(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クーラ付全閉型ブラシレス回転電機本体と、この回転電機本体に設けられたファンと、回転電機本体の冷却空気により冷却される全閉型交流励磁機と、前記回転電機本体と前記全閉型交流励磁機を搭載する中空部を有する共通ベースとからなるクーラ付全閉型ブラシレス回転電機において、
前記全閉型交流励磁機は送風機構を備え、
回転電機本体から全閉型交流励磁機へ冷却空気を導く給気通風路と、前記全閉型交流励磁機から回転電機本体へ冷却空気を戻す排気通風路とは前記共通ベース内の中空部を仕切板で仕切ることにより形成され、
前記給気通風路は、前記回転電機本体のロータ軸方向に沿って延びると共に、該通風路の給気口は冷却空気の圧力が高いロータ軸から半径方向に離れた位置に設け、
前記排気通風路は、前記回転電機本体のロータ軸方向に沿って延びると共に、該通風路の排気口は冷却空気の圧力が低い前記ファンの吸い込み口側に対向して開口し、
前記給気口と排気口との間に発生する圧力差、及び前記全閉型交流励磁機の送風機構による吸引、押出し作用により、回転機本体の冷却空気を前記給気通風路および排気通風路を介して全閉型交流励磁機へ循環させて冷却を行うことを特徴とするクーラ付全閉型ブラシレス回転電機。
【請求項２】
前記給気通風路は、前記回転電機本体のロータ軸方向に対して垂直方向に開口した給気口から前記全閉型交流励磁機の給気開口部に向けてＬ字状に形成したことを特徴とする請求項１記載のクーラ付全閉型ブラシレス回転電機。
【請求項３】
前記給気口は、前記ファンの外径を越える位置に形成されたことを特徴とする請求項２記載のクーラ付全閉型ブラシレス回転電機。
【請求項４】
前記給気口は、前記共通ベース上に形成されたことを特徴とする請求項２または３記載のクーラ付全閉型ブラシレス回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クーラ付全閉型ブラシレス回転電機の冷却用通風路の配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
クーラ付全閉型ブラシレス回転電機は、外気に粉塵、油滴、蒸気など回転電機を構成する部品に悪影響をおよぼす恐れのある物質が含まれている場合など、冷却のために外気を取り込むことができない環境に設置するため、回転電機を構成する部品は本体フレームによって外気に対して密閉されており、本体フレーム内に搭載されたクーラで冷却された冷却空気を回転電機内部に循環させている。また、全閉型交流励磁機も同様の理由により外気を取り込まず、クーラ付全閉型ブラシレス回転電機から冷却空気を分流し、これを全閉型交流励磁機に導入することで冷却している。
【０００３】
従来のクーラ付全閉型ブラシレス回転電機には、全閉型交流励磁機の各部を冷却するための通風路を備えたものがある（特許文献１）。
以下、図３に基づいて、従来のクーラ付全閉型ブラシレス回転電機について説明する。
【０００４】
従来のクーラ付全閉型ブラシレス回転電機は、共通ベース１上にステータ鉄心２、ベアリング３、および、全閉型交流励磁機４を設置している。円筒形状を成しているステータ鉄心２の内側空間部にはロータコイル５を備えたロータ鉄心６が回転可能となるようにロータ７、および、ベアリング３によって保持されている。
【０００５】
ここで、ステータ鉄心２、および、ロータ鉄心６、ステータコイル８、ロータコイル５等の回転電機を構成する部品を本体フレーム９に納めたものを回転電機本体１０と呼ぶ。回転電機本体１０内部のロータ７にはファン１１が取り付けられ、ロータ７が回転することでファン１１が回転し、ファン１１は本体フレームのロータ軸端部側からクーラ１３で冷却された冷却空気を吸い込み、回転電機本体１０の中心部に向かって吐き出す。このファン１１の作用によって冷却空気が、エアギャップ１２およびステータ鉄心２に設けられた通風ダクト２ａを通りながら、回転電機本体１０各部の熱を奪ってステータコイル８、および、ロータコイル５を冷却している。
【０００６】
各部の熱を奪うことで温度が上昇した冷却空気はクーラ１３によって再び冷却されたのちファン手前部屋９ａを通ってファン１１の吸い込み側に戻る。
【０００７】
次に、全閉型交流励磁機４の冷却通風について説明する。
全閉型交流励磁機４は界磁鉄心１４、および、界磁コイル１５および、ロータ７の軸端に取り付けられた電機子鉄心１６、および、電機子鉄心１６に取り付けられた電機子コイル１７、整流器１８、整流器１８をロータ７に固定している整流器取付板１９によって構成されている。共通ベース１に設けられた排気ダクト２０及び給気ダクト２１は、回転電機本体１０の冷却空気の一部を取り込んで全閉型交流励磁機４の内部に冷却空気を通風し、界磁鉄心１４、電機子鉄心１６、界磁コイル１５等の全閉型交流励磁機４を構成している機器を冷却し、冷却後の空気を回転電機本体１０側に戻すためのダクトである。
【０００８】
ファン手前部屋９ａはファンに面した空間で、ロータ７の軸方向に対して直交するように仕切る仕切板２２と、共通ベース１をロータ７の軸方向に対して直交するように仕切る補強板２３、ファンガイド２８、並びに本体フレーム９によって比較的狭い空間となるように構成されている。また、全閉式交流励磁機４内と本体フレーム９内のファン手前部屋９ａの間には、排気ダクト２０、及び給気ダクト２１の回転電機本体１０側の開口部である排気口２０ａ、及び給気口２１ａが開口し、冷却空気の流れに対してそれぞれ、給気口２１ａは上流側に、排気口２０ａは下流側となるように設けられている。狭い空間であるファン手前部屋９ａを通る冷却空気は流速が速いので、給気口２１ａと、排気口２０ａとは互いに開口の向きを逆向きにし、さらに、給気口２１ａを冷却空気の流れる方向に対向させることによって、冷却空気が給気口２１ａに動圧を発生させ、その動圧によって給気ダクト２１に冷却空気を取り込む。
【０００９】
また、排気口２０ａは冷却空気の流れと同一方向に向け、かつ給気口２１ａに比べてファン１１の近くに設置する。冷却空気の流れによってファン手前部屋９ａには圧力損失が発生しているため、上流側にある給気口２１ａ側が下流側の排気口２０ａよりも圧力が高く、給気口２１ａと排気口２０ａとの間には静圧差が生じている。この静圧差によっても給気口２１ａから排気口２０ａに向かう冷却空気の流れが発生する。
【００１０】
このように、ファン入口部屋９ａを狭い空間となるように構成し、空間内を流れる冷却空気の流速を高めることで、給気口２１ａに発生する動圧、および、給気口２１ａと排気口２０ａの静圧差を利用し、回転電機本体１０の冷却空気を全閉型交流励磁機４へ循環させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−９１６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記従来技術では、全閉型交流励磁機４に冷却空気を循環させるために、仕切板２２と補強板２３、および、本体フレーム９に囲まれたファン手前部屋９ａの流路を狭くすることで冷却空気の流速を高め、その動圧と静圧差を利用しているが、流速を高めることで圧力損失が大きくなる。その結果、ファン１１により発生する冷却風量が減り、ステータコイル８やロータコイル５が十分に冷却されずその温度が高くなるので、絶縁不良による回転電機本体１０の寿命が低下するという問題があった。
【００１３】
また、図４は、図３におけるファン１１、および、ファン手前部屋９ａ、及び冷却空気の流れを示す拡大図である。図３、４によれば、排気口２０ａと給気口２１ａが共に内在するファン手前部屋９ａではファン１１の入口部において仕切り板２２を巻き込むような流れになるが、このとき冷却空気の流速が速いため流れの剥離が生じ、流入空気の不均一が生じる。この流れの剥離により周期的な渦が発生し、その渦が流れに沿って移動してファン１１のブレード２４にぶつかることによって周期的な力（変動流体力）が発生する。このような変動流体力は周期性を有するため、ブレード２４に共振現象が生じ、たとえ小さな変動流体力でもブレード２４には大きな振動応力が発生する。長時間にわたって運転が続けられると疲労によりブレードの破損をまねくことがあり、長期信頼性を損なう問題があった。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、回転電機本体と全閉型交流励磁機に十分な風量の冷却空気を供給、循環でき、長期信頼性に優れたクーラ付全閉型ブラシレス回転電機を提供することを目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るクーラ付全閉型ブラシレス回転電機は、クーラ付全閉型ブラシレス回転電機本体と、この回転電機本体に設けられたファンと、回転電機本体の冷却空気により冷却される全閉型交流励磁機と、前記回転電機本体と前記全閉型交流励磁機を搭載する中空部を有する共通ベースとからなるクーラ付全閉型ブラシレス回転電機において、前記全閉型交流励磁機は送風機構を備え、回転電機本体から全閉型交流励磁機へ冷却空気を導く給気通風路と、前記全閉型交流励磁機から回転電機本体へ冷却空気を戻す排気通風路とは前記共通ベース内の中空部を仕切板で仕切ることにより形成され、前記給気通風路は、前記回転電機本体のロータ軸方向に沿って延びると共に、該通風路の給気口は冷却空気の圧力が高いロータ軸から半径方向に離れた位置に設け、前記排気通風路は、前記回転電機本体のロータ軸方向に沿って延びると共に、該通風路の排気口は冷却空気の圧力が低い前記ファンの吸い込み口側に対向して開口し、前記給気口と排気口との間に発生する圧力差、及び前記全閉型交流励磁機の送風機構による吸引、押出し作用により、回転機本体の冷却空気を前記給気通風路および排気通風路を介して全閉型交流励磁機へ循環させて冷却を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、上記構成により、冷却用通風路の圧力損失を小さくすることができると共に、回転電機本体及び全閉型交流励磁機に十分な冷却風量を供給、循環ができるので、ステータコイル及びロータコイルの温度上昇が低減され、クーラ付全閉型ブラシレス回転電機の寿命の低下を防止することができる。また、ファン流入部での冷却空気の流速を低減し、変動流体力に起因するファンのブレードの振動を低減することで、ブレードの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るクーラ付全閉型ブラシレス回転電機の縦断面図。
【図２】図１Ａ−Ａ方向断面図。
【図３】従来のクーラ付全閉型ブラシレス回転電機の縦断面図。
【図４】図３におけるファンおよびファン手前部屋の冷却空気の流れを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。  
（構成）
本発明の実施形態に係るクーラ付全閉型ブラシレス回転電機を、図１、２を用いて説明する。
【００１９】
本発明の実施形態に係るクーラ付全閉型ブラシレス回転電機は、従来の回転電機を示した図３と同じく、回転電機本体のフレーム９、ロータ７、全閉型交流励磁機４、回転電機本体のファン１１、ファンガイド２８、ロータを支持するベアリング３、ステータコイル８、ステータ鉄心２を備えている。また、ステータ鉄心２、ベアリング３、全閉型交流励磁機４は共通ベース１の上に設置されており、クーラ１３が本体フレーム９上に設けられていることも従来の回転電機を示した図３と同様である。さらに、全閉型交流励磁機４自体の構成についても従来の全閉型交流励磁機を示した図３と同様である。
【００２０】
本実施形態においては、本体フレーム９のファン手前部屋９ａと全閉型交流励磁機４とは共通ベース１内に設けられた給気通風路3１及び排気通風路３２でつながっている。また、ファン手前部屋９ａの流路は、ファンガイド２８と本体フレーム９とによりその間隔を従来より広く設定でき、冷却用通風路の圧力損失を小さくすることができる。
【００２１】
排気通風路３２は、図２に示すとおり、全閉型交流励磁機４を冷却した空気を回転電機本体１０に戻すための通風路であって、排気開口部３２ｂから回転電機本体１０のロータ７の軸方向に沿って平行に延びている。冷却空気が排出される排気口３２ａはファン１１の吸い込み口側に対向して開口しており、例えば、回転電機本体に設けられたファン１１の外径より内側の位置に設けられている。
【００２２】
一方、給気通風路３１は、回転電機本体１０から冷却空気を取込み全閉型交流励磁機４に給気する通風路であって、回転電機本体１０のロータ７軸方向に対し垂直方向及びこれに連続するロータ軸方向に沿って平行に延びており、図２に示すようにＬ字状に形成されている。冷却空気を給気する給気口３１ａは共通ベース上であって、ロータ７の軸方向に対して垂直方向で、かつ、軸から半径方向に離れた位置、例えば、回転電機本体に設けられたファン１１の外径を越える位置にコの字形の仕切板２６により区画して設けられている。
【００２３】
給気通風路３１及び排気通風路３２は、共通ベースに形成されている。具体的には、共通ベース１を構成しているベース上板１ａとベース下板１ｂ、および、ベース上板１ａとベース下板１ｂをつなぐリブ１ｃに囲まれた空間をＬ字型の仕切板２５で仕切ることにより形成している。
【００２４】
全閉型交流励磁機４において、整流器１８を取り付ける整流器取付板１９の端部には送風機構として遠心ファン２７が取り付けられており、遠心ファン２７が位置するベース上板１ａには、全閉型交流励磁機４内を循環した冷却空気が排出される排気開口部３２ｂが設けられている。また、全閉型交流励磁機４が位置するベース上板１ａのうち給気通風路３１上の位置には全閉型交流励磁機４内を循環する冷却空気が給気される給気開口部３１ｂが設けられている。
【００２５】
（作用）
次に本実施形態の作用について述べる。
図１，２の矢印で示す破線は冷却空気の流れを示している。ロータ７に備えられたファン１１はロータ７の回転に伴なって回転し、ファン１１の回転作用により、本体フレーム９のクーラ１３から出た冷却空気は、図１で示すように一部は分流してロータ７を冷却し、その後ステータ鉄心２とロータ７の間のエアギャップ１２に流れ、ステータ鉄心２の通風ダクト２ａを通って各部を冷却し、クーラ１３にて熱交換されファン１１に戻る。ここで、冷却空気は、回転電機本体１０各部の通風経路を通過するにしたがって圧力損失が発生するので、ファン１１の手前が最大負圧になる。
【００２６】
一方、全閉型交流励磁機４を冷却するためにクーラ１３から出た冷却空気を一部分流しバイパスさせる。分流した結果流速は遅くなるがこれを補うために、全閉型交流励磁機４内の遠心ファン２７により全閉型交流励磁機４内部の冷却空気を排気開口部３２ｂから押し出し、一定の流速を確保することができる。押し出された冷却空気は、回転電機本体のロータ軸方向に平行に沿って延びる排気通風路３２を通り、ファンの吸い込み口側に対向して、共通ベース上のベース上板１ａに開口した排気口３２ａからファン手前部屋９ａへ吐き出される。
【００２７】
また、上記全閉型交流励磁機４向けに分流された冷却空気は、回転電機本体のロータ軸方向に対して垂直方向に開口し、共通ベース上のベース上板１ａであって、ファンの外径を越える位置に設けられた給気口３１ａから取り込まれ、給気通風路３１を通って給気開口部３１ｂから全閉型交流励磁機４内部に引き入れられ、冷却空気を全閉型交流励磁機４内部に通風させ、界磁鉄心１４、電機子鉄心１６を冷却する。
【００２８】
ここで、排気口３２ａは回転電機内部でもっとも冷却空気の圧力が低いファン１１手前の吸い込み側に開口しており、一方、給気口３１ａはロータ７の軸方向に対して半径方向に離れた位置、例えば、ファンの外径を越える位置に開口しているため、ファンの外径より内側の位置に開口した排気口３２ａに比べて冷却空気の圧力は高くなっているので、給気口３１ａと排気口３２ａとの間に発生する圧力差、並びに全閉型交流励磁機４に備えられた遠心ファン２７による冷却空気の吸引、押出し作用により全閉型交流励磁機４の内部にも十分な量の冷却空気が取り込まれ排出される。
【００２９】
また、排気通風路３２は、前記回転電機本体のロータ軸方向に沿って延びると共に、排気口３２ａは最大負圧となる前記ファンの吸い込み口側に対向して開口しているので、冷却空気は直線状に流れて圧力損失を生じない流速で排気される。
【００３０】
（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、Ｌ字状に形成した給気通風路３１、直線状に形成した排気通風路３２及び全閉型交流励磁機４に設けた送風ファン２７によって、ファン手前部屋９ａの流路を比較的広く取れ冷却空気の流速を高めずにファン手前部屋９ａで発生する圧力損失を従来のものよりも小さくすることができるので、回転電機本体１０、全閉型交流励磁機４に送り込まれる冷却空気の風量は従来のもよりも増大し、ステータコイルおよびロータコイルの温度上昇が低減され回転電機本体１０の寿命も延ばすことができる。そして、ファン手前部屋９ａの流速は減少することにより、ファン１１の流入部における流れの剥離は生じないので、ブレード２４には振動が発生することもなく、ブレード２４の長期信頼性を高くすることができる。また、ファン手前部屋９ａの流路は比較的広くなることで、回転電機本体のファンの送風能力は従来のものに比べて、大きくする必要がない。さらに、給排気のためのダクトを共通ベース内に配管する必要がなく、共通ベースを仕切板で区画するだけで給気通風路３１、排気通風路３２を形成することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１…共通ベース、１ａ…ベース上板、１ｂ…ベース下板、１ｃ…リブ  、２…ステータ鉄心、３…ベアリング、４…全閉型交流励磁機、５…ロータコイル、６…ロータ鉄心、７…ロータ、８…ステータコイル、９…本体フレーム、１０…回転電機本体、１１…ファン、１２…エアギャップ、１３…クーラ、１４…界磁鉄心、１５…界磁コイル、１６…電機子鉄心、１７…電機子コイル、１８…整流器、１９…整流器取付板、２０…排気ダクト、２０ａ…排気口、２１…給気ダクト、２１ａ…給気口、２２、２５、２６…仕切板、２３…補強版、２４…ブレード、２７…遠心ファン、２８…ファンガイド、３１…給気通風路、３１ａ…給気口、３１ｂ…給気開口部、３２…排気通風路、３２ａ…排気口、３２ｂ…排気開口部。
【図１】
0005605777.tif 000002
【図２】
0005605777.tif 000003
【図３】
0005605777.tif 000004
【図４】
0005605777.tif 000005