JP2013179769A

JP2013179769A - 回転電機

Info

Publication number: JP2013179769A
Application number: JP2012042062A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Tsubusa; 慶亮津房; Hidenobu Tsuchimoto; 英伸槌本; Yuichi Tsuboi; 雄一坪井; Masaya Ishikawa; 将也石川; Takaaki Fujikawa; 貴陽藤川
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09

Abstract

【課題】放熱フィンを効率よく冷却する。
【解決手段】回転電機は、回転軸１１と、回転軸１１を取り囲むように固定されて回転する回転子と、複数の鋼板が積層されてなり回転子を取り囲むように形成された円環状の固定子と、内壁面の一部に固定子の外周面が固定されて固定子および回転子を収容する固定子枠１４と、固定子枠１４の半径方向外側に取り付けられて、回転軸１１が延びる方向に対して所定の角度を保ちながら延びるように形成されて、互いに間隔をあけて配置された複数の放熱フィン１５と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定子枠に放熱フィンが取り付けられた回転電機に関する。

回転電機は、回転軸と共に回転する回転子と、この回転子を取り囲む固定子と、固定子を外側から覆う固定子枠と、回転子や固定子から発生する熱を固定子枠の外部に放出するための複数の放熱フィンと、を有している。例えば、永久磁石同期発電機（PMSG：Permanent Magnet Syncronous Generator）等は、はね部材が風力によって回転することで電力を得ている。

ＰＭＳＧの回転子には、永久磁石が取り付けられている。当該回転子は円環状の部材で、外周に台座が固定されて当該台座に永久磁石が固定されている。固定子は、鉄心および固定子巻線等を有する。固定子枠の外側には、発電等により発生する熱を放熱するための放熱フィンが取り付けられている。

はね部材は、回転軸の一方の端部に取り付けられている。はね部材が風力を受けて回転軸を回転させる。このとき、はね部材を通り過ぎる空気は、所定の風速の気流を発生させて、放熱フィンを冷却する。

固定子等を冷却する方法については、例えば、特許文献１に開示されているような技術が知られている。

特開２０１１−１９６１８３号公報

固定子枠外側の放熱フィンは、一般に、回転軸が延びる方向に対して平行な場合が多い。回転軸と共に回転するはね部材を通り過ぎる空気は、放熱フィンの壁面に吹き付けられる。この壁面は、通風抵抗になるため、冷却効果が低くなる可能性がある。また、フィンの間を通り抜ける間に、フィンから乖離して放熱効果を低下させることもある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、固定子枠の放熱フィンを効率よく冷却できるようにすることである。

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機は、所定の軸周りを回転する回転軸と、回転軸の一部を半径方向外側から取り囲むように前記回転軸に固定されて、前記回転軸と共に前記軸周りを回転する円環状の回転子と、複数の穴あき鋼板が積層されてなり前記回転子を半径方向外側から取り囲むように形成された円環状の固定子と、内壁面の一部に前記固定子の外周面が固定されて、少なくとも前記固定子および回転子を収容する固定子枠と、前記回転軸の一方の端部付近から放射状に形成されて、外気流によって前記回転軸を回転させるためのはね部材と、それぞれが前記固定子枠の半径方向外側に取り付けられて、前記回転軸が延びる方向に対して所定の角度を保ちながら延びるように形成されて、それぞれが互いに周方向に間隔をあけて配置された複数の放熱フィンと、を有し、前記はね部材が回転することで、前記放熱フィンの前記はね部材に近い方の端部に空気が流れ込むように気流が発生し、前記端部に流れ込む気流の方向と、前記所定の角度とが、互いに近似するように構成されていること、を特徴とする。

本発明によれば、固定子枠の放熱フィンを効率よく冷却することが可能になる。

本発明に係る実施形態の回転電機を模式的に示す概略正面図である。図１のII−II矢視上面図である。図１の固定子枠等の概略斜視図である。

以下、本発明に係る回転電機の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。

図１は、本実施形態の回転電機を模式的に示す概略正面図である。図２は、図１のII−II矢視上面図である。図３は、図１の固定子枠１４等の概略斜視図である。なお、図１では、最上部と最下部の放熱フィン１５のみが示され、他の放熱フィン１５の図示は省略している。また、図３では、放熱フィン１５について一部省略して示している。

先ず、本実施形態の回転電機の構成について説明する。

本実施形態の回転電機は、風力発電に用いる発電機で、回転軸１１と、回転子１２と、固定子１３と、固定子枠１４と、放熱フィン１５と、はね部材１６と、支持部材１７と、を有する（図１、図２）。

支持部材１７は、詳細な図示は省略しているが、鉛直に延びて、固定子枠１４等を地上から所定の高さの位置で支持する。固定子枠１４等は、地上から数メートル以上の高さに配置される。

回転軸１１は、水平な軸周りを回転する円柱状の部材である。この回転軸１１は、詳細な図示は省略するが、軸受により回転自在に支持されている。軸受は、固定子枠１４等に取り付けられた軸受ハウジング（図示せず）に固定されている。

回転子１２は、円環状の部材で、回転軸１１の一部を半径方向外側から取り囲むように回転軸１１に固定される。回転子１２には、詳細な図示は省略するが、永久磁石等の部材が取り付けられている。

固定子１３は、詳細な図示は省略するが、中央に穴が形成された鋼板が複数積層されてなる円環状の部材である。当該固定子１３は、回転軸１１の一部を半径方向外側から取り囲むように固定子枠１４等に固定されている。積層された鋼板には、固定子巻線（図示せず）が取り付けられている。この巻線から電力を取り出すことができる。

はね部材１６は、回転軸１１の一方の端部（図１における左方端部）付近に取り付けられている。このはね部材１６は、外気流によって回転軸１１を回転させる。回転軸１１が回転することで、電力を得ることができる。

固定子枠１４は内壁面の一部に固定子１３の外周面が固定され、固定子１３および回転子１２を収容する。当該固定子枠１４は、上述したように支持部材１７の上端に取り付けられている。

各放熱フィン１５は、放射状に張り出す長板状で、固定子枠１４の外周部に複数取り付けられている。各放熱フィン１５の長手方向が、回転軸１１が延びる方向に対して所定の角度（図２における角度α）を保つように、当該外周部に取り付けられる。それぞれの放熱フィン１５は、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。角度αは、０度より大きく９０度より小さい。

続いて、本実施形態の作用について説明する。

風力によりはね部材１６が回転することで、回転軸１１が回転する。このときの回転軸１１の回転数は、例えば毎分２０回転程度である。

はね部材１６が受ける風力が回転力に変換されて、当該回転力が入力となる。当該回転力が入力されると、回転子１２および固定子１３により発電する。発電することにより固定子１３を構成する積層鋼板（鉄心）および固定子巻線等が発熱する。

この熱は固定子１３を構成する積層された鉄心の外周面から固定子枠１４の内周面に伝わる。その後、当該熱は放熱フィン１５に伝わり、外気に放熱される。

一方、風力を受けることで回転するはね部材１６は、放熱フィン１５に空気を吹き付ける。はね部材１６の回転により発生する気流の向きは、はねの形状等により決まる。本実施形態の気流の向きは、図２に示すように、固定子枠１４の図２における左方端部付近では、回転軸１１の軸心の方向に対して角度αを保つように流れる。

通常の放熱フィンは、水平な回転軸方向に延びた状態で、固定子枠１４に取り付けられる。すなわち、角度αがゼロになるように取り付けられる。この場合、回転軸方向に対して所定の角度αで流れる気流は、放熱フィンの周方向面により所定の通風抵抗を受けることになる。この通風抵抗で当該気流の流れが阻害されると、放熱フィンの冷却効率を低下させる要因となる。

これに対して、本実施形態の放熱フィン１５は、上述した通り、回転軸方向に対して角度αを形成して固定子枠１４に取り付けられている。このため、はね部材１６による気流（空気）が受ける通風抵抗が、通常の放熱フィンに比べて小さくなる。

以上の説明からわかるように本実施形態によれば、回転子１２が回転して発電するときに発生する熱を効率よく放熱することが可能となる。

本実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、放熱フィン１５同士の周方向間隔の距離は、放熱フィン１５の周方向幅と同程度にしてもよい。

１１…回転軸
１２…回転子
１３…固定子
１４…固定子枠
１５…放熱フィン
１６…はね部材
１７…支持部材

Claims

所定の軸周りを回転する回転軸と、
回転軸の一部を半径方向外側から取り囲むように前記回転軸に固定されて、前記回転軸と共に前記軸周りを回転する円環状の回転子と、
複数の穴あき鋼板が積層されてなり前記回転子を半径方向外側から取り囲むように形成された円環状の固定子と、
内壁面の一部に前記固定子の外周面が固定されて、少なくとも前記固定子および回転子を収容する固定子枠と、
前記回転軸の一方の端部付近から放射状に形成されて、外気流によって前記回転軸を回転させるためのはね部材と、
それぞれが前記固定子枠の半径方向外側に取り付けられて、前記回転軸が延びる方向に対して所定の角度を保ちながら延びるように形成されて、それぞれが互いに周方向に間隔をあけて配置された複数の放熱フィンと、
を有し、
前記はね部材が回転することで、前記放熱フィンの前記はね部材に近い方の端部に空気が流れ込むように気流が発生し、
前記端部に流れ込む気流の方向と、前記所定の角度とが、互いに近似するように構成されていること、
を特徴とする回転電機。
前記各放熱フィンは放射状に張り出す長板状であること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記はね部材が回転することで前記回転子が回転することで発電するように構成されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。