(57)【要約】【課題】回転電機の固定子鉄心等を効率よく冷却する。【解決手段】回転電機は、回転子２０と、固定子鉄心３０と、固定子鉄心３０を取り囲む固定子枠４０と、を有する。回転子２０は、円環状で回転可能な円環部材２１ａと、円環部材２１ａの外周面に固定された複数の台座２２と、各台座２２に固定された永久磁石２３と、周方向間隙の外周面に対向する板面が形成された板材で周方向に隣り合う台座２２を跨ぎながら周方向間隙を半径方向外側から覆い軸方向に貫通する回転子通風路７０を形成し、下流側に通風用貫通穴７１が形成された通風路用板材と、を有する。【選択図】図１
2013070572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸周りを回転自在な回転子と、
前記回転子を半径方向外側から取り囲む固定子鉄心と、
前記固定子鉄心を半径方向外側から取り囲むように構成された固定子枠と、
を有する回転電機において、
前記回転子は、
前記軸を半径方向外側から取り囲むように配置された円環状で、前記軸の周りを同軸に回転可能な円環部材と、
それぞれが軸方向に延びて、互いに周方向間隙を形成するように前記円環部材の半径方向外側の外周面に固定された複数の台座と、
前記各台座の半径方向外側にそれぞれ固定された複数の永久磁石と、
前記半径方向間隙の前記外周面に対向する板面が形成された板材で、周方向に隣り合う前記台座を跨ぎながら前記周方向間隙を半径方向外側から覆い軸方向に貫通する通風路を形成し、前記板面に少なくとも一つの貫通穴が形成された通風路用板材と、
を有し、
前記板面の表面積に対する前記貫通穴の開口面積が、前記通風路に流れる空気の上流側に比べて下流側が大きくなるように形成されていること、を特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記通風路用板材は、軸方向に長い長方形状で、
前記貫通穴は、下流側寄りに形成された軸方向に長い矩形であること、
を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記貫通穴の周方向幅は、下流側に向かうに従って除々に大きくなるように形成されていること、を特徴とする請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記通風路用板材は軸方向に長い長方形状で、前記貫通穴は、前記下流側寄りに複数形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記通風路用板材は、軸方向に長い長方形状で、
前記貫通穴は、前記板面に複数形成された円形状で、前記各貫通穴の穴直径は下流側に向かうに従って除々に大きくなるように形成されていること、
を特徴とする請求項４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、永久磁石が取り付けられた回転子を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、回転子と、この回転子を半径方向外側から取り囲む固定子鉄心と、この固定子鉄心を収容する固定子枠と、を有する。
【０００３】
回転子は、所定の軸（回転中心軸）の周りを回転する。回転子には、例えば永久磁石が取り付けられたものがある。このような回転子は、円環状の部材の外周に台座が固定されて、この台座に永久磁石が固定されるものがある。回転子や固定子には、これらを冷却するための通風路が形成されるものがある（例えば特許文献１）。
【０００４】
固定子は、固定子鉄心および固定子巻線等を有する。固定子鉄心には、固定子鉄心を冷却するための通風路が形成されるものがある。この通風路に冷却用の空気が流れることによって、固定子鉄心が冷却される。この通風路には、回転中心軸が延びる方向の一方向に空気が流れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１４２７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通風路には、軸方向に流れる軸方向流路と半径方向に流れる半径方向流路がある。軸方向流路は、固定子鉄心に形成されるものの他に、回転子と固定子鉄心との間に形成される空隙も含まれる。
【０００７】
この空隙を流れる空気は、軸方向に流れるものと、半径方向に流れるものとがある。空隙の流路断面積に比べて、半径方向流路の流路断面積が大きいため、軸方向の上流側では、半径方向流路に流れる空気が多くなる。
【０００８】
このため、軸方向流路の軸方向位置ごとに空気流量が異なってしまうことがある。流路分布が異なると、有効に冷却が行われる部位と、非効率な部位とに分かれてしまう。
【０００９】
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、固定子鉄心等を効率よく冷却することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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自在な回転子と、前記回転子を半径方向外側から取り囲む固定子鉄心と、前記固定子鉄心を半径方向外側から取り囲むように構成された固定子枠と、を有する回転電機において、前記回転子は、前記軸を半径方向外側から取り囲むように配置された円環状で、前記軸の周りを同軸に回転可能な円環部材と、それぞれが軸方向に延びて、互いに周方向間隙を形成するように前記円環部材の半径方向外側の外周面に固定された複数の台座と、前記各台座の半径方向外側にそれぞれ固定された複数の永久磁石と、前記半径方向間隙の前記外周面に対向する板面が形成された板材で、周方向に隣り合う前記台座を跨ぎながら前記周方向間隙を半径方向外側から覆い軸方向に貫通する通風路を形成し、前記板面に少なくとも一つの貫通穴が形成された通風路用板材と、を有し、前記板面の表面積に対する前記貫通穴の開口面積が、前記通風路に流れる空気の上流側に比べて下流側が大きくなるように形成されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、固定子鉄心等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】
【００１２】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の回転電機の概略部分正断面図で、回転中心よりも上側半分を示す。
【図２】図１のII−II矢視を部分的に示した側面図である。
【図３】図２のIII部の拡大側面図である。
【図４】図１のIV−IV矢視を部分的に示した上面図である。
【図５】図１のV−V矢視を部分的に示した側面図である。
【図６】本発明に係る第２の実施形態の回転電機の回転子を部分的に示した概略部分上面図であって、第１の実施形態の図４に対応する図である。
【図７】本発明に係る第３の実施形態の回転電機の回転子を部分的に示した概略部分上面図であって、第１の実施形態の図４に対応する図である。
【図８】本発明に係る第４の実施形態の回転電機の回転子を部分的に示した概略部分上面図であって、第１の実施形態の図４に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。図１は、本実施形態の回転電機の概略部分正断面図で、回転中心よりも上側半分を示す。図２は、図１のII−II矢視を部分的に示した側面図である。図３は、図２のIII部の拡大側面図である。
【００１５】
図４は、図１のIV−IV矢視を部分的に示した上面図である。図５は、図１のV−V矢視を部分的に示した側面図である。
【００１６】
先ず、本実施形態の回転電機の構成について説明する。
【００１７】
回転電機は、回転中心軸１の周りを回転する回転子２０と、この回転子２０が取り付けられた軸部材１０と、固定子鉄心３０と、これらを収容する固定子枠４０と、を有する（図１）。
【００１８】
軸部材１０は、図示しない軸受で回転可能に支持されて、回転中心軸１の周りを同軸で回転する。
【００１９】
回転子２０は、全体で円環状をなし、軸部材１０を取り囲む。固定子鉄心３０は、回転子２０の半径方向外側に所定の半径方向間隔（空隙６１ａ）をあけて半径方向外側から取り囲む円環状である。
【００２０】
回転子２０および固定子鉄心３０それぞれの構成等を以下に説明する。先ず、回転子２０について説明する。
【００２１】
回転子２０は、円環部材２１ａと、複数の支持部材２１ｂと、複数の台座２２と、複数の永久磁石２３と、複数の通風路用板材２８と、を有する。
【００２２】
支持部材２１ｂは、軸部材１０の四箇所の軸方向位置それぞれに複数本ずつ固定されて、軸部材１０と共に回転可能である。各軸方向位置に固定される支持部材２１ｂは、それぞれの軸方向位置から放射状に円環部材２１ａの内周面まで延びて、円環部材２１ａを支持する。
【００２３】
円環部材２１ａは、支持部材２１ｂに支持されて回転自在で、軸部材１０を半径方向外側から取り囲む円環状の部材である。
【００２４】
台座２２は、円環部材２１ａの外周面に周方向（図２、図３の左右方向）に複数配列されている。これらの台座２２は、互いに周方向間隙を形成するように配列される。これらの周方向間隙は、後述する回転子通風路７０を形成する（図２、図３）。
【００２５】
各台座２２は、軸方向に長い長方形が形成される板状の部材で、半径方向外側に座面２２ａが形成されている。永久磁石２３は、各座面２２ａに接着により取り付けられている。
【００２６】
各台座２２の周方向に面する部位には、軸方向に延びる固定溝２２ｂが形成されている。この固定溝２２ｂには、通風路用板部材が嵌め込まれる。
【００２７】
通風路用板材２８は、略長方形状の板材で、長辺側が固定溝２２ｂに嵌め込まれる。このとき、通風路用板材２８の各長辺側は、周方向に隣り合う台座を連結するように、周方向間隙を半径方向外側から覆う。すなわち、通風路用板材２８の長方形状の板面が、周方向間隙の外周面に対向するように配置される。
【００２８】
これにより、周方向間隙は、円環部材２１ａの外周面、隣り合う台座２２および通風路用板材２８によって、取り囲まれる。これらに取り囲まれた周方向間隙は、軸方向に空気が流通可能な回転子通風路７０を形成する。
【００２９】
通風路用板材２８には、下流側（図１および図４の左側）寄りに、軸方向に長い略長方形状の通風用貫通穴７１が形成されている。この通風用貫通穴７１によって、回転子通風路７０を流れる空気が、空隙６１ａに流れ出ることができる。
【００３０】
次に、固定子鉄心３０について説明する。
【００３１】
固定子鉄心３０は、上述したように、回転子２０を半径方向外側から取り囲むように構成されて、全体で円環状の部材である。固定子鉄心３０の内周面は、回転子２０の外周面（半径方向外側）と所定の半径方向間隔（空隙６１ａ）をあけるように配置される。この空隙６１ａは、後述する軸方向通風路６１の一つである。この固定子鉄心３０は、６個の鋼板群３１と、５個のダクト板３８と、を有する。
【００３２】
鋼板群３１は、詳細な図示は省略するが、複数の鋼板３３が軸方向に積層されてなる。鋼板３３は中央に穴が形成された円板状である。回転子２０はこの穴を貫通するように配置される。また、各鋼板３３の半径方向内側に内側溝３４が形成され、外側には外側溝３５が形成されている（図５）。
【００３３】
内側溝３４は、周方向に互いに等間隔に複数形成される。各鋼板３３に形成された内側溝３４は、鋼板３３が積層されて鋼板群３１を構成するときに、軸方向に連通する。さらに、各鋼板群３１が軸方向に配列されたときに、各内周溝は軸方向に連通する。連通した内側溝３４には、固定子巻線３７が巻き回される。
【００３４】
外側溝３５は、周方向に互いに等間隔に複数形成される。各鋼板３３に形成された外側溝３５は、鋼板３３が積層されて鋼板群３１を構成するときに、軸方向に連通する。さらに、各鋼板群３１が軸方向に配列されたときに、各外周溝は軸方向に連通する。連通した外側溝３５は、冷却空気の流路（軸方向通風路６１）を形成する。
【００３５】
この外側溝３５は、固定子枠４０の内側で半径方向外側の開口が塞がれる。固定子枠４０の構成は後で説明する。
【００３６】
ダクト板３８は、軸方向に配列された鋼板群３１の間にそれぞれ配置される。すなわち、鋼板群３１およびダクト板３８が、軸方向に交互に配列されている。これらダクト板３８は、詳細な図示は省略するが、それぞれ中央に穴があいた円板状の板で、少なくとも一方の穴あき円板面に複数の棒材が取り付けられている。これらの棒材は、放射状に取り付けられている。各棒材の間は、冷却空気に流路（半径方向通風路６２）を形成する。
【００３７】
固定子枠４０は、固定子鉄心３０を半径方向外側から取り囲むように構成される。固定子枠４０の内周は、固定子鉄心３０の外周に接している。固定子枠４０の内面により、上述の軸方向通風路６１の半径方向外側の開口が塞がれる。
【００３８】
固定子枠４０の外周面には、軸方向に長いフィン（図示せず）が複数取り付けられている。これらのフィンは、周方向に互いに間隔をあけて取り付けられている。
【００３９】
この固定子枠４０は、詳細な図示は省略しているが、軸部材１０を固定している。また、固定子枠４０には、外部から取り込まれて固定子枠４０内を循環した空気が排気される排気口（図示せず）が形成されている。冷却用の空気の流れは、固定子枠４０内にファン等を設けて発生させてもよい。
【００４０】
続いて、本実施形態の作用について説明する。
【００４１】
固定子枠４０内に吸気された空気の大部分は、回転子２０に形成された回転子通風路７０、固定子鉄心３０に形成された軸方向通風路６１および空隙６１ａのいずれかに流れ込む。
【００４２】
軸方向通風路６１に流入した空気は、軸方向に、図１の左側に向かって流れる。空隙６１ａに流れ込んだ空気の一部は軸方向に流れ、一部はダクト板３８の半径方向通風路６２に流れ込む。半径方向通風路６２を流れ出た空気は、固定子鉄心３０の軸方向通風路６１に流れ込み、軸方向に流れる。
【００４３】
このとき、軸方向通風路６１を流れる空気の熱の一部は、固定子枠４０の外面を介して固定子枠４０の外側のフィン等から放熱される。
【００４４】
固定子鉄心３０の下流側端部まで流れた空気は、固定子枠４０の排気口から固定子枠４０の外部に排出される。
【００４５】
半径方向通風路６２は一つのダクト板３８に放射状に複数形成される。空隙６１ａの流路を一つの円環状の流路と捉えると、通常、ダクト板３８がある軸方向位置では、半径方向通風路６２の流路面積は、空隙６１ａの流路面積よりも大きい。
【００４６】
半径方向通風路６２が複数形成されるため、空隙６１ａ内を流れる空気は、軸方向の通風量が減り、下流ではほとんど流れなくなる。このままでは、空隙６１ａの下流側付近では、固定子鉄心３０の内周側等の冷却効果が、上流側に比べて低くなる。
【００４７】
回転子通風路７０に流れ込んだ空気は、上流側（図２の右側）では、ほぼ全て軸方向に図２の左側に向かって流れる。回転子通風路７０を流れる空気の一部は、通風路用板材２８に形成された通風用貫通穴７１を通り抜けて、空隙６１ａに流れ出る。
【００４８】
上述のように、半径方向通風路６２が複数形成されているため、軸方向の上流側では、半径方向通風路６２に流れ込みやすい。これは、上述の通り空隙６１ａの流路断面積よりも半径方向通風路６２の流路断面積の方が大きいので、流動抵抗が空隙６１ａよりも半径方向通風路６２が小さいためである。また、これは、回転子２０の回転のファン効果により、半径方向外側に流れやすいためでもある。
【００４９】
通常、永久磁石２３や台座２２等の発熱は、固定子鉄心３０の発熱よりも小さい。このため、通風用貫通穴７１から流れ出る空気は、固定子鉄心３０を冷却する効果がある。
【００５０】
空隙６１ａでは、軸方向に流れる空気の量よりも多量の空気が、半径方向通風路６２に流れ込む。このため、空隙６１ａの下流側には、空隙６１ａの上流から流れ込む空気の量が少なくなる。これにより、空気が流れにくくなった分の空隙６１ａの下流側の空気の流量は、回転子通風路７０の通風用貫通穴７１から流れ出る空気によって補われることになる。その結果、軸方向通風路６１や空隙６１ａを流れる空気量が軸方向の位置によってばらつくことは、抑制される。
【００５１】
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、固定子鉄心３０等を効率よく冷却することが可能になる。
【００５２】
［第２の実施形態］
第２の実施形態について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態の回転電機の回転子２０を部分的に示した概略部分上面図であって、第１の実施形態の図４に対応する図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図５）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。また、本実施形態の回転電機の全体の構成は、第１の実施形態で説明した図１と同様である。
【００５３】
本実施形態の通風路用板材２８の通風用貫通穴７１は、それぞれ丸穴形状で、下流側寄りに５個形成されている。
【００５４】
これにより、半径方向通風路６２に流れやすい部位に通風用貫通穴７１を形成することが可能になる。例えば、半径方向通風路６２と、各通風用貫通穴７１の軸方向位置を揃えるとよい。
【００５５】
よって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られると共に、空気の下流への流れ方を、設計段階で調整することができる。
【００５６】
［第３の実施形態］
第３の実施形態について図７を用いて説明する。図７は、本実施形態の回転電機の回転子２０を部分的に示した概略部分上面図であって、第１の実施形態の図４に対応する図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図５）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。また、本実施形態の回転電機の全体の構成は、第１の実施形態で説明した図１と同様である。
【００５７】
本実施形態の通風路用板材２８の通風用貫通穴７１の周方向幅（図７の上下方向）は、下流側に向かうに従って除々に大きくなるように形成されている。これにより、第１の実施形態と同様の効果が得られると共に、より下流側に流れる空気量を多くすることが可能になる。
【００５８】
［第４の実施形態］
第４の実施形態について図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の回転電機の回転子２０を部分的に示した概略部分上面図であって、第１の実施形態の図４に対応する図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態（図１〜図５）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。また、本実施形態の回転電機の全体の構成は、第１の実施形態で説明した図１と同様である。
【００５９】
本実施形態の通風路用板材２８は、第２の実施形態の特徴に、第３の実施形態の特徴を組み合わせたものである。すなわち、下流側の穴直径を大きくすることによって、第３の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
［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上記実施形態に限らず、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。
【００６１】
また、上記実施形態では、軸部材は、軸受に回転可能に支持されているが、これに限らない。例えば、軸部材を固定して、この軸部材に軸受を取り付けて、この軸受の外周に支持部材２１ｂを固定してもよい。この場合、回転中心を通風路として用いることも可能になる。この場合の軸受は、軸部材に接する側が固定されて、半径方向外側（外周面）が回転するように構成されている。この場合、軸部材の端部を開口させて、この開口から吸気して固定子枠４０内に空気を取り込むように構成してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…回転中心軸
１０…軸部材
２０…回転子
２１ａ…円環部材
２１ｂ…支持部材
２２…台座
２２ａ…座面
２２ｂ…固定溝
２３…永久磁石
２８…通風路用板材
３０…固定子鉄心
３１…鋼板群
３３…鋼板
３４…内側溝
３５…外側溝
３７…固定子巻線
３８…ダクト板
４０…固定子枠
６１…軸方向通風路
６１ａ…空隙
６２…半径方向通風路
７０…回転子通風路
７１…通風用貫通穴
【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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【図７】
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【図８】
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