JP2018207673A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の軸受を効果的に冷却する。【解決手段】回転電機は、回転子１１と、回転子１１を周方向に取り囲んで配置された固定子１２と、固定子１２を取り囲んで固定子１２を支持する筒状のフレーム１３と、回転子１１を回転支持する第１および第２の軸受２０、２１と、フレーム１３の両端部に取り付けられて第１および第２の軸受２０、２１それぞれを支持する第１および第２の軸受ブラケット１８、１９と、を有する。フレーム１３を冷却するための冷却水をフレーム１３に沿って導くフレーム冷却水路３０が形成され、第１の軸受ブラケット１８を冷却するための冷却水を第１の軸受ブラケット１８に沿って導く第１の軸受ブラケット冷却水路５０が、フレーム冷却水路３０と接続するように形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関し、特に、軸受の過熱を防ぐことができる回転電機に関する。

電動機や発電機などの回転電機においては、電流が流れることによって生じるジュール熱や機械損失などにより発熱がある。回転電機の過熱を防止するために、特許文献１、２に記載されているように、固定子の外側のフレームに沿って冷却水を流してフレームを冷却する技術が知られている。

特開平１１−３４１７４４号公報 特開平１０−５２００２号公報

上記特許文献１、２に記載された技術では、固定子を外側から冷却することはできるが、軸受の冷却は必ずしも十分ではない。回転電機の出力増大のためには、特に、軸受をさらに冷却することが求められている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、回転電機の軸受を効果的に冷却する構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る回転電機は、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の軸受それぞれを支持する第１および第２の軸受ブラケットと、を有する回転電機であって、前記フレームを冷却するための冷却水を当該フレームに沿って導くフレーム冷却水路が形成され、前記第１の軸受ブラケットを冷却するための冷却水を当該第１の軸受ブラケットに沿って導く第１の軸受ブラケット冷却水路が、前記フレーム冷却水路と接続するように形成されていること、を特徴とする。

本発明によれば、回転電機の軸受を効果的に冷却することができる。

本発明に係る回転電機の一実施形態の模式的な縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視横断面図である。 本発明に係る回転電機の一実施形態のフレーム冷却水路を展開して示すとともに冷却水流路系統を示す模式図である。 図１のＩＶ部を拡大して示す縦断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る回転電機の実施形態について説明する。

図１は、本発明に係る回転電機の一実施形態の模式的な縦断面図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線矢視横断面図である。図３は、この実施形態のフレーム冷却水路を展開して示すとともに冷却水流路系統を示す模式図である。図４は、図１のＩＶ部を拡大して示す縦断面図である。

この実施形態の回転電機は、回転子１１と、回転子１１を取り囲むように配置された円筒状の固定子１２と、固定子１２を支持して固定子１２を取り囲むように配置された円筒状のフレーム１３とを含む。回転子１１は、ロータシャフト１４と、ロータシャフト１４を周方向に取り囲んでロータシャフト１４に固定された回転子鉄心１５とを備えている。固定子１２は、固定子鉄心１６と、固定子鉄心１６に設けられた固定子スロット（図示せず）を貫通する固定子巻線１７とを備えている。

フレーム１３の両端に第１の軸受ブラケット１８および第２の軸受ブラケット１９が配置され、フレーム１３、第１の軸受ブラケット１８および第２の軸受ブラケット１９とによって密閉空間が形成されている。第１の軸受ブラケット１８および第２の軸受ブラケット１９は、それぞれ、第１の軸受２０および第２の軸受２１を支持している。ロータシャフト１４は、第１の軸受２０および第２の軸受２１を貫通し、第１の軸受２０および第２の軸受２１によって回転支持されている。

第１の軸受ブラケット１８および第２の軸受ブラケット１９はフレーム１３に対して着脱可能であって、点検、保守の際に、第１の軸受ブラケット１８および第２の軸受ブラケット１９を取り外して回転子１１を取り出すことができるように構成されている。

フレーム１３は、内壁３１と外壁３２とを有する。内壁３１は円筒形であって、固定子１２を覆っている。外壁３２は円筒形であって、内壁３１から径方向に間隔をあけて配置されて内壁３１を覆っている。内壁３１と外壁３２の間の環状部にフレーム冷却水路３０が形成されている。

内壁３１と外壁３２の間には、径方向および軸方向に広がる平板状のそれぞれ複数の第１および第２の仕切板３３、３４が配置されている。第１の仕切板３３それぞれは第１の軸受ブラケット１８に接し、第２の仕切板３４それぞれは第２の軸受ブラケット１９に接している。第１の仕切板３３と第２の仕切板３４とが周方向に互いに間隔をあけて交互に並んでいる。互いに隣接する第１の仕切板３３と第２の仕切板３４との間に軸方向流路部３５が形成されている。

第１の仕切板３３と第２の軸受ブラケット１９とは接しておらず、第１の仕切板３３と第２の軸受ブラケット１９との間で、流路の向きが１８０度変わる周方向曲がり部３７が形成されている。同様に、第２の仕切板３４と第１の軸受ブラケット１８とは接しておらず、第２の仕切板３４と第１の軸受ブラケット１８との間で、流路の向きが１８０度変わる周方向曲がり部３８が形成されている。これにより、フレーム冷却水路３０は、第１の軸受ブラケット１８に向かう軸方向流れと第２の軸受ブラケット１９に向かう軸方向流れとが交互に繰り返されて蛇行する流路となる。

フレーム冷却水路３０には、冷却水入口４０と冷却水出口４１とが形成され、冷却水入口４０および冷却水出口４１に外部配管４２が接続されている。これにより、循環冷却水路が形成されている。外部配管４２には、循環ポンプ４３と放熱器４４とが接続されている。

冷却水出口４１を通ってフレーム冷却水路３０から外部配管４２に流出した冷却水は、放熱器４４を通った後に循環ポンプ４３で昇圧され、冷却水入口４０を通ってフレーム冷却水路３０内に戻されるようになっている。

第１の軸受ブラケット１８および第２の軸受ブラケット１９の内部に、それぞれ、第１の軸受ブラケット冷却水路５０および第２の軸受ブラケット冷却水路５１が形成されている。第１の軸受ブラケット冷却水路５０と第２の軸受ブラケット冷却水路５１とは同様の構成であるから、以下、第１の軸受ブラケット冷却水路５０を例にとって説明する。

第１の軸受ブラケット冷却水路５０は、フレーム冷却水路３０と接続する第１および第２のフレーム接続流路部５２、５３と、第１および第２のフレーム接続流路部５２、５３よりも径方向内側で第１の軸受２０を取り囲む環状流路部５４とを含む。第１の軸受ブラケット冷却水路５０はさらに、第１および第２のフレーム接続流路部５２、５３と環状流路部５４とをそれぞれ径方向に連絡する第１および第２の連絡流路部５５、５６を含む。

フレーム冷却水路３０と、第１の軸受ブラケット冷却水路５０の第１および第２のフレーム接続流路部５２、５３との接続部には、Ｏリング５７が配置され、水漏れを防ぐようになっている（図４参照）。

フレーム冷却水路３０の周方向曲がり部３８に接して分岐部６０が形成され、フレーム冷却水路３０の他の周方向曲がり部３８に接して合流部６１が形成されている。フレーム冷却水路３０を流れる冷却水の一部が分岐部６０から分岐して、第１のフレーム接続流路部５２を通じて第１の軸受ブラケット冷却水路５０に流入し、第２のフレーム接続流路部５３を通じて合流部６１でフレーム冷却水路３０に戻されるように構成されている。第１のフレーム接続流路部５２を通じて流入した冷却水は、第１の連絡流路部５５を通じて環状流路部５４に流入し、その後に第２の連絡流路部５６を通じて、さらに第２のフレーム接続流路部５３を通じて、フレーム冷却水路３０に戻されるように構成されている。

この実施形態によれば、フレーム冷却水路３０に冷却水を流すことによりフレーム１３を冷却するとともに、第１および第２の軸受ブラケット冷却水路５０、５１に冷却水を流すことにより第１および第２の軸受２０、２１を冷却することができる。

上記説明では、フレーム冷却水路３０と第１の軸受ブラケット冷却水路５０との接続部として第１および第２のフレーム接続流路部５２、５３の２か所とし、それに合わせて第１および第２の連絡流路部５５、５６を設けるものとしたが、フレーム冷却水路３０と第１の軸受ブラケット冷却水路５０との接続部を３か所以上としてもよい。

また、上記説明では、第１および第２の軸受ブラケット１８、１９それぞれに第１および第２の軸受ブラケット冷却水路５０、５１を形成するものとしたが、特に過熱する可能性の高い軸受を冷却するために一方の軸ブラケットのみに軸受ブラケット冷却水路を設ける構成とすることも可能である。

また、上記説明では、フレーム冷却水路３０は、軸方向流路部３５と周方向曲がり部３７、３８との組み合わせとしたが、このような構成に代えて、たとえば、周方向流路や螺旋状流路を主とする構成としてもよい。

また、上記説明では、フレーム１３と第１の軸受ブラケット１８および第２の軸受ブラケット１９とによって密閉空間が形成されている全閉型であるとしたが、このような構成に限定されるものではなく、全閉でなくてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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。

１１…回転子、 １２…固定子、 １３…フレーム、 １４…ロータシャフト、 １５…回転子鉄心、 １６…固定子鉄心、 １７…固定子巻線、 １８…第１の軸受ブラケット、 １９…第２の軸受ブラケット、 ２０…第１の軸受、 ２１…第２の軸受、 ３０…フレーム冷却水路、 ３１…内壁、 ３２…外壁、 ３３…第１の仕切板、 ３４…第２の仕切板、 ３５…軸方向流路部、 ３７…周方向曲がり部、 ３８…周方向曲がり部、 ４０…冷却水入口、 ４１…冷却水出口、 ４２…外部配管、 ４３…循環ポンプ、 ４４…放熱器、 ５０…第１の軸受ブラケット冷却水路、 ５１…第２の軸受ブラケット冷却水路、 ５２…第１のフレーム接続流路部、 ５３…第２のフレーム接続流路部、 ５４…環状流路部、 ５５…第１の連絡流路部、 ５６…第２の連絡流路部、 ５７…Ｏリング、 ６０…分岐部、 ６１…合流部

Claims (9)

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の軸受それぞれを支持する第１および第２の軸受ブラケットと、
   を有する回転電機であって、
   前記フレームを冷却するための冷却水を当該フレームに沿って導くフレーム冷却水路が形成され、
   前記第１の軸受ブラケットを冷却するための冷却水を当該第１の軸受ブラケットに沿って導く第１の軸受ブラケット冷却水路が、前記フレーム冷却水路と接続するように形成されていること、
   を特徴とする回転電機。
2. 前記第１の軸受ブラケット冷却水路は、
   前記フレーム冷却水路と接続されたフレーム接続流路部と、
   前記フレーム接続流路部よりも径方向内側で前記第１の軸受を囲む環状流路部と、
   前記フレーム接続流路部と前記環状流路部とを連絡する連絡流路部と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記フレームと前記第１の軸受ブラケットとが接合離脱可能であって、
   前記フレームと前記第１の軸受ブラケットとが接合したときに、前記フレーム冷却水路と前記第１の軸受ブラケット冷却水路が接続されるように構成されてい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. 前記フレームと前記第１の軸受ブラケットとが接合したときに、前記フレームと前記第１の軸受ブラケットとに挟まれて配置されて、前記フレーム冷却水路と前記第１の軸受ブラケット冷却水路との接続部をシールするＯリングをさらに有することを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
5. 前記第２の軸受ブラケットを冷却するための冷却水を当該第２の軸受ブラケットに沿って導く第２の軸受ブラケット冷却水路が、前記フレーム冷却水路と接続するように形成されていること、
   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。
6. 前記フレーム冷却水路は、分岐部と合流部とを備え、前記フレーム冷却水路内を流れる冷却水の一部が前記分岐部から分岐して前記第１の軸受ブラケット冷却水路内を流れた後に前記合流部を通って前記フレーム冷却水路に戻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回転電機。
7. 前記フレームの外側に配置された放熱器と、
   前記フレーム冷却水路と前記放熱器とを接続して循環冷却水路を形成する外部配管と、
   前記外部配管の途中に接続されて前記循環冷却水路内の冷却水を循環させる循環ポンプと、
   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６のいずれか一項に記載の回転電機。
8. 前記フレーム冷却水路は、
   前記フレームの筒状の壁に沿って形成された第１の軸方向流路部と、
   前記フレームの筒状の壁に沿って形成されて前記第１の軸方向流路部に周方向に隣接して前記第１の軸方向流路部に平行に配置された第２の軸方向流路部と、
   前記第１の軸方向流路部と前記第２の軸方向流路部とを接続する周方向曲がり部と、
   を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
9. 前記フレームと前記第１および第２の軸受ブラケットとにより密閉空間が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の回転電機。

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