(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、該固定子の内側にエアギャップを介して配置される回転子とを備え、前記固定子の内周側には周方向に所定間隔で複数配設したスロットと、該スロット中にコイルを有し、前記固定子は鋼板を積層した鉄心を有し、該鋼板間に間隔片を放射状に配置し径方向通風ダクトを形成した回転電機において、
前記間隔片の少なくとも一部を外径側に配置した第一の間隔片と、内径側に配置した第二の間隔片とに分割し、
前記コイル高さを前記スロット深さより小さくし、
前記スロット内の前記コイル内径側にベントスペースを設け、
前記鉄心のティース部において、前記第一の間隔片の内径先端は、隣接するコイルの間に位置するとともに、前記コイルの内径側端面よりも外径側に位置し、
第二の間隔片は隣接するベントスペース間に位置するとともに、前記コイルの内径側端面よりも内径側に位置することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、前記第一の間隔片と周方向に隣り合う両側の前記コイルとの間隔をそれぞれa1およびa2、前記第二の間隔片と隣り合う前記コイル下端との距離をそれぞれb1およびb2、隣り合う前記コイルの最小間隔をwとする時、w<a1+a2、w<b1+b2の関係を満たすよう間隔片を配置したことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機であって、前記第一の間隔片の内径側先端形状はテーパー状に細くなっていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機であって、前記第一の間隔片が複数配置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１に記載の回転電機であって、前記第二の間隔片が複数配置されてい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】
本発明は回転電機の通風構造に係わり、特に、高速回転する電動機の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電動機などの回転電機は回転子と固定子を冷却する必要があり、そのための冷却構造が設けられている。代表的な冷却構造としては、電動機の内部に冷却媒体を流通させて冷却する方式がある。比較的大容量の回転電機においては、回転子と固定子の間の間隙（エアギャップ）の軸方向外側から内側に向かって冷却媒体を流入させ、さらにこの冷却媒体を、軸方向に所定の間隔で固定子に設けた複数の通風ダクトを内径側から外径側へと流通させる構造が知られている。また、冷却媒体の流通方向を逆転させた通風構造が採用される場合もあるが、以下ではエアギャップ内の冷却媒体は軸方向の外側から内側へ、また固定子通風ダクト内の冷却媒体は内径側から外径側へと流れる場合を例に説明する。
【０００３】
固定子鉄心は、電磁気的な損失を低減するために鋼板を軸方向に積層して形成する。固定子鉄心の内径側には、軸方向に貫通するスロットが周方向に複数設けられており、スロット内にはコイルが納められている。固定子の通風ダクトは、積層した鋼板の間に、棒状の間隔片を放射状に配置することにより形成される。
【０００４】
図６に、従来の代表的なエアギャップおよび固定子通風ダクトの構成を例示する。固定子２は、回転子１の外周に所定の間隔で対抗するように配置され、固定子と回転子の間にはエアギャップ３が形成される。固定子スロット４内には固定子コイル５が挿入されている。本従来例では、各スロットの外径側に一本、各ティース部に一本の間隔片７c、７aが配置されている。積層した鋼板をまとめるために、固定子鉄心の軸方向両端にはクランピングプレート（図示せず）が設置され、貫通ボルトなどにより軸方向に締め付けられている。間隔片７は、固定子の通風ダクトを形成するとともに、締め付け力を軸方向に伝達する役割を果たしている。本実施例では、間隔片の本数はスロット部とティース部に各一本ずつであるが、積層鋼板と間隔片の接触面圧や、間隔片にかかる応力が適正となるように間隔片の本数は調整される。
【０００５】
通常ティース部の間隔片は、最低一本は必要であり、その内径側先端はティースの内径側先端近くまで延長されている。もしティース先端部に間隔片が配置されていないと、ティース先端部の鋼板の積層が緩み、電磁力により振動するなどの問題を生じる可能性がある。従って、ティースの先端部には必ず間隔片を配置する必要がある。
【０００６】
ところで近年、回転電機を小型化して設置面積を低減するため、回転速度の高速化が進んでいる。また高速駆動が必要な圧縮機などでは、高速回転する電動機で駆動することにより、増速機を用いない直接駆動の採用が進んでいる。
【０００７】
回転電機を高速化すると、同じ容量でもより小型化が可能となる。しかし効率は大きく変化しないので、損失による発熱の総量はあまり変わらない。従って、高速化前後で必要となる冷却媒体の流量はあまり変わらない。その一方で、冷却媒体が流れる流路の断面積は小さくなるので、圧力損失が増大し冷却媒体の風量はむしろ減少し、高速小型化すると回転電機の冷却が困難となってくる。このため、高速化した回転電機の冷却性能を強化する方法が求められている。
【０００８】
従来例のような回転電機において、最も圧力損失が大きい冷却媒体の流路は、エアギャップと固定子の通風ダクトであり、冷却強化のためには、この部分の圧力損失を低減して冷却媒体の流量を増大させる必要がある。
【０００９】
エアギャップの圧力損失低減策として、スロット深さをコイル高さより大きくして、スロット内のコイル内径側に通風空間（以下、ベントスペース）を設けることにより、エアギャップの通風断面積を拡大し、エアギャップを軸方向内向きに流れる冷却媒体の流量を増加させる方法が、非特許文献１に開示されている。この方法によれば、エアギャップの圧力損失を低減できるので、冷却媒体の流量が増加する。
【００１０】
固定子通風ダクトにおいて最も圧力損失が大きい場所は、周方向に隣接するコイルの間隔が最も狭くなる通風ダクト入口部である。固定子の通風ダクト入口の圧力損失低減策としては、ティース部の間隔片の内径側の周方向幅をテーパー状に細くし、ダクト入口の通風断面積を拡大して固定子の通風ダクトに流入する冷却媒体の流量を増加させる方法が、特許文献１に開示されている。この方法によれば、固定子ダクト入口の通風損失が低減できるので冷却媒体の流量が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−２０５４３５号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】日立評論、VOL.55、No.8、p.805、1973
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記非特許文献１に記載の従来技術は、エアギャップの圧力損失を低減できるので、冷却媒体の流量が増加する。しかし、エアギャップの下流にある固定子の通風ダクトの圧力損失は大きいままなので、その効果は限定的である。
【００１４】
また、上記特許文献１に記載の従来技術は、固定子ダクト入口の通風損失が低減できるので冷却媒体の流量が増加する。しかし上記で説明したように、間隔片は軸方向の締め付け力を伝達して積層鋼板を保持する機能を有するため、ティース先端部にも間隔片が配置されている必要がある。このため、固定子の通風ダクト入口部の間隔片を完全にはなくすことができず、間隔片が固定子ダクト入口の一部を塞いでいる。
【００１５】
また、上記の非特許文献１および特許文献１の方法を単純に組み合わせた場合、固定子ダクトの入口面積を広くしようとすると、ティース部先端の積層鋼板を支持する間隔片の幅が狭くなり、間隔片と積層鋼板の接触面圧が大きくなりすぎるか、あるいは、間隔片の内径側先端が外径側に位置してしまうため、ティース先端部の積層鋼板が支持されなくなるという問題が生じる。
【００１６】
そこで本発明の目的は、エアギャップの圧力損失低減と、固定子の通風ダクト入口の圧力損失の低減とを両立し、かつ、ティース先端部の積層鋼板を支持する機能を有した通風構造を備えた回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、ティース部の間隔片を分割し、固定子の通風ダクト入口位置を挟んで、径方向に所定の間隔を介して上記の分割した間隔片を配置した。
【００１８】
すなわち、固定子と、該固定子の内側にエアギャップを介して配置される回転子とを備え、前記固定子の内周側には周方向に所定間隔で複数配設したスロットと、該スロット中にコイルを有し、前記固定子は鋼板を積層した鉄心を有し、該鋼板間に間隔片を放射状に配置し径方向通風ダクトを形成した回転電機において、前記コイル高さを前記スロット深さより小さくし、前記スロット内の前記コイル内径側にベントスペースを設け、前記鉄心のティース部において、第一の間隔片の内径先端が隣接するコイル間に位置し、第二の間隔片が隣接するベントスペース間に位置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
ベントスペースを大きくとることで、エアギャップの通風面積が拡大して圧力損失が減少する。また、第一の間隔片の内径側先端を隣接するコイル間に位置させ、かつ、第二の間隔片を隣接するベントスペース間に配置することで、固定子の通風ダクト入口部の通風面積が拡大して圧力損失が減少する。エアギャップおよび固定子通風ダクト入口の二か所の圧力損失が減少することにより、エアギャップを経て、固定子の通風ダクトを通過する冷却風の流量が増大し、冷却が強化される。
【００２０】
さらに、ティース先端部の積層鋼板を支持する機能も保持されるので、積層鋼板が緩んで電磁力により振動したりする恐れもない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の回転電機の第１の実施例の説明図である。
【図２】本発明の回転電機の第２の実施例の説明図である。
【図３】本発明の回転電機の第３の実施例の説明図である。
【図４】本発明の回転電機の第４の実施例の説明図である。
【図５】本発明の回転電機の第５の実施例の説明図である。
【図６】従来の回転電機の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明による回転電機の第１の実施例を、図１に基づいて説明する。
【００２４】
本実施例の電動機は、回転子1と回転子の外周に所定の間隔で対向するように設置された固定子２を備えている。固定子と回転子の間にはエアギャップ３が形成されている。固定子の内径側には周方向に複数のスロット４が設けられており、スロット内には固定子コイル５が挿入されている。固定子は鋼板を積層した鉄心６を有している。鋼板間には間隔片７が放射状に配置され、固定子の通風ダクト８を形成している。スロット深さをコイル高さよりも大きくすることで、スロットの内径側（エアギャップ側）にベントスペース８を設けている。
【００２５】
ティース部の間隔片は、第一の間隔片７aと第二の間隔片７bとからなる。第一の間隔片の内径側先端は、周方向に隣接するコイル５間に位置するように設置されている。また、第二の間隔片７bは、周方向に隣接するベントスペース８間に位置するように設置されている。
【００２６】
以上のような構成によれば、ベントスペースの分だけ実質的にエアギャップの通風断面積が増加し圧力損失が低減する。また、固定子の通風ダクトの内径側入り口部を間隔片が塞がないため通風面積が増加し、この部分の圧力損失も低減される。その結果、冷却媒体の流量が増加し、冷却性能を高めることができる。
【００２７】
なお本実施例では、第二の間隔片の形状は矩形としているが、これは形状を限定するものではなく、例えば円形（円筒状のピン）や三角形であっても良い。
【実施例２】
【００２８】
本発明による回転電機の第２の実施例を、図２に基づいて説明する。本実施例の概略構成は、実施例１と略同じである。
【００２９】
本実施例では、第一の間隔片および第二の間隔片の好適な配置を規定している。固定子の通風ダクトにおいて、周方向に隣接するコイルの内径側の間隔をｗとする。また、第一の間隔片と、隣接する両側のコイルとの間隔をそれぞれa1、a2、第二の間隔片と、隣接するコイル内径側との距離をそれぞれb1、b2とする。第一の間隔片は、w<a1+a2を満足するように、また第二の間隔片はw<b1+b2を満足するように配置する。
【００３０】
このような構成によれば、通風ダクト入口に間隔片が存在しないため、間隔片によりダクト入口面積が閉塞されておらず、とりうる最大の通風面積となっている。また、固定子の通風ダクトの断面積は、隣接するコイル間隔で規定される通風ダクト入口の取りうる最大面積よりも常に大きくなるので、通風ダクト入口部以外の場所で大きな圧力損失が生じることがない。
【００３１】
第一の間隔片とコイルとの間隔a1、a2は、第一の間隔片の内径側先端の周方向幅と径方向位置によって調整できる。また、第二の間隔片とコイル内径側との距離b1、b2は、第二の間隔片の大きさと径方向の位置によって調整できる。
【実施例３】
【００３２】
本発明による回転電機の第３の実施例を、図３に基づいて説明する。本実施例の概略構成は、実施例１と略同じである。
【００３３】
本実施例では、第一の間隔片７aの内径側先端部をテーパー状とし、内径側ほど周方向幅が小さくなるようにしている。
【００３４】
このような構成によれば、内径側先端部の通風断面積をより大きくとることができる。あるいは、より内径側まで延長しても、矩形の間隔片と同等の開口面積とすることができるので、軸方向の締め付け荷重を分散でき、間隔片と鋼板との接触面圧をより一様化できる。
【実施例４】
【００３５】
本発明による回転電機の第４の実施例を、図４に基づいて説明する。本実施例の概略構成は、実施例１と略同じである。
【００３６】
本実施例では、ティース一本に、複数の第一の間隔片を配置した例を示している。軸方向の締め付け荷重に応じて、間隔片と積層鋼板との接触面積を調整する必要があるため、大きな接触面積が必要な場合には、本実施例のような構成とすることができる。複数の第一の間隔片は同じ長さであってもかまわないが、本実施例のように長さの異なる間隔片を配置することにより、固定子通風ダクト内の断面積変化を小さくすることができ、その結果として圧力損失も小さくなる。
【実施例５】
【００３７】
本発明による回転電機の第５の実施例を、図５に基づいて説明する。本実施例の概略構成は、実施例１と略同じである。
【００３８】
本実施例では、第二の間隔片を複数配置した例を示している。エアギャップの通風断面積を大きくするためにベントスペース８を広くとると、周方向に隣接するベントスペースに挟まれたティースの領域も広くなる。このティース先端部分にかかる軸方向の締め付け荷重もティース領域の面積に比例して大きくなる。このように、ベントスペースを大きくした場合には、第二の間隔片と積層鋼板との接触面積を大きくする必要がある。本実施例はそのような場合に好適な間隔片の配置である。
【符号の説明】
【００３９】
１  回転子
２  固定子
３  エアギャップ
４  スロット
５  固定子コイル
６  固定子鉄心
７  間隔片
８  ベントスペース
【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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