JP2019161792A

JP2019161792A - 回転電機

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Publication number: JP2019161792A
Application number: JP2018043414A
Authority: JP
Inventors: 小川　裕治; Yuji Ogawa; 裕治小川
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: JP7031386B2

Abstract

【課題】大型であっても、固定子と回転子との間のギャップへエアを効率よく送給することが容易にできる回転電機を提供する。【解決手段】内部中空のフレーム１１と、フレーム１１に対して仕切板１６を介して支持されて両端側からコイルエンド１５を突出させた円筒形をなす固定子１４と、固定子１４の内部を貫通してフレーム１１に回転可能に支持された回転軸１２と、回転軸１２と固定子１４との間に位置するように回転軸１２に取り付けられた円筒形をなす回転子１３と、固定子１４のコイルエンド１５の、固定子１４の径方向内側に位置するように回転軸１２に同軸をなして取り付けられたプロペラ形の送風ファン１８とを備えている回転電機１０において、送風ファン１８の径方向外側を覆うように固定子１４のコイルエンド１５の、固定子１４の径方向内側に環状をなすガイドリング２１を取り付けた。【選択図】図１

Description

本発明は、発電機や電動機等の回転電機に関する。

発電機や電動機等の回転電機は、作動させると、固定子の内部やコイルエンド等の巻線部分や回転子の磁石部分等が発熱するため、回転軸に取り付けた送風ファンの回転により、固定子のコイルエンドの間隙にエアを送給して当該コイルエンドを冷却すると共に、固定子と回転子との間のギャップにエアを送給して当該ギャップ及び当該ギャップに連通する固定子のダクトに流通させて回転子の磁石部分や固定子の内部の巻線部分を冷却するようにしている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１０−０３５３１９号公報

前述したような回転電機においては、固定子と回転子との間の前記ギャップの大きさが、コイルエンドの前記間隙の大きさよりも小さいため、送風ファンで送給されたエアが、前記間隙よりも前記ギャップへ流れ難く、回転子の磁石部分や固定子の内部の巻線部分の冷却効率が低くなっていた。

そこで、例えば、送風ファンの複数の羽根の径方向外側の縁端同士の間を繋ぐように当該送風ファンに環状のシュラウドを同軸で取り付けることにより、エアの送給方向に指向性をもたせて、前記ギャップにエアを流れ易くすることが考えられるものの、送風ファンがかなり速く回転することから（商業周波数５０〜６０Ｈｚで１５００〜１８００ｒｐｍ）、回転電機が大型であると、送風ファンの羽根の径方向外側の縁端部とシュラウドとの接合部分に多大な応力が加わってしまうため、当該接合部分に過大な強度が必要となり、現実的ではなかった。

このようなことから、本発明は、大型であっても、固定子と回転子との間のギャップへエアを効率よく送給することが容易にできる回転電機を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、本発明に係る回転電機は、内部中空のフレームと、前記フレームに対して支持されて両端側からコイルエンドを突出させた円筒形をなす固定子と、前記固定子の内部を貫通して前記フレームに対して回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸と前記固定子との間に位置するように当該回転軸に取り付けられた円筒形をなす回転子と、前記固定子の前記コイルエンドの当該固定子の径方向内側に位置するように前記回転軸に同軸をなして取り付けられたプロペラ形の送風ファンとを備えている回転電機において、前記送風ファンの径方向外側を覆うように前記固定子の前記コイルエンドの当該固定子の径方向内側に取り付けられた環状をなすガイドリングを備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記ガイドリングが、軸方向に沿って貫通する貫通孔を周方向に沿って複数形成されていると共に、当該貫通孔に緊縛コードを挿通されて、当該緊縛コードにより前記コイルエンドに緊締されていることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記ガイドリングが、前記固定子の軸方向内側よりも軸方向外側を厚くするように、外周面をテーパ状に傾斜させた台形型の軸方向断面形状をなしていることを特徴とする。

本発明に係る回転電機によれば、送風ファンがかなり速く回転しても、送風ファンの羽根やガイドリングに多大な応力が加わることなく、送風ファンに取り込んだエアに対して回転軸の軸方向に沿う指向性を与えてエアを送出することができることから、その多くのエアを固定子と回転子との間のギャップに流入させることができるので、大型であっても、前記ギャップへエアを効率よく送給することが容易にできる。

本発明に係る回転電機の主な実施形態の概略構成図である。図１の回転電機のガイドリングの外観図である。図２のガイドリングの一部抽出拡大図である。図２のガイドリングの取付説明図である。図１の回転電機のエア流れの説明図である。

本発明に係る回転電機の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

〈主な実施形態〉
本発明に係る回転電機の主な実施形態を図１〜４に基づいて説明する。

図１に示すように、内部中空のフレーム１１の内側には、回転軸１２が配設されており、当該回転軸１２は、両端側が当該フレーム１１に回転可能に支持されている。前記回転軸１２の外周面の軸方向中程には、円筒形をなす回転子１３が同軸をなして取り付けられている。

前記回転子１３の外周には、両端側からコイルエンド１５をそれぞれ突出させた円筒形をなす固定子１４が当該回転子１３との間にギャップＧを有するように同軸をなして配設されており、当該固定子１４は、内周側と外周側とを連通するダクト１４ａが軸方向に沿って複数形成されると共に、前記フレーム１１内に取り付けられた仕切板１６により外周側を囲まれるようにして固定支持されている。

つまり、前記回転軸１２は、前記固定子１４の内部を貫通するように配設され、前記回転子１３は、前記回転軸１２と前記固定子１４との間に位置するように配設されているのである。

前記固定子１４の前記コイルエンド１５の、当該固定子１４の径方向で外側には、当該コイルエンド１５の、当該固定子１４の軸方向で中程よりも内側を覆うカバー１７がそれぞれ配設されており、当該カバー１７は、前記仕切板１６に各々連結支持されている。

前記回転軸１２の、前記固定子１４の軸方向で前記コイルエンド１５の中程と対向する位置には、プロペラ形の送風ファン１８が同軸をなしてそれぞれ取り付けられており、当該送風ファン１８は、上記回転軸１２の回転に伴って、当該回転軸１２の軸方向外側から軸方向内側へ向けてエア１を各々送給することができるようになっている。つまり、前記送風ファン１８は、前記固定子１４の前記コイルエンド１５の、当該固定子１４の径方向内側に位置するように前記回転軸１２に取り付けられているのである。

前記仕切板１６には、当該仕切板１６の内側と外側である前記カバー１７の内側との間を連通する連通穴１６ａが複数形成されている。前記仕切板１６の上方には、熱交換器１９が取り付けられている。

前記固定子１４の前記コイルエンド１５の、当該固定子１４の径方向で内側には、環状をなすガイドリング２１（図２参照）が前記送風ファン１８を内側に位置させて当該送風ファン１８の径方向外側の端部と隙間を有して対向するように、当該コイルエンド１５の、当該固定子１４の軸方向で中程部分にそれぞれ配設されており、当該ガイドリング２１は、軸方向の長さが、上記送風ファン１８の軸方向の長さと略等しい長さ、言い換えれば、シュラウドとして上記送風ファン１８の径方向外側を覆うのに必要十分な長さを有している。

前記ガイドリング２１には、図２，３に示すように、軸方向に沿って貫通する貫通孔２１ａが周方向に沿って所定の間隔で複数形成されており、当該ガイドリング２１は、図４に示すように、各貫通孔２１ａに緊縛コード２２がそれぞれ挿通されて、当該緊縛コード２２が前記コイルエンド１５にそれぞれ緊結されることにより、当該コイルエンド１５に緊締されている。

また、前記固定子１４の前記コイルエンド１５の、当該固定子１４の径方向内側は、当該固定子１４の軸方向内側よりも外側を拡げるようにテーパ状に傾斜（約５〜１５°程度）している。これに対応して、前記ガイドリング２１は、前記固定子１４の軸方向内側（図４中、右側）よりも軸方向外側（図４中、左側）が厚くなるように、外周面をテーパ状に傾斜（約５〜１５°程度）させた台形型の軸方向断面形状をなしている（図４参照）。これにより、前記ガイドリング２１は、前記コイルエンド１５にガタつきを生じることなく取り付くようになる。

このような本実施形態に係る回転電機１０においては、前記回転軸１２を回転させると共に、前記熱交換器１９を作動させると、前記送風ファン１８が回転して、図５に示すように、当該熱交換器１９で熱交換されて冷却されたエア１を取り込む。このとき、前記エア１は、前記コイルエンド１５の先端側の間隙を流通してから前記送風ファン１８に取り込まれるので、当該コイルエンド１５の先端側を効果的に冷却する。

そして、前記送風ファン１８に取り込まれたエア１は、前記ガイドリング２１の内側を流通することにより、前記回転軸１２の軸方向に沿った指向性を有して送出されるため、その多くが前記回転子１３と前記固定子１４とのギャップＧに流入し、当該ギャップＧ内及び当該固定子１４の前記ダクト１４ａ内を流通することにより、当該回転子１３の磁石部分や当該固定子１４の内部の巻線部分を冷却して、当該ダクト１４ａ内から送出される一方、前記ギャップＧ内に流入しなかった残りが前記コイルエンド１５の基端側の間隙を流通することにより、当該コイルエンド１５の基端側を冷却して、前記カバー１７の内側へ流出して前記仕切板１６の前記連通穴１６ａを介して当該仕切板１６の内側へ流入し、前記ダクト１４ａ内を流通した多くと合流して前記熱交換器１９で冷却された後、前記仕切板１６の外側へ送出され、前記送風ファン１８に再び取り込まれるように循環流通する。

つまり、本実施形態に係る回転電機１０では、前記送風ファン１８の径方向外側をシュラウドとして覆うように前記ガイドリング２１を前記コイルエンド１５の内側に取り付けるようにしたのである。

このため、本実施形態に係る回転電機１０においては、前記送風ファン１８がかなり速く回転しても、当該送風ファン１８の羽根や前記ガイドリング２１に多大な応力が加わることなく、当該送風ファン１８に取り込んだエア１に対して前記回転軸１２の軸方向に沿う指向性を与えてエア１を送出することができるので、その多くのエア１を前記ギャップＧに流入させることができる。

したがって、本実施形態に係る回転電機１０によれば、大型であっても、前記ギャップＧへエア１を効率よく送給することが容易にできる。

また、前記緊縛コード２２を前記ガイドリング２１の前記貫通孔２１ａに挿通して前記コイルエンド１５に緊結することにより、当該緊締コード２２を当該ガイドリング２１の内周面に露出させることなく当該ガイドリング２１を当該コイルエンド１５に緊締することができるので、当該ガイドリング２１の内周面側を平滑にすることができ、当該ガイドリング２１内を流通するエア１が乱流や変流等を生じてしまうことを大きく抑制できる。

なお、前記ガイドリング２１としては、前記コイルエンド１５に機械的振動や電磁力的振動等の応力が常時加わることから、アルミニウムや鉄やこれらの合金等の金属からなる中空や中実の円環体にガラス基材テープやガラス基材マイカテープ等の絶縁性テープを巻回したもの（磁気損失の発生影響を考慮したもの）や、熱可塑性樹脂や熱可塑性樹脂やアルミナやシリカ等の充填材を添加した上記樹脂等のプラスチックスにガラス繊維やアラミド樹脂繊維等のファイバを添加した繊維強化樹脂（ＦＲＰ）からなるものであると好ましく、特に、経年劣化等の各種使用条件等を考慮して、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂を使用したＦＲＰからなるものであると、非常に好ましい。

また、前記緊縛コード２２としては、ガラス繊維を束ねた芯材をガラス織クロスやガラスポリエステル織クロスからなるスリーブで包囲したガラス繊維ロープが好ましく、緊結したガラス繊維ロープに樹脂を含浸させることにより強固に固着させることができる。このようなガラス繊維ロープであると、柔軟性と樹脂浸透性とを具えつつ、前記コイルエンド１５に機械的振動や電磁力的振動等の応力が常時加わっても、当該振動による緩みを生じないように強固に固定することができると共に、緩み振動による表面の摩擦磨耗を生じ難くすることができる。

〈他の実施形態〉
なお、前述した実施形態においては、外周面をテーパ状に傾斜（約５〜１５°程度）させた台形型の軸方向断面形状をなすガイドリング２１を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、固定子のコイルエンドの、当該固定子の径方向内側が、当該固定子の軸方向に対して傾斜せずに平行となっている場合には、これに対応して、外周面を内周面と平行にした直方型の軸方向断面形状をなすガイドリングを適用して、コイルエンドにガタつきを生じることなく取り付けるようにするとよい。

本発明に係る回転電機は、大型であっても、固定子と回転子との間のギャップへエアを効率よく送給することが容易にできるので、産業上、極めて有益に利用することができる。

１エア
１０回転電機
１１フレーム
１２回転軸
１３回転子
１４固定子
１４ａダクト
１５コイルエンド
１６仕切板
１６ａ連通穴
１７カバー
１８送風ファン
１９熱交換器
２１ガイドリング
２１ａ貫通孔
２２緊縛コード
Ｇギャップ

Claims

内部中空のフレームと、
前記フレームに対して支持されて両端側からコイルエンドを突出させた円筒形をなす固定子と、
前記固定子の内部を貫通して前記フレームに対して回転可能に支持された回転軸と、
前記回転軸と前記固定子との間に位置するように当該回転軸に取り付けられた円筒形をなす回転子と、
前記固定子の前記コイルエンドの当該固定子の径方向内側に位置するように前記回転軸に同軸をなして取り付けられたプロペラ形の送風ファンと
を備えている回転電機において、
前記送風ファンの径方向外側を覆うように前記固定子の前記コイルエンドの当該固定子の径方向内側に取り付けられた環状をなすガイドリングを備えている
ことを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記ガイドリングが、軸方向に沿って貫通する貫通孔を周方向に沿って複数形成されていると共に、当該貫通孔に緊縛コードを挿通されて、当該緊縛コードにより前記コイルエンドに緊締されている
ことを特徴とする回転電機。
請求項１又は請求項２に記載の回転電機において、
前記ガイドリングが、前記固定子の軸方向内側よりも軸方向外側を厚くするように、外周面をテーパ状に傾斜させた台形型の軸方向断面形状をなしている
ことを特徴とする回転電機。