JP2006101672A - 流体流路を内蔵する回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、流体の搬送効率の低下をなくすと共に、撹拌損失を生じさせることのない流体流路を内蔵する回転電機を提供することにある。
【解決手段】本発明は、流体を流通させる回転電機内の流体流路を、回転電機固定部材（３）に設けた吸入口１３から固定子鉄心７のコアバック近傍を経由して回転電機固定部材（４）に設けた排出口１５に至るように形成したのである。
上記構成とすることで、流体が回転子１と固定子２との隙間を流通することはなくなるので、回転子１と固定子２との間の狭い流路の流通抵抗による流体搬送効率の低下はなくなり、また、回転子２による流体の撹拌はなくなるので、撹拌損失の発生をなくすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は電動機や発電機等の回転電機に係り、特に、内部に冷却媒体や燃料等の液体や気体を流通させる流体流路を内蔵する回転電機に関する。

一般に回転電機の内部に流体を流通させるように構成した回転電機は、例えば特許文献１に示すように、既に提案されている。

特開２００４−３４３３号公報

既に提案されている内部に流体を流通させるように構成した回転電機は、固定子と回転子との隙間に流体を流通させる構成となっているために、狭い流体流路の流通抵抗により流体搬送効率が低下すると共に、回転子による流体の撹拌による回転電機に撹拌損失を生じさせる問題があった。

本発明の目的は、流体の搬送効率の低下をなくすと共に、撹拌損失を生じさせることのない流体流路を内蔵する回転電機を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、流体を流通させる回転電機内の流体流路を、回転電機固定部材に設けた吸入口から固定子鉄心のコアバック近傍を経由して回転電機固定部材に設けた排出口に至るように形成したのである。

上記構成とすることで、流体が回転子と固定子との隙間を流通することはなくなる。その結果、回転子と固定子との間の狭い流路の流通抵抗による流体搬送効率の低下はなくなり、また、回転子による流体の撹拌はなくなるので、撹拌損失の発生をなくすことができる。

本発明による流体流路を内蔵する回転電機によれば、流体搬送効率を低下させずに撹拌損失の発生をなくすことができる。

以下本発明による流体流路を内蔵する回転電機の第１の実施の形態を、図１〜図４に示す流体流路を内蔵する電動機に基づいて説明する。

ここに示す電動機は、永久磁石による磁極を形成した回転子を備えた永久磁石式のポンプ用電動機であり、大きくは回転子１と、この回転子１と微少隙間を介して対向する固定子２と、前記回転子１の両側に位置し、回転子１及び固定子２を所定の位置関係に保持するエンドブラケット３，４とで構成されている。尚、エンドブラケット３，４は、回転電機である電動機の固定部材の一部である。

前記回転子１は、回転軸５と、この回転軸５上に形成された永久磁石（図示せず）を備えた回転子鉄心６とを有している。

前記固定子２は、磁性粉を圧縮加熱成形した焼結磁性鉄心や、磁性粉あるいは磁性粉に他の磁性金属を混入して加圧成形した圧粉鉄心等の磁性粉成形鉄心からなる固定子鉄心７と、この固定子鉄心７に巻掛けた固定子巻線８とを有している。この固定子鉄心７は、回転子１と対向する側に、前記固定子巻線８が巻装される複数の巻線溝９と、各巻線溝８間に形成される歯部１０とを形成しており、コアバック側には隣接巻線溝９間、云い代えれば歯部１０の根元に対向する位置に軸方向に貫通する第１の流体流路１１を形成している。

また、前記固定子鉄心７は、歯部１０の軸方向長さよりもコアバック側の軸方向長さが長く形成されており、このコアバック側の両端に前記エンドブラケット３，４の外周側を連結している。

これらエンドブラケット３，４の内径側には軸受１２Ａ，１２Ｂを介して前記回転軸５が軸支されており、前記回転子１と固定子２との位置関係を保持している。さらにエンドブラケット３には、流体の吸入口１３が設けられていると共に、この吸入口１３に連通する第２の流体流路１４が回転軸５と同心となるように形成されている。そして、この第２の流体流路１４の開口１４Ｍが、前記固定子鉄心７に形成した第１の流体流路１１の一方側の開口に対向する位置に形成されている。他方、エンドブラケット４は、第１エンドブラケット４Ａと第２エンドブラケット４Ｂとで構成され、第２エンドブラケット４Ｂに流体の排出口１５を設けると共に、この排出口１５に連通する第３の流体流路１６を第１エンドブラケット４Ａと第２エンドブラケット４Ｂとの間に回転軸５と同心となるように形成している。そして、この第３の流体流路１６の開口１６Ｍが、前記固定子鉄心７に形成した第１の流体流路１１の他方側の開口に対向する位置に形成されている。さらに、エンドブラケット４の第３の流体流路１６内には、前記回転軸５の端部が突出しており、その突出部にポンプタービン１７が取り付けられている。このポンプタービン１７は、電動機の機種や用途によって、第２の流体流路１４内に位置させてもよい。尚、貫通した回転軸５とエンドブラケット４との間には、ＯリングやＶリング等のシール材１８が施されている。また、軸受１２Ａの外周の固定部分には、固定子巻線８の端末結線用基板１９が支持されている。

上記構成において、エンドブラケット３−固定子鉄心７−第１エンドブラケット４Ａ−第２エンドブラケット４Ｂに締結ボルト２０を貫通してナット２１で締結することで、第１の流体流路１１と第２の流体流路１４と第３の流体流路１６とは連通して密封され、固定子鉄心７のコアバック側を経由する流体流路が形成できる。

上記流体流路を形成することで、流体は回転子１の周囲を流通することはなくなるので、流体が回転子１の周囲を流通することにより生じていた不都合を一掃することができる。即ち、電動機の駆動によるポンプタービン１７の回転により、吸入口１３から流入する流体は第２の流体流路１４→開口１４Ｍ→第１の流体流路１１→開口１６Ｍ→第３の流体流路１６→ポンプタービン１７を経由して排出口１５から排出される。その結果、流体が回転子１と固定子２との隙間を流通することはなくなるので、回転子１と固定子２との狭い隙間による流路抵抗によって生じていた流体搬送効率の低下はなくなり、さらに回転子１によって流体を撹拌することもなくなるので、回転電機に回転子１による撹拌損失を生じさせることもなくなる。

また、第１の流体流路１１を、隣接巻線溝９間、云い代えれば歯部１０の根元に対向するコアバック側に形成することで、固定子鉄心７内の磁気回路を狭めることはなく、電動機性能に支障をきたすことはない。

ところで、本実施の形態においては、固定子鉄心７を、磁性粉を圧縮加熱成形した焼結磁性鉄心や、磁性粉あるいは磁性粉に他の磁性金属を混入して加圧成形した圧粉鉄心等の磁性粉成形鉄心で形成したものであるが、ここで圧粉鉄心によって固定子鉄心７を形成する場合の製造方法の一例を図５及び図６に基づいて説明する。

圧粉鉄心の主材料は、純鉄などの磁性体であり、その磁性体の粉の表面に絶縁皮膜を施した絶縁皮膜付磁性粉２２を樹脂バインダ２３と混ぜ合わせた状態で加圧することで、絶縁皮膜付磁性粉２２を密に絡み合わせた圧粉磁性体２４を得るものである。

この圧粉磁性体２４を固定子鉄心７となるように成形するには、固定子鉄心７の形状をした成形金型２５内に、絶縁皮膜付磁性粉２２と樹脂バインダ２３と混ぜ合わせたものを注入し、それをパンチ２６で加圧することで絶縁皮膜付磁性粉２２同士が絡み合って固定子鉄心７の形状の圧粉磁性体２４が得られるのである。

ところで、前記固定子鉄心７は、磁性粉成形鉄心で一体成形されたものであるが、大型の固定子鉄心７の場合には、大きな加圧力を必要とするために、大きなプレス装置が必要となると共に、巻線溝９への固定子巻線８の巻装作業を狭い歯部１０間を通して行わねばならず、巻線作業が厄介であった。

そこで、図８及び図９に示すように、磁性粉成形鉄心による固定子鉄心７を、巻線溝９が６つの電動機であれば、巻線溝９の部分で周方向に６分割した固定子小鉄心２７を成形し、これを組み合わせて固定子鉄心７を構成すればよい。即ち、固定子鉄心７を構成する固定子小鉄心２７の体積が小さいので、比較的小さな加圧力で磁性粉成形鉄心を得ることができ、その結果、プレス装置を大きな加圧力を発揮する大型にする必要はない。さらに、固定子小鉄心２７は、歯部１０を中心とした巻線溝９が開放された形状であるので、固定子巻線の巻装作業は、周囲に巻線の障害となる隣接する歯部１０が存在しないので、巻線作業を容易にすることができる。

固定子巻線が装着された状態の固定子小鉄心２７を集合させることで、図８に示す固定子鉄心７が得られる。その後、前記回転子と対向する面を除いて固定子鉄心７の表面を、図１０に示すように、樹脂２８でモールドすることで、複数の固定子小鉄心２７を一体化した固定子鉄心７が得られる。

ところで上記説明は、第１の流体流路１１を固定子鉄心７の外径より内側に、軸方向に貫通する孔を形成することで得ているが、図１１〜図１４に示すようにして第１の流体流路１１を形成してもよい。

即ち、図１２及び図１３に示すように、巻線溝９の位置で周方向対称となるように分割した固定子小鉄心２９を形成し、この固定子小鉄心２９の外周部に軸方向に貫通する流路溝３０を形成する。そして、各固定子小鉄心２９の巻線溝９に固定子巻線８を装着した後、各固定子小鉄心２９を集合させ、集合させた各固定子小鉄心２９の外周に、図１１に示すように、筒状のハウジング３１を嵌着して固定子鉄心７を構成する。このように、ハウジング３１を嵌着することで、流路溝３０はハウジング３１で外周側を塞がれるので、固定子鉄心７とハウジング３１との間に密閉された第１の流体流路１１が形成されるのである。

以上の説明は、固定子鉄心７の外径を殆ど変えずに第１の流体流路１１を形成したものであるが、用途によっては、固定子鉄心７や固定子の形状を変えてもよい場合がある。図１５及び図１６は、第１の流体流路３２の断面積を大きく形成すると共に、固定子鉄心７のコアバック側の一箇所にまとめて形成したのである。さらに、この第１の流体流路３２は、固定子鉄心７の軸方向に貫通していなくてもよく、一方の開口３３を固定子鉄心７の外周面に開口させて、流路を自由に設計することも可能である。

ところで、固定子鉄心７の軸方向両端をエンドブラケット３及び第１エンドブラケット４Ａに接触させ、ボルト２０及びナット２１による締結によって、第１の流体流路１１，３２と第２に流体流路１４及び第３の流体流路１６とを漏れがないように連結している。しかし、図１７及び図１８に示すように、固定子鉄心７の第１の流体流路１１，３２よりも内径側に鉄心成形時にシール溝３４を無端状に形成し、このシール溝３４内にＯリングを保持させたり、シリコン系のシール材を塗布したりすることで、各流体流路の継ぎ目からの流体の漏洩をより確実に防止できる信頼性のある電動機構成とすることができる。尚、シール溝３４は、エンドブラケット３，４側にのみ設けてもよく、また、固定子鉄心７とエンドブラケット３，４の対向する両側に設けてもよい。

以上の説明は、流体流路を内蔵する回転電機としてポンプ用電動機を一例に説明したが、本発明は、図１９に示すような自冷式の電動機にも適用することができる。尚、図１に示す符号と同一符号は同一部品を示すので、図１の構成と異なる点を説明する。

本実施の形態では、エンドブラケット３，４に設けた吸入口１３と排出口１５とを、電動機の外側において放熱流路３５で連結して閉ループの流路を形成し、この閉ループ流路内に冷却媒体を封入している。

上記構成とすることで、電動機が駆動されると、電動機内で発生した熱は内蔵した流体流路（第１の流体流路１１，第２の流体流路１４，第３の流体流路１６）を流れる冷却媒体に放出され、電動機内からの熱を受けて加熱された冷却媒体は放熱流路３５に移動して大気中に熱放散して冷却され、その後、冷却された冷却媒体は再び電動機内の流体流路内に戻ると云う自己循環を行う。その結果、電動機は効率良く冷却できるので、電動機の温度上昇を抑えることができ、電動機の駆動電流を大きくして連続定格点を高めることができると共に、電動機を小型化することができる。

尚、冷却媒体の流通路となる流体流路（第１の流体流路１１，第２の流体流路１４，第３の流体流路１６）の一部あるいは全部に、冷却フィン３６を設けることで、冷却を効率良く促進することができる。

上記説明は、固定子鉄心７を磁性粉成形鉄心で形成したものであるが、一般の積層珪素鋼板で固定子鉄心７を形成した場合にも本発明を適用することは可能である。ただ、固定子鉄心７を積層珪素鋼板で形成した場合、流体流路の珪素鋼板の積層間から流体が染み出すことが考えられる。そのような場合には、流体流路の内面を樹脂でコーティングしたり、流体流路内に金属製あるいは樹脂製パイプを挿入したりして流体が直接積層珪素鋼板に接しないように漏洩防止処理を施すことで対応することができる。

また、上記説明は、固定子鉄心７のコアバック側の軸方向長さを歯部１０よりも長くして、エンドブラケット３，４に連結する構成であるが、固定子鉄心７のコアバック側の軸方向長さが歯部１０と同じ長さでエンドブラケット３，４に届かない場合には、固定子鉄心７を一旦ハウジング等の部材に支持し、このハウジングをエンドブラケット３，４に連結すればよい。このとき、固定子鉄心７８のコアバック側に設けた第１の流体流路１１の端部がエンドブラケット３，４に接する位置にないので、その場合には、第１の流体流路１１と第２の流体流路１４との間、及び第１の流体流路１１と第３の流体流路１６との間に、夫々別部材の連結管を介在させて連結すればよい。

さらに、以上の説明は電動機を例に説明したが、電動機に限らず発電機にも適用できることは云うまでもない。

本発明による流体流路を内蔵する回転電機の第１の実施の形態を示す縦断側面図。 図１に示された回転電機の固定子鉄心の斜視図。 図２の平面図。 図１の回転電機の分解斜視図。 図１に示された回転電機の固定子鉄心の成分を示す概略図。 図１に示された回転電機の固定子鉄心の製造方法を示す第１工程図。 図１に示された回転電機の固定子鉄心の製造方法を示す第２工程図。 図１に示された回転電機の固定子鉄心の変形例を示す図２相当図。 図８の固定子鉄心を構成する固定子小鉄心を示す斜視図。 図８の固定子鉄心を樹脂モールドした斜視図。 図１に示された回転電機の固定子鉄心の別の変形例を示す図２相当図。 図１１の固定子鉄心を構成する固定子小鉄心の平面図。 図１１の固定子鉄心を構成する固定子小鉄心の斜視図。 図１３の固定子小鉄心に固定子巻線を装着した斜視図。 固定子鉄心の変形例を示す斜視図。 図１５の固定子鉄心の平面図。 固定子鉄心端部にシール溝を形成した状態を示す部分斜視図。 シール溝を形成した固定子鉄心端部を示す平面図。 本発明による流体流路を内蔵する回転電機の変形例を示す縦断側面図。

符号の説明

１…回転子、２…固定子、３，４…エンドブラケット、５…回転軸、６…回転子鉄心、７…固定子鉄心、８…固定子巻線、９…巻線溝、１０…歯部、１１，３２…第１の流体流路、１３…吸入口、１４…第２の流体流路、１５…排出口、１６…第３の流体流路、１７…ポンプタービン、２７，２９…固定子小鉄心、２８…樹脂、３０…流路溝、３１…ハウジング、３３…開口、３４…シール溝。

Claims (12)

1. 回転軸上に形成された回転子と、この回転子と周方向の隙間を介して対向する固定子と、前記回転軸側に設けたポンプタービンと、このポンプタービンを経由して形成された流体流路とを備えた流体流路を内蔵する回転電機において、前記流体流路を、回転電機固定部材に設けた吸入口から前記固定子の固定子鉄心のコアバック近傍を経由して前記ポンプタービンに至り、回転電機固定部材に設けた排出口から排出されるように形成したことを特徴とする流体流路を内蔵する回転電機。
2. 回転軸に設けられた回転子と、前記回転軸を軸支し前記回転子の両側に位置するエンドブラケットと、このエンドブラケットに支持された固定子鉄心と、前記回転軸に設けられたポンプタービンと、このポンプタービンを経由して形成された流体流路とを備えた流体流路を内蔵する回転電機において、前記流体流路を、両側のエンドブラケットの一方に設けた吸入口から前記固定子鉄心のコアバック近傍を経由して前記ポンプタービンに至り、両側のエンドブラケットの他方に設けた排出口から排出されるように形成したことを特徴とする流体流路を内蔵する回転電機。
3. 前記吸入口と排出口とは放熱流路で連結されており、前記流体流路及び放熱流路内に冷却媒体が封入されていることを特徴とする請求項１又は２記載の流体流路を内蔵する回転電機。
4. 前記固定子鉄心は珪素鋼板を積層して構成されており、前記固定子鉄心に形成した流体流路は漏洩防止処理が施されていることを特徴とする請求項１又は２記載の流体流路を内蔵する回転電機。
5. 前記流体流路は、固定子鉄心とこの固定子鉄心の外周を覆うハウジングとの間に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の流体流路を内蔵する回転電機。
6. 前記流体流路は、固定子鉄心に設けた複数の巻線溝間に対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の流体流路を内蔵する回転電機。
7. 回転軸に設けられた回転子と、前記回転軸を軸支し前記回転子の両側に位置するエンドブラケットと、このエンドブラケットに支持される固定子鉄心と、前記回転軸に設けられたポンプタービンと、このポンプタービンを経由して形成された流体流路とを備えた流体流路を内蔵する回転電機において、前記固定子鉄心を、磁性粉を圧縮成形した磁性粉成形鉄心で形成し、かつ前記流体流路を、両側のエンドブラケットの一方側に設けた吸入口から前記固定子鉄心のコアバックに形成した流通孔を経由して前記ポンプタービンに至り、両側のエンドブラケットの他方側に設けた排出口から排出されるように形成したことを特徴とする流体流路を内蔵する回転電機。
8. 流通孔は、固定子鉄心に設けた複数の巻線溝間に対向する位置に形成されていることを特徴とする請求項７記載の流体流路を内蔵する回転電機。
9. 前記固定子鉄心は、前記巻線溝において周方向に分割されていることを特徴とする請求項８記載の流体流路を内蔵する回転電機。
10. 回転軸に設けられた回転子と、前記回転軸を軸支し前記回転子の両側に位置するエンドブラケットと、このエンドブラケットに支持される固定子鉄心と、前記回転軸に設けられたポンプタービンと、このポンプタービンを経由して形成された流体流路とを備えた流体流路を内蔵する回転電機において、前記固定子鉄心のコアバック側に軸方向に貫通する第１の流体流路を設け、前記エンドブラケットの一方側に第２の流体流路とこの第２の流体流路に連なる吸入口を設け、前記エンドブラケットの他方側に第３の流体流路とこの第３の流体流路に連なる排出口を設け、前記第１の流体流路の両開口に前記第２及び第３の流体流路の開口を連通させて前記流体流路を形成すると共に、前記第２又は第３の流体流路内に前記ポンプタービンを位置したことを特徴とする流体流路を内蔵する回転電機。
11. 前記固定子鉄心は、磁性粉を圧縮成形した磁性粉成形鉄心で形成されていると共に、前記第１の流体流路が形成されたコアバック側の軸方向両端が前記エンドブラケットに夫々連結されており、かつ、第１の流体流路の両開口端と前記第２及び第３の流体流路の開口端とが合致するように構成されていることを特徴とする請求項１０記載の流体流路を内蔵する回転電機。
12. 前記第１の流体流路は、固定子鉄心に設けた複数の巻線溝間に対向するコアバック側に形成されていることを特徴とする請求項１０又は１１記載の流体流路を内蔵する回転電機。
    

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