JP2017055474A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機内における冷却媒体の流通抵抗を低減して冷却性能を向上させる。【解決手段】固定子１１または回転子１２の少なくとも一方に設けられ、冷却媒体が径方向に流通され得る冷媒ダクト３３と、前記冷媒ダクト３３と対向して前記回転子１２または前記固定子１１に設けられ、冷却媒体が周方向に流通され得る溝部５３とを備えて成る。【選択図】図１

Description

本発明は、固定子または回転子の少なくとも一方に冷媒ダクトを備えた回転電機に関する。

回転電機においては、損失による発熱があるため、回転電機各部の温度が上昇する。回転電機各部は、温度が上昇することによって劣化や焼損などを生じる虞があるため、回転電機には、種々の冷却構造が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

回転電機における冷却構造の一つとして、例えば、回転電機の固定子または回転子において、ダクトピースによって鉄心ブロック間に冷媒ダクトを形成し、この冷媒ダクトに空気や油などの冷却媒体を流通させることにより、固定子または回転子を冷却する技術がある。

特開昭６１−２５４０３６号公報

一般に、回転電機においては、回転電機の大型化および電気的な損失を防ぐため、固定子と回転子間の径方向における隙間（ギャップ）は小さく設定されている。また、前述した固定子または回転子に冷媒ダクトが形成された回転電機においても、回転電機の大型化を防ぐため、冷媒ダクトのダクト幅（鉄心ブロック間の軸方向における隙間）は小さく設定されている。

このように、固定子と回転子間の隙間および冷媒ダクトのダクト幅が小さい回転電機においては、冷却媒体が固定子と回転子間の隙間から冷媒ダクトへ流通する、または、冷媒ダクトから固定子と回転子間の隙間へ流通する際の流通抵抗が大きいため、冷却媒体を流通させることによる十分な冷却性能を発揮することができない虞がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、回転電機内における冷却媒体の流通抵抗を低減して冷却性能を向上させることを目的とする。

上記課題を解決する第一の発明に係る回転電機は、固定子または回転子の少なくとも一方に設けられ、冷却媒体が径方向に流通され得る冷媒ダクトと、前記冷媒ダクトと対向して前記回転子または前記固定子に設けられ、冷却媒体が周方向に流通され得る溝部とを備えたことを特徴とする。

上記課題を解決する第二の発明に係る回転電機は、第一の発明に係る回転電機において、前記溝部が、前記冷媒ダクトの軸方向長さ以下の軸方向長さで形成されるものであることを特徴とする。

上記課題を解決する第三の発明に係る回転電機は、第一または第二の発明に係る回転電機において、前記固定子が、複数の鉄心ブロックと当該鉄心ブロック間に介装されるダクトピースとを有するものであり、前記回転子が、前記固定子の径方向内周側において回転可能に支持され、径方向外周側に向けて突出する複数の磁極部を有するものであり、前記溝部が、前記磁極部における径方向外周側の端面に形成されるものであることを特徴とする。

第一の発明に係る回転電機によれば、冷却媒体が径方向に流通され得る冷媒ダクトと冷却媒体が周方向に流通され得る溝部とが対向しているので、固定子と回転子間の隙間が部分的に拡大され、固定子と回転子間の隙間から冷媒ダクトへ流通する、または、冷媒ダクトから固定子と回転子間の隙間へ流通する冷却媒体の流通抵抗が低減される。よって、固定子と回転子間の隙間から冷媒ダクトへ流通する、または、冷媒ダクトから固定子と回転子間の隙間へ流通する冷却媒体の流通量が増加され、回転電機における冷却性能が向上される。

第二の発明に係る回転電機によれば、溝部を冷媒ダクトの軸方向長さ以下の軸方向長さで形成することにより、溝部が冷媒ダクト以外の部分（鉄心部分）に対向しないので、回転電機における電気的な損失を防ぐことができる。

第三の発明に係る回転電機によれば、インナーロータ型の突極形回転電機において、冷却媒体の流通抵抗を低減し、冷却性能を向上させることができる。

実施例１に係る回転電機の構造を示す説明図（部分横断面図）である。 実施例１に係る回転電機の構造を示す説明図（図１におけるII−II矢視断面図）である。 実施例１に係る回転電機の構造を示す説明図（図１における要部拡大図であって、図２におけるIII−III矢視断面図）である。

以下に、本発明に係る回転電機の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施例１に係る回転電機の構造について、図１から図３を参照して説明する。

図１に示すように、回転電機１は、略円筒形状から成る固定子（ステータ）１１と、固定子１１の径方向内周側（図１においては、下方側）に設けられる回転子（ロータ）１２とから概略構成されている。固定子１１は、図示しないフレームに固定されており、回転子１２は、当該フレームに図示しない軸受および回転軸を介して回転可能に支持されている。つまり、回転電機１は、略円筒形状の固定子１１と当該固定子１１の径方向内周側において回転可能に支持される回転子１２とを備えたインナーロータ型回転電機である。

また、回転電機１には、固定子１１と回転子１２間に所定の隙間（ギャップ）１３が設けられており、この隙間１３には、図示しない冷媒供給装置から空気や油などの冷却媒体が供給されるようになっている。なお、隙間１３に供給された冷却媒体は、固定子１１に設けられた後述する冷媒ダクト３３を通って固定子１１の径方向外周側（図１においては、上方側）の空間へ流通され、その後図示しない冷媒流路を通って図示しない冷媒供給装置に還流されるようになっている。つまり、図示しない冷媒供給装置によって冷却媒体が回転電機１内で循環され、固定子１１および回転子１２等が冷却されるようになっている。

図１および図２に示すように、固定子１１は、図示しないフレームに固定される固定子鉄心（ステータコア）２１と、この固定子鉄心２１に巻装される固定子巻線（コイル）２２とから概略構成されている。固定子鉄心２１には、多数枚の電磁鋼板（図示省略）が積層されて成る鉄心ブロック３１が軸方向（電磁鋼板の積層方向であって、図１においては紙面前後方向、図２においては左右方向）に複数並んで設けられており、軸方向に隣接する鉄心ブロック３１間には、棒状のダクトピース３２ａ，３２ｂが介装されている。

よって、固定子１１においては、鉄心ブロック３１間に固定子１１の径方向内周側（図２においては、下方側）の空間（隙間１３）と径方向外周側（図２においては、上方側）の空間とを連通する冷媒ダクト３３が形成され、この冷媒ダクト３３に前述した冷却媒体が流通されるようになっている。

なお、固定子鉄心２１は、複数の鉄心ブロック３１および当該鉄心ブロック３１間に介装されるダクトピース３２ａ，３２ｂが軸方向端部に設けられる図示しない締結部材によって締結されて成る（図１および図２参照）。また、鉄心ブロック３１は、略円筒形状のヨーク部３１ａと、このヨーク部３１ａから径方向内周側へ向けて突出する複数のティース部３１ｂとから成り、固定子巻線２２は、隣接するティース部３１ｂの間に形成されるスロット部３１ｃに嵌め込まれるようになっている（図１参照）。

また、図１に示すように、鉄心ブロック３１間に設けられるダクトピース３２ａ，３２ｂには、長尺のダクトピース３２ａと短尺のダクトピース３２ｂの二種類が用いられている。これらのダクトピース３２ａ，３２ｂは、鉄心ブロック３１間において放射状に配置されると共に、長尺のダクトピース３２ａと短尺のダクトピース３２ｂとが周方向に一本ずつ交互に配置されている。

つまり、長尺のダクトピース３２ａは、鉄心ブロック３１におけるヨーク部３１ａからティース部３１ｂに亘って設けられ、その径方向外周側の端部は鉄心ブロック３１におけるヨーク部３１ａの外周縁（固定子１１の外周面１１ａ）の近傍に位置し、その径方向内周側の端部は鉄心ブロック３１におけるティース部３１ｂの内周縁（固定子１１の内周面１１ｂ）の近傍に位置している。一方、短尺のダクトピース３２ｂは、鉄心ブロック３１におけるティース部３１ｂの間（スロット部３１ｃ）に位置するヨーク部３１ａに設けられ、その径方向外周側の端部は鉄心ブロック３１におけるヨーク部３１ａの外周縁の近傍に位置し、その径方向内周側の端部は鉄心ブロック３１におけるヨーク部３１ａの内周縁の近傍に位置している。

このようにダクトピース３２ａ，３２ｂが配設されることにより、図示しない締結部材による締結力がダクトピース３２ａ，３２ｂを介して鉄心ブロック３１におけるヨーク部３１ａおよびティース部３１ｂに略均等に作用されると共に、冷媒ダクト３３にいて径方向に流れる冷却媒体の流れが整えられる。

図１に示すように、回転子１２は、図示しないフレームに図示しない軸受および回転軸を介して回転可能に支持される回転子鉄心（ロータコア）４１と、この回転子鉄心４１に巻装される回転子巻線（コイル）４２とから概略構成されている。

回転子鉄心４１には、径方向外周側に向けて突出すると共に周方向において等角度間隔で配置される複数の鉄心部５１が設けられており、この鉄心部５１の径方向外周側の端部には、周方向両側に向けて突出する突極部５２が設けられている。回転子１２においては、鉄心部５１と突極部５２とによって磁極部４１ａが構成されている。

回転子巻線４２は、鉄心部５１に巻き付けられており、突極部５２によって当該鉄心部５１から径方向外周側に逸脱することが防止されている。回転子１２においては、磁極部４１ａ（鉄心部５１および突極部５２）と回転子巻線４２とによって磁極１２ａが構成されており、回転電機１は、複数の磁極１２ａを備えた突極形回転電機である。

突極部５２（磁極部４１ａ）における径方向外周側の端面（外周面）５２ａは、固定子１１の内周面１１ｂと径方向において対向するように円弧状を成しており、この外周面５２ａには、周方向に沿った溝部５３が形成されている（図１および図２参照）。この回転子１２における溝部５３は、固定子１１における冷媒ダクト３３に対応するように設けられている（図２参照）。つまり、溝部５３は、冷媒ダクト３３と対向するように、軸方向において冷媒ダクト３３と同じ位置に設けられている。

このように冷却ダクト３３と対向する溝部５３を設けることにより、固定子１１と回転子１２間の隙間１３（溝部５３）を流れる冷却媒体は、図３において実線の矢印で示すように、大きい曲率から成る曲線の流通経路Ｒ₁を描いて隙間１３から冷媒ダクト３３へ流入することができる。なお、冷却ダクト３３と対向する溝部５３を設けていない場合には、固定子１１と回転子１２間の隙間１３を流れる冷却媒体は、図３において二点鎖線の矢印で示すように、小さい曲率から成る曲線の流通経路Ｒ₂を描いて隙間１３から冷媒ダクト３３へ流入する。

つまり、冷却ダクト３３と対向して周方向に延びる溝部５３を設けることにより、隙間１３が冷却ダクト３３に臨む範囲で部分的に拡大される（軸方向において部分的に拡大される）ことになるので（図２参照）、当該隙間１３（溝部５３）から冷媒ダクト３３へ流通する冷却媒体の流通抵抗が低減される（図３参照）。よって、隙間１３から冷媒ダクト３３へ流入する冷却媒体の流入量が増加され、固定子１１における冷却性能が向上される。

また、溝部５３によって隙間１３を周方向に流れる冷却媒体の流路面積が増大され、当該隙間１３を流れる冷却媒体の流通抵抗が低減されるので、隙間１３を流れる冷却媒体の流通量が増加され、固定子１１および回転子１２における冷却性能が向上される（図２および図３参照）。

図２に示すように、溝部５３は、その溝幅（軸方向長さ）ｂが冷媒ダクト３３のダクト幅（軸方向長さ）Ｂと同じ長さ（ｂ＝Ｂ）で形成されている。もちろん、本発明における溝部の形状は、本実施例に限定されない。溝部５３の形状として、回転電機１における電気的な損失を防ぐために、溝幅ｂをダクト幅Ｂ以下（ｂ≦Ｂ）とすることが好ましい。一方、溝部５３の形状として、周方向に流れる冷却媒体の流路面積を増大して回転電機１の冷却性能を向上させるために、溝幅ｂを大きくすることが好ましい。よって、回転電機１においては、回転電機１における電気的な損失を防ぐと共に、回転電機１の冷却性能を向上させるために、溝幅ｂをダクト幅Ｂと同じ長さ（ｂ＝Ｂ）としている。

本実施例に係る回転電機１によれば、回転子１２において固定子１１と対向する面（磁極部４１ａにおける外周面５２ａ）に冷媒ダクト３３と対向して周方向に延びる溝部５３を設けたことにより、隙間１３において周方向に流れる冷却媒体の流通抵抗、および、隙間１３から冷媒ダクト３３へ流れる冷却媒体の流通抵抗が低減される。よって、隙間１３において周方向に流れる冷却媒体の流通量、および、隙間１３から冷媒ダクト３３へ流れる冷却媒体の流通量が増加され、固定子１１における冷却性能が向上される。

また、回転子１２において固定子１１と対向する面（磁極部４１ａにおける外周面５２ａ）に冷媒ダクト３３と対向して周方向に延びる溝部５３を設けたことにより、隙間１３において周方向に流れる冷却媒体の流通抵抗が低減されると共に、回転子１２（回転子鉄心４１）の表面積（放熱面積）が増加されるので、回転子１２における冷却性能も向上される。ここで、磁極部４１ａに形成される溝部５３の周方向における長さ（溝長さ）をｌとし、磁極部４１ａに形成される溝部５３の数（溝数）をｍとし、回転子１２における磁極部４１ａの数（極数）をｎとすると、回転子１２の表面積増加分Ｓａは、Ｓａ＝２ａ×ｌ×ｍ×ｎで表される。

本発明に係る回転電機は、本実施例のように、固定子１１に冷却媒体を径方向に流通し得る冷媒ダクト３３を設け、回転子１２に当該冷媒ダクト３３と対向して冷却媒体を周方向に流通し得る溝部５３を設けたものに限定されない。

例えば、回転子に冷却媒体を径方向に流通し得る冷媒ダクトを設け、固定子に当該冷媒ダクトと対向して冷却媒体を周方向に流通し得る溝部を設けた回転電機であっても良い。このような回転電機であっても、本実施例と同様に、冷却媒体が冷媒ダクトから固定子と回転子間の隙間へ流通する、または、固定子と回転子間の隙間から冷媒ダクトへ流通する際の流通抵抗を低減し、固定子および回転子の冷却性能を向上させることができる。

また、本発明に係る回転電機は、本実施例のように、略円筒形状の固定子１１と当該固定子１１の径方向内周側において回転可能に支持される回転子１２とを備えたもの（インナーロータ型回転電機）に限定されない。

例えば、固定子と当該固定子の径方向外周側において回転可能に支持される回転子とを備えたアウターロータ型回転電機であっても良い。このような回転電機であっても、固定子または回転子の少なくとも一方に冷却媒体を径方向に流通し得る冷媒ダクトを設け、回転子または固定子に当該冷媒ダクトと対向して冷却媒体を周方向に流通し得る溝部を設けることにより、本実施例と同様に、冷却媒体が冷媒ダクトから固定子と回転子間の隙間に流通する、または、固定子と回転子間の隙間から冷媒ダクトへ流通する際の流通抵抗を低減し、固定子および回転子の冷却性能を向上させることができる。

１ 回転電機
１１ 固定子
１１ａ 固定子の外周面
１１ｂ 固定子の内周面
１２ 回転子
１２ａ 磁極
１３ 隙間
２１ 固定子鉄心
２２ 固定子巻線
３１ 鉄心ブロック
３１ａ 鉄心ブロックのヨーク部
３１ｂ 鉄心ブロックのティース部
３１ｃ 鉄心ブロックのスロット部
３２ａ 長尺のダクトピース
３２ｂ 短尺のダクトピース
３３ 冷媒ダクト
４１ 回転子鉄心
４１ａ 磁極部
４２ 回転子巻線
５１ 鉄心部
５２ 突極部
５２ａ 突極部の外周面（端面）
５３ 溝部
ｂ 溝幅（溝部の軸方向長さ）
Ｂ ダクト幅（冷媒ダクトの軸方向長さ）

Claims (3)

1. 固定子または回転子の少なくとも一方に設けられ、冷却媒体が径方向に流通され得る冷媒ダクトと、
   前記冷媒ダクトと対向して前記回転子または前記固定子に設けられ、冷却媒体が周方向に流通され得る溝部と
   を備えたことを特徴とする回転電機。
2. 前記溝部が、前記冷媒ダクトの軸方向長さ以下の軸方向長さで形成されるものである
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記固定子が、複数の鉄心ブロックと当該鉄心ブロック間に介装されるダクトピースとを有するものであり、
   前記回転子が、前記固定子の径方向内周側において回転可能に支持され、径方向外周側に向けて突出する複数の磁極部を有するものであり、
   前記溝部が、前記磁極部の径方向外周側の端面に形成されるものである
   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。

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