KR20230038794A

KR20230038794A - 회전 전기 기기

Info

Publication number: KR20230038794A
Application number: KR1020237005844A
Authority: KR
Inventors: 다카후미 나카하마; 다이헤이 고야마; 사토루 무라카미
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바; 도시바 인프라 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2023-03-21
Also published as: TW202220344A; JP2022038289A; CN116097550A; WO2022044450A1

Abstract

실시 형태에 따르면, 회전 전기 기기는, 샤프트(30) 및 회전자 철심(32)을 갖는 회전자(16)와, 회전자 철심의 주위에 배치된 고정자 철심(24)과, 고정자 코일(28)을 갖는 고정자(14)와, 회전자 및 고정자를 덮는 외측 케이스(18)와, 외측 케이스 내에서 회전자 철심의 축방향의 일단부측에 마련되고, 고정자 철심의 내경보다도 큰 최대 직경을 갖는 제1 냉각 팬(FA)과, 외측 케이스 내에서 회전자 철심의 축방향의 타단부측에 마련되고, 고정자 철심의 내경보다도 작은 최대 직경을 갖는 제2 냉각 팬(FB)과, 고정자 철심의 외주를 따라 축방향으로 연장되는 유로와 유로(CH)에 개방되는 배기구(44)를 갖는 통풍 덕트(40)를 구비하고 있다. 유로는, 제1 냉각 팬측에서 외측 케이스 내의 공간에 연통하는 제1 단부(40a)와 제2 냉각 팬측에서 외측 케이스 내의 공간에 연통하는 제2 단부(40b)를 갖고, 배기구는, 제1 단부와 제2 단부의 중간에 대하여 제2 단부측에 축방향으로 어긋나서 위치하고 있다.

Description

회전 전기 기기

본 발명의 실시 형태는, 회전 전기 기기에 관한 것이다.

통상, 회전 전기 기기는, 원통상의 고정자와, 이 고정자의 내측에 회전 가능하게 지지된 원기둥 형상의 회전자를 구비하고 있다. 고정자는, 고정자 철심과, 고정자 철심에 장착된 고정자 권선을 구비하고 있다. 고정자 및 회전자는, 그 대부분이 외측 케이스 혹은 프레임에 의해 덮여 있다.

근년, 품질 향상, 메인터넌스 부하의 경감을 목적으로, 차량 구동용 회전 전기 기기에서도 개방형에서 완전 폐쇄형으로의 전환이 진행되고 있다. 완전 폐쇄형은 개방형과 달리 기기 내에서 발생한 열을 프레임 등의 외피를 통해서 방열하기 때문에, 고정자 권선(코일) 등의 온도가 높아지기 쉽다.

고정자 권선의 온도가 높아지면, 권선을 피복하고 있는 절연물의 열화가 빨라져 회전 전기 기기의 수명이 짧아진다. 고정자 권선에 관한 메인터넌스는 분해를 수반하는 오버홀로, 메인터넌스의 인터벌이 짧아지면 작업이 번거로워진다. 메인터넌스의 횟수를 저감하기 위해서, 회전 전기 기기의 냉각성을 강화할 필요가 있다.

회전자 철심의 양측에 회전 원판(팬)을 갖는 회전 전기 기기에서는, 회전 원판의 직경이 클수록 팬 정압이 커져서 내기 유량, 외기 유량이 많아진다. 한편, 회전 전기 기기는, 회전자를 고정자의 내경측에 삽입해서 조립하기 때문에, 적어도 한쪽의 회전 원판의 직경을 회전자 직경 이하로 억제할 필요가 있다. 회전 원판의 직경이 작은 측에서는 내, 외기 유량이 적어져서, 열저항이 커진다. 그 때문에, 회전자 철심의 양측에서 고정자 권선 등을 밸런스 좋게 냉각하는 것이 어려워, 최대 온도 상승이 커진다.

일본 특허 공개 제2006-25521호 공보 일본 특허 공개 제2014-103762호 공보 일본 특허 공개 제2018-74727호 공보 일본 특허 공개 제2002-19965호 공보 일본 특허 공개 평11-41872호 공보

본 발명은 이상의 점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 과제는, 냉각성이 향상된 회전 전기 기기를 제공하는 데 있다.

실시 형태에 따르면, 회전 전기 기기는, 중심 축선의 주위에서 회전 가능한 샤프트와, 상기 샤프트에 설치된 통 형상의 회전자 철심을 갖는 회전자와, 상기 회전자 철심의 주위에 갭을 두고 배치된 통 형상의 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 설치된 고정자 코일을 갖는 고정자와, 상기 고정자 및 상기 회전자를 지지하고, 상기 회전자 및 상기 고정자를 덮는 외측 케이스와, 상기 외측 케이스 내에서 상기 회전자 철심의 축방향의 일단부측에 상기 중심 축선의 주위에서 회전 가능하게 마련되고, 상기 고정자 철심의 내경보다도 큰 최대 직경을 갖는 제1 냉각 팬과, 상기 외측 케이스 내에서 상기 회전자 철심의 축방향의 타단부측에 상기 중심 축선의 주위에서 회전 가능하게 마련되고, 상기 고정자 철심의 내경보다도 작은 최대 직경을 갖는 제2 냉각 팬과, 상기 제1 냉각 팬측에서 상기 외측 케이스 내의 공간에 연통하는 제1 단부와 상기 제2 냉각 팬측에서 상기 외측 케이스 내의 공간에 연통하는 제2 단부를 갖고 상기 고정자 철심의 외주를 따라 상기 축방향으로 연장되는 유로와, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부의 사이에서 상기 유로에 개방되는 배기구를 갖는 통풍 덕트를 구비하고, 상기 배기구는, 상기 제1 단부와 제2 단부의 중간에 대하여 상기 제2 단부측에 상기 축방향으로 어긋나서 위치하고 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 일부를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 선 A-A를 따른, 상기 회전 전기 기기의 단면도이다.
도 3은 상기 회전 전기 기기의 제1 팬을 도시하는 사시도이다.
도 4는 제2 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 일부를 도시하는 종단면도이다.
도 5는 제3 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 일부를 도시하는 종단면도이다.
도 6은 제4 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 일부를 도시하는 종단면도이다.
도 7은 제5 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 일부를 도시하는 종단면도이다.

이하에, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 실시 형태를 통해서 공통의 구성에는 동일한 부호를 부여하는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 각 도면은 실시 형태와 그 이해를 촉진시키기 위한 모식도이며, 그 형상이나 치수, 비 등은 실제 장치와 다른 개소가 있지만, 이것들은 이하의 설명과 공지의 기술을 참작해서 적절히 설계 변경할 수 있다.

(제1 실시 형태)

도 1은, 제1 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 중심 축선을 따라 절반으로 분할한 부분을 도시하는 종단면도, 도 2는, 도 1의 선 A-A를 따른 회전 전기 기기의 제1 팬측의 횡단면도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 회전 전기 기기(10)는, 소위 완전 폐쇄형 회전 전기 기기로서 구성되어 있다. 회전 전기 기기(10)는, 내부가 밀폐된 외측 케이스(18)와, 외측 케이스(18) 내에 배치된 원통 형상의 고정자(스테이터)(14)와, 고정자의 내측에 회전 가능하게 마련된 회전자(로터)(16)를 구비하고 있다.

외측 케이스(외피)(18)는, 거의 원통상의 지지 프레임(12)과, 지지 프레임(12)의 축방향의 일단부를 폐색한 환상의 제1 단부판(34a)과, 지지 프레임(12)의 축방향의 타단부를 폐색한 환상의 제2 단부판(34b)과, 지지 프레임(12) 및 제1 단부판(34a)에 연결되고 제1 단부판(34a)에 간극을 두고 대향하는 원반상의 제1 브래킷(19)과, 지지 프레임(12) 및 제2 단부판(34b)에 연결되고 제2 단부판(34b)에 간극을 두고 대향하는 원반상의 제2 브래킷(20)을 구비하고 있다.

제1 브래킷(19)의 중심부에, 베어링(B1)을 내장한 제1 베어링 하우징(22a)이 일체로 마련되어 있다. 제2 브래킷(20)의 중심부에, 베어링(B2)을 내장한 제2 베어링 하우징(22b)이 볼트 고정되어 있다. 베어링(B1) 및 베어링(B2)은, 회전 전기 기기(10)의 중심 축선(C1)을 따라 정렬되어 배치되어 있다. 제1 브래킷(19)은, 제1 베어링 하우징(22a)을 관통해서 형성된 복수의 제1 통기 구멍(23a)을 갖고 있다. 제1 통기 구멍(23a)은, 베어링(B1)의 주위에 위치하고, 외측 케이스(18)의 내부 공간에 연통하고 있다. 마찬가지로, 제2 브래킷(20)은, 제2 베어링 하우징(22b)을 관통해서 형성된 복수의 제2 통기 구멍(23b)을 갖고 있다. 제2 통기 구멍(23b)은, 베어링(B2)의 주위에 위치하고, 외측 케이스(18)의 내부 공간에 연통하고 있다.

고정자(14)는, 환상 혹은 원통상의 고정자 철심(24)과 고정자 철심(24)에 권회된 고정자 코일(28)을 갖고 있다. 고정자 철심(24)은, 그 외주면이 지지 프레임(12)의 내주면에 끼워 맞춰진 상태에서 지지 프레임(12)에 지지되고, 중심 축선(C1)과 동축적으로 배치되어 있다. 고정자 철심(24)의 축방향 양 단부면에는, 환상의 한 쌍의 철심 누름 부재(26)가 고정되어 있다. 고정자 철심(24)은, 자성재, 예를 들어 규소 강판을 포함하는 환상의 금속판을 다수매 적층해서 구성되어 있다. 고정자 철심(24)의 내주부에, 각각 축방향으로 연장된 복수의 슬롯이 형성되어 있다. 고정자 코일(28)은 이들 슬롯에 매립된 상태에서 고정자 철심(24)에 설치되어 있다. 고정자 코일(28)의 코일 엔드(28e)는 고정자 철심(24)의 양 단부면으로부터 축방향으로 돌출되어 있다. 코일 엔드(28e)와 고정자 철심(24)의 단부면의 사이에, 내기를 유통 가능한 간극이 마련되어 있다.

회전자(16)는, 회전 샤프트(30)와, 회전자 철심(32)과, 회전자 철심(32)에 매립된 복수개의 로터 바(52)와, 로터 바(52)의 양단에 접속된 한 쌍의 엔드 링을 구비하고 있다. 회전 샤프트(30)는, 중심 축선(C1)과 동축적으로 외측 케이스(18) 내에 배치되고, 축방향의 일단부 및 타단부가 각각 베어링(B1, B2)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전 샤프트(30)의 적어도 한쪽 단부는 베어링을 통해서 기기 밖으로 연장 돌출되어 있다.

회전자 철심(32)은, 자성재, 예를 들어 규소 강판을 포함하는 환상의 금속판을 다수매 적층해서 구성되며, 거의 원통 형상으로 형성되어 있다. 회전자 철심(32)은, 회전 샤프트(30)의 축방향의 거의 중앙부에 설치되고, 고정자 철심(24)의 내측에, 중심 축선(C1)과 동축적으로 배치되어 있다. 회전자 철심(32)의 외주면은, 간극(G)을 두고, 고정자 철심(24)의 내주면에 대향하고 있다. 회전자 철심(32)의 축방향 길이는, 고정자 철심(24)의 축방향 길이와 거의 동등하게 형성되어, 회전자 철심(32)은 전체 길이에 걸쳐서 고정자 철심(24)에 대향하고 있다.

회전자 철심(32)의 외주부에는, 각각 축방향으로 연장되는 복수의 슬롯(홈)(50)이 형성되고, 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배열되어 있다. 각 슬롯(50)은, 회전자 철심(32)을 축방향으로 관통해서 연장되고, 회전자 철심의 양 단부면에 개구되어 있다. 로터 바(52)는 각 슬롯(50)에 삽입 관통되어, 회전자 철심(32)의 축방향으로 연장되어 있다.

회전 전기 기기(10)는, 고정자 코일(28)을 포함하는 외측 케이스(18) 내부를 냉각하는 냉각 기구를 구비하고 있다. 즉, 회전 전기 기기(10)는, 회전 샤프트(30)에 설치되고 제1 브래킷(19)과 회전자 철심(32)의 사이에 위치하는 제1 냉각 팬(FA)과, 회전 샤프트(30)에 설치되고 제2 브래킷(20)과 회전자 철심(32)의 사이에 위치하는 제2 냉각 팬(FB)과, 제1 냉각 팬(FA) 및 제2 냉각 팬(FB)에 의해 발생하는 공기류를 외측 케이스(18)의 외주면을 따라 흘리기 위한 복수개 통풍 덕트(40)를 구비하고 있다.

도 3은, 제1 냉각 팬의 일례를 도시하는 사시도이다.

도 1 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 냉각 팬(FA)은, 원심형의 팬으로서 구성되어, 회전에 의해 반경 방향으로 바람을 발생시킨다. 제1 냉각 팬(FA)은, 나팔 형상 혹은 부채 형상의 팬 본체(70a)를 구비하고 있다. 팬 본체(70a)는 회전 샤프트(30)에 고정되고, 회전자 철심(32)측으로부터 제1 브래킷(19)을 향해서, 또한, 직경 방향의 외주측으로 넓어지면서 연장 돌출되어 있다. 제1 냉각 팬(FA)은, 팬 본체(70a)의 철심측의 내면에 간극을 두고 대향 배치된 환상의 내측 슈라우드(70b)와, 팬 본체(70a)와 내측 슈라우드(70b)의 사이에 마련된 복수매의 내측 블레이드(80)와, 팬 본체(70a)의 제1 브래킷(19)측의 외주면에 간극을 두고 대향 배치된 환상의 외측 슈라우드(70c)와, 팬 본체(70a)와 외측 슈라우드(70c)의 사이에 마련된 복수매의 외측 블레이드(81)를 갖고 있다.

내측 블레이드(80)는, Ni매 마련되고, 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 원주 방향으로 서로 등간격을 두고 배치되어 있다. 내측 블레이드(80)는, 중심 축선(C1)에 대하여, 직경 방향 혹은 방사 방향으로 연장되어 있다. 외측 블레이드(81)는, No매 마련되고, 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 원주 방향으로 서로 등간격을 두고 배치되어 있다. 외측 블레이드(81)는, 중심 축선(C1)에 대하여, 직경 방향 혹은 방사 방향으로 연장되어 있다. 내측 블레이드(80)의 매수(Ni)는, 외측 블레이드(81)의 매수(No)보다도 많게 설정하고 있다(Ni>No).

도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 팬 본체(70a)의 제1 브래킷(19)측의 연장 돌출 단부는, 제1 단부판(34a)과 나란히 위치하고 있다. 즉, 팬 본체(70a)의 연장 돌출 단부는, 제1 단부판(34a)의 내측 구멍 내에 배치되고, 제1 단부판(34a)의 내주면과 약간의 간극을 두고 대향하고 있다. 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 연장 돌출 단부의 외경(Dd1)은, 제1 냉각 팬(FA)의 최대 직경이며, 고정자 철심(24)의 내경(Rd)보다도 크게 형성되어 있다(Dd1>Rd).

팬 본체(70a)에 대하여 철심측에 위치하는 내측 블레이드(80)의 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 외경(Dd2)은, 팬 본체(70a)에 대하여 외측, 즉, 제1 브래킷(19)측에 위치하는 외측 블레이드(81)의 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 외경(Dd3)보다도 크게 설정되어 있다. 제1 냉각 팬(FA)의 각 부의 직경은, Dd1>Dd2>Dd3>Rd의 관계로 설정되어 있다.

팬 본체(70a)의 외주면과 내측 슈라우드(70b)의 외주 단부의 사이에, 제1 냉각 팬의 내측 배기구(82a)가 규정되어 있다. 내측 배기구(82a)는, 직경 방향 외측을 향해서 개구되어 있다. 내측 배기구(82a)는, 코일 엔드(28e)의 단부 부근에 위치하고, 또한, 제1 냉각 팬(FA)으로부터의 바람이 코일 엔드(28e)와 충돌하기 어려운 위치로 하는 것이 좋다. 팬 본체(70a)의 외주면과 내측 슈라우드(70b)의 내주 단부의 사이에, 제1 냉각 팬(FA)의 내측 흡기구(84a)가 규정되어 있다. 내측 흡기구(84a)는, 회전자 철심(32)에 인접하는 위치에 배치된다.

팬 본체(70a)의 외주면과 외측 슈라우드(70c)의 외주 단부의 사이에, 제1 냉각 팬의 외측 배기구(82b)가 규정되어 있다. 외측 배기구(82b)는, 직경 방향 외측을 향해서 개구되어 있다. 팬 본체(70a)의 외주면과 외측 슈라우드(70c)의 내주 단부의 사이에, 제1 냉각 팬(FA)의 외측 흡기구(84b)가 규정되어 있다. 외측 흡기구(84b)는, 제1 브래킷(19)의 제1 통기 구멍(23a)의 근방에 위치하고 있다.

제1 브래킷(19)의 외주측의 영역은, 제1 단부판(34a)과 간격을 두고 대향하고 있다. 제1 단부판(34a)과 제1 브래킷(19)의 사이에 환상의 제1 확산 통풍로(제1 공간)(AF1)가 규정되어 있다. 제1 확산 통풍로(AF1)는, 팬 본체(70a)와 제1 브래킷(19)의 사이의 공간(SA1)에 연통하고, 또한, 공간(SA1)은, 복수의 제1 통기 구멍(23a)을 통해서 기기 밖에 연통하고 있다. 제1 냉각 팬(FA)의 외측 슈라우드(70c) 및 외측 블레이드(81)는 공간(SA1) 내에 위치하고, 제1 확산 통풍로(AF1)에 대향하고 있다.

제2 냉각 팬(FB)은, 제1 냉각 팬(FA)과 거의 마찬가지의 구성을 갖고, 원심형의 팬으로서 구성되어 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 제2 냉각 팬(FB)은, 나팔 형상 혹은 부채 형상의 팬 본체(72a)를 구비하고 있다. 팬 본체(72a)는 회전 샤프트(30)에 고정되고, 회전자 철심(32)측으로부터 제2 브래킷(20)을 향해서, 또한, 직경 방향의 외주측으로 넓어지면서 연장 돌출되어 있다. 제2 냉각 팬(FB)은, 팬 본체(72a)의 철심측의 내면에 간극을 두고 대향 배치된 환상의 내측 슈라우드(72b)와, 팬 본체(72a)와 내측 슈라우드(72b)의 사이에 마련된 복수매의 내측 블레이드(86)와, 팬 본체(72a)의 제2 브래킷(20)측의 외주면에 간극을 두고 대향 배치된 환상의 외측 슈라우드(72c)와, 팬 본체(72a)와 외측 슈라우드(72c)의 사이에 마련된 복수매의 외측 블레이드(88)를 일체로 갖고 있다.

내측 블레이드(86)는, Ni매 마련되고, 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 원주 방향으로 서로 등간격을 두고 배치되어 있다. 내측 블레이드(86)는, 중심 축선(C1)에 대하여, 직경 방향 혹은 방사 방향으로 연장되어 있다. 외측 블레이드(88)는, No매 마련되고, 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 원주 방향으로 서로 등간격을 두고 배치되어 있다. 외측 블레이드(88)는, 중심 축선(C1)에 대하여, 직경 방향 혹은 방사 방향으로 연장되어 있다. 내측 블레이드(86)의 매수(Ni)는, 외측 블레이드(88)의 매수(No)보다도 많게 설정하고 있다(Ni>No).

팬 본체(72a)의 제2 브래킷(20)측의 연장 돌출 단부는, 제2 단부판(34b)과 나란히 위치하고 있다. 즉, 팬 본체(72a)의 연장 돌출 단부는, 제2 단부판(34b)의 내측 구멍 내에 배치되고, 제2 단부판(34b)의 내주면과 약간의 간극을 두고 대향하고 있다. 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 연장 돌출 단부의 외경(Dd4)은, 제2 냉각 팬(FB)의 최대 직경이며, 고정자 철심(24)의 내경(Rd)보다도 작게 형성되어 있다(Dd4<Rd).

팬 본체(72a)에 대하여 철심측에 위치하는 내측 블레이드(86)의 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 외경(Dd5)은, 팬 본체(72a)에 대하여 외측, 즉, 제2 브래킷(20)측에 위치하는 외측 블레이드(88)의 중심 축선(C1)을 중심으로 하는 외경(Dd6)보다도 크게 설정되어 있다. 제1 냉각 팬(FA)의 각 부의 직경은, Rd>Dd4>Dd5>Dd6의 관계로 설정되어 있다.

팬 본체(72a)의 외주면과 내측 슈라우드(72b)의 외주 단부의 사이에, 제2 냉각 팬의 내측 배기구(85a)가 규정되어 있다. 내측 배기구(85a)는, 직경 방향 외측을 향해서 개구되어 있다. 내측 배기구(85a)는, 코일 엔드(28e)의 단부 부근에 위치하고, 또한, 제2 냉각 팬(FB)으로부터의 바람이 코일 엔드(28e)와 충돌하기 어려운 위치로 하는 것이 좋다. 팬 본체(72a)의 외주면과 내측 슈라우드(72b)의 내주 단부의 사이에, 제2 냉각 팬(FB)의 내측 흡기구(87a)가 규정되어 있다. 내측 흡기구(87a)는, 회전자 철심(32)에 인접하는 위치에 배치된다.

팬 본체(72a)의 외주면과 외측 슈라우드(72c)의 외주 단부의 사이에, 제2 냉각 팬(FB)의 외측 배기구(85b)가 규정되어 있다. 외측 배기구(85b)는, 직경 방향 외측을 향해서 개구되어 있다. 팬 본체(72a)의 외주면과 외측 슈라우드(72c)의 내주 단부의 사이에, 제2 냉각 팬(FB)의 외측 흡기구(87b)가 규정되어 있다. 외측 흡기구(87b)는, 제2 브래킷(20)의 제2 통기 구멍(23b)의 근방에 위치하고 있다.

제2 브래킷(20)의 외주측의 영역은, 제2 단부판(34b)과 간격을 두고 대향하고 있다. 제2 단부판(34b)과 제2 브래킷(20)의 사이에 환상의 제2 확산 통풍로(제2 공간)(AF2)가 규정되어 있다. 제2 확산 통풍로(AF2)는, 팬 본체(72a)와 제2 브래킷(20)의 사이의 공간(SA2)에 연통하고, 또한, 공간(SA2)은, 복수의 제2 통기 구멍(23b)을 통해서 기기 밖에 연통하고 있다. 제2 냉각 팬(FB)의 외측 슈라우드(72c) 및 외측 블레이드(88)는 공간(SA2) 내에 위치하고, 제2 확산 통풍로(AF2)에 대향하고 있다.

한편, 통풍 덕트(40)는, 지지 프레임(12)의 외주면에 마련되고, 지지 프레임(12)의 축방향을 따라 제1 브래킷(19)으로부터 제2 브래킷(20)까지 연장되어 있다. 통풍 덕트(40)에 의해, 냉각풍을 흘리는 유로(CH)가 형성되어 있다. 유로(CH)는, 제1 확산 통풍로(AF1)에 연통하는 제1 단부(40a)와 제2 확산 통풍로(AF2)에 연통하는 제2 단부(40b)를 갖고, 지지 프레임(12) 및 고정자(14)의 전체 길이에 걸쳐 축방향으로 연장되어 있다.

통풍 덕트(40)는, 그 축방향의 거의 중간에 형성되어 유로(CH)에 연통하는 배기구(44)를 갖고 있다. 고정자(14), 지지 프레임(12) 및 유로(CH)의 축방향의 중심(중앙)을 중심 축선(CC)으로 했을 경우, 배기구(44)는, 축방향의 중심(HC)이 중심 축선(CC)에 대하여 축방향으로 어긋난 위치에 마련되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 배기구(44)는, 중심 축선(CC)에 대하여, 직경이 작은 제2 냉각 팬(FB)측에 어긋남양(D1)만큼 축방향으로 어긋나서 마련되어 있다.

이에 의해, 유로(CH)의 제1 단부(40a)부터 중심(HC)까지의 길이(L1)는, 제2 단부(40b)부터 중심(HC)까지의 길이(L2)보다도 길다(L1>L2). 즉, 직경이 작은 제2 냉각 팬(FB)측의 유로(CH)는, 직경이 큰 제1 냉각 팬(FA)측의 유로(CH)보다도 짧게 형성되어 있다.

또한, 배기구(44)의 축방향의 폭 및 어긋남양(D1)은, 유로(CH)를 흐르는 냉각 공기의 유량에 따라서 임의로 설정된다.

상기와 같이 구성된 통풍 덕트(40)는, 복수개, 예를 들어 4개 마련되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 4개의 통풍 덕트(40)는, 중심 축선(C1)의 주위에서, 원주 방향으로 일정한 간격을 두고 지지 프레임(12)의 외주에 마련되어 있다. 또한, 통풍 덕트(40)에 의해 형성되는 유로(CH)의 직경은, 통풍 덕트(40)의 전체 길이에 걸쳐서 일정하고, 또한, 4개의 통풍 덕트(40)는 동일 직경으로 형성되어 있는 것으로 한다.

상기와 같이 구성된 회전 전기 기기(10)의 냉각 작용에 대해서 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 회전 전기 기기(10)의 가동 시, 제1 냉각 팬(FA) 및 제2 냉각 팬(FB)이 회전자(16)와 일체로 회전된다. 제1 냉각 팬(FA)이 회전하면, 외측 블레이드(81)에 의해 공기류가 발생한다. 이에 의해, 제1 통기 구멍(23a)을 통해서 외기가 공간(SA1)에 흡입된다. 유입된 외기는, 제1 냉각 팬의 외측 흡기구(84b)로부터 외측 블레이드(81)의 사이를 통과하여 외측 배기구(82b)로부터 방사 방향으로 유출된다. 유출된 외기는 제1 확산 통풍로(AF1)를 통해서, 통풍 덕트(40)의 유로(CH)에 유입되어, 유로(CH)를 따라 흐른 후, 배기구(44)로부터 기기 밖으로 배기된다. 이와 같이, 외기에 접촉함으로써, 제1 냉각 팬(FA), 제1 단부판(34a), 지지 프레임(12) 및 고정자 철심(24)이 외기에 의해 냉각된다.

동시에, 제1 냉각 팬(FA)이 회전하면, 내측 블레이드(80)로부터 기기 내에 공기류가 발생한다. 공기류는, 제1 냉각 팬(FA)의 내측 흡기구(84a)로부터 내측 블레이드(80)의 사이를 통과하여 내측 배기구(82a)로부터 방사 방향으로 유출된다. 유출된 내기는 코일 엔드(28e)의 주위 및 코일 엔드(28e)와 고정자 철심(24)의 사이의 간극을 통해서, 제1 냉각 팬(FA)의 내측 흡기구(84a)로 돌아간다. 이와 같이, 코일 엔드(28e)의 주위에 내기를 순환시킴으로써, 코일 엔드(28e)가 냉각된다. 이때, 순환하는 내기는, 제1 단부판(34a) 및 지지 프레임(12)을 통해서, 외기에 의해 냉각되어 온도가 저하되기 때문에, 코일 엔드(28e)의 냉각에 기여한다.

한편, 제2 냉각 팬(FB)이 회전하면, 외측 블레이드(88)에 의해 공기류가 발생한다. 이에 의해, 제2 통기 구멍(23b)을 통해서 외기가 공간(SA2)에 흡입된다. 유입된 외기는, 제2 냉각 팬(FB)의 외측 흡기구(87b)로부터 외측 블레이드(88)의 사이를 통과하여 외측 배기구(85b)로부터 방사 방향으로 유출된다. 유출된 외기는 제2 확산 통풍로(AF2)를 통해서, 통풍 덕트(40)의 유로(CH)에 유입되어, 유로(CH)를 따라 흐른 후, 배기구(44)로부터 기기 밖으로 배기된다. 이와 같이, 외기에 접촉함으로써, 제2 냉각 팬(FB), 제2 단부판(34b), 지지 프레임(12) 및 고정자 철심(24)이 외기에 의해 냉각된다.

동시에, 제2 냉각 팬(FB)이 회전하면, 내측 블레이드(86)로부터 기기 내에 공기류가 발생한다. 공기류는, 제2 냉각 팬(FB)의 내측 흡기구(87a)로부터 내측 블레이드(86)의 사이를 통과하여 내측 배기구(85a)로부터 방사 방향으로 유출된다. 유출된 내기는 코일 엔드(28e)의 주위 및 코일 엔드(28e)와 고정자 철심(24)의 사이의 간극을 통해서, 제2 냉각 팬(FB)의 내측 흡기구(87a)로 돌아간다. 이와 같이, 코일 엔드(28e)의 주위에 내기를 순환시킴으로써, 코일 엔드(28e)가 냉각된다. 이때, 순환하는 내기는, 제2 단부판(34b) 및 지지 프레임(12)을 통해서, 외기에 의해 냉각되어 온도가 저하되기 때문에, 코일 엔드(28e)의 냉각에 기여한다.

이상과 같이, 제1 냉각 팬(FA) 및 제2 냉각 팬(FB)에 의해 형성되는 공기류에 의해 고정자(14) 및 코일 엔드(28e)를 효율적으로 냉각할 수 있다. 회전 전기 기기(10)의 조립상, 적어도 한쪽의 냉각 팬은, 고정자 철심(24)의 내측 구멍을 삽입 관통할 수 있도록 고정자 철심(24)의 내경보다도 작은 외경으로 할 필요가 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 제2 냉각 팬(FB)의 최대 직경(Dd4)을 고정자 철심(24)의 내경(Rd)보다도 작게 형성하고, 제1 냉각 팬(FA)의 최대 직경(Dd1)은 고정자 철심(24)의 내경(Rd)보다도 크게 형성하고 있다. 이러한 회전 전기 기기(10)에 있어서, 직경이 큰 제1 냉각 팬(FA)의 회전에 의해 발생하는 정압(Px)은, 직경이 작은 제2 냉각 팬(FB)의 회전에 의해 발생하는 정압(Py)보다도 커진다. 그 때문에, 각 통풍 덕트(40)의 유로(CH)에 유입되는 외기 유량은, 제2 냉각 팬(FB)측보다도 제1 냉각 팬(FA)측쪽이 많아질 수 있다.

여기서, 본 실시 형태에 따르면, 통풍 덕트(40)의 배기구(44)는, 중심 축선(CC)에 대하여 제2 냉각 팬(FB)측으로 D1만큼 어긋나서 마련되어, 유로(CH)의 제1 단부(40a)부터 배기구(44)의 중심(HC)까지의 길이(L1)는, 제2 단부(40b)부터 중심(HC)까지의 길이(L2)보다도 길게 하고 있다(L1>L2). 그 때문에, 제2 냉각 팬(FB)측의 정압(Py)이 제1 냉각 팬(FA)측의 정압(Px)보다도 작음에도 불구하고, 제2 냉각 팬(FB)측의 외기 유량(Qy)을 제1 냉각 팬(FA)측의 외기 유량(Qx)과 동등까지 증가시킬 수 있다. 즉, 직경이 작은 제2 냉각 팬(FB)측의 열저항을 낮게 할 수 있다. 따라서, 직경이 다른 제1 냉각 팬(FA) 및 제2 냉각 팬(FB)이 배치되어 있는 고정자 철심(24)의 축방향 양측의 외기 냉각 영역에 있어서, 냉각 성능의 언밸런스를 저감하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 직경이 작은 제2 냉각 팬(FB)측에 위치하는 코일 엔드(28e)의 냉각 성능이 상대적으로 향상되어, 고정자 코일(28)의 온도를 효율적으로 저감하는 것이 가능하게 된다.

이상으로부터, 제1 실시 형태에 의하면, 고정자 및 회전자를 축방향 양측에서 밸런스 좋게 냉각하여, 냉각성이 향상된 회전 전기 기기를 얻을 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서, 통풍 덕트의 배기구의 형상, 크기는, 실시 형태에 한정되지 않고, 다양하게 변경 가능하다. 배기구는 1개에 한하지 않고, 복수 마련되어 있어도 된다.

이어서, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 회전 전기 기기에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 다른 실시 형태에 있어서, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 부분 및 동일한 구성 부재에는, 제1 실시 형태와 동일한 참조 부호를 붙여서 그 설명을 생략 혹은 간략화하고, 제1 실시 형태와 다른 부분을 중심으로 설명한다.

(제2 실시 형태)

도 4는, 제2 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 일부를 도시하는 종단면도이다.

도시된 바와 같이, 제2 실시 형태에 따르면, 통풍 덕트(40)의 유로(CH)에 칸막이판(46)이 배치되어 있다. 칸막이판(46)은, 프레임의 18 둘레면에 거의 수직으로 세워 설치되고, 배기구(44)의 축방향의 중심(HC)과 대향해서 배치되어 있다. 칸막이판(46)은, 유로(CH)를 그 축방향의 거의 중앙부에서 좌우로 칸막이하고 있다. 즉, 칸막이판(46)에 의해, 유로(CH)는, 제1 단부(40a)로부터 배기구(44)까지 연장되는 제1 유로와, 제2 단부(40b)로부터 배기구(44)까지 연장되는 제2 유로로 칸막이되어 있다.

칸막이판(46)을 마련함으로써, 통풍 덕트(40)의 제1 단부(40a)로부터 배기구(44)를 향해서 유로(CH)를 흐르는 냉각 공기는 칸막이판(46)에 닿아서 배기구(44)로부터 배기된다. 제2 단부(40b)로부터 배기구(44)를 향해서 유로(CH)를 흐르는 냉각 공기는, 칸막이판(46)에 닿아서 배기구(44)로부터 배기된다. 즉, 통풍 덕트(40)의 양단으로부터 각각 배기구(44)를 향해서 흐르는 공기류끼리가 유로(CH) 내에서 충돌하지 않고 배기구(44)로부터 기기 밖으로 배기된다.

공기류끼리 충돌하면 불안정한 유동 상태로 되어 양측 유로(CH)의 유량이 변동하는 경우가 있는데, 본 실시 형태에 따르면, 칸막이판(46)을 배치함으로써, 공기류끼리 유로(CH) 내에서 충돌하지 않고 배기구(44)로부터 기기 밖으로 배기된다. 그 때문에, 통풍 덕트의 유로(CH)를 흐르는 소정의 외기 유량을 확보할 수 있다. 이에 의해, 직경이 다른 제1 냉각 팬(FA) 및 제2 냉각 팬(FB)이 배치되어 있는 고정자 철심(24)의 축방향 양측의 외기 냉각 영역에 있어서, 냉각 성능의 언밸런스를 저감하는 것이 가능하게 된다.

또한, 제2 실시 형태에 있어서, 통풍 덕트(40)의 배기구(44)는, 그 중심(HC)이 고정자(14)의 축방향의 중심 축선(CC)과 일치하도록 마련해도 되고, 혹은, 중심(HC)이 중심 축선(CC)으로부터 축방향으로 어긋나서 위치하도록 마련해도 된다.

(제3 실시 형태)

도 5는, 제3 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 일부를 도시하는 종단면도이다.

도시된 바와 같이, 제3 실시 형태에 따르면, 직경이 작은 제2 냉각 팬(FB)측에서, 지지 프레임(12)의 내주면에 복수의 핀(90a, 90b, 90c)이 마련되어 있다. 핀(90a, 90b, 90c)은, 예를 들어 원환 핀이며, 중심 축선(C1)과 동축적으로 배치되고, 지지 프레임(12)의 내주면으로부터 중심 축선(C1)을 향해서 돌출되어 있다. 핀(90a, 90b, 90c)은, 축방향으로 간격을 두고 마련되고, 제2 냉각 팬의 내측 블레이드(86) 및 내측 슈라우드(72b)에 간격을 두고 대향하고 있다.

회전 전기 기기(10)의 조립 시, 지지 프레임(12)의 일단부측으로부터 고정자 철심(24)을 지지 프레임(12)에 압입하기 때문에, 프레임의 내주면에는, 고정자 철심(24)의 어느 한쪽측에 밖에 원환 핀, 직선 핀 등의 핀을 배치할 수 없다. 한편, 직경이 작은 제2 냉각 팬(FB)의 내기 교반 유량(Qiy)은, 직경이 큰 제1 냉각 팬(FA)의 내기 교반 유량(Qix)보다도 작다. 그러나, 본 실시 형태와 같이, 제2 냉각 팬(FB)측에서 지지 프레임(12)에 핀(90a, 90b, 90c)을 마련함으로써, 제2 냉각 팬(FB)이 설치되어 있는 기기 내 영역의 내기 열저항을 낮출 수 있고, 직경이 다른 회전 원판을 배치하는 철심의 양측에서의 내기 영역의 냉각 성능 언밸런스를 보다 작게 할 수 있다.

이에 의해, 직경이 다른 제1 냉각 팬(FA) 및 제2 냉각 팬(FB)이 배치되어 있는 고정자 철심(24)의 축방향 양측의 기기 내(내기) 냉각 영역에 있어서, 냉각 성능의 언밸런스를 저감하는 것이 가능하게 된다.

상기 제3 실시 형태는, 상술한 제1 실시 형태, 제2 실시 형태의 어느 것에든 조합하는 것이 가능하다.

(제4 실시 형태)

도 6은, 제4 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 일부를 도시하는 종단면도이다.

도시된 바와 같이, 제4 실시 형태에 따르면, 적어도 직경이 작은 제2 냉각 팬(FB)의 내측 슈라우드(72b)는, 흡기측의 단부로부터 직경 방향 외측으로 연장 돌출된 원환상의 플랜지부(72d)를 일체로 갖고 있다. 플랜지부(72d)는 중심 축선(C1)과 동축적으로 마련되고, 플랜지부(72d)의 외경은, 고정자 철심(24)의 내경(Rd)과 거의 동등한 직경으로 형성되어 있다.

이러한 플랜지부(72d)를 추가함으로써, 제2 냉각 팬의 내측 배기구(85a)로부터 유출되어 내측 슈라우드(72b)의 근방을 단락해서 내측 흡기구(87a)에 유입되는 단락 공기류를 저감할 수 있다. 코일 엔드(28e)를 통과하는 내기 순환 공기 유량을 충분히 확보하여, 열저항의 증가를 방지하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 직경이 다른 제1 냉각 팬(FA) 및 제2 냉각 팬(FB)이 배치되어 있는 고정자 철심(24)의 축방향 양측의 기기 내(내기) 냉각 영역에 있어서, 냉각 성능의 언밸런스를 저감하는 것이 가능하게 된다.

또한, 제1 냉각 팬(FA)의 내측 슈라우드에도 플랜지부를 추가한 구성으로 해도 된다.

(제5 실시 형태)

도 7은, 제5 실시 형태에 관한 회전 전기 기기의 일부를 도시하는 종단면도이다.

도시된 바와 같이, 제5 실시 형태에 따르면, 직경이 작은 제2 냉각 팬(FB)의 내측 슈라우드(72b)는, 플랜지부(72d)에 더하여, 플랜지부(72d)의 외주연부로부터 회전자 철심(32)을 향해서 축방향으로 연장 돌출되는 원통상의 연장부(72e)를 일체로 갖고 있다. 연장부(72e)는, 중심 축선(C1)과 동축적으로 마련되고, 연장부(72e)의 외경은, 고정자 철심(24)의 내경(Rd)과 거의 동등한 직경으로 형성되어 있다.

연장부(72e)를 마련함으로써, 단락 공기류를 한층 저감할 수 있고, 코일 엔드(28e)를 통과하는 내기 순환 공기 유량을 충분히 확보해서 열저항을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 직경이 다른 제1 냉각 팬(FA) 및 제2 냉각 팬(FB)이 배치되어 있는 고정자 철심(24)의 축방향 양측의 기기 내(내기) 냉각 영역에 있어서, 냉각 성능의 언밸런스를 보다 작게 하는 것이 가능하게 된다.

상기 제5 실시 형태는, 상술한 제1 실시 형태, 제2 실시 형태, 제3 실시 형태의 어느 것에든 조합하는 것이 가능하다.

본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이러한 신규 실시 형태는, 기타 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.

Claims

중심 축선의 주위에서 회전 가능한 샤프트와, 상기 샤프트에 설치된 통 형상의 회전자 철심을 갖는 회전자와,
상기 회전자 철심의 주위에 갭을 두고 배치된 통 형상의 고정자 철심과, 상기 고정자 철심에 설치된 고정자 코일을 갖는 고정자와,
상기 고정자 및 상기 회전자를 지지하고, 상기 회전자 및 상기 고정자를 덮는 외측 케이스와,
상기 외측 케이스 내에서 상기 회전자 철심의 축방향의 일단부측에 상기 중심 축선의 주위에서 회전 가능하게 마련되고, 상기 고정자 철심의 내경보다도 큰 최대 직경을 갖는 제1 냉각 팬과,
상기 외측 케이스 내에서 상기 회전자 철심의 축방향의 타단부측에 상기 중심 축선의 주위에서 회전 가능하게 마련되고, 상기 고정자 철심의 내경보다도 작은 최대 직경을 갖는 제2 냉각 팬과,
상기 제1 냉각 팬측에서 상기 외측 케이스 내의 공간에 연통하는 제1 단부와 상기 제2 냉각 팬측에서 상기 외측 케이스 내의 공간에 연통하는 제2 단부를 갖고 상기 고정자 철심의 외주를 따라 상기 축방향으로 연장되는 유로와, 상기 제1 단부와 상기 제2 단부의 사이에서 상기 유로에 개방되는 배기구를 갖는 통풍 덕트를 구비하고, 상기 배기구는, 상기 제1 단부와 제2 단부의 중간에 대하여 상기 제2 단부측에 상기 축방향으로 어긋나서 위치하고 있는, 회전 전기 기기.
제1항에 있어서,
상기 배기구에 대향해서 상기 유로에 마련된 칸막이판을 갖고, 상기 유로는, 상기 칸막이판에 의해, 상기 제1 단부로부터 상기 배기구까지 연장되는 제1 유로와, 상기 제2 단부로부터 상기 배기구까지 연장되는 제2 유로로 칸막이되어 있는, 회전 전기 기기.
제1항에 있어서,
상기 외측 케이스의 내면측에 마련되고, 상기 제2 냉각 팬에 간격을 두고 대향한 복수의 핀을 구비하고 있는, 회전 전기 기기.
제1항에 있어서,
상기 고정자 코일은, 상기 고정자 철심의 축방향 일단부 및 축방향 타단부로부터 각각 연장 돌출되는 코일 엔드를 갖고,
상기 제1 냉각 팬은, 상기 샤프트에 설치된 팬 본체와, 상기 팬 본체에 마련되고, 상기 고정자 철심 및 회전자 철심과 상기 외측 케이스의 사이의 공간에서 상기 코일 엔드의 주위를 순환하는 공기류를 발생시키는 복수매의 내측 블레이드와, 상기 내측 블레이드의 연장 돌출 단부에 고정된 환상의 내측 슈라우드를 갖고,
상기 제2 냉각 팬은, 상기 샤프트에 설치된 팬 본체와, 상기 팬 본체에 마련되고, 상기 고정자 철심과 상기 외측 케이스의 사이의 공간에서 상기 코일 엔드의 주위를 순환하는 공기류를 발생시키는 복수매의 내측 블레이드와, 상기 내측 블레이드의 연장 돌출 단부에 고정된 환상의 내측 슈라우드를 갖고 있는, 회전 전기 기기.
제4항에 있어서,
상기 제2 냉각 팬의 상기 내측 슈라우드는, 상기 회전자 철심측의 단부로부터 직경 방향 외측으로 연장 돌출된 환상의 플랜지부를 갖고, 상기 플랜지부는, 상기 고정자 철심의 내경과 거의 동등한 외경을 갖고 있는, 회전 전기 기기.
제5항에 있어서,
상기 제2 냉각 팬의 상기 내측 슈라우드는, 상기 플랜지부의 외주연으로부터 상기 회전자 철심의 근방까지 상기 축방향으로 연장 돌출된 환상의 연장부를 더 구비하고 있는, 회전 전기 기기.
제1항에 있어서,
상기 외측 케이스는, 상기 고정자 철심을 지지한 통 형상의 지지 프레임과, 상기 지지 프레임의 축방향의 일단부에 대향한 제1 단부판과, 상기 지지 프레임의 축방향의 타단부에 대향한 제2 단부판과, 상기 제1 단부판과 간극을 두고 대향 배치된 제1 브래킷과, 상기 제2 단부판과 간극을 두고 대향 배치된 제2 브래킷을 구비하고,
상기 유로의 상기 제1 단부는, 상기 제1 단부판과 상기 제1 브래킷의 사이의 제1 공간에 연통하고, 상기 유로의 상기 제2 단부는, 상기 제2 단부판과 상기 제2 브래킷의 사이의 제2 공간에 연통하고,
상기 제1 냉각 팬은, 상기 제1 브래킷과 상기 회전자 철심의 사이에서 상기 샤프트에 마련된 팬 본체와, 상기 팬 본체에 마련되고, 상기 제1 공간을 통과해서 상기 제1 단부로부터 상기 유로에 유입되는 공기류를 형성하는 복수매의 외측 블레이드를 구비하고,
상기 제2 냉각 팬은, 상기 제2 브래킷과 상기 회전자 철심의 사이에서 상기 샤프트에 마련된 팬 본체와, 상기 팬 본체에 마련되어 상기 제2 공간을 통과해서 상기 제2 단부로부터 상기 유로에 유입되는 공기류를 형성하는 복수매의 외측 블레이드를 구비하고 있는, 회전 전기 기기.