JP2020162306A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率の更なる向上を低コストで簡単に実施できる回転電機が強く求められている。【解決手段】ハウジング１１と、ハウジング１１内に回転可能に支持された回転軸１２と、回転軸１２に設けられたロータ１３と、ハウジング１１に対して仕切板１６を介して固定支持されたステータコア１４と、ステータコア１４に取り付けられてステータコア１４の軸方向両端側からそれぞれ突出するコイルエンド１５ｃ，１５ｄをステータコア１４の周方向にわたって複数有するコイル１５と、回転軸１２の両端側に取り付けられてコイルエンド１５ｃ，１５ｄへ向けてエア１を送給する送風ファン１８Ａ，１８Ｂとを備えている回転電機１０において、隣り合うコイルエンド１５ｃ，１５ｄの間の空隙Ｓが送風ファン１８Ａ，１８Ｂによるエア１の送給方向に沿って形成されるように、コイル１５がステータコア１４に取り付けられている。【選択図】図６

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、ステータのコイル部分やロータ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、ステータのコイルエンドへエアを送給して当該コイルエンドを冷却すると共に、ステータとロータ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ステータのダクトに流通させてロータの磁石部分やステータの内部のコイルサイド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、冷却効率の更なる向上を低コストで簡単に実施できるようにすることが強く求められている。

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、内部中空のハウジングと、前記ハウジング内に配設されて両端側を回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に同軸をなして設けられたロータと、前記ロータと同軸をなして前記ロータの外周側に位置するように前記ハウジングに対して固定支持された円筒形をなすステータコアと、前記ステータコアに取り付けられて当該ステータコアの軸方向両端側からそれぞれ突出するコイルエンドを当該ステータコアの周方向にわたって複数有するコイルと、前記回転軸の一端側及び他端側の少なくとも一方に取り付けられて前記コイルの前記コイルエンドへ向けてエアを送給する送風ファンとを備えている回転電機において、隣り合う前記コイルエンドの間の空隙が前記送風ファンによるエアの送給方向に沿って形成されるように、前記コイルが前記ステータコアに取り付けら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、前記送風ファンが、前記回転軸の一端側及び他端側の両方に取り付けら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、前記送風ファンが、前記ロータと前記ステータコアとの間のギャップへ向けてもエアを送給するものであることを特徴とする。

本発明に係る回転電機によれば、隣り合うコイルエンドの間の空隙が送風ファンによるエアの送給方向に沿って形成されるように、コイルがステータコアに取り付けられていることから、コイルの形状やステータコアへのコイルの取付方向を調整するだけで、コイルエンドの冷却効率を大きく向上させることができるので、冷却効率の更なる向上を低コストで簡単に実施することができる。

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II−II線断面矢線視のコイルエンド及び送風ファンの概略構成図である。 図１のIII−III線断面矢線視のコイルエンド及び送風ファンの概略構成図である。 図１の回転電機のコイルの形状の説明図であり、Ａが成型加工前、Ｂが成型加工後である。 図１の回転電機のエアの流れ方向の説明図である。 図２のエアの流れ方向の説明図である。 図３のエアの流れ方向の説明図である。

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１〜７に基づいて説明する。

図１に示すように、内部中空のハウジング１１の内側には、当該ハウジング１１に対して両端側を回転可能に支持された回転軸１２が配設されている。前記回転軸１２の外周面の軸方向中程には、円筒形をなすロータ１３が同軸をなして取り付けられている。

前記ロータ１３の外周側には、円筒形をなすステータコア１４が当該ロータ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、当該ステータコア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、前記ハウジング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。

前記ステータコア１４には、当該ステータコア１４の軸方向両端側からそれぞれ突出するコイルエンド１５ｃ，１５ｄを当該ステータコア１４の周方向にわたって複数設けられたコイル１５が取り付けられている。

前記コイル１５は、図４Ａ，４Ｂに示すように、楕円形状をなす平角導体の一方の長辺部（コイルサイド）１５ａの一方面１５ａＡと他方の長辺部（コイルサイド）１５ｂの一方面１５ｂＡとを対面させることなく同じ方向へ向けるように、言い換えれば、一方の長辺部（コイルサイド）１５ａの他方面１５ａＢと他方の長辺部（コイルサイド）１５ｂの他方面１５ｂＢとを対面させることなく同じ方向へ向けるように捻り成型されることにより、一方の短辺部（コイルエンド）１５ｃの一方面１５ｃＡ及び他方の短辺部（コイルエンド）１５ｄの一方面１５ｄＡが途中で反転するように、言い換えれば、一方の短辺部（コイルエンド）１５ｃの他方面１５ｃＢ及び他方の短辺部（コイルエンド）１５ｄの他方面１５ｄＢが途中で反転するように捩じり成型されてたものである。

そして、前記コイル１５は、前記ステータコア１４の周方向にわたって複数形成されて軸方向に沿って長手方向を向けた図示しないスロットの内部の径方向内側に一方のコイルサイド１５ａを位置させると共に、次のスロットの内部の径方向外側に他方のコイルサイド１５ｂを位置させるように差し込まれる。このような前記コイル１５の差し込みを当該ステータコア１４の周方向にわたって次々に行うことにより、一のスロットの径方向内側に一のコイル１５の一方のコイルサイド１５ａが位置すると共に当該スロットの径方向外側に他のコイル１５の他方のコイルサイド１５ｂが位置するようにステータコア１４にコイル１５が取り付けられる。

このようにしてステータコア１４に取り付けられたコイル１５は、図２，３に示すように、コイルエンド１５ｃ，１５ｄの一方面１５ｃＡ，１５ｄＡ及び他方面１５ｃＢ，１５ｄＢが、前記回転軸１２の径方向に対して傾斜して交差するように配向される。このようなステータコア１４，コイル１５等により、本実施形態ではステータを構成している。

図１に示すように、前記コイルエンド１５ｃ，１５ｄの、前記ステータコア１４の径方向で外側には、当該コイルエンド１５ｃ，１５ｄの、当該ステータコア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の一端側及び他端側の、前記ステータコア１４の軸方向で前記コイルエンド１５ｃ，１５ｄの中程と対向する位置には、プロペラ形の送風ファン１８Ａ，１８Ｂ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１８Ａ，１８Ｂ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。

そして、図２，３に示すように、前記コイル１５の前記コイルエンド１５ｃ，１５ｄは、前記回転軸１２の径方向に対する傾斜（交差）方向、すなわち、隣り合う上記コイルエンド１５ｃ，１５ｄの前記一方面１５ｃＡ，１５ｄＡと前記他方面１５ｃＢ，１５ｄＢと間で形成される空隙Ｓが、前記送風ファン１８Ａ，１８Ｂによるエア１の送給方向に沿って配向されている。

図１に示すように、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。

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１８Ａ，１８Ｂ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１５ｃ，１５ｄの先端側で前記空隙Ｓを流通してから前記送風ファン１８Ａ，１８Ｂに取り込まれるので、当該コイルエンド１５ｃ，１５ｄの先端側を効果的に冷却する。

そして、前記送風ファン１８Ａ，１８Ｂに取り込まれたエア１は、その一部が、前記ロータ１３と前記ステータコア１４とのギャップＧに流入し、当該ギャップＧ内及び当該ステータコア１４の前記ダクト１４ａ内を流通することにより、当該ロータ１３の磁石部分や当該ステータコア１４の内部の前記コイルサイド１５ａ，１５ｂを冷却して、当該ダクト１４ａ内から送出される。

他方、前記ギャップＧ内に流入しなかった残りのエア１は、前記コイルエンド１５ｃ，１５ｄの基端側で前記空隙Ｓを流通して、当該コイルエンド１５ｃ，１５ｄの基端側を冷却する。このとき、前記空隙Ｓが、前記送風ファン１８Ａ，１８Ｂによるエア１の送給方向に沿うように配向されていることから、前記エア１は、当該空隙Ｓを邪魔されることなくスムーズに流通することができるので、当該コイルエンド１５ｃ，１５ｄを効果的に冷却することができる。

そして、前記コイルエンド１５ｃ，１５ｄの基端側で前記空隙Ｓを流通したエア１は、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内を流通したエア１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１８Ａ，１８Ｂ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においては、隣り合う前記コイルエンド１５ｃ，１５ｄの間の空隙Ｓを前記送風ファン１８Ａ，１８Ｂによるエア１の送給方向に沿って形成するように、前記コイル１５を前記ステータコア１４のスロット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では、前記コイル１５の形状や前記ステータコア１４への当該コイル１５の取付方向を調整するだけで、前記コイルエンド１５ｃ，１５ｄの冷却効率を大きく向上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、冷却効率の更なる向上を低コストで簡単に実施することができる。

〈他の実施形態〉
なお、前述した実施形態においては、前記ハウジング１１に対して前記仕切板１６を介して前記ステータコア１４を間接的に固定支持したが、他の実施形態として、例えば、ハウジングに対して仕切板を介することなくステータコアを直接的に固定支持することも可能である。

また、前述した実施形態においては、前記コイル１５の前記コイルエンド１５ｃ，１５ｄへ向けてエア１を送給するだけでなく、前記ロータ１３と前記ステータコア１４との間のギャップＧへ向けてもエア１を送給する送風ファン１８Ａ，１８Ｂの場合について説明したが、本発明はこれに限らず、コイルエンドへ向けてエアを送給する送風ファンであれば、前述した実施形態の場合と同様に適用することができる。

また、前述した実施形態においては、前記回転軸１２の一端側及び他端側の両方に前記送風ファン１８Ａ，１８Ｂをそれぞれ取り付けた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、回転軸の一端側及び他端側の少なくとも一方に送風ファンを取り付ける場合であれば、前述した実施形態の場合と同様に適用することができる。

本発明に係る回転電機は、冷却効率の更なる向上を低コストで簡単に実施することができるので、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 ハウジング
１２ 回転軸
１３ ロータ
１４ ステータコア
１４ａ ダクト
１５ コイル
１５ａ 一方の長辺部（コイルサイド）
１５ａＡ 一方面
１５ａＢ 他方面
１５ｂ 他方の長辺部（コイルサイド）
１５ｂＡ 一方面
１５ｂＢ 他方面
１５ｃ 一方の短辺部（コイルエンド）
１５ｃＡ 一方面
１５ｃＢ 他方面
１５ｄ 他方の短辺部（コイルエンド）
１５ｄＡ 一方面
１５ｄＢ 他方面
１６ 仕切板
１６ａ 連通穴
１７ カバー
１８Ａ，１８Ｂ 送風ファン
１９ 熱交換器
Ｇ ギャップ
Ｓ 空隙

Claims (3)

1. 内部中空のハウジングと、
   前記ハウジング内に配設されて両端側を回転可能に支持された回転軸と、
   前記回転軸に同軸をなして設けられたロータと、
   前記ロータと同軸をなして前記ロータの外周側に位置するように前記ハウジングに対して固定支持された円筒形をなすステータコアと、
   前記ステータコアに取り付けられて当該ステータコアの軸方向両端側からそれぞれ突出するコイルエンドを当該ステータコアの周方向にわたって複数有するコイルと、
   前記回転軸の一端側及び他端側の少なくとも一方に取り付けられて前記コイルの前記コイルエンドへ向けてエアを送給する送風ファンと
   を備えている回転電機において、
   隣り合う前記コイルエンドの間の空隙が前記送風ファンによるエアの送給方向に沿って形成されるように、前記コイルが前記ステータコアに取り付けられている
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記送風ファンが、前記回転軸の一端側及び他端側の両方に取り付けられている
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の回転電機において、
   前記送風ファンが、前記ロータと前記ステータコアとの間のギャップへ向けてもエアを送給するものである
   ことを特徴とする回転電機。

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