JP5387121B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、固定子鉄心を冷却媒体により冷却するようにした回転電機に関する。

回転電機は、主として固定子と回転子とから構成され、固定子側には、固定子鉄心と固定子巻線が設けられている。この固定子巻線には交流電流が通電されるため、固定子鉄心には交流磁束が生じ、固定子側には固定子巻線電流によるジュール損失の他に固定子鉄心内に鉄損（ヒステリシス損および渦電流損）が発生する。このため、固定子側を冷却する必要がある。
このため、回転電機においては固定子側を冷却することが一般的に行われるが、固定子側を冷却する方法としては、冷却媒体として冷却水を用いた水冷方式が知られている（特許文献１、２参照）。特許文献１、２による水冷方式を用いた従来の回転電機の構成を図４、図５、図６に基づいて説明する。
図４は固定子を水冷する回転電機の断面図であり、図５は図４に示された回転電機の固定子鉄心と固定子鉄心枠の断面図、図６は冷却装置の円周方向展開図である。

図４において、永久磁石２をその表面に取り付けた回転子１は回転軸１０に止着され、軸受１１を介して固定子枠１３と回転自在に支承されている。永久磁石２に対向して固定子鉄心３および固定子巻線４が配置され、これらは固定子鉄心枠５を介して固定子枠１３に固設されている。固定子鉄心枠５内には貫通孔６が円周方向に複数箇所設けられており、その軸方向両端は水室７に接続されている。この貫通孔６には水室７から冷却水が供給される。なお、８は冷却ファン、９はコイルエンド、１２は攪拌ファンである。
図５は、図４に示した固定子鉄心３と固定子鉄心枠５の断面図であり、貫通孔６が固定子鉄心枠５内に所定の間隔で設けられている。スロット１３に挿入された固定子巻線４に流れる電流により固定子鉄心３に発生した熱は、固定子鉄心枠５を介して貫通孔６に伝達されて、貫通孔６に流れる冷却水により冷却される。
貫通孔６と水室７とからなる冷却装置の接続関係を図６に基づいて説明する。２本の貫通孔６に対して１個の水室７が接続されており、両端の水室７の円周方向配置は貫通孔６のピッチ分だけずれている。この接続により全ての貫通孔６は直列に接続されたことになり、図示されていない循環ポンプにより冷却水の水流は矢印で示した方向に流れる。

特開２００７−１３５３０６号公報 特開２００７−１６６８１４号公報

上記のように、従来の回転電機は、固定子鉄心枠に貫通孔が設けられているため、発熱源となる固定子巻線や固定子鉄心から貫通孔までの距離が遠くなり、貫通孔までの熱抵抗が大きくなるため、冷却性能は貫通孔までの距離に左右される。また、固定子鉄心枠は、リング状に構成された円筒であり、多数の貫通孔を形成するために、加工に手間がかかると共に、構造が複雑になるなどの問題があった。
本発明は上記に鑑み、加工に手間がかかることなく、構造も複雑になることなく、冷却性能を高めることのできる回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による回転電機は、回転子軸に取り付けられた回転子と、複数のスロット及び該スロットに巻かれた固定子巻線を有し、スロットと固定子巻線とが空隙を介して回転子外周面に対向するように設置される固定子鉄心とからなる回転電機において、冷却媒体を通流させるための複数の貫通孔が、固定子鉄心の外周面の内側に、所定の間隔で回転子軸方向に設けられ、貫通孔内には、管状部材が設置され、冷却媒体は管状部材内を通流し、貫通孔は、固定子鉄心外周面に向けて前記管状部材の直径より狭い幅の切れ目が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、冷却水等の冷却媒体が固定子鉄心内を流れるため、冷却媒体が発熱体に近づくことにより、従来の固定子鉄心枠に冷却媒体を通流させる場合に比べて冷却性能を高めることができる。
また、固定子鉄心枠に冷却媒体を通流させる場合には、リング状の固定鉄心枠に多数の貫通孔をあける加工が必要であったため、加工に手間がかかっていた。これに対して、固定子鉄心に多数の貫通孔を設ける場合には、固定子鉄心を形成する積層鋼板を打ち抜き加工する際に、多数の貫通孔を同時に打ち抜けば良いため、加工に手間がかかることなく、構造も複雑になることはない。
さらに、貫通孔は、固定子鉄心外周面に向けて切れ目が設けられていることにより、固定子鉄心を通る磁束は、管状部材を回り込まず、管状部材に電圧を発生しないため、ジュール損失の発生を防止することができる。

本発明による回転電機の固定子側の実施例を説明するための構成図である。 図１に示す回転電機の部分断面図である。 本発明による回転電機の他の実施例を説明するために部分断面図である。 従来の回転電機の構成図である。 従来の回転電機の構成を説明するための部分断面図である。 従来の回転電機の冷却装置の構成図である。

図１は、本発明による回転電機の固定子側の実施例を示す構成図である。図において、図４、図５、図６と同じ構成要素は同じ符号で示されており、図示されていない回転子側は、図４に記載された従来の回転電機の回転子と同一である。
本発明による回転電機は、電磁鋼板を積層してなる固定子鉄心３の外周面の内側に、貫通孔６が所定の間隔で設けられる。複数の貫通孔６は、固定子鉄心を形成する積層鋼板を打ち抜き加工する際に、同時に加工形成することができるため、リング状の固定子鉄心枠の軸方向に貫通孔をあけるよりも容易に形成することができる。
この貫通孔６には、管状部材１４が貫通孔６に密接するように埋め込まれる。貫通孔６は、固定子鉄心３の全周にわたって所定間隔で設けられており、貫通孔６から突き出した管状部材１４同士が接続され、固定子鉄心３の全周に冷却媒体が通流するように構成されている。冷却媒体として、例えば水冷の場合には冷却水が用いられるが、そのために貫通孔６から突き出した管状部材１４には水室７が接続され、管状部材１４の中に冷却水が通流され、冷却水路として機能する。なお、管状部材１４を１対１で接続する場合には、水室７を設けずに管状部材同士を直接接続することもできる。
図２は、図１に示す回転電機のＡ−Ａ方向の部分断面図であり、図においては、３本の貫通孔５と管状部材１４が固定子鉄心３の外周面の内側に設けられている。図５との比較から明らかなとおり、固定子鉄心３に貫通孔６を設けることにより、発熱部である固定子巻線４やその近傍の固定子鉄心３と冷却水路である貫通孔６との距離Ｌ１を短くでき、熱抵抗を小さくして固定子巻線４の冷却効果を高めることができる。
また、同じ個数の貫通孔を設ける場合には、固定子鉄心枠５に貫通孔を設ける場合に比べて貫通孔間の距離Ｌ２を短くできるため、冷却効果を高めることができる。
図３は、本発明による回転電機の他の実施例を示す断面図であり、図２と同様に図１に示す回転電機のＡ−Ａ方向の断面図である。
この実施例による回転電機は、貫通孔６の回転軸方向に切れ込み部１５が設けられている点が、図２に示す実施例とは相違している。この切れ込み部１５により、貫通孔６は、固定子鉄心枠５側に切れ目が形成されている。この切れ込み部１５を設けることにより、冷却水の水路となる管状部材６を回り込む磁束（図２の矢印Ｂ）が発生しない。
固定子鉄心３の外周上に配置された複数の管状部材１４は、水路を形成するために端部で順次接続されることになるが、矢印Ｂで示すような回り込む磁束が発生した場合、管状部材１４の両端に電圧が発生し、順次接続された管状部材１４間に循環電流が流れてしまい、これにより損失が発生する。
しかし、本発明のように切れ込み部１５を形成すると、冷却水の水路となる管状部材６を回り込む磁束の発生がなくなるため、管状部材１４の両端に発生する電圧がなくなり、損失の発生を防止することができる。なお、切れ込み部１５を設けた場合でも、管状部材６が設けられているため、冷却媒体が漏れることはない。
以上の実施例の説明では、冷却媒体として冷却水を用いた水冷方式を説明したが、冷却媒体として空気を用いた空冷方式にも適用できることは勿論である。

３ 固定子鉄心
４ 固定子巻線
５ 固定子鉄心枠
６ 貫通孔
１３ スロット
１４ 管状部材
１５ 切れ込み部

Claims (1)

1. 回転子軸に取り付けられた回転子と、複数のスロット及び該スロットに巻かれた巻線を有し、前記スロットと前記巻線とが空隙を介して前記回転子外周面に対向するように設置される固定子鉄心とからなる回転電機において、
   冷却媒体を通流させるための複数の貫通孔が、前記固定子鉄心の外周面の内側に、所定の間隔で前記回転子軸方向に設けられ、
   前記貫通孔内には、管状部材が設置され、前記冷却媒体は前記管状部材内を通流し、
   前記貫通孔は、前記固定子鉄心外周面に向けて前記管状部材の直径より狭い幅の切れ目が設けられ、
   前記回転子は、永久磁石を備えた永久磁石式回転子であることを特徴とする回転電機。
   

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