JP6686295B2

JP6686295B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6686295B2
Application number: JP2015093922A
Authority: JP
Inventors: 正一江島; 光良江尻; 優人本間
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2015-05-01
Filing date: 2015-05-01
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2035-05-01
Also published as: JP2016213936A

Description

本発明は、空気の流れによってコイルを冷却する冷却構造を備えた回転電機に関し、とくに通風回路を制御する風制御板を有する冷却構造を備えた回転電機に関する。

従来、発電機等の回転電機においては、運転に伴ってモータ内部で発生した熱を通風によって冷却することが行われている。
図３は従来の冷却構造を備えた発電機の一例を示す概略断面図である。図３に示すように、従来の発電機では、熱交換器１０と軸流ファン１３との間にステータコイル９のコイルエンドを覆うように風制御板２００を設け、熱交換器１０により冷却されケーシング１の上部に流出した空気（以下、冷却風）が軸流ファン１３を通過した後に、ローター４及びステーター５側と、ステータコイル９のコイルエンド側とを冷却する構成となっていた（例えば、下記特許文献１）。なお、図３中、２はベアリング、３はシャフト、６はロータコア、７はロータコイル、８はステータコアである。

また、冷却器からの冷却風を固定子コイルエンドの軸方向内側から外側へと導く案内板を設けた冷却構造（例えば、下記特許文献２参照）や、冷却風を回転軸の一方側から吸引し、回転子および固定子を冷却して回転軸の他方側から排気するように回転軸の他方側に遠心ファンを設けた冷却構造（例えば、下記特許文献３参照）、回転子の軸方向端部に遠心ファンを設けるとともに当該遠心ファンよりも軸方向内側に軸流ファンを設けて、軸方向端部側から吸引した冷却風をコイルエンド側と回転子側とに分流させるようにした回転電機の冷却構造（例えば、下記特許文献４参照）も知られている。

特開２０１０−３５３１９号公報特開２０１３−３４３３２号公報特開２０００−４１３６１号公報実開昭５４−２６００６号公報

ところが、図３に示す従来の発電機（特許文献１）では、軸流ファン１３を通過した冷却風の流路がローター４及びステーター５側とコイルエンド９側とに分かれるため、コイルエンド９周辺を流れる風量が少なく、また、冷却回路の構造によってコイルエンド９周辺（例えば、図３に示すＡ₁〜Ａ₄参照）で風がよどみ、コイルエンド９を効率的に冷却することができずにコイルエンド９の温度が上昇するおそれがあるという問題があった。

また、特許文献２に記載された発明では、固定子コイルエンドの内径側に近接して案内板が設置されているが、このような位置に案内板を設置することは現実的には困難であるという問題があった。
また、特許文献３，４に記載された発明についても、冷却風をコイルエンド側とステータダクト側とに分けて冷却しているため、冷却の効率が十分とはいえなかった。
また、冷却風を分流する場合には風量バランスを考慮する必要があるが、風量のバランスをとることは容易ではなく、設計作業の負担になるという問題もあった。

このようなことから本発明は、設計時の負担を低減することができ、且つ、コイルエンドを効率よく冷却することが可能な回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る回転電機は、
回転軸と、
この回転軸と共に回転する回転子と、
この回転子の径方向外側にエアギャップを介して配置される固定子と、
この固定子のコイルエンドの径方向内側に配置されると共に前記回転軸の軸方向両側に取り付けられる遠心ファンと、
前記固定子と離間して設けられ、前記遠心ファンにより循環される空気を冷却する冷却器と、
この冷却器から前記固定子の表面までの間の空間と前記コイルエンド側の空間とを隔てるように配設され、当該冷却器により冷却された空気を固定子鉄心の表面へ誘導するガイド板と
を備え、
前記遠心ファンの送風は、前記コイルエンドに対して径方向内側から径方向外側に向かい、さらに、前記コイルエンド側の空間を通過した後、前記冷却器に供され、
この冷却器により冷却された空気は、前記固定子鉄心及び前記固定子のコイルサイドを冷却した後、前記回転子を冷却し、その後、前記コイルエンドを冷却する
ことを特徴とする。

本発明に係る回転電機によれば、熱交換器を通り冷却された空気の全風量が、固定子、回転子を順に冷却した後、コイルエンドを冷却することとなるため、コイルエンドの冷却を効率よく行うことができ、熱交換器によって冷却された空気を分流させる必要がないため設計時の負担を軽減することもできる。

本発明の実施例に係る発電機の概略構造を示す断面図である。図１のII−II矢視断面図である。従来の発電機の一例を示す概略断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る回転電機について詳細に説明する。

図１及び図２を用いて本発明の一実施例に係る回転電機について説明する。
図１に示すように、本実施例に係る回転電機は、ケーシング１内にベアリング２を介して回転自在に支持されるシャフト（回転軸）３と、シャフト３の外周部に固定されたローター（回転子）４と、ローター４の外周部にエアギャップを介して対向配置され、ケーシング１の内面に固定されたステーター（固定子）５とを備えて構成された密閉型の発電機である。

ローター４は、ロータコア（回転子鉄心）６と、このロータコア６に巻着されたロータコイル（回転子コイル）７とを備えている。また、ステーター５は、ステータコア（固定子鉄心）８と、このステータコア８に巻着されたステータコイル（固定子コイル）９とを備えている。以下、このステータコイル９のステータコア８内にある部分をコイルサイド（固定子コイルサイド）９_in、ステータコア８から軸方向両側に突出している部分をコイルエンド（固定子コイルエンド）９_outと称する。

また、本実施例の回転電機には、ステーター５の上方に、ケーシング１及びステーター５とは離間して設けられた冷却器としての熱交換器１０と、シャフト３の軸方向両側に取り付けられた遠心ファン１１とが設けられている。

遠心ファン１１は、コイルエンド９_outの径方向内側に設置され、コイルエンド９_outに対して径方向内側から径方向外側へ向かって送風を行う。また、熱交換器１０は、遠心ファン１１によって循環させられることによって熱交換器１０を上から下へ通過する空気（冷却風）を、熱交換により冷却する。
さらに、本実施例に係る回転電機は、熱交換器１０を通った冷却風が、ステータコア８の表面へ誘導されるように設けられたガイド板１２を備えている。具体的には、ガイド板１２は、熱交換器１０からステータコア８の表面までの間の空間と、コイルエンド９_out側の空間とを隔てるように配設されている。

このように構成されることにより、本実施例においては、遠心ファン１１によって循環される冷却風が、以下の流れで発電機の冷却を行う。すなわち、
（１）熱交換器１０を通って冷却されたあと、ガイド板１２によってコイルエンド９_out側への移動を規制され、ステータコア８及びコイルサイド９_inを径方向外側から内側へと流れて、当該ステータコア８及びコイルサイド９_inを冷却する。
（２）続いて、ローター４部分を軸方向外側へ向かって流れ、ローター４を冷却する。
（３）続いて、図２に示すようにコイルエンド９_out部分を径方向内側から径方向外側へ向かって流れ、当該コイルエンド９_outを冷却する。
（４）上述した（１）に戻る。
なお、図１，２中、１２ａはガイド板１２のシャフト１側の端縁、１２ｂはガイド板１２の上端縁を示す。

このように、本実施例に係る回転電機によれば、ガイド板１２を設け、遠心ファン１１によって循環されて熱交換器１０を通った冷却風の全てがステータコア８の表面へ導かれ、ステータコア８及びコイルサイド９_in、ローター４を順に冷却した冷却風の全てが、コイルエンド９_outを径方向内側から外側へ通過してコイルエンド９_outを冷却するようにしたので、従来のように冷却風を分流させる必要がなくなり、冷却風を分流させる場合に生じる風量バランスの調整等の煩雑な作業が不要となる。

また、全体の風量を従来より少なくしても、ステータコア８及びコイルサイド９_in、ローター４、コイルエンド９_outそれぞれを冷却する風量を従来よりも増加させることができるため、従来よりも低コストで、且つステータコア８及びコイルサイド９_in、ローター４、コイルエンド９_outそれぞれに対する冷却効果を向上させることができる。つまり、熱交換器１０から出てすぐの風がステータコア８及びコイルサイド９_inへ当たるため、ステータコア８及びコイルサイド９_inに対する冷却効果は増大する。また、コイルエンド９_outには熱交換されたやや温まった風が流れるが、遠心ファン１１で直接風を当てて冷却するため、従来と比較して冷却性能は向上する。

なお、本発明に係る回転電機は、上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、図１に示す遠心ファン１１に代えて、遠心ファンの羽根をコイルエンド９_outの径方向外側に配設し、ステータコア８及びコイルサイド９_in、ローター４を順に冷却した冷却風がコイルエンド９を径方向内側から径方向外側へと通過するようにする、または、シャフト３の軸方向両側に軸流ファンを設けるとともに、この軸流ファンによって送り出される冷却風がコイルエンド９_outを径方向内側から径方向外側へと通過するように、冷却風を誘導するガイドを設けて、冷却風がステータコア８及びコイルサイド９_in、ローター４を順に冷却した後、コイルエンド９_outの冷却を行うようにする等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、冷却器と軸流ファンとを備えて送風によりローター、ステーターおよびコイルエンドの冷却を行う密閉型の発電機等の回転電機に適用して好適なものである。

１ケーシング
２ベアリング
３シャフト
４ローター
５ステーター
６ロータコア
７ロータコイル
８ステータコア
９ステータコイル
９_in コイルサイド
９_out コイルエンド
１０熱交換器
１１遠心ファン
１２ガイド板

Claims

回転軸と、
この回転軸と共に回転する回転子と、
この回転子の径方向外側にエアギャップを介して配置される固定子と、
この固定子のコイルエンドの径方向内側に配置されると共に前記回転軸の軸方向両側に取り付けられる遠心ファンと、
前記固定子と離間して設けられ、前記遠心ファンにより循環される空気を冷却する冷却器と、
この冷却器から前記固定子の表面までの間の空間と前記コイルエンド側の空間とを隔てるように配設され、当該冷却器により冷却された空気を固定子鉄心の表面へ誘導するガイド板と
を備え、
前記遠心ファンの送風は、前記コイルエンドに対して径方向内側から径方向外側に向かい、さらに、前記コイルエンド側の空間を通過した後、前記冷却器に供され、
この冷却器により冷却された空気は、前記固定子鉄心及び前記固定子のコイルサイドを冷却した後、前記回転子を冷却し、その後、前記コイルエンドを冷却する
ことを特徴とする回転電機。