(57)【要約】【課題】ラジアルダクトを備えた回転電機の放熱効率を向上させ、騒音を低減させること。【解決手段】中空にした回転子鉄心４を回転子軸アーム８により回転子軸６に保持させ、これにより回転子鉄心４と回転子軸６の間にアキシャルダクトを形成するようにした回転電機において、回転子軸アーム８の周方向の間に整流板１１を取付け、このアキシャルダクト内での冷却風に偏流が生じないようにしたもの。【選択図】  図１
2004236439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子ラジアルダクトと固定子ラジアルダクトを備え、回転子側アキシャルダクトから前記回転子ラジアルダクトと前記固定子ラジアルダクトを通り、固定子側アキシャルダクトに至る経路に冷却風を通流させるようにした回転電機ににおいて、
前記回転子側アキシャルダクトに整流板を設け、
前記回転子側アキシャルダクト内で冷却風に発生する偏流が抑えられるように構成した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、
前記整流板が、前記回転子側アキシャルダクトの入気端に設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、
前記整流板が、前記回転子側アキシャルダクトの入気端から前記回転子ラジアルダクトの最初のダクトに至るまでの間に設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、
前記整流板が、前記回転子側アキシャルダクトを形成している複数の回転子軸アームの各アームの間に少なくとも２枚設けられていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハウジング内に冷却ファンを有する回転電機に係り、特に、回転子鉄心と固定子鉄心にラジアルダクトを備えた回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導電動機などの回転電機では、損失による温度上昇の上限を定格値に保持するため、かなり容量が小さい場合を除き、何らかの放熱手段を備えているのが通例である。
【０００３】
そこで、このため比較的容量が大きな回転電機では、ハウジング内に外気導入用の冷却ファンを備え、回転子鉄心と固定子鉄心のラジアルダクトに、回転子の内側から冷却風を通流させるようにした回転電機が従来から知られている。
【０００４】
ここで、このラジアルダクトとは、回転子鉄心と固定子鉄心を通って、当該回転子鉄心の内側から放射状に、当該固定子鉄心の外側まで延びている複数の通路のことである。
【０００５】
そして、以下、このラジアルダクトを備えた回転電機の従来技術について、一例を挙げて図４により説明する。なお、この図４において、図の（ａ）は一部断面による正面図で、図の（ｂ）は、（ａ）図におけるＸ−Ｘ線による断面図である。
【０００６】
これら図４（ａ）、（ｂ）において、まず１はハウジングで、ほぼ円筒形に作られていて、その内面には、ハウジング１の軸方向に延びた細条形のフレームアーム１Ａが、図示のように、円周方向に並んで複数本（例えば６本〜８本）、それぞれが中心に向かって立っている状態で設けてあり、このハウジング１の中に、焼嵌めなどの固着方法により固定子巻線３を有する固定子鉄心２が固定されている。
【０００７】
そして、これにより、固定子鉄心２の外周面とハウジング１の内周面の間に、フレームアーム１Ａにより軸方向に延びて区画された複数の空間が形成されるようにし、これらの空間が、後述するように、固定子側のアキシャルダクト（軸方向通風路）Ｓ１として働くようにしてあり、更にこのとき、各通風路Ｓ１の一方の端部（図では下側の端部）には仕切り板１Ｂを設け、ここで各アキシャルダクトＳ１が塞がれるようにしてある。
【０００８】
また、固定子鉄心２の中には、回転子巻線を備えた回転子鉄心４が挿入されているが、このとき、ハウジング１の両端には、それぞれブラケット５Ａ、５Ｂが取付けてあり、これらに回転子軸６を支持するための軸受７Ａ、７Ｂがそれぞれ設けられている。
【０００９】
ところで、この図４の例では、図示のように、回転子鉄心４を中空状にすると共に、回転子軸６に複数本（例えば４本〜８本）の回転子軸アーム８を設け、回転子軸６が直接、回転子鉄心４に取付けられるのではなく、回転子鉄心４が回転子軸アーム８を介して回転子軸６に保持されるようにしてある。
【００１０】
ここで、この回転子軸アーム８は、図示のように、各々が回転子軸６の軸方向に延びた細条形に作られ、回転子軸６の表面に円周方向に並んで、それぞれが中心から放射方向に向かって立っている状態で回転子軸６に設けられている。
【００１１】
このとき、回転子鉄心４は、その内周面が回転子軸アーム８の外側に焼嵌めなどの手段で固定され、これにより、回転子軸６の外周面と回転子鉄心４の内周面の間に、回転子軸アーム８により軸方向に延びて区画された複数の空間が形成されるようにし、これらの空間は、後述するように、回転子側のアキシャルダクト（軸方向通風路）Ｓ２として働くようにしてある。
【００１２】
このとき、回転子軸６上で回転子鉄心４の一方の端部の近傍にはプロペラ形の冷却ファン９が取付けてあり、これと共に回転子鉄心４の一方の端面、つまり冷却ファン９が取付けられている方の端面に開口している各アキシャルダクトＳ２の一方の端部９ａに仕切り板１０を設け、ここでアキシャルダクトＳ２が塞がれてしまうようにしてある。
【００１３】
従って、回転電機が運転され、冷却ファン９が回転されると、図４において、冷却ファン９とは反対側にあるブラケット７Ｂの冷却風取込口（図示してない）から外気が取り込まれ、この後、冷却ファン９側のブラケット７Ａの冷却風排出口（図示してない）から外部に放出されるようになり、この結果、内部に冷却風が流れ、回転電機の放熱が促進されることなる。
【００１４】
そこで、このときの冷却風の流れについて図５により説明する。なお、この図５でも、（ａ）は一部断面による正面図であるが、同（ｂ）は、（ａ）における回転子軸６と回転子軸アーム８を図の下側から見た図である。
【００１５】
そして、この図５において、１２ａ〜１２ｅが回転子ラジアルダクトで、１３ａ〜１３ｅが固定子ラジアルダクトであり、各々回転子鉄心４と固定子鉄心２を通って、回転子鉄心４の内側から放射状に固定子鉄心２の外側まで延びている複数の通路として形成されている。
【００１６】
このとき、ブラケット７Ｂの冷却風取込口から回転電機の内部に吸い込まれた冷却風は、矢印で示すように、まず回転子側アキシャルダクトＳ２の他方の端部８ｂから各ダクト内に導入され、この後、端部８ａに向かって流れてゆくが、この間に順次、回転子鉄心４と国定子鉄心２の各々に設けられている回転子ラジアルダクト１２ａ〜１２ｅの各々に流れ込む。
【００１７】
そして、回転子ラジアルダクト１２ａ〜１２ｅの各々に流れ込んだ冷却風は、更に固定子ラジアルダクト１３ａ〜１３ｅの各々に流れ込んだ後、フレームアーム１Ａにより形成されている固定子側アキシャルダクトＳ１に流れ込み、ここから冷却ファン９により吸引され、ブラケット７Ａの冷却風排出口から外部に放出される。
【００１８】
従って、この従来技術によれば、回転子鉄心４と固定子鉄心２を通って満遍なく冷却風を流すのに必要な冷却風流路が形成でき、効率の良い放熱が得られることになる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、回転子側アキシャルダクト内での冷却風の挙動に配慮がされておらず、放熱効率の向上と騒音の低減に問題があった。
【００２０】
従来技術では、図５に示すように、回転電機内部に入った冷却風の流れは、回転子側アキシャルダクトＳ２から回転子鉄心４と固定子鉄心２の回転子ラジアルダクト１２ａ〜１２ｅと固定子ラジアルダクト１３ａ〜１３ｅに流れ込み、固定子側アキシャルダクトＳ１を通って流れていく。
【００２１】
ここで、回転子側アキシャルダクトＳ２に冷却風が入った直後は、矢印Ａで示すように、冷却風が偏流していて、まだアキシャルダクトＳ２内で均一に分布していないが、仕切り板１０（図４）に向って流れていくにつれ、矢印Ｂ〜Ｄで示すように、順次均一に冷却風が分布するようになる。
【００２２】
このため、回転子ラジアルダクト１２ａと固定子ラジアルダクト１３ａなど、冷却風の入気側にあるラジアルダクトでは、回転子側アキシャルダクトＳ２内での偏流が収まっていないため、冷却風が流れ込み難く、回転子ラジアルダクト１２ｅと固定子ラジアルダクト１３ｅのように、冷却風の排気側にあるラジアルダクトでは、偏流がなくなっているので冷却風が流れ易くなってしまうという現象が現れ、各ラジアルダクトで冷却風に流量差を生じてしまう。
【００２３】
この結果、従来技術では、軸方向で放熱効果に差が生じ、図５の右側に示されているように、固定子巻線３の温度は、冷却風入気側（図５では下側）で高く、冷排気側（図５では上側）では低くなってしまうという傾向になり、固定子巻線３に軸方向の大きな温度勾配を生じてしまい、放熱効率の更なる向上に問題が残ってしまうのである。
【００２４】
また、従来技術では、上記したように、回転子ラジアルダクト１２ｅと固定子ラジアルダクト１３ｅなど、排気側では冷却風流量が多くなり、騒音が増加してしまうという問題もあった。
【００２５】
そこで、本発明の目的は、ラジアルダクトを備えた回転電機の放熱効率を向上させ、騒音を低減させることにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、回転子ラジアルダクトと固定子ラジアルダクトを備え、回転子側アキシャルダクトから前記回転子ラジアルダクトと前記固定子ラジアルダクトを通り、固定子側アキシャルダクトに至る経路に冷却風を通流させるようにした回転電機ににおいて、回転子側アキシャルダクトに整流板を設け、回転子側アキシャルダクト内で冷却風に発生する偏流が抑えられるようにして達成される。
【００２７】
このとき、整流板が、前記回転子側アキシャルダクトの入気端に設けられているようにしても、或いは回転子側アキシャルダクトの入気端から前記回転子ラジアルダクトの最初のダクトに至るまでの間に設けられているようにしても、更には回転子側アキシャルダクトを形成している複数の回転子軸アームの各アームの間に少なくとも２枚設けられているようにしても、上記目的が達成できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による回転電機について、図示の実施の形態により詳細に説明すると、ここで、図１が本発明の一実施の形態で、この図において、１１は整流板であり、その他の構成要素は、図４の従来技術の場合と同じである。なお、この図１でも、（ａ）図は一部断面による正面図で、（ｂ）図は、（ａ）図におけるＸ−Ｘ線による断面図である。
【００２９】
そして、この整流板１１は、特に図１（ｂ）から明らかなように、各回転子軸アーム８の間にそれぞれ等間隔で、各回転子軸アーム８と略並行に周方向に並んで複数枚（２枚以上）設けられている平板材で、回転子側アキシャルダクトＳ２の端部８ｂからアキシャルダクト内に導入される冷却風の乱れを整え、冷却風に偏流が生じないようにする働きをする。
【００３０】
ここで、整流板１１は、回転子側アキシャルダクトＳ２の端部８ｂ、つまり入気側に設けられているが、このとき、端部８ｂの前から内部に入り込むようにしてもよく、この場合、端部８ｂに一番近い最初の回転子ラジアルダクト１２ａの近傍まで延長させることができる。
【００３１】
ここで、このような回転電機の冷却には、回転電機の全体にわたって平均的に冷却が得られるようにする必要があるが、特に国定子巻線を平均的に冷却し、局部的な温度上昇を発生させないことが肝要である。
【００３２】
そして、このためには、冷却風が固定子鉄心２の軸方向の全長にわって均一に流れるようにするのが有効で、そのためには、回転子側アキシャルダクトＳ２内での軸方向風量分布を均一化し、回転子ラジアルダクト１２ａ〜１２ｅのそれぞれに均一に冷却風を流す必要がある。
【００３３】
そうすれば、軸方向に分布する回転子ラジアルダクト１２ａ〜１２ｅに均一に冷却風が流れ込み、この結果、同じく軸方向に分布する国定子ラジアルダクト１３ａ〜１３ｅにからは均一に冷却風が吹き出し、固定子巻線３が平均的に冷却されることになり、局部的な温度上昇が抑えられるからである。
【００３４】
このとき、この実施形態では、図１と図２に示すように、回転子側アキシャルダクトＳ２の冷却風が導入される方の端部８ｂに整流板１１が設けてある。ここで、この図２でも、（ａ）は一部断面による正面図であるが、同（ｂ）は、（ａ）における回転子軸６と回転子軸アーム８を図の下側から見た図である。
【００３５】
このように、整流板１１を設けたことにより、図２（ａ）において、矢印ＡＡ、ＢＢ、ＣＣで示してあるように、回転子側アキシャルダクトＳ２内での冷却風に偏流が発生するのが抑えられ、この結果、上記したように、軸方向に分布する回転子ラジアルダクト１２ａ〜１２ｅには均一に冷却風が流れ込み、この結果、同じく軸方向に分布する国定子ラジアルダクト１３ａ〜１３ｅにからも均一に冷却風が吹き出し、固定子巻線３が平均的に冷却されることになり、局部的な温度上昇を抑えることができる。
【００３６】
また、この実施形態では、整流板１０を取付けたことにより、回転子軸６の回転に冷却風が追いつき易くなり、この結果、圧力損失の減少が得られるので、回転電機全体に導入される冷却風の流量が増加し、放熱効率の向上が促進されるという効果も得られる。
【００３７】
更に、整流板１０の取付けにより、回転子ラジアルダクト１２ａ〜１２ｅと固定子ラジアルダクト１３ａ〜１３ｅの冷却風が均一化された結果、冷却風流量の分散化が図れ、騒音低減にも効果的である。
【００３８】
次に、固定子ラジアルダクト１３ａ〜１３ｅの出口における冷却風の風速について、解析による結果をステータダクト出口風速比較として、図３に示す。この図３で、縦軸のステータダクト出口風速が、固定子ラジアルダクト１３ａ〜１３ｅの出口における冷却風の風速のことである。
【００３９】
ここで、横軸の入気側とは固定子ラジアルダクト１３ａ側のことで、排気側とは固定子ラジアルダクト１３ｅ側のことであり、ラジアルダクトの入気側から排気側まで１８箇所ある中の３箇所の測定結果を示したものである。
【００４０】
そして、「整流板有」が上記本発明の実施形態の特性で、「整流板無」が従来技術の特性であり、従って、この図３から明らかなように、本発明の実施形態によれば、入気側ダクト出口平均風速が従来技術に比較して高まり、且つ平均化されていることが判る。
【００４１】
このとき、実機による計測結果では、人気側の固定子巻線での温度は−２Ｋ低下し、固定子コアでは−１０Ｋも低下しており、且つ回転電機全体の風量も約７％の増加が確認されており、本発明の効果は実証済みである。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成により冷却性能の向上と騒音の低減が得られるので、性能の良い回転電機をローコストで容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機の一実施形態を示す説明図である。
【図２】本発明による回転電機の一実施形態を示す詳細説明図である。
【図３】回転電機の冷却特性図である。
【図４】従来技術による回転電機の一例を示す説明図である。
【図５】従来技術による回転電機の一例を示す詳細説明図である。
【符号の説明】
１  ハウジング（フレーム）
１Ａ  フレームアーム
１Ｂ  仕切り板（フレームアーム側）
２  国定子鉄心
３  固定子巻線
４  回転子鉄心
５Ａ、５Ｂ  ブラケット
６  回転子軸
７Ａ、７Ｂ  軸受
８  回転子軸アーム
９  冷却ファン
１０  仕切り板（回転子軸アーム側）
１１  整流板
１２ａ〜１２ｅ  回転子ラジアルダクト
１３ａ〜１３ｅ  固定子ラジアルダクト
【図１】
2004236439.tif 000003
【図２】
2004236439.tif 000004
【図３】
2004236439.tif 000005
【図４】
2004236439.tif 000006
【図５】
2004236439.tif 000007