JP5325566B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は回転電機に関するものであり、特に、密閉型で固定子と回転子とを冷却する冷却ガスの通風経路を備えた回転電機に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine, and more particularly, to a rotating electrical machine having a hermetically sealed cooling gas ventilation path for cooling a stator and a rotor.
密閉型の回転電機では、回転子の両側の回転軸に取付けたファンにより冷却ガスを固定子および回転子内に通風して、固定子コイル、固定子コアおよび回転子コイルを冷却している。
密閉型の回転電機における、冷却ガスの通風方式には、大略、ファンから回転電機内部を冷却した後にガス冷却器を通過してガスを冷却するフォワードフロー通風方式と、ファンからガス冷却器を通過させてガスを冷却した後に回転電機内部を冷却するリバースフロー通風方式がある。
In a hermetic rotary electric machine, cooling gas is passed through the stator and the rotor by fans attached to the rotating shafts on both sides of the rotor to cool the stator coil, the stator core, and the rotor coil.
The cooling gas ventilation system in a sealed rotary electric machine is roughly divided into a forward flow ventilation system that cools the interior of the rotary electric machine from the fan and then cools the gas through the gas cooler, and a fan that passes the gas cooler. There is a reverse flow ventilation system that cools the interior of the rotating electrical machine after the gas is cooled.
フォワードフロー通風方式の密閉型回転電機は、ガイドと、このガイドの内側に設けられた固定子および回転子と、回転子の両端に設けられたファンと、冷却ガスを冷却するガスクーラと、これらを中に納めるケーシングとを備えている。
このフォワードフロー通風方式の密閉型回転電機では、ガスクーラで冷却された冷却ガスは、ファンの回転により、ケーシングとガイドとの間に形成された通風路を流れ、ファンを通過してガイドの内側に送入される。この送入された冷却ガスは、固定子および回転子を冷却した後、固定子の外径側に排出される。この固定子および回転子を冷却し高温となって排出された冷却ガスは、ガスクーラを通過して冷却され、通風路を通って再びファンへと循環する(例えば、特許文献1参照)。
A forward flow ventilation type hermetic rotary electric machine includes a guide, a stator and a rotor provided inside the guide, fans provided at both ends of the rotor, a gas cooler that cools a cooling gas, and these. And a casing that fits inside.
In this forward flow ventilated hermetic rotary electric machine, the cooling gas cooled by the gas cooler flows through the ventilation path formed between the casing and the guide by the rotation of the fan, passes through the fan, and enters the inside of the guide. Sent in. The sent cooling gas cools the stator and the rotor, and then is discharged to the outer diameter side of the stator. The cooling gas discharged at a high temperature after cooling the stator and the rotor passes through the gas cooler, is cooled, and circulates again to the fan through the ventilation path (see, for example, Patent Document 1).
また、リバースフロー通風方式の密閉型回転電機も、ガイドと、このガイドの内側に設けられた固定子および回転子と、回転子の両端に設けられたファンと、冷却ガスを冷却するガスクーラと、これらを中に納めるケーシングとを備えている。
このリバースフロー通風方式の密閉型回転電機では、回転子の両端に設けられたファンは、フォワードフロー通風方式の場合とは逆向に冷却ガスを流す。ファンから吐出された冷却ガスは通風路を通りガスクーラに導かれる。このガスクーラを通過して冷却された低温の冷却ガスは、ガスクーラから排出されて固定子および回転子に配流され、固定子および回転子を冷却した後、再びファンへ導かれる(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1の風導、風導板、外殻は、それぞれ本願明細書の通風路、ガイド、ケーシングに相当する。
The reverse flow ventilation type hermetic rotary electric machine also includes a guide, a stator and a rotor provided inside the guide, fans provided at both ends of the rotor, a gas cooler for cooling the cooling gas, And a casing in which these are housed.
In this reverse flow ventilation type hermetic rotary electric machine, the fans provided at both ends of the rotor flow cooling gas in the opposite direction to the case of the forward flow ventilation type. The cooling gas discharged from the fan is guided to the gas cooler through the ventilation path. The low-temperature cooling gas cooled through the gas cooler is discharged from the gas cooler and distributed to the stator and the rotor, and after cooling the stator and the rotor, is guided to the fan again (for example, Patent Document 1). reference).
The air guide, the air guide plate, and the outer shell of
特許文献1に記載のフォワードフロー通風方式の密閉型回転電機では、ガスクーラで冷却された冷却ガスは、ケーシングとガイドとの間に形成された通風路を通りファンに導かれ、このファンからガイドの内側に送入される。
特許文献1に記載のリバースフロー通風方式の密閉型回転電機では、ファンから吐出された冷却ガスは通風路を通りガスクーラに導かれ、このガスクーラを通過して冷却された冷却ガスが、ガイドの内側に送入される。
In the closed flow electric rotating machine of the forward flow ventilation method described in
In the closed-flow rotating electric machine of the reverse flow ventilation method described in
上記フォワードフロー通風方式とリバースフロー通風方式との両方の密閉型の回転電機では、回転電機の効率を低下させる大きなファンを用いることなしに、固定子と回転子とを十分に冷却する冷却ガスの風量を得るため、通風路での圧力損失を小さくしなければならない。すなわち、通風路の冷却ガスの通風方向に対して直角な断面の面積を大きくする必要があり、ケーシングの寸法が大きくなり回転電機を小型化できないとの問題があった。 In both of the above-described forward flow ventilation method and reverse flow ventilation method, the sealed rotary electric machine uses a cooling gas that sufficiently cools the stator and the rotor without using a large fan that reduces the efficiency of the rotary electric machine. In order to obtain the air volume, the pressure loss in the ventilation path must be reduced. That is, it is necessary to increase the cross-sectional area perpendicular to the direction of the cooling gas in the ventilation path, and there is a problem that the size of the casing is increased and the rotating electrical machine cannot be reduced in size.
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ケーシングを必要以上に大きくすることなしに、固定子と回転子とを冷却するに足る十分な風量の冷却ガスを流すことができる通風路を備えた、小型で信頼性の高い、回転電機を得ることである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and allows a cooling gas having a sufficient air flow to cool the stator and the rotor without enlarging the casing more than necessary. It is to obtain a small and reliable rotating electric machine with a ventilation path that can be used.
本発明に係わる回転電機は、回転子と、回転子の軸方向両端に取付けられたファンと、回転子を所定のギャップを設けて取り囲むように、回転子と同軸に配置された固定子と、固定子と回転子を収納する密封されたケーシングと、固定子と回転子を冷却する冷却ガスを冷却するガス冷却器と、ケーシングの端面の内部において、ケーシングの側面とファンとの間に通風路を形成するように、ケーシングとファンの羽長さとほぼ等しい間隔で設けられた端面部と、ファンの側面と所定の間隔で円筒状に設けられたファン対向部とを有する仕切りガイドと、ファンとガス冷却器の間に通風路を形成するように、仕切りガイドの軸方向の中央側に仕切りガイドとファンの羽長さとほぼ等しい間隔で設けられた中央側ガイドとを備えており、中央側ガイドが、ファンと回転子との間に設けられた、ファンの羽の、軸側の端から外周部までに相当する部分と対向し且つ回転子の軸が挿通する平板状部と、平板状部の外端から延在するとともに軸方向の外側に傾斜した傾斜部と、傾斜部の外端から延在するとともに仕切りガイドの端面部の内側と対向する、軸に垂直な平面部とで形成されているものである。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor, fans attached to both ends of the rotor in the axial direction, a stator disposed coaxially with the rotor so as to surround the rotor with a predetermined gap, A sealed casing that houses the stator and the rotor, a gas cooler that cools the cooling gas that cools the stator and the rotor, and an air passage between the side surface of the casing and the fan inside the end surface of the casing A partition guide having a casing and an end surface portion provided at substantially the same interval as the fan blade length, a fan side surface and a fan facing portion provided in a cylindrical shape at a predetermined interval, and a fan. so as to form a ventilation passage between the gas cooler, and a center side guide provided at approximately equal intervals between blade length of the partition guides and the fan in the center side of the partition guides the axial direction, the center-side gas A flat plate-like portion provided between the fan and the rotor, facing a portion corresponding to the fan blade from the end on the shaft side to the outer peripheral portion, and through which the rotor shaft is inserted; An inclined portion that extends from the outer end of the portion and is inclined outward in the axial direction, and a flat portion that extends from the outer end of the inclined portion and faces the inner side of the end surface portion of the partition guide and is perpendicular to the axis It is what has been .
本発明に係わる回転電機は、回転子と、回転子の軸方向両端に取付けられたファンと、回転子を所定のギャップを設けて取り囲むように、回転子と同軸に配置された固定子と、固定子と回転子を収納する密封されたケーシングと、固定子と回転子を冷却する冷却ガスを冷却するガス冷却器と、ケーシングの端面の内部において、ケーシングの側面とファンとの間に通風路を形成するように、ケーシングとファンの羽長さとほぼ等しい間隔で設けられた端面部と、ファンの側面と所定の間隔で円筒状に設けられたファン対向部とを有する仕切りガイドと、ファンとガス冷却器の間に通風路を形成するように、仕切りガイドの軸方向の中央側に仕切りガイドとファンの羽長さとほぼ等しい間隔で設けられた中央側ガイドとを備えており、中央側ガイドが、ファンと回転子との間に設けられた、ファンの羽の、軸側の端から外周部までに相当する部分と対向し且つ回転子の軸が挿通する平板状部と、平板状部の外端から延在するとともに軸方向の外側に傾斜した傾斜部と、傾斜部の外端から延在するとともに仕切りガイドの端面部の内側と対向する、軸に垂直な平面部とで形成されているものであり、回転電機における固定子および回転子の高効率の冷却と、回転電機の小型化とが可能になる。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor, fans attached to both ends of the rotor in the axial direction, a stator disposed coaxially with the rotor so as to surround the rotor with a predetermined gap, A sealed casing that houses the stator and the rotor, a gas cooler that cools the cooling gas that cools the stator and the rotor, and an air passage between the side surface of the casing and the fan inside the end surface of the casing A partition guide having a casing and an end surface portion provided at substantially the same interval as the fan blade length, a fan side surface and a fan facing portion provided in a cylindrical shape at a predetermined interval, and a fan. so as to form a ventilation passage between the gas cooler, and a center side guide provided at approximately equal intervals between blade length of the partition guides and the fan in the center side of the partition guides the axial direction, the center-side gas A flat plate-like portion provided between the fan and the rotor, facing a portion corresponding to the fan blade from the end on the shaft side to the outer peripheral portion, and through which the rotor shaft is inserted; An inclined portion that extends from the outer end of the portion and is inclined outward in the axial direction, and a flat portion that extends from the outer end of the inclined portion and faces the inner side of the end surface portion of the partition guide and is perpendicular to the axis are are those that, cooling of the high efficiency of the stator and rotor in a rotating electrical machine enables the downsizing of the rotary electric machine.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係わる回転電機の水平面での断面模式図である。
図1に示す太字矢印は冷却ガスの流れを表している。図1に示すように、本実施の形態の回転電機100は、回転子5と、回転子5の両端に取付けられたファン4と、回転子5を所定のギャップ17を設けて取り囲み、回転子5と同軸に配置された固定子15と、回転電機のケーシング1と、ケーシング1の端面の内部にケーシング1の側面と対向して設けられ、ケーシング1とで入口側通風路6を形成する仕切りガイド2と、仕切りガイド2の内側に仕切りガイド2と対向して設けられ、仕切りガイド2とで出口側通風路7を形成する中央側ガイド3と、固定子15と回転子5とを冷却する冷却ガスを冷却するガス冷却器14を備えている。そして、入口側通風路6と出口側通風路7とは、仕切りガイド2を挟んで平行に設けられている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rotating electrical machine according to
The bold arrow shown in FIG. 1 represents the flow of the cooling gas. As shown in FIG. 1, the rotating
仕切りガイド2は、ケーシング1の端面の内側に平行な面である端面部2aと、端面部2aの外周側にケーシング1の側面との間に固定子15の外周側につながる通風路が形成できるように設けられた外周部2bと、端面部2aの内周側にファン4の側面と所定の間隔で設けられた円筒状のファン対向部2cとを有する形状である。
中央側ガイド3は、端面部の内側と対向する軸に垂直な平面と、軸が挿通する孔の周囲がファン4の羽の軸側の端に相当する部分までは平板状であり、その周囲は径方向の外側になるにしたがって次第に軸方向の端面側になるような傾斜が設けられている。中央側ガイド3がこのような形状である理由は、仕切りガイド2との間の最小距離が、どの部分でも同じになるようにするためである。
ガス冷却器14は、中央側ガイド3と仕切りガイド2の外周部2bとの間、すなわち固定子15の軸方向の端面側に設けられる。
The
The
The
次に、本実施の形態の回転電機100における、冷却ガスによる固定子15と回転子5との冷却機構を説明する。
まず、ファン4の回転による吸引により、冷却ガスは、ガス冷却器14から、固定子コア15の軸方向の端面と中央側ガイド3とで形成された空間部10へ排出される。このガス冷却器14から排出された冷却ガスは分岐して、回転子5と固定子コア15aとのギャップ17の方向と、回転子5の内部方向とに流入していく。
Next, the cooling mechanism of the
First, the cooling gas is discharged from the
回転子5の内部方向、すなわち回転子5の保持環5aから回転子5内に流入した冷却ガスは、回転子5の胴内に軸方向と半径方向とに設けられた冷却パスを通り、回転子コイル15bを冷却し、ギャップ17へと排出される。
ギャップ17の方向に直接に流入した冷却ガスは、回転子5よりギャップ17に排出された冷却ガスと一緒になり、固定子コア15aの半径方向に多数設けられた通風溝を通過して、固定子コア15aと固定子コイル15bとを冷却した後、固定子コア15aの背部に排出される。
The cooling gas flowing into the
The cooling gas directly flowing in the direction of the
次に、固定子コア15aの背部(外周部)に排出された冷却ガスは、入口側通風路6において回転子の軸に垂直な方向(軸に垂直な方向と記す)を回転子の軸側に流れ、ファン4に到る。ファン4を通過した冷却ガスは方向を変えて、出口側通風路7において軸に垂直な方向を外周側へ流れ、ガス冷却器14に戻る。ガス冷却器14に戻った冷却ガスはガス冷却器14で冷却され、再び、固定子コア15aの軸方向の端面と中央側ガイド3とで形成された空間部10へ排出される。
本実施の形態の回転電機100は、このような冷却ガスの循環により、固定子15と回転子5とが冷却される。
Next, the cooling gas discharged to the back portion (outer peripheral portion) of the
In the rotating
図2は、本発明の実施の形態1に係わる回転電機における通風路要部の構造を示す断面模式図である。図2に示す太字矢印は冷却ガスの流れを表している。
本実施の形態の回転電機100において、図2に示す入口側通風路6の軸に平行な方向の通風路幅Wiとファン4の羽長さFhとの比であるWi/Fhを変えて、ファン4の通風効率Efを求め、これらの関係を、Wi/Fhを横軸としEfを縦軸として図3に示した。図3に示すように、Wi/Fhが約1までは、この値の増加とともに、Efが大きく増加するが、Wi/Fhが約1以上では、Efは飽和しその増加が非常に小さくなることを見出した。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the main part of the ventilation path in the rotary electric machine according to
In the rotating
また、図2に示す出口側通風路7の軸に平行な方向の通風路幅Woとファン4の羽長さFhとの比であるWo/Fhを変えて、ファン4の通風効率Efを求め、これらの関係を、Wo/Fhを横軸としEfを縦軸として図4に示した。図4に示すように、Wo/Fhが約1までは、この値の増加とともに、Efが大きく増加するが、Wo/Fhが約1以上では、Efは飽和しその増加が非常に小さくなることを見出した。
Further, the ventilation efficiency Ef of the
本実施の形態の回転電機100は、入口側通風路6の通風路幅Wiとファン4の羽長さFhとをほぼ同じにしてあるとともに、出口側通風路7の通風路幅Woとファン4の羽長さFhとをほぼ同じにしてあり、ファン4の通風効率が優れるとともに、入口側通風路6と出口側通風路7との幅が大きくなり過ぎない冷却ガス循環路を備えたものである。
すなわち、本実施の形態の回転電機100は、固定子および回転子の高効率の冷却と小型化とが可能なものである。
出口側と入口側は、図に示した気流の向きの場合にファン4との関係で表現するものである。回転機100が逆方向に回転する場合には、気流の向きは逆になり、出口側と入口側とは入れ替わるが、同様な効果が得られる。これは、他の実施の形態でも同様である。
In the rotating
That is, the rotating
The outlet side and the inlet side are expressed in relation to the
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2に係わる回転電機における部分断面模式図である。
図5に示す太字矢印は冷却ガスの流れを表している。図5に示すように、本実施の形態の回転電機200は、仕切りガイド21が、ファン4の外周部と対向する部分でU字状に折り曲げられ、仕切りガイド21が、実施の形態1の場合と同様な端面部21a、外周部21bおよびファン対向部21cに加えて、ファン対向部21cの軸方向の中央側から軸に垂直な面として設けられた内面部21dを有する。中央側ガイド3は、軸に垂直な平面になっている。内面部21dと中央側ガイド3とが対向し、その間に出口側通風路7を形成している。これ以外の点では、実施の形態1の回転電機100と同様である。
FIG. 5 is a partial cross-sectional schematic view of the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention.
The bold arrow shown in FIG. 5 represents the flow of the cooling gas. As shown in FIG. 5, in the rotating
本実施の形態の回転電機200も、入口側通風路6の通風路幅Wiとファン4の羽長さFhとをほぼ同じにしてあるとともに、出口側通風路7の通風路幅Woとファン4の羽長さFhとをほぼ同じにしてあり、ファン4の通風効率が優れるとともに、入口側通風路6と出口側通風路7との幅が大きくなり過ぎない冷却ガス循環路を備えたものである。
すなわち、本実施の形態の回転電機200も、固定子および回転子の高効率の冷却と小型化とが可能なものである。特に、ファン4通過後に流れる冷却ガスの方向が、ファン4の軸に対して略垂直方向であり、冷却ガスの通風抵抗がさらに小さくなる。
In the rotating
That is, the rotating
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3に係わる回転電機における部分断面模式図である。
図6に示す太字矢印は冷却ガスの流れを表している。図6に示すように、本実施の形態の回転電機300は、中央側ガイド3を用いず、入口側通風路6からファン4を通過した冷却ガスが、固定子15と回転子5との側に流れるようにしてあるとともに、ガス冷却器14を、固定子15の外周側に設けた以外、実施の形態1の回転電機100と同様である。
FIG. 6 is a partial cross-sectional schematic view of a rotating electrical machine according to
The bold arrow shown in FIG. 6 represents the flow of the cooling gas. As shown in FIG. 6, in the rotating
本実施の形態の回転電機300は、入口側通風路6の通風路幅Wiとファン4の羽長さFhとをほぼ同じにしてあるので、ファン4の通風効率が優れるとともに、入口側通風路6の幅が大きくなり過ぎない冷却ガス循環路を備えたものである。
すなわち、本実施の形態の回転電機300は、固定子および回転子の高効率の冷却と小型化とが可能なものである。特に、中央側ガイド3を用いないので回転電機をさらに小型化できるとともに、ファン4を通過した冷却ガスが空間部20に放出されるので冷却ガスの通風抵抗をさらに小さくできる。
In the rotating
That is, the rotating
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4に係わる回転電機における部分断面模式図である。
図7に示す太字矢印は冷却ガスの流れを表している。図7に示すように、本実施の形態の回転電機400は、ファン4の回転方向を逆転させるとともに、入口側通風路6を出口側通風路7とした以外、実施の形態3の回転電機300と同様である。
FIG. 7 is a partial cross-sectional schematic view of a rotating electrical machine according to
The bold arrow shown in FIG. 7 represents the flow of the cooling gas. As shown in FIG. 7, the rotating
本実施の形態の回転電機400は、出口側通風路7の通風路幅Woとファン4の羽長さFhとをほぼ同じにしてあるので、ファン4の通風効率が優れるとともに、出口側通風路7の幅が大きくなり過ぎない冷却ガス循環路を備えたものである。
すなわち、本実施の形態の回転電機400は、固定子および回転子の高効率の冷却と小型化とが可能なものである。特に、中央側ガイド3を用いないので、回転電機をさらに小型化できるとともに、空間部30から冷却ガスがファン4に入るので、冷却ガスの通風抵抗をさらに小さくできる。
In the rotating
That is, the rotating
本発明に係わる回転電機は、固定子および回転子の高効率の冷却と小型化とが可能であり、小型・高性能な回転電機として用いることができる。 The rotating electrical machine according to the present invention is capable of highly efficient cooling and downsizing of the stator and the rotor, and can be used as a compact and high-performance rotating electrical machine.
1 ケーシング、2 仕切りガイド、2a 端面部、2b 外周部、
2c ファン対向部、3 中央側ガイド、4 ファン、5 回転子、
5a 回転子保持環、6 入口側通風路、7 出口側通風路、
10,20,30 空間部、14 ガス冷却器、15 固定子、15a 固定子コア、
15b 固定子コイル、17 ギャップ、21 仕切りガイド、21a 端面部、
21b 外周部、21c ファン対向部、21d 内面部、
100,200,300,400 回転電機。
1 casing, 2 partition guide, 2a end face part, 2b outer peripheral part,
2c Fan facing part, 3 center side guide, 4 fan, 5 rotor,
5a Rotor retaining ring, 6 inlet side ventilation path, 7 outlet side ventilation path,
10, 20, 30 space, 14 gas cooler, 15 stator, 15a stator core,
15b Stator coil, 17 gap, 21 partition guide, 21a end face part,
21b outer peripheral part, 21c fan facing part, 21d inner surface part,
100, 200, 300, 400 Rotating electric machine.
Claims (1)
上記中央側ガイドが、上記ファンと上記回転子との間に設けられた、上記ファンの羽の、軸側の端から外周部までに相当する部分と対向し且つ上記回転子の軸が挿通する平板状部と、上記平板状部の外端から延在するとともに上記軸方向の外側に傾斜した傾斜部と、上記傾斜部の外端から延在するとともに上記仕切りガイドの端面部の内側と対向する、上記軸に垂直な平面部とで形成されている回転電機。 A rotor, fans attached to both ends of the rotor in the axial direction, a stator arranged coaxially with the rotor so as to surround the rotor with a predetermined gap, the stator and the A sealed casing that houses the rotor, a gas cooler that cools the stator and the cooling gas that cools the rotor, and an end surface of the casing, between the side surface of the casing and the fan. A partition having an end surface portion provided at an interval substantially equal to the wing length of the fan and the fan, and a fan facing portion provided in a cylindrical shape at a predetermined interval from the side surface of the fan so as to form an air passage. At the center of the partition guide in the axial direction so as to form a ventilation path between the guide, the fan and the gas cooler, at an interval substantially equal to the blade length of the partition guide and the fan. And a vignetting central side guide,
The center guide is opposed to a portion of the fan blade provided between the fan and the rotor, corresponding to the portion from the end on the shaft side to the outer peripheral portion, and the shaft of the rotor is inserted. A flat plate portion, an inclined portion extending from the outer end of the flat plate portion and inclined outward in the axial direction, and extending from an outer end of the inclined portion and facing the inner side of the end surface portion of the partition guide A rotating electrical machine formed of a plane portion perpendicular to the axis .
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