WO2022044450A1

WO2022044450A1 - 回転電機

Info

Publication number: WO2022044450A1
Application number: PCT/JP2021/018776
Authority: WO
Inventors: 敬文中濱; 泰平小山; 理村上
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝インフラシステムズ株式会社
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN116097550A; TW202220344A; KR20230038794A; JP2022038289A

Abstract

実施形態によれば、回転電機は、シャフ３０トおよび回転子鉄心３２を有する回転子１６と、回転子鉄心の周囲に配置された固定子鉄心２４と、固定子コイル２８とを有する固定子１４と、回転子および固定子を覆う外ケース１８と、外ケースの内で回転子鉄心の軸方向の一端側に設けられ、固定子鉄心の内径よりも大きい最大径を有する第１冷却ファンＦＡと、外ケースの内で回転子鉄心の軸方向の他端側に設けられ、固定子鉄心の内径よりも小さい最大径を有する第２冷却ファンＦＢと、固定子鉄心の外周に沿って軸方向に延びる流路と流路ＣＨに開放する排気口４４とを有する通風ダクト４０と、を備えている。流路は、第１冷却ファンの側で外ケース内の空間に連通する第１端４０ａと第２冷却ファンの側で外ケース内に空間に連通する第２端４０ｂとを有し、排気口は、第１端と第２端との中間に対し第２端の側へ軸方向にずれて位置している。

Description

回転電機

　この発明の実施形態は、回転電機に関する。

　通常、回転電機は、円筒状の固定子と、この固定子の内側に回転自在に支持された円柱形状の回転子と、を備えている。固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心に装着された固定子巻線と、を備えている。固定子および回転子は、その大部分が外ケースあるいはフレームにより覆われている。
　近年、品質向上、メンテナンス負荷の軽減を目的とし、車両駆動用の回転電機でも開放型から全閉型への切り替えが進んでいる。全閉型は開放型と異なり機内で発生した熱をフレームなどの外被を介して放熱するため、固定子巻線（コイル）などの温度が高くなり易い。

　固定子巻線の温度が高くなると、巻線を被覆している絶縁物の劣化が早くなり回転電機の寿命が短くなる。固定子巻線に関するメンテナンスは分解を伴うオーバーホールであり、メンテナンスのインターバルが短くなると作業が面倒となる。メンテナンスの回数を低減するべく、回転電機の冷却性を強化する必要がある。

　回転子鉄心の両側に回転円板（ファン）を有する回転電機では、回転円板の径が大きいほどファン静圧が大きくなり内気流量、外気流量が多くなる。一方、回転電機は、回転子を固定子の内径側に挿入して組立てるため、少なくとも片方の回転円板の径を回転子径以下に抑える必要がある。回転円板の径が小さい側では内、外気流量が少なくなり、熱抵抗が大きくなりる。そのため、回転子鉄心の両側で固定子巻線等をバランスよく冷却することが難しく、最大温度上昇が大きくなる。

特開２００６－２５５２１号公報特開２０１４－１０３７６２号公報特開２０１８－７４７２７号公報特開２００２－１９９６５号公報特開平１１－４１８７２号公報

　この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、冷却性の向上した回転電機を提供することにある。

　実施形態によれば、回転電機は、中心軸線の回りで回転自在なシャフトと、前記シャフトに取り付けられた筒状の回転子鉄心と、を有する回転子と、前記回転子鉄心の周囲にギャップを置いて配置された筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に取り付けられた固定子コイルと、を有する固定子と、前記固定子および前記回転子を支持し、前記回転子および前記固定子を覆う外ケースと、前記外ケースの内で前記回転子鉄心の軸方向の一端側に前記中心軸線の回りで回転自在に設けられ、前記固定子鉄心の内径よりも大きい最大径を有する第１冷却ファンと、前記外ケースの内で前記回転子鉄心の軸方向の他端側に前記中心軸線の回りで回転自在に設けられ、前記固定子鉄心の内径よりも小さい最大径を有する第２冷却ファンと、前記第１冷却ファンの側で前記外ケース内の空間に連通する第１端と前記第２冷却ファンの側で前記外ケース内に空間に連通する第２端とを有し前記固定子鉄心の外周に沿って前記軸方向に延びる流路と、前記第１端と前記第２端との間で前記流路に開放する排気口と、を有する通風ダクトと、を備え、前記排気口は、前記第１端と第２端との中間に対し前記第２端の側へ前記軸方向にずれて位置している。

図１は、第１実施形態に係る回転電機の一部を示す縦断面図。図２は、図１の線Ａ－Ａに沿った、前記回転電機の断面図。図３は、前記回転電機の第１ファンを示す斜視図。図４は、第２実施形態に係る回転電機の一部を示す縦断面図。図５は、第３実施形態に係る回転電機の一部を示す縦断面図。図６は、第４実施形態に係る回転電機の一部を示す縦断面図。図７は、第５実施形態に係る回転電機の一部を示す縦断面図。

　以下に、図面を参照しながら、この発明の実施形態について説明する。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。

　（第１実施形態）　
　図１は、第１実施形態に係る回転電機の中心軸線に沿って半分に分割した部分を示す縦断面図、図２は、図１の線Ａ－Ａに沿った回転電機の第１ファン側の横断面図である。　
　図１に示すように、回転電機１０は、いわゆる全閉型の回転電機として構成されている。回転電機１０は、内部が密閉された外ケース１８と、外ケース１８内に配置された円筒形状の固定子（ステータ）１４と、固定子の内側に回転自在に設けられた回転子（ロータ）１６と、を備えている。
　外ケース（外被）１８は、ほぼ円筒状の支持フレーム１２と、支持フレーム１２の軸方向の一端を閉塞した環状の第１端板３４ａと、支持フレーム１２の軸方向の他端を閉塞した環状の第２端板３４ｂと、支持フレーム１２および第１端板３４ａに連結され第１端板３４ａに隙間を置いて対向する円盤状の第１ブラケット１９と、支持フレーム１２および第２端板３４ｂに連結され第２端板３４ｂに隙間を置いて対向する円盤状の第２ブラケット２０と、を備えている。

　第１ブラケット１９の中心部に、軸受Ｂ１を内蔵した第１軸受ハウジング２２ａが一体に設けられている。第２ブラケット２０の中心部に、軸受Ｂ２を内蔵した第２軸受ハウジング２２ｂがボルト止めされている。軸受Ｂ１および軸受Ｂ２は、回転電機１０の中心軸線Ｃ１に沿って整列して配置されている。第１ブラケット１９は、第１軸受けハウジング２２ａを貫通して形成された複数の第１通気孔２３ａを有している。第１通気孔２３ａは、軸受けＢ１の周囲に位置し、外ケース１８の内部空間に連通している。同様に、第２ブラケット２０は、第２軸受けハウジング２２ｂを貫通して形成された複数の第２通気孔２３ｂを有している。第２通気孔２３ｂは、軸受けＢ２の周囲に位置し、外ケース１８の内部空間に連通している。

　固定子１４は、環状あるいは円筒状の固定子鉄心２４と固定子鉄心２４に巻回された固定子コイル２８とを有している。固定子鉄心２４は、その外周面が支持フレーム１２の内周面に嵌合した状態で支持フレーム１２に支持され、中心軸線Ｃ１と同軸的に配置されている。固定子鉄心２４の軸方向両端面には、環状の一対の鉄心押え２６が固定されている。固定子鉄心２４は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。固定子鉄心２４の内周部に、それぞれ軸方向に延びた複数のスロットが形成されている。固定子コイル２８はこれらのスロットに埋め込まれた状態で固定子鉄心２４に取付けられている。固定子コイル２８のコイルエンド２８ｅは固定子鉄心２４の両端面から軸方向に張り出している。コイルエンド２８ｅと固定子鉄心２４の端面との間に、内気を流通可能な隙間が設けられている。

　回転子１６は、回転シャフト３０と、回転子鉄心３２と、回転子鉄心３２に埋め込まれた複数本のロータバー５２と、ロータバー５２に両端に接続された一対のエンドリングと、を備えている。回転シャフト３０は、中心軸線Ｃ１と同軸的に外ケース１８内に配置され、軸方向の一端部および他端部がそれぞれ軸受Ｂ１、Ｂ２により回転自在に支持されている。回転シャフト３０の少なくとも一方の端部は軸受けを通して機外に延出している。

　回転子鉄心３２は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成され、ほぼ円筒形状に形成されている。回転子鉄心３２は、回転シャフト３０の軸方向のほぼ中央部に取付けられ、固定子鉄心２４の内側に、中心軸線Ｃ１と同軸的に配置されている。回転子鉄心３２の外周面は、隙間Ｇを置いて、固定子鉄心２４の内周面に対向している。回転子鉄心３２の軸方向長さは、固定子鉄心２４の軸方向長さとほぼ等しく形成され、回転子鉄心３２は全長に亘って固定子鉄心２４に対向している。
　回転子鉄心３２の外周部には、それぞれ軸方向に延びる複数のスロット（溝）５０が形成され、円周方向に一定の間隔を置いて並んでいる。各スロット５０は、回転子鉄心３２を軸方向に貫通して延び、回転子鉄心の両端面に開口している。ロータバー５２は各スロット５０に挿通され、回転子鉄心３２の軸方向に延在している。

　回転電機１０は、固定子コイル２８を含む外ケース１８内部を冷却する冷却機構を備えている。すなわち、回転電機１０は、回転シャフト３０に取り付けられ第１ブラケット１９と回転子鉄心３２との間に位置する第１冷却ファンＦＡと、回転シャフト３０に取り付けられ第２ブラケット２０と回転子鉄心３２との間に位置する第２冷却ファンＦＢと、第１冷却ファンＦＡおよび第２冷却ファンＦＢにより発生する空気流を外ケース１８の外周面に沿って流すための複数本の通風ダクト４０と、を備えている。

　図３は、第１冷却ファンの一例を示す斜視図である。
　図１および図３に示すように、第１冷却ファンＦＡは、遠心型のファンとして構成され、回転により半径方向に風を発生させる。第１冷却ファンＦＡは、ラッパ形状あるいは扇形状のファン本体７０ａを備えている。ファン本体７０ａは回転シャフト３０に固定され、回転子鉄心３２側から第１ブラケット１９に向かって、かつ、径方向の外周側に広がりながら延出している。第１冷却ファンＦＡは、ファン本体７０ａの鉄心の側の内面に隙間を置いて対向配置された環状の内シュラウド７０ｂと、ファン本体７０ａと内シュラウド７０ｂとの間に設けられた複数枚の内ブレード８０と、ファン本体７０ａの第１ブラケット１９の側の外周面に隙間を置いて対向配置された環状の外シュラウド７０ｃと、ファン本体７０ａと外シュラウド７０ｃとの間に設けられた複数枚の外ブレード８１と、を有している。

　内ブレード８０は、Ｎｉ枚設けられ、中心軸線Ｃ１を中心とする円周方向に互いに等間隔を置いて配置されている。内ブレード８０は、中心軸線Ｃ１に対し、径方向あるいは放射方向に延在している。外ブレード８１は、Ｎｏ枚設けられ、中心軸線Ｃ１を中心とする円周方向に互いに等間隔を置いて配置されている。外ブレード８１は、中心軸線Ｃ１に対し、径方向あるいは放射方向に延在している。内ブレード８０の枚数Ｎｉは、外ブレード８１の枚数Ｎｏよりも多く設定している（Ｎｉ＞Ｎｏ）。

　図１および図２に示すように、ファン本体７０ａの第１ブラケット１９の側の延出端部は、第１端板３４ａと並んで位置している。すなわち、ファン本体７０ａの延出端部は、第１端板３４ａの内孔内に配置され、第１端板３４ａの内周面と僅かな隙間を置いて対向している。中心軸線Ｃ１を中心とする延出端部の外径Ｄｄ１は、第１冷却ファンＦＡの最大径であり、固定子鉄心２４の内径Ｒｄよりも大きく形成されている（Ｄｄ１＞Ｒｄ）。
　ファン本体７０ａに対して鉄心の側に位置する内ブレード８０の中心軸線Ｃ１を中心とする外径Ｄｄ２は、ファン本体７０ａに対して外側、つまり、第１ブラケット１９の側に位置する外ブレード８１の中心軸線Ｃ１を中心とする外径Ｄｄ３よりも大きく設定されている。第１冷却ファンＦＡの各部の径は、Ｄｄ１＞Ｄｄ２＞Ｄｄ３＞Ｒｄの関係に設定されている。

　ファン本体７０ａの外周面と内シュラウド７０ｂの外周端部との間に、第１冷却ファンの内排気口８２ａが規定されている。内排気口８２ａは、径方向外方に向いて開口している。内排気口８２ａは、コイルエンド２８ｅの端部付近に位置し、かつ、第１冷却ファンＦＡからの風がコイルエンド２８ｅと衝突しにくい位置とするのがよい。ファン本体７０ａの外周面と内シュラウド７０ｂの内周端部との間に、第１冷却ファンＦＡの内吸気口８４ａが規定されている。内吸気口８４ａは、回転子鉄心３２に隣接する位置に配置される。
　ファン本体７０ａの外周面と外シュラウド７０ｃの外周端部との間に、第１冷却ファンの外排気口８２ｂが規定されている。外排気口８２ｂは、径方向外方に向いて開口している。ファン本体７０ａの外周面と外シュラウド７０ｃの内周端部との間に、第１冷却ファンＦＡの外吸気口８４ｂが規定されている。外吸気口８４ｂは、第１ブラケット１９の第１通気孔２３ａの近傍に位置している。

　第１ブラケット１９の外周側の領域は、第１端板３４ａと間隔を置いて対向している。第１端板３４ａと第１ブラケット１９との間に環状の第１拡散通風路（第１空間）ＡＦ１が規定されている。第１拡散通風路ＡＦ１は、ファン本体７０ａと第１ブラケット１９との間の空間ＳＡ１に連通し、更に、空間ＳＡ１は、複数の第１通気孔２３ａを通して機外に連通している。第１冷却ファンＦＡの外シュラウド７０ｃおよび外ブレード８１は空間ＳＡ１内に位置し、第１拡散通風路ＡＦ１に対向している。

　第２冷却ファンＦＢは、第１冷却ファンＦＡとほぼ同様の構成を有し、遠心型のファンとして構成されている。図１に示すように、第２冷却ファンＦＢは、ラッパ形状あるいは扇形状のファン本体７２ａを備えている。ファン本体７２ａは回転シャフト３０に固定され、回転子鉄心３２側から第２ブラケット２０に向かって、かつ、径方向の外周側に広がりながら延出している。第２冷却ファンＦＢは、ファン本体７２ａの鉄心側の内面に隙間を置いて対向配置された環状の内シュラウド７２ｂと、ファン本体７２ａと内シュラウド７２ｂとの間に設けられた複数枚の内ブレード８６と、ファン本体７２ａの第２ブラケット２０の側の外周面に隙間を置いて対向配置された環状の外シュラウド７２ｃと、ファン本体７２ａと外シュラウド７２ｃとの間に設けられた複数枚の外ブレード８８と、を一体に有している。

　内ブレード８６は、Ｎｉ枚設けられ、中心軸線Ｃ１を中心とする円周方向に互いに等間隔を置いて配置されている。内ブレード８６は、中心軸線Ｃ１に対し、径方向あるいは放射方向に延在している。外ブレード８８は、Ｎｏ枚設けられ、中心軸線Ｃ１を中心とする円周方向に互いに等間隔を置いて配置されている。外ブレード８８は、中心軸線Ｃ１に対し、径方向あるいは放射方向に延在している。内ブレード８６の枚数Ｎｉは、外ブレード８８の枚数Ｎｏよりも多く設定している（Ｎｉ＞Ｎｏ）。

　ファン本体７２ａの第２ブラケット２０の側の延出端部は、第２端板３４ｂと並んで位置している。すなわち、ファン本体７２ａの延出端部は、第２端板３４ｂの内孔内に配置され、第２端板３４ｂの内周面と僅かな隙間を置いて対向している。中心軸線Ｃ１を中心とする延出端部の外径Ｄｄ４は、第２冷却ファンＦＢの最大径であり、固定子鉄心２４の内径Ｒｄよりも小さく形成されている（Ｄｄ４＜Ｒｄ）。
　ファン本体７２ａに対して鉄心側に位置する内ブレード８６の中心軸線Ｃ１を中心とする外径Ｄｄ５は、ファン本体７２ａに対して外側、つまり、第２ブラケット２０の側に位置する外ブレード８８の中心軸線Ｃ１を中心とする外径Ｄｄ６よりも大きく設定されている。第１冷却ファンＦＡの各部の径は、Ｒｄ＞Ｄｄ４＞Ｄｄ５＞Ｄｄ６の関係に設定されている。

　ファン本体７２ａの外周面と内シュラウド７２ｂの外周端部との間に、第２冷却ファンの内排気口８５ａが規定されている。内排気口８５ａは、径方向外方に向いて開口している。内排気口８５ａは、コイルエンド２８ｅの端部付近に位置し、かつ、第２冷却ファンＦＢからの風がコイルエンド２８ｅと衝突しにくい位置とするのがよい。ファン本体７２ａの外周面と内シュラウド７２ｂの内周端部との間に、第２冷却ファンＦＢの内吸気口８７ａが規定されている。内吸気口８７ａは、回転子鉄心３２に隣接する位置に配置される。
　ファン本体７２ａの外周面と外シュラウド７２ｃの外周端部との間に、第２冷却ファンＦＢの外排気口８５ｂが規定されている。外排気口８５ｂは、径方向外方に向いて開口している。ファン本体７２ａの外周面と外シュラウド７２ｃの内周端部との間に、第２冷却ファンＦＢの外吸気口８７ｂが規定されている。外吸気口８７ｂは、第２ブラケット２０の第２通気孔２３ｂの近傍に位置している。

　第２ブラケット２０の外周側の領域は、第２端板３４ｂと間隔を置いて対向している。第２端板３４ｂと第２ブラケット２０との間に環状の第２拡散通風路（第２空間）ＡＦ２が規定されている。第２拡散通風路ＡＦ２は、ファン本体７２ａと第２ブラケット２０との間の空間ＳＡ２に連通し、更に、空間ＳＡ２は、複数の第２通気孔２３ｂを通して機外に連通している。第２冷却ファンＦＢの外シュラウド７２ｃおよび外ブレード８８は空間ＳＡ２内に位置し、第２拡散通風路ＡＦ２に対向している。

　一方、通風ダクト４０は、支持フレーム１２の外周面に設けられ、支持フレーム１２の軸方向に沿って第１ブラケット１９から第２ブラケット２０まで延びている。通風ダクト４０により、冷却風を流す流路ＣＨが形成されている。流路ＣＨは、第１拡散通風路ＡＦ１に連通する第１端４０ａと第２拡散通風路ＡＦ２に連通する第２端４０ｂとを有し、支持フレーム１２および固定子１４の全長に亘り軸方向に延在している。
　通風ダクト４０は、その軸方向のほぼ中間に形成され流路ＣＨに連通する排気口４４を有している。固定子１４、支持フレーム１２、および流路ＣＨの軸方向の中心（中央）を中心軸線ＣＣとした場合、排気口４４は、軸方向の中心ＨＣが中心軸線ＣＣに対して軸方向にずれた位置に設けられている。本実施形態において、排気口４４は、中心軸線ＣＣに対して、径の小さい第２冷却ファンＦＢの側にずれ量Ｄ１だけ軸方向にずれて設けられている。
　これにより、流路ＣＨの第１端４０ａから中心ＨＣまでの長さＬ１は、第２端４０ｂから中心ＨＣまでの長さＬ２よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）。すなわち、径の小さい第２冷却ファンＦＢの側の流路ＣＨは、径の大きい第１冷却ファンＦＡの側の流路ＣＨよりも短く形成されている。
　なお、排気口４４の軸方向の幅およびずれ量Ｄ１は、流路ＣＨを流れる冷却空気の流量に応じて任意に設定される。

　上記のように構成された通風ダクト４０は、複数本、例えば、４本、設けられている。図２に示すように、４本の通風ダクト４０は、中心軸線Ｃ１の回りで、円周方向に一定の間隔を置いて支持フレーム１２の外周に設けられている。なお、通風ダクト４０により形成される流路ＣＨの径は、通風ダクト４０の全長に亘って一定であり、また、４本の通風ダクト４０は同一径に形成されているものとする。

　上記のように構成された回転電機１０の冷却作用について説明する。
　図１に示すように、回転電機１０の稼働時、第１冷却ファンＦＡおよび第２冷却ファンＦＢが回転子１６と一体に回転される。第１冷却ファンＦＡが回転すると、外ブレード８１により空気流が発生する。これにより、第１通気孔２３ａを通して外気が空間ＳＡ１に吸い込まれる。流入した外気は、第１冷却ファンの外吸気口８４ｂから外ブレード８１の間を通り外排気口８２ｂから放射方向に流出する。流出した外気は第１拡散通風路ＡＦ１を通り、通風ダクト４０の流路ＣＨに流入し、流路ＣＨに沿って流れた後、排気口４４から機外に排気される。このように、外気に接触することにより、第１冷却ファンＦＡ、第１端板３４ａ、支持フレーム１２、および固定子鉄心２４が外気により冷却される。
　同時に、第１冷却ファンＦＡが回転すると、内ブレード８０より機内に空気流が発生する。空気流は、第１冷却ファンＦＡの内吸気口８４ａから内ブレード８０の間を通り内排気口８２ａから放射方向に流出する。流出した内気はコイルエンド２８ｅの周囲およびコイルエンド２８ｅと固定子鉄心２４との間の隙間を通り、第１冷却ファンＦＡの内吸気口８４ａに戻る。このように、コイルエンド２８ｅの周囲に内気を循環させることにより、コイルエンド２８ｅが冷却される。この際、循環する内気は、第１端板３４ａおよび支持フレーム１２を介して、外気により冷却され温度が低下するため、コイルエンド２８ｅの冷却に寄与する。

　一方、第２冷却ファンＦＢが回転すると、外ブレード８８により空気流が発生する。これにより、第２通気孔２３ｂを通して外気が空間ＳＡ２に吸い込まれる。流入した外気は、第２冷却ファンＦＢの外吸気口８７ｂから外ブレード８８の間を通り外排気口８５ｂから放射方向に流出する。流出した外気は第２拡散通風路ＡＦ２を通り、通風ダクト４０の流路ＣＨに流入し、流路ＣＨに沿って流れた後、排気口４４から機外に排気される。このように、外気に接触することにより、第２冷却ファンＦＢ、第２端板３４ｂ、支持フレーム１２、および固定子鉄心２４が外気により冷却される。
　同時に、第２冷却ファンＦＢが回転すると、内ブレード８６より機内に空気流が発生する。空気流は、第２冷却ファンＦＢの内吸気口８７ａから内ブレード８６の間を通り内排気口８５ａから放射方向に流出する。流出した内気はコイルエンド２８ｅの周囲およびコイルエンド２８ｅと固定子鉄心２４との間の隙間を通り、第２冷却ファンＦＢの内吸気口８７ａに戻る。このように、コイルエンド２８ｅの周囲に内気を循環させることにより、コイルエンド２８ｅが冷却される。この際、循環する内気は、第２端板３４ｂおよび支持フレーム１２を介して、外気により冷却され温度が低下するため、コイルエンド２８ｅの冷却に寄与する。

　以上のように、第１冷却ファンＦＡおよび第２冷却ファンＦＢにより形成される空気流により固定子１４およびコイルエンド２８ｅを効率良く冷却することができる。回転電機１０の組み立て上、少なくとも一方の冷却ファンは、固定子鉄心２４の内孔を挿通できるように固定子鉄心２４の内径よりも小さい外径にする必要がある。そこで、本実施形態では、第２冷却ファンＦＢの最大径Ｄｄ４を固定子鉄心２４の内径Ｒｄよりも小さく形成し、第１冷却ファンＦＡの最大径Ｄｄ１は固定子鉄心２４の内径Ｒｄよりも大きく形成している。このような回転電機１０において、径の大きい第１冷却ファンＦＡの回転により発生する静圧Ｐｘは、径の小さい第２冷却ファンＦＢの回転により発生する静圧Ｐｙよりも大きくなる。そのため、各通風ダクト４０の流路ＣＨに流入する外気流量は、第２冷却ファンＦＢ側よりも第１冷却ファンＦＡ側の方が多くなり得る。

　ここで、本実施形態によれば、通風ダクト４０の排気口４４は、中心軸線ＣＣに対して第２冷却ファンＦＢ側にＤ１だけずれて設けられ、流路ＣＨの第１端４０ａから排気口４４の中心ＨＣまでの長さＬ１は、第２端４０ｂから中心ＨＣまでの長さＬ２よりも長くしている（Ｌ１＞Ｌ２）。そのため、第２冷却ファンＦＢの側の静圧Ｐｙが第１冷却ファンＦＡの側の静圧Ｐｘよりも小さいにも関わらず、第２冷却ファンＦＢの側の外気流量Ｑｙを第１冷却ファンＦＡの側の外気流量Ｑｘと同等まで増やすことができる。すなわち、径の小さい第２冷却ファンＦＢの側の熱抵抗を低くすることができる。従って、径の異なる第１冷却ファンＦＡおよび第２冷却ファンＦＢが配置されている固定子鉄心２４の軸方向の両側の外気冷却領域において、冷却性能のアンバランスを低減することが可能となる。その結果、径の小さい第２冷却ファンＦＢの側に位置するコイルエンド２８ｅの冷却性能が相対的に向上し、固定子コイル２８の温度を効率的に低減することが可能となる。
　以上のことから、第１実施形態によれば、固定子および回転子を軸方向の両側でバランスよく冷却し、冷却性の向上した回転電機を得ることができる。
　なお、第１実施形態において、通風ダクトの排気口の形状、大きさは、実施形態に限定されることなく、種々変更可能である。排気口は１つに限らず、複数設けられていてもよい。

　次に、この発明の他の実施形態に係る回転電機ついて説明する。以下に述べる他の実施形態において、前述した第１実施形態と同一の部分および同一の構成部材には、第１実施形態と同一の参照符号を付してその説明を省略あるいは簡略化し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
　（第２実施形態）
　図４は、第２実施形態に係る回転電機の一部を示す縦断面図である。
　図示のように、第２実施形態によれば、通風ダクト４０の流路ＣＨに仕切り板４６が配置されている。仕切り板４６は、フレームの１８の周面にほぼ垂直に立設され、排気口４４の軸方向の中心ＨＣと対向して配置されている。仕切り板４６は、流路ＣＨをその軸方向のほぼ中央部で左右に仕切っている。すなわち、仕切り板４６により、流路ＣＨは、第１端４０ａから排気口４４まで延びる第１流路と、第２端４０ｂから排気口４４まで延びる第２流路とに仕切られている。
　仕切り板４６を設けることにより、通風ダクト４０の第１端４０ａから排気口４４に向かって流路ＣＨを流れる冷却空気は仕切り板４６に当って排気口４４から排気される。第２端４０ｂから排気口４４に向かって流路ＣＨはを流れる冷却空気は、仕切り板４６に当って排気口４４から排気される。すなわち、通風ダクト４０の両端からそれぞれ排気口４４に向かって流れる空気流同志が流路ＣＨ内で衝突することなく排気口４４から機外に排気される。

　空気流同志が衝突すると不安定な流動状態となり両側流路ＣＨの流量が変動する場合があるが、本実施形態によれば、仕切り板４６を配することにより、空気流同志が流路ＣＨ内で衝突することなく排気口４４から機外に排気される。そのため、通風ダクトの流路ＣＨを流れる所定の外気流量を確保することができる。これにより、径の異なる第１冷却ファンＦＡおよび第２冷却ファンＦＢが配置されている固定子鉄心２４の軸方向の両側の外気冷却領域において、冷却性能のアンバランスを低減することが可能となる。
　なお、第２実施形態において、通風ダクト４０の排気口４４は、その中心ＨＣが固定子１４の軸方向の中心軸線ＣＣと一致するように設けても良く、あるいは、中心ＨＣが中心軸線ＣＣから軸方向にずれて位置するように設けてもよい。

　（第３実施形態）
　図５は、第３実施形態に係る回転電機の一部を示す縦断面図である。
　図示のように、第３実施形態によれば、径の小さい第２冷却ファンＦＢの側で、支持フレーム１２の内周面に複数のフィン９０ａ、９０ｂ、９０ｃが設けられている。フィン９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、例えば、円環フィンであり、中心軸線Ｃ１と同軸的に配置され、支持フレーム１２の内周面から中心軸線Ｃ１に向かって突出している。フィン９０ａ、９０ｂ、９０ｃは、軸方向に間隔を置いて設けられ、第２冷却ファンの内ブレード８６および内シュラウド７２ｂに間隔を置いて対向している。

　回転電機１０の組立時、支持フレーム１２の一端側から固定子鉄心２４を支持フレーム１２に圧入するため、フレームの内周面には、固定子鉄心２４のいずれか一方の側にしか円環フィン、直線フィンなどのフィンを配置することができない。一方、径の小さい第２冷却ファンＦＢの内気撹拌流量Ｑｉｙは、径の大きい第１冷却ファンＦＡの内気撹拌流量Ｑｉｘよりも小さい。しかしながら、本実施形態のように、第２冷却ファンＦＢの側で支持フレーム１２にフィン９０ａ、９０ｂ、９０ｃを設けることにより、第２冷却ファンＦＢが設置されている機内領域の内気熱抵抗を下げることができる。き、径の異なる回転円板を配する鉄心の両側における内気領域の冷却性能アンバランスをより小さくすることができる。
これにより、径の異なる第１冷却ファンＦＡおよび第２冷却ファンＦＢが配置されている固定子鉄心２４の軸方向の両側の機内（内気）冷却領域において、冷却性能のアンバランスを低減することが可能となる。
　上記第３実施形態は、前述した第１実施形態、第２実施形態のいずれにも組み合わせることが可能である。

　（第４実施形態）　
　図６は、第４実施形態に係る回転電機の一部を示す縦断面図である。
　図示のように、第４実施形態によれば、少なくとも径の小さい第２冷却ファンＦＢの内シュラウド７２ｂは、吸気側の端部から径方向外方に延出した円環状のフランジ部７２ｄを一体に有している。フランジ部７２ｄは中心軸線Ｃ１と同軸的に設けられ、フランジ部７２ｄの外径は、固定子鉄心２４の内径Ｒｄとほぼ等しい径に形成されている。
　このようなフランジ部７２ｄを追加することにより、第２冷却ファンの内排気口８５ａから流出し内シュラウド７２ｂの近傍を短絡して内吸気口８７ａへ流入する短絡空気流を低減することができる。コイルエンド２８ｅを通る内気循環空気流量を十分に確保し、熱抵抗の増加を防止することが可能となる。これにより、径の異なる第１冷却ファンＦＡおよび第２冷却ファンＦＢが配置されている固定子鉄心２４の軸方向の両側の機内（内気）冷却領域において、冷却性能のアンバランスを低減することが可能となる。　
　なお、第１冷却ファンＦＡの内シュラウドにもフランジ部を追加した構成としもよい。

　（第５実施形態）　
　図７は、第５実施形態に係る回転電機の一部を示す縦断面図である。
　図示のように、第５実施形態によれば、径の小さい第２冷却ファンＦＢの内シュラウド７２ｂは、フランジ部７２ｄに加えて、フランジ部７２ｄの外周縁部から回転子鉄心３２に向かって軸方向に延出する円筒状の延長部７２ｅを一体に有している。延長部７２ｅは、中心軸線Ｃ１と同軸的に設けられ、延長部７２ｅの外径は、固定子鉄心２４の内径Ｒｄとほぼ等しい径に形成されている。
　延長部７２ｅを設けることにより、短絡空気流を一層、低減することができ、コイルエンド２８ｅを通る内気循環空気流量を十分に確保し熱抵抗を小さくすることができる。これにより、径の異なる第１冷却ファンＦＡおよび第２冷却ファンＦＢが配置されている固定子鉄心２４の軸方向の両側の機内（内気）冷却領域において、冷却性能のアンバランスをより小さくすることが可能となる。
　上記第５実施形態は、前述した第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態のいずれにも組み合わせることが可能である。

　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。これらの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。

Claims

　中心軸線の回りで回転自在なシャフトと、前記シャフトに取り付けられた筒状の回転子鉄心と、を有する回転子と、　
　前記回転子鉄心の周囲にギャップを置いて配置された筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心に取り付けられた固定子コイルと、を有する固定子と、　
　前記固定子および前記回転子を支持し、前記回転子および前記固定子を覆う外ケースと、
　前記外ケースの内で前記回転子鉄心の軸方向の一端側に前記中心軸線の回りで回転自在に設けられ、前記固定子鉄心の内径よりも大きい最大径を有する第１冷却ファンと、
　前記外ケースの内で前記回転子鉄心の軸方向の他端側に前記中心軸線の回りで回転自在に設けられ、前記固定子鉄心の内径よりも小さい最大径を有する第２冷却ファンと、
　前記第１冷却ファンの側で前記外ケース内の空間に連通する第１端と前記第２冷却ファンの側で前記外ケース内に空間に連通する第２端とを有し前記固定子鉄心の外周に沿って前記軸方向に延びる流路と、前記第１端と前記第２端との間で前記流路に開放する排気口と、を有する通風ダクトと、を備え、前記排気口は、前記第１端と第２端との中間に対し前記第２端の側へ前記軸方向にずれて位置している
　回転電機。
　前記排気口に対向して前記流路に設けられた仕切り板を有し、前記流路は、前記仕切り板により、前記第１端から前記排気口まで延びる第１流路と、前記第２端から前記排気口まで延びる第２流路とに仕切られている請求項１に記載の回転電機。
　前記外ケースの内面側に設けられ、前記第２冷却ファンに間隔を置いて対向した複数のフィンを備えている請求項１に記載の回転電機。
　前記固定子コイルは、前記固定子鉄心の軸方向一端および軸方向他端からそれそれ延出するコイルエンドを有し、
　前記第１冷却ファンは、前記シャフトに取り付けられたファン本体と、前記ファン本体に設けられ、前記固定子鉄心および回転子鉄心と前記外ケースとの間の空間において前記コイルエンドの周囲を循環する空気流を発生する複数枚の内ブレードと、前記内ブレードの延出端に固定された環状の内シュラウドと、を有し、
　前記第２冷却ファンは、前記シャフトに取り付けられたファン本体と、前記ファン本体に設けられ、前記固定子鉄心と前記外ケースとの間の空間において前記コイルエンドの周囲を循環する空気流を発生する複数枚の内ブレードと、前記内ブレードの延出端に固定された環状の内シュラウドと、を有している請求項１に記載の回転電機。
　前記第２冷却ファンの前記内シュラウドは、前記回転子鉄心の側の端から径方向外方に延出した環状のフランジ部を有し、前記フランジ部は、前記固定子鉄心の内径とほぼ等しい外径を有している請求項４に記載の回転電機。
　前記第２冷却ファンの前記内シュラウドは、前記フランジ部の外周縁から前記回転子鉄心の近傍まで前記軸方向に延出した環状の延長部を更に備えている請求項５に記載の回転電機。
　前記外ケースは、前記固定子鉄心を支持した筒状の支持フレームと、前記支持フレームの軸方向の一端に対向した第１端板と、前記支持フレームの軸方向の他端に対向した第２端板と、前記第１端板と隙間を置いて対向配置された第１ブラケットと、前記第２端板と隙間を置いて対向配置された第２ブラケットと、を具備し、
　前記流路の前記第１端は、前記第１端板と前記第１ブラケットとの間の第１空間に連通し、前記流路の前記第２端は、前記第２端板と前記第２ブラケットとの間の第２空間に連通し、
　前記第１冷却ファンは、前記第１ブラケットと前記回転子鉄心との間で前記シャフトに設けられたファン本体と、前記ファン本体に設けられ、前記第１空間を通して前記第１端から前記流路に流入する空気流を形成する複数枚の外ブレードと、を具備し、
　前記第２冷却ファンは、前記第２ブラケットと前記回転子鉄心との間で前記シャフトに設けられたファン本体と、前記ファン本体に設けられ前記第２空間を通して前記第２端から前記流路に流入する空気流を形成する複数枚の外ブレードと、を具備している請求項１に記載の回転電機。