JP6110338B2

JP6110338B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6110338B2
Application number: JP2014106964A
Authority: JP
Inventors: 明小澤; 英伸槌本
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2034-05-23
Also published as: JP2015223048A

Description

本発明の実施形態は、回転電機本体と冷却器とを組み合わせた回転電機に関する。

電動機などの回転電機として、回転電機本体を冷却した高温の空気を、外気を流通させる複数の冷却管（パイプ）で構成された冷却器により通風冷却する全閉外扇形の回転電機がある（例えば、特許文献１参照）。

この回転電機の冷却器内には、軸方向に貫通する複数のパイプが配置されており、このパイプ内には、冷却媒体として電動機の外気が流れている。そして、このパイプの外側に回転電機内を冷却して高温となった内気を交差させて外気との熱交換を行い、冷却する構造である。

このような構造の場合、高温の内気を交差方向に流すために、パイプと直交する仕切り板を設けているが、冷却器への内気の入り口及び出口と、仕切り板との位置関係により、仕切板近傍に内気が流れにくい部分が生じる。このため、この部分の熱交換が充分に行われず、冷却効率が悪かった。

実開昭５９−５３６７４号公報

本発明が解決しようとする課題は、冷却器内の空気の流れを改善することにより、冷却効率を向上させた回転電機を提供することにある。

本発明の実施の形態に係る回転電機は、回転軸方向の一端部側から供給され、内部を冷却した空気を前記回転軸方向の他端部側から排出させる回転電機本体と、この回転電機本体の前記回転軸方向と長さ方向が並列に配置され、それぞれ内部に冷却媒体が流れる複数本の冷却管を有する冷却器と、この冷却器の、前記長さ方向中間部に設けられ、この冷却器による冷却空間を、その長さ方向に仕切って一方の冷却空間と他方の冷却空間とを形成する仕切り板と、前記回転電機本体の両端部、及び前記冷却器の外面を、それぞれ間隔を保って覆い、前記回転電機本体の他端側から排出された空気を前記冷却器の一方の冷却空間と交差する方向に案内し、この一方の冷却空間と交差した空気を他方の冷却空間側に導き、この他方の冷却空間と交差させ、この他方の冷却空間と交差した空気を、前記回転電機本体の前記一端側から供給させるカバーとを備え、前記仕切り板に、前記一方の冷却空間と交差する方向に流れる空気の一部を前記他方の冷却空間内へ直接通気させる通気部を設けたことを特徴とする。

本発明の一実施の形態に係る回転電機を説明する内部構成図である。図１で示した仕切り板に設けた通気部の形状例を示す正面図である。図１で示した仕切り板に設けた通気部の他の形状例を示す正面図である。図１で示したものと同種の回転電機の基本構成及び理想的な通気状態を説明する内部構成図である。図４で示した回転電機における実際の通気状態を説明する内部構成図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

先ず、図４を用いて、この実施の形態に係る回転電機と同種のものの基本構成を説明する。この回転電機１０は、回転電機本体１１、この回転電機本体１１の内部を冷却して高温となった空気（以下、内気とも呼ぶ）を冷却する冷却器１２、この冷却器１２の長さ方向中間部に設けられる仕切り板１３、及びこれら全体を覆うカバー１４により概略構成される。

回転電機本体１１は、回転軸１６の外周に一体的取り付けられた回転子１７、及びこの回転子１７の外周面と所定の間隙で対峙する固定子１８を有する。回転軸１６は、その両端部が図示しない軸受により回転自在に軸支されている。また、この回転軸１６と回転子１７との間には、軸方向に沿って通気路２０が形成されており、また、回転子１７及び固定子１８の、軸方向に沿う互いに対向する複数個所には、それらの半径方向に沿う通風ダクト（図示省略）が形成されている。さらに、固定子１８の外側には、その外周面と間隔を保って本体カバー２１が配置されている。

回転電機本体１１では、その軸方向の一端部側（図示左側）から供給された空気（内気）が通気路２０を通って矢印ａで示すように軸方向に流れ、この軸方向の複数箇所に形成された半径方向に伸びる通風ダクト（図示省略）を通って矢印ｂで示すように流れて、回転子１７及び固定子１８の内部を冷却する。この後、固定子１８の外周と本体カバー２１との間を矢印ｃで示すように流れ、回転電機本体１１の軸方向の他端部側（図示右側）から排出される。回転電機本体１１から排出された空気は、回転軸１６の図示右端部に取り付けられたファン２２により、矢印ｄで示すように冷却器１２に向けて送風される。

冷却器１２は、回転電機本体１１の回転軸方向と長さ方向が並列に配置された複数本の冷却管（図示せず）を有する。これら冷却管は、複数本が相互に間隔を保って平行に配置されており、それぞれ内部には冷却媒体が流れる。この冷却管に流れる冷却媒体としては、図示しない外扇により送風される外気などが用いられる。

この冷却器１２の、長さ方向中間部には前述のように仕切り板１３が設けられている。この仕切り板１３は、冷却器１２による冷却空間を、その長さ方向に仕切って、図示右側の一方の冷却空間１２Ａと、図示左側の他方の冷却空間１２Ｂとに区分する。

カバー１４は、回転電機本体１１及び冷却器１２を含む全体を覆うもので、図示のように、回転電機本体１１の左右両端部、及び冷却器１２の外面（図示上面）を、それぞれ間隔を保って覆っている。したがって、回転電機本体１１の他端側（図示右端側）から排出され、ファン２２により送風された空気を、前述したように矢印ｄの方向に導き、矢印ｅで示すように、冷却器１２の一方の冷却空間１２Ａと交差する方向に案内する。また、この一方の冷却空間１２Ａと交差した空気を矢印ｆで示すように他方の冷却空間１２Ｂ側に導き、矢印ｇで示すように、この他方の冷却空間１２Ｂと交差させる。そして、この他方の冷却空間１２Ｂと交差した空気を、矢印ｈで示すように、再び回転電機本体１１へ、その一端側（図示左端側）から供給させる。

このような構成の回転電機１０では、回転電機本体１１内部を冷却してその図示右端側から排出された空気（内気）は、ファン２２により冷却器１２に向けて送風される。そして、冷却器１２を構成する複数本の冷却管の外周と交差接触し、冷却管内の冷却媒体と熱交換して冷却される。すなわち、矢印ｅ，ｆ，ｇの経路で流れ、矢印ｈで示すように再び回転電機本体１１に供給される。

この場合、冷却器１２の冷却空間１２Ａ，１２Ｂにおける内気の流れは、理想的には、図４において矢印ｅ，ｇで示すように、冷却空間１２Ａ，１２Ｂのほぼ全域において、冷却器１２を構成する図示しない冷却管とほぼ直角に交差することが、冷却効率の上から好ましい。

しかしながら、冷却空間１２Ａ，１２Ｂにおける空気の流れは、図４において矢印ｅ，ｇで示したような理想的な流れにはなり難く、実際には、図５で示すような流れとなる。すなわち、回転電機本体１１に対する内気の供給部及び排出部が、図示左右端に位置しているため、冷却空間１２Ａについてみると、矢印ｄで示すように冷却器１２に向った空気は、冷却空間１２Ａの図示右端寄りでは矢印ｅ１で示すようにほぼ垂直な方向に流れるが、中央よりの部分では、矢印ｅ２で示すように仕切り板１３の上部に向う斜め方向の流れとなる。すなわち、矢印ｅ１，ｅ２で示す二つの主たる流れを形成する。これは冷却空間１２Ｂ側でも同じであり、矢印ｇ１，ｇ２で示す二つの主たる流れが形成される。

このため、仕切り板１３の下部近傍の部分Ｘでは、空気が殆ど流れずに淀んでしまい、冷却器１２における冷却管内の冷却媒体（外気）との熱交換が行われず、冷却効率が低下する。

この場合、回転電機本体１１の本体カバー２１の外面と冷却器１２の図示下面との間隔Ｙ（図４に示す）を大きして、この間の空気を流れ易くしたり、冷却器１２を構成する図示しない複数の冷却管を密に配置して、矢印ｄ方向の空気の流れに対する抵抗を大きくし、その上昇を抑止したりする。このようにすれば、矢印ｄ１（図４に示す）のように、仕切り板１３寄りにも空気が流れ、結果として、冷却領域１２Ａの全域において空気の流れが図４の矢印ｅで示すようにほぼ垂直となり、理想的な空気の流れに近い状態となる。

しかし、前述した間隔Ｙを大きくすることは、本体カバー２１の外面とカバー１４の内面で形成される風導の大形化を招き、製造コスト及び重量の増大につながる。また、冷却器１２を構成する複数の冷却管を密に配置することは通気抵抗の増大をもたらし、運転効率が低下する。したがって、これらの構成は採用し難い。

そこで、この実施の形態では、図１で示すように、仕切り板１３に、図示左右に貫通する通気部２４を設け、一方の冷却空間１２Ａと交差する方向に流れる空気の一部を、矢印ｉで示すように、他方の冷却空間１２Ｂ内へ直接通気させるように構成した。このように構成すると、これまで、図５で示すように、仕切り板１３の上部を通っていた流れｅ１，ｅ２に対して、図１で示すように、バイパスとなる流れｉを設けることとなる。

このバイパスとなる流れｉを設けたことにより、前述した流れｅ１，ｅ２を、本体カバー２１の外面とカバー１４の内面で形成される風導内下部に誘導する流れを生み出すことができる。この結果、冷却器１２を構成する複数の冷却管との実質的な伝熱面積を増やすことができ、冷却効率が向上する。

なお、この流れｉの通気量が大きくなり過ぎても、冷却効率はかえって下がってしまうので、通気量を最適化する必要がある。この最適な通気量は、冷却器１２を構成する冷却管の本数やその束密度、本体カバー２１の外面とカバー１４の内面で形成される風導の大きさ、及び全体の通風量などによって種々異なるので一義的に得ることは難しく、現場合わせ等により実証的に決めればよい。

通気部２４の具体的形状としては、図２で示すように、一方の冷却空間から他方の冷却空間に通じる複数の小孔とする。孔の形状は図示の真円形に限らず、楕円形や多角形でもよく、さらには、図３で示すように、スリットであっても構わない。なお、図２、図３において、符号２５は、冷却装置１２を構成する複数本の冷却管を示しており、仕切り板１３及び図１で示した冷却空間１２Ａ，１２Ｂを貫通して設置され、その内部には冷却媒体が流通する。

ここで、仕切り板１３の通気部２４による通気量は、図２で示した孔状の通気部２４の場合、孔の大きさや個数、配置を調整することで最適化できる。また、図３のスリット状の通気部２４の場合は、スリット幅やその個数、配置位置などを調整することで最適化できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの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。これら新規な実施形態は、その他のさまざま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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

１０・・・回転電機
１１・・・回転電機本体
１２・・・冷却器
１２Ａ，１２Ｂ・・・冷却空間
１３・・・仕切り板
１４・・・カバー
１６・・・回転軸
２４・・・通気部
２５・・・冷却管

Claims

回転軸方向の一端部側から供給され、内部を冷却した空気を前記回転軸方向の他端部側から排出させる回転電機本体と、
この回転電機本体の前記回転軸方向と長さ方向が並列に配置され、それぞれ内部に冷却媒体が流れる複数本の冷却管を有する冷却器と、
この冷却器の、前記長さ方向中間部に設けられ、この冷却器による冷却空間を、その長さ方向に仕切って一方の冷却空間と他方の冷却空間とを形成する仕切り板と、
前記回転電機本体の両端部、及び前記冷却器の外面を、それぞれ間隔を保って覆い、前記回転電機本体の他端側から排出された空気を前記冷却器の一方の冷却空間と交差する方向に案内し、この一方の冷却空間と交差した空気を他方の冷却空間側に導き、この他方の冷却空間と交差させ、この他方の冷却空間と交差した空気を、前記回転電機本体の前記一端側から供給させるカバーとを備え、
前記仕切り板に、前記一方の冷却空間と交差する方向に流れる空気の一部を前記他方の冷却空間内へ直接通気させる通気部を設けた、
ことを特徴とする回転電機。
前記仕切り板に設けた通気部は、一方の冷却空間から他方の冷却空間に通じる複数の小孔であることを特徴とする請求項１に記載の全閉外扇形回転電機。
前記仕切り板に設けた通気部は、一方の冷却空間から他方の冷却空間に通じるスリットであることを特徴とする請求項１に記載の全閉外扇形回転電機。