(57)【要約】【課題】回転整流器を有するブラシレス回転電機の励磁装置の冷却性能を向上させる。【解決手段】ブラシレス回転電機は、ロータシャフト１１と回転子鉄心と回転子巻線とを有する回転子と、固定子鉄心と固定子巻線とを有する固定子と、ロータシャフト１１とともに回転する回転整流器を有する励磁装置と、フレームと、冷却器と、冷却器カバーと、励磁装置カバーと、励磁装置カバーと冷却器カバーおよびフレームとをそれぞれ接続する分岐管および戻り管と、内扇と、励磁装置カバー内のロータシャフト１１に取り付けられた接地検出装置７０と、励磁装置冷却促進構造８０とを備える。励磁装置冷却促進構造８０は、接地検出装置７０に支持されて、ロータシャフト１１の回転とともに励磁装置を通過する冷却用気体の流れを促進する翼８１を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向に延びたロータシャフトと、そのロータシャフトの径方向外側に取り付けられた回転子鉄心と、前記回転子鉄心内を貫通する回転子巻線とを有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に配された固定子鉄心と、その固定子鉄心を貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記ロータシャフトとともに回転する回転整流器を有する励磁装置と、
前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、
前記フレーム内の前記固定子および前記回転子を冷却する冷却用気体を冷却する冷却器と、
前記フレームとともに密閉空間を構成し、前記冷却器を収納して、前記冷却用気体を前記フレーム内から流入させるための冷却器入口開口と、前記冷却用気体を前記フレーム内に流出させるための冷却器出口開口とによって前記フレームと連通する冷却器カバーと、
前記励磁装置を収納し、前記密閉空間の一部を形成する励磁装置カバーと、
前記励磁装置カバーと前記冷却器カバーとを接続する分岐管と、
前記励磁装置カバーと前記フレームとを接続する戻り管と、
前記フレーム内で前記ロータシャフトに取り付けられて前記密閉空間内の前記冷却用気体を駆動する内扇と、
前記励磁装置カバー内の前記ロータシャフトに取り付けられた接地検出装置と、
前記接地検出装置に支持されて、前記ロータシャフトの回転とともに前記励磁装置を通過する前記冷却用気体の流れを促進する翼を有する励磁装置冷却促進構造と、
を備えることを特徴とするブラシレス回転電機。
【請求項２】
前記接地検出装置は、
励磁装置カバー内で前記ロータシャフトに絶縁輪を介して取り付けられた第１検出輪と、
前記第１検出輪と電気的に絶縁されて前記第１検出輪と軸方向に隣接して前記ロータシャフトに取り付けられた第２検出輪と、
を有し、
前記励磁装置冷却促進構造は、前記第１検出輪および前記第２検出輪の少なくとも一方に支持されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレス回転電機。
【請求項３】
前記励磁装置冷却促進構造は、
前記第１検出輪および前記第２検出輪の少なくとも一方に取り付けられた取り付け部を有し、
前記翼は、前記取り付け部に結合して径方向外側に拡がっている、
ことを特徴とする請求項２に記載のブラシレス回転電機。
【請求項４】
前記冷却用気体が、前記冷却器カバー内から前記分岐管を経由して前記励磁装置カバー内に流入し、前記冷却器カバー内を通過した後に前記戻り管を経由して前記フレーム内に流入する流路において、前記接地検出装置は、前記回転整流器の上流側に配されて、
前記励磁装置冷却促進構造は、前記翼の径方向外側に前記回転整流器までの前記冷却用気体の流れをガイドするガイドを有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のブラシレス回転電機。
【請求項５】
ロータシャフトと回転子鉄心と回転子巻線とを有する回転子と、固定子鉄心と固定子巻線とを有する固定子と、前記ロータシャフトとともに回転する回転整流器を有する励磁装置と、フレームと、冷却器と、前記フレームと連通する冷却器カバーと、励磁装置カバーと、前記励磁装置カバーと前記冷却器カバーとを接続する分岐管と、前記励磁装置カバーと前記フレームとを接続する戻り管と、前記フレーム内で前記ロータシャフトに取り付けられた内扇と、軸方向に前記回転整流器に隣接して前記ロータシャフトに取り付けられた接地検出装置と、を備えたブラシレス回転電機の前記励磁装置の冷却を促進する励磁装置冷却促進構造であって、
前記接地検出装置に支持されて、前記ロータシャフトの回転とともに前記励磁装置を通過する冷却用気体の流れを促進する翼を有することを特徴とすることを特徴とする励磁装置冷却促進構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレス回転電機および励磁装置冷却促進構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期回転電機においては、通常、固定子側に電機子巻線を設け回転子側に界磁巻線を設けている。回転子に設けられた界磁巻線への直流電力は、通常、静止側に設けられた整流器からブラシを介して供給される。このブラシはメンテナンスおよび交換が必要であることから、ブラシを不要とするために、励磁装置の整流器等を、回転子とともに回転する方式とすることによってブラシレス化を図る技術が知られている。
【０００３】
回転整流器等は、通常、回転子のロータシャフトを延長し、この延長部分に設けられる。また、通常、励磁装置の静止部分も、回転整流器の近傍に設けられる。
【０００４】
回転電機の回転子および固定子の冷却のために、冷却用の気体が回転電機の機内の循環流路を循環している。励磁装置の整流器等の発熱に対する冷却のために、回転電機の機内の循環流路から分岐してこの冷却用気体の一部が用いられるように、分岐した流路が形成されている（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６０５７７７号公報
【特許文献２】特開平８−２５１８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の事情から、回転電機の回転子および固定子の冷却機能を損なわずに、励磁装置の整流器等の発熱に対する冷却を行う必要がある。このため、効率のよい励磁装置の整流器等の発熱に対する冷却が求められている。
【０００７】
そこで、本発明は、回転整流器を有するブラシレス回転電機において、励磁装置の冷却性能の向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明に係るブラシレス回転電機は、回転軸方向に延びたロータシャフトと、そのロータシャフトの径方向外側に取り付けられた回転子鉄心と、前記回転子鉄心内を貫通する回転子巻線とを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に配された固定子鉄心と、その固定子鉄心を貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記ロータシャフトとともに回転する回転整流器を有する励磁装置と、前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、前記フレーム内の前記固定子および前記回転子を冷却する冷却用気体を冷却する冷却器と、前記フレームとともに密閉空間を構成し、前記冷却器を収納して、前記冷却用気体を前記フレーム内から流入させるための冷却器入口開口と、前記冷却用気体を前記フレーム内に流出させるための冷却器出口開口とによって前記フレームと連通する冷却器カバーと、前記励磁装置を収納し、前記密閉空間の一部を形成する励磁装置カバーと、前記励磁装置カバーと前記冷却器カバーとを接続する分岐管と、前記励磁装置カバーと前記フレームとを接続する戻り管と、前記ロータシャフトに取り付けられて前記密閉空間内の前記冷却用気体を駆動する内扇と、前記励磁装置カバー内の前記ロータシャフトに取り付けられた接地検出装置と、前記接地検出装置に支持されて、前記ロータシャフトの回転とともに前記励磁装置を通過する前記冷却用気体の流れを促進する翼を有する励磁装置冷却促進構造と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る励磁装置冷却促進構造は、ロータシャフトと回転子鉄心と回転子巻線とを有する回転子と、固定子鉄心と固定子巻線とを有する固定子と、前記ロータシャフトとともに回転する回転整流器を有する励磁装置と、フレームと、冷却器と、前記フレームと連通する冷却器カバーと、励磁装置カバーと、前記励磁装置カバーと前記冷却器カバーとを接続する分岐管と、前記励磁装置カバーと前記フレームとを接続する戻り管と、前記フレーム内で前記ロータシャフトに取り付けられた内扇と、軸方向に前記回転整流器に隣接して前記ロータシャフトに取り付けられた接地検出装置と、を備えたブラシレス回転電機の前記励磁装置の冷却を促進する励磁装置冷却促進構造であって、前記接地検出装置に支持されて、前記ロータシャフトの回転とともに前記励磁装置を通過する冷却用気体の流れを促進する翼を有することを特徴とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転整流器を有するブラシレス回転電機において、励磁装置の冷却性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係るブラシレス回転電機の立断面図である。
【図２】第１の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進構造を示す横断面図であって、図３のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】第１の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進構造を示す平面図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。
【図４】第１の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進構造を示す部分縦断面図であって、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【図５】第２の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置カバー内の構成を示す部分立断面図である。
【図６】第３の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進構造を示す部分縦断面図である。
【図７】第４の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進構造を示す横断面図である。
【図８】第４の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るブラシレス回転電機および励磁装置冷却促進構造について説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るブラシレス回転電機の立断面図である。ブラシレス回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、フレーム３０、軸受３２、冷却器４１、励磁装置５０、接地検出装置７０および励磁装置冷却促進構造８０を有する。
【００１４】
回転子１０は、回転軸方向に延びたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に取り付けられた回転子鉄心１２と、回転子鉄心１２内を貫通する回転子巻線１３とを有する。ロータシャフト１１は、回転子鉄心１２を挟んだ軸方向の両側でそれぞれ、軸受３２により回転可能に支持される。
【００１５】
ロータシャフト１１には、回転子鉄心１２とそれぞれの軸受３２との間において、それぞれ内扇１５が取り付けられており、ロータシャフト１１の回転とともに回転する。内扇１５の径方向には、仕切り板１５ａが設けられている。内扇１５は、内扇１５および仕切り板１５ａの軸方向の外側すなわち軸受３２側の冷却用気体を、吸い込み、回転子鉄心１２および固定子２０側に押し出す。
【００１６】
固定子２０は、空隙１８を介して回転子鉄心１２の径方向外側に配された円筒形状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１内を貫通する固定子巻線２２とを有する。
【００１７】
フレーム３０は、回転子鉄心１２および固定子２０を囲むようにこれらの外側に配されている。フレーム３０の軸方向の両側の端部にはそれぞれ軸受ブラケット３４が取り付けられている。軸受ブラケット３４は、それぞれ軸受３２を静止支持する。
【００１８】
冷却器４１は、回転子１０および固定子２０を冷却する空気などの冷却用気体を冷却する。冷却器４１は、たとえば、外気あるいは水などの冷却媒体が管内を流れる冷却管（図示せず）を有する。冷却器４１は、冷却器カバー４２内に収納されている。
【００１９】
フレーム３０内の空間と冷却器カバー４２内の空間は、冷却器入口開口４３および２つの冷却器出口開口４４で連通している。冷却器入口開口４３は、固定子２０の上方に形成されている。また、２つの冷却器出口開口４４は、冷却器入口開口４３を挟んで軸方向の両側に形成されている。
【００２０】
励磁装置５０は、回転整流器５１、励磁機回転部５２および励磁機固定部５３を有する。回転整流器５１および励磁機回転部５２は、ロータシャフト１１に取り付けられ、ロータシャフト１１とともに回転する。励磁機固定部５３は、励磁機回転部５２の径方向外側に、励磁機回転部５２と径方向に互に対向するように静止固定されている。
【００２１】
励磁装置５０は、励磁装置カバー６１内に収納されている。励磁装置カバー６１内の空間は、分岐管６２により冷却器カバー４２内の空間と連通している。また、励磁装置カバー６１内の空間は、戻り管６３によりフレーム３０内の空間と連通している。
【００２２】
フレーム３０、軸受ブラケット３４、励磁装置カバー６１および冷却器カバー４２は、互いにあいまって全体として、１つの密閉空間を形成する。
【００２３】
接地検出装置７０は、冷却器カバー４２内で、励磁装置５０よりも分岐管６２に近い、すなわち、軸受３２から励磁装置５０よりも遠い箇所に設けられている。接地検出装置７０は、第１検出輪７１および第２検出輪７２を有する。また、励磁装置冷却促進構造８０は、励磁装置カバー６１内の接地検出装置７０と、軸方向には同じ箇所に設けられている。
【００２４】
図２は、第１の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進構造を示す横断面図であって、図３のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図３は、平面図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図である。また、図４は、部分縦断面図であって、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【００２５】
接地検出装置７０は、回転子１０の地絡の検出のために設けられている。前述のように、接地検出装置７０は、軸方向に互いに隣接して配された第１検出輪７１および第２検出輪７２を有する。いずれも、ロータシャフト１１を囲むように環状に形成されている。
【００２６】
第１検出輪７１は、絶縁輪７１ａを介してロータシャフト１１まわりに取り付けられており、ロータシャフト１１とは電気的に絶縁されている。また、第１検出輪７１と励磁機回転部５２とは、接続導体７１ｂにより電気的に接続されている。
【００２７】
第１検出輪７１は、直接、内面をロータシャフト１１の外表面に密着してロータシャフト１１のまわりに取り付けられている。第１検出輪７１と第２検出輪７２は、それぞれ、図示しない地絡判定回路に接続され、第１検出輪７１と第２検出輪７２との間の電圧の変化、あるいは第１検出輪７１と第２検出輪７２との間の電流発生の有無等により、ロータシャフト１１の地絡発生の有無が判定される。
【００２８】
励磁装置冷却促進構造８０は、第１検出輪７１、複数の取り付け部８２、および複数の翼８１を有する。それぞれの翼８１は、それぞれの取り付け部８２にたとえば溶接により結合されている。翼８１の取り付けられたそれぞれの取り付け部８２は、第１検出輪７１の軸方向の環状の端面に、周方向に互いに間隔をおいて取り付けられている。取り付け部８２に貫通孔を形成しこれに固定ボルト８３を貫通させ、第１検出輪７１に形成された目ねじを有する穴と嵌合させる等により、それぞれの取り付け部８２の第１検出輪７１への取り付けを行う。
【００２９】
翼８１は、取り付け部８２との結合部から径方向外側に延びている。翼８１は、軸方向に冷却用気体を駆動可能な形状に形成されている。すなわち、軸流ファンと同様に作用する。
【００３０】
なお、以上は、取り付け部８２および翼８１を第１検出輪７１に取り付けられた場合を例にとって示したが、第２検出輪７２に取り付けてもよい。あるいは、両方に取り付けてもよい。
【００３１】
次の、このように構成された本実施形態によるブラシレス回転電機１００および励磁装置冷却促進構造８０の作用を説明する。
【００３２】
ロータシャフト１１の回転に伴い、内扇１５が回転し、フレーム３０内の冷却用気体を駆動する。冷却用気体は、内扇１５により、軸方向の両外側から回転子鉄心１２および固定子２０の方向に送られ、回転子鉄心１２、回転子巻線１３、固定子鉄心２１および固定子巻線２２を冷却しながら通過した後、固定子２０の径方向に押し出される。
【００３３】
固定子２０の径方向に押し出された冷却用気体は、冷却器入口開口４３から冷却器カバー４２内に流入する。冷却器カバー４２内に流入した冷却用気体は、冷却器４１で冷却された後に、冷却器４１から流出し、２つの冷却器出口開口４４からフレーム３０内に流入する。それぞれフレーム３０内に流入した冷却用気体は、再び、内扇１５に流入する。
【００３４】
また、冷却器４１より流出した冷却用気体の一部は、分岐管６２に流入し、励磁装置カバー６１内に流入し、励磁装置カバー６１内を通過した後、戻り管６３からフレーム３０内に戻り、一方の冷却器出口開口４４からフレーム３０内に流入した冷却用気体と合流する。
【００３５】
励磁装置カバー６１内に流入した冷却用気体は、まず、接地検出装置７０および励磁装置冷却促進構造８０を通過する。この際、励磁装置冷却促進構造８０の複数の翼８１により、下流側の励磁装置５０側に駆動され、励磁装置５０の回転整流器５１などの発熱部を冷却する。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、回転整流器５１を有するブラシレス回転電機１００において、接地検出装置７０の第１検出輪７１および第２検出輪７２を励磁装置カバー６１内に設置し、これに励磁装置冷却促進構造８０を取り付けることにより、励磁装置５０の冷却性能の向上を図ることができる。
【００３７】
［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置カバー内の構成を示す部分立断面図である。
【００３８】
本実施形態は、第１の実施形態の変形である。本実施形態においては、接地検出装置７０および励磁装置冷却促進構造８０のロータシャフト１１上の軸方向の位置が、第１の実施形態と異なる。
【００３９】
すなわち、第１の実施形態においては、接地検出装置７０および励磁装置冷却促進構造８０は、励磁装置５０を挟んで軸受３２の反対側に配されている。一方、本第２の実施形態においては、接地検出装置７０および励磁装置冷却促進構造８０は、回転整流器５１の上流側で、かつ励磁機回転部５２の下流側に配されている。
【００４０】
また、本第２の実施形態においては、励磁装置冷却促進構造８０は、ガイド８４を有する。ガイド８４は、複数の翼８１の径方向外側から、回転整流器５１の径方向外側まで曲面状に延びており、冷却用気体の流れをガイドする。その他の点では、本実施形態は、第１の実施形態と同様である。
【００４１】
多くの場合、励磁装置５０においては、特に回転整流器５１での発熱量が大きい。したがって、回転整流器５１の冷却を加速することにより冷却効率を上昇させることができる。
【００４２】
［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進構造を示す部分縦断面図である。
【００４３】
本第３の実施形態は、第１の実施形態の変形である。本第３の実施形態は、複数の翼８１の第１検出輪７１への取り付け部８２ａの構成が第１の実施形態と異なる。その他の点は、第１の実施形態と同様である。
【００４４】
取り付け部８２ａは、第１検出輪７１の径方向外側表面および両側の端面の径方向外側領域の部分を覆うように、第１検出輪７１の径方向外側に配されている。取り付け部８２ａは、図示していないが、周方向に分割されており、互いに例えばボルト・ナット等により着脱可能に結合されている。複数の翼８１は、取り付け部８２ａの径方向外側の表面に互いに周方向に間隔をおいて取り付けられている。
【００４５】
このように形成することにより、取り付け部８２ａと複数の翼８１をセットにして交換することができる。これは、たとえば、ブラシレス回転電機１００の組み立て時に、励磁装置冷却促進構造８０の性能を確認する際の工程の短縮化をもたらす。
【００４６】
［第４の実施形態］
図７は、第４の実施形態に係るブラシレス回転電機の励磁装置冷却促進構造を示す横断面図である。また、図８は、励磁装置冷却促進構造を示す斜視図である。
【００４７】
本第４の実施形態は、第３の実施形態の変形である。本実施形態における励磁装置冷却促進構造９０は、第３の実施形態における励磁装置冷却促進構造８０と同様の構成であるが、取り付け部９２の形状が異なり、翼９１が取り付けられた円筒部分の一方の端部に、開口９２ａを有する円板が結合した形状である。なお、図示していないが、周方向に分割されており、互いに例えばボルト・ナット等により着脱可能に結合されている点では、第３の実施形態と同様である。取り付け部９２は、固定ボルト９３により、接地検出装置７０の第１検出輪７１または第２検出輪７２のいずれかあるいは両方に取り付けられる。
【００４８】
本実施形態は、第３の実施形態とともに、接地検出装置７０への取り付け構造の多様性を与えるものである。
【００４９】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、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。たとえば、実施形態においては、ロータシャフトが水平方向に延びている水平型の回転電機の場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、ロータシャフトが鉛直方向に延びるタテ型の回転電機の場合であってもよい。
【００５０】
また、実施形態においては、励磁装置冷却促進構造８０の翼８１は、第１検出輪７１によって支持されている場合を例にとって示したが、これに限定されない。すなわち、励磁装置冷却促進構造８０の翼８１が、第２検出輪７２によって支持されている場合であってもよい。あるいは、第１検出輪７１および第２検出輪７２のそれぞれに取り付けられ支持されている場合であってもよい。
【００５１】
また、たとえば、第２の実施形態の特徴と第３の実施形態の特徴を組み合わせてもよい。
【００５２】
さらに、これらの実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００５３】
１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１３…回転子巻線、１５…内扇、１５ａ…仕切り板、１８…空隙、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、３０…フレーム、３２…軸受、３４…軸受ブラケット、４１…冷却器、４２…冷却器カバー、４３…冷却器入口開口、４４…冷却器出口開口、５０…励磁装置、５１…回転整流器、５２…励磁機回転部、５３…励磁機固定部、６１…励磁装置カバー、６２…分岐管、６３…戻り管、７０…接地検出装置、７１…第１検出輪、７１ａ…絶縁輪、７１ｂ…接続導体、７２…第２検出輪、８０…励磁装置冷却促進構造、８１…翼、８２、８２ａ…取り付け部、８３…固定ボルト、８４…ガイド、９０…励磁装置冷却促進構造、９１…翼、９２…取り付け部、９２ａ…開口、９３…固定ボルト、１００…ブラシレス回転電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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