JP6696698B2

JP6696698B2 - 回転電機の固定子

Info

Publication number: JP6696698B2
Application number: JP2017068188A
Authority: JP
Inventors: 慶彰皆川; 信行安; 麻美星; 齋藤　武; 武齋藤
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2020-05-20
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018170913A

Description

本発明は、冷却ガスをエアダクトに導入して冷却を行なう回転電機の固定子に関する。

回転電機の固定子は、回転子の周囲を取り囲む円筒形状の固定子鉄心と、この固定子鉄
心のスロットに挿入された固定子コイルとから構成される。回転電機の運転中において、
固定子コイル及び鉄心は、コイルに発生する銅損及び鉄心に発生する鉄損により発熱する
。これらを運転中連続的に冷却する方法として、固定子を回転子軸方向に複数設けられた
内側間隔片を介して空隙を形成して複数に分割し、この空隙をエアダクトとして形成して
、固定子内側から外側に向けて冷却ガスを流して冷却する方法がある。冷却ガスを供給す
る方法として、回転子に固定された軸流ファンもしくは別置ファンを用い、回転子外周に
沿って冷却ガスを回転子軸方向に供給する方法がある。

ここで、冷却ガスは、回転子外周上を回転子軸方向の流速をもって流れているものが、
回転電機の機外方向（回転子の径方向）へ流れ方向を変えてエアダクトに導入されるため
、エアダクト入口近傍のうち、特に冷却ガス上流側に位置する部分によどみ、滞留等を生
じ、エアダクト入口から冷却ガスが入りにくくなる恐れがある。

そこで、固定子楔のエアダクト部下流側に壁面を設け、エアダクトへ冷却ガスを導く技
術（例えば、特許文献１参照。）や、固定子鉄心入口付近の鉄心の波打ちを防止すること
により、エアダクトの高さを確保する技術（例えば、特許文献２参照。）が開発されてい
る。

特開平１０−３２２９７５号特開２０００−３２４７３５号

しかしながら、上記の特許文献１記載の技術においては、固定子楔の凸形状により冷却
ガスの流れをまず周方向に変え、次にエアダクト内へと２段階に変えることになるため、
エアダクト入口での通風抵抗の大きな削減は期待できない。また、特許文献２記載の技術
は、エアダクトが抜き板のたわみがより狭くなることを防止するものであり、形状や空気
の流れを大きく改善するものではない。

そこで本発明は、冷却ガスを固定子鉄心のエアダクトに効率よく導くことができる回転
電機の固定子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の回転電機の回転子は、回転子の周囲を取り囲む円
筒形状の固定子鉄心と、この固定子鉄心のスロットに挿入された固定子コイルとを備え、
固定子鉄心は、回転子軸方向に設けられた内側間隔片を介して空隙を形成し、この空隙は
固定子の円筒形状内周部分をエアダクト入口として円筒形状径方向に伸びるエアダクトと
して形成され、エアダクト入口のうち冷却ガスの上流側に位置する部分について、冷却ガ
ス流れ方向からエアダクト外方に向かう傾斜を有する切欠部が設けられていることを特徴
とする。

本発明によれば、回転電機の固定子において、冷却ガスを固定子鉄心のエアダクトに効
率よく導くことができる。

本発明の第１の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図。本発明の第１の実施形態に係る回転電機の概略縦断面図。本発明の第２の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図。本発明の第３の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図。本発明の第４の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図。本発明の第５の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図。本発明の第６の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図。

以下、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転電機の概略縦断面図である。図２は、本発
明の第１の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図である。図２に示すように、
円柱形状の回転子１の周囲を取り囲むように円筒形状の固定子鉄心３が配置される。固定
子鉄心３に設けられたスロットには固定子コイル２が挿入される。図１に示すように、固
定子コイル２および固定子鉄心３と回転子１はエアギャップ７の間隙をもって配置される
。

固定子鉄心３は、回転子１の軸方向に複数放射状に設けられた内側間隔片５を介して複
数の空隙を形成する。この空隙は固定子鉄心３の円筒形状内周面部分を入口として、固定
子鉄心３の円筒形状径方向に伸びるエアダクト６として形成される。冷却ガス１５は、回
転子１に固定された軸流ファン９（または別置ファン）によって、回転子１外周に沿って
回転子１軸方向に供給される。

回転電機の運転中において、固定子コイル２及び鉄心３は、コイル２に発生する銅損及
び鉄心３に発生する鉄損により発熱する。この発熱を冷却するために、回転子１外周上を
回転子１軸方向に流れている冷却ガス１５が、回転子１径方向へ流れ方向を変えてエアダ
クト６に取り込まれ、冷却ガス１５がエアダクト６内部を流通することによって冷却を行
なう。冷却ガス経路８は、冷却ガス１５が回転子１軸方向から回転子１径方向へ流れ方向
を変える経路を示している。冷却ガス経路８において、エアダクト６入口近傍のうち、特
に冷却ガス上流側に位置する部分によどみ、滞留等を生じ、エアダクト６入口から冷却ガ
スが入りにくくなる恐れがある。

そこで本実施形態では、エアダクト６入口のうち、冷却ガス１５の上流側の固定子鉄心
３の角部をＣ面取りして傾斜（切欠部１１）を設けている。このＣ面取りは、全スロット
もしくは冷却ガス１５の軸方向流速が大きい固定子鉄心端付近のスロットについて適用す
ることができる。この構成により、エアダクト６入口の上流側角部近傍において、冷却ガ
ス経路８における冷却ガスを傾斜部に沿って回転電機外方向（回転子１の外径方向）へと
向きを変えさせることにより、エアダクト６へとスムーズに導入することができ、エアダ
クト６入口部の通風抵抗を低減することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る回転電機の固定子について図３を参照して説明す
る。図３は、本発明の第２の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図である。本
実施形態では、第１の実施形態に変えて、第１の実施形態におけるエアダクト６入口のＣ
面取りに代えて、エアダクト６入口のうち、冷却ガス１５の上流側の固定子鉄心３角部を
Ｒ面取りもしくは任意の凸曲面として切欠部１１を設けている。

本実施形態によれば、冷却ガス経路８における冷却ガスを切欠部１１の傾斜に沿って回
転電機外方向１４へと向きを変えさせることにより、エアダクト６へとスムーズに導入す
ることができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る回転電機の固定子について図４を参照して説明す
る。図４は、本発明の第３の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図である。本
実施形態では、第１の実施形態に変えて、第１の実施形態におけるエアダクト６入口のＣ
面取りに代えて、エアダクト６入口のうち、冷却ガス１５の上流側に位置する固定子鉄心
抜き板の内径側を冷却ガス流れ方向につれ短くなるように予め短く切断しておき、段落と
し形状に組み立て、切欠部１１を形成したものである。

本実施形態によれば、冷却ガス経路８における冷却ガスを切欠部１１に沿って回転電機
外方向へと向きを変えさせることにより、エアダクト６へとスムーズに導入することがで
きる。さらに、組み立て後の切欠部１１の切り落とし作業を省くことができる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る回転電機の固定子について図５を参照して説明す
る。図５は、本発明の第４の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図である。本
実施形態では、第１の実施形態に加えて、三角断面の整流ブロック１２（突出部）を、エ
アダクト６入口の下流側に設けている。突出部１２は、エアダクト６入口端部に向かうに
つれ冷却ガスの上流方向へ突出する傾斜を有する形状である。この構成により、エアダク
ト６入口の上流側角部において、冷却ガス１５を切欠部の傾斜に沿って回転電機外方向１
４へと向きを変えさせることにより、冷却ガス１５をエアダクト６へとスムーズに導入さ
せるとともに、さらに、エアダクト６入口の下流側角部において、突出部の１１傾斜によ
って冷却ガス８に回転電機外方向１４への速度を与え、エアダクト６へよりスムーズに導
くことで、エアダクト入口部の通風抵抗をより低減することができる。なお、整流ブロッ
ク１２は、エアダクト６内部を向く面を任意の凹曲面によって構成した整流ブロック１２
aとしてもよい。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る回転電機の固定子について図６を参照して説明す
る。図６は、本発明の第５の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図である。本
実施形態では、第４の実施形態の整流ブロックに変えて、エアダクト６下流側に面する固
定子鉄心抜き板の、冷却ガス１５の上流側に位置する１枚以上の抜き板を上流側に折り曲
げて突出部１２を構成する。この構成によって、第４の実施形態と同様に、冷却ガス８に
回転電機外方向１４への速度を与え、エアダクト６へよりスムーズに導くことで、さらに
エアダクト入口部の通風抵抗を低減することができる。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る回転電機の固定子について図７を参照して説明す
る。図７は、本発明の第６の実施形態に係る回転電機の固定子の概略縦断面図である。本
実施形態では、第１の実施形態に変えて、固定子鉄心１の一ブロック分全数の抜き板を冷
却ガス上流側に折り曲げたものを積層し、冷却ガス上流側に突出部１２、冷却ガス下流側
に切欠部１１を形成したものである。この構成により、エアダクト入口の上流側角部近傍
において、冷却ガス８を壁面に沿って回転電機外方向１４へと向きを変えさせることによ
り、エアダクト６へとスムーズに導くと同時に、エアダクト入口の下流側角部近傍におい
て、冷却ガス８に回転電機外方向１４への速度を与え、エアダクト６へよりスムーズに導
くことで、エアダクト入口部の通風抵抗を低減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や
要旨に含まれるとともに、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
。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に
適宜組み合わせることも可能である。

１・・・回転子、２・・・コイル、３・・・固定子鉄心、４・・・楔、５・・・内側間隔
片、６・・・エアダクト、７・・・エアギャップ、８・・・冷却ガス経路、９・・・軸流
ファン、１１・・・切欠部、１２・・・突出部、１５・・・冷却ガス

Claims

回転子の周囲を取り囲む円筒形状の固定子鉄心と、この固定子鉄心のスロットに挿入された固定子コイルとを備え、
前記固定子鉄心は、前記回転子軸方向に設けられた内側間隔片を介して空隙を形成し、この空隙は前記固定子の円筒形状内周部分をエアダクト入口として当該円筒形状径方向に伸びるエアダクトとして形成され、
前記エアダクト入口のうち冷却ガスの上流側に位置する部分について、冷却ガス流れ方向からエアダクト外方に向かう傾斜を有する切欠部が設けられており、
前記エアダクト入口のうち冷却ガスの下流側に位置する部分について、前記エアダクト入口端部に向かうにつれ前記冷却ガスの上流方向へ突出する突出部を有し、
前記固定子は前記回転子軸方向に抜き板を積層して構成され、
前記突出部は、冷却ガス下流側に位置する前記抜き板の内周側の部分を冷却ガス上流側に折り曲げた折り曲げ部分で構成されることを特徴とする回転電機の固定子。
回転子の周囲を取り囲む円筒形状の固定子鉄心と、この固定子鉄心のスロットに挿入された固定子コイルとを備え、
前記固定子鉄心は、前記回転子軸方向に設けられた内側間隔片を介して空隙を形成し、この空隙は前記固定子の円筒形状内周部分をエアダクト入口として当該円筒形状径方向に伸びるエアダクトとして形成され、
前記エアダクト入口のうち冷却ガスの上流側に位置する部分について、冷却ガス流れ方向からエアダクト外方に向かう傾斜を有する切欠部が設けられており、
前記エアダクト入口のうち冷却ガスの下流側に位置する部分について、前記エアダクト入口端部に向かうにつれ前記冷却ガスの上流方向へ突出する突出部を有し、
固定子鉄心の一ブロック分全数の抜き板の内周側の部分を冷却ガス上流側に折り曲げたものを積層し、前記折り曲げた部分によって、冷却ガス上流側に前記突出部、冷却ガス下流側に前記切欠部を形成したことを特徴とする回転電機の固定子。