(57)【要約】【課題】内部の圧力損失や電気特性の低下を抑制し、冷却性能および製造コストを改善することができるようにした回転電機を提供すること。【解決手段】回転子２０と固定子１０とを有する回転電機１であって、回転子２０には、回転子に軸方向両側で対向して設けられ、回転子の軸方向両端側から軸方向中心部へそれぞれ向かう軸方向冷媒流路２１４と、一端側が回転子の径方向内側で各軸方向冷媒流路に連通し、他端側は回転子の周面に開口する複数の径方向冷媒流路２１３と、各軸方向冷媒流路が回転子の内部で連通するのを防止する隔壁部２１１ａとが設けられている。【選択図】図１
2019022257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と固定子とを有する回転電機であって、
前記回転子には、
前記回転子に軸方向両側で対向して設けられ、前記回転子の軸方向両端側から軸方向中心部へそれぞれ向かう軸方向冷媒流路と、
一端側が前記回転子の径方向内側で前記各軸方向冷媒流路に連通し、他端側は前記回転子の周面に開口する複数の径方向冷媒流路と、
前記各軸方向冷媒流路が前記回転子の内部で連通するのを防止する隔壁部と
が設けられている、
回転電機。
【請求項２】
前記回転子は、
軸方向に積層される複数の円板状の回転子パケットと、
前記回転子の軸方向両端側から前記各回転子パケットを軸方向に挟持する回転子クランプと、
前記各回転子パケット間に設けられ、冷媒を前記回転子の径方向に流通させる前記径方向冷媒流路を前記各回転子パケット間に形成するダクトピースと、
前記各回転子クランプおよび前記各回転子パケットのそれぞれに周方向に離間して形成された前記軸方向冷媒流路であって、隣接する他の軸方向冷媒流路と連通する前記軸方向冷媒流路と、
前記各回転子パケットのうち前記回転子の軸方向中央部に位置する所定の回転子パケットであって、両側に位置する前記軸方向冷媒流路が連通するのを防止する前記隔壁部として機能する前記所定の回転子パケットと、
を備える請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記所定の回転子パケットは、一側の所定の回転子パケットと他側の所定の回転子パケットとを含み、
前記一側の所定の回転子パケットおよび前記他側の所定の回転子パケットを除く他の各回転子パケットには、周方向に所定ピッチで離間する複数の前記軸方向冷媒流路が設けられており、
前記一側の所定の回転子パケットには、前記各軸方向冷媒流路のうち前記所定のピッチの倍のピッチで周方向に離間した軸方向冷媒流路が設けられており、
前記他側の所定の回転子パケットには、前記各軸方向冷媒流路のうち、前記一側の所定の回転子パケットに設けられた前記各軸方向冷媒流路以外の他の軸方向冷媒流路が設けられている、
請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記一側の所定の回転子パケットと前記他側の所定の回転子パケットとの間には、前記他の回転子パケットと同一構造の回転子パケットが少なくとも１つ配置される、
請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記各回転子パケットのうち少なくとも一部の回転子パケットの軸方向長さは、他の回転子パケットの軸方向長さとは異なっている、
請求項２〜３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記各回転子パケットの軸方向長さは、前記回転子の両端側から軸方向中心部に向かうにつれて短くなるように設定されている、
請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
前記軸方向冷媒流路は、前記回転子の両端側から前記回転子の軸方向中心部に向かうにつれて、流路面積が増大するように形成されている、
請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記軸方向冷媒流路は、同一の回転子パケット内で前記回転子の軸方向中心部に向かうにつれて前記流路面積が増大するように形成されている、
請求項７に記載の回転電機。
【請求項９】
前記軸方向冷媒流路は、前記回転子の軸方向中心部に向かうにつれて、前記各回転子パケットごとに前記流路面積が増大するように形成されている、
請求項７に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記回転子クランプには、前記軸方向冷媒流路の流入口側に向かうにつれて流路面積が漸減するテーパ部が設けられている、
請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記軸方向冷媒流路と前記径方向冷媒流路を接続する領域に、前記軸方向冷媒流路から前記径方向冷媒流路へ冷媒を導くガイド部を設けた、
請求項１０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、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンプレッサ駆動用などの用途では、従来のガスタービンに代わって電動機が使用される。コンプレッサ駆動用などに用いられる電動機としては、回転子コアのスロットに設けられた複数の回転子導体が回転子コアの端面においてエンドリング（短絡環）で連結された回転子を備える誘導電動機や、回転子コアの外周表面または回転子コア内に設けられた溝に永久磁石を配置した永久磁石形同期電動機がある。
【０００３】
通常、誘導電動機、永久磁石同期電動機いずれも、回転子コアは透磁率の高い電磁鋼板を積層することで形成される。電動機が運転すると、回転子コアや回転子導体、永久磁石に遠心力が働き、回転子の各部には応力が発生する。この応力によって、回転子の各部が変形したり破断したりする恐れがある。そこで、回転子に働く応力を低減すべく、回転子は、その外径ができるだけ小さく、かつ軸方向に長い形状に形成される。
【０００４】
一方、電動機には電気的な損失に伴って熱が発生するが、回転子の長尺化に伴って電動機の軸方向中心部の冷却性能が低下する。このため、電動機の軸方向中心部の発熱に伴う温度上昇の増大が懸念される。
【０００５】
そのため、電動機内の冷却性能の強化が必要となる。電動機の軸方向中心部の温度上昇を低減するため、固定子コアと回転子コアとをそれぞれ軸方向に複数の塊（コアパケット）に分割し、固定子コアおよび回転子コアの径方向と回転子コアの軸方向とにそれぞれ通風路を設ける。径方向の通風路はラジアルダクトと、軸方向の通風路はアキシャルダクトと呼ばれる。
【０００６】
これらのダクトを通過する冷却風は、電動機の軸方向中心部の冷却に寄与する。そこで、電動機の冷却性能をより向上させるためには、これらのダクト内で発生する圧力損失の低減が重要となる。
【０００７】
特に、比較的回転数の高い２極や４極の電動機では、回転子に設けられたラジアルダクトとアキシャルダクトとで発生する圧力損失が大きく、電動機の冷却性能を大きく低下させる要因となっている。したがって、この圧力損失を低減させることは、電動機を設計・製作する上で重要な課題となる。
【０００８】
ここで、電動機の冷却性能を向上する技術として、特許文献１や特許文献２が知られている。特許文献１の永久磁石形同期電動機では、回転子の軸方向両側からアキシャルダクトに流入する冷媒が回転子の軸方向中心部で衝突しないように回転子をスキューし、圧力損失の増加を防止している。特許文献２の回転電機では、回転子の軸方向両側からアキシャルダクトに流入する冷媒が回転子の軸方向中心部で衝突しないようにシャフトの軸方向中心部を加工し、圧力損失の増加を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−１９３０１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０４２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１には、回転子コアを軸方向に分割し、分割した回転子コアを互いにスキューすることで、電機特性の向上と、アキシャルダクト内を通過する冷媒が回転子中心部で衝突することで生じる圧力損失上昇とを抑制する技術が記載されている。
【００１１】
しかし、かご形導体を有する誘導電動機の場合では、回転子バーが存在するため、回転子を離散的にスキューすることはできないことから、特許文献１の技術を誘導機に適用することができない。また、回転子コアの中心部にはアキシャルダクトが設けられるため、軸方向中心部の電磁鋼板の使用量が減少する。このため、特許文献１の技術では、電動機の力率低下を招き、電動機全体の発熱量が上昇する。
【００１２】
特許文献２では、シャフトの軸方向中心部を加工し、回転子の軸方向両側からアキシャルダクトに流入する冷媒が回転子の軸方向中心部で衝突しない構造とすることで、アキシャルダクト内での圧力損失の増加を抑制している。
【００１３】
しかし、特許文献２では、シャフトを加工する必要があるため、シャフトの加工工数が増加し、回転電機全体の製造コストが増大してしまう。また、特許文献２では、回転子コアとシャフトとの間にアキシャルダクトを設ける構造となっているが、この場合、回転子コアの内径を大きくする必要がある。そのため、運転時において、回転子コアの内周応力が大きくなり、回転子コアが損傷する恐れがある。
【００１４】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、内部の圧力損失や電気特性の低下を抑制し、冷却性能および製造コストを改善することができるようにした回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決すべく、本発明に従う回転電機は、回転子と固定子とを有する回転電機であって、回転子には、回転子に軸方向両側で対向して設けられ、回転子の軸方向両端側から軸方向中心部へそれぞれ向かう軸方向冷媒流路と、一端側が回転子の径方向内側で各軸方向冷媒流路に連通し、他端側は回転子の周面に開口する複数の径方向冷媒流路と、各軸方向冷媒流路が回転子の内部で連通するのを防止する隔壁部とが設けられている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、冷媒は、回転子の各軸方向冷媒流路から回転子の中心部へ向けて流れ込み、回転子を内部から冷却し、径方向冷媒流路を介して回転子の周面に流れ出る。各軸方向冷媒流路から軸方向中心部に向けて流れ込む冷媒は、隔壁部により遮られるため、軸方向中心部で衝突することがない。このため、冷媒の流れる流路の圧力損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施例による回転電機を横側から見た部分断面図。
【図２】図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向断面図。
【図３】回転電機内部の冷却風の流れを示す説明図。
【図４】図１中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向断面図。
【図５】本実施例を適用した場合と適用しない場合とで、アキシャルダクトの軸方向中心部における圧力損失を比較して示す説明図。
【図６】第２実施例による回転電機を横側から見た部分断面図。
【図７】図６中の矢示ＶＩＩ−ＶＩＩ方向断面図。
【図８】図６中の矢示ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向断面図。
【図９】回転電機の部分断面斜視図。
【図１０】第３実施例による回転電機を横方向から見た部分断面斜視図。
【図１１】第４実施例による回転電機を横側から見た部分断面図。
【図１２】第５実施例による回転電機を横側から見た部分断面図。
【図１３】第６実施例による回転電機を横側から見た部分断面図とアキシャルダクト付近の拡大図。
【図１４】第７実施例による回転電機を横側から見た部分断面図とアキシャルダクト付近の拡大図。
【図１５】第８実施例による回転電機を横側から見た部分断面図とアキシャルダクト付近の拡大図。
【図１６】第９実施例による回転電機を横側から見た部分断面図とアキシャルダクト付近の拡大図。
【図１７】第１０実施例による回転電機を横側から見た部分断面図とアキシャルダクト付近の拡大図。
【図１８】第１１実施例による回転電機を横側から見た部分断面図とアキシャルダクト付近の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の回転電機は、例えば、かご形誘導電動機として構成することができる。
【００１９】
本実施形態の回転電機は、以下に詳述するように、回転子コアが軸方向に複数パケット分割され、パケット分割された回転子鉄心の間に冷媒を流すための流路を形成するダクトピースが設置されており、回転子鉄心には複数の軸方向冷媒流路が設置されている。さらに、本実施形態の回転電機では、回転子コアの軸方向中心部における軸方向冷媒流路の数が、軸方向端部に配置される回転子コアの軸方向冷媒流路の数とは異なっており、軸方向冷媒流路が軸方向に貫通していない。
【００２０】
これにより本実施形態の回転電機によれば、回転電機内部の圧力損失を低減し、回転電機の電気特性を改善することができ、さらに、回転電機の製造工数および製造コストを低減できる。
【実施例１】
【００２１】
図１〜図５を用いて実施例を説明する。図１は、本実施例の回転電機１を横方向から見た断面図である。実施例では、回転電機として、回転子がかご形導体を有する誘導電動機の場合を示す。しかし、回転子形状は永久磁石を有する永久磁石電動機や界磁巻線を有する同期電動機、コアだけで形成されるリラクタンスモータなどでもよく、回転子から磁界を発生させるための構成部品やその形状については制限しない。
【００２２】
回転電機１は、例えば、略円筒状の固定子１０と、固定子１０内に同軸に配置される回転子２０と、回転子２０に同軸に挿通されるシャフト２６とを含んで構成される。シャフト２６の両側には、回転子２０から突出する領域にファン３１がそれぞれ取り付けられている。
【００２３】
固定子１０は、固定子コア１１と、複数の固定子スロット１２と、各固定子スロット１２に巻回された電機子巻線１３とを含んで構成される。回転子２０では、回転子コア２１がシャフト２６に連結されている。
【００２４】
回転子コア２１の外周部には、図２に示すように、回転子スロット２２が周方向に離間して複数設けられており、各回転子スロット２２の間には回転子ティース２４が設けられている。各回転子スロット２２内には、回転子バー２３が挿通されている。各回転子バー２３は、回転子２０の軸方向端面に位置するエンドリング２５によって短絡されており、これによりかご形導体が形成される。
【００２５】
さらに、回転子コア２１の内周部には、図２に示すように、シャフト２６の周囲を取り囲むようにして、周方向に所定ピッチで離間する複数のアキシャルダクト２１４が形成されている。アキシャルダクト２１４は、「軸方向冷媒流路」の一例である。本実施例では、冷媒として回転電機１の周囲の空気を用いる。
【００２６】
回転電機１の回転子２０の構造が誘導電動機である場合、回転子バー２３の形状は、図２に示すように長方形であるが、これに限らず、角部が円形に面取りされているような形状でもよい。アキシャルダクト２１４の断面形状も図２では台形状であるが、台形以外にも円形や正方形などでもよく、設計上健全性を保つことができるのであればその形状は問わない。
【００２７】
固定子コア１１および回転子コア２１は、例えば、積層鋼板を軸方向に積層して形成されている。固定子コア１１は、軸方向に並ぶ複数の固定子コアパケット１１１に分割されている。同様に、回転子コア２１も軸方向に並ぶ複数の回転子コアパケット２１１に分割されている。
【００２８】
各固定子コアパケット１１１間には、固定子ダクトピース１１２が設けられている。これにより隣接する各固定子コアパケット１１１の間には、固定子ラジアルダクト１１３が形成される。同様に、各回転子コアパケット２１１間にも、回転子ダクトピース２１２が設けられている。これにより隣接する各回転子コアパケット２１１の間には、回転子ラジアルダクト２１３が形成される。回転子ラジアルダクト２１３は「径方向冷媒流路」の一例である。
【００２９】
回転子コア２１を形成する電磁鋼板は、回転子２０の軸方向両端部に配置される回転子コアクランプ２７によって積層鋼板が分解されないように軸方向両側から締め付けられた後で、シャフト２６に固定される。回転子コア２１は、回転子コア２１を加熱してシャフト挿通穴を広げ、そのシャフト挿通孔にシャフト２６を挿通した後で、回転子コア２１を冷却することで取り付けてもよい（焼きばめ）。あるいは、シャフト２６を冷却し、縮ませたシャフト２６を回転子コア２１のシャフト挿通孔に挿通し、その後にシャフト２６が常温に戻るのを待って取り付けてもよい（冷やしばめ）。
【００３０】
回転子コア２１の内周部に冷却風を通す必要があるため、回転子コアクランプ２７にもアキシャルダクト２１４が設けられる。
【００３１】
なお、図１では、固定子ラジアルダクト１１３の軸方向位置と回転子ラジアルダクト２１３の軸方向位置とを一致させているが、必ずしも同一とする必要はない。例えば、固定子ラジアルダクト１１３または回転子ラジアルダクト２１３の幅１つ分だけずらしてもよいし、あるいは、或る一つの回転子コアパケット２１１の軸方向中心位置に固定子ラジアルダクト１１３が位置するように配置してもよい。
【００３２】
また、図１では、固定子ラジアルダクト１１３および回転子ラジアルダクト２１３の軸方向の幅寸法はそれぞれ同一であるかのように示すが、必ずしも軸方向幅寸法は同一とする必要はない。固定子ラジアルダクト１１３の軸方向幅寸法の方が回転子ラジアルダクト２１３の軸方向幅寸法よりも大きくてもよいし、あるいは小さくてもよい。
【００３３】
図３に、回転電機１の内部の冷却風の流れを示す。回転電機１の内部の冷却風は、回転子コア２１の軸方向両側に位置してシャフト２６に取り付けられた冷却用のファン３１によって発生される。各ファン３１で発生した冷却風は、図３に示すように、３つの経路（Ａ１）〜（Ａ３）を介して回転電機１の内部を通過しながら冷却する。
【００３４】
（Ａ１）第１の経路Ａ１では、冷却風は、回転子２０のアキシャルダクト２１４に流入した後に、回転子ラジアルダクト２１３と、回転子コア２１の外周面と固定子コア１１の内周面との間のギャップ１４と、固定子ラジアルダクト１１３とを通過して、エアクーラ２に到達する。以下、これを経路（Ａ１）と呼ぶ。
【００３５】
（Ａ２）第２の経路Ａ２では、冷却風は、ギャップ１４から固定子コア１１の軸方向中心部へ流入し、固定子ラジアルダクト１１３を通過した後、エアクーラ２に到達する。以下、これを経路（Ａ２）と呼ぶ。
【００３６】
（Ａ３）第３の経路Ａ３では、冷却風は、アキシャルダクト２１４およびギャップ１４に流入せずに、電機子巻線１３のエンド部表面を通過して、固定子コア１１とフレーム３との隙間を通じてエアクーラ２へ到達する。これを経路（Ａ３）と呼ぶ。
【００３７】
各経路（Ａ１）〜（３）を通過する冷却風は、電機子巻線１３や回転子バー２３を通過する際に、熱伝達によって電機子巻線１３を冷却する。また、冷却風は、固定子ラジアルダクト１１３を通過する際に、固定子コア１１とも熱交換する。ここで、固定子コア１１に設けられた固定子スロット１２に電機子巻線１３が設置されているため、電機子巻線１３は、固定子コア１１と熱伝導することとなる。したがって、電機子巻線１３は、固定子コア１１を通じて間接的にも冷却される。
【００３８】
上記の経路（Ａ１）〜（Ａ３）のうち、特に経路（Ａ１）を通過する冷却風は、回転電機１の内部で最も発熱する電機子巻線１３と回転子バー２３の両方を通過するため、回転電機１の冷却性能に最も寄与する成分である。また、経路（Ａ１）では、ファン３１から発生する冷却風以外にも、回転子コア２１に設置されている回転子バー２３および回転子ダクトピース２１２からも冷却風が発生する。したがって、回転電機１の冷却性能を向上させるためには、経路（Ａ１）の圧力損失を抑制して、回転電機１内を流れる冷媒としての冷却風の流量（通風量）を増加させる必要がある。
【００３９】
経路（Ａ１）における冷却風は、回転子２０の両側に設置されるファン３１から発生した後、回転子２０の軸方向両側から各アキシャルダクト２１４へ流入し、複数の回転子ラジアルダクト２１３に分流しながら径方向に流れる。
【００４０】
このとき最も通風抵抗が大きくなる位置は、アキシャルダクト２１４の内部と、回転子ラジアルダクト２１３の内部と、回転子アキシャルダクト２１４から回転子ラジアルダクト２１３に分流する箇所である。
【００４１】
ここでもしも、アキシャルダクト２１４内の軸方向中心部において、アキシャルダクト２１４の軸方向両側（図中の左右両側）からそれぞれ流入した冷却風が互いに衝突したとすると、大きな圧力損失が発生する。したがって、回転電機１の冷却性能を向上させるためには、アキシャルダクト２１４の軸方向中心部での圧力損失をできるだけ少なくすることが好ましい。
【００４２】
そこで、本実施例では、軸方向中心部におけるアキシャルダクト２１４の数を軸方向端部のそれよりも少なくし、回転子アキシャルダクト２１４が軸方向に貫通しない構造を採用する。
【００４３】
この特徴的な構造は、言い換えれば、図２に示すように、軸方向中心部に配置する回転子コアパケット２１１ａには、アキシャルダクト２１４が一つも設けられていない構造である。すなわち、本実施例では、各回転子コアパケット２１１のうち、軸方向中心部に位置する所定の回転子コアパケット２１１ａを、アキシャルダクト２１４を途中で遮断するための隔壁部として機能させる。この構造とすることにより、軸方向両側から回転子アキシャルダクト２１４へ流入した冷却風が回転子アキシャルダクト２１４の軸方向中心部で互いに衝突しないように通風経路（Ａ１）を形成することができる。
【００４４】
これにより本実施例では、回転子２０の軸方向端部から流入した冷却風が互いに打ち消し合わない冷却風の流れ（Ａ１）を得ることができ、アキシャルダクト２１４内での圧力損失を低減することができる。
【００４５】
図５に、アキシャルダクト２１４内の軸方向中心部における圧力損失を、本実施例の場合と、比較例とを並べて示す。風量が一定であるとした場合、本実施例による構造におけるアキシャルダクト２１４の軸方向中心部での圧力損失は、アキシャルダクト２１４が貫通している比較例に比べて、約半分まで低減される。したがって、本実施例によれば、アキシャルダクト２１４内の風量が増加するため、回転電機１の冷却性能が向上する。
【００４６】
また、本実施例では、回転子コア２１を形成する電磁鋼板（回転子コアパケット２１１）のうち、軸方向中心部に位置する所定の回転子コアパケット２１１ａのみ、アキシャルダクト２１４を形成せずに、電磁鋼板をそのまま残存させる。これにより、所定の回転子コアパケット２１１ａは、アキシャルダクト２１４を軸方向に貫通させない隔壁部として機能する。
【００４７】
したがって、軸方向中心部の所定の回転子コアパケット２１１ａでは、電磁鋼板の使用量が増加するため、アキシャルダクト２１４を形成する場合に比べて、回転電機１の力率が向上する。
【００４８】
さらに、特許文献２では、アキシャルダクトの軸方向中心部における冷却風の衝突を防止するために、軸方向中心部の回転子コアの内径側とシャフトの間に仕切り板を溶接する場合がある。これに対し、本実施例の構造では、軸方向中心部の仕切り板が不要となるため、特許文献２の技術２比べて製作工数を低減できる。
【００４９】
さらに、本実施例では、特別な仕切り板が不要なため、シャフト２６は直接回転子コア２１と接続可能である。したがって、本実施例によれば、シャフト２６は削りだしの丸シャフトとして形成できる。これにより、特許文献２に記載の構造に比べて、さらに製作工数を低減することができ、回転子２０の製作コストを削減できる。
【実施例２】
【００５０】
図６〜図９を用いて、第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例では、第１実施例との相違を中心に説明する。
【００５１】
図６は、本実施例による回転電機１ｂを横方向から見た断面を示す。本実施例では、回転子コア２１を構成する各回転子コアパケット２１１のうち、軸方向中心部に隣接して位置する回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２を、所定の回転子コアパケットとして使用する。
【００５２】
そして、本実施例では、所定の回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２のアキシャルダクト２１４の数を他の回転子コアパケット２１１に形成するアキシャルダクト２１４の数よりも少なくし、回転子コアパケット２１１ｂ１と回転子コアパケット２１１ｂ２のアキシャルダクト２１４の周方向位置を互い違いとなるように配置する。
【００５３】
図７は、第１の所定の回転子コアパケット２１１ｂ１を図６中の矢示ＶＩＩ−ＶＩＩ方向から見た断面図である。図８は、第２の所定の回転子コアパケット２１１ｂ２を図６中の矢示ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た断面図である。図９は、本実施例におけるアキシャルダクト２１４とラジアルダクト２１３とを通過する冷却風の経路を示す。
【００５４】
図中では、第１の所定の回転子コアパケット２１１ｂ１に形成されるアキシャルダクトに符号２１４ｂ１を付す。同様に、第２の所定の回転子コアパケット２１１ｂ２に形成されるアキシャルダクトに符号２１４ｂ２を付す。アキシャルダクト２１４ｂ１，２１４ｂ２を特に区別しない場合、アキシャルダクト２１４と呼ぶ。
【００５５】
図７，図８に示すように、回転子コアパケット２１１ｂ１と回転子コアパケット２１１ｂ２とは、形成されたアキシャルダクト２１４の数と、アキシャルダクト２１４の周方向ピッチとは同一である。しかし、回転子コアパケット２１１ｂ１と回転子コアパケット２１１ｂ２とは、アキシャルダクト２１４の周方向の位置が異なる。
【００５６】
分かり易い一例を挙げて説明する。所定の回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２に周方向に３０度ずつ離間して合計１２個のアキシャルダクト２１４が形成されている場合、第１の所定の回転子コアパケット２１１ｂ１には、周方向に６０度ずつ離間する合計６個のアキシャルダクト２１４ｂ１が形成されている。同様に、第２の所定の回転子コアパケット２１１ｂ２にも、周方向に６０度ずつ離間する合計６個のアキシャルダクト２１４ｂ２が形成されている。そして、第１の所定の回転子コアパケット２１１ｂ１と第２の所定の回転子コアパケット２１１ｂ２とは、それぞれのアキシャルダクト２１４ｂ１，２１４ｂ２が重なって連通しないように、周方向に３０度ずらして配置される。
【００５７】
これにより、図９の斜視図に示すように、各アキシャルダクト２１４は回転子２０の軸方向に貫通せず、所定の回転子コアパケット２１１ｂ１または２１１ｂ２のいずれかにより途中で遮られる。したがって、アキシャルダクト２１４内を流れる冷却風は、アキシャルダクト２１４の軸方向中心部で衝突せず、勢いを互いに打ち消すことがない。
【００５８】
図９で示すように、本実施例では、第１の所定の回転子コアパケット２１１ｂ１におけるアキシャルダクト２１４ｂ１の位置と第２の所定の回転子コアパケット２１１ｂ２のアキシャルダクト２１４ｂ２の位置とは、周方向にずれているため、アキシャルダクト２１４ｂ１では、軸方向左側から流入する冷却風の経路が軸方向右側から流入する冷却風の経路よりも約回転子コアパケット一つ分長くなる。
【００５９】
一方、アキシャルダクト２１４ｂ２では、アキシャルダクト２１４ｂ１とは逆に、軸方向右側から流入する冷却風の経路が軸方向左側から流入する冷却風の経路よりも約回転子コアパケット一つ分長くなる。
【００６０】
したがって、冷却風が各アキシャルダクト２１４ｂ１，２１４ｂ２と各回転子ラジアルダクト２１３とを通過する経路の合計長さは、アキシャルダクトが貫通する比較例と同等以下になる。これにより、比較例において軸方向中心部のアキシャルダクトで発生する分の圧力損失が、本実施例では低減される。
【００６１】
このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。本実施例では、アキシャルダクト２１４の軸方向中心部で冷却風が衝突せず、アキシャルダクト２１４内での圧力損失が第１実施例と同等以下となるまで低減される。このため、本実施例では、第１実施例と同様に、圧力損失低減による冷却性能向上という効果を得ることができ、電磁鋼板の使用量増加による力率向上の効果も得ることができる。
【００６２】
なお、回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２のアキシャルダクト２１４ｂ１，２１４ｂの形状はいずれも同一であるため、回転子コア２０にアキシャルダクト２１４を形成する際の抜き型は一種類だけでよい。そのため、本実施例では、回転コア２０の種類増加に伴う工数増加は発生せず、アキシャルダクト製作の工数低減効果だけを得ることができる。したがって、本実施例は、第１実施例と同様に、製作コスト削減の効果も得ることができる。
【実施例３】
【００６３】
図１０を用いて第３実施例を説明する。図１０は、本実施例による回転電機１ｂ１を横方向から見た断面と冷却風の流れを示す。第２実施例では、回転子２０の軸方向中心部に偶数個の所定の回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２を設ける場合を述べた。
【００６４】
これに対し、本実施例では、回転子２０の軸方向中心部に奇数個の所定の回転子コアパケットを配置する場合を説明する。この場合、回転子コアパケット２１１ｂ１と回転子コアパケット２１１ｂ２の間に、通常の回転子コアパケット２１１（所定の回転子コアパケット以外の他の回転子コアパケット）と同一形状の回転子コアパケット２１１を配置すればよい。すなわち、回転子２０の軸方向中心部には、第１の所定の回転子コアパケット２１１ｂ１と、通常の回転子コアパケット２１１と、第２の所定の回転子コアパケット２１１ｂ２との３個の回転子コアパケットが配置され、アキシャルダクト２１４が軸方向に連通しないようになっている。
【００６５】
このように構成される本実施例も第２実施例と同様の作用効果を奏する。本実施例は、回転子コアパケット２１１ｂ１と回転子コアパケット２１１ｂ２との間に、軸方向端部に位置する回転子コアパケット２１１と同一形状の回転子コアパケット２１１を配置するだけである。このため本実施例も、製造工数をあまり増加させずに、圧力損失の低減効果、力率向上、製作コストの低減効果を得ることができる。
【実施例４】
【００６６】
図１１を用いて第４実施例を説明する。図１１は、本実施例による回転電機１ｃを横方向から見た断面を示す。前記各実施例では、各回転子コアパケット２１１は、その軸方向長さ寸法がそれぞれ同一であった。これに対し、図１１に示すように、各回転子コアパケット２１１の軸方向長さ寸法は不均一であってもよい。
【００６７】
本実施例の回転電機１ｃは、その軸方向中心部に複数の所定の回転子コアパケット２１１ｃ１，２１１ｃ２が配置されており、アキシャルダクト２１４ｃ１，２１４ｃ２が連通しないように遮断している。回転子コアパケット２１１ｃ１，２１１ｃ２は、その軸方向の長さ寸法を除いて、上述した回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２と同様の構成であるため、これ以上の説明を省略する。
【００６８】
回転電機は、通常、軸方向中心部の電機子巻線１３や回転子バー２３が最も高温になりやすい。このため、回転子２０の軸方向中心部にできるだけ多くの冷却風を送り込む必要がある。
【００６９】
そこで、本実施例の回転電機１ｃは、図１１に示すように、回転子２０の軸方向中心部付近に位置する回転子コアパケット２１１ｃ１，２１１ｃ２，２１１ｃ１１，２１１ｃ２１の軸方向の長さ寸法（厚み）を薄くし、それ以外の回転子コアパケット２１１の軸方向長さ寸法を長くしている。
【００７０】
より詳しくは、各回転子コアパケット２１１は、回転子２０の軸方向中心に近づくにつれて軸方向の長さ寸法が短くなるように設定されている。図示の例では、回転子２０の軸方向中心部に位置する所定の回転子コアパケット２１１ｃ１，２１１ｃ２が最も薄く、それら所定の回転子コアパケット２１１ｃ１，２１１ｃ２の軸方向外側に隣接する回転子コアパケット２１１ｃ１１，ｃ２１が次に薄く、さらに軸方向外側に隣接する他の回転子コアパケット２１１が最も厚くなるように設定されている。
【００７１】
このように構成される本実施例も前記各実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例では、各回転子コアパケット２１１の軸方向厚みを不均一とし、回転子ラジアルダクト２１３を回転子２０の軸方向中心部に多く配置するため、回転電機１の軸方向中心部における冷却風の流量を増加でき、電機子巻線１３および回転子バー２３を効果的に冷却することができる。
【実施例５】
【００７２】
図１２を用いて第５実施例を説明する。図１２は、本実施例による回転電機１ｄを横方向から見た断面を示す。本実施例の回転電機１ｄでは、第１実施例で述べたと同様に、その軸方向中心部に所定の回転子コアパケット２１１ｄを一つだけ配置する。さらに、本実施例の回転電機１ｄでは、第４実施例で述べたと同様に、各回転子コアパケット２１１の軸方向長さ寸法を不均一し、回転子２０の軸方向中心部に近づくほど、回転子コアパケット２１１が薄くなるように設定する。
【００７３】
このように構成される本実施例も第４実施例と同様の作用効果を奏する。すなわち、本実施例によれば、回転子２０の軸方向中心部に回転子ラジアルダクト２１３を集中的に配置することができ、回転電機１の軸方向中心部における冷却風の風量を増大でき、電機子巻線１３と回転子バー２３の冷却効果が向上させることができる。
【実施例６】
【００７４】
図１３を用いて第６実施例を説明する。図１３は、本実施例による回転電機１ｂ２を横方向から見た断面を示す。本実施例の回転電機１ｂ２は、第２実施例で述べた回転電機１ｂと同様に、回転子２０の軸方向中心部に偶数個の所定の回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２が配置されている。アキシャルダクト２１４ｂ１，２１４ｂ２は、回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２により軸方向への連通が遮断されている。
【００７５】
本実施では、所定の回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２以外の他の各回転子コアパケット２１１において、アキシャルダクト２１４から回転子ラジアルダクト２１３へ分流する部分に、比較的滑らかに変化するテーパ部２１５を設ける。
【００７６】
例えば、テーパ部２１５は、所定の回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２以外の他の各回転子コアパケット２１１のうち、アキシャルダクト２１４の流出口付近において、冷却風の流れる方向に向かうほど径寸法が徐々に増加するようにして形成される。
【００７７】
このように本実施例では、アキシャルダクト２１４と回転子ラジアルダクト２１３とを接続する箇所にテーパ部２１５を設けることで、冷却風がアキシャルダクト２１４から回転子ラジアルダクト２１３へ流れ込む際の急激な方向変化を抑制する。
【００７８】
ここで、空気や水などの流体は、その流れの方向が急激に変化すると、流体の流れが剥離し、流体の損失係数が大きくなるため、圧力損失が増加する。圧力損失は、流体の剥離する領域の大きさに比例する。したがって、流体の圧力損失を低減するためには、流体の剥離領域ができるだけ小さく、できるだけ冷却風の流れが急激に変化しない構造とする必要がある。
【００７９】
このように構成される本実施例も前記各実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例によれば、アキシャルダクト２１４から回転子ラジアルダクト２１３に流れこむ際の冷却風の急激な流れの変化を抑制でき、圧力損失を低減できる。これにより、本実施例では、経路（Ａ１）における通風量が増加し、回転電機１の冷却性能が向上する。
【実施例７】
【００８０】
図１４を用いて第７実施例を説明する。図１４は、本実施例による回転電機１ｂ３を横方向から見た断面図である。本実施例の回転電機１ｂ３は、図１３で述べた回転電機１ｂ２の変形例に該当する。
【００８１】
本実施例の回転電機１ｂ３では、テーパ部２１６を階段状に形成する。このように構成される本実施例も第６実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例８】
【００８２】
図１５を用いて第８実施例を説明する。図１５は、本実施例による回転電機１ｂ４を横方向から見た断面図である。本実施例の回転電機１ｂ４は、図１３で述べた回転電機１ｂ２の変形例に相当する。
【００８３】
本実施例の回転電機１ｂ４では、回転子２０の軸方向中心部に向かうにつれて、各回転子コアパケット２１１のテーパ部２１５（１）〜２１５（４）が拡径するように形成している。このように構成される本実施例も第６実施例と同様の作用効果を奏する。
【実施例９】
【００８４】
図１６を用いて第９実施例を説明する。図１６は、本実施例による回転電機１ｂ５を横方向から見た断面図である。本実施例の回転電機１ｂ５は、図１３で述べた回転電機１ｂ２の変形例に該当する。
【００８５】
本実施例の回転電機１ｂ５では、アキシャルダクト２１４ｂ１，２１４ｂ２を回転子２０の軸方向中心部に向けて流れる冷却風が所定の回転子コアパケット２１１ｂ１，２１１ｂ２によって直進を妨げられる箇所にのみテーパ部２１５を形成する。
【００８６】
このように、回転子２０の軸方向中心部にのみ、アキシャルダクト２１４から回転子ラジアルダクト２１３へ分流する部分にテーパ部（角部）を設ける場合でも、第６実施例と同様の作用効果を奏する。さらに本実施例の回転電機１ｂ５では、図１５や図１６で述べた構造に比べて、軸方向中心部での風量が増加するため、軸方向中心部の冷却をより一層強化したい機種に適用するとよい。
【実施例１０】
【００８７】
図１７を用いて第１０実施例を説明する。図１７は、本実施例による回転電機１ｅを横方向から見た断面を示す。本実施例の回転電機１ｅは、第１実施例の回転電機１と同様に、回転子２０の軸方向中心部に１つの所定の回転子コアパケット２１１ａが設けられており、この所定の回転子コアパケット２１１ａによって各アキシャルダクト２１４ｅが軸方向に貫通するのが防止されている。
【００８８】
そして、本実施例のアキシャルダクト２１４ｅは、回転子２０の軸方向の端部（流入口側）から軸方向中心部へ向かうにつれて、徐々に拡径するように形成されている。
【００８９】
圧力損失は、風速の二乗に比例することは知られている。したがって、図１７に示す構造とすることにより、回転子２０の軸方向中心部ではアキシャルダクト２１４ｅの流路面積が増大し、冷却風の風速が低下する。このため、アキシャルダクト２１４ｅ内での圧力損失がさらに低下することとなる。
【００９０】
また、アキシャルダクト２１４ｅ内の冷却風の風速が低下するため、アキシャルダクト２１４ｅから回転子ラジアルダクト２１３へ分流する際の圧力損失も低減される。これにより、回転子２０内の経路（Ａ１）での圧力損失が低減されるため、回転電機１ｅ全体の通風量が増加し、冷却性能を向上させることができる。
【実施例１１】
【００９１】
図１８を用いて第１１実施例を説明する。図１８は、本実施例による回転電機１ｆを横方向から見た断面図である。本実施例の回転電機１ｆは、第１実施例で述べた回転電機１の構成に加えて、回転子コアクランプ２７にガイド部２７１を形成している。
【００９２】
回転子２０の軸方向端部に設置される回転子コアクランプ２７にも、アキシャルダクト２１４が形成されるが、アキシャルダクト２１４の流入口側には、冷却風の進行方向に向けて徐々に縮径するようにテーパ状のガイド部２７１が形成されている。上述の通り、流体は、その流れの方向が急激に変化したときに大きな圧力損失が発生する。
【００９３】
そこで、本実施例では、アキシャルダクト２１４の形状は入口部分と軸方向中心部とで同一形状とはせず、冷却風の流れが急激に変化しないように、冷却風の進行方向に向かって漸減するようなガイド部２７１をアキシャルダクト２１４の入口側に設ける。この構造とすることにより、アキシャルダクト２１４の入口部分での圧力損失を低減でき、回転電機１ｆ全体の通風量が増加し、冷却性能を向上させることができる。
【００９４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。上述の実施形態において、添付図面に図示した構成例に限定されない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。
【００９５】
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００９６】
１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ：回転電機、１０：固定子、１１：固定子コア、２０：回転子、２１：回転子コア、２１１：回転子コアパケット、２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄ，２１１ｅ：所定の回転子コアパケット、
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019022257.tif 000013
【図１２】
2019022257.tif 000014
【図１３】
2019022257.tif 000015
【図１４】
2019022257.tif 000016
【図１５】
2019022257.tif 000017
【図１６】
2019022257.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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