JP2015154583A - 全閉外扇型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】外扇ダクトの標準化を図り、部品の種類を少なくする。
【解決手段】全閉外扇型回転電機は、水平回転軸周りに回転する回転子１１と、回転子１１を囲む固定子１３と、回転子１１および固定子１３を収容するハウジング１４と、固定子１３の上方でハウジング１４を回転軸方向に貫通して延びて内部を外気が通る複数の伝熱管１６と、ハウジング１４の端部に隣接配置されて外気取り入れ口２５から取り入れた外気を伝熱管入り口開口１９に導く外扇ダクト２１と、外扇ダクト２１内に配置された外扇２４と、を備える。外扇ダクト２１は、外気取り入れ口２５が形成されて外扇２４が収容される外扇ダクト下部部材２２と、外扇ダクト下部部材２２の真上に接離可能に接続されて、ハウジング１４の第１の端部１７に接離可能に結合される外扇ダクト上部部材２３と、を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、全閉外扇型回転電機に係り、特に、ハウジングの軸方向端部側に外扇が配置され、その外扇の外側に外扇ダクトが配置された全閉外扇型回転電機に関する。

たとえば特許文献１に記載されているように、全閉外扇型回転電機で、密閉されたハウジング内に回転子および固定子を収容し、このハウジング内の空気を冷却するために、ハウジングを貫通する伝熱管を配置してその伝熱管内に外気を流通させる構造が知られている。特許文献１に記載された技術では、外扇によって外気が伝熱管内に強制的に送り込まれる。伝熱管は、回転子および固定子の上方に配置されている。外扇は、回転子が取り付けられる回転シャフトに直結してこの回転シャフトによって回転駆動される。外扇ダクトは、外扇を収容し、外扇によって駆動された外気を伝熱管に導く機能を有する。

特開平３−６６５５６号公報

メーカが種々の仕様の全閉外扇型回転電機を設計・製造するに当たり、回転電機の仕様の違いにより、軸受の種類や大きさ、内扇や外扇の大きさが異なってくる。そのため、ハウジングの形状や大きさも多種類のものとなる。

たとえば、すべり軸受と転がり軸受では軸方向の幅が異なり、すべり軸受を用いると、転がり軸受を用いる場合に比べて、軸受が軸方向に突出することになる。そのため、そのような大きさの違いに合わせて、外扇ダクトの形状や大きさを変える必要があり、全体で、多種類の形状や大きさの外扇ダクトを設計・製造する必要があった。

この発明はかかる事情に鑑みて成されたものであって、外扇ダクトの標準化を図り、それらの部品の種類を少なくできるようにすることを目的とする。また、併せて、外扇ダクトの分解・組み立てを容易にして全閉外扇型回転電機の保守性を向上することを目的とする。

この発明は上記目的を達成するためのものであって、水平方向の回転軸の周りに回転可能に支持された回転子と、半径方向間隙を介して前記回転子の半径方向外側を囲んで配置された固定子と、前記固定子を支持して前記回転子および前記固定子を収容する密閉構造のハウジングと、前記固定子の上方で前記ハウジングを回転軸方向に貫通して延びて、前記ハウジングの回転軸方向の第１の端部を貫通して伝熱管入り口開口が形成され、前記ハウジングの回転軸方向の第１の端部の反対側の第２の端部を貫通して伝熱管出口開口が形成されて、内部を外気が通る互いに並列の複数の伝熱管と、前記ハウジングの前記第１の端部に隣接して配置されて、前記ハウジングとは反対側の軸方向の端部に外気取り入れ口が形成され、前記外気取り入れ口から取り入れた外気を前記伝熱管入り口開口に導く外扇ダクトと、前記外扇ダクト内に配置されて前記外気取り入れ口から取り入れた外気を前記伝熱管入り口開口に送り込む外扇と、を備えた全閉外扇型回転電機であって、前記外扇ダクトは、前記外気取り入れ口が形成されて前記外扇が収容される外扇ダクト下部部材と、前記外扇ダクト下部部材の真上に接離可能に接続されて、前記ハウジングの前記第１の端部に接離可能に結合される外扇ダクト上部部材と、を有すること、を特徴とする。

また、この発明の他の態様によれば、水平方向の回転軸の周りに回転可能に支持された回転子と、半径方向間隙を介して前記回転子の半径方向外側を囲んで配置された固定子と、前記固定子を支持して前記回転子および前記固定子を収容する密閉構造のハウジングと、前記固定子の上方で前記ハウジングを回転軸方向に貫通して延びて、前記ハウジングの回転軸方向の第１の端部を貫通して伝熱管入り口開口が形成され、前記ハウジングの回転軸方向の第１の端部の反対側の第２の端部を貫通して伝熱管出口開口が形成されて、内部を外気が通る互いに並列の複数の伝熱管と、前記ハウジングの前記第１の端部に隣接して配置されて、前記ハウジングとは反対側の軸方向の端部に外気取り入れ口が形成され、前記外気取り入れ口から取り入れた外気を前記伝熱管入り口開口に導く外扇ダクトと、前記外扇ダクト内に配置されて前記外気取り入れ口から取り入れた外気を前記伝熱管入り口開口に送り込む外扇と、を備えた全閉外扇型回転電機であって、前記外扇ダクトは、前記回転軸を含む鉛直平面で分割・結合可能に構成されていること、を特徴とする。

この発明のある態様によれば、外扇ダクトの標準化を図り、それらの部品の種類を少なくできるようにすることができる。また、この発明の他の態様によれば、外扇ダクトの分解・組み立てが容易になり、保守性が向上する。

本発明に係る全閉外扇型回転電機の第１の実施形態の模式的立面図であって、外扇ダクトを第１のハウジングに取り付けた状態を示す。 本発明に係る全閉外扇型回転電機の第１の実施形態の模式的立面図であって、外扇ダクトを第２のハウジングに取り付けた状態を示す。 本発明に係る全閉外扇型回転電機の第２の実施形態の外扇ダクト上部部材付近の模式的立面図である。 本発明に係る全閉外扇型回転電機の第３の実施形態の模式的立面図である。 本発明に係る全閉外扇型回転電機の第４の実施形態の模式的立面図である。 本発明に係る全閉外扇型回転電機の第５の実施形態の外扇ダクトを軸方向外側から見た模式的立面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明に係る全閉外扇型回転電機の実施形態について説明する。ここで、互いに同じ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。

［第１の実施形態］
初めに、図１を参照しながら、本発明に係る全閉外扇型回転電機の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明に係る全閉外扇型回転電機の第１の実施形態の模式的立面図であって、外扇ダクトをハウジング（第１のハウジング）に取り付けた状態を示す。

回転シャフト１０は、円柱状であって、水平方向の回転軸の周りに回転可能であり、２個の軸受１２ａ、１２ｂによって支持されている。回転シャフト１０に回転子１１が固定されている。回転子１１の半径方向外側を囲んで固定子１３が配置されている。回転子１１および固定子１３を収容する密閉構造のハウジング（第１のハウジング）１４が設けられている。回転シャフト１０は、ハウジング１４の第１の端部１７および第２の端部１８でハウジング１４を貫通して延びている。

ハウジング１４内の固定子１３より上方に複数の伝熱管１６が回転軸方向に互いに平行に配置されている。各伝熱管１６は、ハウジング１４の第１の端部１７および第２の端部１８でハウジング１４を貫通し、それらの貫通部に、それぞれ、伝熱管入り口開口１９および伝熱管出口開口２０が形成されている。

ハウジング１４の第１の端部１７側に隣接して外扇ダクト２１が配置されている。外扇ダクト２１は、外扇ダクト下部部材２２と、外扇ダクト下部部材２２の真上に配置された外扇ダクト上部部材２３とを備えている。外扇ダクト下部部材２２と外扇ダクト上部部材２３とは、図示しないフランジなどにより、分離可能に接続されている。

回転シャフト１０は、ハウジング１４の第１の端部１７を貫通した先で外扇ダクト下部部材２２のハウジング１４寄りの壁を貫通して延びている。外扇ダクト下部部材２２内で回転シャフト１０に外扇２４が取り付けられている。外扇ダクト下部部材２２のハウジング１４と反対側の軸方向端部に外気取り入れ口２５が形成されている。外扇ダクト下部部材２２は、外気取り入れ口２５から取り入れた外気をその上方の外扇ダクト上部部材２３に案内する機能を有する。

外扇ダクト上部部材２３が複数の伝熱管入り口開口１９に対向する位置に、回転軸方向に伸縮可能なベローズ２６が取り付けられている。

ハウジング１４の第２の端部１８の外側に、伝熱管出口開口２０全体を上方から覆うように、出口ガイド２７が配置されている。出口ガイド２７は、伝熱管出口開口２０から流出した外気をハウジング１４の第２の端部１８近くの軸受１２ｂに向けるためのものである。

外扇ダクト上部部材２３内にガイド板２８が配置されている。ガイド板２８は、外扇ダクト下部部材２２から外扇ダクト上部部材２３内に流入した外気を、スムーズにしかも均一に、複数の伝熱管入り口開口１９に向けるためのものである。

ハウジング１４内で回転シャフト１０に内扇２９が取り付けられている。内扇２９はハウジング１４内の空気を強制的に循環させてハウジング１４内の冷却を促進するためのものである。

上記構成で、回転シャフト１０の回転により、外扇２４および内扇２９が回転する。外扇２４の回転により、外気は、外気取り入れ口２５から外扇ダクト下部部材２２内に取り入れられ、外扇ダクト上部部材２３に導かれる。外扇ダクト上部部材２３内で、ガイド板２８の作用を受けて流れの方向が上向きから水平向きに変えられる。外扇ダクト上部部材２３を出た外気は、ベローズ２６を通して伝熱管入り口開口１９に導かれ、伝熱管１６内に送られる。外気が伝熱管１６内を通るときにハウジング１４内の空気と熱交換を行い、ハウジング１４内の空気を冷却する。伝熱管１６での熱交換により暖められた外気は、伝熱管出口開口２０から排出され、出口ガイド２７によって、ハウジング１４の第２の端部１８近くの軸受１２ｂに向けられ、軸受１２ｂの冷却に用いられる。

この実施形態で、上述のように、外扇ダクト下部部材２２と外扇ダクト上部部材２３とは分離可能に接続されている。そのため、ハウジング１４の形状・寸法に合わせて外扇ダクト２１全体を設計・製造しなおさなくても、比較的少数種類の外扇ダクト下部部材２２および外扇ダクト上部部材２３を用意しておけば、それらを適宜組み合わせることにより、ハウジング１４の形状・寸法に合わせた外扇ダクト２１を実現することができる。

さらに、この実施形態では、外扇ダクト上部部材２３と伝熱管入り口開口１９の間にベローズ２６が取り付けられていることから、外扇ダクト下部部材２２とハウジング１４との位置関係の違いを、適宜調整することができる。これにより、種々のハウジング１４の形状や大きさの違いに対して、さらに小種類の外扇ダクト下部部材２２および外扇ダクト上部部材２３で対応することができる。

たとえば、図２では、図１に示す第１のハウジング１４と形状または大きさが異なる第２のハウジング１４ａに対して、図１に示す外扇ダクト２１と同じ外扇ダクト２１を用いる。図２に示す軸受１２ｃ、１２ｄは、図１に示す軸受１２ａ、１２ｂに比べて軸方向の突出量が大きい。そのため、図２では、外扇ダクト下部部材２２とハウジング１４ａとの距離が、図１に示す外扇ダクト下部部材２２とハウジング１４との距離よりも長い。そのため、図２では、ベローズ２６を図１よりも伸張し、外扇ダクト上部部材２３内の外気を外に漏らすことなく伝熱管入り口開口１９に導くことができる。

なお、上述の第１の実施形態では、外扇ダクト上部部材２３と伝熱管入り口開口１９付近のハウジング１４の第１の端部１７とを、ベローズ２６を介して接続する例とした。この実施形態の変形例として、ベローズ２６を無くして、外扇ダクト上部部材２３と伝熱管入り口開口１９付近のハウジング１４の第１の端部１７とを直接接続してもよい。その場合は、ベローズ２６を用いる場合に比べると、より多種類の外扇ダクト下部部材２２および外扇ダクト上部部材２３を用意しておく必要がある。しかし、それでも、外扇ダクト下部部材２２および外扇ダクト上部部材２３を適宜組み合わせて使用できるので、従来の一体型外扇ダクトに比べれば少ない種類の部品を用意しておくことで多種類のハウジングに対応できる。

［第２の実施形態］
つぎに、図３を参照しながら、発明に係る全閉外扇型回転電機の第２の実施形態について説明する。図３は、本発明に係る全閉外扇型回転電機の第２の実施形態の外扇ダクト上部部材付近の模式的立面図である。第２の実施形態は第１の実施形態の変形であって、ベローズを用いずに外扇ダクト上部部材とハウジングの接続部の位置調整を可能にしたものである。

図３に示すように、ハウジング１４と外扇ダクト上部部材２３との接続部に向かってハウジング１４から回転軸方向に延びる接続筒３０が突出して設けられている。外扇ダクト上部部材２３には、接続筒３０に向かって回転軸方向に延びる外扇ダクト上部水平筒状部３１が形成されている。外扇ダクト上部水平筒状部３１が接続筒３０の内側に入って、外扇ダクト上部水平筒状部３１と接続筒３０とが互いに重なるように配置されている。外扇ダクト上部水平筒状部３１と接続筒３０とが重なる位置の接続筒３０に、回転軸方向に延びる長穴３２が形成され、外扇ダクト上部水平筒状部３１にはねじ穴（図示せず）が形成されている。

接続筒３０の外側から長穴３２を通してビス３３を差し込み、外扇ダクト上部水平筒状部３１に形成されたねじ穴にビス３３をねじ込むことにより、外扇ダクト上部水平筒状部３１と接続筒３０とを接合することができる。このとき、長穴３２の存在により、ハウジング１４と外扇ダクト上部部材２３との回転軸方向の位置ずれを調整することができる。

上述以外の構成は第１の実施形態と同様である。

この実施形態によれば、ベローズを用いずに、第１の実施形態とほぼ同様に、ハウジング１４と外扇ダクト上部部材２３との回転軸方向の位置ずれを調整することができる。

［第３の実施形態］
つぎに、図４を参照しながら、発明に係る全閉外扇型回転電機の第３の実施形態について説明する。図４は、本発明に係る全閉外扇型回転電機の第３の実施形態の模式的立面図である。

第３の実施形態は第１の実施形態の変形である。この実施形態では、ハウジング１４は、台板４０の上に載置されて固定されている。台板４０の上にレール４１が取り付けられ、外扇ダクト下部部材２２はレール４１の上に載置され取り付けられている。レール４１は回転軸方向に延びており、外扇ダクト下部部材２２はレール４１に沿って回転軸方向に移動可能に構成されている。

上述以外の構成は第１の実施形態と同様である。

この第３の実施形態によれば、外扇ダクト下部部材２２をハウジング１４に対して相対的に回転軸方向に容易に移動することができる。これにより、外扇ダクト下部部材２２とハウジング１４との位置関係を調整できる。また、この回転電機を設置した後に、修理や点検のために外扇ダクト２１を移動することが容易となり、メンテナンス性が向上する。

この実施形態の変形例として、メンテナンス時の外扇ダクト下部部材２２とレール４１の位置関係を示すために、レール４１に目印４２を付けておけば、外扇ダクト下部部材２２の移動作業を効率よく実施することができる。

［第４の実施形態］
つぎに、図５を参照しながら、発明に係る全閉外扇型回転電機の第４の実施形態について説明する。図５は、本発明に係る全閉外扇型回転電機の第４の実施形態の模式的立面図である。

第４の実施形態は第３の実施形態の変形である。この第４の実施形態では、ハウジング１４に、回転軸方向に延びるスタッドボルト５０が固定されている。スタッドボルト５０は外扇ダクト下部部材２２を貫通して延びている。スタッドボルト５０には、ナット５１、５２が螺合しており、外扇ダクト下部部材２２はナット５１、５２に挟まれている。その他の構成は、第３の実施形態と同様である。

この第４の実施形態では、外扇ダクト下部部材２２はレール４１上を回転軸方向に移動可能であるが、外扇ダクト下部部材２２をナット５１、５２で挟みつけることにより、外扇ダクト下部部材２２を固定することができる。

また、スタッドボルト５０に対するナット５１、５２の位置をあらかじめ決めておくことにより、外扇ダクト下部部材２２を回転軸方向に移動するときのストッパの機能をもたせることもできる。

［第５の実施形態］
つぎに、図６を参照しながら、発明に係る全閉外扇型回転電機の第５の実施形態について説明する。図６は、本発明に係る全閉外扇型回転電機の第５の実施形態の外扇ダクトを軸方向外側から見た模式的立面図である。

この実施形態では、外扇ダクト２１は、回転軸を通る鉛直平面で、２個の外扇ダクト分割部材２１ａ、２１ｂに分割されていて、これらの外扇ダクト分割部材２１ａ、２１ｂが分割可能に結合されている。

その他の構成は第１の実施形態と同様である。

この第５の実施形態によれば、回転電機の設置スペースが狭くて、回転電機の据え付け時やメンテナンス作業時に、通常の構成では外扇ダクト２１の取り付け、取り外しが困難な場合でも、比較的容易に外扇ダクト２１の取り付け、取り外しを行なうことができる。

［他の実施形態］
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。

たとえば、上記各実施形態の特徴を種々に組み合わせることもできる。より具体的な例としては次のとおりである。

上記の第３の実施形態は第１の実施形態の変形として説明したが、これを第２の実施形態の変形とすることもできる。

また、上記第４の実施形態は第３の実施形態の変形として説明したが、これを第１または第２の実施形態の変形とすることもできる。

さらに、上記第５の実施形態は第１の実施形態の変形として説明したが、これを第２ないし第４の実施形態の変形とすることもできる。さらに、第５の実施形態の外扇ダクトの左右２分割という特徴を第１ないし第４の実施形態の特徴と組み合わせることもできる。

１０…回転シャフト、 １１…回転子、 １２ａ、１２ｂ…軸受、 １３…固定子、 １４、１４ａ…ハウジング、 １６…伝熱管、 １７…第１の端部、 １８…第２の端部、 １９…伝熱管入り口開口、 ２０…伝熱管出口開口、 ２１…外扇ダクト、 ２１ａ、２１ｂ…外扇ダクト分割部材、 ２２…外扇ダクト下部部材、 ２３…外扇ダクト上部部材、 ２４…外扇、 ２５…外気取り入れ口、 ２６…ベローズ、 ２７…出口ガイド、 ２８…ガイド板、 ２９…内扇、 ３０…接続筒、 ３１…外扇ダクト上部水平筒状部、 ３２…長穴、 ３３…ビス、 ４０…台板、 ４１…レール、 ４２…目印、 ５０…スタッドボルト、 ５１、５２…ナット

Claims (8)

1. 水平方向の回転軸の周りに回転可能に支持された回転子と、
   半径方向間隙を介して前記回転子の半径方向外側を囲んで配置された固定子と、
   前記固定子を支持して前記回転子および前記固定子を収容する密閉構造のハウジングと、
   前記固定子の上方で前記ハウジングを回転軸方向に貫通して延びて、前記ハウジングの回転軸方向の第１の端部を貫通して伝熱管入り口開口が形成され、前記ハウジングの回転軸方向の第１の端部の反対側の第２の端部を貫通して伝熱管出口開口が形成されて、内部を外気が通る互いに並列の複数の伝熱管と、
   前記ハウジングの前記第１の端部に隣接して配置されて、前記ハウジングとは反対側の軸方向の端部に外気取り入れ口が形成され、前記外気取り入れ口から取り入れた外気を前記伝熱管入り口開口に導く外扇ダクトと、
   前記外扇ダクト内に配置されて前記外気取り入れ口から取り入れた外気を前記伝熱管入り口開口に送り込む外扇と、
   を備えた全閉外扇型回転電機であって、
   前記外扇ダクトは、
   前記外気取り入れ口が形成されて前記外扇が収容される外扇ダクト下部部材と、
   前記外扇ダクト下部部材の真上に接離可能に接続されて、前記ハウジングの前記第１の端部に接離可能に結合される外扇ダクト上部部材と、
   を有すること、を特徴とする全閉外扇型回転電機。
2. 前記外扇ダクト上部部材と前記ハウジングの前記第１の端部との間を接続して前記回転軸方向に伸縮可能なベローズをさらに有すること、を特徴とする請求項１に記載の全閉外扇型回転電機。
3. 前記外扇ダクト上部部材は、前記ハウジングの前記第１の端部の前記伝熱管入り口開口に向かって前記回転軸方向に延びる外扇ダクト上部水平筒状部を備え、
   前記外扇ダクト上部水平筒状部と同軸に配置されて且つ軸方向の長さの一部で当該外扇ダクト上部水平筒状部と重なるように配置されて、前記外扇ダクト上部水平筒状部と前記ハウジングの前記第１の端部との間を接続する接続筒をさらに有すること、を特徴とする請求項１に記載の全閉外扇型回転電機。
4. 回転軸方向に延びて配置されてその上に前記外扇ダクト下部部材が載置されるレールをさらに有し、
   前記外扇ダクト下部部材を前記外扇ダクト上部部材から切り離したときに当該外扇ダクト下部部材を前記レールに沿って回転軸方向に移動可能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３のいずれか一項に記載の全閉外扇型回転電機。
5. 前記レールは前記ハウジングに固定されていること、を特徴とする請求項４に記載の全閉外扇型回転電機。
6. 前記レールには、前記外扇ダクト下部部材を前記外扇ダクト上部部材と接合するときの位置および、当該全閉外扇型回転電機の保守のために前記外扇ダクト上部部材から切り離して回転軸方向に移動して止めるのに適切な位置に目印が付けられていること、を特徴とする請求項５に記載の全閉外扇型回転電機。
7. 前記ハウジングに固定されて前記回転軸方向に延びて前記外扇ダクト下部部材を貫通するスタッドボルトと、
   前記スタッドボルトに螺合して前記外扇ダクト下部部材を両側から挟み込む２個のナットと、
   をさらに有する請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の全閉外扇型回転電機。
8. 水平方向の回転軸の周りに回転可能に支持された回転子と、
   半径方向間隙を介して前記回転子の半径方向外側を囲んで配置された固定子と、
   前記固定子を支持して前記回転子および前記固定子を収容する密閉構造のハウジングと、
   前記固定子の上方で前記ハウジングを回転軸方向に貫通して延びて、前記ハウジングの回転軸方向の第１の端部を貫通して伝熱管入り口開口が形成され、前記ハウジングの回転軸方向の第１の端部の反対側の第２の端部を貫通して伝熱管出口開口が形成されて、内部を外気が通る互いに並列の複数の伝熱管と、
   前記ハウジングの前記第１の端部に隣接して配置されて、前記ハウジングとは反対側の軸方向の端部に外気取り入れ口が形成され、前記外気取り入れ口から取り入れた外気を前記伝熱管入り口開口に導く外扇ダクトと、
   前記外扇ダクト内に配置されて前記外気取り入れ口から取り入れた外気を前記伝熱管入り口開口に送り込む外扇と、
   を備えた全閉外扇型回転電機であって、
   前記外扇ダクトは、前記回転軸を含む鉛直平面で分割・結合可能に構成されていること、
   を特徴とする全閉外扇型回転電機。

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