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公開番号2020145899
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200910
出願番号2019042851
出願日20190308
発明の名称回転電機
出願人株式会社明電舎
代理人個人
主分類H02K 9/08 20060101AFI20200814BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ロータを高速度で回転させても、ギャップに空気を効率よく流通させることができる回転電機を提供する。
【解決手段】フレーム11の一端寄りに形成されてフレーム11の一端寄りの内部の一端側空間S1と外部とを連通する一端側連通口16A,16Bと、フレーム11の他端寄りに形成されてフレーム11の他端寄りの内部の他端側空間S2と外部とを連通する他端側連通口18A,18bとを有すると共に、一端側連通口16A,16Bへ接続されて一端側空間S1に空気1を流通させる一端側空気流通装置21と、他端側連通口18A,18Bへ接続されて他端側空間S2に空気1を流通させる他端側空気流通装置22とを備えるモータ10であり、前記装置21,22が、一端側空間S1内の気圧P1を他端側空間S2内の気圧P2よりも1.5倍以上とするように当該空間S1,S2に空気1を流通させるものである。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
円筒形をなすフレームと、
前記フレームの端部を覆うように当該フレームの両端側にそれぞれ設けられたブラケットと、
前記ブラケットに両端側をそれぞれ回転可能に支持されて前記フレームの内部を貫通する回転軸と、
前記回転軸に取り付けられた円筒形をなすロータと、
前記フレームの内周面に取り付けられて前記ロータとの間にギャップを有するように当該ロータを内側に位置させる円筒形をなすステータと
を備えている回転電機において、
前記フレームの一端寄りに形成されて当該フレームの一端寄りの内部の、前記ブラケットと前記回転軸及び前記ロータと前記ステータとで囲まれると共に前記ギャップへ連通する一端側空間と当該フレームの外部とを連通する一端側連通口と、
前記フレームの他端寄りに形成されて当該フレームの他端寄りの内部の、前記ブラケットと前記回転軸及び前記ロータと前記ステータとで囲まれると共に前記ギャップへ連通する他端側空間と当該フレームの外部とを連通する他端側連通口と
を有すると共に、
前記一端側連通口へ接続されて前記フレームの内部の前記一端側空間に空気を流通させる一端側空気流通手段と、
前記他端側連通口へ接続されて前記フレームの内部の前記他端側空間に空気を流通させる他端側空気流通手段と
を備え、
前記一端側空気流通手段及び前記他端側空気流通手段が、前記一端側空間内の気圧を前記他端側空間内の気圧よりも1.5倍以上となるように、当該一端側空間及び当該他端側空間に空気を流通させるものである
ことを特徴とする回転電機。
続きを表示(約 350 文字)【請求項2】
請求項1に記載の回転電機において、
前記フレームの軸方向中程に形成されて当該フレームの外側と内側とを連通させる中程連通口と、
前記中程連通口と前記ギャップとを連通するように前記ステータに形成された中程ダクトと、
前記中程連通口と前記一端側空間とを連通するように前記ステータと前記フレームとの間に設けられた一端側ダクトと、
前記中程連通口と前記他端側空間とを連通するように前記ステータと前記フレームとの間に設けられた他端側ダクトと
を有していることを特徴とする回転電機。
【請求項3】
請求項1又は請求項2に記載の回転電機において、
前記回転軸の一端側に負荷を連結されたモータである
ことを特徴とする回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、モータやジェネレータ等の回転電機に関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
高出力化や高速回転化等を要求される大型のモータやジェネレータ等の回転電機においては、高出力化に対応して、ステータの内部やコイルエンド等の巻線部分に厚手の高圧絶縁紙が使用されると共に、高速回転化に対応して、ロータの磁石が回転軸にリングで覆われるように固定されることから、ステータの巻線部分やロータの磁石部分が放熱しにくくなり、温度上昇しやすくなっている。
【0003】
そのため、ステータとロータとの間のギャップやコイルエンドに空気を流通させることにより、ステータやロータを冷却するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2011−211816号公報
特開2008−301646号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上述したような回転電機において、ロータが高速度(10000rpm以上)で回転すると、ステータとロータとの間のギャップの気圧が高くなって、当該ギャップに空気が流通しにくくなってしまい、冷却性能の低下を招くおそれがあった。
【0006】
このようなことから、本発明は、ロータを高速度で回転させても、ギャップに空気を効率よく流通させることができる回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前述した課題を解決するための、本発明に係る回転電機は、円筒形をなすフレームと、前記フレームの端部を覆うように当該フレームの両端側にそれぞれ設けられたブラケットと、前記ブラケットに両端側をそれぞれ回転可能に支持されて前記フレームの内部を貫通する回転軸と、前記回転軸に取り付けられた円筒形をなすロータと、前記フレームの内周面に取り付けられて前記ロータとの間にギャップを有するように当該ロータを内側に位置させる円筒形をなすステータとを備えている回転電機において、前記フレームの一端寄りに形成されて当該フレームの一端寄りの内部の、前記ブラケットと前記回転軸及び前記ロータと前記ステータとで囲まれると共に前記ギャップへ連通する一端側空間と当該フレームの外部とを連通する一端側連通口と、前記フレームの他端寄りに形成されて当該フレームの他端寄りの内部の、前記ブラケットと前記回転軸及び前記ロータと前記ステータとで囲まれると共に前記ギャップへ連通する他端側空間と当該フレームの外部とを連通する他端側連通口とを有すると共に、前記一端側連通口へ接続されて前記フレームの内部の前記一端側空間に空気を流通させる一端側空気流通手段と、前記他端側連通口へ接続されて前記フレームの内部の前記他端側空間に空気を流通させる他端側空気流通手段とを備え、前記一端側空気流通手段及び前記他端側空気流通手段が、前記一端側空間内の気圧を前記他端側空間内の気圧よりも1.5倍以上となるように、当該一端側空間及び当該他端側空間に空気を流通させるものであることを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記フレームの軸方向中程に形成されて当該フレームの外側と内側とを連通させる中程連通口と、前記中程連通口と前記ギャップとを連通するように前記ステータに形成された中程ダクトと、前記中程連通口と前記一端側空間とを連通するように前記ステータと前記フレームとの間に設けられた一端側ダクトと、前記中程連通口と前記他端側空間とを連通するように前記ステータと前記フレームとの間に設けられた他端側ダクトとを有していることを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係る回転電機は、上述した回転電機において、前記回転軸の一端側に負荷を連結されたモータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る回転電機においては、一端側空気流通手段及び他端側空気流通手段が、一端側空間内の気圧を他端側空間内の気圧よりも1.5倍以上となるように、一端側空間及び他端側空間に空気を流通させることから、ロータが高速度(10000rpm以上)で回転して、ギャップの気圧が高くなっていても、一端側空間内の空気が、他端側空間内へ移動するようにギャップ内を流通するので、ロータの外周面及びステータの内周面を軸方向一端側から他端側へ向かって流通する空気で冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本発明に係る回転電機をモータに適用した場合の主な実施形態の要部の概略構造図である。
図1のモータの空気の流通方向の説明図である。
高速回転時の空気の流通状態の解析結果を示す図であり、Aが同容量の冷却ブロアで冷却した場合を示し、Bが異なる容量の冷却ブロアで冷却した場合を示す。
ステータの内部の巻線及び磁石の温度上昇値の比較グラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明に係る回転電機の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【0013】
〈主な実施形態〉
本発明に係る回転電機をモータに適用した場合の主な実施形態を図1,2に基づいて説明する。
【0014】
図1に示すように、内部中空の円筒形をなすフレーム11の軸方向両端側には、対をなす環状のブラケット12A,12Bが当該フレーム11の端部を覆うように同軸上にそれぞれ取り付けられている。対をなす前記ブラケット12A,12Bは、前記フレーム11の内部を貫通するように当該フレーム11の内部に同軸をなして配設された回転軸13の端部をそれぞれ回転可能に支持している。
【0015】
前記フレーム11の内部の、前記回転軸13の軸方向中程の外周面には、永久磁石14aが当該回転軸13の周方向全長にわたって配設されると共に、円筒形のリング14bが当該永久磁石14aを当該回転軸13の外周面に固定するように嵌合しており、当該永久磁石14a及び当該リング14b等により、ロータ14が構成されている。
【0016】
前記フレーム11の内部の軸方向中程の内周面には、円筒形をなすステータ15の外周面が当該フレーム11と同軸をなすようにして固定されている。前記ステータ15の内側には、前記ロータ14が同軸をなして位置付けられており、当該ロータ14の外周面と当該ステータ15の内周面とは、その間に規定間隔のギャップGを有するように対向している。
【0017】
前記フレーム11の軸方向一端寄り(図1中、左端寄り)の内部には、前記ステータ15の軸方向一端側(図1中、左端側)のコイルエンド19Aを包囲するように前記ブラケット12Aと前記回転軸13及び前記ロータ14と当該ステータ15とで囲まれた一端側空間S1が設けられており、当該一端側空間S1は、前記ギャップGへ連通している。
【0018】
前記フレーム11の軸方向他端寄り(図1中、右端寄り)の内部には、前記ステータ15の軸方向他端側(図1中、右端側)のコイルエンド19Bを包囲するように前記ブラケット12Bと前記回転軸13及び前記ロータ14と当該ステータ15とで囲まれた他端側空間S2が設けられており、当該他端側空間S2は、前記ギャップGへ連通している。
【0019】
前記フレーム11の周面の軸方向一端寄り(図1中、左端寄り)には、当該フレーム11の外部と前記一端側空間S1とを連通させる一端側連通口16A,16Bが前記回転軸13を挟んで対向するように対をなして形成されている。前記フレーム11の周面の軸方向他端寄り(図1中、右端寄り)には、当該フレーム11の外部と前記他端側空間S2とを連通させる他端側連通口18A,18Bが前記回転軸13を挟んで対向するように対をなして形成されている。
【0020】
前記フレーム11の前記一端側連通口16A,16Bは、前記一端側空間S1内に空気を流通させる一端側空気流通手段であるブロア等の一端側空気流通装置21へ連絡しており、当該一端側空気流通装置21は、当該一端側空間S1内の気圧P1を調整するように、当該一端側空間S1内の空気の流通量(通風量)B1を調節することができるようになっている。
【0021】
前記フレーム11の前記他端側連通口18A,18Bは、前記他端側空間S2内に空気を流通させる他端側空気流通手段であるブロア等の他端側空気流通装置22に連絡しており、当該他端側空気流通装置22は、当該他端側空間S2内の気圧P2を調整するように、当該他端側空間S2内の空気の流通量(通風量)B2を調節することができるようになっている。
【0022】
前記フレーム11の周面の軸方向中程には、当該フレーム11の外側と内側とを連通させる中程連通口17A,17Bが前記ステータ15及び前記ロータ14並びに前記回転軸13を挟んで対向するように対をなして形成されており、当該中程連通口17A,17Bは、大気開放されている。
【0023】
前記ステータ15の軸方向中程には、前記中程連通口17A,17Bと前記ギャップGとを連通する中程ダクト15aが径方向へ沿って形成されている。前記フレーム11と前記ステータ15との間には、前記一端側空間S1と前記中程ダクト15aとを連通する一端側ダクト15b及び前記他端側空間S2と前記中程ダクト15aとを連通する他端側ダクト15cが軸方向へ沿ってそれぞれ設けられており、当該ダクト15b,15cは、周方向に沿って所定の間隔でそれぞれ複数設けられている。
【0024】
このような本実施形態に係るモータ10においては、前記ステータ15のコイルに電気を流して前記ロータ14を高速度(10000rpm以上)で回転させると、前記回転軸13の一端側(図1,2中、左端側)に連結された負荷(図示省略)へ動力が伝達される。
【0025】
これと併せて、前記一端側空間S1内の気圧P1が前記他端側空間S2内の気圧P2よりも1.5倍以上となるように(P1≧1.5P2)、言い換えると、前記他端側空間S2内の気圧P2が前記一端側空間S1内の気圧P1よりも2/3倍以下となるように(P2≦2/3P1)、前記空気流通装置21,22を作動させて通風量B1,B2を調節する。これにより、前記空間S1,S2内に空気が流通して、前記コイルエンド19A,19Bが冷却される。
【0026】
これに伴って、図2に示すように、前記フレーム11の外部の空気1が前記中程連通口17A,17B内に引き込まれ、その大部分が、前記ダクト15b,15c内を流通して前記空間S1,S2内に流入すると共に、その残りが、前記ダクト15a内を流通して前記ギャップG内へ流入する。これにより、前記ステータ15は、最も温度の高い軸方向中央部分から両端側へ向かって外周面を流通する空気1で冷却されると共に、最も温度の高い軸方向中央部分で径方向外側から径方向内側へ向かって内部を流通する空気1で冷却される。
【0027】
さらに、前記一端側空間S1内の気圧P1が前記他端側空間S2内の気圧P2よりも大きい(1.5倍以上)、言い換えると、前記他端側空間S2内の気圧P2が前記一端側空間S1内の気圧P1よりも小さい(2/3倍以下)ので、当該一端側空間S1内の空気1が、当該他端側空間S2内へ移動するように前記ギャップG内を流通すると共に、前記中程ダクト15a内を流通した空気1を引き込んで合流しながら当該他端側空間S2内に流入する。これにより、前記ロータ14の外周面及び前記ステータ15の内周面は、軸方向一端側(図1,2中、左端側)から他端側(図1,2中、右端側)へ向かって流通する空気1で冷却される。
【0028】
このため、本実施形態に係るモータ10においては、高出力化への対応で前記ステータ15の内部や前記コイルエンド19A,19B等の巻線部分に厚手の高圧絶縁紙を使用したり、高速回転化への対応で前記永久磁石14aを前記リング14bで覆うように前記ロータ14を前記回転軸13に固定しても、当該ステータ15の内部及び上記コイルエンド19A,19B等の巻線部分や、当該ロータ14の上記永久磁石14a部分を効果的に冷却して、温度上昇を大幅に抑制することができる。
【0029】
したがって、本実施形態に係るモータ10によれば、前記ロータ14を高速度(10000rpm以上)で回転させても、前記ギャップGに空気1を効率よく流通させることができる。
【0030】
なお、前記気圧P1が前記気圧P2の1.5倍よりも小さい(P1<1.5P2)、言い換えると、前記気圧P2が前記気圧P1の2/3倍よりも大きいと(P2>2/3P1)、前記ロータ14を高速度(10000rpm以上)で回転させたときに、前記ギャップGに空気1が流通しにくくなってしまい、冷却性能の向上を図ることが難しくなってしまう。
【0031】
〈他の実施形態〉
また、前述した実施形態では、回転軸13の、大きい気圧P1の前記空間S1側の端部側(一端側)に、負荷を連結した場合について説明したが、他の実施形態として、回転軸13の、小さい気圧P2の前記空間S2側の端部側(他端側)に、負荷を連結した場合や、回転軸13の両方の端部側(一端側及び他端側)に、負荷を連結した場合であっても、前述した実施形態の場合と同様な作用効果を得ることができる。
【0032】
また、前述した実施形態では、高出力化や高速回転化等を要求される大型のモータ10に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、他の電動機や発電機等の回転電機であれば、前述した実施形態の場合と同様にして適用することができる。
【実施例】
【0033】
高速回転時において、負荷直結側と負荷反直結側とに同じ容量の冷却ブロアを接続した場合の解析結果を図3Aに示し、負荷直結側と負荷反直結側とに違う容量(負荷直結側と負荷反直結側とで容量が1:2となる)の冷却ブロアを接続した場合の流体解析結果を図3Bに示す。○及び矢印の中の数字は、吸気流入量、ギャップ流入量それぞれに対する通風量の比率を表す。
【0034】
図3Aでは、負荷直結側と負荷反直結側との圧力差が小さいため、ギャップに流入する空気の量が少ないことが確認できる。図3Bでは、負荷直結側と負荷反直結側とで圧力差がついたことにより、負荷直結側と負荷反直結側とに同じ容量の冷却ブロアを接続した場合と比べて、ギャップに流入する空気の量を6倍に増加できることがわかる。
【0035】
また、ステータの内部の巻線及び磁石の最大温度上昇の比較グラフを図4に示す。図4のグラフは、同容量通風時の巻線及び磁石の各最大温度上昇をもとに正規化したものである。圧力差通風により、巻線では7%ほど、磁石では27%ほどの温度上昇の低減が認められ、ステータ及びロータの冷却に効果があることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【0036】
本発明に係る回転電機は、ロータを高速度で回転させても、ギャップに空気を効率よく流通させることができ、冷却性能を大きく向上させて、高出力化や高速回転化を更に図ることができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【0037】
1 空気
10 モータ
11 フレーム
12A,12B ブラケット
13 回転軸
14 ロータ
14a 永久磁石
14b リング
15 ステータ
15a 中程ダクト
15b 一端側ダクト
15c 他端側ダクト
16A,16B 一端側連通口
17A,17B 中程連通口
18A,18B 他端側連通口
19A,19B コイルエンド
21 一端側空気流通装置
22 他端側空気流通装置
G ギャップ
S1 一端側空間
S2 他端側空間

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