JP2013021884A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、スロット内の導線密度が高い場合でも冷却媒体を発熱源であるコイルへ直接供給し、固定子の冷却性能向上を図る。
【解決手段】この発明のエレベータ用巻上機用電動機は、固定子と、この固定子の内側に回転可能に支持された回転子とを備え、前記固定子は、内周面５Ａが開口し軸線方向に延びた複数のスロット５Ｃが周方向に間隔を空けて形成された中空円筒形状のステータコア５と、スロット５Ｃに装着されたコイルとを含み、ステータコア５は、スロット５Ｃの周囲に軸線方向に沿って断続的に形成され、空気をコイルの周囲に供給する冷却流路５Ｅを有している。
【選択図】図３

Description

この発明は、内周面が開口し軸線方向に延びた複数のスロットが周方向に間隔を空けて形成された中空円筒形状のステータコアと、前記スロットに装着されたコイルとを有する固定子を備えた回転電機に関する。

従来の電動機は、コイルに電流を流すことにより発生するジュール熱によってコイルの絶縁被膜やコイルを絶縁する絶縁紙等が絶縁破壊しないように、固定子を冷却している。この一例として、スロットとステータコアの外周面との間に回転中心軸に対して垂直方向に延びた冷却流路を形成し、この冷却流路を通じてステータコアの外部からスロットへ冷却媒体を供給した電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この電動機の場合、スロットに供給された冷却媒体は、スロット内に収められたコイルを構成する銅線間の空隙に浸透するため、冷却媒体を積極的に発熱源であるコイルに供給でき、固定子を効率的に冷却している。

特開２００５−１２９８９号公報

しかしながら、一般的に電動機を高出力化、小型化を図る場合、コイルを構成する銅線同士や銅線とスロットとの密着度合いが高くなり、それだけそれぞれの空隙が小さくなり、空隙を通過する冷却媒体の量が減少して固定子の冷却効率が悪化するという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、スロット内に装着されたコイルを構成する導線密度が高い場合でも、固定子の冷却効率が悪化することなく、高い冷却効率が確保される固定子を有する回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、固定子と、この固定子の内側に回転可能に支持された回転子とを備え、前記固定子は、内周面が開口し軸線方向に延びた複数のスロットが周方向に間隔を空けて形成された中空円筒形状のステータコアと、前記スロットに装着されたコイルとを含む回転電機であって、
前記ステータコアは、前記スロットの周囲に軸線方向に沿って断続的に形成されているとともに冷却媒体を前記コイルの周囲に供給する冷却流路を有している。

この発明に係る回転電機によれば、ステータコアには、スロットの周囲に軸線方向に沿って断続的に冷却流路が形成され、冷却媒体は冷却流路を通じてコイルの周囲に供給されるので、スロット内に装着されたコイルを構成する導線密度が高い場合でも、固定子は高い冷却効率が確保される。

この発明の実施の形態１によるエレベータ巻上機用電動機の上半分を示す断面図である。 図１のステータコアを示す斜視図である。 図１のステータコアを示す一部切り欠き正面図である。 図１のステータコアを示す分解斜視図である。 図４の第１の電磁鋼板体を示す正面図である。 図４の第２の電磁鋼板体を示す正面図である。 この発明の実施の形態２によるエレベータ巻上機用電動機のステータコアを示す斜視図である。 図７のステータコアを示す一部切り欠き正面図である。 図７のステータコアを示す分解斜視図である。 図９の第１の電磁鋼板体を示す正面図である。 図９の第２の電磁鋼板体を示す正面図である。

以下、この発明の各実施の形態のエレベータ巻上機用電動機について、図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるエレベータ巻上機用電動機（以下、電動機と略称する。）が用いられた巻上機の上半分を示す断面図である。
この巻上機は、電動機のシャフト９の端部に綱車１０が固定されている。
電動機は、中空円筒形状のフレーム７と、このフレーム７に固定された固定子１と、この固定子１の内側であってシャフト９に固定されているとともに軸受１１により回転支持された回転子２とを備えている。
固定子１は、中空円筒形状のステータコア５と、このステータコア５に装着されたコイル４とを備えている。
回転子２は、外周面に複数の永久磁石３が固着されている。

図２〜図４に示した中空円筒形状のスタータコア５は、内周面５Ａが開口し軸線方向に延びた複数のスロット５Ｃが周方向に間隔を空けて形成されている。このスロット５Ｃを区画した各ティース５Ｄには、導線である銅線がスロット５Ｃを通過して巻回されて、ステータコア５にコイル４が装着されている。
このステータコア５は、図５に示す第１の電磁鋼板体５Ｇと、図６に示す第２の電磁鋼板体５Ｈとが交互に積層されて構成されている。
第１の電磁鋼板体５Ｇは、複数の電磁鋼板を積層して形成されているとともにスロット５Ｃの構成要素であって第１のティース部５Ｄ１で区画されたスロット部５Ｃ１を有している。
第２の電磁鋼板体５Ｈは、複数の電磁鋼板を積層して形成されているとともに第２のティース部５Ｄ２で区画された、スロット５Ｃの構成要素であるスロット部５Ｃ１及びこのスロット部５Ｃ１を囲って形成された冷却流路５Ｅを有している。
冷却流路５Ｅは、第１のティース部５Ｄ１に対する第２のティース部５Ｄ２の周方向の幅寸法を小さくし、また第２のティース部５Ｄ２の径方向寸法を大きくすることで形成される。
また、第２の電磁鋼板体５Ｈは、冷却流路５Ｅから径外側方向に延びてステータコア５の外周面５Ｂの外側と連通した径方向流路５Ｆを有している。
なお、ティース５Ｄは、第１のティース部５Ｄ１及び第２のティース部５Ｄ２により構成されている。

この巻上機は、電動機の駆動により、シャフト９及び綱車１０が時計方向、または反時計方向に回転することで、綱車１０に巻き掛けられたロープ（図示せず）に吊下した乗りかご（図示せず）が昇降する。
電動機では、コイル４の通電により、回転子２は回転するが、このときファン８も回転し、フレーム７の流入口７Ａからフレーム７の内部に流入した冷却媒体である空気は、主にフレーム７とステータコア５との間の空隙Ｇを矢印イの方向に流れる。
この後、この空気の一部は、径方向通路５Ｆ、冷却流路５Ｅを矢印ロの方向に流れ、引き続きステータコア５と回転子２との間の空隙を矢印ハの方向に流れ、排出口７Ｂを通じてフレーム７の外部に排出される。
なお、ステータコア５は、フレーム７の内壁面に固定されているも、部分的に固定されており、径方向通路５Ｆは、ステータコア５とフレーム７の内壁面との間に形成された空隙Ｇに指向しており、空隙Ｇを矢印イの方向に流れた空気は、空隙Ｇを通じて径方向通路５Ｆに確実に導かれる。
また、ステータコア５内で冷却流路５Ｅに導かれた空気の一部は、軸線方向に流れを変えてスロット５Ｃに沿って流れてステータコア５内を通過し、排出口７Ｂを通じてフレーム７の外部に排出される。

なお、第２の電磁鋼板体５Ｈは、全スロット部５Ｃ１の周囲にそれぞれ冷却流路５Ｅを形成したが、必ずしも冷却流路５Ｅを全スロット部５Ｃ１に形成する必要性はなく、選択したスロット部５Ｃ１のみに冷却流路５Ｅを形成するようにしてもよい。

この実施の形態による電動機によれば、ステータコア５には、スロット５Ｃの周囲に軸線方向に沿って断続的に冷却流路５Ｅが形成され、空気は冷却流路５Ｅを通じて発熱源であるコイル４の周囲に供給されるので、コイル４は空気により直接され、スロット５Ｃ内に装着されたコイル４を構成する銅線の密度が高い場合でも、固定子１は高い冷却効率が確保される。
また、冷却流路５Ｅは、スロット部５Ｃ１のスロット５Ｃの開口側を除いた全周を囲って形成されているので、発熱源であるコイル４と空気との接触面積は増大し、より高い効率でコイル４は冷却される。

また、ステータコア５は、電磁鋼板が積層されて形成されているとともにスロット部５Ｃ１を有する第１の電磁鋼板体５Ｇと、電磁鋼板が積層されて形成されているとともに、スロット部５Ｃ１、冷却流路５Ｅ及び径方向流路５Ｆを有する第２の電磁鋼板体５Ｈとが交互に積層されている。
従って、第１の電磁鋼板体５Ｇ及び第２の電磁鋼板体５Ｈのぞれぞれの電磁鋼板の枚数を調整することで、ステータコア５内を流通する空気流量を簡単に調整することができ、コイル４を冷却するに当たって最適な空気流量でステータコア５内に流通させることができる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による電動機のステータコア６を示す斜視図、図８は図７のステータコア６を示す一部切り欠き正面図、図９は図７のステータコア６を示す分解斜視図、図１０は図９の第１の電磁鋼板体６Ｈを示す正面図、図１１は図９の第２の電磁鋼板体６Ｉを示す正面図である。
中空円筒形状のスタータコア６は、内周面６Ａが開口し軸線方向に延びた複数のスロット６Ｃが周方向に間隔を空けて形成されている。このスロット６Ｃを区画した各ティース６Ｄには、導線である銅線がスロット６Ｃを通過して巻回されて、ステータコア６にコイル４が装着されている。

スタータコア６は、複数枚の電磁鋼板が積層された第１の電磁鋼板体６Ｈと、複数枚の電磁鋼板が積層された第２の電磁鋼板体６Ｉとが交互に積層されて構成されている。
第１の電磁鋼板体６Ｈは、スロット６Ｃの構成要素であって第１のティース部６Ｄ１で区画されたスロット部６Ｃ１、及び外周部６Ｂに軸線方向に延びて形成された第１の軸方向流路部６Ｆ１を有している。この第１の軸方向流路部６Ｆ１は、周方向に沿って等分間隔で形成されている。
第２の電磁鋼板体６Ｉは、複数の電磁鋼板を積層して形成されているとともに第２のティース部６Ｄ２で区画された、スロット６Ｃの構成要素であるスロット部６Ｃ１及びこのスロット部６Ｃ１を囲って形成された冷却流路６Ｅを有している。
冷却流路６Ｅは、第１のティース部６Ｄ１に対する第２のティース部６Ｄ２の周方向の幅寸法を小さくし、また第２のティース部６Ｄ２の径方向寸法を大きくすることで形成される。
また、第２の電磁鋼板体６Ｉは、外周部６Ｂに軸線方向に延びて形成された第２の軸方向流路部６Ｆ２と、この第２の軸方向流路部６Ｆ２から径外側方向に延びて形成された径方向流路６Ｇとを有している。この第２の軸方向流路部６Ｆ２は、第１の軸方向流路部６Ｆ１と同一線上にある。
なお、ティース６Ｄは、第１のティース部６Ｄ１及び第２のティース部６Ｄ２により構成されている。
また、軸方向流路６Ｆは、第１の軸方向流路部６Ｆ１及び第２の軸方向流路部６Ｆ２により構成されている。
なお、第２の電磁鋼板体６Ｉは、全スロット部６Ｃ１の周囲にそれぞれ冷却流路６Ｅを形成したが、必ずしも冷却流路６Ｅを全スロット部６Ｃ１に形成する必要性はなく、選択したスロット部６Ｃ１のみに冷却流路６Ｅを形成するようにしてもよい。
他の構成は、実施の形態１の電動機と同じである。

この実施の形態による電動機によれば、ステータコア６には、スロット６Ｃの周囲に軸線方向に沿って断続的に冷却流路６Ｅが形成され、空気は冷却流路６Ｅを通じて発熱源であるコイル４の周囲に供給されるので、コイル４は空気により直接され、スロット６Ｃ内に装着されたコイル４を構成する銅線密度が高い場合でも、固定子１は高い冷却効率が確保される。
また、冷却流路６Ｅは、スロット部６Ｃ１のスロット６Ｃの開口側を除いた全周を囲って形成されているので、発熱源であるコイル４と空気との接触面積は増大し、より高い効率でコイル４は冷却される。

また、ステータコア６は、第１の電磁鋼板体６Ｈ及び第２の電磁鋼板体６Ｉのぞれぞれの電磁鋼板の枚数を調整することで、ステータコア６内を流通する空気量を簡単に調整することができ、コイル４を冷却するに最適な空気量でステータコア５内に流通させることができる。
また、径方向流路６Ｇに空気を導く、第１の軸方向流路部６Ｆ１及び第２の軸方向流路部６Ｆ２をステータコア６の外周部６Ｂに形成したので、第２電磁鋼板体６Ｉは、隣接した第２のティース部６Ｄ２間で分割する必要が無く、第２の電磁鋼板体６Ｉは一体で取り扱うことができて強度が向上するとともに、第１の電磁鋼板体６Ｈと第２の電磁鋼板体６Ｉとの積層作業が実施の形態１の電動機と比較して容易になる。

なお、上記の各実施の形態では、エレベータ巻上機用電動機について説明したが、この発明は、他の電動機にも適用できるし、また発電機にも適用することができる。
また、実施の形態１では、第２の電磁鋼板体５Ｈにおいて、冷却流路５Ｅに空気を導く径方向流路５Ｆを形成したが、第２の電磁鋼板体５Ｈをシャフト９の軸線に沿って流れる空気が冷却流路５Ｅに直接垂直に衝突するように配置するようにしてもよい。この場合には、第２の電磁鋼板体５Ｈでは径方向流路５Ｆが不要となる。
同様に、実施の形態２では、ステータコア６において、冷却流路６Ｅに空気を導く、軸方向流路６Ｆ及び径方向流路６Ｇを形成したが、第２の電磁鋼板体６Ｉをシャフト９の軸線に沿って流れる空気が冷却流路６Ｅに直接垂直に衝突するように配置するようにしてもよい。この場合には、第２の電磁鋼板体６Ｉでは軸方向流路６Ｆ及び径方向流路６Ｇが不要となる。
また、導線として銅線を用いたが、勿論銅線は一例であり、他の金属線であってもよい。
また、冷却媒体として空気を用いたが、例えば冷却油を用いた場合でもこの発明は適用できる。この冷却油を用いた場合には、フレームに、循環ポンプ付きの循環配管を設置する必要がある。

１ 固定子、２ 回転子、３ 永久磁石、４ コイル、５，６ ステータコア、５Ａ，６Ａ 内周面、５Ｂ 外周面、５Ｃ，６Ｃ スロット、５Ｃ１，６Ｃ１ スロット部、５Ｄ，６Ｄ ティース、５Ｄ１，６Ｄ１ 第１のティース部、５Ｄ２，６Ｄ２ 第２のティース部、５Ｅ，６Ｅ 冷却流路、５Ｆ，６Ｇ 径方向流路、５Ｇ，６Ｈ 第１の電磁鋼板体、５Ｈ，６Ｉ 第２の電磁鋼板体、６ ステータコア、６Ｂ 外周部、６Ｆ１ 第１の軸方向流路部、６Ｆ２ 第２の軸方向流路部、７ フレーム、８ ファン、７Ａ 流入口、７Ｂ 排水口、９ シャフト、１０ 綱車、１１ 軸受、Ｇ 空隙。

Claims (6)

1. 固定子と、この固定子の内側に回転可能に支持された回転子とを備え、
   前記固定子は、内周面が開口し軸線方向に延びた複数のスロットが周方向に間隔を空けて形成された中空円筒形状のステータコアと、前記スロットに装着されたコイルとを含む回転電機であって、
   前記ステータコアは、前記スロットの周囲に軸線方向に沿って断続的に形成されているとともに冷却媒体を前記コイルの周囲に供給する冷却流路を有していることを特徴とする回転電機。
2. 前記ステータコアは、電磁鋼板が積層されて形成されているとともに前記スロットの構成要素であるスロット部を有する第１の電磁鋼板体と、
   電磁鋼板が積層されて形成されているとともに前記スロットの構成要素であるスロット部、このスロット部の周囲に形成された前記冷却流路、及びこの冷却流路から径外側方向に延びて外周面の外側と連通し前記冷却媒体を冷却流路に導く径方向流路を有する第２の電磁鋼板体とを備え、
   前記第１の電磁鋼板体及び前記第２の電磁鋼板体は、交互に積層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。
3. 前記ステータコアは、電磁鋼板が積層されて形成されているとともに前記スロットの構成要素であるスロット部、及び外周部に軸線方向に延びて形成された第１の軸方向流路を有する第１の電磁鋼板体と、
   電磁鋼板が積層されて形成されているとともに前記スロットの構成要素であるスロット部、このスロット部の周囲に形成された前記冷却流路、外周部に軸線方向に延びて前記第１の軸方向流路と連通して形成された第２の軸方向流路、及び前記冷却流路から径外側方向に延びて前記第２の軸方向流路と連通し前記第１の軸方向流路、第２の軸方向流路からの前記冷却媒体を冷却流路に導く径方向流路を有する第２の電磁鋼板体とを備え、
   前記第１の電磁鋼板体及び前記第２の電磁鋼板体は、交互に積層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。
4. 前記冷却流路は、前記スロット部の前記スロットの開口側を除いた全周を囲って形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機。
5. 前記冷却媒体は、空気であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の回転電機。
6. 前記回転電機は、エレベータ巻上機用電動機であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の回転電機。

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