JP6611272B2 - Rotating electric machine and stator cooling structure - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機および固定子冷却構造に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine and a stator cooling structure.
回転電機は、回転子、固定子を備えており、また、全閉形の回転電機では、通常、さらに冷却器も備えている。全閉形の回転電機においては、フレームと冷却器カバーとで閉空間を形成している。冷却器を構成する冷却管はこの閉空間内を貫通しており、冷却管の外側は、閉空間の雰囲気である。通常は、空気などの冷却用気体がこの閉空間内を循環する。 A rotating electrical machine includes a rotor and a stator, and a fully closed rotating electrical machine usually further includes a cooler. In a fully-closed rotary electric machine, a closed space is formed by a frame and a cooler cover. The cooling pipe constituting the cooler passes through this closed space, and the outside of the cooling pipe is an atmosphere of the closed space. Normally, a cooling gas such as air circulates in this closed space.
冷却用気体は、回転子鉄心、固定子鉄心および固定子巻線等を冷却する。冷却用気体は、冷却器において冷却される。 The cooling gas cools the rotor core, the stator core, the stator winding, and the like. The cooling gas is cooled in a cooler.
冷却器は、たとえば、冷却管内を冷却水が流れる方式の場合がある。あるいは、全閉外扇形の回転電機の場合は、回転子のロータシャフトの一端(反結合側)に外扇が設けられ、外扇により駆動された外気が、冷却器の軸方向に延びた冷却管のそれぞれの一方の開口から冷却管内に流入し、他方の開口から外部に流出する。 The cooler may be, for example, a system in which cooling water flows through a cooling pipe. Alternatively, in the case of a fully-enclosed external fan-shaped rotating electrical machine, an external fan is provided at one end (on the opposite side) of the rotor shaft of the rotor, and the outside air driven by the external fan extends in the axial direction of the cooler The liquid flows into the cooling pipe from one of the openings and flows out to the outside through the other opening.
前述のように、冷却用気体は、回転子鉄心、固定子鉄心および固定子巻線等を冷却するとともに、冷却器において冷却される。特に発熱量の大きな固定子については、通常、固定子鉄心の軸方向に互いに間隔をあけて複数のダクトを設け、ダクトにおいて冷却用気体を径方向外側に流すことにより冷却効率を上げている。 As described above, the cooling gas cools the rotor core, the stator core, the stator winding, and the like and is cooled in the cooler. In particular, a stator having a large calorific value is usually provided with a plurality of ducts spaced apart from each other in the axial direction of the stator core, and cooling efficiency is increased by flowing cooling gas radially outward in the ducts.
すなわち、固定子鉄心は、通常は、たとえば、透磁率が比較的高く低価格であるケイ素鋼板などの電磁鋼板が軸方向に積層された積層構造であるので、軸方向に互いに間隔をあけた位置に、スペーサを設けて、互いに隣接する積層構造体の間に隙間を設けてダクトを形成し、固定子鉄心の径方向内側から径方向外側への流路を確保している。 That is, the stator core is usually a laminated structure in which electromagnetic steel plates such as silicon steel plates having a relatively high magnetic permeability and a low price are laminated in the axial direction. In addition, a spacer is provided, a gap is formed between the laminated structures adjacent to each other to form a duct, and a flow path from the radially inner side to the radially outer side of the stator core is secured.
固定子鉄心の内部では、固定子巻線からは、銅損すなわちジュール熱による発熱、積層構造体の内部では鉄損すなわち渦電流損あるいは磁気的なヒステリシス損による発熱がある。このため固定子内部では熱伝導によりその外表面に至る熱流束が生じる。したがって、冷却効率の上では、ダクトを多く設けることにより放熱のための表面積を増やすのが好ましいことになる。 Inside the stator core, the stator winding generates heat due to copper loss, that is, Joule heat, and inside the laminated structure, heat is generated due to iron loss, that is, eddy current loss or magnetic hysteresis loss. For this reason, a heat flux reaching the outer surface of the stator is generated by heat conduction. Therefore, in terms of cooling efficiency, it is preferable to increase the surface area for heat dissipation by providing many ducts.
一方、強磁性体である電磁鋼板が存在しないダクトが形成された幅の狭い空間においては、磁気抵抗が大きい。このため、トルクの確保などの電磁気的性能上は、固定子鉄心においてダクトの占める割合が小さいことが好ましい。 On the other hand, the magnetic resistance is large in a narrow space in which a duct is formed in which no magnetic steel sheet as a ferromagnetic material is present. For this reason, it is preferable that the ratio of the duct in the stator core is small in terms of electromagnetic performance such as securing of torque.
このような課題を解決する方法として、固定子鉄心を軸方向に貫通する固定子鉄心締め付け用のボルトを孔あきボルトとして、この軸方向に貫通する孔を、冷却用気体の流路とすることにより、冷却能力を向上させる方法が知られている(特許文献1参照)。この場合、冷却能力をさらに確保するために孔あきボルトの径を大きくすることは、磁力線の通路に、磁気抵抗となる径の大きなものが存在することになるため、回転電機の効率上は好ましいことではない。 As a method for solving such a problem, a bolt for fastening the stator core that penetrates the stator core in the axial direction is used as a perforated bolt, and the hole that penetrates in the axial direction is used as a cooling gas flow path. Thus, a method for improving the cooling capacity is known (see Patent Document 1). In this case, increasing the diameter of the perforated bolt in order to further ensure the cooling capacity is preferable in terms of the efficiency of the rotating electrical machine because there is a large diameter that becomes a magnetic resistance in the path of the lines of magnetic force. Not that.
そこで、本発明は、回転電機の効率確保に大きな影響を及ぼさずに冷却効率を確保することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to ensure cooling efficiency without greatly affecting the efficiency of the rotating electrical machine.
上述の目的を達成するため、本発明は、軸方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に設けられ、それぞれが複数の電磁鋼板を有し前記軸方向に配列された複数の積層構造体と前記複数の積層構造体を冷却する固定子冷却構造と前記複数の積層構造体を前記軸方向に締め付ける複数の締め付けボルトとを具備する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記軸方向に貫通する固定子巻線と、を有する固定子と、前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、前記回転子鉄心を挟んで前記軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、前記ロータシャフトに取り付けられて冷却用気体を前記固定子鉄心の方向に送る内扇と、を備える回転電機であって、前記固定子冷却構造は、互いに前記軸方向に隣接する前記複数の積層構造体に挟まれて前記冷却用気体が径方向内側から径方向外側に流れる複数のダクトのそれぞれを形成するスペーサと、前記複数の積層構造体のそれぞれと接するように前記軸方向に貫通し、前記複数の締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の冷却用ボルトおよび前記複数の冷却用ボルトのそれぞれに螺合する複数のナットと、前記複数の積層構造体のそれぞれの外周面に密着するように配されて、前記複数の締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の放熱板と、を有し、前記放熱板は、外表面に放熱面積拡大部材を有することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a rotor having a rotor shaft that extends in the axial direction and is rotatably supported, and a rotor iron core that is provided radially outside the rotor shaft;
Wherein provided radially outside the rotor core, wherein each of the plurality of laminated structures are arranged in the axial direction has a plurality of electromagnetic steel plates and a stator cooling structure for cooling the plurality of laminated structures plurality a cylindrical stator core having a plurality of fastening bolts to fasten the laminated structure in the axial direction of a stator having a stator winding that penetrates in the axial direction of the stator in the iron core, supporting said rotor shaft in said arranged outward in the radial direction of the stator and the frame for housing the stator and the rotor core, each of both sides of the rotor shaft of the axial direction across the rotor core A rotating electric machine comprising: a coupling-side bearing and an anti-coupling-side bearing, and an inner fan that is attached to the rotor shaft and sends a cooling gas in the direction of the stator core. And a spacer for forming each of the plurality of laminated structures sandwiched by the cooling gas radially inward from a plurality of flows radially outward duct adjacent to the axial direction, and each of the plurality of laminated structures a plurality of nuts which the shaft penetrates in the direction, is screwed into each of the plurality of cooling bolts and the plurality of cooling bolts using a material having high thermal conductivity than the material of said plurality of fastening bolts so as to contact, said plurality of arranged so as to be in close contact with each of the outer circumferential surface of the laminated structure, have a, a plurality of heat radiating plate with high material than the thermal conductivity of the plurality of fastening bolts material, the heat radiating plate Has a heat radiating area expanding member on the outer surface .
また、本発明は、ロータシャフトおよび回転子鉄心を有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられ、それぞれが複数の電磁鋼板を有し軸方向に配列された複数の積層構造体と、前記複数の積層構造体を前記軸方向に締め付ける複数の締め付けボルトとを具備する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、前記回転子鉄心を挟んで前記軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、前記ロータシャフトに取り付けられて冷却用気体を駆動する内扇と、を備える回転電機の前記固定子鉄心を冷却する固定子冷却構造であって、互いに前記軸方向に隣接する前記複数の積層構造体に挟まれて前記冷却用気体が径方向内側から径方向外側に流れる複数のダクトのそれぞれを形成するスペーサと、前記複数の積層構造体のそれぞれと接するように前記軸方向に貫通し、前記複数の締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の冷却用ボルトおよび前記複数の冷却用ボルトのそれぞれに螺合する複数のナットと、前記複数の積層構造体のそれぞれの外周面に密着するように配されて、前記複数の締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の放熱板と、を有し、前記放熱板は、外表面に放熱面積拡大部材を有することを特徴とする。
Further, the present invention comprises a rotor having a rotor shaft and a rotor core, wherein provided radially outside the rotor core, their respective plurality of which are arranged in a direction a plurality of electromagnetic steel plates a laminated structure, a cylindrical stator core having a plurality of fastening bolts to fasten the plurality of laminated structures in the axial direction, and the stator windings passing through the stator in core in the axial direction a stator having a frame for housing the stator and the rotor core, the rotor core interposed therebetween wherein the axial direction of the supporting the rotor shaft in each of opposite sides of the rotor shaft coupling-side bearing and counter a coupling-side bearing, a stator cooling structure for cooling the stator core of a rotary electric machine comprising a fan, an inner driving the cooling gas is attached to the rotor shaft, to adjacent the axial directions And a spacer for forming each of the plurality of laminated structures plurality of ducts sandwiched the flowing cooling gas from radially inner to radially outward in the axial direction so as to be in contact with each of the plurality of laminated structures A plurality of cooling bolts using a material having a higher thermal conductivity than the material of the plurality of fastening bolts, a plurality of nuts screwed into each of the plurality of cooling bolts, and the plurality of laminated structures of arranged so as to be in close contact with each of the outer peripheral surface, have a, a plurality of heat radiating plate using a material having high thermal conductivity than the material of said plurality of fastening bolts, the heat sink, the heat radiation on the outer surface It has the area expansion member .
本発明によれば、回転電機の効率確保に大きな影響を及ぼさずに冷却効率を確保することができる。 According to the present invention, the cooling efficiency can be ensured without greatly affecting the efficiency of the rotating electrical machine.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機および固定子冷却構造について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, a rotating electrical machine and a stator cooling structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る回転電機の構成を示す回転軸に沿って切断した立断面図である。回転電機200は、回転子10、固定子20、フレーム40、および固定子冷却構造100(図2、図5)を有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an elevational cross-sectional view taken along a rotation axis showing the configuration of the rotating electrical machine according to the first embodiment. The rotating
回転子10は、回転軸方向に水平に延びて反結合側軸受30aおよび結合側軸受30bによって回転可能に支持されたロータシャフト11、およびロータシャフト11の径方向外側に設けられた回転子鉄心12を有する。
The
ロータシャフト11の一方の端部には、駆動対象や原動機などの結合対象と機械的に結合するためのたとえばフランジなどのカップリング部11aが形成されている。なお、以下、回転軸に平行な2つの方向のうち、回転子鉄心12から反結合側軸受30aに向かう方向(図1の右方向)を反結合側方向、回転子鉄心12から結合側軸受30bに向かう方向(図1の左方向)を結合側方向と呼ぶこととする。
At one end portion of the
ロータシャフト11には、回転子鉄心12の軸方向の両外側であってそれぞれ反結合側軸受30aおよび結合側軸受30bの内側に内扇51aおよび内扇51bが取り付けられている。
An
固定子20は、回転子鉄心12の径方向外側にアニュラス状の空間であるギャップ18を介して設けられた円筒状の固定子鉄心21、および固定子鉄心21の径方向内側表面近傍を回転軸方向に貫通し周方向に互いに間隔をおいて配された固定子巻線22を有する。
The
フレーム40は、固定子20および回転子鉄心12を収納するように、これらの径方向外側を囲んでいる。フレーム40の回転軸方向の両側には、反結合側軸受ブラケット45aおよび結合側軸受ブラケット45bが設けられており、それぞれ反結合側軸受30aおよび結合側軸受30bを固定支持している。
The
フレーム40の上部には、冷却器60が設けられている。冷却器60は、複数の冷却管61、これらの冷却管61を収納する冷却器カバー63、端板62a、62bおよびガイド板66a、66bを有する。端板62a、62bは冷却器カバー63の回転軸方向の両側に設けられている。
A
複数の冷却管61は、互いに並列に配され回転軸方向に延びている。それぞれの冷却管61は、両端が端板62a、62bを貫通し、端板62a、62bにより固定支持されている。それぞれの冷却管61の両端は開口している。
The plurality of
ロータシャフト11の反結合側方向の端部近傍には、当該回転電機200を自ら冷却するために、外扇55が設けられている。フレーム40および端板62aには、外扇55を覆うように外扇カバー56が取り付けられている。外扇カバー56には、外気の取り入れ口である流入口56aが形成されている。外扇カバー56内の空間は、それぞれの冷却管61の内部に連通している。
An
フレーム40、反結合側軸受ブラケット45a、結合側軸受ブラケット45b、冷却器カバー63、および端板62a、62bは、互いに相俟って閉空間40aを形成する。また、冷却器60においては、冷却管61も閉空間40aを形成する要素であり、冷却管61の外側が閉空間40aの一部となっている。閉空間40aを構成するフレーム40内の空間と冷却器カバー63内の空間とは、冷却器入口開口64および冷却器出口開口65a、65bで連通している。
The
閉空間40a内は、たとえば空気などの冷却用気体により満たされている。冷却用気体は、内扇51a、51bに駆動されて、閉空間40a内を循環する。内扇51a、51bにより駆動された冷却用気体は、軸方向の両側から回転子鉄心12および固定子20に流入する。
The
回転子鉄心12および固定子20を通過してこれらを冷却した冷却用気体は、固定子鉄心径方向外側空間41に流出し、冷却器入口開口64を経由して、冷却器60に流入する。冷却器60に流入した冷却用気体は、冷却器カバー63内でガイド板66aとガイド板66bとの間を、複数の冷却管61の外表面で冷却されながら、冷却管61の外側を通過する。その後、冷却器カバー63内の上部連通空間67で方向を転換して、2方向に分離する。
The cooling gas that has passed through the
反結合側方向に方向転換した冷却用気体は、さらに下方に方向転換し、ガイド板66aと端板62aの間の複数の冷却管61の外表面で冷却されながら、冷却管61の外側を通過し、その後、冷却器出口開口65aを経由して冷却器60から流出する。冷却器60から流出した冷却用気体は、フレーム40内に流入し、内扇51aに流入する。
The cooling gas whose direction is changed to the anti-coupling side direction is further changed to the lower direction and passes through the outside of the cooling
結合側方向に方向転換した冷却用気体は、さらに下方に方向転換し、ガイド板66bと端板62bの間の複数の冷却管61の外表面で冷却されながら、冷却管61の外側を通過し、その後、冷却器出口開口65bを経由して冷却器60から流出する。冷却器60から流出した冷却用気体は、フレーム40内に流入し、内扇51bに流入する。
The cooling gas whose direction is changed in the direction of the coupling side is further changed in the downward direction and passes outside the cooling
図2は、固定子鉄心の構成を示す図3のII−II線矢視2分の1縦断面図である。また、図3は、固定子鉄心の軸方向外側からみた図2のIII−III線矢視2分の1正面図である。いずれも固定子鉄心21の上半部分を示している。
2 is a half longitudinal sectional view taken along the line II-II in FIG. 3 showing the configuration of the stator core. FIG. 3 is a half front view taken along the line III-III in FIG. 2 as viewed from the axially outer side of the stator core. Both show the upper half of the
固定子鉄心21は、複数の積層構造体23、軸方向に積層された複数の積層構造体23を軸方向の両側から挟む2枚の端部締め付け板25、端部締め付け板25を締め付ける複数の締め付けボルト27およびナット27a、ならびに固定子冷却構造100を有する。複数の積層構造体23のそれぞれは、軸方向に積層された強磁性体であるたとえばケイ素鋼板などの複数の電磁鋼板を有する。
The
固定子冷却構造100は、複数の冷却用ボルト28およびナット28a、積層構造体23間にダクト24aを形成する複数のスペーサ24(図4)、および放熱板101(図5)を有する。冷却用ボルト28および放熱板101の材質は、たとえばアルミニウムあるいは銅などの熱的に良導体、すなわち、鉄などの構造材料に比べて熱伝導率の高い材料である。なお、図2において、放熱板101の図示を省略している。
The
軸方向に積層されることにより積層構造体23を構成する複数の電磁鋼板は、それぞれが、中央に回転子10が貫通する円形の開口が形成された孔明き円板である。互いに隣接する積層構造体23は、軸方向に間隙を有する空間であるダクト24aを形成する。それぞれのダクト24aは、スペーサ24により軸方向の間隙寸法が維持されている。ダクト24aは、ギャップ18に流入した冷却用気体、あるいは回転子鉄心12から径方向に流出した冷却用気体が、径方向内側から径方向外側に流れる流路となる。
The plurality of electromagnetic steel plates constituting the
2枚の端部締め付け板25は、中央に、積層構造体23を構成する電磁鋼板の開口よりは大きく、かつ電磁鋼板の外径よりは小さな径の円形の開口が形成された孔明き円板である。端部締め付け板25には、円周方向に互いに間隔をあけて、締め付けボルト27および冷却用ボルト28が交互に貫通している。締め付けボルト27および冷却用ボルト28は、それぞれの積層構造体23の径方向の表面を軸方向に貫通し周方向に互いに間隔をもって形成された溝21c(図5)に沿って、溝21cに密着するように配されている。
The two
複数の締め付けボルト27およびそれぞれに対応するナット27aは、端部締め付け板25を介して、固定子鉄心21を軸方向の両側から締め付けるので、本数は、それぞれの締め付けボルト27の強度と、固定子鉄心21からの反力とを考慮して決められる。
The plurality of
図3に示すように、締め付けボルト27および冷却用ボルト28は交互に配されている。ただし、これに限定されない。端部締め付け板25の強度が問題なく、また、寸法的に成立するならば、互いに隣接する締め付けボルト27どうしの間に、2本またはそれ以上の冷却用ボルト28を配することでもよい。
As shown in FIG. 3, the
図3でも示されているが、前述のように、締め付けボルト27および冷却用ボルト28の貫通位置は、それぞれの中心位置が、積層構造体23の径方向外周面とほぼ同じ位置となっている。これは、固定子鉄心21において、磁力線が通過する領域に、締め付けボルト27および冷却用ボルト28のように磁気的な抵抗となるものができるだけ存在しないようにするためである。ただし、磁気的な性能上、問題が無ければ、冷却用ボルト28は、より温度の高い領域である固定子鉄心21の径方向内側に配されることが、冷却性能上は好ましい。
As shown in FIG. 3, as described above, the penetration positions of the
積層構造体23の径方向内側には、それぞれ軸方向に延びた複数のスロット21bが、周方向に互いに間隔をあけて形成されている。また、この結果、複数のティース21aが形成されている。それぞれのスロット21bには、固定子巻線22の導体(図示せず)が配される。
On the radially inner side of the
積層構造体23のうち軸方向に最も外側のものと、端部締め付け板25との間には、孔明き円板状の端部押さえ26が配されている。端部押さえ26は径方向内側に複数の突起を有し、それぞれが、ティース21aの端部を軸方向内側に押すようになっている。なお、端部押さえ26は、端部締め付け板25より径方向内側部分が端部締め付け板25と一体に形成されている方式でもよい。
A perforated disc-shaped
図4は、固定子冷却構造を示す図2のIV−IV線矢視2分の1断面図である。軸方向に垂直な断面でダクト24aの位置で切断した断面を示している。積層構造体23を構成する軸方向端部の電磁鋼板には、径方向に延びて放射状に配列された複数のスペーサ24が取り付けられている。各スペーサの周方向の角度位置は、締め付けボルト27が設けられている角度位置であり、これらに挟まれたそれぞれの角度領域を、径方向内側から外側に冷却用気体が流れる。なお、図4において、放熱板101の図示を省略している。
4 is a half sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2 showing the stator cooling structure. The cross section cut | disconnected in the position of the
図5は、固定子冷却構造の構成を説明するための回転軸に垂直方向に切断した固定子の部分断面図である。 FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the stator cut in the direction perpendicular to the rotation axis for explaining the configuration of the stator cooling structure.
固定子鉄心21の径方向表面には、前述のように、周方向に間隔をおいて配されて、軸方向に延びた複数の溝21cが形成されている。これらの溝21cに嵌合するように、固定子鉄心21の径方向外側には、締め付けボルト27および冷却用ボルト28のいずれかが配されている。
As described above, a plurality of
締め付けボルト27および冷却用ボルト28が取り付けられた状態の固定子鉄心21の積層構造体23の径方向外側表面を周方向に密着して周方向全体を覆うように、放熱板101が設けられている。放熱板101は、積層構造体23に密着するように形成された積層構造体密着部101aと、締め付けボルト27および冷却用ボルト28が設けられている箇所で締め付けボルト27および冷却用ボルト28の外面に密着するように形成されているボルト密着部101bを有する。
A
放熱板101は、固定子鉄心21の径方向外周面に密着するような形状に成形加工されている。放熱板101は、その形状に固定されていてもよいし、あるいは他の構造材料よりも弾性的な材料を使用し、固定子鉄心21の径方向外周面に密着することでもよい。また、必要に応じて、周方向に分割し、固定子鉄心21の外周に周方向に並べて装着した後に、たとえばボルトとナットにより、あるいはロー付や溶接により結合させてもよい。
The
図6は、固定子冷却構造の作用を説明するための図5のVI−VI線矢視方向に沿った固定子の部分断面図である。また、図7は、図5のVII−VII線矢視方向に沿った固定子の部分断面図である。 FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the stator along the VI-VI arrow direction of FIG. 5 for explaining the operation of the stator cooling structure. 7 is a partial cross-sectional view of the stator along the direction of arrows VII-VII in FIG.
なお、ダクト24aの軸方向の幅を確保するスペーサの図示は省略している。実線は冷却用気体の流れ方向を示す。また、破線矢印は、固定子鉄心21中に発生する熱の移動方向を示す。
In addition, illustration of the spacer which ensures the width | variety of the axial direction of the
互いに隣接する積層構造体23間にはダクト24aが形成されている。図6に示すように、放熱板101が設けられている軸方向の範囲は、軸方向に積層構造体23が設けられている範囲である。
A
固定子20で発生した熱の一部は、ダクト24aを流れる冷却用気体によって除去されるが、発生した熱を全て除去できるわけではない。
A part of the heat generated in the
積層構造体23は、複数の電磁鋼板がたとえば絶縁膜などを介して軸方向に積層されており、基本的に熱の流れは、それぞれの電磁鋼板の内部での熱移動が主である。また、ジュール熱が発生する固定子巻線22用の導体が径方向内側に配されている。放熱可能なのは径方向外側であるため、固定子鉄心21内の温度分布は、基本的に径方向外側になるほど低くなる。したがって、図6の破線矢印H1で示すように、熱は、主として、径方向内側から外側へ移動する。
In the
径方向外側に配された冷却用ボルト28は、軸方向に、積層構造体23に接する高温の領域とダクト24a内に開放された低温の領域とに、交互に接している。積層構造体23の内部を破線矢印H1の方向に移動してきた熱の一部は、冷却用ボルト28に到達すると、破線矢印H2およびH3のように、冷却用ボルト28内を、ダクト24a内に開放された低温側に移動する。
The cooling
冷却用ボルト28内を破線矢印H2およびH3のように低温側に移動した熱はそれぞれ、ダクト24a内を流れる冷却用気体により冷却され、破線矢印H4およびH5のように、固定子鉄心径方向外側空間41内に放散される。
The heat that has moved to the low temperature side as indicated by broken line arrows H2 and H3 in the
また、積層構造体23の内部を破線矢印H1の方向に移動し積層構造体23の径方向の外周面に到達した熱の一部、および、積層構造体23から冷却用ボルト28に移動した熱の一部は、それぞれに密着している放熱板101に移動する。放熱板101に移動した熱は周方向にも広がりながら、周方向全体から固定子鉄心径方向外側空間41内に放散される。
Further, a part of the heat that has moved inside the
以上のように、本実施形態における固定子冷却構造100においては、固定子鉄心21の外面に冷却用ボルト28が設けられ、さらに積層構造体23の外周面に放熱板101が設けられていることにより、固定子20で発生した熱の除去を増進させることができる。この結果、回転電機の効率確保に大きな影響を及ぼさずに冷却効率を確保することができる。
As described above, in the
[第2の実施形態]
図8は、第2の実施形態に係る回転電機の固定子冷却構造の構成を説明するための回転軸に垂直方向に切断した部分断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a partial cross-sectional view cut in the direction perpendicular to the rotation axis for explaining the configuration of the stator cooling structure of the rotating electrical machine according to the second embodiment.
本第2の実施形態は、第1の実施形態の変形である。本第2の実施形態における放熱板102には、第1の実施形態における放熱板101と同様に、積層構造体密着部101aとボルト密着部101bを有するが、さらに、放熱面積拡大部材103としてフィン102aを有する。その他の点では、第1の実施形態と同様である。
The second embodiment is a modification of the first embodiment. Like the
フィン102aは、積層構造体密着部101aから径方向外側に広がっている。なお、フィン102aは、ボルト密着部101bから広がっていてもよく、あるいは、積層構造体密着部101aおよびボルト密着部101bの両方から広がっていてもよい。
The
また、図8で示す例では、フィン102aは、積層構造体密着部101aと連続する部材であり、外側に折り曲げて形成されている。
In the example shown in FIG. 8, the
フィン102aは、この例に限らない。例えば、板材を積層構造体密着部101aおよびボルト密着部101bのいずれかあるいは両者に接合させてもよい。また、放熱面積拡大部材103としてのフィン102aを、2枚以上の複数折としてもよい。
The
図9は、第2の実施形態に係る回転電機の固定子冷却構造の変形例の構成を説明するための回転軸に垂直方向に切断した固定子の部分断面図である。図9に示すように、放熱面積拡大部材103として、フィン102aに、さらにこれに直交するように直交板102bを、フィン102aの長手方向に沿って互いに間隔をおいて設けてもよい。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a stator cut in a direction perpendicular to a rotation axis for explaining a configuration of a modified example of the stator cooling structure of the rotating electrical machine according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, as the heat radiating
以上のように構成された本実施形態においては、放熱面積拡大部材103からの放熱の寄与により、固定子20で発生した熱の除去をさらに増進させることができる。
In the present embodiment configured as described above, the removal of heat generated in the
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態を説明したが、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。たとえば、実施形態では、回転電機が横型の場合を示したが、これに限定されず、立形の場合であってもよい。また、実施形態では、回転電機が、全閉外扇形の場合を示したが、これに限定されず、開放型の場合であってもよい。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. For example, in the embodiment, the case where the rotary electric machine is a horizontal type is shown, but the present invention is not limited to this, and a vertical type may be used. In the embodiment, the rotary electric machine has a fully-enclosed outer fan shape, but is not limited thereto, and may be an open type.
さらに、実施形態は、その他の様々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。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。 Furthermore, the embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. The embodiments and the modifications thereof are included in the scope of the invention and the scope of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10…回転子、11…ロータシャフト、11a…カップリング部、12…回転子鉄心、18…ギャップ、20…固定子、21…固定子鉄心、21a…ティース、21b…スロット、21c…溝、22…固定子巻線,23…積層構造体、24…スペーサ、24a…ダクト、25…端部締め付け板、26…端部押さえ、27…締め付けボルト、27a…ナット、28…冷却用ボルト、28a…ナット、30a…反結合側軸受、30b…結合側軸受、40…フレーム、40a…閉空間、41…固定子鉄心径方向外側空間、45a…反結合側軸受ブラケット、45b…結合側軸受ブラケット、51a、51b…内扇、55…外扇、56…外扇カバー、56a…流入口、60…冷却器、61…冷却管、62a、62b…端板、63…冷却器カバー、64…冷却器入口開口、65a、65b…冷却器出口開口、66a、66b…ガイド板、67…上部連通空間、100…固定子冷却構造、101…放熱板、101a…積層構造体密着部、101b…ボルト密着部、102…放熱板、102a…フィン、102b…直交板、103…放熱面積拡大部材、200…回転電機
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記回転子鉄心の径方向外側に設けられ、それぞれが複数の電磁鋼板を有し前記軸方向に配列された複数の積層構造体と前記複数の積層構造体を冷却する固定子冷却構造と前記複数の積層構造体を前記軸方向に締め付ける複数の締め付けボルトとを具備する円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記軸方向に貫通する固定子巻線と、を有する固定子と、
前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、
前記回転子鉄心を挟んで前記軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、
前記ロータシャフトに取り付けられて冷却用気体を前記固定子鉄心の方向に送る内扇と、
を備える回転電機であって、
前記固定子冷却構造は、
互いに前記軸方向に隣接する前記複数の積層構造体に挟まれて前記冷却用気体が径方向内側から径方向外側に流れる複数のダクトのそれぞれを形成するスペーサと、
前記複数の積層構造体のそれぞれと接するように前記軸方向に貫通し、前記複数の締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の冷却用ボルトおよび前記複数の冷却用ボルトのそれぞれに螺合する複数のナットと、
前記複数の積層構造体のそれぞれの外周面に密着するように配されて、前記複数の締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の放熱板と、
を有し、
前記放熱板は、外表面に放熱面積拡大部材を有することを特徴とする回転電機。 A rotor shaft that extends in the axial direction and is rotatably supported; and a rotor core provided on a radially outer side of the rotor shaft;
Wherein provided radially outside the rotor core, wherein each of the plurality of laminated structures are arranged in the axial direction has a plurality of electromagnetic steel plates and a stator cooling structure for cooling the plurality of laminated structures plurality a cylindrical stator core having a plurality of fastening bolts to fasten the laminated structure in the axial direction of a stator having a stator winding that penetrates in the axial direction of the stator in the iron core,
A frame that is arranged on the outer side in the radial direction of the stator and houses the rotor core and the stator;
A coupling-side bearing and antibonding side bearing for supporting the rotor shaft in each of both sides of the rotor shaft of the axial direction across the rotor core,
An inner fan attached to the rotor shaft and sending a cooling gas in the direction of the stator core;
A rotating electric machine comprising:
The stator cooling structure is
A spacer that is sandwiched between the plurality of laminated structures adjacent to each other in the axial direction to form the plurality of ducts in which the cooling gas flows from the radially inner side to the radially outer side;
Said shaft penetrating in a direction to be in contact with each of the plurality of stacked structures, each of the plurality of cooling bolts and the plurality of cooling bolts using a material having high thermal conductivity than the material of said plurality of fastening bolts A plurality of nuts that are screwed together,
A plurality of heat sinks using a material having a higher thermal conductivity than the material of the plurality of fastening bolts, arranged so as to be in close contact with the outer peripheral surfaces of the plurality of laminated structures,
Have a,
The rotating electrical machine , wherein the heat radiating plate has a heat radiating area expanding member on an outer surface .
前記放熱板に取り付けられたフィンと、
前記フィンの長手方向に間隔をあけて取り付けられた複数の直交板を有することを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 The heat dissipation area expanding member is:
Fins attached to the heat sink;
The rotating electrical machine according to claim 1, further comprising a plurality of orthogonal plates attached at intervals in a longitudinal direction of the fin.
互いに前記軸方向に隣接する前記複数の積層構造体に挟まれて前記冷却用気体が径方向内側から径方向外側に流れる複数のダクトのそれぞれを形成するスペーサと、
前記複数の積層構造体のそれぞれと接するように前記軸方向に貫通し、前記複数の締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の冷却用ボルトおよび前記複数の冷却用ボルトのそれぞれに螺合する複数のナットと、
前記複数の積層構造体のそれぞれの外周面に密着するように配されて、前記複数の締め付けボルトの材料より熱伝導率の高い材料を用いた複数の放熱板と、
を有し、
前記放熱板は、外表面に放熱面積拡大部材を有することを特徴とする固定子冷却構造。 A rotor having a rotor shaft and the rotor core, disposed radially outward of the rotor core, a plurality of multilayer structures respectively are arranged in a direction a plurality of electromagnetic steel sheets its, the a stator having a cylindrical stator core having a plurality of fastening bolts for tightening a plurality of laminated structure in the axial direction, and a stator winding that passes through the stator in core in the axial direction, a frame for accommodating said stator and said rotor core, and coupled the side bearing and antibonding side bearing for supporting the rotor shaft in each of both sides of the rotor shaft of the axial direction across the rotor core, wherein A stator cooling structure for cooling the stator iron core of a rotating electrical machine comprising an inner fan attached to a rotor shaft and driving a cooling gas,
A spacer that is sandwiched between the plurality of laminated structures adjacent to each other in the axial direction to form the plurality of ducts in which the cooling gas flows from the radially inner side to the radially outer side;
Said shaft penetrating in a direction to be in contact with each of the plurality of stacked structures, each of the plurality of cooling bolts and the plurality of cooling bolts using a material having high thermal conductivity than the material of said plurality of fastening bolts A plurality of nuts that are screwed together,
A plurality of heat sinks using a material having a higher thermal conductivity than the material of the plurality of fastening bolts, arranged so as to be in close contact with the outer peripheral surfaces of the plurality of laminated structures,
Have a,
The said heat sink has a heat radiation area expansion member in an outer surface, The stator cooling structure characterized by the above-mentioned .
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