(57)【要約】【課題】  軸受潤滑剤の量確保を容易にし、かつ、潤滑剤の自己循環性を高め、その全量を軸受の潤滑に有効利用し、軸受の長寿命化を図ることができること。【解決手段】  本発明の回転電機は、上記課題を解決するために、固定子と、該固定子の径方向内側に所定の空隙をもって対向配置された回転子と、該回転子が嵌合され、該回転子と共に回転するシャフトと、前記固定子及び前記回転子を覆うフレームと、該フレームの軸方向両端で前記シャフトを回転可能に支持する第１及び第２の軸受と、前記シャフトに回転可能に支持され、機内で冷却風を循環させる冷却ファンと、該冷却ファンを前記シャフトに回転可能に支持する第３の軸受と、該第３の軸受の回転を滑らかにする潤滑剤を保持すると共に、前記第３の軸受に前記潤滑剤を供給するグリスポケットを備え、前記グリスポケットは、前記冷却ファンまたは前記シャフトと一体となって回転することを特徴とする。【選択図】図１
2020010575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
該固定子の径方向内側に所定の空隙をもって対向配置された回転子と、
該回転子が嵌合され、該回転子と共に回転するシャフトと、
前記固定子及び前記回転子を覆うフレームと、
該フレームの軸方向両端で前記シャフトを回転可能に支持する第１及び第２の軸受と、
前記シャフトに回転可能に支持され、機内で冷却風を循環させる冷却ファンと、
該冷却ファンを前記シャフトに回転可能に支持する第３の軸受と、
該第３の軸受の回転を滑らかにする潤滑剤を保持すると共に、前記第３の軸受に前記潤滑剤を供給するグリスポケットを備え、
前記グリスポケットは、前記冷却ファンまたは前記シャフトと一体となって回転することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記冷却ファンの機外側には、該冷却ファンと共に回転する補助ファンが設置されていると共に、前記フレームの前記第１の軸受の近傍には、外気を吸引する吸気口及び前記吸気口で吸引された外気を排気する排気口が設けられ、
前記補助ファンが前記冷却ファンと共に回転することで、前記吸気口から吸引された外気が少なくとも前記第１の軸受を冷却し、この第１の軸受を冷却した後の外気が前記排気口から排気されることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記冷却ファンが配置されている側とは反対側の前記シャフトには、補助ファンが設置された補助ファン支持部材が回転可能に支持されていると共に、前記フレームの前記第２の軸受の近傍には、外気を吸引する吸気口及び前記吸気口で吸引された外気を排気する排気口が設けられ、
前記補助ファンが前記補助ファン支持部材と共に回転することで、前記吸気口から吸引された外気が少なくとも前記第２の軸受を冷却し、この第２の軸受を冷却した後の外気が前記排気口から排気されることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記フレームと前記冷却ファンとの間の一部には、凹凸の隙間から成るラビリンスシールが形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
固定子と、
該固定子の径方向内側に所定の空隙をもって対向配置された回転子と、
該回転子が嵌合され、該回転子と共に回転するシャフトと、
前記固定子及び前記回転子を覆う内フレーム及び外フレームと、
前記内フレームの軸方向一端で前記シャフトを回転可能に支持する第１の軸受と、
前記外フレームの軸方向他端で前記シャフトを回転可能に支持する第２の軸受と、
外気を導く外扇が設置された外扇支持部と、
前記外扇支持部を前記シャフトに回転可能に支持する第３の軸受と、
該第３の軸受の回転を滑らかにする潤滑剤を保持すると共に、前記第３の軸受に前記潤滑剤を供給するグリスポケットを備え、
前記グリスポケットは、前記外扇支持部または前記シャフトと一体となって回転することを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項５に記載の回転電機において、
前記内フレームと外フレームとの間には、前記外扇で導かれた外気を通して排気する排気口を有する通風路が形成され、かつ、前記外フレームの前記第２の軸受の近傍には、外気を吸引する吸気口が設けられ、
前記外扇が前記外扇支持部と共に回転することで、前記吸気口から吸引された外気が少なくとも前記第２の軸受を冷却し、この第２の軸受を冷却した後の外気が前記通風路を通り前記排気口から排気されることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の回転電機において、
前記内フレームと前記外扇支持部との間の一部には、凹凸の隙間から成るラビリンスシールが形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記グリスポケットは、前記第３の軸受に近接して配置されると共に、前記潤滑剤を収納する空間を有し、かつ、前記空間に収納された前記潤滑剤を前記第３の軸受に供給する開口部が設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記シャフトと前記冷却ファン若しくは前記シャフトと前記外扇支持部との間の前記回転子側に、前記シャフトの外周側と前記冷却ファン若しくは前記外扇支持部の内周側とを磁気的に結合する磁力発生装置が設置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
請求項９に記載の回転電機において、
前記磁力発生装置は、永久磁石と導電体から構成され、前記永久磁石と前記導電体の間にはギャップがあり、前記永久磁石の作る磁束と前記永久磁石により誘導される渦電流の作る磁束とが干渉することで、磁力を発生させることを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転電機において、
前記渦電流の発生箇所は、前記グリスポケットに近接し、前記グリスポケットを構成する一部の面が発熱することを特徴とする回転電機。
【請求項１２】
請求項１１に記載の回転電機において、
前記冷却ファン若しくは前記外扇支持部は、前記グリスポケットに外部から前記潤滑剤する給油経路と給油口を有することを特徴とする回転電機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回転電機において、
前記給油口は、前記フレーム若しくは前記外フレームに形成された開口と対面していることを特徴とする回転電機。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の回転電機を駆動する駆動システムにおいて、
電源からの電力を変換する電力変換装置を備え、前記回転電機は、前記電力変換装置から供給される電力により駆動されることを特徴とする回転電機の駆動システム。
【請求項１５】
ギア、車輪、車軸及び回転電機を備えた台車を有し、前記回転電機は、前記ギアを介して前記車軸に接続された前記車輪を駆動する鉄道車両であって、
前記回転電機は、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の回転電機であることを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機及び回転電機の駆動システム並びに鉄道車両に係り、特に、軸受の回転を滑らかにする潤滑剤を保持、供給するためのグリスポケットを備えているものに好適な回転電機及び回転電機の駆動システム並びに鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、周辺媒体への自然放熱だけでは冷却が不十分な回転電機には、冷却ファンが備えられている。冷却ファンは、回転電機のシャフト上に強固に結合され、回転電機とファンを同期回転させることで、冷却ファンが強制対流を生みだし、回転電機を冷却している。
【０００３】
この様な回転電機と同期回転する冷却ファンの風量は、回転電機の回転数に比例して増大する特徴がある。
【０００４】
鉄道用主電動機のように可変速運転する回転電機の場合、中低速回転時の冷却性能を確保するために、少ない回転数でも十分な風量が得られるように冷却ファンは設計されている。この場合、高速回転時は、例え回転電機の発熱が少ない場合でも、ファンの回転数は回転電機と同期回転するため、高速回転した冷却ファンからは、ファンの送風音に起因した大きな騒音が発生する問題があった。
【０００５】
この問題を解決する従来技術として、例えば、特許文献１には、回転電機のシャフトに冷却ファンを回転自在に支承するためのハブを設置し、ハブとシャフトの支承はハブの軸方向端部の軸受が担い、ハブの他端には磁性体が設けられ、磁性体を取り巻くハブは制動巻線の機能を果たし、空間を介してシャフトに取り付けられた永久磁石と磁気的相互作用する構造が開示されている。
【０００６】
また、軸受潤滑剤を長期間軸受の供給するための従来技術として、例えば、特許文献２に示すように、軸受にグリスポケットを設け、軸受の外輪における突出部を伝って軸受内部に潤滑剤を供給する構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４７３１７９２号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
回転電機の高速回転時の騒音を低減するための従来技術として、冷却ファンと回転電機のシャフトを軸受で接続することで、冷却ファンが回転電機に対して非同期で回転できる回転電機が提案されている。
【０００９】
この従来技術の回転電機では、ファンと回転子、又はファンとシャフトの間には、磁力を発生させるための磁力発生装置が取り付けられており、磁力発生装置の磁力の大きさで冷却ファンの回転数を受動的に制御できるようにしている。即ち、冷却ファンの駆動トルクは磁力の上限で制限されるため、ある回転数以上に冷却ファンは回転できず、冷却ファンは非同期回転するようになる。
【００１０】
これにより、回転電機が高速回転する際の冷却ファンの回転数を減少させることができ、回転電機の騒音を低減することができる。
【００１１】
ところで、特許文献１に記載されているような従来の同期非同期回転する冷却ファンには、冷却ファンをシャフトに対して回転自在にするための軸受が設けられている。特許文献１に記載されている軸受は、フレーム内に収容されているため、交換やメンテナンスが困難であり、同期非同期回転する冷却ファンを有する回転電機を長期利用するためには、この軸受の長寿命化は重要な課題である。
【００１２】
このため、特許文献１には、冷却ファンの軸受に関して、軸受潤滑剤の熱劣化を防ぐための断熱構造が示されている。
【００１３】
ところが、特許文献１の構造では、軸受潤滑剤の保持構造については示されておらず、潤滑剤は軸受の内部空間で保持できる量に限られている。
【００１４】
そのため、従来提案されている同期非同期回転する冷却ファン構造では、揮発や飛散等による潤滑剤の減少により軸受寿命が短くなる場合があり、短周期で軸受の交換やメンテナンス作業を必要とするという課題があった。
【００１５】
また、同期非同期回転する冷却ファンに限定しない場合、特許文献２に記載されている構造では、軸受周りにグリスポケットを設け、グリスポケットに潤滑剤を封入することで潤滑剤の量を確保している。更に、特許文献２では、軸受の長寿命化のために、グリスポケットに封入されたグリスから離油した基油が軸受の内部に流れ込むようなガイド構造が示されている。
【００１６】
ところが、グリスポケットに封入されたグリスそのものがグリスポケット内部で循環する機構については提案されておらず、封入されたグリス全量を有効利用することができない場合がある。
【００１７】
このため、グリスポケットでグリス量を確保したにも関わらず、実際に潤滑に寄与するのは軸受近傍のグリスのみとなり、軸受近傍のグリスの揮発や飛散等による軸受劣化のため、短周期で軸受の交換やメンテナンス作業を必要とするという課題があった。
【００１８】
このように、回転電機が高速回転した際の騒音低減構造として、回転電機に対して非同期で回転できる冷却ファン構造が提案されており、従来構造では、軸受の熱劣化防止構造、機械磨耗防止構造、グリスポケット構造が提案されているものの、従来構造では、十分なグリス量を確保し、かつ、その全量を軸受の潤滑に有効利用できなかった。
【００１９】
このため、冷却ファンの軸受の短周期での交換やメンテナンスが必要であったが、これらを解決する構造はこれまで提案されていなかった。
【００２０】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、軸受潤滑剤の量確保を容易にし、かつ、潤滑剤の自己循環性を高め、その全量を軸受の潤滑に有効利用し、軸受の長寿命化を図ることができる回転電機及び回転電機の駆動システム並びに鉄道車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、固定子と、該固定子の径方向内側に所定の空隙をもって対向配置された回転子と、該回転子が嵌合され、該回転子と共に回転するシャフトと、前記固定子及び前記回転子を覆うフレームと、該フレームの軸方向両端で前記シャフトを回転可能に支持する第１及び第２の軸受と、前記シャフトに回転可能に支持され、機内で冷却風を循環させる冷却ファンと、該冷却ファンを前記シャフトに回転可能に支持する第３の軸受と、該第３の軸受の回転を滑らかにする潤滑剤を保持すると共に、前記第３の軸受に前記潤滑剤を供給するグリスポケットを備え、前記グリスポケットは、前記冷却ファンまたは前記シャフトと一体となって回転することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、固定子と、該固定子の径方向内側に所定の空隙をもって対向配置された回転子と、該回転子が嵌合され、該回転子と共に回転するシャフトと、前記固定子及び前記回転子を覆う内フレーム及び外フレームと、前記内フレームの軸方向一端で前記シャフトを回転可能に支持する第１の軸受と、前記外フレームの軸方向他端で前記シャフトを回転可能に支持する第２の軸受と、外気を導く外扇が設置された外扇支持部と、前記外扇支持部を前記シャフトに回転可能に支持する第３の軸受と、該第３の軸受の回転を滑らかにする潤滑剤を保持すると共に、前記第３の軸受に前記潤滑剤を供給するグリスポケットを備え、前記グリスポケットは、前記外扇支持部または前記シャフトと一体となって回転することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の回転電機の駆動システムは、上記目的を達成するために、上記構成の回転電機を駆動する駆動システムにおいて、電源からの電力を変換する電力変換装置を備え、前記回転電機は、前記電力変換装置から供給される電力により駆動されることを特徴とする。
【００２４】
更に、本発明の鉄道車両は、上記目的を達成するために、ギア、車輪、車軸及び回転電機を備えた台車を有し、前記回転電機は、前記ギアを介して前記車軸に接続された前記車輪を駆動する鉄道車両であって、前記回転電機は、上記構成の回転電機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、軸受の潤滑剤の量確保を容易にし、かつ、潤滑剤の自己循環性を高めることで、その全量を軸受の潤滑に有効利用し、軸受の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の回転電機の実施例１を示す半断面図である。
【図２ａ】図１における冷却ファン付近を示す断面図である。
【図２ｂ】図２ａのＡ部の拡大断面図である。
【図３】本発明の回転電機の実施例２を示す半断面図である。
【図４】本発明の回転電機の実施例３を示す半断面図である。
【図５】本発明の回転電機の実施例４を示す冷却ファン付近の断面図である。
【図６】本発明の回転電機の実施例４に採用される磁力発生装置を示し、図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】本発明の回転電機の実施例５に採用される磁力発生装置を示し、図６に相当する図である。
【図８ａ】本発明の回転電機の実施例６に採用される磁力発生装置を示し、図６に相当する図である。
【図８ｂ】本発明の回転電機の実施例６に採用される磁力発生装置の他の例を示し、図８ａに相当する図である。
【図８ｃ】本発明の回転電機の実施例６に採用される磁力発生装置の更に他の例を示し、図８ａに相当する図である。
【図９】本発明の回転電機の実施例７を示す冷却ファン付近の断面図である。
【図１０】本発明の回転電機の実施例８を示す冷却ファン付近の断面図である。
【図１１】本発明の回転電機の実施例８の他の例を示す冷却ファン付近の断面図である。
【図１２ａ】本発明の実施例９として、回転電機の駆動システムを示す構成図である。
【図１２ｂ】図１２ａの回転電機の駆動システムにおける回転速度に対する出力の一例を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例１０として、本発明の回転電機を搭載した鉄道車両の一部を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機及び回転電機の駆動システム並びに鉄道車両を説明する。なお、下記で説明する各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
【００２８】
本発明においては、複数の実施例を提案しているが、下記はあくまでも実施例に過ぎず、本発明の実施態様が下記具体的な実施例に限定されることを意図する趣旨ではない。
【実施例１】
【００２９】
図１、図２ａ及び図２ｂに、本発明の回転電機の実施例１を示す。
【００３０】
該図に示すように、回転電機１００は、固定子１と、固定子１の径方向内側に回転可能に支持された回転子２と、回転子２に固定されたシャフト３と、固定子１及び回転子２を覆うフレーム４とを備えている。
【００３１】
固定子１は、電磁鋼板を複数枚積層して構成された固定子鉄心５と、固定子鉄心５の内周部の周方向に複数設けられた固定子スロット６と、固定子スロット６に巻装された固定子巻線７とから構成されている。
【００３２】
固定子鉄心５は、一体成形されたソリッド部材で構成しても良い。また、圧粉磁心などの粉末磁性体を圧縮成型した構成でも良いし、アモルファス金属やナノ結晶材で構成しても良い。
【００３３】
また、固定子巻線７の巻装方式は、集中巻、分布巻または回転磁界を発生できる何れの巻装方式でも良く、分布巻においては、短節巻または全節巻の何れにおいても本実施例の効果を得ることができる。なお、本実施例では、固定子鉄心５の両端面に固定子鉄心押さえ板８を設けている。
【００３４】
回転子２はシャフト３に固定され、シャフト３と共に回転する。固定子１及び回転子２は同一の中心軸を有する。固定子１と回転子２との間には所定の空隙９が設けられ、互いに接触しないように対向配置されている。回転子２は、電磁鋼板を複数枚積層して構成された回転子鉄心１０と、磁極部（図示せず）とを備えている。
【００３５】
磁極部は、回転子鉄心１０の外周部の周方向に複数設けられた回転子スロット１１と、回転子スロット１１に挿入され、軸方向に伸びる複数の回転子バー１２と、複数の回転子バー１２の両端を固定するエンドリング１３とより構成される。
【００３６】
回転子鉄心１０は、一体成形されたソリッド部材で構成しても良い。また、圧粉磁心などの粉末磁性体を圧縮成型した構成でも良いし、アモルファス金属やナノ結晶材で構成しても良い。
【００３７】
回転子バー１２及びエンドリング１３は電気伝導体から成り、例えば、銅やアルミなどが用いられる。エンドリング１３は複数の回転子バー１２を電気的に接続してあれば、いかなる接続方法であっても良い。例えば、回転子バー１２及びエンドリング１３は一体成形しても良く、また、それぞれを別部材で構成し、ロウ付け等の手段により接続しても良い。
【００３８】
その他の部材構成として、エンドリング１３は、リテイニングリング１４により保持されている構成でも良く、回転子鉄心１０の両端面に回転子鉄心押さえ板１５を設けるようにしても良い。
【００３９】
なお、図１では、磁極部（図示せず）の構造としてかご形誘導電動機の回転子構造を例示したが、回転子鉄心１０の突極性を利用した構造、例えば、スイッチトリラクタンスモータやシンクロナスリラクタンスモータの磁極部であっても良い。また、磁極部に少なくとも１つ以上の永久磁石を配置した、例えば、表面磁石型モータや埋込磁石型モータの磁極部、その他、巻線界磁同期モータの磁極部の何れの構成であっても良い。
【００４０】
また、シャフト３は、フレーム４の両端部で第１の軸受１６及び第２の軸受１７により支持され回転摺動する。フレーム４の両端部の第１の軸受１６及び第２の軸受１７のうち、図１では、負荷が接続される側の第２の軸受１７を負荷側軸受、他方の負荷が接続されない側の第１の軸受１６を反負荷側軸受と定めている。
【００４１】
また、通常、回転電機１００には、以上の構成要素の他に、冷却ファン３０が配置されている。冷却ファン３０は、回転電機１００の外部または内部で冷却風を流す機能を有するが、図１に示す冷却ファン３０は、回転電機１００の内部で冷却風を流す機能を有する。
【００４２】
回転子２には、軸方向に貫通した通風口１８が設けられており、冷却ファン３０が回転すると、冷却ファン３０によって吸引された冷却風は、通風口１８内を通過し、矢印で示すように、フレーム４の内部を循環する。冷却風がフレーム４の内部を循環することにより、固定子１、回転子２を冷却する。フレーム４と冷却ファン３０との間には凹凸の隙間が形成され、ラビリンスシール２０を構成している。
【００４３】
そして、本実施例においては、シャフト３と冷却ファン３０との間には第３の軸受３６が配置され、冷却ファン３０は、シャフト３に対して回転可能に支持されている。
【００４４】
図１では、シャフト３と冷却ファン３０との間に、１つの第３の軸受３６が図示されているが、第３の軸受３６の個数は２個以上でも良く、１個に限定されるものではない。
【００４５】
更に、シャフト３と冷却ファン３０との間には、負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂが設けられている。この負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂは、潤滑剤４７ａ及び４７ｂを収容するための空間を有した構造を成している。
【００４６】
図１では、第３の軸受３６の回転軸方向の両側に負荷側グリスポケット４４ａ、反負荷側グリスポケット４４ｂと、この負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂに収容された潤滑剤４７ａと４７ｂが図示されている。
【００４７】
図１では、負荷が接続される側のグリスポケットを負荷側グリスポケット４４ａ、他方の負荷が接続されない側のグリスポケットを反負荷側グリスポケット４４ｂと定めている。
【００４８】
負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂは、第３の軸受３６と近接するように配置されており、負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂに収容された潤滑剤４７ａと４７ｂの一部、または潤滑剤から離油した基油が第３の軸受３６に供給できるように、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂには、それぞれ開口部４５ａ及び４５ｂが設けられている。
【００４９】
そして、本実施例では、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂは、冷却ファン３０と一体に構成されている。
【００５０】
このため、本実施例では、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂが、冷却ファン３０と一体に回転することになる。
【００５１】
なお、図１で図示されている負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂは、断面形状が略鉤爪形状をしているが、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの形状に関しては、潤滑剤４７ａ及び４７ｂを収容でき、かつ、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの開口部４５ａ及び４５ｂから第３の軸受３６に潤滑剤４７ａ、４７ｂの一部、または潤滑剤から離油した基油を供給できるようにした形状であれば、本実施例で図示した構造に限らなくても良い。
【００５２】
なお、本実施例で述べている「一体で構成」する状態とは、各部材同士が実用上想定され得る外力によって離れることなく結合した状態を意味しており、必ずしも同一部材で継ぎ目なく構成されている必要はなく、別部材で製作したものを後の製作工程で、接着、溶接、圧入、焼き嵌め、ボルト締め等の方法によって固定した状態も含めている。このことは、以下で説明する他の実施例でも同様である。
【００５３】
次に、本実施例の回転電機１００の作用について、図２ａ及び図２ｂを用いて説明する。ここで説明する回転電機１００の作用は、以下で説明する他の実施例でも同様の作用が得られる。
【００５４】
図２ａ及び図２ｂに示す本実施例の構成では、シャフト３が回転すると第３の軸受３６に機械摩擦が生じるため、冷却ファン３０が駆動する。即ち、シャフト３と冷却ファン３０との間に回転数差が生じたときのみ、第３の軸受３６の内部で摩擦力が発生する。
【００５５】
冷却ファン３０の軸動力をＴ１、図２ａ及び図２ｂの第３の軸受３６で発生した摩擦力によるトルクをＴｆとすると、Ｔ１＜Ｔｆとなる場合では、第３の軸受３６の生むトルクにより冷却ファン３０の回転が加速される。一方、Ｔ１＞Ｔｆとなる場合では、冷却ファン３０の回転数が減速される。従って、シャフト３の回転数に対して、冷却ファン３０の回転数は、Ｔ１＝Ｔｆが成立する回転数で回転する。
【００５６】
これにより、回転電機１００が高速回転する際に、冷却ファン３０が非同期回転し、回転数を減少させた分の騒音低減効果を得ることができる。更に、騒音を発生させるための振動エネルギーを供給する必要がなくなるため、この振動エネルギーに相当する機械損を低減することができる。また、冷却ファン３０の回転数は、シャフト３の回転数に対して低減するため、冷却ファン３０の回転数低減による風量低減相当の機械損を低減することができる。
【００５７】
更に、図２ａ及び図２ｂの構成では、負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂを有することで、第３の軸受３６の潤滑に使用される潤滑剤の量を第３の軸受３６に直接封入する場合と比べて、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの潤滑剤４７ａ及び４７ｂの分だけ増やすことができる。これにより、第３の軸受３６の長寿命化に必要な潤滑剤４７ａ及び４７ｂの量を確保することができる。
【００５８】
加えて、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂが、冷却ファン３０と一体に構成されることで、冷却ファン３０の回転と同期して、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂも回転する。このとき、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部の潤滑剤４７ａ及び４７ｂは、以下に述べる理由で自己循環する。
【００５９】
その様子を図２ｂを用いて説明する。
【００６０】
図２ｂにおいて、潤滑剤（例えば、グリース）４７ｂは粘性を有するため、例えば、冷却ファン３０が加速する場合、反負荷側グリスポケット４４ｂの内部の潤滑剤４７ｂは、冷却ファン３０の角加速度に対して小さい角加速度で、即ち、冷却ファン３０の回転速度に対して遅れて回転数が増加する（図２ｂでは、反負荷側グリスポケット４４ｂと潤滑剤４７ｂが図示されているが、負荷側グリスポケット４４ａと潤滑剤４７ａも同様なことが言える）。
【００６１】
なお、このとき、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂのそれぞれの中央部に位置する潤滑剤には、潤滑剤の回転数に対応する遠心力ＦＡが作用する。一方、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂと潤滑剤４７ａ及び４７ｂの接触面４６近傍の潤滑剤は、流体力学的には接触面４６に貼りついた状態に近いため、冷却ファン３０と同期回転する負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの回転数と角加速度にほぼ追従して回転する。
【００６２】
このため、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂのそれぞれの中央部に位置する潤滑剤と比較して、接触面４６の近傍に位置する潤滑剤に作用する遠心力ＦＢは大きくなる。即ち、冷却ファン３０加速時はＦＡ＜ＦＢとなる。
【００６３】
この遠心力差により、図２ｂに示す矢印ＶＣの向きで、潤滑剤４７ａ及び４７ｂは、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部で対流を起こし、自己循環する。
【００６４】
同様に、冷却ファン３０が減速する場合は、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂのそれぞれの中央部に位置する潤滑剤に作用する遠心力ＦＡは、接触面４６の近傍に位置する潤滑剤に作用する遠心力ＦＢよりも大きくなる。即ち、冷却ファン３０減速時はＦＡ＞ＦＢとなる。
【００６５】
この遠心力差により、図２ｂに示す矢印ＶＣの向きとは逆向きに、潤滑剤４７ａ及び４７ｂは、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部で対流を起こし、自己循環する。
【００６６】
従って、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂが冷却ファン３０と一体に構成されることで、冷却ファン３０の加減速により、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部の潤滑剤４７ａ、４７ｂは、自己循環により、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部での位置移動をする。
【００６７】
これにより、従来のグリスポケット構造では、実際に潤滑に寄与するのは軸受近傍の潤滑剤のみであったのに対して、本実施例では、潤滑剤４７ａ及び４７ｂが自己循環することで、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部の潤滑剤４７ａ及び４７ｂの全量を、第３の軸受３６の潤滑に利用できるようになる。これにより、第３の軸受３６の長寿命化が可能となる。
【００６８】
このように、本実施例の構成とすることにより、第３の軸受３６の潤滑剤の量確保を容易にし、かつ、潤滑剤の自己循環性を高めることで、その全量を第３の軸受３６の潤滑に有効利用し、第３の軸受３６の長寿命化を図ることができる。
【実施例２】
【００６９】
図３に、本発明の回転電機の実施例２を示す。
【００７０】
本発明の回転電機１００においては、冷却ファン３０の構成は、例えば、図３のように、補助ファン３１ａを備えるようにしても良い。
【００７１】
図３に示すように、冷却ファン３０には、冷却ファン３０と共に回転する補助ファン３１ａが取り付けられている。フレーム４の第１の軸受１６の近傍には、外気２２ａを吸引する吸気口２５ａと、この吸気口２５ａで吸引された外気２２ａを排気する排気口２６ａが形成されている。補助ファン３１ａとフレーム４との間には、隙間２７が形成されている。
【００７２】
更に、シャフト３と冷却ファン３０との間には、第３の軸受３６と負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂが設けられている。この負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂの構成及び作用は、実施例１と同様である。
【００７３】
冷却ファン３０が回転すると、冷却ファン３０と共に補助ファン３１ａも回転し、吸気口２５ａを介して外部の空気（外気２２ａ）が補助ファン３１ａの収容空間に吸引される。吸気口２５ａから外気２２ａを補助ファン３１ａで吸引することで第１の軸受１６が冷却され、その補助ファン３１ａにより外気２２ａが吸引され、補助ファン３１ａの収容空間を通ることにより、第３の軸受３６が間接的に冷却される。第１の軸受１６及び第３の軸受３６を冷却した後の空気（外気２２ｂ）は、排気口２６ａから外部へ排気される。
【００７４】
そして、フレーム４と冷却ファン３０との間には、凹凸の隙間が形成され、ラビリンスシール２０ａを構成している。
【００７５】
また、冷却ファン３０が配置されている側とは反対側のシャフト３には、補助ファン支持部３２が取り付けられている。この補助ファン支持部３２は、シャフト３の回転に同期して回転すると共に、補助ファン支持部３２には、補助ファン３１ｂが取り付けられている。フレーム４の第２の軸受１７の近傍には、外気２２ｂを吸引する吸気口２５ｂと、この吸気口２５ｂで吸引された外気２２ｂを排気する排気口２６ｂが形成されている。
【００７６】
補助ファン支持部３２が回転すると、補助ファン支持部３２と共に補助ファン３１ｂも回転し、吸気口２５ｂを介して外部の空気（外気２２ｂ）が補助ファン３１ｂの収容空間に吸引される。吸引された外気２２ｂは第２の軸受１７を冷却し、その後、排気口２６ｂから外部へ排気される。
【００７７】
そして、フレーム４と補助ファン支持部３２との間には、凹凸の隙間が形成され、ラビリンスシール２０ｂを構成している。なお、冷却ファン３０によって吸引された空気の流れについては、図１と同様である。
【００７８】
このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【００７９】
なお、図示しないが、実施例２の他の例として、シャフト３と補助ファン支持部３２との間に、第３の軸受３６と負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂが設けられている構成であっても、更には、シャフト３と冷却ファン３０との間、シャフト３と補助ファン支持部３２との間それぞれに、第３の軸受３６と負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂが設けられている構成であってもよい。この負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂの構成及び作用は、実施例１と同様である。
【実施例３】
【００８０】
図４に、本発明の回転電機の実施例３を示す。
【００８１】
図４に示す本実施例の回転電機においては、シャフト３には、冷却ファン３０がシャフト３と共に回転可能に取り付けられており、この冷却ファン３０は、シャフト３と同期して回転する。
【００８２】
フレームは、固定子１と回転子２を覆う内フレーム４ｂ及び外フレーム４ａから構成され、内フレーム４ｂの軸方向一端でシャフト３を回転可能に第１の軸受１６で支持し、外フレーム４ａの軸方向他端でシャフト３を回転可能に第２の軸受１７で支持している。
【００８３】
また、冷却ファン３０の機外側には、冷却ファン３０と共に回転する補助ファン３１ａが設置されていると共に、内フレーム４ｂの第１の軸受１６の近傍には、外気２２ａを吸引する吸気口２５ａ及び吸気口２５ａで吸引された外気２２ａを排気する排気口２６ａが設けられている。
【００８４】
冷却ファン３０が回転すると、冷却ファン３０と共に補助ファン３１ａも回転し、吸気口２５ａを介して外部の空気（外気２２ａ）が補助ファン３１ａの収容空間に吸引される。吸引された外気２２ａは第１の軸受１６を冷却し、その後、排気口２６ａから外部へ排気される。
【００８５】
そして、内フレーム４ｂと冷却ファン３０との間には凹凸の隙間が形成され、ラビリンスシール２０ａを構成している。
【００８６】
また、冷却ファン３０が配置されている側とは反対側のシャフト３には、第３の軸受３６を介して外扇支持部３５が取り付けられている。この外扇支持部３５には、外扇３４が取り付けられていると共に、外扇支持部３５は、矢印のように冷却風の流れが内フレーム４ｂに沿うように形成されている。
【００８７】
更に、シャフト３と外扇支持部３５との間には、第３の軸受３６と負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂが設けられている。この負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂの構成及び作用は、実施例１と同様である。
【００８８】
そして、内フレーム４ｂと外扇支持部３５との間には凹凸の隙間が形成され、ラビリンスシール２０ｂを構成している。外扇３４と外フレーム４ａとの間には隙間２７が形成され、外フレーム４ａには吸気口２５ｂが形成されている。
【００８９】
また、内フレーム４ｂと外フレーム４ａとの間には、外扇３４で導かれた外気２２ｂを通して排気する排気口２６ｃを有する通風路２８が形成され、かつ、外フレーム４ａの第２の軸受１７の近傍には、外気２２ｂを吸引する吸気口２５ｂが設けられている。
【００９０】
外扇支持部３５が回転すると、外扇支持部３５と共に外扇３４も回転し、吸気口２５ｂを介して外部の空気（外気２２ｂ）が外扇３４の収容空間に吸引される。吸気口２５ｂから外気２２ｂを外扇３４で吸引することで第２の軸受１７が冷却され、その外扇３４により外気２２ｂが吸引され、外扇３４の収容空間を通ることにより、第３の軸受３６が間接的に冷却される。第２の軸受１７及び第３の軸受３６を冷却した後、通風路２８に面した内フレーム４ｂを冷却し、その後、通風路２８を流れて排気口２６ｃから外部へ排気される。なお、冷却ファン３０によって吸引された空気の流れについては、図１と同様である。
【００９１】
このような本実施例の構成であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。なお、本実施例の構成では、冷却ファン３０及び補助ファン３１ａがなくても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【実施例４】
【００９２】
図５に、本発明の回転電機の実施例４を示す。
【００９３】
該図に示す本実施例の回転電機１００は、シャフト３と冷却ファン３０との間の回転子２側に、第３の軸受３６と負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの他に磁力発生装置３７が設置されている。
【００９４】
この磁力発生装置３７は、シャフト３の主に外周側と冷却ファン３０の主に内周側とを磁気的な力によって結合する機能を有している。本実施例では、シャフト３の外周側を第１の磁力発生部３８、冷却ファン３０の内周側を第２の磁力発生部３９と定義する。
【００９５】
第１の磁力発生部３８と第２の磁力発生部３９の間には空隙４０が設けられ、互いに直接接触しないように配置されている。第１の磁力発生部３８と第２の磁力発生部３９とは、互いに対向している。
【００９６】
なお、本実施例を示す図５は、図１、図２ａ及び図２ｂに示す実施例１の構造に磁力発生装置３７を設けた例を示しているが、本実施例の磁力発生装置３７は、図３に示す実施例２の補助ファン３１ａ付きの冷却ファン３０や図４に示す実施例３の外扇３４付の外扇支持部３５に適用しても良い。
【００９７】
次に、図６を用いて、本実施例に採用される磁力発生装置３７の構成について説明する。
【００９８】
該図に示す本実施例に磁力発生装置は、第１の磁力発生部３８を４極の円環状の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄ、第２の磁力発生部３９を円環状の永久磁石３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄで構成した例を示している。
【００９９】
図６の構成では、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄと、第２の磁力発生部３９の永久磁石３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄとの間の磁気的な吸引力及び反発力によってトルクが発生し、冷却ファン３０を駆動する。
【０１００】
即ち、図６に例示した磁力発生装置３７の構成では、シャフト３が静止した状態では、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｃのＮ極と、第２の磁力発生部３９の永久磁石３９ａ、３９ｃのＳ極（若しくは第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ｂ、３８ｄのＳ極と第２の磁力発生部３９の永久磁石３９ｂ、３９ｄのＮ極）が向かい合った安定な力の釣合い状態で冷却ファン３０は静止する。
【０１０１】
シャフト３が回転すると、冷却ファン３０に磁力によるトルクが発生する。冷却ファン３０の軸動力をＴ１、第３の軸受３６で発生した摩擦力によるトルクをＴｆ、磁力によるトルクの最大値をＴｍとすると、冷却ファン３０の軸動力Ｔ１に対して、Ｔ１＜（Ｔｆ＋Ｔｍ）となる場合では、磁力発生装置３７が発生するトルクにより冷却ファン３０は、シャフト３と同期回転する。
【０１０２】
一方で、Ｔ１＞（Ｔｆ＋Ｔｍ）となる場合では、冷却ファン３０はシャフト３と同期回転することができず、冷却ファン３０はシャフト３に対して脱調する。
【０１０３】
なお、図６では、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄと、第２の磁力発生部３９の永久磁石３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄの極数を一例として４極としたが、この限りでなく、２極でも６極以上の磁極構成でも良い。また、互いの永久磁石は、極数が異なっていても良い。
【０１０４】
また、図６では、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄと、第２の磁力発生部３９の永久磁石３９ａ、３９ｂ、３９ｃ及び３９ｄを１つの円環状の永久磁石として示したが、各極はそれぞれ分離した永久磁石で構成しても良く、１つの極が複数の永久磁石によって構成されていても良い。分離した永久磁石の固定についての具体例は、後述の図８ｃで説明する。
【実施例５】
【０１０５】
図７に、本発明の回転電機の実施例５として、磁力発生装置３７の構成の他の例を示す。図７に示す磁力発生装置３７は、第１の磁力発生部３８として２極の円環状の永久磁石３８ａ及び３８ｂ、第２の磁力発生部３９として突極性を有した磁性体３９ｈで構成した例を示す。
【０１０６】
図７に示す磁力発生装置３７の構成では、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ及び３８ｂと、第２の磁力発生部３９の磁性体３９ｈとの間の吸引力によってトルクが発生し、冷却ファン３０を駆動する。
【０１０７】
即ち、図７に例示する磁力発生装置３７の構成では、シャフト３が静止した状態では、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ及び３８ｂの磁極中心と、第２の磁力発生部３９の磁性体３９ｈの凸部が向かい合った安定な力の釣合い状態で冷却ファン３０は静止する。
【０１０８】
シャフト３が回転すると、冷却ファン３０に磁力によるトルクが発生する。磁力によるトルクの最大値をＴｍ’とすると、冷却ファン３０の軸動力Ｔ１に対して、Ｔ１＜（Ｔｆ＋Ｔｍ’）となる場合では、磁力発生装置３７の生むトルクにより冷却ファン３０は、シャフト３と同期回転する。
【０１０９】
一方で、Ｔ１＞（Ｔｆ＋Ｔｍ’）となる場合では、冷却ファン３０は、シャフト３と同期回転することができず、冷却ファン３０はシャフト３に対して脱調する。
【０１１０】
なお、図７では、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ及び３８ｂの極数を一例として２極としたが、この限りでなく、４極以上の磁極構成でも良い。また、図７では、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ及び３８ｂを１つの円環状の永久磁石として示したが、各極はそれぞれ分離した永久磁石で構成しても良く、１つの極が複数の永久磁石によって構成されていても良い。分離した永久磁石３８ａ及び３８ｂの固定についての具体例は、後述の図８ｃで説明する。
【実施例６】
【０１１１】
図８ａに、本発明の回転電機の実施例６として、磁力発生装置３７の構成の他の例を示す。
【０１１２】
図８ａに示す磁力発生装置３７は、第１の磁力発生部３８を４極の円環状の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄ、第２の磁力発生部３９を円環状の導電体（例えば、Ａｌ、Ｃｕ等）３９ｆで構成した例を示している。
【０１１３】
図８ａに示す磁力発生装置３７の構成では、シャフト３が回転すると第２の磁力発生部３９の導電体３９ｆに誘導電流が生じ、導電体３９ｆ内に磁極が発生する。
【０１１４】
これにより、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄと、第２の磁力発生部３９の導電体３９ｆとの間に磁気的な吸引力及び反発力が発生し、冷却ファン３０を駆動する。
【０１１５】
即ち、図８ａに例示した磁力発生装置３７の構成では、シャフト３と冷却ファン３０との間に回転数差が生じたときのみ、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄと、第２の磁力発生部３９の導電体３９ｆとの間に磁力が発生する。
【０１１６】
図８ａの磁力発生装置３７で発生した磁力によるトルクをＴ２とすると、Ｔ１＜（Ｔｆ＋Ｔ２）となる場合では、磁力発生装置３７の生むトルクにより冷却ファン３０の回転が加速される。一方、Ｔ１＞（Ｔｆ＋Ｔ２）となる場合では、冷却ファン３０の回転数が減速される。
【０１１７】
従って、シャフト３の回転数に対して、冷却ファン３０の回転数は、Ｔ１＝（Ｔｆ＋Ｔ２）が成立する回転数で回転する。
【０１１８】
なお、図８ａでは、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄの極数を一例として４極としたが、この限りでなく、２極でも６極以上の磁極構成でも良い。
【０１１９】
また、図８ａでは、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄを１つの円環状の永久磁石として示したが、各極はそれぞれ分離した永久磁石で構成しても良く、１つの極が複数の永久磁石によって構成されていても良い。
【０１２０】
なお、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄを複数の永久磁石で構成する場合は、図８ｂに示すように、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄの外周部を、リテイニングリング４１で保持すると良い。
【０１２１】
また、図８ｃに示すように、第１の磁力発生部３８として、スロット４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄを有する永久磁石保持部材４３をシャフト３に固定し、スロット４２ａ、４２ｂ、４２ｃ及び４２ｄのそれぞれに、永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄを挿入して保持するようにしても良いし、永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄを、シャフト３に接着剤等を利用して接合するようにしても良い。
【０１２２】
何れかの手段を用いた場合には、シャフト３が回転した際に、永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄが飛散しないようにする必要がある。
【０１２３】
また、第２の磁力発生部３９の導電体３９ｆとしては、電気伝導率の高い材料であれば、いかなる材料を用いても良く、冷却ファン３０の構成部材が導電体である場合、必ずしも冷却ファン３０と導電体３９ｆは別部材とする必要はなく、一体成形しても良い。
【０１２４】
更に、第２の磁力発生部３９は、導電体３９の代わりに、ヒステリシス特性をもつ磁性材としても良い。この場合、第１の磁力発生部３８の永久磁石３８ａ、３８ｂ、３８ｃ及び３８ｄの残留磁束と、磁性材の残留磁束との磁気的相互作用により吸引力及び反発力が発生し、冷却ファン３０を駆動することができる。
【０１２５】
なお、図５に示した実施例４の構成では、第３の軸受３６と負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂに対して、磁力発生装置３７は負荷側に位置しているが、本実施例の効果は、この順列に限定されるものではない。
【０１２６】
例えば、第３の軸受３６と負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂに対して、磁力発生装置３７は反負荷側に位置していても良いし、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの間に磁力発生装置３７が位置していても良い。
【０１２７】
また、第３の軸受３６を複数用いた構成では、複数の第３の軸受３６の間に磁力発生装置３７が位置していても良い。
【０１２８】
また、実施例１及び２では冷却ファン３０、実施例３では外扇支持部３５の駆動トルクは、第３の軸受３６で発生した摩擦力によるトルクＴｆのみであり、第３の軸受３６の摩擦力が小さい場合、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５を十分に回転できず、回転電機１００の冷却が不十分になる恐れがあった。
【０１２９】
実施例４−６では、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の駆動トルクは、第３の軸受３６で発生した摩擦力によるトルクＴｆに加えて、磁力発生装置３７で発生する磁気的トルクを利用できる。
【０１３０】
従って、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の回転数の上限値は、回転数の関数である冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の軸動力と、第３の軸受３６で発生した摩擦力によるトルクＴｆと、磁力発生装置３７の磁気的トルクとの釣合いを解くことで設計することができる。
【０１３１】
特に、第３の軸受３６の摩擦トルクＴｆが、磁力発生装置３７の磁気的トルクに比べて十分小さい場合、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の回転数の上限値は、回転数の関数である冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の軸動力と、磁力発生装置３７の磁気的トルクとの釣合いを解くことで設計することができ、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の回転数設計を容易にすることができる。
【０１３２】
これにより、設計者が冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の軸動力を過小評価してしまい、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の回転数が設計よりも少なくなり、十分な冷却効果が得られず、回転電機１００がヒートアップする一連のリスクを抑制することができる。
【０１３３】
また、図８ａ−図８ｃに示す磁力発生装置３７は、第１の磁力発生部３８を永久磁石、第２の磁力発生部３９を導電体若しくはヒステリシス特性をもつ磁性材で構成している。
【０１３４】
この構成により、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５とシャフト３が非同期回転する場合のいかなる条件においても、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の軸動力Ｔ１と摩擦トルクと磁気的トルクの和（Ｔｆ＋Ｔ２）が釣合う回転数で冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の回転を継続させることができる。
【０１３５】
これにより、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の回転数は、シャフト３の回転に対して滑らかに応答させることができ、ファン特性を安定させることができる。
【０１３６】
特に、第２の磁力発生部３９として導電体３９ｆを用いた場合、導電体３９ｆの内部を流れる誘導電流Ｉは、概ね永久磁石の磁束Φに比例し、導電体３９ｆの電気抵抗Ｒに反比例する関係にある。磁力発生装置３７の生むトルクＴ２は概ね、誘導電流Ｉと磁束Φの積に比例するため、トルクＴ２は磁束Φの２乗に比例し、電気抵抗Ｒに反比例する。
【０１３７】
このような単純な関係が成立するため、第２の磁力発生部３９として、特に導電体３９ｆを用いることで、冷却ファン３０或いは外扇支持部３５の回転数設計をより容易にすることができる。また、第２の磁力発生部３９として電気伝導率の大きな導電体３９ｆを用いることにより、導電体３９ｆの電気抵抗Ｒを低減できるため、電気伝導率の小さな導電体と同じトルクＴ２を出す際に必要な磁束Φを小さくできる。
【０１３８】
このため、永久磁石の量を減らすことができ、ファンを小型にすることができ、かつ、磁石材料のコストを低減することができる。
【０１３９】
冷却ファン３０をアルミまたはアルミ合金で製作することにより、冷却ファン３０を軽量化でき、回転電機１００を軽量にすることができる。更に、アルミまたはアルミ合金は電気伝導率が大きいため、第２の磁力発生部３０として導電体３９ｆを利用する場合、冷却ファン３０と導電体３９ｆを一体に成型できる。
【０１４０】
冷却ファン３０と導電体３９ｆを一体に成型できることにより、部品点数及び製作工程を削減でき、製作コストを低減することができる。
【０１４１】
更に、第２の磁力発生部３９として導電体３９ｆ若しくはヒステリシス特性をもつ磁性材を用いた場合、何れも材料内部を通る磁束が変化することで、導電体３９ｆ若しくはヒステリシス特性をもつ磁性材の内部に渦電流が流れる。
【０１４２】
これにより、導電体３９ｆ若しくはヒステリシス特性をもつ磁性材は発熱する。例えば、図５に示すように、第２の磁力発生部３９が負荷側グリスポケット４４ａに近接している場合、負荷側グリスポケット４４ａを構成する面の第２の磁力発生部３９側の一部は、第２の磁力発生部３９の発熱により加熱され、この局所発熱部４８は温度上昇する。
【０１４３】
局所発熱部４８が温度上昇することにより、負荷側グリスポケット４４ａの内部の潤滑剤４７ａには温度勾配が発生し、これに起因した潤滑剤４７ａの密度勾配により、負荷側グリスポケット４４ａの内部では潤滑剤４７ａの自然対流が発生する。即ち、潤滑剤４７ａの高温部分は低温部分と比べて大きな浮力を受けて、両者の浮力差により潤滑剤４７ａは自己循環する（反負荷側グリスポケット４４ｂの内部でも潤滑剤４７ｂが自己循環する）。
【０１４４】
これにより、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部の潤滑剤４７ａ及び４７ｂは、遠心力差による自己循環作用に加えて、浮力差による自己循環作用により、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部での位置移動が更に容易になる。
【０１４５】
負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部での位置移動が容易になることにより、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部の潤滑剤４７ａの全量を、第３の軸受３６の潤滑に利用できるようになり、第３の軸受３６の長寿命化が可能となる。
【０１４６】
なお、本実施例では、負荷側グリスポケット４４ａの発熱についてのみ言及したが、グリスポケットが複数ある場合、例えば、図５の構成の場合、反負荷側グリスポケット４４ｂ側に第２の磁力発生部３９を配置し、反負荷側グリスポケット４４ｂ側に局所発熱部４８があっても良い。
【０１４７】
また、局所発熱部４８の熱源は、必ずしも第２の磁力発生部３９の導電体３９ｆ若しくはヒステリシス特性をもつ磁性材である必要はなく、例えば、加熱された内気２１や加熱された回転子２が熱源でも良い。
【０１４８】
いずれの構成においても、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの内部の潤滑剤４７ａ及び４７ｂに温度勾配を発生させるように、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂの一部が局所発熱部４８を有していれば、本実施例の効果を得ることができる。
【実施例７】
【０１４９】
図９に、本発明の回転電機の実施例７を示す。
【０１５０】
図９に示す本実施例の回転電機１００においては、冷却ファン３０と一体で構成された負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂを有し、更に、反負荷側グリスポケット４４ｂに、外部から潤滑剤４７ｂを供給するための給油経路４９と給油口５０を冷却ファン３０に設けている。
【０１５１】
給油口５０には、冷却ファン３０が回転した際に、遠心力で潤滑剤４７ｂが飛散しないための栓５１が装着されている。また、フレーム４は、給油口５０と対面する位置に開口５２を有している。
【０１５２】
このような本実施例の構成とすることにより、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、フレーム４の開口５２を通して、給油口５０にアクセスすることが可能であるため、回転電機１００を分解することなく、外部から直接潤滑剤４７ｂを供給することができる。
【０１５３】
これにより、少ない作業工程で低メンテナンスコストに潤滑剤４７ｂを供給することができ、第３の軸受３６を、更に長寿命化することができる。
【０１５４】
なお、本実施例の効果は、図９に示す冷却ファン３０の構成に限定されるものではなく、図３に示すような補助ファン３１ａを有する冷却ファン３０や図４に示すような外扇３４を有する外扇支持部３５でも同様の効果を得ることができる。
【０１５５】
特に、図３に示す実施例２のような補助ファン３１ａを有する冷却ファン３０の構成や、図４に示す実施例３のような外扇３４を有する外扇支持部３５の構成の場合は、フレーム４に外気２２ａ、２２ｂを回転電機１００に取り込むための吸気口２５ａや、取り込んだ外気２２ａ、２２ｂを回転電機１００外に放出するための排気口２６ｂを有しており、これら吸気口２５ａや排気口２６ｂを給油のための開口５２として兼用してもよい。
【０１５６】
これにより、回転電機１００の形状を簡素化することができ、回転電機１００の製作コストを低減できる。また、フレーム４の冷却とは無関係の開口５２を減らすことで、外気２２ａ、２２ｂに含まれる塵埃等が回転電機１００内部に入り込むリスクを低減することができ、回転電機１００のメンテナンスコストの低減や長寿命化が可能となる。
【０１５７】
更に、磁力発生装置３７を図８ａ−図８ｃに示す構成とすることで、冷却ファン３０は、シャフト３に対して自由に回転方向の位置を変えることができる。
【０１５８】
このため、回転電機１００のシャフト３をロックさせたときに、開口５２と給油口５０の回転方向位置が一致していない場合も、外部から冷却ファン３０を回転させることができるため、開口５２と給油口５０の位置合わせをすることができる。
【実施例８】
【０１５９】
図１０及び図１１に、本発明の回転電機の実施例８を示す。
【０１６０】
実施例１−７で説明した負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂは、いずれも冷却ファン３０或いは外扇支持部３５と一体に構成されているが、図１０に示すように、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂは、両方ともシャフト３と一体に構成されていても良く、また、図１１に示すように、反負荷側グリスポケット４４ｂを冷却ファン３０（図４においては外扇支持部３５）と一体に構成し、負荷側グリスポケット４４ａをシャフト３と一体に構成しても良い。
【０１６１】
本実施例における負荷側グリスポケット４４ａと反負荷側グリスポケット４４ｂの構成及び作用は、実施例１と同様である。
【０１６２】
また、実施例７で説明した給油経路４９及び給油口５０は必ずしも冷却ファン３０に設ける必要はなく、例えば、負荷側グリスポケット４４ａ及び反負荷側グリスポケット４４ｂをシャフト３と一体で構成している場合は、給油経路４９及び給油口５０は、シャフト３に設けてもよい。
【０１６３】
このような本実施例の構成とすることにより、実施例１と同様な効果が得られる。
【実施例９】
【０１６４】
次に、本発明の実施例９として、回転電機の駆動システムを図１２ａ及び図１２ｂを用いて説明する。
【０１６５】
図１２ａに示すように、本実施例の回転電機の駆動システムにおいて、上述した実施例１−８のいずれかのように構成される回転電機１００を駆動するための電力は、電源６０からインバータまたはコンバータ等から構成された電力を変換する電力変換装置６１を介して供給されている。この場合、回転電機１００で駆動される負荷６２に応じた出力制御が可能である。
【０１６６】
一般に、出力が大きくなると回転電機１００の内部に発生する損失が増え、これに対応して回転電機１００が発熱する。
【０１６７】
通常、回転電機１００は、冷却ファン３０がシャフト３に対して非同期回転するため、特に高速回転域において、ファン騒音とファンアクションによる機械損を低減できる一方、風量の低下により冷却性能は低下することとなる。
【０１６８】
従って、実施例１−３の回転電機１００を、高速回転域で出力が小さくなるようなシステムに適用することにより、回転電機１００の温度上昇を十分に抑えつつ、高速域のファン騒音や機械損を低減することができる。
【０１６９】
図１２ｂに、回転電機１００の回転速度に対する出力の一例をグラフで示す。図１２ｂのグラフは、低速回転域で出力が大きく、高速回転域で出力が漸減する運転パターンを示している。
【０１７０】
なお、本実施例で示す電源６０は、商用三相交流電源に限らず単相交流電源や直流電源の場合でもよい。
【０１７１】
以上説明したように、回転電機１００の内部の損失が高速回転域において低速回転域よりも小さくなる領域を有する回転電機の駆動システムにおいては、実施例１−８のいずれかの回転電機１００を適用することにより、回転電機１００の温度上昇を十分に抑制しつつ、高速回転域の機械損や騒音を低減することができる。
【０１７２】
また、実施例１−８のいずれの回転電機１００も、第３の軸受３６の長寿命化により、第３の軸受３６の交換周期を長くするか、またはメンテナンスコストを低減することができるため、回転電機の駆動システムのランニングコストを低減できる。
【実施例１０】
【０１７３】
次に、本発明の実施例１０として、回転電機１００を搭載した鉄道車両を図１２ａ及び図１３を用いて説明する。
【０１７４】
該図に示すように本実施例の鉄道車両６３は、ギア６４、車輪６５、車軸６６及び回転電機１００を備えた台車６７を有し、回転電機１００は、ギア６４を介して車軸６６に接続された車輪６５を駆動するものである。
【０１７５】
なお、本実施例では、回転電機１００を２基搭載した例であるが、１基または３基以上の複数であっても良い。
【０１７６】
本実施例にように、実施例１−８のいずれかの回転電機１００を鉄道車両６３に適用することにより、鉄道車両６３で生じる騒音のうち、回転電機１００のファンアクションに起因する騒音を低減することができる。
【０１７７】
一般に、鉄道車両６３で生じる騒音には、レールと車輪から生じる放射音やインバータの電磁騒音に加えて、回転電機１００のファン騒音が大きな割合を占めている。
【０１７８】
本実施例では、実施例１−８のいずれかの回転電機１００を鉄道車両６３に適用することにより、鉄道車両６３の騒音を低減させることができる。また、回転電機１００は、高速回転域の機械損を低減できるため、これに伴う鉄道車両６３の消費電力量を低減することができる。
【０１７９】
なお、本実施例は、鉄道車両６３に限らず、可変速運転する回転電機の駆動システムを含むシステムであれば、他のシステムにも適用可能である。特に、高速回転域において機械損が支配的であり、ファン騒音が問題になるシステムに適用することで、より大きな効率向上効果と騒音低減効果を得ることができる。
【０１８０】
また、実施例１−８のいずれの回転電機１００も、第３の軸受３６の長寿命化により、第３の軸受３６の交換周期を長くするか、またはメンテナンスコストを低減することができるため、鉄道車両６３のランニングコストを低減できる。
【０１８１】
なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１８２】
１…固定子、２…回転子、３…シャフト、４…フレーム、４ａ…外フレーム、４ｂ…内フレーム、５…固定子鉄心、６…固定子スロット、７…固定子巻線、８…固定子鉄心押さえ板、９…空隙、１０…回転子鉄心、１１…回転子スロット、１２…回転子バー、１３…エンドリング、１４…リテイニングリング、１５…回転子鉄心押さえ板、１６…第１の軸受、１７…第２の軸受、１８…通風口、２０、２０ａ、２０ｂ…ラビリンスシール、２５ａ、２５ｂ…吸気口、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ…排気口、２７…隙間、２８…通風路、２１…内気、２２ａ、２２ｂ…外気、３０…冷却ファン、３１ａ、３１ｂ…補助ファン、３２…補助ファン支持部、３４…外扇、３５…外扇支持部、３６…第３の軸受、３７…磁力発生装置、３８…第１の磁力発生部、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ…第１の磁力発生部の永久磁石、３９…第２の磁力発生部、３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ…第２の磁力発生部の永久磁石、３９ｆ…導電体、３９ｈ…磁性体、４０…空隙、４１…リテイニングリング、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ…スロット、４３…永久磁石保持部材、４４ａ…負荷側グリスポケット、４４ｂ…反負荷側グリスポケット、４５ａ…負荷側グリスポケットの開口部、４５ｂ…反負荷側グリスポケットの開口部、４６…接触面、４７ａ、４７ｂ…潤滑剤、４８…局所発熱部、４９…給油経路、５０…給油口、５１…栓、５２…開口、６０…電源、６１…電力変換装置、６２…負荷、６３…鉄道車両、６４…ギア、６５…車輪、６６…車軸、６７…台車、１００…回転電機、ＦＡ、ＦＢ…遠心力の大きさを示す矢印、ＶＣ…自然対流の向きを示す矢印。
【図１】
2020010575.tif 000003
【図２ａ】
2020010575.tif 000004
【図２ｂ】
2020010575.tif 000005
【図３】
2020010575.tif 000006
【図４】
2020010575.tif 000007
【図５】
2020010575.tif 000008
【図６】
2020010575.tif 000009
【図７】
2020010575.tif 000010
【図８ａ】
2020010575.tif 000011
【図８ｂ】
2020010575.tif 000012
【図８ｃ】
2020010575.tif 000013
【図９】
2020010575.tif 000014
【図１０】
2020010575.tif 000015
【図１１】
2020010575.tif 000016
【図１２ａ】
2020010575.tif 000017
【図１２ｂ】
2020010575.tif 000018
【図１３】
2020010575.tif 000019