(57)【要約】【課題】より簡素化された構成により全閉外扇形回転電機の冷却効率を確保する。【解決手段】全閉外扇形回転電機１００は、ロータシャフト１１と回転子鉄心１２とを有する回転子１０と、固定子鉄心２１と固定子巻線２２とを有する固定子２０と、フレーム４０と、結合側軸受３２および反結合側軸受３１と、結合側軸受ブラケット５２および反結合側軸受ブラケット５１と、ロータシャフト１１の反結合側軸受３１と回転子鉄心１２の間の位置に取り付けられて冷却用気体を駆動する内扇５５と、ロータシャフト１１の反結合側軸受３１の外側に取り付けられた外扇５６とを有する。内扇５５からの冷却用気体の流出方向は、径方向外側でかつ反結合側軸受ブラケット５１側に傾いている。【選択図】図１
2018064384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた円筒状の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設けられた固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内側部分を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、
前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、
前記結合側軸受および反結合側軸受をそれぞれ固定支持し前記フレームの軸方向の端部に接続する結合側軸受ブラケットおよび反結合側軸受ブラケットと、
前記ロータシャフトの前記反結合側軸受と前記回転子鉄心の間の位置に取り付けられて冷却用気体を駆動する内扇と、
前記ロータシャフトの反結合側軸受の軸方向の外側に取り付けられて前記反結合側軸受ブラケットおよび前記フレームの外表面に外気を供給する外扇と、
を備え、
前記内扇からの前記冷却用気体の流出方向は、径方向外側でかつ前記反結合側軸受ブラケット側に傾いていることを特徴とする全閉外扇形回転電機。
【請求項２】
前記反結合側軸受ブラケットの内面は、前記冷却用気体をガイドするように滑らかな形状の曲面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の全閉外扇形回転電機。
【請求項３】
前記フレームには、前記内扇により駆動された前記冷却用気体が流入し、前記固定子鉄心を挟んで前記内扇の反対側に流出するように軸方向に延びた流通路が周方向に互いに間隔をあけて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に記載の全閉外扇形回転電機。
【請求項４】
前記フレームは、外表面に設けられた複数のフィンをさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記反結合側軸受ブラケットは、内面に設けられたフィンを有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記反結合側軸受ブラケットは、外面に設けられたフィンを有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全閉外扇形回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
全閉外扇形回転電機は、ロータシャフトおよび回転子鉄心を有する回転子と、固定子とを備えており、回転子鉄心および固定子はフレーム等が形成する閉空間内に収納されている。
【０００３】
固定子および回転子鉄心で発生する熱を除去するための冷却は、通常、密閉空間内の空気等の冷却気体の循環と、閉空間外の外気の強制送風により行っている。
【０００４】
具体的には、密閉空間内の冷却気体の循環のためには、ロータシャフトに取り付けられた内扇が設けられている。また、外気の強制送風のためには、回転子のロータシャフトの一端（反結合側）に、外扇が設けられ、外気を強制的に送風している例が多い（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−９５９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
冷却管を有する冷却器が備えられている場合は、閉空間の内側から外側への熱移動は、冷却管の外面から内面への熱移動、すなわち冷却管での伝熱により行われる。
【０００７】
一方、冷却管を有さないフィンフレーム方式の場合には、たとえば、フレームに内部の冷却気体の通路が軸方向に延びており、周方向に間隔をあけて設けられている。また、周方向に通路が形成されていない領域には、外表面にフィンが設けられている。このように、閉空間の内部と外部との熱移動の境界の面積、すなわち、伝熱面積の確保を図っている。
【０００８】
フィンフレーム方式において、冷却能力をさらに向上させるためには、たとえば、伝熱面における内側および外側の流速を上げて、熱伝達率を向上させる方法がある。このためには、外扇および内扇の能力を上げる必要がある。外扇および内扇は、ロータシャフトに取り付けられているため、回転数を上げることはできない。したがって、外扇および内扇の径を増加させる必要がある。
【０００９】
固定子巻線は、極数が減るにつれて、上口と下口の間の間隔が大きくなり、その端部、すなわち固定子鉄心の軸方向外側の部分の接続のためのスペースが広がるため、端部が軸方向外側に張り出す長さが大きくなる。このため、内扇の径方向外側に固定子巻線の端部が配されることになる。
【００１０】
このような状態で、内扇の径を大きくするために内扇のロータシャフトへの取り付け位置を固定子巻線の端部より外側にすると、回転電機本体の軸方向の長さを長くする必要があり、好ましくない。
【００１１】
そこで、本発明は、簡素化された構成により全閉外扇形回転電機の冷却効率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】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明に係る全閉外扇形回転電機は、軸方向に延びて回転可能に支持されたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた円筒状の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設けられた固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内側部分を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子の径方向の外側に配されて前記回転子鉄心と前記固定子を収納するフレームと、前記回転子鉄心を挟んで軸方向の前記ロータシャフトの両側のそれぞれで前記ロータシャフトを支持する結合側軸受および反結合側軸受と、前記結合側軸受および反結合側軸受をそれぞれ固定支持し前記フレームの軸方向の端部に接続する結合側軸受ブラケットおよび反結合側軸受ブラケットと、前記ロータシャフトの前記反結合側軸受と前記回転子鉄心の間の位置に取り付けられて冷却用気体を駆動する内扇と、前記ロータシャフトの反結合側軸受の軸方向の外側に取り付けられて前記反結合側軸受ブラケットおよび前記フレームの外表面に外気を供給する外扇と、を備え、前記内扇からの前記冷却用気体の流出方向は、径方向外側でかつ前記反結合側軸受ブラケット側に傾いていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡素化された構成により全閉外扇形回転電機の冷却効率を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の構成を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の構成を示す図１のＩＩ−ＩＩ線矢視横断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る全閉外扇形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。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の構成を示す立断面図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視横断面図である。
【００１７】
全閉外扇形回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、フレーム４０を有する。
【００１８】
回転子１０は、軸方向に延びるロータシャフト１１およびロータシャフト１１の径方向外側に設けられた回転子鉄心１２を有する。ロータシャフト１１は、軸方向の一方の端部に結合部１１ａを有する。
【００１９】
結合部１１ａは、全閉外扇形回転電機１００が電動機の場合は被駆動対象、全閉外扇形回転電機１００が発電機の場合は原動機との結合部である。以下、軸方向の方向を、全閉外扇形回転電機１００の軸方向の中心から結合部１１ａに向かう方向を結合側と呼び、これと反対方向を反結合側と呼ぶものとする。
【００２０】
ロータシャフト１１は、回転子鉄心１２を挟んだ軸方向の両側で、結合側は結合側軸受３２、反結合側は反結合側軸受３１によりそれぞれ回転可能に支持されている。ロータシャフト１１の、回転子鉄心１２と反結合側軸受３１の間の位置には、後述する内扇５５が設けられている。
【００２１】
固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側にギャップをあけて配された円筒状の固定子鉄心２１、固定子鉄心２１の周方向内側に形成されて周方向に互いに間隔をあけて配されて軸方向に延びた複数のスロット（図示せず）内を通る固定子巻線２２と、を有する。
【００２２】
フレーム４０は、円筒状であって、固定子鉄心２１の径方向外側にあって、回転子鉄心１２および固定子２０を収納する。フレーム４０の周方向には互いに間隔をあけて軸方向に延びた４つの流通路４１が形成されている。それぞれの流通路４１は、その結合側に形成された出口開口４１ｂと、反結合側に形成された入口開口４１ａを介して、フレーム４０の内部空間と連通している。流通路４１が形成されていない周方向部分の外表面には、複数の外部フィン４３が設けられている。外部フィン４３は、軸方向に延びて径方向に拡がっている。
【００２３】
円筒状のフレーム４０の、軸方向の端部には、結合側には結合側軸受３２を支持する結合側軸受ブラケット５２、反結合側には反結合側軸受３１を支持する反結合側軸受ブラケット５１が設けられている。結合側軸受ブラケット５２および反結合側軸受ブラケット５１は、フレーム４０と相まって閉空間４０ａを形成する。ロータシャフト１１の、回転子鉄心１２と反結合側軸受３１の間の位置に内扇５５が設けられており、閉空間４０ａ内では、たとえば空気などの冷却用気体が、内扇５５に駆動されて循環する。
【００２４】
結合側軸受ブラケット５２および反結合側軸受ブラケット５１の内面には、冷却用気体の流れがスムーズになるようにガイドする、すなわち冷却用気体の循環による圧力損失を抑えるように、流れに沿った滑らかな形状の曲面が形成されている。
【００２５】
ロータシャフト１１の反結合側軸受３１の軸方向の外側には、外扇５６が設けられている。外扇５６の外側には、外扇カバー５６ａが設けられている。外扇カバー５６ａには、外扇５６が外気を吸い込むための吸込み孔５６ｃが形成されている。外扇５６の吸込み側には、ガイド５６ｂが設けられている。外扇５６は、遠心タイプである。したがって、外気は、ガイド５６ｂに沿って軸方向に吸い込み、径方向外側に圧送される。
【００２６】
外扇５６により圧送された冷却用気体は、外扇カバー５６ａにより、フレーム４０の外面に沿って軸方向に流出する。流出した冷却用気体は、フレーム４０の外面に設けられた外部フィン４３およびフレーム４０に形成された流通路４１の径方向外側の部分の外表面を冷却しながら流れる。
【００２７】
内扇５５は、前述のように、ロータシャフト１１の、回転子鉄心１２と反結合側軸受３１の間の位置に取り付けられている。内扇５５は、回転子鉄心１２および固定子２０側から冷却用気体を吸い込み、冷却用気体を径方向に圧送し、フレーム４０に形成された流通路４１の入口開口４１ａに流入させる。
【００２８】
内扇５５は、内扇５５からの流出方向が径方向外向きから反結合側軸受ブラケット５１側に傾くように、形成されている。すなわち、内扇５５の出口の冷却用気体は、反結合側軸受ブラケット５１の方向に圧送され、反結合側軸受ブラケット５１の内面に沿って径方向外向きに流れた後に、複数の入口開口４１ａから流通路４１に流入する。
【００２９】
このように形成された本実施形態では、反結合側軸受ブラケット５１の内面側での冷却用気体の流速が増加する。反結合側軸受ブラケット５１の外面側では、外扇５６により外気が流れている。したがって、反結合側軸受ブラケット５１の内面側でも外面側でも流体の流速が確保されており、反結合側軸受ブラケット５１内面側と外面側との間の熱貫流率が増加する。このため、フレーム４０を介しての熱除去に加えて、反結合側軸受ブラケット５１を介しての熱除去が確実に行われる。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係る全閉外扇形回転電機は、複雑な構成に拠らず簡素化された構成により、全閉外扇形回転電機１００の冷却効率を向上させることができる。
【００３１】
［第２の実施形態］
図３は、第２の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の構成を示す立断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。
【００３２】
本第２の実施形態に係る全閉外扇形回転電機１００においては、反結合側軸受ブラケット５１の内面には複数の内側フィン５１ａが設けられている。内側フィン５１ａは、径方向に向かって放射状に設けられており、軸方向に拡がっている。
【００３３】
また、反結合側軸受ブラケット５１の外面には複数の外側フィン５１ｂが設けられている。外側フィン５１ｂは、径方向に向かって放射状に設けられており、軸方向に拡がっている。
【００３４】
この結果、反結合側軸受ブラケット５１を介しての熱除去においての伝熱面積を大きくすることができる。
【００３５】
以上のように、本第２の実施形態に係る全閉外扇形回転電機においては、反結合側軸受ブラケット５１を介しての熱除去がさらに確実に行われ、全閉外扇形回転電機の冷却効率をさらに向上させることができる。
【００３６】
［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、実施形態においては、横置型の回転電機の場合を例にとって示したが、立置型の場合であってもよい。
【００３７】
さらに、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。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】
【００３８】
１０…回転子、１１…ロータシャフト、１１ａ…結合部、１２…回転子鉄心、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、３１…反結合側軸受、３２…結合側軸受、４０…フレーム、４０ａ…閉空間、４１…流通路、４１ａ…入口開口、４１ｂ…出口開口、４３…外側フィン（フィン）、５１…反結合側軸受ブラケット、５１ａ…内側フィン（フィン）、５１ｂ…外側フィン（フィン）、５２…結合側軸受ブラケット、５５…内扇、５６…外扇、５６ａ…外扇カバー、５６ｂ…ガイド、５６ｃ…吸込み孔、１００…全閉外扇形回転電機
【図１】
2018064384.tif 000003
【図２】
2018064384.tif 000004
【図３】
2018064384.tif 000005