JPH09289749A

JPH09289749A - 回転電機の回転子の冷却構造

Info

Publication number: JPH09289749A
Application number: JP12084696A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Hashizume; 和由橋詰
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】ソリッド構造の電機子磁極構造の回転電機の
効率的な冷却構造を得ることを目的とする。【解決手段】回転子磁極１１の回転子コイル１２内部
所定位置に回転軸１０に平行に貫通する第１の通風孔２
０と、この第１の通風孔２０から回転軸１０に対して直
角方向に回転子磁極１１内部を磁極表面まで貫通する第
２の通風孔２１とにより成ることを特徴とする。上記の
回転子コイル１２はエッジワイズコイルであることが望
ましい。さらに、上記の第１の通風孔２０は、各回転子
磁極１１の中心に対して対称に形成するのが望ましく、
また、各回転子磁極１１に溝を加工して形成するのが望
ましい。また、第２の通風孔２１は回転子磁極１１内部
を中心軸に対して平行に形成し、回転子磁極１１の両端
面Ａ、Ｂ間に少なくとも２以上を所定間隔で形成するの
が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転電機の回転
子の冷却構造に係り、特に、回転子磁極をソリッド磁性
体で構成した回転電機の回転子の冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の発電機や電動機等の回転電機の冷
却構造は、概要としての図４に示すようになっている。
図４は、回転電機の１例としてのタービン駆動による４
極全閉内冷式発電機の側面から見た半体断面側面図であ
る。図４において、符号１は、回転軸２の周囲に放射状
に形成された回転子磁極であり、回転子磁極１には回転
子コイル３が巻回され、４は固定子磁極、５は固定子コ
イル、６は固定子磁極４の外周に接触して配置されたク
ーラである。上述した回転軸２には、ブラケット８を介
してファン７が固定され支持されている。

【０００３】回転軸２は軸受２ｂによって回転自在に支
承され、回転軸２に連結された図示しないタービンによ
って強制的に駆動されて回転する。この回転電機が電動
機の場合は、回転軸２に結合された回転負荷を駆動す
る。従って、回転軸２が回転するとファン７が回転し、
ファン７の回転によって発生する空気流が回転子磁極
１、回転子磁極１の周囲に巻回されたコイル３、固定子
磁極４、固定子コイル５等の表面の空間を、図で上方向
に流れて夫々の部分に生じた熱を奪い、温度が上昇した
空気は、外方のクーラ６により冷却される。即ち、回転
電機のケース内の空気は矢印ａのように流れて吸熱と放
熱を繰り返して、この回転電機の冷却動作を行ってい
る。

【０００４】ところで、従来の磁極は、珪素鋼板等の磁
性鉄板を重ね合わせて形成したラミネートコアを、回転
軸の表面に形成した凹部に嵌合し固定して形成し、その
周囲に銅線によって形成したコイルを嵌合して構成して
いた。即ち、回転子磁極１の断面を示す図５において、
回転軸２の磁極装着部に形成した蟻溝２ａに、所定形状
に打ち抜き加工した磁性鉄板を重ね合わせて回転子磁極
１に形成された蟻部１ａを嵌合し、両者の間にコッター
９を差し込み固定している。符号３は、回転子磁極１に
巻回した回転子コイルを示している。

【０００５】最近では、上記のように磁性鉄板を重ね合
わせて形成した回転子磁極を回転軸に嵌合するような手
間を省いて、生産性を向上させる等のコストダウンと軽
量化のために、図３に示すようなソリッド構造の回転子
にエッジワイズコイル装着する方法が実用化されるよう
になっている。図３は、前記ソリッド構造の回転子の断
面状況を示していて、回転軸１０の外周囲に、磁性金属
を成形加工し、複数個（図では４個）の磁極が放射状に
配列された回転子磁極１１が形成され、この磁極１１の
周囲には所定形状に成形した銅板を重ねて絶縁したエッ
ジワイズコイルと称する回転子コイル１２を形成してい
る。上述した回転子コイル１２は、外部を交互に突き出
してフィン効果を持たせるようにしている。図では回転
子コイル１２の一部を示しており、複数の絶縁子コイル
１２ａの相互間には層間絶縁材１２ｂが挟まれている。
回転子コイル１２を形成する銅板を固定するために、磁
極１１の先端部の磁極ヘッド１３がボルト１４によって
固定され、互いに隣接する磁極の中間、この図では直角
に配置された２つの磁極の中間に、アルミニウム合金な
どの非磁性材料で加工され、断面が角錐台形のコイル押
え金１５を当てて、押え金１５と回転子コイル１２の間
には絶縁材１６を介して、軸線に平行に各磁極ヘッド１
３に４５度の角度で配置された複数個のボルト１７で固
定している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３に示したソリッド
構造の回転子であると、加工組立ては容易になるが、磁
極の鉄損は、従来のように磁性鉄板を重ね合わせた構造
の回転子磁極よりも増加するという問題がある。そのた
め、回転子コイルに設けた単なるフィン構造を設けたも
の以上の冷却機能が望まれていた。従来の磁性鉄板を形
成した方式の回転電機も、回転子磁極の表面からの放熱
に頼らざるをえなかったので、より効果的な冷却方法を
備えることができる回転子磁極の開発が望まれていた。
本発明は、従来の回転電機における上記の課題（問題
点）を解決し、図３に示したソリッド構造の回転子に最
適な冷却方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に基づくソリッド構造の回転子磁極を備えた
回転電機において、この回転子の冷却構造は、回転子磁
極の回転子コイルの内周部の所定位置に回転軸に平行に
貫通する第１の通風孔と、この第１の通風孔から回転軸
に対して直角方向に回転子磁極内部を磁極の外表面まで
貫通する第２の通風孔とから成ることを特徴とする。上
記の回転子コイルはエッジワイズコイルであることが望
ましい。さらに、上記の第１の通風孔は各回転子磁極の
中心、つまり回転軸に対して対称に形成するのが望まし
く、第１の通風孔は各回転子磁極の中心、つまり回転軸
に平行な溝を加工して形成するのが望ましい。また、第
２の通風孔は回転子磁極内部を中心軸に対して直角に且
つ互いに平行に複数個を、回転子磁極の両端面間に少な
くとも２以上を所定間隔で形成するのが好ましい。上記
のような構造にすることによって、電機子磁極内部に設
けた通風孔をファンによって起こされた空気が流れるの
で、電機子の冷却が可能になった。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の、図３を参照して説明し
たソリッド構造の回転子に適用した実施の形態を、図
１、図２によって説明する。従って、回転子の磁極に関
連する主要な構成要素には、図３に示した符号と同一の
符号を使用し、固定子及び図４、５に示した以外の主要
要素は図３と同一の符号を使用して詳細な説明は省略す
る。図１（Ａ）は、本発明を適用した回転電機の半体断
面側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）にＭとして
示した部分の拡大詳細図である。図２（Ａ）は、回転子
の断面を、図２（Ｂ）は、図１（Ａ）にＡとして示した
部分の拡大図である。図１、図２において、符号２０
は、回転子磁極１１に構成した回転子コイル１２の、回
転子磁極１１の付け根の表面所定位置１１ａに、回転軸
１０に平行に軸方向の両端面Ａ、Ｂ間を貫通した断面矩
形を溝状に加工した第１の通風孔であって、符号２１
は、第１の通風孔２０から回転軸１０に対して直角方向
で、かつ回転子磁極１１の放射軸に平行に磁極の外周面
まで貫通した第２の通風孔である。

【０００９】図２（Ａ）においては、２個の回転子磁極
１１の間に形成した回転子コイル１２についてのみ図示
し、その他の各回転子磁極１１に形成した回転子コイル
１２と通風孔２０、２１の図示は省略している。図から
明らかなように、各通風孔２０及び２１は各回転子磁極
１１の中心軸１０に対して対称に形成している。図２
（Ｂ）に、第１の通風孔２０及び第２の通風孔２１を回
転子磁極１１の付け根１１ａの表面所定位置に加工した
場合を、拡大して詳細に示している。即ち、同図におい
て、１１は回転子磁極で、１１ｂは第１の通風孔のため
に、例えばＮＣ機で加工した溝であり、１１ｃはボルト
１７を固定するネジ孔である。また、第２の通風孔２１
は、図２（Ｂ）に示す１１ｄ及び図１に示すように、回
転子磁極１１の両端面Ａ、Ｂ間に少なくとも２以上を、
例えば、ＮＣ機及び／又はドリル加工で所定間隔で形成
している。各通風孔の寸法と数は、回転電機の銅損及び
鉄損の大きさと絶縁材等に対し許容される温度の上限、
ファン７の特性、及び、回転子磁極の強度等に対応して
適切に設定すれば良い。

【００１０】また、第１の通風孔２０は、矩形形状に加
工するように説明したが、通風孔に要望される断面寸法
と開孔に伴う回転軸１０と回転子磁極１１との結合部の
強度低下の許容量、及び加工コスト等に対応して適切に
設定できる。図１、図２に示したように通風孔２０及び
２１を設けると、ファン７によって起こされる冷却風は
矢印ａに示すように流れ、回転子磁極１１及び回転子コ
イル１２の損失によって発生した熱はこの冷却風によっ
て奪われ、（半径方向外方に流れた）上昇した冷却風
（空気）の熱は、クーラ６によって放熱される。上述の
説明は、本発明の技術思想を実現するための基本構成と
その働きを説明する実施の形態を示したものであって、
図に示した４極以外の構造の回転子を備えた回転電機の
構造に対しても回転子磁極の内部に適切に開孔を貫通さ
せ、ファンによって発生した空気流がこの開孔を流れる
ようにすればよい。

【００１１】

【発明の効果】本発明は上述したような構造にしたの
で、従来の磁性鉄板によって形成した磁極方式の回転電
機では得られなかった、低コストで所望される冷却効果
を有するソリッドタイプの回転子磁極を備えた回転電機
を提供することができるという、優れた効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく回転子の冷却構造を備えた回転
電機の構造を示す断面側面図であり、同図（Ａ）は回転
電機の半体を断面で示した側面図、同図（Ｂ）は同図
（Ａ）の符号Ｍで示した部分の拡大断面図である。

【図２】本発明に基づく冷却構造を備えた回転子の概要
構造を示していて、同図（Ａ）は回転子を示す斜視図、
同図（Ｂ）は通風孔の加工説明図である。

【図３】ソリッド構造の回転子にエッジワイズコイルを
装着した構造を説明する部分断面図である。

【図４】従来の回転電機の概要構造を半体を断面で示し
た側面図である。

【図５】従来の回転電機の回転子磁極の構造を示す概要
断面図である。

【符号の説明】

１、１１：回転子磁極２、１０：回転軸３、１２：回転子コイル４：固定子磁極５：固定子コイル６：クーラ７：ファン１３：磁極ヘッド１５：コイル押え金２０：第１の通風孔２１：第２の通風孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ソリッド構造の回転子磁極（１１）を備
えた回転電機において、回転子磁極（１１）の回転子コ
イル（１２）内部の回転子磁極の所定位置に回転軸（１
０）に平行に貫通する第１の通風孔（２０）と、この第
１の通風孔（２０）から回転軸（１０）に対して直角方
向に該回転子磁極（１１）の内部を半径方向に該磁極
（１１）の外周面まで貫通する第２の通風孔（２１）と
を設けたことを特徴とする回転電機の回転子の冷却構
造。
【請求項２】請求項１記載の回転子コイル（１２）が
エッジワイズコイルである回転電機の回転子の冷却構
造。
【請求項３】請求項１記載の第１の通風孔（２０）
は、各回転子磁極（１１）の中心軸に対して対称に形成
された回転電機の回転子の冷却構造。
【請求項４】請求項１又は３のいずれかに記載の第１
の通風孔（２０）は、各回転子磁極（１１）の突出側部
に溝状に形成した回転電機の回転子の冷却構造。
【請求項５】請求項１記載の第２の通風孔（２１）
は、回転子磁極（１１）の内部を回転軸（１０）に対し
平行に形成した回転電機の回転子の冷却構造。
【請求項６】請求項１又は５のいずれかに記載の第２
の通風孔（２１）は、回転子磁極（１１）の両端面
（Ａ、Ｂ）間に、少なくとも２つ以上を所定間隔で形成
した回転電機の回転子の冷却構造。