JP6988108B2

JP6988108B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6988108B2
Application number: JP2017045150A
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: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2037-03-09
Also published as: JP2018148776A

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おり、熱交換器と軸流ファンとの間にステータコイルのコイルエンドを覆うように風制御板を設け、熱交換器により冷却されケーシングの上部に流出した空気（以下、冷却風）が軸流ファンを通過した後に、ローター及びステーター側と、ステータコイルのコイルエンド側とを冷却するようにした密閉型回転電機が公知となっている（例えば、下記特許文献１等参照）。

また、冷却ファンの外周に対面する部分のみに設けられた風受けと、コイルエンドの中間を横切って配置されかつ風受けとエンドカバーとの間に設けられたリング状仕切りとを備えて、冷却ファンにより吸い込まれた冷却風がコイルエンド先端部を冷却し、次いで冷却ファンにより押し出された空気がコイルエンド部と回転子部に分岐してコイルエンド部およびコイルを冷却するようにした回転電機の通風冷却装置も知られている（例えば、下記特許文献２，３等参照）。

特開２０１０−３５３１９号公報特開昭５５−１４７９４１号公報特開昭６１−８５０３５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明では、軸流ファンを通過した冷却風の流路がローター及びステーター側とコイルエンド側とに分かれるため、コイルエンド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周辺で風がよどみ、コイルエンドを効率的に冷却することができずにコイルエンド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２，３に記載された発明では、まず冷却風によりコイルエンドの先端側を冷却する構造となっているものの、冷却器から冷却ファンまでは冷却風が円滑に流れる一方、冷却ファンを挟んで冷却器とは反対側の空間へは冷却風が流れにくく、これによりコイルエンドの下部側ではこのコイルエンドの先端が十分に冷却されない可能性があるという問題があった。

このようなことから本発明は、回転電機全体を効率よく確実に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、
前記回転軸とともに回転する回転子と、
前記回転子の径方向外側にエアギャップを介して配置された固定子と、
前記固定子のコイルエンドの径方向内側に配設されたファンと、
前記ファンによって循環される空気を冷却する冷却器と、
前記冷却器によって冷却された空気を前記固定子のコイルエンドの先端部分へ誘導するガイド板と、
前記冷却器によって冷却された空気の前記コイルエンドの下部側への流入を促進する冷却風誘導手段と
を備えることを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る回転電機は、
前記冷却風誘導手段は、前記回転子及び前記固定子を覆うフレームの軸方向両側面を、その上端部および下端部から上下方向の中央部分に向かって軸方向外側へ膨出させてなる
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第３の発明に係る回転電機は、
前記冷却風誘導手段は、前記回転子及び前記固定子を覆うフレームの径方向両側面を、その上端部および下端部から上下方向の中央部分に向かって径方向外側へ膨出させてなる
ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第４の発明に係る回転電機は、
前記冷却風誘導手段は、前記固定子鉄心の軸方向両側に配設される仕切り板に周方向に離間して形成される複数の通風口のうち、下部に位置する前記通風口を、上部に位置する前記通風口に比較して大きく形成してなる
ことを特徴とする。

本発明に係る回転電機によれば、冷却器によって冷却された冷却風を固定子コイルエンドの先端側全体へ行き渡らせることができるため、回転電機全体を効率よく確実に冷却することが可能となる。

本発明の実施例１に係る発電機の概略構造を示す断面図である。本発明の実施例２に係る回転電機の正面図である。本発明の実施例３に係る回転電機の仕切り板を示す正面図である。

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を用いて本発明の実施例１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、フレーム１内に軸受２を介して回転自在に支持される回転軸３と、回転軸３の外周部に固定された回転子４と、回転子４の外周部にエアギャップを介して対向配置され、フレーム１内に配される固定子５とを備えて構成された密閉型の発電機である。

この回転電機には、固定子５の上方に固定子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、回転軸３の軸方向両側に取り付けられた軸流ファン１１と、冷却風を誘導するガイド板１２と、固定子鉄心８の軸方向両側に配置された仕切り板１３とが設けられている。

回転子４は、回転子鉄心６と、この回転子鉄心６に巻着された回転子コイル７とを備えている。また、固定子５は、上述した固定子鉄心８と、この固定子鉄心８に巻着された固定子コイル９とを備えている。以下、この固定子コイル９の固定子鉄心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）９ａと称する。

熱交換器１０は、軸流ファン１１によって循環させられることによって熱交換器１０を下から上へ通過する空気（冷却風）を、熱交換により冷却する。熱交換器１０の軸方向両側には隔壁１４が設けられており、熱交換器１０で冷却された空気はフレーム１の上部に流出するようになっている。

また、軸流ファン１１は、軸方向外側から軸方向内側へ向かって送風を行うように設置されている。軸流ファン１１は、コイルエンド９ａの径方向内側に設置され、熱交換器１０により冷却された冷却風を、回転電機の内部（ガイド板１２よりも軸方向内側）へ向けて送風する。

ガイド板１２は、コイルエンド９ａの外周面であってコイルエンド９ａの先端から所定距離離間した位置から仕切り板１３の後述する通風口１３ｊよりも径方向外側に亘って設けられ、回転電機の内部側と外部側との空間を隔てている。ガイド板１２は、熱交換器１０を通った冷却風をコイルエンド９ａの先端側へ誘導するとともに、軸流ファン１１によって回転電機の内部へ送られた冷却風を回転子４側およびコイルエンド９ａ側へ誘導する。

仕切り板１３は、コイルエンド９ａが挿通される貫通孔１３ａ（図３参照）と、この貫通孔１３ａの周囲に周方向に離間して設けられた複数の通風口１３ｊとを有している。

さらに、この本実施例の回転電機においては、フレーム１の内部空間の軸方向の距離が、上端部分および下端部分に比較して上下方向の中央部分で長くなるように、フレーム１の軸方向両側面（以下、正面カバー１ａ，１ｂ）を、その上端部および下端部から上下方向の中央部分に向かって軸方向外側へ膨出させることにより、冷却風誘導手段を構成している。図１に示す例では、正面カバー１ａ，１ｂを側面視「く」の字状に傾斜させている。

このように構成される本実施例に係る回転電機では、軸流ファン１１の回転により熱交換器１０へ流入した冷却風は、当該熱交換器１０により冷却されてフレーム１の上部側へ流出した後、熱交換器１０を覆うケーシング１５と隔壁１４との間を通ってフレーム１の内部へ流入しコイルエンド９ａの先端部分を冷却する。

コイルエンド９ａの先端部分を冷却した冷却風は、その後、軸流ファン１１によって回転子４及び固定子５側へ送り出され、一部は、仕切り板１３に形成された貫通孔１３ａを通って回転子４、固定子５を順に冷却し、熱交換器１０へと流れる。また、軸流ファン１１によって送り出された冷却風の他の一部は、コイルエンド９ａの固定子鉄心８側を冷却した後、仕切り板１３に設けられた通風口１３ｊを通って固定子５の表面を冷却して熱交換器１０へと流れる。

ここで、本実施例では、正面カバー１ａ，１ｂを、上端部および下端部に比較して上下方向の中央部分で軸方向外側へ膨出するように形成し、軸流ファン１１から正面カバー１ａ，１ｂまでの空間が広くなるように構成したため、図１中に一点鎖線で示す構造とした場合に比較して、熱交換器１０により冷却されてフレーム１の内部に流入した冷却風が、熱交換器１０から軸流ファン１１までの間のみならず、フレーム１の下部（コイルエンド９ａの下部側）へも流れやすくなり、これによってコイルエンド９ａの下部へ到達する冷却風の流量が増え、コイルエンド９ａの下部が確実に冷却される。

また、正面カバー１ａ，１ｂを側面視「く」の字状に形成し、フレーム１の内部空間の下端側の軸方向の距離が上下方向の中央部分に比較して小さくなるようにしたことにより、冷却風をフレーム１の下部で滞留させることなく軸流ファン１１によって回転子４および固定子５側へ送り出すことができ、冷却風を円滑に循環させることができる。

したがって、本実施例に係る回転電機によれば、熱交換器１０によって冷却された冷却風をコイルエンド９ａの先端側全体へ行き渡らせることができ、回転電機全体を効率よく確実に冷却することが可能となる。

なお、本実施例では正面カバー１ａ，１ｂを側面視「く」の字状とする例を示したが、正面カバー１ａ，１ｂは、上下方向の端部から上下方向の中央部分に向かって径方向外側へ膨出した形状とすることで熱交換器１０によって冷却された冷却風をコイルエンド９ａの先端側全体へ行き渡らせることができればよく、例えば側面視弧状とするなど、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。

図２を用いて本発明の実施例２に係る回転電機について説明する。
図２に示すように、本実施例に係る回転電機は上述した実施例１と比較して、フレーム１の形状が異なる。すなわち、本実施例においては、正面カバー１ａ，１ｂを平板状とする一方、フレーム１の内部空間の径方向の距離が、上端部分および下端部分に比較して上下方向の中央部分で長くなるように、フレーム１の側面（以下、側面カバー１ｃ，１ｄ）を、上端部および下端部から上下方向の中央部分に向かって径方向外側へ膨出させることにより、冷却風誘導手段を構成している。図２に示す例では、側面カバー１ｃ，１ｄを正面視「く」の字状に傾斜させている。

その他の構成は実施例１と概ね同様であり、以下、同様の作用を奏する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

このように構成される本実施例に係る回転電機によれば、側面カバー１ｃ，１ｄを、上端部および下端部に比較して上下方向の中央部分で径方向外側へ膨出するように形成したため、図２中に一点鎖線で示す構造とした場合に比較して、熱交換器１０により冷却されてフレーム１の内部に流入した冷却風が、熱交換器１０から軸流ファン１１までの間のみならず、フレーム１の下部（コイルエンド９ａの下部側）へも流れやすくなり、これによってコイルエンド９ａの下部へ到達する冷却風の流量が増え、コイルエンド９ａの下部が確実に冷却される。

また、側面カバー１ｃ，１ｄを正面視「く」の字状に形成し、フレーム１の内部空間の下端側の径方向の距離が上下方向の中央部分に比較して小さくなるようにしたことにより、冷却風をフレーム１の下部で滞留させることなく軸流ファン１１によって回転子４および固定子５側へ送り出すことができ、冷却風を円滑に循環させることができる。

したがって、熱交換器１０によって冷却された冷却風をコイルエンド９ａの先端側全体へ行き渡らせることができ、回転電機全体を効率よく確実に冷却することが可能となる。

なお、本実施例では側面カバー１ｃ，１ｄを正面視「く」の字状とする例を示したが、側面カバー１ｃ，１ｄは、上下方向の端部から上下方向の中央部分に向かって径方向外側へ膨出した形状とすることで熱交換器１０によって冷却された冷却風をコイルエンド９ａの先端側全体へ行き渡らせることができればよく、例えば正面視弧状とするなど、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。

図３を用いて本発明の実施例３に係る回転電機について説明する。
本実施例に係る回転電機は、上述した実施例１と比較して、正面カバー１ａ，１ｂを平板状とする一方、図３に示すように、仕切り板１３に設ける通風口１３ｂ〜１３ｉの大きさをその位置によって変化させたものである。

すなわち、図３に示すように、本実施例において仕切り板１３は、貫通孔１３ａの周囲に配される通風口１３ｂ〜１３ｉの大きさを、その上部側に位置するものに比較して下部側に位置するものが大きくなるように構成している。より具体的には、本実施例では、通風口１３ｂ〜１３ｆに比較して仕切り板１３の下部側に設けられた通風口１３ｇ及び１３ｈの直径が大きく、さらに通風口１３ｇ及び１３ｈに比較して通風口１３ｉの直径が大きくなっている。

このように構成される本実施例に係る回転電機によれば、仕切り板１３に設けた通風口１３ｂ〜１３ｉのうち、下部側に位置する通風口１３ｇ，１３ｈおよび通風口１３ｉの直径をそれよりも上方に位置する通風口１３ｂ〜１３ｆに比較して大きく形成したことにより、全ての通風口を同一の大きさとした場合に比較して、熱交換器１０により冷却されてフレーム１の内部に流入した冷却風が、熱交換器１０から軸流ファン１１までの間のみならず、フレーム１の下部（コイルエンド９ａの下部側）へも流れやすくなり、これによってコイルエンド９ａの下部へ到達する冷却風の流量が増え、コイルエンド９ａの下部が確実に冷却される。

なお、図３では通風口１３ｂ〜１３ｉの形状を真円として示したが、通風口１３ｂ〜１３ｉの形状は真円に限らず、例えば長穴などであってもよい。

また、上述した実施例１〜３を適宜組み合わせることが可能であることは言うまでもない。

１フレーム
１ａ，１ｂ正面カバー
１ｃ，１ｄ側面カバー
２軸受
３回転軸
４回転子
５固定子
６回転子鉄心
７回転子コイル
８固定子鉄心
９固定子コイル
９ａコイルエンド
１０熱交換器
１１軸流ファン
１２ガイド板
１３仕切り板
１３ａ貫通孔
１３ｂ〜１３ｊ通風口
１４隔壁
１５ケーシング

Claims

横置きに配置された回転軸と、
前記回転軸とともに回転する回転子と、
前記回転子の径方向外側にエアギャップを介して配置された固定子と、
前記回転子及び前記固定子を覆うフレームと、
前記フレーム内において前記固定子のコイルエンドの径方向内側に配設され、前記回転軸の軸方向外側から軸方向内側へ向かって送風するファンと、
前記固定子の上方に前記固定子と離間して前記フレーム内に設けられ、前記ファンによって循環される空気を冷却する冷却器と、
前記フレーム内において前記固定子の鉄心の軸方向両側に配設され、前記コイルエンドが挿通される貫通孔の周囲に周方向に離間して設けられる複数の通風口を有する仕切り板と、
前記フレーム内において前記コイルエンドの外周面における当該コイルエンドの先端から離間した位置から前記通風口よりも径方向外側に亘って設けられ、前記冷却器によって冷却された空気を前記固定子のコイルエンドの先端部分へ誘導するガイド板と、
前記フレームの軸方向両側面を、その上端部及び下端部から上下方向の中央部分に向かって軸方向外側へ膨出させることにより、当該フレームの側面視くの字状に傾斜させた冷却風誘導手段と
を備え、
前記冷却風誘導手段により前記冷却器によって冷却された空気が前記フレーム内の前記ファンを隔てた前記冷却器と反対側の空間における前記コイルエンドに流入することが促進される
ことを特徴とする回転電機。
前記冷却風誘導手段は、前記フレームの径方向両側面を、その上端部および下端部から上下方向の中央部分に向かって径方向外側へ膨出させることにより、当該フレームの正面視くの字状に傾斜させた
ことを特徴とする請求項１の回転電機。
前記冷却風誘導手段は、前記仕切り板に周方向に離間して形成される複数の通風口のうち、前記回転軸の下部に位置する前記通風口を、当該回転軸の上部に位置する前記通風口に比較して大きく形成してなる
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。