(57)【要約】【課題】外部交流電源のみに依存せずに回転電機用のスペースヒータの機能を確保する。【解決手段】回転電機システム２００は、回転電機５０と、フレーム３０内を加熱するスペースヒータシステム１００を有する。回転電機５０は、ロータシャフトと回転子鉄心とを有する回転子と、固定子と、２つの軸受と、固定子および回転子鉄心を収納するフレームとを具備する。スペースヒータシステム１００は、フレーム３０内に設けられたスペースヒータ１１０と、スペースヒータ１１０に給電する蓄電器１４０と、スペースヒータ１１０への給電状態の切り替えを制御する制御器１６０とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータシャフトと回転子鉄心とを有する回転子と、固定子と、前記ロータシャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、前記固定子の径方向外側に配されて前記固定子および前記回転子鉄心を収納するフレームと、を具備する回転電機と、
前記フレーム内を加熱するスペースヒータシステムと、
を備える回転電機システムであって、
前記スペースヒータシステムは、
前記フレーム内に設けられたスペースヒータと、
前記スペースヒータに給電する蓄電器と、
前記スペースヒータへの給電状態の切り替えを制御する制御器と、
を具備することを特徴とする回転電機システム。
【請求項２】
前記スペースヒータシステムは、
前記スペースヒータと前記蓄電器と、前記回転電機への給電ラインとの間に設けられた第１開閉器と、
前記スペースヒータと前記蓄電器との間に設けられた第２開閉器と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の回転電機システム。
【請求項３】
前記制御器は、前記回転電機への停止指令情報を受けると、前記回転電機に電力を供給するとともに前記蓄電器の充電がなされる第１状態から、前記回転電機および前記蓄電器への電力供給がなく、前記蓄電器から前記スペースヒータへの電力供給がなされる第２状態へと切り替える移行指令を前記第１開閉器および前記第２開閉器に出力可能である
、
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機システム。
【請求項４】
前記スペースヒータシステムは、
前記フレーム内の温度を検出する温度検出器と、
前記フレーム内の温度として必要な温度レベルを出力する温度設定器と、
前記温度検出器からのフィードバック温度と、前記温度設定器からの設定温度を比較し、前記フィードバック温度が前記設定温度より低い場合にフレーム内温度低下信号を出力する温度比較器と、
をさらに具備し、
前記制御器は、前記温度比較器からのフレーム内温度低下信号を受けると、前記第２状態から、前記蓄電器へ電力供給がなされかつ前記蓄電器から前記スペースヒータへの電力供給がなされる第３状態へと切り替える移行指令を出力可能である、
ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機システム。
【請求項５】
前記スペースヒータシステムは、
前記蓄電器の電圧を検出する電圧計と、
前記蓄電器として必要な電圧レベルを出力する電圧設定器と、
前記電圧計からのフィードバック電圧と、前記電圧設定器からの設定電圧を比較し、前記フィードバック電圧が前記設定電圧より高い場合に充電完了信号を出力する温度比較器と、
をさらに具備し、
前記制御器は、前記電圧設定器からの充電完了信号を受けると、前記第３状態から、前記第２状態へと切り替える移行指令を出力可能である、
ことを特徴とする請求項４に記載の回転電機システム。
【請求項６】
ロータシャフトと回転子鉄心とを有する回転子と、固定子と、前記ロータシャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、前記固定子の径方向外側に配されて前記固定子および回転子鉄心を収納するフレームと、を具備する回転電機の前記フレーム内を加熱するスペースヒータシステムであって、
前記スペースヒータシステムは、
前記フレーム内に設けられたスペースヒータと、
前記スペースヒータに給電する蓄電器と、
前記スペースヒータへの給電状態の切り替えを制御する制御器と、
を具備することを特徴とするスペースヒータシステム。
【請求項７】
第１演算器が、回転電機への停止指令情報を受け入れて、前記回転電機に電力を供給するとともに蓄電器の充電がなされる第１状態から、前記回転電機および前記蓄電器への電力供給がなく、前記蓄電器からスペースヒータへの電力供給がなされる第２状態への移行指令を出力し、スペースヒータシステムが前記第２状態に移行する第２状態移行ステップと、
フレーム内温度低下信号を受けて、第２演算器が、前記第２状態から、前記蓄電器へ電力供給がなされかつ前記蓄電器から前記スペースヒータへの電力供給がなされる第３状態への移行指令を出力し、スペースヒータシステムが前記第３状態に移行する第３状態移行ステップと、
充電完了信号を受けて、第３演算器が、前記第３状態から前記第２状態への移行指令を出力し、前記スペースヒータシステムが前記第２状態に移行する第２状態復帰ステップと、
を有することを特徴とするスペースヒータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機システム、スペースヒータシステム、およびスペースヒータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機が休止状態にある場合には、回転電機自身の発熱がなく、回転電機の内部で、結露が発生する可能性がある。このため、回転電機の内部に、スペースヒータを設置して、結露の発生を防止する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１７６９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スペースヒータへの給電は、従来、スペースヒータ用の端子箱を経由した外部からの交流電源供給により行われる。外部の交流電源は、通常、商用交流電源であり、停電時、すなわち、外部交流電源の喪失時には、スペースヒータの機能は喪失し、絶縁機能の低下の要因となる。
【０００５】
そこで、本発明は、外部交流電源のみに依存することなく、回転電機用のスペースヒータの機能を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明に係る回転電機システムは、ロータシャフトと回転子鉄心とを有する回転子と、固定子と、前記ロータシャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、前記固定子の径方向外側に配されて前記固定子および前記回転子鉄心を収納するフレームと、を具備する回転電機と、前記フレーム内を加熱するスペースヒータシステムと、を備える回転電機システムであって、前記スペースヒータシステムは、前記フレーム内に設けられたスペースヒータと、前記スペースヒータに給電する蓄電器と、前記スペースヒータへの給電状態の切り替えを制御する制御器と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るスペースヒータシステムは、ロータシャフトと回転子鉄心とを有する回転子と、固定子と、前記ロータシャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、前記固定子の径方向外側に配されて前記固定子および回転子鉄心を収納するフレームと、を具備する回転電機の前記フレーム内を加熱するスペースヒータシステムであって、前記スペースヒータシステムは、前記フレーム内に設けられたスペースヒータと、前記スペースヒータに給電する蓄電器と、前記スペースヒータへの給電状態の切り替えを制御する制御器と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るスペースヒータの制御方法は、第１演算器が、回転電機への停止指令情報を受け入れて、前記回転電機に電力を供給するとともに蓄電器の充電がなされる第１状態から、前記回転電機および前記蓄電器への電力供給がなく、前記蓄電器からスペースヒータへの電力供給がなされる第２状態への移行指令を出力し、スペースヒータシステムが前記第２状態に移行する第２状態移行ステップと、フレーム内温度低下信号を受けて、第２演算器が、前記第２状態から、前記蓄電器へ電力供給がなされかつ前記蓄電器から前記スペースヒータへの電力供給がなされる第３状態への移行指令を出力し、スペースヒータシステムが前記第３状態に移行する第３状態移行ステップと、充電完了信号を受けて、第３演算器が、前記第３状態から前記第２状態への移行指令を出力し、前記スペースヒータシステムが前記第２状態に移行する第２状態復帰ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、外部交流電源のみに依存することなく、回転電機用のスペースヒータの機能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る回転電機システムの構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態に係る回転電機システムの電源回路の構成およびスペースヒータシステムの第１状態を示す概念的な回路図である。
【図３】実施形態に係る回転電機システムの電源回路の構成およびスペースヒータシステムの第２状態を示す概念的な回路図である。
【図４】実施形態に係るスペースヒータシステムのスペースヒータの詳細な構成を示す回路図である。
【図５】実施形態に係る回転電機システムの電源回路の構成およびスペースヒータシステムの第３状態を示す概念的な回路図である。
【図６】実施形態に係る回転電機システムのスペースヒータシステムの制御器による制御内容を示すブロック図である。
【図７】実施形態に係る回転電機システムのスペースヒータシステムの制御方法の手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るスペースヒータについて説明する。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。
【００１２】
図１は、実施形態に係る回転電機システムの構成を示す斜視図である。回転電機システム２００は、回転電機５０およびスペースヒータシステム１００を有する。
【００１３】
回転電機５０は、ロータシャフト１１およびロータシャフトに取り付けられた回転子鉄心１２を有する回転子１０、回転子鉄心１２の径方向外側に配された固定子２０、ロータシャフト１１の回転子鉄心１２の両側を回転可能に支持する軸受１５、および回転子鉄心１２および固定子２０を収納するフレーム３０を有する。また、回転電機５０は、たとえば回転子鉄心１２を貫通する電機子巻線などの回転電機巻線５０ａ（図２）を有する。フレーム３０には、端子箱１２０が取り付けられている。
【００１４】
スペースヒータシステム１００は、スペースヒータ１１０および筐体１３０を有する。スペースヒータ１１０は、ヒータ本体１１１（図４）および調節器１１２（図４）を有し、ヒータ本体１１１はフレーム３０の内部に収納される。ヒータ本体１１１は、電気ヒータであり、交流電源または直流電源からの給電により発熱し、フレーム３０内のたとえば空気などの冷却用気体を加熱し、フレーム３０内での結露の発生を防止する。
【００１５】
筐体１３０は、回転電機５０のフレーム３０の外側に設置されている。なお、筐体１３０は、図１に示すようにフレーム３０に隣接するように配されてもよいし、フレーム３０とは離れた位置、たとえば、電源室あるいは制御室などに設置されてもよい。
【００１６】
図２は、実施形態に係る回転電機システムの電源回路の構成およびスペースヒータシステムの第１状態を示す概念的な回路図である。
【００１７】
スペースヒータシステム１００は、前述のように、スペースヒータ１１０および筐体１３０を有するが、筐体１３０は、蓄電器１４０、第１開閉器１５１、第２開閉器１５２、および制御器１６０を有する。また、回転電機システム２００は、電源回路として、スペースヒータシステム１００に含まれない第３開閉器１５３を有する。
【００１８】
回転電機５０の回転電機巻線５０ａは、端子箱１２０に収納された端子１２１を介して、交流電源７０に接続されている。第３開閉器１５３は、回転電機５０と交流電源７０との間に設けられている。第３開閉器１５３は、回転電機制御装置５１により制御されている。回転電機制御装置５１から回転電機５０へ停止指令が発せられると、第３開閉器１５３に開指令５１ｂが発せられ、第３開閉器１５３は閉止状態から開状態に移行する。この結果、交流電源７０から回転電機５０への電力供給が遮断され、回転電機５０が停止する。
【００１９】
回転電機５０のフレーム３０の内部には、スペースヒータ１１０および温度検出器１３１が設けられている。温度検出器１３１は、フレーム３０内の雰囲気の温度を検出する。
【００２０】
なお、図２では、第１開閉器１５１、第２開閉器１５２および第３開閉器１５３のそれぞれを、ａ接点、すなわち励磁で閉じ非励磁で開く接点のように示しているが、これに限定されない。たとえば、開状態で閉信号が発せられれば閉じ、閉状態で開信号が発せられれば開く遮断機などの動作をするものも含む。すなわち、ここで言う開閉器は、電磁接触器、電磁開閉器、遮断機を含めて、電力の開閉機能を有するものを全て含むものとする。
【００２１】
スペースヒータシステム１００の蓄電器１４０およびスペースヒータ１１０は、回転電機５０および交流電源７０と並列に設けられている。蓄電器１４０およびスペースヒータ１１０と、回転電機５０と交流電源７０を結ぶ回路の給電ラインとを連絡する部分には、第１開閉器１５１が設けられている。第１開閉器１５１が閉止している状況では、蓄電器１４０には交流電源７０による電圧が印加され、蓄電器１４０は充電される状態となる。
【００２２】
第２開閉器１５２は、蓄電器１４０とスペースヒータ１１０を直列に結ぶ回路に設けられている。第２開閉器１５２が閉止されている状況においては、スペースヒータ１１０には、蓄電器１４０から電力が供給される。なお、蓄電器１４０の充電状態を検出するために、電圧計１４１が設けられている。
【００２３】
制御器１６０は、第１開閉器１５１および第２開閉器１５２に開閉指示を行う。また制御器１６０は、温度検出器１３１からの温度信号、および電圧計１４１からの電圧信号を入力として受け入れる。さらに、制御器１６０は、回転電機制御装置５１から回転電機５０の停止指令に並行して、その情報として回転電機停止指令情報５１ａを回転電機制御装置５１から受け入れる。
【００２４】
以上のような構成のもとに、図２は、第３開閉器１５３および第１開閉器１５１は閉、第２開閉器１５２は開の状態を示している。この開閉状態においては、回転電機５０は運転状態であって、また、蓄電器１４０は交流電源７０からの電力によって充電されている状態である。また、スペースヒータ１１０には電力供給されていない状態である。以降、この状態を第１状態と呼ぶ。
【００２５】
図３は、実施形態に係る回転電機システムの電源回路の構成およびスペースヒータシステムの第２状態を示す概念的な回路図である。図２とは、開閉状態のみが異なっている。図３では、第３開閉器１５３および第１開閉器１５１は開、第２開閉器１５２は閉の状態を示している。この状態は、後に図７で説明するように、回転電機５０を停止させるために回転電機制御装置５１から第３開閉器１５３に開指令５１ｂが出力されることにより生ずる。
【００２６】
この第２状態の開閉状態においては、回転電機５０は停止状態であって、蓄電器１４０からの電力供給はない。また、スペースヒータ１１０と蓄電器１４０は、交流電源７０から切り離されている。スペースヒータ１１０には、蓄電器１４０から電力が供給され、停止状態にある回転電機５０のフレーム３０内の空間は、スペースヒータ１１０により加熱されている状態である。
【００２７】
図４は、実施形態に係るスペースヒータシステムのスペースヒータの詳細な構成を示す回路図である。スペースヒータ１１０は、ヒータ本体１１１および調節器１１２を有する。調節器１１２は、第２開閉器１５２が閉状態でヒータ本体１１１への通電可能な状態において、ヒータ本体１１１への通電を入り切りする。すなわち、調節器１１２には、温度検出器１３１の信号が入力され、調節器１１２は、温度検出器１３１の信号が適正な温度範囲になるように、ヒータ本体１１１への通電を入り切りする。
【００２８】
このことにより、後述するフレーム内温度低下（図６）と判定される温度に余裕を持った最低温度と、フレーム３０内の温度が過度に上昇することにより各絶縁部分に悪影響を与えないような範囲の最高温度との間で、フレーム３０内の温度が維持されるように調節する。この調節は、この第２状態のみでなく、次に説明する第３状態においても行われる。
【００２９】
図５は、実施形態に係る回転電機システムの電源回路の構成およびスペースヒータシステムの第３状態を示す概念的な回路図である。図２、３とは、開閉状態のみが異なっており、第３開閉器１５３は開、第１開閉器１５１および第２開閉器１５２は閉の状態となっている。
【００３０】
この第３状態の開閉状態においては、回転電機５０は停止状態であって、また、蓄電器１４０は、スペースヒータ１１０に電力を供給しながら、交流電源７０から電力の供給を受けて充電されている状態である。
【００３１】
図６は、実施形態に係る回転電機システムのスペースヒータシステムの制御器による制御内容を示すブロック図である。
【００３２】
制御器１６０は、温度設定器１６１、温度比較器１６２、電圧設定器１６３、電圧比較器１６４、第１演算器１６５、第２演算器１６６、および第３演算器１６７を有する。
【００３３】
第１演算器１６５は、第１状態すなわち回転電機５０が運転状態であるとの条件、および、回転電機制御装置５１から第３開閉器１５３に回転電機停止指令が出されたとの回転電機停止指令情報５１ａを受け入れたとの条件、この両方の条件が成立した場合、すなわちＡＮＤ条件が成立した場合に、第２状態への移行指令を出力する。具体的には、第１開閉器１５１に閉状態から開状態とする開指令、第２開閉器１５２に開状態から閉状態とするよう閉指令を出力する。
【００３４】
なお、第１状態にあることに条件は、第１開閉器１５１、第２開閉器１５２および第３開閉器１５３の開閉状態に基づき決定される。また、第１状態にあることを条件に第２状態への移行を指令すると動作が不安定になるか動作失敗となるため、たとえば、第１状態にある条件信号の後に遅延要素を設けるなど安定な動作のための構成を取るものとする。第２演算器１６６および第３演算器１６７についても同様である。
【００３５】
第２演算器１６６は、第２状態にあるとの条件と、フレーム内温度低下の条件が成立した場合に、第３状態への移行指令を出力する。具体的には、第１開閉器１５１に開状態から閉状態とするよう閉指令を出力する。
【００３６】
ここで、フレーム内温度低下信号は、温度比較器１６２から出力される。温度比較器１６２は、フレーム３０内の温度を検出する温度検出器１３１からのフィードバック信号であるフィードバック温度と、温度設定器１６１からたとえば必要な温度レベルとして出力されている設定温度とを比較し、フィードバック温度が設定温度より低い場合に、フレーム内温度低下信号を出力する。
【００３７】
第３演算器１６７は、第３状態にあるとの条件と、充電完了の条件が成立した場合に、第２状態への移行指令を出力する。具体的には、第１開閉器１５１に閉状態から開状態とするよう開指令を出力する。ここで、充電完了信号は、電圧比較器１６４から出力される。電圧比較器１６４は、蓄電器１４０の電圧を検出する電圧計１４１からのフィードバック信号であるフィードバック電圧と、電圧設定器１６３からたとえば必要な電圧レベルとして出力されている設定電圧とを比較し、フィードバック電圧が設定電圧より高い場合に、充電完了信号を出力する。
【００３８】
図７は、実施形態に係る回転電機システムのスペースヒータシステムの制御方法の手順を示すフロー図である。
【００３９】
まず、回転電機５０の運転中に、蓄電器１４０を充電する（ステップＳ０１）。すなわち、第１状態において、蓄電器１４０を充電する。
【００４０】
次に、回転電機５０が停止状態に移行すると、蓄電器１４０からスペースヒータ１１０に給電する（ステップＳ０２）。すなわち、第２状態において、スペースヒータ１１０により、フレーム３０内を加熱する。
【００４１】
次に、フレーム３０内の温度が正常範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ０３）。具体的には、温度比較器１６２が、フレーム３０内の温度を検出する温度検出器１３１からの温度フィードバック信号と、温度設定器１６１から出力されている設定温度信号とを比較する。
【００４２】
温度が正常範囲にある（ステップＳ０３  ＹＥＳ）場合、すなわち、温度フィードバック信号が設定温度信号より高い場合は、ステップＳ０２、ステップＳ０３を繰り返す。
【００４３】
温度が正常範囲にない（ステップＳ０３  ＮＯ）場合、すなわち、温度フィードバック信号が設定温度信号より低い場合には、温度比較器１６２がフレーム内温度低下信号を出力し、第２演算器１６６が第３状態への移行指令を出力し、第３状態に移行する（ステップＳ０４）。具体的には、回転電機５０の停止状態において、蓄電器１４０からスペースヒータ１１０に給電しながら、蓄電器１４０は交流電源７０からの電力により充電される。
【００４４】
次に、充電が完了したか否かを判定する（ステップＳ０５）。具体的には、電圧比較器１６４が、電圧フィードバック信号と、電圧設定器１６３から出力されている設定電圧信号とを比較する。充電が完了したと判定されない場合（ステップＳ０５  ＮＯ）には、ステップＳ０４およびステップＳ０５を繰り返す。
【００４５】
電圧比較器１６４は、電圧フィードバック信号が設定電圧信号より高い場合は、充電が完了した場合（ステップＳ０５  ＹＥＳ）と判定し、充電完了信号を出力する。この結果、第３演算器１６７は、第２状態への移行指令を出力し、スペースヒータシステム１００は、第２状態に移行する（ステップＳ０２）。
【００４６】
なお、第３状態において、蓄電器１４０が、回転電機５０の電源と同じ交流電源７０により給電される場合を例にとって示したが、これには限定されない。すなわち、他の電源からの給電による場合であってもよい。
【００４７】
以上のように、本実施形態によれば、外部交流電源のみに依存することなく、回転電機用のスペースヒータの機能を確保することができる。
【００４８】
［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。例えば、実施形態では、ロータシャフト１１が水平に延びた水平型の回転電機の場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、ロータシャフトが鉛直方向に延びた立形の回転電機の場合であってもよい。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【符号の説明】
【００５１】
１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、１５…軸受、２０…固定子、３０…フレーム、５０…回転電機、５０ａ…回転電機巻線、５１…回転電機制御装置、７０…交流電源、１００…スペースヒータシステム、１１０…スペースヒータ、１１１…ヒータ本体、１１２…調節器、１２０…端子箱、１２１…端子、１３０…筐体、１３１…温度検出器、１４０…蓄電器、１４１…電圧計、１５１…第１開閉器、１５２…第２開閉器、１５３…第３開閉器、１６０…制御器、１６１…温度設定器、１６２…温度比較器、１６３…電圧設定器、１６４…電圧比較器、１６５…第１演算器、１６６…第２演算器、１６７…第３演算器、２００…回転電機システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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