JP2017175788A - Brushless rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレス回転電機に関する。 The present invention relates to a brushless rotating electrical machine.
同期回転電機においては、通常、固定子側に電機子巻線を設け回転子側に界磁巻線を設けている。回転子に設けられた界磁巻線への直流電力は、通常、静止側に設けられた整流器からブラシを介して供給される。このブラシはメンテナンスおよび交換が必要であることから、ブラシを不要とするために、励磁装置の整流器等を、回転子とともに回転する方式とすることによってブラシレス化を図る技術が知られている。 In a synchronous rotating electric machine, an armature winding is usually provided on the stator side and a field winding is provided on the rotor side. The DC power to the field winding provided in the rotor is usually supplied from a rectifier provided on the stationary side via a brush. Since this brush requires maintenance and replacement, there is known a technique for making the brushless by using a method in which the rectifier of the exciter is rotated together with the rotor in order to eliminate the need for the brush.
回転整流器等は、通常、回転子のロータシャフトを延長し、この延長部分に設けられる。また、通常、励磁装置の静止部分も、回転整流器の近傍に設けられる。 The rotary rectifier or the like is usually provided at the extended portion by extending the rotor shaft of the rotor. Usually, the stationary part of the exciter is also provided in the vicinity of the rotary rectifier.
回転電機の回転子および固定子の冷却のために、冷却用の気体が回転電機の機内の循環流路を循環している。励磁装置の整流器等の発熱に対する冷却のために、回転電機の機内の循環流路から分岐してこの冷却用気体の一部が用いられるように、分岐した流路が形成されている(特許文献1、2)。 In order to cool the rotor and the stator of the rotating electrical machine, a cooling gas circulates in a circulation channel in the machine of the rotating electrical machine. In order to cool the heat generated by the rectifier of the exciter, a branched flow path is formed so that a part of the cooling gas is used by branching from the circulation flow path in the rotating electric machine (Patent Document). 1, 2).
したがって、回転電機の回転子および固定子の冷却機能を損なわずに、励磁装置の整流器等の発熱に対する冷却を行う必要がある。このため、効率のよい励磁装置の整流器等の発熱に対する冷却が求められている。 Therefore, it is necessary to cool the heat generated by the rectifier of the exciter without impairing the cooling function of the rotor and stator of the rotating electrical machine. For this reason, the cooling with respect to heat_generation | fever of the rectifier etc. of an efficient excitation device is calculated | required.
そこで、本発明は、回転整流器を有するブラシレス回転電機において、励磁装置の冷却性能の向上を図ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the cooling performance of an excitation device in a brushless rotating electrical machine having a rotary rectifier.
上述の目的を達成するため、本発明に係るブラシレス回転電機は、主軸のまわりに回転可能に軸支され主軸方向に延びたロータシャフトと、そのロータシャフトの径方向外側に固定されて主軸方向に延びた回転子鉄心と、前記回転子鉄心内を貫通する回転子巻線とを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に配されて、主軸方向に延びる固定子鉄心と、その固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、前記ロータシャフトとともに回転する回転整流器を有する励磁装置と、前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、前記フレーム内の前記固定子および前記回転子鉄心を冷却する冷却用気体を冷却する冷却器と、前記フレームの上部に取り付けられて前記フレームとともに密閉空間を構成し、前記冷却器を内包して、前記冷却用気体を前記フレーム内から流入させるための冷却器入口開口と、前記冷却用気体を前記フレーム内に流出させるための冷却器出口開口とによって前記フレームと連通する冷却器カバーと、前記励磁装置を内包し、前記密閉空間の一部を形成する励磁装置カバーと、前記励磁装置カバーと前記冷却器カバーとを接続する分岐管と、前記励磁装置カバーと前記フレームとを接続する戻り管と、前記ロータシャフトに取り付けられて前記冷却用気体を前記密閉空間内で循環させる内扇と、前記分岐管に設けられ前記分岐管内の前記冷却用気体の冷却を行う励磁装置冷却促進機と、前記分岐管と前記励磁装置冷却促進機とを連結する連結管と、を備え、前記励磁装置冷却促進機は、前記連結管を介して供給される前記冷却用気体の一部が、当該励磁装置冷却促進機の冷却側の気体に使用されるように構成されている、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a brushless rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor shaft that is rotatably supported around a main shaft and extends in the main shaft direction, and is fixed to the outer side in the radial direction of the rotor shaft. A rotor having an extended rotor core, a rotor winding penetrating through the rotor core, a stator core that is disposed radially outside the rotor core and extends in the main axis direction, and the fixing thereof A stator having a stator winding wound around a core of the core, an excitation device having a rotary rectifier that rotates with the rotor shaft, a frame for housing the rotor core and the stator, A cooler that cools a cooling gas that cools the stator and the rotor core; and a sealed space that is attached to an upper portion of the frame to form a sealed space together with the frame. And a cooler cover that communicates with the frame by a cooler inlet opening for allowing the cooling gas to flow into the frame and a cooler outlet opening for allowing the cooling gas to flow into the frame; The exciter cover that includes the exciter and forms a part of the sealed space, the branch pipe that connects the exciter cover and the cooler cover, and the exciter cover and the frame are connected. A return pipe, an inner fan that is attached to the rotor shaft and circulates the cooling gas in the sealed space, and an excitation device cooling accelerator that is provided in the branch pipe and cools the cooling gas in the branch pipe And a connecting pipe that connects the branch pipe and the excitation device cooling accelerator, and the excitation device cooling accelerator is configured to supply the cooling gas supplied through the connection pipe. Parts is configured to be used in the cooling side of the gas of the exciter cooling promotion machine, characterized in that.
本発明によれば、回転整流器を有するブラシレス回転電機において、励磁装置の冷却性能の向上を図ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the brushless rotary electric machine which has a rotary rectifier, the improvement of the cooling performance of an exciting device can be aimed at.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るブラシレス回転電機について説明する。 Hereinafter, a brushless rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るブラシレス回転電機の立断面図である。ブラシレス回転電機100は、回転子10、固定子20、および励磁装置50を有する。
FIG. 1 is an elevational sectional view of a brushless rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention. The brushless rotating electrical machine 100 includes a
回転子10は、回転軸方向に延びて回転可能に軸支されたロータシャフト11と、ロータシャフト11の径方向外側に配されてロータシャフト11に結合した回転子鉄心12と、回転子鉄心12内を貫通する回転子巻線13とを有する。ロータシャフト11には、内扇15が取り付けられており、ロータシャフト11の回転とともに回転する。内扇15の径方向には、仕切り板15aが設けられている。内扇15は、内扇15および仕切り板15aの軸方向の外側、すなわち軸受32側の冷却用気体を、吸い込み、回転子鉄心12および固定子20側に押し出す。
The
固定子20は、回転子鉄心12の径方向外側に配されて円筒形状の固定子鉄心21と、固定子鉄心21の径方向内側の面に周方向に間隔をおいて形成されて軸方向に延びた複数のスロット(図示せず)内に布設された固定子巻線22とを有する。
The
励磁装置50は、回転整流機51、励磁機回転部52および励磁機固定部53を有する。回転整流機51および励磁機回転部52は、ロータシャフト11に取り付けられ、ロータシャフト11とともに回転する。励磁機固定部53は、励磁機回転部52の径方向外側に、励磁機回転部52と径方向に互に対向するように静止固定されている。
The
たとえば、ブラシレス回転電機100が発電機である場合、以下のように作用する。すなわち、励磁機固定部53には図示しない電源から直流電力が供給される。この結果、励磁機固定部53は電磁石となる。なお、励磁機固定部53は、コイルによる電磁石には限定されない。たとえば、ブラシレス回転電機100の界磁電流すなわち回転子10のコイルに流れる電流の制御が不要な場合にあっては、永久磁石であってもよい。
For example, when the brushless rotating electrical machine 100 is a generator, it operates as follows. That is, DC power is supplied to the
励磁機固定部53による直流の界磁の内側で、励磁機回転部52が回転軸周りに回転すると、励磁機回転部52の励磁機回転部巻線(図示せず)には、交流の誘導起電力が発生する。励磁機回転部巻線に発生する交流電力は、回転整流器51によって直流電力に変換され、同じく回転軸周りを回転する回転子鉄心12に設けられた回転子巻線(界磁巻線)13に供給される。この界磁によって、固定子巻線22すなわち電機子巻線に誘導起電力が発生する。
When the
固定子20および回転子鉄心12は、フレーム30内に収納されている。フレーム30の軸方向の両端には、軸受ブラケット34が接続されている。軸受ブラケット34はそれぞれ、軸受32を支持している。軸受32は、ロータシャフト11を回転可能に支持している。励磁装置50は、励磁装置カバー61内に収納されている。
The
フレーム30には、給気管31が貫通している。貫通部はリークタイトに処理されている。給気管31のフレーム30内の端部は、内扇15の吸い込み側に開放されている。給気管31の他端は、フレーム30外の外気に開放されている。なお、給気管31の他端がたとえば圧縮機あるいは送風機(図示せず)などの圧力源に接続されていることでもよい。
An
すなわち、後述するヘッダ73(図2)に取り付けられたノズル75(図2)において、ノズル75から冷却用気体が噴出する程度にノズル75内の冷却用気体の圧力が高い状態とする。具体的には、内扇15の吸い込み圧力にヘッド分を加え、さらに内扇15から分岐管62までの圧力損失を差し引いた圧力が、連絡管74入口の圧力である。連絡管74入口の圧力が、連絡管74入口から後述するノズル75出口までの圧力損失分以上、大気圧より高い圧力より十分に高い圧力の状態であれば、後述するノズル75から冷却用気体が噴出することが可能である。この圧力は、内扇15の吸い込み圧力で調整することが可能である。
That is, in the nozzle 75 (FIG. 2) attached to the header 73 (FIG. 2) to be described later, the pressure of the cooling gas in the
フレーム30の上部には、冷却器41が設けられている。冷却器41は、冷却器カバー42内に収納されている。冷却器41は、図示しない冷却管を有し、冷却管の内側を流れる冷却媒体により、冷却管の外側を流れる冷却用気体が冷却される。
A
フレーム30、軸受ブラケット34、励磁装置カバー61および冷却器カバー42は、互いにあいまって全体として、密閉空間を形成する。フレーム30内の空間と冷却器カバー42内の空間とは、冷却器入口開口43および冷却器出口開口44で連通している。フレーム30内の空間と励磁装置カバー61内の空間とは、分岐管62および戻り管63により連通している。
The
分岐管62には、励磁装置冷却促進機70が設けられている。また、分岐管62から励磁機冷却促進機70に至る連結管74が設けられている。
The
ロータシャフト11の回転に伴い、内扇15が回転し、フレーム30内の冷却用気体を駆動する。冷却用気体は径方向に押し出され、冷却器入口開口43から冷却器カバー42内に流入する。冷却器カバー42内に流入した冷却用気体は、冷却器41で冷却された後に、冷却器41から流出し、冷却器出口開口44からフレーム30内に流入する。フレーム30内に流入した冷却用気体は、回転子10および固定子20を通過しながら回転子10および固定子20を冷却した後、内扇15側に流入する。
As the
また、冷却器41より流出した冷却用気体の一部は、分岐管62に流入し、励磁装置カバー61内に流入し、回転整流機51をはじめとした発熱部を冷却し、戻り管63からフレーム30内に戻り、冷却器出口開口44からフレーム30内に流入した冷却用気体と合流する。
A part of the cooling gas flowing out of the cooler 41 flows into the
図2は、本発明の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進機を拡大して示す立断面図である。励磁装置冷却促進機70は、中央ダクト71、ジェットポンプガイド管72、およびヘッダ73を有する。
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an excitation device cooling accelerator of the brushless rotating electrical machine according to the embodiment of the present invention. The
中央ダクト71は、両端が開放された直管であり、分岐管62の途中に設けられている。中央ダクト71の両端は、分岐管62に接続している。中央ダクト71の断面は、分岐管62と同一形状である。中央ダクト71の両端にはそれぞれ、接続用のフランジ71aが設けられている。分岐管62の中央ダクト71との接続部にもそれぞれ接続用のフランジが設けられている。
The
中央ダクト71の外表面には、径方向に広がり、中央ダクト71の流れ方向に沿って延びた複数のフィン76が取り付けられている。複数のフィン76は、中央ダクト71の周方向に互いに間隔をあけて設けられている。
A plurality of
中央ダクト71およびフィン76の材質は、分岐管62の材質に比べて、熱的な良導体である。すなわち、分岐管62の材質は、通常、たとえば鉄系の材料である。これに対して、中央ダクト71およびフィン76の材質は、銅あるいはアルミニウムなどの熱的な良導体である。
The material of the
中央ダクト71の径方向外側には、ジェットポンプガイド管72が設けられている。ジェットポンプガイド管72は両端が開放され、中央ダクト71の流れ方向に沿って、内径が徐々に減少し最小径に達した後に、内径が徐々に増加するように形成されている。
A jet
ヘッダ73は、中央ダクト71の径方向外側で、ジェットポンプガイド管72入口に設けられており、中央ダクト71を全周に囲むように形成されている。ヘッダ73には、複数のノズル75が設けられている。それぞれのノズル75は、中央ダクト71の流れ方向の下流側の、中央ダクト71とジェットポンプガイド管72の間の間隙72aが最も狭くなる部分に向かうように配されている。
The
ヘッダ73には、連結管74が接続されている。なお、連結管74が一か所でヘッダ73に結合している例を示しているが、連結管74が、たとえば2本に分岐して、それぞれが、ヘッダ73における互いにたとえば周方向に180度離れた位置で接続することでもよいし、3本以上に分岐後に接続することでもよい。
A connecting
ロータシャフト11の回転時には、ブラシレス回転電機100内の圧力は、ノズル75から冷却用気体が噴出可能な状態である。それぞれのノズル75から冷却用気体が噴出すると、ジェットポンプの作用によって、周囲の外気を引き込む。間隙72aは途中が狭くなっており、この部分で流速が上がり静圧が低下するため、さらに周囲の外気を引き込む効果が増す。
During rotation of the
この結果、中央ダクト71とジェットポンプガイド管72との間隙72a内には、冷却用気体と外気の混合気体が流れる。なお、ノズル75から冷却用気体が流出することによって、密閉空間内の冷却用気体のインベントリが減少するが、その分は、給気管31から密閉空間内に流入し、補給される。なお、補給は、供給方式の場合は、機内の圧力に応じて自動的になされる方式でもよい。あるいは、一定量の補給としてその一定量を手動で調節する方式でもよい。
As a result, in the
したがって、混合割合に応じた冷却用気体の温度と、外気の温度の平均温度の気体が、中央ダクト71の外側を通過する。中央ダクト71の内部を流れる冷却用気体と、中央ダクト71の外部を流れる混合気体との間で、熱交換が生じる。この際の、伝熱面は、中央ダクト71の外表面およびフィン76である。この結果、中央ダクト71の内部を流れる冷却用気体は冷却されて、温度が低下した状態で、励磁装置カバー61の内部に流入する。このため、励磁装置カバー61内の回転整流機51等の冷却効率が向上する。
Therefore, the temperature of the cooling gas corresponding to the mixing ratio and the gas having the average temperature of the outside air pass outside the
以上のように、本実施形態によれば、回転整流器51を有するブラシレス回転電機100において、励磁装置50の冷却性能の向上を図ることができる。
As described above, according to the present embodiment, in the brushless rotating electrical machine 100 having the
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. Furthermore, these embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…回転子、11…ロータシャフト、12…回転子鉄心、13…回転子巻線、15…内扇、15a…仕切り板、20…固定子、21…固定子鉄心、22…固定子巻線、30…フレーム、31…給気管、32…軸受、34…軸受ブラケット、41…冷却器、42…冷却器カバー、43…冷却器入口開口、44…冷却器出口開口、50…励磁装置、51…回転整流器、52…励磁機回転部、53…励磁機固定部、61…励磁装置カバー、62…分岐管、63…戻り管、70…励磁装置冷却促進機、71…中央ダクト、71a…フランジ、72…ジェットポンプガイド管、72a…間隙、73…ヘッダ、74…連結管、75…ノズル、76…フィン、100…ブラシレス回転電機
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記回転子鉄心の径方向外側に配されて、主軸方向に延びる固定子鉄心と、その固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、
前記ロータシャフトとともに回転する回転整流器を有する励磁装置と、
前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、
前記フレーム内の前記固定子および前記回転子鉄心を冷却する冷却用気体を冷却する冷却器と、
前記フレームの上部に取り付けられて前記フレームとともに密閉空間を構成し、前記冷却器を内包して、前記冷却用気体を前記フレーム内から流入させるための冷却器入口開口と、前記冷却用気体を前記フレーム内に流出させるための冷却器出口開口とによって前記フレームと連通する冷却器カバーと、
前記励磁装置を内包し、前記密閉空間の一部を形成する励磁装置カバーと、
前記励磁装置カバーと前記冷却器カバーとを接続する分岐管と、
前記励磁装置カバーと前記フレームとを接続する戻り管と、
前記ロータシャフトに取り付けられて前記冷却用気体を前記密閉空間内で循環させる内扇と、
前記分岐管に設けられ前記分岐管内の前記冷却用気体の冷却を行う励磁装置冷却促進機と、
前記分岐管と前記励磁装置冷却促進機とを連結する連結管と、
を備え、
前記励磁装置冷却促進機は、前記連結管を介して供給される前記冷却用気体の一部が、当該励磁装置冷却促進機の冷却側の気体に使用されるように構成されている、
ことを特徴とするブラシレス回転電機。 A rotor shaft that is rotatably supported around the main shaft and extends in the main shaft direction, a rotor core that is fixed radially outside the rotor shaft and extends in the main shaft direction, and a rotor that passes through the rotor core A rotor having windings;
A stator core disposed on the outer side in the radial direction of the rotor core and extending in the main axis direction, and a stator winding wound around the stator core;
An excitation device having a rotary rectifier rotating with the rotor shaft;
A frame for housing the rotor core and the stator;
A cooler for cooling a cooling gas for cooling the stator and the rotor core in the frame;
A cooling space that is attached to an upper part of the frame to form a sealed space together with the frame, encloses the cooler, and allows the cooling gas to flow in from the frame; and A cooler cover in communication with the frame by a cooler outlet opening for flow into the frame;
An exciter cover that encloses the exciter and forms part of the sealed space;
A branch pipe connecting the exciter cover and the cooler cover;
A return pipe connecting the exciter cover and the frame;
An inner fan attached to the rotor shaft and circulating the cooling gas in the sealed space;
An excitation device cooling accelerator provided in the branch pipe for cooling the cooling gas in the branch pipe;
A connecting pipe connecting the branch pipe and the excitation device cooling accelerator;
With
The excitation device cooling accelerator is configured such that a part of the cooling gas supplied via the connecting pipe is used as a gas on the cooling side of the excitation device cooling accelerator.
This is a brushless rotating electrical machine.
被冷却側の媒体である前記冷却用気体を通過させる中央ダクトと、
前記中央ダクトの径方向の外側に配されて入口および出口が開放された管であって、前記中央ダクトの流れ方向に沿って、内径が徐々に減少し最小径に達した後に内径が徐々に増加するように形成されたジェットポンプガイド管と、
を有し、
前記連結管は、前記中央ダクトの径方向外側であって、前記ジェットポンプガイド管の入口に開口している、
ことを特徴とする請求項1に記載のブラシレス回転電機。 The exciter cooling accelerator is
A central duct through which the cooling gas, which is a medium to be cooled, passes;
A pipe disposed outside the central duct in the radial direction and having an inlet and an outlet open. A jet pump guide tube formed to increase;
Have
The connecting pipe is radially outside the central duct and opens to the inlet of the jet pump guide pipe.
The brushless rotating electrical machine according to claim 1.
前記連結管は前記ヘッダに接続されかつヘッダ内に開口し、
前記複数のノズルは、前記ジェットポンプガイド管内の前記中央ダクトの流れ方向の下流側に向かって開口している、
ことを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか一項に記載のブラシレス回転電機。 The exciter cooling accelerator further includes a header provided with a plurality of nozzles and provided at an inlet of the jet pump guide tube,
The connecting pipe is connected to the header and opens into the header;
The plurality of nozzles open toward the downstream side in the flow direction of the central duct in the jet pump guide pipe.
The brushless rotating electrical machine according to any one of claims 2 to 4, wherein the brushless rotating electrical machine is provided.
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