JP2018129874A - 回転電機および圧力逃し機構 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機において、外部からの湿分の流入なしに軸受構造に連通する空間内の圧力の上昇を抑制する。【解決手段】回転電機２００は、ロータシャフト１１と回転子鉄心とを有する回転子と、固定子鉄心と複数の固定子巻線とを有する固定子と、フレームと、２つの軸受構造３０ｂと、２つの軸受ブラケット４５と、軸受構造３０ｂに連通する連通空間の圧力上昇を抑制する圧力逃し機構１００ａとを備える。軸受ブラケット４５には、圧力逃し機構取付け座が形成されている。圧力逃し機構１００ａは、連通空間に連通する導圧孔が形成されかつ圧力逃し孔が形成された切り替え用筐体と、切り替え用筐体内に配されて切り替え用筐体内を連通空間内の圧力の増加に応じて所定の方向に移動する可動体と、所定の方向の移動の量の増加に応じて可動体への抗力を増加させる復元力生成部とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機および圧力逃し機構に関する。

回転電機は、典型的には、軸方向に延びたロータシャフトとその径方向外側に取り付けられた回転子鉄心を有する回転子と、回転子鉄心の径方向外側に設けられた固定子鉄心とその径方向内側部分を軸方向に貫通する固定子巻線を有する固定子とを備える。ロータシャフトは、軸方向の両側をそれぞれ軸受により回転可能に支持される。

特開平１０−２６１４０号公報

回転電機の運転時には、軸受での摩擦熱により、グリースや潤滑油の温度が上昇する。この結果、周囲の空気の温度が上昇し、内部空間の圧力が上昇する。

開放形ではない軸受の場合に、軸受構造の内部空間の圧力の上昇の抑制のために、軸受構造の内部空間から外部への経路を形成して軸受構造の内部空間内のガスを逃す技術が知られている（特許文献１参照）。しかしながら、軸受構造の内部空間の圧力を低減するために内部の空気を逃す結果、軸受構造の外側の空間の圧力が上昇しては、軸受構造の内部空間の圧力上昇の抑制効果がない。

また、開放形の軸受構造の場合にも、同様に、グリースや潤滑油の温度の上昇によって、軸受構造に連通する空間、たとえば排油カセットを設置する空間の圧力が上昇する。このような状態においては、軸受構造に連通する空間から外部と連通する間隙部等があると、グリースや潤滑油の予期せぬ連通空間から外部への漏れが生ずることが懸念される。

このため、軸受構造に連通する空間内の圧力の上昇を抑制する必要がある。また、軸受構造に連通する空間からのガスの放出手段を設ける上で、外部からの湿分の流入を避ける必要がある。

本発明は、回転電機において、外部からの湿分の流入なしに軸受構造に連通する空間内の圧力の上昇を抑制することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、軸方向に延びて軸方向の両側で回転可能に支持されるロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に取り付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配された円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向内面に形成されて軸方向に延びた複数のスロット中を貫通する複数の固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心および前記固定子を収納する筒状のフレームと、前記ロータシャフトを支持する２つの軸受構造と、前記フレームの軸方向の両端をそれぞれ閉止し前記２つの軸受構造のそれぞれを静止支持する２つの軸受ブラケットと、前記軸受ブラケットの少なくともいずれか一方に取り付けられ前記軸受構造に連通する連通空間の圧力上昇を抑制する圧力逃し機構と、を備える回転電機であって、前記圧力逃し機構の取り付けられた前記軸受ブラケットには、圧力逃し機構取り付け座が形成され、前記圧力逃し機構は、前記連通空間に連通する導圧孔が形成されかつ所定の位置に外部と連通する圧力逃し孔が形成された切り替え用筐体と、前記切り替え用筐体内に配されて前記切り替え用筐体内を前記連通空間内の圧力の増加に応じて所定の方向に移動する可動体と、前記所定の方向の移動の量の増加に応じて前記可動体への抗力を増加させる復元力生成部と、を具備することを特徴とする。

また、本発明は、回転子と、固定子と、フレームと、２つの軸受構造と、前記フレームの軸方向の両端をそれぞれ閉止し前記２つの軸受構造のそれぞれを静止支持する２つの軸受ブラケットとを備える回転電機において、前記軸受ブラケットの少なくともいずれか一方に取り付けられ前記軸受構造に連通する連通空間の圧力上昇を抑制する圧力逃し機構であって、前記連通空間に連通する導圧孔が形成されかつ所定の位置に外部と連通する圧力逃し孔が形成された切り替え用筐体と、前記切り替え用筐体内に配されて前記切り替え用筐体内を前記連通空間内の圧力の増加に応じて所定の方向に移動する可動体と、前記所定の方向の移動の量の増加に応じて前記可動体への抗力を増加させる復元力生成部と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、回転電機において、外部からの湿分の流入なしに軸受構造に連通する空間内の圧力の上昇を抑制することができる。

第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す軸方向に沿った断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の結合側の軸受構造の構成を示す一部断面図および一部側面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の軸受構造まわりの構成を示す一部正面図および一部断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の圧力逃し機構の一部取り外し状態を示す一部正面図および一部断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の軸受構造の圧力逃し機構の構成および閉止時の状態を示す断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機の軸受構造の圧力逃し機構の構成および動作時の状態を示す断面図である。 第２の実施形態に係る回転電機の軸受構造の圧力逃し機構の構成および閉止時の状態を示す断面図である。 第２の実施形態に係る回転電機の軸受構造の圧力逃し機構の構成および動作時の状態を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転電機及びその軸受構造について説明する。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。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す軸方向に沿った断面図である。回転電機２００は、回転子１０、固定子２０、フレーム４０を有する。

回転子１０は、回転軸方向（以下、軸方向という。）に水平に延びたロータシャフト１１、およびロータシャフト１１の径方向外側に設けられた回転子鉄心１２を有する。

ロータシャフト１１の軸方向の一方の端部は、結合対象、すなわち、当該回転電機２００が電動機ならば駆動対象負荷、当該回転電機２００が発電機ならば原動機と結合する結合部１１ａが形成されている。以下、軸方向に、結合部１１ａの方向を結合側、これと反対の方向を反結合側と言うこととする。

また、回転電機２００が、かご型の誘導電動機の場合は、図１に示すように、回転子１０は、回転子鉄心１２に設けられた複数の回転子バー１３を有する。複数の回転子バー１３のそれぞれは、回転子鉄心１２の径方向表面近くを軸方向に貫通し、互いに周方向に間隔をあけて設けられている。

ロータシャフト１１は、互いに軸方向に回転子鉄心１２を挟んで設けられた反結合側の軸受構造３０ａおよび結合側の軸受構造３０ｂにより回転可能に支持されている。ロータシャフト１１には、軸方向に回転子鉄心１２と反結合側の軸受構造３０ａとの間に、内扇１５が取り付けられている。また、ロータシャフト１１の反結合側の軸受構造３０ａの軸方向の外側には、当該回転電機２００を自ら冷却するために、外扇５１が設けられている。また、外扇５１を覆うように外扇カバー５２が設けられている。外扇カバー５２には、外気の取入のための外気流入孔５２aが形成されている。

固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側にギャップ１８を介して設けられた円筒状の固定子鉄心２１、および固定子鉄心２１の径方向内側表面近傍を回転軸方向に貫通する複数の固定子巻線２２を有する。固定子巻線２２は、回転子鉄心１２の径方向内側に形成された固定子スロット（図示せず）内を貫通し、互いに周方向に間隔をおいて配されている。

フレーム４０は、固定子２０および回転子鉄心１２を収納するように、これらの径方向を囲んでいる。フレーム４０の回転軸方向の両側には、反結合側の軸受ブラケット４６および結合側の軸受ブラケット４５が設けられている。反結合側の軸受ブラケット４６および結合側の軸受ブラケット４５は、それぞれ反結合側の軸受構造３０ａおよび結合側の軸受構造３０ｂを固定支持している。

図２は、結合側の軸受構造の構成を示す一部断面図および一部側面図である。結合側の軸受構造３０ｂは、軸受本体３２、軸受本体３２を収納する軸受カバー３１、および軸受本体３２を通過したグリースや潤滑油を排出する排油ランナー３３を有する。

なお、以下、結合側の軸受構造を例にとって説明するが、反結合側の軸受構造に関しても同様である。

結合側の軸受構造３０ｂを支持する結合側の軸受ブラケット４５には、軸受本体３２に、グリースや潤滑油を供給する通路となる給油孔３７が形成されている。また、結合側の軸受ブラケット４５には、排油ランナー３３の下方に、排油ランナー３３から排出するグリースや潤滑油を受けて貯蔵するための排油カセット３６（図３）が出入りする連通空間３５（図３）が形成されている。排油カセット３６の出入口の反対端の開口には、圧力逃し機構１００ａが設けられている。

図３は、軸受構造まわりの構成を示す一部正面図および一部断面図である。結合側の軸受ブラケット４５において、排油ランナー３３を通過したグリースや潤滑油を受け入れ貯蔵する排油カセット３６が収納され出入りする連通空間３５は、排油ランナー３３（図２）の下方に形成されている。

連通空間３５は、回転軸に垂直な平面に沿った方向に水平にかつ直線的に延び、結合側の軸受ブラケット４５を貫通している。連通空間３５は、その中央の領域で、上方の軸受構造３０ｂに連通している。連通空間３５が貫通することによって結合側の軸受ブラケット４５に形成された２つの開口のうちの一方は、排油カセット３６が出入りする排出用開口３４である。２つの開口のうちのいずれの開口を排油カセット３６の出入り用の排出用開口３４とするかは、回転電機２００が設置される周囲の状況、回転電機２００の運転中の排油カセット３６の出し入れの作業性等によって選択される。排油カセット３６の出し入れ用の排出用開口３４として選択されなかった方の開口には、圧力逃し機構１００ａが設けられている。

図４は、圧力逃し機構の一部取り外し状態を示す一部正面図および一部断面図である。圧力逃し機構１００ａが設けられている開口には、圧力逃し機構取付け座３８が形成されている。圧力逃し機構取付け座３８には、めねじが形成されている。

図５は、第１の実施形態に係る回転電機の軸受構造の圧力逃し機構の構成および閉止時の状態を示す断面図である。また、図６は、圧力逃し機構の構成および動作時の状態を示す断面図である。

圧力逃し機構１００ａは、圧力逃し機構接続部１１１、切り替え用筐体１１２、可動体１１３、および復元力生成部１１４を有する。

圧力逃し機構接続部１１１は、概ね円柱状であり、側部の一方の軸方向の端部から途中までの部分に、圧力逃し機構取付け座３８と螺合するためのおねじ１１１ｃが形成されている。圧力逃し機構接続部１１１の軸中心には、軸方向に貫通する導圧孔１１１ａが形成されている。導圧孔１１１ａの、圧力逃し機構取付け座３８との取り合い部と軸方向の反対側は、切り替え用筐体１１２と接続するために径方向に広がっており、取り合い穴１１１ｂが形成されている。

切り替え用筐体１１２は、ほぼ円柱状であり、圧力逃し機構接続部１１１との接続側が圧力逃し機構接続部１１１の取り合い穴１１１ｂと嵌合するように、その軸方向の端部は、円柱状に突出している。切り替え用筐体１１２の軸中心には、軸方向に貫通する導圧孔１１２ａが形成されている。導圧孔１１２ａの圧力逃し機構接続部１１１との接続側と軸方向の反対側は、径が２段階に広がっており、それぞれ可動体受け１１２ｂおよび取り合い穴１１２ｃが形成されている。切り替え用筐体１１２の側部には、取り合い穴１１２ｃまでに至る圧力逃し孔１１２ｄが形成されている。

可動体１１３は、円柱状の軸１１３ａの一方の端部に円板状あるいは円柱状のピストン１１３ｂが結合した形状をなしている。ピストン１１３ｂと結合していない側の軸１１３ａの端部は、切り替え用筐体１１２に形成された可動体受け１１２ｂの内径に対応した外径を有し、可動体受け１１２ｂに軸１１３ａの端部が挿入されている状態では接触部ではシール性を有する。軸１１３ａは、可動体受け１１２ｂに滑らかに挿抜されるように寸法設定される。

復元力生成部１１４は、筐体１１４ａおよびバネ１１４ｂを有する。筐体１１４ａは、軸方向の一方の端部が閉止された円筒状をなし、閉止された側と軸方向に反対側の端部には、切り替え用筐体１１２の軸方向端部と対向するフランジ１１４ｆが設けられている。このフランジ１１４ｆには、切り替え用筐体１１２を貫通して圧力逃し機構接続部１１１に至るねじ穴（図示せず）が形成され、ボルト１１４ｃによって、圧力逃し機構接続部１１１、切り替え用筐体１１２および復元力生成部１１４の筐体１１４ａが一体に結合されている。

ピストン１１３ｂの外径および筐体１１４ａの内径は、ピストン１１３ｂが筐体１１４ａ内を摺動可能なような寸法に形成されている。なお、ピストン１１３ｂにピストンリングが嵌め込まれている場合は、ピストン１１３ｂの外径に代えてピストンリングの外径と筐体１１４ａの内径について同様の関係が成立している。

バネ１１４ｂは、可動体１１３のピストン１１３ｂの軸１１３ａとの結合面の反対側の面を押すように設けられており、可動体１１３の軸方向に可動体受け１１２ｂから離れる方向への移動に対して、これに対抗する方向に復元力を生ずる。

以上のように構成された圧力逃し機構１００ａにおいては、連通空間３５内の圧力が上昇すると、導圧孔１１１ａおよび導圧孔１１２ａを介して可動体１１３の軸１１３ａの端部に付加される力が増加する。このため、可動体１１３は、導圧孔１１２ａとは反対側の面にかかるバネ１１４ｂによる復元力と均衡して、連通空間３５内の圧力が所定のレベルを超えると、連通空間３５内の圧力に応じた軸方向の位置まで移動する。

連通空間３５内の圧力により、可動体１１３が移動し、軸１１３ａが可動体受け１１２ｂから離れる、すなわち、可動体受け１１２ｂ内に軸１１３ａがない状態となると、導圧孔１１２ａと取り合い穴１１２ｃとが連通し、この結果、導圧孔１１２ａと圧力逃し孔１１２ｄとが連通する。この結果、連通空間３５内の気体が、圧力逃し孔１１２ｄから外気に放出される。この結果、連通区間３５内の圧力が低減する。

このような圧力低減方法にあっては、連通空間３５内の気体の放出は瞬時に行われ、直後に可動体１３は、可動体受け１１２ｂに挿入され、通路は閉止される。このため、外気の湿分が連通空間３５に侵入する恐れはない。

以上のように、本実施形態に係る圧力逃し機構１００ａによれば、外部からの湿分の流入なしにフレーム内の圧力の上昇を抑制することができる。

［第２の実施形態］
図７は、第２の実施形態に係る回転電機の軸受構造の圧力逃し機構の構成および閉止時の状態を示す断面図である。また、図８は、圧力逃し機構の構成および動作時の状態を示す断面図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。本第２の実施形態に係る圧力逃し機構１００ｂは、第１の実施形態における復元力生成部１１４に代えて復元力生成部１２４を有する。その他の部分は、第１の実施形態と同様である。

復元力生成部１２４は、第１の実施形態における筐体１１４ａと同様の形状の筐体１２４ａを有する。本第２の実施形態における復元力生成部１２４の筐体１２４ａには、バネは設けられていない。本第２の実施形態における復元力生成部１２４の筐体１２４ａには、ガス注入口１２４ｂおよびガス圧調整口１２４ｃが形成されており、また、圧力計１２４ｄが設けられている。

筐体１２４ａには、切り替え用筐体１１２の軸方向端部と対向するフランジ１２４ｆが設けられており、このフランジ１２４ｆには、切り替え用筐体１１２を貫通して圧力逃し機構接続部１１１に至るねじ穴（図示せず）が形成され、図示しないボルトによって、圧力逃し機構接続部１１１、切り替え用筐体１１２および復元力生成部１１４の筐体１１４ａが一体に結合されている。

ガス注入口１２４ｂは、筐体１２４ａとピストン１１３ｂとに囲まれた封入室１２４ｅ内に外部から封入ガスを注入するための注入口である。この注入口は、通常は閉止されている。ガス圧調整口１２４ｃは、封入室１２４ｅ内の封入ガスを外部に一部放出するための放出口であり、たとえばコックにより開閉される。圧力計１２４ｄは、封入室１２４ｅ内の圧力を確認するために設置されている。

以上のように構成されている本実施形態に係る圧力逃し機構１００ｂにおいては、連通空間３５内の圧力が上昇すると、導圧孔１１１ａおよび導圧孔１１２ａを介して可動体１１３の軸１１３ａの端部に付加される力が増加する。このため、可動体１１３は、導圧孔１１２ａとは反対側にかかる封入室１２４内の圧力上昇による復元力と均衡して、連通空間３５内の圧力に応じた軸方向の位置まで移動する。

連通空間３５内の圧力により、可動体１１３が図７、８の右向きに移動し、軸１１３ａが可動体受け１１２ｂから離れる、すなわち、可動体受け１１２ｂ内に軸１１３ａがない状態となると、導圧孔１１２ａと取り合い穴１１２ｃとが連通し、この結果、導圧孔１１２ａと圧力逃し孔１１２ｄとが連通するという点では、第１の実施形態と同様である。

本実施形態による圧力逃し機構１００ｂでは、封入室１２４ｅの圧力を調節することにより、可動体１１３の移動開始の連通空間３５内の圧力の調整、あるいは復元力生成部１２４の合成を、現場でかつ連続的に調節することができる。

［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、結合側の軸受構造および反結合側の軸受構造の両者に適用した場合を例にとって示したが、これに限定されない。すなわち、結合側の軸受構造の外部の温度等の雰囲気条件と、反結合側の軸受構造の外部の温度等の雰囲気条件が異なる場合などにおいて、必要に応じていずれかの軸受構造のみに適用することでもよい。

また、実施形態を組み合わせてもよい。たとえば、復元力生成部に、ばねを用いるとともに、ガスを封入する方式を用いてもよい。

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。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。

１０…回転子、１１…ロータシャフト、１１ａ…結合部、１２…回転子鉄心、１３…回転子バー、１５…内扇、１８…ギャップ、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、３０ａ…反結合側の軸受構造（軸受構造）、３０ｂ…結合側の軸受構造（軸受構造）、３１…軸受カバー、３２…軸受本体、３３…排油ランナー、３４…排出用開口、３５…連通空間、３６…排油カセット、３７…給油孔、３８…圧力逃し機構取付け座、４０…フレーム、４５…結合側の軸受ブラケット（軸受ブラケット）、４６…反結合側の軸受ブラケット（軸受ブラケット）、５１…外扇、５２…外扇カバー、５２ａ…外気流入孔、１００ａ、１００ｂ…圧力逃し機構、１１１…圧力逃し機構接続部、１１１ａ…導圧孔、１１１ｂ…取り合い穴、１１１ｃ…おねじ、１１２…切り替え用筐体、１１２ａ…導圧孔、１１２ｂ…可動体受け、１１２ｃ…取り合い穴、１１２ｄ…圧力逃し孔、１１３…可動体、１１３ａ…軸、１１３ｂ…ピストン、１１４…復元力生成部、１１４ａ…筐体、１１４ｂ…バネ、１１４ｃ…ボルト、１１４ｆ…フランジ、１２０…圧力逃し機構、１２４…復元力生成部、１２４ａ…筐体、１２４ｂ…ガス注入口、１２４ｃ…ガス圧調整口、１２４ｄ…圧力計、１２４ｅ…封入室、１２４ｆ…フランジ、２００…回転電機

Claims (5)

1. 軸方向に延びて軸方向の両側で回転可能に支持されるロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に取り付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配された円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向内面に形成されて軸方向に延びた複数のスロット中を貫通する複数の固定子巻線とを有する固定子と、
   前記回転子鉄心および前記固定子を収納する筒状のフレームと、
   前記ロータシャフトを支持する２つの軸受構造と、
   前記フレームの軸方向の両端をそれぞれ閉止し前記２つの軸受構造のそれぞれを静止支持する２つの軸受ブラケットと、
   前記軸受ブラケットの少なくともいずれか一方に取り付けられ前記軸受構造に連通する連通空間の圧力上昇を抑制する圧力逃し機構と、
   を備える回転電機であって、
   前記圧力逃し機構の取り付けられた前記軸受ブラケットには、圧力逃し機構取付け座が形成され、
   前記圧力逃し機構は、
   前記連通空間に連通する導圧孔が形成されかつ所定の位置に外部と連通する圧力逃し孔が形成された切り替え用筐体と、
   前記切り替え用筐体内に配されて前記切り替え用筐体内を前記連通空間内の圧力の増加に応じて所定の方向に移動する可動体と、
   前記所定の方向の移動の量の増加に応じて前記可動体への抗力を増加させる復元力生成部と、
   を具備することを特徴とする回転機械。
2. 前記復元力生成部は、前記可動体の前記所定の移動方向への移動に抗するように設けられたバネを有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記復元力生成部は、前記可動体の前記連通空間側と反対側に連通する封入室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。
4. 前記連通空間は、前記軸受構造から落下する排油を受ける排油カセットを挿抜可能に形成され前記軸受ブラケットを貫通し、両側に排出用開口が形成された通路であり、
   前記圧力逃し機構は、前記排油カセットの前記軸受ブラケットへの取り付け側の前記排出用開口と反対側の排出用開口に配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回転電機。
5. 回転子と、固定子と、フレームと、２つの軸受構造と、前記フレームの軸方向の両端をそれぞれ閉止し前記２つの軸受構造のそれぞれを静止支持する２つの軸受ブラケットとを備える回転電機において、前記軸受ブラケットの少なくともいずれか一方に取り付けられ前記軸受構造に連通する連通空間の圧力上昇を抑制する圧力逃し機構であって、
   前記連通空間に連通する導圧孔が形成されかつ所定の位置に外部と連通する圧力逃し孔が形成された切り替え用筐体と、
   前記切り替え用筐体内に配されて前記切り替え用筐体内を前記連通空間内の圧力の増加に応じて所定の方向に移動する可動体と、
   前記所定の方向の移動の量の増加に応じて前記可動体への抗力を増加させる復元力生成部と、
   を具備することを特徴とする圧力逃し機構。

Images