JP6586436B2

JP6586436B2 - 回転電機およびその回転子

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Publication number: JP6586436B2
Application number: JP2017086189A
Authority: JP
Inventors: 孔三西村
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2037-04-25
Also published as: JP2018186618A

Description

本発明は、回転電機およびその回転子に関する。

回転電機は、回転子と固定子とを備えている。回転子は、通常、回転軸回りを回転するロータシャフトと、そのロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する。また、固定子は、強磁性体の鋼板を軸方向に積層した円筒形状の固定子鉄心と、この固定子鉄心に形成されたティースに巻回された固定子コイルを有する。回転子鉄心および固定子鉄心には、磁束を効果的に通過させられるように、一定の領域の磁路が確保されている。

たとえば、誘導式回転電機においては、回転子に生ずる渦電流による鉄損を低減するために、通常、回転子鉄心が電磁鋼板を積層した構造となっている。また、巻線型の誘導式回転電機の場合は、回転子にも回転子巻線が設けられている。

負荷運転時には、回転電機の機内においては、固定子巻線および回転子巻線では主に銅損が発生し、また固定子鉄心および回転子鉄心においては主に鉄損が発生する。このように固定子および回転子において生ずる鉄損および銅損による発熱による固定子巻線や回転子巻線等の温度上昇から固定子および回転子を保護するために、これらを冷却する必要がある。

このため、たとえば、ロータシャフトに取り付けた内扇により、空気などの冷却用気体を強制的に循環させ、冷却用気体により固定子および回転子を冷却している。また、固定子鉄心内に冷却用気体の流路を設けて、冷却用気体による冷却機能を高めている。さらには回転子鉄心内にも冷却用気体の流路を設けて、冷却用気体による冷却機能を高めている技術が知られている（特許文献１）。

特開２００８−２５３０１５号公報

回転電機において、冷却用気体の機内の循環機能を向上させるために、内扇を大きくすること、あるいは、回転子および固定子内の流路を広げることは、大きな効果を有するが、以下のように、いずれも回転電機のサイズアップをもたらす。

内扇は、通常、固定子巻線の端部（固定子巻線の固定子鉄心の軸方向外側部分）の軸方向の先端より軸方向内側に配されていることが多い。すなわち、固定子巻線の端部の径方向内側に配されることになる。ここで、内扇の容量増大を図ろうとすると、径方向の寸法を増大させる必要があり、固定子巻線の端部との干渉回避という制約がある。内扇を固定子巻線の端部よりも軸方向の外側に配すれば、内扇の径を大きくすることはできるが、ロータシャフトの軸長を長くする結果となる。

また、回転子および固定子内の流路は、通常、回転子および固定子それぞれの積層板の間に軸方向に間隙を設けることにより行われる。このため、回転子および固定子内の流路を広げることは、ロータシャフトの軸長を長くする結果となる。

そこで、本発明は、回転電機のサイズへの影響を最小限に抑えながら機内の冷却を効果的に行うことを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、軸方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられて軸方向に積層された複数の回転子鉄心用電磁鋼板を具備する円筒形状の回転子鉄心と、を有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられて軸方向に積層された複数の電磁鋼板を有する複数の積層構造体を具備し互いに隣接する前記積層構造体間には径方向外側への冷却用気体の流路となる固定子ダクトが形成された円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向内側部分を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、を備える回転電機であって、前記複数の回転子鉄心用電磁鋼板のそれぞれは、楕円形であり、前記回転子鉄心は、互いに隣接し互いの周方向の円周角ピッチが所定の角度となりそれぞれが少なくとも１枚の回転子鉄心用電磁鋼板を有する電磁鋼板ユニットを複数有し、前記電磁鋼板ユニットは、軸方向にみて、周方向の一方向にらせん状に形成されていることを特徴とする。

また、本発明は、回転電機の回転子であって、軸方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられて軸方向に積層された複数の回転子鉄心用電磁鋼板を具備する円筒形状の回転子鉄心と、を備え、前記複数の回転子鉄心用電磁鋼板のそれぞれは、楕円形であり、前記回転子鉄心は、互いに隣接し互いの周方向の円周角ピッチが所定の角度となりそれぞれが少なくとも１枚の回転子鉄心用電磁鋼板を有する電磁鋼板ユニットを複数有し、前記電磁鋼板ユニットは、軸方向にみて、周方向の一方向にらせん状に形成されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、回転電機のサイズへの影響を最小限に抑えながら機内の冷却を効果的に行うことができる。

第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す回転軸に沿った立断面図である。第１の実施形態に係る回転電機の回転子鉄心および固定子鉄心の構成を示す回転軸に沿った縦断面図である。第１の実施形態に係る回転電機の回転子鉄心の構成要素である回転子鉄心用電磁鋼板を示す正面図である。第１の実施形態に係る回転電機の回転子鉄心の構成要素である回転子鉄心用電磁鋼板の積層の概念図である。第２の実施形態に係る回転電機の回転子鉄心の構成要素である回転子鉄心用電磁鋼板の積層の概念図である。第２の実施形態に係る回転電機の回転子鉄心の構成要素である電磁鋼板ユニットの相互の関係を示す概念図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機およびその回転子について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

［第１の実施形態］
本実施形態では、回転電機が、全閉外扇式の誘導式回転電機の場合を例にとって説明する。図１は、第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す回転軸に沿った立断面図である。回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、およびフレーム４０を有する。

回転子１０は、回転軸方向に水平に延びたロータシャフト１１、回転子鉄心１２、および回転子鉄心１２内を貫通する回転子巻線１７を有する。

ロータシャフト１１の一端には、駆動対象あるいは原動機などの結合対象との結合のためのカップリング部１１ａが形成されている。以下、回転軸方向（「軸方向」）に、カップリング部１１ａ側を結合側、その反対側を反結合側と呼ぶ。ロータシャフト１１は、両端を、反結合側軸受３０ａおよび結合側軸受３０ｂにより回転可能に支持されている。ロータシャフト１１には、軸方向に、回転子鉄心１２と反結合側軸受３０ａとの間に内扇５１ａが、また、回転子鉄心１２と結合側軸受３０ｂとの間に内扇５１ｂが取り付けられている。

回転子鉄心１２は、ロータシャフト１１の径方向外側に設けられ円筒状である。回転子鉄心１２の径方向外側表面近傍には、軸方向に貫通し、周方向に互いに間隔をもって、複数の回転子鉄心スロット１２ａ（図３）が形成されている。

回転子巻線１７は、たとえば界磁用の巻線であり、回転子巻線１７を構成する複数の回転子巻線用導体（図示せず）は、複数の回転子鉄心スロット１２ａのそれぞれを貫通する。回転子巻線用導体は、回転子鉄心１２の軸方向の外側で、互いに結合し、あるいは回転子巻線１７の外部と電気的に結合する。

固定子２０は、ギャップ１８を介して回転子鉄心１２の径方向外側に設けられた円筒状の固定子鉄心２１、および固定子鉄心２１の径方向内側表面近傍を回転軸方向に貫通する固定子巻線２２を有する。固定子鉄心２１は、軸方向に積層された構造体を有する。

フレーム４０は、固定子２０および回転子鉄心１２を収納するように、これらの径方向外側を囲んでいる。フレーム４０の回転軸方向の両側には、反結合側軸受ブラケット４５ａおよび結合側軸受ブラケット４５ｂが設けられており、それぞれ反結合側軸受３０ａおよび結合側軸受３０ｂを固定支持している。

フレーム４０の上部には、冷却器６０が設けられている。冷却器６０は、複数の冷却管６１、端板６２ａおよび６２ｂ、ガイド板６６ａおよび６６ｂ、および冷却管６１を収納する冷却器カバー６３を有する。

冷却管６１は、軸方向延びて、互いに平行に配されており、両端が端板６２ａ、６２ｂを貫通し、端板６２ａ、６２ｂにより固定支持されている。それぞれの冷却管６１の両端は開口している。ガイド板６６ａおよび６６ｂは、冷却管６１をその長手方向の中間で支持するとともに、冷却器６０内を通過する内気、すなわちフレーム４０内の各部を冷却する冷却用気体の流れのガイドとして設けられている。

ロータシャフト１１の反結合側の端部近傍には、当該回転電機１００を自ら冷却するために、外扇５５が設けられている。フレーム４０および端板６２ａには、外扇５５を覆うように外扇カバー５６が取り付けられている。外扇カバー５６には、外気の取り入れ口である流入口５６ａが形成されている。冷却器カバー６３内の雰囲気は、それぞれの冷却管６１の内部に連通している。

フレーム４０、反結合側軸受ブラケット４５ａ、結合側軸受ブラケット４５ｂ、冷却器カバー６３、および端板６２ａ、６２ｂは、互いに相俟って閉空間４０ａを形成する。また、冷却器６０においては、冷却管６１も閉空間４０ａを形成する要素であり、冷却管６１の外側が閉空間４０ａの一部となっている。閉空間４０ａを構成するフレーム４０内の空間と冷却器カバー６３内の空間とは、冷却器入口開口６４および冷却器出口開口６５ａ、６５ｂで連通している。

閉空間４０ａ内は、たとえば空気などの冷却用気体が満たされている。冷却用気体は、内扇５１ａ、５１ｂに駆動されて、閉空間４０ａ内を循環する。内扇５１ａ、５１ｂにより駆動された冷却用気体は、軸方向の両側から回転子鉄心１２および固定子２０に流入する。

回転子鉄心１２および固定子２０を通過してこれらを冷却した冷却用気体は、固定子鉄心２１の径方向外側に流出し、冷却器入口開口６４を経由して、冷却器６０に流入する。冷却器６０に流入した冷却用気体は、ガイド板６６ａとガイド板６６ｂとの間を、複数の冷却管６１の外表面で冷却されながら上部連通空間６７まで上昇する。冷却用気体は、上部連通空間６７で方向を転換して反結合側と結合側の２方向に分離する。

反結合側の方向に方向転換した冷却用気体は、下方に方向転換し、ガイド板６６ａと端板６２ａの間の複数の冷却管６１の外表面で冷却されながら、冷却管６１の外側を下降し、その後、冷却器出口開口６５ａを経由して冷却器６０から流出する。冷却器６０から流出した冷却用気体は、フレーム４０内に流入し、内扇５１ａに流入する。

結合側の方向に方向転換した冷却用気体は、下方に方向転換し、ガイド板６６ｂと端板６２ｂの間の複数の冷却管６１の外表面で冷却されながら、冷却管６１の外側を下降し、その後、冷却器出口開口６５ｂを経由して冷却器６０から流出する。冷却器６０から流出した冷却用気体は、フレーム４０内に流入し、内扇５１ｂに流入する。

図２は、回転子鉄心および固定子鉄心の構成を示す回転軸に沿った立断面図である。なお、回転子巻線１７および固定子巻線２２の図示は省略している。

回転子鉄心１２は、軸方向に積層された、強磁性体であるたとえばケイ素鋼板などの複数の回転子鉄心用電磁鋼板１４を有する。回転子鉄心１２の軸方向には、互いに間隔をおいて、軸方向に間隙を有する複数の回転子ダクト１３が形成されている。それぞれの回転子ダクト１３は、たとえばスペーサ（図示せず）により互いに隣接する回転子鉄心用電磁鋼板１４の相互の間隔が維持されている。それぞれの回転子ダクト１３においては、互いに隣接する回転子鉄心用電磁鋼板１４およびスペーサ等によって、径方向の内側から外側に向かう冷却用気体の流路が形成されている。

ロータシャフト１１の表面には、軸方向に、回転子鉄心１２の軸方向外側まで延びた冷却用気体の軸方向流路１１ｂが形成されている。この軸方向流路１１ｂは、回転子鉄心１２の軸方向外側の空間と回転子ダクト１３間を連通する。

ギャップ１８を挟んで、回転子鉄心１２の径方向外側には、中空円筒状の固定子鉄心２１が配されている。固定子鉄心２１は、強磁性体であるたとえばケイ素鋼板などの複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて１つのグループを構成する複数の積層構造体２３を有する。積層構造体２３を構成する電磁鋼板は、中央に回転子が貫通する円形の開口が形成された孔明き円板である。

互いに隣接する積層構造体２３は、軸方向に間隙を有する空間である固定子ダクト２４を形成する。それぞれの固定子ダクト２４は、たとえばスペーサ（図示せず）により間隙寸法が維持されている。固定子ダクト２４は、固定子鉄心２１の軸方向に互いに間隔をもって形成されている。固定子ダクト２４は、ギャップ１８に流入した冷却用気体、あるいは回転子鉄心１２から径方向外側に流出した冷却用気体が、径方向内側から径方向外側に流れる流路となる。

図３は、回転子鉄心の構成要素である回転子鉄心用電磁鋼板を示す正面図である。

回転子鉄心１２の構成要素であるそれぞれの回転子鉄心用電磁鋼板１４は、完全な円板形状ではなく、楕円形状である。回転子鉄心用電磁鋼板１４を正面に見て、最大径Ｌａ側を通る回転子鉄心用電磁鋼板１４の直線を長軸ＬＬ、最小径Ｌｂ側を通る直線を短軸ＳＳとし、その交点を中心点Ｃとする。最大径Ｌａ＞最小径Ｌｂである。

ここで、最大径Ｌａは、固定子鉄心２１の径方向内側表面の径、すなわち内径Ｄｉ（図４）より、所定の値δｒ１（図４）の２倍だけ小さく形成されている。ここで、所定の値δｒ１は、固定子鉄心２１の孔明け、積層等に伴う製作誤差、回転子鉄心用電磁鋼板１４の加工、積層等に伴う製作誤差、回転電機１００の組み立て誤差、運転中の各部の変形等を考慮した必要な値より大きな値に設定する。

また、最小径Ｌｂは、内径Ｄｉより、所定の値δｒ２（図４）の２倍だけ小さく形成されている。所定の値δｒ２は、回転子巻線１７により生成される磁束の回転子鉄心１２への浸透、回転子巻線１７により生成される磁束の固定子鉄心２１への浸透を確保するために必要な固定子鉄心２１と回転子鉄心１２との近接の程度の確保をさらに考慮した最大寸法よりも小さな値に設定する。なお、この近接の程度の条件は、図４で説明するような回転子鉄心用電磁鋼板１４が積層された回転子鉄心１２全体と、固定子鉄心２１の全体の体系に基づいて設定することが好ましい。

回転子鉄心用電磁鋼板１４の中央には、ロータシャフト貫通用孔１４ｂが形成されている。ロータシャフト貫通用孔１４ｂは、円形であり、ロータシャフト１１の外径に対応している。この結果、すべての回転子鉄心用電磁鋼板１４について、ロータシャフト貫通用孔１４ｂの中心は、中心点Ｃに一致する。また、回転子鉄心用電磁鋼板１４の重心も、中心点Ｃに一致する。

回転子鉄心用電磁鋼板１４の径方向外側部には、複数の回転子鉄心スロット用孔１４ａが形成されている。回転子鉄心スロット用孔１４ａは、周方向に互いに等間隔に配されている。すなわち、互いに隣接する回転子鉄心スロット用孔１４ａの周方向の中心線どうしが形成する円周角θは、いずれの箇所でも等しい。

それぞれの回転子鉄心スロット用孔１４ａの最も中心点Ｃに近い部分の包絡線は、楕円ではなく、半径ｒの円Ｃ１である。この結果、たとえば、最大径Ｌａ側を通る回転子鉄心スロット用孔１４ａの深さ、すなわち径方向の長さＤＬは、最小径Ｌｂ側を通る回転子鉄心スロット用孔１４ａの深さ、すなわち径方向の長さＤＳよりも、長くなるように形成されている。

図４は、回転子鉄心用電磁鋼板の積層の概念図である。なお、説明のために、回転子鉄心用電磁鋼板１４の図３に示した最大径Ｌａを最小径Ｌｂより極端に長く見えるように誇張して表示している。また、図が錯綜するため、回転子鉄心用電磁鋼板１４の回転子鉄心スロット用孔１４ａの表示を省略し、回転子鉄心用電磁鋼板１４を楕円形のみで表示している。

ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３、ＬＬ４，およびＬＬ５は、それぞれ回転子鉄心用電磁鋼板１４の長軸ＬＬの方向、すなわち周方向の角度位置を示す。

図４に示すように、積層されて互いに軸方向に隣接する回転子鉄心用電磁鋼板１４は、互いに長軸ＬＬの方向、すなわちＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３、ＬＬ４，およびＬＬ５の方向が、順次、円周角ピッチΦ１だけずれている。また、軸方向に見た場合の長軸ＬＬの方向のずれは、一方向である。図４の場合は、軸方向に図４の奥方向になるにつれて、時計方向にずれていく場合を示しているが、反対に、反時計方向にずれる場合でもよい。

ここで、円周角ピッチΦ１は、互いに隣接する回転子鉄心スロット用孔１４ａどうしが形成する円周角θの整数倍である。したがって、長軸ＬＬの方向が円周角ピッチΦ１だけずれても、回転子鉄心スロット用孔１４ａの周方向の位置は、軸方向に積層されたいずれの回転子鉄心用電磁鋼板１４においても重なっている。

また、いずれの回転子鉄心スロット用孔１４ａ（図３）においても、径方向最内部の中心からの距離はｒであり、回転子巻線１７を構成する導体が貫通する断面が確保されている。この結果、回転子鉄心用電磁鋼板１４が積層された回転子鉄心１２において、回転子鉄心スロット用孔１４ａ（図３）が形成される。

以上のように構成された本実施形態における回転子鉄心１２においては、回転子鉄心用電磁鋼板１４の長軸ＬＬの周方向の角度位置が、軸方向に順次ずれている。このずれは、周方向に一方向である。固定子鉄心２１の内面との距離は、図４に示すように、長軸ＬＬの方向ではδｒ１、短軸ＳＳの方向ではδｒ２（＞δｒ１）である。このため、回転子鉄心１２がロータシャフト１１の回転とともに回転すると、内気、すなわち冷却用気体を撹拌しながら径方向に駆動する効果、すなわち回転子鉄心１２のファン効果をもたらす。

図２に示すように、冷却用気体は、回転子鉄心１２および固定子鉄心２１の軸方向の外側から、ロータシャフト１１に形成された軸方向流路１１ｂ、および回転子鉄心１２と固定子鉄心２１間のギャップ１８に、それぞれ流入する。

軸方向流路１１ｂに流入した冷却用気体は、回転子１０を冷却しながら軸方向に移動した後に、回転子ダクト１３に流入し、径方向の外側に流れ、ギャップ１８に流出する。回転子鉄心１２からギャップに流出した冷却用気体、およびギャップ１８に直接流入した冷却用気体は、固定子鉄心２１に形成された固定子ダクト２４に流入し、固定子２０を冷却しながら径方向外側に移動し固定子鉄心２１から流出する。

この際、回転子鉄心１２のファン効果により、冷却用気体の径方向外側への流れは、加速される。以上のように、本発明によれば、回転電機の機内の冷却を効果的に行うことができる。

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係る回転子鉄心の構成要素である回転子鉄心用電磁鋼板の積層の概念図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。

本第２の実施形態における回転子鉄心１２は、複数の電磁鋼板ユニット１５を有する。それぞれの電磁鋼板ユニット１５は、１枚ないし所定の積層数の回転子鉄心用電磁鋼板１４を有する。それぞれの電磁鋼板ユニット１５においては、回転子鉄心用電磁鋼板１４の長軸ＬＬの周方向の角度位置は、すべて同一である。図５では、３つの電磁鋼板ユニット１５のみを示し、他の表示を省略している。

図６は、電磁鋼板ユニットの相互の関係を示す概念図である。回転子鉄心１２を軸方向に見た場合の、最初の電磁鋼板ユニット１５の長軸ＬＬ１、第２の電磁鋼板ユニット１５の長軸ＬＬ２、および第３の電磁鋼板ユニット１５の長軸ＬＬ３それぞれの方向は、順次、円周角ピッチΦ２だけずれている。すなわち、積層されて互いに軸方向に隣接する電磁鋼板ユニット１５は、互いに長軸ＬＬの方向が円周角ピッチΦ２だけずれている。図６では、長軸ＬＬの方向のずれは、一方向である場合を示している。

したがって、回転子鉄心１２の径方向の表面は、スパイラル状の突起が形成されることになる。このスパイラル状の突起のピッチ、すなわち、長軸ＬＬの方向の角度位置が円周方向に１周するときの軸方向の位置間隔は、電磁鋼板ユニット１５が有する回転子鉄心用電磁鋼板１４の所定の積層数と、電磁鋼板ユニット１５の円周角上のピッチである円周角ピッチΦ２とにより決定される。回転子鉄心用電磁鋼板１４の所定の積層数と、電磁鋼板ユニット１５の円周角上のピッチである円周角ピッチΦ２は、回転子鉄心１２のファン効果が最も有効となるような数で設定される。

スパイラル状の突起による冷却用気体の撹拌効果と回転子ダクト１３からギャップ１８に流出する冷却用気体の遠心力とから、冷却用気体への径方向の駆動力が生ずる。

一方、スパイラル状の突起による軸方向についての冷却用気体の駆動力は、スパイラル状の突起の形成方向、すなわちたとえば右ねじの方向か左ねじの方向かという点、および回転子鉄心１２の回転方向とにより決定される。

したがって、図１に示すような、軸流ファンが回転子鉄心１２の両側に設けられている場合は、スパイラル状の突起の形成方向は、回転子鉄心１２の中央で２分した両側で、反対方向となるように形成する。この結果、ギャップ１８において、回転子鉄心１２の軸方向の両外側から回転子鉄心１２の軸方向の中央に向かって冷却用気体を駆動するファン効果が生ずる。

一方、遠心ファンが回転子鉄心１２の両側に設けられている場合は、軸流ファンの場合と、それぞれ逆方向に形成する。この結果、ギャップ１８において、回転子鉄心１２の軸方向の中央から回転子鉄心１２の軸方向の両外側に向かって冷却用気体を駆動するファン効果が生ずる。

また、軸流ファンまたは遠心ファンが、回転子鉄心の一方のみに設けられている場合は、スパイラル状の突起の形成方向は、回転子鉄心１２の軸方向全体にわたり一方向となるように形成する。この結果、ギャップ１８において、回転子鉄心１２の軸方向の一方の外側から回転子鉄心１２の反対側に向かって冷却用気体を駆動するファン効果が生ずる。

なお、以上の説明では、全ての電磁鋼板ユニット１５について、回転子鉄心用電磁鋼板１４の所定の積層数が同一である場合を示したが、これに限定されない。すなわち、軸方向に、所定の積層数を変化させてもよい。

このように、それぞれの電磁鋼板ユニット１５について回転子鉄心用電磁鋼板１４の所定の積層数を変化させ、あるいはスパイラル状の突起の形成方向を選択することにより、冷却用気体の流れを好ましい方向に加速することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、横置き型の誘導式回転電機の場合を示したが、これに限定されない。たとえば、縦置き型の場合であってもよい。また、誘導式回転電機ではなく、同期回転電機であってもよい。また、実施形態では、全閉形の回転電機の場合を例にとって示したが、これに限定されない。開放型の回転電機の場合であってもよい。すなわち、本発明は、回転子鉄心と固定子鉄心とに挟まれたアニュラス状の空間において、回転子鉄心の回転により生ずるファン効果をもたらすものであり、この点では、これらの形式等の違いには依存しないためである。

さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１１ａ…カップリング部、１１ｂ…軸方向流路、１２…回転子鉄心、１２ａ…回転子鉄心スロット、１３…回転子ダクト、１４…回転子鉄心用電磁鋼板、１４ａ…回転子鉄心スロット用孔、１４ｂ…ロータシャフト貫通用孔、１５…電磁鋼板ユニット、１７…回転子巻線、１８…ギャップ、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線，２３…積層構造体、２４…固定子ダクト、３０ａ…反結合側軸受、３０ｂ…結合側軸受、４０…フレーム、４０ａ…閉空間、４５ａ…反結合側軸受ブラケット、４５ｂ…結合側軸受ブラケット、５１ａ、５１ｂ…内扇、５５…外扇、５６…外扇カバー、５６ａ…流入口、６０…冷却器、６１…冷却管、６２ａ、６２ｂ…端板、６３…冷却器カバー、６４…冷却器入口開口、６５ａ、６５ｂ…冷却器出口開口、６６ａ、６６ｂ…ガイド板、６７…上部連通空間、１００…回転電機

Claims

軸方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられて軸方向に積層された複数の回転子鉄心用電磁鋼板を具備する円筒形状の回転子鉄心と、を有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に設けられて軸方向に積層された複数の電磁鋼板を有する複数の積層構造体を具備し互いに隣接する前記積層構造体間には径方向外側への冷却用気体の流路となる固定子ダクトが形成された円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向内側部分を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、
を備える回転電機であって、
前記複数の回転子鉄心用電磁鋼板のそれぞれは、楕円形であり、
前記回転子鉄心は、互いに隣接し互いの周方向の円周角ピッチが所定の角度となりそれぞれが少なくとも１枚の回転子鉄心用電磁鋼板を有する電磁鋼板ユニットを複数有し、前記電磁鋼板ユニットは、軸方向にみて、周方向の一方向にらせん状に形成されていることを特徴とする回転電機。
前記回転子は、回転子巻線をさらに具備し、
前記複数の回転子鉄心用電磁鋼板のそれぞれの径方向外側表面近傍には、前記回転子巻線が軸方向に貫通する複数のスロットが周方向に互いに等しい角度間隔をもって形成され、
前記所定の角度は、前記角度間隔の整数倍であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
軸方向に積層された前記複数の回転子鉄心用電磁鋼板には、軸方向に間隔をあけて、互いに隣接する２つの回転子鉄心用電磁鋼板の間の間隔を保持する回転子ダクトが形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
回転電機の回転子であって、
軸方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、
前記ロータシャフトの径方向外側に設けられて軸方向に積層された複数の回転子鉄心用電磁鋼板を具備する円筒形状の回転子鉄心と、
を備え、
前記複数の回転子鉄心用電磁鋼板のそれぞれは、楕円形であり、
前記回転子鉄心は、互いに隣接し互いの周方向の円周角ピッチが所定の角度となりそれぞれが少なくとも１枚の回転子鉄心用電磁鋼板を有する電磁鋼板ユニットを複数有し、前記電磁鋼板ユニットは、軸方向にみて、周方向の一方向にらせん状に形成されている、
ことを特徴とする回転子。