JPH04156252A

JPH04156252A - 回転電機の冷却装置

Info

Publication number: JPH04156252A
Application number: JP27647490A
Authority: JP
Inventors: Yoshinao Baba; 馬場　良直
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-17
Filing date: 1990-10-17
Publication date: 1992-05-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は回転電機を通風して冷却する回転電機の冷却装
置に関する。

（従来の技術）回転電機としてかご形誘導電動機がよく用いられる。一
般にかご形回転子を用いた誘導電動機は、直流電動機に
比べて整流子、ブラシといりた保守上の制約となるもの
がなく、構造が簡単でがつ堅牢であることから、一般産
業用機械の駆動源として広く用いられている。

特に、電鉄車両業界においては車両駆動用主電動機とし
て直流電動機がその主流を占めている。

ところが、最近のパワーエレクトロニクスの発達により
車両搭載可能な交流可変速電源（車両用ＶＶＶＦインバ
ータバータ主回路電源）が開発されたことにより、上述
のかご形層導電機を駆動用主電動機として用いる駆動シ
ステムが、保守点検の容易さ並びに電力回生効率に優れ
て省エネルギー効果が高いことから注目されている。

従来の誘導電動機の一例を第９図を用いて説明する。第
９図は回転軸中心線を含む断面で切断した縦断面図であ
る。この誘導電機では、固定子コイル３に３相電流を流
して回転磁界を作ると、回転子鉄心８に埋め込まれたロ
ーターバー９に電流が流れ、回転子鉄心８．この回転子
鉄心８を押さえる回転子鉄心押さえ１Ｂ、ローターバー
９、および、このエンドにつくエンドリングｌＯと回転
軸７より構成される回転子が回転を開始するが、この際
ローターバー９および回転子鉄心８には銅損および鉄損
により熱が発生する。

そこで、この発生する熱によるローターバー９及び回転
子鉄心８の温度上昇を押さえるため、回転子鉄心８に鉄
心スラストダクト１】を設け、この中にファン４によっ
て冷却風を吸引通風することにより、ローターバー９お
よび回転子８に発生する熱を放熱させて冷却を行う構成
になっている。

［１０図は、この誘導電動機の冷却風通路を示す。回転
軸７方向の一端に設けられたファン４により他端に設け
られた風取入口５から冷却風を取入れ、回転子鉄心８の
スラストダクト１１及び回転子鉄心８、固定子鉄心２と
のギャップを通り、ファン４近傍に設けられた風排出口
１２を通り誘導電動機の外部へ排出して冷却を行う。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような構造であると、ローターバー
９の銅損による発熱は回転子鉄心８よりも多く、その回
転軸方向の温度勾配は第１１図に示すようになっている
。第１１図（ｂ）に示されるように、ローターバー９の
位置により温度勾配の生ずる理由は、第１１図（ａ）に
示す回転子鉄心８内部の鉄心スラストダクト１１の冷却
風取入口５の温度が低く、回転子鉄心８を十分に冷却す
ることが可能である。ところが、冷却風が鉄心スラスト
ダクト１１内を流れていく過程で回転子に発生する熱を
吸収し、風排出口１２側では冷却風の温度もかなり上昇
するため、風排出口１２側では回転子鉄心８を十分に冷
却することができなくなることによるものである。

従って、ローターバー９には第１１図（ｂ）に示すよう
な温度勾配を生じ、場合によっては温度上昇許容値を越
えてしまう虞れがある。また、従来の回転子の構造にお
いては、回転子鉄心押さえＩＢおよびローターバー９の
エンドリング１０との関係により回転子鉄心８内部の鉄
心スラストダクト１１の位置を、さらにローターバー９
側に近付けることが困難であるため、温度の高い冷却Ｒ
排出口１２側のローターバー９を十分に冷却することが
できないという欠点があった。また、回転子鉄心８内部
の鉄心スラストダクト１１の通風量を多くするため、回
転子鉄心８内部の鉄心スラストダクト１１の数または断
面積を大きくすると、回転子鉄心８の磁気回路断面積が
小さくなり、性能上の問題が生じてくる。

本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、その目
的とするところは、回転子鉄心の磁気回路断面積を減少
させることなく、冷却風排出口側のローターバー温度を
下げ、回転子及び固定子を略均−に冷却することができ
るようにした回転電機の冷却装置を提供することにある
。

［発明の構成］（：１１１題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するため、円筒状フレーム内側
に固着された固定子鉄心と、回転軸に固着された回転子
鉄心を、前記固定子鉄心の内周側にギャップを存して前
記フレーム両端部に配設された軸受はブラケットにより
回転可能に支持された回転子を有し、前記固定子鉄心と
前記回転子鉄心に回転軸方向に設けられた通風路および
前記ギャップに冷却風を通すことにより前記フレームの
内部材の冷却を行う回転電機の冷却装置において、前記
固定子鉄心とこれを囲んでなる前記フレームにこれらの
半径方向に前記ギャップと前記フレームの外部とを導通
する通風路を設けたものである。

また前記回転軸にその軸方向に沿って通風路を設けたも
のである。

（作　用）上記構成により、固定子鉄心およびこれを囲むフレーム
にこれらの半径方向にギャップに導通するよう設けられ
た通風路を通して外気が導入されてくるので、ローター
バーの冷却効果が向上する。

さらに、この通風路の配置をローターバーの温度分布を
考慮して行うことによりローターバーの軸方向の温度が
ほぼ均一となるよう冷却することができる。

また、回転軸にその軸方向に沿って通風路を設け、風取
入口より取り入れた冷却風を通風することにより回転子
鉄心の冷却が促進され、これにより、ローターバーも冷
却される。この冷却によりローターバーの回転軸方向の
温度分布も均一に近づいてゆく。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。ｍ１
図は本発明の第１実施例を示す断面図で、回転軸中心線
を含む断面で切断した縦断面図であり、第２図は第１図
の■−■断面図である。

第１図、第２図において、１は円筒状フレームで、この
両端開口部に配設されたブラケット２０の中心には軸受
２１が設けられ、この軸受２１に回転軸７が回転自由に
支持される。２は例えば珪素鋼板が多数積層された固定
子鉄心であり、その外周とフレーム１の内周が取り合い
、両端に設けられた固定子鉄心押さえ１５によってフレ
ーム１に固着されている。固定子鉄心２の珪素鋼板は、
所定の厚みごとに間隙片Ｉ３が半径方向に設けられ、こ
の間隙片１３に対応するフレーム１に風取入口６が設け
られ、第２図に示すように半径方向にラジアルダクト１
４を形成する。

本実施例の場合、第１図に示すように３つの断面にラジ
アルダクト１４が設けられている。３は固定子鉄心２の
スロットに設けられた固定子コイル、４はフレーム１の
一方の端面側に設けられ外気を吸引する吸引ファン、５
はフレーム１の他方端近傍に設けられた風取入口、７は
回転軸、８は回転子鉄心、９は回転子鉄心８のスロット
に設けられたローターバー、１０はこのローターバー９
の両端を結合してかご形を形成するエンドリング、１１
は回転子鉄心８に開口して設けられたスラストダクト、
１２はファン４の吸引した排気をフレーム１の外に排出
する風排出口、１６は回転子鉄心８の両端を押さえ付は
回転軸７に固定する回転子鉄心押さえである。

次に、以上のように構成された回転電機の冷却装置の動
作について説明する。

第３図は本実施例の冷却通風路を示す。風取入口５はフ
ァン４が設けられたフレーム１の端部と反対側の端部（
以後反ファン側端部という）のフレーム１の円周上に複
数個設けられ、この風取入口５より流入した冷却風は、
固定子鉄心２と回転子鉄心８とのギャップ２２およびス
ラストダクト１１を経てファン４に吸引されてファン側
端部のフレーム円周上に設けられた風排出口１２より排
出される。また、風取入口６はラジアルダクト１４が形
成される各断面上のフレーム１の円周上に複数個設けら
れており、この風取入口６より流入した冷却風はラジア
ルダクト１４を経てギャップ２２に入り、ファン４で吸
引されて風排出口１２より排出される。

ラジアルダクト】４は第３図に示すように９．ローター
バー９の軸方向に分布（本実施例では３箇所）している
ので、ローターバー９は軸方向にわたり、はぼ同じ温度
になるようの冷却されることになるので、軸方向の温度
分布はほぼ均一となる。

第４図では本実施例の冷却効果を示す図で、（ａ）はロ
ーターバー９の位置を示す配置図、（ｂ）はローターバ
ー９の軸方向の温度を示す図である。第４図（ｂ）の横
軸はローターバー９の長さを示し、縦軸に温度を示す。

前述した従来の誘導電動機の場合、冷却風出口側の温度
が高いのに対し、本実施例の場合、全長にわたりほぼ均
一な温度分布となっている。

次に、第２実施例を説明する。

第５図は第２実施例の断面図で回転軸中心線を含む断面
を表す縦断面図である。ｊ＠６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ
断面図であり、ｍ７図は１８５図の■−■断面図である
。これらの図において第１図と同一数字は同一部品を表
す。本実施例は第６図に示すように回転軸に軸方向に沿
って回転軸スラストダクトＩ７を９０゛　ピッチで４本
設け、ファン側の回転子鉄心押さえ１６と回転子鉄心８
との間に第１Ｏ図に示すように半径方向にラジアルダク
ト間隔片１８を各回転軸スラストダクト１７上に４本づ
つ設はラジアルダクト１９を形成したものである。第７
図は本実施例の冷却風通路を示す。本実施例による冷却
風通路では、冷却風取入口５から取入れられた冷却風は
２系統に分かれ、１系統は回転子鉄心８のラジアルダク
トｌｌ及び回転子鉄心８と回転子鉄心２とのギャップ２
２を通り、ファン４により誘導電動機の外部へ排出され
るもので、従来と同一の冷却風通路であり、他の１系統
は本実施例特有のもので、回転軸７に設けられた回転子
スラストダクト１７及び回転子鉄心８と回転子鉄心押さ
え１６との間に設けたラジアルダクト１９を通り、ファ
ン４により誘導電動機の外部へ排出される冷却風通路で
ある。

本実施例も第４図（ｂ）に示すような効果を奏し、従来
冷却しにくく温度上昇について問題のあった風排出口側
のローターバー９が充分冷却できるばかりでなく、回転
子鉄心８固定子コイル３、固定子鉄心２等も充分に冷却
することが可能となる。

Ｌ発明の効果〕以上の説明から明らかなように、本発明は、固定子鉄心
に設けた間隙とこの間隙に対応するフレームの開孔より
なるラジアルダクトを設けて通風路を形成しローターバ
ーを冷却すること、また、回転軸にその軸方向に通風路
を設けて回転子鉄心、ローターバーを冷却することによ
りローターバーをほぼ均一な温度となるよう冷却するこ
とができる回転電機の冷却装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す縦断面図、第２図は
第１図の■−■断面図、第３図は第１実施例の通風路説
明図、第４図は第１実施例によるローターバーの冷却効
果を示す図、第５図は第２実施例の縦断面図、第６図は
第５図の■−■断面図、第７図は第５図の■−■断面図
、第８図は第２実施例の通風路説明図、第９図は従来例
を示す縦断面図、第１０図は従来例の冷却通風状況を示
す図、第１１図は従来例の風取入口によって冷却された
ローターバーの長さ方向の温度分布を示す因である。ユ・・・フレーム、　２・・・固定子鉄心３・・・固定
子コイル、　４・・・ファン、５．６・・・風取入口、
　７・・・回転軸、８・・・回転子鉄心、　９・・・ロ
ーターバー１０・・・エンドリング、１１・・・スラス
トダクト、１２・・・風排田口、　１３・・・間隔片、
１、４　、　ｌ　９・・・ラジアルダクト、　１５・・
・固定子コイルえ、１Ｂ・・・回転子鉄心押え、１７・
・・回転軸スラストダクト１８・・・ラジアルダクト間
隔片、　２０・・・ブラケット、２１・・・軸受け、２
２ギヤツプ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図第　３　図第４図第６図第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）円筒状フレーム内側に固着された固定子鉄心と、
回転軸に固着された回転子鉄心を、前記固定子鉄心の内
周側にギャップを存して前記フレーム両端部に配設され
た軸受けブラケットにより回転可能に支持された回転子
を有し、前記固定子鉄心と前記回転子鉄心に回転軸方向
に設けられた通風路および前記ギャップに冷却風を通す
ことにより前記フレームの内部材の冷却を行う回転電機
の冷却装置において、前記固定子鉄心とこれを囲んでなる前記フレームにこれ
らの半径方向に前記ギャップと前記フレームの外部とを
導通する通風路を設けたことを特徴とする回転電機の冷
却装置。
（２）円筒状フレーム内側に固着された固定子鉄心と、
回転軸に固着された回転子鉄心を、前記固定子鉄心の内
周側にギャップを存して前記フレーム両端部に配設され
た軸受けブラケットにより回転可能に支持された回転子
を有し、前記固定子鉄心と前記回転子鉄心に回転軸方向
に設けられた通風路および前記ギャップに冷却風を通す
ことにより前記フレームの内部材の冷却を行う回転電機
の冷却装置において、前記回転軸にその軸方向に沿って通風路を設けたことを
特徴とする回転電機の冷却装置。