JP5893462B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石が取り付けられた回転子を有する回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine having a rotor to which a permanent magnet is attached.
回転電機は、回転子と、この回転子を半径方向外側から取り囲む固定子と、この固定子を収容する固定子枠と、を有する。 The rotating electrical machine includes a rotor, a stator that surrounds the rotor from the outside in the radial direction, and a stator frame that accommodates the stator.
回転子は、所定の軸(回転中心軸)の周りを回転する。回転子には、例えば永久磁石が取り付けられたものがある。このような回転子は、円環状の部材の外周に台座が固定されて、この台座に永久磁石が固定されるものがある。回転子や固定子には、これらを冷却するための通風路が形成されるものがある(例えば、特許文献1)。 The rotor rotates around a predetermined axis (rotation center axis). Some rotors have permanent magnets attached, for example. Some of such rotors have a base fixed to the outer periphery of an annular member, and a permanent magnet fixed to the base. Some rotors and stators are provided with ventilation paths for cooling them (for example, Patent Document 1).
固定子は、固定子鉄心および固定子巻線等を有する。固定子鉄心には、固定子鉄心を冷却するための通風路が形成されるものがある。この通風路に冷却用の空気が流れることによって、固定子鉄心が冷却される。この通風路には、回転中心軸が延びる方向の一方向に空気が流れる。 The stator has a stator core and a stator winding. Some of the stator cores are provided with ventilation paths for cooling the stator core. The cooling iron flows through this ventilation path, whereby the stator core is cooled. In this ventilation path, air flows in one direction in which the rotation center axis extends.
永久磁石型回転電機の回転子の冷却は、回転子および固定子の間の空隙や、永久磁石同士の周方向間隙等を空気が流れることにより行われる。 The rotor of the permanent magnet type rotating electrical machine is cooled by air flowing through the gap between the rotor and the stator, the circumferential gap between the permanent magnets, and the like.
軸長が長くなるタイプでは、風下側の永久磁石は風上側よりも温度が上昇し、風下側の磁石を冷却することが困難になることが多い。 In the type having a long axial length, the temperature of the leeward permanent magnet is higher than that of the leeward side, and it is often difficult to cool the leeward side magnet.
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転子を効率よく冷却することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to efficiently cool the rotor.
上記目的を達成するための本発明に係る回転電機は、所定の軸周りを回転する回転軸と、前記回転軸を半径方向外側から取り囲み前記回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転する回転子と、前記回転子を半径方向外側から取り囲む固定子と、前記固定子の固定子鉄心を半径方向外側から取り囲むように構成された固定子枠と、を有する回転電機において、前記回転子は、前記軸を半径方向外側から取り囲むように配置された円環状で、前記軸の周りを同軸に回転可能な円環部材と、それぞれが軸方向に延びて、互いに周方向間隙を形成するように前記円環部材の半径方向外側の外周面に固定された複数の台座と、前記各台座の半径方向外側にそれぞれ固定された複数の永久磁石と、を有し、前記各台座の半径方向外側面および前記各永久磁石の前記台座に接する半径方向内側面のうち少なくとも一方に、軸方向に延びて半径方向および軸方向に開口する溝が形成されていて、前記溝の軸方向の一方の側から反対側に送風可能なファン装置が設けられて、前記各永久磁石の前記台座に接する半径方向内側面に形成された前記溝のうち、前記ファン装置による送風の方向の中央より下流側のみに、半径方向に貫通する貫通穴が形成されていること、を特徴とする。 To achieve the above object, a rotating electrical machine according to the present invention includes a rotating shaft that rotates around a predetermined axis, and a rotor that surrounds the rotating shaft from the outside in the radial direction and is fixed to the rotating shaft and rotates together with the rotating shaft. If, in a rotating electric machine having a stator surrounding the rotor from the radially outward, and a stator frame that is configured to surround the stator core of the stator from radially outside, the rotor, the An annular member arranged so as to surround the shaft from the outside in the radial direction, and can be rotated coaxially around the shaft, and each of the annular members extends in the axial direction to form a circumferential gap. A plurality of pedestals fixed to a radially outer peripheral surface of the ring member, and a plurality of permanent magnets respectively fixed to the radially outer side of each pedestal, the radially outer surface of each pedestal and the Each permanent magnet Of at least one of the radially inner surface in contact with the base, have a groove which is open radially and axially extends in the axial direction is formed, it can blow on the opposite side from the one side of the axial direction of the groove Among the grooves formed on the radially inner side surface that is in contact with the pedestal of each permanent magnet, only a downstream side from the center in the direction of air blowing by the fan device is provided in a radial direction. Rukoto have through holes are formed, characterized by.
本発明によれば、回転子を効率よく冷却することが可能になる。 According to the present invention, the rotor can be efficiently cooled.
以下、本発明に係る回転電機の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of a rotating electrical machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
第1の実施形態について、図1〜図3を用いて説明する。図1は、本実施形態の回転電機を模式的に示した概略正面図である。なお、図1では、最上部と最下部の放熱フィン45のみが示され、他の放熱フィン45の図示は省略している。
[First Embodiment]
A first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic front view schematically showing the rotating electrical machine of the present embodiment. In FIG. 1, only the uppermost and
図2は、図1の回転子20の一部を軸方向外側から見た部分斜視図である。図3は、図2の回転子20の一部を軸方向外側から見た部分側面図である。図3では、1組の台座23および永久磁石25を示している。
FIG. 2 is a partial perspective view of a part of the
先ず、本実施形態の回転電機の構成について説明する。 First, the configuration of the rotating electrical machine of the present embodiment will be described.
本実施形態の回転電機は、永久磁石式の同期発電機で、回転軸10と、回転子20と、固定子30と、固定子枠40と、放熱フィン45と、内部ファン38と、を有する。この同期発電機は、例えば風力により回転軸10が回転し、その回転させる力を電力として取り出すことができるものである。
The rotating electrical machine of the present embodiment is a permanent magnet type synchronous generator, and includes a rotating
回転軸10は、水平に延びて軸方向断面が円形の部材で、図示しない軸受で回転可能に支持されて、水平な回転中心軸の周りを回転する。
The
回転子20は、全体で円環状をなし、回転軸10を取り囲む部材で、円環部材21と、複数の支持部材22と、複数の台座23と、複数の永久磁石25と、を有する。
The
支持部材22は、回転軸10の三箇所の軸方向位置それぞれに複数本ずつ固定されて、回転軸10と共に回転可能である。各軸方向位置に固定される支持部材22は、それぞれの軸方向位置から放射状に円環部材21の内周面まで延びて、円環部材21を支持する。
A plurality of
円環部材21は、支持部材22に支持されて回転自在で、回転軸10を半径方向外側から取り囲む円環状の部材である。
The
各台座23は、軸方向に長い長方形が形成される板状の部材で、半径方向外側に座面23aが形成されている。この座面23aには永久磁石25が接着により取り付けられる。
Each
各台座23は、円環部材21の外周面に周方向に複数配列されている。これらの台座23は、互いに周方向間隙29を形成するように配列される。
A plurality of
各台座23の座面23aには、軸方向に延びる第1溝24が形成されている。この第1溝24は、半径方向外側に開口し、一方の軸方向端部から反対側の軸方向端部まで延びる。この第1溝24の軸方向に垂直な断面は、略半円である。
A
永久磁石25は、軸方向の延びる略直方体状の部材で、各座面23aに接着により取り付けられる。各永久磁石25の半径方向内側面、すなわち座面23aとの接着面25aには、第2溝26が形成される。
The
この第2溝26は、軸方向に延びて、半径方向外側に開口し、一方の軸方向端部から反対側の軸方向端部まで延びる。この第2溝26の軸方向に垂直な断面は、略半円である。
The
座面23aに永久磁石25が接着されているときに、第1溝24および第2溝26は互いに対向するように形成される。このとき、第1溝24および第2溝26で軸方向に貫通する軸方向貫通穴28を形成する。この軸方向貫通穴28は、軸方向に垂直な断面は略円形である。
When the
固定子30は、回転子20の半径方向外側に所定の半径方向間隔(空隙32)をあけて半径方向外側から取り囲む円環状の部材である。詳細な図示は省略するが、軸方向に貫通し、冷却用の空気が流通可能な通風孔(図示せず)が形成される。
The
固定子枠40は、固定子30を半径方向外側から取り囲むように構成される。固定子枠40の内周は、固定子30の外周に接している。
The
固定子枠40の外周面には、軸方向に長い放熱フィン45が複数取り付けられている。これらの放熱フィン45は、周方向に互いに間隔をあけて取り付けられている。
A plurality of
この固定子枠40は、詳細な図示は省略しているが、軸受を固定している。また、外気を取り込むための吸気口(図示せず)および固定子枠40内を循環した空気が排気される排気口(図示せず)が形成されている。
Although not shown in detail, the
内部ファン38は、回転軸10に取り付けられて、回転軸10の回転と共に回転して送風する。この送風により、固定子30および回転子20等を冷却する。この例では、図1における右側が上流側で、左側が下流側となる。冷却のための空気の流れについては後で説明する。
The
続いて、本実施形態の作用について説明する。 Then, the effect | action of this embodiment is demonstrated.
固定子枠40の吸気口から吸気された空気は、空隙32、固定子に設けられた通風孔、回転子20の永久磁石25同士の周方向間隙29、および回転子20に形成された軸方向貫通穴28に流れ込む。回転子20は、空隙32、回転子20の永久磁石25同士の周方向間隙29、および回転子20に形成された軸方向貫通穴28を流れる空気により冷却される。
The air sucked from the intake port of the
軸長が比較的長いタイプの同期発電機では、下流側は上流側に比べて永久磁石25の温度が高くなる。軸方向貫通穴28を設けない場合には、永久磁石25の半径方向外側および周方向面に流れることとなる。
In a synchronous generator with a relatively long shaft length, the temperature of the
これに対して、上述したように軸方向貫通穴28を形成することで、永久磁石25の半径方向外側および周方向面に加えて、軸方向貫通穴28にも冷却空気が流れるため、半径方向内側の面に冷却空気が吹き付けられることとなる。これにより、永久磁石25の冷却効果が向上する。また、軸方向貫通穴28を流れる冷却空気は、台座23の冷却にも寄与することができる。また、風下側の永久磁石25の温度上昇が抑えられるため、軸方向の磁束密度の偏りが改善される。
On the other hand, since the axial through
以上の説明からわかるように本実施形態によれば、回転子20を効率よく冷却することが可能になる。
As can be seen from the above description, according to this embodiment, the
[第2の実施形態]
第2の実施形態について図4を用いて説明する。図4は、本実施形態の回転電機の回転子20の一部を軸方向外側から見た部分側面図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1〜図3)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態の回転電機の全体の構成は、第1の実施形態で説明した図1と同様である。
[Second Embodiment]
A second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a partial side view of a part of the
本実施形態の軸方向貫通穴28は、軸方向に垂直な断面が周方向に長いレーストラック状に形成される。これにより、第1の実施形態に比べて、軸方向貫通穴28の軸方向に垂直な断面積が大きくなるため、永久磁石25の半径方向内側の面に冷却空気が吹き付けられる面積が大きくなる。これにより、永久磁石25の冷却効果が大きくなる。
The axial through
[第3の実施形態]
第3の実施形態について図5を用いて説明する。図5は、本実施形態の回転電機の回転子20の一部を軸方向外側から見た部分側面図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1〜図3)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態の回転電機の全体の構成は、第1の実施形態で説明した図1と同様である。
[Third Embodiment]
A third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a partial side view of a part of the
本実施形態の軸方向貫通穴28は、第1の実施形態で説明した軸方向貫通穴28が周方向に二つ並ぶように形成されている。軸方向貫通穴28同士は、互いに平行になるように形成される。
The axial through
これにより、第1の実施形態に比べて、軸方向貫通穴28の軸方向に垂直な断面積が大きくなるため、永久磁石25の半径方向内側の面に冷却空気が吹き付けられる面積が大きくなる。これにより、永久磁石25の冷却効果が大きくなる。
Thereby, compared to the first embodiment, the cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the axial through
[第4の実施形態]
第4の実施形態について図6を用いて説明する。図6は、本実施形態の回転電機の回転子20の一部を軸方向外側から見た部分側面図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1〜図3)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態の回転電機の全体の構成は、第1の実施形態で説明した図1と同様である。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a partial side view of a part of the
本実施形態の第1溝24の軸方向に垂直な断面は、一つの頂点が溝底になるような三角形である。第2溝26の軸方向に垂直な断面も、第1溝24と同様に、三角形である。第1溝24および第2溝26からなる軸方向貫通穴28の軸方向に垂直な断面は、略正方形となる。このとき、各溝底の断面形状が、それぞれ部分円弧になるように形成してもよい。
The cross section perpendicular to the axial direction of the
これにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、この場合、第1溝24および第2溝26の断面形状を三角形にすることで、三角形の辺に相当する部分が軸方向に広がることで溝に平面が形成されることとなる。断面を円形とするよりも溝加工をしやすくなる。
Thereby, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired. Further, in this case, by making the cross-sectional shapes of the
[第5の実施形態]
第5の実施形態について図7を用いて説明する。図7は、本実施形態の回転電機の回転子20の一部を軸方向外側から見た部分側面図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1〜図3)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態の回転電機の全体の構成は、第1の実施形態で説明した図1と同様である。
[Fifth Embodiment]
A fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a partial side view of a part of the
本実施形態の軸方向貫通穴28は、第1の実施形態で説明した第1溝24のみで形成されている。永久磁石25に溝加工をしないため、第1の実施形態に比べて、製作コストを低減できる。
The axial through
なお、当該軸方向貫通穴28は、第2溝26のみで形成してもよい。
The axial through
[第6の実施形態]
第6の実施形態について図8を用いて説明する。図8は、本実施形態の回転電機の回転子20の一組の永久磁石25および台座23等の概略部分正面図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態(図1〜図3)の変形例であって、第1の実施形態と同一部分または類似部分には、同一符号を付して、重複説明を省略する。また、本実施形態の回転電機の全体の構成は、第1の実施形態で説明した図1と同様である。
[Sixth Embodiment]
A sixth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic partial front view of a set of
本実施形態の第2溝26のうち、図8における左側には、半径方向に貫通する半径方向貫通穴28aが形成されている。この半径方向貫通穴28aの一方は第2溝26の溝底に開口し、反対側は空隙32に開口する。
A radial through
第1の実施形態で説明した内部ファン38(図1)は、回転軸10に取り付けられて、回転軸10の回転と共に回転して送風する。この送風により、固定子30および回転子20等を冷却する。図1における右側が上流側で、左側が下流側となる。
The internal fan 38 (FIG. 1) described in the first embodiment is attached to the
本実施形態では、図8における右側が上流側で、左側が下流側となる。すなわち、半径方向貫通穴28aが形成される部位は、下流側となる。
In the present embodiment, the right side in FIG. 8 is the upstream side, and the left side is the downstream side. That is, the part where the radial through
内部ファン38により送風されて軸方向貫通穴28内を流れる空気の一部は、半径方向貫通穴28aに流れることができる。その結果、永久磁石25の下流側では、永久磁石25に接する空気の量が増えることとなり、永久磁石25の冷却効果が増大する。
A portion of the air that is blown by the
[その他の実施形態]
上記実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
[Other Embodiments]
The description of the above embodiment is an example for explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims. Moreover, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim.
上述した実施形態では、軸方向貫通穴28の軸方向に垂直な断面を円形状およびレーストラック形状について説明したがこれに限らず、楕円等でもよい。
In the above-described embodiment, the cross section perpendicular to the axial direction of the axial through
また、軸方向貫通穴28は、1組の台座23および永久磁石25に3個以上形成してもよい。
Further, three or more axial through
また、第1溝24および第2溝26が互いに対向するように形成されているがこれに限らず、周方向にずれていてもよい。
Moreover, although the 1st groove |
また、回転子20の円環部材21は、支持部材22で支持されているが、これに限らない。円板等により支持されてもよく、円環内の空洞を形成しなくてもよい。
Moreover, although the
また、上述した実施形態では、固定子の外周と固定子枠40の内周が接しているが、これに限らない。所定の半径方向間隔をあけてもよい。
In the embodiment described above, the outer periphery of the stator and the inner periphery of the
また、上記実施形態では、回転軸10は、軸受に回転可能に支持されているが、これに限らない。例えば、軸部材を固定して、この軸部材に軸受を取り付けて、この軸受の外周に支持部材22を固定してもよい。この場合、回転中心を通風路として用いることも可能になる。この場合の軸受は、軸部材に接する側が固定されて、半径方向外側(外周面)が回転するように構成されている。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、第1の実施形態〜第6の実施形態それぞれの特徴を互いに組み合わせてもよい。例えば、第1溝24の軸方向に垂直な断面を半円として、第2溝26の当該断面を三角形としてもよい。
Further, the features of the first to sixth embodiments may be combined with each other. For example, the cross section perpendicular to the axial direction of the
10…回転軸
20…回転子
21…円環部材
22…支持部材
23…台座
23a…座面
24…第1溝
25…永久磁石
25a…接着面
26…第2溝
28…軸方向貫通穴
28a…半径方向貫通穴
29…周方向間隙
30…固定子
32…空隙
38…内部ファン
40…固定子枠
45…放熱フィン
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記回転軸を半径方向外側から取り囲み前記回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転する回転子と、
前記回転子を半径方向外側から取り囲む固定子と、
前記固定子の固定子鉄心を半径方向外側から取り囲むように構成された固定子枠と、
を有する回転電機において、
前記回転子は、
前記軸を半径方向外側から取り囲むように配置された円環状で、前記軸の周りを同軸に回転可能な円環部材と、
それぞれが軸方向に延びて、互いに周方向間隙を形成するように前記円環部材の半径方向外側の外周面に固定された複数の台座と、
前記各台座の半径方向外側にそれぞれ固定された複数の永久磁石と、
を有し、
前記各台座の半径方向外側面および前記各永久磁石の前記台座に接する半径方向内側面のうち少なくとも一方に、軸方向に延びて半径方向および軸方向に開口する溝が形成されていて、
前記溝の軸方向の一方の側から反対側に送風可能なファン装置が設けられて、
前記各永久磁石の前記台座に接する半径方向内側面に形成された前記溝のうち、前記ファン装置による送風の方向の中央より下流側のみに、半径方向に貫通する貫通穴が形成されていること、
を特徴とする回転電機。 A rotation axis that rotates around a predetermined axis;
A rotor that surrounds the rotating shaft from the outside in the radial direction and is fixed to the rotating shaft and rotates together with the rotating shaft;
A stator surrounding the rotor from outside in the radial direction;
A stator frame configured to surround the stator core of the stator from the radially outer side;
In a rotating electrical machine having
The rotor is
An annular member disposed so as to surround the shaft from the outside in the radial direction, and an annular member coaxially rotatable around the shaft;
A plurality of pedestals, each extending in the axial direction, fixed to the outer circumferential surface on the radially outer side of the annular member so as to form a circumferential gap with each other;
A plurality of permanent magnets respectively fixed to the outside in the radial direction of each pedestal;
Have
A groove extending in the axial direction and opening in the radial direction and the axial direction is formed on at least one of the radially outer side surface of each pedestal and the radially inner side surface in contact with the pedestal of each permanent magnet ,
A fan device capable of blowing air from one side in the axial direction of the groove to the opposite side is provided,
Of the grooves formed on the radially inner side surface of the permanent magnet that is in contact with the pedestal, a through hole penetrating in the radial direction is formed only on the downstream side of the center in the air blowing direction by the fan device. ,
Rotating electric machine.
前記各台座の半径方向外側面に形成された前記溝と、前記各永久磁石の前記台座に接する半径方向内側面に形成された前記溝とが、互いに対向するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 When the groove is formed on both the radially outer surface of each pedestal and the radially inner surface contacting the pedestal of each permanent magnet,
The groove formed on the radially outer surface of each pedestal and the groove formed on the radially inner surface in contact with the pedestal of each permanent magnet are formed to face each other. The rotating electrical machine according to claim 1.
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