JP5482376B2 - 密閉型回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、磁極として永久磁石が配置された回転子を有する密閉型回転電機に関する。

工場の製造プロセスや鉄道車両に適用される回転機では、塵埃や液体が外部から侵入することを防ぐため、密閉化することが望まれる。
しかし、永久磁石を用いた外被表面冷却の密閉型回転機は、コイルの温度が上昇することにより、回転子鉄心、磁石の温度が上昇するため、磁石の減磁作用が発生し、磁力や保持力の低下による性能不良を招く恐れがある。
また、密閉型回転機の内部冷媒は、開放型回転機に比べ、対流が少なくコイルや磁石の温度が局所的に上昇する恐れもある。よって、温度が上昇したコイルから回転子鉄心および磁石に伝わる熱の低減、内部冷媒の対流の平均化が課題となる。

従来の内部冷媒循環構造の密閉型回転機の一般的な構造例を図１１及び図１２に示す。この従来例では、回転子１００の回転子鉄心１０１の反駆動側端面にプレスリング１０２と図１２に示す内部ファン１０３が設けられている。また、回転子鉄心１０１には永久磁石１０４が埋設されていると共に、軸方向に貫通する通風孔１０５が形成されている。回転機の反駆動側の端面から、反対側の駆動側端面を空間的に結合する固定子１０６に流通孔１０７を設けることにより、反駆動側に設置した内部ファン１０３により送流される冷媒はブラケット１０８、コイルエンド１０９の間を通過し、固定子１０６の外周側に形成した流通孔１０７を通じて駆動側に流れ、駆動側から再度、回転子１００の通風孔１０５を通じて戻ってくる。この際、内部冷媒がコイルエンド１０９、永久磁石１０４から熱を奪うと共にブラケット１０８と固定子１０６の流通孔１０７の内面で熱を放散させるので、コイル、永久磁石１０４の温度を低減させると共に、平均化することができる。

しかしながら、上記構成を有する場合には、固定子１０６の外周側に流通孔１０７を形成する必要があり、回転電機全体の構成が大形化してしまうという問題点がある。
近年、回転機内部を冷却して、永久磁石１０４が配置された回転子１００の温度上昇の抑制を図る構成の技術が種々提案されている。
例えば、永久磁石を搭載している回転子鉄心の外周面に冷却フィンを設けて、機内の冷却風への回転子鉄心の放熱冷却面積を大きくして、渦電流損による回転子鉄心の温度上昇を防止するようにした磁石同期回転機の永久磁石付回転子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、フレームに固着した固定子の内周に空隙を介して磁石を配置し、磁石の内側に軸に固着したロータセンタを固着する磁石とロータセンタとの端面にリングを取付け、磁石の外径とほぼ同一の外径を持つリングの外周に空隙の空気を軸方向に移動させる螺旋方向が同方向の螺旋溝を形成した構成を有する回転電機の磁石付回転子が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、回転子の永久磁石と回転子軸とを連結するハブ部に複数の羽根と軸方向に貫通する空間を設けるとともに、前カバー及びカップ状ケースの回転子に設けた羽根と対向する一に換気用の孔を設けた構成を有する小型電動機が知られている（例えば、特許文献３参照）。

さらに、固定子鉄心にコイルが巻装された固定子と、固定子の界磁空間に永久磁石を埋設した回転子鉄心が配置された回転子と、回転子鉄心の軸方向端部に配置された端板と、回転子鉄心の中心部に装着された回転軸とを有し、回転子鉄心の外周に、端板側から他方の端盤側に延びる冷却溝を形成し、端板に回転子の回転に伴って冷却風を取込んで外周方向に案内する冷却フィンを配置すると共に、冷却フィンからの冷却風を回転子鉄心の冷却溝に向けて突出させる連通部を形成した回転電機が知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開平８−２９８７３６号公報 特開平９−２５２５５５号公報 特開平９−６５６１４号公報 特開２００９−１５９７６３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、回転子の内径面に突出する冷却フィンを設け、放熱面積を大きくして回転子を冷却するようにしているが、回転子の冷却能力が小さいとともに、回転機内の冷媒温度を平均化することができないという未解決の課題がある。
また、上記引用文献２に記載の従来例にあっては、回転子鉄心の端部に螺旋溝を形成したリングを配置し、螺旋溝によって空気を軸方向に移動させるようにしているが、螺旋溝では空気の移動量を多くすることができず、冷却能力が小さいとともに、回転機内の冷媒温度を平均化することはできないという未解決の課題がある。
さらに、上記引用文献３に記載の従来例にあっては、回転子の磁石と回転軸とを連結するハブ部に複数の羽根と軸方向に貫通する空間を設けるとともに、回転子に設けた羽根と対向する位置に換気用の孔を設けた構成を有するが、複雑なハブ構造となるため製造コストが嵩むという未解決の課題がある。

さらにまた、上記引用文献４に記載の従来例にあっては、回転子の外周に冷却溝を形成し、回転子の回転に伴って冷却風を取り込んで外周方向に案内する冷却フィンを回転子両端部に配置した構成を有するが、回転子の外周に冷却溝があるため電動機の性能が低下するとともに、複雑な冷却フィン構造となるため製造コストが嵩むという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、簡易な構成且つ低コストで、冷媒の循環を良好に行って、冷却能力を向上させることができる密閉型回転電機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る密閉型回転電機は、コイルを巻装した固定子鉄心を有する固定子と、該固定子の固定子鉄心に対向して回転自在に配設された永久磁石を円周方向に配置した回転子鉄心を有する回転子とを備えた密閉型回転電機である。前記回転子鉄心の内周側には、冷媒が軸方向に移動可能な複数の流通孔が円周方向に形成されている。また、回転子鉄心の軸方向端部の少なくとも一方に、円周方向に所定間隔を保って形成されたブレードと、前記流通孔の数より少数で当該流通孔と連通し、前記ブレードの軸方向外側に向けて、延長して形成された貫通孔とを有する内部ファンが配置されている。

この構成によると、内部ファンの回転に伴ってブレードによる遠心力によって冷媒が外周側に押し出されることにより、内部ファンの内周側に負圧を発生させ、回転子鉄心に形成した流通孔を通じて内部ファンとは反対側の冷媒を吸引する。一方、内部ファンによって外周側に押し出された冷媒を、内部ファンに形成した貫通孔及び回転子鉄心に形成した流通孔を通じて内部ファンとは反対側に戻すことにより、回転子鉄心と内部ファンとで循環流量の大きな冷媒循環路を形成することができる。

このとき、内部ファンを回転子鉄心の軸方向の両端に配置することにより、一方の内部ファンで発生させた内周側の負圧によって他方の内部ファンの貫通孔及び回転子鉄心の通流孔を通じて冷媒を吸引することにより、冷媒循環流量を増加させて冷却能力を向上させることができる。
また、本発明に係る密閉型回転電機は、前記内部ファンが、回転軸を嵌挿し前記ブレードを支持する内筒と、前記ブレードの軸方向外側を覆う遮蔽部材とを備え、前記貫通孔は前記遮蔽部材の外側に開口していることを特徴としている。

この構成によると、内部ファンのブレードによって内周側の冷媒が外周側に押し出されて内周側に負圧が発生する。このとき、ブレードの軸方向外側が遮蔽部材で覆われているので、軸方向外側からの冷媒の吸引を確実に防止することができ、冷媒は外周方向にのみ押し出されることになる。このため、遮蔽部材の外側に開口する貫通孔から直接冷媒を吸引することを防止して、回転子鉄心に形成した流通孔を通じた冷媒の吸引力を向上させることができる。

また、本発明に係る密閉型回転電機は、前記貫通孔が、前記ブレードの前記内筒側の基部に形成されていることを特徴としている。
この構成によると、ブレードの内筒側の基部に貫通孔を形成することにより、貫通孔を形成するための部材を必要とすることがなく、内部ファンを簡易に構成することができる。
また、本発明に係る密閉型回転電機は、前記貫通孔が、前記回転子鉄心側の径に対して当該回転子鉄心とは反対側の媒体流入側の径が大きく設定されていることを特徴としている。
この構成によると、貫通孔を通じての冷媒の移動を少ない管路抵抗で効率良く行うことができる。

また、本発明に係る密閉型回転電機は、前記内部ファンが、前記回転子鉄心及び前記永久磁石の軸方向移動を規制するように前記回転子鉄心を挿通する回転軸に嵌合されていることを特徴としている。
この構成によると、内部ファンで回転子鉄心の軸方向の移動を規制するので、回転子鉄心の軸方向移動を規制するための部材を別途用意する必要がなく、回転電機の構成を簡易化することができる。
また、本発明に係る密閉型回転電機は、前記内部ファンが、前記回転子鉄心の端面にプレスリングを介して装着されていることを特徴としている。
この構成とすることにより、回転子鉄心の軸方向の移動をプレスリングで抑制するので、内部ファンの剛性を低下させることができ、内部ファンを軽量小型化することができる。

また、本発明に係る密閉型回転電機は、前記固定子鉄心に、軸方向に延長して前記冷媒を通過させる内部冷媒循環路が形成されていることを特徴としている。
この構成によると、固定鉄心にも内部冷媒循環路を形成することにより、冷媒の循環流量をより多くして、冷却能力をより向上させることができる。
また、本発明に係る密閉型回転電機は、前記内部ファンが、前記回転子鉄心の軸方向の両端側にそれぞれ配置され、一方の内部ファンの前記貫通孔が連通する前記回転子鉄心の流通孔と、他方の内部ファンの前記貫通孔が連通する前記回転子鉄心の流通孔とを異ならせたことを特徴としている。
この構成によると、回転子鉄心の軸方向の両端にそれぞれ内部ファンを配置するので、冷媒循環流量を、内部ファンを片側に設ける場合に比較して倍増させることができ、冷却能力をより向上させることができる。

本発明によれば、内部ファンに、軸方向に延長して回転子鉄心の流通孔と連通する回転子鉄心の流通孔の数より少ない数の貫通孔を形成して、回転子鉄心に形成した流通孔を軸方向の一方側へ冷媒を通過させる流路と、これとは逆に冷媒を通過させる流路とを形成して冷媒循環路を形成して、冷却能力を向上させることができるという効果が得られる。
また、内部ファンに貫通孔を設けるだけでよいので、内部ファンの構成を簡易化して、製造コストを低減することができるという効果が得られる。

本発明に係る密閉型回転電機の第１の実施形態を示す縦断面図である。 図１の回転子におけるＡ−Ａ線上のプレスリングを省略した断面図である。 図１の内部ファンの一部を切欠して示す斜視図である。 本発明の原理を検証するための実験設備を示す模式図である。 実験に使用した内部ファン構造を示す斜視図であり、(ａ)は本発明相当の内部ファン、(ｂ)は従来例の内部ファンである。 図４の実験設備における圧力変化を示す説明図であり、(ａ)は本発明相当の内部ファンの圧力状態図、(ｂ)は従来例の内部ファンの圧力状態図である。 本発明に係る密閉型回転電機の第２の実施形態を示す断面図である。 図７の内部ファンの一部を切欠して示す斜視図である。 本発明に係る密閉型回転電機の第３の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る密閉型回転電機の第４の実施形態を示す断面図である。 従来例を示す断面図である。 従来例の内部ファンを示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示す断面図である。図中、１は密閉型回転電機であって、この密閉型回転電機１は、例えば円筒状のフレーム２の両端面がブラケット３ａ，３ｂによって密封されている。ブラケット３ａ，３ｂには、その中心部にシール４を介して回転軸５が回転自在に支持されている。
フレーム２の内周面には、コイル６を巻装した磁性鋼板を積層して形成された固定子鉄心７を有する固定子８が固定され、この固定子８の内周面に、所定間隙を介して回転軸５のフレーム２内に固定された回転子９の外周面が対向されている。

回転子９は、磁性鋼板を積層して形成された回転子鉄心１０がその中心に形成された挿通孔１０ａに回転軸５を挿通して軸方向両端が非磁性体のプレスリング１１ａ，１１ｂによって固定されている。
この回転子鉄心１０には、図２で拡大図示するように、回転子鉄心１０の中心軸を中心とする外周面より小さい円に外接する６六角形の各辺に沿う６個のスロット１２が軸方向に貫通して形成されている。
各スロット１２内には磁極を形成する断面偏平な長方形の永久磁石１３が挿通されて接着等により固定されて埋込み磁石構造とされている。ここで、永久磁石１３は、隣接する永久磁石１３で逆方向となるように半径方向に着磁されている。

また、回転子鉄心１０の内周側すなわち挿通孔１０ａ寄りの同心円上に所定間隔を保って冷媒を流通させる１２個の流通孔１４が軸方向に貫通して形成されている。同様に、プレスリング１１ａ及び１１ｂにも図１に示すように流通孔１４と対向する位置に軸方向に貫通する貫通孔１１ｃが形成されている。
また、プレスリング１１ａ及び１１ｂの外側には内部ファン１５ａ及び１５ｂが回転軸５に固定されて装着されている。
これら内部ファン１５ａ及び１５ｂのそれぞれは、図３に示すように、回転軸５を嵌挿する円筒形の内筒１６と、この内筒１６の外周面から円周方向に所定間隔を保って半径方向に延長する１２枚のブレードＢ１〜Ｂ１２と、各ブレードＢ１〜Ｂ１２の軸方向外側を覆う遮蔽部材となる円環状板１７とを備えている。ここで、ブレードＢ１〜Ｂ１２は、図２に示すように、その基部が回転子鉄心１０に形成された流通孔１４に対向されている。

そして、例えば奇数番目のブレードＢ１，Ｂ３……Ｂ１１には、内筒１６側の基部に、軸方向に貫通して円環状板１７の外側に開口し、前述した回転子鉄心１０に形成された流通孔１４に連通する貫通孔１８が形成されている。この貫通孔１８は、回転子鉄心１０に形成された流通孔１４より少ない数である６個とされている。また、残りの偶数番目のブレードＢ２，Ｂ４……Ｂ１２には、回転子鉄心１０の流通孔１４に対向する基部に切欠部１９が形成されている。

また、図２に示すように、回転子鉄心１０に配設された永久磁石１３間に対向する偶数番目のブレードＢ２，Ｂ４……Ｂ１２は、半径方向の突出長さが回転子鉄心１０の外周面近傍まで達する長さに設定されている。また、回転子鉄心１０に配設された永久磁石１３の中央部に対向する奇数番目のブレードＢ１，Ｂ３……Ｂ１１は、その先端が永久磁石１３の厚みｔの半分の厚みｔ／２まで覆うように突出長さが短く設定されて、永久磁石１３での漏洩磁束の発生を抑制している。

そして、上記構成を有する内部ファン１５ａ及び１５ｂが回転子鉄心１０の軸方向の両端側に配設されたプレスリング１１ａ及び１１ｂの軸方向外側に、円環状板１７を軸方向外側とし、貫通孔１８をプレスリング１１ａ及び１１ｂの貫通孔１１ｃに連通させて装着されている。
このとき、内部ファン１５ａ及び１５ｂは、内部ファン１５ａの貫通孔１８がプレスリング１１ａの貫通孔１１ｃを介して連通する回転子鉄心１０の流通孔１４と、内部ファン１５ｂの貫通孔１８がプレスリング１１ｂの貫通孔１１ｃを介して連通する回転子鉄心１０の流通孔１４とが異なるように装着されている。
そして、フレーム２及びブラケット３ａ及び３ｂで構成される密閉容器内に例えば空気でなる冷媒が封入されている。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
固定子鉄心７に巻装されたコイル６にインバータから駆動電流を通電することにより、回転子９が回転駆動されて同期回転電機として作動する。
このとき、回転子９が回転すると、これに応じて回転軸５を介して連結されている内部ファン１５ａ及び１５ｂも一体回転することになる。これら内部ファン１５ａ及び１５ｂが回転すると、内部ファン１５ａ及び１５ｂの内周側に存在する冷媒がブレードＢ１〜Ｂ１２と円環状板１７とによって案内されて遠心力によって外周側に押し出されることになる。このため、内部ファン１５ａ及び１５ｂの内筒１６側に負圧が発生する。

この内部ファン１５ａ及び１５ｂの内筒側には、貫通孔１８は開口しておらず、回転子鉄心１０に形成された流通孔１４がプレスリング１１ａ及び１１ｂの貫通孔１１ｃを介して開口されている。そして、内部ファン１５ａ及び１５ｂで、図１に示すように、貫通孔１８が連通する流通孔１４が異なるように設定されている。
したがって、内部ファン１５ａでは、図１の上半部に示すように、内部ファン１５ｂの貫通孔１８がプレスリング１１ｂの貫通孔１１ｃ、回転子鉄心１０の流通孔１４及びプレスリング１１ａの貫通孔１１ｃを介して連通されて冷媒通路が形成される。このため、内部ファン１５ａでは、冷媒通路を介して、内部ファン１５ｂ側の冷媒を吸引する。
同様に、内部ファン１５ｂでは、図１の下半部に示すように、内部ファン１５ａの貫通孔１８がプレスリング１１ａの貫通孔１１ｃ、回転子鉄心１０の流通孔１４及びプレスリング１１ｂの貫通孔１１ｃを介して連通されて冷媒通路が形成される。このため、内部ファン１５ｂでは、上記冷媒通路を介して内部ファン１５ａ側の冷媒を吸引する。

よって、例えば内部ファン１５ａで内部ファン１５ｂ側から吸引した冷媒が遠心力よって外周側に押し出されて固定子８のコイル６のコイルエンド６ｅに向かい、このコイルエンド６ｅを冷却する。この状態では、内部ファン１５ａの貫通孔１８はプレスリング１１ａの貫通孔１１ｃ、回転子鉄心１０の流通孔１４、プレスリング１１ｂの貫通孔１１ｃを通って内部ファン１５ｂに連通している。このため、この貫通孔１８の周囲の冷媒が内部ファン１５ｂに吸引されている。したがって、内部ファン１５ａによってコイルエンド６ｅ側に押し出された冷媒がフレーム２、ブラケット３ａ及び円環状板１７によって案内されて円環状板１７の内周側に達する。その後、内部ファン１５ｂで吸引されて内部ファン１５ｂのブレードＢ１〜Ｂ１２の遠心力によって、外周側に押し出されてコイルエンド６ｅを冷却する。その後、内部ファン１５ｂの貫通孔１８から吸引されて、プレスリング１１ｂの貫通孔１１ｃ、回転子鉄心１０の流通孔１４及びプレスリング１１ａの貫通孔１１ｃを通って内部ファン１５ａに戻る冷媒循環路が形成される。このとき、内部ファン１５ａ及び１５ｂの双方で冷媒を吸引しているので、冷媒循環路を流れる冷媒流量をより多くすることができ、大きな冷却能力を発揮することができる。

このように、上記冷媒循環路で冷媒が内部ファン１５ａ側と内部ファン１５ｂ側との間を循環することになり、前述したように固定子鉄心７の外周側に循環路を形成することなく、回転子９側で冷媒循環路を形成することができ、冷却能力を確保しながら密閉型回転電機を小型化することができる。
また、内部ファン１５ａ及び１５ｂの構成が、回転子鉄心１０に形成した流通孔１４より少ない数の貫通孔１８を形成するだけで、冷媒循環を確保することができ、内部ファン１５ａ及び１５ｂの構成を簡易化することができ、製造コストも低減することができる。

上記第１の実施形態の効果を実証するために、図４に示すように、回転軸５に回転子鉄心１０及び内部ファン１５ａ及び１５ｂを装着して回転子９を構成する。
このとき、内部ファン１５ａ及び１５ｂとしては、図５（ａ）に示すように、６枚のブレード２１間を１つ置きに扇状部２２で塞ぎ、この扇状部２２に円環状板２３に達する軸方向の貫通孔２４を形成する簡易モデル構成とした。また、内部ファン１５ａの貫通孔２４と内部ファン１５ｂの貫通孔２４とを図４に示す回転子鉄心２５に形成した異なる流通孔２６に連通させた。

そして、図４に示すように、回転子９の内部ファン１５ａ及び１５ｂを覆うように冷媒室３１ａ及び３１ｂを形成し、駆動側の冷媒室３１ａの壁面温度を１００℃に固定し、反駆動側の冷媒室３１ｂの壁面温度を５０℃に固定する。この状態で回転子９を１８００ｍｉｎ^-1の回転速度で回転させたときに、冷媒室３１ａ及び３１ｂ、回転子９及び内部ファン１５ａ，１５ｂの圧力分布を計測した。

この測定結果は、図６（ａ）に示すように、冷媒室３１ａ及び３１ｂの外周側の圧力が最も高く、中心側に向かうに従って圧力が徐々に低下している。また、内部ファン１５ａ及び１５ｂの貫通孔２４が形成されていない領域すなわちブレード２１間に扇状部２２が形成されてない部分の内周面側が負圧となって最低圧力となり、これに連通する回転子鉄心２５の流通孔２６の入口側の圧力が少し高くなるが負圧となっている。また、流通孔２６ａの内部圧力はさらに一段高くなるが負圧を継続しており、内部ファン１５ｂの貫通孔２４の入口側では正圧となっている。

この測定結果から内部ファン１５ａ（又は１５ｂ）の貫通孔２４が形成されていない部分の中心部側に負圧が生じており、これに対向する内部ファン１５ｂ（又は１５ａ）の貫通孔２４位置では正圧となっていて、両者には明確な圧力差を生じていることが実証された。また、図示しないが、冷媒室３１ａ及び３１ｂの絶対温度での温度差ΔＴは３１Ｋであり、最初に設定した温度差ΔＴ＝５０Ｋに対して３８％減少しており、冷媒室３１ａ及び３１ｂ間に冷媒の流通があったことが実証された。

これに対して、図５（ｂ）に示すように、内部ファン１５ａ及び１５ｂを、扇状部２２を除去した従来例と同様の構成として回転子を構成し、この回転子を上記と同じ条件下で圧力分布を計測すると、図６（ｂ）に示すようになり、内部ファン１５ａ及び１５ｂの内周側で負圧が発生しているものの回転子９の流通孔２６の内部ファン１５ａ側と内部ファン１５ｂ側とで圧力差がほとんど無いことが確認された。また、冷媒室３１ａ及び３１ｂ間の温度差ΔＴは５０Ｋであり、最初の設定から変化していないことが確認された。
このため、内部ファン１５ａ及び１５ｂの夫々で反対側の冷媒を吸引することができず、内部ファン１５ａ及び１５ｂ間に冷媒循環路が形成されていないことが実証された。

以上の結果から、本実施形態のように、内部ファン１５ａ及び１５ｂに貫通孔１８を形成することにより、回転子鉄心１０の流通孔１４を経由する冷媒循環路を形成して、冷却性能を向上させることができることが実証された。
なお、上記第１の実施形態においては、内部ファン１５ａ及び１５ｂに形成する貫通孔１８の数をそれぞれ回転子鉄心１０に形成した流通孔１４の半分の数に設定したが、必要な冷却能力に応じて内部ファン１５ａ及び１５ｂの貫通孔の合計数を流通孔１４の数未満に設定することもできる。
また、回転子鉄心１０に形成した流通孔１４の内部ファン１５ａから内部ファン１５ｂへの通過流量とその逆方向の通過流量を均衡させる意味で、内部ファン１５ａ及び１５ｂの貫通孔数を同数に設定することが望ましい。しかしながら、回転子鉄心１０に形成する流通孔１４の径を変更して、内部ファン１５ａ及び１５ｂの貫通孔数を異ならすようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態を図７及び図８について説明する。
この第２の実施形態では、内部ファン１５ａ及び１５ｂで直接回転子鉄心１０の移動を規制するとともに、冷媒の流路抵抗を低下させるようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態においては、図７に示すように、前述した第１の実施形態の構成において、プレスリング１１ａ及び１１ｂを省略し、これに代えて内部ファン１５ａ及び１５ｂを回転軸５に嵌合させることにより、回転子鉄心１０の軸方向の移動を規制する構成としている。また、内部ファン１５ａ及び１５ｂの貫通孔１８が、図７及び図８に示すように、回転子鉄心１０側の径に対して円環状板１７側の径が大きいテーパー形状に形成されている。その他の構成は前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、図１及び図３との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。

この第２の実施形態によると、前述した第１の実施形態と同様に、内部ファン１５ａ及び１５ｂ間で異なる流通孔１４を使用して冷媒循環路を形成することができ、冷却能力を向上させることができる。この場合、冷却性能は、冷媒の移動速度に依存し、冷媒循環路の流路抵抗が大きな影響を与える。この流路抵抗において、支配的となるのは、内部ファン１５ａ及び１５ｂの冷媒流入側の貫通孔１８である。このため、貫通孔１８を冷媒の流入側の径を回転子鉄心１０の流通孔１４側の径より大きくするテーパー形状とすることにより、流路抵抗を減少させることができる。これにより、冷媒の移動速度を速くして、密閉型回転電機１の冷却能力を向上させることができる。

また、上記第２の実施形態によると、非磁性体製のプレスリング１１ａ及び１１ｂを省略することができるので、この分部品点数を低減して製造コストを低減させることができるとともに、組付工数も低減することができる。また、プレスリング１１ａ及び１１ｂを省略することにより、プレスリング１１ａ及び１１ｂでの熱抵抗が零となり、冷却能力の向上につながる。
この場合に、前述した第１実施形態で説明したように、内部ファン１５ａ及び１５ｂの永久磁石１３に接触するブレードＢ１，Ｂ３……Ｂ１１の突出長さを永久磁石１３の厚みの半分程度以下とすることにより、永久磁石１３の端面に直接ブレードＢ１，Ｂ３……Ｂ１１が接触しても永久磁石１３の軸方向の漏洩磁束を十分に抑制することができる。第１の実施形態と同様の回転電機性能を維持することが可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態を図９について説明する。
この第３の実施形態は、発熱が少なく高い冷却能力を必要としない密閉型回転電機１に適用するものである。
すなわち、第３の実施形態では、図９に示すように、前述した第１の実施形態における図１の構成において、プレスリング１１ａを省略し、これに代えて前述した第２の実施形態のように内部ファン１５ａで回転子鉄心１０の軸方向移動を規制するようにしている。さらに、内部ファン１５ｂを省略している。

この第３の実施形態によると、固定子８での発熱が少ない場合に対応するもので、内部ファン１５ｂを省略して、内部ファン１５ａの一つだけであるので、内部ファン１５ｂを省略した分冷媒の吸引能力が低下して、冷却能力が低下することになるが、その分固定子８での発熱が少なく冷却能力が十分である場合には問題がなく、内部ファン１５ｂを省略したことにより、製造コストを低減することができるとともに、風損を低減することができる。
なお、上記実施形態においては、内部ファン１５ｂを省略した場合について説明したが、内部ファン１５ａを省略して内部ファン１５ｂのみを設けるようにしても上記と同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第４の実施形態を図１０について説明する。
この第４の実施形態においては、前述した第２の実施形態において、さらに冷却能力を向上させるようにしたものである。
すなわち、第４の実施形態では、図１０に示すように、前述した第２の実施形態における図７の構成において、固定子８の外側のフレーム２における例えば内部ファン１５ｂの貫通孔１８すなわち奇数番目のブレードＢ１，Ｂ３…Ｂ１１に対向する１以上の位置に冷媒循環路４０を形成したことを除いては図７と同様の構成を有する。このため、図７との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。

この第４の実施形態によると、内部ファン１５ａの貫通孔１８を通る冷媒循環路と、フレーム２に形成した冷媒循環路４０とを通じて冷媒を循環させることができ、内部ファン１５ａ及び１５ｂ間の冷媒流量を増加させることができ、冷却能力をより向上させることができる。このとき、フレーム２に形成する冷媒循環路４０の断面積を大きくすることにより、流路抵抗を減少させて冷却能力をより向上させることができる。

この第４の実施形態においては、固定子側に形成した冷媒循環路４０での冷媒流量を確保するために、内部ファン１５ａ及び１５ｂの一方の貫通孔数を他方の貫通孔数より多くして、吸引する冷媒流量を多くするようにすることが好ましい。
なお、第４の実施形態においては、第２の実施形態に冷媒循環路４０を追加した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１または３の実施形態に冷媒循環路４０を追加するようにしてもよい。

また、上記第１〜第４の実施形態においては、回転子鉄心１０に形成した流通孔１４の数を１２、内部ファン１５ａ，１５ｂに形成した貫通孔１８の数を６とした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、流通孔１４の数及び貫通孔１８の数は任意に設定することができる。また、内部ファン１５ａ，１５ｂの貫通孔１８は、ブレードＢ１，Ｂ３……Ｂ１１の基部に形成する場合に代えて、内筒１６の厚みを厚く形成し、その内筒１６内に形成するようにしてもよい。

また、上記第１〜第４の実施形態においては、冷媒として空気を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、冷媒としては他の気体又は液体等の任意の流体を適用することができる。
また、上記第１〜第４の実施形態においては、回転子９に永久磁石１３を埋込んだ埋込み磁石（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）構造に構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転子鉄心１０の外周面に永久磁石を配置した表面磁石（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）構造の回転子とすることもできる。

１…密閉型回転電機、２…フレーム、３ａ，３ｂ…ブラケット、５…回転軸、６…コイル、７…固定子鉄心、８…固定子、９…回転子、１０…回転子鉄心、１１ａ，１１ｂ…プレスリング、１３…永久磁石、１４…流通孔、１５ａ，１５ｂ…内部ファン、１６…内筒、Ｂ１〜Ｂ１２…ブレード、１７…円環状板、１８…貫通孔、４０…冷媒循環路

Claims (8)

1. コイルを巻装した固定子鉄心を有する固定子と、
   該固定子の固定子鉄心に対向して回転自在に配設された永久磁石を円周方向に配置した回転子鉄心を有する回転子と
   を備えた密閉型回転電機であって、
   前記回転子鉄心の内周側に冷媒が軸方向に移動可能な複数の流通孔が円周方向に形成され、
   該回転子鉄心の軸方向端部の少なくとも一方に、円周方向に所定間隔を保って形成されたブレードと、前記流通孔の数より少数で当該流通孔と連通し、前記ブレードの軸方向外側に向けて、延長して形成された貫通孔とを有する内部ファンが配置されている
   ことを特徴とする密閉型回転電機。
2. 前記内部ファンは、回転軸を嵌挿し前記ブレードを支持する内筒と、前記ブレードの軸方向外側を覆う遮蔽部材とを備え、前記貫通孔は前記遮蔽部材の外側に開口していることを特徴とする請求項１に記載の密閉型回転電機。
3. 前記貫通孔は、前記ブレードの前記内筒側の基部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の密閉型回転電機。
4. 前記貫通孔は、前記回転子鉄心側の径に対して当該回転子鉄心とは反対側の媒体流入側の径が大きく設定されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の密閉型回転電機。
5. 前記内部ファンは、前記回転子鉄心及び前記永久磁石の軸方向移動を規制するように前記回転子鉄心を挿通する回転軸に嵌合されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の密閉型回転電機。
6. 前記内部ファンは、前記回転子鉄心の端面にプレスリングを介して装着されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の密閉型回転電機。
7. 前記固定子鉄心に、軸方向に延長して前記冷媒を通過させる内部冷媒循環路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の密閉型回転電機。
8. 前記内部ファンは、前記回転子鉄心の軸方向の両端側にそれぞれ配置され、一方の内部ファンの前記貫通孔が連通する前記回転子鉄心の流通孔と、他方の内部ファンの前記貫通孔が連通する前記回転子鉄心の流通孔とを異ならせたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の密閉型回転電機。