(57)【要約】【課題】回転電機の冷却能力の向上を図る。【解決手段】回転電機は、回転子と固定子とこれらの径方向外側を囲むフレームとを有する。回転子は、ロータシャフトと、回転子鉄心１２と、回転子鉄心１２を貫通する複数の回転子鉄心スロット中に配された導体バー１５とを有する。固定子は、固定子鉄心と固定子巻線とを有する。複数の回転子鉄心スロットのそれぞれは、導体バー１５を収納する導体バー収納部と、回転子鉄心１２の軸方向外側との間で冷却用気体が流通可能に形成された回転子鉄心軸方向通風路１４ｂを有する。導体バー１５には、回転軸方向に間隔をおいて、径方向に貫通する導体バー通風孔１５ａが形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端を回転可能に軸支され回転軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心と、前記回転子鉄心の径方向外側部分に周方向に間隔をおいて形成され前記回転軸方向に前記回転子鉄心を貫通する複数の回転子鉄心スロット中に配された複数の導体バーと、を有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に配されて前記回転軸方向に延びる円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向内側部分に周方向に間隔をおいて形成され前記回転軸方向に前記固定子鉄心を貫通する複数の固定子鉄心スロット中に配された固定子巻線導体を含む固定子巻線と、を有する固定子と、
前記固定子および前記回転子の径方向外側を囲むフレームと、
を備え、
前記複数の回転子鉄心スロットのそれぞれは、前記導体バーを収納する導体バー収納部と、前記回転子鉄心の軸方向外側との間で冷却用気体が流通可能に形成された回転子鉄心軸方向通風路とを含み、
前記導体バーには、前記回転軸方向に間隔をおいて径方向に貫通する導体バー通風孔が形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記固定子鉄心には、前記回転軸方向に互いに間隔をおいて設けられた前記冷却用気体の径方向への流路が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３】
前記回転子鉄心は、一体塊状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２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、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、回転電機の回転子鉄心は、磁束変化により生ずる渦電流の発生をできるだけ抑制するために、軸方向に積層された複数の鋼製の平板からなる積層板で構成された回転子鉄心を有する。
【０００３】
ただし、極めて高速で回転する回転電機においては、振動特性および強度特性に優れるソリッドロータ型の誘導機が用いられる場合がある。ソリッドロータ型の誘導機は、回転子が積層板ではなく、一体の塊状鉄心として形成されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２７０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に、ソリッドロータ型の誘導機は、前述のように振動特性および強度特性に優れるが、回転子内での渦電流による損失が大きい。このため回転子鉄心内での発熱量が大きく、冷却性能の確保が課題である。
【０００６】
そこで、本発明は、回転電機の冷却能力の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明に係る回転電機は、両端を回転可能に軸支され回転軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心と、前記回転子鉄心の径方向外側部分に周方向に間隔をおいて形成され前記回転軸方向に前記回転子鉄心を貫通する複数の回転子鉄心スロット中に配された複数の導体バーと、を有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に配されて前記回転軸方向に延びる円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向内側部分に周方向に間隔をおいて形成され前記回転軸方向に前記固定子鉄心を貫通する複数の固定子鉄心スロット中に配された固定子巻線導体を含む固定子巻線と、を有する固定子と、前記固定子および前記回転子の径方向外側を囲むフレームと、を備え、前記複数の回転子鉄心スロットのそれぞれは、前記導体バーを収納する導体バー収納部と、前記回転子鉄心の軸方向外側との間で冷却用気体が流通可能に形成された回転子鉄心軸方向通風路とを含み、前記導体バーには、前記回転軸方向に間隔をおいて径方向に貫通する導体バー通風孔が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転電機の冷却能力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。
【図２】実施形態に係る回転電機の回転子および固定子の４分の１横断面図である。
【図３】回転子鉄心内に設けられたロータバーを示す平面図である。
【図４】回転子鉄心内に設けられたロータバーを示す図３のIＶ−IＶ線矢視縦断面図である。
【図５】回転子鉄心内に設けられたロータバーを示す図３のＶ−Ｖ線矢視横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機およびその冷却構造について説明する。
【００１１】
図１は、実施形態に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。ここで、回転電機１００が、ソリッドロータ型の場合を例にとって示す。回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、フレーム４０、軸受ブラケット３２、および冷却器５０を有する。
【００１２】
回転子１０は、両端を軸受３１によって回転可能に軸支され、回転軸方向に延びたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に配された回転子鉄心１２を有する。
【００１３】
回転子鉄心１２は、積層板の構成ではなく、鍛造あるいは鋳造により一体に形成された塊状の鉄心である。なお、ロータシャフト１１と回転子鉄心１２とが、さらに一体で形成されていてもよい。
【００１４】
回転子鉄心１２の径方向外側部分には、複数の回転子鉄心スロット１４（図２）が形成されている。複数の回転子鉄心スロット１４のそれぞれは、軸方向に回転子鉄心１２を貫通しており、互いに周方向に間隔をあけて形成されている。それぞれの回転子鉄心スロット１４内には、導体バー１５が貫通しており、回転子鉄心１２の軸方向の両方の外側のそれぞれの端部は、互いに短絡環１６により、電気的に短絡するように機械的に結合されている。
【００１５】
固定子２０は、固定子鉄心２１と固定子巻線２２を有する。固定子鉄心２１は、ギャップ１９を挟んで、回転子鉄心１２の径方向外側に配されて、円筒形状をなしている。固定子鉄心２１は、渦電流損を低減するために、たとえば、鉄にケイ素を添加して製造された薄板である電磁鋼板（図示せず）を回転軸方向に積層した構造を有する。電磁鋼板内には、回転軸方向に間隔をおいて、径方向外側に冷却用気体が流通可能な複数の固定子鉄心内径方向通風路２３が形成されている。
【００１６】
固定子巻線２２は、固定子鉄心２１の径方向内側部分に形成された固定子鉄心スロット２１ｂ（図２）内に配されている。
【００１７】
回転子鉄心１２および固定子２０の径方向外側には、フレーム４０が設けられている。フレーム４０の軸方向の両側には、軸受ブラケット３２が取り付けられている。軸受ブラケット３２のそれぞれは、軸受３１を支持している。フレーム４０の内側と固定子鉄心２１の軸方向の両側の端部との間には、それぞれ仕切り板４１が設けられている。フレーム４０と、固定子鉄心２１の径方向外面と、仕切り板４１とは、互いに相俟って径方向外側空間４１ａを形成する。
【００１８】
フレーム４０の上方に、冷却器５０が設けられている。冷却器５０は、冷却器カバー５１内に収納されている。フレーム４０、２つの軸受ブラケット３２、および冷却器カバー５１は、互いに相まって、密閉空間４０ａを形成する。密閉空間４０ａ内には、密閉空間４０ａ内の回転子鉄心１２、固定子２０などで生ずる熱を除去するためのたとえば空気などの冷却用気体が存在する。
【００１９】
密閉空間４０ａを構成するフレーム４０内の空間と、冷却器カバー５１内の空間とは、冷却器入口開口５２および２つの冷却器出口開口５３を介して連通している。
【００２０】
図２は、実施形態に係る回転電機の回転子および固定子の４分の１横断面図である。
【００２１】
一体塊状の回転子鉄心１２の径方向外側部分に、複数の回転子鉄心スロット１４が形成されている。複数の回転子鉄心スロット１４はそれぞれ回転子鉄心１２を回転軸方向に貫通している。複数の回転子鉄心スロット１４のそれぞれは、互いに周方向に間隔をおいて配されている。
【００２２】
それぞれの回転子鉄心スロット１４は、径方向の回転子鉄心１２の表面に開口している導体バー収納部１４ａと、これと連通する導体バー収納部１４ａの径方向内側の回転子鉄心軸方向通風路１４ｂとを含む。導体バー収納部１４ａには、導体バー１５（図１）が収納される。
【００２３】
固定子鉄心２１の径方向内側には、複数の固定子ティース２１ａが形成されている。複数の固定子ティース２１ａは、回転軸方向に固定子鉄心２１を貫通しており、周方向に互いに間隔をあけて配されている。互いに隣接する固定子ティース２１ａの間には、固定子鉄心スロット２１ｂが形成されている。固定子鉄心スロット２１ｂ内には、固定子巻線２２（図１）の固定子巻線用導体が配される。また、それぞれの固定子ティース２１ａの内部には、回転軸方向に固定子鉄心２１を貫通する固定子鉄心軸方向通風路２１ｃが形成されている。
【００２４】
図３は、回転子鉄心内に設けられたロータバーを示す平面図であり、図４は、図３のIＶ−IＶ線矢視縦断面図である。また、図５は、図３のＶ−Ｖ線矢視横断面図である。
【００２５】
それぞれの回転子鉄心スロット１４の導体バー収納部１４ａ内に収納される導体バー１５には、長手方向、すなわち回転軸方向に間隔をあけて、導体バー通風孔１５ａが形成されている。導体バー１５に形成された導体バー通風孔１５ａは、径方向に導体バー１５を内側から外側に貫通している。導体バー通風孔１５ａの外側部分には、テーパ部１５ｂが形成されている。なお、テーパ部は、径方向内側部分に形成されていてもよい。あるいは、径方向内側部分および外側部分の両方に形成されていてもよい。
【００２６】
導体バー１５の径方向外側が、回転子鉄心１２に形成された突出部１２ａにより、回転中に径方向外側への飛び出しが抑止される。
【００２７】
以上のように形成された本実施形態における回転電機における全体の冷却用気体（たとえば空気）の流れを、図１の矢印で示している。具体的には、以下のとおりである。
【００２８】
回転子１０が高速で回転している状態においては、図５に示す導体バー１５に形成された導体バー通風孔１５ａ内の冷却用気体は、遠心力により径方向外側に流れる。導体バー通風孔１５ａから流出した分の補給は、回転子鉄心軸方向通風路１４ｂを経由して回転子鉄心１２の外側から供給される。導体バー通風孔１５ａからギャップ１９に流出した冷却用気体は、固定子鉄心２１に設けられた固定子鉄心内径方向通風路２３に流入し、固定子鉄心２１内を径方向に移動し、固定子鉄心２１の径方向外側空間である径方向外側空間４１ａに流出する。
【００２９】
径方向外側空間４１ａに流出した冷却用気体は、冷却器入口開口５２を経由して冷却器５０に流入する。この際、回転子鉄心１２および固定子２０を冷却した結果、自身は温度上昇している冷却用気体は、密閉空間４０ａ内における冷却用気体の中で、相対的に温度が高いため、密度が低く、浮力を得て、冷却用気体の方向に上昇する。
【００３０】
冷却器５０内で順次冷却され、冷却器５０の回転軸方向の前後に流出した冷却用気体は、それぞれ、冷却器出口開口５３を経由して、フレーム４０内に流入する。
【００３１】
フレーム４０内に流入した冷却用気体は、再び、回転子鉄心１２の軸方向の両側から、回転子鉄心軸方向通風路１４ｂに流入する。このように、回転子鉄心軸方向通風路１４ｂ、導体バー通風孔１５ａ、ギャップ１９、固定子鉄心内径方向通風路２３、径方向外側空間４１ａ、冷却器５０という冷却用気体の循環経路が形成される。
【００３２】
また、フレーム４０内に流入した冷却用気体の一部は、固定子鉄心２１に形成された固定子鉄心軸方向通風路２１ｃに流入し、固定子鉄心内径方向通風路２３、径方向外側空間４１ａ、冷却器５０という冷却用気体の循環経路も形成される。
【００３３】
ここで、導体バー通風孔１５ａ内の冷却用気体に対する径方向外側への駆動力は、回転子１０の回転速度の増加に伴って増加する。したがって、超高速回転で回転するソリッドロータ型の場合には、回転子の駆動による冷却用気体に対する循環駆動力は、さらに大きくなり、高い冷却能力を確保することができる。
【００３４】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
【００３５】
たとえば、実施形態では、回転子がソリッドロータの場合の回転電機を例にとって示したが、これには限定されない。たとえば、回転子鉄心に電磁鋼板の積層板が用いられている場合であっても、回転子鉄心スロットおよび導体バーにおける冷却構造は、実施形態と同様に形成することが可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
また、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３７】
１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１２ａ…突出部、１４…回転子鉄心スロット、１４ａ…導体バー収納部、１４ｂ…回転子鉄心軸方向通風路、１５…導体バー、１５ａ…導体バー通風孔、１５ｂ…テーパ部、１６…短絡環、１９…ギャップ、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２１ａ…固定子ティース、２１ｂ…固定子鉄心スロット、２１ｃ…固定子鉄心軸方向通風路、２２…固定子巻線、２３…固定子鉄心内径方向通風路、３１…軸受、３２…軸受ブラケット、４０…フレーム、４０ａ…密閉空間、４１…仕切り板、４１ａ…径方向外側空間、５０…冷却器、５１…冷却器カバー、５２…冷却器入口開口、５３…冷却器出口開口、１００…回転電機
【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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