JPWO2008059687A1 - 回転電動機 - Google Patents
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Abstract
Description
また、電動機が設置される環境温度が特に高い場合、従来のような外扇と放熱リブによる冷却では、循環する内部気体が効果的に冷却されにくいという問題がある。
請求項1に記載の発明は、固定子巻線を内周面に保持する略円筒状のフレームと、前記フレームの両端を密閉するブラケットと、前記ブラケットに設けられた軸受に支持され、前記固定子巻線の電磁作用によって回転するロータと、とを備える回転電動機において、前記ロータにフィンを設けるとともに、前記フレームの部材内にフレーム通風穴を設け、前記フィンによって、前記フレームの内部気体を前記フレーム通風穴を通過させながら循環させて電動機の内部空間の除熱を行い、前記フレームの部材内にさらにフレーム水路を設け、前記フレーム通風穴を通過する前記内部気体を前記フレーム水路に流れる液体によって除熱させる回転電動機とするものである。
請求項2に記載の発明は、前記フィンは、前記ロータの軸方向の一端面に突出して設けられ、前記ロータの回転方向に並ぶ複数のフィンであって、該フィンが前記ブラケットの内壁との間の空間に位置するよう前記ロータに設けられている請求項1記載の回転電動機とするものである。
請求項3に記載の発明は、前記ロータに、前記ロータの回転軸方向に貫通する複数のロータ通風穴が設けられている請求項2記載の回転電動機とするものである。
請求項4に記載の発明は、前記ロータ通風穴の一端は、縁の一部が突縁しており、突縁した部分の先端の方向が、前記ロータが主に回転する方向と同方向となるよう形成されている請求項3記載の回転電動機とするものである。
請求項5に記載の発明は、前記ロータ通風穴が、前記フィンより回転軸寄りに配置されるとともに、前記ブラケットの軸受に対向する位置に設けられている請求項3記載の回転電動機とするものである。
請求項6に記載の発明は、前記フレーム通風穴は、前記フレームの部材内において概ね回転軸方向に延びる通路であって、該フレーム通風穴の両端は、それぞれが前記フレームの内周面に向かい、前記固定子巻線を挟むように開口している請求項1記載の回転電動機とするものである。
請求項7に記載の発明は、前記フレーム通風穴の一端は前記固定子巻線のコイルエンド部分に向かって開口している請求項6記載の回転電動機とするものである。
請求項8に記載の発明は、前記フレーム水路は、前記フレームの部材内で軸方向に延在する複数の水路であって、前記液体が、隣合う前記フレーム水路を軸方向に互いに反対に流れるよう構成されている請求項1記載の回転電動機とするものである。
請求項9に記載の発明は、前記ブラケットは、前記フレームの両端を密閉する第一及び第二のブラケットで構成され、前記第一及び第二のブラケットには前記フレーム水路のうち、隣合う2つの水路のみに対向する折り返し溝が形成され、該折り返し溝によって前記フレーム水路の隣合う2つの水路が折り返すよう連通される請求項8記載の回転電動機とするものである。
請求項10に記載の発明は、前記フレーム通風穴が、前記フレーム水路の間に位置するよう配置されている構成されている請求項8記載の回転電動機とするものである。
請求項11に記載の発明は、固定子巻線と固定子コアを内周面に保持する略円筒状のフレームと、前記フレームの両端を密閉するブラケットと、前記ブラケットに設けられた軸受に支持され、前記固定子巻線の電磁作用によって回転するロータと、とを備える回転電動機において、前記ロータにフィンを設けるとともに、前記フレームの内周面にフレーム通風溝を設け、前記フィンによって、前記フレームの内部気体を前記フレーム通風溝を通過させながら循環させて電動機の内部空間の除熱を行い、前記フレームの部材内にさらにフレーム水路を設け、前記フレーム通風穴を通過する前記内部気体を前記フレーム水路に流れる液体によって除熱させる回転電動機とするものである。
請求項12に記載の発明は、前記固定子コアの外周面に、前記フレーム通風溝内へ突出した突起部が設けられている請求項11記載の回転電動機とするものである。
請求項2に記載の発明によると、ロータの片方に設けたフィンがブラケットの内壁との間の空間に位置して回るので、フィンが無い側の空間よりこの空間の圧力が上昇し、内部気体の循環が起こりやすくなる。
請求項3に記載の発明によると、循環する内部気体がロータに設けられたロータ通風穴を通過するので内部循環しやすくなる。
請求項4に記載の発明によると、ロータが回転する際に当該穴の周囲気体がロータ通風穴に侵入しやすくなる。
請求項5に記載の発明によると、ロータ通風穴が軸受に向かって対抗しているので、内部気体が循環する際、軸受にも循環風がぶつかり、軸受の発熱も除去できる。
請求項6に記載の発明によると、フレーム通風穴の両端がフレームの内周面に向かい、かつ固定子巻線の両端部分で開口しているので、循環気体がフレーム通風穴を通過する際、固定子巻線からの電熱も十分除熱することができる。
請求項7に記載の発明によると、フレーム通風穴の一端は、固定子巻線のコイルエンド部分に開口するように構成されているので、循環する気体がコイルエンド部分にもぶつかり、コイルエンド部分も除熱で切る。
請求項8に記載の発明によると、フレーム水路に流れる液体は、隣合う水路で異なる方向に流れるよう構成されているので、電動機全体を均一に冷却することができる。
請求項9に記載の発明によると、隣合うフレーム水路の液体の流れが異なる方向になるよう、第一及び第二のブラケットの折り返し溝によって簡単に構成できる。また、液体が第一及び第二のブラケットで折り返しながら流れるので、これら第一及び第二のブラケットも冷却するので、第一及び第二のブラケットに保持されている軸受も冷却することができる。
請求項10に記載の発明によると、フレーム通風穴がフレーム水路の間に位置するよう配置されているので、循環した気体がフレーム通風穴を通過する際に、効果的にフレーム水路の冷却液体によって冷却されるので、電動機の内部気体の温度が上昇することを抑えることができる。
請求項11に記載の発明によると、固定子コアの外周面の一部がフレーム通風溝と接しているため、内部気体が循環する際、固定子コアの外周面にも循環風が直接ぶつかり、固定子コアを冷却するため、固定子コアに巻かれた固定子巻線も除熱できる。また、フレームの通風部を溝形状にすることにより、フレーム通風穴の場合に加工が困難な掘り込みの深い穴加工に比べ、フレーム部品の加工を容易に行うことができる。
請求項12に記載の発明によると、突起部を設けたので、内部気体が循環する際、循環風がぶつかる固定子コアの外周面の表面積が広くなるため、固定子コアの冷却効果が大きくなり、固定子コアに巻かれた固定子巻線の除熱効果も大きくすることができる。
2 フレーム
3 固定子巻線
4 リード
5 ロータコア
6 電磁ギャップ
7 回転軸
8、9 軸受
10 Aブラケット
11 Bブラケット
12 レゾルバ
13 ロータ
14 第一のエンドエリング
15 第二のエンドエリング
16 フィン
17 バランス用ネジ穴
18 ロータ通風穴
19 フレーム通風穴
20 空間A
21 矢印
22 コイルエンド
23、24、25 傾斜
26a〜t フレーム水路
27 A継手
28 B継手
29 折り返し溝
30 固定子コア
31 フレーム通気溝
32 突起部
2は円筒状のフレームで、この内周に円筒状の固定子巻線3と固定子コア30とが保持されている。固定子巻線3と接続されるリード4は、後述するBブラケット11から電動機の外部へと導出されており、図示しない電源からリード4を介して固定子巻線3に電流が送出される。固定子巻線3の内周にはロータコア5が、所定の電磁ギャップ6を介して設けられている。ロータコア5は薄い円盤状の電磁鋼板が積層されて形成された円筒状のもので、その内部に図示しない永久磁石が埋設されている。ロータコア5の内周には回転軸7が嵌合されていて、互いに回転しないよう図示しないキーなどで固定されている。
一方、円筒状のフレーム2の両端にはAブラケット10とBブラケット11とが、フレーム2の内部空間を封じるように取り付けられている。そして、Aブラケット10には軸受8の外周が保持され、Bブラケット11には軸受9の外周が保持されている。軸受8、9の内周に回転軸7の両端部がそれぞれ嵌入されていて、これにより回転軸7は回転自在に保持されている。回転軸7の一端はAブラケット10に対して貫通しており、その先端に図示しない負荷が取り付けられる。一方回転軸7の他端には、レゾルバ12が設けられていて、回転軸7の角度検出を行うよう構成されている。
以上が本発明の第1の実施例における回転電動機の構成概要であって、これらは既に公知の構成である。本実施例では、所謂IPMモータの構成を示している。
なお、以下、説明の便宜上、図1の右側つまりAブラケット10側を負荷側、図1の左側つまりBブラケット11側を反負荷側と呼称する。また、ロータコア5と回転軸7とをまとめてロータ13と呼称する。
第一のエンドリング14には、その一面に複数のフィン16が設けられている。フィン16は第一のエンドリング14からほぼ垂直に立設されていて、第一のエンドリング14の外周部分に近い箇所に全周にわたって複数配置されている。本実施例では全周8箇所に等分配置されている。なお、17はフィン16の配置と同様に設けられたバランス用ネジ穴であって、ロータ13が回転したときの偏芯による遠心力を除去するためにおもりなどを取り付けるためのものである。また、第一のエンドリング14には、フィン16らのさらに中心側に複数のロータ通風穴18が設けられている。ロータ通風穴18らは第一のエンドリング14を貫通している。本実施例では全周8箇所に等分配置されている。
そして、ロータコア5にも、第一のエンドリング14のロータ通風穴18と対応する位置に、同じ数だけのロータ通風穴18が形成されている。
また、第二のエンドリング15にも、第一のエンドリング14とロータコア5のロータ通風穴18と対応する位置に、同じ数だけのロータ通風穴18が形成されている。
従って、ロータ通風穴18は、負荷側から反負荷側へ貫通するロータ13の通風路として形成されている。
一方、図1に示すように、フレーム2にはフレーム通風穴19が設けられている。フレーム通風穴19は、概ね回転軸7の軸方向と沿うようにフレーム2の部材に設けられた穴であって、その穴の一端は、Aブラケット10と固定子巻線3の負荷側部分との間の空間に開口(貫通)している。また、その穴の他端は、Bブラケット11と固定子巻線3の反負荷側部分との間の空間に貫通している。フレーム通風穴19は、図2あるいは図3が示すように、円筒状のフレーム2の部材の全周に複数箇所設けられている。本実施例では全周5箇所に配置されている。
このように、ロータ13が回転していればフレーム2内の内部空間の気体は循環し、固定子巻線3、ロータコア5、コイルエンド22を冷却する。また、本実施例のように、軸受8或いは軸受8の外周を保持するAブラケット10のハウジング部分に対向するような位置にロータ通風穴18を配置していれば、軸受8の冷却も期待できる。
また本実施例では、図1のように、フレーム2の内部空間へと貫通するフレーム通風穴19の端部を23で示すように傾斜させたり、フィン16と対向するAブラケット10の軸受8のハウジング部分を24で示すように傾斜させたり、或いは、ロータ13の反負荷側と対向するBブラケット11の軸受9のハウジング部分を、25で示すように傾斜させたりすることで、上記の気体の循環が抵抗無くなされるように構成されている。
図1、図2及び図3が示すように、本実施例ではフレーム2の部材内に回転軸7の軸方向と同じ方向でフレーム水路26a〜26tの計20本の水路が形成されており、これら水路に冷却水などの冷却用液体を流通させることで、主に固定子巻線3から伝達されてくる熱を除熱させる。フレーム水路26a〜26tに液体を流入させるための入口がA継手27であり、流出させるための出口がB継手28である。本実施例ではA継手27及びB継手28はBブラケット11に挿入されている。以下、特に説明はしないが、水路を繋ぐ部分の周囲には、Oリングなどのシール部材が適宜設けられていて、液漏れが発生しないよう構成されている。A継手27から流入された液体はまず、26aの水路に流入して負荷側へと移動する。一方、水路26aの負荷側では、Aブラケット10に形成された折り返し溝29が水路26aと対向するように形成されているので、この折り返し溝29に液体が流入する。また、この折り返し溝29は水路26aに隣接する水路26bとも対向し、連通するよう形成されているので、液体は折り返し溝29で折り返すように水路26bに流入し、今度は負荷側から反負荷側へと移動する。そして、水路26bの反負荷側では、Bブラケット11に形成された折り返し溝29が水路26bと対向するように形成されているので、この折り返し溝29に液体が流入する。同様に、この折り返し溝29は水路26bに隣接する水路26cとも対向し、連通するよう形成されているので、液体は再び折り返して水路26cに流入し、再び反負荷側から負荷側へと移動する。以下、同様な構成で、冷却用液体が、隣合う水路26a〜26tを負荷側から反負荷側方向へいったりきたりしながら移動し、最後にB継手28から流出される。従ってフレーム2の部材内のこれら水路26を移動する間に、固定子巻線3から伝達されてきた熱を除熱する。
図において、31はフレーム通風溝、32は固定子コア外周に設けられた突起部である。
フレーム通風溝31はフレーム2の内周に設けられた溝で、フレーム2の軸方向に沿って設けられている。図7が示すように、溝の断面はU字形状になっていて、U字の上部でフレーム2の内周に対して貫通している。また、フレーム2の円筒全周においてフレーム水路26と干渉しない位置に計5箇所設けてある。
突起部32は固定子コア30の外周部分であって固定子コア30の軸方向に沿って設けられている突起である。図7が示すように、突起の断面は略三角形状になっていて、上記フレーム通風溝31の溝に突出するように形成されている。
すなわち、本発明の第2の実施例が第1の実施例と異なる点は、フレーム通風穴19をフレーム2の内周面へ貫通させて溝形状のフレーム通風溝31としたことと、固定子コア30の外周面に、フレーム通風溝31内へ突出するように突起部32を設けたことである。
突起部32は、循環する気体の抵抗にならないように軸方向の断面積は小さく、フレーム通風溝31内へ突出する部分の総面積は広いことが望ましい。よって、本実施例では断面を三角形状としているが、三角の周囲に小さな溝をつけ、突起部32の表面積を大きくしたほうがよりよい。また、熱伝達を考慮すると、突起部32は固定子コア30と一体となっていることが望ましい。一例として、固定子コア30を薄い円盤状の電磁鋼板を積層して形成する際、突起部32を有する薄い電磁鋼板を積層して固定子コア30を製作すればよい。また、その他の例として、電磁鋼板を積層してこれらを溶接する場合、溶接部のビードを突起部32のような突起形状にすることも挙げられる。
本実施例では、フレーム2の内部気体が循環する際、固定子コア30の外周面の一部がフレーム通風溝31と接しているため、固定子コア30の外周面にも循環する気体が直接接触し、固定子コア30を冷却する。このため、第2の実施例では固定子コア30が内周に保持する固定子巻線3は、固定子コア30側からも除熱でき、主な発熱源である固定子巻線3を効果的に除熱できる。
さらに、固定子コア30の外周面に、フレーム通風溝31内へ突出するように突起部32を設けることにより、循環気体が接触する固定子コア30の外周面の表面積が広くなるため、固定子コア30の冷却効果が大きくなり、固定子コア30に巻かれた固定子巻線3の除熱効果も大きくすることができる。
また、フレーム2の通風部を溝形状にしたので、第1の実施例のフレーム通風穴19のように、掘り込みの深い加工が困難な穴加工に比べ、フレーム2部品の加工を容易に行うことができる。
Claims (12)
- 固定子巻線と固定子コアを内周面に保持する略円筒状のフレームと、前記フレームの両端を密閉するブラケットと、前記ブラケットに設けられた軸受に支持され、前記固定子巻線の電磁作用によって回転するロータと、とを備える回転電動機において、
前記ロータにフィンを設けるとともに、前記フレームの部材内にフレーム通風穴を設け、前記フィンによって、前記フレームの内部気体を前記フレーム通風穴を通過させながら循環させて電動機の内部空間の除熱を行い、
前記フレームの部材内にさらにフレーム水路を設け、前記フレーム通風穴を通過する前記内部気体を前記フレーム水路に流れる液体によって除熱させることを特徴とする回転電動機。 - 前記フィンは、前記ロータの軸方向の一端面に突出して設けられ、前記ロータの回転方向に並ぶ複数のフィンであって、該フィンが前記ブラケットの内壁との間の空間に位置するよう前記ロータに設けられていることを特徴とする請求項1記載の回転電動機。
- 前記ロータに、前記ロータの回転軸方向に貫通する複数のロータ通風穴が設けられていることを特徴とする請求項2記載の回転電動機。
- 前記ロータ通風穴の一端は、縁の一部が突縁しており、突縁した部分の先端の方向が、前記ロータが主に回転する方向と同方向となるよう形成されていることを特徴とする請求項3記載の回転電動機。
- 前記ロータ通風穴が、前記フィンより回転軸寄りに配置されるとともに、前記ブラケットの軸受に対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項3記載の回転電動機。
- 前記フレーム通風穴は、前記フレームの部材内において概ね回転軸方向に延びる通路であって、該フレーム通風穴の両端は、それぞれが前記フレームの内周面に向かい、前記固定子巻線を挟むように開口していることを特徴とする請求項1記載の回転電動機。
- 前記フレーム通風穴の一端は前記固定子巻線のコイルエンド部分に向かって開口していることを特徴とする請求項6記載の回転電動機。
- 前記フレーム水路は、前記フレームの部材内で軸方向に延在する複数の水路であって、前記液体が、隣合う前記フレーム水路を軸方向に互いに反対に流れるよう構成されていること特徴とする請求項1記載の回転電動機。
- 前記ブラケットは、前記フレームの両端を密閉する第一及び第二のブラケットで構成され、前記第一及び第二のブラケットには前記フレーム水路のうち、隣合う2つの水路のみに対向する折り返し溝が形成され、該折り返し溝によって前記フレーム水路の隣合う2つの水路が折り返すよう連通されることを特徴とする請求項8記載の回転電動機。
- 前記フレーム通風穴が、前記フレーム水路の間に位置するよう配置されている構成されていることを特徴とする請求項8記載の回転電動機。
- 固定子巻線と固定子コアを内周面に保持する略円筒状のフレームと、前記フレームの両端を密閉するブラケットと、前記ブラケットに設けられた軸受に支持され、前記固定子巻線の電磁作用によって回転するロータと、とを備える回転電動機において、
前記ロータにフィンを設けるとともに、前記フレームの内周面にフレーム通風溝を設け、前記フィンによって、前記フレームの内部気体を前記フレーム通風溝を通過させながら循環させて電動機の内部空間の除熱を行い、
前記フレームの部材内にさらにフレーム水路を設け、前記フレーム通風穴を通過する前記内部気体を前記フレーム水路に流れる液体によって除熱させることを特徴とする回転電動機。 - 前記固定子コアの外周面に、前記フレーム通風溝内へ突出した突起部が設けられていることを特徴とする請求項11記載の回転電動機。
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