JPH0723538A - 固定子ラミネーション - Google Patents
固定子ラミネーションInfo
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- JPH0723538A JPH0723538A JP6107323A JP10732394A JPH0723538A JP H0723538 A JPH0723538 A JP H0723538A JP 6107323 A JP6107323 A JP 6107323A JP 10732394 A JP10732394 A JP 10732394A JP H0723538 A JPH0723538 A JP H0723538A
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- H02K1/14—Stator cores with salient poles
- H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
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- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
- H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
- H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S174/00—Electricity: conductors and insulators
- Y10S174/13—High voltage cable, e.g. above 10kv, corona prevention
- Y10S174/14—High voltage cable, e.g. above 10kv, corona prevention having a particular cable application, e.g. winding
- Y10S174/19—High voltage cable, e.g. above 10kv, corona prevention having a particular cable application, e.g. winding in a dynamo-electric machine
- Y10S174/20—Stator
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 固定子鉄心を形成する複数個の積重ねたラミ
ネーションを持つ形式の回転電気機械に対する改良され
た冷却装置を提供する。 【構成】 積重ねられる各ラミネーション７０は、回転
子を通す為の中心中孔と、中孔から半径方向外向きに伸
びて、少なくとも部分的にラミネーションの中にある底
部で終端する一様な間隔の複数個の巻線スロット７４と
を有する。隣合ったスロットが中孔からラミネーション
の半径方向外側部分へと伸びる磁極片７８を限定する。
この発明では、中心中孔と全体的に平行に複数個の積重
ねたラミネーションの中を軸方向に伸びるように形成し
た複数個の冷却空気通路７２を設ける。各々の空気通路
は対応する１つの巻線スロットの終端した底部に隣接し
て位置ぎめされる。各々の空気通路は半径方向外側の形
が、巻線スロットの半径方向外側の形と全体的に対応し
ていて、軸方向に見た時に三日月形であることが好まし
い。
ネーションを持つ形式の回転電気機械に対する改良され
た冷却装置を提供する。 【構成】 積重ねられる各ラミネーション７０は、回転
子を通す為の中心中孔と、中孔から半径方向外向きに伸
びて、少なくとも部分的にラミネーションの中にある底
部で終端する一様な間隔の複数個の巻線スロット７４と
を有する。隣合ったスロットが中孔からラミネーション
の半径方向外側部分へと伸びる磁極片７８を限定する。
この発明では、中心中孔と全体的に平行に複数個の積重
ねたラミネーションの中を軸方向に伸びるように形成し
た複数個の冷却空気通路７２を設ける。各々の空気通路
は対応する１つの巻線スロットの終端した底部に隣接し
て位置ぎめされる。各々の空気通路は半径方向外側の形
が、巻線スロットの半径方向外側の形と全体的に対応し
ていて、軸方向に見た時に三日月形であることが好まし
い。
Description
【０００１】
【発明の背景】この発明は回転電気機械、更に具体的に
云えば、この様な機械に対する固定子ラミネーション
（lamination: 成層鉄心用の薄板）及び固定子冷却装置
に関する。回転電動機の様な回転電気機械は、一般的に
機械の運転能力を拡大する為に何等かの冷却手段を備え
ている。一般的に、機械の要素の熱膨張による絶縁物の
熱的な降伏又は熱的な歪みによって機械が劣化するのを
防止する為に、こう云う機械の温度を予定の限界より低
く抑えることが望ましい。空冷形回転電気機械では、固
定子鉄心内の空気通路と共に、機械内の回転子の面及び
隣接する巻線に沿って空気を強制的に送込む。この空気
は、外部手段によって強制的に送込んでもよいが、一般
的には、機械の回転集成体及び回転子と駆動関係を持つ
様に結合されたファンにより、端蓋又はキャップにある
開口又は通気口を通じて吸込む。機械から熱を運び去る
様に、この冷却空気を通す為、固定子鉄心には空気通路
が形成される。一般的に、固定子鉄心の空気通路は、固
定子鉄心の外周に隣接する丸い又は卵形の通路として形
成される。
云えば、この様な機械に対する固定子ラミネーション
（lamination: 成層鉄心用の薄板）及び固定子冷却装置
に関する。回転電動機の様な回転電気機械は、一般的に
機械の運転能力を拡大する為に何等かの冷却手段を備え
ている。一般的に、機械の要素の熱膨張による絶縁物の
熱的な降伏又は熱的な歪みによって機械が劣化するのを
防止する為に、こう云う機械の温度を予定の限界より低
く抑えることが望ましい。空冷形回転電気機械では、固
定子鉄心内の空気通路と共に、機械内の回転子の面及び
隣接する巻線に沿って空気を強制的に送込む。この空気
は、外部手段によって強制的に送込んでもよいが、一般
的には、機械の回転集成体及び回転子と駆動関係を持つ
様に結合されたファンにより、端蓋又はキャップにある
開口又は通気口を通じて吸込む。機械から熱を運び去る
様に、この冷却空気を通す為、固定子鉄心には空気通路
が形成される。一般的に、固定子鉄心の空気通路は、固
定子鉄心の外周に隣接する丸い又は卵形の通路として形
成される。
【０００２】物理的な寸法をそのまゝにして、又は場合
によっては縮小しながら、この様な回転電気機械の馬力
を高めることが要求される時、機械の一層効率のよい冷
却を行なうことも同時に要求される。この様な要求及び
条件により、この様な機械の電磁的な設計に影響を与え
ずに、冷却作用を改善すると云う開発が必要になった。
によっては縮小しながら、この様な回転電気機械の馬力
を高めることが要求される時、機械の一層効率のよい冷
却を行なうことも同時に要求される。この様な要求及び
条件により、この様な機械の電磁的な設計に影響を与え
ずに、冷却作用を改善すると云う開発が必要になった。
【０００３】
【発明の要約】この発明の１つの目的は、機械の電磁的
な設計に対する有害な影響を伴わずに達成される回転電
気機械に対する改良された冷却装置を提供することであ
る。１形式では、この改良が１−５馬力級の電動機の場
合について例示される。この時、その固定子集成体は複
数個の積重ねたラミネーションで形成され、利用し得る
馬力は積重ねの高さによって決定される。固定子ラミネ
ーションは、その中に回転子を通すことが出来る様に中
心に配置した中孔を持つ全体的に平坦な円板で構成され
る。一様な間隔の複数個の巻線スロットが中孔から半径
方向外向きに伸び、隣合った巻線スロットが中孔からラ
ミネーションの半径方向外側部分まで伸びる磁極片を形
成する。ラミネーションには、少なくとも若干の巻線ス
ロットの半径方向外側の終端した底部に隣接して、複数
個の冷却空気通路が形成される。通路は全体的に巻線ス
ロットの半径方向外側の底部と同形の半径方向内側の境
界、及び磁極片を半径方向に通る電磁束通路に対する影
響を最小限に抑える様に弓形にした半径方向外側の境界
を持つことが好ましい。更に具体的に云うと、通路は全
体的に三日月形である。
な設計に対する有害な影響を伴わずに達成される回転電
気機械に対する改良された冷却装置を提供することであ
る。１形式では、この改良が１−５馬力級の電動機の場
合について例示される。この時、その固定子集成体は複
数個の積重ねたラミネーションで形成され、利用し得る
馬力は積重ねの高さによって決定される。固定子ラミネ
ーションは、その中に回転子を通すことが出来る様に中
心に配置した中孔を持つ全体的に平坦な円板で構成され
る。一様な間隔の複数個の巻線スロットが中孔から半径
方向外向きに伸び、隣合った巻線スロットが中孔からラ
ミネーションの半径方向外側部分まで伸びる磁極片を形
成する。ラミネーションには、少なくとも若干の巻線ス
ロットの半径方向外側の終端した底部に隣接して、複数
個の冷却空気通路が形成される。通路は全体的に巻線ス
ロットの半径方向外側の底部と同形の半径方向内側の境
界、及び磁極片を半径方向に通る電磁束通路に対する影
響を最小限に抑える様に弓形にした半径方向外側の境界
を持つことが好ましい。更に具体的に云うと、通路は全
体的に三日月形である。
【０００４】実施例では、この発明は固定子鉄心を形成
する複数個の積重ねたラミネーションを持つ形式の回転
電気機械に対する改良された冷却装置として開示されて
いる。積重ねたラミネーションが、その中に回転子を通
せる様にした中心中孔、及び中孔から半径方向外側に伸
びて、少なくとも部分的にラミネーションの中にある底
部で終端する一様な間隔の複数個の巻線スロットを有す
る。隣合ったスロットが中孔からラミネーションの半径
方向外側部分まで伸びる磁極片を限定する。複数個の冷
却空気通路が、中心中孔と全体的に平行に複数個の積重
ねたラミネーションの中を軸方向に伸びる。各々の空気
通路は、対応する１つの巻線スロットの終端した底部に
隣接して位置ぎめされ、各々の空気通路は、巻線スロッ
トの半径方向外側の形と全体的に対応する半径方向外側
の形を有する。各々の冷却空気通路が、夫々１つの巻線
スロットの円周方向の両側の縁に沿った機械の１対の半
径線の間を円周方向に伸びることが好ましく、各々の空
気通路は、軸方向に見た時、三日月形である。各々の空
気通路は、積重ねたラミネーション内の電磁束線に対す
る影響を最小限に抑える様にも位置ぎめされている。
する複数個の積重ねたラミネーションを持つ形式の回転
電気機械に対する改良された冷却装置として開示されて
いる。積重ねたラミネーションが、その中に回転子を通
せる様にした中心中孔、及び中孔から半径方向外側に伸
びて、少なくとも部分的にラミネーションの中にある底
部で終端する一様な間隔の複数個の巻線スロットを有す
る。隣合ったスロットが中孔からラミネーションの半径
方向外側部分まで伸びる磁極片を限定する。複数個の冷
却空気通路が、中心中孔と全体的に平行に複数個の積重
ねたラミネーションの中を軸方向に伸びる。各々の空気
通路は、対応する１つの巻線スロットの終端した底部に
隣接して位置ぎめされ、各々の空気通路は、巻線スロッ
トの半径方向外側の形と全体的に対応する半径方向外側
の形を有する。各々の冷却空気通路が、夫々１つの巻線
スロットの円周方向の両側の縁に沿った機械の１対の半
径線の間を円周方向に伸びることが好ましく、各々の空
気通路は、軸方向に見た時、三日月形である。各々の空
気通路は、積重ねたラミネーション内の電磁束線に対す
る影響を最小限に抑える様にも位置ぎめされている。
【０００５】更にこの発明を、外側ハウジングを持つと
共に、ハウジングの両端に取付けられた１対の端蓋を持
ち、各々の端蓋を複数個の通気口が通抜けている様な回
転電気機械について開示する。固定子集成体が、全体的
に端蓋から軸方向に隔たってハウジング内に配置され、
回転電気機械を作動した時に励振される複数個の巻線を
持っている。固定子集成体は、その中を巻線手段が通る
軸方向に整合して円周方向に相隔たる複数個の半径方向
内側のスロットを持つ複数個の積重ねたラミネーション
で構成される。複数個の三日月形空気通路が少なくとも
若干のスロットの半径方向外側の底部に隣接して位置ぎ
めされ、また、巻線を冷却する為に冷却空気を空気通路
に強制的に通す送風機が設けられる。固定子集成体が外
側ハウジングと熱交換する様に組立てられ、空気通路
は、積重ねたラミネーションの質量の大部分が、空気通
路の外周によって限定された円筒の外側にある様に位置
ぎめされる。巻線が１対の両側の端コイルを含み、その
各々には半径方向外向きに伸びる部分が形成される。巻
線スロットに隣接して位置ぎめされた空気通路が、空気
を端コイルの中及び上に吹付けて、端コイルと空気との
熱伝達を改善する。１形式では、回転電気機械の固定子
集成体は約６．４吋の外径を持ち、各々の空気通路の断
面積は約０．０４７５平方吋である。
共に、ハウジングの両端に取付けられた１対の端蓋を持
ち、各々の端蓋を複数個の通気口が通抜けている様な回
転電気機械について開示する。固定子集成体が、全体的
に端蓋から軸方向に隔たってハウジング内に配置され、
回転電気機械を作動した時に励振される複数個の巻線を
持っている。固定子集成体は、その中を巻線手段が通る
軸方向に整合して円周方向に相隔たる複数個の半径方向
内側のスロットを持つ複数個の積重ねたラミネーション
で構成される。複数個の三日月形空気通路が少なくとも
若干のスロットの半径方向外側の底部に隣接して位置ぎ
めされ、また、巻線を冷却する為に冷却空気を空気通路
に強制的に通す送風機が設けられる。固定子集成体が外
側ハウジングと熱交換する様に組立てられ、空気通路
は、積重ねたラミネーションの質量の大部分が、空気通
路の外周によって限定された円筒の外側にある様に位置
ぎめされる。巻線が１対の両側の端コイルを含み、その
各々には半径方向外向きに伸びる部分が形成される。巻
線スロットに隣接して位置ぎめされた空気通路が、空気
を端コイルの中及び上に吹付けて、端コイルと空気との
熱伝達を改善する。１形式では、回転電気機械の固定子
集成体は約６．４吋の外径を持ち、各々の空気通路の断
面積は約０．０４７５平方吋である。
【０００６】この発明が更によく理解される様に、次に
図面について詳しく説明する。
図面について詳しく説明する。
【０００７】
【発明の詳しい説明】次に図面全体について説明する。
図１には、この発明の考えを取入れた回転電気機械１０
の断面図が示されている。回転電気機械１０が外側ハウ
ジング１２及び１対の両側の端蓋１４，１６を有する。
機械１０は、発電機として運転することが出来るが、電
動機として運転することが好ましく、固定子集成体１８
を有する。この固定子集成体は、複数個の積重ねた強磁
性ラミネーション２０で形成されることが好ましい。積
重ねたラミネーション２０が全体として円周方向に回転
電気機械１０の外側ハウジング又は殻体１２によって取
囲まれており、両側の端蓋１４，１６の間に予定の間隔
を保っている。ラミネーション２０は、ハウジングと熱
交換関係を持つ様にハウジング１２内にはめることが望
ましい。更に固定子集成体が、全体を２２で示す複数個
の巻線手段を持ち、これらは、回転電気機械が電源（図
に示してない）によって作動された時、励振される様に
なっている。全体を２４で示す回転自在の集成体が軸２
６を持ち、この軸に例えばかご形回転子２８等が装着さ
れていて、軸と一緒に回転する様になっている。然し、
かご形以外の回転子を回転自在の集成体の軸２６に利用
することも考えられる。回転自在の集成体２４の回転子
２８は、回転電気機械１０が付勢された時、固定子集成
体１８と磁気結合を持つ様に配置され又はその他の形で
関係を持ち、例えば軸受装置３０等の様な手段が各々の
端蓋１４，１６に付設されていて、回転自在の集成体の
軸２６の様な部品を軸支する為に調節自在に整合可能に
なっている。
図１には、この発明の考えを取入れた回転電気機械１０
の断面図が示されている。回転電気機械１０が外側ハウ
ジング１２及び１対の両側の端蓋１４，１６を有する。
機械１０は、発電機として運転することが出来るが、電
動機として運転することが好ましく、固定子集成体１８
を有する。この固定子集成体は、複数個の積重ねた強磁
性ラミネーション２０で形成されることが好ましい。積
重ねたラミネーション２０が全体として円周方向に回転
電気機械１０の外側ハウジング又は殻体１２によって取
囲まれており、両側の端蓋１４，１６の間に予定の間隔
を保っている。ラミネーション２０は、ハウジングと熱
交換関係を持つ様にハウジング１２内にはめることが望
ましい。更に固定子集成体が、全体を２２で示す複数個
の巻線手段を持ち、これらは、回転電気機械が電源（図
に示してない）によって作動された時、励振される様に
なっている。全体を２４で示す回転自在の集成体が軸２
６を持ち、この軸に例えばかご形回転子２８等が装着さ
れていて、軸と一緒に回転する様になっている。然し、
かご形以外の回転子を回転自在の集成体の軸２６に利用
することも考えられる。回転自在の集成体２４の回転子
２８は、回転電気機械１０が付勢された時、固定子集成
体１８と磁気結合を持つ様に配置され又はその他の形で
関係を持ち、例えば軸受装置３０等の様な手段が各々の
端蓋１４，１６に付設されていて、回転自在の集成体の
軸２６の様な部品を軸支する為に調節自在に整合可能に
なっている。
【０００８】巻線手段が１対の両側の端コイル３２，３
４を有する。これらの端コイルは、端コイルの半径方向
外側の境界３６，３８と外側ハウジング１２の間の間隔
を密にして、半径方向外向きになる様に配置されてい
る。複数個の空気通路４０が固定子集成体１８の積重ね
たラミネーション２０の中に形成され、その中に冷却空
気を通す。更に固定子集成体１８は、図２−４に示すよ
うに、円周方向に相隔たって軸方向に伸びる複数個の半
径方向内側のスロット４２を持ち、スロットの中に固定
子巻線手段２２が配置される。空気通路４０は、少なく
とも若干のスロット４２に隣接する様に位置ぎめされて
いて、スロットを通過する空気が隣接する固定子構造及
び関連する巻線手段２２の冷却に影響を与える様になっ
ている。矢印４４は空気通路４０を通り、巻線手段２２
の外向きに伸びる端コイル３２，３４の周りを通る空気
の流れを示す。電動機の軸２６と回転関係を持つ様に接
続されて、回転子集成体２４と一緒に回転する様にした
送風機手段４６又は同様な形式のファン装置により、固
定子集成体１８の中に冷却空気が強制的に送込まれる。
この空気は、端蓋２４に沿って円周方向に相隔てゝ設け
られた通気口４８を介して回転電気機械又は電動機の中
に吸込まれ、固定子集成体２８の中を通る様に吹付けら
れ、反対側の端蓋１６の通気口５０から出て行く。
４を有する。これらの端コイルは、端コイルの半径方向
外側の境界３６，３８と外側ハウジング１２の間の間隔
を密にして、半径方向外向きになる様に配置されてい
る。複数個の空気通路４０が固定子集成体１８の積重ね
たラミネーション２０の中に形成され、その中に冷却空
気を通す。更に固定子集成体１８は、図２−４に示すよ
うに、円周方向に相隔たって軸方向に伸びる複数個の半
径方向内側のスロット４２を持ち、スロットの中に固定
子巻線手段２２が配置される。空気通路４０は、少なく
とも若干のスロット４２に隣接する様に位置ぎめされて
いて、スロットを通過する空気が隣接する固定子構造及
び関連する巻線手段２２の冷却に影響を与える様になっ
ている。矢印４４は空気通路４０を通り、巻線手段２２
の外向きに伸びる端コイル３２，３４の周りを通る空気
の流れを示す。電動機の軸２６と回転関係を持つ様に接
続されて、回転子集成体２４と一緒に回転する様にした
送風機手段４６又は同様な形式のファン装置により、固
定子集成体１８の中に冷却空気が強制的に送込まれる。
この空気は、端蓋２４に沿って円周方向に相隔てゝ設け
られた通気口４８を介して回転電気機械又は電動機の中
に吸込まれ、固定子集成体２８の中を通る様に吹付けら
れ、反対側の端蓋１６の通気口５０から出て行く。
【０００９】固定子集成体の中の空気通路４０が、巻線
手段２２に隣接して、その極く近くに位置ぎめされてい
ることが認められよう。固定子集成体１８のラミネーシ
ョンの質量の大部分は、空気通路４０と外側ハウジング
１２の間にある。空気通路４０の位置は、固定子集成体
１８のラミネーション２０内の磁束に対する影響を最小
限にする様に、そして固定子ラミネーション２０の質量
の大部分と外側ハウジング１２の間の熱伝達を最大にす
る様に選ばれる。これと同時に、端コイル３２，３４
は、外側殻体１２に向かって半径方向外向きに弓形に伸
びる様に形成して、端コイルの上及び周りの通路に冷却
空気の流れを強制的に送り、こうして巻線の端コイルか
ら冷却用空気への熱伝達を一層よくする作用をする様に
する。
手段２２に隣接して、その極く近くに位置ぎめされてい
ることが認められよう。固定子集成体１８のラミネーシ
ョンの質量の大部分は、空気通路４０と外側ハウジング
１２の間にある。空気通路４０の位置は、固定子集成体
１８のラミネーション２０内の磁束に対する影響を最小
限にする様に、そして固定子ラミネーション２０の質量
の大部分と外側ハウジング１２の間の熱伝達を最大にす
る様に選ばれる。これと同時に、端コイル３２，３４
は、外側殻体１２に向かって半径方向外向きに弓形に伸
びる様に形成して、端コイルの上及び周りの通路に冷却
空気の流れを強制的に送り、こうして巻線の端コイルか
ら冷却用空気への熱伝達を一層よくする作用をする様に
する。
【００１０】この発明を更によく説明する為、図１に示
す様な回転電気機械に対する従来の１例としての固定子
ラミネーション５０を示した図２について説明する。ラ
ミネーション５０は、円周方向に相隔たる複数個の半径
方向内側の巻線スロット４２を持ち、各スロットの中を
巻線手段２２の対応する巻線が通る。スロット４２は、
回転自在の集成体２４の回転子２８を受入れる中心開口
５４に外接する。ラミネーション５０の外周５６に隣接
して、図１について全体的に述べた様に組立てられた集
成体の積重ねたラミネーション２０に冷却空気を通す為
の複数個の細長い空気通路５８が設けられる。ラミネー
ション５０は、回転電気機械の組立てに使われる細長い
ボルト（図に示してない）の様なファスナを通す為の開
口６０をも有する。ラミネーション５０の周囲に沿った
スロット６２は、固定子集成体の積重ねたラミネーショ
ン２０を整合させる為に使われる。
す様な回転電気機械に対する従来の１例としての固定子
ラミネーション５０を示した図２について説明する。ラ
ミネーション５０は、円周方向に相隔たる複数個の半径
方向内側の巻線スロット４２を持ち、各スロットの中を
巻線手段２２の対応する巻線が通る。スロット４２は、
回転自在の集成体２４の回転子２８を受入れる中心開口
５４に外接する。ラミネーション５０の外周５６に隣接
して、図１について全体的に述べた様に組立てられた集
成体の積重ねたラミネーション２０に冷却空気を通す為
の複数個の細長い空気通路５８が設けられる。ラミネー
ション５０は、回転電気機械の組立てに使われる細長い
ボルト（図に示してない）の様なファスナを通す為の開
口６０をも有する。ラミネーション５０の周囲に沿った
スロット６２は、固定子集成体の積重ねたラミネーショ
ン２０を整合させる為に使われる。
【００１１】回転電気機械１０の動作中、電流が巻線手
段２２に流れると、巻線手段の固有の抵抗の為、巻線手
段が加熱される。巻線手段２２で散逸される電力の量
は、電流Ｉ及び巻線抵抗Ｒの値の関数である。即ち、散
逸電力は、Ｉを巻線手段に供給される電流の大きさとし
て、Ｉ2 Ｒに比例する。機械１０の馬力条件が高くなる
につれて、熱の形で散逸される電力が、電流の自乗に比
例して増加する。この様な熱の増加により、絶縁物の降
伏並びに機械の熱的な歪みが起こり、故障を生じること
がある。
段２２に流れると、巻線手段の固有の抵抗の為、巻線手
段が加熱される。巻線手段２２で散逸される電力の量
は、電流Ｉ及び巻線抵抗Ｒの値の関数である。即ち、散
逸電力は、Ｉを巻線手段に供給される電流の大きさとし
て、Ｉ2 Ｒに比例する。機械１０の馬力条件が高くなる
につれて、熱の形で散逸される電力が、電流の自乗に比
例して増加する。この様な熱の増加により、絶縁物の降
伏並びに機械の熱的な歪みが起こり、故障を生じること
がある。
【００１２】通路５８に強制的に通される冷却空気が、
ラミネーション５０から熱エネルギを吸収し、その熱を
機械１０の外側に運び、こうして機械の出力能力を拡大
する。図２で、熱エネルギが巻線手段２２から固定子ラ
ミネーション５０に伝達され、ラミネーションの主たる
質量を通過してから、通路５８に到達することが認めら
れよう。ラミネーション５０の電磁材料は熱導体として
は比較的良くないが、ラミネーションの周囲に隣接する
冷却空気は、巻線手段からの熱エネルギをラミネーショ
ンに伝達し、その後通路５８内の冷却空気に伝達するこ
とによって、巻線手段２２を冷却するのに有効である。
然し、機械１０の出力が増加するにつれて、冷却空気が
巻線の温度を臨界値より低く抑えることが出来なくなる
限界に達する。
ラミネーション５０から熱エネルギを吸収し、その熱を
機械１０の外側に運び、こうして機械の出力能力を拡大
する。図２で、熱エネルギが巻線手段２２から固定子ラ
ミネーション５０に伝達され、ラミネーションの主たる
質量を通過してから、通路５８に到達することが認めら
れよう。ラミネーション５０の電磁材料は熱導体として
は比較的良くないが、ラミネーションの周囲に隣接する
冷却空気は、巻線手段からの熱エネルギをラミネーショ
ンに伝達し、その後通路５８内の冷却空気に伝達するこ
とによって、巻線手段２２を冷却するのに有効である。
然し、機械１０の出力が増加するにつれて、冷却空気が
巻線の温度を臨界値より低く抑えることが出来なくなる
限界に達する。
【００１３】熱伝達を改善する１つの方法は、空気通路
５８の断面積を増加して、冷却空気の流れに対して露出
される表面を更に多くすることである。図４はこの様な
１つの方法を示す。この場合、空気通路５８は、ラミネ
ーション６４内の伸ばした又は更に細長くした通路６３
に設計変更されており、こうして冷却空気に露出する表
面積を増加している。この様に伸ばした通路６３は、後
で示す様に、通路５８よりも一層有効であることが証明
されている。然し、通路６３の１つの欠点は、それらが
ラミネーション６４から機械１０の外側ハウジング又は
殻体１２への熱の流れを遮る傾向を持つことである。こ
の為、伸ばした通路６３は、従来であればハウジング１
２を介して外部の環境に伝達されていた熱量を減らす。
５８の断面積を増加して、冷却空気の流れに対して露出
される表面を更に多くすることである。図４はこの様な
１つの方法を示す。この場合、空気通路５８は、ラミネ
ーション６４内の伸ばした又は更に細長くした通路６３
に設計変更されており、こうして冷却空気に露出する表
面積を増加している。この様に伸ばした通路６３は、後
で示す様に、通路５８よりも一層有効であることが証明
されている。然し、通路６３の１つの欠点は、それらが
ラミネーション６４から機械１０の外側ハウジング又は
殻体１２への熱の流れを遮る傾向を持つことである。こ
の為、伸ばした通路６３は、従来であればハウジング１
２を介して外部の環境に伝達されていた熱量を減らす。
【００１４】ラミネーション６４について考えられる１
つの変更は、空気通路６３を外周に隣接する場所から巻
線スロット５２に更に接近した位置へ移すことである。
然し、通路６３を半径方向内向きに移すと、通路がラミ
ネーション内の電磁束に有害な干渉をする様な場所に置
くことになる。具体的に云うと、巻線手段２２が固定子
ラミネーション内に電磁束を設定し、磁束通路は半径方
向外向きにラミネーションの質量の主たる部分、即ち、
スロット５２と外側殻体１２の間にある部分へ伸び、更
にスロット５２の間の歯６６を通る。歯６６から半径方
向内向きに出た磁束が、回転自在の集成体２４の回転に
影響を与える固定子集成体の磁極を構成する。磁束通路
が遮られることは、磁極強度並びに機械１０の出力容量
に有害な影響を与える。
つの変更は、空気通路６３を外周に隣接する場所から巻
線スロット５２に更に接近した位置へ移すことである。
然し、通路６３を半径方向内向きに移すと、通路がラミ
ネーション内の電磁束に有害な干渉をする様な場所に置
くことになる。具体的に云うと、巻線手段２２が固定子
ラミネーション内に電磁束を設定し、磁束通路は半径方
向外向きにラミネーションの質量の主たる部分、即ち、
スロット５２と外側殻体１２の間にある部分へ伸び、更
にスロット５２の間の歯６６を通る。歯６６から半径方
向内向きに出た磁束が、回転自在の集成体２４の回転に
影響を与える固定子集成体の磁極を構成する。磁束通路
が遮られることは、磁極強度並びに機械１０の出力容量
に有害な影響を与える。
【００１５】この発明では、ラミネーションの空気通路
が、固定子の電磁束通路に有害な干渉を与えずに、ラミ
ネーションのスロットに隣接する位置へ移すことが出来
る様に、ラミネーションの空気通路を設計変更すること
により、改良された冷却能力を達成することが出来るこ
とが判った。図３には、この発明による固定子ラミネー
ション７０が示されている。この場合、複数個の冷却空
気通路７２が、複数個の半径方向内側の固定子巻線スロ
ット７４の少なくとも若干に隣接して形成されている。
スロット７４は普通の形に形成されており、即ち若干パ
イ形であって、半径方向外側部分が幾分か一層広くなっ
ている。空気通路７２は少なくとも若干のスロット７４
に隣接して形成され、スロットからは比較的薄手のブリ
ッジ部７６によって隔てられている。通路７２は三日月
形に形成され、半径方向内側の周縁は、全体的に隣接の
スロット７４の半径方向外側の周縁と同形である。通路
７２の半径方向外側の周縁は、それが隣接するスロット
の外周であるかの様に形成される。通路７２をこの様に
形成することにより、通路７２は中間の歯７８によって
スロット７４の間に形成される磁束通路に入り込まな
い。
が、固定子の電磁束通路に有害な干渉を与えずに、ラミ
ネーションのスロットに隣接する位置へ移すことが出来
る様に、ラミネーションの空気通路を設計変更すること
により、改良された冷却能力を達成することが出来るこ
とが判った。図３には、この発明による固定子ラミネー
ション７０が示されている。この場合、複数個の冷却空
気通路７２が、複数個の半径方向内側の固定子巻線スロ
ット７４の少なくとも若干に隣接して形成されている。
スロット７４は普通の形に形成されており、即ち若干パ
イ形であって、半径方向外側部分が幾分か一層広くなっ
ている。空気通路７２は少なくとも若干のスロット７４
に隣接して形成され、スロットからは比較的薄手のブリ
ッジ部７６によって隔てられている。通路７２は三日月
形に形成され、半径方向内側の周縁は、全体的に隣接の
スロット７４の半径方向外側の周縁と同形である。通路
７２の半径方向外側の周縁は、それが隣接するスロット
の外周であるかの様に形成される。通路７２をこの様に
形成することにより、通路７２は中間の歯７８によって
スロット７４の間に形成される磁束通路に入り込まな
い。
【００１６】表１、２及び３は、直径約６吋の固定子ラ
ミネーション及び約３吋の回転子直径を持つ回転電気機
械又は電動機における空気通路５８，６２，７２の効果
を比較したものである。こう云う電動機は典型的には約
１乃至５馬力であって、ラミネーションの積重ねの高さ
及び回転子の長さを伸ばすことにより、馬力を増加する
ことが出来る。これらの表で、ＤＨは流体圧直径（断面
積を周長で除した値の４倍に等しい）であり、Ｖは呎／
分で表わした空気速度、Ｈは薄膜係数、ＨＡは熱伝達係
数（即ちＨに空気通路の熱伝達表面積Ａを乗じた値）、
ＣＦＭは冷却空気の毎分立方呎数である。 表 １ ＣＦＭ ＤＨ Ｖ Ｈ ＨＡ 0.1 0.02315 12100.8 1.8 0.01253 0.2 0.02315 24201.7 3.1 0.02182 0.3 0.02315 36302.5 4.2 0.03018 0.4 0.02315 48403.4 5.3 0.03799 0.5 0.02315 60504.2 6.4 0.04541 0.6 0.02315 72605.0 7.4 0.05254 0.7 0.02315 84705.9 8.3 0.05944 0.8 0.02315 98806.7 9.3 0.06614 0.9 0.02315 108907.6 10.2 0.07267 1.0 0.02315 121008.4 11.1 0.07907 表 ２ ＣＦＭ ＤＨ Ｖ Ｈ ＨＡ 0.1 0.01493 12743.4 2.0 0.02100 0.2 0.01493 25486.7 3.5 0.03656 0.3 0.01493 38230.1 4.8 0.05057 0.4 0.01493 50973.5 6.1 0.06366 0.5 0.01493 63716.8 7.2 0.07610 0.6 0.01493 76460.2 8.4 0.08805 0.7 0.01493 89203.6 9.5 0.09961 0.8 0.01493 101946.9 10.5 0.11084 0.9 0.01493 114690.3 11.6 0.12179 1.0 0.01493 127433.6 12.6 0.13250 表 ３ ＣＦＭ ＤＨ Ｖ Ｈ ＨＡ 0.1 0.01530 18189.5 2.6 0.01899 0.2 0.01530 36379.0 4.6 0.03306 0.3 0.01530 54568.4 6.4 0.04573 0.4 0.01530 72757.9 8.0 0.05757 0.5 0.01530 90947.4 9.6 0.06882 0.6 0.01530 109136.9 11.1 0.07962 0.7 0.01530 127326.3 12.5 0.09008 0.8 0.01530 145515.8 13.9 0.10023 0.9 0.01530 163705.3 15.3 0.11013 1.0 0.01530 181894.8 16.7 0.11982 表１は断面積が０．０７１４平方吋、周長１．０２８吋
の空気通路を持つ１例の電動機に対する図２の冷却空気
通路の特性を示す。この形の空気通路では、ＨＡの値が
最低であることに注意されたい。表２は、図４のラミネ
ーション６２に示す様に、断面積が０．０６７８平方吋
に減少するが、周長が１．５１４吋に増加する様に空気
通路を伸ばした効果を示す。実際には、図４の形はＨＡ
の値が最高であって、従って冷却空気を通じての熱伝達
では一層有効である。然し、殻体１２への熱伝達を遮る
効果が他の利点を打消してしまう。
ミネーション及び約３吋の回転子直径を持つ回転電気機
械又は電動機における空気通路５８，６２，７２の効果
を比較したものである。こう云う電動機は典型的には約
１乃至５馬力であって、ラミネーションの積重ねの高さ
及び回転子の長さを伸ばすことにより、馬力を増加する
ことが出来る。これらの表で、ＤＨは流体圧直径（断面
積を周長で除した値の４倍に等しい）であり、Ｖは呎／
分で表わした空気速度、Ｈは薄膜係数、ＨＡは熱伝達係
数（即ちＨに空気通路の熱伝達表面積Ａを乗じた値）、
ＣＦＭは冷却空気の毎分立方呎数である。 表 １ ＣＦＭ ＤＨ Ｖ Ｈ ＨＡ 0.1 0.02315 12100.8 1.8 0.01253 0.2 0.02315 24201.7 3.1 0.02182 0.3 0.02315 36302.5 4.2 0.03018 0.4 0.02315 48403.4 5.3 0.03799 0.5 0.02315 60504.2 6.4 0.04541 0.6 0.02315 72605.0 7.4 0.05254 0.7 0.02315 84705.9 8.3 0.05944 0.8 0.02315 98806.7 9.3 0.06614 0.9 0.02315 108907.6 10.2 0.07267 1.0 0.02315 121008.4 11.1 0.07907 表 ２ ＣＦＭ ＤＨ Ｖ Ｈ ＨＡ 0.1 0.01493 12743.4 2.0 0.02100 0.2 0.01493 25486.7 3.5 0.03656 0.3 0.01493 38230.1 4.8 0.05057 0.4 0.01493 50973.5 6.1 0.06366 0.5 0.01493 63716.8 7.2 0.07610 0.6 0.01493 76460.2 8.4 0.08805 0.7 0.01493 89203.6 9.5 0.09961 0.8 0.01493 101946.9 10.5 0.11084 0.9 0.01493 114690.3 11.6 0.12179 1.0 0.01493 127433.6 12.6 0.13250 表 ３ ＣＦＭ ＤＨ Ｖ Ｈ ＨＡ 0.1 0.01530 18189.5 2.6 0.01899 0.2 0.01530 36379.0 4.6 0.03306 0.3 0.01530 54568.4 6.4 0.04573 0.4 0.01530 72757.9 8.0 0.05757 0.5 0.01530 90947.4 9.6 0.06882 0.6 0.01530 109136.9 11.1 0.07962 0.7 0.01530 127326.3 12.5 0.09008 0.8 0.01530 145515.8 13.9 0.10023 0.9 0.01530 163705.3 15.3 0.11013 1.0 0.01530 181894.8 16.7 0.11982 表１は断面積が０．０７１４平方吋、周長１．０２８吋
の空気通路を持つ１例の電動機に対する図２の冷却空気
通路の特性を示す。この形の空気通路では、ＨＡの値が
最低であることに注意されたい。表２は、図４のラミネ
ーション６２に示す様に、断面積が０．０６７８平方吋
に減少するが、周長が１．５１４吋に増加する様に空気
通路を伸ばした効果を示す。実際には、図４の形はＨＡ
の値が最高であって、従って冷却空気を通じての熱伝達
では一層有効である。然し、殻体１２への熱伝達を遮る
効果が他の利点を打消してしまう。
【００１７】表３は図３の三日月形通路７２によって達
成される改良を示す。ＨＡの値は、図２の従来の通路に
較べて約５０％改善される。更に、図４（表２）に較べ
たＨＡの減少は比較的小さく、外側の空気通路がなくな
った為に、機械の殻体１２への熱伝達が改善されること
によって打消される。更に重要なことは、図３及び４の
ラミネーションを用いた電動機の磁気飽和試験で、図２
の従来のラミネーションを用いた同様な電動機に対する
飽和曲線に較べた時、事実上何の違いもないことが判っ
たことである。図５は、一方は従来の図２に示す様な空
気通路を用い（線Ａ）、もう１つは図３の三日月形空気
通路を用いた（線Ｂ）同一の電動機に対する熱散逸容量
のグラフであるが、三日月形通路７２によって、目立っ
た改善が得られたことを示している。図５の縦軸はワッ
ト／℃で表わした熱散逸を示し、横軸はワットで表わし
た散逸損失を示す。
成される改良を示す。ＨＡの値は、図２の従来の通路に
較べて約５０％改善される。更に、図４（表２）に較べ
たＨＡの減少は比較的小さく、外側の空気通路がなくな
った為に、機械の殻体１２への熱伝達が改善されること
によって打消される。更に重要なことは、図３及び４の
ラミネーションを用いた電動機の磁気飽和試験で、図２
の従来のラミネーションを用いた同様な電動機に対する
飽和曲線に較べた時、事実上何の違いもないことが判っ
たことである。図５は、一方は従来の図２に示す様な空
気通路を用い（線Ａ）、もう１つは図３の三日月形空気
通路を用いた（線Ｂ）同一の電動機に対する熱散逸容量
のグラフであるが、三日月形通路７２によって、目立っ
た改善が得られたことを示している。図５の縦軸はワッ
ト／℃で表わした熱散逸を示し、横軸はワットで表わし
た散逸損失を示す。
【００１８】三日月形空気通路７２が出来るだけスロッ
ト７４に近付けて配置され又は形成されることが理解さ
れよう。スロット７４を通路７２から隔てるブリッジ部
８０は、巻線が実質的にスロット７４を埋める様に下向
きに押されるので、組立ての際、巻線手段２２を支持す
るのに十分な強度を持っていなければならない。１例の
電動機のラミネーション７０では、ブリッジ部８０は厚
さ、即ちスロット７４から通路７２までの距離が約０．
０６２５吋である。通路７２の断面積は、ラミネーショ
ンにおける電磁構造又は磁束通路に有害な影響を与えず
に、空気の流れを最大にする様に選ばれる。更に具体的
に云うと、合計磁束面積は、ラミネーションの外径から
空気通路７２の外周までの距離に積重ねの長さを乗じた
値である。積重ねの長さを長くすることによって馬力を
増加することが出来るが、一般的に業界基準では、電動
機の直径を定めており、その為、磁束面積を半径方向に
増加する能力を制限している。その為、冷却条件が、所
望の磁束との釣合いで決められ、冷却空気通路７２の寸
法を左右する。巻線スロットに隣接した三日月形通路
は、動力出力に悪影響を与えずに冷却作用を改善する。
ト７４に近付けて配置され又は形成されることが理解さ
れよう。スロット７４を通路７２から隔てるブリッジ部
８０は、巻線が実質的にスロット７４を埋める様に下向
きに押されるので、組立ての際、巻線手段２２を支持す
るのに十分な強度を持っていなければならない。１例の
電動機のラミネーション７０では、ブリッジ部８０は厚
さ、即ちスロット７４から通路７２までの距離が約０．
０６２５吋である。通路７２の断面積は、ラミネーショ
ンにおける電磁構造又は磁束通路に有害な影響を与えず
に、空気の流れを最大にする様に選ばれる。更に具体的
に云うと、合計磁束面積は、ラミネーションの外径から
空気通路７２の外周までの距離に積重ねの長さを乗じた
値である。積重ねの長さを長くすることによって馬力を
増加することが出来るが、一般的に業界基準では、電動
機の直径を定めており、その為、磁束面積を半径方向に
増加する能力を制限している。その為、冷却条件が、所
望の磁束との釣合いで決められ、冷却空気通路７２の寸
法を左右する。巻線スロットに隣接した三日月形通路
は、動力出力に悪影響を与えずに冷却作用を改善する。
【００１９】この発明の現在好ましい実施例と考えられ
るものを説明したが、当業者にはその他の変更が容易に
考えられよう。従って、この発明はこの特定の実施例に
制限されるものではなく、特許請求の範囲に従って解釈
されるものと承知されたい。
るものを説明したが、当業者にはその他の変更が容易に
考えられよう。従って、この発明はこの特定の実施例に
制限されるものではなく、特許請求の範囲に従って解釈
されるものと承知されたい。
【図１】この発明の改良された冷却装置を用いた回転電
気機械の簡略断面図。
気機械の簡略断面図。
【図２】回転電気機械に使われる従来の固定子ラミネー
ションの平面図。
ションの平面図。
【図３】この発明の１形式の固定子ラミネーションの平
面図。
面図。
【図４】別の実施例の固定子ラミネーションの平面図。
【図５】この発明と従来の熱伝達特性を比較したグラ
フ。
フ。
５４ 中孔 ６４，７０ ラミネーション ６３，７２ 冷却空気通路 ６６，７４ 巻線スロット
フロントページの続き (72)発明者 ハラルド・エドモンド・ブラエットナー アメリカ合衆国、インディアナ州、フォー ト・ウエイン、リブ・オーク・ブルーバー ド、4305番
Claims (16)
- 【請求項１】 回転電気機械の固定子ラミネーションに
於て、中心に回転子が通過出来る様にする中孔を持つ全
体的に平坦な円板と、該中孔から半径方向外向きに伸び
る一様な間隔の複数個の巻線スロットであって、それぞ
れの隣り合う巻線スロットはそれらの間に前記中孔から
当該ラミネーションの半径方向外側部分まで伸びる磁極
片を形成する複数個の巻線スロットと、当該ラミネーシ
ョンに形成された複数個の冷却空気通路とを有し、該通
路が少なくとも若干の前記巻線スロットの半径方向外側
の終端した底部に隣接して形成されている固定子ラミネ
ーション。 - 【請求項２】 前記通路が前記巻線スロットの半径方向
外側の底部と全体的に同形の半径方向内側の境界を有す
る請求項１記載の固定子ラミネーション。 - 【請求項３】 前記通路が前記磁極片を半径方向に通る
電磁束通路に対する影響を最小限にする為に弓形にした
半径方向外側の境界を有する請求項２記載の固定子ラミ
ネーション。 - 【請求項４】 前記通路が全体的に三日月形である請求
項３記載の固定子ラミネーション。 - 【請求項５】 前記通路が前記巻線スロットの半径方向
の寸法の約１／６の半径方向の寸法を有する請求項４記
載の固定子ラミネーション。 - 【請求項６】 前記巻線スロットの半径方向の寸法が、
前記中孔から当該ラミネーションの外周まで伸びる当該
ラミネーションの半径方向の寸法の約半分である請求項
５記載の固定子ラミネーション。 - 【請求項７】 当該ラミネーションが複数個のラミネー
ションの積重ね体の中の１枚を構成し、該複数個のラミ
ネーションは積重ね体の中を軸方向に伸びる通路を形成
するために前記通路が整合する様に積重ねられている請
求項６記載の固定子ラミネーション。 - 【請求項８】 固定子鉄心を形成する複数個の積重ねた
ラミネーションを有し該積重ねたラミネーションが、そ
の中に回転子を通すことが出来る様にする中心中孔、及
び該中孔から半径方向外向きに該ラミネーションの中へ
伸びて底部で終端する一様な間隔の複数個の巻線スロッ
トを持ち、隣合ったスロットが前記中孔から前記ラミネ
ーションの半径方向外側部分まで伸びる磁極片を形成す
る形式の回転電気機械の冷却装置に於て、前記中心中孔
と全体的に平行に前記積重ねたラミネーションの中を軸
方向に伸びる複数個の冷却空気通路を有し、各々の空気
通路が対応する１つの巻線スロットの終端した底部に隣
接して位置ぎめされており、また各々の空気通路の半径
方向外側の形が巻線スロットの半径方向外側の形と全体
的に対応している冷却装置。 - 【請求項９】 前記各々の冷却空気通路が、夫々１つの
巻線スロットの円周方向の両側の縁に沿った回転電気機
械の１対の半径線の間を円周方向に伸びている請求項８
記載の冷却装置。 - 【請求項１０】 前記各々の空気通路が、軸方向に見た
時に三日月形である請求項９記載の冷却装置。 - 【請求項１１】 前記各々の空気通路が前記積重ねたラ
ミネーション内の電磁束線に対する影響を最小限に抑え
る様に位置ぎめされている請求項１０記載の冷却装置。 - 【請求項１２】 外側ハウジングと、 該ハウジングの両端に取付けられていて、各々複数個の
通気口が通抜けている１対の端蓋と、 該端蓋から全体的に軸方向に隔たって前記ハウジング内
に位置ぎめされた固定子集成体であって、軸方向に整合
し且つ円周方向に相隔たった複数個の半径方向内側スロ
ットを持つ複数個の積重ねたラミネーションを有し、回
転電気機械を作動した時に励振される複数個の巻線手段
が前記スロットの中を通抜けている固定子集成体と、 少なくとも若干の前記スロットの半径方向外側端に隣接
して位置ぎめされた複数個の三日月形空気通路と、 前記巻線手段を冷却する為に前記空気通路に冷却空気を
強制的に送る手段と、を有する回転電気機械。 - 【請求項１３】 前記固定子集成体が前記外側ハウジン
グと熱交換する様に組立てられており、前記空気通路
は、前記積重ねたラミネーションの質量の大部分が、前
記空気通路の外周によって限定された円筒の外側にある
様に位置ぎめされている請求項１２記載の回転電気機
械。 - 【請求項１４】 前記巻線手段が、冷却空気の流れを強
制的に前記空気通路の半径方向外向きに向ける様に形成
された１対の両側の端コイルを含む請求項１２記載の回
転電気機械。 - 【請求項１５】 前記回転電気機械は、前記固定子集成
体と磁気結合する様に配置されていて、当該回転電気機
械が作動された時に回転する様になっている回転子集成
体と、該回転子集成体の少なくとも１端に結合されてい
て、隣接する一方の端コイルの上及び前記空気通路の中
に空気を強制的に送込む送風機手段とを更に含んでいる
請求項１４記載の回転電気機械。 - 【請求項１６】 前記固定子集成体の外径が約６．４吋
であり、前記各々の空気通路の断面積が約０．０４７５
平方吋である請求項１２記載の回転電気機械。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US068208 | 1993-05-27 | ||
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