JP2008154319A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱性能の更なる向上が図れるようにした全閉型液冷式の回転電機を提供すること。
【解決手段】 固定子巻線３ｂのコイルエンド部分３ｃが固定子コア３ａの一方と他方の端面に円筒状に形成されている全閉型液冷式の回転電機において、コイルエンド部分３ｃの外周に、管部材を予めコイル状に巻回した冷却管６を挿入し、コイルエンド部分３ｃに接着して固着させ、冷却管６に冷媒を通流させることにより液冷式の回転電機とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定子巻線にコイルエンドを有する全閉型液冷式の回転電機に係り、特に電動機に適用するのに好適な回転電機に関する。

周知のように、回転電機とは、電気エネルギーと回転エネルギーの間で変換機能を果たす機器の総称であるが、代表例には各種の電動機があり、例えば誘導電動機や同期電動機など、現代の工業技術を支えている重要な機器として欠かせない存在になっているものである。

そこで、従来技術による回転電機の一例について、図４により説明する。ここで、この図４は、回転電機の代表例として、全閉型のかご型誘導電動機を示したもので、これは、例えば特許文献１に開示されているものであり、図示のように、大別して、一方と他方のブラケット１、ハウジング２、固定子３、回転子４、それに回転軸５により構成されているものである。

そして、固定子３は、電磁鋼鈑の積層体からなる固定子コア３ａと、この固定子コア３ａの溝(スロット)に巻回された固定子巻線３ｂとで構成されているが、このとき固定子巻線３ｂの一部は、固定子コア３ａの両端面からそれぞれ突き出され、コイルエンド部分３ｃを構成している。

そして、この固定子３を、略円筒形に作られているハウジング２の中に取付けて電機子とし、ハウジング２の両端にブラケット１を嵌め合わせ、これに、ころがり軸受を設け、図示のように回転軸５を支承させることにより、回転子４が回転可能に支持されるようになっているものである。

ところで、このような回転電機では、鉄損や銅損などと呼ばれているエネルギー損失の存在が不可避であり、従って、通常は何等かの冷却手段が適用されるが、このとき、図示の全閉型の回転電機の場合、その冷却方式としては、空冷式と液冷式に大別される。

そして、これら何れの方式でも、回転電機の内部の巻線や鉄心などで発生した熱は、固定子コア３ａからハウジング２に伝達され、空冷式の場合はハウジング２の外周に形成したフィンを介して回転電機の外部に逃がされ、液冷式の場合はハウジング２に設けられているウォータジャッケットに流通されている液体(冷媒)により回転電機の外部に逃がされることになる。

なお、この図４は、一例として液冷式の場合を示したもので、このためハウジング２には通路Ｊが設けてある。そして、この通路Ｊがウォータジャッケットを表わしている。
特開平９−１４００９７号公報

上記従来技術は、損失により発生した熱の伝達経路が、主として固定子コアを通る経路に限定されている点に配慮がされておらず、放熱性能の更なる向上に問題があった。すなわち、全閉型の回転電機の場合、コイルエンド部分からの放熱があまり期待できず、従って、従来技術では、放熱性能の更なる向上に問題が生じてしまうのである。

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、放熱性能の更なる向上が図れるようにした全閉型液冷式の回転電機を提供することにある。

上記目的は、固定子巻線のコイルエンド部分が固定子コアの一方と他方の端面に円筒状に形成されている全閉型液冷式の回転電機において、前記コイルエンド部分に挿入が可能な形状に作られ、内部に流体の通路を備えた流体通路部材を用い、この流体通路部材を前記コイルエンド部分に取付け、当該流体通路部材に冷媒を流通させて放熱を図るようにして達成される。

このとき、前記流体通路部材が、前記コイルエンド部分の外周部に挿入されるように螺旋状に巻回した管部材で構成されていても良く、前記流体通路部材が、前記コイルエンド部分に挿入されたとき、当該コイルエンド部分全体を覆うＵ字形断面の中空リング部材で構成されていても良く、このとき更に、前記流体通路部材が、前記コイルエンド部分に挿入後、当該コイルエンド部分に接着剤で固定されているようにしても良い。

本発明によれば、回転電機の温度上昇が更に抑えられるので、従来技術に比較して、信頼性を向上させることができる。

以下、本発明による回転電機について、図示の実施形態により詳細に説明すると、ここで、まず、図１は、本発明の第１の実施形態で、これは、本発明による回転電機を、図４で説明した従来技術と同じく、全閉型のかご型誘導電動機に本発明を適用したものであり、このとき、この実施形態による回転電機については符号１０で表わしてある。そして、この図１において、符号６は冷却管で、流体通路部材を構成するものであるが、その他の構成は、図４で説明した従来技術と同じである。

従って、この実施形態による回転電機１０でも、その回転軸５は軸受けを介してブラケット１に支承され、これにより回転子４が回転自在に保持されている。このときブラケット１は、ハウジング２に固定されている。そこで、この回転子４には、固定子３の固定子巻線３ｂから発生される回転磁界によりトルクが発生し、この結果、回転子４は、所定のトルクのもとで所定の回転数(回転速度)で回転し、誘導電動機として機能する。

このとき、冷却管６は、図２に詳細に示されているように、例えば銅パイプなどの管部材をコイル状(螺旋状)に巻回して作られたものであるが、このとき、その直径をコイルエンド部分３ｃの外周部に挿入できる大きさにし、これにより固定子巻線３ｂのコイルエンド部分３ｃに、そのままの状態で容易に挿入できるように作られている。

そして、このコイル状の冷却管６は、回転電機１０の組立に際して、まず、そのままの状態で固定子巻線３ｂのコイルエンド部分３ｃに挿入され、この後、当該冷却管６を含め固定子３の全体にワニス処理を行ない、これにより、固定子巻線３ｂのコイルエンド部分３ｃと冷却管６の間にワニスが入り込み、隙間がワニスで埋められ、この結果、固定子コア３ａと固定子巻線３ｂ、それに冷却管６が固着され、全体として一体化されるように処理される。

この後、図示してないが、冷却管６の両端を処理し、ハウジング２から外部に引き出し、冷却管６に冷媒を流通させることができるような形にして回転電機の完成品とする。そして、この結果、実際に稼動させた場合、冷却管６に冷媒を流通させることにより、液冷式の回転電機として動作させることができるようにするのである。

従って、この回転電機１０によれば、コイルエンド部分３ｃに直接、冷却管６が取付けられていることから、固定子巻線３ｂに発生した熱は、固定子コア３ａを介した場合に比較して、効果的に冷却管６の冷媒に伝達されるようになり、固定子３は効率良く冷却されることになる。

また、この回転電機１０の場合、冷却管６の形状が折り返しの無い単純な螺旋状(コイル状)に形成されているので、冷却管６の通流抵抗が低く抑えられ、冷媒の通流に必要な圧力が小さくて済むことになり、ポンプ動力の省エネが図れる。しかも、螺旋状に形成されていることから、コイルエンド部分３ｃに対する接触面積が増加され、この結果、冷却効果を向上させることができる。

そして、更に、この回転電機１０によれば、従来技術でハウジングに必要としていた冷却フィンやウォータジャケットが不用になり、この結果、冷却フィンやウォータジャケットの設置に要する空間が削減でき、回転電機を小型化することができる。

また、回転電機の絶縁性能は、ほぼ固定子巻線の絶縁能力に依存する。従って、この回転電機１０のように、固定子巻線３ｂが直接、冷却されるようにしてやれば、回転電機の耐用年数も永くすることができる。

また、この回転電機１０によれば、冷却管６が後から固定子巻線３ｂのコイルエンド部分３ｃに装着することができるので、固定子コア３ａに特別な加工を施す必要はなく、固定子巻線３ｂにも特別な加工は不要であり、従って、これらの加工に要するコストを抑えることができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明すると、ここで図３が本発明の第２の実施形態に係る回転電機で、これは、図示のように、符号２０で表わされている。そして、この回転電機２０において、図示の符号７は中空リング部材であり、その他、図１と共通する部分には同じ符号を付してあり、従って、この第２の実施形態の場合、その流体通路部材が中空リング部材７により構成されている点が特徴で、これが図１の実施形態と異なっていることになる。

ここで、この中空リング部材７は、図示のように、コイルエンド部分３ｃに挿入されたとき、このコイルエンド部分３ｃの全体を覆うＵ字形断面の中空の部材として作られ、このため全体は、コイルエンド部分３ｃの軸方向から見た平面形状に合わせて、それに相似したリング(環)形状をしていて、これに、図示されていないが、流体導入用と流体排出用の管路(パイプ)が設けてあり、内部に冷媒を流通させることができるように構成されている。

そして、この中空リング部材７は、回転電機２０の組立に際して、まず、そのままの状態で固定子巻線３ｂのコイルエンド部分３ｃに挿入され、この後、当該中空リング部材７を含め固定子３の全体にワニス処理を行ない、これにより、固定子巻線３ｂのコイルエンド部分３ｃと中空リング部材７の間にワニスが入り込み、隙間がワニスで埋められ、この結果、固定子コア３ａと固定子巻線３ｂ、それに中空リング部材７が固着され、全体として一体化されるように処理される。

この後、図示してないが、中空リング部材７の流体導入用と流体排出用の管路をハウジング２から外部に引き出し、中空リング部材７に冷媒を流通させることができるような形にして回転電機の完成品とする。そして、この結果、実際に稼動させた場合、中空リング部材７に冷媒を流通させることにより、この回転電機２０を液冷式の回転電機として動作させることができるようにするのである。

従って、この回転電機２０によれば、コイルエンド部分３ｃに直接、中空リング部材７が取付けられていることから、固定子巻線３ｂに発生した熱は、固定子コア３ａを介した場合に比較して、効果的に冷却管６の冷媒に伝達されるようになり、固定子３は効率良く冷却されることになる。

よって、回転電機２０は、コイルエンド部分３ｃを外側(ハウジング２側)と内側(回転子４側)とから冷却でき、固定子３の効果的な冷却が図れる。その際、コイルエンド部分内側の中空リング部材７を、固定子コイル３ａの内周面内に収めることで、回転子４の回転に影響を与えることはない。

また、この回転電機２０でも、中空リング部材７の形状は、折り返しの無い単純なリング状をしているので、流体に対する通流抵抗が低く抑えられることから、ポンプ動力の省エネが図れ、しかも、断面形状がＵ字型に作られ、コイルエンド部分３ｃの表面全体を覆っていることから、コイルエンド部分３ｃに対する接触面積が増加され、この結果、冷却効果を向上させることができ、その他、この回転電機２０の場合も、回転電機１０と同じく、回転電機の小型化や耐用年数の増加、コストの抑制などの効果を得ることができる。

なお、以上に説明した実施形態では、本発明を誘導電動機に適用した場合について説明したが、本発明に係る回転電機は、誘導電動機に限定されるものではなく、回転子に永久磁石を用いた永久磁石式回転電機などであってもよいことは言うまでもない。また、固定子巻線３ａの巻き方についても、分布巻き、集中巻きの何れでも良く、どちらかに限定するものでもない。

本発明による回転電機の第１の実施形態を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態における冷却管の説明図である。 本発明による回転電機の第２の実施形態を示す断面図である。 従来技術による回転電機の一例を示す断面図である。

符号の説明

１：ブラケット
２：ハウジング
３：固定子
３ａ：固定子コア
３ｂ：固定子巻線
３ｃ：コイルエンド部分
４：回転子
５：回転軸
６：冷却管
７：中空リング部材
１０：回転電機(第１の実施形態)
２０：回転電機(第２の実施形態)

Claims (4)

1. 固定子巻線のコイルエンド部分が固定子コアの一方と他方の端面に円筒状に形成されている全閉型液冷式の回転電機において、
   前記コイルエンド部分に挿入が可能な形状に作られ、内部に流体の通路を備えた流体通路部材を用い、
   この流体通路部材を前記コイルエンド部分に取付け、当該流体通路部材に冷媒を流通させて放熱を図るように構成したことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記流体通路部材が、前記コイルエンド部分の外周部に挿入されるように螺旋状に巻回した管部材で構成されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記流体通路部材が、前記コイルエンド部分に挿入されたとき、当該コイルエンド部分全体を覆うＵ字形断面の中空リング部材で構成されていることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記流体通路部材が、前記コイルエンド部分に挿入後、当該コイルエンド部分に接着剤で固定されていることを特徴とする回転電機。

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