JP2019050698A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却性能を保つことができるとともに、製造工程において溶接の工数を削減でき、製造コストが低減できる回転電機を提供する。【解決手段】固定子１０の固定子コア１１が軸方向に分割されたパケット１１１と、パケット１１１の間のダクト１１２と、円環状部材１１３３と内周部材１１３１と外周部材１１３２を備える第１ダクトコア１１３と、円環状部材１１４３と内周部材１１４１を備える第２ダクトコア１１４を備える。内周部材１１３１は、円環状部材１１３３の内周部に設けられ、径方向内側への突出部を備える。外周部材１１３２は、円環状部材１１３３の外周部に設けられ、径方向外側への突出部を備える。内周部材１１４１は、円環状部材１１４３の内周部に設けられ、径方向内側への突出部を備える。ダクトコア１１３、１１４は、ダクト１１２に互いに隣り合って配置されている。円環状部材１１３３の外径は、円環状部材１１４３の内径よりも小さい。【選択図】図４

Description

本発明は、電動機などの回転電機に関する。

近年、コンプレッサ駆動用などの用途で、従来のガスタービンに代わり電動機が使用されている。コンプレッサ駆動用などに用いられる電動機には、例えば、回転子コアのスロットに設けられた複数の回転子導体が回転子コアの端面においてエンドリング（短絡環）で連結された回転子を備える誘導電動機や、回転子コアの外周表面または回転子コア内に設けられた溝に永久磁石が配置された永久磁石同期電動機がある。誘導電動機と永久磁石同期電動機では、通常、固定子コアや回転子コアは、透磁率の高い電磁鋼板を積層して形成される。

電動機が運転すると、回転子コア、回転子導体、及び永久磁石に遠心力が働き、回転子の各部に応力が発生する。この応力によって、回転子の各部が変形または破断する恐れがある。そこで、この応力を低減するために、外径ができるだけ小さくて、回転軸方向（以下、「軸方向」とも呼ぶ）に長い形状の回転子が利用される。

一方、電動機には電気的な損失に伴って熱が発生するが、回転子の長尺化に伴い、電動機の軸方向の中心部での冷却性能が低下し、発熱に伴う温度上昇が大きくなることが懸念される。このため、電動機内の冷却性能を強化することが必要である。電動機の軸方向の中心部での温度上昇を低減するため、固定子コアと回転子コアを軸方向に複数の部分（コアパケット）に分割し、固定子コア及び回転子コアの径方向と回転子コアの軸方向に通風路を設ける構造が取られる。径方向の通風路はラジアルダクト、軸方向の通風路はアキシャルダクトと呼ばれる。

従来の電動機では、固定子ラジアルダクトは、複数の固定子コアパケットの間にダクトピースを放射状に配置することで形成される。ダクトピースは、鉄板などで作成された板状部材で、各コアパケットの端部に溶接されて固定される。ダクトピースは、固定子ラジアルダクトを形成するとともに、固定子コアパケットを形成する積層された電磁鋼板が軸方向に広がって開くのを防止する役割も果たすため、固定子コアに設けられたティース１本につき１本のダクトピースが設置される。また、出力が数ＭＷ級の電動機では固定子の外径も大きくなるため、ダクトピースは、固定子スロットのバックヨーク部分にも配置される。

このことから、１つの固定子ラジアルダクトに配置されるダクトピースの数は、固定子スロットの数と同一またはこの２倍である。通常、電動機の固定子スロットの数は、数十〜数百本である。電動機に設けられる固定子ラジアルダクトの数は、通常数十本であることから、電動機に必要なダクトピースの総本数は、千本以上となる。このような多数のダクトピースを固定子に溶接するには、著しく多数の工数が必要であり、電動機の製造コストを増加させる大きな要因である。このように、固定子ラジアルダクトを形成する際のダクトピースの溶接工数を削減することは、電動機の製造コストを低減する上で重要な課題である。

この課題を解決する技術として、例えば特許文献１に記載の技術がある。特許文献１に記載の回転電機では、固定子または回転子のラジアルダクトに設けるダクトピース（通風用間隔片）を屈曲させて積層方向の締め付け力を大きくし、冷却性能を保ちつつ、製造・保守の省力化を図っている。

特開２０１１−２４３０４号公報

特許文献１に記載の技術では、ダクトピースを屈曲させることで冷却性能を保ちつつ製造・保守の省力化を図ることができる。しかし、電動機の製造において、ダクトピースと固定子コアまたは回転子コアとの溶接は必須であり、上述したような著しく多数の溶接工数が必要であるため、製造コストを低減するのは難しい。

本発明の目的は、冷却性能を保つことができるとともに、製造工程において溶接の工数を削減でき、製造コストが低減できる回転電機を提供することである。

本発明による回転電機は、次のような特徴を備える。本発明による回転電機は、固定子コアを備える固定子と、回転可能な回転子と、軸方向に延伸し、前記回転子を前記軸方向の周りに回転させる回転軸と、前記固定子コアが前記軸方向に複数に分割された部分である複数の固定子コアパケットと、前記軸方向に互いに隣り合う前記固定子コアパケットの間に設けられた通風路である複数の固定子ラジアルダクトと、前記回転軸の周りの円環状部材と内周部材と外周部材とを備える第１の固定子ダクトコアと、前記回転軸の周りの円環状部材と内周部材とを備える第２の固定子ダクトコアとを備える。前記第１の固定子ダクトコアの前記内周部材は、前記第１の固定子ダクトコアの前記円環状部材の内周部に設けられ、径方向の内側に向かって突出する複数の突出部を備える。前記第１の固定子ダクトコアの前記外周部材は、前記第１の固定子ダクトコアの前記円環状部材の外周部に設けられ、前記径方向の外側に向かって突出する複数の突出部を備える。前記第２の固定子ダクトコアの前記内周部材は、前記第２の固定子ダクトコアの前記円環状部材の内周部に設けられ、前記径方向の内側に向かって突出する複数の突出部を備える。前記第１の固定子ダクトコアと前記第２の固定子ダクトコアは、前記固定子ラジアルダクトに、それぞれ少なくとも１つずつが、前記軸方向に互いに隣り合うように配置されている。前記第１の固定子ダクトコアの前記円環状部材の外径は、前記第２の固定子ダクトコアの前記円環状部材の内径よりも小さい。

本発明によれば、冷却性能を保つことができるとともに、製造工程において溶接の工数を削減でき、製造コストが低減できる回転電機を提供することができる。

本発明の実施例１による回転電機の、回転軸に垂直な方向から見た断面図。 本発明の実施例１において、固定子ダクトコアａの位置における、回転軸方向から見た回転電機の断面図。 本発明の実施例１において、固定子ダクトコアｂの位置における、回転軸方向から見た回転電機の断面図。 本発明の実施例１において、回転軸方向から見た回転電機の断面図であり、主に固定子ダクトコアａと固定子ダクトコアｂとを示す図。 本発明の実施例１において、固定子ダクトコアａの位置における、回転軸方向から見た回転電機の断面図であり、内周部材と外周部材の突出部の周方向位置が互いに異なる固定子ダクトコアａを示す図。 本発明の実施例１において、固定子ダクトコアａの位置における、回転軸方向から見た回転電機の断面図であり、内周部材と外周部材の突出部の数が互いに異なる固定子ダクトコアａを示す図。 本発明の実施例１において、固定子ラジアルダクトに配置された固定子ダクトコアａと固定子ダクトコアｂを示す、固定子コアの部分図。 本発明の実施例３による回転電機の、固定子ダクトコアａの位置における、回転軸方向から見た断面図。 本発明の実施例３による回転電機の、固定子ダクトコアｂの位置における、回転軸方向から見た断面図。 回転軸方向から見た回転電機の部分断面図であり、主に固定子ダクトコアａと固定子ダクトコアｂとを示す図。 本発明の実施例４による回転電機の、固定子ダクトコアａの位置における、回転軸方向から見た断面図。 本発明の実施例４による回転電機の、固定子ダクトコアｂの位置における、回転軸方向から見た断面図 本発明の実施例４において、回転軸方向から見た回転電機の部分断面図であり、主に固定子ダクトコアａと固定子ダクトコアｂとを示す図。 本発明の実施例５による回転電機の、固定子ダクトコアａの位置における、回転軸方向から見た断面図。 本発明の実施例５による回転電機の、固定子ダクトコアｂの位置における、回転軸方向から見た断面図。 本発明の実施例６による回転電機の、固定子ダクトコアａの位置における、回転軸方向から見た断面図。 本発明の実施例７による回転電機の、固定子ダクトコアａの位置における、回転軸方向から見た断面図。

本発明による回転電機は、固定子ラジアルダクト（固定子に設けられた径方向の通風路）に２種類の固定子ダクトコア（回転軸の周りの円環部と径方向への突出部とを備える部材）が配置されているので、冷却性能の悪化を防止して冷却性能を保つことができるとともに、従来の回転電機が備えるダクトピースが不要であるので、従来の回転電機と比べて、製造工程において溶接の工数を削減でき、製造コストを低減できる。

以下、本発明の実施例による回転電機を、図面を用いて説明する。なお、以下の実施例では、回転電機が、かご形導体を有する回転子を備える誘導電動機である場合を示している。本発明は、このような電動機に限らず、任意の回転電機に適用できる。本発明による回転電機は、例えば、回転子が永久磁石を有する永久磁石同期電動機、回転子が界磁巻線を有する同期電動機、または回転子がコアだけで形成されたリラクタンスモータなどでもよく、本発明では、回転子から磁界を発生させるための構成部品やその形状については制限しない。

図１は、本発明の実施例１による回転電機の、回転軸に垂直な方向から見た断面図である。回転電機１は、円環状の固定子１０と、固定子１０の内周側に配置された回転子２０と、シャフト２２を備える。

シャフト２２は、回転電機１の回転軸であり、回転子２０を回転させる。シャフト２２の延伸方向を回転軸方向または軸方向と呼び、回転軸方向に垂直な方向を径方向と呼び、回転軸方向の周りの回転方向を周方向と呼ぶ。

固定子１０は、フレーム３に固定される。回転子２０は、シャフト２２によって軸方向の周りに回転可能である。固定子１０と回転子２０との径方向の間には、ギャップ１７が形成されている。フレーム３の上方には、エアクーラ２が設置される。エアクーラ２は、固定子１０と回転子２０を冷却した冷媒（例えば、空気）を除熱する。

固定子１０は、固定子コア１１と、電機子巻線１３を備える。固定子コア１１は、周方向に配置された複数の固定子スロット１２と、周方向に配置された複数の固定子ティース１４を備える（固定子スロット１２と固定子ティース１４は、図１には示さず、後述する図２〜４などに示す）。固定子１０の軸方向の両端部には、固定子コアクランプ１５が設けられる。固定子コア１１は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて形成され、軸方向に配置された複数の固定子コアパケット１１１と複数の固定子ラジアルダクト１１２を備える。複数の固定子コアパケット１１１は、固定子コア１１の、軸方向に複数に分割された部分である。複数の固定子ラジアルダクト１１２は、軸方向に互いに隣り合う固定子コアパケット１１１の間に形成された隙間であり、固定子１０に設けられた径方向の通風路であって冷媒が流れる。

回転子２０は、回転子コア２１と回転子バー２３を備える。回転子コア２１の軸方向の両端部には、回転子コアクランプ２６が設けられる。回転子バー２３の軸方向の両端部には、エンドリング２５が設けられ、回転子２０に通電するための導体が形成される。

シャフト２２には、回転電機１の内部に冷媒を流すファン３１が設けられる。ファン３１に冷媒が入り込みやすくなるように、フレーム３にファンガイド３２が設けられる。

固定子ラジアルダクト１１２には、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４の両方が配置されている。１つの固定子ラジアルダクト１１２での固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４の数は、任意であり、それぞれが少なくとも１つずつ配置されている。但し、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４は、固定子ラジアルダクト１１２内で、常に軸方向に互いに隣り合うように配置される。

図２は、固定子ダクトコアａ１１３の位置における、回転軸方向から見た回転電機１の断面図である。図３は、固定子ダクトコアｂ１１４の位置における、回転軸方向から見た回転電機１の断面図である。図２は、主に固定子ダクトコアａ１１３を示し、図３は、主に固定子ダクトコアｂ１１４を示す。

図２に示すように、固定子ダクトコアａ１１３は、シャフト２２の周りの円環状部材１１３３と、内周部材１１３１と、外周部材１１３２を備える。内周部材１１３１は、円環状部材１１３３の内周部に設けられ、径方向内側に向かって突出する複数の突出部を備える。外周部材１１３２は、円環状部材１１３３の外周部に設けられ、径方向外側に向かって突出する複数の突出部を備える。固定子ダクトコアａ１１３の最外径部は、外周部材１１３２の突出部の先端部（径方向の最外部）である。

図３に示すように、固定子ダクトコアｂ１１４は、シャフト２２の周りの円環状部材１１４３と、内周部材１１４１を備える。内周部材１１４１は、円環状部材１１４３の内周部に設けられ、径方向内側に向かって突出する複数の突出部を備える。固定子ダクトコアｂ１１４の最外径部は、円環状部材１１４３の外径部（径方向の最外部）である。

固定子ダクトコアａ１１３の外径と固定子ダクトコアｂ１１４の外径は、互いに等しく、固定子コア１１の外径と同一である。固定子ダクトコアａ１１３の内径と固定子ダクトコアｂ１１４の内径は、互いに等しいのが好ましいが、互いに等しくなくてもよい。

図４は、回転軸方向から見た回転電機１の断面図であり、主に固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４とを示す図である。回転電機１は、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４との径方向の間に、隙間１６を備える。固定子ダクトコアａ１１３の円環状部材１１３３の外径は、固定子ダクトコアｂ１１４の円環状部材１１４３の内径よりも小さく、固定子ダクトコアａ１１３の円環状部材１１３３の外径部と、固定子ダクトコアｂ１１４の円環状部材１１４３の内径部との径方向の間に、隙間１６が形成される。

固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と外周部材１１３２の突出部、及び固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部の大きさは、隙間１６が形成できれば、任意に定めることができる。

固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４の、１つの固定子ラジアルダクト１１２における軸方向の位置は、図１では、紙面に向かって固定子ダクトコアａ１１３が左側で、固定子ダクトコアｂ１１４が右側であるが、左右が逆でもよい。固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４の、固定子ラジアルダクト１１２における軸方向の位置は、異なる固定子ラジアルダクト１１２で同じでも異なってもよい。固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４の軸方向の長さは、図１では互いに等しいが、必ずしも互いに等しい必要はなく、固定子ダクトコアａ１１３の軸方向の長さと固定子ダクトコアｂ１１４の軸方向の長さとが互いに異なってもよい。固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４は、電磁鋼板で作製でき、固定子コア１１と同様に、型による打ち抜き加工やワイヤーカットなどで加工することができ、加工方法は特に制限されない。

図２に示した固定子ダクトコアａ１１３では、内周部材１１３１の突出部と外周部材１１３２の突出部の周方向位置は、互いに同じである。すなわち、図２では、内周部材１１３１の突出部と、外周部材１１３２の突出部は、径方向に伸びる直線状に並んでいる。また、図２に示した固定子ダクトコアａ１１３では、内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部の数は、互いに同じである。

図５と図６は、固定子ダクトコアａ１１３の位置における、回転軸方向から見た回転電機１の断面図であり、図２と異なる構成の固定子ダクトコアａ１１３を示す図である。図５に示す固定子ダクトコアａ１１３では、内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部の周方向位置は、互いに異なり、内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部は、径方向に伸びる直線状に並んでいない。図６に示す固定子ダクトコアａ１１３では、内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部の数は、互いに異なる。固定子ダクトコアａ１１３は、図５に示すように、内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部の周方向位置が互いに異なって直線状に並んでいなくてもよく、図６に示すように、内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部の数が互いに異なってもよい。

図５に示す固定子ダクトコアａ１１３では、内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部の周方向位置は、固定子スロット１２の周方向ピッチの半分だけ互いにずれている。内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部の周方向位置のずれの量は、固定子スロット１２の周方向ピッチの１／３や１／４などでもよい。内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部の周方向位置は、製作することが可能であり、隙間１６が形成できれば、特に限定されない。但し、後述するように、内周部材１１３１の突出部の周方向位置は、固定子ティース１４の周方向位置と一致する（内周部材１１３１の突出部の周方向位置は、固定子ティース１４の周方向に占める範囲の中にある）。

外周部材１１３２の突出部の数は、図６に示す固定子ダクトコアａ１１３では内周部材１１３１の突出部の数よりも少ないが、内周部材１１３１の突出部の数より多くてもよい。内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部の数は、固定子１０の健全性を保つことができ、固定子コア１１を形成する積層鋼板が軸方向に広がって開いて固定子１０が壊れるのを防ぐことができれば、特に制限されない。

本実施例による回転電機１では、固定子コア１１、固定子ダクトコアａ１１３、及び固定子ダクトコアｂ１１４は、それぞれの外径部の表面がフレーム３に焼嵌めや溶接によって固定される。固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４は、内周部材１１３１と内周部材１１４１の突出部の周方向位置が固定子ティース１４の周方向位置と一致するように、固定される（図２〜４を参照）。すなわち、内周部材１１３１と内周部材１１４１の突出部は、周方向位置が固定子ティース１４の周方向に占める範囲の中にある。固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４は、外径部を固定することによって、内周部材１１３１と内周部材１１４１の位置が固定される。これにより、回転電機１の製造途中や運転中において、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１と、固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１は、径方向と周方向の位置ずれが発生しにくくなる。

固定子コア１１は、固定子コア１１を形成する積層鋼板が軸方向に広がって開かないように、固定子１０の軸方向の両端部に配置された固定子コアクランプ１５によって、軸方向の両側から締め付けられる。このとき、図４において点線で囲んで示したように、固定子ティース１４には、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１と、固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１を通じて軸方向の圧力（面圧）がかかるので、固定子コア１１を形成する積層鋼板が軸方向に広がって開くのを防止できる。なお、図４では、一部の固定子ティース１４だけを点線で囲んで示したが、実際には全ての固定子ティース１４に対して軸方向に面圧がかかる。

以上説明したように、本実施例による回転電機１では、従来の回転電機が備えるダクトピースが不要であるので、従来の回転電機と比べて、製造工程において溶接の工数を削減でき、溶接点数に応じた製造コストを低減できるとともに、固定子コア１１を形成する積層鋼板が軸方向に広がって開くのを抑制できる。

溶接点数に応じた製造コストの低減について、固定子スロット１２の数が３６個で、固定子ラジアルダクト１１２の数が２０本の回転電機１の固定子１０を製作する場合を例として、検討する。

従来の回転電機では、１つの固定子ラジアルダクト１１２を形成するために、固定子スロット１２の２倍の数のダクトピースが必要である。ダクトピース１つあたりの溶接点数を６点とすると、従来の回転電機では、固定子１０を製作するために必要な全溶接点数は、３６×２×２０×６＝８６４０点である。

一方、本実施例による回転電機１は、固定子ラジアルダクト１１２に固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４が設けられ、ダクトピースが不要である。このため、ダクトピースの溶接点数は０点である。固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４は、配置位置を安定させるために、それぞれの外径部をフレーム３に溶接する必要がある。１つの固定子ダクトコアａ１１３と１つの固定子ダクトコアｂ１１４をフレーム３とそれぞれ８点で溶接するものとすると、固定子１０を製作するために必要な全溶接点数は、固定子ラジアルダクト１１２の数×固定子ダクトコアの種類の数（固定子ダクトコアａ１１３、ｂ１１４の２種類）×１つの固定子ダクトコアの溶接点数＝２０×２×８＝３２０点である。

したがって、本実施例による回転電機１では、固定子１０を製作するために必要な溶接点数は、従来の回転電機の３．７％（＝３２０／８６４０×１００）である。このため、本実施例による回転電機１では、固定子１０の製作において、溶接点数に応じた製造コストを、従来の回転電機の３．７％に削減することができる。

回転電機１は、運転中に特に電機子巻線１３で発熱するため、内部に冷却用の冷媒（例えば、空気）を流す必要がある。冷媒は、シャフト２２に接続されたファン３１によって、固定子ラジアルダクト１１２を含めた、回転電機１の各部を流れる。

図７は、固定子ラジアルダクト１１２に配置された固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４を示す、固定子コア１１の部分図である。図７において、上下方向が軸方向であり、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１と外周部材１１３２の突出部と、固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部の延伸方向が径方向である。図７では、冷媒の流れを矢印で示している。冷媒は、固定子コア１１の内周部から外周部に向かって、固定子ラジアルダクト１１２を流れる。また、見やすくするために、軸方向の最上部の固定子ティース１４は、輪郭だけを示している。

固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４は、固定子ラジアルダクト１１２内で常に軸方向に互いに隣り合うように配置される。上述したように、固定子ダクトコアａ１１３の円環状部材１１３３の外径は、固定子ダクトコアｂ１１４の円環状部材１１４３の内径よりも小さく、固定子ダクトコアａ１１３の円環状部材１１３３の外径部と、固定子ダクトコアｂ１１４の円環状部材１１４３の内径部との径方向の間に、隙間１６が形成される（図４も参照）。

固定子ダクトコアａ１１３の円環状部材１１３３と、固定子ダクトコアｂ１１４の円環状部材１１４３との径方向の間に隙間１６が設けられているので、冷媒は、径方向の通風路である固定子ラジアルダクト１１２を流れるだけでなく、隙間１６を通って軸方向にも流れる。したがって、本実施例による回転電機１は、従来の回転電機が備えるダクトピースを備えなくても、固定子コア１１に径方向と軸方向の通風路を形成でき、回転電機１の冷却性能を保つことができる。

なお、固定子ラジアルダクト１１２に、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４の両方が配置されず、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４のどちらか一方のみが配置された場合には、隙間１６が形成されない。この場合には、回転電機１内に流れる冷媒が固定子ラジアルダクト１１２を通過できなくなってしまうため、回転電機１の冷却性能が悪化する。

隙間１６は、通風（回転電機１の冷却）の観点からは、できるだけ大きい方が好ましい。ただし、固定子コア１１が必要な強度を保てるような大きさにする必要がある。

また、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４は、それぞれ円環状部材１１３３と円環状部材１１４３を備えるので、回転電機１内に発生する磁束を周方向に通すことが可能である。これにより、固定子ラジアルダクト１１２が磁気回路としての機能を持つので、力率を向上させることができる。力率の向上に伴って電機子巻線１３を流れる電流が低減し、一次銅損が減少することから、電機子巻線１３の温度上昇を低減させることができる。この点からも、本実施例による回転電機１は、冷却性能の悪化を防止でき、冷却性能を保つことができるという効果を有する。

本発明の実施例２による回転電機１を説明する。本発明の実施例２による回転電機１では、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４が、固定子コアパケット１１１と同様に、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて形成されている。

固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１と固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１は、回転電機１のギャップ１７（図１を参照）の近くに位置し、磁束の影響を受けやすいため、特にギャップ１７に面した表面において渦電流損が発生しやすい。固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４を積層鋼板で形成することによって、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１と固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１における渦電流損を低減でき、渦電流損に伴う効率の低下や発熱量の増加を抑制することができる。このため、本実施例による回転電機１は、冷却性能の悪化を防止でき、冷却性能を保つことができる。

図８は、本発明の実施例３による回転電機１の、固定子ダクトコアａ１１３の位置における、回転軸方向から見た断面図である。図９は、本発明の実施例３による回転電機１の、固定子ダクトコアｂ１１４の位置における、回転軸方向から見た断面図である。

実施例１で述べたように、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と、固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部は、周方向位置が固定子ティース１４の周方向位置と一致する。すなわち、内周部材１１３１と内周部材１１４１の突出部は、周方向位置が固定子ティース１４の周方向に占める範囲の中にある。

本実施例による回転電機１では、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１と固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１は、突出部の周方向位置が、固定子ティース１４の周方向に占める範囲の中であって、回転子２０の回転方向の遅れ側である。すなわち、内周部材１１３１の突出部と内周部材１１４１の突出部の周方向位置は、固定子ティース１４の周方向に占める範囲の中であって、固定子ティース１４の周方向の中心から回転子２０の回転方向の反対方向に離れた位置である。

図８と図９において、回転子２０の回転方向を反時計回りとすると、固定子ラジアルダクト１１２（図１を参照）に流入する冷媒は、径方向に直線的に固定子ラジアルダクト１１２に流入しない。図８と図９では、回転子２０の回転方向を矢印で示している。なお、既に述べたように、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４は、固定子ラジアルダクト１１２に配置されている。

図１０は、回転軸方向から見た回転電機１の部分断面図であり、主に固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４とを示す図である。図１０には、回転子２０の回転方向と冷媒の流れを矢印で示すとともに、回転子２０の回転方向の遅れ側（回転子２０の回転方向の反対方向の位置）と、回転子２０の回転方向の進み側（回転子２０の回転方向の位置）を矢印で示している。なお、以下では、回転子２０の回転方向の遅れ側のことを単に「回転方向の遅れ側」とも呼び、回転子２０の回転方向の進み側のことを単に「回転方向の進み側」とも呼ぶ。

固定子ラジアルダクト１１２に流入する冷媒は、回転子２０の回転の影響により、径方向に対して斜めに固定子ラジアルダクト１１２に流入する。このため、固定子ラジアルダクト１１２には、回転方向の進み側の方が、回転方向の遅れ側よりも冷媒が流入しやすい。回転方向の遅れ側では、回転方向の進み側に比べて冷媒の流入角度が大きいので、冷媒が流入しにくい。したがって、固定子ラジアルダクト１１２は、周方向では、主に回転方向の進み側の部分が通風路として機能していると考えられる。このため、固定子ラジアルダクト１１２に流入する冷媒の通風抵抗は、固定子ラジアルダクト１１２の、回転方向の進み側の部分での通風路の周方向の長さ（幅）によってほぼ決定される。

そこで、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部の周方向位置が、固定子ティース１４の周方向に占める範囲の中であって、回転子２０の回転方向の遅れ側の位置であると、固定子ラジアルダクト１１２の、回転方向の進み側の部分での通風路の周方向の幅が拡大し、内周部材１１３１の突出部と内周部材１１４１の突出部の周方向位置が固定子ティース１４の周方向の中心である場合よりも、冷媒が固定子ラジアルダクト１１２を通過する経路の実効面積が増加する。このため、固定子ラジアルダクト１１２における通風抵抗が減少し、冷媒の風量が増加し、回転電機１の冷却性能が向上する。

本実施例による回転電機１は、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部の周方向位置以外は、実施例１による回転電機１と構造が同一である。したがって、本実施例による回転電機１は、実施例１による回転電機１と同様に、従来の回転電機と比べて、製造工程において溶接の工数を削減できて、溶接点数に応じて製造コストを低減できるとともに、回転電機１の冷却性能をさらに向上させることができる。

図１１は、本発明の実施例４による回転電機１の、固定子ダクトコアａ１１３の位置における、回転軸方向から見た断面図である。図１２は、本発明の実施例４による回転電機１の、固定子ダクトコアｂ１１４の位置における、回転軸方向から見た断面図である。図１３は、回転軸方向から見た回転電機１の部分断面図であり、主に固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４とを示す図である。図８と図９と図１０において、回転子２０の回転方向を反時計回りとし、回転子２０の回転方向を矢印で示している。また図１３において、冷媒の流れを矢印で示すとともに、回転子２０の回転方向の遅れ側と、回転子２０の回転方向の進み側を矢印で示している。

本実施例による回転電機１では、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部は、最内周部分が、回転子２０の回転方向の遅れ側に向かって折れ曲がっている。

図１３に示し、実施例３でも説明したように、固定子ラジアルダクト１１２に流入する冷媒は、回転子２０の回転の影響により、径方向に対して斜めに固定子ラジアルダクト１１２に流入し、回転方向の遅れ側よりも、回転方向の進み側に集中する。したがって、固定子ラジアルダクト１１２に流入する冷媒の通風抵抗は、固定子ラジアルダクト１１２の、回転方向の進み側の部分での通風路の周方向の幅によってほぼ決定される。

本実施例による回転電機１は、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部の最内周部分が、回転子２０の回転方向の遅れ側に向かって折れ曲がっているので、固定子ラジアルダクト１１２の冷媒の流入口の周方向の幅が増加する。このため、固定子ラジアルダクト１１２における冷媒の流入口の通風抵抗が減少し、固定子ラジアルダクト１１２に冷媒が流入しやすくなり、固定子ラジアルダクト１１２や回転電機１の内部を流れる冷媒の風量が増加し、回転電機１の冷却性能が向上する。

本実施例による回転電機１は、実施例３による回転電機１と同様に、従来の回転電機と比べて、製造工程において溶接の工数を削減できて、溶接点数に応じて製造コストを低減できるとともに、回転電機１の冷却性能をさらに向上させることができる。

図１４は、本発明の実施例５による回転電機１の、固定子ダクトコアａ１１３の位置における、回転軸方向から見た断面図である。図１５は、本発明の実施例５による回転電機１の、固定子ダクトコアｂ１１４の位置における、回転軸方向から見た断面図である。

本実施例による回転電機１では、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部は、周方向の長さ（幅）が、径方向外側に向かうにつれて漸増する。内周部材１１３１の突出部と内周部材１１４１の突出部の周方向の幅が径方向外側に向かうにつれて増加することで、内周部材１１３１の突出部と内周部材１１４１の突出部の面積（軸方向に垂直な面積）を増加させることができ、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４が固定子ティース１４からの面圧（軸方向の圧力）を受ける面積を増加させることができる。

本実施例による回転電機１では、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４が固定子ティース１４からの面圧を受ける面積を増加させることができるので、固定子コア１１を形成する積層鋼板が軸方向に広がって開くのを防止でき、固定子１０の健全性をさらに向上させることができる。

なお、図１４に示した固定子ダクトコアａ１１３と図１５に示した固定子ダクトコアｂ１１４では、冷媒が固定子ラジアルダクト１１２を通過する経路（固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と固定子ティース１４との間と、固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部と固定子ティース１４との間）の周方向の幅が、径方向で一定である。冷媒が固定子ラジアルダクト１１２を通過する経路の周方向の幅は、必ずしも径方向で一定である必要はなく、冷媒が通過できれば、特に制限されない。

図１６は、本発明の実施例６による回転電機１の、固定子ダクトコアａ１１３の位置における、回転軸方向から見た断面図である。

本実施例による回転電機１では、固定子ダクトコアａ１１３の外周部材１１３２の突出部は、周方向の長さ（幅）が、径方向外側に向かうにつれて漸増する。外周部材１１３２の突出部の周方向の幅が径方向外側に向かうにつれて増加することで、外周部材１１３２の突出部の面積（軸方向に垂直な面積）を増加させることができ、固定子ダクトコアａ１１３が固定子コア１１（固定子コアパケット１１１）からの面圧（軸方向の圧力）を受ける面積を増加させることができる。

本実施例による回転電機１では、固定子ダクトコアａ１１３が固定子コア１１（固定子コアパケット１１１）からの面圧を受ける面積を増加させることができるので、固定子コア１１を形成する積層鋼板が軸方向に広がって開くのを防止でき、固定子１０の健全性をさらに向上させることができる。

なお、図１６に示した固定子ダクトコアａ１１３では、冷媒が固定子ラジアルダクト１１２を通過する経路（固定子ダクトコアａ１１３の外周部材１１３２の突出部同士の間）の周方向の幅が、径方向で一定である。冷媒が固定子ラジアルダクト１１２を通過する経路の周方向の幅は、必ずしも径方向で一定である必要はなく、冷媒が通過できれば、特に制限されない。

図１７は、本発明の実施例７による回転電機１の、固定子ダクトコアａ１１３の位置における、回転軸方向から見た断面図である。なお、本実施例による回転電機１の、固定子ダクトコアｂ１１４の位置における、回転軸方向から見た断面図は、図１５（実施例５）と同じなので、示すのを省略する。

本実施例による回転電機１では、固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と外周部材１１３２の突出部と、固定子ダクトコアｂ１１４の内周部材１１４１の突出部は、周方向の長さ（幅）が、径方向外側に向かうにつれて漸増する。内周部材１１３１と外周部材１１３２と内周部材１１４１の突出部の周方向の幅が径方向外側に向かうにつれて増加することで、内周部材１１３１と外周部材１１３２と内周部材１１４１の突出部の面積（軸方向に垂直な面積）を増加させることができ、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４が固定子ティース１４と固定子コア１１（固定子コアパケット１１１）からの面圧（軸方向の圧力）を受ける面積を増加させることができる。

本実施例による回転電機１では、固定子ダクトコアａ１１３と固定子ダクトコアｂ１１４が固定子ティース１４と固定子コア１１（固定子コアパケット１１１）からの面圧を受ける面積を増加させることができるので、固定子コア１１を形成する積層鋼板が軸方向に広がって開くのを防止でき、実施例５と実施例６による回転電機１よりも、固定子１０の健全性をさらに向上させることができる。

なお、図１７に示した固定子ダクトコアａ１１３では、冷媒が固定子ラジアルダクト１１２を通過する経路（固定子ダクトコアａ１１３の内周部材１１３１の突出部と固定子ティース１４との間と、固定子ダクトコアａ１１３の外周部材１１３２の突出部同士の間）の周方向の幅が、径方向で一定である。実施例５と実施例６による回転電機１と同様に、本実施例による回転電機１でも、冷媒が固定子ラジアルダクト１１２を通過する経路の周方向の幅は、必ずしも径方向で一定である必要はなく、冷媒が通過できれば、特に制限されない。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１…回転電機、２…エアクーラ、３…フレーム、１０…固定子、１１…固定子コア、１２…固定子スロット、１３…電機子巻線、１４…固定子ティース、１５…固定子コアクランプ、１６…隙間、１７…ギャップ、２０…回転子、２１…回転子コア、２２…シャフト、２３…回転子バー、２５…エンドリング、２６…回転子コアクランプ、３１…ファン、３２…ファンガイド、１１１…固定子コアパケット、１１２…固定子ラジアルダクト、１１３…固定子ダクトコアａ、１１４…固定子ダクトコアｂ、１１３１…固定子ダクトコアａの内周部材、１１３２…固定子ダクトコアａの外周部材、１１３３…固定子ダクトコアａの円環状部材、１１４１…固定子ダクトコアｂの内周部材、１１４３…固定子ダクトコアｂの円環状部材。

Claims (6)

1. 固定子コアを備える固定子と、
   回転可能な回転子と、
   軸方向に延伸し、前記回転子を前記軸方向の周りに回転させる回転軸と、
   前記固定子コアが前記軸方向に複数に分割された部分である複数の固定子コアパケットと、
   前記軸方向に互いに隣り合う前記固定子コアパケットの間に設けられた通風路である複数の固定子ラジアルダクトと、
   前記回転軸の周りの円環状部材と、内周部材と、外周部材とを備える第１の固定子ダクトコアと、
   前記回転軸の周りの円環状部材と、内周部材とを備える第２の固定子ダクトコアと、
   を備え、
   前記第１の固定子ダクトコアの前記内周部材は、前記第１の固定子ダクトコアの前記円環状部材の内周部に設けられ、径方向の内側に向かって突出する複数の突出部を備え、
   前記第１の固定子ダクトコアの前記外周部材は、前記第１の固定子ダクトコアの前記円環状部材の外周部に設けられ、前記径方向の外側に向かって突出する複数の突出部を備え、
   前記第２の固定子ダクトコアの前記内周部材は、前記第２の固定子ダクトコアの前記円環状部材の内周部に設けられ、前記径方向の内側に向かって突出する複数の突出部を備え、
   前記第１の固定子ダクトコアと前記第２の固定子ダクトコアは、前記固定子ラジアルダクトに、それぞれ少なくとも１つずつが、前記軸方向に互いに隣り合うように配置されており、
   前記第１の固定子ダクトコアの前記円環状部材の外径は、前記第２の固定子ダクトコアの前記円環状部材の内径よりも小さい、
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記第１の固定子ダクトコアと前記第２の固定子ダクトコアは、前記軸方向に積層された複数の電磁鋼板を備える、
   請求項１に記載の回転電機。
3. 前記固定子コアは、複数の固定子ティースを備え、
   前記第１の固定子ダクトコアの前記内周部材の前記突出部と、前記第２の固定子ダクトコアの前記内周部材の前記突出部は、周方向の位置が、前記固定子ティースの前記周方向に占める範囲の中であって、前記回転子の回転方向の遅れ側である、
   請求項１に記載の回転電機。
4. 前記第１の固定子ダクトコアの前記内周部材の前記突出部と、前記第２の固定子ダクトコアの前記内周部材の前記突出部は、最内周部分が、前記回転子の回転方向の遅れ側に向かって折れ曲がっている、
   請求項１に記載の回転電機。
5. 前記第１の固定子ダクトコアの前記内周部材の前記突出部と、前記第２の固定子ダクトコアの前記内周部材の前記突出部は、周方向の長さが、前記径方向の外側に向かうにつれて漸増する、
   請求項１に記載の回転電機。
6. 前記第１の固定子ダクトコアの前記外周部材の前記突出部は、周方向の長さが、前記径方向の外側に向かうにつれて漸増する、
   請求項１に記載の回転電機。

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