(57)【要約】【課題】回転電機において軸受での電気的な絶縁と、発生熱の除去との両立を図る。【解決手段】回転電機は、回転子と、固定子と、２つの軸受とを備える。２つの軸受のそれぞれは、ロータシャフトと接してロータシャフトからの反力を受ける軸受メタル部３１と、軸受メタル部３１の径方向外側に設けられて軸受メタル部３１を支持する金属製のハウジング３２と、軸受メタル部３１とハウジング３２に挟まれて軸受メタル部３１とハウジング３２との間を電気的に絶縁し、ペルティエ素子部７０およびペルティエ素子部７０の両面に配された絶縁膜８０ａ、８０ｂを含む絶縁部材３３を有する。【選択図】図３
2018007513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向に延び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間隙をあけて設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向の内側部分を前記回転軸方向に貫通する複数の固定子巻線とを有する固定子と、
静止固定されて、前記ロータシャフトを、前記回転子鉄心を挟んだ両側で回転可能に軸支する２つの軸受と、
を備える回転電機であって、
前記２つの軸受のそれぞれは、
前記ロータシャフトと接して前記ロータシャフトからの反力を受ける軸受メタル部と、
前記軸受メタル部の径方向外側に設けられて、前記軸受メタル部を支持する金属製のハウジングと、
ペルティエ素子部と、前記ペルティエ素子部の両面に配された絶縁膜と、前記軸受メタル部と前記ハウジングに挟まれて前記ペルティエ素子部を含まない通常絶縁部とを有し、前記軸受メタル部と前記ハウジングに挟まれて前記軸受メタル部と前記ハウジングとの間を電気的に絶縁し、前記軸受メタル部から前記ハウジングへの熱的な移送を行う絶縁部材と、
を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ハウジングの前記ペルティエ素子部に面する部分は、前記ペルティエ素子部に荷重がかからないように窪み部が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。
【請求項３】
回転電機のロータシャフトを軸方向の両側でそれぞれ回転可能に軸支する軸受構造であって、
前記ロータシャフトと接して前記ロータシャフトからの反力を受ける軸受メタル部と、
前記軸受メタル部の径方向外側に設けられて、前記軸受メタル部を支持する金属製のハウジングと、
前記軸受メタル部と前記ハウジングに挟まれて前記軸受メタル部と前記ハウジングとの間を電気的に絶縁し、前記軸受メタル部から前記ハウジングへの熱的な移送を行う絶縁部材と、
を備え、
前記絶縁部材は、
ペルティエ素子部と、
前記ペルティエ素子部の両面のそれぞれに配された絶縁膜と、
を有することを特徴とする軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機およびその軸受構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、回転子および固定子およびこれらを収納するフレームを有する。回転子は、両端を軸受により回転可能に軸支されて回転軸方向に延びるロータシャフトと、ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する。
【０００３】
フレームの回転軸方向の両側は、軸受ブラケットにより閉止している。軸受はそれぞれ、軸受ブラケットにより支持されている。多くの回転電機において、すべり軸受が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２４５１００号公報
【特許文献２】特開２００８−１４８４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）により誘導電動機を運転すると、中性点電圧はゼロとならずコモンモード電圧が残る。この結果、ロータシャフトと大地間に電位が生じる。
【０００６】
また、発電機の軸電圧は、電機子鉄心の磁気抵抗の不均一による軸の交鎖磁束の不平衡、静電荷の蓄積による静電作用、回転子巻線の接地による軸と軸受間の電位の発生等によるものである。
【０００７】
このような軸電圧が発生している状態では、軸受の油膜が切れると、ロータシャフトと軸受を含む経路で軸電流が流れる。この際、軸と軸受間にアークが流れ、軸受の回転部と静止部の金属に溶融現象を起こす。この溶融現象は、すべり軸受では、メタル部にピッチング（Ｐｉｔｔｉｎｇ）を、軸にスコーリング（Ｓｃｏｒｉｎｇ）と呼ばれるひっかき傷を生ずる。また、ころがり軸受では、リッジマーク（Ｒｉｄｇｅｍａｒｋ）として現れる。
【０００８】
また、軸電流が発生した場合、軸受が過熱して焼損に至ることも懸念される。あるいは、ロータシャフトと軸受の接触面の腐食の問題、異音の発生の問題などもある。
【０００９】
このための対策として、すべり軸受かころがり軸受かを問わず、軸受とその取付台との間に絶縁物を挿入し、軸電流の発生を防止している（特許文献１、２参照）。すなわち、電気的な絶縁物である絶縁シートが、たとえば、軸受メタルとハウジングとの間に挟まれた状態で設けられている。
【００１０】
さらに、すべり軸受においては、ロータシャフトと軸受との摩擦による熱の発生があるため、この発生熱を除去する必要がある。しかしながら、電気的な絶縁物は、熱伝導特性が一般的に低い。このため、電気的な絶縁と、発生熱の除去との両者を達成することが重要な課題である。
【００１１】
そこで本発明は、回転電機において軸受での電気的な絶縁と、発生熱の除去との両立を図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、本発明は、回転軸方向に延び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間隙をあけて設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向の内側部分を前記回転軸方向に貫通する複数の固定子巻線とを有する固定子と、静止固定されて、前記ロータシャフトを、前記回転子鉄心を挟んだ両側で回転可能に軸支する２つの軸受と、を備える回転電機であって、前記２つの軸受のそれぞれは、前記ロータシャフトと接して前記ロータシャフトからの反力を受ける軸受メタル部と、前記軸受メタル部の径方向外側に設けられて、前記軸受メタル部を支持する金属製のハウジングと、ペルティエ素子部と、前記ペルティエ素子部の両面に配された絶縁膜と、前記軸受メタル部と前記ハウジングに挟まれて前記ペルティエ素子部を含まない通常絶縁部とを有し、前記軸受メタル部と前記ハウジングに挟まれて前記軸受メタル部と前記ハウジングとの間を電気的に絶縁し、前記軸受メタル部から前記ハウジングへの熱的な移送を行う絶縁部材と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、回転電機のロータシャフトを軸方向の両側でそれぞれ回転可能に軸支する軸受構造であって、前記ロータシャフトと接して前記ロータシャフトからの反力を受ける軸受メタル部と、前記軸受メタル部の径方向外側に設けられて、前記軸受メタル部を支持する金属製のハウジングと、前記軸受メタル部と前記ハウジングに挟まれて前記軸受メタル部と前記ハウジングとの間を電気的に絶縁し、前記軸受メタル部から前記ハウジングへの熱的な移送を行う絶縁部材と、を備え、前記絶縁部材は、ペルティエ素子部と、前記ペルティエ素子部の両面のそれぞれに配された絶縁膜と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回転電機において軸受での電気的な絶縁と、発生熱の除去との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。
【図２】実施形態に係る回転電機の軸受の取り付け状態を示す縦断面図である。
【図３】実施形態に係る回転電機の軸受構造の絶縁部材およびその周辺を示す縦断面図である。
【図４】実施形態に係る回転電機の軸受構造の絶縁部材中のペルティエ素子部の構成を示す概念的結線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機および軸受構造について説明する。
【００１７】
図１は、実施形態に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、フレーム４０、軸受ブラケット３８、および軸受３０を有する。
【００１８】
回転子１０は、回転軸方向に延びて、回転軸方向の両側で回転可能に軸支されているロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に設けられロータシャフト１１に固定された回転子鉄心１２とを有する。
【００１９】
固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側に、回転子鉄心１２を囲むように設けられた円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の径方向内側に形成された複数のスロット（図示せず）内を貫通する固定子巻線２２とを有する。
【００２０】
フレーム４０は、固定子鉄心２１の径方向の外側を囲むように設けられて筒状であり、軸方向の両端が開放されている。２つの軸受ブラケット３８のそれぞれは、フレーム４０の開放されたそれぞれの端部を塞ぐようにフレームに取り付けられている。２つの軸受ブラケット３８のそれぞれは、軸受３０を固定支持している。
【００２１】
２つの軸受３０は、それぞれ、回転軸方向に回転子鉄心１２を挟んでその両側に設けられており、ロータシャフト１１を回転可能に軸支している。
【００２２】
図２は、実施形態に係る回転電機の軸受の取り付け状態を示す縦断面図である。軸受３０は、軸受メタル部３１、ハウジング３２、および絶縁部材３３を有する。ここで、軸受３０は、すべり軸受である。
【００２３】
軸受メタル部３１は、ロータシャフト１１の周囲を包囲し、内面がロータシャフト１１と接触するような形状に形成されている。軸受メタル部３１は、２つの部分（図示しない）に分割可能に構成されている。２つの部分は、ロータシャフト１１の径方向の両側からロータシャフト１１を囲むように取り付けられた後に、たとえばねじ等により一体に組み立てられる。
【００２４】
軸受メタル部３１の内面のロータシャフト１１との接触面が、ロータシャフト１１が回転する状態におけるロータシャフト１１との摺動面となる。軸受メタル部３１は、摺動面に沿って広がった摺動部材３１ａを有する。軸受メタル部３１の摺動部材３１ａの材質は、軸受メタル部３１の摺動部材３１ａ以外の本体部３１ｂの材質と異なる。摺動部材３１ａの材質はたとえば、銅合金などである。軸受メタル部３１は、摺動部材３１ａにてロータシャフト１１と接し、ロータシャフト１１からの反力を受ける。
【００２５】
軸受メタル部３１の径方向外側は、軸方向の両側に向かって径が縮小する形状であり、たとえば、円錐形状、球面状あるいはロータシャフト１１の回転軸を中心とする回転楕円体面状に形成されている。
【００２６】
ハウジング３２は、金属製であり、軸受メタル部３１を支持する。ハウジング３２の径方向の内側面は、軸受メタル部３１の外側面の形状に対向するような形状に形成されている。
【００２７】
軸受メタル部３１とハウジング３２との間には、絶縁部材３３が設けられており、曲面状に広がっている。絶縁部材３３は、軸受メタル部３１とハウジング３２との間を電気的に絶縁するとともに、軸受メタル部３１からハウジング３２への熱的な移送を行う。
【００２８】
図３は、実施形態に係る回転電機の軸受構造の絶縁部材およびその周辺を示す縦断面図である。絶縁部材３３は、通常絶縁部３４、絶縁膜８０、およびペルティエ素子部７０を有する。
【００２９】
通常絶縁部３４は、軸受メタル部３１とハウジング３２の一方から他方への荷重を伝達する。ペルティエ素子部７０は、軸方向および周方向に広がっており、その広がった両側の外面には、高温側８１すなわち軸受メタル部３１に接する側に絶縁膜８０ａが、低温側８２すなわちハウジング３２に接する側に絶縁膜８０ｂが設けられている。通常絶縁部３４および絶縁膜８０ａ、８０ｂは、電気的な絶縁機能を有する。
【００３０】
ここで、両面の絶縁膜８０ａ、８０ｂに挟まれたペルティエ素子部７０に荷重がかからないように、ハウジング３２のこの布設範囲に面した部分には窪み部３２ａが形成されている。絶縁膜８０ａ、８０ｂの膜厚はたとえば１〜３ｍｍ程度である。
【００３１】
図４は、絶縁部材中のペルティエ素子部の構成を示す概念的結線図である。ペルティエ素子部７０は、複数のＰ型半導体７１、複数のＮ型半導体７２、複数の金属部７３、および複数の金属部７４を有する。
【００３２】
複数の金属部７３は、高温側８１に設けられる絶縁膜８０ａ（図３）に接するように配される。また、複数の金属部７４は、低温側８２に設けられる絶縁膜８０ｂ（図３）に接するように配される。金属部７３と金属部７４の間に、Ｐ型半導体７１およびＮ型半導体７２が配されている。
【００３３】
Ｐ型半導体７１とＮ型半導体７２は、金属部７３と金属部７４を介して交互に互いに直列に配されている。すなわち、金属部７３、Ｐ型半導体７１、金属部７４およびＮ型半導体７２が直列となった組が３つ直列に接続されている。なお、直列に接続される組が３組の場合を示したが、組数は、ペルティエ素子部７０の広がりの面積、絶縁膜８０ａ、８０ｂの膜厚との関係等を考慮して設定すればよい。
【００３４】
ペルティエ素子部７０は、リード線７５で抵抗部７６に直列に結合されている。ペルティエ素子部７０では、高温部８１に面している絶縁膜８０ａに接する金属部７３から、低温部８２に面している絶縁膜８０ｂに接する金属部７４に熱が移動する際に、抵抗部７６に掛かる電圧が発生し、電流が流れる。この電気的なエネルギーは、抵抗部７６での熱エネルギーとなって消費される。このため発熱量は増加するが、部分的な温度上昇を低減することができる。
【００３５】
また、ペルティエ素子部７０は、軸受メタル部３１に接する部分とは絶縁膜８０ａを介在させ、ハウジング３２に接する部分とは絶縁膜８０ｂを介在させていることにより、絶縁機能が確保される。
【００３６】
以上のように、本実施形態によれば、回転電機において回転電機において軸受での電気的な絶縁と、発生熱の除去との両立を図ることができる。
【００３７】
［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、軸受がすべり軸受の場合を示したが、他の軸受であってもよい。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。
【００３８】
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】
【００３９】
１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、３０…軸受、３１…軸受メタル部、３１ａ…摺動部材、３１ｂ…本体部、３２…ハウジング、３２ａ…窪み部、３３…絶縁部材、３４…通常絶縁部、３８…軸受ブラケット、４０…フレーム、７０…ペルティエ素子部、７１…Ｐ型半導体、７２…Ｎ型半導体、７３、７４…金属部、７５…リード線、７６…抵抗部、８０、８０ａ、８０ｂ…絶縁膜、８１…高温側、８２…低温側、１００…回転電機
【図１】
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【図２】
2018007513.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018007513.tif 000006