JP2016100953A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルエンドの冷却を効率よく行うことを可能とした回転電機を提供する。【解決手段】シャフト３と、シャフト３とともに回転するロータ４と、ロータ４の軸方向外側にエアギャップを介して配置されたステータ５と、シャフト３の軸方向両側に固定された軸流ファン１１と、軸流ファン１１の送風によってロータ４及びステータ５を冷却した冷却風を冷却する熱交換器１０とを備えた回転電機に、熱交換器１０から流出した冷却風を分流させ、分流された冷却風の一方をコイルエンド９側に導き、分流された冷却風の他方をコイルエンド９よりも軸方向外側に導くとともに、コイルエンド９を通過した冷却風の一方と他方の冷却風とを合流させ、合流した冷却風を軸流ファン１１へ導く風制御板１００を設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、空気の流れによってコイルを冷却する冷却構造を備えた回転電機に関し、とくに通風回路を制御する風制御板を有する冷却構造を備えた回転電機に関する。

従来、発電機等の回転電機においては、運転に伴ってモータ内部で発生した熱を通風によって冷却することが行われている。
図４は従来の冷却構造を備えた発電機の一例を示す概略断面図である。図４に示すように、従来の発電機では、熱交換器１０と軸流ファン１１との間にコイルエンド９を覆うように風制御板２００を設け、熱交換器１０により冷却されケーシング１の上部に流出した冷却風が軸流ファン１１を通過したのちにロータ４及びステータ５側とコイルエンド９側とを冷却する構成となっていた（例えば、下記特許文献１，２参照）。

ところが、図４に示す従来の発電機では、軸流ファン１１を通過した冷却風の流路がロータ４及びステータ５側とコイルエンド９側とに分かれるため、コイルエンド９周辺を流れる風量が少なく、また、冷却回路の構造によってコイルエンド９周辺（例えば、図４に示すＡ₁〜Ａ₄参照）で風がよどみ、コイルエンド９を効率的に冷却することができずにコイルエンド９の温度が上昇するおそれがあるという問題があった。

このような問題に対し、熱交換器により冷却されケーシングの上部に流出した冷却風をまずコイルエンド側へ導き、コイルエンドを冷却した冷却風を軸流ファンにより回転電機の内部に引き込んでこの冷却風によりロータ及びステータを冷却するように、案内板を設けたものも公知となっている（例えば、下記特許文献３参照）。

特開２０１３−３４３３２号公報 特開２０１０−３５３１９号公報 特開２０００−４１３６１号公報

しかしながら、上述した特許文献３に記載された発明では、冷却風の流路が大きく蛇行することとなるため、コイルエンドを通過する冷却風の流速が低下し、十分な冷却効率が得られなくなるおそれがあるという問題があった。

このようなことから本発明は、コイルエンドの冷却を効率よく行うことを可能とした回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る回転電機は、
シャフトと、
前記シャフトとともに回転する回転子と、
前記回転子の径方向外側にエアギャップを介して配置された固定子と、
前記シャフトに固定されたファンと、
前記ファンによって循環される空気を冷却する冷却器と
を備えた回転電機において、
前記冷却器から流出した冷却風を分流させ、分流された冷却風の一方を前記固定子のコイルエンド側に導き、分流された冷却風の他方を前記コイルエンドよりも軸方向外側に導くとともに、前記コイルエンドを通過した前記冷却風の一方と前記他方の冷却風とを合流させ、合流した冷却風を前記ファンへ導く風制御板を設けた
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る回転電機は、第１の発明において、
前記ファンは軸流ファンであり、
前記軸流ファンは前記シャフトの軸方向両側に固定される
ことを特徴とする。

本発明に係る回転電機によれば、冷却風の流速を低下させることなくコイルエンド全体を確実に冷却することができる。

本発明の実施例に係る発電機の概略構造を示す断面図である。 図１の部分拡大図である。 本発明の実施例に係る発電機の内部を一部破断して示す斜視図である。 従来の発電機の一例を示す概略断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る回転電機について詳細に説明する。

図１から図３を用いて本発明の一実施例に係る回転電機について説明する。
図１に示すように、本実施例に係る回転電機は、ケーシング１内にベアリング２を介して回転自在に支持されるシャフト３と、シャフト３の外周部に固定された回転子（以下、ロータという）４と、ロータ４の外周部にエアギャップを介して対向配置され、ケーシング１の内面に固定された固定子（以下、ステータという）５とを備えて構成された密閉型の発電機である。

ロータ４は、ロータコア６と、このロータコア６に巻着されたコイル７とを備えている。また、ステータ５は、ステータコア８と、このステータコア８に巻着されたコイルとを備え、このコイルの軸方向の両端部がステータコア８から突出してコイルエンド９を形成している。

また、本実施例の回転電機には、ステータ５の上方にケーシング１及びステータ５とは離間して設けられた冷却器としての熱交換器１０と、シャフト３の軸方向両側に取り付けられた軸流ファン１１と、熱交換器１０によって冷却された冷却風の流路を制御するための風制御板１００とが設けられている。

熱交換器１０の軸方向両側には隔壁１３が設けられており、熱交換器１０で冷却された空気はケーシング１の上部に流出するようになっている。また、軸流ファン１１は、軸方向外側から軸方向内側へ向かって送風を行うように設置されている。

風制御板１００は、熱交換器１０からケーシング１上部に流出した冷却風を確実にコイルエンド９側へ導くために設けられたものであり、鉄板を加工形成してなる第一の制御板１０１と、樹脂からなる第二の制御板１０２とから構成されている。

第一の制御板１０１は、熱交換器１０からケーシング１上部に流出し、ケーシング１の軸方向外側で軸流ファン１１側に導かれる冷却風を分流して、分流された冷却風の一方（以下、一方の冷却風という）をコイルエンド９側に導き、分流された冷却風の他方（以下、他方の冷却風という）をコイルエンド９を通さずに軸流ファン１１側に導くものである。
より詳細には、図２及び図３に示すように、第一の制御板１０１はケーシング１の軸方向両側面と概ね平行に配設されている。本実施例において第一の制御板１０１には段部が設けられており、該第一の制御板１０１のコイルエンド９側が軸流ファン１１よりも軸方向外側に位置し、第一の制御板１０１のコイルエンド９とは反対側が軸方向に対して軸流ファン１１と概ね同一の位置に位置付けられている。また、第一の制御板１０１は上端部がケーシング１の上記側面に向かって延びて当該ケーシング１に固定されている。なお、この第一の制御板１０１の上端部には熱交換器１０からケーシング１上部に流出した冷却風を軸流ファン１１側へ通過させるための通風路１０１ａが設けられている。

また、第二の制御板１０２は、コイルエンド９を通過した冷却風を、軸流ファン１１よりも軸方向外側に導いて、第一の制御板１０１の軸方向外側を通る他の冷却風と合流させるものである。
より詳細には、図２及び図３に示すように、第二の制御板１０２は、シャフト３とコイルエンド９との間に挿通される円筒部１０２ａとこの円筒部１０２ａの軸方向内側の端部から径方向外側に向かって延びる第一の環状部１０２ｂと、円筒部１０２ａの軸方向外側の端部から径方向外側に向かって延びる第二の環状部１０２ｃと、当該第二の環状部１０２ｃの径方向外側の端部から軸方向内側に向かって延びる第二の円筒部１０２ｄとを一体的に備えている。

第一の円筒部１０２ａは、軸流ファン１１の羽根部１１ａの外周縁から微小間隔離間した位置に配設されている。また、第一の環状部１０２ｂは、ステータコア８を支持するブラケット１２に固定されている。なお、コイルエンド９は当該第一の環状部１０２ｂを貫通している。
第二の環状部１０２ｃは、断面視曲面状に形成され、周方向に沿って複数の通風孔１０２ｃａを備えている。この第二の環状部１０２ｃの径方向外側の端縁は、第一の制御板１０１の径方向内側の端縁に固定されている。また、第二の円筒部１０２ｄは、コイルエンド９に対向して設けられ、軸方向内側の端部がコイルエンド９と微小間隔離間している。

このように構成される本実施例に係る回転電機において、図１に示すように軸流ファン１１の回転により熱交換器１０へ流入した冷却風は、当該熱交換器１０により冷却されてケーシング１上部に流出し、隔壁１３の軸方向外側を通って第一の制御板１０１により分流される。そして、一方の冷却風は、コイルエンド９を冷却したのち通風孔１０２ｃａを通って軸流ファン１１よりも軸方向外側へ導かれ、第一の制御板１０１によって分流された他方の冷却風と合流する。合流した冷却風は軸流ファン１１を通過してロータ４及びステータ５を冷却し、熱交換器１０へと流入する。

ここで、本実施例に係る回転電機によれば、第二の制御板１０２に第二の円筒部１０２ｄを設け、樹脂からなる第二の円筒部１０２ｄの軸方向外側の端部（第二の環状部１０２ｃの径方向外側の端縁）に、鉄板からなる第一の制御板１０１の径方向内側の端縁を固定しているため、ステータ５の磁性に影響を及ぼすことなく、且つ一方の冷却風を確実にコイルエンド９側に導いて当該一方の冷却風によりコイルエンド９全体を効率よく冷却することができる。

また、他方の冷却風を直接軸流ファン１１側へ導くようにして、コイルエンド９を冷却して通風孔１０２ｃａを通過した冷却風が他方の冷却風と合流するようにしたため、コイルエンド９を冷却した冷却風を、他方の冷却風の流れに沿って滞留させることなく軸流ファン１１側へと導くことができる。これにより、コイルエンド９を通過する一方の冷却風の流速が低下することを防止することができ、冷却効率を向上させることが可能となる。

なお、本発明に係る回転電機は、上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、上述した軸流ファン１１に代えて遠心ファン又は斜流ファンを用いてもよい。また、ファンの数は二つに限らず必要に応じて一つ、又は３つ以上でもよく、また、ファンを設置する位置はシャフト３の軸方向両側に限らずファンの性能等に応じてシャフト３の中心に配置するなどしてもよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、冷却器と軸流ファンとを備えて送風によりロータ、ステータおよびコイルエンドの冷却を行う密閉型の発電機等の回転電機に適用して好適なものである。

１ ケーシング
２ ベアリング
３ シャフト
４ ロータ
５ ステータ
６ ロータコア
７ コイル
８ ステータコア
９ コイルエンド
１０ 熱交換器
１１ 軸流ファン
１２ ブラケット
１３ 隔壁
１００ 風制御板
１０１ 第一の制御板
１０１ａ 通風路
１０２ 第二の制御板
１０２ａ 第一の円筒部
１０２ｂ 第一の環状部
１０２ｃ 第二の環状部
１０２ｃａ 通風孔
１０２ｄ 第二の円筒部

Claims (2)

1. シャフトと、
   前記シャフトとともに回転する回転子と、
   前記回転子の径方向外側にエアギャップを介して配置された固定子と、
   前記シャフトに固定されたファンと、
   前記ファンによって循環される空気を冷却する冷却器と
   を備えた回転電機において、
   前記冷却器から流出した冷却風を分流させ、分流された冷却風の一方を前記固定子のコイルエンド側に導き、分流された冷却風の他方を前記コイルエンドよりも軸方向外側に導くとともに、前記コイルエンドを通過した前記冷却風の一方と前記他方の冷却風とを合流させ、合流した冷却風を前記ファンへ導く風制御板を設けた
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記ファンは軸流ファンであり、
   前記軸流ファンは前記シャフトの軸方向両側に固定される
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。

Images