JP5994491B2 - Cooling fin structure for air-cooled rotary electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、空冷式回転電機のフレーム周面に布設して冷却風と熱交換させる冷却フィンの構造に関する。 The present invention relates to a structure of a cooling fin that is laid on a frame peripheral surface of an air-cooled rotary electric machine and exchanges heat with cooling air.
まず、全閉外扇形電動機を例に、従来における回転電機(インナーロータ形)の一般的な組立構造を図3(a),(b)に示す。図において、1はフレーム(外枠)2とその両端に配したエンドブラケット3との組立体になるケーシング、4はフレーム2の内周側に収容配置した固定子コア、5は固定子コイル、6は回転子(例えば、永久磁石形の回転子)、7は軸受、8は回転子6の軸端(反駆動側)に取付けた外部ファン(外扇)、9はファンカバーである。前記フレーム2の周面上には、ラジアル方向に張り出して軸方向に延在する多数枚の冷却フィン10が周方向に配列して形成されている。
First, a typical assembly structure of a conventional rotating electric machine (inner rotor type) is shown in FIGS. In the figure, 1 is a casing which is an assembly of a frame (outer frame) 2 and
上記構成で回転電機は次記のように冷却される。すなわち、回転電機の運転時に回転子6に設けた外部ファン8が回転すると、図示矢印で表すように軸端から取り込んだ外気の冷却風がファンカバー9を通じて冷却フィン10の相互間の通風路11に沿ってフレーム2の外周面上を軸方向に通流し、この通風過程で冷却風とフレーム2の外表面および冷却フィン10との熱交換により、フレーム2に伝熱した回転電機本体の発生熱(固定子、回転子の銅損、鉄損及び機械損に伴う発熱等)が外方に熱放散される。
With the above configuration, the rotating electrical machine is cooled as follows. That is, when the
なお、前記の冷却フィン10は、鋳造、アルミダイキャスト法、あるいは押出成形法などによりケーシング1のフレーム2と一体成形するか、あるいはフレーム2の周面に冷却フィン10を各枚ごとに溶接するなどして形成している。
The
また、回転電機の外被冷却効果を高めるために、前記冷却フィン10に送流する冷却風量を増加する、あるいは冷却フィンの枚数を増やし放熱面積を増加させて外被冷却性能を高める方法のほか、冷却フィン10をフレーム2の長手方向(冷却風の通流方向)に沿って前後複数列に分割した上で、各列の間で冷却フィン10同士が前後に重ならないように周方向にオフセットして千鳥状に配列し、冷却フィンと冷却気流との間の熱温度境界層を分断および生成して熱交換効率を高めるようにした千鳥配置の冷却フィン構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。
In addition to increasing the jacket cooling effect of the rotating electrical machine, there is a method of increasing the jacket cooling performance by increasing the amount of cooling air sent to the
前記のようにフレーム2の外周面上に布設して軸方向に沿い前後列に分割した冷却フィン10を千鳥状に配列することで冷却フィン10と冷却風との熱交換効率を向上できるものの、冷却フィン10をケーシング1のフレーム2と一体に鋳造するなどして形成した従来構造では、冷却フィン10の千鳥配置により鋳造金型が複雑となって製作コストが増大するほか、回転電機のモデルチェンジあるいは新機種開発に伴い冷却フィン10の形状および配列を変更する場合には、フレーム全体の構造および鋳造用金型を新たに設計するなど製品の製作に多大なコストと時間を要する問題がある。
Although it is possible to improve the heat exchange efficiency between the cooling fins 10 and the cooling air by arranging the cooling fins 10 laid on the outer peripheral surface of the
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記問題を解決してフレームの周面に布設する冷却フィンの配列および仕様の変更にも柔軟に対応して大幅なコストの低減と併せて、外被冷却性能の向上化が図れるように改良した空冷式回転電機の冷却フィン構造を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and its object is to solve the above problems and flexibly cope with changes in the arrangement and specifications of cooling fins laid on the peripheral surface of the frame, thereby significantly reducing costs. In addition, an object of the present invention is to provide a cooling fin structure for an air-cooled rotary electric machine that is improved so as to improve the jacket cooling performance.
上記目的を達成するために、本発明によれば、固定子および回転子を内蔵したケーシングの軸方向に沿ってそのフレーム周面に多数枚の冷却フィンを布設し、冷却風を前記冷却フィンに沿いフレームの周面に送風して固定子および回転子を冷却するようにした外被冷却式の回転電機において、
所定ピッチ間隔で平行に並ぶ複数枚のフィンを取付座板に一体に形成したフィンの集合体により別置冷却フィンの単位ブロックを構成し、
前記冷却フィンの単位ブロックは、前記各枚のフィンを前記取付座板にその中心軸に対して周方向にずらしてオフセット配列した構成とし、該冷却フィンの単位ブロックを前記フレームの周面上にその向きを交互に180°反転して前後列に配置し、前記前後の冷却フィンの単位ブロックの各枚のフィンを冷却風の流れ方向に沿って前記フレームの周面に千鳥配置したことを特徴とする(請求項1)。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a plurality of cooling fins are installed on the peripheral surface of the frame along the axial direction of a casing containing a stator and a rotor, and cooling air is supplied to the cooling fins. In a jacket-cooled rotary electric machine that cools the stator and the rotor by blowing air to the peripheral surface of the along-frame,
A unit block of separate cooling fins is constituted by an assembly of fins integrally formed on a mounting seat plate with a plurality of fins arranged in parallel at a predetermined pitch interval,
The cooling fin unit block has a structure in which the fins of the respective sheets are offset from the mounting seat plate in the circumferential direction with respect to the central axis thereof, and the cooling fin unit blocks are arranged on the peripheral surface of the frame. The direction is alternately inverted by 180 ° and arranged in the front and rear rows, and the fins of each unit block of the front and rear cooling fins are staggered on the peripheral surface of the frame along the flow direction of the cooling air. (Claim 1).
ここで、前記冷却フィンの単位ブロックは、その配置および組立性を簡便化するために次記のような態様で構成することができる。
(1)前記冷却フィンの単位ブロックは、その取付座板の中心軸に対して各枚のフィンを周方向に1/4ピッチずらしてオフセット配列した構造になり、該冷却フィンの単位ブロックをフレームの周面上に布設する際に、その向きを交互に180°反転して前後列に配置する(請求項2)。
(2)前記冷却フィンの単位ブロックは、締結ボルトを介して取付座板をフレームの周面に締結するものとし、ここで前記締結ボルトを取付座板の中心に対して対称位置に配置する(請求項3)。
Here, the unit block of the cooling fin can be configured in the following manner in order to simplify the arrangement and assembly.
(1) The unit block of the cooling fin has a structure in which each fin is offset from the central axis of the mounting seat plate by a quarter pitch shift in the circumferential direction. When laying on the peripheral surface, the direction is alternately inverted by 180 ° and arranged in the front and rear rows (Claim 2).
(2) The unit block of the cooling fin fastens the mounting seat plate to the peripheral surface of the frame via a fastening bolt, and the fastening bolt is disposed at a symmetrical position with respect to the center of the mounting seat plate ( Claim 3).
前記構成のように、冷却フィンの単位ブロックを別置部品として回転電機のフレームとは別に製作しておき、この単位ブロックを共通部品としてフレームの周面に千鳥配置することにより、外被冷却性能の向上と併せて、冷却フィンの配列変更、あるいは固定子および回転子の軸長が異なる別機種の回転電機に対しても、冷却フィン単位ブロックの取付け個数および配置位置を適宜選定することで柔軟に対応できる。また、単位ブロック自体は小形な構造物であり、その成形金型に高いコストをかけずに低コストで製作できる。そのほか、冷却フィンの形状を特殊な形状(例えば筒形,T字形)に変更する場合でも、回転電機のフレーム構造は従前のまま、冷却フィン単位ブロックのフィン形状を変更するだけで簡単に対応できるなど、フレームと冷却フィンが一体構造になる従来構造と比べて大幅なコスト低減化が図れる。 As in the above configuration, the cooling fin unit block is manufactured separately from the rotating electrical machine frame as a separate part, and the unit block is arranged in a staggered manner on the peripheral surface of the frame as a common part. In addition to improvements in cooling fins, it is possible to flexibly change the number of cooling fin unit blocks to be installed and the arrangement position for different types of rotating electrical machines with different stator and rotor shaft lengths. It can correspond to. In addition, the unit block itself is a small structure, and can be manufactured at a low cost without incurring a high cost for the molding die. In addition, even when the shape of the cooling fin is changed to a special shape (for example, a cylindrical shape or a T-shape), it can be easily dealt with by simply changing the fin shape of the cooling fin unit block while maintaining the frame structure of the rotating electrical machine. Thus, the cost can be greatly reduced as compared with the conventional structure in which the frame and the cooling fin are integrated.
また、共通部品である別置冷却フィンの単位ブロックについて、その取付座板の中心軸に対して各枚のフィンを周方向に1/4ピッチずらしてオフセット配列した構造(請求項2)とすることで、該単位ブロックを前後列に並べてフレームの周面上に布設する際にはその向きを交互に180°反転して取付けるだけで各単位ブロックの間で冷却フィンを簡単に千鳥配置でき、これにより製作する単位ブロックを一種類で済む。 Moreover, about the unit block of the separate cooling fin which is a common component, it is set as the structure (Claim 2) which each fin was shifted by 1/4 pitch with respect to the central axis of the mounting seat plate, and was offset-arranged. Thus, when arranging the unit blocks in the front and rear rows and laying them on the peripheral surface of the frame, it is possible to easily arrange the cooling fins between the unit blocks simply by reversing the direction by 180 ° and attaching them. As a result, only one type of unit block is required.
さらに、この単位ブロックをフレーム周面に固着する締結ボルトを取付座板の中心に対して対称位置に配置する(請求項3)ことで、フレームの周面上に穿設するボルト穴を軸方向に揃えて簡単に位置決め,穴加工することができる。 Further, the fastening bolt for fixing the unit block to the frame peripheral surface is arranged at a symmetrical position with respect to the center of the mounting seat plate (Claim 3), whereby the bolt hole drilled on the peripheral surface of the frame is axially arranged. Can be easily positioned and drilled.
以下、この発明による冷却フィン構造の実施の形態を図1(a),(b)、および図2に示す実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a cooling fin structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b) and an example shown in FIG.
図示実施例においては、回転電機のフレーム2と別個に作製した次記構成になる別置形冷却フィンの単位ブロック12を共通部品として、この単位ブロック12をフレーム2の周面上に分散配列して図3に示した空冷式回転電機の冷却フィンを構成している。
In the illustrated embodiment, the unit blocks 12 of separately mounted cooling fins that are manufactured separately from the
すなわち、冷却フィンの単位ブロック12は、円筒形フレーム2の外径に対応する曲率半径を有する断面円弧状の取付座板12aに所定ピッチ間隔(フィンピッチ)Pを隔てて平行に並ぶ複数枚のフィン12b(図示例ではフィン枚数が5枚)を起立形成して一体的な集合体となる。該単位ブロック12は締結ボルト13を介してフレーム2の周面に密着して固着される。なお、この単位ブロック12の諸元(取付座板12aの円弧長、奥行き長さ、およびフィン12bの枚数、板厚、高さ、フィンピッチP)は適用する回転電機の仕様に合わせて設計し、アルミダイキャスト法、押出成形法などにより製作する。
In other words, the cooling
ここで、前記冷却フィンの単位ブロック12について、その取付座板12aの板面上に形成したフィン12bは、図2のように取付座板12aの中心Oに対して各枚のフィン12bが周方向にP/4ピッチだけオフセット配列して形成している。また、図示例では取付座板12aを4本の締結ボルト13(図1(b)参照)でフレーム2に固定するようにし、その締結ボルト13のボルト通し穴12cは取付座板12aの中心Oに対して等距離Lの対称位置に穿設している。
Here, with respect to the
そして、前記の冷却フィン単位ブロック12をフレーム2の周面に分散して布設する際には、図1(b)で示すように姿勢を交互に180°反転して前後列に並べて配置する。これにより、前列の単位ブロック12と後列の単位ブロック12の間で各枚のフィン12aの間が周方向にP/2ピッチずれて千鳥状の配置となる。
When the cooling
また、前記のように締結ボルト13は取付座板12aの中心に対して対称位置に配置しているので、図1(b)のように単位ブロック12の姿勢を180°反転してもボルト13の位置は変わらない。したがって、フレーム2の周面に穿設するボルト穴をフレームの軸方向に揃えて簡単に位置決めして、加工することができる。
Further, as described above, since the
前記の構成で、例えば図3における外部ファン8等の送風手段を経て供給される冷却風をフレーム2の周面に沿って軸方向に送風すると、図1(b)の矢印(air)で表すように、冷却風は前後列に並ぶ単位ブロック12の間で各単位ブロック12に形成した千鳥配置のフィン12bの間を縫うように流れる。これにより、先記の特許文献1と同様に冷却風の通風方向に沿って前後に並ぶフィン間の温度境界層を分断して各列における冷却フィンと冷却風との熱交換効率を高めて回転電機の外被冷却性能を向上できる。
With the above configuration, for example, when the cooling air supplied through the blowing means such as the
しかも、冷却フィンの単位ブロック12を共通部品として回転電機のフレーム2の周面上に配列したことにより、冷却フィンをフレームと一体に形成した従来の冷却フィン構造と比べて大幅なコスト低減が図れる。また、回転電機の仕様に合わせて冷却フレーム単位ブロック12の配置個数あるいは配列を変更する場合でも柔軟に対応できる。
In addition, by arranging the cooling fin unit blocks 12 as common parts on the peripheral surface of the
なお、冷却フィン単位ブロック12の取付座板12aは、フレーム2を介して伝熱する回転電機の発生熱をフィン12bに伝えるヒートスプレッダとして機能するものであり、その組み付け時には取付座板12aとフレームの周面との間に伝熱グリースを塗布するか、伝熱シートあるいは伝熱コンパウンドを介在するなどしてフレームと取付座板との間の伝熱抵抗を低く抑えることができる。
The mounting
1:回転電機のケーシング
2:フレーム
4:固定子
6:回転子
12:冷却フィンの単位ブロック
12a:取付座板
12b:フィン
12c:締結ボルトの通し穴
13:締結ボルト
P:フィンピッチ
1: Casing of rotating electrical machine 2: Frame 4: Stator 6: Rotor 12: Cooling
Claims (3)
所定ピッチ間隔で平行に並ぶ複数枚のフィンを取付座板に一体に形成したフィンの集合体により別置冷却フィンの単位ブロックを構成し、
前記冷却フィンの単位ブロックは、前記各枚のフィンを前記取付座板にその中心軸に対して周方向にずらしてオフセット配列した構成とし、該冷却フィンの単位ブロックを前記フレームの周面上にその向きを交互に180°反転して前後列に配置し、前記前後の冷却フィンの単位ブロックの各枚のフィンを冷却風の流れ方向に沿って前記フレームの周面に千鳥配置したことを特徴とする空冷式回転電機の冷却フィン構造。 A large number of cooling fins are installed on the peripheral surface of the frame along the axial direction of the casing containing the stator and rotor, and the cooling air is blown to the peripheral surface of the frame along the cooling fins. In a jacket-cooled rotating electrical machine that cools
A unit block of separate cooling fins is constituted by an assembly of fins integrally formed on a mounting seat plate with a plurality of fins arranged in parallel at a predetermined pitch interval,
The cooling fin unit block has a structure in which the fins of the respective sheets are offset from the mounting seat plate in the circumferential direction with respect to the central axis thereof, and the cooling fin unit blocks are arranged on the peripheral surface of the frame. The direction is alternately inverted by 180 ° and arranged in the front and rear rows, and the fins of each unit block of the front and rear cooling fins are staggered on the peripheral surface of the frame along the flow direction of the cooling air. A cooling fin structure for an air-cooled rotary electric machine.
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