JP2013223291A - Rotor of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機のロータに関し、特にその冷却に関する。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine, and more particularly to cooling thereof.
電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材(ステータ)にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材(ロータ)が回転する。 An electric motor that converts electrical energy into rotational kinetic energy, a generator that converts rotational kinetic energy into electrical energy, and an electric device that functions as both the motor and the generator are known. Hereinafter, these electric devices are referred to as rotating electric machines. The rotating electrical machine has two members that are arranged coaxially and relatively rotate. Normally, one is fixed and the other rotates. A coil is arranged on a fixed member (stator), and a rotating magnetic field is formed by supplying electric power to the coil. The other member (rotor) is rotated by the interaction with the magnetic field.
下記特許文献1には、ステータ(固定子)を収める筒状の外殻を有し、冷却ファンにより送られる送風空気を外殻の周壁内側に沿って送る回転電機が示されています(請求項1等参照。)。また、ロータ(回転子)は、界磁用の永久磁石を備えている(段落0024等参照)。 The following Patent Document 1 discloses a rotating electric machine having a cylindrical outer shell that houses a stator (stator) and sending air blown by a cooling fan along the inner peripheral wall of the outer shell. 1 etc.). The rotor (rotor) includes a field permanent magnet (see paragraph 0024 and the like).
上記特許文献1においては、ステータの外周側を送風空気が流れる。これは、ステータの冷却には好ましいが、ロータ(回転子)の冷却には十分に機能しない。ロータに永久磁石を設ける場合、ロータ、特に永久磁石の冷却が十分でないと、永久磁石の減磁が生じる場合がある。
本発明は、冷却に有利な構造を有する回転電機のロータを提供することを目的とする。
In Patent Document 1, blown air flows on the outer peripheral side of the stator. This is preferable for cooling the stator, but does not function sufficiently for cooling the rotor (rotor). When a permanent magnet is provided on the rotor, demagnetization of the permanent magnet may occur if the rotor, particularly the permanent magnet, is not sufficiently cooled.
An object of this invention is to provide the rotor of the rotary electric machine which has a structure advantageous for cooling.
本発明に係る回転電機のロータにおいては、そのロータコアに、ロータの回転軸線方向に延び、気流が流れる通風孔が設けられている。そして、この通風孔の断面積は気流の入口側で大きく、出口側で小さくなっている。 In the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention, the rotor core is provided with ventilation holes that extend in the rotation axis direction of the rotor and through which airflow flows. And the cross-sectional area of this ventilation hole is large at the inlet side of the airflow, and is small at the outlet side.
通風孔の断面積は入口側から出口側に向けて徐々に変化するようにできる。 The cross-sectional area of the vent hole can be gradually changed from the inlet side toward the outlet side.
また、通風孔は、周方向に複数が配列され、周方向に隣り合う通風孔の形状は互いに異なるものとすることができる。 A plurality of ventilation holes are arranged in the circumferential direction, and the shape of the ventilation holes adjacent in the circumferential direction can be different from each other.
また、周方向において隣り合う通風孔を流れる気流の向きを互いに逆向きとすることができる。 Moreover, the direction of the airflow which flows through the ventilation hole adjacent in the circumferential direction can be made into mutually reverse direction.
さらに、通風孔の入口に、ロータコアと一体に導風部材を設け、この導風部材により通風孔内に気流を導くようにすることができる。 Furthermore, it is possible to provide an air guide member integrally with the rotor core at the inlet of the vent hole, and to guide the air flow into the vent hole by the air guide member.
ロータコアに通風孔を設け、その断面積を入口側で大きく、出口側で小さくすることにより、出口側での気流の流速を高め、ロータコアから気流への熱移動を促進する。 Ventilation holes are provided in the rotor core, and the cross-sectional area is increased on the inlet side and decreased on the outlet side, thereby increasing the flow velocity of the airflow on the outlet side and promoting heat transfer from the rotor core to the airflow.
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図1は、本実施形態の回転電機のロータ10の回転軸線12に直交する断面を示す図である。図2は、回転軸線12を含む組み合わせ断面図であり、(a)は図1中のA−A線による断面を示し、(b)は図1中のB−B線による断面図を示す。いずれの図においても、下側の半分のみを示し、上側は省略されている。また、回転軸線12は、図1においては回転中心Oとして現れる。以下の説明において、単に「半径方向」と記した場合は、ロータ10の半径方向、すなわち回転軸線12に直交する方向を意味し、単に「周方向」と記した場合は、ロータ10の周方向、すなわち回転軸線12の周囲を回る方向を意味する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a cross section perpendicular to the
ロータ10は、ロータシャフト14と、ロータシャフト14と同軸に配置される円筒形状のロータコア16とを有する。ロータシャフト14とロータコア16は、相互に固定され、一体となって回転する。ロータシャフト14とロータコア16を一体とする固定構造は、簡単のために図示を省略している。ロータ10の周囲にはステータ(不図示)が配置され、ステータにより発生される回転磁界により、ロータ10が回転駆動される。ロータコア16は、所定形状に打ち抜き加工された電磁鋼板を、ロータの回転軸線方向に多数積層して形成される。ロータ10は、ロータコア16の外周またはその近傍に周方向に配列された永久磁石18を有する。特に、図示する形態においては、ロータコア16にロータの回転軸線方向に延びる磁石配置孔20が設けられており、この孔に永久磁石18が挿入されるようにして配置される。永久磁石18は、板状または直方体である。このロータ10においては、V字形に配置された二つの永久磁石18a,18bにより一つの磁極が形成される。これら永久磁石18と、ステータが形成する回転磁界が磁気結合し、ロータ10が回転する。
The
ロータコア16には、ロータコア16の、回転軸線12方向の両端面22,24に両端が開口し、そしてこの開口を結ぶように通風孔26,28が設けられている。通風孔26,28の両端の開口26a,26b;28a,26bは、それぞれ開口面積(大きさ)が異なる。つまり、一つの通風孔の両端の開口は、それぞれ開口面積が異なっている。具体的には、図2(a)に示される通風孔26においては、端面22に開いた開口26aが、反対側の端面24に開いた開口26bより大きくなっている。一方、図2(b)に示される通風孔28においては、端面24に開いた開口28bが、反対側の端面24に開いた開口28aよりも大きい。よって、通風孔26と通風孔28においては、通風孔の断面積が小さくなる向きが逆向きとなっている。各通風孔26,28の断面積は、一方の開口26a,28bから他方の開口26b,28aに向けて徐々に小さくなるようにすることができる。また、階段状に段々と小さくなるようにすることもできる。通風孔26,28の流路断面積を変化させるには、積層される電磁鋼板に設けられた、通風孔に相当する穴の形状を変化させることにより実現できる。階段状に変化させるためには、階段の段数に応じた種類の電磁鋼板を用意し、これを順に積層して通風孔を形成する。階段の段数を多くしていけば流路断面積が徐々に変化するようになり、最終的には、全ての電磁鋼板を形状の異なるものとすれば、最も段差が小さく、流路断面積が徐々に変化するものとなる。
Both ends of the
この実施形態においては、通風孔26,28の、回転軸線12直交断面の断面形状は、いずれの断面においても略五角形である。断面において、この略五角形の半径方向内側の辺は、周方向または接線方向に延び、外側の2辺は永久磁石18にほぼ平行である。内側の辺と、外側の辺を結ぶ側方の辺は、ほぼ半径方向に延びる。通風孔の各断面断面形状は、相似形であり、またその中心の位置は、回転軸線12の直交断面において共通である。この中心位置を結んだ線である中心線34,36が、図2(a),(b)に示されている。この中心線34,36は、回転軸線12に平行である。
In this embodiment, the cross-sectional shape of the cross section of the
通風孔26,28の入口側の開口26a.28bにはそれぞれ導風板30,32が設けられている。通風孔26および導風板30については、図3に、図2(a)下方から見た状態を示す。導風板30,32は、ロータコア16の端面22,24から回転軸線12方向に斜めに突出して設けられている。ロータが図3中に示す矢印Cの向きに回転すると、導風板30もこれと一体に回転し、この導風板30に当たった空気は、その流れ向きを、導風板の傾斜のために矢印Dのように曲げられ、通風孔26内に導かれる。導風板32についても同様に、通風孔28内に空気を導き入れる。導風板30,32が設けられた開口26a,28bから通風孔26,28に導入された空気は、通風孔26,28を通って反対側の開口26b,28aから排出される。通風孔26を流れる気流の向きと、通風孔28を流れる気流の向きとは逆向きである。
The
通風孔26,28は、ロータ10の半径方向外向きに凸(Λ形)に配置された永久磁石18の組に対応して、その半径方向内側に配置するようにできる。図1に示されるように、隣り合う磁極を形成する一方の永久磁石18a,18c同士は、ロータ10の半径方向外向きにΛ形に配置され、これらの永久磁石の内側に通風孔26,28が配置されている。通風孔26,28は、磁極の数と同数を周方向に配列することができる。ロータ10においては、磁極の数は8であるので、通風孔も8個(通風孔26,28それぞれが4個)とすることができる。しかし、通風孔の数は、磁極の数より多くすることも、少なくすることもできる。個々の通風孔26,28の延びる方向は、回転軸線12に沿う方向、または回転軸線12に平行な方向とすることができる。また、螺旋方向、すなわち回転軸線12に平行な方向に延びると共に周方向にも延びるようにすることもできる。
The ventilation holes 26, 28 can be arranged radially inward corresponding to the set of
通風孔26,28の断面積の小さい部分では、通風孔を流れる空気の流速が速まる。このため、通風孔26,28の壁面との境界付近で流れが、流速が遅い場合に比べて乱れ、ロータコア16から通風孔内の気流への熱移動が促進される。よって、ロータコア16で発生した熱を効率よく放熱することができ、ロータ10の温度上昇、特に永久磁石18の温度上昇を抑制することができる。通風孔26,28は、通風孔の中心線34,36方向において断面積が変化しており、断面積の小さい部分での効率は良いが、これに比較して断面積の大きい部分での効率は良くない。つまり、通風孔26,28の出口側では放熱の効率が良い一方で、入口側ではこれに比べて効率が良くない。そこで、このロータ10においては、周方向に隣り合う導風孔において、気流の向きが逆になるように配置されている。
In the portion where the cross-sectional area of the ventilation holes 26 and 28 is small, the flow velocity of the air flowing through the ventilation holes is increased. For this reason, the flow is disturbed near the boundary with the wall surface of the ventilation holes 26 and 28 as compared with the case where the flow velocity is low, and the heat transfer from the
通風孔の断面形状は、上述の略五角形に限定されない。また、各回転軸線直交断面における断面形状は相似でなくてよい。例えば、周方向の寸法の変化よりも、半径方向の変化を大きくし、断面積が小さくなるに従って次第に扁平な形状となるようにしてよい。また、各断面における通風孔に対応する穴の周長が一定となるようにすることもできる。これにより、通風孔の断面積が小さい領域においても、気流とロータコアの接触面積を維持することができる。 The cross-sectional shape of the ventilation hole is not limited to the above-described substantially pentagon. Moreover, the cross-sectional shape in each cross section orthogonal to the rotation axis may not be similar. For example, the change in the radial direction may be made larger than the change in the dimension in the circumferential direction so that the shape gradually becomes flat as the cross-sectional area becomes smaller. Moreover, the perimeter of the hole corresponding to the ventilation hole in each cross section can also be made constant. Thereby, the contact area between the airflow and the rotor core can be maintained even in the region where the cross-sectional area of the ventilation hole is small.
さらにまた、通風孔の中心線は回転軸線12と平行でなくてもよい。例えば、図4に示す通風孔38のように、中心線40が、出口側において回転軸線12から離れるようにしてもよい。図4に示すように、通風孔38の半径方向外側壁面と永久磁石18の距離が一定となるようにしてもよい。冷却の対象は、主に永久磁石18であるので通風孔38は、永久磁石18の近くに配置されることが好ましい。図4の通風孔38の配置により、これが達成できる。さらに、通風孔38の外側壁面の周方向長さを一定とすることが好ましい。これによれば、通風孔38は、出口側に向かうにつれ、半径方向の寸法が短縮されるが、周方向の寸法は維持され、よって半径方向につぶれた形状となっていく。これにより、通風孔の断面積を小さくしても、永久磁石18と気流の対向する部分の面積を維持することができる。
Furthermore, the center line of the ventilation hole may not be parallel to the
通風孔の断面積の変化の向き、言い換えれば通風孔を流れる気流の向きは、各通風孔で一致させてもよい。また、通風孔に気流を送る送風手段は、ロータコア以外に設けるようにしてもよい。例えば、ロータシャフト14に軸流ファンを設け、これによりロータコアの端面に空気を送り、通風孔に気流を流すようにしてよい。この場合、通風孔の断面積の変化の向きは、各通風孔で一致させることが好ましい。
The direction of change in the cross-sectional area of the ventilation holes, in other words, the direction of the airflow flowing through the ventilation holes may be made to coincide with each other. Moreover, you may make it provide the ventilation means which sends an airflow to a ventilation hole other than a rotor core. For example, an axial fan may be provided on the
回転電機の望ましい態様を以下に示す。
ロータコアと当該ロータコアに設けられた永久磁石とを有するロータと、
ロータに冷却風を送る送風手段と、
を有する回転電機であって、
ロータコアには、ロータの一方の端面に設けられ前記冷却風を受け入れる入口と、他方の端面に設けられた出口を結ぶ通風孔とが設けられ、通風孔の断面積は入口側で大きく、出口側で小さい、
回転電機。
Desirable aspects of the rotating electric machine are shown below.
A rotor having a rotor core and a permanent magnet provided on the rotor core;
A blowing means for sending cooling air to the rotor;
A rotating electric machine having
The rotor core is provided with an inlet provided on one end face of the rotor for receiving the cooling air and a vent hole connecting the outlet provided on the other end face, and the cross-sectional area of the vent hole is large on the inlet side. Small,
Rotating electric machine.
10 回転電機のロータ、12 回転軸線、14 ロータシャフト、16 ロータコア、18 永久磁石、22,24 ロータコアの端面、26,28 通風孔、30,32 導風板、34,36 通風孔の中心線、38 通風孔、40 通風孔の中心線。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
ロータコアと、
ロータコアに設けられた永久磁石と、
を有し、
ロータコアには、ロータの回転軸線方向に延び、気流が流れる通風孔が設けられ、当該通風孔の断面積は気流の入口側で大きく、出口側で小さい、
回転電機のロータ。 A rotor of a rotating electric machine,
Rotor core,
A permanent magnet provided on the rotor core;
Have
The rotor core is provided with ventilation holes that extend in the direction of the rotation axis of the rotor and through which airflow flows, and the cross-sectional area of the ventilation holes is large on the inlet side of the airflow and small on the outlet side.
Rotor for rotating electrical machines.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2012
- 2012-04-13 JP JP2012092104A patent/JP2013223291A/en active Pending
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