(57)【要約】【課題】間隔片を用いずに鉄心の半径方向の冷却空気流路を形成でき、しかも１種類の鋼板を使用して回転子の鉄心を製作する。【解決手段】鉄心を構成する鋼板２０には、回転軸が挿通される中央開口２３と、複数の永久磁石用貫通孔２９と、冷却流体が軸方向に流通する中央流通孔２４と、中央流通孔２４に連絡して半径方向外側に向かって途中位置まで延びて所定の中心角間隔で配置された複数の内側溝２５と、鋼板２０の外周から半径方向内側に向かって途中まで延びて互いに周方向に隣接する２個の内側溝２５の中央の角度位置に配置された複数の外側溝２７と、が形成されている。互いに隣接して積層された２枚の鋼板２０が角度をずらして配置されてこれら２枚のうちの一方の鋼板２０の内側溝２５と他方の鋼板２０の外側溝２７とが半径方向の途中位置で連通する。【選択図】図１
2014138543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に固定された回転子と、
前記回転子の半径方向外側に半径方向のギャップを介して前記回転子を取り囲んで配置された固定子と、
前記固定子を囲んで配置されて前記固定子が固定されるフレームと、
を有する回転電機であって、
前記回転子は、
前記回転軸の軸方向に垂直に広がっていて前記回転軸が通る中央開口が形成された複数の互いに同一形状の鋼鈑を軸方向に積層した鉄心と、
前記鉄心の内部を前記軸方向に貫通して延びる複数の永久磁石と、
を備え、
前記複数の鋼板それぞれには、
前記回転軸が挿通される中央開口と、
前記複数の永久磁石が貫通する複数の永久磁石用貫通孔と、
冷却流体が軸方向に流通する中央流通孔と、
前記中央流通孔に連絡して半径方向外側に向かって当該鋼板の半径方向の途中位置まで延びて所定の中心角間隔で配置された複数の内側溝と、
当該鋼板の外周から半径方向内側に向かって当該鋼板の半径方向の途中まで延びる、前記所定の中心角に等しい中心角間隔でしかも互いに周方向に隣接する２個の前記内側溝の中央の角度位置に配置された複数の外側溝と、
が形成されており、
互いに隣接して積層された２枚の前記鋼板が前記所定の中心角の半分の角度だけずらして配置されてこれら２枚のうちの一方の前記鋼板の前記内側溝と他方の前記鋼板の前記外側溝とが前記半径方向の途中位置で連通するように構成されていること、
を特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記複数の外側溝の内側端部には周方向に広がった幅広部が形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記複数の内側溝の外側端部には周方向に広がった幅広部が形成されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記複数の永久磁石は前記鉄心の外周近くに当該外周に沿って等間隔で配置され、前記外側溝それぞれは前記複数の永久磁石のうちの互いに隣接する２個の永久磁石の間に配置されていること、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回転電機。
【請求項５】
前記鉄心は、互いに隣接した複数枚の前記鋼板を互いに同じ角度位置に積層させた第１の積層鋼板ブロックと、互いに隣接した複数枚の前記鋼板を互いに同じ角度位置に積層させた第２の積層鋼板ブロックと、を含み、
前記第１の積層鋼板ブロックと前記第２の積層鋼板ブロックとが前記所定の中心角の半分の角度だけ互いにずらして、互いに隣接して積層されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層鋼板からなる鉄心を備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機（電動機または発電機）の回転子の鉄心は、通常、複数の鋼板を軸方向に積層して形成される。この場合に、鉄心を冷却するために、鉄心内を軸方向に貫通する冷却流路に冷却用空気を流す技術が知られている。しかし、冷却空気の流れが軸方向のみであると、軸方向の温度が不均一になる、充分な冷却風量が得られない、などの課題がある。そのため、軸方向の冷却流路に加えて、所定の複数枚の鋼板（コアパック）ごとに、間隔片（ダクトピース）を挟み込んで冷却空気を半径方向に流すための流路を形成する技術が知られている。
【０００３】
しかし、回転子に永久磁石を用いる場合、積層された鋼板に永久磁石を軸方向に挿入する際に、コアパックごとに引っ掛かりが生じて作業性が悪い。
【０００４】
このような課題を解決するために、特許文献１では、２種類の溝つき鋼板を積層して、これらの鋼板に形成された溝によって半径方向の流路を構成する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６５８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された技術によれば、鉄心を製作するために２種類の鋼板を使用する必要がある。そのため、材料の手配や管理に手間がかかり、コスト高の要因になる。
【０００７】
この発明は、かかる課題を解決するためのものであって、間隔片を用いずに鉄心の半径方向の冷却空気流路を形成でき、しかも１種類の鋼板を使用して回転子の鉄心を製作できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る回転電機は、回転軸と、前記回転軸に固定された回転子と、前記回転子の半径方向外側に半径方向のギャップを介して前記回転子を取り囲んで配置された固定子と、前記固定子を囲んで配置されて前記固定子が固定されるフレームと、を有する回転電機であって、前記回転子は、前記回転軸の軸方向に垂直に広がっていて前記回転軸が通る中央開口が形成された複数の互いに同一形状の鋼鈑を軸方向に積層した鉄心と、前記鉄心の内部を前記軸方向に貫通して延びる複数の永久磁石と、を備え、前記複数の鋼板それぞれには、前記回転軸が挿通される中央開口と、前記複数の永久磁石が貫通する複数の永久磁石用貫通孔と、冷却流体が軸方向に流通する中央流通孔と、前記中央流通孔に連絡して半径方向外側に向かって当該鋼板の半径方向の途中位置まで延びて所定の中心角間隔で配置された複数の内側溝と、当該鋼板の外周から半径方向内側に向かって当該鋼板の半径方向の途中まで延びる、前記所定の中心角に等しい中心角間隔でしかも互いに周方向に隣接する２個の前記内側溝の中央の角度位置に配置された複数の外側溝と、が形成されており、互いに隣接して積層された２枚の前記鋼板が前記所定の中心角の半分の角度だけずらして配置されてこれら２枚のうちの一方の前記鋼板の前記内側溝と他方の前記鋼板の前記外側溝とが前記半径方向の途中位置で連通するように構成されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、間隔片を用いずに鉄心の半径方向の冷却空気流路を形成でき、しかも１種類の鋼板を使用して回転子の鉄心を製作でき、製作コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る回転電機の第１の実施形態における回転子の鉄心を構成する鋼板を取り出して示す正面図である。
【図２】本発明に係る回転電機の第１の実施形態の構成を示す模式的縦断面図である。
【図３】図２の回転子鉄心のIII部を拡大して示す模式的部分縦断面図である。
【図４】本発明に係る回転電機の第２の実施形態における回転子の鉄心を構成する鋼板を取り出して示す正面図である。
【図５】本発明に係る回転電機の第３の実施形態における回転子の鉄心を構成する鋼板を取り出して示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を参照しながら本発明に係る回転電機の実施形態について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る回転電機の第１の実施形態における回転子の鉄心を構成する鋼板を取り出して示す正面図である。図２は、本発明に係る回転電機の第１の実施形態の構成を示す模式的縦断面図である。図３は、図２の回転子鉄心のIII部を拡大して示す模式的部分縦断面図である。
【００１３】
本発明に係る回転電機の第１の実施形態は、図２に示すように、回転軸１０と、回転子１１と、固定子１２と、フレーム１３と、ファン１４とを備えている。固定子１２はフレーム１３内でフレーム１３に固定され、回転子１１の半径方向外側を、半径方向のギャップ４０を介して囲むように配置されている。回転軸１０は、フレーム１３に固定された軸受け（図示せず）によって回転支持されている。回転子１１およびファン１４は回転軸１０に固定されて、回転軸１０とともに一体として回転可能である。
【００１４】
回転子１１は、複数の鋼板２０を軸方向に積層して構成した鉄心２１と、鉄心２１を軸方向に貫通する複数の永久磁石２２とからなる。
【００１５】
複数の鋼板２０はすべて同じ形状であって、図１に示すように、ほぼ円板状である。鋼板２０の中央には回転軸１０が挿通する円形の中央開口２３が形成されている。
【００１６】
図１に示す例は６極の回転電機の回転子鉄心用鋼板２０であって、中央開口２３を囲んで周方向に等間隔に６個の中央流通孔２４が形成されている。すなわち、６個の中央流通孔２４は中心角６０度ごとに配置されている。これら６個の中央流通孔２４は同一形状で同一寸法である。各中央流通孔２４から半径方向外側に向かって半径方向途中まで内側溝２５が延びている。各内側溝２５の最も奥、すなわち半径方向の最も外側には周方向に広がった内側溝幅広部２６が形成されている。
【００１７】
互いに隣接する２個の内側溝２５の角度位置で中央の位置に鋼板２０の外周から半径方向内側に向かって半径方向途中まで外側溝２７が延びている。外側溝２７は６個あって互いに中心角６０度ごとに配置されている。各外側溝２７の最も奥、すなわち半径方向の最も内側には周方向に広がった外側溝幅広部２８が形成されている。内側溝幅広部２６と外側溝幅広部２８は、半径方向位置が一致し、周方向に等間隔で配置されている。
【００１８】
鋼板２０の外周近くに、外周に沿って互いに周方向に等間隔に１２個の長方形の永久磁石用貫通孔２９が形成されている。各外側溝２７は、互いに隣接する２個の永久磁石用貫通孔２９の中央に配置されている。
【００１９】
複数枚の鋼板２０が互いに同じ向きに積層されて鋼板群３０、３１が形成される。そしてこのような鋼板群３０、３１が複数形成される。そして、一つの鋼板群３０に隣接する他の鋼板群３１では、中心角で３０度ずらして重ね合わされる。
【００２０】
このとき、それぞれの鋼板群３０、３１では、各鋼板２０の貫通孔や溝が軸方向に重なって連通する。また、鋼板群３０の内側溝２５と鋼板群３１の外側溝２７とが同じ角度位置になり、内側溝幅広部２６と外側溝幅広部２８が重なって軸方向に連通する。同様に、鋼板群３１の内側溝２５と鋼板群３０の外側溝２７とが同じ角度位置になり、内側溝幅広部２６と外側溝幅広部２８が重なって軸方向に連通する。このとき、鋼板群３０と鋼板群３１との接合部で内側溝２５と外側溝２７とが連通して半径方向の冷却空気流路が形成される。
【００２１】
以上説明した構成により、この実施形態の回転電機では、間隔片を用いずに鉄心の半径方向の冷却空気流路を形成でき、しかも１種類の鋼板２０を使用して回転子１１の鉄心２１を製作でき、製作コストを低減できる。また、内側溝幅広部２６と外側溝幅広部２８が重なって軸方向に連通するので、この連通部の流路面積を大きくとることができ、半径方向の流れを促進することができる。さらに、この連通部を通して軸方向の流れも促進することができる。
【００２２】
［第２の実施形態］
図４は、本発明に係る回転電機の第２の実施形態における回転子の鉄心を構成する鋼板を取り出して示す正面図である。
【００２３】
この実施形態では、内側溝２５は、周方向の幅が一様であって、中央流通孔２４から半径方向外側に向かって半径方向途中まで直線的に延びている。第１の実施形態における内側溝幅広部２６（図１）に相当する部分はない。内側溝２５の最も奥、すなわち半径方向に最も外側の端部は、隣接する鋼板群の外側溝幅広部２８と連通する。
【００２４】
この実施形態では、第１の実施形態に比べると、互いに隣接する鋼板群の内側溝２５と外側溝２７との連通部の流路面積が小さく、そこを流れる冷却空気の流量が制限される。
【００２５】
その他の作用・効果は第１の実施形態と同様である。
【００２６】
［第３の実施形態］
図５は、本発明に係る回転電機の第３の実施形態における回転子の鉄心を構成する鋼板を取り出して示す正面図である。
【００２７】
この実施形態では、第２の実施形態と同様に、内側溝２５は、周方向の幅が一様であって、中央流通孔２４から半径方向外側に向かって半径方向途中まで直線的に延びている。さらに、外側溝２７も周方向の幅も一様であって、鋼板２０の外周から半径方向内側に向かって半径方向途中まで直線的に延びていて、外側溝幅広部２８（図４）に相当する部分はない。この実施形態では、第２の実施形態に比べると、互いに隣接する鋼板群の内側溝２５と外側溝２７との連通部の流路面積がさらに小さく、そこを流れる冷却空気の流量が制限される。
【００２８】
その他の作用・効果は第２の実施形態と同様である。
【００２９】
［他の実施形態］
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。
【００３０】
たとえば、第２の実施形態では、外側溝幅広部２８があって内側溝幅広部２６がないものとしたが、逆に、外側溝幅広部２８がなくて内側溝幅広部２６があるような実施形態も可能である。
【００３１】
また、上記各実施形態では、各中央流通孔２４に１個の内側溝２５が連通するものとしたが、各中央流通孔２４に複数個の内側溝２５が連通するようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、同じ向きに重ねた複数枚の鋼板を鋼板群とし、互いに隣接する鋼板群同士の向きをずらすものとした。このような構成の変形として、１枚の鋼板を１群の鋼板群として同様の構成とすることも可能である。その場合、内側溝２５および外側溝２７が軸方向に細かく分かれるので、これらの溝内の半径方向の流路が狭く、流動抵抗が大きくなる。
【符号の説明】
【００３３】
１０・・・回転軸
１１・・・回転子
１２・・・固定子
１３・・・フレーム
１４・・・ファン
２０・・・鋼板
２１・・・鉄心
２２・・・永久磁石
２３・・・中央開口
２４・・・中央流通孔
２５・・・内側溝
２６・・・内側溝幅広部
２７・・・外側溝
２８・・・外側溝幅広部
２９・・・永久磁石用貫通孔
３０、３１・・・鋼板群
４０・・・ギャップ
【図１】
2014138543.tif 000003
【図２】
2014138543.tif 000004
【図３】
2014138543.tif 000005
【図４】
2014138543.tif 000006
【図５】
2014138543.tif 000007