JP6065506B2

JP6065506B2 - 回転機

Info

Publication number: JP6065506B2
Application number: JP2012221313A
Authority: JP
Inventors: 典久半田; 聡大橋
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-10-03
Also published as: JP2014075888A

Description

本発明は、ステータコアに対してロータがエアギャップを挟んで回転する回転機に関する。

電動機や発電機等の回転機において、ロータ及びステータコアの抜熱を効率的に行うために、ステータコアとロータ間のエアギャップに空気等の冷媒を強制的に流す構成が知られている。その例として、ロータの周面にらせん状の突条や溝を設けて、エアギャップをロータの回転軸方向に冷媒（空気等）が流れるようにしたものがある（例えば、特許文献１，２）。

特許第３８３２１８７号公報特開２００８−５６２７号公報

上述したロータの周面に突条を形成することは加工上非常に困難である。また、ロータの周面に突条や溝を形成する場合は、ロータの高速回転により周面に大きな遠心力がかかることを考慮して、応力集中によるバーストを起こさないようロータの堅牢性を高める必要がある。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ロータの堅牢性を必要以上に高めることなく加工が容易な構成でロータ及びステータコアからの効率的な抜熱を実現することができる回転機を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の回転機は、
円環状のヨークの周方向に間隔をおいた複数箇所から前記ヨークの中心方向にティースがそれぞれ延設された薄板を、前記周方向における前記ティースの位置を合わせて複数枚積層して構成されたステータコアと、
前記ステータコアの内側にエアギャップを介して配置されて回転軸の周りに回転するロータと、
を有する回転機において、
前記各薄板の前記ティースの先端にそれぞれ形成された凹部により、前記ステータコアの複数枚積層された前記ティースの先端面の、前記回転軸及び前記周方向に対して傾斜した螺旋の軌跡上に、溝部が形成されている、
ことを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の回転機によれば、ティースの先端に形成する凹部の位置をヨークの周方向に異ならせた複数種類の薄板を組み合わせて積層しステータコアを構成することで、ステータコアとしてのティースの先端面に螺旋状の溝部が容易に形成される。そして、ロータが回転すると、ステータコアの溝部に空気等の冷媒が通流し、ロータの回転軸方向にエアギャップを通過する冷媒の流れが強制的に形成される。

したがって、ロータの堅牢性を必要以上に高めることなく加工が容易な構成でロータ及びステータコアからの効率的な抜熱を実現することができる。

また、請求項１に記載した本発明の回転機は、前記各薄板の前記凹部により、前記ステータコアの複数枚積層された前記ティースの先端面の、互いに交差する少なくとも２本の螺旋の軌道上に、前記溝部がそれぞれ形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の回転機によれば、ステータコアとしてのティースの先端面に形成された２本の螺旋状の溝部の交差箇所では、各溝内を通流する冷媒が合流して流れに乱れが発生し、ロータ及びステータコアとの間における伝熱効率が向上する。したがって、ロータ及びステータコアからの抜熱効率をより一層向上させることができる。

本発明によれば、ステータコアを構成する薄板のティースの先端に凹部を形成するだけで、ステータコアとしてのティースの先端面に、冷媒が通流する溝部が容易に形成される。このため、ロータの堅牢性を必要以上に高めることなく加工が容易な構成でロータ及びステータコアからの効率的な抜熱を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る回転機の概略構成を示す断面図である。図１のステータコアのベースとなる参考例のステータコアの構成を示す斜視図である。図１のステータコアのベースとなる参考例のステータコアの構成を示す斜視図である。図１のステータコアの一例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大斜視図である。図１のステータコアの他の例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る回転機の概略構成を示す断面図である。本実施形態では、電動モータや発電機として使用する回転機について説明する。

図１に示すように、本実施形態の回転機は、円筒状のケーシング１の内部に円筒状のステータコア３を収容し、さらに、ステータコア３の内側にエアギャップＧを介してロータ５を、回転軸５ａの周りに回転可能に配置している。ケーシング１の両開放端は端部部材７，７により閉塞され、各端部部材７からケーシング１の内部に突出する環状突起７ａの先端寄り内周面に設けた軸受部９によって、回転軸５ａが軸受されている。

上述したステータコア３及びロータ５から効率的に抜熱するには、エアギャップＧに例えば空気等の冷媒を強制的に通流させるのが効果的である。ロータ５の周面に突起や溝を形成してエアギャップＧにおける冷媒の流れを作るとすると、ロータ５が高速回転して遠心力による大きな応力が突起や溝に集中することを考慮して、それに耐え得るようにロータの堅牢性を高くする必要がある。したがって、ロータ５の加工が非常に困難になる。

そこで、例えば図２の斜視図に示す参考例のように、ステータコア３の各ティース３ａの先端面３ｂの、ロータ５の回転方向（周方向）及び回転軸５ａに対して傾斜した螺旋の軌跡上に、溝部３ｃを形成することが考えられる。ステータコア３は、通常、後述する説明で参照する図４（ａ）の斜視図に示すように、複数枚の鋼板３１を積層して形成される。このような積層鋼板で形成したステータコア３において、鋼板３１の積層後に、ティース３ａの先端面３ｂに溝部３ｃを形成するのは、加工上非常に困難を伴う。

また、例えば図３の斜視図に示す参考例のように、ティース３ａの内側に挿入してロータ５の外側に配置する筒状のスリーブ６の内周面６ａに、ロータ５の回転方向（周方向）及び回転軸５ａに対して傾斜した螺旋状の溝部６ｂを形成することも考えられる。しかし、各ティース３ａに巻回するコイル（図示せず）の分極を確保するためにスリーブ６を非磁性体で構成する必要があるため、コイルの周りに形成される磁気回路の効率が下がってしまうことが懸念される。

以上のことを考慮して、本実施形態の回転機では、ステータコア３のティース３ａの先端面３ｂに、螺旋の軌跡を描く溝部３ｃ（請求項中の溝部に相当）を形成する構成を採用している。それに当たり、本実施形態の回転機では、図４（ａ）の斜視図に示すように、複数枚の鋼板３１（請求項中の薄板に相当）を積層してステータコア３を構成することに着目し、溝部３ｃの形成の仕方を工夫している。

詳しくは、各鋼板３１は、円環状のヨーク３３の周方向に間隔をおいた複数箇所からヨーク３３の中心方向にティース３５をそれぞれ延設して構成されている。また、各鋼板３１のティース３５の先端には、凹部３７がそれぞれ形成されている。そして、図４（ａ）の例では、１３枚一組の鋼板３１を３セット積層して１つのステータコア３を構成する場合を示している。

ちなみに、１セットを構成する鋼板３１の積層枚数や、１つのステータコア３を構成する鋼板３１の積層枚数は、ステータコア３や溝部３ｃの設計に応じて適宜決定すればよい。また、ステータコア３を構成する鋼板３１の積層枚数は、１セットを構成する鋼板３１の積層枚数の整数倍でなくてもよい。

図４（ｂ）の拡大斜視図に示す例では、各セットの鋼板３１は、凹部３７の位置をヨーク３３の周方向（ロータ５の回転方向）において異ならせた６種類の鋼板３１ａ〜３１ｆを組み合わせて１３枚積層して構成されている。具体的には、ティース３５の先端の周方向における中央に凹部３７を形成した鋼板３１ｆの両側に、裏表を逆に向けた５種類の鋼板３１ａ〜３１ｅをそれぞれ積層して、１セットとしている。

上述したように１３枚の鋼板３１（３１ａ〜３１ｆ）を組み合わせて積層しステータコア３を構成することで、ステータコア３としてのティース３ａの先端面３ｂに、螺旋の軌跡を描く溝部３ｃを等間隔で形成（本実施形態では３本）している。

このステータコア３を用いて図１の回転機を構成することで、ロータ５の回転によりステータコア３の溝部３ｃを空気等の冷媒が流れ、ロータ５の回転軸５ａ方向にエアギャップＧを通過する冷媒の流れが強制的に形成される。

このように、本実施形態の回転機によれば、ティース３５の先端に形成した凹部３７の位置がヨーク３３の周方向（ロータ５の回転方向）において異なる６種類の鋼板３１（３１ａ〜３１ｆ）を積層することで、ティース３ａの先端面３ｂに螺旋状の溝部３ｃを有するステータコア３を形成するものとした。

凹部３７の位置が異なる鋼板３１ａ〜３１ｆは、打ち抜き等のプレス加工により容易に形成することができるので、ロータ５の堅牢性を必要以上に高めて突起や溝を形成することなく、加工が容易な構成でエアギャップＧに冷媒の強制的な流れを形成し、ステータコア３及びロータ５からの効率的な抜熱を実現することができる。

なお、図５（ａ）、（ｂ）の斜視図及び拡大斜視図に示すように、各鋼板３１（３１ａ〜３１ｆ）のティース３５の先端に形成する凹部３７のパターンを変えて、互いに交差する２方向の螺旋状の溝部３ｃをステータコア３のティース３ａの先端面３ｂに形成してもよい。このように２方向の溝部３ｃを交差するように形成すれば、溝部３ｃどうしの交差箇所において各溝部３ｃを流れる冷媒が合流して流れに乱れが発生し、ステータコア３及びロータ５との間における伝熱効率が向上する。したがって、ステータコア３及びロータ５からの抜熱効率をより一層向上させることができる。

ちなみに、図５（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態においても、１セットを構成する鋼板３１の積層枚数や、１つのステータコア３を構成する鋼板３１の積層枚数は、ステータコア３や溝部３ｃの設計に応じて適宜決定すればよい。また、ステータコア３を構成する鋼板３１の積層枚数は、１セットを構成する鋼板３１の積層枚数の整数倍でなくてもよい。

また、図４及び図５の各実施形態では、ヨーク３３の全周分を１つのピースで構成した鋼板３１を例に取って説明した。しかし、ヨーク３３の周方向に複数のピース（例えば、ティース３５の数の整数分の１）に分割したものをつなぎ合わせて１つの鋼板３１を構成する場合にも、本発明は適用可能である。

１ケーシング
３ステータコア
３ａ，３５ティース
３ｂティース先端面
３ｃ，６ｂ溝部
５ロータ
５ａ回転軸
６スリーブ
６ａ内周面
７端部部材
７ａ環状突起
９軸受部
３１，３１ａ〜３１ｆ鋼板
３３ヨーク
３７凹部
Ｇエアギャップ

Claims

円環状のヨークの周方向に間隔をおいた複数箇所から前記ヨークの中心方向にティースがそれぞれ延設された薄板を、前記周方向における前記ティースの位置を合わせて複数枚積層して構成されたステータコアと、
前記ステータコアの内側にエアギャップを介して配置されて回転軸の周りに回転するロータと、
を有する回転機において、
前記各薄板の前記ティースの先端にそれぞれ形成された凹部により、前記ステータコアの複数枚積層された前記ティースの先端面の、前記回転軸及び前記周方向に対して傾斜した螺旋の軌跡上に、溝部が形成されており、
前記各薄板の前記凹部により、前記ステータコアの複数枚積層された前記ティースの先端面の、互いに交差する少なくとも２本の螺旋の軌道上に、前記溝部がそれぞれ形成されている、
ことを特徴とする回転機。