(57)【要約】【課題】回転電機内に冷却風を循環させて固定子鉄心及び回転子の冷却を行う際に、冷却効率を高めることのできる回転電機を提供する。【解決手段】回転子センター７の外周面に永久磁石からなる磁極２を取り付ける際に、磁極装着体１４を介して取り付けるようにする。これにより、磁極２、固定子鉄心１、固定子コイル３及び磁極装着体１４により形成される空隙１３の断面積を大きくすることができ、この空隙１３を流れる冷却風の流量を増加させ、大きな発熱源である固定子鉄心の歯部、固定子コイルを直接冷却できるようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子軸と、該回転子軸に取り付けられた回転子センターと、該回転子センターの外周面に、所定の間隔で前記回転子軸の軸方向に配置された複数の磁極列と、前記回転子センターを囲み、前記回転子軸が貫通する固定子枠と、該固定子枠に設けられる固定子鉄心及び固定子コイルと、前記回転子センターの内径部と前記固定子鉄心の外周面とに冷却風を循環させる冷却手段と、を備えた回転電機において、
前記回転子センターの外周面に、所定の間隔で前記回転子軸の軸方向に配置された複数の磁極装着体列を設け、
該磁極装着体列を介して前記磁極列を前記回転子センターの外周面に取付け、
前記回転子センターの内径部に流れる冷却風を、前記磁極列、前記固定子鉄心、前記固定子コイル及び前記磁極装着体列により形成される空隙と、前記固定子鉄心の外周部とに分流させて循環させることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心は、外周部に冷却面積を大きくする凹凸が設けられることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記固定子鉄心は、更に回転子軸方向に貫通孔が設けられ、該貫通孔に前記冷却風が分流することを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機において、
前記貫通孔は、前記固定子鉄心の継鉄部に設けられることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項３に記載の回転電機において、
前記貫通孔は、前記固定子鉄心の歯部に設けられることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通風冷却構造を有する回転電機に関するものであり、特に簡単な構成にて冷却効率を高めることができる通風冷却構造を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機等の回転電機の運転時、固定子及び回転子を構成するコイル、鉄心、磁極等には熱が発生するので、従来、ファンと熱交換器とからなる冷却装置を設け、熱交換器により冷却された冷却風をファンによって回転電機内に循環させ、固定子及び回転子のコイル、鉄心、磁極等を冷却して温度上昇を規定の値以下に抑えるとともに、絶縁抵抗の低下を防止している（特許文献1参照）。
この種の冷却装置を備えた回転電機として図５、図６、図７示すものが知られている。
図５は、固定子枠の外部に冷却装置を取り付けた回転電機の断面図であり、図６は図５に示した回転電機のＡ-Ａ方向の断面図である。図５、図６において、１は固定子鉄心、２は永久磁石からなる磁極、３は固定子コイル、４は固定子コイルエンド、５は固定子枠、６は回転子軸、７は回転子センター、８はカップリング、９は仕切り板、１０はファン、１１は熱交換器、１２は冷却装置である。なお、図５において、矢印は冷却風の流れを示している。
カップリング８には回転電機の駆動源が取り付けられる。例えば、回転電機が風力発電機である場合には、カップリング８にはブレードが取り付けられる。ファン１０と熱交換器１１とにより冷却装置１２が構成されており、この冷却装置１２は、固定子枠５の外部に取り付けられている。この冷却装置１２は、固定子枠５内に設けられる場合もある。
図７は、回転子センターの外周面に取り付けられる磁極２の配置を示しており、同一極性の複数の磁極２からなる磁極列が、回転子軸６の軸方向に配置されている。また、各磁極列は、極性が交互に異なるように所定の間隔をおいて配置され、各磁極列間を冷却風が流れる。
このように構成された回転電機では、冷却装置１２のファン１０、熱交換器１１によって作り出される冷却風を、固定子枠５の入口５ａから流入させ、回転子センター７の内径側に設けた開口部７ａ、７ｂ、７ｃを介して回転子軸６の軸方向に流した後、入口５ａとは反対側の回転電機端部の空間で回転子軸６の径方向に流す。径方向に流れた冷却風は、固定子鉄心１に取り付けられている固定子コイル３の固定子コイルエンド４を冷却した後、固定子鉄心１の外周面と固定子枠５の内径面との空間に流れ込み、固定子鉄心１の外周面を冷却した後、入口５ａ側の回転電機端部の空間に流入する。
また、径方向に流れた冷却風は、磁極２と固定子鉄心１、固定子コイル３とにより形成された空隙にも流れ込み、回転子軸６の軸方向に流れて磁極２、固定子鉄心１及び固定子コイル３を冷却した後、入口５ａ側の回転電機端部の空間に流入する。
入口５ａ側の回転電機端部の空間は、仕切り板９により仕切られており、入口５ａが設けられている空間とは別の空間に出口５ｂが設けられている。この出口５ｂが設けられている空間に流入した冷却風は、固定子コイルエンド４を冷却した後、出口５ｂから冷却装置１２に戻り、熱交換器１１により再び冷却されて入口５ａから固定子枠５内に流入される。このように、冷却風を回転電機内に循環させることにより、回転電機の冷却が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４５９１４号公報（図１３、段落０００３〜０００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来の通風冷却構造では、磁極と固定子鉄心、固定子コイルとにより形成された空隙の断面積が小さく、この空隙を流れる冷却風の流量が不充分であったため、固定子鉄心の歯部や固定子コイルを直接冷却することできず、回転電機の冷却は固定子鉄心の外周面からの冷却が主であった。
図８は、図６のＡ部の拡大図であり、図６と同じ構成要素は同じ符号で示されている。回転電機においては、磁極２と固定子鉄心１、固定子コイル３との距離は、電気的特性に影響を与えるため、磁極２と固定子鉄心１、固定子コイル３とにより形成された空隙１３の断面積を大きくすることには制約がある。そのため、大きな発熱源である固定子コイルや固定子鉄心の歯部を充分に冷却することができず、冷却性能が高くないという問題があった。
本発明は、上記に鑑み、回転電機をより効果的に冷却することができる通風冷却構造を有する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】
【０００５】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、回転子軸と、この回転子軸に取り付けられた回転子センターと、この回転子センターの外周面に、所定の間隔で回転子軸の軸方向に配置された複数の磁極列と、回転子センターを囲み、回転子軸が貫通する固定子枠と、この固定子枠に設けられる固定子鉄心及び固定子コイルと、回転子センターの内径部と固定子鉄心の外周面とに冷却風を循環させる冷却手段と、を備えた回転電機において、記回転子センターの外周面に、所定の間隔で回転子軸の軸方向に配置された複数の磁極装着体列を設け、この磁極装着体列を介して前記磁極列を前記回転子センターの外周面に取付け、回転子センターの内径部を流れる冷却風を、磁極列、固定子鉄心、固定子コイル及び磁極装着体列により形成される空隙と、固定子鉄心の外周部とに分流させて循環させる構成とする。
また、本発明によれば、上記の発明において、固定子鉄心の外周部に冷却面積を大きくする凹凸を設ける構成とする。
また、本発明によれば、上記の発明において、固定子鉄心は、更に回転子軸方向に貫通孔が設けられ、この貫通孔に冷却風が分流する構成とする。
さらに、本発明によれば、上記の発明において、貫通孔は、固定子鉄心の継鉄部または歯部に設けられる構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、磁極装着体列を介して磁極列を回転子センターの外周面に取付ける構成とし、且つ磁極装着体列は、所定の間隔で回転子センターの外周面に配置されることにより、磁極列、固定子鉄心、固定子コイル及び磁極装着体列により形成される空隙を冷却風が通流するのに充分な大きさにすることができる。これにより、大きな発熱源である固定子コイルや固定子鉄心の歯部を充分に冷却することができ、冷却性能を高めることができる。
また、固定子鉄心の冷却面積を大きくするために、固定子鉄心の外周部に凹凸を設けたり、あるいは貫通孔を設けることにより、冷却性能を高めることができる。
特に、貫通孔を固定子鉄心の歯部に設けることにより、大きな発熱源である固定子鉄心の歯部を直接冷却することができ、冷却性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明による回転電機の実施例を示す部分断面図である。
【図２】本発明による回転電機の固定子側の他の実施例を示す部分断面図である。
【図３】本発明による回転電機の固定子側の他の実施例を示す部分断面図である。
【図４】本発明による回転電機の固定子側の他の実施例を示す部分断面図である。
【図５】従来の回転電機の構成を示す断面図である。
【図６】図５に示す従来の回転電機のＡ−Ａ方向の断面図である。
【図７】磁極の配置を説明するための構成図である。
【図８】図６に示す従来の回転電機のＡ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【０００８】
図１は、本発明による回転電機の実施例を示す部分断面図であり、図８に示す従来の回転電機の構成に対応するものである。したがって、図８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電機の他の構成は、図５、図６、図７に示す従来の回転電機の構成と同じである。
本発明による回転電機では、永久磁石により構成された磁極２は、図7に示すように従来の回転電機と同様に所定の間隔で配置された磁極列を構成しているが、磁極装着体１４を介して回転子センター７の外周面に取り付けられている点が相違している。
この磁極装着体１４も、磁極２と同様に所定の間隔で配置された磁極装着体列を構成している。磁極装着体列は、1つの磁極装着体で構成することもでき、複数の磁極装着体を並べて形成することもできる。複数の磁極装着体を並べる場合には、各磁極装着体を密接させて配置したり、間隔をおいて配置することもできる。
磁極装着体１４を設けたことにより、磁極２、固定子鉄心１、固定子コイル３及び磁極装着体１４により形成される空隙１３の断面積は、磁極装着体１４の高さ分だけ大きくすることができ、空隙１３に流し込む冷却風の流量を多くすることができる。このように多くの冷却風を流すことにより、固定子コイルに距離的に近い部分から冷却することができ、さらに磁極を構成する磁石からの損失による熱を積極的に冷却でき、冷却性能の良い回転電機を構成することができる。
図２は、本発明による回転電機の固定子側の他の実施例を示す部分断面図であり、回転子側の構成は図１に示す回転電機の構成と同じである。したがって、図１と同じ構成要素は同じ符号で示されている。
図１に示した本発明による回転電機では、空隙１３に流れる冷却風の流量を大きくすることにより、大きな発熱源である固定子コイルや固定子鉄心の歯部を冷却するように構成したが、図２に示した他の実施例は、固定子鉄心の歯部の反対側の外周面の冷却性能も合わせて高めるものである。
図２に示す回転電機では、固定子鉄心１の外周面に凹凸１５が設けられている。固定鉄心１の外周面と固定子枠５の内周面とによって冷却風通路が形成され、この冷却風通路に面するように凹凸１５が設けられていることにより、固定子鉄心１の外周面の冷却面積が大きくなっており、その分だけ冷却性能が高められている。
図３は、本発明による回転電機の固定子側の他の実施例を示す部分断面図であり、回転子側の構成は図１に示す回転電機の構成と同じである。したがって、図１と同じ構成要素は同じ符号で示されている。
図３に示す回転電機では、固定子鉄心１の歯部に冷却媒体を流す貫通孔１５が回転子軸の軸方向に形成されている。この貫通孔１５は、固定子鉄心１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１５を同時に打ち抜くことにより形成することができる。
このように、固定子鉄心１の歯部の内部に冷却風を流し込むことにより、固定子鉄心１を直接冷却することができるとともに、特に固定子コイル３に近い部分を冷却することができ、固定子鉄心１の歯部の表面を流れる冷却風の増加と合わせて、回転電機の冷却性能を高めることができる。
図４は、本発明による回転電機の固定子側の他の実施例を示す部分断面図であり、回転子側の構成は図１に示す回転電機の構成と同じである。したがって、図１と同じ構成要素は同じ符号で示されている。
図４に示す回転電機では、固定子鉄心１の継鉄部に冷却媒体を流す貫通孔１６が回転子の軸方向に形成されている。この貫通孔１６は、固定子鉄心１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１６を同時に打ち抜くことにより形成することができる。
このように、貫通孔１６を設けることにより、固定子鉄心１を直接冷却することができるとともに、固定子コイル３に近い部分を冷却することができ、冷却性能を高めることができる。
なお、図５に示す回転電機の構成において、冷却風の循環方向を逆方向にした場合でも、本発明の各実施例は適用可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０００９】
１  固定子鉄心
２  磁極
３  固定子コイル
４  固定子コイルエンド
５  固定子枠
６  回転子軸
７  回転子センター
８  カップリング
９  仕切り板
１０  ファン
１１  熱交換器
１２  冷却装置
１３  空隙
１４  磁極装着体
１５  凹凸
１６、１７  貫通孔
【図１】
2011004518.tif 000003
【図２】
2011004518.tif 000004
【図３】
2011004518.tif 000005
【図４】
2011004518.tif 000006
【図５】
2011004518.tif 000007
【図６】
2011004518.tif 000008
【図７】
2011004518.tif 000009
【図８】
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