JP2022145141A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】より不都合が少なくなるよう改善された新規な構成の回転電機を得る。【解決手段】実施形態の回転電機は、シャフトと、ステータと、ロータと、ブロア装置と、遮蔽板と、を備える。シャフトは、回転中心の軸方向に延びる冷却通路が設けられた中空状である。ステータは、シャフトの外周面に固定される。ロータは、ステータの外周面と対向して配置され、回転中心回りに回転可能である。ブロア装置は、シャフトの軸方向の一方に位置され、冷却通路に空気流を供給する吹出口と、吹出口から回転中心の径方向外方に延び冷却通路を軸方向の一方から覆うとともにステータから冷却通路内を通り当該冷却通路の外側の端子箱と接続されるケーブルが軸方向に貫通する開口部が設けられたフランジと、を有する。遮蔽板は、冷却通路内で吹出口と端子箱との間の沿面距離を延ばすように設けられる。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、回転電機に関する。

従来、冷却通路が設けられた中空状のシャフトと、シャフトの外周面に固定されたステータと、ステータの外周面と対向して配置されたロータと、シャフトの軸方向の一方に位置され、冷却通路に空気流を供給するブロア装置と、を備えた回転電機が、知られている。

特開平０５－３４４６８２号公報

この種の回転電機では、より不都合が少なくなるよう改善された新規な構成が得られれば、有益である。

実施形態の回転電機は、シャフトと、ステータと、ロータと、ブロア装置と、遮蔽板と、を備える。シャフトは、回転中心の軸方向に延びる冷却通路が設けられた中空状である。ステータは、シャフトの外周面に固定される。ロータは、ステータの外周面と対向して配置され、回転中心回りに回転可能である。ブロア装置は、シャフトの軸方向の一方に位置され、冷却通路に空気流を供給する吹出口と、吹出口から回転中心の径方向外方に延び冷却通路を軸方向の一方から覆うとともにステータから冷却通路内を通り当該冷却通路の外側の端子箱と接続されるケーブルが軸方向に貫通する開口部が設けられたフランジと、を有する。遮蔽板は、冷却通路内で吹出口と端子箱との間の沿面距離を延ばすように設けられる。

図１は、実施形態の回転電機の例示的かつ模式的な構成図である。 図２は、実施形態の回転電機の遮蔽板を説明する例示的かつ模式的な断面図である。 図３は、第１変形例の回転電機の遮蔽板を説明する例示的かつ模式的な断面図である。 図４は、第２変形例の回転電機の遮蔽板を説明する例示的かつ模式的な断面図である。 図５は、第３変形例の回転電機の遮蔽板を説明する例示的かつ模式的な断面図である。 図６は、第４変形例の回転電機を説明する例示的かつ模式的な断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態および変形例に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

また、以下に開示される実施形態および変形例には、同様の構成要素が含まれる。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される。なお、本明細書では、序数は、部品や、部材、部位、位置、方向等を区別するためだけに用いられており、順番や優先度を示すものではない。

［実施形態］
図１は、実施形態の回転電機１０の模式的な構成図である。図１に示される回転電機１０は、エレベータの巻上機に搭載されるアウタロータ型のモータとして構成されており、ステータ１や、ロータ４、シャフト５、ブロア装置１１、後述する遮蔽板１６（図２参照）等を備えている。

なお、以下の説明では、便宜上、回転電機１０の回転中心Ａｘの軸方向を、単に軸方向と称し、回転中心Ａｘの径方向を、単に径方向と称し、回転中心Ａｘの周方向を、単に周方向と称する。また、図中、軸方向の他方（ブロア装置１１とは反対側）を矢印Ｘで示し、径方向の外方を矢印Ｒで示す。

シャフト５は、回転中心Ａｘを中心とした中空の円筒状に構成されている。すなわち、シャフト５の内側には、軸方向に延びる空気流Ｗの冷却通路１８が設けられている。また、シャフト５の円筒部には、径方向に貫通し、ステータ１と後述する端子箱１５とを接続するケーブル１４が通される開口部５ｂが設けられている。

ステータ１は、ステータコア２と、コイル３と、を有している。ステータコア２は、回転中心Ａｘを中心とした円環状に構成されている。ステータコア２は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層することによって構成された所謂積層コアである。ステータコア２は、シャフト５の外周面５ａに固定され、シャフト５と熱的に接続されている。

コイル３は、ステータコア２のティースに巻回されている。ステータ１は、コイル３への通電によって回転電機１０の内部に磁界を発生させ、当該磁界との相互作用によってロータ４を回転中心Ａｘ回りの周方向に回転させる。

ロータ４は、ステータ１の径方向外方に位置され、回転中心Ａｘを中心とした円筒状に構成されている。ロータ４の内周面には、マグネット４ａが設けられている。マグネット４ａは、僅かな径方向の隙間を介してステータコア２の外周面２ａと対向して配置されている。

ロータ４の軸方向の両端部は、ブラケット９によって保持（固定）されている。また、一対のブラケット９とシャフト５の外周面５ａとの間には、ベアリング６，７が設けられている。ベアリング６，７は、ボールベアリング等である。ロータ４およびブラケット９は、ベアリング６，７を介してシャフト５に回転中心Ａｘ回りに回転可能に支持されている。

図２は、回転電機１０の遮蔽板１６を説明する模式的な断面図である。図２に示されるように、ブロア装置１１は、シャフト５の軸方向の一方に隣接（近接）して位置されている。ブロア装置１１は、ブロア１２と、ブロアダクト１３と、を有している。ブロア１２は、ブロアダクト１３を介して冷却通路１８に空気流Ｗ（冷却風）を供給可能である。ブロア１２は、ブロア本体等とも称される。

ブロアダクト１３は、円筒部１３ａと、フランジ１３ｂと、を有している。円筒部１３ａは、軸方向に沿って延び、ブロア１２とシャフト５の軸方向の一端面との間に亘っている。円筒部１３ａの軸方向の他端部、すなわちシャフト５側の端部には、冷却通路１８に臨む吹出口１３ｃが設けられている。

フランジ１３ｂは、吹出口１３ｃすなわち円筒部１３ａの軸方向の他端部から径方向外方に突出している。フランジ１３ｂは、回転中心Ａｘを中心とした円環状の板状に構成されている。フランジ１３ｂは、シャフト５における円筒部の軸方向の一端面と接合され、冷却通路１８を軸方向の一方から覆って（塞いで）いる。

また、フランジ１３ｂには、軸方向に貫通し、上述したケーブル１４が通される開口部１３ｄが設けられている。ケーブル１４は、ＵＶＷの三相ケーブル等である。ケーブル１４は、ステータ１から冷却通路１８内を通って引き回され、冷却通路１８の外側の端子箱１５と接続される。

端子箱１５は、フランジ１３ｂの冷却通路１８とは反対側の外面に取り付けられている。端子箱１５は、フランジ１３ｂの開口部１３ｄから軸方向の一方に切り起こされた一対の突起の間に保持されうる。すなわち、開口部１３ｄの径方向の幅は、端子箱１５の径方向の幅と略同じである。開口部１３ｄは、窓部等とも称される。ケーブル１４は、端子箱１５を介して外部ケーブル１９と接続される。

ここで、本実施形態では、上述したようにフランジ１３ｂに比較的大きな開口部１３ｄが設けられているため、吹出口１３ｃから冷却通路１８に吹き出される空気流Ｗによってシャフト５の内圧が高まった場合に、空気流Ｗが開口部１３ｄから端子箱１５側へと漏れてしまう所謂逆流Ｗ１が生じてしまう虞があった。

そこで、本実施形態では、冷却通路１８内で吹出口１３ｃと端子箱１５との間の沿面距離を延ばすように遮蔽板１６が設けられている。具体的には、遮蔽板１６は、フランジ１３ｂの冷却通路１８側の内面と対向して配置され、開口部１３ｄを軸方向の他方から覆って（塞いで）いる。遮蔽板１６は、フランジ１３ｂから冷却通路１８内に突出した面によって沿面距離を稼いでいる。

遮蔽板１６は、開口部１３ｄに沿って径方向および周方向に延びている。遮蔽板１６は、開口部１３ｄよりも一回り大きな板状に構成されている。遮蔽板１６は、溶接や接着剤等によってフランジ１３ｂの冷却通路１８側の内面における開口部１３ｄの周縁部と接合されうる。遮蔽板１６は、鉄やアルミニウム等の金属材料によって作られている。

また、遮蔽板１６には、ケーブル１４を保持する貫通孔１６ｒが設けられている。貫通孔１６ｒは、各ケーブル１４の外周面に沿った丸穴である。なお、貫通孔１６ｒの形状は、この例には限定されず、四角形状や、Ｕ字形状、あるいは三つのケーブル１４を収容可能な長穴等であってもよい。

また、ケーブル１４と貫通孔１６ｒとの間には、ブッシュ等の介在部材（弾性部材）が設けられてもよい。介在部材によってケーブル１４をより安定して保持することができたり、ケーブル１４と貫通孔１６ｒとの間の隙間からの空気流Ｗの漏れをより抑制できたりする。

以上のように、本実施形態では、回転電機１０は、回転中心Ａｘの軸方向に延びる冷却通路１８が設けられた中空状のシャフト５と、シャフト５の外周面５ａに固定されたステータ１と、ステータ１の外周面２ａと対向して配置され、回転中心Ａｘ回りに回転可能なロータ４と、シャフト５の軸方向の一方に位置され、冷却通路１８に空気流Ｗを供給する吹出口１３ｃと、吹出口１３ｃから回転中心Ａｘの径方向外方に延び冷却通路１８を軸方向の一方から覆うとともにステータ１から冷却通路１８内を通り当該冷却通路１８の外側の端子箱１５と接続されるケーブル１４が軸方向に貫通する開口部１３ｄが設けられたフランジ１３ｂと、を有したブロア装置１１と、冷却通路１８内で吹出口１３ｃと端子箱１５との間の沿面距離を延ばすように設けられた遮蔽板１６と、を備える。

このような構成によれば、遮蔽板１６によって吹出口１３ｃと端子箱１５との間の沿面距離を稼ぐことができ、ひいてはシャフト５の内圧が高まった場合に吹出口１３ｃから開口部１３ｄを経由して端子箱１５へと向かう空気流Ｗの流量（流速）が減りやすい。これにより、端子箱１５側への空気流Ｗの漏れや、当該漏れによって生じる端子箱１５の振動や騒音を抑制することができる。また、空気流Ｗの漏れによる通風損失の悪化を抑制することで、シャフト５と空気流Ｗとの熱交換による放熱性が向上し、ひいてはステータ１の冷却性をより高めることができる。

また、本実施形態では、遮蔽板１６が開口部１３ｄを覆うように設けられているため、開口部１３ｄから端子箱１５側への空気流Ｗの漏れや、当該漏れによって生じる端子箱１５の振動や騒音をより抑制することができる。

なお、本実施形態では、遮蔽板１６が金属材料によって構成された場合が例示されたが、この例には限定されず、ゴムによって構成されてもよい。

このような構成によれば、遮蔽板１６が可撓性（弾性）を有するため、ケーブル１４の貫通孔１６ｒへの組付性をより向上できたり、ケーブル１４と貫通孔１６ｒとの間の隙間をより小さくできたりする。また、遮蔽板１６が開口部１３ｄを覆うように設けられた場合には、端子箱１５側へと向かう空気流Ｗによって遮蔽板１６とフランジ１３ｂとの間の密着性が高まりやすく、ひいては端子箱１５側への空気流Ｗの漏れをより一層抑制することができる。

［第１変形例］
図３は、第１変形例の回転電機１０Ａの断面図である。回転電機１０Ａは、上記実施形態の回転電機１０と同様の構成を備えている。よって、回転電機１０Ａは、当該同様の構成に基づく上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

ただし、本変形例では、図３に示されるように、遮蔽板１６が軸方向に沿って延びた第一部分１６ａを有している点が、上記実施形態と相違している。第一部分１６ａは、フランジ１３ｂの冷却通路１８側の内面から軸方向の他方に延び、開口部１３ｄの周囲を覆って（囲って）いる。

すなわち、第一部分１６ａは、軸方向から見た場合に、径方向外方（下方）に向けて開放された略Ｕ字状に構成されている。遮蔽板１６は、溶接や接着剤等によってフランジ１３ｂの冷却通路１８側の内面およびシャフト５の内周面５ｃと接合されている。

このように、本変形例によれば、遮蔽板１６の第一部分１６ａによって吹出口１３ｃと端子箱１５との間の沿面距離を稼ぐことができる。これにより、シャフト５の内圧が高まった場合に吹出口１３ｃから端子箱１５へと向かう空気流Ｗの流量（流速）が減りやすく、ひいては端子箱１５側への空気流Ｗの漏れや、当該漏れによって生じる端子箱１５の振動や騒音を抑制することができる。

また、本変形例によれば、第一部分１６ａによって吹出口１３ｃから吹き出された空気流Ｗを軸方向の他方に向けて整流（ガイド）することができるという利点もある。

［第２変形例］
図４は、第２変形例の回転電機１０Ｂの断面図である。回転電機１０Ｂは、上記実施形態の回転電機１０と同様の構成を備えている。よって、回転電機１０Ｂは、当該同様の構成に基づく上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

ただし、本変形例では、図４に示されるように、遮蔽板１６が第一部分１６ａと第二部分１６ｂと第三部分１６ｃとを有し、シャフト５の内周面５ｃに沿って周方向に延びている点が、上記実施形態と相違している。

第一部分１６ａは、回転中心Ａｘを中心とした円筒状に構成されている。第一部分１６ａは、フランジ１３ｂの冷却通路１８側の内面から軸方向の他方に延び、開口部１３ｄの径方向内方（上方）を覆っている。

第二部分１６ｂは、回転中心Ａｘを中心とした円環状に構成されている。第二部分１６ｂは、第一部分１６ａから第三部分１６ｃを介して径方向外方に延び、溶接や接着剤等によってシャフト５の内周面５ｃと接合されている。また、第二部分１６ｂには、ケーブル１４を保持する貫通孔１６ｒが設けられている。

第三部分１６ｃは、回転中心Ａｘを中心とした円筒状かつ軸方向の他方に向かうにつれて径方向外方に広がるテーパ状（ラッパ状）に構成されている。第三部分１６ｃは、第一部分１６ａと第二部分１６ｂとの間に位置され、当該第一部分１６ａと第二部分１６ｂとを接続している。

このように、本変形例によれば、遮蔽板１６の少なくとも第一部分１６ａおよび第二部分１６ｂによって吹出口１３ｃと端子箱１５との間の沿面距離を稼ぐことができる。これにより、端子箱１５側への空気流Ｗの漏れや、当該漏れによって生じる端子箱１５の振動や騒音を抑制することができる。

また、本変形例によれば、テーパ状の第三部分１６ｃによって空気流Ｗをシャフト５の内周面５ｃに向けてガイドすることができるため、シャフト５と空気流Ｗとの熱交換による放熱性が向上し、ひいてはステータ１の冷却性をより高めることができるという利点もある。

［第３変形例］
図５は、第３変形例の回転電機１０Ｃの断面図である。回転電機１０Ｃは、上記実施形態の回転電機１０と同様の構成を備えている。よって、回転電機１０Ｃは、当該同様の構成に基づく上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

ただし、本変形例では、図５に示されるように、フランジ１３ｂが遮蔽板１６を兼ねている点が、上記実施形態と相違している。具体的には、本変形例では、ブロアダクト１３の円筒部１３ａおよびフランジ１３ｂが、シャフト５の内側に挿入されている。

フランジ１３ｂは、シャフト５の内側で吹出口１３ｃから径方向外方に延び、溶接や接着剤等によってシャフト５の内周面５ｃと接合されている。フランジ１３ｂには、ケーブル１４を保持する開口部１３ｄが設けられている。ケーブル１４と開口部１３ｄとの間には、隙間を埋めるブッシュ等の介在部材が設けられうる。

また、本変形例では、端子箱１５は、シャフト５の円筒部の軸方向の一端面に固定されている。なお、端子箱１５の取付方法は、この例には限定されず、シャフト５の円筒部と端子箱１５との間に、端子箱１５の取付用のプレートが設けられてもよい。

このように、本変形例によれば、フランジ１３ｂが遮蔽板１６を兼ねているため、吹出口１３ｃと端子箱１５との間の沿面距離を稼ぐことができつつ、部品点数を削減してより簡素な構成とすることができる。

［第４変形例］
図６は、第４変形例の回転電機１０Ｄの断面図である。回転電機１０Ｄは、上記実施形態の回転電機１０と同様の構成を備えている。よって、回転電機１０Ｄは、当該同様の構成に基づく上記実施形態と同様の作用および効果を得ることができる。

ただし、本変形例では、図６に示されるように、端子箱１５がシャフト５のブロア装置１１とは反対側に設けられている点が、上記実施形態と相違している。端子箱１５は、シャフト５の円筒部の端面に固定されている。なお、端子箱１５の取付方法は、この例には限定されず、シャフト５の円筒部と端子箱１５との間に、端子箱１５の取付用のプレートが設けられてもよい。

このように、本変形例では、回転電機１０Ｄは、シャフト５の軸方向の一方に位置され、冷却通路１８に空気流Ｗを供給する吹出口１３ｃと、吹出口１３ｃから回転中心Ａｘの径方向外方に延び冷却通路１８を軸方向の一方から覆うフランジ１３ｂと、を有したブロア装置１１と、シャフト５の軸方向の他方に設けられ、ステータ１から冷却通路１８内を通り当該冷却通路１８の外側に延びたケーブル１４と接続可能な端子箱１５と、を備える。

このような構成によれば、吹出口１３ｃと端子箱１５との間の沿面距離を稼ぐことができるようになるため、シャフト５の内圧が高まった場合に生じる空気流Ｗの漏れや、当該漏れによって生じる端子箱１５の振動や騒音を抑制することができる。また、空気流Ｗの漏れによる通風損失の悪化を抑制することで、シャフト５と空気流Ｗとの熱交換による放熱性が向上し、ひいてはステータ１の冷却性をより高めることができる。

以上、本発明の実施形態および変形例が例示されたが、上記実施形態および変形例は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態および変形例は、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、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、形式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

１…ステータ、２ａ…外周面、４…ロータ、５…シャフト、５ａ…外周面、１０，１０Ａ～１０Ｄ…回転電機、１１…ブロア装置、１３ｂ…フランジ、１３ｃ…吹出口、１３ｄ…開口部、１４…ケーブル、１５…端子箱、１６…遮蔽板、１８…冷却通路、Ａｘ…回転中心、Ｒ…径方向、Ｗ…空気流、Ｗ１…経路、Ｘ…軸方向。

Claims (6)

1. 回転中心の軸方向に延びる冷却通路が設けられた中空状のシャフトと、
   前記シャフトの外周面に固定されたステータと、
   前記ステータの外周面と対向して配置され、前記回転中心回りに回転可能なロータと、
   前記シャフトの前記軸方向の一方に位置され、前記冷却通路に空気流を供給する吹出口と、前記吹出口から前記回転中心の径方向外方に延び前記冷却通路を前記軸方向の一方から覆うとともに前記ステータから前記冷却通路内を通り当該冷却通路の外側の端子箱と接続されるケーブルが前記軸方向に貫通する開口部が設けられたフランジと、を有したブロア装置と、
   前記冷却通路内で前記吹出口と前記端子箱との間の沿面距離を延ばすように設けられた遮蔽板と、
   を備えた、回転電機。
2. 前記遮蔽板は、前記フランジから前記軸方向に沿って延びた第一部分を有した、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記第一部分は、前記回転中心の周方向に沿って延びた円筒状に構成され、
   前記遮蔽板は、前記第一部分から前記径方向外方に延び前記シャフトの内周面と接合された円環状の第二部分を有した、請求項２に記載の回転電機。
4. 前記フランジが、前記遮蔽板を兼ねた、請求項１～３のうちいずれか一つに記載の回転電機。
5. 前記遮蔽板は、ゴムによって作られた、請求項１～４のうちいずれか一つに記載の回転電機。
6. 回転中心の軸方向に延びる冷却通路が設けられた中空状のシャフトと、
   前記シャフトの外周面に固定されたステータと、
   前記ステータの外周面と対向して配置され、前記回転中心回りに回転可能なロータと、
   前記シャフトの前記軸方向の一方に位置され、前記冷却通路に空気流を供給する吹出口と、前記吹出口から前記回転中心の径方向外方に延び前記冷却通路を前記軸方向の一方から覆うフランジと、を有したブロア装置と、
   前記シャフトの前記軸方向の他方に設けられ、前記ステータから前記冷却通路内を通り当該冷却通路の外側に延びたケーブルと接続可能な端子箱と、
   を備えた、回転電機。
   

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