(57)【要約】【課題】ロータバーを効率よく冷却する。【解決手段】回転電機の第１鋼板群は、第１鋼板群スロットが周方向間隔をあけて形成された第１鋼板が積層されてなる。第２鋼板群２０は、第２鋼板群スロット２２が形成された第２鋼板２１が複数積層されてなる。第２鋼板群スロット２２の周方向位置は、第１鋼板群スロットの周方向位置と同じである。ロータバー４１は、第１および第２鋼板群スロット２２を貫通する。第１スロットの内部には、ロータバー４１があるときに開口部がロータバー４１の表面で覆われる溝１５が形成される。溝１５は軸方向流路１９を形成する。第２鋼板群スロット２２の内部にロータバー４１があるときに、第２鋼板群スロット２２の内面と、ロータバー４１の外周面との間にロータバー周辺間隙２５を形成する。ロータバー周辺間隙２５は半径方向流路２９を形成する。軸方向流路１９および半径方向流路２９は連通して気体媒体流路３０を形成する。【選択図】図３
2012070552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸周りを回転する回転軸と、
半径方向および周方向に広がる面を有し前記回転軸を半径方向外側から取り囲むように前記回転軸の外周に固定された略円板状の複数の鋼板が軸方向に積層されてなる回転子鉄心を具備し、前記回転軸と共に回転する回転子と、
前記回転子鉄心を軸方向に貫通するように配置されて導電特性を備えた棒材と、
前記回転子を半径方向外側から取り囲むように構成された固定子と、
を有する回転電機において、
前記複数の鋼板は、
半径方向外側の端部から内側に向かう複数の第１スロットが周方向に互いに周方向間隔をあけて形成された第１鋼板が積層されて、前記各第１スロットの周方向位置が互いに同じになるように構成された複数の第１鋼板群と、
前記第１鋼板群に挟まれるように配置されて、半径方向外側の端部から内側に向かう複数の第２スロットが周方向に互いに周方向間隔をあけて形成された少なくとも１つの第２鋼板と、を含み、
前記棒材は、前記各第１スロットおよび各第２スロットを軸方向に貫通するように配置されて、
前記各第１スロットは、それぞれ前記棒材が嵌合可能で、内部に前記棒材があるときに開口が前記棒材表面で覆われる溝が形成されて、
前記各第１鋼板が軸方向に積層されたときに、周方向位置が同じ前記各溝は、軸方向に連通し気体媒体が流通可能な軸方向流路を形成し、
前記各第２スロットは、内部に前記棒材があるときに、前記各第２スロットの内面および開口縁と、前記棒材の外周面と、の間に棒材周辺間隙が形成されて、
当該棒材周辺間隙は、半径方向に前記気体媒体が流通可能な半径方向流路を形成し、
前記軸方向流路および半径方向流路は、互いに連通して気体媒体流路を形成するように構成されていること、
を特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記第２鋼板は互いに軸方向間隔をあけて配置されて、前記第１鋼板群が前記軸方向間隔内に配置されていること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
複数の前記第２鋼板が軸方向に積層されてなる少なくとも１つの第２鋼板群を有し、
前記第２鋼板群は、軸方向に隣接する前記第２鋼板の前記第２スロットの前記棒材周辺間隙が、軸方向に連通して１つの前記半径方向流路を形成するように構成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
複数の前記第２鋼板群が互いに軸方向間隔をあけて配置されて、
前記各第２鋼板群は、前記第１鋼板群に挟まれるように配置されていること、
を特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第２鋼板群が軸方向中央に配置されて、
前記第２鋼板群の軸方向両側それぞれに前記第１鋼板群が配置されていること、
を特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項６】
前記気体媒体流路は、前記各軸方向流路を流通する前記気体媒体が、前記半径方向流路を流通した後に前記第２スロットの開口部から前記第２鋼板の半径方向外側に排出されるように、形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記気体媒体流路は、前記気体媒体が、前記回転子鉄心の少なくとも一方の軸方向端部に開口する前記軸方向流路から流入した後に、前記各第２鋼板の前記半径方向流路に流入して、前記第２スロットの前記開口部から排出されるように形成されていること、を特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記各棒材は、前記回転子の軸方向両側に突出して、前記各棒材の一方の軸方向端部を互いに接続する短絡環が配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子内に気体媒体が流通可能な回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導電動機等の回転電機は、回転軸周りを回転する回転子と、この回転子に半径方向空隙を保ちながら回転子を取り囲む固定子と、この固定子等を収容するフレームと、を有する。回転子は、複数の鋼板が積層されてなる回転子鉄心を有する。回転子は、当該回転子鉄心に、金属製の棒材（ロータバー）が軸方向に貫通するように取り付けられるものがある。
【０００３】
固定子の巻線に電力を供給すると、回転子鉄心の周りに回転磁界が発生する。このとき、ロータバーには誘導電流が流れるため発熱する。当該発熱により、ロータバーに取り付けられる絶縁部材の劣化が促進される。このため、ロータバーの温度上昇を抑制する必要がある。
【０００４】
当該温度上昇の抑制方法は、例えば特許文献１に開示されているように、ロータバーに軸方向に延びる切欠溝が形成されて、当該切欠溝が冷却用の空気を流通させる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７８７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような冷却方法では冷却用の空気が軸方向に流通する。回転子の軸方向寸法が大きくなるような大型の回転電機の場合においても、冷却用の気体媒体は回転子の一方の軸方向端部の当該切欠溝に流入して軸方向に流通する。この場合、気体媒体の温度は、上流側よりも下流側の方が高くなる。この場合、当該上流側ではロータバーを冷却できるが、下流側では効率よく冷却することが困難になることがある。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ロータバーを効率よく冷却できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る回転電機は、所定の軸周りを回転する回転軸と、半径方向および周方向に広がる面を有し前記回転軸を半径方向外側から取り囲むように前記回転軸の外周に固定された略円板状の複数の鋼板が軸方向に積層されてなる回転子鉄心を具備し、前記回転軸と共に回転する回転子と、前記回転子鉄心を軸方向に貫通するように配置されて導電特性を備えた棒材と、前記回転子を半径方向外側から取り囲むように構成された固定子と、を有する回転電機において、前記複数の鋼板は、半径方向外側の端部から内側に向かう複数の第１スロットが周方向に互いに周方向間隔をあけて形成された第１鋼板が積層されて、前記各第１スロットの周方向位置が互いに同じになるように構成された複数の第１鋼板群と、前記第１鋼板群に挟まれるように配置されて、半径方向外側の端部から内側に向かう複数の第２スロットが周方向に互いに周方向間隔をあけて形成された少なくとも１つの第２鋼板と、を含み、前記棒材は、前記各第１スロットおよび各第２スロットを軸方向に貫通するように配置されて、前記各第１スロットは、それぞれ前記棒材が嵌合可能で、内部に前記棒材があるときに開口が前記棒材表面で覆われる溝が形成されて、前記各第１鋼板が軸方向に積層されたときに、周方向位置が同じ前記各溝は、軸方向に連通し気体媒体が流通可能な軸方向流路を形成し、前記各第２スロットは、内部に前記棒材があるときに、前記各第２スロットの内面および開口縁と、前記棒材の外周面と、の間に棒材周辺間隙が形成されて、当該棒材周辺間隙は、半径方向に前記気体媒体が流通可能な半径方向流路を形成し、前記軸方向流路および半径方向流路は、互いに連通して気体媒体流路を形成するように構成されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ロータバーを効率よく冷却することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の回転電機の概略正面図である。
【図２】図１のII−II矢視の一部を示す概略部分横断面図である。
【図３】図１のIII−III矢視の一部を示す概略部分横断面図である。
【図４】図１の第２鋼板群等の一部を模式的に示す概略部分斜視図である。
【図５】本発明に係る第２の実施形態の回転電機の回転子等の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
本発明に係る第１の実施形態の回転電機について、図１〜図４を用いて説明する。図１は、本実施形態の回転電機の概略正面図である。図２は、図１のII−II矢視の一部を示す概略部分横断面図である。図３は、図１のIII−III矢視の一部を示す概略部分横断面図である。図４は、図１の第２鋼板群２０等の一部を模式的に示す概略部分斜視図である。
【００１３】
先ず、本実施形態の回転電機の構成について説明する。
【００１４】
この回転電機は、水平軸周りを回転する回転軸１と、この回転軸１と共に回転し略円筒状の回転子２と、回転子２を軸方向に貫通するように配置された複数の棒材（ロータバー４１）と、短絡環４２と、回転子２を半径方向外側から取り囲むように構成された固定子４と、これらを収容するフレーム（図示せず）と、を有する。
【００１５】
詳細な図示は省略するが、フレームの上方（鉛直上方）には、空気吸込口および空気排気口が形成される。空気吸込口は、回転子２の軸方向両側の端部の上方付近に形成される。空気排気口は、回転子２の軸方向中央に形成される。
【００１６】
また、フレーム内には、空気を吸い込むためのファン（図示せず）が設けられている。このファンによって、フレーム内に空気の流れが発生する。当該空気は、後述する冷却空気用流路３０に沿って流通する。
【００１７】
回転子２の半径方向外側と、固定子４の半径方向内側との間には、所定の半径方向空隙３が形成される。当該半径方向空隙３は、軸方向に沿って空気が流通可能である。
【００１８】
回転子２は、回転子鉄心を有する。この回転子鉄心は、複数の鋼板を有し、これらが積層されて構成される。これらの鋼板は、２種類の鋼板、すなわち、第１鋼板１１および第２鋼板２１を含む。
【００１９】
第１鋼板１１は、半径方向および周方向に広がる面、すなわち回転軸１に垂直な面を有し、回転軸１を半径方向外側から取り囲むように回転軸１の外周に固定された穴あき円板状である。当該第１鋼板１１の半径方向外側には、外周端部から内側に向かうように複数の第１鋼板群スロット１２が形成される。これらの第１鋼板群スロット１２は、周方向に沿って互いに周方向間隔をあけて形成される（図２）。
【００２０】
第２鋼板２１は、第１鋼板１１と同様に、半径方向および周方向に広がる面を有し、回転軸１を半径方向外側から取り囲むように回転軸１の外周に固定された穴あき円板状である。当該第２鋼板２１の半径方向外側には、外周端部から内側に向かうように複数の第２鋼板群スロット２２が形成される。これらの第２鋼板群スロット２２は、周方向に沿って互いに周方向間隔をあけて形成される（図３）。
【００２１】
回転子鉄心は、複数の第１鋼板１１を有する第１鋼板群１０と、複数の第２鋼板２１を有する第２鋼板群２０と、を有する。
【００２２】
第１鋼板群１０は、第１鋼板１１が軸方向に複数積層されて構成される。本実施形態の第１鋼板群１０は、軸方向に互いに軸方向間隔をあけて４個配置されている。各軸方向間隔には、第２鋼板群２０がそれぞれ挿入される。各第１鋼板群１０の第１鋼板１１の各第１鋼板群スロット１２の周方向位置が互いに同じになるように、第１鋼板１１が積層される。すなわち、周方向位置が同じ第１鋼板群スロット１２は、軸方向に貫通する貫通穴を形成する。
【００２３】
第２鋼板群２０は、第２鋼板１２が軸方向に複数積層されて構成される。本実施形態の第２鋼板群２０は、上述したように、軸方向に隣り合う第１鋼板群１０の間に挿入される。すなわち、回転子２は、３個の第２鋼板群２０を有する。各第２鋼板群２０は、軸方向両側の第１鋼板群１０に挟まれて固定されている。
【００２４】
第２鋼板群２０の第２鋼板２１の各第２鋼板群スロット２２の周方向位置が互いに同じになるように、第２鋼板２１が積層される。
【００２５】
また、各第２鋼板群スロット２２の周方向位置は、第１鋼板群スロット１２の周方向位置と同じになるように配置される。すなわち、周方向位置が同じ第１鋼板群スロット１２および第２鋼板群スロット２２は、軸方向に貫通する貫通穴を形成する。第１および第２鋼板群スロット１２、２２の軸方向に垂直な断面形状については、後で説明する。
【００２６】
ロータバー４１は、銅合金等の導電性材料により形成されて、第１鋼板群スロット１２および第２鋼板群スロット２２により形成される上記貫通穴それぞれに１つずつ嵌合するように配置される。各ロータバー４１の軸方向端部は、回転子２の軸方向端部から軸方向外側に突出する。すなわち、各ロータバー４１は、軸方向端部が第１鋼板群１０の軸方向端部にある第１鋼板１１よりも軸方向外側にあるように配置される。
【００２７】
短絡環４２は、導電性材料により形成されるリング状の部材で、回転子２の軸方向両側それぞれに配置される。短絡環４２それぞれは、軸方向端部（図１における左側）から突出する各ロータバー４１を電気的に接続する。
【００２８】
各第１鋼板群スロット１２は、軸方向に垂直な断面形状がロータバー４１の横断面とほぼ同じ形状で、ロータバー４１が嵌合可能である。第１鋼板群スロット１２に嵌合されているときのロータバー４１の半径方向外側面は、上述した半径方向空隙３に面している。
【００２９】
各第１鋼板群スロット１２の半径方向内側、すなわち、第１鋼板群スロット１２の底部には、第１鋼板群溝１５が形成される。この第１鋼板群溝１５の開口部は、ロータバー４１が第１鋼板群スロット１２内にあるときにロータバー４１の表面で覆われる。各第１鋼板１１が軸方向に積層されたときに、周方向位置が同じ各第１鋼板群溝１５は、軸方向に直線的に連通し気体媒体（空気）が流通可能な軸方向流路１９を形成する。
【００３０】
各第２鋼板群スロット２２は、軸方向に垂直な断面形状がロータバー４１の横断面よりも大きくなるように形成されている。このため、第２鋼板群スロット２２の内部にロータバー４１があるときに、第２鋼板群スロット２２は、第２鋼板群スロット２２の内面および開口部の縁部それぞれと、ロータバー４１の外周面との間に第２鋼板群ロータバー周辺間隙２５が形成される。当該第２鋼板群ロータバー周辺間隙２５は、半径方向に空気が流通可能な半径方向流路２９を形成する（図３）。第２鋼板群２０は複数の第２鋼板２１が軸方向に積層されて構成されているため、軸方向に隣接する当該間隙は、軸方向に互いに連通して１つの半径方向流路２９を形成する。
【００３１】
図１における左右両側の第１鋼板群１０の軸方向流路１９は、それぞれ半径方向流路２９に連通する。左右両側の軸方向流路１９および中央の半径方向流路２９で、１つの冷却空気用流路３０を形成する。すなわち、１つの第１鋼板１１に形成される第１鋼板群スロット１２の数、および１つの第２鋼板２１に形成される第２鋼板群スロット２２の数だけ、冷却空気用流路３０が形成される。
【００３２】
固定子４には、ダクト４ａが３箇所形成されている。これらのダクト４ａは、各第２鋼板群２０の半径方向外側にそれぞれ形成される。なお、図１では、ダクト４ａは２点鎖線により仮想的に示している。これらのダクト４ａは、内部を流れる空気が固定子４の半径方向外側に排出されるように形成されている。
【００３３】
続いて本実施形態の回転電機のロータバー４１を冷却するための空気の流れについて説明する。
【００３４】
誘導電動機の動作するときにファンが駆動される。ファンの駆動により空気取入口からフレームの外の空気が流入される。流入された空気は、回転子２の軸方向両側から半径方向中央に向かって、図１の矢印Ｘ１の方向に半径方向空隙３へ流入する。このとき、当該空気は、軸方向両側の軸方向流路１９にも流入する。
【００３５】
半径方向空隙３を流通する空気は、第１鋼板群１０の外周面と、ロータバー４１の半径方向外側面と、を冷却しながら流通する。当該空気は、第２鋼板群２０がある軸方向中央まで流通した後に、空気排出口に向かって上方（図１の矢印Ｘ２方向）に流れて、固定子４内に形成されるダクト４ａを通って、固定子４の半径方向外側に排出される。固定子４の外に排出された空気は、空気排出口から排出される。
【００３６】
軸方向流路１９を流通した空気は、第１鋼板群１０およびロータバー４１を冷却しながら第２鋼板群２０の半径方向流路２９に流れ込む。半径方向流路２９に流れ込んだ空気は、半径方向外側に向かって流れて、半径方向空隙３に流出する。半径方向空隙３に流れ込んだ空気は、ダクト４ａ内を流れて、固定子４の半径方向外側に排出される。この後に、当該空気は、図１における上方に向かって流れて空気排出口から排出される。
【００３７】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、回転子鉄心の軸方向両側から冷却用の空気を流入して上記のように排出することが可能になる。このため、回転電機が大型化して回転子２の軸方向寸法が大きくなる場合でも、回転子２の軸方向中心付近も効率よく冷却できる。
【００３８】
また、本実施形態によれば、軸方向流路１９および半径方向流路２９が形成されることにより、ロータバー４１の半径方向外側面以外の部位を、冷却することが可能になる。このため、ロータバー４１を効率よく冷却することが可能になる。
【００３９】
また、第２鋼板群２０に半径方向流路２９を形成しているため、半径方向流路２９の周辺の強度低下を抑制できる。
【００４０】
［第２の実施形態］
本発明に係る第２の実施形態の回転電機について、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態の回転電機の回転子２等の概略正面図で、回転電機の第１および第２鋼板群１０、２０と、ロータバー４１等を示す。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図４）の変形例であって、第１の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の回転電機の回転子２は、６個の第１鋼板群１０と、５枚の第２鋼板２１を有する。６個の第１鋼板群１０は、軸方向に互いに間隔をあけて配置される。各間隔それぞれには、第２鋼板２１が１枚ずつ挿入される。すなわち、本実施形態の回転子２は、図５に示すように、左方から第１鋼板群１０および第２鋼板２１が交互になるように配置される。各第２鋼板２１は、軸方向両側の第１鋼板群１０に挟まれて固定される。
【００４２】
第２鋼板２１がある位置で、冷却用の空気が半径方向外側に流れるため、回転子２内におけるロータバー４１の軸方向の冷却分布がより均一になり、回転子２を効率よく冷却することが可能になる。
【００４３】
［その他の実施形態］
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は本実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【００４４】
例えば、第２の実施形態で、５枚の第２鋼板２１それぞれを、５個の第２鋼板群２０に変えてもよい。また、第２鋼板群２０を５個以上配置してもよい。
【００４５】
また、第１および第２の実施形態では、回転子２の軸方向両側から空気が流通するように構成されているが、これに限らない。回転子２の軸方向の一方の側から空気が流れるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…回転軸、２…回転子、３…半径方向空隙、４…固定子、４ａ…ダクト、１０…第１鋼板群、１１…第１鋼板、１２…第１鋼板群スロット、１５…第１鋼板群溝、１９…軸方向流路、２０…第２鋼板群、２１…第２鋼板、２２…第２鋼板群スロット、２５…第２鋼板群ロータバー周辺間隙、２９…半径方向流路、３０…冷却空気用流路、４１…ロータバー、４２…短絡環
【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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