JP2016158343A - Stator of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の固定子に関する。 The present invention relates to a stator of a rotating electrical machine.
従来、回転電機の固定子には、複数の電磁鋼板を積層して形成された固定子鉄心を備え、電磁鋼板の所定積層枚数位置ごとに配設されたダクトピースにより通風ダクトを形成したものが公知となっている(例えば、下記特許文献1参照)。 Conventionally, a stator of a rotating electrical machine has a stator core formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates, and a ventilation duct is formed by a duct piece arranged at every predetermined number of laminated positions of the electromagnetic steel plates. It is publicly known (see, for example, Patent Document 1 below).
また、通風ダクト入口における通風抵抗を低減し、周方向に複数配設されたダクトピースで区切られた通風ダクト間の通風量の不均衡を緩和するために、固定子鉄心の一つのティース部に配置され周方向に隣り合う複数のダクトピースの固定子鉄心内側先端の形状を、回転子の回転方向上流側に配設されたダクトピースと回転方向下流側に配設されたダクトピースとで異なる形状としたものも公知となっている(例えば、下記特許文献2,3参照)。 In addition, in order to reduce the ventilation resistance at the inlet of the ventilation duct and alleviate the imbalance in the ventilation volume between the ventilation ducts divided by a plurality of circumferentially arranged duct pieces, The shapes of the inner ends of the stator cores of the plurality of duct pieces arranged in the circumferential direction are different between the duct piece arranged on the upstream side in the rotational direction of the rotor and the duct piece arranged on the downstream side in the rotational direction. The shape is also known (for example, see Patent Documents 2 and 3 below).
ここで、例えば突極型片吸込エンジン発電機では、回転子コイル間にあるコイルオサエという構造物により、吸気側から回転子極間に入る軸方向の冷却ガスの風量が排気側にいくにつれ減少する。しかしながら、従来の回転電機の固定子は、軸方向の風量バランスを考慮していないため、上述したように冷却ガスの風量が吸気側から排気側へ向かうにしたがって減少するような構造を有する回転電機においては、軸方向の風量バランスに不均衡が生じるおそれがあるという問題があった。 Here, for example, in a salient pole type single suction engine generator, the structure of the coil spring between the rotor coils reduces the amount of axial cooling gas entering between the rotor poles from the intake side as it goes to the exhaust side. . However, since the stator of the conventional rotating electric machine does not consider the air volume balance in the axial direction, the rotating electric machine has a structure in which the air volume of the cooling gas decreases as it goes from the intake side to the exhaust side as described above. However, there is a problem that an imbalance may occur in the airflow balance in the axial direction.
このようなことから本発明は、軸方向の風量バランスの不均衡を低減することを可能とした回転電機の固定子を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a stator for a rotating electrical machine that can reduce the imbalance in the airflow balance in the axial direction.
上記の課題を解決するための第1の発明に係る回転電機の固定子は、
軸方向に積層された電磁鋼板と、積層された電磁鋼板に対し軸方向に沿う複数個所に挿入されて通風ダクトを形成するダクトピースとを有する回転電機の固定子において、
前記ダクトピースは、棒状に形成されるとともにその長手方向が半径方向に沿って配設され、回転子の回転方向に対して回転方向下流側の面と半径方向内側の面とがなす角度が軸方向に沿って吸気側から排気側へいくに従い小さくなっている
ことを特徴とする。
The stator of the rotating electrical machine according to the first invention for solving the above-described problem is
In a stator of a rotating electrical machine having electromagnetic steel plates laminated in the axial direction, and duct pieces that are inserted in a plurality of locations along the axial direction with respect to the laminated electromagnetic steel plates to form a ventilation duct,
The duct piece is formed in a rod shape and the longitudinal direction thereof is arranged along the radial direction, and the angle formed by the surface on the downstream side in the rotational direction and the surface on the radial direction with respect to the rotational direction of the rotor is an axis. It is characterized by decreasing in size along the direction from the intake side to the exhaust side.
また、第2の発明に係る回転電機の固定子は、
軸方向に積層された電磁鋼板と、積層された電磁鋼板に対し軸方向に沿う複数個所に挿入されて通風ダクトを形成するダクトピースとを有する回転電機の固定子において、
前記ダクトピースは、棒状に形成されるとともにその長手方向が半径方向に沿って配設され、半径方向外側の端部の位置が軸方向によらず一定である一方、半径方向に沿う長さが軸方向に沿って吸気側から排気側へいくに従い短くなっている
ことを特徴とする。
The stator of the rotating electrical machine according to the second invention is
In a stator of a rotating electrical machine having electromagnetic steel plates laminated in the axial direction, and duct pieces that are inserted in a plurality of locations along the axial direction with respect to the laminated electromagnetic steel plates to form a ventilation duct,
The duct piece is formed in a rod shape and the longitudinal direction thereof is arranged along the radial direction, and the position of the radially outer end is constant regardless of the axial direction, while the length along the radial direction is long. It is characterized in that it is shortened from the intake side to the exhaust side along the axial direction.
また、第3の発明に係る回転電機の固定子は、第1の発明に係る回転電機の固定子において、
前記ダクトピースは、半径方向外側の端部の位置が軸方向によらず一定である一方、半径方向に沿う長さが軸方向に沿って吸気側から排気側へいくに従い短くなっている
ことを特徴とする。
Further, the stator of the rotating electrical machine according to the third invention is the stator of the rotating electrical machine according to the first invention,
In the duct piece, the position of the radially outer end is constant regardless of the axial direction, while the length along the radial direction becomes shorter along the axial direction from the intake side to the exhaust side. Features.
本発明に係る回転電機の固定子によれば、軸方向の風量バランスを均一化することができるとともに通風ダクト入口における通風抵抗を低減することが可能となる。 According to the stator of the rotating electric machine according to the present invention, it is possible to make the air volume balance in the axial direction uniform and reduce the ventilation resistance at the inlet of the ventilation duct.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る回転電機の固定子について詳細に説明する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, a stator for a rotating electrical machine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
図1から図3を用いて本発明の実施例1に係る回転電機の固定子について説明する。
図1に示すように、本実施例において回転電機の固定子は、軸方向に積層された多数枚の電磁鋼板11を備えている。電磁鋼板11は、複数枚ごとにブロック12を構成し、隣接するブロック12とブロック12との間には通風ダクト(以下、固定子ダクトという)13が設けられている。
A stator for a rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the stator of the rotating electrical machine includes a large number of
すなわち、図2に示すように、各ブロック12の軸方向端部に配設された電磁鋼板11には、周方向に所定のピッチで形成されたスロット11aとスロット11aとの間に、棒状のダクトピース14がその長手方向を電磁鋼板11の半径方向に向けて放射状に配設されており、このダクトピース14により固定子ダクト13が形成されている。
That is, as shown in FIG. 2, the
そして、本実施例においてダクトピース14は、半径方向内側の端部からスロット11aの底部(以下、スロット底部という)11bに対応する位置までの間の形状が、軸方向の位置に応じて相互に異なっている。具体的には、ダクトピース14の半径方向内側の端部からスロット底部11bに対応する位置までの間の形状(体積)が、吸気側ほど大きく、排気側に向かうにしたがって徐々に小さくなっている。
In this embodiment, the
より詳しくは、ダクトピース14の総数をN,ダクトピース14のスロット底部11bに対応する位置から半径方向内側の端部までの回転方向上流側の長さ(上流側ダクトピース長さ)をDi[mm],ダクトピース14のスロット底部11bに対応する位置から半径方向内側の端部までの回転方向下流側の長さ(下流側ダクトピース長さ)をD[mm]とし、最も吸気側にあるダクトピース14を1番目のダクトピース14−1、最も排気側にあるダクトピース14をN番目のダクトピース14−Nとしたとき、本実施例では、i番目(i=1,2,…,N)のダクトピース14−iの上流側ダクトピース長さDiを下式(1)のように定めている。
Di=D(1−(i−1)/N) …(1)
More specifically, the total number of
Di = D (1- (i-1) / N) (1)
これにより、図3(a)に示すように1番目のダクトピース14−1が正面視矩形状(回転方向下流側の面と半径方向内側の面とがなす角度θ1がほぼ直角)であるのに対し、2番目以降のダクトピース14−2〜14−Nは図3(b),(c)に示すように正面視台形状、より具体的には、回転方向下流側の面と半径方向内側の面とがなす角度θi(ここではi=2〜N)が鋭角に形成された台形状となり、かつ、角度θiは吸気側から排気側に向かうにしたがって小さくなって、図3(c)に示すようにN番目のダクトピース14−Nの回転方向下流側の面と半径方向内側の面とがなす角度θNが最も小さくなっている。 As a result, as shown in FIG. 3A, the first duct piece 14-1 has a rectangular shape in front view (the angle θ1 formed by the surface on the downstream side in the rotational direction and the surface on the radially inner side is substantially perpendicular). On the other hand, the second and subsequent duct pieces 14-2 to 14-N have a trapezoidal shape as shown in FIGS. 3B and 3C, more specifically, a surface on the downstream side in the rotational direction and a radial direction. The angle θi (here, i = 2 to N) formed by the inner surface has a trapezoidal shape formed with an acute angle, and the angle θi decreases from the intake side toward the exhaust side, and FIG. As shown in FIG. 4, the angle θN formed by the surface on the downstream side in the rotation direction of the Nth duct piece 14-N and the surface on the radially inner side is the smallest.
このように構成される本実施例に係る回転機械の固定子によれば、吸気側から排気側に向かうにしたがって回転子側からの冷却ガスを半径方向外側へ導く固定子ダクト14の通風抵抗が小さくなるため、吸気側から排気側までの間の固定子ダクト14の通風抵抗を一定にし、風量バランスを均一化して発電機全体の冷却効率を向上させることができる。
According to the stator of the rotating machine according to the present embodiment configured as described above, the ventilation resistance of the
すなわち、一例として突極型片吸込エンジン発電機を対象として考えると、吸気側から回転子極間に入る軸方向の冷却ガスは、回転子コイル間にあるコイルオサエという構造物により排気側にいくにつれ風量が減少する。また、ダクトピース14を挟んで回転方向上流側と回転方向下流側とで通風ダクト14の形状が同じである場合、風速が大きい場合はダクトピース14よりも回転方向上流側に冷却ガスがよく流れ、風速が小さい場合はダクトピース14よりも回転方向下流側に冷却ガスがよく流れる。
In other words, when considering a salient pole type single suction engine generator as an example, the axial cooling gas entering between the rotor poles from the intake side goes to the exhaust side by a structure called a coil spring between the rotor coils. Air volume decreases. When the shape of the
よって吸気側の風速が大きく排気側の風速が小さい場合、吸気側から排気側にかけて回転方向上流側の風量Qiと回転方向下流側の風量QはQi>Q,Qi≒Q,Qi<Qと変化し、軸方向の風量バランスに不均衡が生じる。 Therefore, when the wind speed on the intake side is large and the wind speed on the exhaust side is small, the air volume Qi on the upstream side in the rotational direction and the air volume Q on the downstream side in the rotational direction vary from Qi> Q, Qi≈Q, Qi <Q from the intake side to the exhaust side. However, an imbalance occurs in the airflow balance in the axial direction.
これに対し、本実施例に係る回転電機の固定子では、吸気側から排気側に向かって冷却ガスの風量が減少すること、及び回転方向上流側の風量Qiと回転方向下流側の風量Qとの風量バランスを考慮し、図3に示し上述したようにダクトピース14の形状を排気側に向かうにしたがって回転方向下流側の面と半径方向内側の面とがなす角度θiが小さくなるようにしたことにより、軸方向及び回転方向の風量バランスの不均衡を低減することを可能としている。
In contrast, in the stator of the rotating electrical machine according to the present embodiment, the air volume of the cooling gas decreases from the intake side to the exhaust side, and the air volume Qi on the upstream side in the rotational direction and the air volume Q on the downstream side in the rotational direction. As shown in FIG. 3 and described above, the angle θi formed by the surface on the downstream side in the rotational direction and the surface on the radially inner side becomes smaller as the shape of the
図1,2及び図4を用いて本発明の実施例2に係る回転電機の固定子について説明する。
本実施例は、図3に示し上述した実施例1のダクトピース14に代えて、図4に示すダクトピース15を適用するものである。それ以外の基本的な構造については実施例1と概ね同様であり、以下、重複する説明は省略し異なる部分を中心に説明する。
A stator for a rotating electrical machine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, a
本実施例においてダクトピース15(15−1〜15−N)は、半径方向内側の端部からスロット底部11bに対応する位置までの間の形状が、軸方向の位置に応じて相互に異なっている。具体的には、ダクトピース15の半径方向外側の端部の位置が軸方向によらず一定である一方、ダクトピース15の長さが排気側に向かうにしたがって徐々に短くなっている。これにより、ダクトピース15の半径方向内側の端部の位置は排気側に向かうにしたがって徐々に半径方向外側に位置するようになっている。
In the present embodiment, the duct pieces 15 (15-1 to 15-N) have different shapes from the radially inner end to the position corresponding to the
より詳しくは、ダクトピース15の総数をN,ダクトピース15のスロット底部11bに対応する位置から半径方向内側の端部までの長さ(ダクトピース長さ)をDi[mm]とし、最も吸気側にあるダクトピースを1番目のダクトピース、最も排気側にあるダクトピースをN番目のダクトピースとしたとき、本実施例では、i番目(i=1,2,…,N)のダクトピース長さDiを下式(2)のように定める。
Di=D(1−(i−1)/N) …(2)
More specifically, the total number of
Di = D (1- (i-1) / N) (2)
これにより、図4(a)に示すように1番目のダクトピース15−1に対し、図4(b),(c)に示すように2番目以降のダクトピース15−2〜15−Nは段階的にダクトピース長さDi(ここではi=2〜N)が短くなり、図4(c)に示すN番目のダクトピース15−Nのダクトピース長さDiが最も短くなっている。 As a result, as shown in FIG. 4A, the second and subsequent duct pieces 15-2 to 15-N as shown in FIGS. The duct piece length Di (here, i = 2 to N) is gradually reduced, and the duct piece length Di of the Nth duct piece 15-N shown in FIG.
このように構成される本実施例に係る回転電機の固定子によれば、排気側にいくにつれ回転子側からの風を上部へ通す固定子ダクト入口の通風抵抗を小さくし、吸気側と排気側およびその間の通風抵抗を一定にし、風量バランスを均一化することで発電機全体の冷却効率を向上させることができる。 According to the stator of the rotating electrical machine according to the present embodiment configured as described above, the ventilation resistance at the entrance of the stator duct through which the wind from the rotor side passes upward as it goes to the exhaust side is reduced, and the intake side and the exhaust are The cooling efficiency of the whole generator can be improved by making the ventilation resistance between the sides constant and making the air volume balance uniform.
すなわち上述したように、例えば突極型片吸込エンジン発電機を対象として考えると、吸気側から回転子極間に入る軸方向の冷却ガスは回転子コイル間にあるコイルオサエという構造物により排気側にいくにつれ風量が減少し、周方向及び径方向の風量も吸気側から排気側にいくに従い減少する。また、固定子ダクト13を通過する風量Qi(i=1,2,…,N)に関しても吸気側から排気側にいくにつれ減少する。このように軸方向に関して固定子ダクト13の風量が不均一となると、温度斑が生じるという問題が生じる。
That is, as described above, for example, when considering a salient pole type single suction engine generator, the axial cooling gas that enters between the rotor poles from the intake side is moved to the exhaust side by a structure called a coil spring between the rotor coils. As the air volume decreases, the air volume in the circumferential direction and the radial direction also decreases as it moves from the intake side to the exhaust side. Further, the air volume Qi (i = 1, 2,..., N) passing through the
これに対し、本実施例に係る回転電機の固定子では、図4に示し上述したように、ダクトピース15の形状を上記(2)式に基づき吸気側から排気側にいくに従い短くして、固定子ダクト13の入口の通風抵抗を排気側にいくほど小さくしたことにより、軸方向の風量を一定にすることができるため、軸方向に関して固定子ダクト13内の風量を均一化し、温度斑の発生を抑制することを可能としている。
On the other hand, in the stator of the rotating electrical machine according to the present embodiment, as shown in FIG. 4 and described above, the shape of the
上述した実施例1,2に対し、棒状に形成され、長手方向を半径方向に沿って配設されたダクトピースを、半径方向外側の端部の位置が軸方向によらず一定でかつ半径方向に沿う長さが軸方向に沿って吸気側から排気側へいくに従い短くなるようにするとともに、回転子の回転方向に対して回転方向下流側の面と半径方向内側の面とがなす角度が軸方向に沿って吸気側から排気側へいくに従い小さくなるようにしてもよい。このような構成とすれば、より効果的に軸方向の風量バランスの不均衡を低減し、かつ温度斑の発生を抑制することが可能となる。 Compared to the first and second embodiments described above, the duct piece formed in a rod shape and disposed in the longitudinal direction along the radial direction has a constant radial outer end position regardless of the axial direction and the radial direction. The length along the axial direction becomes shorter as it goes from the intake side to the exhaust side along the axial direction, and the angle formed between the surface on the downstream side in the rotational direction and the surface on the radially inner side with respect to the rotational direction of the rotor is You may make it small as it goes to an exhaust side from an intake side along an axial direction. With such a configuration, it is possible to more effectively reduce the imbalance in the axial air volume balance and suppress the occurrence of temperature spots.
本発明は、ダクトピースを配設することにより形成された通風ダクトを備える回転電機の固定子に適用して好適なものである。 The present invention is suitable for application to a stator of a rotating electric machine including a ventilation duct formed by arranging a duct piece.
11 電磁鋼板
11a スロット
11b スロット底部
12 ブロック
13 固定子ダクト
14,14−1〜14−N,15−1〜15−N ダクトピース
11
Claims (3)
前記ダクトピースは、棒状に形成されるとともにその長手方向が半径方向に沿って配設され、回転子の回転方向に対して回転方向下流側の面と半径方向内側の面とがなす角度が軸方向に沿って吸気側から排気側へいくに従い小さくなっている
ことを特徴とする回転電機の固定子。 In a stator of a rotating electrical machine having electromagnetic steel plates laminated in the axial direction, and duct pieces that are inserted in a plurality of locations along the axial direction with respect to the laminated electromagnetic steel plates to form a ventilation duct,
The duct piece is formed in a rod shape and the longitudinal direction thereof is arranged along the radial direction, and the angle formed by the surface on the downstream side in the rotational direction and the surface on the radial direction with respect to the rotational direction of the rotor is an axis. A stator for a rotating electrical machine, wherein the stator becomes smaller along the direction from the intake side to the exhaust side.
前記ダクトピースは、棒状に形成されるとともにその長手方向が半径方向に沿って配設され、半径方向外側の端部の位置が軸方向によらず一定である一方、半径方向に沿う長さが軸方向に沿って吸気側から排気側へいくに従い短くなっている
ことを特徴とする回転電機の固定子。 In a stator of a rotating electrical machine having electromagnetic steel plates laminated in the axial direction, and duct pieces that are inserted in a plurality of locations along the axial direction with respect to the laminated electromagnetic steel plates to form a ventilation duct,
The duct piece is formed in a rod shape and the longitudinal direction thereof is arranged along the radial direction, and the position of the radially outer end is constant regardless of the axial direction, while the length along the radial direction is long. A stator for a rotating electrical machine, which is shortened from an intake side to an exhaust side along an axial direction.
前記ダクトピースは、半径方向外側の端部の位置が軸方向によらず一定である一方、半径方向に沿う長さが軸方向に沿って吸気側から排気側へいくに従い短くなっている
ことを特徴とする回転電機の固定子。 In the stator of the rotating electrical machine according to claim 1,
In the duct piece, the position of the radially outer end is constant regardless of the axial direction, while the length along the radial direction becomes shorter along the axial direction from the intake side to the exhaust side. A stator for a rotating electrical machine.
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JP2021072714A (en) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | 株式会社日立インダストリアルプロダクツ | Rotary electric machine and rotary electric machine system |
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2015
- 2015-02-24 JP JP2015033478A patent/JP2016158343A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021072714A (en) * | 2019-10-31 | 2021-05-06 | 株式会社日立インダストリアルプロダクツ | Rotary electric machine and rotary electric machine system |
JP7359649B2 (en) | 2019-10-31 | 2023-10-11 | 株式会社日立インダストリアルプロダクツ | Rotating electric machines and rotating electric machine systems |
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