(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向に延びて回転可能に軸支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円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記回転軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、
前記回転子鉄心と前記固定子とを収納するフレームと、
前記回転軸方向に前記回転子鉄心を挟んで配されて前記ロータシャフトを回転可能に軸支する２つの軸受と、
前記２つの軸受のそれぞれを固定支持し前記フレームの前記回転軸方向の両側にそれぞれ接続する軸受ブラケットと、
を備え、
格子状に互いに結合された複数の形鋼と、
前記複数の形鋼が互いに格子状に結合されたことにより形成された複数のフレーム開口を閉止する複数の外側板と、
を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記フレームの前記フレーム内のフレーム内配線と外部配線とを接続する端子箱をさらに備え、
前記端子箱への前記フレーム内配線の引き出し位置は、前記複数のフレーム開口のうちから選択可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記複数の形鋼は、溶接により互いに結合されている部分を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記複数の形鋼は、ボルトにより互いに結合されている部分を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】
前記複数の形鋼は、水平方向に延びた複数の梁部材および鉛直方向に延びた複数の柱部材として用いられてい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】
前記形鋼は、Ｈ形鋼であ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、フレームの剛性を高めた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機では、回転子の回転は、回転電機に対する起振力を生ずる。すなわち回転数がｎ［１／ｓｅｃ］で回転すると、ｆ［Ｈｚ］＝ｎの振動数の振動源となる。たとえば、４極子の場合は、２５Ｈｚあるいは３０Ｈｚ、２極子の場合は５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの振動数となる。
【０００３】
一般に、回転電機のフレームは、有る程度、剛に設計されている。すなわち、少なくとも２０Ｈｚないし３０Ｈｚ程度あるいはこれより高い固有振動数を有するように設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１２８４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常、回転電機のフレームは、板材で構成されている。フレームは、回転電機の構成要素の中で、剛性が低い部分であり、回転電機の剛性を決定する主たる部分である。４極子の場合は、回転子の回転に起因する振動数は２５Ｈｚあるいは３０Ｈｚ程度であるので、これらよりも固有振動数を十分に高くすることは、現実的には比較的容易である。部分的に、剛性の低い部分は、その部分の板厚を増やすことで対応可能である。あるいは、フレームの剛性を増すために補強材を追加する方法もある（特許文献１参照）。
【０００６】
一方、２極子の場合には、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの振動数との共振を避ける固有振動数とする必要がある。この場合、回転電機の固有振動数を、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの振動数より低い領域とするか、高い領域とするかのいずれかが考えられる。
【０００７】
低い領域とする場合は、回転電機の起動時に、必ず共振状態が生ずることとなるが、これは好ましいことではなく、基本的には避けるべきである。したがって、回転電機の固有振動数を、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの振動数より高い領域とすることが望ましい。
【０００８】
一方、板材で構成されている全閉式回転電機の固有振動数が５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの振動数より高い領域となるような剛性を確保することは、現実的には、難しい場合がある。
【０００９】
フレームは、ロータシャフトを軸支する軸受ブラケットを支持する機能も有しており、その剛性の確保は、回転電機の健全性の維持、機能維持の上で、極めて重要である。
【００１０】
そこで、本発明は、回転電機について高い剛性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】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明は、回転軸方向に延びて回転可能に軸支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円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心内を前記回転軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心と前記固定子とを収納するフレームと、前記回転軸方向に前記回転子鉄心を挟んで配されて前記ロータシャフトを回転可能に軸支する２つの軸受と、前記２つの軸受のそれぞれを固定支持し前記フレームの前記回転軸方向の両側にそれぞれ接続する軸受ブラケットと、を備え、格子状に互いに結合された複数の形鋼と、前記複数の形鋼が互いに格子状に結合されたことにより形成された複数のフレーム開口を閉止する複数の外側板と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、回転電機について、高い剛性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る全閉形回転電機の構成を示す縦断面図である。
【図２】実施形態に係る全閉形回転電機のフレームの強度部材を示す斜視図である。
【図３】実施形態に係る全閉形回転電機のフレームの梁部材と柱部材との結合部分を示す斜視図である。
【図４】実施形態に係る全閉形回転電機のフレームの梁部材と柱部材との溶接前の開先形状の例を示す側面図である。
【図５】実施形態に係る全閉形回転電機のフレームの梁部材と柱部材との溶接後の状態の例を示す側面図である。
【図６】実施形態に係る全閉形回転電機のフレームの梁部材と柱部材との結合部分の変形例を示す斜視図である。
【図７】実施形態に係る全閉形回転電機のフレームへの外側板の取り付け状態を示す正面図である。
【図８】実施形態に係る全閉形回転電機のフレームへの外側板の取り付けの詳細を示す部分的正面図である。
【図９】実施形態に係る全閉形回転電機のフレームへの変形例による外側板の取り付け状態を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る全閉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。
【００１５】
図１は、実施形態に係る全閉形回転電機の構成を示す縦断面図である。全閉形回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、２つの軸受３０、フレーム４０および冷却器５１を有する。
【００１６】
回転子１０は、回転軸方向に水平に延びて２つの軸受３０によって回転可能に軸支されたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に設けられた回転子鉄心１２とを有する。
【００１７】
固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側に配された円筒形状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１の径方向の内側近傍を周方向に互いに間隔をあけて回転軸方向に貫通する固定子巻線２２を有する。
【００１８】
フレーム４０は、回転子鉄心１２および固定子２０の径方向外側に配されている。フレーム４０の軸方向の両端は開放されており、それぞれに、軸受ブラケット４５が取り付けられている。それぞれの軸受ブラケット４５は、軸受３０を固定支持している。
【００１９】
フレーム４０の上方には、冷却器カバー５２が取り付けられている。冷却器カバー５２は、冷却器５１を収納している。冷却器５１は、回転子１０および固定子２０から生ずる熱を除去する冷却用気体（たとえば空気）を、冷却用水あるいは外気などの冷却媒体により冷却する。
【００２０】
フレーム４０、２つの軸受ブラケット４５、および冷却器カバー５２は、互いに相まって密閉空間７０を形成する。密閉空間７０内には、冷却用気体が収納されている。
【００２１】
図２は、実施形態に係る全閉形回転電機のフレームの強度部材を示す斜視図である。フレーム４０は、強度部材として、図２に示すように複数の梁部材４１および複数の柱部材４２とを有する。水平に配された互いに上下に隣接する梁部材４１の間に、垂直方向に互いに平行に柱部材４２が取り付けられている。
【００２２】
中央に軸受ブラケット開口４５ａが形成された軸受ブラケット４５は、全ての梁部材４１と結合している。梁部材４１と柱部材４２との結合、梁部材４１と軸受ブラケット４５との結合は、溶接によりなされる。
【００２３】
複数の梁部材４１と複数の柱部材４２の結合により、格子状の構成となる。それぞれの格子には、フレーム開口４９が形成される。
【００２４】
図３は、実施形態に係る全閉形回転電機のフレームの梁部材と柱部材との結合部分を示す斜視図である。梁部材４１および柱部材４２には、それぞれ形鋼が用いられている。ここで、形鋼とは、あらかじめ一定の断面形状に成形された、材軸方向に延びた鋼材を言う。図３では、形鋼として断面形状がＨ字形のＨ形鋼の場合を示している。
【００２５】
梁部材４１は、長手方向に互いに平行に延びて互いに対向する２枚のフランジ４１ａと、互いに対向する２枚のフランジ４１ａ間を接続するウェブ４１ｂとを有する。梁部材４２は、長手方向に互いに平行に延びて互いに対向する２枚のフランジ４２ａと、互いに対向する２枚のフランジ４２ａ間を接続するウェブ４２ｂとを有する。
【００２６】
梁部材４１の互いに対向するフランジ４１ａのそれぞれの外側の面同士の間隔を、梁部材４１の高さＨ１と言うものとする。また、柱部材４２の互いに対向するフランジ４２ａのそれぞれの外側の面同士の間隔を、柱部材４２の高さＨ２と言うものとする。梁部材４１の高さＨ１と柱部材４２の高さＨ２とは等しくなるように、それぞれの形鋼が形成され、あるいは選定されている。
【００２７】
梁部材４１と柱部材４２とが、それぞれの外側面が同一面となるように、かつ、柱部材４２の長手方向が、梁部材４２の長手方向に対して垂直になるように配される。この結果、梁部材４１と柱部材４２とが対向する面が接合面４３となる。
【００２８】
図４は、実施形態に係る全閉形回転電機のフレームの梁部材と柱部材との溶接前の開先形状の例を示す側面図である。梁部材４１のフランジ４１ａの側面が接合面４３ａ、柱部材４２のフランジ４２ａの長手方向の端面が接合面４３ｂとなる。接合面４３ｂの一方には、開先４２ｃが形成されている。開先４２ｃは、２つのフランジ４２ａのうち、フレーム４０の外側に相当する側のフランジ４２ａの接合面４３ｂに形成されている。
【００２９】
図５は、実施形態に係る全閉形回転電機のフレームの梁部材と柱部材との溶接後の状態の例を示す側面図である。開先４２ｃと梁部材４１の接合面４３ａとの間に溶接部４４が形成されている。
【００３０】
なお、図４および図５では、隅肉溶接の場合を示したが、これには限定されない。たとえば、梁部材４１の接合面４３ａ側にも開先を形成してもよい。また、フレーム４０の内側にも溶接部を設けてもよい。
【００３１】
図６は、梁部材と柱部材との結合部分の変形例を示す斜視図である。梁部材４１と柱部材４２とは、接続板６１を介して結合している。接続板６１は、梁部材４１および柱部材４２のそれぞれと、複数のボルト６２により結合している。
【００３２】
ボルト６２による結合でも十分に結合部を含めた剛性が確保できる場合には、この変形例のような結合構造でもよい。
【００３３】
図７は、実施形態に係る全閉形回転電機のフレームへの外側板の取り付け状態を示す正面図である。また、図８は、実施形態に係る全閉形回転電機のフレームへの外側板の取り付けの詳細を示す部分的正面図である。
【００３４】
それぞれのフレーム開口４９は、外側板４６により閉止されている。外側板４６は、４隅を固定ボルト４７によって梁部材４１に結合されている。なお、気密度を向上させるために、梁部材４１および柱部材４２と、外側板４６との間に、図示しないパッキンを設けてもよい。また、固定ボルト４７は、柱部材４２の方に固定してもよい。外側板４６の一部には、その外面に、端子箱４８が設けられている。
【００３５】
図９は、変形例による外側板の取り付け状態を示す正面図である。端子箱４８が設けられる外側板４６ａは、１つのフレーム開口４９に対して設けられている。その他のフレーム開口４９については、複数のフレーム開口４９を一括して覆う外側板４６ｂが設けられている。また、図示しないが、たとえば、上下に隣接した２つのフレーム開口４９をカバーする外側板を設けることでもよい。このようにすることにより、複数種類の回転電機のフレームについて、外側板の共通化を図ることができる。
【００３６】
以上のような本実施形態においては、フレーム４０の構成上、端子箱４８を設ける位置には、特に制限はない。したがって、全閉形回転電機１００のフレーム４０内の配線と、外部の配線とに基づいて、端子箱４８の位置を選定することができる。また、端子箱４８の位置は、全閉形回転電機１００の重心位置に影響を与える。このため、端子箱４８の位置を変更することにより、重心位置を望ましい位置に変更することができる。
【００３７】
また、Ｈ型鋼の内部に配線をすることができ、フレーム４０内の配線のサポート方法に選択肢が増える。
【００３８】
以上のように、本実施形態による全閉形回転電機１００は、高い剛性を有するフレーム４０を有するとともに、端子箱４８の位置選択にも裕度を向上させることができる。
【００３９】
［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。すなわち、以下のような場合にも適用できる。
【００４０】
実施形態では、横型の場合を示したが、これに限定されない。すなわち、縦型の場合でもよい。
【００４１】
実施形態では、全閉形回転電機の場合を例にとって示したが、これには限定されない。たとえば、外側板を設けない場合、すなわち全閉形ではない回転電機についても、形鋼による剛性の確保の効果を得ることができる。
【００４２】
実施形態では、Ｈ形鋼の場合を例によって示したが、これには限定されない。たとえば、形鋼としてボックス鋼を用いてもよい。あるいは、必要な剛性が確保されるのであれば形鋼としてチャンネル材を用いることでもよい。
【００４３】
また、実施形態では、外側板をボルトにより取り付ける場合を示したが、これに限定されない。すなわち、たとえば、全周あるいは部分的な溶接による取り付けの場合であってもよい。
【００４４】
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。
【００４５】
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】
【００４６】
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、４０…フレーム、４１…梁部材、４１ａ…フランジ、４１ｂ…ウェブ、４２…柱部材、４２ａ…フランジ、４２ｂ…ウェブ、４２ｃ…開先、４３、４３ａ、４３ｂ…接合面、４４…溶接部、４５…軸受ブラケット、４５ａ…軸受ブラケット開口、４６、４６ａ、４６ｂ…外側板、４７…固定ボルト、４８…端子箱、４９…フレーム開口、５１…冷却器、５２…冷却器カバー、６１…接続板、６２…ボルト、７０…密閉空間、１００…全閉形回転電機
【図１】
0006370819.tif 000002
【図２】
0006370819.tif 000003
【図３】
0006370819.tif 000004
【図４】
0006370819.tif 000005
【図５】
0006370819.tif 000006
【図６】
0006370819.tif 000007
【図７】
0006370819.tif 000008
【図８】
0006370819.tif 000009
【図９】
0006370819.tif 000010