JP2017200354A - Brushless rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転整流器を有するブラシレス回転電機に関する。 The present invention relates to a brushless rotating electrical machine having a rotary rectifier.
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、回転子とともに回転する回転整流器を設けることによってブラシレス化を図る方式が知られている。 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 method of making the brushless by providing a rotary rectifier that rotates together with the rotor in order to eliminate the need for the brush.
特に、モバイルパック発電機のように、移動式の回転電機においては、重量の制限、軸方向長さを限界まで短縮する必要があるなどの制限が特に厳しい。このため、従来のように、励磁機と本体間をダクトで接続して、冷却器で冷却した冷却用気体を循環させる方式を採用することは困難なことが多い。このため、本体側と励磁機とは別々に冷却手段を確保する必要がある。 In particular, in mobile rotating electrical machines such as mobile pack generators, there are particularly severe limitations such as weight limitations and the need to shorten the axial length to the limit. For this reason, it is often difficult to employ a conventional method in which the exciter and the main body are connected by a duct and the cooling gas cooled by the cooler is circulated. For this reason, it is necessary to secure cooling means separately for the main body side and the exciter.
整流器の発熱に対する外部からの冷却効果が大きい場合は、整流器をコンパクト化できることから、たとえば、整流器の近傍にロータシャフトに取り付けた冷却ファンを設ける方法が知られている(特許文献1)。この場合、ロータシャフトの軸方向に冷却ファンを取り付けるスペースが必要となる。 When the cooling effect from the outside with respect to the heat generation of the rectifier is large, since the rectifier can be made compact, for example, a method of providing a cooling fan attached to the rotor shaft in the vicinity of the rectifier is known (Patent Document 1). In this case, a space for mounting the cooling fan in the axial direction of the rotor shaft is required.
あるいは、ロータ接続部材に通気孔を形成し、その外側の流路上に回転整流器を配する方法が知られている(特許文献2)。この場合、通気孔の加工等が必要となり、かつ軸方向に長くなる。 Alternatively, a method is known in which a vent hole is formed in the rotor connecting member, and a rotary rectifier is disposed on the outer flow path (Patent Document 2). In this case, it is necessary to process the ventilation holes and the like, and the axial direction is longer.
あるいは、回転側に回転励磁機を挟むようにアキシャルファンとラジアルファンを設け、流れをガイドする孔等を設ける方法が知られている(特許文献3)。この場合も、ロータシャフトの軸方向にファンを取り付けるスペースが必要となる。 Alternatively, a method is known in which an axial fan and a radial fan are provided so as to sandwich a rotary exciter on the rotation side, and a hole for guiding the flow is provided (Patent Document 3). Also in this case, a space for mounting the fan in the axial direction of the rotor shaft is required.
また、回転整流器を回転軸の表面に配列して冷却を確保する方法が知られている(特許文献4)。この場合、回転軸の表面を使用することから整流器の設置台数の制限およびこの分の回転軸長さの確保が必要という問題がある。 In addition, a method of securing cooling by arranging a rotary rectifier on the surface of a rotating shaft is known (Patent Document 4). In this case, since the surface of the rotating shaft is used, there is a problem that it is necessary to limit the number of rectifiers installed and to ensure the length of the rotating shaft.
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、回転整流器について配置への影響を抑えながら励磁装置の冷却性能を確保することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to ensure the cooling performance of the excitation device while suppressing the influence on the arrangement of the rotary rectifier in the brushless rotating electric machine having the 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、回転軸まわりに回転可能に軸支され回転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回転軸方向に延びた回転子鉄心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、回転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複数の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、前記励磁装置を内包し、外気の取り入れ口および前記外気の排出口が形成された励磁装置カバーと、を備え、前記励磁装置は、前記複数の回転整流器を支持して前記ロータシャフトの径方向周囲に取り付けられた円板状の支持部材と、前記支持部材に取り付けられて径方向および回転軸方向に拡がった前記励磁装置カバー内の前記外気を撹拌する複数の攪拌翼を有し、前記複数の回転整流器は前記支持部材に取り付けられて、互いに周方向に間隔をもって配されており、それぞれの前記回転整流器は、整流素子部と、ほぼ直方体形状であって前記回転軸に垂直な方向に放熱面が形成された放熱部とを有する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a brushless rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor shaft that is rotatably supported around a rotating shaft and extends in the rotating shaft direction, and is fixed to the radially outer side of the rotor shaft. A rotor core extending in the direction, a stator core disposed radially outside the rotor core and extending in the rotation axis direction, and a stator winding wound around the stator core A stator having a plurality of rotary rectifiers that rotate together with the rotor shaft, a frame that houses the rotor core and the stator, and an enclosure for the outside air, An exciter cover having a discharge port for outside air, and the exciter supports the plurality of rotary rectifiers and is mounted around the rotor shaft in the radial direction. A plurality of stirring blades that stir the outside air in the exciter cover that is attached to the support member and extends in the radial direction and the rotation axis direction, and the plurality of rotary rectifiers are attached to the support member. The rotary rectifiers have a rectifying element portion and a heat radiating portion having a substantially rectangular parallelepiped shape and having a heat radiating surface formed in a direction perpendicular to the rotation axis. It is characterized by 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、回転整流器について配置への影響を抑えながら励磁装置の冷却性能を確保することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the brushless rotary electric machine which has a rotation rectifier, the cooling performance of an exciting device can be ensured, suppressing the influence on arrangement | positioning about a rotation rectifier.
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。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, a brushless rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
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200は、回転子10、固定子20、および励磁装置100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
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は、ラディアルファンであり、冷却用気体を、軸方向に吸い込み、径方向に押し出す。
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100は、回転整流器110、励磁機回転部121および励磁機固定部122を有する。回転整流器110および励磁機回転部121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122は、励磁機回転部121の径方向外側に配されて静止固定されている。励磁機回転部121の有する励磁機回転部巻線(図示せず)には、回転整流器110により整流された直流が流れる。励磁機固定部122の有する励磁機固定部巻線(図示せず)には、励磁機回転部巻線を流れる直流により励磁され生ずる交流が流れる。
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100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、フレーム入口開口41およびフレーム出口開口42が形成されている。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、フレーム出口開口42からフレーム外に流出する。外気からは、フレーム入口開口41を経て冷却用気体である外気がフレーム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。
A frame entrance opening 41 and a
一方、ロータシャフト11の回転に伴い、励磁装置カバー61内の後述する支持部材115(図2)が回転する。後述するように、支持部材115の回転に伴い、励磁装置カバー61内の冷却用気体が駆動される。この結果、外気取り入れ口62から冷却用気体である外気が流入し、回転整流器110をはじめとした発熱部を冷却した後、外気排出口63からが冷却用気体が流出する。
On the other hand, as the
図2は、図1のII−II線矢視の左半部の縦断面図である。また、図3は、支持部材に攪拌翼が取り付けられた状態を示す斜視図である。なお、図3においては、見やすくするために、回転整流器110の図示を省略している。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the left half portion taken along line II-II in FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a state in which a stirring blade is attached to the support member. In FIG. 3, the
ロータシャフト11には、保持リングともよばれる支持部材115が取り付けられている。支持部材115は、中央に貫通孔が形成され回転軸に垂直な方向に広がり円板状である。
A
支持部材115には、周方向に互いに間隔をあけて支持部材開口115aが形成されている。また、支持部材115には、複数の回転整流器110が、周方向に互いに間隔をあけて、設けられている。それぞれの回転整流器110は、整流素子部111、放熱部112、連結部113、および締結部114を有する。それぞれ、2つの回転整流器110が、回転軸方向に支持部材115を挟んでその前後に配されている。それぞれ2つの回転整流器110は、同一の放熱部112を共有している。放熱部112は、回転整流器110において最も径方向外側に配され、支持部材115を回転軸方向に貫通している。
放熱部112の径方向内側の支持部材開口115aに対向する位置には整流素子部111が配されている。整流素子部111で生じた熱は、放熱部112に伝わり放熱部112の表面から冷却用気体に伝達され放散される。回転整流器110において最も径方向内側に締結部114が配され、締結部114と整流素子部111間を連結部113が連結している。
A rectifying
支持部材115の周方向に互いに隣接する放熱部112の間の位置には、撹拌翼118が取り付けられている。撹拌翼118は、軸方向に拡がるとともに径方向にさらに広がっている。ここで、撹拌翼118が設けられていない場合に比べて、撹拌翼118を設けるために特にスペースを拡張する必要はなく、回転整流器110内の配置への影響なく、撹拌翼118を設置することができる。
A
支持部材115の径方向の先端には、環状板116が設けられている。環状板116は、回転軸方向に延びる筒状であり、回転軸方向の長さの中央で支持部材115と結合している。
An
環状板116には、周方向に互いに間隔をもって、複数の通気孔116aが形成されている。複数の通気孔116aは、撹拌翼118を挟んで周方向に互いに対称の位置に形成されている。また、複数の通気孔116aは、支持部材115と環状板116との接合箇所の軸方向位置を挟んで、軸方向に互いに対称の位置に設けられている。
A plurality of
なお、撹拌翼118は、径方向に対して傾きをもって取り付けられていてもよい。この場合、通気孔116aの位置も、気流の流れに応じた適切な位置に変更することにより、気流を最適化できる。
The
ロータシャフト11が回転している状態においては、ロータシャフト11に取り付けられた支持部材115が回転する。支持部材115の回転とともに、回転整流器110が回転する。また、支持部材115に取り付けられた撹拌翼118も回転する。
When the
撹拌翼118が回転することにより、回転整流器110を周方向に相対的に移動する冷却用気体は、軸方向および径方向にも撹拌され、支持部材開口115aおよび通気孔116aも冷却用気体の流路となりながら、冷却用気体が回転整流器110の周囲を移動する。
As the
このように、回転整流器110まわりの冷却用気体の流速が高くなり、回転整流器110の放熱部112をはじめとする各部の表面での、冷却用気体との表面熱伝達率が上昇し、冷却能力が向上する。
As described above, the flow velocity of the cooling gas around the
以上のように、回転整流器110を有するブラシレス回転電機200において、回転整流器110について配置への影響を抑えながら励磁装置100の冷却性能を確保することができる。
As described above, in the brushless rotating
(その他の実施形態)
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。たとえば、実施形態では、本体側と励磁機側とを、それぞれ別々に冷却する方式の場合を例にとって説明したが、これに限定されない。たとえば、励磁機と本体間をダクトで接続して、冷却器で冷却した冷却用気体を循環させる方式の回転電機において、本発明の攪拌翼を有する励磁装置を用いてもよい。
(Other embodiments)
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. For example, in the embodiment, the case where the main body side and the exciter side are separately cooled has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, an exciter having a stirring blade according to the present invention may be used in a rotating electrical machine of a type in which an exciter and a main body are connected by a duct and a cooling gas cooled by a cooler is circulated.
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。 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、15…内扇、20…固定子、21…固定子鉄心、22…固定子巻線、30…フレーム、32…軸受、34…軸受ブラケット、41…フレーム入口開口、42…フレーム出口開口、61…励磁装置カバー、62…外気取り入れ口、63…外気排出口、100…励磁装置、110…回転整流器、111…整流素子部、112…放熱部、113…連結部、114…締結部、115…支持部材、115a…支持部材開口、116…環状板、116a…通気孔、118…撹拌翼、120…励磁機、121…励磁機回転部、122…励磁機固定部、200…ブラシレス回転電機
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記回転子鉄心の径方向外側に配されて、回転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複数の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、
前記励磁装置を内包し、外気の取り入れ口および前記外気の排出口が形成された励磁装置カバーと、
を備え、
前記励磁装置は、
前記複数の回転整流器を支持して前記ロータシャフトの径方向周囲に取り付けられた円板状の支持部材と、
前記支持部材に取り付けられて径方向および回転軸方向に拡がった前記励磁装置カバー内の前記外気を撹拌する複数の攪拌翼を有し、
前記複数の回転整流器は前記支持部材に取り付けられて、互いに周方向に間隔をもって配されており、
それぞれの前記回転整流器は、整流素子部と、ほぼ直方体形状であって前記回転軸に垂直な方向に放熱面が形成された放熱部とを有する、
ことを特徴とするブラシレス回転電機。 A rotor shaft rotatably supported around the rotation axis and extending in the direction of the rotation axis; and a rotor core fixed to the outer side in the radial direction of the rotor shaft and extending in the rotation axis direction;
A stator core disposed on the outer side in the radial direction of the rotor core and extending in the direction of the rotation axis, and a stator winding wound around the stator core;
An excitation device having a plurality of rotary rectifiers rotating with the rotor shaft;
A frame for housing the rotor core and the stator;
An exciter cover containing the exciter and having an outside air inlet and an outside air outlet;
With
The excitation device is
A disk-shaped support member that supports the plurality of rotary rectifiers and is attached around the radial direction of the rotor shaft;
A plurality of stirring blades for stirring the outside air in the exciter cover attached to the support member and extending in the radial direction and the rotation axis direction;
The plurality of rotary rectifiers are attached to the support member and are arranged at intervals in the circumferential direction,
Each of the rotary rectifiers includes a rectifying element portion and a heat radiating portion having a substantially rectangular parallelepiped shape and having a heat radiating surface formed in a direction perpendicular to the rotation axis.
This is a brushless rotating electrical machine.
前記環状板には、前記複数の回転整流器のそれぞれの径方向外側の部分に通気孔が形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に記載のブラシレス回転電機。 A cylindrical annular plate attached to the outside of the support member in the radial direction and extending in the axial direction;
3. The brushless rotating electrical machine according to claim 1, wherein the annular plate has a vent hole formed in a radially outer portion of each of the plurality of rotary rectifiers.
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CN110994906A (en) * | 2018-10-03 | 2020-04-10 | 东芝三菱电机产业系统株式会社 | Brushless rotating electric machine |
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