(57)【要約】【課題】  機内冷却のための従来の内扇ファンの形状のみに依存しない冷却を行う、新しい冷却システムを有することで小型化が可能となる回転電機を提供することを課題とする。【解決手段】  密閉空間内に設けられる固定子及び回転子を備えた回転電機であって、密閉空間内の空気の循環を可能な構成とする。具体的には、回転子の長手方向の両側を連通する通風路とハウジングに設けられた通風路とを有し、ハウジング内に風を循環させるために回転子端面に軸流ファンを備える構成とした。【選択図】図１
2012200067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、このハウジングに取り付けられる固定子と、この固定子によって生じる回転磁界によって回転する回転子と、この回転子に設けられて前記回転子の長手方向に連通する第１の通風路と、この回転子の回転に伴って回転する回転軸と、前記ハウジングに設けられ前記固定子及び前記回転子によって出力軸側と反出力側に分けられた空間を連通する第２の通風路と、前記第１の通風路及び前記第２の通風路に空気を流通してハウジング内の空気を循環させる軸流ファンと、を備えた回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、前記ハウジングの外部に外扇ファンを備えた回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機において、前記回転子の両端面、もしくは片方の端面に軸流ファンを備えた回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、前記軸流ファンは、前記回転子の端面に設けられた傾斜状の羽根で構成され、この羽根が周方向に複数設けられることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、前記羽根は前記回転子の長手方向の両側の端面に形成され、両側の端面に形成される羽根の傾斜の方向は互いに反対方向であることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機において、エンドリング内周部を延長し、風穴を通る風の通風ガイドとした回転電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の回転電機において、機内を通風させるための内扇ファンをハウジング内の回転軸上に設置し、前記軸流ファンと併用す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】
本発明は回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、WO05/124971号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、「密閉された機内の固定子を反駆動側に配置された外扇ファンにより回転軸の軸方向で機外側に送風して冷却し、機内に配置された内扇ファンで機内の空気を循環させて回転子を冷却するようにした全閉外扇形電動機」が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】WO05/124971号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、回転電機における冷却システムが記載されている。特許文献１の回転電機には機内冷却のために使用する内扇ファンが設置されている。
【０００５】
このような回転電機では、例えば、回転子のエンドリング部羽根によって生じる風の流れは、機内冷却の通風経路に対して抵抗となる方向へ生じるため、内扇ファンは外周方向へ延伸し、機内冷却の風を誘導するためのガイドとしての機能を持たせる形状となり、内扇ファン並びに回転電機全体の大型化を招きやすい。
【０００６】
そのため、原材料の増加による回転電機の価格の上昇や回転電機設置スペースの大型化の問題が生じる。また、機内の固定子-ブラケット間に機内結露防止用に使用するヒータを設置する必要が生じた際には、更なる回転電機の大型化が必須となる。
【０００７】
このように、内扇ファンを使用する回転電機は大型化する傾向にあり、ユーザの利便性が損なわれる可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明は、機内冷却のための従来の内扇ファンの形状のみに依存しない冷却を行う、新しい冷却システムを有することで小型化が可能となる回転電機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ハウジングと、このハウジングに取り付けられる固定子と、この固定子によって生じる回転磁界によって回転する回転子と、この回転子の非導体部に設けられた連通した通風路である風穴と、この回転子の回転に伴って回転する一端がハウジングから突出して出力軸となる回転軸と、ハウジング内に設けられ回転軸を支持する軸受と、ハウジングに取り付けられた固定子並びに回転軸に取り付けられた回転子によって出力軸側と反出力側に分けられた空間を連通するハウジングに設けられた通風路と、ハウジング内に風を循環させるために回転子端面に軸流ファンを備えた回転電機である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転子端面に羽根を設けることで、冷却効率を改善した新しい冷却システムを有した小型化が可能となる回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】回転電機の構成図の例である。
【図２】回転子の構成の例である。
【図３】回転電機の構成図の例である。
【図４】回転子エンドリングを応用した冷却構成の例である。
【図５】内扇ファンと回転子端面の羽根を併用した構成の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
本実施例では、回転子端面に羽根を設けて、回転子の風穴部を通風する風量を多くして、回転子の冷却効率を向上させる回転電機の例を説明する。
【００１４】
図１は、本実施例の回転電機の構成図の例である。
【００１５】
ハウジング1は筒状に形成された鋳鉄、アルミ、薄鋼板などにより、回転電機の外被を構成している。冷却性能向上を目的としてハウジング1機内を循環する通風路2が設けられる。本実施例の回転電機はハウジング1とエンドブラケット3a、3bによって内部がほぼ密閉空間となり、外気と内気が分離された全閉型、外被冷却構造の回転電機である。なお、本願においては、密閉空間を構成するハウジング1及びエンドブラケット3a、3bを総称して単にハウジングと称する場合がある。
【００１６】
密閉空間内には発熱体となる固定子4と回転子5が配置されている。固定子4は固定子鉄心4aと固定子コイル4bから構成されている。固定子4はハウジング1内周部に固定されている。固定子鉄心4aは薄板の電磁鋼板を複数枚積層することで構成されている。固定子コイル4bは固定子鉄心4aに形成された複数のスロット部に巻回されている。
【００１７】
回転子5は回転子鉄心5aと回転子導体バー5bとともに一体成形されたエンドリング5cから構成されている。回転子5は回転軸6外周部に固定されている。回転子鉄心5aは薄板の電磁鋼板を複数枚積層することで構成されている。
【００１８】
回転子5は固定子4の作る回転磁界によって回転する。回転軸6の両端はエンドブラケット3a、3bに対してそれぞれ軸受7a、7bを介して回転自在に保持されている。また、回転軸6の一端部はエンドブラケット3aを挿通して外部に突き出し、出力軸となっている。回転軸6の他端部はエンドブラケット3bを挿通して外扇ファン8が装着される。
【００１９】
外扇ファン8は回転軸6に固定されているため、回転軸6と同調して回転する。外扇ファン8は鋳鉄、アルミ合金、樹脂などによって製造される。外扇ファン8はハウジング1とエンドブラケット3a、3bによって形成される密閉空間外領域9に取り付けられてエンドカバー10によって覆われている。
【００２０】
本実施例の回転電機においては、密閉空間外領域9と密閉空間内領域11a、11bの各空間において冷却が行われている。以下に各空間における冷却構成と作用を説明する。
【００２１】
密閉空間外領域9はハウジング1とエンドブラケット3a、3bで覆われた空間の外部の空間であり、その空間には外扇ファン8がおかれている。この外扇ファン8を覆うようにエンドカバー10が設けられ、エンドカバー10に外扇ファン8に対向して設けられる開口部12とハウジング1の外周表面に空気を吐き出す吐出し口13を介して外気と連通した空間となっている。
【００２２】
密閉空間外領域9では、回転軸6に固定された外扇ファン8が回転することで、外気がエンドカバー10の開口部12から取り込まれる。取り込まれた外気はエンドカバー10の吐出し口13からハウジング1の外周及び出力軸側に向けて送風され、回転電機内部で発生した熱の冷却を行う。このときハウジング1に放熱フィン14が設けられることで機器の放熱の促進を図っている。
【００２３】
密閉空間内領域11a、11bはハウジング1とエンドブラケット3a、3bによって覆われた外気とは連通がない密閉された空間である。この密閉空間内領域11a、11bには発熱体となる固定子4と回転子5が設置されている。また、回転軸6も密閉空間内領域11a、11bにおかれている。図に示すように両領域11a、11bは、固定子4及び回転子5によって隔たれ、回転軸6の長手方向においてほぼ独立した空間となっている。回転子4と固定子5の間には微小なギャップが存在するが、空気を流通するに十分な大きさではない。そこで本実施例では、ハウジング1に設けられる通風路2と回転子5に設けられる風穴15とを有し、これらによって密閉空間内領域11a、11bが連通されている。すなわち、両領域11a、11bを２つの通風路（通風路2及び風穴15）とで連通した構造となっている。
【００２４】
次に冷却メカニズムを説明する。回転電機が回転することで固定コイル4bで発生する熱は、密閉空間内領域11a、11bに放熱されるとともにハウジング1を介して外部へと放熱される。一方、回転子5にて発生する熱は密閉空間内領域11a、11bに放熱されるとともに、回転軸6、軸受7a、7b、エンドブラケット3a、3bを介して外部へと放熱される。
【００２５】
一般に、回転子5から発生する熱が回転電機の中で最も高温となるため、回転電機の冷却性能改善において回転子5の冷却が重要である。そこで、機内冷却を行うにあたり、回転子5の端面に羽根16a、16bを配置する。例えば、羽根16a、16bは回転子5端面の薄鋼板を加工し、羽根形状としたものとする。これにより、両密閉空間内領域11a、11b間の積極的な空気循環を促す。
【００２６】
また、回転子5端面の羽根16a、16bは軸流方向に送風できるように傾きを設けた軸流ファンとしている。羽根16a、16bによって密閉空間内領域11bに送風されることで、密閉空間領域11aとの間で差圧が生まれ、ハウジング1の通風路2が通風する。この傾き構造に関し、図２を用いて説明する。
【００２７】
図２は回転子5の形状の一例である。風穴15の開口面となる回転子5の積層鋼板の端面に、当該風穴15の開口面の一部を覆うように傾斜した羽根16a、16bを設ける構造としている。これらの羽根16a、16bは、周方向に等間隔で複数設けられる風穴15にそれぞれ対応して設けられている。図２において、軸方向の手前側の羽根（16aとする）は、鋼板端面から羽根16aの頂部に向かう傾斜の方向が反時計回りに設けられている。図２に示す回転方向（反時計回り）に回転子5が回転すると、手前側の密閉空間内領域から空気を吸込み、風穴15の内部では奥側に向けて通風するものとなっている。
【００２８】
また、図２においては、奥側の鋼板端面にも同様に羽根（16bとする）が設けられている。回転子5の両側に羽根を設けることで、回転電機の回転方向を問わずにいずれの回転方向でも冷却が可能となる。その際、この羽根16bは鋼板端面から羽根の頂部に向かう傾斜の方向が時計回りに設けられるようにしておく。これにより、図２に示す回転方向の場合に風穴15の奥側の開口部から空気を吸い込むことはない。
【００２９】
このように、図２の形状の羽根を回転子5の両端に配置することで、片方の羽根が風を吸入し、もう一方の羽根が吐き出すように差圧を生じさせて風穴を通風している。それにより、回転方向を逆にした場合においても、風穴を通る風の向きが反転するのみであることから、冷却性能上、回転方向に関する制限は発生しない。
【００３０】
また、羽根16a、16bは、鋼板端面の切り欠き、折り曲げによって形成可能であることから、極めて簡素に加工することができる。
【００３１】
図３は比較例を示す図であり、一般的な機内冷却システムを有した回転電機の構成図の例である。なお、本実施例と共通する部分は同一符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
しばしば回転電機では反出力軸側に固定された内扇ファン17によって密閉空間内領域11a、通風路2、密閉空間内領域11b、風穴15の順に送風することで回転電機内部の強制対流冷却を行うことで回転子5の冷却を図っている。
【００３３】
またエンドリング5cの端面にはしばしば一体成形された羽根18が設けられている。そのため、羽根18によってエンドリング5c周辺に攪拌されている風の抵抗を受けないように、内扇ファン17はガイドとしての機能を持たせるため、大型化する傾向がありハウジング1内部のスペースに余裕がなくなる問題が生じることがある。図３に示すように内扇ファン17は回転中心から外周側へ大きく延伸するガイド形状が必要となる。
【００３４】
そこで、本実施例ではエンドリング5c部の羽根18を廃止することで、エンドリング5c周辺を攪拌している風による機内循環の通風抵抗を排除し、小型化が可能となる回転電機を提供することができる。上述のように、回転方向が逆転して風向きが反対となっても冷却性能は同等とできるため、冷却に有利な構造をコンパクトに実現できる。
【実施例２】
【００３５】
本実施例では、実施例1に対し、エンドリング5c形状を変更した回転電機の例を説明する。
【００３６】
図４は、本実施例の回転電機の構成図の例である。以下、本実施例に関し、実施例1と異なる点を主に説明し、他については説明を省略する。
【００３７】
本実施例では、エンドリング5c内径部を軸方向に延長する(5d)。これにより、エンドリング5dは羽根16a、16bによって生じた風の流れを整流するガイドとしての機能を有するため、送風抵抗の低減が可能となる。また、回転子5導体とエンドリング5dは一体構造であるため、5d部は発熱導体の冷却フィンとしての機能も有することとなり、更なる冷却性能の向上が実現できることとなる。また、この延長部5dを密閉空間内領域11、11bの両側にともに設けることで正逆回転のいずれにおいても冷却性能向上が可能である。
【実施例３】
【００３８】
本実施例では、実施例1に対し、内扇ファン17と羽根16a、16bを併用した回転電機の例を説明する。
【００３９】
図５は、本実施例の回転電機の構成図の例である。以下、本実施例に関し、実施例1、2と異なる点を主に説明し、他については説明を省略する。
【００４０】
本実施例では、内扇ファン17と回転子5端面の羽根16a、16bを併用する。内扇ファン17と羽根16a、16bが発生させる通風方向は同一である。これより、それぞれ単独で使用した場合に比べ、機内循環する通風の風量の増加が可能となるため、冷却性能が向上することとなる。
【００４１】
すなわち、本実施形態で示した羽根16a、16bは、内扇ファン17と必ずしも択一的ではなく、本実施例のように併用することも可能である。したがって、回転電機のスペースに余裕がある場合には、両者を併用することで冷却性能の更なる向上を図ることができる。
【００４２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 
【符号の説明】
【００４３】
1・・・ハウジング、2・・・通風路、3a・・・出力軸側エンドブラケット、3b・・・反出力軸側エンドブラケット、4・・・固定子、4a・・・固定子鉄心、4b・・・固定子コイル、5・・・回転子、5a・・・回転子鉄心、5b・・・回転子導体バー、5c・・・エンドリング、5d・・・エンドリング（延長部）、6・・・回転軸、7a・・・出力軸側軸受、7b・・・反出力軸側軸受、8・・・外扇ファン、9・・・密閉空間外領域、10・・・エンドカバー、11a・・・出力軸側密閉空間内領域、11b・・・反出力軸側密閉空間内領域、12・・・エンドカバー開口部、13・・・エンドカバー吐き出し部、14・・・放熱フィン、15・・・風穴、16a・・・出力軸側羽根、16b・・・反出力軸側羽根、17・・・内扇ファン、18・・・エンドリング部羽根。
【図１】
2012200067.tif 000003
【図２】
2012200067.tif 000004
【図３】
2012200067.tif 000005
【図４】
2012200067.tif 000006
【図５】
2012200067.tif 000007