KR20150067039A

KR20150067039A - 회전 전기 기기의 회전자 및 회전 전기 기기

Info

Publication number: KR20150067039A
Application number: KR1020140172826A
Authority: KR
Inventors: 히로시 츠마가리; 다이스케 모리시타
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-06-17
Also published as: US20150162805A1; EP2882079A3; EP2882079A2; CN104702011A; JP2015115973A

Abstract

냉각 성능이 우수한 IPM형의 회전 전기 기기의 회전자 및 회전 전기 기기를 실현한다.
회전 전기 기기(1)의 회전자(3)로서, 복수의 철심 블록(21)을 구비한 회전자 철심(20)과, 복수의 철심 블록(21)의 상호 간에 배치되어, 원판 형상의 덕트판(28) 및 덕트판(28) 상에 방사상으로 배치된 복수의 덕트 피스(29, 30)를 구비한 덕트 부재(22)와, 덕트 부재(22)를 축방향으로 관통하여 철심 블록(21)에 매립된 복수의 영구 자석(23)과, 덕트판(28)에 형성되어, 영구 자석(23)을 삽통할 수 있는 복수의 관통 구멍(31)을 가진다.

Description

회전 전기 기기의 회전자 및 회전 전기 기기{ROTOR OF ROTATING ELECTRICAL MACHINE AND ROTATING ELECTRICAL MACHINE}

개시된 실시 형태는, 회전 전기 기기의 회전자 및 회전 전기 기기에 관한 것이다.

특허 문헌 1에는, 내부를 축방향으로 연장한 복수의 축방향 통풍로와 이 축방향 통풍로에 연통하고 또한 이 축방향 통풍로로부터 방사 방향 바깥쪽으로 연장한 복수의 방사 방향 환기 덕트(duct)를 가지는 회전자 철심을 구비한 회전 전기 기기가 기재되어 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

특허 문헌 1 : 실용신안 공개 소63－21177호 공보

최근, 영구 자석의 고 특성화와 저 가격화에 따라, 전기 자동차용 모터나 철도용 모터, 풍력 발전기 등의 대형의 회전 전기 기기에도 영구 자석이 사용되고 있고, 특히 영구 자석의 기계적 강도의 면에서 우수한 IPM(Interior Permanent Magnet)형의 회전 전기 기기가 사용되고 있다. 그러나, 영구 자석에 포함되는 희토류 금속이 고가이므로, 영구 자석이 커짐으로써 비용 상승의 요인이 된다. 또한, 영구 자석이 고온 중에 배치되면 감자의 문제가 생기고, 또한 고가의 희토류 금속을 포함하는 자석이 필요하게 된다. 이 때문에, 냉각 성능이 우수한 IPM형의 회전 전기 기기가 요망되고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 냉각 성능이 우수한 IPM형의 회전 전기 기기의 회전자 및 회전 전기 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 한 관점에 의하면, 회전 전기 기기의 회전자로서, 복수의 철심 블록을 구비한 회전자 철심과, 상기 복수의 철심 블록의 상호 간에 배치되고, 원판 형상의 덕트판 및 상기 덕트판상에 방사상으로 배치된 복수의 덕트 피스를 구비한 덕트 부재와, 상기 철심 블록에 매립된 복수의 영구 자석과, 상기 덕트판에 형성되어, 상기 영구 자석을 삽통할 수 있는 복수의 관통 구멍을 가지는 회전 전기 기기의 회전자가 적용된다.

또한, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 고정자와, 상기 회전자와, 상기 회전자가 고정된 샤프트를 가지는 회전 전기 기기가 적용된다.

또한, 본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 고정자와 회전자를 구비한 회전 전기 기기로서, 상기 회전자는 복수의 철심 블록을 구비한 회전자 철심과, 상기 복수의 철심 블록의 상호 간에 배치되어, 원판 형상의 덕트판 및 상기 덕트판상에 방사상으로 배치된 복수의 덕트 피스를 구비한 덕트 부재와, 상기 철심 블록에 매립된 복수의 영구 자석과, 상기 덕트판에 형성되어, 상기 영구 자석을 삽통할 수 있는 복수의 관통 구멍과, 상기 덕트 부재에 의해 형성된 통풍 덕트의 상기 관통 구멍의 외주측의 영역에서 양측의 상기 철심 블록의 단면을 지지하는 수단을 가지는 회전 전기 기기가 적용된다.

본 발명에 의하면, 냉각 성능이 우수한 IPM형의 회전 전기 기기의 회전자 및 회전 전기 기기를 제공할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 따른 회전 전기 기기 및 공기 냉각기의 축방향 단면도이다.
도 2는 회전 전기 기기의 회전자의 상반부를 나타내는 축방향 단면도이다.
도 3은 도 2의 A－A 단면에 의한 회전자의 횡단면도이다.
도 4는 철심 블록의 단면이 가압력에 의해 통풍 덕트내에 부풀어 올라 변형된 형태를 나타내는 설명도이다.
도 5는 제 1 덕트 피스의 경사부의 변형예를 나타내는 설명도이다.
도 6은 영구 자석의 외주측에 도체의 봉 부재를 관통하여 설치하는 변형예에 있어서의 회전자의 횡단면도이다.
도 7은 L자 형상의 경사부를 가지는 제 1 덕트 피스와 도체의 봉 부재를 설치한 변형예에 있어서의 회전자의 횡단면도이다.
도 8은 경사부를 갖지 않는 제 1 덕트 피스와 도체의 봉 부재를 설치한 변형예에 있어서의 회전자의 횡단면도이다.
도 9는 옥내 배치용의 공기 냉각기의 변형예를 나타내는 설명도이다.
도 10은 통풍 덕트의 위치를 고정자와 회전자에서 어긋나게 하는 변형예에 있어서의 회전 전기 기기 및 공기 냉각기의 축방향 단면도이다.
도 11은 봉 부재의 외주측에 노치를 마련하는 변형예에 있어서의 회전자의 횡단면도이다.

이하, 일 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

＜회전 전기 기기 및 공기 냉각기의 구성＞

우선, 본 실시 형태에 따른 회전 전기 기기(1) 및 공기 냉각기(5)의 구성에 대해 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 회전 전기 기기(1)는, 고정자(3)의 내측에 회전자(2)를 구비한 이너 로터(inner rotor)형의 발전기이다. 회전 전기 기기(1)는, 회전자(2) 및 고정자(3)와, 회전자(2) 및 고정자(3)를 수용한 원통 형상의 본체 프레임(4)과, 회전자(2) 및 고정자(3)를 냉각하는 공기 냉각기(5)와, 회전자(2)가 고정된 샤프트(10)를 구비하고 있다.

고정자(3)는, 본체 프레임(4)의 내주측에 배치된 고정자 리브(rib)(41)에 마련된다. 고정자(3)와 회전자(2)는, 반경 방향으로 소정 간극을 두고 배치되어 있다. 회전자(2)는 회전자 철심(20)을 구비하며, 고정자(3)는 고정자 철심(40)을 구비한다. 회전자(2) 및 고정자(3)에는, 회전자 철심(20) 및 고정자 철심(40)내를 직경 방향으로 관통하는 통풍 덕트(18)가 마련되어 있다. 또한, 회전자 철심(20)의 내주면측에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 둘레방향의 복수 개소에 샤프트(10)와의 사이에 축방향의 공기 통로(19)가 마련되어 있다. 샤프트(10)는, 본체 프레임(4)의 부하측(도 1 중 우측)에 마련된 부하측 브래킷(12a)에 외륜이 감합된 부하측 베어링(13a)과, 본체 프레임(4)의 반부하측(도 1 중 좌측)에 마련된 반부하측 브래킷(12b)에 외륜이 감합된 반부하측 베어링(13b)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다.

공기 냉각기(5)는, 샤프트(10)의 반부하측의 단부에 부착된 외부 팬(14)과, 샤프트(10)의 반부하측 브래킷(12b)과 회전자(2) 사이에 부착된 내부 팬(15)과, 본체 프레임(4)의 상부에 배치된 복수 개의 냉각 파이프(16)와, 외부 팬(14)의 반부하측에 공기 흡입구(17a)를 갖고, 외부 팬(14)으로부터 냉각 파이프(16)의 부하측 단부까지를 덮는 냉각기 프레임(17)을 구비하고 있다.

공기 냉각기(5)는, 샤프트(10)의 회전에 의해 외부 팬(14) 및 내부 팬(15)을 회전시킨다. 외부 팬(14)은, 공기 흡입구(17a)로부터 외부 공기를 취입하고, 취입된 외부 공기를 냉각 파이프(16)내로 보낸다. 또한, 내부 팬(15)은, 본체 프레임(4)내의 내부 공기를 냉각풍으로 하여 공기 통로(19)(도 3 참조)내를 통하여 부하측으로부터 축방향으로 흡인하여, 냉각풍을 원심력에 의해 공기 통로(19)로부터 통풍 덕트(18)로 보내고, 통풍 덕트(18)내를 직경 방향 외측을 향해 흘려, 회전자(2) 및 고정자(3)를 냉각한다. 회전자(2) 및 고정자(3)를 냉각한 내부 공기는, 고정자(3)의 직경 방향 외측을 본체 프레임(4)을 따라 반부하측으로 흘러서 내부 팬(15)에 의해 냉각 파이프(16)의 설치 영역으로 송풍된다. 이에 의해, 내부 공기는 냉각 파이프(16)내를 흐르는 외부 공기와의 열 교환에 의해 냉각되고, 다시 본체 프레임(4)내로 순환된다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 공기 냉각기(5)는, 외부로부터 취입하는 외부 공기와 회전 전기 기기(1)를 냉각하는 내부 공기를 별도 계통으로 한 냉각기로서, 예를 들면 옥외에서 사용하는 경우에 적합한 것이지만, 회전 전기 기기(1)의 공기 냉각기는 이것으로 한정되는 것은 아니다.

＜회전자의 구성＞

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 회전자(2)는, 샤프트(10)의 축방향으로 배열된 복수의 철심 블록(21)을 가지는 상기 회전자 철심(20)과, 철심 블록(21)의 상호 간에 배치된 복수의 덕트 부재(22)와, 각 철심 블록(21)에 매립된 복수의 영구 자석(23)을 구비한다. 영구 자석(23)은, 덕트 부재(22)를 축방향으로 관통하여 철심 블록(21)내에 삽입된다.

복수의 철심 블록(21) 및 덕트 부재(22)는, 샤프트(10)의 주위를 둘러싸는 고리 형상으로 형성된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 샤프트(10)에는, 둘레방향의 복수 개소(도 3에 나타내는 예에서는 예를 들면 90°간격의 4개소)에 축방향의 샤프트 리브(24)가 입설된다. 이 샤프트 리브(24)에 의해, 철심 블록(21) 및 덕트 부재(22)와 샤프트(10)의 사이에, 축방향의 상기 공기 통로(19)가 형성된다. 또한 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수의 철심 블록(21) 및 덕트 부재(22)는, 샤프트 리브(24)의 외주에 마련된 2개의 죔쇠(25)에 의해 축방향 내측에 가압된 상태에서, 샤프트 리브(24)를 거쳐서 샤프트(10)에 고정되어 있다. 샤프트 리브(24)와 덕트 부재(22)의 사이에는, 샤프트(10)에 대해 덕트 부재(22)의 회전을 멈추게 하는 키(26)가 마련되어 있다.

＜덕트 부재의 구성＞

덕트 부재(22)는, 예를 들면 오스테나이트계 SUS 등의 비자성체로 구성되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 덕트 부재(22)는, 원판 형상의 덕트판(28)과, 덕트판(28)의 한쪽측(부하측 또는 반부하측)의 면상에 방사상으로 배치된 복수의 제 1 덕트 피스(30A, 30B) 및 제 2 덕트 피스(29)를 구비한다. 덕트 부재(22)는, 복수의 철심 블록(21)의 상호 간에 배치되어, 복수의 철심 블록(21)의 상호 간에 상기 통풍 덕트(18)를 형성하고 있다.

덕트판(28)의 외주부에는, 영구 자석(23)을 삽통할 수 있는 복수의 관통 구멍(31)이 마련되어 있다. 복수의 관통 구멍(31)은, 축방향으로부터 보아 실질적으로 V자 형상으로 배치된 한 쌍의 영구 자석(23)을 1 세트로 하여 복수 세트의 영구 자석(23)이 둘레방향을 따라 배열되도록, 덕트판(28)의 외주부에 마련되어 있다.

제 1 덕트 피스(30A, 30B)는, 둘레방향에 있어서 복수의 관통 구멍(31)의 상호 간에 위치하고, 덕트판(28)의 내주측의 가장자리부 근방으로부터 반경 방향을 따라 외주측의 가장자리부 근방까지 연장하도록 설치된다. 제 2 덕트 피스(29)는, 둘레방향에 있어서 관통 구멍(31)과 동일한 영역에 위치하고, 덕트판(28)의 내주측의 가장자리부 근방으로부터 반경 방향을 따라 관통 구멍(31)의 내주측까지 연장하도록 설치된다. 즉, 제 2 덕트 피스(29)는, 제 1 덕트 피스(30A, 30B)보다 짧게 형성된다. 그리고, 복수의 제 1 덕트 피스(30A, 30B) 중, V자 형상으로 배치된 한 쌍의 관통 구멍(31)의 사이에 위치하는 제 1 덕트 피스(30A)는, 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에 있어서 2개의 경사부(30a)를 가진다. 2개의 경사부(30a)는, 반경 방향에 대해서 둘레방향 한쪽측 및 다른쪽측의 각각을 향해 (이 예에서는 직각 이하의 각도로) 경사져 있어, 그 결과, 제 1 덕트 피스(30A)는 반경 방향 외측이 확대 개방하여 Y자 형상으로 형성되어 있다.

또한, 복수의 제 1 덕트 피스(30A)는, 상기 Y자 형상의 확대 개방부를 형성하기 위해서 2개의 판 부재를 병설하여 구성되어 있지만, 이것으로 한정하는 것은 아니며, 다른 덕트 피스와 마찬가지로 1개의 판 부재로 구성해도 좋다. 이 경우, 선단의 확대 개방부를 다른 판 부재로 형성하면 좋다.

한편, 복수의 제 1 덕트 피스(30A, 30B) 중, V자 형상으로 배치된 한 쌍의 관통 구멍(31)과 다른 한 쌍의 관통 구멍(31)의 사이에 위치하는 제 1 덕트 피스(30B)는, 경사부를 구비하지 않고, 덕트판(28)의 내주측의 가장자리부 근방으로부터 반경 방향을 따라 외주측의 가장자리부 근방까지 직선적으로 연장하도록 설치된다. 이에 의해, 통풍 저항의 증대를 억제하여, 냉각풍을 통풍 덕트(18)로부터 직경 방향 외측을 향해 원활하게 유출시킬 수 있다. 또한, 이하에 있어서 제 1 덕트 피스(30A와 30B)의 구별이 불필요한 때에는, 간단히 「제 1 덕트 피스(30)」 또는 「덕트 피스(30)」라고 약기한다.

또한, 상세한 설명은 생략하지만, 고정자(3)는, 고정자 철심(40)에 구비된 복수의 철심 블록에, 영구 자석의 설치가 없고 고정자 코일(42)이 권회되는 점을 제외하고, 상술의 회전자 철심(20)과 마찬가지로 구성되어 있다. 즉, 고정자 철심(40)은 고정자 리브(41)에 축방향의 공기 통로를 형성하도록 부착되어 있고, 고정자 철심(40)의 복수의 철심 블록의 상호 간에 덕트 부재가 배치되어, 고정자 철심(40)내를 직경 방향으로 관통하는 통풍 덕트(18)가 형성된다.

＜실시 형태의 효과＞

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 회전 전기 기기(1)는, 복수의 영구 자석(23)이 덕트 부재(22)를 축방향으로 관통하여 철심 블록(21)에 매립된, 이른바 IPM형의 회전 전기 기기이다.

그리고, 회전 전기 기기(1)의 회전자(2)는, 복수의 철심 블록(21)의 상호 간에 배치된 덕트 부재(22)를 가진다. 덕트 부재(22)는, 원판 형상의 덕트판(28)과, 이 덕트판(28)상에 방사상으로 배치된 복수의 덕트 피스(29, 30)를 구비하고 있고, 복수의 철심 블록(21)의 상호 간에 통풍 덕트(18)를 형성한다. 이에 의해, 샤프트(10)의 외주면과 회전자 철심(20)의 내주면의 사이의 공기 통로(19)를 축방향으로 유통한 냉각풍을, 원심력에 의해 통풍 덕트(18)내를 직경 방향 외측을 향해 유통시킬 수 있다. 이 때, 덕트판(28)이나 덕트 피스(29, 30)가 방열면으로서 기능할 뿐만 아니라, 덕트 피스(29, 30)의 팬 작용에 의해 강제적으로 냉각풍을 유통시킬 수 있으므로, 회전자(2)를 효과적으로 냉각할 수 있다. 따라서, 냉각 성능이 우수한 IPM형의 회전 전기 기기(1)를 실현할 수 있다.

또한, 통풍 덕트를 가지는 IPM형의 회전 전기 기기의 구성으로서는, 예를 들면 덕트 부재(22)에 자석 삽입용의 관통 구멍이 마련되지 않고, 덕트 부재(22)의 배설 부분에서 분단된 복수의 영구 자석을 각 철심 블록(21)에 매립한 구성을 생각할 수 있다. 이러한 구성에서는, 각 철심 블록(21)마다 영구 자석(23)을 삽입할 필요가 있다. 이에 대해서, 본 실시 형태의 회전 전기 기기(1)에서는 영구 자석(23)을 삽입하기 위한 관통 구멍(31)을 덕트 부재(22)에 관통하여 마련하므로, 복수의 철심 블록(21)을 포함하는 회전자 철심(20) 전체의 적층 후에 영구 자석(23)을 삽입할 수 있다. 따라서, 회전자(2)의 제조 공정을 간략화할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 특히, 덕트 부재(22)의 덕트판(28)에 복수의 관통 구멍(31)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(31)을 관통하여 영구 자석(23)이 삽입된다. 이 때문에, 덕트 부재(22)는 삽입되는 영구 자석(23)과 덕트 피스(29, 30)의 간섭을 방지할 필요가 있다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 둘레방향에 있어서 복수의 관통 구멍(31)의 상호 간에 위치하는 제 1 덕트 피스(30)에 대해서는, 반경 방향을 따라 덕트판(28)의 내주측의 가장자리부 근방으로부터 외주측의 가장자리부 근방까지 연장하도록 설치하고, 그 이외의 둘레방향에 있어서 관통 구멍(31)과 동일한 영역에 위치하는 제 2 덕트 피스(29)에 대해서는, 반경 방향을 따라 덕트판(28)의 내주측의 가장자리부 근방으로부터 관통 구멍(31)의 내주측까지 연장하도록 설치한다. 이에 의해, 삽입되는 영구 자석(23)과 덕트 피스(29, 30)의 간섭을 방지하면서, 통풍 덕트(18)의 형성에 필요한 최저한의 덕트 피스를 배치할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 특히, 제 1 덕트 피스(30A)는, 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에서 반경 방향에 대해서 경사진 경사부(30a)를 가진다. 이에 의해, 다음의 효과를 얻는다. 즉, 전술한 바와 같이, 복수의 철심 블록(21)의 상호 간에 덕트 부재(22)가 배치된 회전자 철심(20)은, 양 단부를 죔쇠(25) 등의 가압 부재에 의해 가압하면서 고정된다. 이 때문에, 덕트 부재(22)를 사이에 두는 양측의 철심 블록(21)은 서로 근접하는 방향으로 가압되어 있지만, 덕트 부재(22)의 덕트 피스(29, 30)가 지지 부재로 되고, 각 철심 블록(21)에 있어서의 적층된 전자기 강판의 간격이 유지된다.

그러나, 덕트 부재(22)의 둘레방향에 있어서의 관통 구멍(31)과 동일한 영역에서는, 제 2 덕트 피스(29)가 관통 구멍(31)의 내주측까지 단지 연장할 수 없기 때문에, 관통 구멍(31)의 외주측은 덕트 피스가 설치되지 않는다. 이 때문에, 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에서는, 지지 부재의 생략에 의해, 도 4에 나타낸 바와 같이, 철심 블록(21)의 단면(21a)이 상기 가압력에 의해 통풍 덕트(18)내에 부풀어 올라 변형될 가능성이 있다. 이 경우, 적층된 전자기 강판의 간격에 차이가 생겨, 회전 진동에 의한 전자기 강판의 파손을 초래할 가능성이 있다.

본 실시 형태에서는, 제 1 덕트 피스(30A)가, 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에서 반경 방향에 대해서 경사진 경사부(30a)를 가지므로, 제 1 덕트 피스(30A)의 경사부(30a)를 상기 변형의 가능성이 있는 영역을 향해 연장하도록 설치할 수 있다. 그 결과, 지지 부재가 생략된 영역을 축소할 수 있으므로, 상기 철심 블록(21)의 단면의 변형을 방지할 수 있다. 즉, 제 1 덕트 피스(30A)는, 덕트 부재에 의해 형성된 통풍 덕트의 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에서 양측의 철심 블록의 단면을 지지하는 수단의 일례이다.

또한, 본 실시 형태에서는 특히, 제 1 덕트 피스(30A)가, 반경 방향에 대해서 둘레방향 한쪽측 및 다른쪽측의 각각을 향해 경사진 2개의 경사부(30a)를 가진다. 이에 의해, 2개의 경사부(30a)를, 둘레방향에 있어서 제 1 덕트 피스(30A)의 양측에 위치하는 관통 구멍(31)의 각각의 외주측의 영역을 향해 연장하도록 설치할 수 있다. 그 결과, 지지 부재가 생략된 영역을 더 축소할 수 있으므로, 상기 철심 블록(21)의 단면의 변형 방지 효과를 보다 높일 수 있다. 또한, 본 실시 형태와 같이 제 1 덕트 피스(30A)의 외주측의 단부가 Y자형으로 되도록 2개의 경사부(30a)를 마련함으로써, (예를 들면, T자형으로 하는 경우보다) 통풍 저항을 저감할 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 특히, 덕트 부재(22)가 비자성체로 구성된다. 이에 의해, 영구 자석(23)의 누설 자속이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 특히, 축방향으로부터 보아 실질적으로 V자 형상으로 배치된 한 쌍의 영구 자석(23)이, 회전자 철심(20)의 둘레방향을 따라 복수 세트 배치된다. 복수의 영구 자석(23)을 이러한 V자 형상의 배치로 함으로써, 인접하는 영구 자석(23)의 자력을 회전자(2)의 외주부에 집중시켜, 고정자(3)에서의 쇄교 자속 밀도의 고 밀도화를 도모할 수 있다.

＜변형예＞

또한, 개시된 실시 형태는, 상기에 한정되는 것은 아니며, 그 취지 및 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위내에서 여러 가지의 변형이 가능하다. 이하, 그러한 변형예를 설명한다.

(1) 제 1 덕트 피스의 경사부를 T자 형상 등으로 형성하는 경우

상기 실시 형태에서는, 제 1 덕트 피스(30A)를, 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에 있어서 반경 방향에 대해서 둘레방향 한쪽측 및 다른쪽측을 향해 직각 이하의 각도로 각각 경사진 2개의 경사부(30a)를 가지는 Y자 형상으로 형성했지만, 경사부(30a)의 형상은 이것으로 한정되지 않는다. 제 1 덕트 피스(30A)의 경사부(30a)의 변형예의 일례를 도 5(a) 및 도 5(b)에 나타낸다.

도 5(a)에 나타내는 경우에는, 경사부(30a)가 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에 있어서 반경 방향에 대해서 둘레방향 한쪽측 및 다른쪽측을 향해 직각으로 경사짐으로써, 제 1 덕트 피스(30A)의 외주측 선단이 실질적으로 T자 형상으로 형성되어 있다. 도 5(b)에 나타내는 경우에는, 경사부(30a)가 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에 있어서 반경 방향에 대해서 둘레방향 한쪽측 또는 다른쪽측을 향해 직각으로 경사짐으로써, 제 1 덕트 피스(30A)의 외주측 선단이 실질적으로 L자 형상으로 형성되어 있다.

제 1 덕트 피스(30A)의 외주측 선단의 형상이 도 5(a) 및 도 5(b) 중 어느 한 경우에도, 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에 경사부(30a)를 연장하도록 설치할 수 있으므로, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 철심 블록(21)에 대한 지지 부재가 생략된 영역을 축소할 수 있어, 철심 블록(21)의 단면의 변형을 방지할 수 있다.

(2) 영구 자석의 외주측에 도체의 봉 부재를 관통하여 설치하는 경우

본 변형예의 일례를 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 변형예에서는, 회전자 철심(20)내에 있어서의 각 세트의 영구 자석(23)의 외주측의 영역에, 복수의 철심 블록(21) 및 덕트 부재(22)를 축방향으로 관통한 도체로 구성된 복수(이 예에서는 한 쌍의 영구 자석(23)의 각 세트마다 3개. 단 개수는 한정되지 않음)의 봉 부재(33)가 배치되어 있다. 봉 부재(33)는, 제 1 덕트 피스(30A)의 2개의 경사부(30a)의 둘레방향 양측 및 그 중간부 근방에 각각 위치하고 있다. 이들 복수의 봉 부재(33)는, 그 축방향 단부가 각각 도시하지 않는 단락편에 의해 전기적으로 접속되어 있고, 회전 전기 기기(1)의 운전 중에 어떠한 원인으로 회전 속도가 불안정하게 되었을 경우에, 제동 토크를 발생시켜, 회전 속도를 안정화시키는 이른바 제동 권선으로서 기능한다.

봉 부재(33)는, 복수의 철심 블록(21) 및 덕트 부재(22)에 대해 관통한 상태에서, 예를 들면 접착제에 의해 고정된다. 즉, 본 변형예에서는, 덕트 피스(29, 30)에 부가하여 복수의 봉 부재(33)에 대해서도 지지 부재로서 기능시킬 수 있으므로, 철심 블록(21)의 단면의 변형 방지 효과를 보다 높일 수 있다. 즉, 봉 부재(33)는, 덕트 부재에 의해 형성된 통풍 덕트의 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에서 양측의 철심 블록의 단면을 지지하는 수단의 일례이다.

또한 본 변형예에 의하면, 고정자(3)와 회전자(2)의 갭 사이의 자속 밀도에 고조파 성분이 포함되는 경우, 회전자(2)의 표면에 와전류를 유기하여, 발열에 의한 와전류 손실이 생길 가능성이 있지만, 전류가 봉 부재(33)에 흐름으로써, 와전류 손실을 저감하는 것이 가능하다.

또한, 회전 전기 기기(1)에 있어서 어떠한 원인으로 3상 돌발 단락이 생겼을 경우, 정격 전류의 수배의 전류가 흘러, 그 대전류에 의해 영구 자석(23)이 감자할 가능성이 있지만, 전류가 봉 부재(33)에 흐름으로써, 영구 자석(23)의 감자를 경감하는 것이 가능하다.

(3) L자 형상의 경사부와 도체의 봉 부재를 조합했을 경우

본 변형예의 일례를 도 7에 나타낸다. 본 변형예에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 덕트 부재(22)의 제 1 덕트 피스(30A)는, 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에 있어서 반경 방향에 대해서 둘레방향 한쪽측을 향해 직각으로 경사진 경사부(30a)를 가지고 있고, 외주측의 선단이 대략 L자 형상으로 형성된다. 또한, 각 세트의 영구 자석(23)의 외주측의 영역에, 복수의 철심 블록(21) 및 덕트 부재(22)를 축방향으로 관통한 도체로 구성된 1개(복수라도 좋음)의 봉 부재(33)가 배치되어 있다. 봉 부재(33)는, 관통 구멍(31)의 외주측의 영역에 있어서의 L자 형상의 경사부(30a)의 연장 방향과는 반대측에 배치되어 있다.

본 변형예에 의해서도, 제 1 덕트 피스(30A)의 경사부(30a) 및 봉 부재(33)가 지지 부재로 되어, 철심 블록(21)의 단면의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 회전 전기 기기(1)의 회전 속도를 안정화시키는 등의 제동 권선의 기능도 발휘시킬 수 있다.

(4) 경사부를 가지지 않는 제 1 덕트 피스와 도체의 봉 부재를 조합했을 경우

본 변형예의 일례를 도 8에 나타낸다. 본 변형예에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 덕트 부재(22)의 제 1 덕트 피스(30A)는, V자 형상으로 배치된 한 쌍의 영구 자석(23)(관통 구멍(31))의 사이에 위치하고, 경사부를 구비하지 않고 반경 방향으로 덕트판(28)의 외주측의 가장자리부 근방까지 직선적으로 연장하고 있다. 또한, 각 세트의 영구 자석(23)의 외주측의 영역에는, 복수의 철심 블록(21) 및 덕트 부재(22)를 축방향으로 관통한 도체로 구성된 복수(이 예에서는 2개. 단 3개 이상으로 해도 좋음)의 봉 부재(33)가 배치되어 있다. 봉 부재(33)는, 제 1 덕트 피스(30A)의 둘레방향 양측에 배치되어 있다.

본 변형예에 의해서도, 제 1 덕트 피스(30A) 및 봉 부재(33)가 지지 부재로 되어, 철심 블록(21)의 단면의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 제동 권선의 기능도 발휘시킬 수 있다.

(5) 옥내 배치용의 회전 전기 기기의 경우

상기 실시 형태에서는, 옥외 배치에 적절한 공기 냉각기(5)를 이용하는 경우를 일례로서 설명했지만, 옥내 배치용의 공기 냉각기를 이용해도 좋다. 본 변형예의 일례를 도 9에 나타낸다. 본 변형예의 공기 냉각기(5A)는, 도 1에 나타내는 외부 팬(14) 및 냉각 파이프(16)를 구비하고 있지 않고, 샤프트(10)에 부착된 내부 팬(15)을 이용하여, 본체 프레임(4)내에 외부 공기를 직접 취입한다. 그리고, 공기 냉각기(5A)는, 취입한 외부 공기를 냉각풍으로 하여 회전자(2) 및 고정자(3)를 냉각하고, 냉각 후의 공기는 본체 프레임(4)으로부터 외부로 배기한다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 회전자(2) 및 고정자(3)를 수용한 본체 프레임(4)의 외주면에는, 부하측 및 반부하측의 위치에, 공기 흡입구(35a 및 35b)가 마련되어 있다. 또한, 본체 프레임(4)의 상부에는 배기탑(36)이 마련되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 본 변형예의 회전 전기 기기(1)에서는, 내부 팬(15)이 샤프트(10)의 회전자(2)의 축방향 양측에 배치되어 있다. 그 이외의 회전 전기 기기(1)의 구성은, 전술의 실시 형태와 마찬가지이다.

공기 냉각기(5A)는, 본체 프레임(4)내에서 샤프트(10)의 부하측 및 반부하측의 위치에 부착된 내부 팬(15)이 회전함으로써, 공기 흡입구(35a 및 35b)로부터 외부의 공기를 취입한다. 그리고, 공기 냉각기(5A)는, 취입한 공기를 냉각풍으로 하여 공기 통로(19)내를 통하여 축방향으로 흡인하고, 냉각풍을 원심력에 의해 공기 통로(19)로부터 통풍 덕트(18)에 보내고, 통풍 덕트(18)내를 직경 방향 외측을 향해 흘려, 회전자(2) 및 고정자(3)를 냉각한다. 냉각 후의 공기는, 통풍 덕트(18)로부터 배기탑(36)으로 유입하고, 배기탑(36)으로부터 외부로 배기된다. 이와 같이, 공기 냉각기(5A)는, 외부의 공기를 직접 회전 전기 기기(1)의 냉각에 사용하므로, 예를 들면 옥내에서 사용하는 경우에 적합하다.

본 변형예의 공기 냉각기(5A)는, 외부의 공기를 직접 회전 전기 기기(1)의 냉각에 사용하므로, 냉각기 프레임(17)이나 외부 팬(14), 냉각 파이프(16) 등이 불필요해져, 장치를 소형화할 수 있다.

(6) 통풍 덕트의 위치를 고정자와 회전자에서 어긋나게 하는 경우

상기 실시 형태에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 통풍 덕트(18)의 위치를 고정자(3)와 회전자(2)에서 일치시키는 경우를 일례로서 설명했지만, 반드시 일치시킬 필요는 없다. 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 통풍 덕트(18)의 위치를 고정자(3)와 회전자(2)에서 어긋난 위치로 해도 좋다.

(7) 도체의 봉 부재의 외주에 노치를 마련하는 경우

예를 들면, 도 11에 나타낸 바와 같이, 회전자 철심(20)내에 있어서의 각 세트의 영구 자석(23)의 외주측의 영역에 도체로 구성된 복수의 봉 부재(33)를 설치하는 경우에, 각 봉 부재(33)의 외주측에 노치(37)를 형성해도 좋다. 이 노치(37)는, 회전자 철심(20)에 봉 부재(33)의 삽통 구멍을 뚫어 형성할 때에 함께 형성하면 좋다.

(8) 기타

이상에서는, 회전 전기 기기가 발전기인 경우를 일례로서 설명했지만, 본 실시 형태는, 회전 전기 기기가 모터인 경우에도 적용할 수 있다.

또한, 이상의 설명에 있어서의 「직각」이란, 엄밀한 의미에서의 수직은 아니다. 즉, 「직각」이란, 설계상, 제조상의 공차, 오차가 허용되며, 「실질적으로 직각」이라고 하는 의미이다.

또한, 이상 이미 서술한 것 이외에도, 상기 실시 형태나 각 변형예에 의한 수법을 적절히 조합하여 이용해도 좋다.

그 외에, 일일이 예시하지는 않지만, 상기 실시 형태나 각 변형예는, 그 취지를 일탈하지 않는 범위내에 있어서, 여러 가지의 변경이 가해져 실시되는 것이다.

1 : 회전 전기 기기
1A : 회전 전기 기기
2 : 회전자
3 : 고정자
10 : 샤프트
18 : 통풍 덕트
20 : 회전자 철심
21 : 철심 블록
22 : 덕트 부재
23 : 영구 자석
28 : 덕트판
29 : 제 2 덕트 피스(덕트 피스)
30A : 제 1 덕트 피스(덕트 피스, 지지하는 수단)
30B : 제 1 덕트 피스(덕트 피스)
30a : 경사부
31 : 관통 구멍
33 : 봉 부재(지지하는 수단)

Claims

회전 전기 기기의 회전자로서,
복수의 철심 블록을 구비한 회전자 철심과,
상기 복수의 철심 블록의 상호 간에 배치되고, 원판 형상의 덕트(duct)판 및 상기 덕트판 상에 방사상으로 배치된 복수의 덕트 피스(piece)를 구비한 덕트 부재와,
상기 철심 블록에 매립된 복수의 영구 자석과,
상기 덕트판에 형성되어, 상기 영구 자석을 삽통할 수 있는 복수의 관통 구멍을 가지는
것을 특징으로 하는 회전 전기 기기의 회전자.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 덕트 피스는,
둘레방향에 있어서 상기 복수의 관통 구멍의 상호 간에 위치하고, 반경 방향을 따라 상기 덕트판의 가장자리부 근방까지 연장하는 제 1 덕트 피스와,
상기 둘레방향에 있어서 상기 관통 구멍과 동일한 영역에 위치하고, 반경 방향을 따라 상기 관통 구멍의 내주측까지 연장하는 제 2 덕트 피스를 가지는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기의 회전자.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 덕트 피스는, 상기 관통 구멍의 외주측의 영역에서 상기 반경 방향에 대해서 경사진 경사부를 가지는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기의 회전자.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 덕트 피스는, 상기 반경 방향에 대해서 상기 둘레방향 한쪽측 및 다른쪽측의 각각을 향해 경사진 2개의 상기 경사부를 가지는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기의 회전자.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 덕트 피스는 외주측의 선단이 Y자 형상으로 형성되어 있는 회전 전기 기기의 회전자.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 덕트 피스는 외주측의 선단이 T자 형상으로 형성되어 있는 회전 전기 기기의 회전자.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자 철심내에 있어서의 상기 영구 자석의 외주측의 영역에 상기 복수의 철심 블록 및 상기 덕트 부재를 축방향으로 관통하여 배치된, 도체로 구성된 복수의 봉 부재를 더 가지는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기의 회전자.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 덕트 부재는, 비자성체로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기의 회전자.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 영구 자석은, 축방향으로부터 보아 실질적으로 V자 형상으로 배치된 한 쌍의 상기 영구 자석을 복수 세트 가지는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기의 회전자.
고정자와,
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 회전자와,
상기 회전자가 고정된 샤프트를 갖는
것을 특징으로 하는 회전 전기 기기.