JP5690884B2 - 回転電機 - Google Patents
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Description
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。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。
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。
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。
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。
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。回転電機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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (3)
- 回転子と、上記回転子の軸方向両端に取付けられたファンと、上記回転子を所定のギャップを設けて取り囲むように、上記回転子と同軸に配置された固定子と、上記固定子と上記回転子を収納する密封されたケーシングと、上記固定子と上記回転子を冷却する冷却ガスを冷却するガス冷却器と、上記ケーシングの端面の内部において、上記ケーシングの側面と上記ファンとの間に通風路を形成するように、上記ケーシングと上記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、上記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、上記ファンと上記ガス冷却器の間に通風路を形成するように、上記仕切りガイドの軸方向の中央側に上記仕切りガイドと上記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、上記ファンを通過した上記冷却ガスは方向をかえて上記軸方向に垂直な方向を外周側へ流れ上記ガス冷却器に戻ることを特徴とする回転電機。
- 上記仕切りガイドが、上記ファン対向部の軸方向における中央側の端に軸に垂直な面として設けられる内面部とを有するものであり、上記中央側ガイドが上記内面部と上記ファンの羽長さとほぼ等しい間隔で設けられることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
- 回転子と、上記回転子の軸方向の両端に取付けられたファンと、上記回転子を所定のギャップを設けて取り囲むように、上記回転子と同軸に配置された固定子と、上記固定子と上記回転子を収納する密封されたケーシングと、上記固定子と上記回転子を冷却する冷却ガスを冷却するガス冷却器と、上記ケーシングの端面の内部において、上記ケーシングの側面と上記ファンとの間に通風路を形成するように、上記ケーシングと上記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、上記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を備え、上記ファンを通過した上記冷却ガスは方向をかえて上記軸方向に垂直な方向を外周側へ流れ上記ガス冷却器に戻ることを特徴とする回転電機。
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