(57)【要約】【課題】全閉外扇形回転電機において、ロータシャフトの回転速度が低い場合であっても、外扇による十分な冷却性能を実現する。【解決手段】全閉外扇形回転電機１００は、ロータシャフト１２を備えた回転子１０と、固定子１１と、筒状のフレーム１６と、第１および第２の軸受け１４、１５と、フレーム１６の両端部に取り付けられて第１および第２の軸受け１４、１５を支持してフレーム１６とともに密閉空間を形成する第１および第２のブラケット１７、１８と、ロータシャフト１２に取り付けられた増速機２０と、増速機２０を介してロータシャフト１２によって駆動される外扇２１と、フレーム１６を外気によって冷却するように外扇２１を覆って外扇２１を通る外気をガイドする外扇カバー２４と、を有する。【選択図】図１
2018207644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータシャフトを備えた回転子と、
前記回転子を周方向に取り囲んで配置された固定子と、
前記固定子を取り囲んで前記固定子を支持する筒状のフレームと、
前記回転子を回転支持する第１および第２の軸受けと、
前記フレームの両端部に取り付けられて前記第１および第２の軸受けそれぞれを支持して、前記フレームとともに密閉空間を形成する第１および第２のブラケットと、
前記第１の軸受けの軸方向外側で前記ロータシャフトに取り付けられた増速機と、
前記第１のブラケットの軸方向外側に配置されて、前記増速機を介して前記ロータシャフトによって駆動される外扇と、
前記フレームを外気によって冷却するように、前記外扇を覆って、前記外扇を通る前記外気をガイドする外扇カバーと、
を有することを特徴とする全閉外扇形回転電機。
【請求項２】
前記増速機は、前記ロータシャフトの回転軸と共通の軸を有して前記フレームに対して固定された外歯の太陽歯車と、前記ロータシャフトに固定された遊星キャリアと、前記外扇に固定されて前記ロータシャフトの回転軸と共通の軸の周りで前記太陽歯車の外形よりも大きな内径を有する内歯歯車と、前記ロータシャフトの回転軸から半径方向に離れた位置で前記遊星キャリアに取り付けられた軸の周りに回転可能で前記太陽歯車および前記内歯歯車と噛み合う外歯の遊星歯車と、を有して遊星歯車機構を構成していること、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】
前記遊星歯車は、前記ロータシャフトの回転軸の周りに周方向に互いに等間隔をあけて複数個が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の全閉外扇形回転電機。
【請求項４】
４極以上の多極を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項２のいずれか一項に記載の全閉外扇形回転電機。
【請求項５】
前記密閉空間内で前記ロータシャフトに取り付けられた内扇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４のいずれか一項に記載の全閉外扇形回転電機。
【請求項６】
前記フレームはその外側に形成された複数の冷却フィンを有し、
前記外扇カバーは前記冷却フィンに沿って外気が流れるように外気をガイドするように構成されていること、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全閉外扇形回転電機。
【請求項７】
前記フレームに隣接して配置されて両端が開放された複数の冷却管を備えた冷却器と、
前記冷却器を覆い、前記フレームと連通して、前記複数の冷却管の外側で前記フレームとともに前記密閉空間を形成する冷却器カバーと、
をさらに有し、
前記外扇カバーは前記複数の冷却管の中に外気を送るように構成されていること、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全閉外扇形回転電機。
【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係り、特に、外扇による冷却性能を十分に確保可能な全閉外扇形回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な全閉外扇形回転電機においては、たとえば特許文献１、２に開示されているように、ロータシャフトによって外扇を回転させ、この外扇によって外気を駆動してフレーム内を冷却する。特許文献１の方法では、フレームの外表面に冷却フィンを設けてこの冷却フィンに沿って外気を流してフレームを外側から冷却する。
【０００３】
また、特許文献２の方法では、フレームに隣接する冷却器と、この冷却器を覆う冷却器カバーとを設け、フレーム内部と冷却器カバー内部とを連通させる。そして、冷却器の複数の冷却管の中に外気を流し、これによって、フレームを内側から冷却する。なお、特許文献２には、外扇の回転が不必要に高くなることによる騒音を抑制するために、ロータシャフトの回転を減速させて外扇に伝える減速機を設ける技術も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５４５８３号公報
【特許文献２】特開２０１３−２１１９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転電機がたとえば８極以上の多極機である場合には、ロータシャフトの回転速度が低く、ロータシャフトに外扇の回転軸を直結すると、外扇の回転速度が低すぎて回転電機の冷却が不十分になる場合がある。
【０００６】
この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、全閉外扇形回転電機において、ロータシャフトの回転速度が低い場合であっても、外扇による冷却性能を十分に確保することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る全閉外扇形回転電機は、ロータシャフトを備えた回転子と、前記回転子を周方向に取り囲んで配置された固定子と、前記固定子を取り囲んで前記固定子を支持する筒状のフレームと、前記回転子を回転支持する第１および第２の軸受けと、前記フレームの両端部に取り付けられて前記第１および第２の軸受けそれぞれを支持して、前記フレームとともに密閉空間を形成する第１および第２のブラケットと、前記第１の軸受けの軸方向外側で前記ロータシャフトに取り付けられた増速機と、前記第１のブラケットの軸方向外側に配置されて、前記増速機を介して前記ロータシャフトによって駆動される外扇と、前記フレームを外気によって冷却するように、前記外扇を覆って、前記外扇を通る前記外気をガイドする外扇カバーと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、全閉外扇形回転電機において、ロータシャフトの回転速度が低い場合であっても、外扇の回転速度を高くして、外扇による冷却性能を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の模式的縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の増速機とその付近を拡大して示す模式的縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視横断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の模式的縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の模式的縦断面図である。図２は、第１の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の増速機とその付近を拡大して示す模式的縦断面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視横断面図である。
【００１２】
この実施形態の全閉外扇形回転電機１００は、回転子１０と、固定子１１とを備えている。固定子１１は固定子鉄心とこの固定子鉄心に巻き付けられた固定子巻線（図示せず）とを備えている。回転子１０は、ロータシャフト１２と、そのロータシャフト１２に取り付けられた回転子鉄心１３とを備えている。ロータシャフト１２は、第１の軸受け１４と第２の軸受け１５とによって回転支持されている。この実施形態では、ロータシャフト１２は水平に延びている。
【００１３】
固定子１１は、その径方向外側が円筒状のフレーム１６に囲まれて、フレーム１６に支持されている。フレーム１６の両端は、円板状の第１のブラケット１７および第２のブラケット１８によって封止され、フレーム１６と第１および第２のブラケット１７、１８とによって密閉空間が形成されている。第１のブラケット１７は第１の軸受け１４を支持し、第２のブラケット１８は第２の軸受け１５を支持している。
【００１４】
ロータシャフト１２は第１のブラケット１７および第２のブラケット１８を貫通して延びており、ロータシャフト１２が第１のブラケット１７を貫通した側の先端には増速機２０を介して外扇２１が取り付けられている。回転子鉄心１３と第２の軸受け１５の間で、ロータシャフト１２に内扇２２が取り付けられている。ロータシャフト１２の第２の軸受け１５側の先端は第２の軸受け１５を貫通し、他の回転機器（図示せず）との結合のための結合フランジ２３が取り付けられている。
【００１５】
この実施形態の全閉外扇形回転電機は、８極以上の多極機であって、ロータシャフト１２の回転数が比較的低いものである。
【００１６】
外扇２１を取り囲むように外扇カバー２４が配置されている。外扇カバー２４の第１のブラケット１７側端部には入口開口２５が形成されている。フレーム１６の外表面には軸方向および径方向に延びる複数の冷却フィン２６が形成されている。外扇カバー２４は、入口開口２５から第２のブラケット１８側に向かって延び、入口開口２５から吸い込まれた外気を冷却フィン２６に沿って第２のブラケット１８側に導くように構成されている。
【００１７】
図２および図３に示すように、増速機２０は、遊星歯車機構を構成し、一つの太陽歯車３０と、複数（図示の例では４個）の遊星歯車３１と、一つの内歯歯車３２と、複数の遊星歯車３１の回転軸の相対位置を固定する一つの遊星キャリア３３とを備えている。複数の遊星歯車３１は太陽歯車３０を囲んで配置され、各遊星歯車３１は太陽歯車３０と噛み合っている。内歯歯車３２は複数の遊星歯車３１を囲んで配置され、各遊星歯車３１は内歯歯車３２と噛み合っている。太陽歯車３０と内歯歯車３２と遊星キャリア３３とは互いに同軸である。各遊星歯車３１の回転軸位置は、遊星キャリア３３に固定され、太陽歯車３０よりも径方向外側にある。
【００１８】
遊星キャリア３３はロータシャフト１２に固定され、内歯歯車３２は外扇２１に固定され、太陽歯車３０はフレーム１６に対して固定されている。
【００１９】
ロータシャフト１２とそれを取り囲む内歯歯車３２との間に軸受５０が配置され、内歯歯車３２および外扇２１がロータシャフト１２によって回転支持されている。
【００２０】
太陽歯車３０の歯数をＺａ、内歯歯車３２の歯数をＺｃとすると、外扇２１の回転数は、この増速機２０により、ロータシャフト１２の回転数に対して、（Ｚａ＋Ｚｃ）／Ｚｃ倍に増速される。
【００２１】
したがって、この実施形態の全閉外扇形回転電機１００が多極機であってロータシャフト１２の回転数が低い場合であっても、外扇２１の回転数を高め、全閉外扇形回転電機１００の冷却を充分に行うことができる。
【００２２】
複数の遊星歯車３１は、ロータシャフト１２の回転軸周りに、周方向に互いに等間隔で配置されている。図示の例では、４個の遊星歯車３１が互いに９０度間隔で配置されている。このように、複数の遊星歯車３１を周方向に対称な位置に配置することにより、ロータシャフト１２、増速機２０、外扇２１などにかかる非対称な力が軽減されるので好ましい。遊星歯車３１の個数は、任意である。遊星歯車３１が１個だけの場合は非対称な力がかかるという意味では好ましくないが、増速機２０を構成することは可能である。
【００２３】
この実施形態では、増速機２０として遊星歯車機構を用いるので、構造が簡単である。また、外扇２１の回転軸の位置とロータシャフト１２の回転軸の位置とを一致させることができるので、その点でも構造が簡単である。
【００２４】
この実施形態では、内扇２２を１個設けており、これにより、フレーム１６内（密閉空間内）の気体を循環させ、フレーム１６内の冷却を促進することができる。ただし、内扇２２の数を２個以上としてもよく、また、内扇２２設けないという設計も可能である。
【００２５】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る全閉外扇形回転電機の模式的縦断面図である。
【００２６】
この実施形態の全閉外扇形回転電機２００では、フレーム１６の上方にフレーム１６に隣接して冷却器４０が配置されている。冷却器４０は複数の冷却管４１を有し、これらの冷却管４１は、両端が開放され、ロータシャフト１２の回転軸方向に互いに平行に延びている。冷却器４０を覆う冷却器カバー４２が配置されている。フレーム１６の上面に複数の連通開口４３が形成されている。連通開口４３によって、冷却器カバー４２内部で冷却管４１外側の空間とフレーム１６内部とが連通して密閉空間が形成されている。外扇カバー２４は、入口開口２５から導入された外気を外扇２１に導き、さらに、冷却管４１内に導く、冷却管４１内を通り抜けた外気は、冷却管４１の外側の気体からの熱を受け取った後に冷却管出口４４から大気に放出される。
【００２７】
図４の例では、フレーム１６の外表面に冷却フィン２６（図１参照）が設けられていない。ただし、フレーム１６の外表面に冷却フィン２６を設けてもよい。
【００２８】
この実施形態では、フレーム１６に連通する冷却器カバー４２内に冷却器４０が設けられ、外気が冷却器４０の冷却管４１内を通って冷却管４１での伝熱が行われる。このため、第１の実施形態に比べて伝熱面積を大きくでき、フレーム１６内の冷却を効率的に行うことができる。
【００２９】
上記以外の構成は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と同様に、ロータシャフト１２の回転数が低い場合であっても、外扇２１の回転数を高め、全閉外扇形回転電機１００の冷却を充分に行うことができる。
【００３０】
（他の実施形態）
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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。
【符号の説明】
【００３１】
１０…回転子、  １１…固定子、  １２…ロータシャフト、  １３…回転子鉄心、  １４…第１の軸受け、  １５…第２の軸受け、  １６…フレーム、  １７…第１のブラケット、  １８…第２のブラケット、  ２０…増速機、  ２１…外扇、  ２２…内扇、  ２３…結合フランジ、  ２４…外扇カバー、  ２５…入口開口、  ２６…冷却フィン、  ３０…太陽歯車、  ３１…遊星歯車、  ３２…内歯歯車、  ３３…遊星キャリア、  ４０…冷却器、  ４１…冷却管、  ４２…冷却器カバー、  ４３…連通開口、  ４４…冷却管出口、５０…軸受、  １００，２００…全閉外扇形回転電機
【図１】
2018207644.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018207644.tif 000005
【図４】
2018207644.tif 000006