(57)【要約】【課題】固定子内部を効率的に冷却可能とする回転子、固定子、回転機を提供すること。【解決手段】回転子２０は、軸方向の端面から軸方向に延びる少なくとも１つの軸方向孔２６と、周面２から前記軸方向孔２６に連通する少なくとも１つの径方向孔２８とを有する。また、埋込磁石式の回転機１の場合は、回転子２０の軸方向孔２６を、永久磁石取付孔とする。また、固定子４０は、回転子２０に対してエアギャップ３８を空けて配置されるものであり前記径方向孔２８の周面における開口部３０の近傍に、内周面６に設けた取入口４６と外周面８に設けられた放出口４８を連通する冷却ダクト５０を有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の端面から軸方向に延びる少なくとも１つの軸方向孔と、周面から前記軸方向孔に連通する少なくとも１つの径方向孔とを有する回転子。
【請求項２】
埋込磁石式の回転機の回転子であって、
前記軸方向孔が永久磁石取付孔である請求項１記載の回転子。
【請求項３】
請求項１または，請求項２に記載した回転子に対して、エアギャップを空けて配置される固定子であって、
前記径方向孔の周面における開口部の近傍に、内周面に設けた取入口と外周面に設けられた放出口を連通する冷却ダクトを有する固定子。
【請求項４】
請求項１または，請求項２に記載した回転子と、請求項３に記載した固定子とを備える回転機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機、発電機等の回転機において、冷却技術について改善を図った回転子、固定子および回転機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、埋込磁石式同期発電機等の回転機は、固定子とハウジングとの間の間隙と、固定子と回転子とによって形成される空隙（エアギャップ）とに冷却空気を通過させて固定子を冷却するように構成されている。この構成によれば、固定子に発生した熱が、固定子表面の熱伝達等によって冷却空気に奪われ、固定子が冷却されるようになっている。
【０００３】
また、従来この種の冷却手段を備えた発電機、電動機等の回転機としては、回転子鉄心突出部のコイル内部に設けた中空スペーサ部材に冷却空気を通過させることにより、該鉄心とコイルの冷却効率を向上させたものが提供されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、固定子の周囲を仕切板で覆い、冷却対象部分に、より多くの冷却空気を通過させることにより、固定子の冷却効率を向上させたものが提供されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
また、回転軸に設けた油路から冷却油を供給し、回転子内の油路を通じることで回転子を冷却し、円周表面と表面近傍端面に設けた油留から冷却油を噴霧状に放出することで固定子を冷却するようにしたものが提供されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２１１６０７号公報（第２−３頁、第４図）
【特許文献２】
特開２０００−１４０８４号公報（第２−４頁、第１図）
【特許文献３】
特開２００１−１６８２６号公報（第２−４頁、第１、２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の回転機は、中空スペーサを回転子コイルに設けたものであり、中空スペーサを冷却空気が通過することで回転子コイルおよび鉄心は冷却されるが、固定子を冷却する手段を備えていないため固定子が冷却されないという問題がある。
また、上記特許文献２に記載の回転機は、仕切板を設けることにより冷却空気を固定子に効率的に導いて固定子を冷却するものであり、また上記特許文献３に記載の回転機も回転子内部に冷却油を通過させて回転子と固定子表面を冷却させるものであり、いずれも固定子内部を冷却する手段を備えていないため、固定子内部の冷却ができないという問題がある。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、従来冷却が困難だった回転機の固定子内部を効率的に冷却可能とする回転子、固定子、回転機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提案している。
請求項１の発明は、回転子が、軸方向の端面から軸方向に延びる少なくとも１つの軸方向孔と、周面から前記軸方向孔に連通する少なくとも１つの径方向孔とを有することを特徴とする。
この発明に係る回転子によれば、軸方向孔から取込んだ冷却空気が、軸方向孔に連通する回転子の径方向孔を通じて開口部から回転子の周面側に供給され、この空気が固定子周面側に供給されることになる。したがって、固定子が効率的に冷却されることになる。
【０００９】
請求項２の発明は、前記請求項１において、埋込磁石式の回転機の回転子であって、前記軸方向孔が永久磁石取付孔であることを特徴とする。
この発明に係る回転子によれば、永久磁石取付孔から取込んだ冷却空気が、永久磁石取付孔に連通する回転子の径方向孔を通じて、開口部から周面側に供給され、この空気が固定子周面側に供給されることになる。したがって、固定子が効率的に冷却されることになる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または，請求項２に記載した回転子に対して、エアギャップを空けて配置される固定子であって、前記径方向孔の周面における開口部の近傍に、内周面に設けた取入口と外周面に設けられた放出口を連通する冷却ダクトを有することを特徴とする。
この発明に係る固定子によれば、回転子の周面における開口部から放出された冷却空気が、固定子の取入口から導入され冷却ダクトを経由して、放出口から放出されることになる。したがって、固定子内部を通過する空気によって、固定子が効率的に冷却されることになる。
【００１１】
請求項４の発明は、回転機が、請求項１または請求項２に記載した回転子と、請求項３に記載した固定子とを備えることを特徴とする。
この発明に係る回転機によれば、回転子の軸方向孔から取込まれた冷却空気が、軸方向孔に連通する径方向孔を通じて開口部から周面側に供給され、その後、固定子の取入口から取込まれ、冷却ダクトを経由して放出口から放出されることによって、固定子内部が効率的に冷却される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。ここで説明する実施の形態は、この発明を埋込磁石同期発電機（以下、発電機という）に適用した場合の例である。
図１から図３は、本発明の第１の実施の形態を示す図であり、これらの図に示す発電機１は、回転子２０、固定子４０、ハウジング８０とを備え、回転子２０が軸受８２によってハウジング８０に回転自在に支承されており、回転子２０を囲むように固定子４０がハウジング８０に設けられている。図１において、Ｏは回転軸２２の中心軸線である。
【００１３】
回転子２０は、回転軸２２を中心に、その周囲にロータコア２４を配置して構成されている。ロータコア２４は、図２、図３に示す第１のロータコア鋼板（以下、第１のコア鋼鈑という）２４ａ、第２のロータコア鋼鈑（以下、第２のコア鋼鈑という）２４ｂを積層して構成されたものである。
第１の鋼板２４ａは、円板状の板体に中央部に回転軸２２を挿通するための回転軸孔２５を形成し、さらにその周囲に永久磁石３６を配置する永久磁石取付孔２６（以下、軸方向孔という）を環状配置したものである。
第２の鋼板２４ｂは、円板状の板体に中央部に回転軸２２を挿通するための回転軸孔２５を形成し、さらにその周囲に永久磁石３６を配置する軸方向孔２６を環状配置し、軸方向孔２６を半径方向外方に径方向孔２８により一体的に連通させて開口部３０において開放するようにしたものである。
第１の鋼板２４ａと第２のコア鋼鈑２４ｂは、図１の後述する固定子の空気取入口８４に対向する位置に、第２のコア鋼鈑２４ｂを配置し、その他の部分に第１の鋼板２４ａを配置して積層されたものである。
そして、図３に示すように、軸方向孔２６には、軸方向に向けて永久磁石３６が配置されている。
【００１４】
固定子４０は、スロット（図示せず）を有する環状の板体を複数枚積層し、各スロットに固定子巻線（図示せず）を巻回して構成されたものであり、回転子２０の周囲に一定の間隔のエアギャップ３８を保持して、ハウジング８０の内側に固定されている。
また、固定子４０は、回転子２０が停止した状態で回転子２０の開口部３０に対向する位置の内周面６に冷却空気の取入口４６を有しており、固定子４０の外周面８には放出口４８を有している。取入口４６と放出口４８との間は、冷却ダクト５０とされている。
図１に示すように、ハウジング８０は、軸受８２、空気取入口８４、空気排出口８６、風ガイド８８、送風ファン９０を備えている。風ガイド８８は、固定子４０のコイルエンド４４とハウジング８０に仕切面ができるように設けられている。
【００１５】
次に、上記の構成からなる本発明の発電機１の作用について説明する。
この発電機１において、駆動源によって回転軸２２が駆動されると、回転子２０が回転し、回転子２０に設けられた永久磁石３６の磁束によって固定子巻線に交流電圧が誘導され、固定子巻線から負荷側に電流が供給される。この場合、発電機１においては、固定子巻線に電流が流れ、固定子巻線に長時間にわたり電流が流れることによって、固定子巻線が発熱し、固定子４０の温度が上昇するが、この発電機１においては固定子４０が次のようにして冷却される。
すなわち、発電機１を冷却するために、送風ファン９０によって冷却空気がハウジング８０の空気取入口８４からハウジング８０内に取り入れる。
そして、ハウジング８０内部に取入れられた冷却空気が、回転子２０の両端面に設けられた軸方向孔２６の取入口から取入れられ、ロータコア２４内の径方向孔２８から開口部３０を通じて、外周面２側に放出される。開口部３０から放出された冷却空気は、固定子４０に設けられた空気取入口４６から、固定子４０内部に設けられた冷却ダクト５０を通過して、冷却空気の放出口４８から固定子４０の外部に放出される。その後、ハウジング８０の空気排出口８６を通じてハウジング８０の外部へ排出される。風ガイド８８は、ハウジング８０内に導入した冷却空気が、所定の冷却経路を経ずにハウジング８０の外部に放出されるのを防止する。
【００１６】
このようにして、固定子４０の内部の冷却ダクト５０を冷却空気が通過することによって、固定子４０の内部の熱が奪われ、固定子４０が冷却されることになる。
この場合、固定子４０内には、その軸方向の一定間隔おきに冷却ダクト５０が設けられているので、固定子４０内の冷却が効率よく均等に行われ、固定子４０全体が効率よく冷却されることになる。したがって、この発電機１においては、固定子４０の冷却を効率よく行うことができ、発電機１の性能、信頼性を向上させることができる。
また、永久磁石取付孔２６ａを流路として使用したことで、製造コストをほとんど増加させることなく、固定子４０内部に、大量の冷却空気を供給することができる。
【００１７】
図４は、この発明の第２の実施形態を示すものである。この実施の形態が、前述した第１の実施形態と異なる点は、回転子２０の軸方向孔２６の途中に仕切部材３２ａを設けた点である。
他は、上記第１の実施の形態と同様である。なお、上記の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
この実施の形態においては、回転子２０の両端面の軸方向孔２６から取込まれた冷却空気は、軸方向孔２６内では交わることはないが、それぞれの軸方向孔２６に連通した径方向孔２８を通じて開口部３０から放出され、その後固定子４０に設けられた冷却ダクト５０を通過することで、第１の実施形態の場合同様、固定子４０の内部を冷却することができる。
【００１８】
図５は、この発明の第３の実施形態を示すものである。この実施の形態が、前述した第１の実施形態と異なる点は、回転子２０の軸方向孔２６の一方の端面に仕切部材３２ｂを設けた点である。
この第３の実施の形態においては、回転子２０の軸方向孔２６からの冷却空気の取込みは、一方の端面からのみであるが、第１の実施形態や第２の実施形態の場合同様、固定子４０の内部を冷却することができる。
【００１９】
図６は、この発明の第４の実施形態を示したものである。
この実施の形態が、前述した第１の実施形態と異なる点は、第２のコア鋼鈑２４ｂの構成である。すなわち、第１の実施の形態においては、軸方向孔２６を半径方向外方に一体的に連通させて開口部３０において開放するようにしたものであるが、この実施の形態においては、図３に示したように軸方向孔２６を径方向孔２８を通じて、それぞれ独立して外方に開放した点であり、他は、上記第１の実施の形態と同様である。
上記の各実施の形態において、回転子２０の径方向孔２８は、回転子２０の軸方向に複数設けられる構成であるが、この場合径方向孔２８の流路断面を適宜変更することによって、回転子２０の軸方向における各径方向孔２８を通過させる空気流量の均等化を図ることができる。
なお、上記の各実施の形態は、この発明を発電機１に適用した例であるが、この発明は電動機にも適用できるものである。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、回転子の軸方向孔から取込んだ冷却空気が軸方向孔に連通する径方向孔を通じて開口部から回転子の周面側に供給されるので、固定子周面を効率的に冷却することができる。
また、請求項２に係る発明によれば、請求項１の軸方向孔として、永久磁石取付孔を使用するので、製造コストをほとんど増加させることなく固定子を効率的に冷却することができる。
また、請求項３に係る発明によれば、回転子側から供給された冷却空気を固定子の内部の冷却ダクトに通じるため、固定子を効率的よく冷却することが可能となる。
また、請求項４に係る発明によれば、回転子を通過させた冷却空気を固定子内の冷却ダクトに通じることによって、回転機の固定子を効率よく、均一に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る回転機の縦断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態に係る第１のコア鋼鈑である。
【図３】この発明の第１の実施形態に係る第２のコア鋼鈑である。
【図４】この発明の第２の実施形態に係る回転機の縦断面図である。
【図５】この発明の第３の実施形態に係る回転機の縦断面図である。
【図６】この発明の第４の実施形態に係る第２のコア鋼鈑である。
【符号の説明】
１：回転機                            ２：回転子外周面（周面）
６：固定子内周面                      ８：固定子外周面
２０  ：回転子                        ２６：軸方向孔（永久磁石取付孔）
２８：径方向孔                        ３０：開口部
３８：エアギャップ                    ４０：固定子
４６：空気取入口                      ４８：空気放出口
５０：冷却ダクト
【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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