(57)【要約】【課題】他力ファンあるいは他力ファン駆動用電動機の故障時も限定された速度範囲内であれば回転電機本体の運転が継続可能な他力ファン付回転電機を提供する。【解決手段】回転子１５及び固定子１４を有する回転電機本体１１に、この回転電機本体１１内で生じた熱を冷却するための熱交換器１２を取り付けた構成であって、回転電機本体１１とは別の動力源により運転され熱交換器１２へ送風する他力ファン１８を熱交換器１２に設けると共に、回転子１５の回転子軸１５１に設けられ、その回転により熱交換器１２へ冷送風する外扇２１を設け、回転電機本体１１の運転時、他力ファン１８を運転させるとともに、外扇２１の回転数が、予定の停止設定値以上になると他力ファン１８を停止させ、かつ、予定の再起動設定値以下になると他力ファン１８を再起動させる他力ファン制御装置２６を有する。【選択図】図１
2016092905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子及び固定子を有する回転電機本体と、
この回転電機本体内で生じた熱を冷却するための熱交換器と、
前記回転電機本体とは別の動力源により運転され前記熱交換器へ冷却用の空気を送風する他力ファンと、
前記回転子の回転子軸に設けられ、その回転により前記熱交換器へ冷却用の空気を送風する外扇と、
前記外扇の回転速度を計測する回転検出器と、
前記回転電機本体の運転時、所定の冷却風量を確保すべく前記他力ファンを運転させるとともに、前記外扇の回転数が予定の停止設定値以上になると前記他力ファンを停止させ、かつ前記外扇の回転速度が予定の再起動設定値以下になると前記他力ファンを再起動させる他力ファン制御装置と、
を備えたことを特徴とする他力ファン付回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、冷却用として他力ファンを取り付けた他力ファン付回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変速用電動機等の回転電機には、冷却ファンとして、回転電機本体とは別の動力源により回転駆動される所謂他力ファンを取り付けた他力ファン付回転電機がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の他力ファン付回転電機は、他力ファンあるいは他力ファン駆動用電動機が故障した場合、回転電機本体が正常の状態であっても、回転電機内部の冷却が出来なくなるため、回転電機本体の運転を継続することができず、この回転電機が用いられる設備全体を停止せざるを得ないケースがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６８１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、他力ファンあるいは他力ファン駆動用電動機の故障時も限定された速度範囲内であれば回転電機本体の運転が継続可能な他力ファン付回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施の形態に係る他力ファン付回転電機は、回転子及び固定子を有する回転電機本体と、この回転電機本体内で生じた熱を冷却するための熱交換器と、前記回転電機本体とは別の動力源により運転され前記熱交換器へ冷却用の空気を送風する他力ファンと、前記回転子の回転子軸に設けられ、その回転により前記熱交換器へ冷却用の空気を送風する外扇と、前記外扇の回転速度を計測する回転検出器と、前記回転電機本体の運転時、所定の冷却風量を確保すべく前記他力ファンを運転させるとともに、前記外扇の回転数が予定の停止設定値以上になるとこの他力ファンを停止させ、かつ前記外扇の回転速度が予定の再起動設定値以下になると前記他力ファンを再起動させる他力ファン制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、回転電機本体運転時、その回転数を検知し、予め設定された内部の冷却に必要な風量を得られる回転数に達した場合は他力ファンを停止させることにより、他力ファン故障時も限定された範囲内であれば連続運転を可能とし、更には他力ファンの長寿命化、回転電機本体の省エネを実現可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る他力ファン付回転電機の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に用いる他力ファン制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る他力ファン付回転電機の動作特性を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
本発明の実施の形態の要点は、他力ファン付回転電機において、回転電機本体の回転子軸にも冷却用の外扇を設けることで、他力ファンの故障時も回転電機本体の継続運転を可能としたことである。
【００１１】
図１はこの他力ファン付回転電機（この実施の形態では可変速用電動機とする）の構造を示している。この可変速用電動機（以下、単に電動機と呼ぶ）は、電動機本体（回転電機本体）１１の外郭フレーム１１１上に冷却用の熱交換器１２を設けている。電動機本体１１は、その外郭フレーム１１１の内周面に円筒状の固定子１４を取り付け、この固定子１４の内側に回転子１５を回転可能に設けている。この回転子１５は、回転子軸１５１を一体に有し、この回転子軸１５１の両端は、それぞれ軸受１６により回転自在に軸支され、外郭フレーム１１１外に突出している。
【００１２】
熱交換器１２は、電動機本体１１内で生じた熱を冷却するものであり、その内部には、電動機本体１１内との間に構成される空気循環路（図示省略）が形成されている。すなわち、電動機本体１１内の回転子軸１５１には、図示左右部分に内扇１７がそれぞれ設けられており、電動機本体１１の運転に伴い、その内部の高温空気を熱交換器１２内の上述した循環路に送り、電動機本体１１との間で循環させている。
【００１３】
また、この熱交換器１２には、電動機本体１１とは別の動力源により運転される他力ファン１８が設けられている。この他力ファン１８は、熱交換器１２内の上述した空気循環路を冷却すべく送風する。上述した動力源としては、専用の電源１９に開閉器２０を介して接続する駆動モータ（他力ファン用電動機）１８１が用いられている。したがって、他力ファン１８は、電動機本体１１の運転状態に関係なく独立して運転可能である。
【００１４】
また、熱交換器１２に対しては、上述した他力ファン１８のほかに、回転機本体１１の外部に、外扇２１を設けている。この外扇２１は、外扇カバー２２内において、上述した回転軸１５１の図示左端部に取り付けられている。そして、電動機本体１１の運転に伴い、その回転により、外扇カバー２２を通して熱交換器１２内の空気循環路を冷却すべく送風する。
【００１５】
外扇２１（回転子軸１５１でもある）には、その回転速度を検出する回転検出器２５が設けられており、その計測値は他力ファン制御装置２６に入力される。他力ファン制御装置２６は、電動機本体１１の運転時、所定の冷却風量を確保すべく他力ファン１８を運転させる。また、外扇２１の回転速度が予定の停止値以上になると他力ファン１８を停止させる。さらに、外扇２１の回転速度が予定の再起動値以下になると他力ファン１８を再起動させる、機能を有する。この機能を実現するため、他力ファン制御装置２６は、図２で示すように構成されている。
【００１６】
図２において、他力ファン制御装置２６は、回転数検出部２８、停止回転数設定器２９、再投入回転数設定器３０、他力ファン用電動機停止回路３１、及び他力ファン用電動機再投入回路３２を有する。
【００１７】
回転数検出部２８は、回転検出器２５から、外扇２１の回転速度（回転子軸１５１の回転速度でもある）に相当する計測信号が入力され、外扇２１の回転数（回転速度）を検出する。停止回転数設定器２９には他力ファン１８を停止させる回転数が停止設定値として設定されており、回転数検出部２８で検出された回転数が停止設定値まで上昇したかを判断する。再投入回転数設定器３０には他力ファン１８を再投入させる回転数が再投入設定値として設定されており、回転数検出部２８で検出された回転数が再投入設定値まで低下したかを判断する。
【００１８】
他力ファン用電動機停止回路３１は、停止回転数設定器２９の判断結果を入力し、外扇２１の回転数が停止設定値まで上昇したと判断した場合、他力ファン用電動機１８１に停止信号を出力する。他力ファン用電動機再投入回路３２は、再投入回転数設定器３０の判断結果を、上述した停止信号を一方のアンド条件とするアンド回路３３を介して入力する。そして、その判断結果が、外扇２１の回転数が他力ファン１８を再投入させる再投入設定値まで低下したと判断した場合、他力ファン用電動機１８１に再投入信号を出力する。
【００１９】
次に、この実施形態の動作を、図３を参照しながら説明する。図３は電動機本体１１の運転時における冷却用の風量の変化を表している。図３において、横軸は時間の経過、縦軸は冷却用の風量を示す。線Ａは電動機本体１１の運転時に、外扇２１により送風される冷却用風量の変化を表しており、図２の回転数検出部２８で検出される外扇２１の回転数（回転速度）に相当する。
【００２０】
また、設定値Ｓ１は、他力ファン１８による送風を要しない場合の設定値、すなわち、他力ファン１８を停止させる設定値であり、外扇２１による風量Ａがこの設定値Ｓ１まで上昇すると、他力ファン１８を停止させることを意味する。したがって、この他力ファン１８を停止させる設定値Ｓ１は、図２の停止回転数設定器２９の設定値に相当する。
【００２１】
さらに、設定値Ｓ２は、他力ファン１８による送風を必要とする場合の設定値、すなわち、他力ファン１８を再投入させる設定値であり、外扇２１による風量Ａがこの設定値Ｓ２まで低下すると、他力ファン１８を再度運転させることを意味する。したがって、この他力ファン１８を再度運転させる設定値Ｓ２は、図２の再投入回転数設定器３０の設定値に該当する。
【００２２】
電動機本体１０を運転する場合は、図示しない主電源から電動機本体１１へ駆動電力を供給し、回転子１５を回転させる。このとき、他力ファン制御装置２６の図示しない他力ファン投入回路が動作し、開閉器２０を閉じ、他力ファン用電源１９から他力ファン用電動機１８１へ給電し、他力ファン１８を回転駆動する。他力ファン１８は、電動機本体１１の運転状態（回転速度）に関わらず、所定の風量を熱交換器１２に供給する。このため、電動機本体１１は低速領域での運転状態あっても十分な冷却風量を確保できる。
【００２３】
ここで、電動機本体１１の回転子軸１５１には外扇２１が設けられており、電動機本体１１の回転速度が上昇するにつれて、外扇２１の送風風量も図３の線Ａで示すように上昇する。そして、その送風風量Ａが設定値Ｓ１を超えると、外扇２１による送風風量で充分な冷却性能が得られるため他力ファン１８を停止させる。
【００２４】
すなわち、図１の回転検出器２５で計測され、図２の回転数検出部２８で検出された外扇２１の回転数（Ａに相当）が停止回転数設定器２９の設定値（Ｓ１に相当）に達すると、停止回転数設定器２９の判断結果に従って他力ファン用電動機停止回路３１が動作し、他力ファン用電動機１８１への停止信号を出力する。具体的には図１で示した開閉器２０に開指令を出力し、電源１９を遮断して他力ファン用電動機１８１を停止させる。
【００２５】
このように、外扇２１による送風風量で充分な冷却性能が得られるときは他力ファン用電動機１８１を停止させるので、他力ファン１８の駆動用電力を低減できると共に、他力ファン用電動機１８１の運転時間を短縮してその長寿命化を図ることができる。
【００２６】
一方、電動機本体１１を低速領域で運転するときは外扇２１による送風風量Ａが設定値Ｓ２を下回ることがある。この場合は、他力ファン１８を再度運転する必要がある。すなわち、図１の回転検出器２５で計測され、図２の回転数検出部２８で検出された外扇２１の回転数（Ａに相当）を再投入回転数設定器３０の設定値（Ｓ２に相当）と比較し、この設定値Ｓ２を下回ると、再投入回転数設定器３０の判断結果に従って他力ファン用電動機再投入回路３２が動作し、他力ファン用電動機１８１への再投入信号を出力する。具体的には図１で示した開閉器２０に閉指令を出力し、電源１９から給電して他力ファン用電動機１８１を再投入させる。
【００２７】
このように、電動機本体１１を低速領域で連続運転する場合など、外扇２１による送風風量で不足するときは他力ファン用電動機１８１を再投入することで、他力ファン１８からの送風により十分な送風風量を確保できる。
【００２８】
従来の外扇２１を持たない回転電機の場合は、他力ファン用電動機１８１の故障により他力ファン１８を使えない場合、回転電機本体１１が運転可能であっても、冷却機能が喪失するため回転電機本体１１を停止しなければならなかった。しかし、この発明の実施形態によれば、他力ファン１８とは別に外扇２１を設けたので、他力ファン用電動機１８１の故障により他力ファン１８を使えない場合であっても、外扇２１による風量で回転電機本体１１の冷却を賄える運転速度領域（図３の設定値Ｓ１以上の領域）であれば、回転電機本体１１の運転を継続することができる。すなわち、他力ファン１８あるいは他力ファン用電動機１８１の故障時も、限定された速度範囲内であれは回転電機本体１１を停止させる必要が無く運転継続が可能となる。
【００２９】
本発明の実施形態に係る他力ファン付回転電機は、その回転速度を回転検出器２５により計測し、回転数検出部２８で検出された外扇２１の回転数が、停止回転数設定器２９に予め設定された、回転電機本体１１内部の冷却に必要な風量Ｓ１を得られる回転数に達した場合、他力ファン用電動機停止回路３１から停止信号を出力して他力ファン１８を停止させる。また、回転数検出部２８で検出された外扇２１の回転数が、再投入回転数設定器３０に予め設定された設定値（Ｓ２に相当）より低下した場合は、他力ファン用電動機再投入回路３２から再投入信号を出力して他力ファンを再度運転させる。この動作フローをまとめると以下のようになる。
【００３０】
１．回転子軸１５１に取付けられた回転検出器２５により回転数を計測する。
【００３１】
２．この計測された回転数が図３の設定基準に基づき、停止回転数設定器２９に予め設定された回転電機本体１１内部の冷却に必要な風量Ｓ１を得られる回転数に達した場合、他力ファン用電動機停止回路３１より停止信号を出力し、他力ファン１８を停止させる。
【００３２】
３．他力ファン用電動機１８１停止時に、回転検出器２５により計測された回転数が図３の設定基準に基づき、再投入回転数設定器３０に予め設定された回転数、すなわち、電動機内部の冷却に必要な風量を得ることが出来ない回転数（Ｓ２に相当）以下に低下した場合、他力ファン用電動機再投入回路３２より再投入信号を出力し、他力ファンを再投入させる。
【００３３】
以上により、外扇２１にて冷却に必要な風量を確保できる回転数に達した場合は、他力ファン１８の故障時も、限られた速度範囲ではあるが回転電機本体１１の連続運転を可能となる。
【００３４】
なお、上述の限定された速度範囲内で他力ファン１８の故障の要因を除去し、復旧できれば、回転電機本体１１を停止することなく、健全な状態に戻すことが可能である。
【００３５】
本発明の実施の形態に係る回転電機は、その冷却のために回転電機本体１１の駆動機構とは別の動力によって駆動される他力ファン１８を有すると共に、回転電機本体１１の回転子軸１５１にも冷却用の外扇２１を設けており、この外扇２１にて冷却に必要な風量を確保できる回転数に達した場合は、他力ファン１８を停止させる事でその長寿命化及び省エネ化が図れるとともに、限定された速度範囲内であれば、他力ファン１８の故障時も回転電機の継続運転が可能となる。
【００３６】
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。これら新規な実施形態は、その他のさまざま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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
【符号の説明】
【００３７】
１１…回転電機本体
１２…熱交換器
１４…固定子
１５…回転子
１５１…回転子軸
１８…他力ファン
１８１…他力ファン用電動機（別の動力源）
１９…他力ファン用電源
２０…開閉器
２１…外扇
２５…回転検出器
２６…他力ファン制御装置
２８…回転数検出部
２９…停止回転数設定器
３０…再投入回転数設定器
３１…他力ファン用電動機停止回路
３２…他力ファン用電動機再起動回路
【図１】
2016092905.tif 000003
【図２】
2016092905.tif 000004
【図３】
2016092905.tif 000005