さはLに設定されている。冷却ファン50a、50bは、回転子40と共に回転し、後述するように、外気を吸引して放射方向外方に噴出す。   As shown in FIGS. 2, 3, and 8, a plurality of fins 52 are fixed to both end surfaces in the axial direction of the rotor core 44, and constitute cooling fans 50 a and 50 b, respectively. The fins 52 are each formed in a rectangular plate shape, and the plurality of fins 52 extend radially with respect to the rotation center of the rotor core 44 and are arranged at equal intervals in the circumferential direction. The inner diameters of the cooling fans 50a and 50b, that is, the inner diameters of the plurality of fins 52 are set to d, and the chord length of each fin 52, that is, the length along the axial direction of the rotor core 44 is set to L. Has been. The cooling fans 50a and 50b rotate together with the rotor 40, as will be described later, sucking outside air and ejecting it radially outward.

図1ないし図3に示すように、ファンカバー60a、60bは、外周部が内側に湾曲して折り曲げられた円盤状(ほぼ皿状)に形成されている。ファンカバー60a、60bは、金属、例えば、板厚3.2mmの薄板鋼板により形成されている。ファンカバー60aは、その周縁部が固定子枠12に固定され、固定子30および回転子40と同軸的に配置されているとともに、固定子30および回転子40の一端側を覆っている。ファンカバー60aと固定子30および回転子40との間に、冷却風を流す空間が形成されている。また、ファンカバー60の中心部に円形の吸気口62aが形成されている。この吸気口62aは、回転子40と同軸的に位置している。回転軸42の出力側端部は、吸気口62aを通って機外に延出している。吸気口62aの径は、D1に設定されている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the fan covers 60 a and 60 b are formed in a disc shape (substantially dish shape) whose outer peripheral portions are bent and bent inward. The fan covers 60a and 60b are made of metal, for example, a thin steel plate having a thickness of 3.2 mm. The fan cover 60 a has a peripheral edge fixed to the stator frame 12, arranged coaxially with the stator 30 and the rotor 40, and covers one end side of the stator 30 and the rotor 40. A space through which cooling air flows is formed between the fan cover 60 a and the stator 30 and the rotor 40. A circular air inlet 62 a is formed at the center of the fan cover 60. The air inlet 62 a is located coaxially with the rotor 40. The output side end of the rotating shaft 42 extends outside the machine through the air inlet 62a. The diameter of the air inlet 62a is set to D1.

他方のファンカバー60bは、その周縁部が固定子枠12に固定され、固定子30および回転子40と同軸的に配置されているとともに、固定子30および回転子40の他端側を覆っている。ファンカバー60bと固定子30および回転子40との間に、冷却風を流す空間が形成されている。また、ファンカバー60の中心部に環状の吸気口62bが形成されている。この吸気口62bは、回転子40と同軸的に位置している。吸気口62bの内径はD2、外径はD1に設定されている。   The other fan cover 60b is fixed to the stator frame 12 at its peripheral edge, and is disposed coaxially with the stator 30 and the rotor 40, and covers the other end of the stator 30 and the rotor 40. Yes. A space through which cooling air flows is formed between the fan cover 60 b and the stator 30 and the rotor 40. An annular air inlet 62 b is formed at the center of the fan cover 60. The air inlet 62b is positioned coaxially with the rotor 40. The inner diameter of the air inlet 62b is set to D2, and the outer diameter is set to D1.

図2に示すように、回転子40と共に冷却ファン50a、50bが回転すると、ファンカバー60a、60bの吸気口62a、62bから外気(冷却空気)が機内に吸い込まれ、冷却ファン50a、50bにより放射方向外方に送られる。この冷却風は、固定子鉄心コイル34のコイル端部を通りこれを冷却した後、固定子鉄心32と円筒フレーム14との間の冷却通風路37を流れて固定子鉄心32を冷却する。その後、冷却風は、排気孔20から機外に排気される。このように、発生熱源である鉄心コイル(銅損)34と固定子鉄心(鉄損)32に冷却風を当てることにより、外気へ放熱し、これらの熱源の温度上昇が抑制する。   As shown in FIG. 2, when the cooling fans 50a and 50b rotate together with the rotor 40, outside air (cooling air) is sucked into the apparatus from the intake ports 62a and 62b of the fan covers 60a and 60b, and is radiated by the cooling fans 50a and 50b. Sent out of the direction. The cooling air passes through the coil end of the stator core coil 34 and cools it, and then flows through the cooling air passage 37 between the stator core 32 and the cylindrical frame 14 to cool the stator core 32. Thereafter, the cooling air is exhausted from the exhaust hole 20 to the outside of the machine. In this manner, by applying cooling air to the iron core coil (copper loss) 34 and the stator iron core (iron loss) 32 that are generated heat sources, heat is radiated to the outside air, and the temperature rise of these heat sources is suppressed.

1)本実施形態において、図3に示すように、ファンカバー60a、60bの吸気口62a、62bの径D1と冷却ファン50a、50bの内径dは、ほぼ等しい径に形成されている。例えば、吸気口62a、62bの径D1を300mmとした場合、冷却ファン50a、50bの内径dは、±20mm(1〜6%)程度の誤差で、径D1と等しく形成されている。   1) In this embodiment, as shown in FIG. 3, the diameters D1 of the air inlets 62a and 62b of the fan covers 60a and 60b and the inner diameters d of the cooling fans 50a and 50b are formed to be substantially equal. For example, when the diameter D1 of the intake ports 62a and 62b is 300 mm, the inner diameter d of the cooling fans 50a and 50b is formed to be equal to the diameter D1 with an error of about ± 20 mm (1 to 6%).

このように、吸気口62a、62bの径D1と冷却ファン50a、50bの内径dを略同一寸法とすることにより、冷却ファン50a、50bの内径dから遠心力により周りの空気が吸い込まれる。その際、ファンカバー60a、60bの吸気口62a、62bの直径Dの大きさにより、風量が左右される。この現象を解明するため実験検証とコンピュークシミュレーションの流れ解析した結果、図9に示すように、吸気口62a、62bの直径Dと冷却ファンの内径dを同一寸法(d/D=1)にすると、風量が最大限となり、回転電機の全体の温度が低減する。冷却風が最大限に流れることから、固定子鉄心32および鉄心コイル34の熱を効率よく冷却風に放熱し、これらの温度上昇を抑制することができる。   Thus, by setting the diameter D1 of the intake ports 62a and 62b and the inner diameter d of the cooling fans 50a and 50b to be substantially the same size, the surrounding air is sucked from the inner diameter d of the cooling fans 50a and 50b by centrifugal force. At that time, the air volume depends on the diameter D of the air inlets 62a and 62b of the fan covers 60a and 60b. As a result of experimental analysis and computer simulation flow analysis to clarify this phenomenon, as shown in FIG. 9, the diameter D of the intake ports 62a and 62b and the inner diameter d of the cooling fan are the same dimension (d / D = 1). As a result, the air volume is maximized and the overall temperature of the rotating electrical machine is reduced. Since the cooling air flows to the maximum extent, the heat of the stator core 32 and the iron core coil 34 can be efficiently dissipated to the cooling air, and the temperature rise can be suppressed.

2)本実施形態によれば、図3に示すように、固定子鉄心32から軸方向に張り出した鉄心コイル34のコイルエンドとファンカバー60a、60bとの距離Bは、約10cmに設定され、また、冷却ファン50a、50bのフィン52とファンカバー内面との距離Eは、フィン52の弦長さLよりも小さく(L>E)、例えば、長さLの20%以下に設定されている。   2) According to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the distance B between the coil end of the iron core coil 34 projecting axially from the stator iron core 32 and the fan covers 60a, 60b is set to about 10 cm. The distance E between the fins 52 of the cooling fans 50a and 50b and the inner surface of the fan cover is smaller than the chord length L of the fins 52 (L> E), and is set to 20% or less of the length L, for example. .

ファンカバー60a、60bに、例えば、板厚3.2mmの薄板鋼板を使用した場合、コイルエンドとの絶縁距離を保つには略10cm以上が必要となる。コイルエンドと冷却ファン50a、50bの位置関係は、半径方向に離れている。そこで、冷却ファン50a、50bとファンカバー60a、60bの距離Eは、離しすぎると風量が少なくなる。   For example, when a thin steel plate having a thickness of 3.2 mm is used for the fan covers 60a and 60b, approximately 10 cm or more is required to maintain an insulation distance from the coil end. The positional relationship between the coil end and the cooling fans 50a and 50b is separated in the radial direction. Therefore, if the distance E between the cooling fans 50a and 50b and the fan covers 60a and 60b is too large, the air volume is reduced.

3)本実施形態によれば、固定子鉄心32の軸方向に張り出したコイルエンドの長さCは、フィン52の弦長さLに対して、L/C=0.8〜0.7に設定されている。この場合、冷却ファン50a、50bからの遠心カにより周りの空気が吸い込まれ、コイルエンドに冷却風が当たる。その際、冷却ファン50a、50bの外形からコイルエンドに向かうまでに冷却風が広がり、およそ1.25〜1.40倍の範囲となる。この範囲で風量が最大限になり、回転電機の全体の温度が低減する。図10は、L/Cと鉄心コイル温度との関係についてシュミレーションした結果を示している。この図から、L/C=0.8〜0.7とすることにより、冷却風が最大限に流れ、固定子鉄心32および鉄心コイル34の熱を冷却風に放熱し、これらの温度上昇を抑制できることが分かる。   3) According to the present embodiment, the length C of the coil end projecting in the axial direction of the stator core 32 is L / C = 0.8 to 0.7 with respect to the chord length L of the fin 52. Is set. In this case, the surrounding air is sucked in by the centrifugal force from the cooling fans 50a and 50b, and the cooling air hits the coil end. At that time, the cooling air spreads from the outer shape of the cooling fans 50a and 50b toward the coil end, and the range is approximately 1.25 to 1.40 times. In this range, the air volume is maximized and the overall temperature of the rotating electrical machine is reduced. FIG. 10 shows the result of simulation of the relationship between L / C and iron core coil temperature. From this figure, by setting L / C = 0.8 to 0.7, the cooling air flows to the maximum, the heat of the stator core 32 and the iron core coil 34 is radiated to the cooling air, and the temperature rises. It turns out that it can suppress.

4)本実施形態によれば、図3に示すように、ファンカバー60bに形成された吸気口62bの外径D1および内径D2により規定される吸気口62bの吸込み面積Sに対して、固定子鉄心の外径Q2と円筒フレーム14の内径Q1により規定される冷却通風路37の面積Gとの関係が、G=1.1〜1.3Sとなるように、スペーサ36の厚さhが設定されている。この場合、冷却ファン50a、50bからの遠心力により周りの空気が吸い込まれ、冷却通風路37を通って排気孔20から排出される。   4) According to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the stator with respect to the suction area S of the air inlet 62b defined by the outer diameter D1 and the inner diameter D2 of the air inlet 62b formed in the fan cover 60b. The thickness h of the spacer 36 is set so that the relationship between the outer diameter Q2 of the iron core and the area G of the cooling ventilation path 37 defined by the inner diameter Q1 of the cylindrical frame 14 is G = 1.1 to 1.3S. Has been. In this case, the surrounding air is sucked by the centrifugal force from the cooling fans 50 a and 50 b and is discharged from the exhaust hole 20 through the cooling air passage 37.

ここで、流入側の面積(吸気口62bの面積)に対して、排気側の面積(冷却通風路37の面積)を約1.1〜1.3倍に設定する。この範囲で冷却空気の風量が最大限になり、回転電機10の全体の温度が低減することが分かった。冷却風が最大限に流れることから、固定子鉄心32および鉄心コイル34の熱を冷却風に放熱し、固定子鉄心32および鉄心コイルの温度上昇を抑制することができる。   Here, the area on the exhaust side (area of the cooling air passage 37) is set to about 1.1 to 1.3 times the area on the inflow side (area of the intake port 62b). It was found that the air volume of the cooling air is maximized within this range, and the overall temperature of the rotating electrical machine 10 is reduced. Since the cooling air flows to the maximum, the heat of the stator core 32 and the iron core coil 34 can be radiated to the cooling air, and the temperature rise of the stator iron core 32 and the iron core coil can be suppressed.

5)本実施形態によれば、図1ないし図4に示すように、固定子枠12の円筒フレーム14に複数の排気孔20、22を配置したことにより、固定子枠12のフランジ部16と円筒フレーム14との円環曲げ剛性のバランスが取れる。円筒フレーム14に排気孔20、22を設けると、円筒フレームの円環曲げ剛性が小さくなる。しかし、2つのフランジ部16の間は円環曲げ剛性が大きいことから、フランジ部16の強度の高い位置と、排気孔20の円周方向の位置が一致していれば、排気孔20により円筒フレームの強度低下が補われ、固定子枠12の円環曲げ剛性はバランヌがとれてトータル的に大きくなる。したがって、固定子鉄心32の円環曲げ剛性を向上することができる。   5) According to the present embodiment, the plurality of exhaust holes 20 and 22 are arranged in the cylindrical frame 14 of the stator frame 12 as shown in FIGS. The annular bending stiffness with the cylindrical frame 14 can be balanced. When the exhaust holes 20 and 22 are provided in the cylindrical frame 14, the annular bending rigidity of the cylindrical frame is reduced. However, since the annular bending rigidity is large between the two flange portions 16, if the high strength position of the flange portion 16 and the position of the exhaust hole 20 in the circumferential direction coincide with each other, the exhaust hole 20 is cylindrical. The reduction in the strength of the frame is compensated, and the annular bending rigidity of the stator frame 12 is totally increased due to the barannes. Therefore, the annular bending rigidity of the stator core 32 can be improved.

また、回転電機10の停止時、排気孔からゴミが入る可能性があるが、円筒フレーム14の鉛直方向上部に設けられた排気孔22は小径に形成されているため、ゴミの侵入を抑制することができる。   Further, when the rotating electrical machine 10 is stopped, dust may enter from the exhaust hole. However, the exhaust hole 22 provided in the upper part in the vertical direction of the cylindrical frame 14 is formed with a small diameter, so that intrusion of dust is suppressed. be able to.

以上のように構成された回転電機では、上述した1)〜5)のように各部の構成を最適化することにより、冷却ファン50a、50bの風量特性を向上し、回転電機全体の温度上昇を抑制することができる。コイルエンドおよび固定子鉄心の外形周りを冷却ファンから発生された冷却風が、ファンカバーとの距離により、効果的に流れることから、温度上昇する固定子鉄心、鉄心コイルに対して冷却性能が向上し、温度上昇が抑制される。これにより、固定子鉄心コイルの温度上昇を抑制し、大容量化を図ることが可能な回転電機が得られる。   In the rotating electrical machine configured as described above, the airflow characteristics of the cooling fans 50a and 50b are improved by optimizing the configuration of each part as described in 1) to 5) above, and the temperature of the entire rotating electrical machine is increased. Can be suppressed. Cooling air generated from the cooling fan around the outer shape of the coil end and stator core effectively flows depending on the distance from the fan cover, improving the cooling performance for stator cores and core coils that rise in temperature. And the temperature rise is suppressed. Thereby, the rotary electric machine which can suppress the temperature rise of a stator core coil and can aim at large capacity | capacitance is obtained.

また、温度が低下する分、鉄心コイルに流す電流を増すことができ、回転電機の出力をより増すことができることから、大容量化が可能であるにも拘わらず、単位体積当たりの発熱密度を低減し小形の回転電機を提供することができる。更に、排気孔の位置、排気孔の個数を最適化することにより、固定子鉄心の剛性を向上することができ、構造剛性を保った上で冷却性が向上する。   In addition, the current flowing through the iron core coil can be increased as the temperature decreases, and the output of the rotating electrical machine can be further increased, so that the heat generation density per unit volume can be increased despite the fact that the capacity can be increased. A small rotating electric machine can be provided. Furthermore, by optimizing the positions of the exhaust holes and the number of exhaust holes, the rigidity of the stator core can be improved, and the cooling performance is improved while maintaining the structural rigidity.

なお、第1の実施形態では、回転電機10は、上述した1)ないし5)の全てを満たす構成としているが、これに限らず、上記1)ないし4)の少なくとも1つの構成を備えていれば良く、この場合でも、固定子鉄心コイルの温度上昇を抑制し、大容量化を図ることが可能な回転電機が得られる。   In the first embodiment, the rotating electrical machine 10 is configured to satisfy all of the above-described 1) to 5), but is not limited thereto, and may include at least one of the above-described 1) to 4). Even in this case, a rotating electrical machine capable of suppressing the temperature rise of the stator core coil and increasing the capacity can be obtained.

次に、他の実施形態に係る回転電機について説明する。
以下に述べる実施形態において、前述した第1の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
Next, a rotating electrical machine according to another embodiment will be described.
In the embodiments described below, the same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

(第2の実施形態)
図11は、第2の実施形態に係る回転電機を示している。第2の実施形態では、回転電機10は、少なくとも1つの排気孔20に接続された強制吸引用のブロワー70を備えている。ブロワー70は、例えば、風道72を介して固定子枠12の円筒フレーム14に取り付けられ、風道72を介して排気孔20に連通している。
(Second Embodiment)
FIG. 11 shows a rotating electrical machine according to the second embodiment. In the second embodiment, the rotating electrical machine 10 includes a forced suction blower 70 connected to at least one exhaust hole 20. For example, the blower 70 is attached to the cylindrical frame 14 of the stator frame 12 via an air passage 72 and communicates with the exhaust hole 20 via the air passage 72.

ブロワー70により回転電機10の機内から強制的に冷却空気を吸引することにより、より多くの冷却風を固定子鉄心32および鉄心コイル34に供給し、これらの温度上昇をより抑制することができる。従って、回転電機の一層の大容量化を図ることが可能となる。回転電機10の他の構成は、前述した第1の実施形態に係る回転電機と同一である。   By forcibly sucking the cooling air from the inside of the rotating electrical machine 10 by the blower 70, more cooling air can be supplied to the stator core 32 and the iron core coil 34, and the temperature rise can be further suppressed. Accordingly, it is possible to further increase the capacity of the rotating electrical machine. Other configurations of the rotating electrical machine 10 are the same as those of the rotating electrical machine according to the first embodiment described above.

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、冷却ファンを構成するフィンの形状は、上述した実施形態に限定されることなく、種々変更可能である。冷却ファンにおいて、複数のフィンは固定子鉄心に直接、固定する構成としたが、別途、支持円板にフィンを固定して冷却ファンを構成するようにしてもよい。冷却ファンは、回転子の軸方向両端に限らず、少なくも一方に設けられていればよい。この発明に係る回転電機は、昇降機の巻上げ機に限らず、種々の回転電機に適用可能である。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
For example, the shape of the fin constituting the cooling fan is not limited to the above-described embodiment, and can be variously changed. In the cooling fan, the plurality of fins are directly fixed to the stator core. However, the cooling fan may be separately configured by fixing the fins to the support disk. The cooling fan is not limited to both ends of the rotor in the axial direction, and may be provided at least on one side. The rotating electrical machine according to the present invention is not limited to a hoisting machine for an elevator, and can be applied to various rotating electrical machines.

10…回転電機、12…固定子枠、14…円筒フレーム、16…フランジ部、
20、22…排気孔、30…固定子、32…固定子鉄心、34…鉄心コイル、
36…スペーサ、37…冷却通風路、40…回転子、42…回転軸、
44…回転子鉄心、50a、50b…冷却ファン、52…フィン、
60a、60b…ファンカバー、62a、62b…吸気口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Rotary electric machine, 12 ... Stator frame, 14 ... Cylindrical frame, 16 ... Flange part,
20, 22 ... exhaust holes, 30 ... stator, 32 ... stator core, 34 ... iron core coil,
36 ... Spacer, 37 ... Cooling ventilation path, 40 ... Rotor, 42 ... Rotating shaft,
44 ... Rotor core, 50a, 50b ... Cooling fan, 52 ... Fin,
60a, 60b ... fan cover, 62a, 62b ... air intake

Claims (5)

固定子枠と、
固定子枠内に同軸的に配置された環状の固定子鉄心と、固定子鉄心に取付けられた複数の鉄心コイルと、を有し、前記固定子鉄心の外周と固定子枠の内面との間に冷却通風路を規定している固定子と、
前記固定子鉄心の内側に同軸的に設けられた回転自在な回転子と、
前記回転子に取付けられ、回転子と一体に回転する冷却ファンと、
前記固定子および回転子の軸方向端、並びに、前記冷却ファンを覆って前記固定子枠に固定されたファンカバーと、
前記ファンカバーに形成され前記回転子と同軸的に位置する吸気口と、を備え、
前記ファンカバーの吸気口の外径と前記冷却ファンのフィンの内径とが略同一寸法に形成されている回転電機。
A stator frame;
An annular stator core disposed coaxially in the stator frame, and a plurality of core coils attached to the stator core, and between the outer periphery of the stator core and the inner surface of the stator frame A stator that defines a cooling air passage,
A rotatable rotor coaxially provided inside the stator core;
A cooling fan attached to the rotor and rotating integrally with the rotor;
Axial ends of the stator and rotor, and a fan cover that covers the cooling fan and is fixed to the stator frame;
An air inlet formed on the fan cover and positioned coaxially with the rotor,
A rotating electrical machine in which an outer diameter of an air inlet of the fan cover and an inner diameter of a fin of the cooling fan are formed to have substantially the same dimension.
前記鉄心コイルは、前記固定子鉄心の軸方向端から軸方向に突出するコイルエンドを有し、前記コイルエンドと前記ファンカバーとの距離は10cm以上に形成され、
前記冷却ファンのフィンと前記ファンカバー内面との距離は、前記フィンの弦長さ以下に形成されている請求項1に記載の回転電機。
The iron core coil has a coil end protruding in the axial direction from an axial end of the stator core, and the distance between the coil end and the fan cover is 10 cm or more,
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein a distance between the fin of the cooling fan and the inner surface of the fan cover is formed to be equal to or less than a chord length of the fin.
前記鉄心コイルは、前記固定子鉄心の軸方向端から軸方向に突出するコイルエンドを有し、前記コイルエンドの軸方向の突出長さCと前記フィンの弦長さLとは、
L/C=0.8〜0.7の関係を満たすように形成されている請求項1又は2に記載の回転電機。
The iron core coil has a coil end protruding in an axial direction from an axial end of the stator core, and an axial protruding length C of the coil end and a chord length L of the fin are:
The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the rotating electrical machine is formed so as to satisfy a relationship of L / C = 0.8 to 0.7.
前記ファンカバーの吸気口の面積と前記冷却通風路の面積Sと前記冷却通風路の面積Gとは、G=1.1〜1.3Sの関係を満たすように形成されている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の回転電機。   The area of the air inlet of the fan cover, the area S of the cooling ventilation path, and the area G of the cooling ventilation path are formed so as to satisfy a relationship of G = 1.1 to 1.3S. 4. The rotating electrical machine according to claim 1. 前記固定子鉄心の外周面と前記固定子枠の内周面との間に円周方向に間隔をおいて設けられた複数のスペーサを備え、
前記固定子枠は、前記複数のスペーサ間に形成され前記冷却通風路に開口する排気孔を有している請求項1ないし4のいずれか1項に記載の回転電機。
A plurality of spacers provided between the outer peripheral surface of the stator core and the inner peripheral surface of the stator frame at intervals in the circumferential direction;
5. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the stator frame has an exhaust hole that is formed between the plurality of spacers and opens to the cooling air passage.
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