JP5333468B2

JP5333468B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5333468B2
Application number: JP2011015338A
Authority: JP
Inventors: 一夫三浦; 勇人福間; 光格永尾
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2031-01-27
Also published as: US8912694B2; JP2012157195A; CN102624153B; CN102624153A; US20120194013A1

Description

本発明は、回転電機に関する。

水冷構造を有する回転電機として、例えば、回転子および固定子を収容するフレームに冷媒流路が形成された電動機が知られている。

フレームに冷媒流路を形成する従来の技術として、内筒部材および外筒部材によりフレームを形成し、内筒部材と外筒部材の間に仕切りを設ける技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１１１７５８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、冷媒流路に流れる冷媒が内筒部材の端部から漏れ出し、フレームの内側に進入する可能性がある。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、冷媒流路へ通じる開口から冷媒が漏れた場合であっても、冷媒流路から漏れ出した冷媒がフレームの内側へ進入することを防ぐことができる回転電機を提供することを目的とする。

本願の開示する回転電機は、一つの態様において、回転軸周りに回転可能な回転子と、前記回転子に対向配置された固定子と、前記回転子および前記固定子を収容し、側壁の内部に冷媒流路が形成されたフレームとを備え、前記フレームは、前記側壁の周方向全周に亘って所定のピッチで整列して形成されて前記冷媒流路から前記側壁の外周に貫通し、かつ蓋部材によって塞がれた複数の貫通孔と、冷媒の流入口および流出口が形成され、かつ前記側壁から突出する突出部を有し、前記冷媒流路は、前記回転軸の軸方向に延伸する複数の第１流路と、隣接する前記第１流路の一端同士を連結する第２流路とにより形成される蛇行流路を有し、前記複数の貫通孔は、前記第２流路から前記側壁の外周に貫通している。

本発明によれば、冷媒流路へ通じる貫通孔がフレーム側壁の外周に形成されるため、仮に、貫通孔を塞ぐ蓋部材が外れた場合であっても、冷媒流路から貫通孔を介して漏れ出した冷媒はフレーム側壁の外側へ流れ出す。そのため、フレームの内側へ冷媒が進入することを防ぐことができる。

図１は、実施例に係る回転電機の模式的な縦断面図である。図２は、実施例に係るフレームの模式的な斜視図である。図３は、実施例に係る蓋部材の模式的な斜視図である。図４は、実施例に係るフレームの模式的な側壁展開図である。図５は、実施例に係るフレームの模式的な縦断面図である。図６は、実施例に係るフレームの模式的な横断面図である。

以下に、本願の開示する回転電機の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

まず、実施例に係る回転電機の構成について図１を用いて説明する。図１は実施例に係る回転電機の模式的な縦断面図である。

図１に示すように、本実施例に係る回転電機１は、フレーム２、ブラケット３、軸受４Ａ，４Ｂ、シャフト５、固定子６および回転子７を備える。なお、この図１では、回転電機１の電気配線部８およびシャフト５に取り付けられる外部装置９は、それぞれ配置関係を示すことを主として描画され、具体的な構成は省略している。

フレーム２は、筒状に形成された側壁２０と、側壁２０の一端から連続するフランジ２１とを備え、フランジ２１の内周部で軸受４Ａを支持する。このフレーム２は、側壁２０内部に冷媒流路２２が形成される。なお、フレーム２の具体的な構成については、図２〜図６を用いて後で詳述する。

ブラケット３は、外周部が側壁２０の他端に取り付けられ、内周部で軸受４Ａを保持する。ブラケット３をフレーム２へ取り付ける際には、ブラケット３とフレーム２との間をシールするシール部材が取り付けられる。

シャフト５は、軸受４Ａ，４Ｂによって回転軸Ｏを中心として回転可能に保持される。固定子６は、固定子コア１１と、固定子巻線１２とを備えており、フレーム２の内周面に固着される。この固定子６の内周側には空隙を介して回転子７が対向配置される。

固定子６の固定子コア１１には内周側に複数のティースが形成され、ティース間のスロット内に絶縁被覆電線を用いて分布巻線方式で巻装された固定子巻線１２が収められる。なお、図示しないが、固定子巻線１２を形成する絶縁被覆電線の端部は、フレーム２の内側から電気配線部８へ引き出されて電気配線部８の接続端子に接続される。

回転子７は、円筒状の回転子コアに複数の永久磁石が配置されており、シャフト５の中心を回転軸Ｏとして回転する。回転子コアは、例えば、渦電流を低減するために電磁鋼板などの薄板材を多数枚積層して形成され、永久磁石の磁束を通す機能を担う。

回転電機１を電動機とする場合、固定子６の固定子巻線１２に電流を流すことにより固定子６の内側に回転磁界が発生する。そして、この回転磁界と回転子７の永久磁石が発生する磁界との相互作用により回転子７が回転し、この回転子７の回転に伴ってシャフト５が回転する。一方、回転電機１を発電機とした場合、電動機とは逆の動作をする。すなわち、シャフト５の回転に伴い、回転子７が回転し、固定子６の固定子巻線１２に電流が発生する。

次に、上述したフレーム２の構成について図２〜図６を用いて具体的に説明する。図２はフレーム２の模式的な斜視図、図３は後述する蓋部材の模式的な斜視図である。

図２に示すように、フレーム２の側壁２０内部には、冷媒が流れる冷媒流路２２が形成される。また、側壁２０から突出する突出部２３には、冷媒が流入する流入口２４と冷媒が流出する流出口２５とが形成される。そして、流入口２４から流入した冷媒が、冷媒流路２２を通って流出口２５から流出することで、フレーム２の側壁２０が冷却される。

フレーム２の側壁２０には、蓋部材２７によって塞がれる複数の貫通孔２６が形成される。貫通孔２６は、側壁２０のフランジ２１側に形成され、冷媒流路２２から側壁２０の外周に貫通する孔である。蓋部材２７は、図３に示すように、円盤状の蓋部材であり、側壁２０における貫通孔２６の形成部分に蓋部材２７が嵌合することによって、貫通孔２６が塞がれる。

このように、貫通孔２６は、フレーム２の側壁２０に形成されているため、仮に、蓋部材２７が貫通孔２６から外れた場合であっても、冷媒流路２２から貫通孔２６を介して漏れ出した冷媒はフレーム２の外側へ流れ出す。そのため、固定子６や回転子７を収容するフレーム２の内側へ冷媒が進入することを防ぐことができる。

また、側壁２０の外周に貫通孔２６を形成しているため、僅かな冷媒の漏れであっても外観検査によって容易に発見することができる。しかも、側壁２０の外周に貫通孔２６を形成しているため、蓋部材２７の交換が必要となった場合であっても、回転電機１を分解することなく、修理作業などを容易に行うことができる。

また、各貫通孔２６は、側壁２０のフランジ２１側にされる。すなわち、各貫通孔２６は、シャフト５に取り付けられる外部装置９（図１参照）側に形成される。一方、外部装置９側とは反対側であるブラケット３側に電気配線部８（図１参照）が配置される。

したがって、電気配線部８から貫通孔２６が遠い位置にあり、仮に、貫通孔２６から冷媒が漏れ出した場合であっても、電気配線部８へ冷媒が進入することを防ぐことができる。なお、外部装置９は、回転電機１が電動機である場合には、回転電機１の負荷となる装置である。

また、フランジ２１の外周径は、図２に示すように、側壁２０の外周径よりも大きい。そのため、例えば、図１に示すＹ方向を上下方向として回転電機１を設置することで、フランジ２１が貫通孔２６から漏れ出した冷媒の流路の障害となり、冷媒を側壁２０に沿って下方に導くことができる。なお、側壁２０の外周に周方向に沿って連続して隆起する凸条部を形成し、フランジ２１と凸条部とで側壁２０の外周に凹条溝を形成してもよい。このようにすれば、貫通孔２６から漏れ出した冷媒を凹条溝に沿って下方に導くことができる。

また、冷媒の流入口２４および流出口２５は、側壁２０から突出する突出部２３に形成される。そのため、配管の作業性及び自由度を向上させることができる。特に、図１に示すＹ方向を上下方向として回転電機１を設置し、回転電機１の上方に突出部２３を配置することで、さらに配管の作業性及び自由度を向上させることができる。

なお、図１に示す例では、流入口２４および流出口２５が電気配線部８側に開口する構成を示したが、流入口２４および流出口２５は、電気配線部８側とは反対方向である外部装置９側に開口してもよく、貫通孔２６と同じ方向（図１に示すＹ方向）に向けて開口してもよい。

ところで、フレーム２は、例えば、冷媒流路形成用の中子を鋳型の内部に配置した後、鋳型に溶湯を注入することで成形できる。この場合、鋳型に中子を支持するための中子支持部を、フレーム２の径方向に突出するように形成する。

これにより、フレームの側壁内部に中子によって冷媒流路が形成され、中子支持部によって貫通孔が形成される。すなわち、冷媒流路２２を有するフレーム２が一体的に成形され、さらに、中子支持部によって形成される貫通孔は、フレーム２の側壁２０に貫通孔２６として形成される。したがって、中子支持部によって形成される貫通孔が、フレーム２の端面や内周面に形成されることを避けることができる。

図４は、フレーム２の模式的な側壁展開図である。図４に示すように、貫通孔２６は、側壁２０の周方向に所定のピッチｎで整列して形成される。そのため、中子を用いてフレーム２を成形する場合には、中子の周方向に中子支持部を所定ピッチで配置することができる。したがって、中子を鋳型に安定して配置することができ、フレーム２の成形を精度良く行うことができる。

また、冷媒流路２２は、図２および図４に示すように、シャフト５の軸方向に延伸する複数の第１流路２８と、隣接する第１流路２８の一端同士を側壁２０の周方向で連結する第２流路２９とにより形成される蛇行流路を有している。そして、貫通孔２６のそれぞれは、第１流路２８の一端同士を連結する第２流路２９から側壁２０の外周に貫通して形成されている。

したがって、中子を用いてフレーム２を成形する場合には、中子によって中子支持部にかかる荷重が中子支持部間で大きくばらつくことを抑制できるため、中子を鋳型により安定させて配置できる。しかも、第２流路２９のうちフランジ２１に近い領域から側壁２０の外周に貫通する位置に貫通孔２６を形成しているため、フレーム２の成形が終わった後の中子を貫通孔２６から容易に掻き出すことができる。なお、貫通孔２６を壁面２０の周方向を長手とする楕円形状にして、中子の掻き出しをさらに容易にしてもよい。

また、フレーム２には、貫通孔２６とは反対側の端部側に突出部２３が形成される。すなわち、図１および図２に示すように、貫通孔２６は、側壁２０の一端部側に形成され、突出部２３は、側壁２０の他端部側に形成される。そのため、中子を用いてフレーム２を成形する場合に、中子を鋳型により安定して配置することができる。例えば、貫通孔２６を形成する中子支持部を鋳型の上部で支持した場合には、流入口２４および流出口２５を形成する開口形成部を鋳型の下部で支持することで、中子を鋳型により安定して配置することができる。

次に、流入口２４および流出口２５と冷媒流路２２とを連結する流路について図５および図６を用いて説明する。図５の（ａ）は模式的な図２のＢ−Ｂ’線縦断面図、（ｂ）は模式的な図２のＣ−Ｃ’線縦断面図、図６はフレーム２についての図１のＡ−Ａ’線横断面図である。なお、図６のＤ−Ｄ’線部分が図１の断面位置に対応する。

図５および図６に示すように、突出部２３の内部には、第１中間流路３１および第２中間流路３２が形成される。第１中間流路３１は、流入口２４と冷媒流路２２との間に設けられ、流入口２４および冷媒流路２２よりも流路径が大きな流路である。また、第２中間流路３２は、流出口２５と冷媒流路２２との間に設けられ、流出口２５および冷媒流路２２よりも流路径が大きな流路である。

そして、第１中間流路３１および第２中間流路３２を有する突出部２３と貫通孔２６とは互いに反対の端部となるように形成される。そのため、中子を用いてフレーム２を成形する場合に、中子の鋳型への配置をより安定して行うことができる。すなわち、中子支持部を鋳型の上部で支持した場合、第１中間流路３１および第２中間流路３２を形成するための中子部分が鋳型の下部側となって「重り」として働く。そのため、中子を鋳型にさらに安定して配置することができ、フレーム２の成形をさらに精度良く行うことができる。

以上、本実施例の回転電機１によれば、側壁２０の内部に冷媒流路２２が形成されたフレーム２において、冷媒流路２２から側壁２０の外周に貫通し、かつ蓋部材２７によって塞がれた貫通孔２６を有するので、仮に、蓋部材２７が貫通孔２６から外れた場合であっても、固定子６や回転子７を収容するフレーム２の内側へ冷媒が進入することを防ぐことができる。

なお、上記実施例では、貫通孔２６を円孔として説明したが、これに限られず、多角形の孔などであってもよい。また、フランジ２１を側壁２０と一体成形するフレーム２について説明したが、フランジ２１と側壁２０とは別体で構成してもよい。

また、上記実施例では、第１流路２８と第２流路２９とを直交させて連結しているが、第１流路２８を湾曲させて第２流路２９に連結させるようにしてもよい。これにより、第１流路２８と第２流路２９との間の流路抵抗を低減することができる。なお、第１流路２８と第２流路２９とは側壁２０の径方向の厚みや流路径を略同一とすることで流路抵抗が大きくなることを抑制できるが、径方向の厚みや流路径は種々の変更が可能である。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１回転電機
２フレーム
５シャフト
６固定子
７回転子
２０側壁
２２冷媒流路

Claims

回転軸周りに回転可能な回転子と、
前記回転子に対向配置された固定子と、
前記回転子および前記固定子を収容し、側壁の内部に冷媒流路が形成されたフレームと
を備え、
前記フレームは、
前記側壁の周方向全周に亘って所定のピッチで整列して形成されて前記冷媒流路から前記側壁の外周に貫通し、かつ蓋部材によって塞がれた複数の貫通孔と、
冷媒の流入口および流出口が形成され、かつ前記側壁から突出する突出部を有し、
前記冷媒流路は、
前記回転軸の軸方向に延伸する複数の第１流路と、隣接する前記第１流路の一端同士を連結する第２流路とにより形成される蛇行流路を有し、
前記複数の貫通孔は、
前記第２流路から前記側壁の外周に貫通している
ことを特徴とする回転電機。
前記貫通孔の形状は、
前記側壁の周方向を長手とする楕円形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記複数の貫通孔は、
前記側壁の一端部側に形成され、
前記突出部は、
前記側壁の他端部側に形成された
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機。
前記複数の貫通孔はそれぞれ、
前記第２流路の周方向中央に配置される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
前記フレームは、
筒状に形成された前記側壁の一端から周方向に連続し、前記側壁よりも径方向に突出したフランジを備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機。
前記貫通孔のそれぞれは、
前記回転軸に取り付けられる外部装置側に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機。