JP2017200354A

JP2017200354A - ブラシレス回転電機

Info

Publication number: JP2017200354A
Application number: JP2016090532A
Authority: JP
Inventors: 山崎　豪; Go Yamazaki; 豪山崎; 竜馬長谷川; Ryoma Hasegawa
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2017-11-02

Abstract

【課題】ブラシレス回転電機において、回転整流器まわりの配置への影響を抑えながら励磁装置の冷却性能を確保する。【解決手段】ブラシレス回転電機は、ロータシャフト１１と回転子鉄心とを有する回転子と、固定子鉄心と固定子巻線とを有する固定子と、ロータシャフト１１とともに回転する回転整流器１１０を有する励磁装置１００と、フレームと、励磁装置カバーとを備える。励磁装置１００は、回転整流器１１０を支持してロータシャフト１１の径方向周囲に取り付けられた円板状の支持部材１１５と、支持部材１１５に取り付けられて径方向および回転軸方向に拡がった励磁装置カバー６１内の循環気体を撹拌する攪拌翼１１８を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、回転整流器を有するブラシレス回転電機に関する。

同期回転電機においては、通常、固定子側に電機子巻線を設け回転子側に界磁巻線を設けている。回転子に設けられた界磁巻線への直流電力は、通常、静止側に設けられた整流器からブラシを介して供給される。このブラシはメンテナンスおよび交換が必要であることから、ブラシを不要とするために、回転子とともに回転する回転整流器を設けることによってブラシレス化を図る方式が知られている。

実開昭６３−１５６５５９号公報特公平３−２０９８２号公報特開平５−３００７００号公報特開２０１０−９８７８９号公報

特に、モバイルパック発電機のように、移動式の回転電機においては、重量の制限、軸方向長さを限界まで短縮する必要があるなどの制限が特に厳しい。このため、従来のように、励磁機と本体間をダクトで接続して、冷却器で冷却した冷却用気体を循環させる方式を採用することは困難なことが多い。このため、本体側と励磁機とは別々に冷却手段を確保する必要がある。

整流器の発熱に対する外部からの冷却効果が大きい場合は、整流器をコンパクト化できることから、たとえば、整流器の近傍にロータシャフトに取り付けた冷却ファンを設ける方法が知られている（特許文献１）。この場合、ロータシャフトの軸方向に冷却ファンを取り付けるスペースが必要となる。

あるいは、ロータ接続部材に通気孔を形成し、その外側の流路上に回転整流器を配する方法が知られている（特許文献２）。この場合、通気孔の加工等が必要となり、かつ軸方向に長くなる。

あるいは、回転側に回転励磁機を挟むようにアキシャルファンとラジアルファンを設け、流れをガイドする孔等を設ける方法が知られている（特許文献３）。この場合も、ロータシャフトの軸方向にファンを取り付けるスペースが必要となる。

また、回転整流器を回転軸の表面に配列して冷却を確保する方法が知られている（特許文献４）。この場合、回転軸の表面を使用することから整流器の設置台数の制限およびこの分の回転軸長さの確保が必要という問題がある。

そこで、本発明は、回転整流器を有するブラシレス回転電機において、回転整流器について配置への影響を抑えながら励磁装置の冷却性能を確保することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係るブラシレス回転電機は、回転軸まわりに回転可能に軸支され回転軸方向に延びたロータシャフトと、そのロータシャフトの径方向外側に固定されて回転軸方向に延び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配されて、回転軸方向に延びる固定子鉄心と、その固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、前記ロータシャフトとともに回転する複数の回転整流器を有する励磁装置と、前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、前記励磁装置を内包し、外気の取り入れ口および前記外気の排出口が形成された励磁装置カバーと、を備え、前記励磁装置は、前記複数の回転整流器を支持して前記ロータシャフトの径方向周囲に取り付けられた円板状の支持部材と、前記支持部材に取り付けられて径方向および回転軸方向に拡がった前記励磁装置カバー内の前記外気を撹拌する複数の攪拌翼を有し、前記複数の回転整流器は前記支持部材に取り付けられて、互いに周方向に間隔をもって配されており、それぞれの前記回転整流器は、整流素子部と、ほぼ直方体形状であって前記回転軸に垂直な方向に放熱面が形成された放熱部とを有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、回転整流器を有するブラシレス回転電機において、回転整流器について配置への影響を抑えながら励磁装置の冷却性能を確保することができる。

本実施形態に係るブラシレス回転電機の立断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線矢視の左半部の横断面図である。本実施形態に係るブラシレス回転電機において支持部材に攪拌翼が取り付けられた状態を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るブラシレス回転電機について説明する。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。

図１は、本発明の実施形態に係るブラシレス回転電機の立断面図である。ブラシレス回転電機２００は、回転子１０、固定子２０、および励磁装置１００を有する。

回転子１０は、回転軸方向に延びて回転可能に軸支されたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に配されてロータシャフト１１に結合した回転子鉄心１２とを有する。ロータシャフト１１には、内扇１５が取り付けられており、ロータシャフト１１の回転とともに回転する。内扇１５は、ラディアルファンであり、冷却用気体を、軸方向に吸い込み、径方向に押し出す。

固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側に配されて円筒形状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の径方向内側の面に周方向に間隔をおいて形成されて軸方向に延びた複数のスロット（図示せず）内に布設された固定子巻線２２とを有する。

励磁装置１００は、回転整流器１１０、励磁機回転部１２１および励磁機固定部１２２を有する。回転整流器１１０および励磁機回転部１２１は、ロータシャフト１１に取り付けられ、ロータシャフト１１とともに回転する。励磁機固定部１２２は、励磁機回転部１２１の径方向外側に配されて静止固定されている。励磁機回転部１２１の有する励磁機回転部巻線（図示せず）には、回転整流器１１０により整流された直流が流れる。励磁機固定部１２２の有する励磁機固定部巻線（図示せず）には、励磁機回転部巻線を流れる直流により励磁され生ずる交流が流れる。

固定子２０および回転子鉄心１２は、フレーム３０内に収納されている。フレーム３０の軸方向の両端には、軸受ブラケット３４が接続されている。軸受ブラケット３４はそれぞれ、軸受３２を支持している。軸受３２は、ロータシャフト１１を回転可能に支持している。励磁装置１００は、励磁装置カバー６１内に収納されている。

フレーム３０には、フレーム入口開口４１およびフレーム出口開口４２が形成されている。ロータシャフト１１の回転に伴い、内扇１５が回転し、フレーム３０内の冷却用気体を駆動する。冷却用気体は径方向に押し出され、フレーム出口開口４２からフレーム外に流出する。外気からは、フレーム入口開口４１を経て冷却用気体である外気がフレーム３０内に流入する。フレーム３０内に流入した冷却用気体は、回転子１０および固定子２０を通過しながら回転子１０および固定子２０を冷却した後、内扇１５側に流入する。

一方、ロータシャフト１１の回転に伴い、励磁装置カバー６１内の後述する支持部材１１５（図２）が回転する。後述するように、支持部材１１５の回転に伴い、励磁装置カバー６１内の冷却用気体が駆動される。この結果、外気取り入れ口６２から冷却用気体である外気が流入し、回転整流器１１０をはじめとした発熱部を冷却した後、外気排出口６３からが冷却用気体が流出する。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視の左半部の縦断面図である。また、図３は、支持部材に攪拌翼が取り付けられた状態を示す斜視図である。なお、図３においては、見やすくするために、回転整流器１１０の図示を省略している。

ロータシャフト１１には、保持リングともよばれる支持部材１１５が取り付けられている。支持部材１１５は、中央に貫通孔が形成され回転軸に垂直な方向に広がり円板状である。

支持部材１１５には、周方向に互いに間隔をあけて支持部材開口１１５ａが形成されている。また、支持部材１１５には、複数の回転整流器１１０が、周方向に互いに間隔をあけて、設けられている。それぞれの回転整流器１１０は、整流素子部１１１、放熱部１１２、連結部１１３、および締結部１１４を有する。それぞれ、２つの回転整流器１１０が、回転軸方向に支持部材１１５を挟んでその前後に配されている。それぞれ２つの回転整流器１１０は、同一の放熱部１１２を共有している。放熱部１１２は、回転整流器１１０において最も径方向外側に配され、支持部材１１５を回転軸方向に貫通している。

放熱部１１２の径方向内側の支持部材開口１１５ａに対向する位置には整流素子部１１１が配されている。整流素子部１１１で生じた熱は、放熱部１１２に伝わり放熱部１１２の表面から冷却用気体に伝達され放散される。回転整流器１１０において最も径方向内側に締結部１１４が配され、締結部１１４と整流素子部１１１間を連結部１１３が連結している。

支持部材１１５の周方向に互いに隣接する放熱部１１２の間の位置には、撹拌翼１１８が取り付けられている。撹拌翼１１８は、軸方向に拡がるとともに径方向にさらに広がっている。ここで、撹拌翼１１８が設けられていない場合に比べて、撹拌翼１１８を設けるために特にスペースを拡張する必要はなく、回転整流器１１０内の配置への影響なく、撹拌翼１１８を設置することができる。

支持部材１１５の径方向の先端には、環状板１１６が設けられている。環状板１１６は、回転軸方向に延びる筒状であり、回転軸方向の長さの中央で支持部材１１５と結合している。

環状板１１６には、周方向に互いに間隔をもって、複数の通気孔１１６ａが形成されている。複数の通気孔１１６ａは、撹拌翼１１８を挟んで周方向に互いに対称の位置に形成されている。また、複数の通気孔１１６ａは、支持部材１１５と環状板１１６との接合箇所の軸方向位置を挟んで、軸方向に互いに対称の位置に設けられている。

なお、撹拌翼１１８は、径方向に対して傾きをもって取り付けられていてもよい。この場合、通気孔１１６ａの位置も、気流の流れに応じた適切な位置に変更することにより、気流を最適化できる。

ロータシャフト１１が回転している状態においては、ロータシャフト１１に取り付けられた支持部材１１５が回転する。支持部材１１５の回転とともに、回転整流器１１０が回転する。また、支持部材１１５に取り付けられた撹拌翼１１８も回転する。

撹拌翼１１８が回転することにより、回転整流器１１０を周方向に相対的に移動する冷却用気体は、軸方向および径方向にも撹拌され、支持部材開口１１５ａおよび通気孔１１６ａも冷却用気体の流路となりながら、冷却用気体が回転整流器１１０の周囲を移動する。

このように、回転整流器１１０まわりの冷却用気体の流速が高くなり、回転整流器１１０の放熱部１１２をはじめとする各部の表面での、冷却用気体との表面熱伝達率が上昇し、冷却能力が向上する。

以上のように、回転整流器１１０を有するブラシレス回転電機２００において、回転整流器１１０について配置への影響を抑えながら励磁装置１００の冷却性能を確保することができる。

（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、本体側と励磁機側とを、それぞれ別々に冷却する方式の場合を例にとって説明したが、これに限定されない。たとえば、励磁機と本体間をダクトで接続して、冷却器で冷却した冷却用気体を循環させる方式の回転電機において、本発明の攪拌翼を有する励磁装置を用いてもよい。

さらに、これらの実施形態は、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。これら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。

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１５…内扇、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、３０…フレーム、３２…軸受、３４…軸受ブラケット、４１…フレーム入口開口、４２…フレーム出口開口、６１…励磁装置カバー、６２…外気取り入れ口、６３…外気排出口、１００…励磁装置、１１０…回転整流器、１１１…整流素子部、１１２…放熱部、１１３…連結部、１１４…締結部、１１５…支持部材、１１５ａ…支持部材開口、１１６…環状板、１１６ａ…通気孔、１１８…撹拌翼、１２０…励磁機、１２１…励磁機回転部、１２２…励磁機固定部、２００…ブラシレス回転電機

Claims

回転軸まわりに回転可能に軸支され回転軸方向に延びたロータシャフトと、そのロータシャフトの径方向外側に固定されて回転軸方向に延び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配されて、回転軸方向に延びる固定子鉄心と、その固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、
前記ロータシャフトとともに回転する複数の回転整流器を有する励磁装置と、
前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、
前記励磁装置を内包し、外気の取り入れ口および前記外気の排出口が形成された励磁装置カバーと、
を備え、
前記励磁装置は、
前記複数の回転整流器を支持して前記ロータシャフトの径方向周囲に取り付けられた円板状の支持部材と、
前記支持部材に取り付けられて径方向および回転軸方向に拡がった前記励磁装置カバー内の前記外気を撹拌する複数の攪拌翼を有し、
前記複数の回転整流器は前記支持部材に取り付けられて、互いに周方向に間隔をもって配されており、
それぞれの前記回転整流器は、整流素子部と、ほぼ直方体形状であって前記回転軸に垂直な方向に放熱面が形成された放熱部とを有する、
ことを特徴とするブラシレス回転電機。
前記支持部材には、周方向に互いに間隔をもって、前記複数の回転整流器のそれぞれの周方向位置に対応して支持材開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレス回転電機。
前記支持部材の径方向外側に取り付けられて軸方向に拡がる筒状の環状板をさらに有し、
前記環状板には、前記複数の回転整流器のそれぞれの径方向外側の部分に通気孔が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレス回転電機。